Что такое активированный уголь — Профессиональные очистные технологии ECOFILTER
ЧТО ТАКОЕ АКТИВИРОВАННЫЙ УГОЛЬ
Активированный уголь с точки зрения химии – это одна из форм углерода с несовершенной структурой, практически не содержащая примесей, таких как: водород, азот, галогены, сера и кислород.
Несовершенная форма характеризуется высокой степенью пористости с порами, размер которых колеблется в широком диапазоне с пределами, различающимися более чем в 106 раз – от видимых трещин и щелей до различных брешей и пустот на молекулярном уровне. Именно высокий уровень пористости делает активированный уголь «активированным».
Внешний вид — черные аморфные гранулы или порошок, карбонизированного углеродистого материала различного размера и формы.
По своему химическому составу активированный уголь сходен с графитом, материалом, используемым в обычных карандашах. Активированный уголь, алмаз, графит – все это формы углерода, практически не содержащие примесей.
Межмолекулярное притяжение, существующее в порах угля, приводит к возникновению адсорбционных сил, которые по своей природе сродни силе гравитации с той лишь разницей, что действуют они на молекулярном, а не на астрономическом уровне.
Называются они Ван-дер-Ваальсовы силы.
Эти силы вызывают реакцию, подобную реакции осаждения, при которой адсорбирующие вещества могут быть удалены из водных или газовых потоков.
Химические реакции и химические связи также могут возникать между адсорбирующими веществами и поверхностью активированного угля или неорганическими примесями. Эти процессы называются химической адсорбцией или хемосорбцией.
Однако именно процесс физической адсорбции происходит при взаимодействии активированного угля и адсорбирующего вещества.
СТРУКТУРА ПОР АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ
В активированных углях различают три категории пор: микро-, мезо- и макропоры. Микро- и мезопоры составляют наибольшую часть поверхности активированных углей. Соответственно, именно они вносят наибольший вклад в их адсорбционные свойства. Микропоры особенно хорошо подходят для адсорбции молекул небольшого размера, а мезопоры — для адсорбции более крупных органических молекул.
Определяющее влияние на структуру пор активированных углей оказывают исходные материалы для их получения.
Активированные угли на основе скорлупы кокосов характеризуются большей долей микропор, а активированные угли на основе каменного угля — большей долей мезопор. Большая доля макропор характерна для активированных углей на основе древесины.
КАРБОНИЗИРОВАННАЯ ДРЕВЕСИНА | АКТИВИРОВАННЫЙ КАМЕННЫЙ УГОЛЬ | АКТИВИРОВАННЫЙ КОКОСОВЫЙ УГОЛЬ |
АДСОРБЦИЯ
Молекулы удаляемых загрязнителей удерживаются на поверхности активированного угля межмолекулярными силами Ван-дер-Ваальса. Таким образом, активированные угли удаляют загрязнители из очищаемых веществ (в отличие, например, от обесцвечивания, когда молекулы цветных примесей не удаляются, а химически превращаются в бесцветные молекулы).
Эффективность угля как адсорбента зависит от величины его доступной площади поверхности. На эффективность адсорбции могут также влиять такие факторы, как размер молекул адсорбата, размер пор и гранул угля, температура и pH раствора.
| Макропоры (> 500 Å) | |
| Мезопоры (20 — 500 Å) | |
| Микропоры (< 20 Å) |
ХЕМОСОРБЦИЯ
Некоторые вещества слабо адсорбируются на поверхности обычных активированных углей. К числу таких веществ относятся аммиак, диоксид серы, пары ртути, сероводород, формальдегид, хлор, цианистый водород.
Для эффективного удаления таких веществ используются активированные угли, импрегнированные специальными химическими реагентами.
В настоящее время активированный уголь, в основном выпускается в следующих 4 формах.
ФОРМЫ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ
ГРАНУЛИРОВАННЫЙ АКТИВИРОВАННЫЙ УГОЛЬ
ПОРОШКОВЫЙ АКТИВИРОВАННЫЙ УГОЛЬ
ЭКСТРУДИРОВАННЫЙ АКТИВИРОВАННЫЙ УГОЛЬ (ЭКСТРУДЕР)
ТКАНЬ ПРОПИТАННАЯ АКТИВИРОВАННЫМ УГЛЕМ
ГРАНУЛИРОВАННЫЙ АКТИВИРОВАННЫЙ УГОЛЬ | ФОРМОВАННЫЙ ЭКСТРУДИРОВАННЫЙ АКТИВИРОВАННЫЙ УГОЛЬ |
ПОРОШКОВЫЙ АКТИВИРОВАННЫЙ УГОЛЬ | АДСОРБЦИОННАЯ УГОЛЬНАЯ ТКАНЬ |
Важно знать: приминение активированного угля.
Активированный Уголь | CGT Carbon
Активированный уголь представляет собой угольный адсорбент с высокой внутренней пористостью и, следовательно, с большой внутренней поверхностью. Процесс производства и активации, а также используемое основное сырье оказывают решающее влияние на адсорбционную способность используемых продуктов с активированным углем. Сырьем может быть древесный уголь, битуминозный уголь, древесина, скорлупа кокосовых орехов, косточки оливок, фруктовые косточки, торф и т.д.
Свойства активированного угля
Промышленные сорта активированного угля имеют площадь внутренней поверхности от 500 до 1500 м²/г. В зависимости от типа применения выделяют три основные группы продуктов:
- активированный уголь в порошке, размер частиц 1-150 мкм
- гранулированный активированный уголь, размер частиц 0,5-4 мм
- уголь активированный экструдированный, размер частиц 0,8-4 мм
Правильный активированный уголь имеет ряд уникальных особенностей: большую
внутреннюю поверхность, специальные (поверхностные) химические свойства и
хороший доступ к внутренним порам.
- макропоры (диаметр > 50 нм)
- мезопоры (диаметр 2-50 нм)
- микропоры (диаметр <2 нм)
Микропоры обычно составляют большую часть площади внутренней поверхности. Макропоры и мезопоры можно рассматривать как пути доступа к частице углерода и они имеют кинетическое значение. Макропоры можно визуализировать с помощью сканирующего электронного микроскопа. Распределение пор по размерам очень важно для практического применения; наилучшее соответствие зависит от интересующих соединений, вещества (газ, жидкость) и условий обработки. Желаемая структура пор в продукте из активированного угля достигается сочетанием соответствующего сырья и условий активации.
Применение активированного угля
Очистка воздуха и газа
Чистота воздуха на нашей планете чрезвычайно важна для всех нас. Если вы
работаете над соблюдением норм выбросов для защиты здоровья человека и / или
окружающей среды, производите сверхчистые газовые форсунки или хотите уменьшить
неприятные запахи, CGT Carbon предложит подходящий активированный уголь для
ваших нужд.
Картриджи для фильтров очистки водыs
Наш активированный уголь можно использовать в фильтрах для воды. Фильтр для воды удаляет загрязнения, минимизирует загрязнение воды с помощью тонкого физического барьера, химического или биологического процесса.
Изоляция высокотемпературных печей
Благодаря своим изолирующим свойствам наш активированный уголь также можно использовать в качестве изоляционного материала в высокотемпературных печах. Здесь важна низкий уровень влажности нашего материала.
Фармацевтика
Чистота имеет важное значение в производстве фармацевтических продуктов. Это относится ко всем этапам, от сырья до полуфабрикатов и конечного продукта. Уникальные свойства специального активированного угля обеспечивают превосходное удаление цветных соединений, ароматизаторов, белков и других примесей, которые могут присутствовать в сырье или образовываться в процессе производства.
Восстановление золота
Высокоактивированный уголь используется для извлечения растворенного золота либо
путем подачи его непосредственно в резервуары CIL (уголь в выщелачивании), либо
в отдельные резервуары CIP (уголь в пульпе) после выщелачивания.
Активированный
уголь адсорбирует растворенное золото из суспензии выщелачивания, концентрируя
его на меньшей массе твердых веществ. Затем углерод отделяют от суспензии
просеиванием и дополнительно обрабатывают для извлечения адсорбированного
золота.
Продукты питания и напитки
Производители напитков полагаются на активированный уголь, который устраняет неприятные запахи и нежелательные вкусы и обеспечивает длительную свежесть. Мы предлагаем продукты с активированным углем, которые используются для улучшения качества напитков, начиная от воды и фруктовых соков и заканчивая дистиллированными алкогольными напитками. В результате напитки выглядят привлекательно, приятно пахнут и имеют прекрасный вкус.
Автомобили
Мы предлагаем продукты с активированным углем для использования в системах
контроля выбросов паров топлива. Фильтры с активированным углем снижают выбросы
углеводородов автомобилями и грузовиками с бензиновыми двигателями. Кроме того,
многие автомобили теперь оснащены системами очистки воздуха, оторые используют
активированный уголь в салонных фильтрах.
Ртуть
Одним из основных применений активированного угля для очистки воздуха в газовой фазе является очистка дымовых газов. Выбросы систем сжигания (в основном диоксины, фураны и летучая ртуть), если их не очистить, представляют серьезную угрозу для здоровья людей. В химической промышленности активированный уголь используется главным образом для извлечения растворителя и поддержки катализатора.
Средства индивидуальной защиты
Одежда или оборудование, предназначенные для защиты от травм или инфекций. Опасности, связанные с защитным оборудованием, включают физические, электрические, термические, химические, биологические опасности и опасности, связанные с твердыми частицами в воздухе.
Катализатор нефтехимии
Следует особо подчеркнуть, что очень важным свойством активированного угля при
его использовании в качестве носителя катализатора является его высокая
устойчивость к растрескиванию и истиранию. По сравнению с другими носителями,
такими как диоксид кремния или оксид алюминия, наш активированный уголь имеет
большую внутреннюю поверхность.
Мелиорация почвы
Реабилитация почвы, также известная как промывка почвы, представляет собой термин, который относится к множеству процессов, предназначенных для удаления из почвы загрязняющих веществ, таких как углеводороды (остатки нефти и топлива), тяжелые металлы, пестициды, цианиды, летучие вещества, креозот и полуфабрикаты. -летучие вещества.
Водоподготовка / опреснение морской воды
Предлагаемые нами виды активированного угля широко используются в водоподготовке для удаления свободного хлора и/или органических соединений. Удаление органических соединений из питьевой воды может предотвратить реакцию обычных органических кислот, таких как гуминовые или фульвокислоты с хлором, с образованием тригалометанов (класс известных канцерогенов), или очистить сточные воды для удаления любого количества органических соединений, чтобы сделать воду пригодной для сброса.
Мы предлагаем продукцию различного качества для различного применения. Для
получения дополнительной и подробной информации, пожалуйста,
свяжитесь с нами.
Мы рекомендуем использовать этот материал в следующих случаях:
Автомобильная промышленность
Металлургия
Термообработка
Химическая промышленность
Как сделать активированный уголь
Как приготовить активированный уголь в домашних условиях
Нас часто спрашивают: «Пожалуйста, объясните мне, как приготовить активированный уголь в домашних условиях». Чтобы сделать активированный уголь, сначала нужно понять, что есть два основных метода активации — паровая активация и химическая активация. Химическую активацию не следует путать с промывкой кислотой или химической пропиткой. Достаточно хороший активированный уголь (например, порошок вверху этой страницы) с площадью поверхности 1000 м 2 /g будет иметь 125 акров площади поверхности на фунт.
Паровая активация в основном используется для кокосового угля и угля.
При производстве активированного паром угля сначала кокосовую скорлупу или уголь нагревают для образования полукокса.
После того, как активированный уголь остынет, для удаления растворимой золы его можно либо «промыть водой»* (для чего требуется много воды), либо «промыть кислотой» (для удаления растворимой в кислоте зольность), а затем несколько раз «промывают водой» для удаления любых следов раствора кислоты.
(*Чтобы ничего не пропадало, древесный угольный «уксус» иногда собирают и продают как коммерческую уксусную кислоту или перерабатывают в столовый уксус.)
Из-за очень высоких температур, необходимых для активации паром (600–1200 °C). ), температурах, которых невозможно достичь в обычной печи (260 °C), этот метод практически ограничен промышленными технологиями.
Другим огромным ограничивающим фактором является стоимость производства. Ежегодно в мире используется огромное количество активированного угля, поэтому производство должно осуществляться в промышленных масштабах, позволяющих производить миллионы тонн переменного тока по очень низкой цене. Обычно это делается в больших печах с вращающимся стальным цилиндром (длиной до 180 футов, производительностью до 12,5 метрических тонн в час) со сложной системой подачи тепла и пара. Если бы деньги не были проблемой, то людям пришлось бы сначала разработать еще более сложную миниатюрную версию. Будет проблема промывки/ополаскивания, удаления золы от пиролиза, управления выхлопными газами и другие проблемы.
Итак, как можно сделать активированный паром уголь? Должно быть очевидно, что для небольших личных количеств вы не готовы к техническим проблемам или финансовым затратам. Итак, как можно сделать химически активированный уголь? Это дешевле и проще?
Изготовление химически активированного угля Химическая активация дает тот же конечный результат — значительно увеличенную площадь внутренней поверхности — но использует химический раствор для разрушения внутренней структуры. Как правило, активированный уголь на древесной основе изготавливается в промышленных масштабах с использованием тепла (450–900°C) и фосфорной кислоты. Этот процесс «активации» приводит к созданию огромной площади поверхности — порядка от 600 до 1200 квадратных метров на грамм (м2/г), в зависимости от используемого сырья и процесса.
И снова промышленная модель представляет собой большой стальной гриль. Древесина может быть сначала пиролизована, затем уголь пропитан фосфорной кислотой, после чего следует контролируемый повторный нагрев для усиления химической эрозии атомов углерода, а затем сложный цикл промывки для удаления кислоты. Этот процесс иногда предпочтительнее, потому что он требует меньше тепла и времени.
Еще раз, некоторые захотят узнать, смогут ли они изготовить химически активированный уголь в домашних условиях. На YouTube.com вы найдете серьезных предпринимателей. Хотя их методы кажутся достаточно простыми, использование различных химикатов может привести к несчастным случаям. Некоторые из их предложений для химических веществ включают «аккумуляторную кислоту» (серную кислоту), соляную кислоту (она же соляная кислота, продаваемая в хозяйственных магазинах для разъедания бетона с кирпичей), азотную кислоту, гидроксид калия или натрия (сильно едкий), хлорид кальция или цинка ( более стабильные соли).
Но вернемся к химикатам. Предпочтительным химическим веществом является фосфорная кислота (довольно слабая кислота). Тем не менее, учитывая высокие температуры, необходимые для запуска процесса активации (температуры намного выше, чем вы можете достичь в домашней печи), эрозионный эффект, вызываемый любым из различных химических веществ, будет значительно снижен, а конечный продукт будет лишь незначительно лучше, чем сырой уголь. Но может быть потенциал для серьезного вреда. Например, возможные результаты реакции соляной кислоты с углеродом включают:
- Четыреххлористый углерод (фреон) — от него захватывает дух
- Трихлорметан (хлороформ) — депрессант ЦНС, превращается в фосген (химическое оружие, использовавшееся во время Первой мировой войны) в присутствии кислорода и тепла
- Хлоруглеводороды – некоторые из них очень токсичны и/или легко воспламеняются.
- Различные углеводороды — токсичные, легковоспламеняющиеся и сильнодействующие парниковые газы
- Газообразный хлор — токсичный
- Газообразный водород — легковоспламеняющийся
По этим и другим причинам мы ни в коем случае не рекомендуем вам пытаться изготовить химически активированный уголь в рамках проекта «Сделай сам».
Однако, если этот проект направлен на создание дешевого фильтра для воды или воздуха для примитивных условий, следует отметить, что обычный древесный уголь имеет долгую историю (более 3000 лет) использования для удаления запахов и очистки воды. Еще в 1500 г. до н.э. вплоть до больниц в 1800-х годах простой порошок древесного угля использовался для подавления зловония гниющей плоти. Древние мореплаватели выжигали внутреннюю часть деревянных бочек с водой, чтобы сохранить питьевую воду во время дальних плаваний. В своих кампаниях по приручению Дикого Запада американская Голгофа использовала обычный кусковой древесный уголь в последнем отделении трехсекционного ящика (1.
гравий, 2. промытый песок, 3. древесный уголь) для фильтрации болотной воды для питья. Было обнаружено, что даже простой древесный уголь содержит фрагменты супермолекулы бакмистерфуллерена (C 60 ), который обладает феноменальной адсорбционной способностью. Таким образом, если это необходимо для каких-то суровых или импровизированных обстоятельств, просто ваш обычный уголь будет работать достаточно эффективно как для воды, так и для воздушного фильтра, без потенциальных неудач, связанных с попыткой активировать его с некоторыми потенциально агрессивными химическими веществами.
Если DIY должен производить активированный уголь для медицинских целей, весьма сомнительно, сколько можно получить; конечно, не в уровне активности или в сбережениях денег, в то время как безопасность остается реальной проблемой. С другой стороны Одногаллонный контейнер пищевого угольного порошка стоит всего 37 долларов без учета оборудования, труда и затрат. Типичная семья не будет использовать эту сумму в год для лечения обычных заболеваний.
Хранить с плотной крышкой можно неограниченно долго .
Если DIY обдумывает какой-то сценарий выживания, то мы можем сказать вам это из очень реального личного опыта; у вас не будет доступа к каким-либо химическим веществам, предложенным выше, и, что более важно, эффективность простого древесного угля будет выгодно отличаться от любого активированного угля в любой чрезвычайной ситуации, с которой вы столкнетесь, пока конечный порошок стерилен. См. Информационный бюллетень CharcoalTimes , июнь 2012 г. ( Уганда , 2012 г. Приключение ) А пока избавьте себя от ненужного горя и не позволяйте своим добрым намерениям настроить некоторых потенциальных энтузиастов древесного угля против этого наиболее мягкого из натуральных средств, с некоторыми безрассудная химия пошла не так.
Вы думаете о производстве активированного угля? В обзоре, независимо от того, активируется ли он паром или химическим способом, лучше не пробовать. Как сделать обычный уголь ? Это гораздо более простая процедура.
Нажмите ЗДЕСЬ , чтобы посмотреть пошаговое видео.
Что такое активированный уголь и как его производят?
Изображение предоставлено: Eaum M/Shutterstock.com
Активированный уголь (также известный как активированный уголь или активированный уголь) представляет собой искусственный углеродсодержащий (богатый углеродом) материал. Обычно он изготавливается из дерева, но также может быть изготовлен из бамбука, кокосовой шелухи, торфа, древесины, кокосового волокна, лигнита, угля, смолы и других источников плотного углерода. Существует множество подобных веществ, подпадающих под общую классификацию активированного угля, таких как активированный уголь и активированный кокс, но все они обладают такими свойствами, как большая площадь поверхности на единицу массы, исключительная микропористость и состав почти исключительно из элементарного углерода.
Пористая структура активированного угля видна под электронным микроскопом и в первую очередь определяет его полезность.
Микроскопы показывают поверхность, испещренную отверстиями и зубчатыми выступами, которые соединяются с аналогичной структурой глубже внутри углерода. Благодаря этой структуре, например, фунт активированного угля может иметь площадь поверхности до 100 акров. Эти небольшие поры небольшого объема обеспечивают повышенную адсорбционную способность (процесс химического связывания поверхности, не путать с абсорбцией) и позволяют проводить больше реакций между углеродом и другими средами. Поэтому активированный уголь высоко ценится в фильтрации, дезодорации, медицинских и химических применениях, поскольку большинство загрязняющих веществ легко связываются с ним и остаются в ловушке в микроструктуре углерода за счет множества небольших атомных притяжений, зависящих от расстояния (известных как лондонские дисперсионные силы).
Поскольку углерод производится с помощью относительно недорогой и простой серии процессов активации, он широко доступен для применения; однако активированный уголь необходимо постоянно менять, так как он забивается загрязнениями, водой и через определенное время контакта становится питательной средой для опасных микроорганизмов.
Это означает, что активированный уголь постоянно производится для удовлетворения потребностей его использования и хранится в больших количествах, чтобы гарантировать отсутствие задержек в процессе замены.
Как сделать активированный уголь
Процесс производства активированного угля или активация угля существует в двух формах. Источник углерода, такой как древесина, уголь, торф или любой органический углеродсодержащий материал, подвергается карбонизации, что означает, что чистый углерод извлекается методом нагрева, известным как пиролиз. После карбонизации материала его необходимо окислить или обработать кислородом либо путем воздействия CO 2 , либо пара, либо с помощью кислотно-щелочной химической обработки. В следующих разделах кратко описаны эти процессы.
Карбонизация
Карбонизация — это процесс превращения богатого углеродом куска материала в чистый углерод путем нагревания. Этот процесс нагревания, называемый пиролизом, происходит от древней технологии производства древесного угля.
Вначале используется очень плотный углеродистый материал, потому что результат должен быть сверхпористым для целей активированного угля. Богатый углеродом материал помещают в небольшую (относительно количества материала) печь и готовят при экстремальных температурах, достигающих 2000 градусов по Цельсию. То, что остается, обычно составляет 20-30 процентов от начального веса и состоит в основном из углерода с небольшим процентом неорганической золы. Это очень похоже на «коксование» — метод производства кокса из древесного угля, вида углеродсодержащего топлива.
После того, как пористая форма углерода получена, его необходимо подвергнуть окислению, чтобы он мог стать адсорбентом или «активироваться». Это может происходить одним из двух способов: газовой или химической обработкой.
Очистка газа
Активация угля может быть осуществлена непосредственно путем нагревания угля в камере с закачкой газа. Эта среда подвергает его воздействию кислорода для целей окисления.
После окисления активированный уголь приобретает хорошие адсорбционные характеристики и готов к сбору загрязняющих веществ в жидких/газообразных средах. Для физической очистки газов процесс карбонизации/пиролиза должен проходить в инертной среде при температуре 600-900 градусов Цельсия. Затем насыщенный кислородом газ закачивается в окружающую среду и нагревается от 900 до 1200 градусов по Цельсию, в результате чего кислород связывается с поверхностью углерода.
Химическая обработка
Процесс химической обработки несколько отличается от газовой активации угля. Во-первых, при химической обработке одновременно происходят карбонизация и химическая активация. Готовится ванна с кислотой, основанием или другими химическими веществами, и материал погружается в этот раствор. Затем баню нагревают до температуры 450-900 градусов Цельсия (намного меньше тепла, необходимого для активации газа) и оставили на определенное время. Углеродистый материал и карбонизируется, и активируется одновременно, и все это происходит гораздо быстрее, чем при газовой активации.
Однако некоторые процессы нагревания вызывают адсорбцию микроэлементов из ванны на угле, что может привести к получению более нечистого или неэффективного активного угля.
Регенерация активированным углем
Загрязненному активированному углю можно восстановить его первоначальную адсорбционную способность с помощью процедур регенерации. Существует множество методов регенерации углерода, но наиболее распространенным методом является термическая реактивация, при которой загрязненный уголь сушат, нагревают в инертной атмосфере и обрабатывают газом. При термической регенерации теряется около 5-15% исходной массы углерода, и этот процесс очень энергозатратен; поэтому более мелкие компании обычно отправляют использованный углерод на специализированные предприятия по регенерации вместо того, чтобы выполнять регенерацию на месте. Существует множество других методов регенерации, направленных на снижение как потерь урожая, так и расхода энергии на термическую регенерацию.
Эти методы включают адсорбцию при переменном тепловом воздействии, адсорбцию при переменном давлении, микроволновую регенерацию, химическую регенерацию, микробиологическую регенерацию, электрохимическую регенерацию, ультразвуковую регенерацию, окисление влажным воздухом и другие методы.
Активированный уголь после обработки
После окисления активированный уголь можно использовать для различных целей с несколькими классифицируемыми свойствами. Например, гранулированный активированный уголь (GAC) представляет собой продукт, похожий на песок, с более крупными зернами, чем порошкообразный активированный уголь (PAC), и каждый из них используется для разных целей. Другие разновидности включают импрегнированный уголь, в который добавляются различные элементы, такие как серебро и йод, а также уголь с полимерным покрытием. Ниже в следующем разделе представлен краткий обзор различных типов доступного активированного угля и их полезных качеств.
Типы активированного угля
Активированный уголь
Активированный уголь является синонимом термина активированный уголь и может использоваться взаимозаменяемо.
Важно отметить, что только термин «древесный уголь» уникален от углерода, так как древесный уголь обозначает углеродистый материал, полученный при сжигании древесины и органических веществ, которые все же содержат водород, кислород и другие неуглеродные элементы, а углерод обозначает элементарный, чистый углерод. . Не беспокойтесь, если вы можете найти только «активированный уголь» при поиске активированного угля — это один и тот же тип материала.
Порошкообразный активированный уголь (PAC)
Порошкообразный активированный уголь (или PAC) измельчается таким образом, что размер отдельных зерен составляет <1,0 мм, что обеспечивает максимальное отношение их поверхности к объему и минимальное расстояние диффузии. PAC — это тонкий материал, который проходит через большинство сетчатых рукавов. Пропускная способность PAC значительно ниже, чем у гранулированного активированного угля (GAC, объяснено в следующем разделе), что делает его более полезным для забора сырой воды, бассейнов быстрого смешивания, осветлителей, гравитационных фильтров и других применений, где максимальное поглощение загрязняющих веществ важнее характеристик потока.
.
Гранулированный активированный уголь (ГАУ)
Гранулированный активированный уголь (или ГАУ) имеет больший размер частиц, чем ПАУ, и поэтому обладает улучшенными диффузионными свойствами. Газы и пары легче адсорбируются гранулированным активированным углем, так как между частицами гранулированного угля больше пространства для протекания газа; однако в ГАУ также меньше площадь внутренней поверхности, что приводит к необходимому балансу между размером зерна и адсорбционной способностью. ГАУ обычно используется для обработки жидкой воды, дезодорации и разделения компонентов в системах с потоком жидкости.
Экструдированный активированный уголь (EAC)
ПАУ сплавляют со связующим и экструдируют в блоки цилиндрической формы диаметром 0,8–130 мм, образуя экструдированный активированный уголь (ЭАК). Преимуществом EAC является низкий перепад давления, содержание пыли и высокая механическая прочность, а также более стандартизированная форма зерна.
EAC используется в газовой фазе и в местах, где запрещена пыль, а также в фильтрах хлора, вкуса и запаха (CTO).
Шариковый активированный уголь (ВАС)
Как и EAC, шариковый активированный уголь (BAC) сплавляется в беспыльные сферические шарики размером 0,35–0,8 мм. ВАС также имеет низкий перепад давления, низкое содержание пыли и высокую механическую прочность, как и EAC, но отличается немного меньшим размером зерна и предпочтительным использованием в приложениях с псевдоожиженным слоем, где вода может легче обтекать его сферическую форму. Выбор между EAC и BAC обычно определяется режимом потока, где BAC лучше подходит для жидкостных систем с высоким расходом/высоким износом.
Углерод с полимерным покрытием
Когда пористый углерод покрывается биосовместимым полимером, он становится углеродом с полимерным покрытием. Этот тип активированного угля имеет как гладкие, проницаемые снаружи, так и открытые доступные поры, что делает его очень полезным для медицинских применений, связанных с фильтрацией крови, известной как гемоперфузия.
При гемоперфузии кровь пропускают через уголь с полимерным покрытием для удаления токсинов и нежелательных сред. Полимер предотвращает потерю форменных элементов в кровотоке и образование нежелательных тромбов (угольных эмболов), а его поры еще могут отфильтровывать токсичные вещества.
Импрегнированный уголь
Импрегнированный уголь, как следует из названия, представляет собой пористый активированный уголь, пропитанный неорганическими материалами (известными как импрегнаты), такими как серебро, катионы (Al, Mn, Zn, Li, Ca и т. д.), йод и другие приложения. -специфические соединения. Пропитанный уголь обычно используется для повышения фильтрующей способности угля, позволяя ему улавливать другие загрязнители, такие как загрязнение воздуха, неорганические токсины, тиолы и многое другое. Примером импрегнированного угля в действии является уголь, импрегнированный серебром, используемый в бытовых фильтрах для воды, а также импрегнированный уголь, используемый в скрубберах загрязнения на заводских дымовых трубах.
Для чего используется активированный уголь?
Помимо использования в качестве фильтра, активированный уголь используется для множества других целей. Он может извлекать ценные растворители и материалы из различных жидкостей, удалять запахи и изменять вкус газов и жидкостей. Он также имеет медицинское применение и может помочь в лечении пациентов, которые проглотили яды или передозировали проглоченные наркотики. Активированный уголь также находит применение при очистке некоторых опасных разливов. В следующих разделах рассматриваются эти различные области применения активированного угля на различных рынках.
Фильтрация
Помимо прочего, активированный уголь часто используется для фильтрации загрязняющих веществ из питьевой воды. После тестирования воды фильтрацией можно управлять для удаления конкретных загрязнителей, чтобы вода соответствовала национальным стандартам питьевой воды Агентства по охране окружающей среды.
В частности, фильтры с активированным углем полезны для удаления органических соединений, которые часто являются причиной изменения вкуса, запаха и внешнего вида воды. Поскольку органические соединения состоят из водорода и углерода, угольные фильтры хорошо справляются с этими типами загрязняющих веществ. Фильтрация может удалять вредные химические вещества, такие как тригалометаны (ТГМ), пестициды, полихлорированные бифенилы (ПХД) и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Если эти химические вещества присутствуют в количествах, превышающих стандарты EPA, вода потенциально опасна для питья.
Несмотря на способность фильтрации с активированным углем удалять несколько видов вредных химических веществ, она не эффективна при удалении всех загрязняющих веществ. Тяжелые металлы, такие как свинец, можно удалить с помощью фильтрации с активированным углем, но для этого требуется специальный фильтр. Микробы, нитраты и фториды являются примерами загрязнителей, которые невозможно эффективно отфильтровать с помощью активированного угля.
Многие органические соединения, удаляемые фильтрацией с активированным углем, способствуют размножению бактерий. Вредные болезнетворные бактерии, такие как холера и брюшной тиф, питаются бактериями, которые удаляет фильтр. В системах общественного водоснабжения вода предварительно очищается от болезнетворных бактерий, поэтому вода, поступающая в дом или используемая в качестве питьевой воды, вряд ли будет содержать такие бактерии.
Однако довольно часто внутри угольного фильтра скапливается значительное количество непатогенных бактерий. Хотя эти типы бактерий не вызывают заболевания напрямую, рекомендуется регулярно менять фильтр или чистить его. Обычное воздействие бактерий означает, что иммунная система человека хорошо оснащена для защиты от основных бактерий, но те, у кого более слабая иммунная система, более восприимчивы — в любом случае регулярная очистка фильтра важна для поддержания эффективной системы с активированным углем.
Промышленное и химическое применение
Активированный уголь используется в промышленности для удаления органических примесей из растворов для блестящего никелирования, а также для очистки и извлечения драгоценных металлов, таких как золото.
При гальванике операторы добавляют различные органические материалы в гальванические растворы для улучшения определенных свойств металла, но эти соединения могут распадаться на нежелательные побочные продукты под воздействием электрического тока. Активированный уголь добавляется для удаления этих примесей и восстановления оптимальной эффективности гальванических растворов. В аналитической химии активированный уголь используется для измерения определенных уровней соединений в растворах, а также для извлечения определенных сред из субстратов. Он также используется для фильтрации и очистки некоторых химических проб, либо в виде обычного активированного угля, либо в виде импрегнированного угля для определенных загрязняющих веществ.
Медицинское применение
Как указывалось ранее, уголь с полимерным покрытием используется в гемоперфузии для очистки крови от нежелательных токсичных веществ; однако активированный уголь также можно принимать внутрь в виде таблеток для лечения отравлений и передозировок.
Активированный уголь также является безрецептурным лекарством от желудочно-кишечных расстройств и диареи, хотя научных доказательств его эффективности в этой роли мало. Список основных лекарственных средств ВОЗ считает активированный уголь одним из самых безопасных и эффективных лекарств, необходимых в системе здравоохранения, и в результате он является необходимой частью амбулаторных снаряжения, мобильных аптечек и многого другого.
Экологические и сельскохозяйственные приложения
Активированный уголь (в частности, импрегнированный уголь) используется для удаления загрязнителей воздуха и воды, таких как разливы химикатов, грунтовые воды, питьевая вода, воздух, заводы по производству летучих органических соединений (ЛОС) и другие источники загрязнения. Активированный уголь также используется для измерения концентрации радона в воздухе. Импрегнированный уголь, насыщенный серой и/или йодом, широко применяется на угольных электростанциях, в медицинских мусоросжигательных заводах и на устьях метановых скважин для улавливания выбросов ртути (хотя углерод, содержащий ртуть, сам по себе создает проблему утилизации).