Struttura e funzionamento dei filtri a carboni attivi

Sicuramente non ci sono ignoti, almeno in teoria: ne avremo sentito parlare, magari ci saremo anche domandati dove comprarli, o addirittura ne abbiamo qualcuno in casa nostra. Ma sappiamo in effetti come funzionano i filtri a carboni attivi per la depurazione dell’acqua e dell’aria? Probabilmente no: ed è un peccato, perché, oltre ad essere interessante dal punto di vista dell’utilità, un filtro di questo tipo è anche un affascinante esempio di fisica e chimica applicate, e il suo funzionamento è singolare ed istruttivo.

Sono sostanzialmente due i metodi che possono essere impiegati per la fabbricazione dei carboni attivi necessari alla costruzione dei filtri. Il primo è basato su un processo che viene chiamato di carbonizzazione, e consiste sostanzialmente nel portare delle sostanze ricche di carbonio – come legna, gusci, o perfino normale torba – ad un’elevata temperatura, compresa fra i 600 e i 900 gradi centigradi, in un’atmosfera di gas inerti come argo o azoto così da evitarne la combustione. Il secondo metodo, detto di ossidazione, sottopone invece i materiali già elencati ad un’atmosfera ossidante, quindi ricca d’ossigeno, di biossido di carbonio o di vapore. In tal modo la struttura molecolare del carbonio viene alterata, aumentandone la superficie attiva e disponibile per le reazioni chimiche.

Quando deve essere utilizzato per purificare l’acqua, che si tratti di un filtro a gravità o della purificazione di un intero bacino, si preferisce che il carbone attivo sia sotto forma di polvere, in quanto questo massimizza la superficie esposta – e quindi la semplicità di reazione – in rapporto al volume di carbone presente. Nei casi invece in cui è l’atmosfera a dover venire purificata, il carbone è spesso soltanto in forma granulare, e talora – come nel caso dei musei e delle gallerie d’arte, dove la purezza dell’aria è specificamente importante – intriso di altre sostanze, che vanno dal Magnesio, allo Zinco, al Calcio, al Litio, al Ferro e all’Alluminio..

In ogni caso, il principio del funzionamento di questi filtri è comunque lo stesso. Prendiamo il caso di un normale filtro da rubinetto: l’acqua corrente viene forzata ad oltrepassare il filtro di carboni attivi, e nel transito le due sostanze reagiscono; siccome i veleni e gli inquinanti presenti nell’acqua hanno molecole troppo grosse per passare dai pori del filtro, essi rimangono intrappolati, e l’acqua che oltrepassa i microcanali del carbone ne risulta depurata, e quindi adatta al consumo umano.