Carbone Attivo: Composizione, Tipologie e Utilizzo nel Settore Idraulico
Il carbone attivo è un materiale ampiamente utilizzato nel settore idraulico per le sue proprietà di adsorbimento. Ricordiamo che il carbonio esiste, oltre che con la struttura amorfa (priva di struttura cristallina a lungo raggio) propria del carbone, anche con diverse forme cristalline, tra le quali le più note sono quelle di grafite e di diamante. Questo materiale è disponibile in diverse forme, ognuna adatta a specifici impieghi.
Tipologie di Carbone Attivo
Le principali tipologie di carbone attivo utilizzate includono:
- GAC (Granular Activated Carbon): Carbone attivo in granuli con dimensioni comprese tra 0,5 e 3mm. I filtri GAC trovano impiego sia nei grandi impianti di potabilizzazione sia nei sistemi POU. Non è associabile un grado di filtrazione meccanica in quanto è data dai vari setti che vengono utilizzati per contenere i granuli stessi.
- PAC (Powder Activated Carbon): Carbone attivo in polvere con dimensioni da 10 a 50 micron, può essere utilizzata “sfuso”, dosato con altri reagenti negli impianti di potabilizzazione dell’acqua.
- Carbon Block: La filtrazione meccanica del carbon block è grossolana, in quanto è impossibile definire con precisione il grado di filtrazione dei granuli pressati, per garantire la filtrazione meccanica vengono utilizzati tessuti in polipropilene con grado di filtrazione noto, che vengono avvolti attorno alla cartuccia.
- Carbone Precoat: Carbone attivo in polvere depositato su una membrana filtrante plissettata. Questa tecnologia, permette di ottenere una superficie di contatto molto ampia rispetto agli altri filtri a carbone attivo (circa 5 volte). Il sistema implica l’utilizzo di un setto filtrante adatto a fermare la polvere di carbone, solitamente con porosità 0,5 micron. Il carbone attivo viene depositato sulla superficie della membrana, creando uno strato di alcuni millimetri, il cosiddetto precoat.
Componenti aggiuntivi
- Contenitore filtrante per cartucce. Anche in questo caso è presente una testata che va allacciata alla rete idrica, con la differenza che il collegamento con l’elemento filtrante è tramite attacco a baionetta, molto semplice e rapido.
- Filtri in line.
Grafene: Una Nuova Frontiera
Il fullerene è una sostanze allotropica del carbonio (stessa natura degli atomi ma disposti con forma cristallina differente), scoperta negli anni ‘80 del secolo scorso. Il grafene è una forma di carbonio che è stata creata nel 2004 da due fisici russi con la tecnica dell’esfoliazione della grafite. Il grafene ha una struttura ordinata di atomi di carbonio con la caratteristica unica di essere bidimensionale.
Si tratta di un cristallo costituito da un singolo strato di atomi di carbonio (praticamente un singolo piano di grafite, dalla quale appunto deriva), avente lo spessore equivalente a quello di un atomo, disposti in un reticolo esagonale a nido d’ape. Il grafene è costituito unicamente da un piano di atomi di carbonio ed è il materiale più sottile mai realizzato, che presenta caratteristiche straordinarie in termini di resistenza meccanica, leggerezza, conducibilità elettrica e termica, trasparenza ottica, impermeabilità e flessibilità.
Esistono già applicazioni commerciali del grafene, si tratta di vari materiali compositi a base di grafene, che ne migliora le caratteristiche d’impiego: vengono ad esempio realizzate racchette da tennis, gomme da bicicletta ed altre attrezzature sportive. Anche in questo campo sono state condotte prove che hanno fornito risultati molto interessanti. Ad esempio è stato dimostrato che nanofogli di grafene applicati su tradizionali filtri con membrane filtranti polimeriche (polisulfone), sono in grado di migliorare la performance filtrante del materiale standard di oltre tre volte.
L’azione sul fluido trattato avviene per adsorbimento, ma con un’efficacia maggiore rispetto al tradizionale carbone attivo vista la superiore superficie attiva e l’idrofobicità del materiale. La disposizione a strati di fogli di grafene separati tra loro da distanze nanometriche controllate è ideale per trattenere molecole di contaminanti e in maniera più efficiente rispetto ai tradizionali filtri tridimensionali.
Il grafene è per sua natura idrofobico, quindi respinge l’acqua, ma se nella sua struttura vengono create delle adeguate porosità allora si può permettere all’acqua di attraversarle, mentre le altre sostanze disciolte sono trattenute.
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