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Bibliographie sur le charbon actif Page 1 Bibliographie  Introduction  Défini

Bibliographie sur le charbon actif Page 1 Bibliographie  Introduction  Définition de charbon actif  Différentes types de charbon actif  Charbon actif en grain (CAG)  Charbon actif en poudre (CAP)  Caractéristiques du charbon actif  Volume poreux et taille des pores  Surface spécifique  Densité apparente  Granulométrie  Préparation du charbon actif :  Les applications des charbons actifs  Adsorbant  Catalyseur  Autre domaines d’utilisation des charbons actifs Bibliographie sur le charbon actif Page 2 Introduction : Le charbon actif est un produit adsorbant obtenu à partir de matières premières riches en carbone. Il a une caractéristique essentielle qui est l'existence d'un réseau très développé de micropores, lesquels sont à l'origine de leur pouvoir adsorbant très important. Par conséquence, le charbon actif constitue l'adsorbant le plus fabriqué et le plus utilisé industriellement 1. Définition de charbon actif : Le charbon actif est un carbone microporeux inerte qui a subi un traitement pour augmenter sa surface. Il possède ainsi une très grande surface spécifique pouvant aller de 100 à 2000 m2 .g1 d'où sa grande capacité d'adsorption. La structure du charbon actif est proche de celle du graphite, ordonnée sous la forme d'un empilement de couches successives planes d'atomes de carbone disposés en hexagones réguliers . Le charbon actif est un adsorbant non spécifique avec une structure poreuse bien développée formée majoritairement par des micropores et des mésopores de différents diamètres, comme représenté sur la figure. Figure : Structure du charbon actif vu sous un microscope électronique 2. Différentes types de charbon actif : a) Charbon actif en grain (CAG) La forme granulaire du charbon est caractérisée par une taille des particules supérieure à 1 millimètre, un faible diamètre des pores, une grande surface interne et une externe relativement faible. Il en résulte que les phénomènes de diffusion à l'intérieur des pores prennent une grande importance dans le processus d'adsorption. b) Charbon actif en poudre (CAP) Bibliographie sur le charbon actif Page 3 Le charbon actif en poudre présente une granulométrie inférieure à 100 micromètres avec un diamètre moyen situé entre 15 et 25 µm. Ils ont une large surface externe et une faible profondeur de diffusion ce qui engendre une vitesse d'adsorption très rapide. 3. Caractéristiques du charbon actif a) Volume poreux et taille des pores Un solide poreux peut être défini à partir du volume de substance adsorbée, nécessaire pour saturer tous les pores ouverts d'un gramme de solide, habituellement exprimé en (cm3.g-1) Selon la classification IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), les tailles de pores sont réparties en 3 groupes :  Les micropores : si le diamètre est inférieur à 2 nanomètres,  Les mésopores : si le diamètre est compris entre 2,5 nanomètres et 50 nanomètres,  Les macropores : si le diamètre excède 50 nanomètres. Figure : Structure des pores du charbon actif . b) Surface spécifique La surface spécifique d'un adsorbant est une surface par unité de masse. Elle est généralement exprimée en m2.g-1. Son estimation est conventionnellement fondée sur des mesures de la capacité d'adsorption de l'adsorbant en question, correspondant à un adsorbat donné. Pour les charbons actifs, cette surface varie entre 100 et 2000 m2.g-1. Il est nécessaire de distinguer la surface interne de la surface externe d'un adsorbant.  la surface interne : est la surface microporeuse représentée par les parois des micropores ; elle peut atteindre plusieurs mètres carrés par gramme.  la surface externe : est la surface non microporeuse qui comprend les parois des mésopores et des macropores, ainsi que la surface des feuillets aromatiques Bibliographie sur le charbon actif Page 4 Figure : Représentation de la surface interne et externe d'un matériau poreux (adsorbant) c) Densité apparente Elle rend compte de la masse de matériau contenue dans un volume donné, comprenant le volume d'air interstitiel. Une valeur élevée de densité apparente indique une meilleure qualité de charbon actif. Elle est exprimée en kg. m-3. d) Granulométrie Elle conditionne la vitesse d'adsorption, plus le grain est petit, plus le transfert vers le centre est rapide 4. Préparation du charbon actif : Le charbon actif peut être produit à partir de toute matière organique végétale riche en carbone a) une première étape de calcination ou carbonisation (ou pyrolyse), à forte température, des produits constituants. Une première porosité est créée par cette étape, en effet les éléments autres que le carbone laissent des pores dans la matrice carbonée lorsqu'ils se volatilisent ; b) une deuxième étape d'activation consiste à augmenter le pouvoir adsorbant, notamment en éliminant les goudrons qui obstruent les pores et ce, selon deux procédés distincts : o l'activation physique, nouvelle combustion avec choc thermique (à 900 à 1 000 °C), effectuée dans un courant d'air et de vapeur d'eau, injectés sous pression (procédé d'oxydation contrôlée), va créer des millions d'alvéoles microscopiques sur la surface du charbon, augmentant de façon très importante sa surface et son pouvoir d'adsorption. Ce procédé donne un charbon à pores étroits, Bibliographie sur le charbon actif Page 5 o l'activation chimique, surtout par de l'acide phosphorique entre 400 °C et 500 °C. Ce procédé donne un charbon à pores plus larges. 5. Les applications des charbons actifs Le charbon actif est un matériau stable, pratiquement ininflammable en raison de l'absence de produits volatils et doué d'excellentes propriétés d'adsorption qui sont à la base de ses utilisations. a) Adsorbant Le charbon actif est un bon adsorbant, utilisé dans différents domaines :  Le traitement des eaux potables ou des eaux industrielles qui sont produites à partir des eaux de surface. Le charbon actif fixe alors les composés organiques dissous qui n'ont pas été éliminés par autoépuration (ou élimination biologique naturelle). Nous citons en exemple les substances qui donnent le goût et la saveur à l'eau. Ces adsorbants retiennent également certains métaux lourds à l'état de traces.  Le traitement tertiaire des eaux résiduaires ou industrielles. Dans ce cas le charbon actif peut être considéré comme un complément au traité biologique. Ce procédé est utilisé pour l'élimination des colorants.  Le traitement des eaux résiduaires industrielles : ce traitement est employé lorsque l'utilisation des techniques biologiques n'est pas permise. Le but du charbon actif est donc d’éliminer les composés toxiques non biodégradables.  La purification industrielle des produits pharmaceutiques, chimiques ou alimentaires (Sucre, huiles végétales…) . b) Catalyseur Le charbon actif peut agir comme catalyseur dans différents réactions grâce à ses propriétés. Les plus importantes applications industrielles de charbon dans ce domaine sont la production de phosgène et l’oxydation des gaz nocifs. c) Autre domaines d’utilisation des charbons actifs :  Masques à gaz  Filtres à cigarettes  Filtres utilisés dans les installations de ventilation en circuit fermé (hotte de cuisine par exemple)  Industrie  Extraction de l’or de ses minerais  Stockage de l’hydrogène (nano fibre de charbon actif)  Médecine  Traitement de l’intoxication alimentaire Bibliographie sur le charbon actif Page 6  Antidote en cas d’intoxication par médicaments, produits chimiques, métaux lourds, détergents, solvants organiques uploads/Finance/ charbon-actif.pdf