Le procédé de fabrication du charbon actif consiste généralement en une carbonisation suivie d'une activation de matières carbonées d'origine végétale. La carbonisation est un traitement thermique réalisé entre 400 et 800 °C qui transforme les matières premières en carbone en minimisant la teneur en matières volatiles et en augmentant la teneur en carbone. Ce procédé accroît la résistance du matériau et crée une structure poreuse initiale, indispensable à l'activation du charbon. L'ajustement des conditions de carbonisation peut influencer considérablement le produit final. Une température de carbonisation plus élevée augmente la réactivité, mais diminue simultanément le volume des pores. Cette diminution du volume des pores est due à une condensation accrue du matériau à haute température, ce qui entraîne une augmentation de la résistance mécanique. Il est donc essentiel de choisir la température de traitement appropriée en fonction du produit de carbonisation souhaité.
Ces oxydes diffusent hors du carbone, entraînant une gazéification partielle qui ouvre des pores auparavant fermés et développe davantage 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 sa structure. L'activation chimique combine souvent les étapes de carbonisation et d'activation, mais ces deux étapes peuvent néanmoins se dérouler séparément selon le procédé. Des surfaces spécifiques élevées, supérieures à 3 000 m²/g, ont été obtenues en utilisant du KOH comme agent d'activation chimique.
Charbon actif issu de différentes matières premières.
En plus d'être un adsorbant utilisé à de nombreuses fins, le charbon actif peut être produit à partir d'une grande variété de matières premières, ce qui en fait un produit incroyablement polyvalent, adaptable à différents secteurs en fonction des matières premières disponibles. Parmi ces matières, on trouve les coques de plantes, les noyaux de fruits, les matières ligneuses, l'asphalte, les carbures métalliques, le noir de carbone, les résidus de stations d'épuration et les déchets polymères. Différents types de charbon, déjà présents sous une forme carbonée à structure poreuse développée, peuvent être transformés pour obtenir du charbon actif. Bien que ce dernier puisse être produit à partir de presque toutes les matières premières, la production à partir de déchets est la plus rentable et la plus respectueuse de l'environnement. Les charbons actifs issus de coques de noix de coco présentent une forte porosité, ce qui en fait la matière première la plus couramment utilisée pour les applications exigeant une capacité d'adsorption élevée. La sciure de bois et autres déchets ligneux possèdent également des structures microporeuses très développées, performantes pour l'adsorption en phase gazeuse. La production de charbon actif à partir de noyaux d'olive, de prune, d'abricot et de pêche permet d'obtenir des adsorbants très homogènes, présentant une dureté importante, une résistance à l'abrasion et un volume microporeux élevé. Les déchets de PVC peuvent être activés après élimination préalable de l'acide chlorhydrique, donnant un charbon actif performant pour l'adsorption du bleu de méthylène. Des charbons actifs ont même été produits à partir de déchets de pneus. Afin de départager les nombreux précurseurs possibles, il est nécessaire d'évaluer les propriétés physiques obtenues après activation. Le choix d'un précurseur repose sur plusieurs critères : la surface spécifique des pores, le volume et la distribution des pores, la composition et la granulométrie, ainsi que la structure/caractéristique chimique de la surface du carbone.
Le choix du précurseur adapté à l'application est crucial, car la variation des matériaux précurseurs permet de contrôler la structure poreuse du carbone. Différents précurseurs contiennent des quantités variables de macropores (> 50 nm), ce qui détermine leur réactivité. Ces macropores ne sont pas efficaces pour l'adsorption, mais leur présence offre davantage de voies de formation pour les micropores lors de l'activation. De plus, les macropores facilitent l'accès des molécules adsorbées aux micropores pendant l'adsorption.
Date de publication : 1er avril 2022