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.
Что такое активированный уголь?
Активированный уголь получают из углеродсодержащего исходного сырья, прошедшего процесс карбонизации и парогазовой активации. Исходным сырьем может быть древесина, бамбук, скорлупа кокосовых орехов, персиковые косточки, каменноугольный кокс, нефтяной кокс, торф.
После процесса карбонизации, нагрева исходного сырья без доступа воздуха, получают обычный уголь, «шашлычный». Но обычный уголь — это не то же самое, что активированный уголь. Обычный уголь должен быть активирован.
Активация угля — это 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.
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.
Одна чайная ложка активированного угля (5 г) имеет площадь поверхности размером с футбольное поле.
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.
Применение активированного угля
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.
Эффективность очистки активированного угля во многом обусловлена его невероятной площадью внутренней поверхности. Кроме фильтрации воды активированный уголь применяется и в других сферах.
Медицина. Для проведения гемосорбции – это метод очищения крови от токсинов с помощью активированного угля или ионообменных смол. Для облегчения симптомов интоксикации, отравлений, расстройства желудка и как противодиарейное средство (капсулы и таблетки угля).
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.
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.
Газоочистка. Для очистки воздуха, газов, паров, вентвыбросов, рекуперации паров растворителей.
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.
| C8H10N4O2
|
! 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, БАУ-А, ДАК)
- Кокосовый (МАУ-200, NWC, Silcarbon, Каусорб)
- Каменноугольный (МАУ-3ПТ, АГ-3, АГ-В, Даусорб, Сорбер, Silcarbon, NWM)
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.