Активированный (активный) уголь – это неопасный углеродсодержащий продукт с высокой пористой структурой, который имеет очень большую удельную поверхность на единицу массы вещества. В связи с высоким показателем удельной поверхности, активированные угли (AУ) считаются универсальными неорганическими материалами, которые обычно используются в качестве адсорбентов, а также в химических процессах катализа или разделения.
В своем составе практически не имеет примесей, массовая доля углерода в АУ может варьироваться от 87 до 97%. В составе могут быть незначительные следы кислорода, водорода, азота, серы.
Основная химическая структура очень близка к структуре чистого графита. Кристалл графита состоит из слоев сплавленных шестиугольников, удерживаемых слабыми силами Ван-дер-Ваальса. Слои удерживаются углерод-углеродными связями.
Активированный уголь – это неорганизованная форма графита, что и дает ему такую высокую пористую структуру. Как следствие АУ обладает сорбционной способностью.
При выборе активированного угля следует учитывать множество характеристик:
Пористая структура адсорбента варьируется и во многом зависит от исходного материала и способа производства. Структура пор в сочетании с силами притяжения – это то, что позволяет осуществлять адсорбции.
Твердость (истирание) также являются ключевым фактором при выборе АУ. Во многих случаях требуется, чтобы он обладал высокой прочностью частиц и устойчивостью к истиранию (разложению материала на мелкие частицы). АУ, полученный из скорлупы кокосовых орехов, имеет самую высокую твердость
Количество физической влаги, содержащейся в угле, должно быть в пределах 3-6%.
Содержание золы должно быть, как можно более низким, поскольку качество активного угля повышается по мере уменьшения содержания золы.
Значение pH часто измеряется, чтобы спрогнозировать реакцию при добавлении угля в жидкость.
Размер частиц напрямую влияет на кинетику адсорбции, характеристики текучести и фильтруемости активированного угля.
Активный уголь известен многими исследователями как чудо-фильтрующий материал из-за его уникальной способности удалять неприятный привкус, запах, цвет, летучие органические химические вещества, пестициды и даже тригалометаны (группа канцерогеных соединений).
Уголь действует как губка с большой площадью поверхности, поглощающей различные соединения. Площадь одного грамма может быть равна от 500 до 3000 м2. Такая высокая удельная поверхность вещества и электрический заряд эффективно адсорбируют многие полярные соединения, особенно фенолы и их производные. Результат такого взаимодействия между адсорбентом и сорбентом происходит из-за вандерваальсовых сил.
В зависимости от исходного материала и методов обработки, используемых для производства, физические и химические свойства конечного продукта могут значительно отличаться.
Это дает возможность создавать разный активированный уголь с разной структурой и свойствами. Промышленно производимые активированные угли имеют узкую специализацию для достижения наилучших результатов в конкретной области применения.
Производят три основных типа активированного угля в зависимости от формы гранул:
Порошкообразный активированный уголь имеет размер частиц 0,18 мм. ПАУ обычно используются для жидкофазной адсорбции, на первой стадии очистки воды.
Гранулированный уголь обычно имеет размер частиц от 0,2 мм до 5 мм и может использоваться как в газовой, так и в жидкой фазе. ГАУ популярны, потому что служат дольше чем ПАУ. Кроме того, они обладают повышенной прочностью (твердостью), их можно регенерировать и использовать повторно.
Экструдированный активированный уголь представляет собой изначально растертый, а затем сформированный в цилиндрические формы пеллеты размером от 1 мм до 5 мм. Обычно используется в газофазных реакциях, применяется для очистки воздуха и газов.
Дополнительные разновидности активированного угля включают:
В зависимости от сырья различают следующие типы АУ:
Также АУ могут получать из лигнита, битуминозного угля и нефтяного кокса.
Различные виды активного угля можно производить из разных сырьевых материалов. Процессы производства можно разделить на химические и физические.
К физическим процессам относятся:
Карбонизация:
Во время карбонизации сырье термически разлагается в инертной среде при температуре ниже 800 C. Путем газификации из исходного материала удаляются кислород, водород, азот и сера.
Активация (окисление):
Обугленный материал или полукокс необходимо активировать для полного развития пористой структуры. Это достигается путем окисления полукокса при температуре 800-900 C с воздухом, двуокисью углерода или перегретого пара.
К химическим процессам относится:
Химическая активация:
Химическая активация достигается за счет разрушения или обезвоживания структуры сырья. Углеродный материал пропитывают кислотой (обычно фосфорной), сильным основанием или различными солями (CaCl2; ZnCl2), затем материал подвергается воздействию более низких температурных режимов (250-600 C).
Отходы производства, а именно текстильной, кожевенной, бумажной, пластмассовой промышленности в окружающую среду создают серьезные экологические проблемы. Поэтому удаление таких загрязнителей становится глобальным, экологически важным процессом.
Природные органические вещества в растворенных, коллоидных и твердых формах, представляет собой гетерогенную смесь сложных и в основном макромолекулярных органических материалов (гуминовые вещества, гидрофильные кислоты, белки, липиды, карбоновые кислоты, полисахариды, аминокислоты и углеводороды), которые повсеместно встречаются в поверхностных и грунтовых водах и также нуждаются в дальнейшей очистке.
Таким образом АУ широко применяется для очистки не только вод, но и различных жидкостей:
АУ широко применяется для очистки воздуха и газов:
Салаватский завод химических реагентов производит активированный уголь для промышленного применения. Позвоните нашему консультанту, и мы поможем вам подобрать и купить нужный реагент в необходимых количествах.
