Carvão Ativado: Propriedades e Aplicações

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Introdução
Carvão Ativado é uma forma de carbono puro de grande porosidade, apresenta notáveis propriedades atribuídas à sua área superficial, entre elas, a remoção de impurezas dissolvidas em solução. Pode ser empregado em pó ou granulado, conforme a utilização.
O carvão ativado é obtido a partir da queima controlada de certos tipos de madeiras. A queima é feita a uma temperatura entre 800°C a 1000°C, todo este cuidado é para evitar que ocorra a queima total e perda da porosidade do carvão.
O carvão ativado tem a capacidade de coletar seletivamente gases, líquidos e impurezas no interior dos seus poros, sendo por isso vastamente utilizado em sistemas de filtragem. Algumas de suas aplicações:
Tratamento de água: o carvão cumpre a função de adsorvente. Ele retém em seus poros certos tipos de impurezas: partículas grandes que causam coloração, sabor ou odor indesejável na água. Essas partículas permanecem fixadas ao carvão ativado por forças físicas (aderência).
Tratamento de efluentes: neste caso o carvão é usado para clarificação, desodorização e purificação de líquidos efluentes (esgotos).
Adsorção de gases: o carvão ativado é usado para filtrar gases tóxicos resultantes de processos industriais.
É válido lembrar que o potencial do carvão é limitado. Um filtro de carvão ativado deixa de ser eficiente se todos os poros de sua estrutura estiverem preenchidos. A área de aderência comprometida faz com que as impurezas não se fixem ao carvão. 
 Visto que o carvão ativado possui tantos poros, a sua enorme área de superfície fornece vários lugares de ligação.
Quando se coloca um gás ou vapor em contato com uma superfície limpa de um sólido ,parte do gás ou vapor permanecerá ligada á superfície na forma de uma camada adsorvida. O sólido é geralmente chamado de adsorvente , e o gás ou vapor de adsorbato. É possível que ocorra também uma absorção uniforme no interior do sólido , e como nem sempre é possível distinguir experimentalmente adsorção de absorção , o termo sorção é usado às vezes para descrever o fenômeno genérico de admissão de gases em sólidos.
Qualquer sólido pode adsorver uma certa quantidade de gás ; a intensidade ou grau dessa adsorção no equilíbrio depende da temperatura , da pressão do gás e da área da superfície efetiva do sólido. Os adsorventes mais notáveis são portanto sólidos altamente porosos , tais como carvão e sílica-gel ( que apresentam áreas internas até cerca de 1000 m 2 g -1 , e pós finamente divididos. A relação entre a quantidade de gás adsorvida em equilíbrio a uma dada temperatura , e a pressão do gás é conhecida como Isoterma de Adsorção . 
A adsorção reduz o desequilíbrio das forças atrativas que existe na superfície , e portanto a energia livre superficial de um sistema heterogêneo . Em relação a isso , as considerações energéticas a respeito de superfícies de sólidos , são , de um modo geral , as mesmas que as discutidas anteriormente para superfícies liquidas . As principais diferenças entre superfícies solidas e liquidas se devem ao fato de serem as superfícies sólidas heterogêneas quanto à atividade , e se dependerem as propriedades , até certo ponto , do meio em que a superfície se encontrava anteriormente.
 A adsorção pode ocorrer de duas maneiras: química ou física. A adsorção química ou quimissorção ocorre por meio de ligações químicas, principalmente covalentes, e a adsorção física ou fisissorção ocorre por meio de interações intermoleculares do tipo Van der Waals, como a força de dipolo induzido e a de dipolo permanente.
Assim, o carvão ativado é usado em uma infinidade de áreas com o objetivo de remover cor e odor de determinados materiais por meio da adsorção. Algumas dessas áreas são: purificação de água, tratamento do ar contra gases poluidores, como em filtros de indústrias; no tratamento de resíduos industriais, como a reciclagem de águas industriais; na indústria farmacêutica, na indústria química, tratamento de efluentes, catálise, na indústria alimentícia e na adsorção de gases, sendo que um exemplo muito comum é ao retirar odores de geladeiras.
O carvão vegetal também pode ser usado para retirar cor e odor dos materiais por meio da adsorção, pois ele também é poroso. No entanto, ele é menos eficiente, pois a porosidade do carvão ativado é bem maior. O carvão ativado é produzido por meio de materiais orgânicos, tais como madeira, casca de coco, bagaço de cana-de-açúcar, palha de milho, casca de arroz, entre outros. Essas matérias-primas são carbonizadas em atmosfera inerte e depois passam por um tratamento térmico e/ou químico. Faz-se a ativação, que é a retirada de materiais que estejam obstruindo os poros.
-A isoterma de Freundlich (ou clássica)- A variação da adsorção com a pressão pode ser representada frequentemente (especialmente a pressões moderadamente baixas) pela equação
V=kp1/n
Onde k e n são constantes , n geralmente maior que 1.Escrevendo na forma logarítmica:
logV=logk + 1/nlogp
ou seja,um gráfico de logV contra log p deve dar uma reta.
Essa equação para a adsorção fora proposta inicialmente em bases puramente empíricas. Contudo ela pode ser derivada teoricamente, para um modelo de adsorção no qual a magnitude do calor de adsorção varia exponencialmente com a fração coberta da superfície. A equação de Freundlich é na verdade o somatório de uma distribuição de equações de Langmuir ;contudo o volume de gás adsorvido não é descrito aproximando-se de um valor limite ,como no caso de uma equação de Langmuir isolada.
Resultado e Discussão:
O filtrado obtido, em geral, é uma água incolor sem o cheiro inicial. A questão do odor é bem identificada quando o experimento é realizado com vinagre.
Além da alta porosidade do carvão ativado, que disponibiliza uma área superficial maior de interação entre os corantes, por exemplo, com os poros do carvão, outro fator ainda aumenta essa capacidade de purificação, que é o fato de os compostos orgânicos presentes nessas soluções possuírem propriedades hidrofóbicas, além de, por outro lado, também possuírem grande afinidade com o carvão.
Aqui tivemos uma adsorção realizada com soluções aquosas, cujas moléculas são adsorvidas principalmente nos mesoporos do carvão, isto é, em poros com diâmetro entre 2 e 50 nanômetros. Já no caso dos odores que são adsorvidos nas geladeiras, por exemplo, ocorre algo semelhante: o odor é proveniente de substâncias voláteis que vêm do alimento que se decompõe. Essas moléculas sofrem adsorção nos microporos do carvão – poros com diâmetro menor que 2 nanômetros.
Bibliografia:Introdução à química dos colóides e de superfícies.
Shaw,Duncan James.Editora da Universidade de São Paulo,1975.