Depurazione aria
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L'aria è una miscela gassosa inodore
La vita umana e quella del pianeta hanno costruito attorno ad essa un equilibrio che è sempre riuscito a controllare le cause naturali di inquinamento. Lo sviluppo dell'attività ha originato l'inquinamento atmosferico in modo permanente e con conseguenze disastrose per l'uomo già in un prossimo futuro. Controllare le emissioni gassose rappresenta un'assunzione di responsabilità e nella società si deve diffondere la consapevolezza della necessità di evitarne o limitarne il degrado. Rispettando i limiti di concentrazione degli inquinanti si garantirà una buona qualità dell'aria e quindi la tutela della salute pubblica.
L'impiego dei carboni attivi per ristabilire un equilibrio interrotto
La tecnologia dell'adsorbimento si basa sulla proprietà del carbone attivo di trattare la maggior parte delle Sostanze Organiche Volatili (S.O.V). Il carbone attivo viene utilizzato da parecchi anni nel settore industriale, per il miglioramento della qualità dell'aria, nelle seguenti applicazioni:
- Rimozione/recupero solventi o miscele di solventi
- Depurazione dell'aria effluente da processi industriali
- Separazione di miscele di gas
- Purificazione di gas naturali e gas di sintesi
- Disoleazione di aria compressa
- Deodorizzazione di aria esausta e gas di sfiato
- Rimozione di sostanze nocive nei sistemi di condizionamento dell'aria.
L'efficacia del carbone attivo dipende da innumerevoli fattori, quali la temperatura, l'umidità relativa, il tempo di contatto, la velocità e la distribuzione dell'aria attraverso il letto di carbone, la natura e la concentrazione delle sostanze contaminanti.
La tabella qui di seguito, faciliterà l'identificazione del grado di adsorbibilità delle diverse sostanze chimiche sulle nostre qualità di carbone attivo della linea aria.
La numerazione da 1 a 4 che affianca ciascuna sostanza, ha il seguente significato:
1 = eccellente adsorbimento, dell'ordine del 30% in peso
2 = buon adsorbimento, dell'ordine del 15% in peso
3 = debole adsorbimento, normalmente inferiore al 5% in peso
4 = la sostanza non viene adsorbita in misura apprezzabile.
Elenco delle capacità di adsorbimento di alcune sostanze in fase gassosa su carbone attivo:
| Acetaldeide | 3 | Cibi aromatici | 1 | Incenso | 1 |
| Acetato di butile | 1 | Cicloesano | 1 | Indolo | 1 |
| Acetato di etile | 1 | Cicloesanolo | 1 | Iodio | 1 |
| Acetato di metile | 2 | Cicloesanone | 1 | Iodoformio | 1 |
| Acetato di propile | 1 | Cicloesene | 1 | Isoprene | 2 |
| Acetato isopropilico | 1 | Cloridrina etilenica | 1 | Mentolo | 1 |
| Acetilene | 4 | Cloro | 3 | Mercaptani | 1 |
| Acido acetico | 1 | Clorobenzene | 1 | Metano | 4 |
| Acido acrilico | 1 | Clorobutadiene | 1 | Metilbutilchetone | 1 |
| Acido bromidrico | 3 | Cloroformio | 1 | Metilcellosolve | 1 |
| Acido butirrico | 1 | Cloronitropropano | 1 | Metilcellosolve acetato | 1 |
| Acido caprilico | 1 | Cloropicrina | 1 | Metilcicloesano | 1 |
| Acido cianidrico | 3 | Cloruro di etile | 2 | Metilcicloesanone | 1 |
| Acido cloridrico | 3 | Cloruro di metile | 3 | Metilcloroformio | 1 |
| Acido fluoridrico | 3 | Cloruro di metilene | 1 | Metiletilchetone | 1 |
| Acido formico | 2 | Cloruro di propile | 1 | Metilisobutilchetone | 1 |
| Acido iodidrico | 3 | Cloruro di vinile | 2 | Metilmercaptano | 1 |
| Acido lattico | 1 | Creosolo | 1 | Monofluorotriclorometano | 2 |
| Acido nitrico | 2 | Creosoto | 1 | Monossido di carbonio | 4 |
| Acido palmitico | 1 | Decano | 1 | Naftalina | 1 |
| Acido propionico | 1 | Deodoranti | 1 | Nicotina | 1 |
| Acido solforico | 1 | Detergenti | 1 | Nitrobenzeni | 1 |
| Acido urico | 1 | Diclorobenzene | 1 | Nitroetano | 1 |
| Acido valerianico | 1 | Diclorodifluorometano | 2 | Nitroglicerina | 1 |
| Acrilato di metile | 1 | Dicloroetano | 1 | Nitroluene | 1 |
| Acrilonitrile | 1 | Dicloroetilene | 1 | Nitrometano | 1 |
| Acroleina | 2 | Dicloromonofluorometano | 2 | Nitropropano | 1 |
| Adesivi | 1 | Dicloronitroetano | 1 | Nonano | 1 |
| Alcol amilico | 1 | Dicloropropano | 1 | Odore di pesce | 1 |
| Alcol butilico | 1 | Diclorotetrafluoroetano | 2 | Odori animali | 2 |
| Alcol isopropilico | 1 | Dietilamina | 2 | Odori di cucina | 1 |
| Alcol metilico | 2 | Dietilchetone | 1 | Odori di decomposizione | 1 |
| Alcol propilico | 1 | Dimetilanilina | 1 | Odori di vernice | 1 |
| Aldeide butilica | 2 | Dimetilsolfato | 1 | Odori medicinali | 1 |
| Aldeide crotonica | 1 | Diossano | 1 | Oli essenziali | 1 |
| Aldeide valerianica | 1 | Dipropilchetone | 1 | Oli lubrificanti e grassi | 1 |
| Amilacetato | 1 | Disinfettanti | 1 | Ossido di etilene | 1 |
| Ammine | 3 | Eptano | 1 | Ossido di metile | 2 |
| Ammoniaca | 3 | Eptilene | 1 | Ottano | 1 |
| Anestetici | 2 | Esano | 2 | Ozono | 1 |
| Anidride acetica | 1 | Esilene | 2 | Pentano | 1 |
| Anidride carbonica | 4 | Etano | 4 | Pentanone | 2 |
| Anidride solforica | 3 | Etere | 2 | Pentene | 1 |
| Anidride solforosa | 3 | Etere amilico | 1 | Percloroetilene | 2 |
| Anilina | 1 | Etere butilico | 1 | Piridina | 1 |
| Antisettici | 1 | Etere dicloroetilico | 1 | Profumi | 1 |
| Batteri | 2 | Etere etilico | 2 | Propano | 1 |
| Benzene | 1 | Etere isopropilico | 1 | Propilene | 3 |
| Benzina | 1 | Etere metilico | 2 | Propilmercaptano | 3 |
| Biossido d'azoto | 3 | Etere propilico | 1 | Putrescina | 1 |
| Bromo | 1 | Etilacrilato | 1 | Resine | 1 |
| Bromuro di etile | 2 | Etilammina | 2 | Solfuro di carbonio | 1 |
| Bromuro di metile | 2 | Etilbenzene | 1 | Solfuro di idrogeno | 3 |
| Butadiene | 2 | Etilene | 4 | Stirene | 3 |
| Butano | 3 | Etilmercaptano | 1 | Tetracloroetano | 1 |
| Butanone | 3 | Eucaliptolo | 1 | Tetracloroetilene | 1 |
| Butene | 3 | Fenolo | 1 | Tetracloruro di carbonio | 1 |
| Butilcellosolve | 1 | Fluorotriclorometano | 2 | Toluene | 1 |
| Butilcloruro | 1 | Formaldeide | 3 | Toluidina | 1 |
| Butilene | 3 | Fosgene | 2 | Tricloroetilene | 1 |
| Canfora | 1 | Freon | 2 | Urea | 1 |
| Carburanti liquidi | 1 | Fumo di sigarette | 1 | Virus | 1 |
| Cellosolve | 1 | Gas corrosivi | 3 | Xilene | 2 |
| Cellosolve acetato | 1 | Idrogeno | 4 | ||
| Cherosene | 1 | Idrogeno solforato | 3 | ||
Purificazione fumi
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Purificazione dei fumi da incenerimento
Il carbone attivo in polvere viene impiegato per la rimozione di Diossine, Furani e Mercurio, dai fumi da incenerimento.
Il grado di adsorbimento di questi inquinanti dipende:
- dalla materia prima da cui si ricava il carbone attivo
- dal grado di attività del carbone attivo
- da alcuni parametri fisici del carbone attivo
- dal sistema d'impiego del carbone attivo sull'impianto
I carboni attivi impiegati in questa applicazione possono essere sia di origine vegetale (noce di cocco, legno etc.) sia di origine minerale (lignite, litantrace, torba, antracite, etc.).
Il grado di attività, valutato analiticamente come la "Superficie Attiva" e "l'Indice di Iodio" sono indubbiamente molto importanti, infatti più questi valori sono elevati, e maggiore sarà la capacità di adsorbimento di un carbone attivo. Però occorre tenere anche in considerazione che spesso, a causa del brevissimo tempo di contatto che si ottiene in questa applicazione, tra i fumi e il carbone attivo in polvere elevate "Superfici Attive" (> 600-700 m²/g) non vengono completamente sfruttate.
Non devono, comunque, essere sottovalutati parametri fisici quali la distribuzione granulometrica ed il contenuto in ceneri. Tra questi due parametri la distribuzione granulometrica è quello sicuramente più importante, in quanto la cattura delle Diossine, dei Furani e del Mercurio avviene per adsorbimento cinetico, ovvero i fumi vengono fatti passare attraverso una nuvola di polvere di carbone attivo iniettato in un reattore o nel condotto di trasporto dei fumi. Indubbiamente più la polvere di carbone attivo è fine e più la nuvola rimane compatta e in sospensione, aumentando la possibilità di contatto con le particelle inquinanti. Si consiglia pertanto di utilizzare carboni attivi in polvere con granulometria media di 20-25 micron e con granulometria massima di circa 100-150 micron.
Ceneri elevate (> 10%) sono sconsigliate in quanto comportano una riduzione della "Superficie Attiva". Tale parametro, se elevato, identifica i carboni attivi rigenerati, che oltre ad una resa inferiore possono anche addirittura contenere sostanze volatili elevate (> 5-6%) e quindi aumentare la possibilità di autoignizione ad elevate temperature (> 150°C). Il dosaggio medio di un carbone attivo in polvere può variare tra 50 e 200 mg/Nm³ di fumi prodotti; il giusto dosaggio dipende non solo dalla tipologia del carbone attivo utilizzato ma anche dal sistema impiantistico di dosaggio e soprattutto dalle concentrazioni di inquinanti in ingresso che, dovrebbero essere sempre monitorate prima di procedere alla scelta del carbone attivo da utilizzare. Infine un parametro da tenere in considerazione nello stoccaggio di un carbone attivo in polvere in silos è la Classe di esplosività in ST1 secondo metodo VDI2263, che dovrebbe essere sempre dichiarata dal produttore/rivenditore.
Trattamento acque
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Il processo dell'adsorbimento trova numerose applicazioni nel trattamento delle acque e il carbone attivo è l'adsorbente più comunemente impiegato per la rimozione di numerosi contaminati organici. La tecnologia del suo impiego si è largamente sviluppata negli ultimi anni ed essenzialmente:
Nel trattamento di potabilizzazione
- Per la declorazione
- Per l'eliminazione di gusti e odori sgradevoli
- Per adsorbire pesticidi e triazine
- Per l'abbattimento degli idrocarburi clorurati
- Per l'adsorbimento dei tensioattivi
- Per affrontare situazioni di inquinamento accidentale
Nel trattamento delle acque reflue
- Per l'eliminazione dei composti tossici
- Per abbassare il C.O.D. a livello regolamentare
- Per abbattere colore e odore
- Per evitare la formazione di schiume
- Per favorire il condizionamento dei fanghi negli impianti di trattamento biologico
- Nei trattamenti di declorazione e deozonizzazione
- Nella filtrazione delle acque di piscine e acquari
In considerazione di esigenze combinate, nelle quali le quantità possono variare sensibilmente, è necessaria una diagnosi precisa per conoscere ciò che è ragionevolmente possibile ottenere dal carbone attivo e per quale via si può pervenire all'obiettivo desiderato.
Richiamando l'attenzione sulla struttura porosa, è bene precisare che non esiste un carbone attivo costituito esclusivamente da una determinata struttura porosa. Materie prime diverse e attivazione termica o chimica delle stesse, possono solo orientare la struttura porosa verso la predominanza di una certa configurazione di porosità o di un'altra. Macro, meso e micropori sono presenti nello stesso carbone e provocano un fenomeno di setacciatura molecolare che può orientare, non solo la scelta del tipo di carbone attivo, ma anche il tipo di processo, considerato il fenomeno di competitività esistente tra le differenti molecole da adsorbire.
Le alghe microscopiche e gli acidi umici interessano preferibilmente i macropori ed una frazione dei mesopori.
Le sostanze coloranti ed i tannini sono adsorbite soprattutto dai mesopori.
Per i detergenti, i clorofenoli, gli idrocarburi alogenati, le triazine, etc., è determinante la microporosità.
Decolorazione liquidi alimentari
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Alimenti e salute sono da sempre nei progetti dell'uomo per migliorare la qualità della vita
La decolorazione riguarda quasi esclusivamente le industrie chimico-farmaceutiche e quelle agroalimentari.
Il carbone attivo decolorante può essere utilizzato nelle seguenti applicazioni industriali:
- decolorazione del vino
- decolorazione dei succhi di frutta
- decolorazione e purificazione del glucosio
- decolorazione e purificazione oli e grassi
- decolorazione e purificazione di prodotti chimico-farmaceutici
Il carbone attivo rappresenta una possibilità per garantire l'ottenimento di prodotti finali di qualità costante, puri e di elevata performance. La tecnologia dei carboni attivi ha permesso nell'ultimo decennio numerosi progressi, orientati in due direzioni: il miglioramento qualitativo e tecnologie di impiego più razionali, relativamente alla qualità del carbone.
Merita ricordare l'importanza della scelta del grado di attività del carbone attivo, scelta che può avere un peso non trascurabile nell'economia di dosaggio, considerati anche i costi dovuti alla manipolazione, alla filtrazione e all'eliminazione del fango di risulta.
Dovendo utilizzare un carbone attivo, prima ancora di valutarne le proprietà adsorbenti, bisogna assicurarsi che esso stesso non sia veicolo di impurezze suscettibili di interferire con i prodotti da trattare.
Il riferimento riguarda le impurezze organiche e quelle minerali spesso contenute nei carboni attivi: le prime praticamente nulle, considerate le temperature che si raggiungono nei processi di attivazione fisica o chimica; le seconde, analiticamente riscontrabili, sono essenzialmente dovute alla materia prima utilizzata.
I carboni attivi per garantire qualità e costanza del prodotto finale
Determinazione del potere decolorante dei carboni attivi. Fra la moltitudine di metodi di prova esistenti vogliamo qui mettere in risalto:
L'indice blu di metilene
stabilisce quanta soluzione di blu metilene allo 0,15% viene decolorata con 100 mg di carbone attivo (sostanza secca) entro 5 minuti.
L'indice di melasso
tale prova viene adottata dai produttori di carbone attivo come metodo standard per la determinazione del potere decolorante.
Principio
La decolorazione con carboni attivi di una soluzione standardizzata di melasso viene raffrontata colorimetricamente con la decolorazione di un carbone standard (misure di estinzione fotoelettriche). Con questo metodo si stabiliscono i poteri decoloranti di differenti carboni attivi rilevando di volta in volta, in condizioni rispecchianti la pratica, quantità che danno un identico grado di decolorazione.
Esecuzione
Varie quantità di carbone attivo - per es. 100, 300, 500, 700 mg - vengono poste in bicchieri di vetro e miscelate con 100 ml della soluzione da trattare portata normalmente alla temperatura di 80°C, oppure alla temperatura d'esercizio effettiva. Per ciascuna qualità di carbone attivo viene predisposto 1 litro ca. di tale soluzione ed 1 campione senza carbone attivo il quale, come soluzione di riferimento (cosiddetto "campione zero"), viene sottoposto all'identica sequenza di prove, per le successive misurazioni ottiche. È opportuno orientarsi previamente, con prove preliminari analoghe, sull'ordine di grandezza del fabbisogno di carbone attivo necessario per l'effettuazione delle prove.
Decolorazione
I campioni vengono trattati a bagnomaria alle suddette temperature e agitati a brevi intervalli. Dopo 30 minuti circa si sarà stabilito l'equilibrio dell'adsorbimento.
Filtrazione
Successivamente si effettua la filtrazione del carbone attivo. Il liquido iniziale viene ripassato nel filtro fino a che filtrato non sia limpido; all'occorrenza si aggiungono coadiuvanti di filtrazione, per es. farina fossile. Il filtrato limpido viene raffreddato fino alla temperatura ambiente.
Colorimetria
Il raffronto colorimetrico tra la soluzione di riferimento e i campioni più o meno decolorati dà una serie di misurazioni.
Dal rapporto quantitativo tra due carboni attivi, si rende possibile un attendibile confronto del rapporto prezzo/efficienza, e quindi una valutazione dell'economicità di differenti tipi di carbone attivo.
Decolorazione e purificazione di oli e grassi
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Decolorazione e purificazione di oli e grassi con terre attivate decoloranti e carbone attivo
Gli oli e i grassi vegetali contengono colori e impurità derivanti da carotenoidi, clorofilla, ossidazioni etc., che devono essere rimossi per ottenere un'ottima qualità del prodotto finale. La terra decolorante attivata rimuove i colori indesiderati e altre impurità come i saponi, i fosfolipidi, le ossidazioni prodotte dai metalli, migliorando l'aspetto e il sapore del prodotto finale. Il carbone attivo invece ha una duplice funzione: oltre a rimuovere in parte i colori indesiderati, è capace di adsorbire gli Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA).
Carbonitalia commercializza nell'area del Mediterraneo terra decolorante attivata. La terra decolorante attivata è ottenuta da Bentonite e Montmorillonite. Carbonitalia assicura una particolare attenzione durante il processo di produzione in modo da assicurare un prodotto finale con qualità costante. Questo include il processo di attivazione con acido Solforico, di lavaggio, essiccamento e controllo della granulometria. Le terre attivate prodotte hanno un'elevata Superficie Attiva e porosità per ottenere una corretta decolorazione e velocità di filtrazione per la maggior parte degli oli e grassi.
Le terre decoloranti Carbonitalia sono state sviluppate in modo da fornire al cliente un'elevata performance e quindi un dosaggio più basso. Carbonitalia propone sul mercato una varietà di terre decoloranti con diversa attività e distribuzione granulometrica per rispondere a differenti sistemi di filtrazione e minimizzare la ritenzione di oli nelle terre residue.
Carbonitalia fornisce anche terre attivate con differenti gradi di acidità, in modo da ottenere una più bassa acidità residua del prodotto finale, quando gli acidi grassi liberi devono essere ridotti, e una più alta acidità residua per applicazioni dove sono richieste proprietà catalitiche date dalla superficie acida.
La terra decolorante può essere fornita con diversi tipi di imballi: sacchetti su pallet, sacconi su pallet o sfusa in autocisterna.
Presso lo stabilimento Carbonitalia della Spezia, la terra decolorante può essere miscelata con carbone attivo in polvere ad alta attività, studiato specialmente per rimuovere Idrocarburi Policiclici Aromatici dagli oli alimentari. La terra decolorante e il carbone attivo possono essere miscelati in differente percentuale, come richiesto dal cliente, ottenendo un prodotto finale omogeneo.
Catalisi e chemiadsorbimento
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Il carbone attivo catalizza direttamente alcune reazioni. Per questa utilizzazione, in effetti, la porosità e la superficie specifica sono fattori essenziali che possono essere selezionati in funzione della reazione da catalizzare. Si può altresì adattare il carbone attivo, granulare o polvere, al tipo di reattore dove avrà luogo la catalisi, secondo il sistema di impiego previsto (letto fisso, mobile, fluido).
Il potere catalitico si esercita in un gran numero di reazioni di isomerizzazione, polimerizzazione, ossidazione, alogenazione. Il carbone attivo è anche utilizzato come supporto di catalizzazione, grazie alla sua grande superficie. La sua inerzia chimica e la sua resistenza alle temperature elevate aumentano ulteriormente l'interesse per questo impiego particolare.
Impregnato di metalli, ossidi o sali metallici diversi, diventa un catalizzatore che non si agglomera e si oppone ad una volatilizzazione troppo rapida dell'impregnante. In alcuni casi agisce come promotore, aumentando la velocità di reazione e permette di operare, se necessario, a temperature inferiori.
Lo sviluppo di processi catalitici nelle industrie chimiche accresce l'interesse dei carboni attivi per questo campo di applicazione.
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