Активоване вугілля

Очищення води

Активоване вугілля – використовується в багатьох процесах очищення води, харчової промисловості, в хімічних технологіях.
Активоване вугілля може бути отримане з різної вуглевмісної сировини – деревини, кам’яного та бурого вугілля, торфу тощо.

Карбонізована деревина

При промисловому виробництві активованого вугілля в якості сировини найчастіше використовують кам’яне вугілля, шкаралупу кокосових горіхів та деревину.

Активоване кам′яне вугілля

Спочатку вуглевмісну сировину піддають карбонізації – випалюванню при високій температурі в інертному середовищі без доступу повітря. При цьому отриманий карбонізат має погані адсорбційні якості, оскільки розміри його пор невеликі й внутрішня площа поверхні досить мала. Тому карбонізат піддають активації для отримання специфічної структури пор та покращення адсорбційних властивостей.

Застосування активованого вугілля

очищення води;
очищення повітря;
очищення газів та хімічна промисловість;
рекуперація розчинників;
фармацевтика;
харчова промисловість;
золотовидобувна промисловість;
атомна промисловість;
виробництво протигазів.

Активоване вугілля в хімії

Активоване вугілля з точки зору хімії – це одна з форм вуглецю з недосконалою структурою, яка практично не містить домішок, таких як: водень, азот, галогени, сірка та кисень. Недосконала форма характеризується високим ступенем пористості з порами, розмір яких коливається в широкому діапазоні з межами, що розрізняються більше ніж в 106 раз – від наявних тріщин та щілин до різних проломів та порожнеч на молекулярному рівні. Саме високий ступінь пористості робить активоване вугілля «активованим».

Активована шкарлупа кокосів

Зовнішній вигляд – чорні аморфні гранули або порошок, карбонізованого вуглецевого матеріалу різного розміру та форми.
За своїм хімічним складом активоване вугілля подібне на графіт, матеріал, що використовують в звичайних олівцях. Активоване вугілля, алмаз, графіт – все це форми вуглецю, що практично не містять домішок.
Міжмолекулярне тяжіння, що існує в порах вугілля, призводить до виникнення адсорбційних сил, що по своїй природі подібні до сили гравітації з тією лише різницею, що діють вони на молекулярному, а не на астрономічному рівні. Називаються вони Ван-дер-Ваальсові сили.
Ці сили можуть викликати реакцію, подібну до реакції осадження, під час якої адсорбційні речовини можуть бути видалені з водних або газових потоків.
Хімічні реакції та хімічні зв′язки також можуть виникати між адсорбуючими речовинами та поверхнею активованого вугілля або неорганічними домішками. Ці процеси називаються хімічною адсорбцією або хемосорбцією.
Однак саме процес фізичної адсорбції відбувається при взаємодії активованого вугілля та адсорбуючої речовини.

Структура пор активованого вугілля

В активованому вугілля розрізняють три категорії: мікро-, мезо- та макропори. Мікро- та мезопори складають найбільшу частину поверхні активованого вугілля. Відповідно, саме вони вносять найбільший внесок в їх адсорбційні властивості. Мікропори особливо добре підходять для адсорбції молекул невеликого розміру, а мезопори – для адсорбції більш великих органічних молекул.
Визначний вплив на структуру пор активованого вугілля здійснюють вихідні матеріали для їх отримання. Активоване вугілля на основі шкарлупи кокосів характеризуються більшою частиною мікропор, а активоване вугілля на основі кам′яного вугілля – більшою частиною мезопор. Більша частина макропор характерна для активованого вугілля на основі деревини.

Адсорбція

Молекули, забруднень, що видаляються, затримуються на поверхні активованого вугілля міжмолекулярними силами Ван-дер-Ваальса. Таким чином, активоване вугілля видаляє забруднення з речовин (на відміну від знебарвлення, коли молекули кольорових домішок не видаляються, а хімічно перетворюються в знебарвлені молекули.)
Ефективність вугілля як адсорбенту залежить від розміру його доступної площі поверхні. На ефективність адсорбції можуть також впливати такі фактори, як розмір молекул адсорбату, розмір пор та гранул вугілля, температура та рН розчину.

Хемосорбція

Деякі речовини погано адсорбуються на поверхні звичайного активованого вугілля. До числа таких речовин відносяться аміак, діоксид сірки, випаровування ртуті, сірководень, формальдегід, хлор, ціаністий водень.
Для ефективного видалення таких речовин використовується активоване вугілля, імпрегновані спеціальними хімічними реагентами.
На сьогоднішній день активоване вугілля випускається в наступних 4 формах.

Форми активованого вугілля

гранульоване активоване вугілля;

гранульоване активоване вугілля

порошкове активоване вугілля;

порошкове активоване вугілля

екструдоване активоване вугілля (екструдер);

екструдоване активоване вугілля

тканина, що просочена активованим вугіллям.

тканина, що просочена активованим вугіллям