Активированный уголь вещество. Как сделать активированный уголь в домашних условиях: подробно о разных методах

Активированный уголь - это вещество, получаемое в промышленности из органического сырья (чаще всего из древесины, реже из торфа и костей животных). Рассмотрим подробнее, как получают активированный уголь.

Как активируют уголь в промышленности

Сначала сырье, которое станет впоследствии активированным углем, поддается реакции карбонизации. Этот процесс представляет собой обжиг под воздействием высоких температур в инертной атмосфере и при отсутствии кислорода. Но полученный после этого карбонизат еще не обладает полезными свойствами активированного угля, так как количество пор в нем еще небольшое. Такое сырье также подвергается процессу активации.

При активации угля в промышленных условиях используют в основном каменный или бурый уголь, древесину или скорлупу кокосовых орехов.

Процесс активирования угля

Обожженный карбонизат или уголь может подвергаться обработке специальными соединениями химического происхождения либо горячим водяным паром.

Как активируют активированный уголь? Для активации угля используют пар. Рассмотрим этот процесс подробнее.

В контролируемой среде карбонизат обрабатывают водой при высоком давлении и температурах от 800 до 1000 °С. В процессе такой обработки на поверхности угля происходит химическая реакция, открываются ранее закрытые углеродные поры. Таким образом многократно увеличивается площадь внутренней поверхности угля - до 1,5 тысяч кв. м из расчета на 1 грамм угля. При помощи регуляции условий можно добиться различной адсорбционной способности угля.
Предварительно первичный материал пропитывают химическими веществами - раствором калия карбоната либо цинка хлорида.

В процессе активации паром происходит следующая реакция:

С + H 2 O → CO +H 2

А при избытке молекул воды может происходить и следующий процесс:

С + 2H 2 O → CO 2 + 2H 2

Уголь может активироваться не только в безвоздушном пространстве, а также и при ограниченном доступе кислорода. При этом некоторая часть угля сгорает, создавая необходимую температуру для активации, но количество активированного угля на выходе в этом случае существенно уменьшается.

В результате активации, проведенной термохимическим способом, получается уголь с грубыми порами, который используют лишь для обесцвечивания жидкостей. А активированный уголь, полученный путем активации паром, пригоден для очистки.

Окончательная обработка угля

После основной обработки уголь остужают, а потом просеивают и сортируют. Отсеивается шлам (пылевые отходы), после чего уголь дополнительно обрабатывается так тщательно, как требуется для получения конечного результата. Его могут пропитывать разнообразными химическими соединениями (процесс импрегнирования), отмывать кислотами, после чего просушивать и дробить. Потом активированный уголь упаковывается в соответствующую промышленную тару.

При помощи водяной активации удается увеличить внутреннюю площадь угля. Это делает активированный уголь отличным сорбентом (веществом, избирательно поглощающим газы или растворенные вещества из окружающей среды). Но не вся обрабатываемая поверхность может адсорбироваться. Поры слишком малы для адсорбции (поглощения вещества поверхностным слоем твердого тела) крупных молекул. При этом увеличить размеры пор возможно, если активации подвергнуть уголь не растительного происхождения, а животного.

Структура

Производство

Классификация

Основные характеристики

Области применения

Регенерация

История

Активированные угли Carbonut

Документация

Сырье и химический состав

Активированный (или активный) уголь (от лат. carbo activatus) — это адсорбент - вещество с высоко развитой пористой структурой, которое получают из различных углеродсодержащих материалов органического происхождения, таких как древесный уголь, каменноугольный кокс, нефтяной кокс, скорлупа кокоса, грецкого ореха, косточки абрикоса, маслины и других плодовых культур. Наилучшим по качеству очистки и сроку службы считается активированный уголь (карболен), изготовленный из скорлупы кокоса, а благодаря высокой прочности его можно многократно регенерировать.

Активированный уголь с точки зрения химии - это одна из форм углерода с несовершенной структурой, практически не содержащая примесей. Активированный уголь на 87-97 % по массе состоит из углерода, также может содержать водород, кислород, азот, серу и другие вещества. По своему химическому составу активированный уголь сходен с графитом , материалом, используемым, в том числе в обычных карандашах. Активный уголь, алмаз, графит - это все различные формы углерода, практически не содержащие примесей. По своим структурным характеристикам активные угли относятся к группе микрокристаллических разновидностей углерода - это графитовые кристаллиты, состоящие из плоскостей протяженностью 2-3 нм, которые в свою очередь образованы гексагональными кольцами. Однако типичная для графита ориентация отдельных плоскостей решетки относительно друг друга в активных углях нарушена - слои беспорядочно сдвинуты и не совпадают в направлении, перпендикулярном их плоскости. Кроме графитовых кристаллитов активированные угли содержат от одной до двух третей аморфного углерода, наряду с этим присутствуют гетероатомы. Неоднородная масса, состоящая из кристаллитов графита и аморфного углерода, определяет своеобразную пористую структуру активированных углей, а также их адсорбционные и физико-механические свойства. Наличие химически связанного кислорода в структуре активных углей, образующего поверхностные химические соединения основного или кислого характера, значительно влияет на их адсорбционные свойства. Зольность активного угля может составлять 1-15 %, иногда его обеззоливают до 0,1-0,2 %.

Структура

Активный уголь имеет огромное количество пор и поэтому обладает очень большой поверхностью, вследствие чего обладает высокой адсорбцией (1 г активного угля, в зависимости от технологии изготовления имеет поверхность от 500 до 1500 м 2). Именно высокий уровень пористости делает активированный уголь «активированным». Увеличение пористости активного угля происходит во время специальной обработки - активации, которая значительно увеличивает адсорбирующую поверхность.

В активированных углях различают макро-, мезо- и микро- поры. В зависимости от размеров молекул, которые нужно удержать на поверхности угля, должен изготавливаться уголь с разными соотношениями размеров пор. Поры в активном угле классифицируют по их линейным размерам - Х (полуширина - для щелевидной модели пор, радиус - для цилиндрической или сферической):

Х <= 0,6-0,7 нм - микропоры;
0,6-0,7 < Х < 1,5-1,6 нм - супер- микропоры;
1,5-1,6 < Х < 100-200 нм - мезопоры;
Х > 100-200 нм - макропоры.

Для адсорбции в микропорах (удельный объем 0,2-0,6 см 3 /г и 800-1000 м 2 /г), соизмеримых по размерам с адсорбируемыми молекулами, характерен главным образом механизм объемного заполнения. Аналогично происходит адсорбция также в супермикропорах (удельный объем 0,15-0,2 см 3 /г) - промежуточные области между микропорами и мезопорами. В этой области свойства микропор постепенно вырождаются, свойства мезопор проявляются. Механизм адсорбции в мезопорах заключается в последовательном образовании адсорбционных слоев (полимолекулярная адсорбция), которое завершается заполнением пор по механизму капиллярной конденсации. У обычных активных углей удельный объем мезопор составляет 0,02-0,10 см 3 /г, удельная поверхность 20-70 м 2 /г; однако у некоторых активных углей (например, осветляющих) эти показатели могут достигать соответственно 0,7 см 3 /г и 200-450 м 2 /г. Макропоры (удельный объем и поверхность соответственно 0,2-0,8 см 3 /г и 0,5-2,0 м 2 /г) служат транспортными каналами, подводящими молекулы поглощаемых веществ к адсорбционному пространству гранул активированного угля. 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 исходное сырье, из которого их получают. Активные угли на основе скорлупы кокоса характеризуются большей долей микропор, а активированные угли на основе каменного угля - большей долей мезопор. Большая доля макропор характерна для активированных углей на основе древесины. В активном угле как правило существуют все разновидности пор, и дифференциальная кривая распределения их объема по размерам имеет 2-3 максимума. В зависимости от степени развития супермикропор различают активные угли с узким распределением (эти поры практически отсутствуют) и широким (существенно развиты).

В порах активного угля существует межмолекулярное притяжение, которое приводит к возникновению адсорбционных сил (Ван-дер-Вальсовые силы), которые по своей природе сродни силе гравитации с той лишь разницей, что действуют они на молекулярном, а не на астрономическом уровне. Эти силы вызывают реакцию, подобную реакции осаждения, при которой адсорбируемые вещества могут быть удалены из водных или газовых потоков. 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).
Химические реакции также могут возникать между адсорбируемыми веществами и поверхностью активированного угля. Эти процессы называются химической адсорбцией или хемосорбцией, однако в основном процесс физической адсорбции происходит при взаимодействии активированного угля и адсорбируемого вещества. Хемосорбция широко применяется в промышленности для очистки газов, дегазации, разделения металлов, а также в научных исследованиях. Физическая адсорбция обратима, то есть адсорбируемые вещества могут быть отделены от поверхности и возвращены в их первоначальное состояние при определенных условиях. При хемосорбции, адсорбируемое вещество связано с поверхностью посредством химических связей, изменяя его химические свойства. Хемосорбция не обратима.

Некоторые вещества слабо адсорбируются на поверхности обычных активированных углей. К числу таких веществ относятся аммиак, диоксид серы, пары ртути, сероводород, формальдегид, хлор и цианистый водород. Для эффективного удаления таких веществ используются активные угли, импрегнированные специальными химическими реагентами. Импрегнированные активированные угли используются в специализированных областях применения воздухо- и водоочистки, в респираторах, для военных целей, в атомной промышленности и др.

Производство

Для производства активированного угля используют печи различного типа и конструкции. Наибольшее распространение получили: многополочные, шахтные, горизонтальные и вертикальные роторные печи, а также реакторы с кипящем слоем. Основные свойства активных углей и прежде всего пористая структура определяются видом исходного углеродсодержащего сырья и способом его переработки. Сначала углеродсодержащее сырье измельчают до размера частиц 3-5 см, затем подвергают карбонизации (пиролизу) - обжигу при высокой температуре в инертной атмосфере без доступа воздуха для удаления летучих веществ. На стадии карбонизации формируется каркас будущего активного угля - первичная пористость и прочность.

Однако, полученный карбонизированный уголь (карбонизат) обладает плохими адсорбционными свойствами, поскольку размеры его пор невелики и внутренняя площадь поверхности очень мала. Поэтому карбонизат подвергают активации для получения специфической структуры пор и улучшения адсорбционных свойств. Сущность процесса активации состоит во вскрытии пор, находящихся в углеродном материале в закрытом состоянии. Это делается либо термохимически: предварительно материал пропитывают раствором хлорида цинка ZnCl 2 , карбоната калия К 2 СО 3 или некоторыми другими соединениями и нагревают до 400-600 °С без доступа воздуха, либо, наиболее распространенным путем обработки - перегретым паром или углекислым газом СО 2 или их смесью при температуре 700-900 °С в строго контролируемых условиях.
Активация водяным паром представляет собой окисление карбонизованных продуктов до газообразных в соответствии с реакцией - С+Н 2 О -> СО+Н 2 ; или при избытке водяного пара - С+2Н 2 О -> СО 2 +2Н 2 . Широко распространен прием подачи в аппарат для активации одновременно с насыщенным паром ограниченного количества воздуха. Часть угля сгорает и в реакционном пространстве достигается необходимая температура. Выход активного угля в этом варианте процесса заметно снижается. Также активный уголь получают термическим разложением синтетических полимеров (например, поливинилиденхлорида).

Активация водяным паром позволяет получать угли с внутренней площадью поверхности до 1500 м 2 на грамм угля. Благодаря этой огромной площади поверхности, активированные угли являются прекрасными адсорбентами. Тем не менее, не вся эта площадь может быть доступна для адсорбции, поскольку крупные молекулы адсорбируемых веществ не могут проникать в поры малого размера. В процессе активации развивается необходимая пористость и удельная поверхность, происходит значительное уменьшение массы твердого вещества, именуемое обгаром.

В результате термохимической активации образуется грубопористый активированный уголь, который применяется для обесцвечивания. В результате паровой активации образуется мелкопористый активированный уголь, применяемый для очистки.

Далее активированный уголь охлаждают и подвергают предварительной сортировке и рассеву, где отсеивается шлам, затем в зависимости от необходимости получения заданных параметров, активированный уголь подвергают дополнительной обработке: отмывка кислотой, импрегнирование (пропитка различными химическими веществами), измельчение и сушка. После чего активированный уголь упаковывают в промышленную упаковку: мешки или биг-бэги.

Классификация

Активированный уголь классифицируется по типу сырья, из которого он изготовлен (каменный уголь, древесина, кокос и т. д.), по способу активации (термохимическая и паровая), по назначению (газовые, рекуперационные, осветляющие и угли-носители катализаторов-химосорбентов), а также по форме выпуска. В настоящее время активированный уголь, в основном выпускается в следующих формах:

порошковый активный уголь,
гранулированный (дробленый, частицы неправильной формы) активный уголь,
формованный активный уголь,
экструдированный (цилиндрические гранулы) активный уголь,
ткань, пропитанная активным углем.

Порошковый активированный уголь имеет частицы размером менее 0,1 мм (более чем 90 % общего состава). Порошковый уголь используется для промышленной очистки жидкостей, включая очистку хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. После адсорбции порошковый уголь должен быть отделен от очищаемых жидкостей посредством фильтрации.

Гранулированный активированный уголь частицы размером от 0,1 до 5 мм (более чем 90 % состава). Гранулированный активный уголь используется для очистки жидкостей, в основном для очистки воды. При очистке жидкостей активный уголь помещается в фильтры или адсорберы. Активные угли с более крупными частицами (2-5 мм) используются для очистки воздуха и других газов.

Формованный активированный уголь - это активированный уголь в форме различных геометрических фигур, в зависимости от области применения (цилиндры, таблетки, брикеты и т. д.). Формованный уголь используется для очистки различных газов и воздуха. При очистке газов активный уголь также помещается в фильтры или адсорберы.

Экструдированный уголь выпускается с частицами в форме цилиндров диаметром от 0,8 до 5 мм, как правило, импрегнируется (пропитывается) специальными химическими веществами и применяется в катализе.

Ткани, пропитанные углем выпускается различных форм и размеров, наиболее часто применяются для очистки газов и воздуха, например в автомобильных воздушных фильтрах.

Основные характеристики

Гранулометрический размер (гранулометрия) - размер основной части гранул активного угля. Единица измерения: миллиметры (мм), mesh USS (американская) и mesh BSS (английская). Сводная таблица преобразования размера частиц mesh USS - миллиметры (мм) приведена в соответствующем файле.

Насыпная плотность - масса материала, заполняющего единицу объема под действием собственного веса. Единица измерения - грамм на сантиметр кубический (г/см 3).

Площадь поверхности - площадь поверхности твердого тела отнесенная к его массе. Единица измерения - квадратный метр к грамму угля (м 2 /г).

Твердость (или прочность) - все производители и потребители активированного угля пользуются значительно различающимися методиками определения прочности. Большинство методик основаны на следующем принципе: проба активированного угля подвергается воздействию механической нагрузки, а мерой прочности служит количество образующихся при разрушении угля мелкой фракции или измельчение среднего размера. За меру прочности принимают количество не разрушенного угля в процентах (%).

Влажность - количество влаги, содержащееся в активном угле. Единица измерения - проценты (%).

Зольность - количество золы (иногда считается только водорастворимая) в активном угле. Единица измерения - проценты (%).

рН водной вытяжки - значение рН водного раствора после кипячения в нем навески активного угля.

Защитное действие - измерение времени адсорбции углем определенного газа до начала пропускания минимальных концентраций газа слоем активированного угля. Данный тест применяют для углей используемых для очистки воздуха. Чаще всего активный уголь тестируется по бензолу или четыреххлористому углероду (он же тетрахлорметан CCl 4).

СТС адсорбция (адсорбция по четыреххлористому углероду) - через объем активированного угля пропускают четыреххлористый углерод, насыщение происходит до постоянной массы, далее получают количество адсорбированного пара, отнесенное к навеске угля в процентах (%).

Йодный индекс (адсорбция йода, йодное число) - количество йода в миллиграммах, которое может адсорбировать 1 грамм активированного угля, в порошкообразной форме из разбавленного водного раствора. Единица измерения - мг/г.

Адсорбция по метиленовому голубому - количество миллиграммов метиленового голубого, поглощаемое одним граммом активированного угля из водного раствора. Единица измерения - мг/г.

Обесцвечивание мелассы (мелассовое число или индекс, показатель по мелассе) - количество активированного угля в миллиграммах необходимое для 50 %-го осветления стандартного раствора мелассы.

Области применения

Активированный уголь хорошо адсорбирует органические, высокомолекулярные вещества с неполярной структурой, например: растворители (хлорируемые углеводороды), красители, нефть и т. д. Возможности адсорбции увеличиваются с уменьшением растворимости в воде, с большей неполярностью структуры и увеличением молекулярной массы. Активированные угли хорошо адсорбируют пары веществ со сравнительно высокими температурами кипения (например, бензол С 6 Н 6), хуже - летучие соединения (например, аммиак NH 3). При относительных давлениях пара р р /р нас менее 0,10-0,25 (р р - равновесное давление адсорбируемого вещества, р нас - давление насыщенного пара) активный уголь незначительно поглощает водяные пары. Однако при р р /р нас более 0,3-0,4 наблюдается заметная адсорбция, а в случае р р /р нас = 1 практически все микропоры заполнены водяными парами. Поэтому их наличие может осложнить поглощение целевого вещества.

Активированный уголь широко применяют как адсорбент, поглощающий пары из газовых выбросов (например, при очистке воздуха от сероуглерода CS 2), улавливания паров летучих растворителей с целью их рекуперации, для очистки водных растворов (например, сахарных сиропов и спиртных напитков), питьевой и сточных вод, в противогазах, в вакуумной технике, например для создания сорбционных насосов, в газоадсорбционной хроматографии, для заполнения запахопоглотителей в холодильниках, очистки крови, поглощения вредных веществ из желудочно-кишечного тракта и др. Активный уголь также может, является носителем каталитических добавок и катализатором полимеризации. Для придания активному углю каталитических свойств в макро- и мезопоры вносят специальные добавки.

С развитием промышленного производства активного угля, применение этого продукта неуклонно возрастает. В настоящее время активированный уголь используется во многих процессах очистки воды, пищевой промышленности, в процессах химических технологий. Кроме того, очистка отходящих газов и сточных вод основана главным образом на адсорбции активированным углем. А с развитием атомных технологий, активированный уголь является основным адсорбентом радиоактивных газов и сточных вод на атомных электростанциях. В 20 веке применение активированного угля появилось в сложных медицинских процессах, например, гемофильтрация (очищение крови на активированном угле). Активированный уголь применяется:

Вода классифицируется как сточная, грунтовая и питьевая. Характерной особенностью этой классификации является концентрация загрязнителей, которые могут быть растворителями, пестицидами и/или галогено- углеводородами, типа хлорированных углеводородов. Различают следующие диапазоны концентрации, в зависимости от растворимости:

10-350 г/литр для питьевой воды,
10-1000 г/литр для грунтовых вод,
10-2000 г/литр для сточных вод.

Водная обработка бассейнов не соответствует этой классификации, так как здесь мы имеем дело с дехлорированием и деозонированием, а не с чистым адсорбционным удалением загрязнителя. Дехлорирование и деозонирование эффективно применяется при обработке воды плавательных бассейнов с применением активированного угля из кокосовой скорлупы, который имеет преимущества из-за большой адсорбционной поверхности и поэтому имеет превосходный дехлорирующий эффект с высокой плотностью. Высокая плотность позволяет обратному потоку, не вымывать активированный уголь из фильтра.

Гранулированный активированный уголь применяется в неподвижных стационарных адсорбционных системах. Загрязненная вода течет через постоянный слой активированного угля (главным образом сверху вниз). Для свободного функционирования этой адсорбционной системы вода должна быть свободна от любых твердых частиц. Это можно гарантировать соответствующей предобработкой (например, посредством песочного фильтра). Частицы, которые попадают в неподвижный фильтр, могут быть удалены встречным потоком адсорбционной системы.

При многих производственных процессах испускаются вредные газы. Эти ядовитые вещества не должны выделяться в воздух. Наиболее часто встречающиеся в воздухе ядовитые вещества - растворители, которые являются необходимыми для производства материалов повседневного спроса. Для разделения растворителей (главным образом углеводородов, типа хлорированных углеводородов), активированный уголь может успешно применяться из-за его водоотталкивающих свойств.

Воздушная очистка подразделяется на воздушную очистку загрязненного воздуха и восстановление растворителей в соответствии с количеством и концентрацией загрязнителя в воздухе. При высокой концентрации, дешевле восстанавливать растворители из активированного углерода (например, посредством пара). Но если ядовитые вещества существуют при очень низкой концентрации или в смеси, которая не может быть многократно использована, применяется формованный активированный уголь одноразового использования. Формованный активированный уголь применяется в неподвижных адсорбционных системах. Загрязненные вентиляционные струи через постоянный слой угля проходят в одном направлении (главным образом снизу вверх).

Одна из основных областей применения импрегнированного активированного угля - очистка газов и воздуха. Загрязненный воздух в результате многих технических процессов содержит ядовитые вещества, которые не могут быть полностью удалены посредством обычного активированного угля. Эти ядовитые вещества, главным образом - неорганические или нестабильные, полярные вещества, могут быть очень ядовитыми даже при небольшой концентрации. В этом случае применяется импрегнированный активный уголь. Иногда различными промежуточными химическими реакциями между компонентом загрязнителя и активным веществом в активированном угле, загрязнитель может быть полностью удален из загрязненного воздуха. Импрегнируют (пропитывают) активированные угли серебром (для очистки питьевой воды), йодом (для очистки от двуокиси серы), серой (для очистки от ртути), щелочью (для очистки от газообразных кислот и газов - хлор, двуокись серы, двуокись азота и т. д.), кислотой (для очистки от газообразных щелочей и аммиака).

Регенерация

Так как адсорбция - обратимый процесс и не изменяет поверхностный или химический состав активированного угля, загрязнители могут быть удалены из активного угля посредством десорбции (выделение адсорбированных веществ). Сила Ван-дер-Вальса, которая является главной движущей силой в адсорбции, ослабляется, поэтому для того, чтобы загрязнитель мог быть удален с поверхности угля, применяются три технических метода:

Метод температурных колебаний: эффект силы Ван-дер-Вальса уменьшается, при увеличении температуры. Температура увеличивается за счет горячего потока азота или увеличения давления пара при температуре 110-160 °C.
Метод колебания давления: при уменьшении парциального давления, эффект силы Ван-Дер-Вальса уменьшается.
Экстракция - десорбция в жидких фазах. Адсорбированные вещества удаляются химически.

Все эти методы имеют неудобства, так как адсорбированные вещества не могут быть полностью удалены с поверхности угля. Значительное количество загрязнителя остается в порах активированного угля. При использовании паровой регенерации, 1/3 часть всех адсорбированных веществ, все еще остается в активированном угле.

Под химической регенерацией понимают обработку сорбента жидкими или газообразными органическими или неорганическими реагентами при температуре, как правило, не выше 100 °С. Химически регенерируют как углеродные, так и не углеродные сорбенты. В результате этой обработки сорбат либо десорбируется без изменений, либо десорбируются продукты его взаимодействия с регенерирующим агентом. Химическая регенерация часто протекает непосредственно в адсорбционном аппарате. Большинство методов химической регенерации узко специализированы для сорбатов определенного типа.

Низкотемпературная термическая регенерация - это обработка сорбента паром или газом при 100-400 °С. Процедура эта достаточно проста и во многих случаях ее ведут непосредственно в адсорберах. Водяной пар вследствие высокой энтальпии чаще других используют для низкотемпературной термической регенерации. Он безопасен и доступен в производстве.

Химическая регенерация и низкотемпературная термическая регенерация не обеспечивает полного восстановления адсорбционных углей. Термическая регенерация процесс весьма сложный, многостадийный, затрагивающий не только сорбат, но и сам сорбент. Термическая регенерация приближена к технологии получения активных углей. При карбонизации сорбатов различного типа на угле большая часть примесей разлагается при 200-350 °С, а при 400 °С обычно разрушается около половины всего адсорбата. CO, CO 2 , CH 4 - основные продукты разложения органического сорбата выделяются при нагревании до 350 - 600°С. В теории стоимость такой регенерации составляет 50 % стоимости нового активного угля. Это говорит о необходимости продолжения поиска и разработки новых высокоэффективных методов регенерации сорбентов.

Реактивация - полная регенерация активированного углерода посредством пара при температуре 600 °C. Загрязнитель сжигается при этой температуре, не сжигая уголь. Это возможно из-за низкой концентрации кислорода и присутствия значительного количества пара. Водяной пар выборочно реагирует с адсорбированной органикой, проявляющей высокую реактивность в воде при этих высоких температурах, при этом происходит полное сгорание. Однако при этом нельзя избежать минимального сгорания угля. Эта потеря должна быть компенсирована новым углем. После реактивации часто происходит так, что активированный уголь показывает большую внутреннюю поверхностную и более высокую реактивность, чем оригинальный уголь. Эти факты обусловлены формированием дополнительных пор и коксуемых загрязнителей в активированном угле. Структура пор также изменяется - происходит их увеличение. Реактивация выполняется в печи для реактивации. Есть три типа печей: ротационные, шахтные и печи с изменяемым газовым потоком. Печь с изменяемым газовым потоком имеет преимущества из-за низких потерь при сгорании и трении. Активированный уголь загружается в поток воздуха и при этом газы сгорания могут быть унесены вверх через решетку. Активированный уголь частично становится текучим благодаря интенсивному газовому потоку. Газы также транспортируют продукты сгорания при реактивации из активированного угля в камеру дожигания. Воздух добавляется в дожигатель, таким образом газы, которые не были полностью воспламенены, могут теперь быть сожжены. Температура увеличивается приблизительно до 1200 °C. После сгорания газ течет к газовому моечному аппарату, в котором газ охлаждается до температуры между 50-100 °C в результате охлаждения водой и воздухом. В этой камере соляная кислота, которая образуется адсорбированными хлоруглеводородами из очищенного активированного угля, нейтрализуется гидроокисью натрия. Благодаря высокой температуре и быстрому охлаждению не происходит образования ядовитых газов (типа диоксинов и фуранов).

История

Наиболее раннее из исторических упоминаний об использовании углей, относится к Древней Индии, где в санскритских писаниях говорилось, что питьевую воду необходимо предварительно пропускать через уголь, выдерживать в медных сосудах и подвергать действию солнечных лучей.

Уникальные и полезные свойства углей были известны также и в Древнем Египте, где древесный уголь использовали в медицинских целях уже за 1500 лет до н. э.

Древние римляне также пользовались углем для очистки питьевой воды, пива и вина.

В конце 18-го века ученые знали, что карболен способен поглощать различные газы, пары и растворенные вещества. В обыденной жизни люди наблюдали: если при кипячении воды в кастрюлю, где перед этим варили обед, бросить несколько древесных угольков, то привкус и запах пищи исчезают. Со временем активированный уголь стали использовать для очистки сахара, для улавливания бензина в природных газах, при крашении тканей, дублении кожи.

В 1773 году немецкий химик Карл Шееле сообщал об адсорбции газов на древесном угле. Позже было установлено, что древесный уголь может также обесцвечивать жидкости.

В 1785 году санкт-петербургский аптекарь Ловиц Т. Е., впоследствии ставший академиком, впервые обратил внимание на способность активированного угля очищать спирт. В результате многократных опытов он установил, что даже простое встряхивание вина с угольным порошком позволяет получить намного более чистый и качественный напиток.

В 1794 году древесный уголь был впервые применен на английском сахарном заводе.

В 1808 году древесный уголь впервые применили во Франции для осветления сахарного сиропа.

В 1811 году при приготовлении черного сапожного крема была обнаружена обесцвечивающая способность костяного угля.

В 1830 году один аптекарь, проводя на себе опыт, принял внутрь грамм стрихнина и остался жив, потому что одновременно проглотил 15 граммов активированного угля, который адсорбировал этот сильный яд.

В 1915 году первый, в мире фильтрующий угольный противогаз был изобретен в России русским ученым Николаем Дмитриевичем Зелинским. В 1916 году был принят на вооружение армий Антанты. Основным сорбирующим материалом в нём был активированный уголь.

Промышленное производство активированного угля началось в начале 20 века. В 1909 году в Европе была выпущена первая партия порошкового активного угля.

Во времена первой мировой войны был впервые применен активный уголь из скорлупы кокосового ореха в качестве адсорбента в противогазных масках.

В настоящее время активированные угли являются одними из лучших фильтрующих материалов.

Активированные угли Carbonut

Компания предлагает широкий ассортимент активированных углей Carbonut, отлично зарекомендовавших себя в самых разных технологических процессах и областях промышленности:

Carbonut WT для очистки жидкостей и воды (грунтовой, сточной и питьевой, а также для водоподготовки),
Carbonut VP для очистки различных газов и воздуха,
Carbonut GC для извлечения золота и других металлов из растворов и пульп в горно-мотеллургической промышленности,
Carbonut CF для сигаретных фильтров.

Активные угли Carbonut производятся только исключительно из скорлупы кокосового ореха, так как кокосовые активные угли обладают наилучшим качеством очистки и наибольшей емкостью поглощения (благодаря наличию большего количества пор и соответственно большей площади поверхности), наиболее длительным сроком службы (благодаря высокой твердости и возможности многократной регенерации), отсутствием десорбции абсорбированных веществ и низкой зольности.

Активные угли Carbonut производятся с 1995 года в Индии на автоматизированном и высоко технологичном оборудовании. Производство имеет стратегически важное месторасположения, во-первых, в непосредственной близости к источнику сырья - кокосовому ореху, а во-вторых, в непосредственной близости к морским портам. Кокосовый орех произрастает круглогодично, обеспечивая бесперебойный источник качественного сырья в больших количествах, с минимальными издержками на доставку. Близость морских портов, также позволяет избежать дополнительных расходов на логистику. Все этапы технологического цикла при производстве активного угля Carbonut строго контролируются: это и тщательный отбор входного сырья, контроль основных параметров после каждого промежуточного этапа производства, а также контроль качества конечного, готового продукта в соответствии с установленными стандартами. Активные угли Carbonut экспортируется практически по всему миру и благодаря отличному сочетанию цена-качество пользуется широким спросом.

Документация

Для просмотра документации Вам потребуется программа «Adobe Reader». Если у Вас на компьютере не установлена программа «Adobe Reader» , посетите сайт www.adobe.com компании «Adobe», скачайте и установите последнюю версию этой программы (программа бесплатная). Процесс установки прост и займет всего несколько минут, данная программа Вам пригодится и в будущем.

Если вы хотите купить Активированный уголь в Москве, Подмосковье, Мытищах, Санкт-Петербурге — обращайтесь к менеджерам компании. Также производится доставка в другие регионы Российской Федерации.

Активированный уголь (Carbonis activati) известен с очень древних времен. Упоминания о нем встречаются даже в древнеиндийских писаниях, где рекомендуется пропускать воду через уголь для ее очищения. Полезные качества угля были известны и древним грекам, которые очищали им не только воду, но также пиво и вино.

В Древнем Египту в XV веке до н. э. древесный уголь уже использовался в медицинских целях. В Европе адсорбирующие свойства угля были замечены только в XVIII веке. Тогда было научно установлено, что древесный уголь может поглощать газы и обесцвечивать жидкости. В следующем веке древесный уголь начали использовать во Франции для обесцвечивания сахарных сиропов.

Однако массовое промышленное производство активированного угля началось только в начале XX века. Первая партия порошкообразного угля была выпущена в 1909 году. В России активированный уголь применялся для фильтрования воды из боржомских минеральных источников.

Во время Первой мировой войны в армии ввели в эксплуатацию противогазы, в которых использовался активированный уголь, изготовленный из скорлупы кокосового ореха.

В наши дни из скорлупы кокосового ореха изготавливают активированный уголь с высокой адсорбирующей способностью. Активированный уголь представляет собой черный порошок без запаха и вкуса, не растворимый в обычных растворителях. В настоящее время существует много видов активированного угля, которые широко применяются в различных сферах жизни, в том числе и в медицине.

Препарат получают из древесины методом сухой перегонки. Для этой цели используются деревья различных пород: бук, береза, сосна, липа, дуб, ель, осина, ольха, тополь.

В соответствии с перечисленным порядком адсорбирующая способность изготовленного из данных пород деревьев угля уменьшается.

Активированный уголь можно изготовить самим. Для этого используются стволы деревьев не старше 50 лет. Древесину нужно очистить от коры, сучков и сердцевины. Приготовленные таким образом поленья сжигаются на костре до тех пор, пока не исчезнет огонь. В костре на месте древесины окажутся раскаленные угли. Обычно на таких углях выпекают картошку или готовят шашлыки.

Теперь надо выбрать из костра угли большего размера, стряхнуть с них пыль и золу и поместить в заранее приготовленную посуду, после чего плотно закрыть. Когда угли в посуде остынут, их можно вынуть и, снова очистив от угольной пыли, истолочь в ступке до не слишком мелких гранул. Затем получившуюся крупу необходимо просеять. Активированный уголь готов к употреблению.

Деревья, используемые для получения активированного угля:

Чтобы получить активированный уголь лучшего качества, нужно, достав угли из костра, поместить их в дуршлаг. После этого раскаленные угли обрабатываться паром, для чего надо подержать дуршлаг над посудой с кипящей водой. Опускать угли в воду нельзя. Когда уголь окончательно остынет, нужно истолочь его и положить на хранение.

Хранить его следует в закрытом сосуде, помещенном в сухое место, отдельно от веществ, выделяющих газы или пары. На воздухе или в месте с повышенной влажностью адсорбирующие свойства активированного угля значительно снижаются.

Изготовленный таким образом уголь можно использовать для фильтрации воды или спиртных напитков.

Благодаря своей высокой адсорбирующей способности и большой поверхностной активности активированный уголь широко применяется при лечении заболеваний. Его используют при острых отравлениях алкалоидами или солями тяжелых металлов, пищевых интоксикациях, диспепсии, метеоризме, повышенной кислотности и гиперсекреции желудочного сока, а также при инфекциях и заболеваниях ЖКТ (желудочно-кишечного тракта), сопровождающихся процессами гниения и брожения.

Практическое издание «Лечение активированным углем»

Все мы привыкли, что активированный уголь — это дешевое средство при отравлениях. Также его часто принимают перед застольем, чтобы на утро не так сильно болела голова после выпитого алкоголя. Из чего же делают активированный уголь и почему он так эффективен?

Основным сырьем для производства активированного угла служат: древесина, каменный уголь, битумный уголь, скорлупа кокосовых орехов и др. Указанное сырьё сначала обугливают, затем подвергают активации.

Активация состоит во вскрытии пор, находящихся в угле в закрытом состоянии.

Активация угля делается несколькими способами:

Термохимически — предварительно материал пропитывают раствором хлорида цинка, карбоната калия или некоторыми другими соединениями, и нагревают без доступа воздуха.
Путём обработки перегретым паром или углекислым газом или их смесью при температуре 800-850 °C. Широко распространён приём подачи в аппарат для активации одновременно с насыщенным паром ограниченного количества воздуха. Часть угля сгорает, и в реакционном пространстве достигается необходимая температура. Выход активированного угля в этом варианте процесса заметно снижается.

В зависимости от технологии изготовления, 1 грамм активированного угля может иметь поверхность от 500 до 1500 м². У лучших марок активированных углей площадь поверхности пор может достигать 1800-2200 м² на 1 г угля.

Применение активированного угля в медицине

Активированный уголь обладает большой поверхностной активностью, нейтрализует яды и токсины из желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) до их всасывания, алкалоиды, гликозиды, барбитураты и др. снотворные, лекарственные средства для общей анестезии, соли тяжёлых металлов, токсины бактериального, растительного, животного происхождения, производные фенола, синильной кислоты, сульфаниламиды, газы.

При лечении отравлений необходимо создать избыток угля в желудке (до его промывания) и в кишечнике (после промывания желудка).

Активированный уголь применяют не только в медицине, вот другие области его применения:

в противогазах,
при производстве сахара (очистка сахарного сиропа от красящих веществ),
для производства органического удобрения терра прета,
химическая и пищевая промышленности.

Теперь вы знаете, что активированный уголь делают из обычного угля путем активации. Активируют уголь путем раскрытия закрытых пор для увеличения их количества, что в свою очередь приводит к лучшей всасываемости этими порами вредных веществ.

Для лучшего понимания как работает активированный уголь смотрите видео:

Еще древние люди заметили, что если дерево в процессе обжига не будет контактировать с огнем, то полученный уголь лучше впитывает все посторонние запахи. Изначально, чтобы добиться нужной «активности», уголь помещали в закрытый глиняный горшок и таким образом подвергали термообработке. Активированным такой уголь назвали лишь тогда, когда научились его производить в промышленных масштабах. Название следует из-за процесса активации впитывающих свойств такого угля, когда он становится способен поглощать в себя посторонние молекулы и соединения.

В состав активированного угля уже давно не входит древесный уголь. Для этого продукта используется более адаптированный материал: скорлупа кокоса, косточки фруктов, древесный уголь, силиконовые гели и органические полимеры . Путем специальной обработки достигается очень высокий процент микротрещин на удельный вес готового продукта. Таким образом, на производстве с помощью специальных технологий добиваются содержания более 1000 пор на грамм угля. Для сравнения, в домашних условиях можно получить активированный уголь со всего лишь несколькими десятками пор на грамм продукта.

Разновидности активированного угля

В готовом виде активированный уголь выглядит как гранулы величиной около 1 мм. После производства остается также более мелкая пыль, которая, однако, не менее ценна, так как обладает такой же впитывающей способностью. Гранулированный уголь часто брикетируют и прессуют – для простоты и удобства использования. Порошковый уголь часто используют для фильтров для очищения воды . Но самая популярная разновидность форм активированного угля – это уголь в таблетках. Гранулы прессуют в таблетки – их можно точно также размельчить в порошок для использования в разных целях.

Смысл действия этого лекарства заключается в том, что обработанное при высокой температуре изначальное сырье превращается в пористый уголь с множеством микрощелей, стремящихся заполнить свое пустое пространство любыми материалами подходящего размера. Огромная сорбционная (впитывающая) способность такого продукта, как активированный уголь, и определяет его эффективность.

Однако сможет ли активированный уголь справиться со всеми токсинами и опасными веществами, которые попали в организм или в фильтр для воды? То, из чего делают активированный уголь, определяет размер трещин и пор на его поверхности. Если трещины будут меньше вещества, с которым столкнулась частица угля – тот не сможет его впитать в себя . К примеру, некоторые тяжелые металлы, минералы и микроэлементы.

Состав таблеток активированного угля

«Активация» активированного угля, благодаря которой он получил свое название, состоит в том, что в процессе термической обработки сырья на высоких температурах не происходит его контакта с огнем. Сырье изолируется непосредственно от пламени либо используются электрические методы нагрева.

В состав таблеток входит:

активированный уголь;
крахмал;
«черная соль».

Эту форму выпуска используют при некоторых пищевых интоксикациях . Следует помнить, что свойства активированного угля заключаются не только в поглощении токсинов, но он в такой же степени поглощает полезные микроэлементы. «Вымывается» в этом случае в первую очередь калий, магний и кальций. Поэтому наличие в составе черной соли является очень полезным для организма дополнительным источником этих микроэлементов. Не все формы таблеток выпускаются одинаковым составом, и наличие черной соли необходимо уточнять в информации о составе на упаковке. Встречается еще один вид таблеток, который состоит из активированного угля, крахмала и сахара.

Активированный уголь действует на вещества путем связывания их активных свойств . Он связывает алкалоиды, барбитураты и многие другие действующие вещества, поглощая их и выводя из организма естественным путем очищения. Не облает достаточным адсорбирующим действием на кислоты и щелочи, а также на соли железа, цианиды, малатион, метанол, этиленгликоль.

Препарат наиболее эффективен при приеме либо до, либо сразу после отравления. Можно принимать местно – на язвы и иные повреждения, чтобы ускорить заживление.

Принцип действия активированного угля

В этой статье мы выяснили, что уголь стремится заполнить множество своих пустот, которые возникли в его структуре после обработки высокими температурами. Оказавшись в загрязненной воде или иной жидкости (например, среди содержимого желудка или кишечника), уголь впитывает в себя все, что может задержаться в его трещинах-порах. При этом стоит помнить, что если угля было недостаточно, то его адсорбирующее действие может оказаться неэффективным в случае, когда количество сорбируемых веществ превышает возможности их впитать .

Еда также может помешать в этом процессе и ее наличие в желудке должно сопровождаться повышением дозы, которая в среднем составляет 1 таблетку на 10 кг массы тела – при небольшом расстройстве. Главное же действие угля, приводящего к его «активности», – это количество пор, которое достигает максимальных размеров при правильной обработке сырья. Благодаря такой пористости уголь становится невесомым и один грамм угля способен вместить тысячу и более пор и микротрещин, что и достигается с помощью сверхвысоких температур.

Активированный уголь – универсальный препарат, который успешно используется многие годы в медицине, химической, фармацевтической и пищевой промышленности . Фильтры, содержащие активированный уголь, применяются во многих современных моделях устройств для очистки питьевой воды, так как способны очищать даже от хлора.