Aktywowane węgle

Węgiel aktywny lub aktywny jest porowatym adsorbentem wykonanym z materiałów organicznych zawierających węgiel. Technologia produkcji węgla aktywnego to długi proces składający się z kilku etapów. Adsorbent węgla aktywnego jest substancją o bardzo porowatym składzie. Jest wytwarzany z różnych materiałów organicznych, w których znajduje się węgiel. Często węgiel aktywny jest produkowany z węgla drzewnego, torfu (koksu torfowego), koksu węglowego, orzecha włoskiego, łupiny orzecha kokosowego, pestek oliwek, moreli i wielu innych roślin.

Klasyfikacja

Aktywny adsorbent jest podzielony:

• w zależności od rodzaju materiału, z którego wytwarza się węgiel aktywny: drewno, łupiny orzecha kokosowego, węgiel itd.;
• do miejsca przeznaczenia: oczyszczanie, gaz, nośniki węgla z katalizatorów o jakości sorbentów chemicznych;
• metodą aktywacji: metoda parowa i termochemiczna;
• w formie uwalniania: granulowany (rozdrobniony) węgiel aktywny, proszek, formowany węgiel aktywny, ekstrudowany węgiel (granulki w postaci cylindrów) i tkanina impregnowana węglem.

Węgle aktywowane dzieli się na trzy kategorie porów: mikropory (od 0,6 do 0,7 nanometrów), mezopory (1,5-100-200 nanometrów), makropory (> 100-200 nanometrów). Pierwszy i drugi rodzaj porów są uważane za główne składniki powierzchni węgli aktywnych. Z tego powodu odgrywają ważną rolę we właściwościach adsorpcyjnych węgla. Mikropory dobrze radzą sobie z adsorpcją małych cząsteczek organicznych i mezoporów - większych cząsteczek.

Powierzchnia właściwa węgla aktywnego zależy od wielkości porów. Adsorbent, który ma cieńsze pory, dobrze się wchłania, mając nawet niskie stężenie i małe ciśnienie cząstkowe pary. Substancja czynna o szerokich porach charakteryzuje się kondensacją kapilarną.

Wymiary specyficznej chłonnej powierzchni węgla aktywnego i szerokie pory pozwalają bardzo skutecznie wykorzystać adsorbent do skutecznego oczyszczania gazów i cieczy z różnych rodzajów zanieczyszczeń. Ilość zanieczyszczeń, które węgiel zjada, może zmieniać się od najmniejszych cząsteczek do cząsteczek olejów, produktów naftowych, tłuszczów, związków organicznych z chlorem.

Sprzęt do produkcji węgla aktywnego jest prezentowany w szerokim zakresie. W celu uzyskania adsorbentu zastosowano specjalne piece różnych typów i wzorów. Najczęściej instalacja z węglem aktywnym wykorzystuje szybowe, pionowe i poziome piece obrotowe, piece wielopółkowe i reaktory ze złożem fluidalnym.

Etapy procesu

Produkcja węgla z materiałów pochodzenia organicznego jest podzielona na kilka etapów. Tak więc technologia produkcji węgla aktywnego obejmuje następujące kolejne działania:

1. Karbonizacja. Proces ten polega na wypalaniu (obróbce cieplnej) surowców w bezpowietrznych warunkach obojętnych przy użyciu wysokiej temperatury. Po karbonizacji okazuje się, że jest to węgiel, to jest węgiel, który ma bardzo małe właściwości adsorpcyjne ze względu na małą powierzchnię wewnętrzną i małe wymiary. Węglan podlega miażdżeniu i aktywacji w celu uzyskania specjalnej struktury substancji i znacznego wzrostu adsorpcji.
2. Kilka słów na temat wstępnego kruszenia. Węgiel aktywny otrzymany po karbonizacji musi zostać zmiażdżony. Jego początkowe wymiary wynoszą 30-150 milimetrów, a skuteczna aktywacja adsorbentu jest utrudniona z powodu tak dużych frakcji. W związku z tym karbonizat dokładnie zgniata się do wielkości frakcji 4-10 milimetrów.
3. Linia do produkcji węgla aktywnego obejmuje proces aktywacji, który jest przeprowadzany przy użyciu dwóch podstawowych technik:

• Aktywacja chemiczna do produkcji węgla aktywnego obejmuje obróbkę substancji solami, które wytwarzają gaz aktywujący po wystawieniu na działanie wysokiej temperatury. Aktywatorem mogą być azotany, siarczany, węglany, kwas siarkowy, fosforowy lub azotowy. Wytwarzanie węgla aktywnego przy użyciu tej metody prowadzi się w temperaturze 200 - 650 ° C;
• Aktywacja par gazowych odbywa się wyłącznie pod ścisłą kontrolą, w temperaturze od 800 do 1000 ° C. W roli utleniaczy w czasie aktywacji parowo-gazowej węgiel to para wodna i dwutlenek węgla. Oddziaływanie pary wodnej z węglem jest przyspieszane przez tlenki i węglany metali alkalicznych. Biorąc pod uwagę ten fakt, są one okresowo dodawane w małych dawkach do materiału wyjściowego. Związki miedzi są również stosowane jako katalizatory. Uzyskanie węgla aktywnego z karbonizatu za pomocą techniki parowo-gazowej umożliwia uzyskanie silnego adsorbentu o powierzchni maksymalnej 1500 m2 na gram węgla. To prawda, że ​​nie można wykorzystać całego obszaru do absorpcji, ponieważ duże cząsteczki zaadsorbowanej substancji nie wpadną w małe pory.

Wykorzystanie węgla aktywnego

Zastosowanie w produkcji węgla aktywnego nabiera tempa każdego dnia. Zdolność adsorpcji węgla pozwala na szybkie i wydajne oczyszczanie ścieków i gazów odlotowych. Ponadto jest głównym adsorbentem gazów radioaktywnych i wód w elektrowniach jądrowych.

Również węgiel aktywny znalazł zastosowanie w takich dziedzinach, jak:

• Adsorpcja procesu i wody pitnej;
• Zastosowanie w przemyśle chemicznym;
• Odzyskiwanie (zwrot części surowców lub energii do wtórnego wykorzystania w tej samej procedurze technologicznej) rozpuszczalników;
• Zastosowanie węgla aktywnego do celów medycznych. Oczyszczanie krwi i całego ciała z bakterii, substancji toksycznych;
• Na wydobycie złota;
• Jako produkt kosmetyczny do rozjaśniania skóry na twarzy;
• Dodatek do żywności z zatruciem;
• Do odchudzania i diety (niezalecane przez ekspertów).

Jeśli chcesz kupić węgiel aktywny w celu filtrowania produkcji w Rosji, możesz skontaktować się z wyspecjalizowanymi sklepami lub dokonać zakupu za pośrednictwem Internetu.

Węgiel aktywny

Węgiel aktywowany, czyli carbo activatus, jest rodzajem przetworzonego węgla nakrapianego drobnymi porami, które zwiększają całkowitą powierzchnię zdolną do absorbowania lub reakcji chemicznych. Aktywowany jest czasami zastępowany słowem „aktywny”.

Ze względu na wysoką mikroporowatość, tylko jeden gram węgla aktywnego ma powierzchnię aktywną przekraczającą 500 m2, która jest ustalana przy użyciu izoterm adsorpcji dwutlenku węgla w temperaturze pokojowej lub 0 ° C. Poziom aktywności wystarczający do skutecznego użycia można uzyskać tylko z dużego obszaru powierzchnia jednak dalsza obróbka chemiczna zwiększa również właściwości adsorpcyjne.

Węgiel aktywny jest zwykle wytwarzany z węgla drzewnego.

Film o węglu aktywnym do utraty wagi

Zastosowanie węgla aktywnego

Węgiel aktywny jest używany do oczyszczania gazu, złota, wody, kofeiny, metali wyciągowych, w oczyszczalniach wody, medycynie, filtrach powietrza, maskach i respiratorach itp.

W przemyśle głównie węgiel aktywowany jest stosowany w dziedzinie powłok metalicznych. Jest szeroko stosowany w przemyśle galwanicznym. Na przykład podczas czyszczenia roztworu do błyszczącego niklu z zanieczyszczeń organicznych. Wiele organicznych substancji chemicznych jest dodawanych do roztworów galwanicznych, w celu poprawy ich przechowywania, jak również do poprawy właściwości, takich jak jasność, gładkość, plastyczność itp. W związku z przepływem prądu stałego i reakcjami elektrolitycznymi utleniania anodowego i redukcji katodowej, dodatki organiczne tworzą niepożądany produkt zniszczenie w roztworze. Ich nadmierne tworzenie może niekorzystnie wpływać na jakość powłoki i właściwości fizyczne obrabianego metalu. Zastosowanie węgla aktywnego usuwa te zanieczyszczenia i przywraca właściwości galwaniczne roztworów do pożądanego poziomu.

Węgiel aktywowany, w stosunku 50% z cellitem, stosuje się jako fazę stacjonarną, w rozdzielaniu chromatograficznym węglowodorów (mono-, di-, trisacharydów) i roztworem etanolu (5-50%) jako fazę ruchomą w protokołach analitycznych / przygotowawczych.

Ochrona środowiska

Węgiel aktywny jest w stanie usunąć zanieczyszczenia z wody i powietrza, zarówno w warunkach polowych, jak i przemysłowych:

• eliminacja skutków przypadkowych wycieków;
• odzyskiwanie wód podziemnych;
• filtracja wody pitnej;
• oczyszczanie powietrza;
• neutralizacja lotnych związków organicznych z malowania, czyszczenia na sucho, operacji przenoszenia paliwa itp.

W 2007 r. Uniwersytet Flandrii Zachodniej (w Belgii) rozpoczął badania nad uzdatnianiem wody na festiwalach. W 2008 roku w miejscu festiwalu muzycznego Dranouter zbudowano duży obiekt z węglem aktywnym, aby wykorzystać tę technologię do oczyszczania wody na tym festiwalu przez następne 20 lat.

Ponadto węgiel aktywny jest często używany do pomiaru stężeń radonu w powietrzu.

Węgiel aktywny jest stosowany w leczeniu zatrucia i przedawkowania po spożyciu doustnym. Uważa się, że neutralizuje truciznę i zapobiega jej wchłanianiu przez przewód pokarmowy. W przypadku podejrzenia zatrucia lekarze podają węgiel aktywny na miejscu lub na pogotowiu. Dawka wynosi zwykle 1 gram na kilogram masy ciała (tj. Młodzież lub dorośli otrzymują 50-100 g), zwykle przyjmowana tylko raz, ale w zależności od zatrucia, można ją przyjmować więcej niż raz. W niektórych sytuacjach węgiel aktywowany jest stosowany w intensywnej terapii, filtrując krew ze szkodliwych substancji przez hemosorpcję. Węgiel aktywowany stał się korzystniejszy w leczeniu wielu zatruć i innych dezynfekcji. Techniki takie jak przyjmowanie leków emetycznych lub zasysanie zawartości żołądka są obecnie rzadko stosowane.

Chociaż węgiel aktywny jest przydatny w leczeniu ostrego zatrucia, nie jest tak skuteczny w długoterminowym gromadzeniu toksyn, na przykład po zastosowaniu toksycznych herbicydów.

• Adsorpcja toksyn przez węgiel, aby zapobiec ich wchłanianiu przez przewód pokarmowy. Ta adsorpcja jest odwracalna, dlatego podczas procedury można dodać spożycie środków przeczyszczających (na przykład sorbitolu).
• Przerwa to krążenie jelitowo-wątrobowe i jelitowo-jelitowe leków / toksyn i ich metabolitu.

Niewłaściwe użycie (np. W płucach) może spowodować aspirację płucną, która czasami może być śmiertelna, jeśli nie jest leczona. Stosowanie węgla aktywnego jest przeciwwskazane w przypadku zatrucia kwasami, zasadami lub produktami ropopochodnymi.

W przypadku pierwszej pomocy dostępny jest węgiel aktywny w postaci tabletek i kapsułek.

Akceptacja węgla aktywnego do spożycia alkoholu zmniejsza wchłanianie etanolu we krwi.

Od 5 do 15 mg węgla na kilogram ciała, jednocześnie z 170 ml czystego etanolu (

350 ml wódki lub 3 l lekkiego piwa) w ciągu godziny zmniejsza zawartość alkoholu we krwi. Jednakże przeprowadzono już eksperymenty dowodzące, że tak nie jest, a stężenie alkoholu we krwi, wręcz przeciwnie, wzrosło z użycia węgla aktywnego.

Ciasteczka zawierające węgiel sprzedawano w Anglii na początku XIX wieku, początkowo jako lekarstwo na wzdęcia i problemy żołądkowe.

Tabletki lub kapsułki z aktywowanym węglem drzewnym są stosowane w wielu krajach i są sprzedawane w aptekach bez recepty jako środek na biegunkę, niestrawność i wzdęcia. Jest również stosowany w celu zapobiegania biegunce u pacjentów z rakiem otrzymujących irynotekan. Zastosowanie węgla może zakłócać wchłanianie niektórych leków, co prowadzi do niewiarygodnych wyników badań medycznych (na przykład ukrytej krwi). Sprzedawane są również karmy dla zwierząt zawierające węgiel aktywny.

Przeprowadzono badania nad różnymi rodzajami węgla aktywnego, określając ich zdolność do magazynowania gazu ziemnego i wodoru. Porowaty materiał, działa jak gąbka do różnych rodzajów gazu. Gaz jest przyciągany do powierzchni węgla pod wpływem siły van der Waalsa. Niektóre rodzaje węgla mogą wytrzymać do 5-10 kJ na mol. Następnie gaz można desorbować, podgrzewając węgiel i podpalać na energię lub, w przypadku wodoru, odzyskiwać do wykorzystania w wodorowym ogniwie paliwowym.

Zastosowanie węgla aktywnego jest dobrą metodą przechowywania, ponieważ gaz może być zbierany pod niskim ciśnieniem i zajmować mniejszą objętość i masę w porównaniu z dużymi cylindrami pod ciśnieniem. Departament Energii USA określił konkretne cele, które należy osiągnąć w dziedzinie badań i rozwoju nanoporowatych materiałów węglowych. W tej chwili nie można osiągnąć wszystkich tych celów, ale wiele instytucji nadal pracuje w tym obszarze.

Filtry z węglem aktywnym są powszechnie stosowane do oczyszczania powietrza i gazów z oparów oleju, zapachu lub innych węglowodorów. Najczęściej filtry są zaprojektowane zgodnie z zasadą oczyszczania 1- i 2-stopniowego, w którym węgiel aktywny znajduje się w medium filtracyjnym. Węgiel aktywny jest również stosowany w podstawowych systemach podtrzymywania życia skafandrów kosmicznych. Filtry z węglem aktywnym są używane do zbierania gazów radioaktywnych, od punktu wrzącej wody w reaktorach, z kondensatorami wody. Powietrze wywiewane ze skraplaczy zawiera śladowe ilości gazów radioaktywnych. Duże kulki węgla aktywnego adsorbują te gazy i zatrzymują je, dopóki nie rozpadną się na nieradioaktywne części stałe. W ten sposób przefiltrowane powietrze przechodzi przez filtr, a cząstki stałe pozostają w nim.

Węgiel aktywny, zwykle stosowany w chemii organicznej, do czyszczenia roztworów rekrutacyjnych zawierających niepożądane zanieczyszczenia.

Oczyszczanie destylowanych napojów alkoholowych

Węgiel aktywny można wykorzystać do filtrowania wódki lub whisky z zanieczyszczeń organicznych, które wpływają na kolor, smak i zapach. Przekazanie ekologicznie nieoczyszczonej wódki przez filtr z węglem aktywnym, pod pewnym ciśnieniem, da wódce o identycznym składzie alkoholowym i oczyszczonym organicznie, co pozytywnie wpływa na zapach i smak.

Usuwanie rtęci

Węgiel aktywowany, zwykle impregnowany jodem lub siarką, jest szeroko stosowany do oczyszczania emisji rtęci z elektrowni węglowych, krematoriów i źródeł gazu ziemnego. Cena takiego specjalnego węgla wynosi ponad 4 USD za kg. Ponadto nie można go ponownie użyć.

Wykorzystanie zaadsorbowanej rtęci

Utylizacja węgla wypełnionego rtęcią stanowi problem. Jeśli węgiel aktywny zawiera mniej niż 260 rtęci, Federalna Służba zezwala na zakopanie go pod warunkiem, że jest zapakowany (na przykład wlać węgiel do cementu). Jeśli jednak poziom jest większy niż 260, wówczas węgiel jest klasyfikowany jako wysoki w rtęci i zabronione jest zakopywanie go. Taki materiał, obecnie przechowywany w głębokich, opuszczonych kopalniach, 1000 ton rocznie.

Problem usuwania węgla aktywnego zawierającego rtęć dotyczy nie tylko Stanów Zjednoczonych. W Holandii taka rtęć jest całkowicie odnowiona, a węgiel aktywowany jest całkowicie spalony.

Aktywowana produkcja węgla

Węgiel aktywny jest wytwarzany z materiałów bogatych w węgiel. Należą do nich: łupina orzecha, torf, drewno, włókna kokosowe, węgiel brunatny, węgiel i pozostałości rafinacji ropy naftowej. Można go uzyskać w jeden z następujących sposobów:

1. Reaktywacja fizyczna: surowiec jest przekształcany w węgiel aktywny za pomocą gazów. Ten proces zazwyczaj wykorzystuje jedną lub kilka procedur:
   • Karbonizacja: materiał zawierający węgiel podlega pirolizie w temperaturze 600-900 o C i braku tlenu (zwykle w atmosferze obojętnej, z gazami takimi jak argon lub azot)
   • Aktywacja / utlenianie: materiał wyjściowy lub zwęglony jest umieszczany w utleniającym środowisku gazowym (dwutlenek węgla, tlen lub para) w temperaturze powyżej 250 (zazwyczaj temperatura mieści się w zakresie 600-1200 o C).
2. Aktywacja chemiczna: poprzedza karbonizację i impregnuje materiały wyjściowe pewnymi chemikaliami. Takie substancje to zwykle kwasy, zasady lub sole (kwas fosforowy, wodorotlenek potasu i sodu, chlorek wapnia i 25% chlorek cynku). Następnie uzyskany materiał jest karbonizowany w niższych temperaturach (450-900 o C). Uważa się, że procesy karbonizacji / aktywacji najlepiej przeprowadzać równocześnie z aktywacją chemiczną. Aktywacja chemiczna jest korzystniejsza niż aktywacja fizyczna ze względu na niższą temperaturę i krótszy czas potrzebny do aktywacji surowców.

Klasyfikacja

Węgiel aktywny jest produktem złożonym, trudno go sklasyfikować na podstawie jego zachowania, charakteru powierzchni i metody produkcji. Jednak niektóre ogólne klasyfikacje dokonywane dla wspólnego celu opierają się na fizycznych właściwościach produktu.

Sproszkowany węgiel aktywny

Węgiel aktywny jest tradycyjnie wytwarzany w postaci proszku lub małych granulek, o średniej średnicy 0,15-0,25 mm. W tej postaci reprezentują one dużą powierzchnię w stosunku objętościowym o małej grubości warstwy dyfuzyjnej. Sproszkowany węgiel aktywny składa się ze zmiażdżonych lub zmielonych cząstek węgla, z których 95-100% przechodzi przez specjalne sito. Za granulowany węgiel aktywny uważa się ten, który pozostaje na sicie z otworami o średnicy 0,297 mm, podczas gdy mniejsze cząstki uważa się za proszek. Jednak zgodnie z klasyfikacją ASTM (American Society for Testing Materials) rozmiary granulek odpowiadają sitom o otworach 0,177 mm. Sproszkowany węgiel aktywny zazwyczaj nie jest stosowany w specjalnych zamkniętych systemach, ze względu na duże straty ciśnienia. Z reguły taki węgiel jest dodawany bezpośrednio do innych obrabianych jednostek podczas pracy z nimi, na przykład w przypadku ujęcia wody surowej, jak również w środkach czyszczących i szamba.

Granulowany węgiel aktywny ma względnie dużą wielkość cząstek w porównaniu ze sproszkowanym węglem aktywnym, więc ma mniejszą powierzchnię zewnętrzną w stosunku do całkowitej objętości. W związku z tym dyfuzja pochłoniętej substancji jest ważnym czynnikiem podczas jej stosowania. Ten typ węgla jest preferowany do absorpcji par i gazów, ze względu na ich dużą szybkość dyfuzji.

Ziarniste węgle są używane do oczyszczania wody, dezodoryzacji powietrza i oddzielnych komponentów w systemach strumieniowych. Granulowany węgiel aktywny może mieć postać granulek lub ekstruzji o różnych rozmiarach i zastosowaniach. W przypadku cieczy stosuje się węgiel o wielkości 8 × 20; 20 x 40; 8 × 30 i dla pary filtracyjnej 4 × 6; 4 × 8 lub 4 × 10.

Węgiel 20 × 40 będzie cząstkami, które przechodzą przez sito z otworami 0,82 mm, ale pozostaną na sicie z otworami 0,42 mm. W przypadku cieczy filtrujących najczęściej stosuje się granulowany węgiel aktywny 12 × 40 i 8 × 30, ze względu na dobrą równowagę wielkości, pola powierzchni i strat ciśnienia podczas użytkowania.

Wytłaczany węgiel aktywny

Wytłaczany węgiel aktywny składa się ze sproszkowanego węgla aktywnego i środka wiążącego, które są mieszane i wytłaczane w cylindryczne bloki węgla aktywnego o średnicy 0,8–130 mm. Są one używane głównie w środowiskach gazowych, ze względu na ich niskie ciśnienie, niską zawartość pyłu i wysoką wytrzymałość mechaniczną. Są one jednak również odpowiednie do procedur oczyszczania wody.

Węgiel aktywowany kulą jest produkowany z pozostałości z rafinacji ropy naftowej, ma średnicę około 0,35-0,80 mm. Podobnie jak granulowany, nie zmniejsza znacznie ciśnienia, ma wysoką wytrzymałość i niską zawartość pyłu, podczas gdy ma mniejszy rozmiar. Kulisty kształt węgla sprawia, że ​​jego zastosowanie jest preferowane w płynących mediach, na przykład podczas filtrowania strumienia wody.

Impregnowany węgiel aktywny

Porowaty węgiel zawierający kilka rodzajów nieorganicznych wypełniaczy, takich jak jod, srebro, kationy Al, Mn, Zn, Fe, Li, Ca, jest przygotowany do specjalnego oczyszczania powietrza, zwłaszcza w muzeach i galeriach. Ze względu na swoje właściwości antybakteryjne, węgiel aktywny nasycony srebrem jest stosowany jako adsorbent do oczyszczania ścieków domowych. Woda pitna może być uzyskiwana ze zwykłej wody, przez traktowanie jej domieszką węgla aktywnego i Al (OH)₃, działając jako koagulant. Impregnowany węgiel jest również wykorzystywany do adsorpcji H₂S i tiole. Stopień absorpcji H₂S osiąga 50% masy zużytego węgla.

Węgiel z powłoką polimerową

W procesie produkcji porowaty węgiel jest powlekany biopolimerem, aby uzyskać gładką i przepuszczalną powłokę, która nie blokuje porów. Ten węgiel jest używany podczas prowadzenia hemoperfuzji. Hemoperfuzja jest metodą leczenia, w której duże ilości krwi pacjenta są przepuszczane przez adsorbent w celu usunięcia toksycznych substancji z krwi.

Węgiel aktywny jest również dostępny w specjalnych formach, takich jak tkaniny i nici. Na przykład tkanina węglowa jest używana w osobistym sprzęcie ochronnym dla personelu wojskowego.

Właściwości węgla aktywnego

Jeden gram węgla aktywnego może mieć więcej niż 500 m2 (możliwe jest już osiągnięcie powierzchni 1500 m2). W szczególnych przypadkach stosuje się aerożele węglowe, które są droższe i mają jeszcze większą powierzchnię zewnętrzną.

Dzięki porowatej strukturze, węgiel aktywny ma dużą, zewnętrzną powierzchnię. Mikropory stwarzają doskonałe warunki absorpcji, ponieważ substancja oddziałuje natychmiast z całą powierzchnią węgla. Testowanie zachowania adsorpcji, zwykle przeprowadzanego za pomocą azotu w temperaturze 77K (-196,15 o C) w środowisku wysokiej próżni, ale w warunkach codziennych, węgiel aktywny ma równoważną wydajność, gdy jest adsorbowany ze środowiska lub, na przykład, woda z pary o temperaturze 100 ° C ° C i ciśnienie 0,0001 atmosfery.

James Dewar, naukowiec nazwany na cześć naczynia Dewara (termos), spędził dużo czasu na badaniu węgla aktywnego i opublikował artykuł o jego zdolności absorpcji gazów. Odkrył w tej pracy, że chłodzenie węgla ciekłym azotem pozwala na absorpcję większej ilości różnych gazów i że można je odzyskać, po prostu ogrzewając ten węgiel, a także, że węgiel produkowany z kokosa ma najlepsze właściwości. Jako przykład użył tlenu. W tym eksperymencie węgiel aktywny adsorbuje gaz z powietrza, w jego typowym stężeniu (21%), w standardowych warunkach i jeśli węgiel aktywny został wstępnie schłodzony, to po uwolnieniu węgiel zwiększył stężenie tlenu do 80%.

Węgiel aktywny fizycznie zatrzymuje cząstki dzięki sile van der Waalsa lub sile dyspersyjnej.

Węgiel aktywowany niezbyt skutecznie zatrzymuje szereg substancji chemicznych, takich jak alkohol, glikol, silne kwasy i zasady, metale i większość substancji nieorganicznych, takich jak lit, soda, żelazo, arsen, ołów, kwas borowy lub fluor.

Węgiel aktywny absorbuje jod dość dobrze, a liczba jodowa w mg / g jest używana do określenia całkowitej powierzchni.

Tlenek węgla jest słabo absorbowany przez węgiel aktywny. Szczególnie powinno to być brane pod uwagę przez osoby zaangażowane w produkcję respiratorów, urządzeń oddymiających lub innych systemów oczyszczania powietrza, ponieważ ten gaz jest toksyczny i ludzie go nie czują.

Lista gazów wytwarzanych w wyniku produkcji lub prac rolniczych i pochłanianych przez węgiel aktywny można znaleźć w Internecie.

Węgiel aktywny można stosować jako substrat do stosowania z różnymi substancjami chemicznymi w celu poprawy ich absorpcji. Na przykład nieorganiczne (lub problematyczne organiczne) związki, takie jak siarkowodór (H₂S), formaldehyd (HCOH), amoniak (NH₃), radioizotopy jod-131 (131 I) i rtęć (Hg). Ta właściwość jest znana jako chemisorpcja.

Korzystnie węgiel adsorbuje małe cząsteczki. Liczba jodowa jest najbardziej podstawowym wskaźnikiem stosowanym do scharakteryzowania skuteczności węgla aktywnego. Jest wskaźnikiem poziomu aktywności (im wyższy wskaźnik, tym większa aktywność), zwykle wyrażana w mg / g (wartość zazwyczaj mieści się w zakresie 500-1200 mg / g). Służy także do określania objętości mikroporów węgla aktywnego (od 0 do 20 A lub do 2 nm) poprzez absorbowanie jodu z roztworu. Takie wartości będą równoważne takim parametrom obszaru pokrycia węgla, jak 900 - 1100 m2 / g. Takie wskaźniki stosuje się w środowisku wodnym.

Liczba jodowa jest określana na podstawie miligramu jodu zaabsorbowanego przez jeden gram węgla, pod warunkiem, że stężenie roztworu osiągnie 2%. Tak więc liczba jodowa oznacza ilość jodu absorbowaną przez pory lub charakterystykę objętości dostępnej do absorpcji przez pory węgla aktywnego. Z reguły węgiel stosowany do oczyszczania wody ma liczbę jodową w zakresie 600-1100. Często ten parametr służy do określenia stopnia wyczerpania zużytego węgla. Jednak w tym przypadku wskaźnik ten należy traktować ostrożnie, ponieważ oddziaływanie chemiczne z adsorbatem może wpływać na absorpcję jodu i dawać nieprawidłowe wyniki. Dlatego przy obliczaniu stopnia degradacji węgla zaleca się stosowanie liczby jodowej tylko wtedy, gdy adsorbat nie został poddany atakowi chemicznemu, a także istnieją zweryfikowane dane dotyczące współzależności liczby jodowej i stopnia pogorszenia w przypadku stosowania w określonym środowisku.

Niektóre węgle są bardziej przystosowane do adsorpcji dużych cząsteczek. Liczba melasy jest wskaźnikiem objętości mezoporów węgla aktywnego (ponad 20 A lub 2 nm), ustaloną przez adsorpcję mellase (gęstego syropu) z roztworu. Duża wartość tego wskaźnika wskazuje na wysoki stopień adsorpcji dużych cząsteczek (wskaźnik wynosi 95-600). Wskaźnik wybielania melasy odpowiada melasie. Wydajność absorpcji melasy wyrażona jest w procentach (od 40% do 185%) i odpowiada liczbie melas (425 = 85%, 600 = 185%). Europejska liczba melasy (525-110) jest odwrotnie proporcjonalna do amerykańskiego.

Melasa jest miarą stopnia przebarwienia standardowego roztworu melasy przygotowanego do badania węgla aktywnego. Ze względu na duże rozmiary cząstek barwiących liczba melasy odzwierciedla objętość potencjalną dostępną dla adsorpcji większych związków. Ponieważ podczas oczyszczania wody cała objętość porów może nie być dostępna dla adsorpcji w każdym konkretnym zastosowaniu, jak również część adsorbatu może spaść na mniejsze pory, wskaźnik ten nie dostarcza dokładnych danych na temat możliwości konkretnego węgla aktywnego. Zazwyczaj wskaźnik ten jest przydatny w ocenie poziomu adsorpcji partii węgla aktywnego. Spośród tych dwóch węgli, przy takiej samej ilości adsorpcji, ta, która ma większą liczbę melas, będzie zazwyczaj miała duże rozmiary porów, i z tego powodu adsorbat będzie lepiej wpadał do przestrzeni adsorpcyjnej.

Taniny są kombinacją dużych i średnich cząsteczek. Węgiel łączący mikropory i mezopory adsorbuje taniny. Zdolność węgla do adsorbowania tanin mierzy się w ppm (zwykle w zakresie 200 2 - 362).

Niebieski barwnik metylenowy

Niektóre rodzaje węgla mają mezopory (20A-50A / 2-5nm), które adsorbują cząsteczki średniej wielkości, takie jak niebieski barwnik metylenowy. Niebieska adsorpcja metylenowa jest mierzona wg / 100 g (zwykle w zakresie 11-28 g / 100 g)

Niektóre rodzaje węgla aktywnego są szacowane na podstawie czasu potrzebnego na odchlorowanie, które mierzy ich wydajność usuwania chloru. Oblicza się czas wymagany do zmniejszenia ilości chloru w przepływie wody z 5 ‰ do 3,5. Mniej czasu oznacza lepszą wydajność.

Większa gęstość zapewnia większą ilość adsorpcji i zazwyczaj oznacza lepszą jakość węgla aktywnego.

Jest to wskaźnik odporności węgla aktywnego na zużycie. Jest to ważne w utrzymaniu warunków pracy i zdolności do wytrzymania siły tarcia, która występuje w przypadku narażenia na ciśnienie wody itp. W zależności od poziomu aktywności i materiałów, z których wykonany jest węgiel aktywny, różni się on znacznie siłą.

Pył zmniejsza ogólną aktywność węgla, a także zmniejsza skuteczność czyszczenia. Tlenki metali (Fe₂O₃) może być ługowany z węgla aktywnego, prowadząc do odbarwienia. Pył rozpuszczalny w wodzie / kwasie ma największy wpływ w porównaniu z innymi rodzajami pyłu. Rozpuszczalny pył może być ważny dla akwariów tlenek żelaza sprzyja wzrostowi glonów. Węgiel o niskiej zawartości rozpuszczalnego pyłu powinien być stosowany do oczyszczania wody dla ryb morskich i słodkowodnych oraz koralowców, aby uniknąć zatrucia metalami ciężkimi i nadmiernego wzrostu glonów.

Aktywność czterochlorku węgla

Pomiar przepuszczalności węgla aktywnego jest wytwarzany przez adsorpcję pary nasyconej czterochlorkiem węgla.

Rozkład wielkości cząstek

Im mniejsze cząstki węgla aktywnego, tym lepszy dostęp do jego powierzchni i szybsza kinetyka adsorpcji. Należy jednak pamiętać, że w przypadku stosowania w środowisku pary mniejsze cząstki silniej zmniejszą ciśnienie w układzie, co doprowadzi do wzrostu kosztów energii. Ostrożne podejście do wielkości użytych cząstek może być bardzo korzystne.

Przykłady adsorpcji węgla aktywnego

Najpopularniejsza forma adsorpcji chemicznej w przemyśle. Używany, gdy stały katalizator oddziałuje z materiałem gazowym, odczynnikami. Adsorpcja odczynnika na powierzchni katalizatora tworzy wiązanie chemiczne, zmieniając gęstość elektronów wokół cząsteczki odczynnika i umożliwiając reakcje, które są niemożliwe w normalnych warunkach.

Cykl adsorpcji chłodzącej przeprowadza się przez adsorbowanie gazu chłodzącego za pomocą adsorbentu pod niskim ciśnieniem i późniejszą desorpcję po podgrzaniu. Adsorbent pełni rolę „kompresora chemicznego” kontrolowanego przez ciepło iz tego punktu widzenia jest „pompą” systemu. Składa się z kolektora słonecznego, skraplacza lub wymiennika ciepła i parownika umieszczonego w komorze chłodniczej. Wnętrze kolektora wyłożone jest chłonną powłoką z węgla aktywnego impregnowanego metanolem. Komora chłodziarki jest zamknięta i napełniona wodą. Węgiel aktywny jest w stanie adsorbować dużo pary metanolu w zwykłej temperaturze i desorbować je w wyższej temperaturze (około 100 ° C). W ciągu dnia promienie słoneczne padają na kolektor, ogrzewając go, a metanol zawarty w węglu aktywnym jest desorbowany. Podczas procesu desorpcji ciekły metanol, absorbowany przez węgiel, jest podgrzewany i przekształcany w parę. Para metanolu jest skraplana i gromadzona w parowniku.

W nocy temperatura kolektora spada do temperatury otoczenia, a węgiel aktywny ponownie adsorbuje metanol przez parownik. Ciekły metanol w parowniku jest odparowywany i pochłania ciepło z wody zebranej na patelni. Ponieważ adsorpcja jest procesem izolowania ciepła, w nocy kolektor jest skutecznie chłodzony. W ten sposób układ adsorpcji chłodzącej nie wytwarza zimna nie stale.

Hel może być również używany w tym procesie. W tym przypadku uruchomienie „pompy sorpcyjnej” będzie miało temperaturę 4 K (-269,15 ° C) i będzie działać w wyższych temperaturach. Przykładem systemu o takiej wydajności chłodzenia może być agregat chłodniczy AST z serii Oxford działający na mieszaninie substancji kriogenicznych. Para 3 He jest pompowana z powierzchni mieszaniny cieczy 4 He i izotopu 3 He. W niskich temperaturach (zwykle 3 jest adsorbowany na powierzchni węgla aktywnego. Następnie cykl odbywa się w temperaturze 20-40 K i zwraca 3 He do skoncentrowanego ośrodka ciekłej mieszaniny. Chłodzenie odbywa się w momencie przejścia 3 He z cieczy do pary. istnieje kilka „pomp”, zapewniony jest ciągły przepływ gazu, a zatem stałe chłodzenie Podczas gdy jedna pompa sorpcyjna jest przywracana, druga będzie działać, a taki system, składający się tylko z kilku elementów, wspiera niska temperatura 10 mK (0,01 K).

Reaktywacja i regeneracja

Reaktywacja lub przywrócenie węgla aktywnego polega na przywróceniu zdolności adsorpcyjnej zużytego węgla przez desorpcję zaabsorbowanych substancji z jego powierzchni.

W przemyśle najpopularniejsza technika reaktywacji termicznej. Ten proces obejmuje 3 etapy:

• Adsorbent suszy się w temperaturze około 105 ° C;
• Są desorbowane i rozdzielane w wysokiej temperaturze (500–900 ° C) w warunkach atmosfery obojętnej.
• Pozostałości organiczne są napowietrzane gazem utleniającym (para lub dwutlenek węgla) w wysokiej temperaturze (800 ° C).

Redukcja termiczna opiera się na egzotermicznej naturze adsorpcji, dzięki której następuje desorpcja, częściowy rozkład i polimeryzacja zaadsorbowanej materii organicznej. Ostatni etap ma na celu usunięcie zwęglonych pozostałości organicznych powstałych w porach po poprzednim etapie i oczyszczenie porowatej struktury węgla, przywracając pierwotne właściwości jego powierzchni. Następnie można ponownie wykorzystać wieżę adsorpcyjną. Podczas tej procedury około 5-15% masy węgla spala się, zmniejszając tym samym pojemność adsorpcyjną. Reaktywacja termiczna jest procesem energochłonnym, ze względu na konieczność stosowania wysokiej temperatury, dlatego wymagane są duże koszty energii i finansowe. Rośliny, które polegają na odzysku ciepła z węgla aktywnego, powinny być wystarczająco duże, aby ekonomicznie możliwe było zorganizowanie tego procesu w zakładzie. W związku z tym, nie ma wystarczającej ilości dużych roślin, konieczne jest przeniesienie ich kolumn zużytego węgla aktywnego do wyspecjalizowanych ośrodków w celu reaktywacji, zwiększając tym samym już znaczące emisje dwutlenku węgla.

Węgiel aktywowany stosowany w produktach konsumenckich, takich jak frytownice, filtry wody lub powietrza, może być podobnie reaktywowany przy użyciu dostępnych urządzeń grzewczych (na przykład piekarnika, opiekacza do grilla lub palnika gazowego). Węgiel jest usuwany z papierowego lub plastikowego pojemnika, który może się stopić lub spalić i podgrzać, aż zanieczyszczenia zostaną odparowane i / lub spalone.

Inne sposoby reaktywacji

Szkody dla środowiska i wysokie koszty energii powstające w procesie redukcji termicznej węgla aktywnego, stanowią zachętę do opracowania alternatywnych metod reaktywacji, które mogłyby je zmniejszyć. Chociaż niektóre metody przywracania pozostają przedmiotem badań akademickich, istnieją alternatywy dla reaktywacji termicznej już stosowanej w przemyśle. Obecnie obejmują one następujące typy reaktywacji:

• chemiczny;
• mikrobiologiczne;
• elektrochemiczny;
• ultradźwięki;
• mokre utlenianie.