Le procédé de traitement du charbon actif consiste généralement en une carbonisation suivie d'une activation de la matière carbonée d'origine végétale. La carbonisation est un traitement thermique à 400-800 °C qui convertit les matières premières en carbone en minimisant la teneur en matières volatiles et en augmentant la teneur en carbone du matériau. Cela augmente la résistance du matériau et crée une structure poreuse initiale, nécessaire à l'activation du charbon. L'ajustement des conditions de carbonisation peut avoir un impact significatif sur le produit final. Une température de carbonisation plus élevée augmente la réactivité, mais réduit simultanément le volume des pores présents. Cette diminution est due à une augmentation de la condensation du matériau à des températures de carbonisation plus élevées, ce qui entraîne une augmentation de la résistance mécanique. Il est donc important de choisir la température de procédé adaptée au produit de carbonisation souhaité.
Ces oxydes se diffusent hors du carbone, provoquant une gazéification partielle qui ouvre des pores auparavant fermés et développe la structure poreuse interne du carbone. Lors de l'activation chimique, le carbone réagit à haute température avec un agent déshydratant qui élimine la majeure partie de l'hydrogène et de l'oxygène de la structure du carbone. L'activation chimique combine souvent les étapes de carbonisation et d'activation, mais ces deux étapes peuvent néanmoins être séparées selon le procédé. Des surfaces spécifiques élevées, supérieures à 3 000 m²/g, ont été observées lors de l'utilisation de KOH comme agent d'activation chimique.
Charbon actif issu de différentes matières premières.
Outre son rôle d'adsorbant à usages multiples, le charbon actif peut être produit à partir d'une multitude de matières premières, ce qui en fait un produit incroyablement polyvalent, utilisable dans de nombreux domaines, selon la disponibilité des matières premières. Parmi ces matières, on trouve les coques de plantes, les noyaux de fruits, les matières ligneuses, l'asphalte, les carbures métalliques, les noirs de carbone, les dépôts de déchets d'épuration et les déchets de polymères. Différents types de charbon, déjà présents sous forme carbonée et possédant une structure poreuse développée, peuvent être traités ultérieurement pour produire du charbon actif. Bien que le charbon actif puisse être produit à partir de presque toutes les matières premières, il est plus économique et écologique de le produire à partir de déchets. Les charbons actifs produits à partir de coques de noix de coco présentent un volume important de micropores, ce qui en fait la matière première la plus couramment utilisée pour les applications nécessitant une forte capacité d'adsorption. La sciure et autres déchets ligneux présentent également des structures microporeuses fortement développées, propices à l'adsorption en phase gazeuse. La production de charbon actif à partir de noyaux d'olive, de prune, d'abricot et de pêche produit des adsorbants très homogènes, présentant une dureté, une résistance à l'abrasion et un volume microporeux importants. Les déchets de PVC peuvent être activés après élimination préalable du HCl, ce qui permet d'obtenir un charbon actif efficace pour le bleu de méthylène. Des charbons actifs ont même été produits à partir de déchets de pneus. Afin de distinguer les nombreux précurseurs possibles, il est nécessaire d'évaluer les propriétés physiques obtenues après activation. Lors du choix d'un précurseur, les propriétés suivantes sont importantes : surface spécifique des pores, volume et distribution des pores, composition et taille des granulés, et structure/caractéristique chimique de la surface du charbon.
Le choix du précurseur adapté à l'application est crucial, car la diversité des matériaux précurseurs permet de contrôler la structure des pores du carbone. Chaque précurseur contient une quantité variable de macropores (> 50 nm), ce qui détermine sa réactivité. Ces macropores ne sont pas efficaces pour l'adsorption, mais leur présence favorise la création de micropores lors de l'activation. De plus, les macropores offrent aux molécules d'adsorbat davantage de voies d'accès pour atteindre les micropores lors de l'adsorption.
Date de publication : 01/04/2022