ООO КАРБОН

Информация об активированном угле 

Активированный уголь!

Активированный уголь — пористое вещество, которое получают из различных углеродосодержащих материалов органического происхождения: древесного угля (марки активированного угля БАУ-А, ОУ-А, ДАК[1] и др.), каменноугольного кокса (марки активированного угля АГ-3, АГ-5, АР и др.), нефтяного кокса, скорлупы кокосовых орехов и других материалов. Содержит огромное количество пор и поэтому имеет очень большую удельную поверхность на единицу массы, вследствие чего обладает высокой адсорбционной способностью. В зависимости от технологии изготовления, 1 грамм активированного угля может иметь поверхность от 500 до 1500 м²[2]. Применяют в медицине и промышленности для очистки, разделения и извлечения различных веществ.

ГОСТы

ГОСТ 20464-75       Уголь активный АГ-3
ГОСТ 6217-74         Уголь активный древесный дробленый
ГОСТ 4453-74         Уголь активный осветляющий древесный порошкообразный
ГОСТ 8703-74         Уголь активный рекуперационный
ГОСТ 12596-67       Угли активные. Метод определения массовой доли золы
ГОСТ 17219-71       Угли активные . Метод определения суммарного объема пор по воде
ГОСТ 16187 – 70    Сорбенты . Метод определения фракционного состава
ГОСТ 16188-70      Сорбенты. Метод определения прочности при истирании
ГОСТ 16189-70      Сорбенты. Метод сокращения и усреднения проб
ГОСТ 16190-70      Сорбенты. Метод определения насыпной плотности
ГОСТ 12597-67      Сорбенты. Метод определения массовой доли воды в активных углях и катализаторах на их основе

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. 

Спецификация

Поглощение каким-либо веществом других веществ называется сорбцией. Если процесс сорбции идет только на поверхности, то его называют адсорбцией, которая представляет собой увеличение концентрации вещества на границе раздела фаз. Если поглощаемое вещество диффундирует вглубь поглотителя и распределяется по объему, то это явление называется абсорбцией. То вещество, на поверхности которого идет адсорбция, называется адсорбентом, а вещество, которое адсорбируется - адсорбатом. Адсорбция может идти на поверхности раздела следующих фаз:газ - твердое телораствор - твердое телогаз - раствор. Силы взаимодействия адсорбента и адсорбата, определяющие адсорбцию, различны, и обычно рассматривают два крайних случая, когда адсорбция характеризуется физическими либо химическими взаимодействиями: так называемая физическая и химическая адсорбция.
В зависимости от вида сырья, используемого для производства , активные угли классифицируются:
1. Активные угли на древесной основе.
2. Активные угли на каменноугольной основе.
По форме и размеру частиц активные угли могут быть:
1. Гранулированными:- частицы неправильной формы- цилиндрические гранулы
2. Порошкообразными.
Области применения активных углей определяют их свойства, пористая структура, форма и размер частиц. Структура пор активного угля. В активных углях различают три категории пор: - микропоры; - мезопоры; - макропоры. Размеры пор: - микропоры (менее 2 нм); - мезопоры (2 - 200 нм); - макропоры (более 200 нм). В настоящее время в соответствии с нормами Международного союза чистой и прикладной химии (IUPAC) поры радиусом до 0,2 нм называются субмикропорами; 0,2 - 1,0 нм - микропорами; 1 - 25 нм - мезопорами; более 25 нм - макропорами. Исследование энергетики адсорбции заставило, однако, дифференцировать класс микропор, выделив в нем более узкие поры радиусом ~ до 0,7 нм, в которых энергия адсорбционного взаимодействия с молекулами выше, чем энергия адсорбции в более широких порах. Для этих пор оставлен термин "микропоры" (или истинные поры), а для пор радиусом 0,7 - 1,0 нм принят термин "супермикропоры". Супермикропоры по энергии адсорбционного взаимодействия и по характеру заполнения адсорбированными молекулами обладают переходными свойствами от микропор к мезопорам, приближаясь к тем или другим в зависимости от размера. Микро- и мезопоры составляют наибольшую часть поверхности активированного угля. 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. Микропоры - наиболее мелкая разновидность пор, соизмеримая с размерами адсорбируемых молекул. Удельная поверхность микропор составляет 800 - 1000 м2/г. Мезопоры- поры, для которых характерно послойное заполнение поверхности адсорбируемыми молекулами, завершающееся их объемным заполнением по механизму капиллярной конденсации. Удельная поверхность мезопор составляет 100 - 200 м2/г. Макропоры - самая крупная разновидность пор. Удельная поверхность макропор составляет 0,5 - 0,2 м2/г. Макропоры в процессе адсорбции не заполняются, но выполняют роль транспортных каналов для доставки адсорбата к поверхности адсорбирующих пор. Адсорбционные свойства активных углей оцениваются количеством модельного вещества, адсорбируемого единицей массы угля при определенных условиях (до полного насыщения в сравнении с эталонным образцом, либо раствором), а также временем защитного действия единицы объема угля до полного его насыщения. Для оценки качества активных углей, используемых в качестве фильтрующе-сорбирующей загрузки в адсорберах различной конструкции, важное значение приобретают их физико-механические характеристики - зернение, насыпная плотность, механическая прочность.

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 ZnCl2, карбоната калия К2СО3 или некоторыми другими соединениями и нагревают до 400-600 °С без доступа воздуха, либо, наиболее распространенным путем обработки - перегретым паром или углекислым газом СО2 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+Н2О -> СО+Н2; или при избытке водяного пара - С+2Н2О -> СО2+2Н2. 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 м2 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.

Свойства

Свойства
На практике в микропористых сорбентах, в чрезвычайно малом пространстве микропор послойной сорбции веществ не происходит. При сорбции в микропорах происходит заполнение части или всего объема их сорбентом, который под действием взаимно усиливающихся и перекрывающихся адсорбционных полей, создаваемых противоположными стенками пор, находятся в специфическом уплотненном состоянии. При сорбции вещества из раствора оно занимает на поверхности или в объеме пор сорбента место, которое до этого занимали молекулы растворителя (воды), а не свободное пространство. Присутствие воды в порах приводит к некоторому выравниванию сорбционного потенциала. В объеме сорбируемой фазы концентрация вещества значительно выше, чем в растворе. Поэтому снижается поверхностное натяжение на границе раздела раствор-твердый сорбент. Обобщая данные о сорбируемости на АУ низкомолекулярных органических соединений можно сделать вывод, что менее других сорбируются структурно простые вещества в ионной форме, лучше - в молекулярной.
Площадь внутренней поверхности
Размеры пор определяют удельную площадь внутренней поверхности активированных углей, например для пор размером 1,6 нм удельная поверхность составляет порядка 1000 м2/г, а для пор 200 и более нм – «всего» около 1 м2/г. Тонкопористый уголь активированный хорошо адсорбирует даже при малых концентрациях или небольших парциальных давлениях пара. Для широкопористого активированного угля характерно явление капиллярной конденсации. Одним из наиболее перспективных адсорбентов, используемых для удаления из воды примесей и загрязнений, обусловливающих ухудшение органолептических показателей, является активный уголь. Применение его обеспечивает возможность устранения почти всех привкусов и запахов воды, значительное улучшение технологических показателей обработки воды другими реагентами и, наконец, интенсификацию обеззараживания в результате сорбции простейших, бактерий и других микроорганизмов. При помощи активных углей помимо веществ, ухудшающих вкус и запах воды, удаляются некоторые гербициды и инсектициды, вирусы и т.д. Обработка воды активным углем из-за универсальности действия является одним из наиболее перспективных методов дезодорации и обесцвечивания воды. Для обработки питьевой воды используют в основном древесные активные угли.
Основные свойства активного угля
Гранулометрический размер (гранулометрия) - размер основной части гранул угля. Измеряется в мм или mesh USS / mesh BSS (американские или английские меши). Насыпная плотность - плотность специально приготовленной навески, под этим термином понимают массу материала, заполняющего единицу объема под действием собственного веса. Измеряется в граммах на см. куб. (г/см3). Площадь поверхности - площадь поверхности твердого тела отнесенная к его массе. Измеряется в квадратных метрах к грамму угля (м2/г). Твердость (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 %. Влажность - количество влаги содержащееся в угле измеряется в %. Зольность - количество золы (иногда считается только водорастворимая) в активированном угле. Измеряется в %. рН водной вытяжки - значение рН водного раствора после кипячения в нем навески активированного 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 уголь тестируется по бензолу или четыреххлористому углероду. 
Адсорбционные характеристики активированного угля
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 % (в/в). Йодный индекс (адсорбция йода, иондное число) - количество йода в мг, которое может адсорбировать 1 грамм активированного угля, в порошкообразной форме из разбавленного водного раствора. Измеряется в мг/г. Адсорбция по метиленовому голубому - количество миллиграммов метиленового голубого, поглощаемое одним граммом активированного угля из водного раствора. Измеряется в мг/г. Обесцвечивание мелассы (мелассовое число или индекс, показатель по мелассе) - количество активированного угля в мг необходимое для 50%-го осветления стандартного раствора мелассы (очень сложно приготавливаемый "стандартный" раствор).

Применение

Водоподготовка
Активные угли универсальный тип сорбентов, эффективно удаляющий из воды различные загрязнители: от активного хлора до нефтепродуктов и пестицидов.Золотодобыча.В настоящее время отмечается активное внедрение современных технологий извлечения драгоценных металлов с использованием сорбентов. Эти технологии широко применяются в мировой практике. Используемый при этом активный уголь позволяет рентабельно разрабатывать месторождения с содержанием золота от двух граммов на тонну руды, достигая при этом более девяноста процентов извлечения. 
Очистка воздуха и газов
Для очистки газовых сред преимущественно используются активные угли, полученные в процессе дробления углей из минерального сырья, экструзии со связующим веществом с последующей активацией паром. Предлагаемые нашей компанией гранулированные угли отличаются высокой общей пористостью и широким распределением пор по размерам при высокой прочности цилиндрических гранул. Угли со специальным средним размером пор применяются для рекуперации растворителей. Мы предлагаем полный спектр сорбентов для этого применения. 
Пищевая промышленность
Использование активных углей в пищевой промышленности обусловлено как их превосходными очищающими свойствами, так и малым содержанием примесей, что обеспечивает соответствие самым строгим гигиеническим и токсикологическим требованиям. Дробленые угли успешно применяются на производствах, требующих большого количества воды высокого качества: в пивоварении, при изготовлении соков и напитков, в ликероводочном производстве, при производстве хлебобулочных изделий. Порошковый активный уголь применяется в осветлении различных пищевых продуктов: соков, масел,водно-спиртовых смесей. 
Производство алкогольных напитков
Активные угли с успехом применяются в ликеро – водочной промышленности для очистки водно-спиртовой смеси. Хорошие сорбционные свойства кокосовых углей позволяют значительно увеличить скорости фильтрации водно-спиртовой смеси с сохранением необходимого качества очистки как по физико-химическим параметрам (альдегидное число, содержание сивушных масел, окисляемость), так и по органолептическим показателям. 
Очистка сточных вод
Активные угли успешно применяются для удаления из сточных вод различных вредных примесей: взвешенных частиц, ПАВ, нефтепродуктов, фенолов, хлорорганических соединений. Как правило, колонны с активным углем периодически подвергаются обратной промывке или регенерации паром. Рекомендуем для этих целей специальные марки дробленых активных углей из каменноугольного сырья. Эти угли имеют хорошие сорбционные свойства, а высокая прочность позволяет подвергать колонну многократной регенерации.