Активированный уголь, свойства, применение

Активированный уголь используется как сорбент в водоподготовке и на промышленных очистных сооружениях благодаря его способности эффективно очищать от широкого спектра загрязняющих веществ: нефтепродукты, фенол, хлор, пестициды, растворенные и эмульгированные органические вещества, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), некоторые тяжелые металлы.

Активированный уголь — это уникальный материал, который находит широкое применение в очистке сточных вод, воздухоочистке, в различных отраслях промышленности, медицине, сельском хозяйстве и быту. Благодаря своим адсорбционным свойствам, он эффективно очищает жидкости и газы от широкого спектра загрязняющих веществ, включая нефтепродукты, фенолы, хлор, пестициды, тяжелые металлы и органические соединения. В этой статье мы подробно рассмотрим, что такое активированный уголь, как его производят, каковы его свойства и где он применяется, а также расскажем о продукции компании НПП Полихим модифицированных азотсодержащих углях МАУ.

Что такое активированный уголь?

Активированный уголь — это пористое углеродное вещество, получаемое из углеродсодержащего сырья, такого как древесина, скорлупа кокосовых орехов, каменный уголь, торф или нефтяной кокс. Процесс производства включает два основных этапа: карбонизацию и активацию.

Карбонизация — это нагрев сырья без доступа воздуха при температуре 400–600 °C. В результате образуется обычный уголь, который еще не обладает высокой адсорбционной способностью.
Активация — это дальнейшая обработка угля, нагрев и прокаливание сырья при 800 – 1000 ⁰С и обработка водяным паром, углекислым газом (парогазовый метод) или химическим реагентом (термохимический метод). Применяют, гидроксиды щелочных металлов, карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов, оксид кальция, хлориды, кислоты, роданистый аммоний, роданистый калий или натрий, карбамид (мочевину) или тиомочевину.

При активации все смолистые и летучие соединения заполняющие поры угля удаляются, поверхность расслаивается, появляются и раскрываются дополнительные поры, увеличивая общую площадь внутренней поверхности, и появляются те самые свойства, за которые и ценится активированный уголь. Именно благодаря высокой пористости и огромной площади поверхности (до 1500 м²/г) активированный уголь обладает выдающимися адсорбционными свойствами. Для сравнения: одна чайная ложка активированного угля (5 г) имеет площадь поверхности, сопоставимую с футбольным полем.

Одна чайная ложка активированного угля (5 г) имеет площадь поверхности размером с футбольное поле.

Основным применением активного угля является удаление примесей из газов и жидкостей с помощью процесса адсорбции.

Адсорбция — это процесс, при котором газообразные или растворенные в воде вещества концентрируются на поверхности адсорбента (активированного угля) с высокой пористостью и большой площадью поверхности. Отличие адсорбции от абсорбции в том, что при адсорбции вещества концентрируются только на поверхности адсорбента, а при абсорбции вещества поглощаются всем объемом абсорбента (обычно это жидкость).

Активированный уголь обладает самой большой площадью адсорбирующей поверхности среди всех известных материалов. Площадь поверхности, объем пор и структура пор, являются основными элементами, определяющими адсорбционную способность активного угля.

Общая внутренняя поверхность активированных углей МАУ-2А, МАУ-200, МАУ-3ПТ производства НПП Полихим составляет 900-800 м²/г.

Поры делятся на виды по размерам:

микропоры (<2 нм);
мезопоры (2-50 нм);
макропоры (>50 нм).

Обычный уголь имеет в основном мезопоры и макропоры и значительно меньшую площадь внутренней поверхности, он может использоваться для очистки сточных вод, но его эффективность ниже, чем у активированного угля.

Активированный уголь имеет в основном микропоры и мезопоры, площадь внутренней поверхности некоторых образцов может доходить до 1500 м²/г. Благодаря уникальному сочетанию диаметров пор и большой площади внутренней поверхности активированный уголь популярен в газоочистке и очистке сточных вод.

Активированный уголь может подвергаться дальнейшей химической обработке для повышения его адсорбционных свойств.

Свойства активированного угля

Основные свойства активированного угля, которые делают его незаменимым в различных сферах, включают:

Высокая адсорбционная способность. Активированный уголь способен удерживать на своей поверхности молекулы различных веществ, включая органические соединения, газы и тяжелые металлы.
Большая площадь внутренней поверхности. Микропоры и мезопоры обеспечивают основную адсорбционную способность.
Механическая прочность. Гранулированный активированный уголь устойчив к истиранию, что делает его пригодным для использования в системах напорной фильтрации.
Химическая инертность. Активированный уголь не вступает в химические реакции с большинством веществ, что позволяет использовать его в агрессивных средах.

Применение активированного угля

Активированный уголь находит применение в самых разных областях благодаря своей универсальности и эффективности. Эффективность очистки активированного угля во многом обусловлена его невероятной площадью внутренней поверхности. Рассмотрим основные сферы его использования.

1. Очистка воды и водоподготовка

Фильтры с активированным углем используются и в промышленных очистных сооружениях, и в бытовых фильтрах благодаря его способности адсорбировать широкий спектр загрязняющих веществ. На промышленных очистных сооружениях угольный сорбент обычно используется на заключительной стадии процесса очистки перед обеззараживанием сточных вод. Кроме фильтрации воды активированный уголь применяется и в других сферах.

2. Медицина

В медицине активированный уголь используется для лечения отравлений, интоксикаций и расстройств желудочно-кишечного тракта (капсулы и таблетки угля). Он также применяется в процедуре гемосорбции — очистки крови от токсинов.

3. Сельское хозяйство

В животноводстве уголь служит добавкой к кормам для животных. Вносится для улучшения плодородия почвы как почвоулучшитель, может использоваться как сорбент совместно с микроорганизмами-деструкторами для очистки загрязненных органическими химикатами почв.

4. Косметика и бытовая химия

Активированный уголь – популярный ингредиент в шампунях, зубных пастах, средствах для умывания и масках, тониках для лица. Выпускаются зубные щетки с угольным напылением, спонжи для умывания. Считается, что уголь за счет адсорбирующих свойств обладает хорошими очищающими свойствами, уменьшает жирность кожи, помогает в борьбе с расширенными порами и черными точками. Выпускаются бытовые чистящие средства с углем, средства для мыться посуды, используется при химчистке одежды.

5. Газоочистка

Активированный уголь используется для очистки воздуха, газов и промышленных выбросов. Он эффективно удаляет вредные вещества, такие как пары растворителей, сероводород и другие токсичные соединения.

6. Промышленность

В химической промышленности, в нефтегазовой, в золотодобыче, при производстве продуктов питания, в пивоварении, на ликеро-водочном производстве, производстве соков и напитков, очистка крахмалопаточных растворов, сахарных сиропов, глюкозы. Выпускают хлеб, мороженое, конфеты с активированным углем.

! Декофеинизация кофе швейцарским способом (Swiss Water Process) производится с помощью угольных фильтров. Это самый дорогой и самый экологичный способ. Из кофейных зерен удаляется 99,9% кофеина, но при этом сохраняются и вкус, и аромат обычного кофе.

Формы, виды и основные характеристики активированного угля

Три основные формы активированного угля.

Дробленый активированный уголь — частицы размером от 0,2 до 5 мм неправильной пирамидальной формы. Обладает развернутым пористым пространством.
Порошковый активированный уголь — угольная пыль, основное применение в водоподготовке, для осветления воды, удаления почти всех неприятных вкусов и запахов.
Гранулированный активированный уголь — гранулы цилиндрической формы от 0,8 до 5 мм. Очистка воздуха, газоочистка, очистка воды: напорная фильтрация из-за низкого гидравлического сопротивления, высокой механической прочности.

По виду сырья:

Древесный (МАУ-2А, УКС)
Кокосовый (МАУ-200)
Каменноугольный (МАУ-3ПТ)

Основные характеристики:

Сорбционная емкость, мг/г, (по йоду, по метиленовому голубому, по нефтепродуктам (маслу турбинному, по СПАВ). Количество вещества в мг, которое может адсорбировать 1 грамм активированного угля.
Размер частиц активного угля, мм.
Общая внутренняя поверхность по БЭТ, м²/г. Площадь внутренней поверхности на 1 г активированного угля, характеризует адсорбционные свойства.
Прочность, %. Активные угли с низкой прочностью на истирание крошатся при использовании, маленький срок службы в системах напорной фильтрации, большие потери при регенерации.

Продукция НПП Полихим

Компания НПП Полихим является одним из ведущих производителей активированного угля в России. В ассортименте компании представлены следующие марки активированного угля:

МАУ-2А — древесный активированный уголь, используется для безнапорной фильтрации сточных вод. Ливневые очистные сооружения: фильтр-патроны для ливневой канализации, комплексные ливневые очистные сооружения КОС, ДАМБА, сорбционные фильтры, нефтеуловитель с сорбционным фильтром.
МАУ-200 — кокосовый активированный уголь, отличающийся высокой прочностью и адсорбционной способностью. Используется для напорной фильтрации, в промышленных очистных сооружениях ЭХО-К, очистных сооружениях для автомоек ОСА.
МАУ-3ПТ — каменноугольный активированный уголь, преимущество — низкое гидравлическое сопротивление в напорных фильтрах, а также возможность неоднократной термической реактивации с восстановлением фильтрующих характеристик. Используется для напорной фильтрации, в промышленных очистных сооружениях ЭХО-К, очистных сооружениях для автомоек ОСА, для водоподготовки.
УКС — древесный активированный уголь, обеспечивает очистку ливневых сточных вод с городских территорий до нормативных требований к качеству очищенной воды в большинстве случаев. Используется для безнапорной фильтрации, в фильтр-патронах для ливневой канализации.

НПП Полихим производит активированные угли марок МАУ-2А, МАУ-200 и МАУ-3ПТ по запатентованной технологии (патент RU 2622660). Наш процесс активации сочетает химическую и парогазовую обработку, что позволяет достичь уникальных характеристик продукции. На нашем производстве в г. Сосновый Бор активация и регенерация углей проводится в электропечи. Этот тип печей предназначен для получения медицинских сорбентов и для технологических процессов нагрева сыпучих материалов при температуре в зонах нагрева до 850 ⁰С (макс. 900 ⁰С) в среде углекислого газа.

Основные характеристики продукции НПП Полихим:

Сорбционная емкость: до 900–1200 мг/г (по йоду).
Площадь внутренней поверхности: 900 м²/г.
Механическая прочность: до 98%.

Активированный уголь можно регенерировать (паром, горячей водой, растворителями, растворами солей и др.), то есть отработанный уголь можно переработать для повторного использования. Потери при регенерации составляют 10% от исходного количества.

Активированный уголь — это уникальный материал, который играет важную роль в очистке воды, воздуха, газов и других сред. НПП Полихим — это производитель высококачественных активированных углей, которые широко применяются в промышленности, очистке сточных вод и водоподготовке. Наша продукция — это результат многолетних исследований, инновационных технологий и строгого контроля качества.