Struktura aktivního uhlí

Co je aktivní uhlí (aktivní uhlí)

Aktivované (aktivované) uhlíky jsou uhlíkové sorbenty vyrobené průmyslovou metodou. Aktivní uhlí má standardizované ukazatele kvality. Sorpční kapacita, specifická plocha pórů aktivního uhlí, velikost částic a řada dalších indikátorů jsou stanoveny normami nebo technickými podmínkami výroby..

Hlavní věcí aktivního uhlí jsou póry

Aktivní uhlí má porézní strukturu a velký vnitřní povrch. Díky těmto vlastnostem se jako sorbent používá aktivní uhlí. Aktivní uhlí je schopno zadržovat molekuly znečišťujících látek na vnitřním povrchu pórů během čištění vody, čištění vzduchu, kapalin a plynů.

Objem pórů aktivovaných uhlíků podle definice přesahuje 0,2 ml / g; vnitřní povrch více než 400 m2 / rok. Velikost pórů se může pohybovat od 0,3 nanometru do několika tisíc nanometrů (1 nanometr = 10 -9 cm).

Struktura aktivního uhlí

Molekulární struktura aktivního uhlí obsahuje uhlík ve formě platforem nebo kruhů několika atomů. Tvoří stěny molekulárních pórů aktivního uhlí. Prsteny mají obvykle praskliny. Je to kvůli této strukturální vadě, že v místech prasknutí prstence mohou nastat reakce..

Póry aktivovaných uhlíků jsou klasifikovány podle průměru:

  • Mikropóry aktivního uhlí - méně než 1 nanometr.
  • Mezopóry s aktivním uhlím - 1 až 25 nanometrů.
  • Makropóry s aktivním uhlím - více než 25 nanometrů.

Suroviny pro výrobu aktivního uhlí

Aktivní uhlí lze vyrobit z jakéhokoli uhlíkatého materiálu. Aktivní uhlí se v zásadě vyrábí z kokosových skořápek - kokosové aktivní uhlí, uhlí - minerální aktivní uhlí nebo dřevo - aktivní uhlí.

Výroba aktivního uhlí

Výroba aktivního uhlí z nízko porézních surovin spočívá v jeho aktivaci, drcení a třídění na frakce. Je to během aktivace, kdy se vytvoří struktura obsahující velké množství pórů. Při výrobě speciálních druhů aktivního uhlí mohou být přítomny další operace..

Způsoby aktivace uhlí

Při výrobě aktivního uhlí existují dva způsoby aktivace:

  • Aktivace páry.

Aktivace páry při 700 - 900 ° C Ve vnitřní struktuře aktivního uhlí se tvoří póry, což vede k aktivnímu uhlí s jemnými póry. Při aktivaci párou dochází k částečné oxidaci uhlí.

  • Chemická aktivace.

Surovina se smísí s dehydratační látkou (kyselinou nebo chloridem zinečnatým) a zahřeje se na 400 - 600 ° C. Výsledkem je aktivní uhlí s hrubými póry, které se používá například ke změně barvy..

Adsorpce a desorpce

Akumulace látek v pórech sorbentu se nazývá adsorpce. Adsorpce nastává, když plyn nebo kapalina prochází aktivním uhlím. Desorpce - uvolňování látek nashromážděných v procesu adsorpce ze sorbentu.

Rozlišujte mezi fyzickou adsorpcí a chemisorpcí:

  • Fyzická adsorpce nastává hlavně v důsledku působení van der Waalsovy síly a chemické vlastnosti adsorbovaných látek se nemění. Fyzická adsorpce je reverzibilní, adsorbované látky lze oddělit od sorbentu.
  • Během chemisorpce vstupuje látka do chemické reakce se sorbentem. Mění se jak jeho chemické vlastnosti, tak vlastnosti sorbentu. Chemisorpce je nevratná.

Látky adsorbované aktivním uhlím

Aktivní uhlí může adsorbovat organické a nepolární látky, jako jsou rozpouštědla, chlorované uhlovodíky, barviva, ropa a ropné produkty. Vysokomolekulární látky a látky s nepolární strukturou jsou lépe adsorbovány.

Možnost sorpce aktivním uhlím se zvyšuje se snížením rozpustnosti látky ve vodě, pro látky s nepolární strukturou a se zvýšením molekulové hmotnosti.

Grafické znázornění adsorpce aktivním uhlím jako adsorpční izotermy

Adsorpce, jako funkce koncentrace látky, která má být adsorbována, je představována jako izoterma. Izoterma popisuje rovnováhu mezi látkou v kapalině nebo na vzduchu, která musí být adsorbována (zbytková koncentrace), a adsorbovanou látkou v aktivním uhlí (maximální množství při této zbytkové koncentraci). Typicky se maximální kapacita zvyšuje s rostoucí počáteční koncentrací..

Aktivní uhlí

Suroviny a chemické složení

Struktura

Výroba

Klasifikace

Hlavní charakteristiky

Oblasti použití

Regenerace

Dějiny

Aktivované uhlíky Carbonut

Dokumentace

Suroviny a chemické složení

Aktivní (nebo aktivní) uhlí (z lat. Carbo activatus) je adsorbent - látka s vysoce vyvinutou porézní strukturou, která se získává z různých materiálů obsahujících uhlík organického původu, jako je dřevěné uhlí, uhelný koks, ropný koks, kokosové skořápky, vlašské ořechy, jámy meruněk, oliv a jiných ovocných plodin. Za nejlepší z hlediska kvality čištění a životnosti se považuje aktivní uhlí (karbolen), vyrobené z kokosových skořápek, a díky své vysoké pevnosti ho lze mnohokrát regenerovat.

Z hlediska chemie je aktivní uhlí jednou z forem uhlíku s nedokonalou strukturou, prakticky bez nečistot. Aktivní uhlí je 87-97% hmotnostních uhlíku, může také obsahovat vodík, kyslík, dusík, síru a další látky. Z hlediska chemického složení je aktivní uhlí podobné grafitu, použitému materiálu, včetně běžných tužek. Aktivní uhlí, diamant, grafit - to jsou různé formy uhlíku, které jsou prakticky bez nečistot. Podle strukturálních charakteristik patří aktivované uhlíky do skupiny mikrokrystalických odrůd uhlíku - jedná se o grafitové krystality skládající se z rovin o délce 2-3 nm, které jsou zase tvořeny šestiúhelníkovými prstenci. Orientace jednotlivých mřížkových rovin vůči sobě, typická pro grafit, je však u aktivních uhlí narušena - vrstvy jsou náhodně posunuty a neshodují se ve směru kolmém k jejich rovině. Kromě grafitových krystalitů obsahují aktivované uhlíky jednu až dvě třetiny amorfního uhlíku; spolu s tím jsou přítomny heteroatomy. Nehomogenní hmota, skládající se z grafitu a amorfních uhlíkových krystalitů, určuje zvláštní porézní strukturu aktivovaných uhlíků, stejně jako jejich adsorpční a fyzikálně-mechanické vlastnosti. Přítomnost chemicky vázaného kyslíku ve struktuře aktivních uhlíků, které tvoří povrchové chemické sloučeniny zásadité nebo kyselé povahy, významně ovlivňuje jejich adsorpční vlastnosti. Obsah popela v aktivním uhlí může být 1-15%, někdy je odpopolněn na 0,1-0,2%.

Struktura

Aktivní uhlí má obrovské množství pórů, a proto má velmi velký povrch, v důsledku čehož má vysokou adsorpci (1 g aktivního uhlí, v závislosti na technologii výroby, má povrch 500 až 1 500 m 2). Je to vysoká úroveň pórovitosti, díky které je aktivní uhlí „aktivováno“. Ke zvýšení pórovitosti aktivního uhlí dochází při speciální úpravě - aktivaci, která výrazně zvyšuje povrch adsorbentu.

V aktivovaných uhlících existují makro-, mezo- a mikropory. V závislosti na velikosti molekul, které mají být zadrženy na povrchu uhlí, musí být vyrobeno uhlí s různými poměry velikosti pórů. Póry v aktivním uhlí jsou klasifikovány podle jejich lineárních rozměrů - X (poloviční šířka - pro model se štěrbinovými póry, poloměr - pro válcové nebo sférické):

  • X 100-200 nm - makropóry.

Pro adsorpci v mikropórech (měrný objem 0,2-0,6 cm 3 / ga 800-1000 m 2 / g), srovnatelné co do velikosti s adsorbovanými molekulami, je charakteristický hlavně mechanismus objemové náplně. Podobná adsorpce se vyskytuje také v supermikroporech (specifický objem 0,15-0,2 cm 3 / g) - mezilehlé oblasti mezi mikropóry a mezopóry. V této oblasti se vlastnosti mikropórů postupně degenerují, objevují se vlastnosti mezopórů. Adsorpční mechanismus v mezopórech spočívá v postupném vytváření adsorpčních vrstev (polymolekulární adsorpce), které končí vyplněním pórů mechanismem kapilární kondenzace. U běžných aktivovaných uhlíků je měrný objem mezopórů 0,02 - 0,10 cm3 / g, měrný povrch je 20 - 70 m 2 / g; u některých aktivních uhlíků (například objasňujících) však tyto ukazatele mohou dosáhnout 0,7 cm 3 / ga 200 - 450 m 2 / g. Jako transportní kanály slouží makropóry (specifický objem, respektive povrch 0,2 - 0,8 cm3 / ga 0,5 - 2,0 m2 / g), které dodávají molekuly absorbovaných látek do adsorpčního prostoru granulí s aktivním uhlím. Mikro- a mezopóry tvoří největší část povrchu aktivovaných uhlíků, respektive nejvíce přispívají k jejich adsorpčním vlastnostem. Mikropóry jsou zvláště vhodné pro adsorpci malých molekul a mezopóry jsou zvláště vhodné pro adsorpci větších organických molekul. Rozhodující vliv na pórovou strukturu aktivovaných uhlíků má surovina, ze které se získávají. Aktivované uhlí na bázi kokosových skořápek se vyznačuje větším podílem mikroporů a aktivované uhlí na bázi uhlí - větší podíl mezopórů. Velká část makropór je charakteristická pro aktivní uhlí na bázi dřeva. V aktivním uhlí zpravidla existují všechny typy pórů a diferenciální křivka jejich distribuce objemu podle velikosti má 2–3 maxima. V závislosti na stupni vývoje supermikropór se aktivní uhlí rozlišuje s úzkou distribucí (tyto póry prakticky chybí) a širokým (významně vyvinutým).

V pórech aktivního uhlí je mezimolekulární přitažlivost, která vede ke vzniku adsorpčních sil (van der Waalsovy síly), které jsou svou povahou podobné gravitační síle, s jediným rozdílem, že působí na molekulární, a nikoli na astronomické úrovni. Tyto síly vyvolávají sraženinu podobnou reakci, při které lze adsorbované látky odstraňovat z proudů vody nebo plynu. Molekuly znečišťujících látek, které mají být odstraněny, jsou zadržovány na povrchu aktivního uhlí intermolekulárními van der Waalsovými silami. Aktivované uhlíky tedy odstraňují nečistoty z látek, které mají být čištěny (na rozdíl například od zbarvení, kdy molekuly barevných nečistot nejsou odstraněny, ale jsou chemicky přeměněny na bezbarvé molekuly). Mohou také nastat chemické reakce mezi adsorbovanými látkami a povrchem aktivního uhlí. Tyto procesy se nazývají chemická adsorpce nebo chemisorpce, ale v zásadě dochází k procesu fyzické adsorpce, když aktivní uhlí interaguje s adsorbovanou látkou. Chemisorpce je široce používána v průmyslu pro čištění plynů, odplyňování, separaci kovů, stejně jako ve vědeckém výzkumu. Fyzická adsorpce je reverzibilní, to znamená, že adsorbované látky lze za určitých podmínek oddělit od povrchu a vrátit do původního stavu. Při chemisorpci je adsorbovaná látka vázána na povrch chemickými vazbami, čímž mění své chemické vlastnosti. Chemisorpce není reverzibilní.

Některé látky jsou slabě adsorbovány na povrchu běžných aktivovaných uhlíků. Mezi tyto látky patří amoniak, oxid siřičitý, páry rtuti, sirovodík, formaldehyd, chlor a kyanovodík. K účinnému odstranění těchto látek se používají aktivní uhlíky impregnované speciálními chemickými činidly. Impregnované aktivní uhlí se používají ve specializovaných oblastech čištění vzduchu a vody, v respirátorech, pro vojenské účely, v jaderném průmyslu atd..

Výroba

Pro výrobu aktivního uhlí se používají pece různých typů a provedení. Nejrozšířenější jsou: vícepodlažní, šachtové, horizontální a vertikální rotační pece, stejně jako reaktory s fluidním ložem. Hlavní vlastnosti aktivovaných uhlíků a především porézní struktura jsou určeny typem výchozí suroviny obsahující uhlík a způsobem jeho zpracování. Nejprve se suroviny obsahující uhlík rozdrtí na velikost částic 3 až 5 cm, poté se podrobí karbonizaci (pyrolýze) - vypalování při vysokých teplotách v inertní atmosféře bez přístupu vzduchu, aby se odstranily těkavé látky. Ve fázi karbonizace se vytváří rámec budoucího aktivního uhlí - primární pórovitost a síla.

Získané karbonizované uhlí (karbonizát) má však špatné adsorpční vlastnosti, protože jeho velikosti pórů jsou malé a vnitřní povrch je velmi malý. Proto je karbonizát podroben aktivaci, aby se získala specifická struktura pórů a zlepšily se adsorpční vlastnosti. Podstata aktivačního procesu spočívá v otevření pórů v uzavřeném stavu uhlíkového materiálu. To se provádí buď termochemicky: materiál je předem impregnován roztokem chloridu zinečnatého ZnCl2, uhličitan draselný K.2CO3 nebo některé další sloučeniny a zahřáté na 400-600 ° C bez přístupu vzduchu, nebo, nejběžnější způsob úpravy, přehřátou párou nebo oxidem uhličitým CO2 nebo jejich směs při teplotě 700-900 ° C za přísně kontrolovaných podmínek. Aktivace vodními parami je oxidace karbonizovaných produktů na plynné v souladu s reakcí - C + H2O -> CO + H2; nebo s přebytkem vodní páry - C + 2H2O -> CO2+2H2. Je všeobecně přijímáno, že do zařízení pro aktivaci je současně s nasycenou párou přiváděno omezené množství vzduchu. Část uhlí shoří a v reakčním prostoru se dosáhne požadované teploty. Produkce aktivního uhlí v této verzi procesu je výrazně snížena. Také aktivní uhlí se získává tepelným rozkladem syntetických polymerů (například polyvinylidenchloridu).

Aktivace pomocí vodní páry umožňuje výrobu uhlí s vnitřní povrchovou plochou až 1 500 m 2 na gram uhlí. Díky této obrovské ploše jsou aktivované uhlíky vynikajícími adsorbenty. Ne celá tato oblast však může být k dispozici pro adsorpci, protože velké molekuly adsorbovaných látek nemohou pronikat do malých pórů. V procesu aktivace se vyvíjí požadovaná pórovitost a specifická povrchová plocha, dochází k významnému snížení hmotnosti pevné látky, tzv. Vyhoření..

V důsledku termochemické aktivace vzniká hrubé porézní aktivní uhlí, které se používá k bělení. V důsledku aktivace párou se vytváří aktivní uhlí s jemnými póry, které se používá k čištění.

Poté se aktivní uhlí ochladí a podrobí předběžnému třídění a prosévání, kde se kal prosívá, poté se v závislosti na potřebě získat stanovené parametry podrobí aktivní uhlí dalšímu zpracování: promytí kyselinou, impregnace (impregnace různými chemikáliemi), mletí a sušení. Poté je aktivní uhlí baleno do průmyslových obalů: pytlů nebo velkých pytlů.

Klasifikace

Aktivní uhlí je klasifikováno podle typu suroviny, ze které je vyrobeno (uhlí, dřevo, kokos, atd.), Podle způsobu aktivace (termochemické a vodní), podle účelu (plyn, rekuperace, čiření a uhlí - nosiče katalyzátorů - chemických sorbentů), stejně jako ve formě vydání. V současné době se aktivní uhlí vyrábí hlavně v následujících formách:

  • práškové aktivní uhlí,
  • granulované (drcené, nepravidelně tvarované částice) aktivního uhlí,
  • formované aktivní uhlí,
  • extrudované (válcovité granule) aktivního uhlí,
  • tkanina z aktivního uhlí.

Práškové aktivní uhlí má částice menší než 0,1 mm (více než 90% celkového složení). Práškové uhlí se používá k průmyslovému čištění kapalin, včetně čištění domácích a průmyslových odpadních vod. Po adsorpci musí být práškové uhlí odděleno od kapalin, které mají být čištěny filtrací.

Granulované aktivní uhlí s částicemi o velikosti od 0,1 do 5 mm (více než 90% složení). Granulované aktivní uhlí se používá k čištění kapalin, zejména k čištění vody. Při čištění kapalin se aktivní uhlí ukládá do filtrů nebo adsorbérů. Aktivní uhlí s většími částicemi (2-5 mm) se používají k čištění vzduchu a jiných plynů.

Tvarované aktivní uhlí je aktivní uhlí ve formě různých geometrických tvarů, v závislosti na aplikaci (válce, tablety, brikety atd.). Tvarované uhlí se používá k čištění různých plynů a vzduchu. Při čištění plynů se aktivní uhlí ukládá také do filtrů nebo adsorbérů.

Extrudované uhlí se vyrábí s částicemi ve formě válců o průměru 0,8 až 5 mm, zpravidla je impregnováno (impregnováno) speciálními chemikáliemi a používá se při katalýze.

Uhlíkem impregnované textilie jsou k dispozici v různých tvarech a velikostech, nejčastěji se používají k čištění plynu a vzduchu, například ve vzduchových filtrech automobilů.

Hlavní charakteristiky

Granulometrická velikost (granulometrie) - velikost hlavní části granulí s aktivním uhlím. Jednotka měření: milimetry (mm), síť USS (americká) a síť BSS (anglická). Souhrnná tabulka převodu velikosti částic sítě USS - milimetry (mm) je uvedena v příslušném souboru.

Sypná hustota je hmotnost materiálu, který vyplňuje jednotku objemu svou vlastní hmotností. Jednotka měření - gram na centimetr krychlový (g / cm 3).

Povrchová plocha - povrchová plocha tělesa vzhledem k jeho hmotnosti. Jednotka měření - metr čtvereční na gram uhlí (m 2 / g).

Tvrdost (nebo pevnost) - všichni výrobci a spotřebitelé aktivního uhlí používají pro stanovení pevnosti výrazně odlišné metody. Většina metod je založena na následujícím principu: vzorek aktivního uhlí je vystaven mechanickému namáhání a pevnost se měří množstvím jemné frakce vznikající při destrukci uhlí nebo mletí průměrné velikosti. Jako měřítko síly se množství nezničeného uhlí bere v procentech (%).

Vlhkost je množství vlhkosti v aktivním uhlí. Jednotka měření - procenta (%).

Obsah popela - množství popela (někdy se považuje pouze za rozpustné ve vodě) v aktivním uhlí. Jednotka měření - procenta (%).

pH vodného extraktu - hodnota pH vodného roztoku po varu vzorku aktivního uhlí v něm.

Ochranné opatření - měření doby adsorpce určitého plynu uhlím před přechodem minimálních koncentrací plynu vrstvou aktivního uhlí. Tato zkouška se použije na uhlí používané k čištění vzduchu. Aktivní uhlí se nejčastěji testuje na benzen nebo tetrachlormethan (aka tetrachlormethan CCl4).

Adsorpce STS (adsorpce na tetrachlormethanu) - tetrachlormethan prochází objemem aktivního uhlí, dochází k nasycení na konstantní hmotnost, poté se získá množství adsorbované páry, vztaženo na vzorek uhlí v procentech (%).

Jódový index (adsorpce jódu, jodové číslo) - množství jódu v miligramech, které může adsorbovat 1 gram aktivního uhlí, ve formě prášku ze zředěného vodného roztoku. Jednotka měření - mg / g.

Adsorpce methylenové modři je počet miligramů methylenové modři absorbovaný jedním gramem aktivního uhlí z vodného roztoku. Jednotka měření - mg / g.

Zbarvení melasy (číslo nebo index melasy, indikátor melasy) - množství aktivního uhlí v miligramech potřebné pro 50% vyčištění standardního roztoku melasy.

Oblasti použití

Aktivní uhlí dobře adsorbuje organické, vysokomolekulární látky s nepolární strukturou, například: rozpouštědla (chlorované uhlovodíky), barviva, olej atd. Možnosti adsorpce rostou se snižující se rozpustností ve vodě, s větší nepolaritou struktury a zvyšováním molekulové hmotnosti. Aktivované uhlíky dobře adsorbují páry látek s relativně vysokými teplotami varu (například benzen C6H6), horší - těkavé sloučeniny (například amoniak NH3). Při relativních tlacích par strR/ R.nás méně než 0,10-0,25 (strR - rovnovážný tlak adsorbované látky, strnás - tlak nasycené páry) aktivní uhlí nevýznamně absorbuje vodní páru. U strR/ R.nás více než 0,3-0,4, je pozorována znatelná adsorpce a v případě pR/ R.nás = 1, téměř všechny mikropóry jsou naplněny vodní párou. Jejich přítomnost proto může komplikovat absorpci cílové látky..

Aktivní uhlí je široce používáno jako adsorbent, který absorbuje páry z emisí plynů (například při čištění vzduchu od sirouhlíku CS2), zachycující páry těkavých rozpouštědel za účelem jejich regenerace, k čištění vodných roztoků (například cukrových sirupů a alkoholických nápojů), pitné a odpadní vody, v plynových maskách, ve vakuové technologii, například k výrobě sorpčních čerpadel, v plynové adsorpční chromatografii, k plnění absorbérů zápachu v ledničkách, čištění krve, absorpce škodlivých látek z gastrointestinálního traktu atd. Aktivní uhlí může být také nosičem katalytických přísad a katalyzátorem polymerace. Aby se předaly aktivnímu uhlí katalytické vlastnosti, zavádějí se do makro- a mezopórů speciální přísady.

S rozvojem průmyslové výroby aktivního uhlí se používání tohoto produktu neustále zvyšuje. V současné době se aktivní uhlí používá v mnoha procesech čištění vody, v potravinářském průmyslu a v procesech chemických technologií. Kromě toho je čištění odpadních plynů a odpadních vod založeno hlavně na adsorpci aktivním uhlím. A s rozvojem jaderných technologií je aktivní uhlí hlavním adsorbentem radioaktivních plynů a odpadních vod v jaderných elektrárnách. Ve 20. století se používání aktivního uhlí objevilo v komplexních lékařských procesech, například při hemofiltraci (čištění krve na aktivním uhlí). Používá se aktivní uhlí:

  • pro úpravu vody (čištění vody z dioxinů a xenobiotik, karbonatace);
  • v potravinářském průmyslu při výrobě alkoholických nápojů, nízkoalkoholických nápojů a piva, čiření vín, při výrobě cigaretových filtrů, čištění oxidu uhličitého při výrobě nápojů sycených oxidem uhličitým, čištění škrobových roztoků, cukrových sirupů, glukózy a xylitolu, čištění a deodorace olejů a tuků, při výrobě citronu, mléka a další kyseliny;
  • v chemickém, ropném a plynárenském průmyslu a zpracovatelském průmyslu pro čištění plastifikátorů, jako nosiče katalyzátorů, při výrobě minerálních olejů, chemických činidel a barev a laků, při výrobě gumy, při výrobě chemických vláken, pro čištění aminových roztoků, pro regeneraci par organických rozpouštědel;
  • v činnostech na ochranu životního prostředí pro čištění průmyslových odpadních vod, pro likvidaci úniku ropy a ropných produktů, pro čištění spalin ve spalovnách odpadu, pro čištění emisí z ventilace-vzduch;
  • v těžebním a hutním průmyslu pro výrobu elektrod, pro flotaci minerálních rud, pro těžbu zlata z roztoků a buničiny v průmyslu těžby zlata;
  • v palivovém a energetickém průmyslu na čištění parního kondenzátu a kotlové vody;
  • ve farmaceutickém průmyslu pro čisticí roztoky při výrobě léčiv, při výrobě uhelných tablet, antibiotik, krevních náhražek, aloholových tablet;
  • v medicíně k čištění organismů zvířat a lidí od toxinů, bakterií při čištění krve;
  • při výrobě osobních ochranných prostředků (plynové masky, respirátory atd.);
  • v jaderném průmyslu;
  • pro úpravu vody v bazénech a akváriích.

Voda je klasifikována jako odpadní voda, podzemní voda a pitná voda. Charakteristickým rysem této klasifikace je koncentrace znečišťujících látek, kterými mohou být rozpouštědla, pesticidy a / nebo halogenované uhlovodíky, jako jsou chlorované uhlovodíky. V závislosti na rozpustnosti se rozlišují následující rozsahy koncentrací:

  • 10-350 g / litr pitné vody,
  • 10–1 000 g / litr pro podzemní vodu,
  • 10-2000 g / litr pro odpadní vodu.

Úprava bazénové vody této klasifikaci neodpovídá, protože se zde zabýváme spíše dechlorací a deozonací než čistým adsorpčním odstraněním znečišťující látky. Dechlorace a deozonování se účinně aplikuje při úpravě bazénové vody pomocí aktivního uhlí z kokosových skořápek, což má tu výhodu, že má velkou adsorpční plochu, a proto má vynikající dechlorační účinek s vysokou hustotou. Vysoká hustota umožňuje zpětný tok bez proplachování aktivního uhlí z filtru.

Granulované aktivní uhlí se používá ve stacionárních stacionárních adsorpčních systémech. Znečištěná voda protéká trvalým ložem aktivního uhlí (hlavně shora dolů). Aby tento adsorpční systém mohl volně fungovat, musí být voda bez jakýchkoli pevných částic. To lze zaručit vhodnou předběžnou úpravou (například použitím pískového filtru). Částice, které vstupují do stacionárního filtru, lze odstranit protiproudem adsorpčního systému.

V mnoha průmyslových procesech jsou emitovány škodlivé plyny. Tyto toxické látky se nesmí uvolňovat do ovzduší. Nejběžnějšími toxickými látkami ve vzduchu jsou rozpouštědla, která jsou nezbytná pro výrobu materiálů pro každodenní použití. K oddělování rozpouštědel (hlavně uhlovodíků, jako jsou chlorované uhlovodíky) lze úspěšně použít aktivní uhlí díky své vodoodpudivosti.

Čištění vzduchu se dělí na kontrolu znečištění ovzduší a regeneraci rozpouštědel podle množství a koncentrace znečišťující látky ve vzduchu. Při vysokých koncentracích je levnější regenerovat rozpouštědla z aktivního uhlí (např. Párou). Pokud však toxické látky existují ve velmi nízké koncentraci nebo ve směsi, kterou nelze znovu použít, použije se formované jednorázové aktivní uhlí. Tvarované aktivní uhlí se používá ve stacionárních adsorpčních systémech. Znečištěné ventilační trysky procházejí trvalou vrstvou uhlí v jednom směru (hlavně zdola nahoru).

Jednou z hlavních oblastí použití impregnovaného aktivního uhlí je čištění plynu a vzduchu. Znečištěný vzduch v důsledku mnoha technických procesů obsahuje toxické látky, které nelze zcela odstranit běžným aktivním uhlím. Tyto jedovaté látky, zejména anorganické nebo nestabilní, polární látky, mohou být vysoce toxické i při nízkých koncentracích. V tomto případě se používá impregnované aktivní uhlí. Někdy mohou být znečišťující látky ze znečištěného vzduchu zcela odstraněny různými mezilehlými chemickými reakcemi mezi složkou znečišťující látky a aktivní látkou v aktivním uhlí. Aktivované uhlíky jsou impregnovány (impregnovány) stříbrem (k čištění pitné vody), jodem (k čištění od oxidu siřičitého), sírou (k čištění od rtuti), zásadami (k čištění od plynných kyselin a plynů - chlor, oxid siřičitý, oxid dusičitý atd.) atd.), kyselina (k čištění od plynných alkálií a amoniaku).

Regenerace

Jelikož adsorpce je reverzibilní proces a nemění povrch ani chemické složení aktivního uhlí, mohou být z aktivního uhlí odstraněny nečistoty desorpcí (uvolňováním adsorbovaných látek). Van der Waalsova síla, která je hlavní hnací silou adsorpce, je oslabena, proto se používají tři technické metody k zajištění toho, aby bylo možné znečišťující látku odstranit z povrchu uhlí:

  • Metoda fluktuace teploty: Vliv Van der Waalsovy síly klesá se zvyšováním teploty. Teplota se zvyšuje horkým proudem dusíku nebo zvýšením tlaku páry při 110 - 160 ° C.
  • Metoda kolísání tlaku: s poklesem parciálního tlaku klesá účinek Van der Waltzovy síly.
  • Extrakce - desorpce v kapalných fázích. Adsorbované látky se odstraňují chemicky.

Všechny tyto metody mají nevýhody, protože adsorbované látky nelze úplně odstranit z povrchu uhlí. Významné množství znečišťující látky zůstává v pórech aktivního uhlí. Při použití regenerace párou 1/3 všech adsorbovaných látek stále zůstává v aktivním uhlí.

Chemickou regenerací se rozumí zpracování sorbentu kapalnými nebo plynnými organickými nebo anorganickými činidly při teplotě obvykle nepřesahující 100 ° C. Uhlíkové i neuhlíkové sorbenty jsou chemicky regenerovány. V důsledku tohoto ošetření je sorbát buď desorbován beze změny, nebo jsou desorbovány produkty jeho interakce s regeneračním činidlem. Chemická regenerace často probíhá přímo v adsorpčním zařízení. Většina metod chemického využití je vysoce specializovaná na určité typy sorbátů..

Nízkoteplotní tepelná regenerace je zpracování sorbentu párou nebo plynem při 100-400 ° C. Tento postup je poměrně jednoduchý a v mnoha případech se provádí přímo v adsorbérech. Vzhledem ke své vysoké entalpii se pára nejčastěji používá pro tepelnou regeneraci při nízkých teplotách. Je to bezpečné a dostupné ve výrobě.

Chemická regenerace a nízkoteplotní tepelná regenerace neposkytují úplné zotavení adsorpčních uhlíků. Tepelná regenerace je velmi složitý, vícestupňový proces, který ovlivňuje nejen sorbát, ale také samotný sorbent. Tepelná regenerace je blízká technologii výroby aktivních uhlíků. Během karbonizace sorbátů různých typů na uhlí se většina nečistot rozkládá při 200 - 350 ° C a při 400 ° C se obvykle zničí asi polovina celkového adsorbátu. CO, CO2, CH4 - hlavní produkty rozkladu organického sorbátu se uvolňují zahřátím na 350 - 600 ° C. Teoreticky jsou náklady na takovou regeneraci 50% nákladů na nové aktivní uhlí. To naznačuje potřebu pokračovat v hledání a vývoji nových vysoce účinných metod regenerace sorbentů..

Reaktivace - úplná regenerace aktivního uhlí párou při 600 ° C. Znečišťující látka se spaluje při této teplotě bez spalování uhlí. To je možné díky nízké koncentraci kyslíku a přítomnosti významného množství páry. Vodní pára selektivně reaguje s adsorbovanými organickými látkami, které jsou vysoce reaktivní ve vodě při těchto vysokých teplotách, což vede k úplnému spalování. Nelze se však vyhnout minimálnímu spalování uhlí. Tuto ztrátu je nutno vyrovnat novým uhlím. Po reaktivaci se často stává, že aktivní uhlí vykazuje větší vnitřní povrch a vyšší reaktivitu než původní uhlík. Tyto skutečnosti jsou způsobeny tvorbou dalších pórů a koksujících nečistot v aktivním uhlí. Mění se také struktura pórů - dochází k jejich nárůstu. Reaktivace se provádí v reaktivační peci. Existují tři typy pecí: rotační, šachtové a pece s proměnným průtokem plynu. Pec s proměnným průtokem plynu má výhody nízké ztráty spalováním a tření. Aktivní uhlí se plní do proudu vzduchu a spalovací plyny mohou být vedeny nahoru roštem. Aktivní uhlí je částečně vytvářeno tekutinou intenzivním tokem plynu. Plyny také transportují produkty spalování během reaktivace z aktivního uhlí do přídavného spalování. Do přídavného spalování se přidává vzduch, takže nyní mohou být spalovány plyny, které nebyly zcela zapáleny. Teplota stoupne na asi 1200 ° C. Po spalování plyn proudí do plynové pračky, kde je plyn ochlazen na vodu a vzduch ochlazen na teplotu mezi 50-100 ° C. V této komoře je kyselina chlorovodíková, která je tvořena adsorbovanými chlorovanými uhlovodíky z čištěného aktivního uhlí, neutralizována hydroxidem sodným. V důsledku vysoké teploty a rychlého chlazení se netvoří toxické plyny (jako jsou dioxiny a furany).

Dějiny

Nejstarší historická zmínka o používání uhlí pochází ze starověké Indie, kde sanskrtská písma uvádějí, že pitnou vodu je třeba nejprve nechat projít uhlím, uchovávat v měděných nádobách a vystavit slunečnímu záření.

Unikátní a prospěšné vlastnosti uhlí byly známy také ve starověkém Egyptě, kde se dřevěné uhlí používalo pro léčebné účely již v roce 1500 př. N.l. eh.

Staří Římané také používali uhlí k čištění pitné vody, piva a vína..

Na konci 18. století vědci věděli, že karbolen je schopen absorbovat různé plyny, páry a rozpuštěné látky. V každodenním životě lidé pozorovali: pokud se při vroucí vodě hodí pár dřevěného uhlí do hrnce, kde se předtím vařila večeře, pak chuť a vůně jídla zmizí. V průběhu času se aktivní uhlí začalo používat k rafinaci cukru, k zachycování benzínu v přírodních plynech, k barvení tkanin, činění kůže.

V roce 1773 německý chemik Karl Scheele ohlásil adsorpci plynů na dřevěném uhlí. Později bylo zjištěno, že dřevěné uhlí může také zabarvit kapaliny..

V roce 1785 petrohradský lékárník T.E.Lovitz, který se později stal akademikem, nejprve upozornil na schopnost aktivního uhlí čistit alkohol. V důsledku opakovaných experimentů zjistil, že i pouhé protřepání vína práškem z dřevěného uhlí vám umožní získat mnohem čistší a kvalitnější nápoj..

V roce 1794 bylo dřevěné uhlí poprvé použito v anglickém cukrovaru..

V roce 1808 bylo dřevěné uhlí poprvé použito ve Francii k vyčištění cukrového sirupu..

V roce 1811 byla při přípravě krému na černé boty objevena bělící schopnost kostního uhlí..

V roce 1830 jeden lékárník, který provedl experiment na sobě, vzal dovnitř gram strychninu a zůstal naživu, protože současně spolkl 15 gramů aktivního uhlí, které adsorbovalo tento silný jed.

V roce 1915 vynalezl v Rusku ruský vědec Nikolaj Dmitrijevič Zelinský první filtrační uhlíkovou plynovou masku na světě. V roce 1916 byl přijat armádami Entente. Aktivní uhlí bylo hlavním sorbentovým materiálem..

Průmyslová výroba aktivního uhlí začala na počátku 20. století. V roce 1909 byla v Evropě vyrobena první dávka práškového aktivního uhlí.

Během první světové války bylo aktivní uhlí z kokosových skořápek poprvé použito jako adsorbent v plynových maskách.

V současné době patří aktivní uhlí k nejlepším filtračním materiálům.

Aktivované uhlíky Carbonut

Chemical Systems nabízí širokou škálu uhlíkových aktivovaných uhlíků, které se osvědčily v různých technologických procesech a průmyslových odvětvích:

  • Carbonut WT pro čištění kapalin a vody (zem, odpad a pití, stejně jako pro úpravu vody),
  • Carbonut VP pro čištění různých plynů a vzduchu,
  • Carbonut GC pro získávání zlata a dalších kovů z roztoků a kalů v těžebním průmyslu,
  • Carbonut CF pro cigaretové filtry.

Aktivované uhlíky Carbonut se vyrábějí výhradně výhradně z kokosových skořápek, protože kokosové aktivované uhlíky mají nejlepší kvalitu čištění a nejvyšší absorpční kapacitu (kvůli přítomnosti více pórů a tedy i větší povrchové plochy), nejdelší životnost (kvůli vysoké tvrdosti a možnosti vícenásobné regenerace), nedostatek desorpce absorbovaných látek a nízký obsah popela.

Aktivní uhlí Carbonut se vyrábí od roku 1995 v Indii na automatizovaných a špičkových zařízeních. Výroba má strategicky důležité umístění, za prvé, v těsné blízkosti zdroje surovin - kokosu, a za druhé, v těsné blízkosti námořních přístavů. Kokos roste po celý rok a poskytuje nepřerušovaný zdroj kvalitních surovin ve velkém množství s minimálními náklady na dopravu. Blízkost námořních přístavů také zamezuje dalším logistickým nákladům. Všechny fáze technologického cyklu při výrobě aktivního uhlí Carbonut jsou přísně kontrolovány: jedná se o pečlivý výběr vstupních surovin, kontrolu hlavních parametrů po každé mezistupni výroby a kontrolu kvality konečného hotového výrobku v souladu se zavedenými normami. Aktivované uhlíky Carbonut se vyvážejí téměř do celého světa a díky vynikající kombinaci ceny a kvality je vysoká poptávka.

Dokumentace

K prohlížení dokumentace budete potřebovat Adobe Reader. Pokud ve svém počítači nemáte nainstalovanou aplikaci Adobe Reader, navštivte webovou stránku Adobe www.adobe.com, stáhněte a nainstalujte nejnovější verzi tohoto programu (program je zdarma). Proces instalace je jednoduchý a bude trvat jen několik minut, tento program vám bude v budoucnu užitečný.

Pokud chcete koupit aktivní uhlí v Moskvě, Moskevské oblasti, Mytišči, Petrohrad - kontaktujte manažery společnosti. Rovněž se dodávají do dalších oblastí Ruské federace.

Z čeho se uhlí vyrábí? Jaký je chemický vzorec uhlí

Uhlí je jedním z nejstarších paliv, které člověk zná. A dokonce i dnes zaujímá přední místo z hlediska objemu využití. Důvodem je jeho prevalence, snadnost extrakce, zpracování a použití. Ale co to je? Jaký je chemický vzorec uhlí?

Tato otázka ve skutečnosti není úplně správná. Uhlí není látka, je to směs různých látek. Je jich spousta, takže je nemožné úplně určit složení uhlí. Chemickým vzorcem uhlí v tomto článku tedy budeme rozumět spíše jeho elementární složení a některé další vlastnosti.

Ale co se můžeme dozvědět o stavu této látky? Uhlí se tvoří z rostlinných zbytků po mnoho let v důsledku vystavení vysokým teplotám a tlakům. A protože rostliny mají organickou povahu, bude ve složení uhlí převládat organická hmota.

V závislosti na věku a dalších podmínkách původu se uhlí dělí na několik druhů. Každý druh se vyznačuje základním složením, přítomností nečistot a dalšími důležitými vlastnostmi..

Hnědé uhlí

Je to nejmladší druh uhlí. Má dokonce rostlinnou dřevinnou strukturu. Vzniká přímo z rašeliny v hloubce asi 1 kilometr.

Tento druh uhlí obsahuje poměrně velké množství vlhkosti: od 20 do 40%. Při vystavení vzduchu se odpaří a uhlí se rozpadne na prášek. Dále si povíme o chemickém složení tohoto konkrétního suchého zbytku. Množství anorganických nečistot v hnědém uhlí je také velké a činí 20 - 45%. Těmito nečistotami jsou oxid křemičitý, oxidy hliníku, vápníku a železa. Může také obsahovat oxidy alkalických kovů.

V tomto uhlí je mnoho těkavých organických a anorganických látek. Mohou tvořit až polovinu hmotnosti tohoto typu uhlí. Elementární složení minus anorganické a těkavé látky je následující:

  • Uhlík 50-75%.
  • Kyslík 26-37%.
  • Vodík 3-5%.
  • Dusík 0-2%.
  • Síra 0,5 - 3%.

Uhlí

V době vzniku je tento druh uhlí hned po hnědé. Má černou nebo šedočernou barvu, stejně jako pryskyřičný, někdy kovový lesk.

Obsah vlhkosti v uhlí je mnohem nižší než v hnědém uhlí: pouze 1–12%. Obsah těkavých látek v uhlí se velmi liší v závislosti na tom, kde se těží. Může být minimální (od 2%), ale může také dosahovat hodnot podobných hnědému uhlí (až 48%). Základní složení je následující:

  • Uhlík 75-92%.
  • Vodík 2,5-5,7%.
  • Kyslík 1,5-15%.
  • Dusík až 2,7%.
  • Síra 0-4%.

Lze tedy dojít k závěru, že chemický vzorec živičného uhlí sestává z většího množství uhlíku než hnědého uhlí. Díky tomu je tento druh uhlí lepším palivem..

Antracit

Antracit je nejstarší formou fosilního uhlí. Má tmavě černou barvu a charakteristický kovový lesk. Jedná se o nejlepší uhlí z hlediska množství tepla, které vytváří při spalování..

Množství vlhkosti a těkavých látek v něm je velmi malé. Asi 5-7% pro každý indikátor. A elementární složení se vyznačuje extrémně vysokým obsahem uhlíku:

  • Uhlík přes 90%.
  • Vodík 1-3%.
  • Kyslík 1-1,5%.
  • Dusík 1-1,5%.
  • Síra až 0,8%.

Více uhlí je obsaženo pouze v grafitu, který je dalším stupněm antracitového zuhelňování..

Dřevěné uhlí

Tento druh uhlí není fosilní, takže má určité zvláštnosti ve svém složení. Vyrábí se zahříváním suchého dřeva na teplotu 450–500 oC bez přístupu vzduchu. Tento proces se nazývá pyrolýza. Během něj se ze dřeva uvolňuje řada látek: methanol, aceton, kyselina octová a další, poté se přemění na uhlí. Mimochodem, spalování dřeva je také pyrolýza, ale kvůli přítomnosti kyslíku ve vzduchu se emitované plyny vznítí. To určuje přítomnost plamenů během spalování.

Dřevo není homogenní, má mnoho pórů a kapilár. Podobná struktura je částečně zachována i v uhlí z ní získaného. Z tohoto důvodu má dobrou adsorpční kapacitu a používá se spolu s aktivním uhlím..

Obsah vlhkosti v tomto typu uhlí je velmi nízký (asi 3%), ale při dlouhodobém skladování absorbuje vlhkost ze vzduchu a procento vody stoupá na 7-15%. Obsah anorganických nečistot a těkavých látek je regulován GOST a neměl by být vyšší než 3%, respektive 20%. Elementární složení závisí na výrobní technologii a vypadá takto:

  • Uhlík 80-92%.
  • Kyslík 5-15%.
  • Vodík 4-5%.
  • Dusík

Chemický vzorec dřevěného uhlí ukazuje, že pokud jde o obsah uhlíku, je blízký kamennému uhlí, ale navíc má jen malé množství prvků zbytečných pro spalování (síra a dusík).

Aktivní uhlí

Aktivní uhlí je typ uhlíku s vysoce specifickým povrchem pórů, díky kterému je ještě více adsorpční než dřevěné uhlí. Uhlí a uhlí, stejně jako kokosové skořápky, se používají jako suroviny pro jeho výrobu. Výchozí materiál je podroben procesu aktivace. Jeho podstatou je otevírání ucpaných pórů působením vysoké teploty, roztoků elektrolytů nebo vodní páry..

Během procesu aktivace se mění pouze struktura látky, proto je chemický vzorec aktivního uhlí shodný se složením suroviny, ze které byl vyroben. Obsah vlhkosti v aktivním uhlí závisí na specifickém povrchu pórů a je obvykle nižší než 12%.

Aktivní uhlí. Vlastnosti, aplikační a výrobní technologie

Autor práce: Uživatel skryl jméno, 6. června 2014 v 19:57, abstrakt

Stručný popis

Aktivní uhlí (Carbo activatus - lat.) - uhlí s vyvinutým vnitřním povrchem a vysokou adsorpční schopností.
Aktivní uhlí jsou porézní uhlíková tělesa, zrnitá (zrnitá) a práškovitá. Užitečné vlastnosti uhlí byly známy již ve starověkém Egyptě, kde se uhlí pro léčebné účely používalo již od roku 1500 před naším letopočtem. Staří Římané také používali uhlí k čištění vody, piva a vína. V současné době zaujímají aktivované uhlíky přední místo mezi filtračními materiály. Oblast použití aktivovaných uhlíků se značně rozšířila. Aktivní uhlí hraje důležitou roli při ochraně životního prostředí.

Přiložené soubory: 1 soubor

aktivnye_ugli_svoistva_poluchenie_primenenie.doc

Ministerstvo školství a vědy Ruské federace

Státní vzdělávací instituce

Vyšší odborné vzdělání

„Omsk State Technical University“

na téma:
"Aktivní uhlíky." Vlastnosti, aplikační a výrobní technologie "

Úvod

Aktivní uhlí (Carbo activatus - lat.) - uhlí s vyvinutým vnitřním povrchem a vysokou adsorpční schopností.

Aktivní uhlí jsou porézní uhlíková tělesa, zrnitá (zrnitá) a práškovitá. Užitečné vlastnosti uhlí byly známy již ve starověkém Egyptě, kde se uhlí pro léčebné účely používalo již od roku 1500 před naším letopočtem. Staří Římané také používali uhlí k čištění vody, piva a vína. V současné době zaujímají aktivované uhlíky přední místo mezi filtračními materiály. Oblast použití aktivovaných uhlíků se značně rozšířila. Aktivní uhlí hraje důležitou roli při ochraně životního prostředí.

Aktivní uhlí má vysoce vyvinutý povrch, díky tomu absorbuje (adsorbuje) mnoho látek (zejména dobře uhlovodíky a jejich deriváty, slabší - alkohol, amoniak, voda a další polární látky). Aktivní uhlí s jemnými póry se získává tepelným rozkladem (karbonizací bez přístupu vzduchu) některých polymerů.

Velikosti pórů se pohybují od 1,6 nm (měrný povrch dosahuje 1000 m2 / g) do 200 nebo více nm (měrný povrch je asi 1 m2 / g). Aktivní uhlí s jemnými póry se dobře adsorbuje i při nízkých koncentracích nebo nízkých parciálních tlacích. Aktivní uhlí s velkými póry je charakterizováno fenoménem kapilární kondenzace.

Struktura a vlastnosti aktivovaných uhlíků

Zpočátku bylo aktivní uhlí obvykle používáno pro amorfní typ uhlíku a pouze Hoffmannova rentgenová difrakční analýza poprvé ukázala, že tyto částice jsou krystaly o velikosti 1–3 nm. Aktivní uhlí tedy v současnosti patří do skupiny mikrokrystalických odrůd uhlíku. Ačkoli grafitové krystaly sestávají z rovin dlouhých 2–3 nm tvořených šestičlennými kruhy, je orientace jednotlivých mřížkových rovin vůči sobě, typická pro grafit, porušena. To znamená, že vrstvy v aktivních uhlích jsou vzájemně náhodně posunuty a neshodují se ve směru kolmém k rovině vrstev (obr. 1).

Obrázek 1 - Struktura grafitových vrstev:

a - uspořádaná struktura v grafitu; b - neuspořádaná struktura v mikrokrystalickém uhlíku (aktivní uhlí).

Vlastnosti struktury porézních uhlíkových materiálů jsou spojeny s typem vazeb atomů uhlíku. V základním stavu má atom uhlíku elektronickou konfiguraci 1s22s22p2 se dvěma nepárovými elektrony. Uhlík je charakterizován tvorbou 4 kovalentních vazeb, která je spojena s hybridizací 2s a 2p elektronů s tvorbou hybridizovaných sp3, sp2 a sp vazeb s různými energetickými a geometrickými charakteristikami. Aktivované uhlíky patří do modelu sloučenin uhlíku s sp2-hybridizací. Během sp2 hybridizace se vytvářejí vazby 1π a 3σ, umístěné ve stejné rovině s úhlem vazby 1200. Uhlíkové sloučeniny s hybridizací sp2 („trigonální uhlík“) jsou charakterizovány plochou strukturou, jako například v grafitu. S nárůstem velikosti molekul (sp2 - hybridizace) existuje tendence k jejich spontánnímu shlukování do struktur, jako je „balíček karet“.

Vzdálenost mezi vrstvami je větší než vzdálenost grafitu (0,3354 nm) a pohybuje se v rozmezí 0,344 až 0,365 nm. Průměr stavebního prvku uzavřeného v jedné rovině je 2,0-2,5 nm a někdy i více. Výška vrstvy je 1,0 - 1,3 nm. Grafitové krystaly v aktivním uhlí tedy obsahují 3-4 paralelní uhlíkové vrstvy.

Chemickým potvrzením grafitové struktury aktivních uhlíků je možnost tvorby intersticiálních sloučenin.

Vzhledem k přítomnosti uspořádané grafitové struktury se aktivní uhlí obvykle vyznačuje znatelnou elektrickou vodivostí. Částečně to závisí na aktivační teplotě a zvyšuje se při vysokých teplotách, protože se odstraňují povrchové kyslíkové sloučeniny působící jako izolátory a vytvářejí se větší elementární krystaly..

Kromě grafitových krystalitů obsahují aktivní uhlíky jednu až dvě třetiny amorfního uhlíku; spolu s tím jsou přítomny heteroatomy, zejména kyslík. U uhlí získávaného ze surovin bohatých na kyslík je obsah těchto uhlí také velmi vysoký..

Nehomogenní hmota, sestávající z grafitových krystalitů a amorfního uhlíku, vede k neobvyklé struktuře aktivních uhlíků. Mezi jednotlivými částicemi se objevují trhliny a trhliny (póry) o šířce asi 10-10-10-8 m. Přenos hmoty probíhá tímto systémem pórů ve všech procesech probíhajících na vnitřním povrchu materiálu obsahujícího uhlík. U aktivního uhlí dominují póry ve tvaru písmene V a štěrbinové póry spolu s nepravidelnými póry. Většina průmyslových aktivních uhlíků obsahuje póry různých tvarů současně. Mnoho studií navíc dokazuje existenci takzvaných lahvovitých pórů s úzkými vstupy, které se tvoří zejména v klasickém procesu aktivace chloridem zinečnatým.

Distribuce pórů podél poloměrů v jednotlivých aktivních uhlících může být velmi odlišná. V souladu s tím se rozlišuje mezi aktivními uhlíky s velkými póry, které však vždy obsahují jemné póry, a aktivními uhlíky s malými póry, které kromě mikroporů mohou zahrnovat také velké póry..

Mezoporozita a makroporozita je nejčastěji dána vlastnostmi výchozích materiálů a podmínkami jejich zpracování. Malá velikost povrchu naznačuje, že makropóry nehrají významnou roli v množství adsorpce; v tomto případě jsou to pouze transportní póry pro malé molekuly, kterými adsorbované látky pronikají hluboko do zrna..

Kvůli přítomnosti pórů mají uhlíkové materiály vysoký specifický povrch a schopnost absorbovat (adsorbovat) různé látky z kapalin a plynů. Schopnost uhlíkových materiálů adsorbovat různé molekuly je dána strukturou jejich povrchu, povahou a koncentrací povrchových reaktivních skupin.

Tabulka 1 - Typická distribuce pórů v aktivních uhlících (objem pórů
v ml / g)

Uhlíkové molekulární síto

Aktivní koks je specifický produkt charakterizovaný obzvláště homogenní distribucí mikropórů. Uhlíková molekulární síta dosud nenašla široké uplatnění v adsorpční technologii, zjevně kvůli jejich vysokým nákladům..

V současné době je stále nemožné získat optický obraz systému mikropór s aktivním uhlím. Dokonce i při extrémně vysokém zvětšení mohou obrazy elektronového mikroskopu rozlišovat pouze póry o průměru asi 10 nm.

Obecně je povrch uhlíkových sorbentů heterogenní jak z geometrického, tak z energetického hlediska. Atomy uhlíku na povrchu sorbentu jsou v jiném elektronickém stavu než atomy v sypké fázi, zejména v místech defektů krystalové mřížky, v rozích, tvářích a hranách krystalitů. Přítomnost volných valencí těchto atomů usnadňuje chemické a sorpční interakce s různými látkami. Elementární analýza ukazuje, že v uhlíkovém skeletu aktivního uhlí může být přítomen určitý počet cizích atomů (vodík, kyslík, dusík)..

Výzkum prokázal, že tyto cizí atomy jsou chemicky vázány na uhlík. Z výše uvedeného popisu krystalové struktury vyplývá, že svazky vrstev obsahují atomy uhlíku na okrajích s nenasycenými chemickými vazbami. V důsledku tohoto energetického stavu „aktivních center“, která rovněž zahrnují defekty krystalové mřížky, probíhají výměnné reakce s kyslíkem a vodíkem z okolní atmosféry i při relativně nízkých teplotách. Reaktivita aktivního uhlí se projevuje v jeho schopnosti absorbovat při kontaktu s určitými látkami spolu s kyslíkem a vodíkem také další heteroatomy. Při kontaktu s plynnou fází obsahující elementární chlor tedy aktivní uhlí vytváří s chlorem homeopolární sloučeniny uhlíku; při zahřátí se sloučeniny obsahující organický chlor rozkládají a aktivované uhlíky po určitých odsiřovacích procesech mohou obsahovat několik procent chemicky vázané síry; konvenční desorpce síry extrakcí nebo zahříváním je v tomto případě nemožná a pouze destruktivní hydrogenace zajišťuje přeměnu síry na těkavý sirovodík.

Kyslíkové komplexy mikrokrystalického uhlíku, tzv. Povrchové oxidy, silně ovlivňují polární vlastnosti povrchu uhlíku a jeho adsorpční kapacitu, a proto přitahují neustálou pozornost výzkumných pracovníků. Polarita povrchu povrchových sloučenin kyslíku obsahujících aktivní uhlí způsobuje intenzivní adsorpci vodní páry z atmosféry vlhkého plynu, zatímco absorpce dalších par nebo plynů může být zpomalena. V kapalné fázi závisí selektivní adsorpční kapacita aktivních uhlíků na různých polárních látkách na těchto povrchových sloučeninách. Proto jsou povrchové sloučeniny kyslíku důležité také z praktického hlediska..

Hlavními strukturálními charakteristikami všech porézních těles jsou efektivní průměr pórů (poloměr) dp (rp), specifický povrch Ssp a specifický objem pórů Vp (na jednotku hmotnosti). V jednom vzorku se póry mohou lišit jak velikostí, tak tvarem..

U jedné a téže pevné látky s odlišnou povahou chemického povrchu se specifický povrch Ssp může významně lišit, což souvisí se stupněm a povahou pórovitosti. Ve většině porézních těles je vnitřní povrch o několik řádů větší než vnější.

Specifický povrch je průměrnou charakteristikou porozity (disperzity) odpovídajících porézních nebo jemně rozdělených (dispergovaných) pevných látek. Specifická povrchová plocha se skládá ze součtu vnějšího (viditelného) povrchu a vnitřního (neviditelného) geometrického povrchu pórů na jednotku hmotnosti porézního tělesa. Protože u těles s rozvinutou pórovitostí hlavní povrchová plocha padá na povrch pórů, specifický povrch je přímo úměrný jejich průměru nebo velikosti částic, které tvoří pevnou látku určité hmotnosti. Po určení objemu pórů z měření adsorpce a znalosti jejich průměru lze přibližně odhadnout konkrétní povrchovou plochu:

Ssp = 4000Vp / dp, (1,1)

kde Vp - objem pórů, cm3 / g, dp - průměrný průměr pórů, nm.

Kompletní analýza porézní struktury sorbentu se provádí pomocí souboru fyzikálních a fyzikálně-chemických metod: optické nebo elektronové mikroskopie, rentgenové difrakční analýzy, adsorpčních metod, hydromechanické metody a metody rtuťové porosimetrie..

Nejběžnějšími metodami pro stanovení měrného povrchu jsou měření adsorpce plynů, kapalin nebo jakýchkoli sloučenin z plynné fáze nebo kapalné fáze a rtuťová porozimetrie. Navzdory velkému počtu rovnic navržených k popisu adsorpční izotermy je široce používána Brunauerova, Emmettova a Taylorova rovnice (metoda BET). Lineární forma základní rovnice BET je:

kde Р je rovnovážný tlak, je tlak nasycených par při teplotě měření, je množství adsorbovaného plynu (páry) při rovnovážném tlaku, mol / g, je kapacita monovrstvy na povrchu (počet mol adsorbátu potřebný k pokrytí povrchu hustou monovrstvou adsorbovaných molekul na 1 g adsorbentu), C je konstanta, která je funkcí adsorpčního tepla a závisí na povaze povrchu.

Pro C ≥ 1 a malé hodnoty P se BET rovnice transformuje do Langmuirovy rovnice.

Ze známých dat lze vypočítat hodnotu Vm a specifický povrch lze určit pomocí rovnice:

SBET = VmwmNA10-18 (1,3)

kde SBET je specifický povrch podle metody BET, m2 / g, wm je adsorpční plocha obsazená molekulou na povrchu (autoři metody určili wm pro dusík při 77 K rovné 0,162 nm2), NA je číslo Avogadro (6,02 * 1023), mol- 1.

Nejběžnější metodou pro stanovení strukturních charakteristik porézních těles je metoda nízkoteplotní adsorpce.

Podle velikosti a tvaru částic se aktivované uhlí rozdělí na:

    • zrnitý;
    • drcený;
    • práškový.

Granulované uhlí se obvykle vyrábí ve formě válců o průměru 2 - 5 mm a výška válce je vždy větší než průměr. Granulované uhlí se používá hlavně v zařízeních s pevným ložem adsorbentu pro čištění a separaci procesních proudů v plynné fázi. Ke zvýšení intenzity přenosu hmoty se granulované uhlí někdy drtí a po prosetí se získají úzké frakce. Drcené rohy se používají ve všech verzích adsorpčních procesů: při provádění procesů: jak v plynné, tak v kapalné fázi, se stacionárním, pohyblivým nebo fluidním ložem adsorbentu.