ENGREF ECOLE NATIONALE DU GENIE RURAL DES EAUX E T DES FORETS


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SYNTHESE TECHNIQUE ETUDE COMPARATIVE SUR LES CHARBONS ACTIFS LU Jinyan E-mail: lu@engref.fr Février 2005 ENGREF Centre de Montpellier OFFICE INTERNATIONAL DE L’EAU – SNIDE B.P.44494 – 15, rue Edouard Chamberland 34093 MONTPELLIER CEDEX 5 87065 LIMOGES Cedex Tél. (33) 4 67 04 71 00 Tél (33) 5 55 11 47 47 Fax (33) 4 67 04 71 01 Fax (33) 5 55 11 47 48







RESUME
Le charbon actif est un matériel connu pour sa forte capacité d’adsorption et s’applique à plusieurs domaines industriels. Ses caractéristiques et son efficacité dépendent du matériau constitutif. Le choix d’un charbon actif adapté à l'usage pour lequel il est destiné est fondamental pour sa performance. L’industrie du charbon actif a tendance de se délocaliser de l’Amérique en Asie du sud, notamment en Chine. La plupart des fabricants de charbon actif ont actuellement un approvisionnement en Chine. Un fort développement de l’industrie chinoise du charbon actif est envisageable dans les années à venir. MOTS CLES charbon actif (CA), charbon actif en grain (CAG), charbon actif en poudre (CAP), matériau constitutif, porosité, adsorption, surface spécifique, résistance mécanique, densité, régénération, traitement de l'eau

SOMMAIRE INTRODUCTION....................................................................................................................4
GENERALITE SUR LES CHARBONS ACTIFS....................................................................4
O QU’EST-CE QUE LE CHARBON ACTIF?......................................................................4
Définition..........................................................................................................................4
Matériaux constitutifs .......................................................................................................4
Propriétés ........................................................................................................................4
Formes ............................................................................................................................5 O COMMENT SONT-ILS FABRIQUES ?...........................................................................6
O COMMENT FONCTIONNENT-ILS ?..............................................................................6
O COMMENT SONT-IL REGENERES ? ...........................................................................7
DOMAINE D’APPLICATION ET LEUR PERFORMANCE .....................................................8
O TRAITEMENT DES EAUX .............................................................................................8
O TRAITEMENT DE L'AIR.................................................................................................9
O AGRO-ALIMENTAIRE ...................................................................................................9
O CHIMIE, PETROCHIMIE..............................................................................................10
O AUTRES ......................................................................................................................10
ASPECTS REGLEMENTAIRES ..........................................................................................10
REFERENCE DES CHARBONS ACTIFS DISPONIBLES SUR LE MARCHE FRANÇAIS ET LE CHOIX D’UN CHARBON ACTIF ....................................................................................11
O DES CHARBONS ACTIFS UTILISES EN FRANCE.....................................................11
O LES CRITERES DE CHOIX DU CHARBON ACTIF POUR UN CLIENT ......................11
PERSPECTIVE ....................................................................................................................12
O LES INNOVATIONS.....................................................................................................12
O LE DEVELOPPEMENT DU MARCHE DU CHARBON ACTIF:EXEMPLE DE LA CHINE12
BIBLIOGRAPHIE.................................................................................................................13














Figure 1. Exemple de pores du charbon actif INTRODUCTION Le charbon actif est connu pour le traitement de l’eau depuis 2000 ans. Il a été commercialisé au début du XXème siècle pour la décoloration du sucre principalement. Dès 1930, il est utilisé dans le traitement de l’eau pour supprimer l’odeur et le goût. A cette époque, il n’était disponible que sous forme de charbon actif en poudre. Le charbon actif en grain a vu le jour durant la première guerre mondiale : il était utilisé dans les masques à gaz. Par la suite, l’utilisation du charbon actif s’est répandue ; il est actuellement principalement utilisé pour :  le traitement de l’eau ;  la purification de l’air ;  la pharmacie ;  l’exploitation minière etc. GENERALITE SUR LES CHARBONS ACTIFS O QU’EST-CE QUE LE CHARBON ACTIF ? Définition Le charbon actif est un squelette carboné qui, par oxydation ménagée, a acquis une intense porosité. Sa structure est voisine de celle du graphite. Elle se présente sous la forme d'un empilement de couches successives planes d'atomes de carbone ordonnés en hexagones réguliers. Matériaux constitutifs Le charbon actif peut être produit à partir de nombreux matériaux contenant du carbone. Le plus souvent, on utilise la houille, le bois, la noix de coco, ou la lignite pour des raisons économiques. On distingue le charbon actif végétal et le charbon actif minéral en fonction du matériau d'origine. Propriétés Un certain nombre de paramètres permettent de caractériser un charbon actif et de déterminer ses conditions d'utilisation. Ils sont détaillés ci-dessous. • Le volume poreux et la taille des pores -- Selon la classification IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), les tailles de pores sont réparties en 3 classes: Micropore < 1nm (1nm=10-9 m) Mesopore 1 – 25 nm Macropore > 25nm
Le volume poreux total des charbons actifs est de 0,5 à 1 cm3.g-1 (50 à 70% en volume). • La surface spécifique -- Elle correspond à la surface des pores. Le volume poreux étant important, la surface développée est énorme : de 500 à 1500 m².g-1. Ce sont essentiellement les micropores et mésopores qui créent de la surface. La capacité d’adsorption est proportionnelle à la surface. • La taille des grains -- Elle conditionne la vitesse d'adsorption (plus le grain est petit, plus le transfert vers le centre est rapide) et la perte de charge à travers le lit.

• La dureté -- Elle représente la résistance au tassement, à la friction et aux vibrations pendant la phase de lavage. • La densité – Plus le charbon est activé, plus il est léger. La densité indique le niveau d’activation du charbon actif. Elle conditionne l'efficacité des traitements et c'est également un élément déterminant de son prix. La densité du charbon actif utilisé pour le traitement de l’eau est en général comprise entre 0.20 et 0.55 g/cm3. L’expérience montre que quand la densité est supérieure à 0.35 g/cm3, le lit du charbon actif fonctionne mieux. (RICHARD Y., 1970s) • Indice d’iode -- La performance du charbon actif est évaluée par sa capacité d'adsorption de l'iode, prise comme substance de référence. L'indice est proportionnel au nombre de micropores. Plus il est grand, meilleur est le niveau d’activation et donc meilleure sera la capacité d’adsorption. • La teneur en cendres – Elle est importante car elle peut gêner la mise en place du charbon. La teneur en cendres du charbon actif appliqué au traitement de l’eau devra être la plus basse possible, surtout si l’eau est dure, et en aucun cas, dépasser 10%. (RICHARD Y., 1970s) Formes Le charbon actif est principalement disponible sous deux formes différentes : en poudre ou en grain. • Charbon actif en poudre (CAP) -- Le charbon actif en poudre prend la forme de grains de taille comprise entre 10 et 50 µm. Sous cette forme, il s’utilise souvent pour le traitement de l’eau et du gaz. Dans le premier cas, il est généralement utilisé en combinaison avec un traitement clarificateur pour augmenter le temps de contact entre le charbon et l’eau. (Lenntech, 2004) • Charbon actif en grain (CAG) – La forme du CAG est irrégulière et sa taille est comprise entre 0.2 – 5 mm. Il est majoritairement utilisé pour l'élimination des micros polluants organiques et de la matière organique des eaux, mais il est également appliqué au traitement des gaz. Les caractéristiques physiques du CAG varient considérablement selon les matériaux constitutifs et le mode de fabrication. Le tableau 1 ci-dessous donne les avantages et inconvénients des CAP en comparaison avec les CAG : Avantages Inconvénients • Le CAP coûte moins cher que le CAG ; • Le CAP ne peut pas être régénéré ; 

 
 

 


 
 

 


• Des quantités supplémentaires de CAP peuvent être rajoutées en cas de pointes de pollution accidentelles ou temporaires ; • L'adsorption est rapide dans la mesure où une grande partie de la surface de contact est directement disponible. • Une quantité très importante de CAP est nécessaire pour enlever toutes les traces d'impureté ; • La concentration maximum applicable est limitée à 80 mg/L. Tableau 1: comparaison entre CAP et CAG (Lenntech, 2004) Il existe un troisième type de CA appelé charbon actif extrudé. Il prend la forme de cylindre et sa taille est comprise entre 0.8 et 5 mm. Il est plutôt utilisé pour traiter les gaz. Sa structure permet de limiter les pertes de charge lors du passage du gaz à travers le lit. Il contient peu de poussières et possède une forte résistance mécanique. (Chemviron, 2004) O COMMENT SONT-ILS FABRIQUES ? En fonction de la nature du matériau constitutif, de la forme physique du produit désiré et des caractéristiques souhaitées, deux procédés sont appliqués pour la fabrication de charbon actif. Procédé physique : Ce procédé est scindé en deux étapes distinctes. Le matériau premier est d’abord carbonisé à une température d'environ 600 ° C pendant 6 à 8 h. Il est ensuite activé par oxydation ménagée à haute température (700 à 1000 ° C). Au cours de cette seconde étape, il est mis en présence d'un mélange faiblement oxydant de vapeur d'eau et de dioxyde de carbone pendant 24 à 72 h. Le carbone est consommé par la réaction : C + H2O -> CO + H2 Le procédé est décrit sur le schéma ci-dessous : Le procédé physique se caractérise par un faible rendement global. (RAVARINI P., 2004) Procédé chimique : La carbonisation et l'activation sont réalisées simultanément entre 400 et 600 ° C en présence d'acide phosphorique ou de chlorure de zinc. Précisons que ce dernier est interdit pour les applications agro-alimentaires. Ces agents interviennent comme catalyseurs d'oxydation et permettent à la fois le développement de la microporosité et de la mésoporosité par élargissement du diamètre des pores. Le procédé uploads/Finance/ engref-etude-comparative-sur-les-charbons-actifs 1 .pdf

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• Publié le Jan 12, 2022
• Catégorie Business / Finance
• Langue French
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