Protezione respiratoria con carbone attivo

Gli inquinanti e contaminanti aerodispersi provengono da diverse fonti. Anche se possono essere presenti in basse concentrazioni, possono avere proprietà nocive e tossiche.

Negli impianti chimici e industriali, nei laboratori e in altri luoghi in cui le persone si riuniscono o lavorano, possono essere presenti contaminanti aerodispersi nell’atmosfera. In tali ambienti, il personale può dover indossare respiratori e/o dispositivi di protezione delle vie respiratorie per tutelare la salute e il benessere.

In ambienti potenzialmente più pericolosi, come incidenti terroristici, conflitti ed emergenze che richiedono l’intervento dei soccorritori o la difesa CBRN, vengono indossati respiratori per garantire la sicurezza del personale e la protezione contro eventuali gas e vapori tossici che possano essere stati rilasciati nell’atmosfera.

La consolidata esperienza di Chemviron nello sviluppo di nuove tecniche e prodotti a base di carbone impregnato ha permesso ai militari e ai soccorritori di affrontare nuove sfide nella protezione respiratoria.

Respiratori, contaminanti aerodispersi e carbone attivo

Il ruolo principale di un respiratore è proteggere chi lo indossa dall’inalazione di gas o vapori nocivi. Questi dispositivi rimuovono i contaminanti presenti nell’aria, purificandola e rendendola sicura e respirabile.

Questi respiratori purificatori d’aria, chiamati dispositivi di protezione delle vie respiratorie (RPE), sono disponibili in molte forme. Molti includono maschere facciali aderenti che incorporano cartucce o filtri sostituibili. Questi piccoli filtri contengono un letto di carbone attivo specializzato (storicamente spesso indicato come carbone attivo o carbone vegetale attivato).

Come funzionano i filtri a carbone per respiratori?

I filtri a carbone attivo per respiratori sono progettati per rimuovere gas o vapori nocivi dall’aria attraverso processi di adsorbimento fisico e chimico.

L’adsorbimento fisico è il processo in cui il contaminante aerodisperso viene trattenuto nella struttura porosa del carbone attivo grazie a forze attrattive di Van der Waals. L’intensità di queste forze dipende dalla natura del contaminante. Molti contaminanti organici o composti organici volatili (VOC) vengono facilmente rimossi tramite adsorbimento fisico.

Alcuni gas inorganici, come l’ammoniaca (NH₃) e l’anidride solforosa (SO₂), tuttavia, non sono significativamente attratti dalla struttura porosa del carbone attivo, pertanto è necessario un ulteriore processo di adsorbimento chimico. Questo comporta l’impregnazione del carbone attivo ad alta attività con soluzioni chimiche specializzate.

L’adsorbimento chimico è una reazione chimica che avviene nella struttura porosa del carbone attivo tra il composto impregnato e il contaminante aerodisperso. Questa reazione modifica le proprietà del contaminante e trattiene il composto risultante nella struttura del carbone attivo.

La qualità e le proprietà della materia prima di carbone attivo utilizzata per il processo di impregnazione, tipicamente in forma granulare o in pellet, sono essenziali per ottenere le prestazioni e la qualità del prodotto finale. Un processo produttivo costante e di alta qualità è quindi fondamentale per garantire che l’agente impregnante sia finemente disperso in tutto il carbone attivo, in modo da bilanciare i meccanismi di adsorbimento fisico e chimico.

Il processo di impregnazione chimica per creare un determinato carbone impregnato varia in base alle esigenze della specifica applicazione di adsorbimento. Data la natura critica delle applicazioni nei respiratori, la tecnica di impregnazione utilizzata in ogni caso deve trovare un equilibrio accurato tra il tipo di impregnante richiesto, la quantità di impregnante e la natura e forma della materia prima di carbone di base.

Dato che molti respiratori devono spesso affrontare sia la presenza di gas organici sia di gas inorganici, è importante tenere conto della riduzione della capacità di adsorbimento fisico dovuta all’aggiunta dell’impregnante, rispetto al potenziamento della chemisorzione ottenuto tramite il processo di impregnazione. Poiché il carbone attivo impregnato è in grado di effettuare sia adsorbimento fisico sia chimico, questa funzionalità lo rende ideale per applicazioni in respiratori e filtri.

Alcuni composti, come le aldeidi a catena corta, possono beneficiare sia dei processi di adsorbimento fisico sia di quelli chimici. In questi casi, è necessario prestare particolare attenzione nella selezione degli impreganti chimici, tenendo conto del loro effetto sulle caratteristiche di adsorbimento fisico del carbone.

Norme sui filtri per respiratori

Per la protezione del personale, i respiratori industriali e le applicazioni igieniche, la norma britannica ed europea BS EN 14387 è lo standard più comune che definisce i criteri di prestazione dei filtri per respiratori.

I tipi di filtri coperti da questa norma sono i seguenti:

Tipo A: per l’uso contro alcuni gas/vapori organici con punto di ebollizione > 65 °C, come specificato dal produttore del respiratore.

Tipo B: per l’uso contro alcuni gas e vapori inorganici, come specificato dal produttore.

Tipo E: per l’uso contro l’anidride solforosa e altri gas e vapori acidi, come specificato dal produttore.

Tipo K: per l’uso contro l’ammoniaca e i derivati organici dell’ammoniaca, come specificato dal produttore.

Tipo AX: per l’uso contro alcuni gas/vapori organici con punto di ebollizione < 65 °C, come specificato dal produttore.

Tipo SX: per l’uso contro gas e vapori specifici indicati per nome, come specificato dal produttore.

Tipo speciale NOP3: per l’uso contro gli ossidi di azoto, ad esempio NO, NO₂, NOx.

Tipo speciale HgP3: per l’uso contro il mercurio.

Filtri multi-tipo per gas, ad esempio i filtri ABEK, sono una combinazione di due o più dei tipi sopra indicati, escluso il tipo SX, e soddisfano i requisiti di ciascun tipo separatamente.

Classe 1: filtri a bassa capacità

Classe 2: filtri a media capacità

Classe 3: filtri ad alta capacità

In situazioni più impegnative, ad esempio per i soccorritori e i filtri CBRN, sono richiesti standard più rigorosi. Un filtro a carbone attivo deve soddisfare requisiti di adsorbimento sempre più stringenti e spesso possono essere richieste prestazioni specifiche per determinati gas. Tali requisiti possono essere definiti a livello nazionale, dell’UE, della NATO o militare, come ad esempio MIL-SPEC o NIOSH CBRN. Questi standard possono applicarsi a filtri per maschere antigas, veicoli, navi, edifici e rifugi con sistemi di filtrazione per la protezione collettiva.

Si tratta di un’applicazione altamente specializzata, pertanto vi invitiamo a contattare gli esperti di Chemviron per assistenza e supporto.

Si noti che i filtri per respiratori e maschere antigas sono più piccoli e generalmente costituiti da letti sottili con carbone a granulometria più fine, mentre i filtri per veicoli o edifici sono filtri a letto più profondo, che utilizzano carbone a granulometria più grossolana per migliorare la perdita di carico (pressure drop).

Inoltre, per molti veicoli, sia passeggeri sia merci, la protezione tramite filtri a carbone come filtro dell’aria dell’abitacolo è sempre più utilizzata per proteggere i passeggeri e il conducente da odori indesiderati e sostanze chimiche nocive. Tra queste rientrano i VOC e gas come SO₂, nonché sostanze difficili da rimuovere come formaldeide, H₂S e ammoniaca.

Quali contaminanti possono essere rimossi utilizzando il carbone attivo?

L’elenco dei contaminanti — oltre ai tipici VOC — che possono essere efficacemente rimossi nei filtri per respiratori utilizzando questi carboni attivi impregnati specializzati include i seguenti:

Nota: la sigla indicata tra parentesi dopo la descrizione del gas è il riferimento militare a questo contaminante, spesso utilizzato in norme e specifiche.

Come possiamo aiutarvi?

Il carbone più efficace da utilizzare dipenderà dall’applicazione in cui il carbone deve essere impiegato, dal tipo di filtro e dalle prestazioni richieste nei confronti dei gas. È importante indicare se sono applicabili contaminanti specifici o standard particolari.

In qualità di produttore europeo di carboni attivi impregnati specializzati da oltre ottant’anni, Chemviron può fornire consulenza e assistenza esperte. Inoltre, la divisione Cloth di Chemviron nel Regno Unito produce il tessuto in carbone attivo FLEXSORB® per una gamma di applicazioni specialistiche. Questo include tessuti di carbone impregnati per la difesa e altre applicazioni di filtrazione dell’aria.

Quindi, se avete bisogno di assistenza per migliorare le prestazioni dei vostri filtri, nella scelta del carbone attivo o per ulteriori consigli, contattate il nostro team.

Per ulteriori informazioni sui VOC e altri inquinanti atmosferici, consultate i nostri articoli correlati “Cosa sono i Composti Organici Volatili?” e “Quali inquinanti atmosferici devono essere rimossi per avere aria pulita?”.