Que nous disent l’indice d’iode et la valeur CTC sur la qualité du charbon actif, et que ne disent-ils pas ?

La fiche technique d’un charbon actif mentionne presque toujours un indice d’iode, souvent accompagné d’une valeur CTC. Que nous disent ces chiffres sur la qualité et la capacité d’adsorption du charbon actif ?

L’indice d’iode est l’un des indicateurs de qualité les plus anciens et les plus utilisés pour le charbon actif, surtout pour les applications en phase liquide. La raison en est qu’il s’agit d’une méthode relativement simple et peu coûteuse, largement répandue.

L’indice d’iode indique la quantité d’iode (I₂) qu’un type particulier de charbon actif peut adsorber à partir d’une solution. La détermination de l’indice d’iode se fait selon la méthode normalisée ASTM D4607. Comme les molécules d’iode sont très petites, avec un diamètre cinétique d’environ 0,55 nm ou 0,00000055 mm, le test corrèle bien avec la surface disponible dans les micropores, notamment pour les micropores d’environ 1 nm ou moins.

Sur la base de l’indice d’iode, le charbon actif peut grossièrement être classé en différentes qualités :

• 300—600 mg/g : qualité faible
• 600—900 mg/g : qualité universelle, moyenne
• 900–1200 mg/g : haute qualité

En raison de la relative simplicité de la détermination de l’indice d’iode, ce paramètre est souvent utilisé comme approximation de la valeur BET, c’est-à-dire une indication de la surface interne du charbon actif. On peut affirmer que :

• un indice d’iode de 600 mg/g correspond à ± 600–700 m²/g.
• un indice d’iode de 900 mg/g correspond à ± 900–1000 m²/g.
• un indice d’iode de 1100 mg/g correspond à ± 1100–1200 m²/g.

Cependant, cette corrélation n’est qu’indicative et perd une grande partie de sa valeur pour les types de charbon actif dans lesquels les mésopores sont dominants. En effet, l’iode ne pénètre pas dans ces pores plus larges.

La valeur CTC est souvent utilisée comme indicateur de qualité du charbon actif pour les applications de purification de l’air et des gaz. « CTC » signifie tétrachlorure de carbone (ou CCl₄). La valeur CTC d’un type de charbon actif est déterminée selon la méthode normalisée ASTM D3467. Le charbon actif est exposé à un flux de gaz chargé de CCl₄ jusqu’à ce qu’un équilibre soit atteint (aucune adsorption supplémentaire de CTC par le charbon actif). Le pourcentage en poids de CCl₄ adsorbé est exprimé par rapport à la masse sèche du charbon actif.

Sur la base de la valeur CTC, le charbon actif peut grossièrement être classé en différentes qualités :

• 20—40 % : qualité faible
• 40—70 % : qualité universelle, moyenne
• 70—120 % : très haute qualité

Des valeurs supérieures à 100 % sont effectivement possibles, car le charbon actif peut adsorber plus que son propre poids en CCl₄.

Comme pour l’indice d’iode, il existe une corrélation approximative entre la valeur CTC et la valeur BET (c’est-à-dire une indication de la surface interne du charbon actif), de sorte que la valeur CTC donne également une indication de la capacité d’adsorption totale du charbon actif. On peut affirmer que :

• une valeur CTC de 50 % correspond à ± 800–900 m²/g.
• une valeur CTC de 60 % correspond à ± 1000 m²/g.
• une valeur CTC de 70 % correspond à ± 1100–1200 m²/g.

Néanmoins, la distribution de la taille des pores du charbon actif rend la corrélation entre les deux moins forte. La raison en est que la valeur CTC, en raison des dimensions du CCl₄, se concentre principalement sur les pores dans la plage de 1 à 5 nm et est donc surtout sensible aux micropores et aux plus petits mésopores.

L’indice d’iode et la valeur CTC sont des indicateurs de qualité bien connus pour le charbon actif ; l’indice d’iode principalement pour les applications en eau, le CTC plutôt pour les applications en gaz.

Cependant, comme les deux méthodes utilisent une molécule spécifique de dimensions fixes pour déterminer le paramètre, ces indicateurs ne renseignent principalement que sur cette gamme de pores (dans laquelle la molécule de test s’insère). L’extrapolation vers la surface spécifique et donc vers la capacité d’adsorption du type de charbon doit donc être effectuée avec la prudence nécessaire.

Pour obtenir une image complète et correcte de la qualité et de l’applicabilité d’un type particulier de charbon actif, des paramètres de qualité supplémentaires tels que la distribution des pores et la chimie de surface peuvent être déterminés.