Активированный уголь

активированный черный угольАктивированный уголь с точки зрения химии – это одна из форм углерода с несовершенной структурой, практически не содержащая примесей, таких как: водород, азот, галогены, сера и кислород.
Несовершенная форма характеризуется высокой степенью пористости с порами, размер которых колеблется в широком диапазоне с пределами, различающимися более чем в 106 раз – от видимых трещин и щелей до различных брешей и пустот на молекулярном уровне. Именно высокий уровень пористости делает активированный уголь «активированным».
Внешний вид — черные аморфные гранулы или порошок, карбонизированного углеродистого материала различного размера и формы.
По своему химическому составу активированный уголь сходен с графитом, материалом, используемым в обычных карандашах. Активированный уголь, алмаз, графит – все это формы углерода, практически не содержащие примесей.
Межмолекулярное притяжение, существующее в порах угля, приводит к возникновению адсорбционных сил, которые по своей природе сродни силе гравитации с той лишь разницей, что действуют они на молекулярном, а не на астрономическом уровне. Называются они Ван-дер-Ваальсовы силы.
Эти силы вызывают реакцию, подобную реакции осаждения, при которой адсорбирующие вещества могут быть удалены из водных или газовых потоков.
Химические реакции и химические связи также могут возникать между адсорбирующими веществами и поверхностью активированного угля или неорганическими примесями. Эти процессы называются химической адсорбцией или хемосорбцией.
Однако именно процесс физической адсорбции происходит при взаимодействии активированного угля и адсорбирующего вещества.

Структура пор активированного угля

В активированных углях различают три категории пор: микро-, мезо- и макропоры. Микро- и мезопоры составляют наибольшую часть поверхности активированных углей. Соответственно, именно они вносят наибольший вклад в их адсорбционные свойства. Микропоры особенно хорошо подходят для адсорбции молекул небольшого размера, а мезопоры — для адсорбции более крупных органических молекул.
Определяющее влияние на структуру пор активированных углей оказывают исходные материалы для их получения. Активированные угли на основе скорлупы кокосов характеризуются большей долей микропор, а активированные угли на основе каменного угля — большей долей мезопор. Большая доля макропор характерна для активированных углей на основе древесины.

активированный уголь карбоактив
Карбонизированная древесина
Активированный каменный уголь
Активированный каменный уголь
Активированная скорлупа кокосов
Активированная скорлупа кокосов

Адсорбция

Молекулы удаляемых загрязнителей удерживаются на поверхности активированного угля межмолекулярными силами Ван-дер-Ваальса. Таким образом, активированные угли удаляют загрязнители из очищаемых веществ (в отличие, например, от обесцвечивания, когда молекулы цветных примесей не удаляются, а химически превращаются в бесцветные молекулы).

Эффективность угля как адсорбента зависит от величины его доступной площади поверхности. На эффективность адсорбции могут также влиять такие факторы, как размер молекул адсорбата, размер пор и гранул угля, температура и pH раствора.

Хемосорбция

Хемосорбция
Некоторые вещества слабо адсорбируются на поверхности обычных активированных углей. К числу таких веществ относятся аммиак, диоксид серы, пары ртути, сероводород, формальдегид, хлор, цианистый водород.

Для эффективного удаления таких веществ используются активированные угли, импрегнированные специальными химическими реагентами.

В настоящее время активированный уголь, в основном выпускается в следующих 4 формах.

Формы активированного угля

  • гранулированный активированный уголь
  • порошковый активированный уголь
  • экструдированный активированный уголь (экструдер)
  • ткань пропитанная активированным углем
гранулированный активированный уголь
гранулированный активированный уголь
порошковый активированный уголь
порошковый активированный уголь
экструдированный активированный уголь
экструдированный активированный уголь
ткань пропитанная активированным углем
ткань пропитанная активированным углем