Le noir de carbone est un matériau fascinant avec une multitude d'applications, allant de l'industrie à la santé. Cet article explore en détail les propriétés, les utilisations et les bienfaits de cette poudre noire.
Le noir de carbone se présente sous forme de sphères de carbone et d'agrégats de ces sphères, dont les dimensions sont généralement inférieures de 10 à 1000 nm. Il se présente sous forme de particules fines et offre une grande surface, une conductivité électrique et une stabilité thermique. Pour des raisons historiques, le noir de carbone a d'abord été considéré comme une forme de suie, ce qu'il n'est plus. Si la suie est formée dans des conditions non contrôlées, le noir de carbone est aujourd'hui produit en condition controlées pour répondre aux besoins industriels.
Synonymes :
Propriétés Chimiques :
Propriétés Physiques :
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Le carbone est un élément non métallique qui joue un rôle crucial dans les processus vitaux, les applications industrielles et la chimie. Le carbone, symbolisé par "C" dans le tableau périodique, est un élément chimique dont le numéro atomique est 6. C'est l'un des éléments les plus abondants sur Terre, que l'on retrouve à la fois dans les organismes vivants et dans la croûte terrestre. Le carbone existe à l'état naturel sous diverses formes, notamment le graphite, le diamant et le carbone amorphe (comme le charbon). Il est également un composant essentiel des molécules organiques, qui sont les éléments constitutifs de la vie.
Le carbone présente un large éventail de propriétés chimiques. L'une des principales est sa capacité à former des liaisons covalentes avec divers autres éléments, notamment l'hydrogène, l'oxygène, l'azote et lui-même. Cela le rend très polyvalent dans la formation de différents types de molécules. Bien que le carbone ne soit pas très réactif sous sa forme élémentaire (comme le graphite ou le diamant), il réagit avec l'oxygène à des températures élevées pour former du dioxyde de carbone (CO₂).
Le noir de carbone possède une grande surface qui rend plus facile la répartition uniforme des composants dans le slurry, assurant une homogénéité essentielle.
Grâce à ses propriétés, le carbone industriel compte parmi les matériaux qui révolutionnent les industries. Massivement exploité sous ses différentes formes, il intervient dans la fabrication de plusieurs produits industriels. En tant qu’additif conducteur, le noir de carbone facilite le transfert des électrons au sein de la batterie, ce qui rend son fonctionnement plus efficace. En plus d'améliorer la conductivité, le noir de carbone offre un soutien important à la structure des matériaux d'électrode.
Sous sa forme élémentaire, le graphite intervient dans la fabrication de récipients résistant à la chaleur et aux réactions chimiques à l’exemple du creuset. Il est également utilisé dans la fabrication de pièces mécaniques (joints d’étanchéité, pièces de frottement, …). Ayant subi certaines transformations, le graphite est employé comme lubrifiant et dissolvant dans l’industrie.
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Produit par l’industrie de pétrochimie le noir de carbone est destiné à plusieurs usages dans le secteur industriel. Chacune de ces formes de noir de carbone est propre à une utilisation spécifique. L’application industrielle du coke est extrêmement variée. En sidérurgie, il sert principalement à réduire le fer pour en obtenir de l’acier.
L’industrie de la construction fait partie des secteurs qui emploient massivement le carbone technique sous sa forme pure et composée. De par sa polyvalence, il est très exploité dans la construction automobile et aéronautique. Mais les produits carbonés sont également omniprésents dans la construction de bâtiments. Leurs propriétés font d’eux une matière première idéale pour consolider et alléger les fondations. La fibre de carbone par exemple, est aujourd’hui considérée comme un matériau qui révolutionne les industries. Extrêmement dure et résistante, elle sert de renfort des matériaux composites. Grâce à sa composition, elle offre des propriétés mécaniques optimales : rigidité et résistance.
L’industrie agro-alimentaire utilise le carbone industriel sous ses multiples facettes. Les produits carbonés comme le CO2 par exemple, servent à gazéifier les boissons. Ce gaz est aussi appliqué dans les systèmes de refroidissement permettant de maintenir les produits au frais. Le noir de carbone est, quant à lui, un colorant alimentaire (colorant E152).
Le charbon est une des formes élémentaires de carbone les plus utilisés dans le secteur industriel. D’une manière générale, le charbon naturel alimente les hauts fourneaux et les fours dans la métallurgie, la sidérurgie, la joaillerie. Par ailleurs, la haute conductivité et la légèreté du carbone sont très appréciées dans l’industrie. Raison pour laquelle il est utilisé dans la fabrication de plaques conducteurs et électrodes qui équipent les batteries les plus performantes.
Avec la demande croissante de batteries performantes, le rôle crucial du noir de carbone dans la préparation du slurry d'électrode demeure indéniable.
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De nombreuses entreprises de recyclage qui manipulent des pneus de voiture sont désireuses de trouver un moyen de récupérer le noir de carbone du caoutchouc. Cet « or noir » doit subir plusieurs étapes de traitement après la pyrolyse avant de pouvoir être utilisé comme noir de carbone récupéré (rCB).
Le groupe Hosokawa a développé un procédé pour la récupération durable du noir de carbone à partir de pneus de voiture usagés. En effectuant un certain nombre d'étapes après la pyrolyse, le processus aboutit à un matériau granulaire sans poussière qui peut être dosé avec précision. « Nous avons développé un processus efficace et durable pour cela », déclare Marc Jacobs, Responsable de la division Chemicals, Minerals & Metals (CMM) chez Hosokawa Micron à Doetinchem, aux Pays-Bas. « Notre nouvelle ligne de traitement permet aux entreprises de recyclage de récupérer facilement du noir de carbone de première qualité à partir de pneus de voiture. Les fabricants de pneus de voiture et d'autres produits à base de caoutchouc peuvent alors utiliser immédiatement les granulés obtenus dans leurs processus de production.
Le groupe Hosokawa a développé le nouveau processus intégral en combinant les connaissances, l'expérience et les équipements d'un certain nombre de ses filiales à travers le monde. « En particulier, ce projet impliquait Hosokawa Alpine, Hosokawa Micron et Hosokawa Solids Solutions », poursuit Jacobs. « Nous avons également travaillé en étroite collaboration avec un certain nombre de partenaires pour nous assurer que nos clients - les entreprises de recyclage - peuvent compter sur une ligne de traitement efficace dans laquelle toutes les machines et tous les systèmes sont alignés de manière optimale. De plus, cette approche de « guichet unique » signifie que chaque client dispose d’un point de contact individuel.
« Grâce à notre expertise, nous sommes en mesure de produire des rCB les propriétés recherchées précisément par les fabricants de pneus automobiles. Ils demandent un matériau granulaire sans poussière, fluide et facile à doser », ajoute-t-il.
Dans le processus préparatoire, les pneus usagés sont déchiquetés et broyés, et la teneur en acier est réduite autant que possible. Le matériau subit ensuite une pyrolyse. Le pétrole et le gaz produits dans ce processus sont réutilisés ailleurs, et le matériau restant constitue la base du processus de finition rCB du groupe Hosokawa. Après pyrolyse, le matériau est transformé en granulés de rCB de qualité supérieure en trois étapes consécutives : broyage fin, agglomération et séchage.
La première étape - le broyage fin - est l'une des spécialités de Hosokawa Alpine. Les broyeurs à jets d'air TDG Jet Mills offrent une finesse de produit final dans la plage de d99 = 5-15 microns et plus grossière si nécessaire, même à des débits élevés. Le processus TDG garantit également l'élimination facile des impuretés telles que les fils métalliques durant le processus de broyage. L'ACM est limité en ce qui concerne les qualités du produit final ultrafin. Nous recommandons l'ACM pour les types plus grossiers avec un d97 = 20-40 microns. Mais la décision pour une certaine technologie de broyage dépend également de l'abrasivité du produit. Il n'est pas rare que les lignes de broyage aient une capacité de 1 tonne/heure ou plus.
Sachant que la masse volumique apparente du produit broyé est d'environ 80 à 120 grammes par litre, le procédé peut ensuite impliquer des volumes de plus de 10 m³/heure. À ce stade, le noir de carbone est un matériau poussiéreux avec de mauvaises propriétés d'écoulement et une tendance à se déposer. « En conséquence, une expertise particulière est requise pour la manutention et le stockage provisoire », explique Jacobs. « Cette expertise provient de notre société sœur Hosokawa Solids Solutions, qui fournit les systèmes permettant un transfert sans problème du matériau semi-fini entre les différentes étapes du processus.
Le noir de carbone broyé est ensuite aggloméré puis séché: deux disciplines dans lesquelles Hosokawa Micron excelle. L'étape d'agglomération peut être réalisée à l'aide du mélangeur vertical haute vitesse Flexomix. Le rCB est dosé dans le Flexomix avec la quantité exacte de liant (généralement de l'eau). Les granulés humidifiés émergent au bas de la machine. « Alternativement, il est possible d'agglomérer le produit à l'aide d'un mélangeur à broches (Pin Mixer). Il s'agit d'un mélangeur horizontal à haut cisaillement de l'un de nos partenaires, la société américaine Mars Mineral. Les broches sur l'arbre du rotor central créent une hélice qui transporte le produit en même temps. Avec la bonne quantité de liant, le mélangeur à broches est capable de produire des particules sphériques fortes et denses qui peuvent être transportées pneumatiquement sans se fissurer. Le Flexomix et le Pin Mixer fonctionnent tous deux en processus continus.
Le matériau granulaire résultant est séché dans un sécheur à lit fluidisé statique de Hosokawa Micron (avec ou sans système de vibration ou d'agitation) spécialement conçu pour le séchage des granulés de rCB. Il est positionné directement sous le mélangeur. L'air de séchage chaud est soufflé vers le haut à travers les trous de la plaque perforée, répartissant uniformément les granulés. Grâce à la légère inclinaison, le produit se déplace progressivement dans la zone de refroidissement.
« Notre approche interdisciplinaire a abouti à une ligne de traitement intégrée pour produire un matériau granulaire à écoulement libre et sans poussière avec les bonnes propriétés en termes de structure des particules », conclut Jacobs. « Cela résout un problème pour les entreprises de recyclage et signifie que les granulés rCB sont immédiatement prêts à être utilisés par les fabricants de pneus dans la production de pneus neufs. »
Le charbon actif est un produit couramment utilisé pour son action adsorbante et purifiante pour l’organisme. Sur la liste des actifs essentiels de l’Organisation mondiale de la Santé (OMS), le charbon activé n'a plus à faire ses preuves. Comment fonctionne-t-il ? Quels sont les bienfaits du charbon actif en interne et en externe ? Y a-t-il des dangers à le consommer ? Le charbon activé est un incontournable à avoir à la maison.
Le charbon actif est principalement connu pour son action adsorbante. L’adsorption, avec un « d », est un phénomène de surface, par lequel des molécules et des toxines, se fixent à la surface de l’adsorbant (ici le charbon) grâce à des liaisons de faible intensité. Par opposition l’absorption, avec un « b » est un phénomène beaucoup plus général et connu, par lequel notamment un organisme vivant absorbe de la nourriture ou une plante absorbe de la lumière. En passant dans les voies digestives, le charbon a la capacité d’adsorber certaines toxines dans sa surface poreuse et sinueuse comme des poisons, gaz intestinaux mais également d’autres déchets de l’organisme.
C’est pourquoi il est souvent utilisé dans le traitement de troubles gastro-intestinaux tels que les flatulences, les ballonnements, les diarrhées ou les colites. En éliminant ces déchets, le charbon actif participerait au bon fonctionnement des reins et du foie. En complément d’un régime alimentaire faible en protéines, il pourrait aider les individus souffrant d’insuffisance rénale. Sachant que le charbon actif peut éliminer les toxines provenant d’additifs chimiques, de pesticides et de polluants qui ont une influence néfaste sur l’organisme, il pourrait contribuer au bien-être général du corps (sur le plan physique et mental).
Le charbon actif est hydrophobe (ne se lie pas avec les molécules d’eau), ce qui signifie qu’il a l’avantage de ne pas retenir l’eau. Son efficacité ne s’arrête pas aux troubles intestinaux ou digestifs. En effet, il peut aider à faire face aux intoxications, qu’elles proviennent de l’alimentation ou d’une substance toxique. Puissant chélateur, sa surface poreuse a une charge électrique négative qui se lie aux toxines et poisons chargés positivement.
Etant donné que le charbon actif n’est pas absorbé par le corps, il transporte les déchets adsorbés à sa surface hors de l’organisme et aide donc celui-ci à les éliminer par voie naturelle. Il attire certaines toxines hors du flux sanguin pour s’y lier dans l’intestin, engendrant ainsi ce qui pourrait s’apparenter à une dialyse intestinale. Il peut ainsi être utilisé pour traiter certaines intoxications aigües en limitant l’absorption des agents toxiques par le corps. De nos jours, c’est sûrement l’agent décontaminant le plus valable, le plus simple et le moins cher. Il serait efficace contre les métaux lourds tels que le plomb ou le mercure, les insecticides, voire même des substances radioactives. Il est utilisé depuis longtemps pour désintoxiquer le corps de médicaments tels que les analgésiques ou les antidépresseurs. Il serait aussi efficace face aux stupéfiants, alcaloïdes, détergents, certaines toxines bactériennes et bien d’autres encore.
Attention : l’utilisation du charbon actif comme antipoison et désintoxiquant doit impérativement être encadré par un médecin. En cas d’ingestion accidentelle de toxiques, visitez impérativement un médecin.
Le Charbon végétal activé contribue aux fonctions du tractus intestinal. Il est largement employé pour aider lors de gaz intestinaux, tout comme les sensations désagréables que peuvent provoquer ces gaz. Des études ont démontré son efficacité et le bénéfice du charbon pour aider lors de flatulences. Aussi, il absorbe les odeurs, pouvant ainsi potentiellement atténuer les odeurs désagréables des gaz, de la mauvaise haleine et de la transpiration s'ils sont dus à une mauvaise digestion.
Son action sur les toxines présentes dans le tractus gastro-intestinal est particulièrement intéressante. Le charbon activé piège en partie les toxines digestives, les résidus de fermentation et les déchets. Ceci grâce à son immense surface d'adsorption qui retient les molécules des liquides et des gaz en grande quantité . Cette action est ce qui lui donne la possibilité de contribuer au confort digestif dans de nombreuses situations. Les toxines sont des molécules nocives pour l'organisme que le corps élimine. Le charbon actif vient donc aider dans ce processus en capturant les molécules dans ses micropores. Il sera ensuite éliminé, car il n'est pas digéré.
Le charbon activé, en accompagnement d'un régime équilibré, aide à contrôler le métabolisme lipidique (cholestérol et triglycérides).
L’hypercholestérolémie, trouble du métabolisme lipidique, se définit par un taux de cholestérol dans le sang trop élevé. Celui-ci s’accumule et se dépose sur les parois vasculaires, augmentant le risque de maladies cardiovasculaires dont l’athérosclérose (première cause de mortalité dans les pays industrialisés). Le charbon actif pourrait réduire le taux de cholestérol LDL (connu sous le nom de mauvais cholestérol). Cet effet serait dû à sa capacité de se lier au cholestérol et aux acides biliaires se trouvant dans l’intestin, prévenant leur absorption. Une diminution de l’absorption des acides biliaires permet une meilleure élimination du cholestérol par le foie.
Pour comprendre l’hypercholestérolémie, il faut tout d’abord savoir que la synthèse du cholestérol sanguin se fait majoritairement par le foie et l’intestin. Les transporteurs du cholestérol (lipoprotéines) l’amènent ensuite dans le sang. Les lipoprotéines à basse densité correspondent au mauvais cholestérol (LDL : low density lipoproteins) et les lipoprotéines à densité élevée, au bon cholestérol (HDL : high density lipoproteins). Les premières ont pour rôle de transporter le cholestérol du foie vers les tissus. Si jamais il y a un excès de cholestérol associé aux lipoprotéines LDL, il s’accumulera alors sur les parois artérielles, élevant le risque de développer une pathologie cardio-vasculaire (d’où l’appellation « mauvais cholestérol). Les lipoprotéines HDL, quant à elles, ont pour rôle de transporter le cholestérol des tissus vers le foie afin de l’éliminer et prévenir son accumulation.
Plusieurs études ont examiné les effets du charbon actif sur le cholestérol :
D’autre part, l’étude a comparé les effets du charbon actif face à ceux de la cholestyramine qui est une résine chélatrice des sels biliaires. Elle a un effet hypocholestérolémiant en inhibant le cycle entéro-hépatique des sels biliaires dérivés du cholestérol. Dix autres patients souffrant d’hypercholestérolémie sévère ont ingéré chaque jour, de manière aléatoire, soit 16 grammes de charbon actif, soit 16 grammes de cholestyramine, soit 8 grammes de charbon actif + 8 grammes de cholestyramine. Les concentrations du cholestérol total et du cholestérol LDL ont été réduites par le charbon actif, respectivement de 23 % et de 29 %. La cholestyramine a permis une réduction de 31 % et de 39 % et enfin, la combinaison des deux produits, une réduction de 30 % et de 38 %. Le ratio HDL/LDL a augmenté de 0,13 à 0,23 avec le charbon actif, à 0,29 avec la cholestyramine et à 0,25 avec la combinaison des deux. La cholestyramine a augmenté le taux de triglycérides contrairement au charbon actif. Ainsi, le charbon actif aurait un effet similaire à celui de la cholestyramine, sans élever le taux de triglycérides.
Ces résultats sont très encourageants bien que les études restent limitées.
Les procédés de fabrication du charbon activé ont pour objectif de former des pores dans le charbon. La taille des pores formés est garante de la qualité du produit. Il existe deux méthodes principales :
Utilisé dans le cadre d’une prise en charge hospitalière, afin de faire face à un empoisonnement ou une overdose, le charbon actif serait, à priori, sans danger. Cependant, certains effets indésirables pourraient survenir tels que des douleurs ou un gonflement de l’estomac. Les selles pourraient être noircies mais c’est un effet normal du charbon actif, sans conséquence. D’autres effets indésirables pourraient survenir mais restent peu notables et devraient s’arrêter après l’adaptation de l’organisme au charbon actif.
Cependant, si jamais la consommation de charbon actif provoque des effets secondaires plus graves tels que la diarrhée, des vomissements, de la constipation ou éventuellement un blocage gastro-intestinal, il est essentiel de consulter son médecin dans les délais les plus brefs.
Le charbon actif est contre-indiqué pour les personnes présentant un risque d’obstruction intestinale. Tenir hors de portée des jeunes enfants. Ce produit ne peut se substituer à un régime alimentaire varié et à un mode de vie sain.
Le charbon actif absorbe de nombreuses substances dans l’estomac et les intestins. C’est pourquoi il faut éviter d’en consommer en même temps que certains médicaments (tels que les antidépresseurs tricycliques) et compléments alimentaires car il pourrait bloquer leur absorption par l’organisme. Il est conseillé de ne pas consommer du charbon actif à moins de 3 heures d’une prise médicamenteuse. Ce produit ne peut se substituer à un régime alimentaire varié et à un mode de vie sain.
ATTENTION :
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