Hoe werkt actieve koolstof in luchtfiltratie?

Binnen- en buitenemissies zijn een groot probleem bij industriële productie, waarbij verontreinigende stoffen in de lucht, geuren en vluchtige organische stoffen(VOC’s) risico’s opleveren voor de menselijke gezondheid en het milieu. Om deze uitdaging aan te gaan, kunnen verschillende luchtfiltratietechnologieën worden overwogen. Een effectieve en soms kostenefficiëntere methode in vergelijking met gaswassers is het gebruik van actieve koolstoffilters.

Wat is actieve koolstof?

Actieve kool is een zeer poreuze vorm van koolstof die een proces heeft ondergaan dat activering wordt genoemd. Bij dit proces worden organische materialen, zoals hout, kokosnootschalen, turf of zelfs steenkool, behandeld met hoge temperaturen en soms chemische middelen om een netwerk van kleine poriën te creëren. Dit maximaliseert het oppervlak dat gebruikt kan worden voor adsorptie van vervuilende deeltjes. De resulterende actieve kool staat bekend om zijn uitzonderlijke adsorptie-eigenschappen, waardoor het effectief is in verschillende toepassingen voor het verwijderen van onzuiverheden, verontreinigingen en vervuilende stoffen uit gassen, vloeistoffen of een mix tussen deze twee (oplossing).

• ADsorptie: Een oppervlakteverschijnsel waarbij verontreinigende stoffen zich hechten aan het oppervlak van een vaste stof of vloeistof zonder deel te worden van het sorptiemateriaal.
• Absorptie: Een proces waarbij verontreinigende stoffen oplossen in of doordringen in een vloeibaar of vast materiaal en zo deel worden van de absorberende stof.

De poriën in actieve kool kunnen variëren in grootte en verdeling, wat bijdraagt tot het vermogen om een brede waaier aan moleculen en deeltjes te adsorberen. De oppervlakte van actieve kool kan enorm zijn, vaak meer dan enkele honderden vierkante meters per gram materiaal. Dit enorme oppervlak biedt meer dan genoeg ruimte voor moleculen om zich aan het koolstofoppervlak te hechten, hetzij door fysische adsorptie, hetzij, in sommige gevallen, door chemische reacties (aantrekking).

• Fysische aantrekking (fysisorptie): Moleculen hechten zich aan het oppervlak van de actieve kool door zwakke krachten, bv. ‘Van der Waals’-interacties. Dit is een interactie op oppervlakteniveau en verandert de eigenschappen van de moleculen meestal niet.
• Chemische aantrekking (chemisorptie): Moleculen vormen sterke chemische bindingen met het oppervlak van de actieve kool, waardoor de eigenschappen van de moleculen vaak veranderen. Dit gaat gepaard met een meer significante transformatie en kan resulteren in een blijvende verbinding.

*NB dat deze twee voorbeelden van ADsorptie zijn en niet verward moeten worden met ABsorptie.

Waar wordt actieve kool voor gebruikt?

Actieve kool speelt een cruciale rol in verschillende industrieën vanwege zijn vermogen om verontreinigingen effectief op te vangen. De belangrijkste functie is het adsorberen van onzuiverheden, waardoor het een essentieel materiaal is voor het zuiveren van lucht, water en andere stoffen. Dit is hoe het vaak wordt gebruikt:

1. Lucht- en gasfiltratie: Actieve kool wordt vaak toegepast in luchtfiltersystemen om schadelijke gassen, geuren en vluchtige organische stoffen (VOC’s) te verwijderen. Het helpt de luchtkwaliteit in industriële en commerciële omgevingen te verbeteren door verontreinigende stoffen op te vangen op het poreuze oppervlak.
2. Waterzuivering: In waterbehandelingsprocessen is actieve kool zeer effectief in het verwijderen van chloor, organische verbindingen en zelfs sommige zware metalen. Hierdoor is het een ideale oplossing voor zowel industriële als residentiële waterzuiveringssystemen.
3. Medische behandelingen: Actieve kool is een essentieel onderdeel van medische behandelingen voor bepaalde soorten vergiftigingen of overdoses, omdat het zich bindt aan giftige stoffen en voorkomt dat ze in het lichaam worden opgenomen.
4. Voedingsmiddelen- en drankenindustrie: Om de productkwaliteit te verbeteren, wordt actieve kool vaak gebruikt om onzuiverheden te filteren en de smaak, kleur en geur van voedsel en dranken te verbeteren.
5. Industriële toepassingen: Actieve kool speelt ook een belangrijke rol in de terugwinning van oplosmiddelen, goudraffinage en in verschillende chemische verwerkingsindustrieën.

Hoe werkt een Actief Koolstoffilter?

Een algemeen actief koolfilter voor luchtemissies adsorbeert verontreinigende stoffen in de lucht, vluchtige organische stoffen(VOC’s), geuren en andere verontreinigende stoffen uit de lucht. Dit is hoe het proces werkt:

Inname van vervuilde lucht:

De vervuilde lucht met vervuilende stoffen, VOC’s en geuren wordt in de actieve koolfilter geduwd. In het luchtfiltersysteem gaat de lucht door een bed van actieve kool. De actieve kool kan de vorm hebben van korrels, pellets of andere configuraties. Terwijl de vervuilde lucht door het actiefkoolbed stroomt, komen de vervuilende stoffen in contact met het oppervlak en de poriën van de koolstof. De verontreinigingen binden zich aan de actieve kool via fysisorptie (zwak) of via chemisorptie (sterk).

Schone lucht als uitvoer:

De lucht die het actieve koolfilter verlaat, bevat aanzienlijk minder verontreinigingen. Na verloop van tijd kunnen de poriën van de actieve kool echter verzadigd raken met gevangen verontreinigingen. Dit vermindert de efficiëntie van de filter. Afhankelijk van de toepassing en de concentratie vervuilende stoffen, moet de actieve koolfilter vervangen of geregenereerd worden wanneer dit gebeurt.

Soorten actieve koolstoffilters in luchtfiltratie

Wat luchtemissies betreft, worden actieve koolfilters gebruikt in de chemische, voedingsmiddelen-, olie- en gasindustrie om verontreinigende stoffen in de lucht, vluchtige organische stoffen(VOC’s), geuren en andere verontreinigende stoffen op te vangen en te verwijderen. Met het gebruik van actieve koolfilters is het mogelijk om de uitstoot binnen en buiten te verminderen. Enkele veelgebruikte types actieve koolfilters (AC) die in de industrie worden gebruikt, zijn de volgende:

• Poeder actieve kool: Deze AC wordt geleverd in de vorm van een zeer fijn poeder en wordt zelden gebruikt in de vorm van een patroonfilter omdat het een hoge drukval kan veroorzaken. In plaats daarvan wordt het rechtstreeks op filtratiemedia aangebracht, zoals bij zwaartekrachtfiltratie of in een zuiveringsinstallatie.
• Gegranuleerde actieve kool: Gegranuleerde actieve kool bestaat uit grotere deeltjes dan poederactieve kool en kan daarom in patronen of een filterbed worden geplaatst en worden gebruikt voor luchtfiltratie (bijv. ontgeuring).
• Gepelletiseerde actieve kool: Door een mengsel van AC poeder met bindmiddel te extruderen, kunnen grotere AC pellets geproduceerd worden. Door de lage drukval wordt het vaak gebruikt voor zowel gas- als vloeistoffiltratie.
• Doek van actieve koolstof: AC kan ook worden gemaakt als vezels en geweven in doekachtig materiaal, dat vervolgens kan worden gebruikt als filtratiemiddel voor verontreinigde lucht of andere gassen. AC doek wordt ook veel gebruikt voor medische en farmaceutische doeleinden.

Actieve Kool kan ook toegediend worden met extra elementen zoals zilver of jodium om het adsorptievermogen voor specifieke verontreinigingen te verhogen (bv. waterstofsulfide, ammoniak, metaaloxides, enz.).

Wanneer moet je actieve koolstoffilter gebruiken

Dat hangt af van je specifieke behoeften. Een actief koolstoffilter kan perfect werken in bepaalde omstandigheden, maar andere keren kunnen andere oplossingen beter werken. Zo kan in het ene geval een specifieke eigenschap van een AC-filter gunstig zijn en in een andere situatie juist slecht. Als je actieve koolstoffilters in je productieproces gebruikt, kan het een haalbare oplossing zijn. Maar de effectiviteit en de juiste pasvorm hangen af van de situatie. Lees hier meer over geurbeheersingssystemen.

Kenmerk van een actieve koolfilter

1. Gerichte Adsorptie: De doeltreffendheid van actieve kool hangt af van de aard van de verontreinigingen. Het is mogelijk dat bepaalde anorganische verbindingen of zeer polaire moleculen niet effectief worden afgevangen.
2. Laag volume: Geschikt voor luchtstromen met een laag volume
3. Laag energieverbruik: Actief koolfiltratie werkt meestal bij omgevingstemperaturen en vereist een minimale energie-input in vergelijking met andere technologieën. Maar alleen als het gaat om een lage doorvoercapaciteit.
4. Fysieke voetafdruk (grootte): in vergelijking met andere filtratie-installaties zijn AC filters over het algemeen compact in voetafdruk en vereisen ze geen extra voorzieningen.
5. Modulariteit: Actieve koolstoffilters kunnen worden ontworpen in modulaire configuraties, zodat ze schaalbaar zijn en kunnen worden aangepast aan veranderende emissies.
6. Installatie: Bij de implementatie van actieve koolfilters is de installatietijd vaak korter dan bij complexere technologieën voor luchtverontreinigingbeheersing. Actieve koolfilters kunnen met relatief gemak geïntegreerd worden in bestaande systemen of achteraf ingebouwd worden in verschillende industriële processen.

Aandachtspunten bij het gebruik van actieve koolstoffilters

1. Type verontreiniging: De specifieke verontreinigende stoffen, VOC’s en geuren die aanwezig zijn in de luchtemissies bepalen welk type actieve kool en de verdeling van de poriëngrootte het meest effectief zal zijn.
2. Verblijftijd: De duur dat de vervuilde lucht in contact komt met de actieve kool heeft een significante invloed op de adsorptie-efficiëntie. Langere contacttijden verbeteren de adsorptie, maar een goede stromingsdynamiek is cruciaal.
3. Temperatuur en vochtigheid: Deze factoren beïnvloeden zowel het fysische als het chemische adsorptieproces. Hogere temperaturen kunnen de desorptie verhogen, terwijl de vochtigheid de adsorptiecapaciteit kan beïnvloeden.
4. Onderhoud: Regelmatige controle, onderhoud en vervanging van filters zijn essentieel om consistente en effectieve prestaties te garanderen. Houd er echter rekening mee dat het vervangen van filters tot terugkerende kosten kan leiden. Hogere concentraties verontreinigende stoffen kunnen leiden tot snellere verzadiging van de actieve kool, waardoor vaker vervanging of regeneratie nodig is.
5. Uitdagingen bij regeneratie: Terwijl het energieverbruik van AC-filters tijdens hun werking minimaal is, kan de regeneratie van AC-filters energie-intensief zijn. Geïmpregneerde of gespecialiseerde koolstoffen kunnen een beperkt regeneratiepotentieel hebben.
6. Regelgeving: Het voldoen aan specifieke wettelijke normen voor luchtkwaliteit en emissies kan het ontwerp en de prestaties van het actievekoolfiltersysteem dicteren.
7. Milieu-impact: De verwijdering van gebruikte actieve kool, vooral als die gevaarlijke stoffen heeft geadsorbeerd, kan gevolgen hebben voor het milieu.
8. Gezondheid en veiligheid: Stof dat vrijkomt bij het hanteren van actieve kool of verbruikte kool kan gezondheids- en veiligheidsrisico’s inhouden voor werknemers.