Degré d'activation, surface spécifique, capacité d'adsorption

Ces trois paramètres sont intimement liés, dans la mesure où plus un charbon est activé, plus il développe une surface spécifique importante et plus sa capacité d'adsorption est élevée.

La surface spécifique varie notamment en fonction du temps passé par le charbon dans le four d'activation. Plus ce temps est important, plus le charbon est activé en profondeur. En d'autres termes, ses pores sont plus nombreux et plus profonds.

La surface spécifique est mesurée selon la méthode BET (du nom de ses auteurs : MM. Brunauer, Emmet et Teller). Celle-ci consiste à quantifier la surface accessible par les molécules d'un gaz (azote ou argon) dans les pores du charbon actif. Il s'agit d'une valeur exprimée en m² par gramme de charbon. Cette méthode est utilisable aussi bien pour les charbons actifs en grains que ceux en poudre.

Mesurer la capacité d'adsoption :

Il existe plusieurs méthodes pour mesurer la capacité d'adsorption d'un charbon. La plus utilisée, jusqu'à une période récente, était le pourcentage massique de CCl4 adsorbé ou « indice CCl4 », qui varie selon les charbons de 40 à 150 %. Cette méthode est aujourd'hui remplacée par l'indice butane (indice massique), préconisé par l'ASTM (American Society of Testing and Materials), en raison de l'interdiction de l'utilisation des produits chlorés.

Indice butane :

L'indice butane mesure le nombre de grammes de butane adsorbé par 100 g de charbon actif. Sa valeur peut aller de 20 à 80 %. Certaines normes font également référence au BWC (Butane Working Charge), un indice volumique qui mesure le nombre de grammes de butane adsorbé par 100 ml de charbon, déduction faite de la quantité restituée par désorption naturelle.

Il convient toutefois de préciser que l'indice butane, tout comme l'indice CCl4 , ne fait qu'estimer la capacité d'adsorption. Car tous les paramètres sont liés. En particulier, pour une matière donnée, plus la surface spécifique d'un charbon actif est élevée, plus sa densité est faible. Un charbon fortement activé adsorbera beaucoup de molécules très rapidement (on parle alors de cinétique ou vitesse d'adsorption). II sera particulièrement bien adapté au traitement de concentrations faibles (inférieures au ppm) et améliorera la durée de vie du filtre grâce à sa capacité d'adsorption élevée.

II faut donc beaucoup d'expérience pour s'orienter vers Ie bon degré d'activation en fonction de I'application visée. Et souvent il est préférable de prévoir des expérimentations sur échantillon pour effectuer Ie meilleur choix.

Indice d'iode :

La capacité d'adsorption peut également être mesurée avec l'indice d'iode, qui indique la quantité d'iode, exprimées en milligrammes, adsorbée par gramme de charbon actif pulvérulent. Cet indice est relativement représentatif dans le cas d'un charbon neuf, mais pas dans celui d'un charbon usagé. En effet dans ce dernier cas, il faut réduire le charbon en poudre et procéder à une acidification lors de la mesure : les pores inaccessibles peuvent alors redevenir accessibles car les éléments minéraux qui les obstruent peuvent être solubilisés par I'attaque acide. Si bien que la mesure de la capacité d'adsorption n'est plus représentative.