Isto inclui a purificação de água superficial, rios, lagos, algas verdes, água subterrânea rural, purificação profunda em estações urbanas de tratamento de água, pré-filtração em sistemas centrais de purificação de água doméstica, purificação de água potável direta doméstica e purificação de água engarrafada e envasada.

O carvão ativado, com sua estrutura de poros bem desenvolvida e forte capacidade de adsorção, tornou-se um material central para o tratamento de água potável, especialmente no tratamento da poluição da água superficial, incidentes de poluição súbita e melhoria da qualidade final da água, com efeitos notáveis. A seguir está uma descrição detalhada das principais seções de aplicação do carvão ativado no campo da água potável:

O princípio do carvão ativado na remoção de PFAS

Substâncias per- e polifluoroalquil (PFAS) são uma classe de fluorquímicos orgânicos sintetizados artificialmente nos quais todos ou parte dos átomos de hidrogênio nas ligações carbono-hidrogênio foram substituídos por átomos de flúor, com diferentes grupos funcionais ligados nas extremidades. Dependendo do tipo de grupo funcional, incluem principalmente ácidos perfluoroalquil carboxílicos, ácidos perfluoroalquil sulfônicos, ácidos perfluoroalquil fosfônicos, perfluoropolieteres, poliol fluoro-moduladores e perfluorosulfonatos, com a fórmula estrutural geral CnF2n+1-R[3]. Possuem características como propriedades hidrofóbicas e oleofóbicas, alta resistência à temperatura e capacidade de reduzir a tensão superficial da água, sendo amplamente usados nos campos de produção de couro, têxteis, papel, pesticidas, materiais retardadores de fogo, lubrificantes, revestimentos, produtos de cuidado pessoal, etc., ganhando o apelido de "químicos permanentes".

A pesquisa sobre os impactos na saúde e no meio ambiente dos PFAS começou na década de 1950. Foi somente no século 21 que a Agência de Proteção Ambiental dos EUA reconheceu seu dano à saúde. Em 11 de março de 2019, o Ministério da Ecologia e Meio Ambiente da China e a Administração Estatal para Regulação do Mercado emitiram regulamentos proibindo a produção, circulação, uso, importação e exportação do ácido perfluorooctanossulfônico (PFOS) e seus sais e do fluorosulfônico perfluorooctano (PFOSF), exceto para usos aceitáveis. Em junho de 2021, os Estados Unidos propuseram a "Lei de Proibição de Substâncias Perfluoroalquil em Cosméticos".

A partir de 2025, Califórnia e Nova York, nos Estados Unidos, já começaram a proibir a venda de roupas contendo PFAS. Uma razão importante para a poluição por PFAS é o tratamento de águas residuais e o aterro sanitário; eles são altamente estáveis, resistentes à fotólise, hidrólise, biodegradação e metabolismo por animais, representando uma séria ameaça ao ambiente biológico. Alimentos, água potável, poeira interna e ar interno e externo são algumas das principais vias para a população geral entrar em contato com PFAS. PFAS afetam a saúde de órgãos como o sistema imunológico, sistemas reprodutivo e de desenvolvimento, fígado, rins, pâncreas, e estão associados ao câncer. Os consumidores têm dificuldade em determinar a presença de compostos fluorados em cosméticos com base em seus ingredientes, portanto, devem tentar evitar ou limitar o uso prolongado de produtos de maquiagem muito duráveis, à prova d'água e difíceis de remover.

O carvão ativado (GAC/PAC) captura PFAS por meio de adsorção física e interações químicas. Os mecanismos centrais incluem:

1. Adsorção física - Estrutura de poros: A superfície porosa do carvão ativado (microporos, mesoporos) adsorve moléculas de PFAS por meio de forças de van der Waals. PFAS de cadeia longa (como PFOS, PFOA) são mais facilmente adsorvidos devido à sua maior hidrofobicidade.

2. Interação química - Interação eletrostática: PFAS carregam carga negativa (como grupos sulfonato, grupos carboxílicos), e a carga superficial do carvão ativado pode aumentar a adsorção por meio de troca iônica ou ligação de hidrogênio. Afinidade pelo flúor: Alguns carvões ativados modificados (como os fluorados) podem adsorver seletivamente PFAS de cadeia curta por meio de interações flúor-flúor.

Limitações do controle de PFAS:

O carvão ativado tem forte efeito de adsorção em PFAS de cadeia longa (como PFOS), mas para PFAS de cadeia curta (como GenX), são necessárias doses maiores ou modificações (como carregamento de óxidos metálicos). A matéria orgânica natural (NOM) na água competirá com PFAS pelos poros do carvão ativado, reduzindo sua eficiência.

A EPA dos EUA recomenda o processo combinado de "carvão ativado + osmose reversa" (como o projeto Hoosick Falls no estado de Nova York).

Questão da regeneração: O carvão ativado usado precisa ser regenerado em altas temperaturas (>800℃), e os PFAS podem não ser completamente decompostos, representando risco de poluição secundária.