активні вугілля
Активні вугілля - пористі промислові адсорбенти, що складаються в основному з вуглецю (66). Їх отримують з різних видів органічної сировини: твердого палива різного ступеня метаморфізму (торфу, бурого і кам'яного вугілля, антрациту), дерева і продуктів його переробки (деревного вугілля, тирси, відходів паперового виробництва), відходів шкіряної промисловості, матеріалів тваринного походження, наприклад кісток . Вугілля, що відрізняються високою механічною міцністю, виробляють з шкаралупи кокосових і інших горіхів, а також їх кісточок плодів.
Активні вугілля як промислові сорбенти мають ряд особливостей, що визначаються характером їх поверхні і пористої структури (68) .Поверхность кристаллитов вуглецю електронейтральна, і адсорбція на вугіллі в основному визначається дисперсійними силами взаємодії.
Поліпшення рівноважної і кінетичної характеристик у найбільш мікропористих вугілля призводить до підвищення ефективності роботи вуглецевих адсорбентів в промислових умовах. При виборі типу адсорбенту для промислових установок слід враховувати два відмінних властивості активного вугілля: гідрофобність і горючість.
Адсорбція води на вугіллі протікає за незвичним механізму. Ізотерми адсорбції води на активних вугіллі мають S-подібну форму (рис. 3,2). Дисперсійні сили взаємодії молекул води з вуглецевої поверхнею дуже малі. Початкові ділянки ізотерм води визначаються її адсорбцією на хемосорбірованних поверхнею вугілля міцних кисневмісних радикалів. Ці радикали отримали назву «поверхневих оксидів».
Поверхневі оксиди і адсорбовані на них молекули води є адсорбційними центрами, до яких за рахунок водневих зв'язків відбувається приєднання інших молекул води (69). Число адсорбційних центрів у міру підвищення тиску зростає, утворюються і безперервно збільшуються асоціати молекул води, в результаті чого адсорбційна здатність різко збільшується. В кінцевому підсумку весь адсорбційний об'єм микроспор заповнюється водою. Обсяг поглиненої вугіллям води при високому відносному тиску (p / ps = 0,9) близький до граничного адсорбционному обсягом микроспор (в розглянутому випадку 0,57 см 3 на 1 г). Отже, адсорбційна здатність вугілля по парам води тісно пов'язана з його мікропористої. Цей висновок підтверджений.
Рис.1 Ізотерма адсорбції парів води на активному вугіллі.
Насичення вугілля вологою - процес надзвичайно повільний: рівновага встановлюється протягом декількох місяців. Внаслідок цього в багатьох реальних технологічних процесах вологість середовища практично не впливає на ефективність вилучення домішок з газової або рідкої середовищ. Активний вугілля - єдиний гідрофобний тип промислових адсорбентів, і це якість визначило його широке використання для рекуперації парів, очищення вологих газів і стічних вод.
Однак з низьких концентраціях адсорбтива, зокрема при вилученні з газового потоку микропримесей, коли тривалість стадії очищення велика, вологість середовища в помітною мірою знижує адсорбційну ємність вугілля по витягується компоненту. До такої нагоди відноситься поглинання сірковуглецю з вентиляційних викидів віскозного виробництва.
Отже, при видаленні микропримесей температурний режим вкрай тривалої стадії очищення повинен вибиратися з урахуванням вологості вихідного повітря виробничих приміщень.
Штучне зниження відносної вологості повітря (тобто зменшення спільної адсорбції водяної пари), коли це необхідно, є дієвим засобом підвищення адсорбційної здатності активного вугілля при їх застосуванні для вилучення компонентів з вологих газів.
Негативною особливістю активного вугілля як промислового адсорбенту є його горючість. На повітрі окислення вугілля починається при температурі вище 250 ° С. Однак відомі випадки пожеж на углеадсорбціонних установках при більш низьких температурах. Очевидно, це пов'язано з утворенням пірофорних сполук заліза типу FeS і Fe2 S3 в результаті сірководневих корозії апаратури. Загоряння пірофорних сполук заліза відбувається при відносно низьких температурах, і в шарі вони є осередками займання всієї маси вугілля. Щоб зменшити пожежонебезпека до активного вугілля при його отриманні іноді додають до 5% силікагелю. Такий адсорбент називають сілікарбоном.
Практично всі промислові активні вугілля в тій або іншій кількості містять зольні домішки. Зола і її інгредієнти (мінеральні домішки) є кристалізаторами багатьох небажаних реакцій, які можуть протікати в адсорбенті.
При підвищених температурах, характерних для стадії десорбції (наприклад, 250 ° С), на зольних вугіллі інтенсивно протікає розкладання декількох нестійких адсорбатов. Так, значна частина етилового спирту при 250 ° С перетворюється в ацетальдегід і діоксид вуглецю.
Отримання активних вугіль
При виробництві активного вугілля спочатку вихідний матеріал піддають термічній обробці без доступу повітря, в результаті якої з нього видаляються леткі (волога і частково смоли). Структура утворився вугілля - сирцю - крупнопористая, він не містить микроспор і не може бути безпосередньо використаний як промисловий адсорбент. Завдання отримання ажурною мікропористої структури вирішується в процесі активації, яку проводять двома основними методами: окислення газом або парою або обробкою хімічними реагентами.
Типи активного вугілля
За розміром і формою частинок активні вугілля поділяються на гранульовані і порошкові. Гранульовані вугілля виготовляються зазвичай у формі циліндриків діаметром 2 - 5 мм, причому висота циліндрика завжди більше діаметра. Гранульовані вугілля застосовують головним чином на установках зі стаціонарним шаром адсорбенту при очищенні і поділі технологічних потоків в газовій фазі. Щоб збільшити інтенсивність масообміну, гранульований вугілля іноді дроблять і після розсівання отримують вузькі фракції, наприклад: 0,15 - -, 25; 0,25 - 0,55; 0,55 - 1,65; 1,65 - 2,35 і 2,35 - 4,70 мм. Подрібнені кути застосовують у першій-ліпшій нагоді адсорбційних процесів: при проведенні процесів: як в газовій, так і в рідкій фазі, зі стаціонарним, що рухаються або псевдозрідженим шаром адсорбенту.
Порошкоподібні вугілля складаються з частинок величиною менше 0,15 мм. Їх використовують виключно для очистки речовин в рідкій фазі. Деякі усереднені фізичні властивості вугілля представлені нижче:
Щільність, г / см 3
удавана насипна гранул