Основы профессии сварщика. Столики своими руками на любой случай...("Сделай сам" №2∙2015)

Активированные угли — наиболее широко используемые сорбенты, производимые миллионами гони в год. Это универсальные сорбенты, применяемые для удаления примесей самой различной химической природы.

Получение активированных углей

Сырьем для получения активированных углей служат органические вещества: природные или искусственные.

Природные — это древесина, бурые и каменные угли, тяжелые фракции нефти.

Искусственные — полимерные материалы, производимые химической промышленностью.

В получении активированных углей выделяются две стадии: карбонизация и активация.

Карбонизация — это высокотемпературное разложение сырья в отсутствии кислорода Такое нагревание без горения приводит к получению остатка, состоящего преимущественно из углерода.

После этого материал подвергают активации — обработке водяным паром или углекислым газом при температуре более 80 °C. При этом частицы материала становятся похожими на хороший сыр — по всему объему их пронизывает разветвленная система пор, имеющих самый различный размер: от нескольких ангстрем до нескольких микрон. Таким образом, активированные углеродные материалы — это пористые углеродные материалы.

Активация позволяет получить сорбент с площадью пор около 1000–1500 м² на 1 грамм угля. Эти чрезвычайно высокие величины и объясняют необычайно высокую эффективность активированных углей.

Каким образом активированные угли задерживают примеси?

В разветвленной системе пор активированных углей присутствуют центры, связывающие молекулы примесей. При этом пористая структура углей так разнообразна, что каждой молекуле находится подходящее посадочное место. Небольшие молекулы — например, фенола и хлороформа — сорбируются в самых мелких порах, более крупные молекулы — в порах среднего размера.

Большие макропоры служат транспортными туннелями, по которым молекулы вредных примесей движутся к местам вечной стоянки.

Что определяет качество активированных углей?

Эффективность сорбционного процесса на активированном угле определяется:

— сорбционной емкостью угля, то есть его предельной способностью к поглощению тех или иных примесей (количеством загрязнений, которые может «вобрать» в себя сорбент):

— прочностью связывания примесей на материале (силой взаимодействия молекулы с пористой средой угля). Проще говоря, способностью (точнее, неспособностью) отдавать накопленные примеси обратно в воду;

— скоростью поглощения примесей из раствора (скоростью сорбции).

Почему именно этот параметр — скорость сорбции — особенно важен для водоочистителя? Вода, проходя через фильтр, находится в нем очень недолго. Продолжительность контакта воды с сорбентом составляет секунды, и очень важно, чтобы за это короткое время вода успевала полностью очиститься от вредных примесей. Вот почему так важно, чтобы сорбент «впитывал» примеси очень быстро.

В значительной степени качество активированных углеродных материалов зависит от исходного сырья. Не вдаваясь в подробности, отмстим, что традиционно наилучшими для использования в фильтрах для очистки питьевой воды считаются активированные угли, полученные из скорлупы кокосового ореха. Именно они используются всеми ведущими производителями водоочистителей.

Далее, эффективность работы угольного сорбционного фильтра зависит от степени дробления угля. В целом, чем меньше размер частичек угля, тем большей удельной поверхности контакта сорбента с очищаемой водой удается достичь. Это, в свою очередь, обеспечивает увеличение скорости очистки воды при прочих равных условиях.

Как используются активированные угли в очистке воды?

Как правило, в виде насыпного слоя. Добросовестные производители конструируют фильтры таким образом, чтобы обеспечить время контакта очищаемой воды с угольным слоем не менее 30 секунд.