Pourquoi la distribution de la taille des pores du charbon actif est plus importante que la surface spécifique ou la surface interne
Points clés
- Une grande surface interne (m²/g) est souvent considérée comme l’indicateur d’une haute capacité d’adsorption.
- La distribution de la taille des pores du charbon actif est cependant au moins aussi importante pour sélecter un produit.
- Pour une solution de purification efficace, le charbon actif doit être adapté aux dimensions de la ou des molécules cibles.
Une idée largement répandue : le charbon actif avec une grande surface interne (exprimée en m²/g) a automatiquement une capacité d’adsorption élevée et est donc le meilleur choix. Bien que la surface interne soit certainement un paramètre important, elle ne raconte pas toute l’histoire.
La capacité d’adsorption du charbon actif est principalement déterminée par trois facteurs :
- Distribution de la taille des pores
- Surface interne
- Chimie de surface
Ci-dessous, la chimie de surface est mise de côté et l’accent est uniquement mis sur la distribution de la taille des pores et la surface interne.
Surface interne versus distribution de la taille des pores
La surface interne désigne la surface totale disponible dans la structure des pores du charbon actif. Elle est généralement exprimée en m²/g.
La distribution de la taille des pores, en revanche, indique quels types de pores sont présents (micropores < 2 nm, mésopores 2–50 nm, macropores > 50 nm) et dans quelle proportion. Cette distribution est essentielle, car l’adsorption ne peut avoir lieu que si les molécules à adsorber peuvent physiquement pénétrer dans des pores « appropriés ». Une molécule d’une dimension de 3 nm ne peut tout simplement pas s’adsorber dans des micropores inférieurs à 2 nm, quelle que soit la taille de la surface interne du charbon actif.
Pour illustration — un exemple fictif :
un client demande à éliminer une molécule de dimension 3 nm d’une solution aqueuse. Deux types de charbon sont disponibles :
- Charbon actif A : surface interne de 1500 m²/g, mais exclusivement microporeux (< 2 nm)
- Charbon actif B : surface interne de 800 m²/g, mais entièrement mésoporeux (> 2 nm)
Bien que le charbon actif A ait une surface interne presque double, ce charbon sera à peine capable d’adsorber la molécule cible. Le charbon actif B, avec une surface interne beaucoup plus petite, mais avec la bonne distribution de la taille des pores, sera bien plus efficace à cette fin.
L’exemple ci-dessus illustre pourquoi la surface interne seule est insuffisante comme critère de sélection pour trouver le bon type de charbon actif. À des fins commerciales, l’accent est souvent mis sur la (haute) surface interne comme indicateur de qualité. Cela se comprend, car il s’agit d’un paramètre facile à communiquer et à comparer. Mais, en pratique, cela peut conduire à une sélection incorrecte du produit, notamment dans les applications complexes telles que la purification de l’air et de l’eau ou le contrôle des émissions industrielles.
Dans la pratique
Chez Cargen, nous allons au-delà de la surface interne du charbon actif. Nous analysons la distribution de la taille des pores en fonction de la ou des molécules cibles, afin de recommander précisément le type de charbon actif qui fonctionne réellement dans l’application prévue.
Conclusion
Une grande surface interne n’est pas toujours une garantie d’une bonne adsorption par le charbon actif. La bonne distribution de la taille des pores est au moins aussi importante, sinon plus, car les molécules à adsorber doivent pouvoir accéder aux pores en fonction de leurs dimensions. Pour une solution de purification efficace, le type de charbon actif doit être adapté aux dimensions de la ou des molécules cibles.
