Le charbon actif est formé à partir du carbone, qui en est le principal composant. Après activation, le charbon actif présente une structure aléatoire ou amorphe composée de microcristaux de graphite et d'hydrocarbures. La structure peut présenter les caractéristiques suivantes.
Structure poreuse :
Le charbon actif est constitué d'un réseau complexe de pores dont la taille, la forme et la distribution varient. La structure poreuse permet d'obtenir une grande surface, allant de 500 à 1500 m2 /g ou plus, en fonction du processus d'activation et de la matière première utilisée. Cette surface élevée est essentielle pour l'adsorption des contaminants.
Distribution de la taille des pores
Les pores du charbon actif peuvent être divisés en trois catégories en fonction de leur taille.
- MicroporesLes micropores sont des pores dont le diamètre est inférieur à 2 nm. Les micropores contribuent de manière significative à la surface totale et sont responsables de l'adsorption de petites molécules. Le charbon actif en coquille de noix de coco présente des micropores bien développés.
- Mésopores: Pores dont le diamètre est compris entre 2 nm et 50 nm. Les mésopores contribuent au transport des adsorbats dans et hors des micropores et permettent l'adsorption de molécules plus grosses. Le charbon actif issu du charbon présente des mésopores et des micropores bien développés.
- Macropores: Pores dont le diamètre est supérieur à 50 nm. Les macropores constituent la principale voie de diffusion des macromolécules et facilitent l'entrée des adsorbants dans la structure interne des pores. Le charbon actif de bois est principalement macroporeux.
Réseau de carbone
Les atomes de carbone du charbon actif sont disposés dans une structure en treillis, principalement constituée d'anneaux hexagonaux, semblable à celle du graphite. Toutefois, le réseau de carbone du charbon actif n'est pas aussi bien ordonné que le graphite et présente de nombreux défauts, tels que des lacunes, des dislocations et des régions de carbone amorphe. Ces défauts structurels fournissent des sites supplémentaires pour l'adsorption et contribuent à la capacité d'adsorption globale du matériau.
Chimie de surface
La surface du charbon actif peut contenir divers groupes fonctionnels tels que des groupes hydroxyle, carbonyle et carboxyle, qui résultent de processus d'activation ou de la présence de matériaux organiques ou inorganiques résiduels. Ces groupes fonctionnels peuvent interagir avec l'adsorbat par le biais de divers mécanismes tels que la liaison hydrogène, l'échange d'ions et la complexation, améliorant ainsi la capacité d'adsorption du charbon actif.
Les caractéristiques structurelles du charbon actif en font un adsorbant très efficace pour une large gamme de polluants et d'applications. Nous pouvons sélectionner le charbon actif approprié pour une application spécifique.