Le charbon actif
Le charbon actif est fabriqué à partir de toute substance à forte teneur en carbone, et l’activation fait référence au développement de la propriété d’adsorption.
Importance du charbon actif
Le charbon actif est important dans les processus de purification, dans lesquels les molécules de divers contaminants sont concentrées sur la surface solide du charbon et y adhèrent. Grâce à l’adsorption physique, le charbon actif élimine les composés organiques responsables du goût et des odeurs, les composés organiques volatils et de nombreux composés organiques qui ne subissent pas de dégradation biologique de l’atmosphère et de l’eau, y compris les approvisionnements en eau potable, les flux de traitement et les flux de déchets.
L’action peut être comparée à des précipitations. Le charbon actif est généralement apolaire et, de ce fait, il adsorbe d’autres substances non polaires, principalement organiques. Une porosité étendue (volume des pores) et une grande surface interne disponible des pores sont responsables de l’adsorption.
Production du charbon actif
Ce n’est qu’après 1900 que les procédés utilisés pour produire des charbons actifs aux propriétés définies ne sont devenus disponibles qu’après 1900. L’activation de la vapeur a été brevetée par R. von Ostreijko en Grande-Bretagne, en France, en Allemagne et aux États-Unis de 1900 à 1903. Lorsqu’il était fabriqué à partir de bois, le produit à base de charbon actif était appelé Eponite (1909) ; lorsqu’il était fabriqué à partir de tourbe, il était appelé Norit.
Début du charbon actif
Les procédés de charbon actif ont commencé en Hollande, en Allemagne et aux États-Unis, et les produits étaient dans tous les cas une forme en poudre de charbon actif principalement utilisée pour décolorer les solutions sucrées. Cette utilisation est restée importante, nécessitant environ 1800 tonnes par an, jusqu’au XXIe siècle.
Aux États-Unis, l’omble de coco activé par la vapeur a été développé pour être utilisé dans les masques à gaz pendant la Première Guerre mondiale. L’avantage d’utiliser la coquille de noix de coco était qu’il s’agissait d’un déchet qui pouvait être converti en charbon de bois dans des fours primitifs à faible coût. En 1923, le charbon actif était disponible à partir de cendres noires, de résidus de déchets de pâte à papier et de lignite. En 1919, le Service de santé publique des États-Unis a mené des expériences sur la filtration d’eaux de surface contaminées par des déchets industriels à travers du charbon actif.
Au début, des considérations de coût militaient contre l’utilisation généralisée du charbon actif pour le traitement de l’eau. Il a été employé dans certaines usines britanniques avant 1930, et à Hackensack dans le New Jersey. À partir de ce moment, on s’est intéressé à l’utilisation du charbon actif granulaire dans le traitement de l’eau, et son utilisation ultérieure à cette fin s’est rapidement développée. Au fur et à mesure que des formes améliorées devenaient disponibles, le charbon actif remplaçait souvent le sable dans le traitement de l’eau lorsque des approvisionnements en eau potable étaient nécessaires.
À l’origine, les procédés à base de charbon pour l’adsorbant de haute qualité requis pour l’utilisation dans les masques à gaz impliquaient au préalable une pulvérisation et un briquetage sous pression, suivis d’une carbonatation et d’une activation. Le processus a été simplifié après 1933 lorsque la station britannique de recherche sur les combustibles à East Greenwich, à la demande du Chemical Research Defence Establishment, a commencé des expériences sur la production directe de coke activé par la vapeur à des températures élevées.
En 1940, la Pittsburgh Coke & Iron Company a mis au point un procédé de production de charbon actif granulaire à partir de charbon bitumineux pour l’utilisation dans les masques à gaz militaires. Pendant la Seconde Guerre mondiale, il a remplacé l’omble de coco précédemment obtenu d’Inde et des Philippines.
La grande surface créée par les pores et sa dureté mécanique ont rendu ce nouveau matériau particulièrement utile dans les processus de décoloration continue. Les procédés de Pittsburgh développés par la Pittsburgh Activated Carbon Company ont été acquis en 1965 par la Calgon Company.
Dans les procédés de la fin du XXe siècle, le carbone était broyé, mélangé à un liant, calibré et traité dans des boulangers à basse température, et soumis à des températures élevées dans des fours où la structure poreuse du carbone est développée. Le processus d’activation peut être ajusté pour créer des pores de la taille requise pour une application particulière. L’activation prend normalement des adhésifs
placer à 800-900 °C avec de la vapeur ou du dioxyde de carbone. Le charbon actif en poudre convient aux applications de gaz liquides et de combustion, sous forme granulée pour les phases liquide et gazeuse, et de charbon actif en granulés pour la phase gazeuse.
Utilisation du charbon actif
Le charbon actif granulé est utilisé comme média filtrant pour l’eau ou l’air contaminé, tandis que la forme en poudre est mélangée aux eaux usées où elle adsorbe les contaminants et est ensuite filtrée ou décantée du mélange. Le charbon actif a également été utilisé dans l’analyse chimique pour l’élimination préalable et la concentration des contaminants dans l’eau. Les noms commerciaux du charbon actif utilisé dans ces processus sont Nuchar et Darco.
Le charbon actif a été utilisé dans le traitement à grande échelle des déchets liquides, dont les effluents de l’industrie des colorants synthétiques sont un bon exemple. La fabrication de colorants synthétiques implique des réactions de produits chimiques aromatiques, et les réactifs et produits sont parfois toxiques.
En plus d’un goût et d’une odeur désagréables donnés à l’eau, ces déchets sont également très colorés, complexes et invariablement très difficiles à dégrader. Heureusement, de nombreux composés aromatiques réfractaires sont non polaires, la propriété qui permet l’adsorption sur le charbon actif. Dans les années 1970, trois grandes usines de teinture du New Jersey utilisaient du charbon actif pour éliminer les arômes et même les métaux traces tels que le plomb toxique et le cadmium des déchets liquides.
Dans deux cas, du charbon actif en poudre a été ajouté au processus de traitement des boues activées pour améliorer l’élimination des contaminants. Dans un troisième cas, après traitement biologique, l’effluent liquide a été adsorbé lors du passage ascendant dans des tours remplies de charbon actif granulaire. Le carbone usé de ce processus continu a été régénéré dans un four, et en même temps le soluté de déchets adsorbé a été détruit.
En 1962, Calgon a utilisé du charbon actif granulaire pour traiter l’eau potable, et à la fin du XXe siècle, la purification de l’eau municipale était devenue le plus grand marché pour le charbon actif. Les anciennes méthodes qui impliquaient l’élimination du charbon usé après utilisation ont été remplacées par des processus continus utilisant du charbon actif granulé.
Grâce à la réutilisation continue du charbon actif régénéré, le processus est écologiquement plus souhaitable. Outre l’incapacité d’éliminer les contaminants solubles (puisqu’ils sont polaires) et la nécessité de faibles concentrations de contaminants organiques et inorganiques, le coût du carbone est la plus grande limitation dans le processus continu.
Le charbon actif a également trouvé une large application dans les industries pharmaceutiques, des boissons alcoolisées et de la galvanoplastie ; dans l’élimination des pesticides et des déchets de fabrication de pesticides ; pour le traitement des eaux usées des raffineries de pétrole et des usines textiles ; et pour l’assainissement des eaux souterraines polluées.
Bien que les charbons actifs soient fabriqués pour des usages spécifiques, il est difficile de les caractériser quantitativement. Par conséquent, des essais en laboratoire et des expériences en usine pilote sur un type de déchets spécifique précèdent normalement l’installation d’installations de charbon actif.
