Carbone attivo
Storia e leggende
Introduzione
Nei gruppi social di acquariologia non è difficile imbattersi in discussioni spesso piuttosto vivaci sul carbone attivo. Contestazioni “calde” su come e quando va usato, confusioni su come funziona
rivelano la scarsa conoscenza di questo prodotto limitandone il suo vero potenziale impiego.
E’ giunto il momento di fare chiarezza.
Conosciamo il carbone attivo
Esso viene prodotto attraverso la combustione di materiale vegetale, quindi segatura di legno, legno e gusci di frutta, in particolare le noci di cocco.
Dal punto di vista chimico è formato quasi esclusivamente da carbonio amorfo e da quantità residue di altre sostanze a secondo del sistema utilizzato per la sua attivazione. L’ attivazione chimica viene impiegata su segatura sfruttando l’ azione deidratante dell’ acido fosforico o del cloruro di zinco ad una temperatura compresa tra i 400 ed i 1000 °C. Questo processo di attivazione termica e quello di estrazione dell’ agente chimico utilizzato permettono di ottenere una struttura molto porosa. Il carbone attivo prodotto attraverso questo processo non è molto idoneo per l’ uso in acquariologia in quanto rilascia in acqua ioni fosfato al punto da farne aumentare a volte anche rapidamente il valore oltre quelli consentiti e per questo motivo è addirittura controindicato nei sistemi di filtraggio degli acquari marini. L’ altra via di produzione è l’ attivazione a gas sfruttando miscele contenenti ossigeno o anidride carbonica.
Il processo avviene ad una temperatura compresa tra gli 800 e i 1000 °C e permette di ottenere un prodotto con una porosità estremamente elevata.
L’ attivazione termica permette di ottenere una struttura estremamente porosa con canali di dimensioni diverse:
● Mesopori con diametro > 50 nm
● Micropori con diametro tra 2 e 50 nm
● Nanopori con diametro < 2 nm
Questo fitto reticolo di canali conferisce al carbone attivo una superficie totale incredibilmente enorme e pari a 1500 m2/g
La struttura reticolare e le sue caratteristiche chimico fisiche ci aiutano a capire come funziona e quindi ad allargare ed apprezzare il campo d’azione di questo straordinario prodotto.
Come funziona il carbone attivo
Il carbone attivo svolge la sua azione adsorbendo le sostanze disciolte in acqua. Il concetto di adsorbimento è ben diverso da quello dell’ assorbimento con cui molti fanno confusione. Nell’assorbimento le sostanze chimiche presenti nell’ acqua, visto che parliamo di acquari, vengono trasferite e trattenute con tutta l’acqua all’ interno dell’ assorbente così come fa una spugna.
Insomma è una vera e propria ritenzione di tutta la soluzione. Nell’adsorbimento le sostanze chimiche vengono trattenute su tutta la superficie del solido adsorbente che lascia defluire l’ acqua.
C’è una bella differenza !
L’ immagine mostra il reticolo del carbone attivo con tutti i suoi canali di differenti sezioni.
I pallini blu indicano le molecole più piccole in grado di arrivare sino ai reticoli più piccoli (ultramicropore) mentre quelli rossi indicano macromolecole catturate nei canali più grandi (> 0,7 nm).
Considerata la natura apolare del carbone i legami che tengono legate le sostanze sulla superficie interna dei canali sono essenzialmente dovute a forze di legame di natura elettrostatica come le forze di Van der Waals, dove due dipoli di debole carica possono attrarsi o respingersi.
Questi legami di natura elettrostatica non sono da sottovalutare anche se non forti come quelli di natura ionica (forza di legame tra un atomo a bassa energia di ionizzazione con uno ad alta affinità elettronica ) o covalente (condivisione di una o più coppie di elettroni tra due o più atomi).
Anche le molecole di acqua sono dei dipoli, anch’ esse sono legate tra loro da forze di natura elettrostatica, il legame a idrogeno.
Questo legame si forma a seguito della carica elettropositiva di un atomo di idrogeno di una molecola di acqua con la parte elettronegativa dell’ ossigeno di un altra molecola di acqua. Si tratta di un legame meno forte di quello ionico e covalente ma più forte di quello delle forze di Van der Waals.
Considerato che l’ acqua non viene adsorbita dal carbone attivo quanto sopra espresso ci fa capire che tutte le molecole che sono in grado di legarsi con forze di legame inferiore al legame idrogeno vengono bloccate nelle parti interne del carbone attivo.
Detto ciò possiamo affermare che il carbone attivo non adsorbirà tutto ciò che ha carica elettrica superiore all’ acqua, come per esempio gli ioni di sali disciolti (i fertilizzanti per fare un esempio) mentre bloccherà tutto ciò che è apolare o debolmente polare come la maggior parte delle sostanze organiche.
Cosa adsorbe il carbone attivo
Citare tutto ciò che esso possa adsorbire è un’ impresa. La lista sarebbe talmente lunga da riempire pagine, quindi mi limito a segnalare solo qualche famiglia di sostanze e la piccola tabella seguente può darci un’ idea delle potenzialità di questo prodotto.
Oggetto del contendere (quando usare il carbone attivo)
Quello che definisco l’ oggetto del contendere è il campo di azione del carbone attivo il cui uso è relegato dalla maggior parte degli acquariofili essenzialmente nel post trattamento farmacologico o per decolorare l’ acqua dal colore ambrato conferito dalle radici e dall’ uso di foglie o torba come acidificante. In quest’ ultimo caso perderemmo il potere acidificante indotto dagli acidi umici e fulvici.
● Il carbone attivo va usato nello start up degli acquari allestiti con fondi allofani. Questi fondi sono particolarmente ricchi di composti azotati in parte di origine organica. Questo è un uso raccomandato per gli utilizzatori di questi fondi chimicamente molto reattivi. Nello start up con fondi inerti un breve filtraggio con carbone attivo può essere vantaggioso soprattutto quando partiamo con un layout con radici e piante.
● Ovviamente dopo qualsiasi trattamento farmacologico e qui già so di sfondare una porta aperta.
● Decolorare l’ acqua che ha assunto un bel colore ambrato dai tannini scaricati dalle radici o dopo l’ uso di estratti di Rooibos ed anche qui sfondo nuovamente la solita porta aperta.
● Un trattamento bi o trimestrale con carbone attivo aiuta l’acquario a liberarsi o alleggerirsi dal DOC. Esso è costituito da piccole molecole organiche ma possiamo arrivare anche alle macromolecole come gli acidi umici. Il DOC è considerata la fonte primaria di nutrimento dei batteri nel sedimento e spesso è causa principale di infiorescenze algali che a loro volta aumentano il DOC facilitando i processi di
eutrofizzazione delle acque. Una buona pulizia della vasca seguita da un filtraggio con carbone attivo spesso risolve o ridimensiona di molto la presenza delle alghe.
● Cadute accidentali di sostanze inquinanti o di cibo in vasca. In quest’ ultimo caso si consiglia una buona sifonatura fatta seguire da filtraggio con carbone attivo.
● Nelle vasche con molti pesci l’ uso periodico del carbone attivo aiuta a tenere basso il DOC quindi riduce il rischio di crescita di batteri ed il rischio d’ infezioni.
Conclusioni
Abbiamo visto come è fatto, come funziona e su cosa funziona il carbone attivo e quindi dove impiegarlo … ora non ci resta che mettere in pratica l’ utilizzo di questo prodotto riconoscendogli tutti i suoi meriti e rimuovendo tutte le leggende che ne limitano l’ uso ed i vantaggi che può offrire all’ acquariofilo nella gestione del suo acquario.
Bibliografia e foto
- Jorge Bedie et al. – Journal of Carbon Research – – April 2020- acarbons.com/activated-carbon-structure/
Chemical Engineering Journal – Vol. 375/2019- - Testo: © Mario Mandici – 202
