O carvão ativado é um material quimicamente inerte que possui uma estrutura cristalina reticular similar ao grafite; é extremamente poroso e pode chegar a desenvolver uma área superficial de 500 – 1,500 metros quadrados por gramo de carvão ou mais.

Em outras palavras, a ativação de qualquer carvão consiste em “multiplicar” a sua área superficial interna, criando uma estrutura porosa que possui elevada capacidade de adsorção, desenvolvida no processo de ativação, onde a matéria prima (carvão vegetal de madeira, carvão mineral, caroços de fruta, casca de coco, entre outros) é oxidada em altas temperaturas.

Existem dois métodos de ativação de carvão, a ativação física e a ativação química, sendo a ativação física o método utilizado no Brasil.

A ativação física é dividida em duas etapas: 1°) carbonização do material de partida (vegetal ou mineral); 2°) ativação do carvão, utilizando vapor de água, oxigênio ou dióxido de carbono em altas temperaturas. Já na ativação química, a carbonização e a ativação do carvão podem ocorrer simultaneamente utilizando produtos químicos, geralmente, ácido fosfórico ou Cloreto de Zinco.

Os carvões ativados são fornecidos em duas formas físicas: pulverizado e granulado. Os carvões ativados pulverizados apresentam tamanho menor que a malha 80 mesh (ASTM=0,18 mm de abertura) e os carvões ativados granulados apresentam partículas maiores que 80 mesh.

PROCESSO DE ADSORÇÃO

O Carvão Ativo ou Ativado é usado para a remoção de impurezas dissolvidas nos produtos a serem tratados e pode ser utilizado em pó ou granulado, conforme a conveniência do seu uso.

Geralmente, as impurezas são encontradas em pequenas proporções nos produtos, porém causam odor, cor, gosto e outras substâncias indesejáveis.

O mecanismo de remoção das impurezas consiste na sua adsorção física pelo carvão, ou seja, as moléculas das impurezas são atraídas pela porosidade existente no carvão ativado e lá retidas por forças físicas.

O carvão ativado apresenta uma grande quantidade de poros e sua enorme área de superfície fornece vários lugares de ligação, desta forma, a adsorção pode ocorrer de duas maneiras: química ou física.

A adsorção química ou quimissorção ocorre por meio de ligações químicas, principalmente covalentes.

A adsorção física ou fisissorção ocorre por meio de interações intermoleculares do tipo: Forças de Van der Waals, mediante a força de dipolo induzido e a de dipolo permanente e sem modificação química do produto adsorvido.

 A adsorção física é a mais comum e ocorre de forma eficiente quando o carvão selecionado é formado por poros cujo tamanho é adequado ao peso molecular do contaminante a reter: substâncias adsorvíveis de alto peso molecular (contaminantes orgânicos que provocam cores escuras em líquidos) são eficientemente retidos em poros grandes de carvões meso / macro-porosos.

Por outro lado, substâncias de baixo peso molecular (contaminantes orgânicos que provocam odores em líquidos ou gases) são eficientemente retidos em poros de tamanho menor de carvões mais micro-porosos.

Já a adsorção química ocorre quando é uma troca de elétrons que determina a retenção de contaminantes à superfície do carvão ativado (remoção de cloro de água potável, remoção de H₂S e mercaptanos de biogás ou de ar contaminado de estações de efluentes, remoção de mercúrio de gás natural, etc.); nestes casos podem eventualmente usar-se carvões  impregnados  com determinado material que lhe confere maior afinidade ao contaminante específico que se pretende remover, facilitando essa “reação” entre o contaminante e a superfície do carvão e otimizando assim a eficiência de purificação.

Em resumo, a adsorção por carvão ativado serve para purificar substâncias líquidas ou gasosas através do processo físico de adsorção.

Para a adsorção de contaminantes se dar com elevada eficiência e a purificação acontecer de forma efetiva, é necessário que o carvão tenha uma grande área superficial interna, tendo na sua constituição uma grande quantidade de poros adequados aos tipos de contaminações específicas que se pretendem remover.

A medição de parâmetros de adsorção de iodo, azul de metileno, fenol, pode dar uma boa aproximação da área superficial do carvão ativado.