Чи можна замінити деревне вугілля активованим вугіллям

Що таке активоване вугілля?

Активоване (активне) вугілля – це вуглецевий сорбент, вироблений промисловим способом. Активне вугілля має нормовані показники якості. Стандартами або технічними умовами виробництва задаються сорбційна ємність, питома площа пор активованого вугілля, розміри частинок і ряд інших показників.

Головне в активованому вугіллі – це пори.

Активне вугілля має пористу структуру і велику внутрішню поверхню. Завдяки цим властивостям активоване вугілля знаходить застосування в якості сорбенту. Активоване вугілля в змозі затримувати на внутрішній поверхні пор молекули забрудників під час очищення води, повітря, рідин і газів.

Об’єм пор активованого вугілля, за визначенням, перевищує 0.2 мл/г; внутрішня поверхня – понад 400 кв. м/р. Пори можуть мати розмір від 0.3 нанометрів до декількох тисяч нанометрів (1 нанометр = 10-9 м).

Структура активованого вугілля

Молекулярна структура активованого вугілля містить вуглець у вигляді платформ або кілець з декількох атомів. Вони утворюють стінки молекулярних пор активованого вугілля. Зазвичай кільця мають розриви. Саме через цей структурний дефект і можуть відбуватися реакції в місцях розриву кільця.

Пори активного вугілля класифікують по діаметру:

• Мікропориактивованого вугілля – менш ніж 1 нанометр.
• Мезопориактивованого вугілля – від 1 до 25 нанометрів.
• Макропориактивованого вугілля – понад 25 нанометрів.

Сировина для виробництва активного вугілля

Активоване вугілля може бути виготовлене з будь-якого вуглецевмісного матеріалу. В основному активне вугілля виробляють з кокосового лушпиння – кокосове активоване вугілля, кам’яного вугілля – мінеральне активоване вугілля або деревини – деревне активоване вугілля.

Виробництво активованого вугілля

Виробництво активованого вугілля з малопористої сировини полягає в його активації, подрібненні і розсіві по фракціях. Саме при активації утворюється структура, яка містить велику кількість пор. У виробництві спеціальних марок активного вугілля можуть бути присутні й інші операції.

Методи активації вугілля

Застосовують два методу активації при виробництві активованого вугілля:

Активація водяною парою при 700 – 900 °C. Пори утворюються у внутрішній структурі активованого вугілля, у результаті утворюється дрібнопористе активоване вугілля. При паровій активації відбувається часткове окислення вугілля.

Сировина змішується зі зневоднювальною субстанцією (кислота або цинковий хлорид) і нагрівається до 400 – 600 °C. В результаті утворюється грубопористе активоване вугілля, що використовується, наприклад, для знебарвлення.

Адсорбція і десорбція

Накопичення речовин у порах сорбенту називають адсорбцією. Адсорбція відбувається при проходженні газу або рідини через активоване вугілля. Десорбція – виокремлення з сорбенту речовин накопичених у процесі адсорбції.

Розрізняють фізичну адсорбцію і хемосорбцію:

• Фізична адсорбція відбувається переважно у результаті дії сили Ван-дер-Ваальса, а хімічні властивості адсорбованих речовин не змінюються. Фізична адсорбція оборотна, адсорбовані речовини можуть бути відокремлені від сорбенту.
• При хемосорбціїречовина вступає з сорбентом в хімічну реакцію. Змінюються як його хімічні властивості, так і властивості сорбенту. Хемосорбція має незворотний характер.

Речовини, адсорбовані активованим вугіллям

Активованим вугіллям можуть адсорбуватися органічні та неполярні речовини, такі як розчинники, хлоровані вуглеводні, барвники, нафту та нафтопродукти. Краще адсорбуються високомолекулярні речовини і речовини з неполярною структурою.

Можливості сорбції активованим вугіллям збільшуються зі зменшенням розчинності речовини у воді для речовин з неполярною структурою і зі збільшенням молекулярної маси.

Графічне представлення адсорбції активованим вугіллям у вигляді адсорбційної ізотерми

Адсорбцію, як функцію концентрації речовини, яка має бути адсорбована, представляють у вигляді ізотерми. Ізотерма описує рівновагу між речовиною в рідині або в повітрі, яка має бути адсорбована (залишкова концентрація), і адсорбованою речовиною в активованому вугіллі (максимальна кількість за цієї залишкової концентрації). Зазвичай максимальна ємність збільшується із збільшенням початкової концентрації.

Активоване вугілля та як воно працює

Активоване вугілля (також відоме як активоване вугілля) складається з маленьких чорних кульок або твердої чорної пористої губки. Він використовується у фільтрах для води, ліках, які вибірково видаляють токсини, і в процесах хімічного очищення.

Активоване вугілля – це вугілля , оброблене киснем . Результатом обробки є високопористе деревне вугілля. Ці крихітні отвори надають деревному вугіллю площу поверхні 300-2000 м 2 /г, дозволяючи рідинам або газам проходити крізь вугілля та взаємодіяти з відкритим вуглецем. Вугілля адсорбує широкий спектр домішок і забруднень, включаючи хлор, запахи та пігменти. Інші речовини, такі як натрій, фторид і нітрати, не настільки притягуються вуглецем і не відфільтровуються. Оскільки адсорбція діє шляхом хімічного зв’язування домішок з вуглецем, активні центри вугілля з часом заповнюються. Фільтри з активованим вугіллям стають менш ефективними, тому їх потрібно зарядити або замінити.

Що активоване вугілля фільтрує, а що ні

Найпоширенішим повсякденним використанням активованого вугілля є фільтрація води. Покращує прозорість води, усуває неприємні запахи та видаляє хлор. Він неефективний для видалення певних токсичних органічних сполук, значних рівнів металів, фтору або патогенів. Незважаючи на постійну міську легенду, активоване вугілля слабо адсорбує алкоголь і не є ефективним засобом виведення.

• Хлор
• Хлорамін
• дубильні речовини
• Фенол
• Деякі наркотики
• Сірководень і деякі інші летючі сполуки, що викликають неприємний запах
• Невеликі кількості металів, таких як залізо, ртуть і хелатна мідь

• Аміак
• Нітрати
• Нітрити
• фтор
• Натрій і більшість інших катіонів
• Значні кількості важких металів , заліза або міді
• Значні кількості вуглеводнів або нафтових дистилятів
• Бактерії, найпростіші, віруси та інші мікроорганізми

Ефективність активованого вугілля

На ефективність активованого вугілля впливає кілька факторів. Розмір і розподіл пор змінюється залежно від джерела вуглецю та процесу виробництва. Великі органічні молекули засвоюються краще, ніж менші. Адсорбція має тенденцію до збільшення при зниженні pH і температури. Забруднювачі також видаляються ефективніше, якщо вони контактують з активованим вугіллям протягом тривалого часу, тому швидкість потоку через вугілля впливає на фільтрацію.

Деадсорбція активованим вугіллям

Деякі люди хвилюються, що активоване вугілля деадсорбується, коли пори заповнюються. Хоча забруднювачі на повному фільтрі не вивільняються назад у газ або воду, використане активоване вугілля не є ефективним для подальшої фільтрації. Це правда, що деякі сполуки, пов’язані з певними типами активованого вугілля, можуть вимиватися у воду. Наприклад, деяке деревне вугілля, яке використовується в акваріумі, може з часом почати виділяти фосфати у воду. Доступні продукти без фосфатів.

Зарядка активованим вугіллям

Чи можна або потрібно заряджати активоване вугілля, залежить від його призначення. Можна продовжити термін служби губки з активованим вугіллям, зрізавши або відшліфувавши зовнішню поверхню, щоб відкрити внутрішню частину, яка, можливо, не повністю втратила здатність фільтрувати середовище. Також можна нагріти кульки активованого вугілля до 200 С протягом 30 хвилин. Це призведе до розкладання органічних речовин у деревному вугіллі, які потім можна змити, але це не видалить важкі метали.

З цієї причини, як правило, краще просто замінити деревне вугілля. Ви не завжди можете нагріти м’який матеріал, покритий активованим вугіллям, оскільки він може розплавитися або вивільнити власні токсичні хімікати, в основному забруднюючи рідину або газ, які ви хочете очистити. Суть полягає в тому, що ви, можливо, можете продовжити термін служби активованого вугілля для акваріума, але недоцільно намагатися заряджати фільтр, який використовується для питної води.