Aktívne uhlie

Aktívne alebo aktívne uhlie je porézny adsorbent, ktorý je vyrobený z organických materiálov obsahujúcich uhlík. Technológia výroby aktívneho uhlia je dlhý proces, ktorý sa skladá z niekoľkých etáp. Adsorbent s aktívnym uhlím je látka s veľmi pórovitou kompozíciou. Vyrába sa z rôznych organických materiálov, v ktorých sa nachádza uhlie. Aktívne uhlie sa často vyrába z dreveného uhlia, rašeliny (rašelinový koks), uhoľného koksu, orecha, škrupiny kokosového orecha, olivových jadier, marhúľ a mnohých ďalších rastlín.

klasifikácia

Aktívny adsorbent je rozdelený:

• podľa druhu materiálu, z ktorého sa vyrába aktívne uhlie: drevo, kokosové škrupiny, uhlie atď.;
• do miesta určenia: čistiace, plynné, uhlíkové nosiče katalyzátorov s vlastnosťami chemických sorbentov;
• metódou aktivácie: parná a termochemická metóda;
• vo forme uvoľňovania: granulované (drvené) aktívne uhlie, prášok, lisované aktívne uhlie, extrudované uhlie (granuly vo forme valcov) a tkanina, ktorá je impregnovaná uhlím.

Aktívne uhlíky sú rozdelené do troch kategórií pórov: mikropóry (od 0,6 do 0,7 nanometrov), mezopóry (1,5-100-200 nanometrov), makropóry (> 100-200 nanometrov). Prvý a druhý typ pórov sa považujú za hlavné zložky povrchu aktívnych uhlíkov. Z tohto dôvodu hrajú dôležitú úlohu v adsorpčných vlastnostiach uhlia. Mikropóry dobre zvládajú adsorpciu malých organických molekúl a mesopórov - väčších molekúl.

Špecifická povrchová plocha aktívneho uhlia závisí od veľkosti pórov. Adsorbent, ktorý má tenšiu pórovú jamku, absorbuje, má dokonca nízku koncentráciu a malý parciálny tlak pary. Účinná látka so širokými pórmi je charakterizovaná kapilárnou kondenzáciou.

Rozmery špecifického absorpčného povrchu aktívneho uhlia a širokých pórov umožňujú veľmi efektívne použitie adsorbentu na účinné čistenie plynov a kvapalín z rôznych typov nečistôt. Množstvo nečistôt, ktoré uhlie konzumuje, sa môže líšiť od najmenších molekúl až po molekuly olejov, ropných produktov, tukov, organických zlúčenín s chlórom.

Zariadenia na výrobu aktívneho uhlia sú prezentované v širokom rozsahu. Na získanie adsorbentu sa používajú špeciálne pece rôznych typov a prevedení. Zariadenie s aktívnym uhlím najčastejšie využíva šachtové, vertikálne a horizontálne rotačné pece, viacstenné pece a reaktory s fluidným lôžkom.

Kroky procesu

Výroba uhlia z materiálov organického pôvodu je rozdelená do niekoľkých etáp. Technológia výroby aktívneho uhlia teda zahŕňa nasledujúce postupné činnosti: t

1. Carbonation. Tento proces je spaľovanie (tepelné spracovanie) surovín v inertných podmienkach bez použitia vzduchu s použitím vysokej teploty. Po karbonizácii sa ukáže, že ide o uhlie, ktoré má veľmi malé adsorpčné vlastnosti v dôsledku malej vnútornej plochy a malých rozmerov. Karbonát podlieha drveniu a aktivácii, aby sa dosiahla špeciálna štruktúra látky a výrazné zvýšenie adsorpcie.
2. Niekoľko slov o preddrvení. Aktívne uhlie získané po karbonizácii musí byť rozdrvené. Jeho počiatočné rozmery sú 30 - 150 milimetrov a účinná aktivácia adsorbentu je obmedzená v dôsledku takýchto veľkých frakcií. Preto sa karbonizát dôkladne rozdrví na veľkosť frakcií 4-10 milimetrov.
3. Linka na výrobu aktívneho uhlia zahŕňa aktivačný proces, ktorý sa vykonáva pomocou dvoch základných techník:

• Chemická aktivácia na výrobu aktívneho uhlia zahŕňa spracovanie látok so soľami, ktoré produkujú aktivačný plyn, keď sú vystavené vysokej teplote. Aktivátormi môžu byť dusičnany, sulfáty, uhličitany, kyselina sírová, kyselina fosforečná alebo kyselina dusičná. Produkcia aktívneho uhlia pomocou tejto metódy sa uskutočňuje pri teplote 200 až 650 ° C;
• Aktivácia plynnej pary sa vykonáva výlučne pod prísnou kontrolou pri teplote od 800 do 1000 ° C. V úlohe oxidačných činidiel v čase parného plynu je aktiváciou uhlia vodná para a oxid uhličitý. Interakcia pary s uhlíkom sa urýchľuje oxidmi a uhličitanmi alkalických kovov. Vzhľadom na túto skutočnosť sa periodicky pridávajú v malých dávkach do východiskového materiálu. Ako katalyzátory sa tiež používajú zlúčeniny medi. Získanie aktívneho uhlia z karbonizátu použitím techniky parného plynu umožňuje získať silný adsorbent s povrchom maximálne 1500 m2 na gram uhlia. Je pravda, že nie celá oblasť môže byť použitá na absorpciu, pretože veľké molekuly adsorbovanej látky nebudú spadať do malých pórov.

Použitie aktívneho uhlia

Aplikácia pri výrobe aktívneho uhlia nadobúda každý deň hybnú silu. Adsorpčná kapacita uhlia vám umožňuje rýchlo a efektívne čistiť odpadovú vodu a odpadové plyny. Okrem toho je hlavným adsorbentom rádioaktívnych plynov a vôd v jadrových elektrárňach.

Aj aktívne uhlie našlo uplatnenie v oblastiach, ako sú:

• Adsorpcia procesu a pitnej vody;
• Použitie v chemickom priemysle;
• Zhodnocovanie (návrat časti surovín alebo energie na sekundárne použitie v rovnakom technologickom postupe) rozpúšťadiel;
• Použitie aktívneho uhlia na lekárske účely. Čistenie krvi a tela ako celku z baktérií, toxických látok;
• Na ťažbu zlata;
• Ako kozmetický prípravok na zosvetlenie pokožky na tvári;
• Potravinárske prísady s intoxikáciou;
• Pre chudnutie a diétu (neodporúča odborníci).

Ak potrebujete kúpiť aktívne uhlie na filtrovanie výroby v Rusku, môžete sa na to obrátiť v špecializovaných obchodoch alebo uskutočniť nákup cez internet.

Aktívne uhlie

Aktívne uhlie, alebo karbo aktivátor, je druh spracovaného uhlia s drobnými pórmi, ktoré zvyšujú celkový povrch schopný absorbovať alebo chemické reakcie. Aktivované je niekedy nahradené slovom aktívne.

Vzhľadom na vysokú mikroporéznosť má len jeden gram aktívneho uhlia aktívny povrch presahujúci 500 m 2, ktorý sa stanovuje použitím izotermy adsorpcie oxidu uhličitého pri teplote miestnosti alebo 0 ° C. Úroveň aktivity dostatočná na účinné použitie sa dá získať len z veľkej plochy povrch, ale ďalšie chemické spracovanie tiež zvyšuje adsorpčné vlastnosti.

Aktívne uhlie sa zvyčajne vyrába z aktívneho uhlia.

Video o aktívnom uhlí na chudnutie

Použitie aktívneho uhlia

Aktívne uhlie sa používa na čistenie plynu, zlata, vody, kofeínu, extrakčných kovov, v úpravniach vody, lekárstve, vzduchových filtroch, maskách a respirátoroch atď.

V priemysle sa používa hlavne aktívne uhlie v oblasti kovového povlaku. Je široko používaný v elektrolytickom priemysle. Napríklad pri čistení roztoku na brilantné niklovanie z organických nečistôt. Mnohé organické chemikálie sa pridávajú do roztokov na galvanické pokovovanie, na zlepšenie ich skladovania, ako aj na zlepšenie vlastností, ako je jas, hladkosť, plasticita atď. V súvislosti s prechodom jednosmerného prúdu a elektrolytických reakcií anodickej oxidácie a katódovej redukcie vytvárajú organické prísady nežiaduci produkt zničenie v roztoku. Ich nadmerná tvorba môže nepriaznivo ovplyvniť kvalitu povlaku a fyzikálne vlastnosti upraveného kovu. Použitie aktívneho uhlia odstraňuje tieto nečistoty a obnovuje galvanizačné vlastnosti roztokov na požadovanú úroveň.

Aktívne uhlie, v 50% pomere s celitom, sa používa ako stacionárna fáza, pri chromatografickej separácii uhľovodíkov (mono-, di-, trisacharidov) a etanolovom roztoku (5-50%) ako mobilnej fáze v analytických / prípravných protokoloch.

Ochrana životného prostredia

Aktívne uhlie je schopné odstrániť znečistenie z vody a vzduchu, a to v teréne aj v priemyselných podmienkach:

• odstránenie následkov náhodných únikov;
• regenerácia podzemných vôd;
• Filtrácia pitnej vody;
• čistenie vzduchu;
• neutralizácia prchavých organických zlúčenín z lakovania, čistenia, prevodu paliva atď.

V roku 2007 začala University of West Flanders (v Belgicku) výskum v oblasti úpravy vody pre festivaly. V roku 2008 bol v areáli Dranouter Music Festival postavený veľký areál aktívneho uhlia s cieľom využiť túto technológiu na čistenie vody na tomto festivale počas nasledujúcich 20 rokov.

Aktívne uhlie sa tiež často používa na meranie koncentrácií radónu vo vzduchu.

Aktívne uhlie sa používa na liečbu otravy a predávkovania perorálnym požitím. Predpokladá sa, že jed neutralizuje a zabraňuje jeho absorpcii v gastrointestinálnom trakte. V prípadoch podozrenia na otravu lekári dávajú aktívne uhlie na mieste alebo na pohotovosť. Dávkovanie je zvyčajne 1 gram na kilogram telesnej hmotnosti (tj adolescenti alebo dospelí sa podávajú 50-100 g), zvyčajne sa užívajú len raz, ale v závislosti od otravy sa môžu užívať viac ako raz. V niektorých situáciách sa na intenzívnej starostlivosti používa aktívne uhlie, ktoré odoberá krv zo škodlivých látok hemosorpciou. Aktívne uhlie sa stalo výhodnejším pri liečbe mnohých otrav a iných dezinfekcií. Techniky, ako je napríklad užívanie emetík alebo odsávanie obsahu žalúdka, sa teraz používajú zriedkavo.

Hoci aktívne uhlie je užitočné pri liečení akútnej otravy, nie je také účinné pri dlhodobej akumulácii toxínov, napríklad po použití toxických herbicídov.

• Adsorpcia toxínov uhlím, aby sa zabránilo ich absorpcii v gastrointestinálnom trakte. Táto adsorpcia je reverzibilná, preto je možné v priebehu procedúry pridávať laxatíva (napríklad sorbitol).
• Tým sa preruší enterohepatická a enteroenterická cirkulácia liečiv / toxínov a ich metabolitov.

Nesprávne použitie (napr. V pľúcach) môže spôsobiť pľúcnu aspiráciu, ktorá môže byť niekedy smrteľná, ak sa nelieči. Použitie aktívneho uhlia je kontraindikované v prípade otravy kyselinami, zásadami alebo ropnými produktmi.

Na prvú pomoc sa používa aktívne uhlie vo forme tabliet a kapsúl.

Prijatie aktívneho uhlia na konzumáciu alkoholu znižuje absorpciu etanolu v krvi.

Od 5 do 15 mg uhlia na kilogram tela, brané súčasne so 170 ml čistého etanolu ( t

350 ml vodky alebo 3 l ľahkého piva) za hodinu znižuje obsah alkoholu v krvi. Experimenty sa však už uskutočnili, čo dokazuje, že to tak nie je a koncentrácia alkoholu v krvi sa naopak zvýšila z používania aktívneho uhlia.

Cookies obsahujúce uhlie sa predávali v Anglicku začiatkom 19. storočia, spočiatku ako liek na nadúvanie a žalúdočné problémy.

Tablety alebo kapsuly s aktívnym uhlím sa používajú v mnohých krajinách a predávajú sa v lekárňach bez lekárskeho predpisu ako liek na hnačku, poruchy trávenia a nadúvanie. Používa sa aj na prevenciu hnačky u pacientov s rakovinou, ktorí dostávajú irinotekan. Použitie uhlia môže zasahovať do absorpcie určitých liekov, čo vedie k nespoľahlivým výsledkom lekárskych testov (napríklad skrytá krv). Predáva sa aj krmivo pre zvieratá obsahujúce aktívne uhlie.

Boli uskutočnené štúdie na rôznych typoch aktívneho uhlia, ktoré určujú ich schopnosť skladovať zemný plyn a plynný vodík. Porézny materiál funguje ako špongia pre rôzne druhy plynov. Plyn je priťahovaný k povrchu uhlia pôsobením van der Waalsovej sily. Niektoré druhy uhlia môžu pojať až 5-10kJ na mól. Potom môže byť plyn desorbovaný ohrevom uhlia a zapálený na energiu, alebo v prípade vodíka môže byť použitý na použitie vo vodíkovom palivovom článku.

Použitie aktívneho uhlia je dobrou metódou skladovania, pretože plyn sa môže zbierať pri nízkom tlaku a zaberať menší objem a hmotnosť v porovnaní s veľkými tlakovými fľašami. Americké ministerstvo energetiky určilo konkrétne ciele, ktoré je potrebné dosiahnuť v oblasti výskumu a vývoja nanoporéznych uhlíkových materiálov. V súčasnosti nie je možné dosiahnuť všetky tieto ciele, ale v tejto oblasti naďalej pracuje niekoľko inštitúcií.

Filtre s aktívnym uhlím sa bežne používajú na čistenie vzduchu a plynov z olejových pár, zápachu alebo iných uhľovodíkov. Filtre sú najčastejšie navrhnuté podľa princípu 1 - a 2-stupňového čistenia, v ktorom je aktívne uhlie vo filtračnom médiu. Aktívne uhlie sa používa aj v primárnych systémoch na podporu života kozmických oblekov. Filtre s aktívnym uhlím sa používajú na zber rádioaktívnych plynov, od bodovej vriacej vody v reaktoroch, s vodnými kondenzátormi. Vzduch odvádzaný z kondenzátorov obsahuje stopy rádioaktívnych plynov. Veľké guľôčky aktívneho uhlia adsorbujú tieto plyny a zadržiavajú ich dovtedy, kým sa nerozložia na nerádioaktívne pevné časti. Takto filtrovaný vzduch prechádza cez filter a tuhé častice v ňom zostávajú.

Aktívne uhlie, obvykle používané v organickej chémii, na čistenie náborových roztokov obsahujúcich nežiaduce nečistoty.

Čistenie destilovaných alkoholických nápojov

Aktívne uhlie možno použiť na filtráciu vodky alebo whisky z organických nečistôt, ktoré ovplyvňujú farbu, chuť a vôňu. Prechod organicky nespracovanej vodky cez filter s aktívnym uhlím, pri určitom tlaku, poskytne vodke identické alkoholické zloženie a organicky vyčistené, čo priaznivo ovplyvňuje vôňu a chuť.

Odstránenie ortuti

Aktívne uhlie, obvykle impregnované jódom alebo sírou, sa široko používa na čistenie emisií ortuti z uhoľných elektrární, krematórií a zdrojov zemného plynu. Cena takéhoto špeciálneho uhlia je viac ako 4 USD za kg. Nie je možné ho opätovne použiť.

Využitie adsorbovanej ortuti

Problémom je likvidácia uhlia naplneného ortuťou. Ak aktívne uhlie obsahuje menej ako 260 ortuti, potom Federálna služba povolí ho pochovať, ak je balený (napríklad naleje uhlie do cementu). Ak je však hladina viac ako 260, potom je uhlie klasifikované ako vysoko v ortuti a je zakázané ho zakopávať. Takýto materiál, teraz uložený v hlbokých opustených baniach, 1000 t za rok.

Problém likvidácie aktívneho uhlia obsahujúceho ortuť nie je relevantný len pre Spojené štáty. V Holandsku je takáto ortuť úplne obnovená a aktívne uhlie je úplne spálené.

Produkcia aktívneho uhlíka

Aktívne uhlie sa vyrába z materiálov bohatých na uhlík. Patrí medzi ne: kostra, rašelina, drevo, kokosové vlákna, lignit, uhlie a zvyšky rafinácie ropy. Možno ho získať jedným z nasledujúcich spôsobov:

1. Fyzická reaktivácia: surovina sa pomocou plynov premieňa na aktívne uhlie. Tento proces zvyčajne používa jednu alebo kombináciu niekoľkých postupov:
   • Karbonizácia: materiál obsahujúci uhlík sa pyrolyzuje pri teplote 600 - 900 ° C a neprítomnosti kyslíka (zvyčajne v inertnej atmosfére, s plynmi, ako je argón alebo dusík)
   • Aktivácia / oxidácia: východiskový alebo karbonizovaný materiál sa umiestni do oxidačného plynného prostredia (oxid uhličitý, kyslík alebo para) pri teplote nad 250 ° C (zvyčajne je teplota v rozmedzí 600 až 1200 ° C).
2. Chemická aktivácia: predchádza karbonizácii a impregnuje východiskové materiály určitými chemikáliami. Takými látkami sú zvyčajne kyseliny, zásady alebo soli (kyselina fosforečná, hydroxid draselný a sodný, chlorid vápenatý a 25% chlorid zinočnatý). Výsledný materiál sa potom karbonizuje pri nižších teplotách (450 až 900 ° C). Predpokladá sa, že procesy karbonizácie / aktivácie sa najlepšie uskutočňujú súčasne s chemickou aktiváciou. Chemická aktivácia je vhodnejšia ako fyzická aktivácia, vzhľadom na nižšiu teplotu a menej času potrebného na aktiváciu surovín.

klasifikácia

Aktívne uhlie je komplexný produkt, je ťažké ho klasifikovať na základe jeho správania, povahy povrchu a spôsobu výroby. Niektoré všeobecné klasifikácie pre spoločný účel sú však založené na fyzikálnych vlastnostiach výrobku.

Práškové aktívne uhlie

Aktívne uhlie sa tradične vyrába vo forme prášku alebo malých granúl so stredným priemerom 0,15 až 0,25 mm. V tejto forme predstavujú veľký povrch v objemovom pomere s malou hrúbkou difúznej vrstvy. Práškové aktívne uhlie pozostáva z rozdrvených alebo mletých častíc uhlia, z ktorých 95-100% prechádza cez špeciálne sito. Granulované aktívne uhlie sa považuje za také, ktoré zostáva v site s otvormi s priemerom 0,297 mm, zatiaľ čo menšie častice sa považujú za prášok. Podľa klasifikácie ASTM (American Society for Testing Materials) však veľkosti granúl zodpovedajú sitom s otvormi 0,177 mm. Práškové aktívne uhlie sa zvyčajne nepoužíva v špeciálnych uzavretých systémoch kvôli veľkým tlakovým stratám. Takéto uhlie sa spravidla pridáva priamo do iných spracovaných jednotiek, keď sa s nimi pracuje, napríklad v prípade príjmu surovej vody, ako aj v čistiacich a septických nádržiach.

Granulované aktívne uhlie má relatívne veľkú veľkosť častíc v porovnaní s práškovým aktívnym uhlím, takže má menší vonkajší povrch vzhľadom na celkový objem. Dôležitým faktorom pri jeho použití je teda difúzia absorbovanej látky. Tento druh uhlia je výhodný pre absorpciu pár a plynov v dôsledku ich vysokej rýchlosti difúzie.

Granulované uhlie sa používa na čistenie vody, dezodorizáciu vzduchu a separátne komponenty v streamingových systémoch. Granulované aktívne uhlie môže byť vo forme granúl alebo extrúzií rôznych veľkostí a použití. Pre kvapaliny sa používa uhlie s veľkosťou 8 × 20; 20 × 40; 8 × 30 a na filtráciu pary 4 × 6; 4 × 8 alebo 4 × 10.

Uhlie 20 × 40 budú tie častice, ktoré prejdú sitom s otvormi 0,82 mm, ale zostanú v site s otvormi 0,42 mm. Pri filtračných kvapalinách sa najčastejšie používa granulované aktívne uhlie 12 × 40 a 8 × 30 v dôsledku dobrej rovnováhy veľkosti, plochy povrchu a straty tlaku počas používania.

Extrudované aktívne uhlie

Extrudované aktívne uhlie pozostáva z práškového aktívneho uhlia a spojiva, ktoré sa zmieša a vytláča do valcovitých blokov aktívneho uhlia s priemerom 0,8-130 mm. Používajú sa hlavne v plynných prostrediach, kvôli ich nízkym tlakovým účinkom, malému obsahu prachu a vysokej mechanickej pevnosti. Sú však tiež vhodné na postupy čistenia vody.

Guľôčkové aktívne uhlie sa vyrába zo zvyškov z rafinácie oleja, má priemer približne 0,35 až 0,80 mm. Rovnako ako granulárne, to výrazne neznižuje úroveň tlaku, má vysokú pevnosť a nízky obsah prachu, zatiaľ čo má menšiu veľkosť. Sférický tvar uhlia umožňuje jeho použitie v tekutom médiu, napríklad pri filtrácii prúdu vody.

Impregnované aktívne uhlie

Pórovité uhlie obsahujúce niekoľko typov anorganických plnív, ako je jód, striebro, katióny Al, Mn, Zn, Fe, Li, Ca, je pripravené na špeciálne čistenie vzduchu, najmä v múzeách a galériách. Aktívne uhlie, nasýtené striebrom, sa vďaka svojim antibakteriálnym vlastnostiam používa ako adsorbent na čistenie domácej odpadovej vody. Pitná voda môže byť získaná z obyčajnej vody, jej úpravou prímesou aktívneho uhlia a Al (OH)₃, pôsobiace ako koagulant. Impregnované uhlie sa tiež používa na adsorpciu H₂S a tioly. H Absorpčná rýchlosť₂S dosahuje 50% hmotnosti použitého uhlia.

Uhlie s polymérnym povlakom

Vo výrobnom procese je porézne uhlie potiahnuté biopolymérom, čím sa získa hladký a priepustný povlak, ktorý neblokuje póry. Toto uhlie sa používa pri hemoperfúzii. Hemoperfúzia je liečebná metóda, pri ktorej prechádzajú veľké množstvá krvi pacienta cez adsorbent na odstránenie toxických látok z krvi.

Aktívne uhlie je dostupné aj v špeciálnych formách, ako sú tkaniny a nite. Napríklad uhlíková tkanina sa používa v osobných ochranných prostriedkoch pre vojenský personál.

Vlastnosti aktívneho uhlia

Jeden gram aktívneho uhlia môže byť väčší ako 500 m2 (je možné dosiahnuť plochu 1500 m 2). V špeciálnych prípadoch sa používajú uhlíkové aerogély, ktoré sú drahšie a majú ešte väčší vonkajší povrch.

Vďaka svojej poréznej štruktúre má aktívne uhlie veľký vonkajší povrch. Mikropóry vytvárajú vynikajúce podmienky pre absorpciu, pretože látka interaguje bezprostredne s celým povrchom uhlia. Testovanie správania adsorpcie, obvykle vykonávané s dusíkom pri teplote 77 K (-196,15 ° C) v prostredí s vysokým podtlakom, ale v bežných podmienkach, má aktívne uhlie ekvivalentnú účinnosť, keď je adsorbované z prostredia, alebo napríklad voda z pary pri 100 ° C. ° C a tlaku 0,0001 atmosféry.

James Dewar, vedec pomenovaný podľa Dewarovej nádoby (termosky), strávil veľa času štúdiom aktívneho uhlia a uverejnil článok o jeho absorpčnej schopnosti pre plyny. V tejto práci zistil, že chladiace uhlie s kvapalným dusíkom mu umožňuje absorbovať väčšie množstvo rôznych plynov a že je možné ich spätne extrahovať, jednoducho ohrevom tohto uhlia, a tiež to, že uhlie vyrobené z kokosu má najlepšie vlastnosti. Ako príklad použil kyslík. V tomto experimente aktívne uhlie adsorbuje plyn zo vzduchu, pri svojej typickej koncentrácii (21%), za štandardných podmienok, a ak bolo aktívne uhlie predchladené, potom po uvoľnení uhlík zvýšil koncentráciu kyslíka na 80%.

Aktívne uhlie fyzicky zadržiava častice v dôsledku van der Waalsovej sily alebo disperznej sily.

Aktívne uhlie nie je tak efektívne, že zadržiava množstvo chemikálií, ako je alkohol, glykol, silné kyseliny a zásady, kovy a väčšina anorganických látok, ako je lítium, sóda, železo, arzén, olovo, kyselina boritá alebo fluór.

Aktívne uhlie absorbuje jód dostatočne dobre a v skutočnosti sa na určenie celkovej povrchovej plochy používa jódové číslo v mg / g.

Oxid uhoľnatý je slabo absorbovaný aktívnym uhlím. To by mali zohľadniť najmä tí, ktorí sa podieľajú na výrobe respirátorov, zariadení na odvod dymu alebo iných systémov čistenia vzduchu, pretože od tej doby sa používajú tento plyn je toxický a ľudia ho nemôžu cítiť.

Zoznam plynov produkovaných výrobnou alebo poľnohospodárskou prácou a absorbovaný aktívnym uhlím možno nájsť na internete.

Aktívne uhlie môže byť použité ako substrát na použitie s rôznymi chemikáliami na zlepšenie ich absorpcie. Napríklad anorganické (alebo problematické organické) zlúčeniny, ako je sírovodík (H₂S), formaldehyd (HCOH), amoniak (NH₃), rádioizotopy jód-131 (131I) a ortuť (Hg). Táto vlastnosť je známa ako chemisorpcia.

Uhlie výhodne adsorbuje malé molekuly. Jódové číslo je najzákladnejším ukazovateľom na charakterizáciu účinnosti aktívneho uhlia. Je ukazovateľom úrovne aktivity (čím vyšší je ukazovateľ, tým vyššia je aktivita), zvyčajne vyjadrená v mg / g (hodnota je zvyčajne v rozsahu 500-1200 mg / g). Používa sa tiež na stanovenie objemu mikropórov aktívneho uhlia (od 0 do 20 A alebo do 2 nm) absorbovaním jódu z roztoku. Tieto hodnoty budú ekvivalentné takýmto parametrom oblasti pokrytia uhlia 900 - 1100 m2 / g. Takéto indikátory sa používajú pri používaní vo vodnom prostredí.

Jódové číslo sa stanovuje na základe miligramu jódu absorbovaného jedným gramom uhlia za predpokladu, že koncentrácia roztoku dosiahne 2%. Hodnota jódu je teda množstvo jódu absorbovaného pórmi, alebo charakteristika objemu, ktorý je k dispozícii na absorpciu pórov aktívneho uhlia. Uhlie používané na čistenie vody má spravidla jódové číslo v rozsahu 600-1100. Tento parameter sa často používa na určenie stupňa vyčerpania použitého uhlia. V tomto prípade by sa však s týmto ukazovateľom malo zaobchádzať opatrne, pretože chemická interakcia s adsorbátom môže ovplyvniť absorpciu jódu a spôsobiť nesprávne výsledky. Preto sa pri výpočte stupňa znehodnocovania uhlia odporúča používať jódové číslo len vtedy, ak adsorbát nebol vystavený chemickému napadnutiu a sú tiež overené údaje o vzájomnej závislosti jódového čísla a stupňa zhoršenia pri použití v konkrétnom prostredí.

Niektoré uhlie je viac prispôsobené na adsorpciu veľkých molekúl. Počet melas je indikátor objemu mezopórov aktívneho uhlia (viac ako 20 A alebo 2 nm), stanovený adsorpciou mellase (hustý sirup) z roztoku. Veľká hodnota tohto indikátora indikuje vysoký stupeň adsorpcie veľkých molekúl (indikátor je v rozmedzí 95-600). Bieliaci index melasy zodpovedá melase. Absorpčná účinnosť melasy je vyjadrená v percentách (od 40% do 185%) a zodpovedá počtu melasy (425 = 85%, 600 = 185%). Európske číslo melasy (525-110) je nepriamo úmerné Američanovi.

Melasa je mierou stupňa odfarbenia štandardného melasového roztoku pripraveného na testovanie aktívneho uhlia. V dôsledku veľkej veľkosti farebných častíc odráža číslo melasy potenciálny objem dostupný pre adsorpciu väčších zlúčenín. Pretože počas čistenia vody nemusí byť celý objem pórov k dispozícii na adsorpciu v každej konkrétnej aplikácii, rovnako ako časť adsorbátu môže spadnúť do menších pórov, tento indikátor neposkytuje presné údaje o schopnostiach konkrétneho aktívneho uhlia. Zvyčajne je tento indikátor užitočný pri hodnotení úrovne adsorpcie šarží aktívneho uhlia. Z dvoch uhlíkov, s rovnakým množstvom adsorpcie, bude mať ten, ktorý má väčší počet melas, zvyčajne veľké veľkosti pórov, a preto bude adsorbát lepšie padať do adsorpčného priestoru.

Taníny sú kombináciou veľkých a stredne veľkých molekúl. Uhlie spájajúce mikropóry a mezopóry adsorbuje taniny. Schopnosť uhlia absorbovať taníny sa meria v ppm (zvyčajne v rozsahu 200 - 362).

Metylénová modrá farba

Niektoré druhy uhlia majú mezopóry (20A-50A / 2-5nm), ktoré adsorbujú stredne veľké molekuly, ako napríklad modré metylénové farbivo. Modrá adsorpcia metylénu sa meria vg / 100 g (zvyčajne v rozsahu 11-28 g / 100 g).

Niektoré typy aktívneho uhlia sa odhadujú na základe času potrebného na dechloráciu, ktorý meria účinnosť odstraňovania chlóru. Vypočíta sa čas potrebný na zníženie množstva chlóru v prietoku vody z 5 ‰ na 3,5. Menej času znamená lepší výkon.

Väčšia hustota poskytuje väčšie množstvo adsorpcie a zvyčajne znamená lepšiu kvalitu aktívneho uhlia.

Toto je indikátor odolnosti aktívneho uhlia voči opotrebeniu. Je dôležité pri udržiavaní pracovného stavu a schopnosti odolať trecej sile, ktorá sa vyskytuje pri vystavení tlaku vody atď. V závislosti od úrovne aktivity a materiálov, z ktorých sa aktívne uhlie vyrába, sa výrazne líši v pevnosti.

Prach znižuje celkovú aktivitu uhlia a tiež znižuje účinnosť čistenia. Oxidy kovov (Fe₂O₃) môžu byť vylúhované z aktívneho uhlia, čo vedie k odfarbeniu. Najvyšší vplyv v porovnaní s inými druhmi prachu má voda / kyslík rozpustný prach. Rozpustný prach môže byť dôležitý pre akváriá oxid železitý podporuje rast rias. Uhlie s nízkym obsahom rozpustného prachu by sa malo používať na čistenie vody pre morské, sladkovodné ryby a koraly, aby sa zabránilo otrave ťažkými kovmi a nadmernému rastu rias.

Aktivita tetrachlórmetánu

Meranie permeability aktívneho uhlia sa uskutočňuje adsorpciou pary nasýtenej tetrachlórmetánom.

Distribúcia veľkosti častíc

Čím menšie sú častice aktívneho uhlia, tým lepší je prístup na jeho povrch a tým rýchlejšie kinetika adsorpcie. Treba však pamätať na to, že pri použití v parnom prostredí menšie častice výrazne znížia tlak v systéme, čo povedie k zvýšeniu nákladov na energiu. Opatrný prístup k veľkosti použitých častíc môže byť veľmi prospešný.

Príklady adsorpcie aktívneho uhlia

Najbežnejšia forma chemickej adsorpcie v priemysle. Používa sa, keď tuhý katalyzátor interaguje s plynným materiálom, činidlami. Adsorpcia činidla na povrch katalyzátora vytvára chemickú väzbu, ktorá mení hustotu elektrónov okolo molekuly činidla a umožňuje reakcie, ktoré sú za normálnych podmienok nemožné.

Cyklus chladiacej adsorpcie sa uskutočňuje adsorbovaním chladiaceho plynu s adsorbentom pri nízkom tlaku a následnej desorpcii pri zahrievaní. Adsorbent zohráva úlohu "chemického kompresora" riadeného teplom az tohto hľadiska je "čerpadlom" systému. Skladá sa zo solárneho kolektora, kondenzátora alebo výmenníka tepla a výparníka umiestneného v chladiacej komore. Vnútro zberača je potiahnuté absorpčným povlakom z aktívneho uhlia impregnovaného metanolom. Chladnička je utesnená a naplnená vodou. Aktívne uhlie je schopné adsorbovať veľa pary metanolu pri bežnej teplote a desorbovať ich pri vyššej teplote (pri asi 100 ° C). Počas dňa padajú slnečné lúče na kolektor, ohrievajú ho a metanol obsiahnutý v aktívnom uhlí sa desorbuje. Počas procesu desorpcie sa kvapalný metanol, absorbovaný uhlím, zahrieva a premieňa na paru. Pary metanolu sa kondenzujú a akumulujú vo výparníku.

V noci teplota kolektora klesne na teplotu okolia a aktívne uhlie re-adsorbuje metanol cez výparník. Kvapalný metanol vo výparníku sa odparí a absorbuje teplo z vody zachytenej v panvici. Pretože adsorpcia je proces izolácie tepla, v noci sa kolektor účinne ochladzuje. Chladiaci adsorpčný systém teda nevytvára chlad.

V tomto procese sa môže použiť aj hélium. V tomto prípade bude spustenie "sorpčného čerpadla" pri teplote 4 K (-269,15 ° C) a pracovať pri vyšších teplotách. Príkladom systému s takouto chladiacou kapacitou môže byť chladič Oxford Instruments AST, pracujúci na zmesi kryogénnych látok. Para 3 He sa čerpá z povrchu zmesi kvapaliny 4 He a izotopu 3 He. Pri nízkych teplotách (zvyčajne 3 je adsorbovaný na povrchu aktívneho uhlia. Potom sa cyklus vykonáva pri teplote 20-40 K a vracia sa 3 do koncentrovaného média kvapalnej zmesi. Chladenie prebieha v okamihu prechodu 3) Od kvapaliny k pare. existuje niekoľko „čerpadiel“, je zabezpečený plynulý prietok plynu, a teda konštantné chladenie, zatiaľ čo jedno sorpčné čerpadlo je obnovované, druhá bude fungovať, pričom tento systém, pozostávajúci len z niekoľkých prvkov, podporuje nízka teplota 10 mK (0,01 K).

Reaktivácia a regenerácia

Opätovná aktivácia alebo obnova aktívneho uhlia je obnovenie adsorpčnej schopnosti použitého uhlia desorpciou absorbovaných látok z jeho povrchu.

V priemysle je najbežnejšou technikou tepelnej reaktivácie. Tento proces zahŕňa 3 fázy:

• Adsorbent sa suší pri teplote asi 105 ° C;
• Sú desorbované a separované pri vysokej teplote (500 - 900 ° C) v podmienkach inertnej atmosféry.
• Organické zvyšky sa prevzdušňujú oxidačným plynom (para alebo oxid uhličitý) pri vysokej teplote (800 ° C).

Tepelná redukcia je založená na exotermickej povahe adsorpcie, v dôsledku čoho sa uskutočňuje desorpcia, čiastočný rozklad a polymerizácia adsorbovanej organickej hmoty. Posledný stupeň je zameraný na odstraňovanie spálených organických zvyškov vytvorených v póroch po predchádzajúcom stupni a čistenie pórovitej štruktúry uhlia, obnovenie pôvodných vlastností jeho povrchu. Potom sa môže opäť použiť adsorpčná veža. Počas tohto postupu približne 5 až 15% hmotnosti uhlia horí, čím sa znižuje adsorpčná kapacita. Tepelná reaktivácia je energeticky náročný proces, pretože je potrebná vysoká teplota, takže sú potrebné veľké energetické a finančné náklady. Rastliny, ktoré sa spoliehajú na tepelnú regeneráciu aktívneho uhlia, by mali byť dostatočne veľké na to, aby bolo možné zorganizovať tento proces vo svojom závode. V dôsledku toho, nie je dostatok veľkých zariadení, je potrebné vziať ich stĺpce použitého aktívneho uhlia do špecializovaných centier pre reaktiváciu, čím sa zvýšia už aj tak významné emisie oxidu uhličitého.

Aktívne uhlie používané v spotrebných výrobkoch, ako sú fritézy, vodné alebo vzduchové filtre, sa môže podobne reaktivovať pomocou dostupných vykurovacích zariadení (napríklad rúra, hriankovač alebo plynový horák). Uhlie sa odstráni z papierovej alebo plastovej nádoby, ktorá sa môže roztaviť alebo spáliť, a zahrieva sa, kým sa nečistoty neodparia a / alebo nehoria.

Iné spôsoby reaktivácie

Poškodenie životného prostredia a vysoké náklady na energiu vznikajúce v procese tepelnej redukcie aktívneho uhlia slúžia ako podnet na vývoj alternatívnych metód reaktivácie, ktoré by ich znížili. Hoci niektoré metódy reštaurovania ostávajú predmetom akademického výskumu, existujú alternatívy tepelnej reaktivácie, ktoré sa už používajú v priemysle. V súčasnosti ide o tieto typy reaktivácie:

• chemický;
• mikrobiálnej;
• elektrochemický;
• ultrazvuk;
• oxidácia za mokra.