Aktivni ugljikovi

Aktivni ili aktivni ugljik je porozni adsorbent koji je načinjen od organskih materijala koji sadrže ugljik. Tehnologija proizvodnje aktivnog ugljena je dug proces koji se sastoji od nekoliko faza. Adsorbent s aktivnim ugljenom je tvar s vrlo poroznim sastavom. Proizvodi se od raznih organskih materijala u kojima se nalazi ugljen. Često se aktivni ugljen proizvodi od drvenog ugljena, treseta (tresetni koks), ugljena, kokosa, oraha, ljuske kokosa, maslina, marelica i mnogih drugih biljaka.

klasifikacija

Aktivni adsorbens je podijeljen:

• prema vrsti materijala od kojeg se proizvodi aktivni ugljen: drvo, ljuske kokosa, ugljen i tako dalje;
• do odredišta: razjašnjavanje, plin, ugljični nosači katalizatora s kvalitetama kemijskih sorbenata;
• metodom aktivacije: para i termokemijska metoda;
• u obliku otpuštanja: granulirani (drobljeni) aktivni ugljen, prah, lijevani aktivni ugljen, ekstrudirani ugljen (granule u obliku cilindara) i tkanina, koja je impregnirana ugljenom.

Aktivirani ugljikovi podijeljeni su u tri kategorije pora: mikropore (od 0,6 do 0,7 nanometara), mezopore (1,5-100-200 nanometara), makropore (> 100-200 nanometara). Prva i druga vrsta pora smatraju se glavnim komponentama površine aktivnih ugljika. Zbog toga igraju važnu ulogu u adsorpcijskim svojstvima ugljena. Mikropore dobro podnose adsorpciju malih organskih molekula, a mezopore - veće molekule.

Specifična površina aktivnog ugljena ovisi o veličini pora. Adsorbent, koji ima tanje pore, dobro apsorbira, ima čak i nisku koncentraciju i mali parcijalni tlak pare. Aktivna tvar sa širokim porama karakterizirana je kapilarnom kondenzacijom.

Dimenzije specifične apsorpcijske površine aktivnog ugljena i širokih pora omogućuju vrlo učinkovito korištenje adsorbenta za učinkovito pročišćavanje plinova i tekućina iz različitih vrsta nečistoća. Količina nečistoća koju ugljen konzumira može varirati od najmanjih molekula do molekula ulja, naftnih produkata, masti, organskih spojeva s klorom.

Oprema za proizvodnju aktivnog ugljena predstavljena je u širokom rasponu. Za dobivanje adsorbenta korištene su posebne peći različitih tipova i izvedbi. Pogon aktivnog ugljena najčešće koristi osovinske, vertikalne i horizontalne rotacijske peći, peći s više polica i reaktore s fluidiziranim slojem.

Koraci procesa

Proizvodnja ugljena iz materijala organskog podrijetla podijeljena je u nekoliko faza. Dakle, tehnologija proizvodnje aktivnog ugljena uključuje sljedeće uzastopne aktivnosti:

1. Karbonizacija. Ovaj postupak je pečenje (toplinska obrada) sirovina u bezvazdušnim inertnim uvjetima uz upotrebu visoke temperature. Nakon karbonizacije ispada - karbonizat, to je ugljen, koji ima vrlo malo adsorpcijskih svojstava zbog malog unutarnjeg prostora i malih dimenzija. Karbonizat je podložan drobljenju i aktivaciji, kako bi se postigla posebna struktura tvari i značajno povećanje adsorpcije.
2. Nekoliko riječi o pretrpanosti. Aktivni ugljen dobiven nakon karbonizacije mora se slomiti. Njegove početne dimenzije su 30-150 milimetara, a djelotvorna aktivacija adsorbenta je otežana zbog takvih velikih frakcija. Stoga, karbonizat temeljito zgnječen do veličine frakcija od 4-10 milimetara.
3. Proizvodna linija s aktivnim ugljenom uključuje proces aktivacije, koji se izvodi pomoću dvije osnovne tehnike:

• Kemijska aktivacija za proizvodnju aktivnog ugljena uključuje tretiranje tvari sa solima koje proizvode aktivirajući plin kada su izložene visokoj temperaturi. Aktivator može biti nitrat, sulfat, karbonat, sumporna, fosforna ili dušična kiselina. Proizvodnja aktivnog ugljena primjenom ove metode provodi se na temperaturi od 200 - 650 ° C;
• Aktivacija gasne pare provodi se isključivo pod strogom kontrolom, na temperaturi od 800 do 1000 ° C. U ulozi oksidanata u vrijeme parnog-plinskog aktiviranja ugljena su vodena para i ugljični dioksid. Interakcija pare s ugljikom ubrzava se oksidima i karbonatima alkalijskih metala. S obzirom na tu činjenicu, oni se povremeno dodaju u male doze početnom materijalu. Spojevi bakra također se koriste kao katalizatori. Dobivanje aktivnog ugljena iz karbonizata primjenom tehnike parnog plina omogućuje dobivanje snažnog adsorbenta s površinom od najviše 1500 m2 po gramu ugljena. Istina, ne može se cijelo područje koristiti za apsorpciju, jer velike molekule adsorbirane tvari neće pasti u male pore.

Upotreba aktivnog ugljena

Primjena u proizvodnji aktivnog ugljena dobiva na zamahu svaki dan. Sposobnost adsorpcije ugljena omogućuje brzo i učinkovito pročišćavanje otpadnih voda i otpadnih plinova. Osim toga, to je glavni adsorbent radioaktivnih plinova i voda u nuklearnim elektranama.

Također aktivni ugljen je našao primjenu u područjima kao što su:

• Adsorpcija procesa i vode za piće;
• Primjena u kemijskoj industriji;
• Obnavljanje (vraćanje dijela sirovina ili energije za sekundarnu uporabu u istom tehnološkom postupku) otapala;
• Upotreba aktivnog ugljena u medicinske svrhe. Pročišćavanje krvi i tijela u cjelini od bakterija, toksičnih tvari;
• Za rudarstvo zlata;
• Kao kozmetički proizvod za posvjetljivanje kože lica;
• Dodatak hrani s intoksikacijom;
• Za mršavljenje i dijetu (nije preporučeno od strane stručnjaka).

Ako trebate kupiti aktivni ugljen za filtriranje proizvodnje u Rusiji, možete kontaktirati specijalizirane trgovine za to ili obaviti kupnju putem interneta.

Aktivni ugljen

Aktivni ugljik, ili karboaktivatus, vrsta je obrađenog ugljena prošaranog sitnim porama koji povećavaju ukupnu površinu sposobnu da apsorbira ili kemijske reakcije. Aktivirano se ponekad zamjenjuje riječju aktivna.

Zbog visoke mikroporoznosti, samo jedan gram aktivnog ugljena ima aktivnu površinu veću od 500 m2, koja je utvrđena korištenjem izoterma adsorpcije ugljičnog dioksida na sobnoj temperaturi ili 0 ° C. Razina aktivnosti dovoljna za učinkovitu upotrebu može se dobiti samo s velikog područja Međutim, daljnja kemijska obrada također povećava adsorpcijska svojstva.

Aktivni ugljen se obično proizvodi od drvenog ugljena.

Video o aktivnom ugljiku za gubitak težine

Upotreba aktivnog ugljena

Aktivni ugljik se koristi za čišćenje plina, zlata, vode, dekofeinata, ekstrakcija metala, u postrojenjima za obradu vode, u medicini, zračnim filtrima, maskama i respiratorima itd.

U industriji se uglavnom koristi aktivni ugljen u području metalnog premaza. To je naširoko koristi u industriji galvanizacije. Na primjer, prilikom čišćenja otopine za brilijantno niklovanje od organskih nečistoća. Mnogim organskim kemikalijama dodaju se otopine za galvanizaciju, poboljšavaju njihovo skladištenje, kao i poboljšavaju svojstva kao što su svjetlost, glatkoća, plastičnost, itd. Zbog prolaska izravne struje i elektrolitskih reakcija anodne oksidacije i katodne redukcije, organski dodaci stvaraju nepoželjan proizvod uništenje u otopini. Njihovo prekomjerno stvaranje može nepovoljno utjecati na kvalitetu premaza i fizička svojstva obrađenog metala. Upotreba aktivnog ugljena uklanja te nečistoće i vraća svojstva galvanizacije otopina na željenu razinu.

Aktivni ugljen, u omjeru 50% s celitom, koristi se kao stacionarna faza, u kromatografskom razdvajanju ugljikovodika (mono-, di-, trisaharida) i etanolnoj otopini (5-50%) kao mobilnoj fazi u analitičkim / pripremnim protokolima.

Zaštita okoliša

Aktivni ugljen može ukloniti onečišćenje iz vode i zraka, kako u polju, tako iu industrijskim uvjetima:

• uklanjanje učinaka slučajnog curenja;
• oporavak podzemnih voda;
• filtriranje pitke vode;
• pročišćavanje zraka;
• neutralizacija hlapivih organskih spojeva od bojanja, kemijskog čišćenja, prijenosa goriva itd.

Sveučilište u Zapadnoj Flandriji (u Belgiji) je 2007. godine započelo istraživanje o pročišćavanju vode za festivale. Veliki objekt aktivnog ugljena izgrađen je 2008. godine na mjestu Dranouter Music Festivala, kako bi se ova tehnologija za pročišćavanje vode koristila na ovom festivalu sljedećih 20 godina.

Također, aktivni ugljen se često koristi za mjerenje koncentracije radona u zraku.

Aktivni ugljen se koristi za liječenje trovanja i predoziranja oralnim uzimanjem. Vjeruje se da neutralizira otrov i sprječava njegovu apsorpciju u gastrointestinalnom traktu. U slučajevima sumnje na trovanje, liječnici daju aktivni ugljen na licu mjesta ili u hitnoj službi. Doza je obično 1 gram po kilogramu tjelesne težine (tj. Adolescenti ili odrasli dobivaju 50-100g), obično se uzimaju samo jednom, ali ovisno o trovanju, može se uzeti više od jednom. U nekim situacijama aktivni ugljen se koristi u intenzivnoj njezi, filtrirajući krv iz štetnih tvari putem hemosorpcije. Aktivni ugljen je postao poželjniji u liječenju mnogih trovanja i drugih dezinfekcija. Tehnike kao što su uzimanje emetika ili usisavanje sadržaja želuca se sada rijetko koriste.

Iako je aktivni ugljen koristan u liječenju akutnog trovanja, on nije tako učinkovit u dugotrajnoj akumulaciji toksina, primjerice nakon uporabe toksičnih herbicida.

• Adsorpcija toksina ugljenom, kako bi se spriječila njihova apsorpcija u gastrointestinalnom traktu. Ova adsorpcija je reverzibilna, stoga se tijekom postupka može dodati unos laksativa (na primjer, sorbitola).
• To će prekinuti enterohepatičku i enteroenteričnu cirkulaciju lijekova / toksina i njihovog metabolita.

Nepravilna uporaba (npr. U plućima) može uzrokovati plućnu aspiraciju, koja ponekad može biti fatalna ako se ne liječi. Upotreba aktivnog ugljena kontraindicirana je u slučaju trovanja kiselinama, lužinama ili naftnim proizvodima.

Za prvu pomoć tu je aktivni ugljen u obliku tableta i kapsula.

Prihvaćanje aktivnog ugljena na konzumiranje alkohola smanjuje apsorpciju etanola u krvi.

Od 5 do 15 mg ugljena po kilogramu tijela, uzimano istodobno sa 170 ml čistog etanola (

350 ml votke ili 3 l laganog piva) u roku od jednog sata smanjite sadržaj alkohola u krvi. Međutim, već su provedeni pokusi koji dokazuju da to nije slučaj, a koncentracija alkohola u krvi, naprotiv, povećana je zbog uporabe aktivnog ugljena.

Kolačići koji sadrže ugljen prodani su u Engleskoj početkom 19. stoljeća, u početku kao lijek za nadutost i probleme s želucem.

Tablete ili kapsule aktivnog ugljena koriste se u mnogim zemljama i prodaju se u ljekarnama bez recepta kao lijek za proljev, probavne smetnje i nadutost. Također se koristi za sprječavanje proljeva u bolesnika oboljelih od raka koji primaju irinotekan. Korištenje ugljena može ometati apsorpciju određenih lijekova, što dovodi do nepouzdanih rezultata medicinskih ispitivanja (na primjer, skrivene krvi). Hrana za životinje koja sadrži aktivni ugljen također se prodaje.

Provedene su studije o različitim vrstama aktivnog ugljena, koje određuju njihovu sposobnost skladištenja prirodnog plina i vodikovog plina. Porozni materijal, radi poput spužve za različite vrste plina. Plin privlači površina ugljena pod djelovanjem van der Waalsove sile. Neke vrste ugljena mogu držati do 5-10kJ po molu. Zatim se plin može desorbirati zagrijavanjem ugljena i zapaliti za energiju, ili, u slučaju vodika, obnoviti za uporabu u gorivnoj ćeliji na vodik.

Korištenje aktivnog ugljena je dobar način skladištenja, jer se plin može skupljati na niskim tlakom i zauzimati manje volumena i mase u usporedbi s velikim cilindrima pod tlakom. Ministarstvo energetike SAD-a utvrdilo je specifične ciljeve koje je potrebno postići na području istraživanja i razvoja nano-poroznih, ugljičnih materijala. U ovom trenutku ne mogu se ostvariti svi ti ciljevi, ali brojne institucije nastavljaju raditi na tom području.

Filtri s aktivnim ugljenom uobičajeno se koriste za čišćenje zraka i plinova iz uljne pare, mirisa ili drugih ugljikovodika. Najčešće su filteri konstruirani prema principu 1- i 2-stupanjskog pročišćavanja, u kojem je aktivni ugljen u filtarskom mediju. Aktivni ugljen se također koristi u sustavima primarnog održavanja životnih odijela. Filtri s aktivnim ugljenom koriste se za skupljanje radioaktivnih plinova, iz točkaste kipuće vode u reaktorima, s kondenzatorima vode. Ispušteni zrak iz kondenzatora sadrži tragove radioaktivnih plinova. Velike kuglice aktivnog ugljena apsorbiraju te plinove i zadržavaju ih dok se ne razgrade u neradioaktivne čvrste dijelove. Tako filtrirani zrak prolazi kroz filtar, a krute čestice ostaju u njemu.

Aktivni ugljen, koji se obično koristi u organskoj kemiji, za čišćenje otopina za regrutiranje koje sadrže nepoželjne nečistoće.

Pročišćavanje destiliranih alkoholnih pića

Aktivni ugljen se može koristiti za filtriranje votke ili viskija iz organskih nečistoća koje utječu na boju, okus i miris. Prolazeći organski netretiranu votku preko filtera s aktivnim ugljenom, uz određeni pritisak, vodka će dobiti identičan sastav alkohola i organski pročišćena, što pozitivno utječe na miris i okus.

Uklanjanje žive

Aktivni ugljen, obično impregniran jodom ili sumporom, naširoko se koristi za čišćenje emisija žive iz termoelektrana na ugljen, krematorija i izvora prirodnog plina. Cijena takvog posebnog ugljena iznosi više od 4 USD po kg. Također, ne može se ponovno koristiti.

Korištenje adsorbirane žive

Uklanjanje ugljena ispunjenog živom je problem. Ako aktivni ugljik sadrži manje od 260 žive, tada ga Savezna služba dopušta da ga zakopa, pod uvjetom da je zapakirana (na primjer, prelijte ugljen u cement). Međutim, ako je razina veća od 260, ugljen se klasificira kao visok u živu i zabranjeno ga je zakopavati. Takav materijal, sada skladišten u dubokim, napuštenim rudnicima, 1000t godišnje.

Problem zbrinjavanja aktivnog ugljena koji sadrži živu ne odnosi se samo na SAD. U Nizozemskoj je takva živa potpuno obnovljena, a aktivni ugljen je potpuno izgorio.

Proizvodnja aktivnog ugljena

Aktivni ugljen se proizvodi od materijala bogatih ugljikom. To su: orah, treset, drvo, kokosova vlakna, lignit, ugljen i ostaci rafiniranja nafte. Može se dobiti na jedan od sljedećih načina:

1. Fizička reaktivacija: sirovina se pretvara u aktivni ugljen pomoću plinova. Taj proces obično koristi jedan ili nekoliko postupaka:
   • Karbonizacija: materijal koji sadrži ugljik se pirolizira na temperaturi od 600-900 o C i odsutnost kisika (obično u inertnoj atmosferi, s plinovima kao što su argon ili dušik)
   • Aktivacija / oksidacija: polazni ili karbonizirani materijal se stavlja u oksidirajuće plinovito okruženje (ugljični dioksid, kisik ili para) na temperaturi iznad 250 (obično je temperatura u rasponu od 600 do 1200 o C).
2. Kemijska aktivacija: prethodi karbonizaciji i impregnira početne materijale određenim kemikalijama. Takve tvari su obično kiseline, lužine ili soli (fosforna kiselina, kalijev i natrijev hidroksid, kalcijev klorid i 25% cinkov klorid). Zatim se dobiveni materijal karbonizira na nižim temperaturama (450-900 o C). Vjeruje se da se procesi karbonizacije / aktivacije najbolje provode istodobno s kemijskom aktivacijom. Kemijska aktivacija je poželjnija od fizičke aktivacije, zbog niže temperature i manje vremena potrebnog za aktiviranje sirovina.

klasifikacija

Aktivni ugljen je složen proizvod, teško ga je klasificirati na temelju njegovog ponašanja, prirode površine i načina proizvodnje. Međutim, neke opće klasifikacije napravljene za zajednički cilj temelje se na fizičkim karakteristikama proizvoda.

Aktivni ugljen u prahu

Aktivni ugljen je tradicionalno izrađen u obliku praha ili malih granula, s prosječnim promjerom od 0,15 do 0,25 mm. U ovom obliku, oni predstavljaju veliku površinu u volumnom omjeru s malom debljinom difuzijskog sloja. Aktivni ugljen u prahu sastoji se od drobljenih ili mljevenih čestica ugljena od kojih 95-100% prolazi kroz posebno sito. Smatra se da je granulirani aktivni ugljen onaj koji ostaje u situ s otvorima promjera 0.297 mm, dok se manje čestice smatraju prahom. Međutim, prema klasifikaciji ASTM (American Society for Testing Materials), veličine granula odgovaraju situ s otvorima od 0,177 mm. Aktivni ugljen u prahu se obično ne koristi u posebnim zatvorenim sustavima zbog velikih gubitaka tlaka. Takav se ugljen u pravilu dodaje izravno drugim obrađenim jedinicama pri radu s njima, primjerice u slučaju unosa sirove vode, kao iu čistačima i septičkim jamama.

Aktivni ugljen u granulama ima relativno veliku veličinu čestica u usporedbi s aktivnim ugljenom u prahu, tako da ima manju vanjsku površinu u odnosu na ukupni volumen. Shodno tome, difuzija apsorbirane tvari važan je čimbenik pri uporabi. Ova vrsta ugljena preferira se za apsorpciju para i plinova, zbog njihove visoke brzine difuzije.

Granulirani ugljen se koristi za pročišćavanje vode, dezodoriranje zraka i odvojenih komponenti u sustavima za strujanje. Aktivni ugljen u granulama može biti u obliku granula ili ekstruzije, različitih veličina i namjena. Za tekućine se koristi ugljen veličine 8 × 20; 20 × 40; 8 × 30, i za filtriranje pare 4 × 6; 4 × 8 ili 4 × 10.

Ugljen 20 × 40 bit će one čestice koje prolaze kroz sito s otvorima od 0,82 mm, ali će ostati u situ s otvorima od 0,42 mm. Za filtriranje tekućina, najčešće se koristi granulirani aktivni ugljen 12 × 40 i 8 × 30, zbog dobre ravnoteže veličine, površine i gubitka tlaka tijekom uporabe.

Ekstrudirani aktivni ugljen

Ekstrudirani aktivni ugljen sastoji se od aktivnog ugljena u prahu i sredstva za vezanje koje se miješa i ekstrudira u cilindrične blokove aktivnog ugljena promjera 0,8-130 mm. Uglavnom se upotrebljavaju u plinovitim sredinama zbog niskog tlaka, niskog sadržaja prašine i visoke mehaničke čvrstoće. Međutim, oni su također prikladni za postupke pročišćavanja vode.

Aktivni ugljen se proizvodi od ostataka od prerade nafte, a ima promjer od oko 0,35-0,80 mm. Poput granulata, ne umanjuje u velikoj mjeri razinu tlaka, ima visoku čvrstoću i nisku količinu prašine, a ima manju veličinu. Sferični oblik ugljena čini njegovu upotrebu poželjnijom u protočnom mediju, na primjer, pri filtriranju struje vode.

Impregnirani aktivni ugljen

Porozni ugljen koji sadrži nekoliko vrsta anorganskih punila poput joda, srebra, kationa Al, Mn, Zn, Fe, Li, Ca, pripremljen je za specijalno pročišćavanje zraka, posebno u muzejima i galerijama. Zbog svojih antibakterijskih svojstava, aktivni ugljik, zasićen srebrom, koristi se kao adsorbent za pročišćavanje kućne otpadne vode. Voda za piće može se dobiti iz obične vode, obradom s dodatkom aktivnog ugljena i Al (OH).₃, djeluju kao koagulanti. Impregnirani ugljen se također koristi za adsorpciju H₂S i tioli. H Brzina apsorpcije₂S doseže 50% težine ugljena koji se koristi.

Ugljen s premazom od polimera

U procesu proizvodnje, porozni ugljen je obložen biopolimerima dajući mu glatku i propusnu prevlaku koja ne blokira pore. Ovaj se ugljen koristi pri provođenju hemoperfuzije. Hemoperfuzija je metoda liječenja u kojoj velike količine krvi pacijenta prolaze kroz adsorbent za uklanjanje toksičnih tvari iz krvi.

Aktivni ugljen je također dostupan u posebnim oblicima kao što su tkanine i niti. Na primjer, ugljična tkanina se koristi u osobnoj zaštitnoj opremi za vojno osoblje.

Svojstva aktivnog ugljena

Jedan gram aktivnog ugljena može biti veći od 500m 2 (već je moguće doseći površinu od 1500m 2). U posebnim slučajevima koriste se ugljični aerogeli koji su skuplji i imaju veću vanjsku površinu.

Zahvaljujući svojoj poroznoj strukturi, aktivni ugljen ima veliku vanjsku površinu. Mikropore stvaraju odlične uvjete za apsorpciju, jer tvar odmah reagira s cijelom površinom ugljena. Ispitivanje ponašanja adsorpcije, obično se provodi s dušikom na temperaturi od 77 K (-196,15 o C) u uvjetima visokog vakuuma, ali u svakodnevnim uvjetima, aktivni ugljen ima ekvivalentnu učinkovitost, kada se adsorbira iz okoline, ili npr. Voda iz pare pri 100 ° C i tlak od 0.0001 atmosfere.

James Dewar, znanstvenik nazvan po Dewaru (termos), proveo je puno vremena proučavajući aktivni ugljen i objavio članak o njegovom apsorpcijskom kapacitetu za plinove. On je u ovom radu otkrio da hlađenje ugljena s tekućim dušikom omogućuje apsorpciju značajnijih količina različitih plinova, te da ih je moguće izvaditi natrag jednostavnim zagrijavanjem tog ugljena, a također i da ugljen proizveden iz kokosa ima najbolje kvalitete. Kao primjer, on je koristio kisik. U ovom eksperimentu, aktivni ugljik adsorbira plin iz zraka, pri njegovoj tipičnoj koncentraciji (21%), pod standardnim uvjetima, i ako je aktivni ugljen prethodno ohlađen, tada kada se otpušta, ugljik povećava koncentraciju kisika na 80%.

Aktivni ugljik fizički zadržava čestice zbog van der Waalsove sile ili disperzivne sile.

Ne tako učinkovito aktivni ugljen zadržava brojne kemikalije, kao što su alkohol, glikol, jake kiseline i lužine, metali i većina neorganskih tvari kao što su litij, soda, željezo, arsen, olovo, borna kiselina ili fluor.

Aktivni ugljik apsorbira jod razmjerno dobro, a zapravo se broj joda u mg / g koristi za određivanje ukupne površine.

Ugljični monoksid se slabo apsorbira aktivnim ugljenom. Osobito to treba uzeti u obzir oni koji su uključeni u proizvodnju respiratora, uređaja za odvod dima ili drugih sustava za čišćenje zraka ovaj plin je otrovan i ljudi ga ne mogu osjetiti.

Popis plinova nastalih proizvodnim ili poljoprivrednim radom i apsorbiran aktivnim ugljenom može se naći na internetu.

Aktivni ugljen se može koristiti kao supstrat za uporabu s različitim kemikalijama kako bi se poboljšala njihova apsorpcija. Na primjer, anorganski (ili problematični organski) spojevi, kao što je vodikov sulfid (H₂S), formaldehid (HCOH), amonijak (NH₃), jod-131 (131 I) radioizotopi i živa (Hg). Ovo svojstvo je poznato kao kemisorpcija.

Poželjno je da ugljen apsorbira male molekule. Jodni broj je najosnovniji pokazatelj kojim se karakterizira učinkovitost aktivnog ugljena. To je pokazatelj razine aktivnosti (viši je pokazatelj, veća je aktivnost), obično se izražava u mg / g (vrijednost je obično u rasponu od 500-1200 mg / g). Također se koristi za određivanje volumena mikropora aktivnog ugljena (od 0 do 20 A ili do 2 nm) apsorpcijom joda iz otopine. Takve vrijednosti će biti ekvivalentne takvim parametrima površine pokrivenosti ugljena od 900 - 1100 m2 / g. Takvi se pokazatelji koriste kada se koriste u vodenom okolišu.

Jodni broj određuje se na temelju miligrama joda koji apsorbira jedan gram ugljena, pod uvjetom da koncentracija otopine dosegne 2%. Prema tome, vrijednost joda je količina joda apsorbirana u porama, ili karakteristika volumena raspoloživog za apsorpciju porama aktivnog ugljena. U pravilu, ugljen koji se koristi za pročišćavanje vode ima jodni broj u rasponu od 600-1100. Često se ovaj parametar koristi za određivanje stupnja iskorištenosti upotrijebljenog ugljena. Međutim, u ovom slučaju, ovaj pokazatelj treba tretirati s oprezom, jer kemijska interakcija s adsorbatom može utjecati na apsorpciju joda i dati netočne rezultate. Stoga se pri izračunavanju stupnja propadanja ugljena preporučuje uporaba jodnog broja samo ako adsorbat nije bio podvrgnut kemijskom napadu, a postoje i verificirani podaci o međuovisnosti jodnog broja i stupnja propadanja kada se koriste u određenom okruženju.

Neki ugljen je prikladniji za adsorpciju velikih molekula. Broj melasa je pokazatelj volumena mezopora aktivnog ugljena (više od 20 A ili 2 nm), utvrđenog adsorpcijom mellase (gusti sirup) iz otopine. Velika vrijednost ovog pokazatelja ukazuje na visoki stupanj adsorpcije velikih molekula (pokazatelj je unutar 95-600). Indeks izbjeljivanja melase odgovara melasi. Efikasnost apsorpcije melase izražena je u postocima (od 40% do 185%) i odgovara broju melasa (425 = 85%, 600 = 185%). Broj europske melase (525-110) obrnuto je proporcionalan američkom.

Melasa je mjera stupnja obezbojenja standardne otopine melase pripremljene za ispitivanje aktivnog ugljena. Zbog velike veličine čestica za bojenje, broj melasa odražava potencijalni volumen raspoloživ za adsorpciju većih spojeva. Budući da tijekom pročišćavanja vode cijeli volumen pora možda nije dostupan za adsorpciju u svakoj pojedinačnoj primjeni, kao i da neki od adsorbata može pasti u manje pore, ovaj pokazatelj ne daje točne podatke o mogućnostima određenog aktivnog ugljena. Obično je ovaj pokazatelj koristan u procjeni razine adsorpcije šarži aktivnog ugljena. Od dva ugljena, s istom količinom adsorpcije, onaj koji ima veći broj melase obično će imati velike veličine pora, i zbog toga će adsorbat bolje pasti u prostor za adsorpciju.

Tanini su kombinacija velikih i srednjih molekula. Mikropore i mezopore koje kombiniraju ugljen adsorbiraju tanine. Sposobnost ugljena da adsorbira tanine mjeri se u ppm (obično u rasponu od 200-2362).

Metilenska plava boja

Neke vrste ugljena imaju mezopore (20A-50A / 2-5nm), koji adsorbiraju molekule srednje veličine, kao što je plava metilen boja. Plava adsorpcija metilena mjeri se ug / 100g (obično u rasponu od 11-28g / 100g)

Neke vrste aktivnog ugljena procjenjuju se na temelju vremena potrebnog za dekloriranje, koje mjeri njihovu učinkovitost uklanjanja klora. Izračunava se vrijeme potrebno za smanjenje količine klora u protoku vode od 5 ‰ do 3,5. Manje vrijeme znači bolje performanse.

Veća gustoća daje veću količinu adsorpcije i, obično, znači kvalitetniji aktivni ugljen.

To je pokazatelj otpornosti na trošenje aktivnog ugljena. Važno je u održavanju radnog stanja i sposobnosti da izdrži silu trenja koja se javlja kada je izložena pritisku vode itd. Ovisno o razini aktivnosti i materijala od kojih se proizvodi aktivni ugljen, on se uvelike razlikuje po snazi.

Prašina smanjuje ukupnu aktivnost ugljena i smanjuje učinkovitost čišćenja. Metalni oksidi (Fe₂O₃) može se ispirati iz aktivnog ugljena, što dovodi do gubitka boje. Prašina topljiva u vodi i kiselini ima najveći učinak u usporedbi s drugim vrstama prašine. Topiva prašina može biti važna za akvarije, kao željezni oksid potiče rast algi. Ugljen s malim sadržajem topive prašine treba koristiti za pročišćavanje vode za morske, slatkovodne ribe i koralje kako bi se izbjeglo trovanje teškim metalima i prekomjerni rast algi.

Aktivnost ugljikovog tetraklorida

Mjerenje propusnosti aktivnog ugljena nastaje adsorpcijom pare zasićene ugljikovim tetrakloridom.

Distribucija veličine čestica

Što su manje čestice aktivnog ugljena, to je bolji pristup njegovoj površini i brža je kinetika adsorpcije. Međutim, mora se imati na umu da će se manje čestice, kada se koriste u parnom okruženju, snažnije smanjiti tlak u sustavu, a to će dovesti do povećanja troškova energije. Pažljiv pristup veličini korištenih čestica može biti vrlo koristan.

Primjeri adsorpcije s aktivnim ugljenom

Najčešći oblik kemijske adsorpcije u industriji. Koristi se kada kruti katalizator reagira s plinovitim materijalom, reagensima. Adsorpcija reagensa na površinu katalizatora formira kemijsku vezu, mijenjajući gustoću elektrona oko molekule reagensa i omogućuje reakcije koje su nemoguće u normalnim uvjetima.

Ciklus adsorpcije hlađenja provodi se adsorpcijom plinova za hlađenje s adsorbentom pri niskim tlakom i naknadnom desorpcijom pri zagrijavanju. Adsorbent ima ulogu "kemijskog kompresora" koji se kontrolira pomoću topline, te je s te točke gledišta "pumpa" sustava. Sastoji se od solarnog kolektora, kondenzatora ili izmjenjivača topline i isparivača smještenog u rashladnu komoru. Unutrašnjost kolektora obložena je upijajućom prevlakom od aktivnog ugljena natopljenog metanolom. Odjeljak hladnjaka je zabrtvljen i napunjen vodom. Aktivni ugljik je sposoban adsorbirati mnogo para metanola pri običnoj temperaturi i desorbirati ih na višoj temperaturi (na oko 100 ° C). Tijekom dana sunčeve zrake padaju na kolektor, zagrijavaju ga, a metanol sadržan u aktivnom ugljenu desorbira. Tijekom procesa desorpcije, tekući metanol, apsorbiran od ugljena, zagrijava se i pretvara u paru. Para metanola se kondenzira i akumulira u isparivaču.

Noću se temperatura kolektora spušta na temperaturu okoline, a aktivni ugljen reapsorbira metanol kroz isparivač. Tekući metanol u isparivaču se upari i apsorbira toplinu iz vode prikupljene u posudi. Budući da je adsorpcija proces izolacije topline, noću se kolektor učinkovito hladi. Dakle, sustav za hlađenje adsorpcije proizvodi hladno ne stalno.

Helij se također može koristiti u ovom procesu. U tom slučaju, lansiranje "sorpcijske pumpe" će biti na temperaturi od 4 K (-269,15 ° C), i raditi na višim temperaturama. Primjer sustava s takvim kapacitetom hlađenja mogu biti Oxford Instruments AST serije rashladnika koji rade na mješavini kriogenih tvari. Para 3 He pumpa se s površine mješavine tekućine 4 i izotopa 3 He. Na niskim temperaturama (obično 3 He se adsorbira na površini aktivnog ugljena. Zatim se ciklus odvija na temperaturi od 20-40 K i vraća 3 He u koncentrirani medij tekuće smjese. Hlađenje se odvija u trenutku prijelaza 3 iz tekućine u paru.) postoji nekoliko "pumpi", osiguran je kontinuirani protok plina, a time i konstantno hlađenje, dok se obnavlja jedna sorpcijska crpka, a druga će raditi, a takav sustav, koji se sastoji od samo nekoliko elemenata, podržava niska temperatura 10 MK (0.01 K).

Reaktivacija i oporavak

Reaktivacija ili obnova aktivnog ugljena vraća adsorpcijsku sposobnost iskorištenog ugljena desorpcijom apsorbiranih tvari s njegove površine.

U industriji, najčešća tehnika toplinske reaktivacije. Ovaj proces uključuje 3 faze:

• Adsorbent se suši na temperaturi od oko 105 ° C;
• Desorbiraju se i razdvajaju na visokoj temperaturi (500-900 ° C) u inertnoj atmosferi.
• Organski ostaci se aeriraju s oksidirajućim plinom (para ili ugljični dioksid) pri visokim temperaturama (800 ° C).

Toplinska redukcija se temelji na egzotermnoj prirodi adsorpcije, zbog čega se provodi desorpcija, djelomična razgradnja i polimerizacija adsorbirane organske tvari. Završna faza je usmjerena na uklanjanje spaljenih organskih ostataka nastalih u porama nakon prethodne faze i čišćenje porozne strukture ugljena, obnavljanje izvornih svojstava njegove površine. Nakon toga se može ponovno koristiti adsorpcijski toranj. Tijekom ovog postupka izgara oko 5-15% mase ugljena, čime se smanjuje kapacitet adsorpcije. Toplinska reaktivacija je energetski intenzivan proces, zbog potrebe korištenja visoke temperature, tako da su potrebni veliki energetski i financijski troškovi. Biljke koje se oslanjaju na toplinsku obnovu aktivnog ugljena trebaju biti dovoljno velike da bi bilo ekonomski izvedivo organizirati taj proces u njihovoj tvornici. Prema tome, nedovoljno velike biljke, potrebno je uzeti njihove stupce potrošenog aktivnog ugljena u specijalizirane centre za reaktivaciju, čime se povećavaju već značajne emisije ugljičnog dioksida.

Aktivni ugljik koji se koristi u potrošačkim proizvodima, kao što su friteze, filtri za vodu ili zrak, može se na sličan način reaktivirati upotrebom dostupnih uređaja za grijanje (na primjer, pećnica, toster za roštilj ili plinski plamenik). Ugljen se uklanja iz papirne ili plastične posude, koja se može otopiti ili spaliti, i zagrijavati sve dok se nečistoće ne ispare i / ili izgore.

Drugi načini ponovnog aktiviranja

Šteta za okoliš i visoki troškovi energije koji nastaju u procesu toplinske redukcije aktivnog ugljena služe kao poticaj za razvoj alternativnih metoda reaktivacije koje bi ih smanjile. Iako neke metode obnove ostaju predmetom akademskih istraživanja, postoje alternative za termičku reaktivaciju koje se već koriste u industriji. Trenutno, to uključuje sljedeće vrste reaktivacije:

• kemijski;
• mikrobna;
• elektrokemijski;
• ultrazvuk;
• mokra oksidacija.