Carboni activi

Cărbful activ sau activ este un adsorbant poros care este fabricat din materiale organice care conțin carbon. Tehnologia de producție a cărbunelui activ este un proces lung, care constă în mai multe etape. Adsorbantul cu carbon activ este o substanță cu o compoziție foarte poroasă. Este produsă dintr-o varietate de materiale organice în care există cărbune. Adesea, carbonul activ este produs din cărbune, turbă (cocs de turbă), cocs de cărbune, nuc, coajă de nucă de cocos, sâmburi de măsline, caise și multe alte plante.

clasificare

Adsorbantul activ este subdivizat:

• în funcție de tipul de material din care se fabrică producția de carbon activ: lemn, coji de nucă de cocos, cărbune și așa mai departe;
• la destinație: limpezirea gazelor, purtătorilor de carbon ai catalizatorilor cu calitățile sorbentului chimic;
• prin metoda de activare: metoda de abur și termochemie;
• sub formă de eliberare: carbon activ granulat (pulverizat), pulbere, cărbune activ turnat, cărbune extrudat (granule sub formă de cilindri) și țesătură care este impregnată cu cărbune.

Carbonii activi sunt clasificați în trei categorii de pori: micropori (de la 0,6 la 0,7 nanometri), mezopori (1,5-100-200 nanometri), macropori (> 100-200 nanometri). Primul și al doilea tip de pori sunt considerate componentele principale ale suprafeței carbonului activ. Din acest motiv, ele joacă un rol important în proprietățile de adsorbție a cărbunelui. Microporii se descurcă bine cu adsorbția moleculelor organice mici, iar mezoporii - molecule mai mari.

Suprafața specifică a cărbunelui activ depinde de dimensiunea porilor. Adsorbantul, care are porii subțiri, absoarbe bine, având chiar o concentrație scăzută și o presiune parțială parțială a aburului. Substanța activă cu pori largi este caracterizată prin condensare capilară.

Dimensiunile suprafeței absorbante specifice a carbonului activ și a porilor largi permit utilizarea eficientă a adsorbantului pentru purificarea eficientă a gazelor și a lichidelor din diferite tipuri de impurități. Cantitatea de impurități pe care le mănâncă cărbunele poate varia de la cele mai mici molecule la moleculele de uleiuri, produse petroliere, grăsimi, compuși organici cu clor.

Echipamentele pentru producerea de carbon activ sunt prezentate într-o gamă largă. Pentru obținerea adsorbantului se folosesc cuptoare speciale de diferite tipuri și modele. Cel mai adesea, instalația de carbon activ utilizează arbori, cuptoare rotative verticale și orizontale, sobe cu mai multe rafturi și reactoare cu pat fluidizat.

Etapele procesului

Producția cărbunelui din materiale de origine organică este împărțită în mai multe etape. Astfel, tehnologia producerii de carbon activ include următoarele activități succesive:

1. Carbonatare. Acest proces este o ardere (tratament termic) a materiilor prime în condiții inerte fără aer folosind temperatura ridicată. După carbonizare se dovedește - carbonizat, acesta este cărbunele, care are foarte puține calități de adsorbție datorită suprafeței interioare mici și dimensiunilor mici. Carbonizatul este supus la strivire și activare, pentru a obține o structură specială a substanței și o creștere semnificativă a adsorbției.
2. Câteva cuvinte despre pre-zdrobire. Carbonul activat obținut după carbonizare trebuie zdrobit. Dimensiunile sale inițiale sunt de 30-150 milimetri, iar activarea eficientă a adsorbantului este împiedicată datorită unor astfel de fracții mari. Prin urmare, carbonizați bine zdrobiți la dimensiunile fracțiilor de 4-10 milimetri.
3. Linia de producție a carbonului activ include un proces de activare care se realizează utilizând două tehnici de bază:

• Activarea chimică pentru fabricarea carbonului activ implică tratarea substanțelor cu săruri care produc un gaz de activare atunci când este expus la temperaturi ridicate. Activatorul poate fi nitrați, sulfați, carbonați, acid sulfuric, fosforic sau acid azotic. Producția de cărbune activ utilizând această metodă se realizează la o temperatură de 200-650 ° C;
• Activarea vaporilor de gaze se realizează exclusiv sub control strict, la o temperatură cuprinsă între 800 și 1000 ° C. În rolul oxizilor în momentul activării cărbunelui cu abur, sunt vaporii de apă și dioxidul de carbon. Interacțiunea dintre abur și carbon este accelerată de oxizi și carbonați de metale alcaline. Având în vedere acest fapt, acestea sunt adăugate periodic în doze mici la materia primă. Compușii de cupru sunt, de asemenea, utilizați ca catalizatori. Obținerea cărbunelui activ din carbonizați folosind tehnica de abur-gaz face posibilă obținerea unui adsorbant puternic cu o suprafață de maximum 1500 m2 pe gram de cărbune. Adevărat, nu întreaga zonă poate fi utilizată pentru absorbție, deoarece moleculele mari ale substanței adsorbite nu vor cădea în pori mici.

Utilizarea carbonului activ

Aplicarea în producția de carbon activ crește în fiecare zi. Capacitatea de adsorbție a cărbunelui vă permite să epurați rapid și eficient apele uzate și gazele reziduale. În plus, este principalul adsorbant al gazelor radioactive și al apelor din centralele nucleare.

De asemenea, carbonul activ a găsit aplicații în domenii precum:

• Adsorbția apei de proces și a apei potabile;
• Utilizarea în industria chimică;
• Recuperarea (returnarea unei părți din materii prime sau energie pentru utilizare secundară în aceeași procedură tehnologică) a solvenților;
• Utilizarea carbonului activ în scopuri medicale. Purificarea sângelui și a corpului ca întreg de bacterii, substanțe toxice;
• Pentru exploatarea aurului;
• Ca produs cosmetic pentru luminarea pielii pe față;
• Aditiv alimentar cu intoxicație;
• Pentru scăderea în greutate și dieta (nu este recomandată de experți).

Dacă aveți nevoie să cumpărați carbon activ pentru a filtra producția de Rusia, puteți contacta magazinele specializate pentru aceasta sau puteți efectua o achiziție prin Internet.

Carbon activat

Cărbunele activată sau carboactivatul este un tip de cărbune prelucrat, acoperit cu mici pori care măresc suprafața totală capabilă de absorbție sau reacții chimice. Activat este înlocuit uneori cu cuvântul activ.

Datorită microporozității ridicate, numai un gram de carbon activ are o suprafață activă ce depășește 500 m 2, stabilită utilizând izoterme de adsorbție a dioxidului de carbon la temperatura camerei sau 0 ° C. Un nivel de activitate suficient pentru utilizarea eficientă poate fi obținut numai dintr- suprafața, totuși, tratamentul chimic suplimentar îmbunătățește și proprietățile de adsorbție.

Cărbunele activat este de obicei produs din cărbune.

Video despre carbonul activat pentru pierderea în greutate

Utilizarea carbonului activ

Carbonul activ este utilizat pentru curățarea gazului, a apei, a apei, a decofeinei, a metalelor de extracție, în instalațiile de tratare a apei, medicamente, filtre de aer, măști și aparate respiratorii etc.

În industrie, carbonul activ este utilizat în principal în domeniul acoperirii metalice. Este utilizat pe scară largă în industria de galvanizare. De exemplu, atunci când curățați soluția pentru nichelare galvanică din impurități organice. Multe substanțe chimice organice sunt adăugate la soluțiile de galvanizare, pentru îmbunătățirea depozitării acestora, precum și pentru îmbunătățirea proprietăților, cum ar fi luminozitatea, netezimea, plasticitatea etc. În legătură cu trecerea curentului direct și a reacțiilor electrolitice de oxidare anodică și reducere catodică, aditivii organici creează un produs nedorit distrugerea în soluție. Formarea lor excesivă poate afecta negativ calitatea acoperirii și proprietățile fizice ale metalului tratat. Utilizarea carbonului activ elimină aceste impurități și restaurează proprietățile de galvanizare ale soluțiilor la nivelul dorit.

Carbonul activ, în proporție de 50% cu celită, este utilizat ca fază staționară, în separarea cromatografică a hidrocarburilor (mono-, di-, trisaccharide) și cu soluție de etanol (5-50%) ca fază mobilă în protocoalele analitice / pregătitoare.

Protecția mediului

Carbonul activ este capabil să elimine poluarea din apă și aer, atât în ​​câmp cât și în condiții industriale:

• eliminarea efectelor scurgerilor accidentale;
• recuperarea apelor subterane;
• filtrarea apei potabile;
• purificarea aerului;
• neutralizarea compușilor organici volatili din vopsire, curățare uscată, operațiuni de transfer de combustibil etc.

În 2007, Universitatea din Flandra de Vest (în Belgia) a început cercetarea privind tratarea apei pentru festivaluri. O mare facilitate de carbon activ a fost construită la locul Festivalului de Muzică Dranouter, în 2008, pentru a folosi această tehnologie pentru purificarea apei, la acest festival, pentru următorii 20 de ani.

De asemenea, carbonul activ este adesea folosit pentru măsurarea concentrațiilor de radon în aer.

Carbonul activat este utilizat pentru a trata intoxicația și supradozajul prin ingestie orală. Se crede că neutralizarea otrăvului și prevenirea absorbției sale de către tractul gastro-intestinal. În cazurile de otrăvire suspectată, medicii dau un carbon activ la fața locului sau în camera de urgență. Doza este, de obicei, de 1 gram pe kilogram de greutate corporală (de exemplu, adolescenți sau adulți li se administrează 50-100g), de obicei luate o singură dată, dar în funcție de otrăvire, pot fi luate de mai multe ori. În unele situații, carbonul activ este utilizat în terapia intensivă, prin filtrarea sângelui din substanțe nocive prin hemoporție. Carbonul activ a devenit preferabil în tratamentul multor otrăviri și al altor dezinfecții. Tehnici, cum ar fi luarea de emetice sau aspirarea conținutului de stomac sunt rareori utilizate acum.

Deși carbonul activ este util în tratamentul otrăvirii acute, acesta nu este la fel de eficient în acumularea de toxine pe termen lung, de exemplu, după utilizarea erbicidelor toxice.

• Adsorbția toxinelor prin cărbune, pentru a preveni absorbția acestora de către tractul gastro-intestinal. Această adsorbție este reversibilă, prin urmare, în timpul procedurii, pot fi adăugate doze de laxative (de exemplu, sorbitol).
• Aceasta va întrerupe circulația enterohepatică și enteroenterică a medicamentelor / toxinelor și a metabolitului acestora.

Utilizarea necorespunzătoare (de exemplu, în plămâni) poate provoca aspirație pulmonară, care uneori poate fi fatală dacă nu este tratată. Utilizarea cărbunelui activ este contraindicată în caz de otrăvire cu acizi, alcalii sau produse petroliere.

Pentru primul ajutor, există cărbune activat sub formă de tablete și capsule.

Acceptarea carbonului activ la consumul de alcool, reduce absorbția etanolului în sânge.

De la 5 la 15 mg de cărbune pe kilogram de corp, luată simultan cu 170 ml de etanol pur (

350 ml de vodcă sau 3 l de bere ușoară) într-o oră reduc conținutul de alcool din sânge. Cu toate acestea, au fost deja efectuate experimente care demonstrează că acest lucru nu este cazul, iar concentrația alcoolului din sânge, dimpotrivă, a crescut de la utilizarea carbonului activ.

Cookie-urile conținând cărbune au fost vândute în Anglia la începutul secolului al XIX-lea, inițial ca un remediu pentru balonare și probleme de stomac.

Tabletele sau capsulele de cărbune activ sunt folosite în multe țări și sunt vândute în farmacii fără prescripție medicală ca remediu pentru diaree, indigestie și balonare. Este, de asemenea, utilizat pentru a preveni diareea la pacienții cu cancer care primesc irinotecan. Utilizarea cărbunelui poate interfera cu absorbția anumitor medicamente, ceea ce duce la rezultate nesigure ale testelor medicale (de exemplu, sânge ascuns). Sunt vândute, de asemenea, furaje pentru animale care conțin cărbune activat.

Studiile au fost efectuate pe diferite tipuri de carbon activ, determinând capacitatea lor de a stoca gazele naturale și hidrogenul gazos. Material poros, funcționează ca un burete pentru diferite tipuri de gaze. Gazul este atras de suprafața cărbunelui, sub acțiunea forței van der Waals. Unele tipuri de cărbune pot rezista până la 5-10kJ per mol. Apoi, gazul poate fi desorbit, prin încălzirea cărbunelui și prins în foc pentru energie sau, în cazul hidrogenului, recuperat pentru a fi utilizat într-o celulă de combustie cu hidrogen.

Utilizarea cărbunelui activ este o metodă bună de stocare, deoarece gazul poate fi colectat la presiune scăzută și capătă un volum mai mic și o masă mai mică comparativ cu cilindrii mari sub presiune. Departamentul de Energie al Statelor Unite a identificat obiectivele specifice care trebuie atinse în domeniul cercetării și dezvoltării materialelor nanoporoase din carbon. În prezent, toate aceste obiective nu pot fi atinse, însă o serie de instituții continuă să lucreze în acest domeniu.

Filtrele cu carbon activ sunt utilizate în mod obișnuit pentru a curăța aerul și gazele din vapori de petrol, mirosuri sau alte hidrocarburi. Cel mai adesea, filtrele sunt proiectate în conformitate cu principiul purificării cu 1- și 2 etape, în care carbonul activ este în mediul de filtrare. Cărbunele activat este, de asemenea, utilizat în sistemele principale de susținere a costumelor de spațiu. Filtrele cu cărbune activ sunt utilizate pentru colectarea gazelor radioactive, din punctul de fierbere a apei în reactoare, cu condensatoare de apă. Aerul epuizat din condensatoare conține urme de gaze radioactive. Bilele mari de carbon activ adsorb aceste gaze și le rețin până când se descompun în părți non-radioactive solide. Astfel, aerul filtrat trece prin filtru, iar particulele solide rămân în el.

Cărbune activ, utilizat în mod obișnuit în chimia organică, pentru curățarea soluțiilor de recrutare care conțin impurități nedorite.

Purificarea băuturilor alcoolice distilate

Carbonul activat poate fi folosit pentru a filtra vodca sau whisky din impurități organice care afectează culoarea, gustul și mirosul. Trecerea unei vodce netratate organic printr-un filtru cu carbon activ, la o anumită presiune, va da vodca cu o compoziție alcoolică identică și purificată organic, care afectează pozitiv mirosul și gustul.

Îndepărtarea mercurului

Cărbunele activat, de obicei impregnat cu iod sau sulf, este folosit pe scară largă pentru curățarea emisiilor de mercur generate de centralele electrice pe bază de cărbune, de crematoriile și de sursele de gaze naturale. Prețul pentru astfel de cărbune special este de peste 4 dolari SUA pe kg. De asemenea, nu poate fi reutilizată.

Utilizarea mercurului adsorbit

Eliminarea cărbunelui plin cu mercur este o problemă. Dacă carbonul activ conține mai puțin de 260 de mercur, serviciul federal permite îngroparea acestuia, cu condiția să fie împachetat (de exemplu, se toarnă cărbunele în ciment). Cu toate acestea, dacă nivelul este mai mare de 260, atunci cărbunele sunt clasificate ca având un nivel ridicat de mercur și este interzisă îngroparea acestuia. Un astfel de material, acum depozitat în mine adânci abandonate, 1000 de tone pe an.

Problema eliminării carbonului activ care conține mercur nu este relevantă numai pentru Statele Unite. În Olanda, un astfel de mercur este complet restaurat, iar cărbunele activate sunt complet arse.

Producția de carbon activ

Cărbunele activat este produs din materiale bogate în carbon. Acestea includ: coajă de nuci, turbă, lemn, fibre de nucă de cocos, lignit, reziduuri de rafinare a cărbunelui și uleiului. Acesta poate fi obținut în unul din următoarele moduri:

1. Reactivarea fizică: materia primă este transformată în carbon activ folosind gaze. Acest proces utilizează de obicei una sau o combinație de mai multe proceduri:
   • Carbonizarea: materialul care conține carbon este pirolizat la o temperatură de 600-900 o C și absența oxigenului (de obicei într-o atmosferă inertă, cu gaze precum argonul sau azotul)
   • Activare / Oxidare: materialul inițial sau carbonizat este plasat într-un mediu gazos oxidant (dioxid de carbon, oxigen sau abur) la o temperatură de peste 250 ° C (de obicei temperatura este în intervalul 600-1200 o C).
2. Activarea chimică: precede carbonizarea și impregnează materiile prime cu anumite substanțe chimice. Astfel de substanțe sunt de obicei acizi, baze sau săruri (acid fosforic, hidroxizi de potasiu și sodiu, clorură de calciu și 25% clorură de zinc). Apoi, materialul rezultat este carbonizat la temperaturi mai scăzute (450-900 o C). Se crede că procesele de carbonizare / activare, se efectuează cel mai bine simultan cu activarea chimică. Activarea chimică este preferabilă activării fizice, datorită temperaturii mai scăzute și a timpului necesar pentru activarea materiilor prime.

clasificare

Cărbunele activat este un produs complex, este greu de clasificat pe baza comportamentului său, a naturii suprafeței și a metodei de producție. Cu toate acestea, unele clasificări generale efectuate pentru un scop comun se bazează pe caracteristicile fizice ale produsului.

Pulbere activată de carbon

Carbonul activ a fost fabricat în mod tradițional sub formă de pulbere sau granule mici, cu un diametru mediu de 0,15-0,25 mm. În această formă, ele reprezintă o suprafață mare într-un raport de volum cu o grosime mică a stratului de difuzie. Cărbunele activă în pudră constă din particule zdrobite sau măcinate, 95-100% din acestea trecând printr-o sită specială. Cărbunele activat granulat este considerat cel care rămâne în sită cu deschideri având un diametru de 0,297 mm, în timp ce particulele mai mici sunt considerate a fi pulbere. Cu toate acestea, conform clasificării ASTM (Societatea Americană pentru Materiale de Testare), dimensiunile granulelor corespund sitălor cu deschideri de 0,177 mm. Câmpul activ carbonizat nu este utilizat, de obicei, în sisteme închise special datorită pierderilor mari de presiune. De regulă, astfel de cărbune se adaugă direct la alte unități tratate atunci când lucrează cu acestea, de exemplu, în cazul aportului de apă brută, precum și în curățătorii și rezervoarele septice.

Granulat de carbon activat are o dimensiune relativ mare a particulelor în comparație cu carbonul activat sub formă de pulbere, deci are o suprafață externă mai mică față de volumul total. În consecință, difuzia substanței absorbite este un factor important atunci când se utilizează. Acest tip de cărbune este preferat pentru absorbția vaporilor și a gazelor datorită ratei lor ridicate de difuzie.

Granulele de cărbune sunt utilizate pentru purificarea apei, deodorizarea aerului și a componentelor separate în sistemele de streaming. Granulat de carbon activat poate fi sub formă de granule sau extrudare, de diferite dimensiuni și utilizări. Pentru lichide, se utilizează cărbune cu dimensiunea de 8 × 20; 20 × 40; 8 × 30 și pentru filtrarea aburului 4 × 6; 4 × 8 sau 4 × 10.

Cărbunele 20 × 40 va fi acele particule care trec printr-o sită cu deschideri de 0,82 mm, dar vor rămâne în sită cu deschideri de 0,42 mm. Pentru filtrarea lichidelor, se utilizează cel mai adesea cărbune activ granular 12 × 40 și 8 × 30, datorită unui echilibru bun al mărimii, suprafeței și pierderii de presiune în timpul utilizării.

Carbon activat extrudat

Cărbunele activă extrudată este constituită din carbon activ activ sub formă de pudră și agent de legare, care este amestecat și extrudat în blocurile cilindrice de carbon activat, cu un diametru de 0,8-130 mm. Ele sunt utilizate în principal în medii gazoase, datorită efectelor lor scăzute de presiune, conținutului redus de praf și rezistenței mecanice ridicate. Cu toate acestea, ele sunt, de asemenea, adecvate pentru procedurile de purificare a apei.

Ciclul activat cu bilă este produs din reziduurile din rafinarea uleiului, având un diametru de aproximativ 0,35-0,80 mm. Ca granular, nu reduce foarte mult nivelul de presiune, are o rezistență ridicată și un conținut scăzut de praf, în timp ce are o dimensiune mai mică. Forma sferică a cărbunelui face ca utilizarea sa să fie preferabilă în mediile care circulă, de exemplu, când se filtrează un curent de apă.

Carbon activat impregnat

Sunt pregătite pentru purificarea specială a aerului, în special în muzee și galerii, cărbune poros care conține mai multe tipuri de materiale de umplere anorganice cum sunt iodul, argintul, cationii Al, Mn, Zn, Fe, Li, Ca. Datorită proprietăților sale antibacteriene, carbonul activ, saturat cu argint, este folosit ca un adsorbant pentru purificarea apelor uzate menajere. Apa potabilă poate fi obținută din apă obișnuită, prin tratarea acesteia cu un amestec de carbon activat și Al (OH)₃, acționând ca un coagulant. Cărinele impregnate sunt de asemenea utilizate pentru adsorbția H₂S și ​​tioli. H Absorption Rate₂S atinge 50% din greutatea cărbunelui utilizat.

Cărbune cu acoperire polimerică

În procesul de producție, cărbunele poroase sunt acoperite cu biopolimer pentru a conferi o acoperire netedă și permeabilă care nu blochează porii. Acest cărbune este utilizat la efectuarea hemoperfuziei. Hemoperfuzia este o metodă de tratament în care volume mari de sânge ale pacientului sunt trecute printr-un adsorbant pentru a elimina substanțele toxice din sânge.

Carbonul activ este disponibil și sub forme speciale, cum ar fi țesăturile și firele. De exemplu, pânza de carbon este utilizată în echipamentul personal de protecție pentru personalul militar.

Proprietățile cărbunelui activ

Un gram de carbon activ poate fi mai mare de 500m 2 (este deja posibil să ajungeți la o suprafață de 1500m 2). În cazuri speciale, se folosesc aerogeluri de carbon, care sunt mai scumpe și au o suprafață exterioară și mai mare.

Datorită structurii sale poroase, carbonul activ are o suprafață exterioară mare. Microporii creează condiții excelente pentru absorbție, deoarece substanța interacționează imediat cu întreaga suprafață a cărbunelui. Testarea comportării adsorbției, efectuată de obicei cu azot la o temperatură de 77K (-196,15 o C) într-un mediu cu vid înalt, dar în condiții de zi cu zi, carbonul activ are o randament echivalent, atunci când este adsorbit din mediul înconjurător sau, de exemplu, ° C și o presiune de 0,0001 atmosferă.

James Dewar, un om de stiinta numit dupa un vas Dewar (thermos), a petrecut mult timp studiind carbonul activ si a publicat un articol despre capacitatea sa de absorbtie pentru gaze. În această lucrare a descoperit că cărbunele de răcire cu azot lichid îi permit să absoarbă cantități mai semnificative de gaze diferite și că este posibil să le extragem pur și simplu prin încălzirea cărbunelui și că cărbunele produse din nucă de cocos au cele mai bune calități. De exemplu, a folosit oxigen. În acest experiment, carbonul activ adsorbționează gazul din aer, la concentrația sa tipică (21%), în condiții standard, iar dacă carbonul activ a fost pre-răcit, atunci când a fost eliberat, carbonul a crescut concentrația de oxigen la 80%.

Cărbunele activat reține fizic particule din cauza forței van der Waals sau a forței dispersive.

Carbonul activat nu reține în mod eficient un număr de substanțe chimice, cum ar fi alcoolul, glicolul, acizii și alcalinele puternice, metalele și cele mai multe substanțe anorganice, cum ar fi litiu, sifon, fier, arsenic, plumb, acid boric sau fluor.

Carbonul activ absoarbe iodul într-un mod rezonabil și, de fapt, numărul de iod în mg / g este utilizat pentru a determina suprafața totală.

Monoxidul de carbon este slab absorbit de carbonul activ. În special, acest lucru ar trebui luat în considerare de cei implicați în fabricarea aparatelor de respirat, a dispozitivelor de evacuare a fumului sau a altor sisteme de curățare a aerului, deoarece acest gaz este toxic și oamenii nu o pot simți.

O listă a gazelor generate de producția sau munca agricolă și absorbită de carbonul activ poate fi găsită pe Internet.

Carbonul activat poate fi utilizat ca substrat pentru utilizarea cu diferite substanțe chimice pentru a-și îmbunătăți absorbția. De exemplu, compuși anorganici (sau organici problematici), cum ar fi hidrogen sulfurat (H₂S), formaldehidă (HCOH), amoniac (NH₃), radioizotopi iod-131 (131 I) și mercur (Hg). Această proprietate este cunoscută sub numele de chemisorbție.

De preferință, cărbunele absoarbe molecule mici. Numărul de iod este cel mai fundamental indicator utilizat pentru a caracteriza eficacitatea cărbunelui activ. Este un indicator al nivelului de activitate (cu cât este mai mare indicatorul, cu atât activitatea este mai mare), exprimată de obicei în mg / g (valoarea este de obicei în intervalul 500-1200 mg / g). De asemenea, este utilizat pentru a determina volumul microporilor de carbon activ (de la 0 la 20 A sau de până la 2 nm) prin absorbția iodului din soluție. Astfel de valori vor fi echivalente cu acești parametri ai ariei de acoperire a cărbunelui cu 900 - 1100 m 2 / g. Acești indicatori sunt utilizați atunci când sunt utilizați în mediul acvatic.

Numărul de iod este determinat pe baza unui miligram de iod absorbit de un gram de cărbune, cu condiția ca concentrația soluției să atingă 2%. Astfel, valoarea iodului este cantitatea de iod absorbită de pori sau caracteristica volumului disponibil pentru absorbție de către porii de carbon activ. Ca regulă, cărbunele utilizate pentru purificarea apei au un număr de iod în intervalul 600-1100. Adesea, acest parametru este utilizat pentru a determina gradul de epuizare a cărbunelui utilizat. Cu toate acestea, în acest caz, acest indicator trebuie tratat cu prudență, deoarece interacțiunea chimică cu adsorbatul poate afecta absorbția iodului și poate determina rezultate incorecte. Prin urmare, la calcularea gradului de deteriorare a cărbunelui, se recomandă utilizarea numărului de iod numai dacă adsorbatul nu a fost supus atacului chimic și există, de asemenea, date verificate privind interdependența numărului de iod și gradul de deteriorare atunci când este utilizat într-un anumit mediu.

Unele cărbune sunt mai adaptate pentru adsorbția moleculelor mari. Numărul de melasă este un indicator al volumului de mezopori ai cărbunelui activat (mai mult de 20 A sau 2 nm), stabilit prin adsorbția mellei (sirop gros) din soluție. Valoarea mare a acestui indicator indică un grad ridicat de adsorbție a moleculelor mari (indicatorul este în intervalul 95-600). Indicele de albire al melasei corespunde melasei. Eficiența de absorbție a melasei este exprimată ca procent (de la 40% la 185%) și corespunde numărului de melasă (425 = 85%, 600 = 185%). Numărul european de melasă (525-110) este invers proporțional cu cel american.

Melasa este o măsură a gradului de decolorare a unei soluții standard de melasă pregătită pentru testarea cărbunelui activ. Datorită mărimii mari a particulelor de colorare, numărul de melasă reflectă volumul potențial disponibil pentru adsorbția compușilor mai mari. Deoarece în timpul purificării apei întregul volum de pori poate să nu fie disponibil pentru adsorbție în fiecare aplicație particulară, precum și unele dintre adsorbate pot cădea în pori mai mici, acest indicator nu oferă date exacte privind capacitățile unui anumit carbon activat. De obicei, acest indicator este util în evaluarea nivelului de adsorbție a loturilor de carbon activat. Dintre cele două cărbuni, cu aceeași cantitate de adsorbție, unul care are un număr mai mare de melasă va avea de obicei dimensiuni mari de pori și din acest motiv adsorbatul va cădea mai bine în spațiul adsorbant.

Taninurile sunt o combinație de molecule mari și mijlocii. Cărbune combinând micropori și mesopori adsorbția taninelor. Capacitatea cărbunelui de a adsorbi tanini este măsurată în ppm (de obicei în intervalul 200 2 - 362).

Dye albastru de metilen

Unele tipuri de cărbune au mezopori (20A-50A / 2-5nm), care adsorb molecule de dimensiuni medii, cum ar fi colorantul metilenic albastru. Adsorbția metilenică albastră este măsurată în g / 100 g (de obicei în intervalul de 11-28 g / 100 g)

Unele tipuri de carbon activ sunt estimate pe baza timpului necesar pentru decolorare, care măsoară eficiența eliminării clorului. Se calculează timpul necesar pentru a reduce cantitatea de clor din fluxul de apă de la 5 ‰ la 3,5. Mai puțin timp înseamnă performanță mai bună.

Densitatea mai mare asigură o cantitate mai mare de adsorbție și, de obicei, înseamnă un cărbune activ mai bun de calitate.

Acesta este un indicator al rezistenței cărbunelui activ la uzură. Este important să se mențină o stare de lucru și capacitatea de a rezista forței de frecare care apare atunci când este expusă presiunii apei etc. În funcție de nivelul de activitate și de materialele din care se face carbonul activ, acesta diferă foarte puternic.

Praful reduce activitatea generală a cărbunelui și, de asemenea, reduce eficiența curățării. Oxizi metalici (Fe₂O₃) poate fi extrasă din carbonul activ, ducând la decolorare. Praful solubil în apă / acid are cel mai mare efect în comparație cu alte tipuri de praf. Praful solubil poate fi important pentru acvarii, deoarece oxidul de fier promovează creșterea algelor. Cărbune cu un conținut scăzut de praf solubil ar trebui să fie utilizat pentru a purifica apa pentru peștii marini, de apă dulce și corali pentru a evita otrăvirea cu metale grele și creșterea excesivă a algelor.

Activitatea tetraclorurii de carbon

Măsurarea permeabilității cărbunelui activ este produsă prin adsorbția aburului saturat cu tetraclorură de carbon.

Distribuția mărimii particulelor

Cu cât particulele de carbon activ sunt mai mici, cu atât este mai mare accesul la suprafața lor și cu atât mai rapidă este cinetica adsorbției. Cu toate acestea, trebuie avut în vedere faptul că atunci când se utilizează într-un mediu cu vapori, particule mai mici vor reduce mai mult presiunea din sistem, ceea ce va conduce la o creștere a costurilor cu energia. O abordare atentă a mărimii particulelor utilizate poate fi foarte benefică.

Exemple de adsorbție a cărbunelui activ

Cea mai comună formă de adsorbție chimică în industrie. Se utilizează atunci când un catalizator solid interacționează cu un material gazos, reactivi. Adsorbția reactivului pe suprafața catalizatorului formează o legătură chimică, schimbând densitatea electronică în jurul moleculei reactive și permite reacții care sunt imposibile în condiții normale.

Ciclul de adsorbție a răcirii se realizează prin adsorbția gazului de răcire cu un adsorbant la presiune scăzută și desorbție ulterioară când este încălzită. Adsorbantul joacă rolul unui "compresor chimic" controlat de căldură, iar din acest punct de vedere, este "pompa" sistemului. Se compune dintr-un colector solar, un condensator sau un schimbător de căldură și un evaporator plasat într-o cameră de răcire. Interiorul colectorului este căptușit cu un strat absorbant de carbon activ, impregnat cu metanol. Compartimentul frigiderului este etanșat și umplut cu apă. Carbonul activ este capabil să adsorbă o cantitate mare de vapori de metanol la temperatura obișnuită și să-i desorbiceze la o temperatură mai ridicată (la aproximativ 100 ° C). În timpul zilei, razele soarelui cad pe colector, îl încălzesc, iar metanolul conținut în carbonul activ este desorbit. În timpul procesului de desorbție, metanolul lichid absorbit de cărbune este încălzit și transformat în abur. Vaporii de metanol sunt condensați și se acumulează în evaporator.

Pe timp de noapte, temperatura colectorului scade la temperatura ambiantă, iar carbonul activ reabsorbția metanolului prin evaporator. Metanolul lichid din evaporator este evaporat și absoarbe căldura din apa colectată în tigaie. Deoarece adsorbția este procesul de izolare a căldurii, noaptea colectorul este răcit efectiv. Astfel, sistemul de adsorbție de răcire produce frig nu în mod constant.

Heliu poate fi, de asemenea, utilizat în acest proces. În acest caz, lansarea "pompei de sorbție" va fi la o temperatură de 4 K (-269,15 ° C) și va funcționa la temperaturi mai ridicate. Un exemplu de sistem cu o astfel de capacitate de răcire poate fi chillerele seriei Oxford Instruments AST care funcționează pe un amestec de substanțe criogenice. Vaporii 3 sunt pompați de pe suprafața unui amestec de lichid 4 El și izotopul 3 He. La temperaturi scăzute (de obicei 3 este adsorbit pe suprafața cărbunelui activ), ciclul are loc la o temperatură de 20-40 K și returnează 3 He în mediul concentrat al amestecului de lichid Răcirea are loc în momentul trecerii 3 El de la lichid la vapori Dacă în sistem există câteva "pompe", un flux continuu de gaz este asigurat și, prin urmare, o răcire constantă.În timp ce o pompă de sorbție este restaurată, cealaltă va funcționa.Un astfel de sistem, constând doar din câteva elemente, suporturi o temperatură scăzută de 10 mK (0,01 K).

Reactivarea și recuperarea

Reactivarea sau refacerea cărbunelui activ este de a restabili capacitatea de adsorbție a cărbunelui utilizat prin desorbția substanțelor absorbite de pe suprafața sa.

În industrie, cea mai comună tehnică de reactivare termică. Acest proces include 3 etape:

• Adsorbantul se usucă la o temperatură de aproximativ 105 ° C;
• Acestea sunt desorbite și separate la temperaturi ridicate (500-900 ° C), în condiții de atmosferă inertă.
• Reziduurile organice sunt aerate cu un gaz oxidant (abur sau dioxid de carbon) la o temperatură ridicată (800 ° C).

Reducerea termică se bazează pe natura exotermă a adsorbției, datorită căreia se efectuează desorbția, descompunerea parțială și polimerizarea materiei organice adsorbite. Etapa finală are ca scop eliminarea reziduurilor organice generate în pori după etapa anterioară și curățarea structurii poroase a cărbunelui, restabilind proprietățile inițiale ale suprafeței sale. După aceasta, turnul de adsorbție poate fi folosit din nou. În timpul acestei proceduri, aproximativ 5-15% din greutatea cărbunelui arde, reducând astfel capacitatea de adsorbție. Reactivarea termică este un proces intensiv din punct de vedere energetic, datorită necesității de a folosi temperaturi înalte, astfel încât sunt necesare atât costuri mari de energie, cât și financiare. Plantele care se bazează pe recuperarea termică a cărbunelui activ trebuie să fie suficient de mari încât să fie posibilă din punct de vedere economic organizarea acestui proces în instalația lor. În consecință, nu sunt suficiente centrale mari, este necesar să se ia coloanele de carbon activ activ consumat în centre specializate pentru reactivare, mărind astfel emisiile deja semnificative de dioxid de carbon.

Carbonul activ utilizat în produsele de consum, cum ar fi friteuzele, filtrele de apă sau aer, poate fi reactivat în mod similar cu dispozitivele de încălzire disponibile (de exemplu, un cuptor, un grătar sau un arzător cu gaz). Cărbunele este scos din recipientul de hârtie sau plastic, care se poate topi sau arde, și se încălzește până când impuritățile sunt evaporate și / sau arse.

Alte metode de reactivare

Abuzul la mediu și costurile ridicate ale energiei generate de procesul de reducere termică a cărbunelui activ servesc drept stimulent pentru dezvoltarea unor metode alternative de reactivare care să le reducă. Deși unele metode de restaurare rămân obiecte de cercetare academică, există alternative la reactivarea termică deja utilizată în industrie. În prezent, acestea includ următoarele tipuri de reactivare:

• chimice;
• microbiană;
• electrochimice;
• ultrasunete;
• oxidare umedă.