O carvão ativado é um material usado em uma infinidade de áreas, principalmente para o tratamento de água. O objetivo de seu uso é remover cor e odor de determinados materiais por meio da adsorção. De acordo com Luciano Barche, gerente de vendas da Clarimex, trata-se de um material poroso, obtido através de todo tipo de material que contenha em sua composição Carbono. 
"Desde os tempos remotos os egípcios descobriram que o carvão de madeira poderia ser utilizado para purificar outros produtos e inclusive usar para fins medicinais. Na atualidade, o carvão ativado é utilizado para remover cor, odor e sabor de uma infinidade de produtos, os quais podemos encontrar em aplicações simples como em filtros de refrigerador até sistemas industriais complexos, modernas plantas de tratamento de águas e efluentes ou delicados sistemas de elaboração de antibióticos", completa.
É um material carbonáceo de origem natural cuja estrutura contém uma grande quantidade de poros de diversos tamanhos, o que lhe confere uma elevadíssima área superficial interna e consequentemente alta capacidade de retenção de contaminantes dissolvidos em líquidos ou gases através do processo de adsorção, podendo o material ser de origem mineral ou vegetal.
No primeiro caso, pode ser proveniente de vários tipos de matéria-prima (carvões betuminosos, de lignite, etc.), que são extraídos de minas de carvão e passam pelo processo de ativação, para se obter o produto final com determinadas características específicas. Já o Carvão de Origem Vegetal (madeira, turfa, caroço de azeitona, casca de coco, etc) são carbonizados para se transformarem em carvão, passando este material depois pelo processo de ativação, e eventualmente tratamento químico final.
Pedro Paixão, representante Cabot, explica que a porosidade e as características adsortivas de determinado grau de carvão ativado são dependentes da matéria-prima utilizada e do tipo de ativação e tratamento final a que ela é sujeita, sendo diferentes graus de carvão utilizados em cada aplicação específica.
"A ativação de carvão, material naturalmente poroso, é um processo que consiste basicamente em exponencializar a quantidade de poros existentes na sua estrutura. Após a ativação podem ainda haver tratamentos químicos posteriores para aperfeiçoar determinada característica final, a impregnação para se obter melhor afinidade relativamente a determinado contaminante específico, lavagem para maior pureza do produto final, acerto de pH ou neutralização, etc.", explica Paixão.

Composição e como funcionam
Composto basicamente de carbono, Liliane Schier de Lima, representante da Alphacarbo explica que devido a sua desenvolvida porosidade, o produto funciona como um adsorvente de moléculas causadoras de gosto, odor e cor em soluções. Uma mesma matéria prima que seja ativada por processos distintos, dará como resultado carvões com propriedades diferentes. Qualquer material com alto conteúdo de carbono é suscetível de ativar, ele destaca as matérias primas mais utilizadas: madeira, cásca de côco, lignita, bagaço de frutas, hulla bituminosa e turba.

De acordo com Barche, o processo de adsorção é feito em quatro etapas. A primeira é o transporte no seio da solução envolve o movimento do material (substância) a ser adsorvido (adsorvato) através do seio da solução líquida para a camada-limite ou filme fixo de líquido existente ao redor da partícula sólida do adsorvente. A segunda etapa é o transporte por difusão através da camada limite, corresponde ao transporte do adsorvato por difusão através da camada limite até a entrada dos poros do adsorvente (difusão externa).
Em seguida temos o transporte através dos poros, envolve o transporte do adsorvato através dos poros da partícula por uma combinação de difusão molecular através do líquido contido no interior dos poros e difusão ao longo da superfície do adsorvente (difusão interna). Por fim, a adsorção, ligação do adsorvato em um sítio disponível do adsorvente, envolvendo vários mecanismos, tais como: adsorção física, adsorção química, troca iônica, precipitação, complexação. 

Paulo Puterman, Phd em Biotecnologia e diretor da 120PW, explica que o Carvão Ativado, na maioria das vezes, é composto apenas pelo elemento químico carbono e é utilizado como elemento constituinte de processos de filtragem. De forma resumida, pode se dizer que a adsorção é a "captura" de moléculas (normalmente macro moléculas orgânicas) pelos poros característicos do carvão ativado.
O carvão apresenta uma grande quantidade poros e sua enorme área de superfície fornece vários lugares de ligação, desta forma, a adsorção pode ocorrer de duas maneiras: química ou física. A adsorção química ou quimissorção ocorre por meio de ligações químicas, principalmente covalentes, e a adsorção física ou fisissorção ocorre por meio de interações intermoleculares do tipo Van der Waals, como a força de dipolo induzido e a de dipolo permanente.
A adsorção física é a mais comum e ocorre de forma eficiente quando o carvão selecionado é formado por poros cujo tamanho é adequado ao peso molecular do contaminante a reter: substâncias adsorvíveis de alto peso molecular (contaminantes orgânicos que provocam cores escuras em líquidos) são eficientemente retidos em poros grandes de carvões meso- / macro-porosos. Por outro lado, substâncias de baixo peso molecular (contaminantes orgânicos que provocam odores em líquidos ou gases) são eficientemente retidas em poros de tamanho menor de carvões mais micro-porosos.

Já a adsorção química ocorre quando é uma troca de elétrons que determina a retenção de contaminantes à superfície do carvão ativado (remoção de cloro de água potável, remoção de H2S e mercaptanos de biogás ou de ar contaminado de estações de efluentes, remoção de mercúrio de gás natural, etc.); nestes casos podem eventualmente usar-se carvões impregnados com determinado material que lhe confere maior afinidade ao contaminante específico que se pretende remover, facilitando essa "reação" entre o contaminante e a superfície do carvão e otimizando assim a eficiência de purificação.
"O processo de ativação consiste em reordenar os átomos de carbono em anéis tipo benzeno para conseguir uma estrutura cristalina retícular similar a do grafite, em outras palavras, a ativação consiste em "multiplicar" a quantidade de poros de um carvão dando como resultado uma estrutura extremadamente porosa de grande área superficial disponível para realizar o processo de adsorção de impurezas que provocam odor, cor ou sabor indesejável", completa Barche.

Aplicações e principais vantagens
A adsorção por carvão ativado serve para purificar substâncias líquidas ou gasosas através do processo físico de adsorção. Para a adsorção de contaminantes se dar com elevada eficiência e a purificação acontecer de forma efetiva, é necessário que o carvão tenha uma grande área superficial interna, tendo na sua constituição uma grande quantidade de poros adequados aos tipos de contaminações específicas que se pretendem remover.
De acordo com Liliane, o uso do carvão pode ser aplicado no tratamento de águas e efluentes, na indústria de alimentos, para clarificação e desodorização de matérias-primas, na indústria farmacêutica, para purificação de produtos químicos e inclusive para consumo humano no tratamento de intoxicações e flatulências, no tratamento de gases, máscaras de proteção, como aditivo na indústria agropecuária, remoção de cloro entre outras.

Barche ressalta ainda que é importante mencionar, que um dos principais uso do carvão é para retirar cloro da água, e neste caso não ocorre adsorção e sim reação do Cl com o Carbono do carvão. O ácido hipocloroso se dissocia na água para formar o íon hipoclorito  (OCl-). Esta é a forma ativa de desinfecção do cloro livre. 
O carvão ativado normalmente é utilizado para adsorver e reter compostos orgânicos dissolvidos na água, que proporcionam cor, odor e/ou sabor. No caso da decloração, esta não ocorre por adsorção, e sim mediante uma reação química que remove o ácido hipocloroso. "Esta reação é relativamente rápida, a concentração de cloro pode reduzir  a  metade em  poucos segundos e eliminar até 99% em menos de 60 segundos em um carvão ativado virgem", completa.
Na remoção de cloraminas, o ácido hipocloroso foi usado durante muitos anos como o principal desinfetante, sem dúvida, é um forte agente oxidante que reage com a matéria orgânica dissolvida na água e forma os trihalometanos (THM´s), considerados como compostos cancerígenos. O carvão ativado remove tanto as cloraminas como o ácido hipocloroso, porém as cloraminas requerem de um maior tempo de contato. As cloraminas podem estar presentes como mono, di e tri cloraminas. Em níveis normais de pH a monocloramina predomina na água.

A característica porosa do carvão mais adequada a cada caso específico consegue-se através da seleção das melhores matérias-primas e de processos de ativação de excelência (ativação física por vapor, ou ativação química por ácido fosfórico). "É um produto eficiente e com um custo relativamente baixo em relação a outras tecnologias disponíveis, mas não pode ser utilizado simultaneamente a fortes oxidantes, como por exemplo, cloro", ressalta Liliane.
A grande afinidade para orgânicos dissolvidos, normalmente quanto mais hidrofóbicos melhor será a taxa de adsorção e consequentemente a eficácia de purificação de determinado fluido, é para Paixão a principal vantagem do uso de carvão ativado. Ele destaca ainda que é um produto de origem natural amigo do ambiente, disponível em diversas formas de acordo com o tipo de aplicação industrial:
• carvão ativado em pó para dosagem e homogenização com o fluido a tratar em processos por batelada, sendo posteriormente separado o carvão com os contaminantes retidos nos seus poros do fluido purificado através de determinado processo de separação (decantação, filtração, etc.); 
• carvão ativado granular para enchimento de filtros de leito fixo que operam em contínuo, sendo esse leito substituído por um novo carvão virgem ou reativado após saturação (momento em que todos os poros estão preenchidos e começa a haver passagem de contaminantes na corrente após o carvão);
• carvão ativado extrudado, que são pellets disponíveis em diversos diâmetros e implicam maior dureza do material, bem como a garantia de menor perda de carga no leito ao longo da operação. Este tipo de carvão ativado funciona da mesma forma que o carvão granular, isto é, operação contínua em leitos fixos.

Para Puterman, a maior vantagem está na disponibilidade irrestrita nas diversas localizações geográficas. Como pode ser produzido a partir de uma série de matérias primas vegetais, os produtos acabaram ganhando um bom espaço nos processos de filtragem. "O mercado está atrelado a processos. Existe um grande campo para impregnação com metais que possibilitam uma ação diversificada dos processos de adsorção", destaca.
O mercado desse segmento tem uma característica de sazonalidade, principalmente no que diz respeito ao produto utilizado no tratamento de águas. Liliane conta que o carvão ativado pulverizado, por exemplo, somente é utilizado quando há floração de algas cianofíceas nos reservatórios. "Observou-se uma busca do produto como aditivo na indústria cosmética, como aditivo em shampoos e outros produtos e também têxtil, na produção de tecidos impregnados com carvão ativado para adsorção de odores indesejáveis", completa representante da Alphacarbo.

Contato das empresas:
Alphacarbo: www.alphacarbo.com.br
Cabot: www.cabot-corp.com
Clarimex: www.clarimex.com
120PW: paulo.puterman@gmail.com