Что такое активированный уголь? Виды, применение, принципы

В современном мире угрозы для окружающей среды и здоровья людей встречаются повсеместно: от загрязнения воздуха и воды до добавок в пищевые продукты, что ставит под угрозу качество нашей жизни. В этом контексте активированный уголь стал для нас важным инструментом борьбы с этими угрозами благодаря своим уникальным адсорбционным свойствам.

Цель этой статьи - рассмотреть концепцию, типы, принципы работы и применение активированного угля в различных областях. Понимая разнообразие и функциональность активированного угля, мы сможем лучше использовать этот ресурс для достижения более эффективного и экологичного образа жизни.

#1 Что такое активированный уголь?

Активированный уголь - это пористый углеродный материал, поверхность которого подверглась активационной обработке, в результате чего образовались многочисленные микропоры и мезопоры, значительно увеличивающие площадь его поверхности. Это позволяет активированному углю обладать высокой адсорбционной способностью, способной улавливать и задерживать большое количество органических и неорганических загрязняющих веществ. В экологии, водоочистке, очистке воздуха, медицине и химической промышленности активированный уголь играет незаменимую роль.

#2 Виды активированного угля

Разнообразие активированного угля заключается в богатстве методов его классификации, которые в основном делятся на сырье и формы. На основе различных видов сырья активированный уголь включает в себя активированный уголь из скорлупы кокосового ореха, активированный уголь из угля, активированный уголь из древесины и другие. По форме активированный уголь включает порошкообразный активированный уголь, гранулированный активированный уголь, цилиндрический активированный уголь, а также специальные виды активированного угля, такие как импрегнированный активированный уголь и каталитический активированный уголь.

Эти типы активированного угля подходят для различных областей и сфер применения. Понимание этих классификаций поможет нам лучше выбирать и использовать активированный уголь для удовлетворения конкретных потребностей.

Классификация по видам сырья

Активированный уголь классифицируется по видам сырья: активированный уголь из скорлупы кокосового ореха, активированный уголь из угля и активированный уголь из древесины. Различные виды активированного угля из разных видов сырья обладают определенными преимуществами и областями применения в различных областях.

Активированный уголь из скорлупы кокосового ореха

Активированный уголь из скорлупы кокосового ореха производится из скорлупы кокосового ореха путем серии процессов карбонизации и активации. Этот процесс включает в себя карбонизацию кокосовой скорлупы, а затем ее активацию паром для формирования высокопористой структуры, особенно богатой микропорами.

Благодаря высокой площади поверхности и отличным адсорбционным характеристикам, активированный уголь из скорлупы кокосового ореха особенно подходит для водоподготовки, очистки воздуха, а также является важным адсорбентом при извлечении золота.

Активированный уголь на основе угля

Угольный активированный уголь производится из угля по аналогичным технологиям, но процесс активации может отличаться, обычно для активации используется ротационная печь. Распространенные формы включают гранулированный, порошкообразный, цилиндрический и блочно-кубовый.

Угольный активированный уголь, благодаря своей высокой механической прочности, термостойкости и экономичности, часто используется в промышленной газоочистке и крупных водоочистных сооружениях.

Древесный активированный уголь

Древесный активированный уголь получают из различных древесных материалов и могут быть получены с определенной структурой пор путем управления процессом пиролиза и условиями активации.

Древесный активированный уголь широко используется в фармацевтической промышленности, пищевой промышленности и процессах рафинирования в химической промышленности для удаления цвета, запаха и других примесей.

Классификация по форме и виду

Активированный уголь также можно классифицировать по его форме и виду, что влияет на его производительность и эффективность в различных областях применения.

Порошкообразный активированный уголь

Порошкообразный активированный уголь представляет собой мелкодисперсный порошок с высокой площадью поверхности, но из-за склонности к разлетанию и сложности управления он обычно используется в процессах периодической очистки.

Гранулированный активированный уголь

Гранулированный активированный уголь состоит из небольших гранул, его легко контролировать и извлекать. Они обычно используются в реакторах с кипящим слоем и фильтрах с неподвижным слоем для эффективной очистки жидкостей и газов.

Экструдированный активированный уголь

Экструдированный активированный уголь формуется в цилиндрические формы, с меньшим пылеобразованием и хорошей текучестью, подходящей для систем непрерывного потока.

Активированный уголь и другие формы

Активированный угольный войлок - это спрессованные углеродные волокна, спрессованные в войлокоподобные структуры, а также другие специальные формы активированного угля, такие как соты или пластины, которые могут быть подобраны в соответствии с конкретными потребностями фильтрации.

Специальные виды активированного угля

Специальные виды активированного угля - это продукты из активированного угля, прошедшие специальную обработку или содержащие особые добавки для придания им уникальных функций.

Импрегнированный активированный уголь

Импрегнированный активированный уголь повышает свою адсорбционную способность к определенным загрязняющим веществам путем добавления специальных химических веществ, таких как серебро, йод, KI, KOH и т.д. Преимущество импрегнированного активированного угля заключается в его способности эффективно удалять целевые загрязнители.

Каталитический активированный уголь

Каталитический активированный уголь не только обладает адсорбционной способностью, но и способствует протеканию специфических химических реакций. Поверхность этого активированного угля модифицирована таким образом, чтобы обеспечить каталитические активные участки, ускоряющие скорость химических реакций.

Каталитический активированный уголь играет важнейшую роль в восстановлении окружающей среды и промышленных процессах, в частности, в очистке выхлопных газов и преобразовании вредных газов. Он может преобразовывать вредные газы в безвредные или легко поддающиеся обработке вещества, уменьшая загрязнение окружающей среды.

Выше приведен подробный обзор типов активированного угля. Далее в статье мы продолжим рассматривать конкретные области применения активированного угля в различных сферах и способы оптимизации этих областей путем выбора подходящего типа активированного угля.

#3 Применение активированного угля

Активированный уголь, являясь пористым адсорбирующим материалом, имеет широкий спектр применения в различных областях. Начиная от водоподготовки и очистки воздуха и заканчивая пищевой промышленностью, здравоохранением, промышленным производством, переработкой отходов и добычей полезных ископаемых, активированный уголь играет важнейшую роль. Благодаря своим выдающимся адсорбционным характеристикам и разнообразным областям применения активированный уголь выполняет незаменимую функцию в современном обществе.

Очистка воды

Очистка воды - наиболее распространенное применение активированного угля. Обладая превосходными адсорбционными способностями, он может удалять из воды взвешенные частицы, органические загрязнители, хлор, запахи, остаточный хлор, тяжелые металлы и различные другие загрязнения. Это обеспечивает получение чистой, безопасной питьевой и промышленной воды, предотвращая загрязнение окружающей среды промышленными сточными водами. Активированный уголь играет ключевую роль в различных процессах водоподготовки, таких как очистка городских вод, очистка технической воды, очистка питьевой воды и промышленных сточных вод.

Очистка воздуха

Активированный уголь широко используется в газоочистке. Он может эффективно удалять из воздуха помещений вредные вещества, такие как формальдегид, бензол и летучие органические соединения, улучшая качество воздуха в помещениях и защищая здоровье людей. Кроме того, активированный уголь играет важную роль в системах очистки автомобильных выхлопных газов, помогая снизить выбросы вредных газов, таких как угарный газ и оксиды азота, тем самым уменьшая загрязнение окружающей среды транспортными средствами.

Пищевая промышленность

В пищевой промышленности активированный уголь используется для повышения качества и безопасности продуктов питания. Он может удалять красители, запахи и примеси из продуктов питания и напитков, обеспечивая чистоту вкуса и цвета, а также повышая качество и безопасность продукции. Активированный уголь играет важнейшую роль в пищевой промышленности: от сахара до вина, фруктовых соков, пищевых масел и глицерина, обеспечивая техническую поддержку и гарантии для пищевой промышленности. Обычно используются такие виды активированного угля, как гранулированный активированный уголь пищевого качества и порошкообразный активированный уголь.

Фармацевтика

Активированный уголь в основном используется для очистки лекарств и производства фармацевтических промежуточных продуктов. В производстве лекарств активированный уголь используется для удаления примесей и остатков катализаторов из лекарств, обеспечивая безопасность и чистоту фармацевтических препаратов.

Промышленное применение

В промышленном секторе активированный уголь играет важнейшую роль, включая, в частности, регенерацию растворителей, удаление примесей в нефтепереработке, обесцвечивание отработанного моторного масла, очистку газа и промышленных сточных вод. Эти области применения демонстрируют важность активированного угля в промышленном секторе, помогая повысить эффективность производства, качество продукции и уровень защиты окружающей среды.

Применение в сельском хозяйстве

Активированный уголь используется в сельском хозяйстве для очистки оросительной воды, удаления остатков пестицидов и удобрений, защиты сельскохозяйственных культур и почвы, а также для обеспечения чистой воды в аквакультуре, чтобы гарантировать экологическое здоровье водных животных.

Горнодобывающая промышленность

Активированный уголь используется для извлечения золота из руды, в основном с помощью гранулированного активированного угля, получаемого из скорлупы кокосовых орехов.

Помимо золота, активированный уголь также используется для извлечения других драгоценных металлов, таких как платина, серебро, никель, что делает его незаменимым материалом в современной горнодобывающей промышленности.

#4 Принцип работы активированного угля

Причина, по которой активированный уголь может играть важную роль в различных областях, кроется в его уникальном принципе работы. В этом разделе мы рассмотрим процесс адсорбции, структуру пор и процесс активации активированного угля, чтобы понять, как формируется его мощная адсорбционная способность.

Процесс адсорбции

Адсорбционная способность активированного угля в основном зависит от двух механизмов: физической адсорбции и химической адсорбции.

Физическая адсорбция

• Физическая адсорбция - это адсорбция молекул на поверхности активированного угля за счет слабых ван-дер-ваальсовых сил, которая является обратимым процессом.

Химическая адсорбция

• Химическая адсорбция подразумевает образование химических связей между поверхностью активированного угля и адсорбентом, которые обычно сильнее, чем физическая адсорбция, но могут быть необратимыми.

Структура пор активированного угля

Поровая структура активированного угля включает в себя микропоры, мезопоры и макропоры. Синергетическое действие этих пор обеспечивает активированному углю отличные адсорбционные характеристики, позволяющие эффективно удалять вредные вещества из жидкостей и газов.

Структура пор активированного угля

• Микропоры: Поры диаметром менее 2 нанометров.
• Мезопоры: Поры диаметром 2-50 нанометров.
• Макропоры: Поры диаметром более 50 нанометров.

Влияние площади поверхности на адсорбционную способность:

Адсорбционная способность активированного угля прямо пропорциональна площади его поверхности. В процессе активации площадь поверхности активированного угля может быть значительно увеличена, что повышает его адсорбционную эффективность.

Процесс активации активированного угля

Процесс производства активированного угля включает в себя этап активации для раскрытия его поровой структуры.

Термическая активация

Термическая активация подразумевает высокотемпературную обработку сырья для удаления неуглеродных компонентов и формирования пор. Как правило, для производства активированного угля из угля, скорлупы кокоса используется высокотемпературная физическая активация.

Химическая активация

Химическая активация подразумевает использование химических веществ (например, кислот или щелочей) для удаления определенных компонентов и содействия образованию пор. Химическая активация часто используется при производстве порошкообразного активированного угля на основе древесины.

Заключение

Активированный уголь, как пористый адсорбирующий материал, играет важную роль в различных областях применения в современном обществе.

В условиях, когда загрязнение окружающей среды и проблемы со здоровьем становятся все более серьезными, активированный уголь, как важный материал и инструмент для защиты окружающей среды, будет продолжать играть решающую роль. Понимая и используя характеристики активированного угля, мы сможем совместно работать над достижением целей устойчивого развития и защиты окружающей среды.