por Cristiane Rubim
Escolher o carvão ativado mais apropriado para a aplicação depende muito do tipo de produto a ser tratado e da situação de operação do processo. Uma das suas vantagens é o baixo custo-benefício comparado a outros métodos de purificação. Por isso, os fabricantes vêm apostando suas fichas no perfil sustentável que o carvão ativado apresenta nestes tempos de busca de novos recursos para enfrentar a escassez de água.
Mais utilizados
Os carvões ativados são materiais carbonáceos e inertes que têm grande área superficial. Devido à alta porosidade do material, possui a capacidade de adsorção, processo que elimina as moléculas causadoras de gosto, odor e cor indesejáveis e remove substâncias orgânicas dissolvidas que ficam ligadas à superfície dos poros do carvão. O carvão ativado atende aplicações na indústria química, alimentícia, automotiva, petroquímica, mineração, farmacêutica, processos de purificação em geral, cloro residual e no tratamento de água e efluentes líquidos e gasosos, entre outros. Com o desenvolvimento industrial, há aumento das quantidades e variedades de componentes químicos presentes na água. Muitas espécies de orgânicos e inorgânicos têm sido identificadas, como trihalometanos (THM) e químicos orgânicos sintéticos. “Os tratamentos convencionais de água já não são tão eficientes e até ineficazes na retenção de alguns destes compostos”, adverte Dirce Maria Golin, gerente técnica e comercial da Carbomafra.
Tipos de carvões ativados mais usados hoje
Granulados – Aplicados em sistemas de leito fixo para decloração, tratamento de água, clarificação de xarope de açúcar, recuperação de solventes, purificação de ácido cítrico, glicerina, glicose, entre outras. A Calgon Carbon criou o CAG a partir da reaglomeração do carvão betuminoso nos anos 1940. No tratamento de efluentes líquidos industriais, para extrair contaminantes deletérios ou inconvenientes resistentes aos tratamentos biológicos. Usado também em fase final de processo biológico em colunas de leito fixo, na fase de polimento, removendo cor ou componentes específicos. Tamanho de partículas: entre 3 mm e 0.1 mm.
Tecido de carvão ativado – Para filtração, adsorção e separação nos: mercado industrial, defesa e hospitalar.
Carvão ativado peletizado (extrudado) – Pellets para a purificação de ar e gases, proporcionando menor queda de pressão, excelente resistência ao estresse mecânico e térmico, baixa geração de partículas finas e menos poeira. Tamanho de partículas: maior de 3 mm.
Para uso industrial, os mais procurados são o granulado e o peletizado. Já para água, são o pulverizado e o granulado. Vem crescendo também a utilização do granular e peletizado para tratamento de gases. “A grande vantagem do carvão ativado é que é um material inerte que não altera a corrente líquida nem gasosa. Passa a ser concentrador dos contaminantes, não gera subprodutos como um produto químico, e é sustentável”, discorre Robinson Zuntini, gerente da Calgon Carbon Brasil.
Carvão ativado peletizado (extrudado) – Pellets para a purificação de ar e gases, proporcionando menor queda de pressão, excelente resistência ao estresse mecânico e térmico, baixa geração de partículas finas e menos poeira. Tamanho de partículas: maior de 3 mm.
Para uso industrial, os mais procurados são o granulado e o peletizado. Já para água, são o pulverizado e o granulado. Vem crescendo também a utilização do granular e peletizado para tratamento de gases. “A grande vantagem do carvão ativado é que é um material inerte que não altera a corrente líquida nem gasosa. Passa a ser concentrador dos contaminantes, não gera subprodutos como um produto químico, e é sustentável”, discorre Robinson Zuntini, gerente da Calgon Carbon Brasil.
A capacidade de adsorção do carvão ativado granulado é ideal para remoção de uma grande variedade de contaminantes da água, ar, líquidos e gases. “Curiosamente, 5 gramas de carvão ativado reaglomerado têm uma área de superfície de um campo de futebol”, comparam Zuntini e Andreas Scheurell, diretores de desenvolvimento de negócios para a América Latina da Calgon Carbon Corporation. Carvão ativado é uma mistura de placas grafíticas dispostas de forma aleatória na sua estrutura, contendo Carbono (C), que lhe confere poderosa força de adsorção quando comparada à de outros materiais. “Sistema mais avançado em reciclagem e em sustentabilidade, o CAG é um produto ambientalmente responsável, já que pode ser reativado através de oxidação térmica e utilizado várias vezes para a mesma aplicação”, explanam. Segundo eles, a troca do carvão é fácil, limpa e rápida. O peletizado ou granulado podem ser reativados, já o carvão ativado em pó não.
As matérias-primas utilizadas para fazer carvão ativado têm um alto teor de carbono, tais como carvão betuminoso, casca de coco, madeira, entre outros. “No processo de produção de carvão ativado betuminoso, o carvão é pulverizado e transformado em fornos de baixa temperatura seguidos pelos de alta temperatura. Os ajustes feitos nesse processo de aquecimento, conhecido como ativação, desenvolvem a estrutura dos poros do carvão com o tamanho necessário para a aplicação”, explicam Zuntini e Scheurell. Segundo eles, o produto resultante tem uma enorme área superficial por unidade de volume e uma rede de poros submicroscópicos onde ocorre a adsorção. As paredes dos poros proporcionam uma camada superficial de moléculas de carbono essenciais para a adsorção.
Um carvão betuminoso não impregnado é usado para adsorver contaminantes orgânicos em aplicações industriais devido à grande variedade de tamanhos de poros, atuando em ampla gama de produtos químicos orgânicos. “A preferência é pelo carvão reaglomerado do que o produzido a partir de uma ativação direta. Isso porque é mais robusto e versátil com porosidade totalmente desenvolvida e, ao mesmo tempo, dispõe de uma resistência mecânica que suporta uma reativação. Produzido a partir da moagem das matérias-primas em pó, adicionando um produto aglomerante adequado para dureza, recompactar e fracionar no tamanho especificado, o carvão é, em seguida, termicamente ativado em um forno de alta temperatura com atmosfera controlada”, destacam. As etapas finais de produção incluem a classificação para remover partículas superdimensionadas e subdimensionadas e, em seguida, embaladas.
Na indústria
“Além do seu uso básico na indústria, há uma tendência da utilização do produto na busca de soluções ambientais em diversos segmentos da indústria devido às legislações ambientais, que estão cada vez mais rígidas. Neste caso, os carvões ativados são usados na purificação de efluentes aquosos e gasosos”, relaciona Liliane Schier de Lima, gerente de operações da Alphacarbo Industrial.
No processo industrial de tratamento de ar, o que chama a atenção é a preocupação maior com a limpeza do ar, que desafia as indústrias a tratar os contaminantes presentes nas fontes de emissão de gases. “Sistemas e produtos de carvão ativado são utilizados para capturar poluentes tóxicos, principalmente Compostos Orgânicos Voláteis (COVs), de plantas petroquímicas, aterros sanitários, operações de fabricação e instalações de processamento de produtos químicos”, ressaltam Zuntini e Scheurell.
Em relação ao reúso de água, um exemplo é o uso da desinfecção por luz UV juntamente com um agente oxidante, como o peróxido de hidrogênio, para destruir contaminantes orgânicos da água. “Essa tecnologia, que vem crescendo rapidamente como preferencial para água potável indireta, é eficaz na redução de nitrosaminas, produtos farmacêuticos, produtos de cuidado pessoal e Compostos Desreguladores Endócrinos (EDCs) nas águas residuais”, apontam. O CAG e oxidação por UV, dizem eles, têm se mostrado como uma alternativa econômica para o reúso direto.
“Hoje participamos de alguns trabalhos onde o carvão ativado é utilizado no tratamento e reciclagem de óleo diesel. Além disso, é usado para tratamento de gases, em filtros de escapamentos de carros, recuperação de solventes, adsorção de COVs, purificação de ar, remoção de SO2 e outros contaminantes nas indústrias em geral”, salienta Luciano Barche, gerente de vendas mercosul da Clarimex.
Adsorção física e química
Na adsorção, as moléculas de um fluido fixam-se na superfície do carvão ativado por interações físicas e químicas. Os filtros de carvão ativado retiram impurezas e contaminantes, como material orgânico, gases e partículas menores, de onde a água sai limpa e sem cheiro. A área de superfície do carvão ativado é interna e facilita a aproximação e adsorção das moléculas. Além disso, tem alta porosidade, o que influi na avaliação de seu desempenho e também pela estrutura dos poros, que varia de tamanho, podendo ser microporos (raio menor que 20 angström), mesoporos (raio entre 20 e 50 angström) ou macroporos (raio acima de 50 angström). Estes poros fazem ligação com as moléculas de substâncias químicas que são atraídas pelos átomos da superfície do carvão ativado e unem-se a ele, ficando retidas.
A quantidade de átomos disponíveis na superfície para realizar a adsorção é outra vantagem do uso do carvão ativado. A ativação do carvão “multiplica” a área superficial criando uma estrutura porosa. “Os tipos de poros que o carvão tem são um dos fatores mais importantes na hora de indicar um carvão para uso. Os poros devem ter tamanho similar ao das moléculas a serem adsorvidas. Se a molécula for maior que o poro, não será adsorvida. Se for menor, as moléculas entrarão, porém, como ficarão distantes das paredes, a força de atração será pequena e a molécula acabará saindo, ocorrendo dessorção”, explica Luciano Barche, gerente de vendas Mercosul da Clarimex.
“Por possuir coloração negra, pode parecer estranho o uso do carvão ativado em pó para clarificar substâncias, mas isso ocorre devido ao carvão ativado adsorver as moléculas que proporcionam a cor ou que estão ‘contaminando’ o produto a ser tratado”, esclarece. Depois disso, o carvão deve ser retirado do meio por filtração. “Vale ressaltar ainda que o dimensionamento do filtro é fator primordial para o sucesso da purificação, pois há necessidade de um tempo mínimo de contato entre a substância a ser purificada e o leito de carvão”, aponta.
A adsorção física, principal forma pela qual o carvão ativado remove os contaminantes, é facilitada pelas forças de atração Van der Waals, que são fracas – não ultrapassam 2 kcal/mol – e existem entre todas as moléculas. “Embora sejam fracas em macroescala, a extensa área microscópica da superfície interna do carvão ativado fornece energia de atração suficiente para captar certas moléculas”, apontam Robinson Zuntini, gerente da Calgon Carbon Brasil, e Andreas Scheurell, diretor de desenvolvimento de negócios para a América Latina da Calgon Carbon Corporation.
“Na filtragem da água, os contaminantes são adsorvidos no carvão ativado porque as forças de atração na superfície do carvão são mais fortes do que as que mantêm os contaminantes dissolvidos na água”, explicam. Segundo eles, os compostos químicos que aderem mais facilmente ao carvão ativado têm baixa solubilidade, embora devam ser solúveis, são orgânicos de alto peso molecular e neutros ou não-polares de natureza química.
Sempre que as moléculas entram em contato com a superfície do carvão ativado, as forças intermoleculares envolvidas são fracas e ocorrem como resultado de propriedades geométricas e eletrônicas do adsorvente (sólido que adsorve) e adsorvato (substância adsorvida). “Em outras palavras, as moléculas ficam retidas nos poros do carvão através de interações eletrostáticas”, enfatiza Liliane Schier de Lima, gerente de operações da Alphacarbo Industrial.
Segundo Dirce Maria Golin, gerente técnica e comercial da Carbomafra, existem parâmetros que podem melhorar os resultados obtidos da adsorção física: escolha do adsorvente adequado, dosagem do adsorvente, remoção dos contaminantes particulados por filtração antes da adsorção, temperatura do meio, diminuição da viscosidade para aumentar a velocidade de difusão, tempo de contato e regeneração ou troca do adsorvente sempre que necessário.
A adsorção química é uma reação químicas que ocorrem entre as moléculas e a superfície do carvão ativado através da formação de ligações químicas covalentes envolvendo compartilhamento de elétrons entre o adsorvato e o substrato (adsorvente). Nela, as interações são mais intensas, podendo levar à quebra das ligações químicas nas moléculas. Na adsorção química, os valores típicos são de 10 a 100 kcal/mol, bem maiores do que da adsorção física.
Uma das aplicações na adsorção química é a remoção do cloro da água potável por conversão de íons cloreto. “Esta reação é importante para a filtração da água no ponto de uso (POU), porque o cloro comum contribui fortemente para sabores e odores desagradáveis da água”, relatam Zuntini e Scheurell.
O carvão ativado é um adsorvente versátil:
• Na indústria de bebidas, remove aldeídos e compostos residuais de fermentação. Na fabricação de vinhos, padroniza a coloração; e em sucos remove toxinas;
• Em insumos farmacêuticos, clarifica o licor de cristalização de medicamentos;
• Na indústria química, purifica plastificantes, ácidos, alcoois e glicerinas;
• Na fase gasosa, em purificadores de ar, aparelhos de ar condicionado, filtros industriais e máscaras de proteção individual;
• Na recuperação de solventes, em gráficas, indústrias de tintas e adesivos;
• Na purificação de gás carbônico e hidrogênio;
• Em refinarias, como suporte para o agente catalisador no tratamento de gasolina ou dessulfurização do gás natural;
• Ácidos húmicos às vezes têm concentrações tão altas em águas de abastecimento que persistem nela mesmo após o tratamento convencional;
• Resíduos de pesticidas, herbicidas ou inseticidas, usados na agricultura, também, além de afetarem o odor e sabor, podem ter efeitos tóxicos sobre os seres humanos;
• Em sistemas de tratamento de águas municipais, o uso do carvão ativado é comum como complemento dos convencionais. Na forma pulverizada, é aplicado em dosagens variadas, sendo removido nos decantadores ou flotadores;
• Na presença de precursores orgânicos, a cloração de água e despejos pode introduzir compostos orgânicos e inorgânicos danosos à saúde humana que também devem ser removidos;
• Agentes químicos, como cloro e hipoclorito, desinfetam ou oxidam materiais da água. Seu uso em elevadas doses é comum, principalmente na indústria de refrigerantes. O excesso permanece na água, mas deve ser removido porque sua permanência prejudica a sequência do processo, podendo alterar as características organolépticas do refrigerante (que podem ser percebidas pelos sentidos humanos) ou oxidar seus componentes, como corantes. “A solução é a decomposição catalítica do agente oxidante sobre a superfície do carvão ativado, reduzindo o cloro livre em cloreto, uma forma não prejudicial”, indica Dirce;
• Pode ser usado nos sistemas de geração de vapor, antes de colunas de desmineralização e membranas de osmose inversa, removendo cloro livre e materiais orgânicos da água. Também em linhas de condensado, garantindo a qualidade da água de retorno antes de entrar no gerador de vapor. Fonte: Carbomafra
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Novidades
A aplicação de carvão ativado na indústria e no saneamento já está bem consolidada e conhecida. “Nos últimos dez anos, as empresas de saneamento e também muitas indústrias do setor químico e alimentício têm migrado para o uso do carvão ativado umectado, que é um carvão ativado em pó, porém, com um alto teor de umidade, em torno de 30%, para evitar dispersá-lo nos ambientes”, indica Liliane. Segundo ela, observa-se também o aparecimento de novos produtos no mercado, como xampus, palmilhas e roupas, que trabalham com a impregnação do carvão ativado em pó em tecidos, com finalidades específicas, onde o carvão ativado é o principal coadjuvante.
Na hora de decidir pelo produto adequado para sua aplicação, é importante fazer a correspondência entre o desempenho esperado e o produto correto para otimizar o processo de adsorção dos contaminantes. A Calgon Carbon dispõe de três tecnologias para isso, como o carvão ativado granular (CAG), a desinfecção/oxidação por luz UV e a troca iônica. “Novos produtos estão sendo introduzidos, visando maior rapidez na cinética de adsorção e com menor taxa de utilização de carvão para reduzir os custos operacionais e o custo total de propriedade”, revelam Zuntini e Scheurell.
“O que temos de novo para este ano é o Carvão CAE Ultra, que possui alto índice de ativação com área superficial acima de 1.600 m2/g de carvão. Além disso, dispomos da linha Clarisorb M, com excelente capacidade de filtração”, destaca Barche. “Atualmente, o uso mais moderno do carvão ativado pulverizado seria com a forma antidispersão ou umectada por não gerar poeira no ambiente de trabalho. Tem ocorrido recentemente também grande uso deste material em incineradores de gás e em rações animais”, ressalta o engenheiro químico João Carlos Tannouri Pastuch, da área técnico comercial da Brascarbo Agroindustrial.
Devido às novas necessidades no mercado, novas finalidades de uso surgem. Dirce cita algumas. Segundo ela, uma preocupação de tratamento que tem crescido no Brasil é a adsorção de hormônios residuais em água, na qual o carvão ativado pulverizado tem se mostrado uma boa opção. “O uso do carvão ativado está crescendo também no tratamento de água de reúso como alternativa complementar”, expõe. Devido a novos parâmetros de controle, a indústria de sucos vem se tornando mais exigente e usando a adsorção de residuais de herbicidas de modo crescente. “Em tratamento de efluentes, as exigências de parâmetros mais restritivos da legislação para despejos industriais aumentam o uso do carvão ativado para remover compostos recalcitrantes”, ressalta. A Carbomafra atua com carvões ativados granulados e pulverizados. Para o segmento de água, o tipo granulado mais usado é o 119, nos tamanhos 12 x 25 e 8 x 30 mesh. Na forma de pó, entre eles, 118 CB, 106/90 e 118/90.
Aumento do uso
“Com uma demanda crescente por água pura e ar limpo no mundo todo, o uso de carvão ativado irá aumentar. Por volta do ano 2030, é esperado um aumento de 50% na demanda mundial de água, isso é 60% maior do que a oferta sustentável de água hoje”, preveem Zuntini e Scheurell. Seguindo a mesma tendência, a adoção de regulamentos mais restritivos relativos ao controle ambiental exigirá a remoção dos contaminantes de emissões de gases e efluentes. “A escassez de água resulta numa necessidade de conservar a água, reusá-la e também proporcionar à população total acesso à água limpa”, Segundo ele, as indústrias têm que oferecer mais produtos e precisam de mais água. Utilizar a água de uma forma sustentável e reusar para outros usos dentro da indústria. “A fonte de água está muito difícil, é preciso liberar água. Todos estão mudando devido às leis restritivas do governo”, adverte Scheurell.
O crescimento populacional e a necessidade de as pessoas terem acesso à água são fatores que afetam a falta de água. Muitas regiões não têm acesso, como a Índia, por exemplo. “A Sabesp não consegue atender 100% onde atua; esgoto não atende nem 50%. Com a seca no Brasil, a carência de água boa é muito alta e não há recursos porque a infraestrutura demora para ser feita. Até 2030, deverão ser atendidas as necessidades para evitar a proliferação de doenças”, alerta Zuntini.
“O mercado de carvão ativado, comparado com outros insumos, está sendo pouco afetado pela situação econômica que o Brasil e América Latina estão enfrentando atualmente. Alguns segmentos, como os de tratamento de gases e efluentes, estão em expansão, principalmente, devido à grande preocupação/conscientização com o meio ambiente”, afirma Barche.
“O mercado do carvão ativado segue a velocidade da economia, porque seu uso está diretamente relacionado ao aumento ou diminuição do processo produtivo no país. No setor de tratamento de águas públicas, existe a tendência de aumento de consumo devido à piora da qualidade das águas em nossos mananciais”, diz Pastuch, da Brascarbo Agroindustrial.
De acordo com Dirce, o mercado de carvão ativado tem apresentado oscilações. “As companhias de saneamento, que têm os principais volumes deste segmento, não utilizam de modo regular, o que gera picos de consumos difíceis de administrar pelas produtoras de carvão ativado e prejudica toda a cadeia de suprimento”, aponta. Outro fator, segundo ela, foi que a importação deste produto, com o dólar até então em valores mais baixos, gerou competitividade e desacelerou a indústria nacional, inibindo investimentos no setor. “Outras técnicas de separação e descoramento vêm crescendo no Brasil, como as membranas e resinas, que também concorrem para as variações de consumo”, destaca Dirce.
“Observa-se, principalmente na busca de soluções de tratamento de efluentes líquidos e gasosos na indústria em geral, um aumento da procura por carvões ativados granulados. Porém, o mercado é sazonal e, no saneamento básico, depende de condições climáticas”, revela Liliane. Neste setor, segundo ela, o uso do carvão ativado está associado à proliferação de algas cianofíceas – ou cianobactérias, popularmente chamadas de algas azuis – nos reservatórios de água, que liberam compostos causadores de gosto de terra e mofo, metil-isoborneol e geosmina, quando ocorre a lise celular (rompimento). Neste caso, utiliza-se o carvão ativado em pó para a remoção destes compostos e melhorar as propriedades organolépticas da água potável.
Fonte: Revista Meio Filtrante
Fonte: Revista Meio Filtrante
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