Adsorbimento /
Carbonio (carbone) attivo

Adsorbimento con carbone attivo 

L'adsorbimento è un processo dove un solido è usato per la rimozione di una sostanza solubile dall'acqua. In tale processo il carbone attivo è il solido. Esso è prodotto specificamente in modo da avere una superficie interna molto grande (500 - 1500 m²/g). Questa elevata superficie interna rende il carbone attivo ideale per l'adsorbimento. Il carbone attivo esiste in due varianti: Carbone Attivo in Polvere (PAC) e Carbone Attivo Granulare (GAC). La versione GAC è usata principalmente nel trattamento delle acque, può adsorbire le seguenti sostanze solubili:

Datasheet Carbone Attivo

Adsorbimento di sostanze organiche non polari come: Oli minerali BTEX  Idrocarboni poliaromatici (PACs) Fenocloridi Adsorbimento di sostanze alogenate: I, Br, Cl, H e F Odore Sapore Lieviti vari prodotti di fermantazione Sostanze non polari (sostanze non solubili in acqua)

Esempi dell'uso di cabonio attivo in diversi processi:

• Depurazione dell'acqua freatica
• Delcorinazione dell'acqua di processo
• Depurazione dell'acqua di piscine
• Rifinitura degli effluenti gia' trattati

Descrizione del processo:

L'acqua è pompata in una colonna contenente carbone attivo e lascia la colonna attraverso un sistema di scarico. L'attività di una colonna attiva di carbone dipende dalla temperatura e dalla natura delle sostanze. L'acqua passa costantemente attraverso la colonna, cio' produce un'accumulazione delle sostanze nel filtro. Per tale motivo il filtro deve essere periodicamente sostituito. Un filtro utilizzato può essere rigenerato in diversi modi, il carbone granulare può essere rigenerato facilmente ossidando la materia organica. L'efficienza del carbone attivo diminuisce da 5 - 10%. Una piccola parte del carbone attivo viene distrutta durante il processo di rigenerazione e deve essere sostituita. Se si lavora con piu' colonne in serie, sicuramente non si avra' mai un esaurimento totale del sistema di depurazione.

Descrizione dell'adsorbimento:

Le molecole dalla fase liquida o gassosa sono fissate in modo fisico ad una superficie, in questo caso la superficie appartiene al carbone attivo. Il processo di adsorbimento avviene in tre fasi:

• Macro-trasporto: movimento di materiale organico attraverso il sistema di macro-pori del carbone attivo (macro-poro > 50nm)
• Micro-trasporto: movimento di materiale organico attraverso il sistema di micro-pori e meso-pori del carbone attivo (micro-oro < 2nm; meso-poro 2-50nm)
• Assorbimento: attaccamento fisico di materiale organico sulla superficie del carbone attivo nei suoi meso-pori e micro-pori

Il livello di attività dell'adsorbimento è basato sulla concentrazione della sostanza nell'acqua, la temperatura e la polarità della sostanza. Una sostanza polare (= una sostanza che è ben solubile in acqua) non può essere rimossa dal carbone attivo o e' rimossa male, una sostanza non polare può essere completamente rimossa dal carbone attivo. Ogni tipo di carbone ha propria isoterma di adsorbimento
(vedi figura 1) e nel settore di trattamento delle acque tale isoterma è definita dalla funzione di Freundlich.

Funzione di Freundlich: 
x/m = sostanza adsorbita per grammo di carbone attivo
Ce = differenza di concentrazione (prima e dopo)
Kf, n = costanti specifiche

La seconda curva del carbone attivo (vedi figura 2) mostra l'esaurimento di un filtro. Normalmente si mette una unita' di disinfezione UV dopo la colonna di carbone attivo.

Che differenza c'e' tra adsorbimento e assorbimento??

Quando una sostanza è fissata ad una superficie è si dice adsorbimento, questo e' il caso in cui la sostanza è fissata alla superficie interna del carbone attivo. Quando una sostanza è assorbita in un mezzo diverso si dice assorbimento: per esempio quando un gas si perde in una soluzione si dice assorbimento.

	Figura 1 mostra un'isoterma specifica di adsorbimento per il carbone attivo. Sull'asse orizzontale si trova la concentrazione e sull'asse verticale la quantità di carbone necessaria. Potete usare questo genere di grafici per ottimizzare la vostra colonna. La figura 1 e' tratta da: http://www.aapspharmscitech.org/scientificjournals/ pharmscitech/volume2issue1/056/manuscript.htm
	Figure 2 mostra l'esaurimento di una colonna durante l'uso. nel punto C3 la colonna inizia a rompersi e vicino al punto C4 la colonna non e' piu' pura. Tra il punto C3 e C4 bisogna rigenerarla. La figura 2 e' tratta da: http://www.activated-carbon.com
Fattori che influenzano le prestazioni del carbone attivo in acqua:  Tipo di composto da rimuovere. Sono meglio assorbiti composti aventi elevato peso molecolare e bassa solubilita'. Concentrazione del composto da rimuovere. Maggiore e' la concentrazione, maggiore e' il consumo di carbone. Presenza di altri composti organici che competono per i siti di adsorbimento disponibili. Il pH del flusso refluo. Per esempio, composti acidi sono rimossi piu' facilmente con pH piu' bassi. Secondo tali fattiri possiamo classificare alcune sostanze chimiche secondo la loro probabilita' di essere efficacemente assorbiti da carbone attivo in acqua: 1.- Sostanze chimiche a molto elevata probabilita' di assorbimento da carbone attivo:  2,4-D Deisopropilatrazina Linurone Alacloro Desetilatrazina Malatione Aldrina Demeton-O MCPA Antracene Di-n-butilftalato Mecoprop Atrazina 1,2-Diclorobenzene Metazacloro Azinfos-etile 1,3-Diclorobenzene 2-Metil benzenammina Bentazone 1,4-Diclorobenzene Metil naftalina Bifenile 2,4-Diclorocresol 2-Metilbutano 2,2-Bipiridina 2,5-Diclorofenolo Monurone Bis(2-Etilessil)Ftalato 3,6-Diclorofenolo Naftalina Bromacil 2,4-Diclorofenossi Nitrobenzene Bromodiclorometano Dieldrina m-Nitrofenolo p-Bromofenolo Dietilftalato o-Nitrofenolo Butilbenzene 2,4-Dinitrocresolo p-Nitrofenolo Calcio Ipoclorito 2,4-Dinitrotoluene Ozono Carbofurano 2,6-Dinitrotoluene Paratione Cloro Diurone Pentaclorofenolo Diossido di cloro Endosulfano Propazina Clorobenzene Endrina Simazina 4-Cloro-2-nitrotoluene Etilbenzene Terbutryn 2-Clorofenolo Ezaclorobenzene Tetracloroetilene Clorotoluene Ezaclorobutadiene Triclopyr Crisene Exano 1,3,5-Trimetilbenzene m-Cresolo Isodrina m-Xilene Cianazina Isoottano o-Xilene Cicloexano Isoproturone p-Xilene DDT Lindano 2,4-Xilenolo 2.- Sostanze chimiche a elevata probabilita' di assorbimento da carbone attivo:  Aniline Dibromo-3-chloropropane 1-Pentanol Benzene Dibromochloromethane Phenol Benzyl alcohol 1,1-Dichloroethylene Phenylalanine Benzoic acid cis-1,2- Dichloroethylene o-Phthalic acid Bis(2-chloroethyl) ether trans-1,2- Dichloroethylene Styrene Bromodichloromethane 1,2-Dichloropropane 1,1,2,2-Tetrachloroethane Bromoform Ethylene Toluene Carbon tetrachloride Hydroquinone 1,1,1-Trichloroethane 1-Chloropropane Methyl Isobutyl Ketone Trichloroethylene Chlorotoluron 4-Methylbenzenamine Vinyl acetate 3.- Sostanze chimiche a moderata probabilita' di assorbimento da carbone attivo*:  Acido acetico Dimetoato Metionina Acrilamido Etil acetato Metil-tert-butil estere Cloroetano Etil estere Metil etil chetone Cloroformio Freon 11 Piridina 1,1-Dicloroetano Freon 113 1,1,2-Tricloroetano 1,2-Dicloroetano Freon 12 Vinil cloruro 1,3-Dicloropropene Glifosato   Dikegulac Imazipur   *(For this chemicals active carbon is only effective in certain cases). 4.- Sostanze chimiche a bassa probabilita' di adsorbimento da carbone attivo. Potrebbe comunque essere un'alternativa efficace in certi casi, come per concentrazioni o flussi ridotti: Acetone Cloruro Metilene Acetonitrile 1-Propanolo Acrilonitrile Propionitrile Dimetilformaldeide Propilene 1,4-Dioxano Tetraidrofurano Isopropil alcohol Urea Metil coluro   Fattori che influenzano le prestazioni del carbone attivo in aria: Tipo di compasto da rimuovere: in generale, composti con alto peso molecolare, basso vapore di fusione/alto punto di ebollizione e alto indice di rifrazione sono meglio adsorbiti. Concentrazione: maggiore e' la concentrazione, maggiore e' il consumo di carbone. Temperatura: piu' bassa e' la temperatura, migliore e' la capacita' di adsorbimento. Pressione: maggiore e' la pressione, migliore e' la capacita' di adsorbimento. Umidita': minore e' l'unidita', migliore e' la capacita' di adsorbimento. Se vuoi sapere se una certa sostanza chimica puo' essere efficacemente rimossa, contattaci.  Maggiori informazioni sulla rigenerazione del carbone attivo.

1) fonte: Wastewater Engineering; Metcalf & Eddy; third edition; 1991; page 317