Aktiivihiilen rakenne

Mikä on aktiivihiili (aktiivihiili)

Aktivoidut (aktivoidut) hiilet ovat teollisella menetelmällä tuotettuja hiilisorbentteja. Aktiivihiileillä on normalisoidut laatuindikaattorit. Sorptiokyky, aktiivihiilen huokospinta-ala, hiukkaskoko ja joukko muita indikaattoreita määritetään standardien tai teknisten tuotanto-olosuhteiden mukaan..

Pääasia aktiivihiilessä on huokoset

Aktiivihiilellä on huokoinen rakenne ja suuri sisäpinta. Näiden ominaisuuksien vuoksi aktiivihiiltä käytetään sorbenttina. Aktiivihiili pystyy pitämään epäpuhtausmolekyylit huokosten sisäpinnalla vedenpuhdistuksen, ilmanpuhdistuksen, nesteiden ja kaasujen aikana.

Aktiivihiilen huokostilavuus on määritelmän mukaan yli 0,2 ml / g; sisäpinta yli 400 neliömetriä vuodessa. Huokosten koko voi vaihdella 0,3 nanometristä useisiin tuhansiin nanometreihin (1 nanometri = 10-9 cm).

Aktiivihiilen rakenne

Aktiivihiilen molekyylirakenne sisältää hiiltä useiden atomien alustojen tai renkaiden muodossa. Ne muodostavat aktiivihiilen molekyylihuokosien seinämät. Yleensä renkaissa on aukkoja. Tämän rakenteellisen vian takia reaktioita voi esiintyä renkaan murtumispaikoissa..

Aktiivihiilen huokoset luokitellaan halkaisijan mukaan:

  • Aktiivihiilen mikrohuokoset - alle 1 nanometri.
  • Aktiivihiilen mesohuokoset - 1 - 25 nanometriä.
  • Aktiivihiilen makroporit - yli 25 nanometriä.

Raaka-aineet aktiivihiilen tuotantoon

Aktiivihiili voidaan valmistaa mistä tahansa hiilipitoisesta materiaalista. Periaatteessa aktiivihiiltä tuotetaan kookospähkinänkuorista - kookosaktiivihiili, kivihiili - aktiivihiili mineraali tai puu - aktiivihiili.

Aktiivihiilen tuotanto

Aktiivihiilen tuotanto matalahuokoisista raaka-aineista koostuu sen aktivoinnista, murskaamisesta ja seulonnasta jakeiksi. Aktivoinnin aikana muodostuu rakenne, joka sisältää suuren määrän huokosia. Aktiivihiilen erityislaatujen tuotannossa voi olla muita toimintoja..

Hiilen aktivointimenetelmät

Aktiivihiilen tuotannossa on kaksi aktivointimenetelmää:

  • Höyryn aktivointi.

Höyryn aktivointi 700-900 ° C: ssa. Aktiivihiilen sisäiseen rakenteeseen muodostuu huokosia, mikä johtaa hienohuokoiseen aktiivihiileen. Höyryaktivoinnilla tapahtuu osittaista hiilen hapettumista.

  • Kemiallinen aktivointi.

Raaka-aine sekoitetaan kuivattavan aineen (happo tai sinkkikloridi) kanssa ja kuumennetaan 400-600 ° C: seen. Tuloksena on karkeahuokoinen aktiivihiili, jota käytetään esimerkiksi värinmuutokseen..

Adsorptio ja desorptio

Aineiden kertymistä sorbentin huokosiin kutsutaan adsorptioksi. Adsorptio tapahtuu, kun kaasu tai neste kulkee aktiivihiilen läpi. Desorptio - adsorptioprosessissa kertyneiden aineiden vapautuminen sorbentista.

Erota fyysinen adsorptio ja kemisorptio:

  • Fyysinen adsorptio tapahtuu pääasiassa van der Waalsin voiman vaikutuksesta, eikä adsorboituneiden aineiden kemialliset ominaisuudet muutu. Fyysinen adsorptio on palautuva, adsorboidut aineet voidaan erottaa sorbentista.
  • Kemisorption aikana aine joutuu kemialliseen reaktioon sorbentin kanssa. Sekä sen kemialliset että sorbentin ominaisuudet muuttuvat. Kemisorptio on peruuttamaton.

Aktiivihiilellä adsorboidut aineet

Aktiivihiili voi adsorboida orgaanisia ja ei-polaarisia aineita, kuten liuottimia, kloorattuja hiilivetyjä, väriaineita, öljyä ja öljytuotteita. Suurimolekyyliset aineet ja aineet, joilla ei ole polaarista rakennetta, adsorboituvat paremmin.

Aktiivihiilen sorptiomahdollisuus lisääntyy aineen liukoisuuden vähenemisen myötä aineille, joilla on ei-polaarinen rakenne ja molekyylipainon kasvu.

Graafinen esitys aktiivihiilen adsorptiosta adsorptioisotermina

Adsorptio, adsorboituvan aineen pitoisuuden funktiona, esitetään isoterminä. Isotermi kuvaa tasapainoa nesteessä tai ilmassa olevan aineen, joka on adsorboitava (jäännöspitoisuus), ja adsorboidun aineen välillä aktiivihiilessä (suurin määrä tällä jäännöspitoisuudella). Tyypillisesti maksimikapasiteetti kasvaa alkupitoisuuden kasvaessa..

Aktiivihiili

Raaka-aineet ja kemiallinen koostumus

Rakenne

Tuotanto

Luokittelu

Pääasialliset tunnusmerkit

Käyttöalueet

Regenerointi

Historia

Aktivoidut hiilet Kookospähkinä

Dokumentointi

Raaka-aineet ja kemiallinen koostumus

Aktivoitu (tai aktivoitu) hiili (lat. Carbo activatus) on adsorbentti - aine, jolla on erittäin kehittynyt huokoinen rakenne ja joka saadaan erilaisista orgaanista alkuperää olevista hiiltä sisältävistä materiaaleista, kuten hiilestä, kivihiilikoksista, öljykoksista, kookoskuorista, saksanpähkinöistä aprikoosin, oliivien ja muiden hedelmäkasvien kuopat. Puhdistuslaadun ja käyttöiän kannalta parhaimpana pidetään aktiivihiiltä (karboleenia), joka on valmistettu kookospähkinänkuorista, ja sen korkean lujuuden vuoksi se voidaan regeneroida monta kertaa.

Kemian kannalta aktiivihiili on yksi epätäydellisen rakenteen sisältävistä hiilimuodoista, käytännössä vapaa epäpuhtauksista. Aktiivihiili on 87-97 painoprosenttia hiiltä; se voi sisältää myös vetyä, happea, typpeä, rikkiä ja muita aineita. Kemiallisen koostumuksensa osalta aktiivihiili on samanlainen kuin käytetty grafiitti, käytetty materiaali, myös tavallisissa lyijykynissä. Aktiivihiili, timantti, grafiitti - nämä kaikki ovat hiilen erilaisia ​​muotoja, joissa ei ole käytännössä epäpuhtauksia. Rakenteellisten ominaisuuksiensa mukaan aktiivihiilet kuuluvat mikrokiteisten hiililajikkeiden ryhmään - nämä ovat grafiittikiteitä, jotka koostuvat 2-3 nm: n pituisista tasoista, jotka puolestaan ​​muodostuvat kuusikulmaisista renkaista. Grafiitille tyypillisten yksittäisten hilatasojen suunta toisiinsa nähden aktiivisissa hiileissä on kuitenkin loukattu - kerrokset siirtyvät satunnaisesti eivätkä osu niiden suuntaan kohtisuorassa suunnassa. Grafiittikiteiden lisäksi aktiivihiilet sisältävät yhdestä kahteen kolmasosaan amorfista hiiltä; tämän lisäksi läsnä on heteroatomeja. Epäomogeeninen massa, joka koostuu grafiitista ja amorfisista hiilikristalliiteista, määrittää aktiivihiilien ominaisen huokoisen rakenteen sekä niiden adsorptio- ja fysikomekaaniset ominaisuudet. Kemiallisesti sitoutuneen hapen läsnäolo aktiivihiilen rakenteessa, joka muodostaa emäksisiä tai happamia pintakemiallisia yhdisteitä, vaikuttaa merkittävästi niiden adsorptio-ominaisuuksiin. Aktiivihiilen tuhkapitoisuus voi olla 1-15%, joskus se tuhkataan 0,1-0,2%: iin.

Rakenne

Aktiivihiilellä on valtava määrä huokosia ja siksi sen pinta on erittäin suuri, minkä seurauksena sillä on suuri adsorptio (1 g aktiivihiiltä on valmistustekniikasta riippuen 500-1500 m 2). Korkea huokoisuus tekee aktivoidusta hiilestä "aktivoidun". Aktiivihiilen huokoisuus kasvaa erityiskäsittelyn - aktivoinnin aikana, mikä lisää merkittävästi adsorbentin pintaa.

Aktiivihiileissä on makro-, meso- ja mikrohuokosia. Hiilen pinnalla pidettävien molekyylien koosta riippuen on tuotettava hiiltä, ​​jolla on erilaiset huokoskokosuhteet. Aktiivihiilen huokoset luokitellaan lineaaristen mittojensa mukaan - X (puolileveys - rakohuokosmallille, säde - sylinterimäiselle tai pallomaiselle):

  • X 100-200 nm - makrohuokoset.

Adsorptiolle mikrohuokosissa (ominaismäärä 0,2-0,6 cm3 / g ja 800-1000 m2 / g), joka on kooltaan verrattavissa adsorboituneisiin molekyyleihin, tilavuuden täyttömekanismi on pääasiassa ominaista. Samanlainen adsorptio tapahtuu myös supermikrohuokosissa (spesifinen tilavuus 0,15-0,2 cm3 / g) - mikrohuokosten ja mesohuokosten välissä olevilla alueilla. Tällä alueella mikrohuokosten ominaisuudet rappeutuvat vähitellen, mesohuokosten ominaisuudet näkyvät. Mesoporien adsorptiomekanismi koostuu adsorptiokerrosten peräkkäisestä muodostumisesta (polymolekulaarinen adsorptio), joka päättyy huokosten täyttymiseen kapillaarikondensaatiomekanismilla. Tavanomaisille aktiivihiileille mesohuokosten ominaismäärä on 0,02-0,10 cm3 / g, ominaispinta on 20-70 m 2 / g; Joillakin aktiivihiileillä (esimerkiksi kirkastavilla) nämä indikaattorit voivat kuitenkin olla vastaavasti 0,7 cm3 / g ja 200-450 m 2 / g. Makroporit (ominaismäärä ja pinta, vastaavasti 0,2-0,8 cm3 / g ja 0,5-2,0 m2 / g) toimivat siirtokanavina, jotka syöttävät absorboituneiden aineiden molekyylejä aktiivihiilen rakeiden adsorptiotilaan. Mikro- ja mesohuokoset muodostavat suurimman osan aktiivihiilen pinnasta, ja niillä on suurin vaikutus niiden adsorptio-ominaisuuksiin. Mikrohuokoset soveltuvat erityisen hyvin pienten molekyylien adsorptioon ja mesohuokoset erityisen hyvin suurempien orgaanisten molekyylien adsorptioon. Ratkaiseva vaikutus aktiivihiilen huokosrakenteeseen on lähtöaineella, josta ne on saatu. Kookospähkinän kuoriin perustuville aktiivihiileille on ominaista suurempi osuus mikrohuokosia ja kivihiiliin perustuvat aktiivihiilet - suurempi osuus mesohuokosia. Suuri osa makroporeista on ominaista puupohjaisille aktiivihiilille. Aktiivihiilessä on pääsääntöisesti kaikenlaisia ​​huokosia, ja niiden tilavuusjakauman differentiaalikäyrällä koon mukaan on 2-3 maksimia. Supermikrohuokosten kehittymisasteesta riippuen aktiivihiilet erotetaan kapealla jakautumalla (nämä huokoset käytännössä puuttuvat) ja leveillä (merkittävästi kehittyneet).

Aktiivihiilen huokosissa on molekyylien välistä vetovoimaa, joka johtaa adsorptiovoimien (van der Waalsin voimat) esiintymiseen, jotka ovat luonteeltaan samanlaisia ​​painovoimalla, ainoana erona, että ne vaikuttavat molekyylillä eikä tähtitieteellisellä tasolla. Nämä voimat aiheuttavat saostuman kaltaisen reaktion, jossa adsorboituneet aineet voidaan poistaa vesi- tai kaasuvirroista. Poistettujen epäpuhtauksien molekyylit pidetään aktiivihiilen pinnalla molekyylien välisillä van der Waalsin voimilla. Täten aktiivihiilet poistavat epäpuhtaudet puhdistettavista aineista (päinvastoin, esimerkiksi värinmuutoksesta, kun värillisten epäpuhtauksien molekyylejä ei poisteta, vaan ne muutetaan kemiallisesti värittöminä molekyyleinä). Kemiallisia reaktioita voi esiintyä myös adsorboituneiden aineiden ja aktiivihiilen pinnan välillä. Näitä prosesseja kutsutaan kemialliseksi adsorptioksi tai kememisorptioksi, mutta periaatteessa fyysinen adsorptioprosessi tapahtuu aktiivihiilen ja adsorboidun aineen vuorovaikutuksen aikana. Kemisorptiota käytetään laajalti teollisuudessa kaasunpuhdistuksessa, kaasunpoistossa, metallien erottamisessa sekä tieteellisessä tutkimuksessa. Fyysinen adsorptio on palautuva, eli adsorboituneet aineet voidaan erottaa pinnasta ja palauttaa alkuperäiseen tilaansa tietyissä olosuhteissa. Kemisorptiossa adsorboitunut aine sitoutuu pintaan kemiallisten sidosten kautta muuttamalla sen kemiallisia ominaisuuksia. Kemisorptio ei ole palautuva.

Jotkut aineet adsorboituvat heikosti tavanomaisten aktiivihiilien pinnalle. Näitä aineita ovat ammoniakki, rikkidioksidi, elohopeahöyry, rikkivety, formaldehydi, kloori ja syaanivety. Erityisillä kemiallisilla reagensseilla kyllästettyjä aktiivihiilejä käytetään tällaisten aineiden tehokkaaseen poistoon. Kyllästettyjä aktiivihiilejä käytetään ilman ja veden puhdistamisen erikoistuneilla alueilla, hengityssuojaimissa, sotilastarkoituksiin, ydinteollisuudessa jne..

Tuotanto

Aktiivihiilen tuottamiseen käytetään erityyppisiä ja -muotoisia uuneja. Yleisimpiä ovat: monihyllyt, akselit, vaaka- ja pystysuuntaiset kiertouunit sekä leijupetireaktorit. Aktiivihiilen pääominaisuudet ja ennen kaikkea huokoinen rakenne määräytyy alkuperäisen hiiltä sisältävän raaka-aineen tyypin ja sen käsittelymenetelmän mukaan. Ensinnäkin hiiltä sisältävät raaka-aineet murskataan 3-5 cm: n partikkelikokoon, minkä jälkeen ne hiiltyvät (pyrolyysi) - polttamalla korkeissa lämpötiloissa inertissä ilmakehässä ilman pääsyä ilmaan haihtuvien aineiden poistamiseksi. Hiiltymisvaiheessa muodostuu tulevan aktiivihiilen runko - ensisijainen huokoisuus ja lujuus.

Saadulla hiilihiilellä (karbonisaatilla) on kuitenkin heikot adsorptio-ominaisuudet, koska sen huokoskokot ovat pienet ja sisäpinta-ala on hyvin pieni. Siksi karbonisaatti aktivoidaan, jotta saadaan erityinen huokosrakenne ja parannetaan adsorptio-ominaisuuksia. Aktivointiprosessin ydin on huokosten avaaminen hiilimateriaalin suljetussa tilassa. Tämä tehdään joko termokemiallisesti: materiaali kyllästetään alustavasti sinkkikloridiliuoksella ZnCl2, kaliumkarbonaatti K2CO3 tai jotkut muut yhdisteet ja kuumennetaan 400-600 ° C: seen ilman pääsyä ilmaan, tai yleisin tapa hoitaa tulistetulla höyryllä tai hiilidioksidilla CO2 tai niiden seos lämpötilassa 700-900 ° C tiukasti valvotuissa olosuhteissa. Höyryaktivaatio on hiiltyneiden tuotteiden hapettuminen kaasumaisiksi tuotteiksi reaktion - C + H - mukaisesti2O -> CO + H2; tai vesihöyryylimäärällä - C + 2H2O -> CO2+2H2. On yleisesti hyväksyttyä, että rajoitettu määrä ilmaa syötetään aktivointilaitteeseen samanaikaisesti kylläisen höyryn kanssa. Osa hiilestä palaa ja vaadittu lämpötila saavutetaan reaktiotilassa. Aktiivihiilen saanto prosessin tässä versiossa vähenee huomattavasti. Aktiivihiili saadaan myös hajottamalla synteettisiä polymeerejä (esimerkiksi polyvinylideenikloridi).

Aktivoiminen vesihöyryllä mahdollistaa hiilien tuotannon, joiden sisäpinta-ala on enintään 1500 m2 hiiligrammaa kohti. Tämän suuren pinta-alan ansiosta aktiivihiilet ovat erinomaisia ​​adsorbentteja. Kaikki tämä alue ei kuitenkaan ole käytettävissä adsorptioon, koska adsorboituneiden aineiden suuret molekyylit eivät pääse tunkeutumaan pieniin huokosiin. Aktivoitumisprosessissa vaadittu huokoisuus ja ominaispinta kehittyy, kiinteän aineen massassa tapahtuu merkittävä lasku, jota kutsutaan palamiseksi..

Lämpökemiallisen aktivaation seurauksena muodostuu karkeahuokoinen aktiivihiili, jota käytetään värinpoistoon. Höyryn aktivoinnin seurauksena muodostuu hienohuokoista aktiivihiiltä, ​​jota käytetään puhdistukseen.

Seuraavaksi aktiivihiili jäähdytetään ja lajitellaan ja seulotaan alustavasti, jossa liete seulotaan pois, minkä jälkeen aktiivihiilelle suoritetaan lisäkäsittely: määriteltyjen parametrien saamisen tarpeesta riippuen: pestään hapolla, kyllästetään (kyllästetään erilaisilla kemikaaleilla), jauhetaan ja kuivataan. Sitten aktiivihiili pakataan teollisuuspakkauksiin: pusseihin tai isoihin pusseihin.

Luokittelu

Aktiivihiili luokitellaan sen raaka-ainetyypin mukaan, josta se on valmistettu (hiili, puu, kookospähkinä jne.), Aktivointimenetelmän mukaan (lämpökemikaali ja höyry), tarkoituksen mukaan (kaasu, talteenotto, kirkastavat aineet ja kemiallisten katalyyttien kivihiilen kantajat), samoin kuin vapauttamisen muodossa. Tällä hetkellä aktiivihiiltä tuotetaan pääasiassa seuraavissa muodoissa:

  • jauhettu aktiivihiili,
  • rakeinen (murskatut, epäsäännöllisen muotoiset hiukkaset) aktiivihiili,
  • valettu aktiivihiili,
  • suulakepuristettu (sylinterimäinen rakeet) aktiivihiili,
  • aktiivihiilellä.

Jauhemaisen aktiivihiilen hiukkaset ovat alle 0,1 mm (yli 90% koko koostumuksesta). Jauhemaista hiiltä käytetään teollisuuden nestekäsittelyyn, mukaan lukien kotitalous- ja teollisuusjäteveden käsittely. Adsorboinnin jälkeen jauhemainen hiili on erotettava puhdistettavista nesteistä suodattamalla.

Rakeinen aktiivihiili, hiukkaskoko 0,1 - 5 mm (yli 90% koostumuksesta). Rakeista aktiivihiiltä käytetään nestemäiseen puhdistukseen, pääasiassa vedenpuhdistukseen. Nesteitä puhdistettaessa aktiivihiili sijoitetaan suodattimiin tai adsorbentteihin. Aktiivihiiltä, ​​jossa on suurempia hiukkasia (2-5 mm), käytetään ilman ja muiden kaasujen puhdistamiseen.

Muotoiltu aktiivihiili on aktiivihiili erilaisten geometristen muotojen muodossa sovelluksesta riippuen (sylinterit, tabletit, briketit jne.). Valettua hiiltä käytetään erilaisten kaasujen ja ilman puhdistamiseen. Kaasuja puhdistettaessa aktiivihiili sijoitetaan myös suodattimiin tai adsorbentteihin.

Suulakepuristettua hiiltä tuotetaan hiukkasilla sylinterien muodossa, joiden halkaisija on 0,8 - 5 mm, yleensä kyllästetty (kyllästetty) erityisillä kemikaaleilla ja sitä käytetään katalyysissä.

Hiilikyllästettyjä kankaita on saatavana eri muodoissa ja kooissa, joita käytetään useimmiten kaasun ja ilman puhdistamiseen, esimerkiksi autojen ilmansuodattimissa.

Pääasialliset tunnusmerkit

Granulometrinen koko (granulometria) - aktiivihiilen rakeiden pääosan koko. Mittayksikkö: millimetrit (mm), silmä USS (amerikkalainen) ja mesh BSS (englanti). Yhteenvetotaulukko USS-verkon hiukkaskoon muunnoksesta - millimetreinä (mm) on annettu vastaavassa tiedostossa.

Irtotiheys on materiaalin massa, joka täyttää tilavuusyksikön omalla painollaan. Mittayksikkö - gramma kuutiosenttimetriä kohti (g / cm 3).

Pinta-ala - kiinteän aineen pinta-ala suhteessa sen massaan. Mittayksikkö - neliömetri grammaa kivihiiltä (m 2 / g).

Kovuus (tai lujuus) - kaikki aktiivihiilen valmistajat ja kuluttajat käyttävät huomattavasti erilaisia ​​menetelmiä lujuuden määrittämiseksi. Suurin osa tekniikoista perustuu seuraavaan periaatteeseen: aktiivihiilinäytteeseen kohdistuu mekaanista rasitusta, ja lujuus mitataan hienojakeen osuudella, joka muodostuu hiilen tuhoutumisen tai keskikokoisen jauhamisen aikana. Vahvuuden mittana tuhoutumattoman hiilen määrä otetaan prosentteina (%).

Kosteus on aktiivihiilen kosteuden määrä. Mittausyksikkö - prosenttia (%).

Tuhkapitoisuus - tuhkan määrä (joskus sitä pidetään vain vesiliukoisena) aktiivihiilessä. Mittausyksikkö - prosenttia (%).

Vesipitoisen uutteen pH - vesiliuoksen pH-arvo sen jälkeen, kun siinä on kiehunut aktiivihiilinäyte.

Suojaava toimenpide - tietyn kaasun adsorptioajan mittaaminen kivihiilellä ennen vähimmäiskaasupitoisuuksien kulumista aktiivihiilikerroksella. Tämä testi tehdään hiileille, joita käytetään ilmanpuhdistukseen. Useimmiten aktiivihiilestä testataan bentseeni tai hiilitetrakloridi (alias hiilitetrakloridi CCl)4).

STS-adsorptio (adsorptio hiilitetrakloridilla) - hiilitetrakloridi johdetaan aktiivihiilen tilavuuden läpi, kyllästyminen tapahtuu vakiomassaksi, jolloin saadaan adsorboituneen höyryn määrä, viitaten hiilinäytteeseen prosentteina (%).

Jodiindeksi (jodin adsorptio, jodiluku) - jodimäärä milligrammoina, että 1 gramma aktiivihiiltä voi adsorboitua jauheena laimennetusta vesiliuoksesta. Mittayksikkö - mg / g.

Metyleenisinisen adsorptio on milligramman metyleenisinistä absorboitunut määrä grammaa aktiivihiiltä vesiliuoksesta. Mittayksikkö - mg / g.

Melassin värinmuutos (melassin numero tai indeksi, melassin indikaattori) - aktiivihiilen määrä milligrammoina, joka tarvitaan melassin standardiliuoksen 50% kirkastukseen.

Käyttöalueet

Aktiivihiili adsorboi hyvin orgaanisia, suurimolekyylisiä aineita, joilla ei ole polaarista rakennetta, esimerkiksi: liuottimet (klooratut hiilivedyt), väriaineet, öljy jne. Adsorptiomahdollisuudet lisääntyvät, kun vesiliukoisuus vähenee, rakenteen ei-polaarisuus lisääntyy ja molekyylipaino kasvaa. Aktiivihiilet imevät hyvin höyryjä aineista, joilla on suhteellisen korkeat kiehumispisteet (esimerkiksi bentseeni C6H6), pahempaa - haihtuvat yhdisteet (esimerkiksi ammoniakki NH3). Suhteellisilla höyrynpaineilla pR/ Rmeille alle 0,10-0,25 (sR - adsorboidun aineen tasapainopaine, smeille - tyydyttyneen höyryn paine) aktiivihiili absorboi merkityksettömästi vesihöyryä. Kuitenkin sivullaR/ Rmeille yli 0,3-0,4, havaitaan havaittavaa adsorptiota ja p: n tapauksessaR/ Rmeille = 1, melkein kaikki mikrohuokoset ovat täynnä vesihöyryä. Siksi niiden läsnäolo voi vaikeuttaa kohdeaineen imeytymistä..

Aktiivihiiltä käytetään laajalti adsorbenttina, joka absorboi kaasupäästöjen höyryjä (esimerkiksi kun puhdistetaan ilmaa hiilidisulfidista CS2), haihtuvien liuottimien höyryjen talteenotto niiden talteenottoa varten, vesiliuosten (esimerkiksi sokerisiirapit ja alkoholijuomat), juomaveden ja jäteveden puhdistamiseksi kaasunaamareissa, tyhjötekniikassa, esimerkiksi sorptiopumppujen luomiseksi, kaasun adsorptiokromatografiassa, hajun absorboijien täyttämiseksi jääkaapissa veren puhdistus, haitallisten aineiden imeytyminen maha-suolikanavasta jne. Aktiivihiili voi olla myös katalyyttisten lisäaineiden kantaja ja polymerointikatalyytti. Aktiivisen hiilen katalyyttisten ominaisuuksien antamiseksi makro- ja mesohuokosiin lisätään erityisiä lisäaineita.

Aktiivihiilen teollisen tuotannon kehittyessä tämän tuotteen käyttö kasvaa tasaisesti. Tällä hetkellä aktiivihiiltä käytetään monissa vedenpuhdistusprosesseissa, elintarviketeollisuudessa, kemian tekniikan prosesseissa. Lisäksi jätekaasu ja jäteveden käsittely perustuvat pääasiassa aktiivihiilen adsorptioon. Ydinteknologian kehittyessä aktiivihiili on ydinvoimaloiden tärkein radioaktiivisten kaasujen ja jäteveden adsorbentti. 1900-luvulla aktiivihiilen käyttö esiintyi monimutkaisissa lääketieteellisissä prosesseissa, esimerkiksi hemofiltraatiossa (veren puhdistaminen aktiivihiilellä). Käytetään aktiivihiiltä:

  • vedenkäsittelyyn (veden puhdistus dioksiinista ja ksenobioteista, hiilihapotus);
  • elintarviketeollisuudessa alkoholijuomien, vähäalkoholisten juomien ja oluen valmistuksessa, viinien kirkastuksessa, tupakansuodattimien tuotannossa, hiilidioksidin puhdistuksessa hiilihapotettujen juomien valmistuksessa, tärkkelysliuosten, sokerisiirapien, glukoosin ja ksylitolin puhdistuksessa, öljyjen ja rasvojen kirkastuksessa ja hajunpoistossa, sitruunan, maidon tuotannossa ja muut hapot;
  • kemian-, öljyn- ja kaasuntuotanto- ja jalostusteollisuudessa pehmittimien kirkastamiseksi katalyyttien kantajana, mineraaliöljyjen, kemiallisten reagenssien sekä maalien ja lakkojen tuotannossa, kumin tuotannossa, kemiallisten kuitujen tuotannossa, amiiniliuosten puhdistuksessa, orgaanisten liuotinhöyryjen talteenottamiseksi;
  • ympäristönsuojelutoimissa teollisuuden jäteveden puhdistamiseksi, öljy- ja öljytuotteiden vuotojen poistamiseksi, savukaasujen puhdistamiseksi jätteenpolttolaitoksissa, ilmanvaihtokaasujen ja ilman päästöjen puhdistamiseksi;
  • kaivos- ja metallurgisessa teollisuudessa elektrodien valmistamiseksi, mineraalimalmien vaahdotamiseksi, kullan uuttamiseksi kullankaivusteollisuuden liuoksista ja massoista;
  • polttoaine- ja energiateollisuudessa höyrykondensaatin ja kattilaveden puhdistamiseksi;
  • lääketeollisuudessa puhdistusliuosten valmistamiseksi lääkkeiden valmistuksessa, kivihiilitablettien, antibioottien, veren korvikkeiden, Allohol-tablettien valmistuksessa;
  • lääketieteessä eläinten ja ihmisten organismien puhdistamiseksi myrkkyistä, bakteereista puhdistaessaan verta;
  • henkilökohtaisten suojavarusteiden (kaasunaamarit, hengityssuojaimet jne.) valmistuksessa;
  • ydinteollisuudessa;
  • vedenkäsittelyyn uima-altaissa ja akvaarioissa.

Vesi luokitellaan jätevedeksi, pohjavedeksi ja juomaveteksi. Tämän luokituksen tunnusmerkki on epäpuhtauksien pitoisuus, joka voi olla liuotinta, torjunta-ainetta ja / tai halogenoitua hiilivetyä, kuten kloorattuja hiilivetyjä. Seuraavat pitoisuusalueet erotetaan liukoisuudesta riippuen:

  • 10-350 g / litra juomavettä varten,
  • 10-1000 g / l pohjavesille,
  • 10-2000 g / litra jätevedelle.

Altaan vedenkäsittely ei sovi tähän luokitukseen, koska kyseessä on deklooraus ja deozonatointi pikemminkin kuin epäpuhtauden puhdas adsorptio poistaminen. Deklooraus ja deozonaatio soveltuvat tehokkaasti uima-altaan veden käsittelyyn käyttämällä kookoskuoren aktiivihiiltä, ​​jolla on suuren adsorptiopinnan edut ja jolla on siten erinomainen kloorausvaikutus suurella tiheydellä. Suuri tiheys mahdollistaa takaisinvirtauksen huuhtelematta aktiivihiiltä suodattimesta.

Rakeista aktiivihiiltä käytetään kiinteissä kiinteissä adsorptiojärjestelmissä. Saastunut vesi virtaa pysyvän aktiivihiilikerroksen läpi (lähinnä ylhäältä alas). Jotta tämä adsorptiojärjestelmä toimisi vapaasti, vedessä ei saa olla kiinteitä hiukkasia. Tämä voidaan taata asianmukaisella esikäsittelyllä (esimerkiksi hiekkasuodattimella). Kiinteään suodattimeen menevät hiukkaset voidaan poistaa adsorptiojärjestelmän vastavirtauksella.

Monissa teollisissa prosesseissa syntyy haitallisia kaasuja. Näitä myrkyllisiä aineita ei saa päästää ilmaan. Ilmassa yleisimpiä myrkyllisiä aineita ovat liuottimet, jotka ovat välttämättömiä jokapäiväiseen käyttöön tarkoitettujen materiaalien valmistamiseksi. Liuottimien (pääasiassa hiilivetyjen, kuten kloorattujen hiilivetyjen) erottamiseksi aktiivihiiltä voidaan käyttää menestyksekkäästi sen vedenpitävyyden vuoksi.

Ilmanpuhdistus luokitellaan ilmansaasteiden hallintaan ja liuottimien talteenottoon ilman epäpuhtauksien määrän ja pitoisuuden mukaan. Suurilla pitoisuuksilla on halvempaa kerätä liuottimia aktiivihiilestä (esim. Höyryllä). Mutta jos myrkyllisiä aineita esiintyy hyvin pieninä pitoisuuksina tai seoksessa, jota ei voida käyttää uudelleen, käytetään valettua, kertakäyttöistä aktiivihiiltä. Muotoiltua aktiivihiiltä käytetään kiinteissä adsorptiojärjestelmissä. Saastuneet tuuletussuihkut kulkevat pysyvän hiilikerroksen läpi yhteen suuntaan (lähinnä alhaalta ylöspäin)..

Yksi kyllästetyn aktiivihiilen pääalueista on kaasun ja ilman puhdistus. Monien teknisten prosessien seurauksena saastunut ilma sisältää myrkyllisiä aineita, joita ei voida poistaa kokonaan tavanomaisella aktiivihiilellä. Nämä myrkylliset aineet, pääasiassa epäorgaaniset tai epästabiilit, polaariset aineet, voivat olla erittäin myrkyllisiä myös pieninä pitoisuuksina. Tässä tapauksessa käytetään kyllästettyä aktiivihiiltä. Joskus epäpuhtauden komponentin ja aktiivihiilessä olevan aktiivisen aineen välillä tapahtuu erilaisia ​​kemiallisia välireaktioita, mikä epäpuhtaus voidaan poistaa kokonaan saastuneesta ilmasta. Aktiivihiilet on kyllästetty (kyllästetty) hopealla (juomaveden puhdistamiseen), jodilla (puhdistettavaksi rikkidioksidista), rikkillä (puhdistettavaksi elohopeasta), emäksellä (puhdistettavaksi kaasumaisista hapoista ja kaasuista - kloori, rikkidioksidi, typpidioksidi jne.). jne.), happo (puhdistamiseen kaasumaisista emäksistä ja ammoniakista).

Regenerointi

Koska adsorptio on palautuva prosessi eikä muuta aktiivihiilen pintaa tai kemiallista koostumusta, epäpuhtaudet voidaan poistaa aktiivihiilestä desorptiolla (adsorboituneiden aineiden vapautuminen). Van der Waalsin voima, joka on adsorption tärkein liikkeellepaneva voima, on heikentynyt, joten kolmea teknistä menetelmää käytetään varmistamaan, että epäpuhtaudet voidaan poistaa hiilen pinnalta:

  • Lämpötilan vaihtelumenetelmä: Van der Waalsin voiman vaikutus vähenee lämpötilan noustessa. Lämpötilaa nostetaan kuumalla typpivirralla tai höyrynpaineen nousulla 110-160 ° C: ssa.
  • Paineenvaihtomenetelmä: kun osapaine laskee, Van der Waltz -voiman vaikutus vähenee.
  • Uuttaminen - desorptio nestefaaseissa. Adsorboituneet aineet poistetaan kemiallisesti.

Kaikilla näillä menetelmillä on haittoja, koska adsorboituneita aineita ei voida poistaa kokonaan hiilen pinnalta. Huomattava määrä epäpuhtautta jää aktiivihiilen huokosiin. Höyryregeneraatiota käytettäessä 1/3 kaikista adsorboiduista aineista on edelleen aktiivihiilessä.

Kemiallisella regeneroinnilla tarkoitetaan sorbentin käsittelyä nestemäisillä tai kaasumaisilla orgaanisilla tai epäorgaanisilla reagensseilla lämpötilassa, joka ei yleensä ole yli 100 ° C. Sekä hiili- että hiilettömät sorbentit regeneroidaan kemiallisesti. Tämän käsittelyn seurauksena sorbaatti joko desorboituu muuttumattomana tai sen vuorovaikutustuotteet regeneroivan aineen kanssa desorboituvat. Kemiallinen regenerointi tapahtuu usein suoraan adsorptiolaitteessa. Useimmat kemialliset talteenottomenetelmät ovat pitkälle erikoistuneita tietyntyyppisille sorbaateille..

Matalan lämpötilan regenerointi on sorbentin käsittely höyryllä tai kaasulla 100-400 ° C: ssa. Tämä menettely on melko yksinkertainen ja monissa tapauksissa se suoritetaan suoraan adsorboijissa. Korkean entalpiansa vuoksi höyryä käytetään useimmiten alhaisen lämpötilan lämpöregeneraatioon. Se on turvallinen ja saatavana tuotannossa.

Kemiallinen regenerointi ja matalan lämpötilan terminen regenerointi eivät tuota adsorptiohiilien täydellistä talteenottoa. Lämpöregeneraatio on hyvin monimutkainen, monivaiheinen prosessi, joka vaikuttaa sorbaatin lisäksi myös itse sorbenttiin. Lämpöregenerointi on lähellä aktiivihiilen tuotantotekniikkaa. Erilaisten sorbaattien hiiltymisen aikana kivihiilessä suurin osa epäpuhtauksista hajoaa 200-350 ° C: ssa ja 400 ° C: ssa noin puolet kaikista adsorbaateista yleensä tuhoutuu. CO, CO2, CH4 - orgaanisen sorbaatin tärkeimmät hajoamistuotteet vapautuvat kuumennettaessa 350-600 ° C: seen. Teoriassa tällaisen regeneroinnin hinta on 50% uuden aktiivihiilen kustannuksista. Tämä osoittaa tarvetta jatkaa uusien erittäin tehokkaiden menetelmien etsintää ja kehittämistä sorbenttien regeneroimiseksi..

Reaktivointi - aktiivihiilen täydellinen regenerointi höyryn avulla 600 ° C: n lämpötilassa. Saasteaine poltetaan tässä lämpötilassa polttamatta hiiltä. Tämä on mahdollista alhaisen happipitoisuuden ja merkittävän määrän höyryn vuoksi. Vesihöyry reagoi valikoivasti adsorboituneiden orgaanisten aineiden kanssa, jotka ovat erittäin reaktiivisia vedessä näissä korkeissa lämpötiloissa, mikä johtaa täydelliseen palamiseen. Kivihiilen vähäistä palamista ei kuitenkaan voida välttää. Tämä menetys on korvattava uudella hiilellä. Uudelleenaktivoinnin jälkeen sattuu usein, että aktiivihiilellä on suurempi sisäinen pinta ja suurempi reaktiivisuus kuin alkuperäisellä hiilellä. Nämä tosiasiat johtuvat uusien huokosien ja koksikontaminanttien muodostumisesta aktiivihiilessä. Myös huokosrakenne muuttuu - niiden kasvu tapahtuu. Uudelleenaktivointi suoritetaan uudelleenaktivointiuunissa. Uuneja on kolme tyyppiä: pyörivät, akseliset ja vaihtelevat kaasuvirtausuunit. Vaihtelevan kaasuvirta-uunin etuna on pieni palohäviö ja kitka. Aktiivihiili ladataan ilmavirtaan ja palokaasut voidaan kuljettaa ylöspäin arinan läpi. Aktiivihiili tehdään osittain nestemäiseksi voimakkaalla kaasuvirralla. Kaasut kuljettavat myös palamistuotteita uudelleenaktivoitumisen aikana aktiivihiilestä jälkipolttimeen. Ilmaa lisätään jälkipolttimeen, jotta kaasut, joita ei ollut syttynyt kokonaan, voidaan nyt polttaa. Lämpötila nousee noin 1200 ° C: seen. Palamisen jälkeen kaasu virtaa kaasunpesukoneeseen, jossa kaasu jäähdytetään lämpötilaan 50-100 ° C jäähdyttämällä vedellä ja ilmalla. Tässä kammiossa suolahappo, joka muodostuu adsorboiduista kloorihiilivedyistä puhdistetusta aktiivihiilestä, neutraloidaan natriumhydroksidilla. Korkean lämpötilan ja nopean jäähdytyksen takia ei muodostu myrkyllisiä kaasuja (kuten dioksiinit ja furaanit).

Historia

Aikaisin historiallinen maininta kivihiilen käytöstä on peräisin muinaisesta Intiasta, jossa sanskritin kirjoituksissa sanottiin, että juomavesi on ensin päästävä hiilen läpi, pidettävä kupariastioissa ja altistettava auringonvalolle.

Kivihiilen ainutlaatuiset ja hyödylliset ominaisuudet tunnettiin myös muinaisessa Egyptissä, jossa hiiltä käytettiin lääkinnällisiin tarkoituksiin jo vuonna 1500 eKr. eh.

Muinaiset roomalaiset käyttivät hiiltä myös juomaveden, oluen ja viinin puhdistamiseen..

1700-luvun lopulla tiedemiehet tiesivät, että karboleeni pystyi absorboimaan erilaisia ​​kaasuja, höyryjä ja liuenneita aineita. Jokapäiväisessä elämässä ihmiset havaitsivat: jos vettä kiehuttaessa heitetään muutama hiili kattilaan, jossa ennen valmistettiin illallinen, ruoan maku ja haju katoavat. Ajan myötä aktiivihiiltä alettiin käyttää sokerin puhdistamiseen, bensiinin sieppaamiseen luonnonkaasuihin, kankaiden värjäykseen, parkitusnahkaan.

Vuonna 1773 saksalainen kemisti Karl Scheele ilmoitti kaasujen adsorptiosta hiilelle. Myöhemmin havaittiin, että hiili voi myös värjätä nesteitä..

Vuonna 1785 Pietarin proviisori T.E.Lovitz, josta myöhemmin tuli akateemikko, kiinnitti ensin huomiota aktiivihiilen kykyyn puhdistaa alkoholi. Toistuvien kokeiden tuloksena hän havaitsi, että jopa yksinkertainen ravistelu viiniä hiilijauheella antaa sinulle paljon puhtaamman ja laadukkaamman juoman.

Vuonna 1794 hiiltä käytettiin ensimmäisen kerran englantilaisessa sokeritehtaassa..

Vuonna 1808 hiiltä käytettiin ensin Ranskassa sokerisiirapin kirkastamiseksi..

Vuonna 1811 luuhiilen valkaisukyky havaittiin valmistettaessa mustaa kenkävoidetta.

Vuonna 1830 yksi proviisori suorittaessaan kokeilun itselleen otti gramman strykniiniä sisälle ja pysyi hengissä, koska samalla hän nieli 15 grammaa aktiivihiiltä, ​​joka adsorboi tämän vahvan myrkkyn..

Vuonna 1915 venäläinen tiedemies Nikolai Dmitrievich Zelinsky keksi Venäjällä maailman ensimmäisen suodatettavan hiilikaasun. Vuonna 1916 Antantin armeijat hyväksyivät hänet. Aktiivihiili oli tärkein sorbenttimateriaali siinä..

Aktiivihiilen teollinen tuotanto alkoi 1900-luvun alussa. Vuonna 1909 ensimmäinen erä jauhettua aktiivihiiltä tuotettiin Euroopassa.

Ensimmäisen maailmansodan aikana kookoskuorien aktiivihiiltä käytettiin ensin adsorbenttina kaasunaamareissa.

Tällä hetkellä aktiivihiilet ovat parhaita suodatinmateriaaleja.

Aktivoidut hiilet Kookospähkinä

Yritys "Chemical Systems" tarjoaa laajan valikoiman aktiivihiiltä Carbonut, jotka ovat osoittautuneet monissa teknologisissa prosesseissa ja teollisuudessa:

  • Carbonut WT nesteiden ja veden (maa, jätteet ja juominen sekä vedenkäsittely) puhdistukseen,
  • Carbonut VP erilaisten kaasujen ja ilman puhdistamiseen,
  • Carbonut GC kullan ja muiden metallien talteenottamiseksi kaivosteollisuuden liuoksista ja lietteistä,
  • Carbonut CF savukkeensuodattimille.

Aktiivihiilet Hiilikuitua tuotetaan vain yksinomaan kookospähkinänkuorista, koska kookospähkinäaktivoiduilla hiilillä on paras puhdistuslaatu ja suurin imukyky (johtuen useammasta huokosesta ja vastaavasti suuremmasta pinta-alasta), pisin käyttöikä (korkean kovuuden ja mahdollisuuden moninkertaiseen uudistumiseen) imeytyneiden aineiden desorption puute ja matala tuhkapitoisuus.

Aktiivihiiltä Carbonut on valmistettu Intiassa vuodesta 1995 lähtien automatisoiduilla ja korkean teknologian laitteilla. Tuotannolla on strategisesti tärkeä sijainti ensinnäkin lähellä raaka-aineiden lähdettä - kookospähkinää, ja toiseksi lähellä merisatamia. Kookospähkinä kasvaa ympäri vuoden tarjoten keskeytymättömän laadukkaiden raaka-aineiden lähteen suurina määrinä pienillä lähetyskustannuksilla. Merisatamien läheisyys välttää myös logistiikan lisäkustannuksia. Aktiivihiilen Carbonut-valmistuksen kaikkia teknisen vaiheen vaiheita valvotaan tarkasti: tämä on syöttöraaka-aineiden huolellinen valinta, pääparametrien hallinta jokaisen välivaiheen jälkeen sekä lopputuotteen laadunvalvonta vakiintuneiden standardien mukaisesti. Aktiivihiiltä Carbonut viedään melkein kaikkialle maailmaan, ja hinnan ja laadun erinomaisen yhdistelmän ansiosta sillä on suuri kysyntä.

Dokumentointi

Tarvitset Adobe Readerin tarkastellaksesi dokumentaatiota. Jos tietokoneellasi ei ole asennettuna Adobe Reader -ohjelmaa, käy Adoben verkkosivustolla www.adobe.com, lataa ja asenna ohjelman viimeisin versio (ohjelma on ilmainen). Asennusprosessi on yksinkertainen ja kestää vain muutaman minuutin, tästä ohjelmasta on hyötyä sinulle jatkossa.

Jos haluat ostaa aktiivihiiltä Moskovassa, Moskovan alueella, Mytishchissä, Pietarissa - ota yhteyttä yrityksen johtajiin. Toimitus tapahtuu myös muille Venäjän federaation alueille.

Mistä hiili on valmistettu? Mikä on hiilen kemiallinen kaava

Hiili on yksi vanhimmista ihmisen tiedossa olevista polttoaineista. Ja sillä on nykyäänkin johtava asema käytön suhteen. Syynä tähän on sen esiintyvyys, uuttamisen, käsittelyn ja käytön helppous. Mutta mikä se on? Mikä on hiilen kemiallinen kaava?

Itse asiassa tämä kysymys ei ole täysin oikea. Hiili ei ole aine, se on sekoitus erilaisia ​​aineita. Niitä on paljon, joten on mahdotonta määrittää täysin hiilen koostumusta. Siksi tässä artikkelissa tarkoitetulla hiilen kemiallisella kaavalla tarkoitamme pikemminkin sen alkuainekoostumusta ja joitain muita ominaisuuksia.

Mutta mitä voimme oppia tämän aineen tilasta? Kivihiili muodostuu kasvien jäännöksistä monien vuosien ajan korkeiden lämpötilojen ja paineiden vuoksi. Ja koska kasvit ovat luonteeltaan orgaanisia, orgaaninen aine vallitsee hiilen koostumuksessa.

Ikästä ja muista alkuperäolosuhteista riippuen hiili on jaettu useaan tyyppiin. Jokainen laji erottuu sen peruskoostumuksesta, epäpuhtauksien läsnäolosta ja muista tärkeistä ominaisuuksista..

Ruskohiili

Se on nuorin hiilityyppi. Sillä on jopa kasvien puurakenne. Muodostuu suoraan turpeesta noin kilometrin syvyydessä.

Tämän tyyppinen kivihiili sisältää melko suuren määrän kosteutta: 20-40%. Kun se altistuu ilmalle, se haihtuu ja hiili murenee jauheeksi. Seuraavaksi keskitymme tämän erityisen kuivajäännöksen kemialliseen koostumukseen. Epäorgaanisten epäpuhtauksien määrä ruskohiilessä on myös suuri ja se on 20-45%. Näitä epäpuhtauksia ovat piidioksidi, alumiinin oksidit, kalsium ja rauta. Se voi myös sisältää alkalimetallioksideja.

Tässä kivihiilessä on monia haihtuvia orgaanisia ja epäorgaanisia aineita. Ne voivat olla jopa puolet tämän tyyppisen hiilen massasta. Alkuainekoostumus miinus epäorgaaniset ja haihtuvat aineet on seuraava:

  • Hiili 50-75%.
  • Happi 26-37%.
  • Vety 3-5%.
  • Typpi 0-2%.
  • Rikki 0,5-3%.

Hiili

Muodostumisen aikaan tämän tyyppinen hiili on seuraavaksi ruskean jälkeen. Siinä on musta tai harmaa-musta väri sekä hartsimainen, joskus metallinen kiilto.

Kivihiilen kosteuspitoisuus on paljon pienempi kuin ruskohiilen: vain 1-12%. Hiilen haihtuva pitoisuus vaihtelee suuresti sen mukaan, mistä se louhitaan. Se voi olla minimaalinen (2%: sta), mutta se voi myös saavuttaa ruskohiilen kaltaiset arvot (jopa 48%). Peruskoostumus on seuraava:

  • Hiili 75-92%.
  • Vety 2,5-5,7%.
  • Happi 1,5-15%.
  • Typpi jopa 2,7%.
  • Rikki 0-4%.

Tästä voimme päätellä, että bitumihiilen kemiallinen kaava koostuu suuremmasta määrästä hiiltä kuin ruskohiili. Tämä tekee tämän tyyppisestä kivihiilestä paremman polttoaineen..

Antrasiitti

Antrasiitti on fossiilisen hiilen vanhin muoto. Siinä on tumman musta väri ja tyypillinen metallinen kiilto. Tämä on paras hiili palamisen aikana vapautettavan lämmön määrän suhteen..

Kosteuden ja haihtuvien aineiden määrä siinä on hyvin pieni. Noin 5-7% kutakin indikaattoria kohti. Ja alkuaineyhdistelmälle on ominaista erittäin korkea hiilipitoisuus:

  • Hiili yli 90%.
  • Vety 1-3%.
  • Happi 1-1,5%.
  • Typpi 1-1,5%.
  • Rikki jopa 0,8%.

Enemmän hiiltä sisältää vain grafiittia, joka on antrasiittiyhdistymisen uusi vaihe..

Puuhiili

Tämän tyyppinen kivihiili ei ole fossiilista, joten sen koostumuksessa on joitain erityispiirteitä. Se valmistetaan kuumentamalla kuivaa puuta 450–500 oC: n lämpötilaan ilman pääsyä ilmaan. Tätä prosessia kutsutaan pyrolyysiksi. Sen aikana puusta vapautuu useita aineita: metanoli, asetoni, etikkahappo ja muut, minkä jälkeen se muuttuu kivihiileksi. Muuten puun polttaminen on myös pyrolyysiä, mutta hapen läsnäolon vuoksi ilmassa olevat kaasut syttyvät. Tämä määrittää liekkien läsnäolon palamisen aikana..

Puu ei ole homogeenista, sillä on paljon huokosia ja kapillaareja. Samanlainen rakenne säilyy osittain siitä saatavassa kivihiilessä. Tästä syystä sillä on hyvä adsorptiokyky ja sitä käytetään yhdessä aktiivihiilen kanssa..

Tämäntyyppisen hiilen kosteuspitoisuus on hyvin pieni (noin 3%), mutta pitkäaikaisessa varastoinnissa se imee kosteutta ilmasta ja vesiprosentti nousee 7-15%: iin. Epäorgaanisten epäpuhtauksien ja haihtuvien aineiden pitoisuutta säätelevät GOST: t, ja niiden tulisi olla korkeintaan 3% ja 20%. Alkuainekoostumus riippuu tuotantotekniikasta ja näyttää tältä:

  • Hiili 80-92%.
  • Happi 5-15%.
  • Vety 4-5%.
  • Typpi

Hiilen kemiallinen kaava osoittaa, että hiilipitoisuuden suhteen se on lähellä kivihiiltä, ​​mutta lisäksi siinä on vain pieni määrä palamiseen tarpeettomia alkuaineita (rikki ja typpi).

Aktiivihiili

Aktiivihiili on eräänlainen hiili, jolla on suuri ominaishuokospinta-ala, mikä tekee siitä vielä adsorptiokykyisemmän kuin puuhiili. Puuhiiltä ja hiiltä sekä kookoskuoria käytetään raaka-aineina sen tuotannossa. Lähtöaineelle suoritetaan aktivointiprosessi. Sen ydin on avata tukkeutuneet huokoset korkean lämpötilan, elektrolyyttiliuosten tai vesihöyryn vaikutuksesta..

Aktivointiprosessin aikana vain aineen rakenne muuttuu, joten aktiivihiilen kemiallinen kaava on identtinen sen raaka-aineen koostumuksen kanssa, josta se on valmistettu. Aktiivihiilen kosteuspitoisuus riippuu huokosten ominaispinta-alasta ja on yleensä alle 12%.

Aktiivihiilit. Ominaisuudet, sovellus ja tuotantotekniikka

Teoksen kirjoittaja: Käyttäjä piilotti nimen, 6. kesäkuuta 2014 klo 19.57, abstrakti

Lyhyt kuvaus

Aktiivihiili (Carbo activatus - lat.) - hiili, jolla on kehittynyt sisäpinta ja korkea adsorptiokyky.
Aktiivihiilet ovat huokoisia hiilirunkoja, rakeisia (rakeisia) ja jauhemaisia. Hiilen hyödylliset ominaisuudet tunnettiin jo muinaisessa Egyptissä, jossa hiiltä käytettiin lääkinnällisiin tarkoituksiin jo 1500 eKr. Muinaiset roomalaiset käyttivät hiiltä myös veden, oluen ja viinin puhdistamiseen. Tällä hetkellä aktiivihiilet ovat johtava paikka suodatinmateriaalien joukossa. Aktiivihiilen käyttöalue on laajentunut huomattavasti. Aktiivihiileillä on tärkeä rooli ympäristön suojelussa.

Liitetyt tiedostot: 1 tiedosto

aktivnye_ugli_svoistva_poluchenie_primenenie.doc

Venäjän federaation opetus- ja tiedeministeriö

Valtion oppilaitos

Korkeampi ammatillinen koulutus

"Omskin osavaltion teknillinen yliopisto"

aiheesta:
”Aktiivihiilit. Ominaisuudet, sovellus ja tuotantotekniikka "

Johdanto

Aktiivihiili (Carbo activatus - lat.) - hiili, jolla on kehittynyt sisäpinta ja korkea adsorptiokyky.

Aktiivihiilet ovat huokoisia hiilirunkoja, rakeisia (rakeisia) ja jauhemaisia. Hiilen hyödylliset ominaisuudet tunnettiin jo muinaisessa Egyptissä, jossa hiiltä käytettiin lääkinnällisiin tarkoituksiin jo 1500 eKr. Muinaiset roomalaiset käyttivät hiiltä myös veden, oluen ja viinin puhdistamiseen. Tällä hetkellä aktiivihiilet ovat johtava paikka suodatinmateriaalien joukossa. Aktiivihiilen käyttöalue on laajentunut huomattavasti. Aktiivihiileillä on tärkeä rooli ympäristön suojelussa.

Aktiivihiilellä on erittäin kehittynyt pinta, minkä vuoksi se imee (adsorboi) monia aineita (varsinkin hyvin hiilivetyjä ja niiden johdannaisia, heikompia - alkoholi, ammoniakki, vesi ja muut polaariset aineet). Hienohuokoinen aktiivihiili saadaan eräiden polymeerien lämpöhajotuksella (hiiltyminen ilman sisäänpääsyä).

Huokoskokot vaihtelevat 1,6 nm: stä (ominaispinta-ala saavuttaa 1000 m2 / g) - 200 nm: iin tai enemmän (ominaispinta-ala on noin 1 m2 / g). Hienohuokoinen aktiivihiili adsorboituu hyvin myös pienillä pitoisuuksilla tai pienillä osapaineilla. Suurihuokoiselle aktiivihiilelle on tunnusomaista kapillaarikondensaatio.

Aktiivihiilen rakenne ja ominaisuudet

Alun perin aktiivihiili otettiin yleensä amorfiselle hiilityypille, ja vain Hoffmannin röntgendiffraktioanalyysi osoitti ensimmäistä kertaa, että nämä hiukkaset ovat kristalliitteja, joiden koko on 1-3 nm. Siksi aktiivihiili kuuluu tällä hetkellä mikrokiteisten hiililajikkeiden ryhmään. Vaikka grafiittikristaliitit koostuvat 2–3 nm: n pituisista tasoista, jotka muodostuvat kuusijäsenisistä renkaista, grafiitille tyypillistä yksittäisten hilatasojen suuntaus toisiinsa nähden on rikkottu. Tämä tarkoittaa, että aktiivihiilissä kerrokset siirtyvät sattumanvaraisesti toisiinsa nähden eivätkä kohdistu kerrosten tasoon nähden kohtisuorassa suunnassa (kuva 1)..

Kuva 1 - Grafiittikerrosten rakenne:

a - järjestetty grafiittirakenne; b - häiriintynyt rakenne mikrokiteisessä hiilessä (aktiivihiili).

Huokoisten hiilimateriaalien rakenteen piirteet liittyvät hiiliatomisidosten tyyppiin. Perustilassa hiiliatomilla on elektroninen konfiguraatio 1s22s22p2, jossa on kaksi parittamatonta elektronia. Hiilelle on tunnusomaista 4 kovalenttisen sidoksen muodostuminen, joka liittyy 2s ja 2p elektronien hybridisaatioon hybridisoituneiden sp3-, sp2- ja sp-sidosten muodostumiseen, joilla on erilaiset energia- ja geometriset ominaisuudet. Aktiivihiilet kuuluvat hiiliyhdisteiden malliin, jossa on sp2-hybridisaatio. Sp2-hybridisaation aikana muodostuu 1π- ja 3σ-sidoksia, jotka sijaitsevat samassa tasossa ja jonka sidekulma on 1200. Hiilidiyhdisteille, joilla on sp2-hybridisaatio ("trigonaalinen hiili"), on tunnusomaista tasainen rakenne, kuten esimerkiksi grafiitissa. Molekyylien koon kasvaessa (sp2 - hybridisaatio) on taipumus niiden spontaaniin aggregaatioon rakenteisiin, kuten "korttipakka".

Kerrosten välinen etäisyys on suurempi kuin grafiitin (0,3354 nm) ja vaihtelee välillä 0,344 - 0,365 nm. Yhdelle tasolle suljetun rakennusosan halkaisija on 2,0-2,5 nm ja joskus jopa enemmän. Kerrospinon korkeus on 1,0-1,3 nm. Siten aktiivihiilen grafiittikristaliitit sisältävät 3-4 rinnakkaista hiilikerrosta.

Aktiivisten hiilien grafiittirakenteen kemiallinen vahvistus on mahdollisuus interstitiaalisten yhdisteiden muodostumiseen.

Järjestetyn grafiittirakenteen läsnäolon vuoksi aktiivihiileille on tyypillistä huomattava sähkönjohtavuus. Se riippuu osittain aktivointilämpötilasta ja nousee korkeissa lämpötiloissa, koska eristiminä toimivat pinta-happiyhdisteet poistetaan ja muodostuu suurempia alkeiskristalliitteja..

Grafiittikiteiden lisäksi aktiivihiilet sisältävät yhdestä kahteen kolmasosaan amorfista hiiltä; tämän lisäksi läsnä on heteroatomeja, erityisesti happea. Hiilirikkaista raaka-aineista saaduissa hiileissä jälkimmäisen pitoisuus on myös erittäin korkea..

Epähomogeeninen massa, joka koostuu grafiittikiteistä ja amorfisesta hiilestä, saa aikaan aktiivihiilen epätavallisen rakenteen. Yksittäisten hiukkasten väliin ilmestyy halkeamia ja halkeamia (huokosia), joiden leveys on noin 10-10-10-8 m. Massansiirto tapahtuu tämän huokosjärjestelmän kautta kaikissa prosesseissa, jotka tapahtuvat hiiltä sisältävän materiaalin sisäpinnalla. Aktiivihiileitä hallitsevat V-muotoiset ja rakomaiset huokoset sekä epäsäännölliset huokoset. Suurin osa teollisista aktiivihiileistä sisältää samanaikaisesti eri muotoisia huokosia. Lisäksi monet tutkimukset todistavat niin sanottujen pullonmuotoisten huokosten olemassaolon, joilla on kapeat sisäänkäynnit ja jotka muodostuvat erityisesti klassisessa sinkkikloridiaktivaatioprosessissa..

Huokosten jakautuminen säteillä yksittäisissä aktiivihiilissä voi olla hyvin erilainen. Tämän mukaisesti erotetaan suurhuokoiset aktiivihiilet, jotka kuitenkin sisältävät aina hienoja huokosia, ja hienohuokoiset aktiivihiilet, jotka mikrohuokosten lisäksi voivat sisältää myös suuria huokosia..

Meso- ja makroporositeetti määräytyvät useimmiten lähtöaineiden ominaisuuksien ja sen käsittelyolosuhteiden perusteella. Pinnan pieni koko osoittaa, että makroporeilla ei ole merkittävää osaa adsorptiomäärässä; tässä tapauksessa ne ovat vain pienten molekyylien kuljetushuokosia, joiden läpi adsorboituneet aineet tunkeutuvat syvälle jyvään..

Huokosien läsnäolon vuoksi hiilimateriaaleilla on suuri ominaispinta-ala ja kyky absorboida (adsorboida) erilaisia ​​aineita nesteistä ja kaasuista. Hiilimateriaalien kyky adsorboida erilaisia ​​molekyylejä määräytyy niiden pinnan rakenteen, pinnan reaktiivisten ryhmien luonteen ja pitoisuuden mukaan.

Taulukko 1 - Tyypillinen huokosjakauma aktiivihiileissä (huokostilavuus
ml / g)

Hiilimolekyyliseula

Aktiivikoksi on spesifinen tuote, jolle on ominaista erityisen homogeeninen mikrohuokosten jakautuminen. Hiilimolekyyliseulat eivät ole vielä löytäneet laajaa sovellusta adsorptiotekniikassa, ilmeisesti niiden korkeiden kustannusten vuoksi..

Tällä hetkellä on edelleen mahdotonta saada optista kuvaa aktiivihiilen mikrohuokosjärjestelmästä. Jopa erittäin suurilla suurennuksilla elektronimikroskooppiset kuvat erottavat vain huokoset, joiden halkaisija on noin 10 nm.

Hiilisorbenttien pinta on yleensä heterogeeninen sekä geometrisesti että energisesti. Sorbentin pinnalla olevat hiiliatomit ovat eri elektronisessa tilassa kuin irtotavaran faasissa olevat atomit, erityisesti kidehila-aukkojen kohdissa, kristalliittien kulmissa, pinnoissa ja reunoissa. Tällaisten atomien vapaiden valenssien läsnäolo helpottaa kemiallisia ja sorptiovaikutuksia erilaisten aineiden kanssa. Alkuaineanalyysi osoittaa, että aktiivihiilen hiilirungossa voi olla tietty määrä vieraita atomeja (vety, happi, typpi).

Tutkimukset ovat osoittaneet, että nämä vieraat atomit ovat sitoutuneet kemiallisesti hiileen. Edellä esitetystä kristallirakenteen kuvauksesta seuraa, että kerrosten pinot sisältävät hiiliatomeja reunoissa tyydyttymättömillä kemiallisilla sidoksilla. Tämän "aktiivisten keskusten" energiatilan seurauksena, joka sisältää myös kideverkon vikoja, vaihtoreaktiot ympäröivän ilmakehän hapen ja vedyn kanssa tapahtuvat jopa suhteellisen matalissa lämpötiloissa. Aktiivihiilen reaktiivisuus ilmenee sen kyvyssä absorboida kosketuksessa tiettyjen aineiden kanssa hapen ja vedyn kanssa myös muita heteroatomeja. Joten aktiiviset hiilet muodostavat kosketuksessa alkuaineista klooria sisältävän kaasufaasin kanssa homeopolaarisia hiiliyhdisteitä kloorin kanssa; kuumennettaessa orgaaniset klooria sisältävät yhdisteet hajoavat ja aktivoidut hiilet tietyissä rikinpoistoprosesseissa voivat sisältää useita prosentteja kemiallisesti sitoutunutta rikkiä; tavanomainen rikin desorptio uuttamalla tai kuumentamalla on tässä tapauksessa mahdotonta, ja vain tuhoava hydraus varmistaa rikin muuttumisen haihtuvaksi rikkivetyksi.

Mikrokiteisen hiilen happikompleksit, niin kutsutut pintaoksidit, vaikuttavat voimakkaasti hiilen pinnan polaarisiin ominaisuuksiin ja sen adsorptiokykyyn ja houkuttelevat siksi tutkijoiden jatkuvaa huomiota. Aktiivihiiltä sisältävien pinta-happiyhdisteiden pinnan napaisuus aiheuttaa vesihöyryn voimakasta adsorptiota kosteasta kaasuilmakehästä, kun taas muiden höyryjen tai kaasujen imeytymistä voidaan hidastaa. Nestefaasissa aktiivihiilien selektiivinen adsorptiokyky eri polaaristen aineiden suhteen riippuu näistä pintayhdisteistä. Siksi pinta-happiyhdisteet ovat tärkeitä myös käytännön näkökulmasta..

Kaikkien huokoisten kappaleiden tärkeimmät rakenteelliset ominaisuudet ovat todellinen huokoshalkaisija (säde) dp (rp), ominaispinta Ssp ja ominaishuokostilavuus Vp (massayksikköä kohti). Yhdessä näytteessä huokoset voivat vaihdella sekä kooltaan että muodoltaan..

Yhden ja saman kiinteän aineen, jolla on erilainen kemiallisen pinnan luonne, ominaispinta-ala Ssp voi vaihdella merkittävästi, mikä liittyy huokoisuuden asteeseen ja luonteeseen. Useimmissa huokoisissa kappaleissa sisäpinta on useita suuruusluokkia suurempi kuin ulkopinta.

Ominaispinta-ala on keskimääräinen ominaisuus vastaavien huokoisten tai hienojakoisten (dispergoituneiden) kiintoaineiden huokoisuudelle (dispersiolle). Erityinen pinta-ala koostuu huokosten ulkopinnan (näkyvän) ja sisäisen (näkymättömän) geometrisen pinnan summasta huokoisen kappaleen massayksikköä kohti. Koska kehittyneellä huokoisuudella kappaleiden pääpinta-ala putoaa huokosien pinnalle, ominaispinta-ala on suoraan verrannollinen niiden halkaisijaan tai hiukkasten kokoon, jotka muodostavat tietyn massaisen kiinteän rungon. Kun huokostilavuus on määritetty adsorptiomittauksista ja tiedetään niiden halkaisija, voidaan arvioida tietty pinta-ala:

Ssp = 4000 Vp / dp, (1,1)

jossa Vp - huokostilavuus, cm3 / g, dp - huokosten keskimääräinen halkaisija, nm.

Sorbentin huokoisen rakenteen täydellinen analyysi suoritetaan fysikaalisten ja fysikaalis-kemiallisten menetelmien kompleksilla: optinen tai elektronimikroskopia, röntgendiffraktioanalyysi, adsorptiomenetelmät, hydromekaaninen menetelmä ja elohopean porosimetrinen menetelmä.

Yleisimmät menetelmät ominaispinta-alan määrittämiseksi ovat kaasujen, nesteiden tai minkä tahansa yhdisteiden adsorption mittaaminen kaasufaasista tai nestefaasista ja elohopean porosimetria. Huolimatta monista yhtälöistä, joita on ehdotettu kuvaamaan adsorptioisotermiä, Brunauerin, Emmettin ja Taylorin yhtälöä (BET-menetelmä) käytetään laajalti. BET-perusyhtälön lineaarinen muoto on:

missä Р on tasapainopaine, on kyllästetty höyrynpaine mittauslämpötilassa, on adsorboituneen kaasun (höyryn) määrä tasapainopaineessa, mol / g, on pinnalla olevan yksikerroksen kapasiteetti (adsorbaatin moolimäärä, joka tarvitaan pinnan peittämiseen tiheällä adsorboituneiden molekyylien yksikerroksella 1 g adsorbenttia), C on vakio, joka on adsorptiolämmön funktio ja riippuu pinnan luonteesta.

Kun C ≥1 ja pienet P-arvot, BET-yhtälö muuttuu Langmuir-yhtälöksi.

Tunnettujen tietojen perusteella Vm: n arvo voidaan laskea ja ominaispinta voidaan määrittää yhtälöllä:

SBET = VmwmNA10-18 (1,3)

missä SBET on BET-menetelmän mukainen ominaispinta-ala, m2 / g, wm on molekyylin pinnalla oleva adsorptiopinta-ala (menetelmän kirjoittajat määrittivät typen wm 77K: lle, joka on 0,162 nm2), NA on Avogadro-luku (6,02 * 1023), mol- 1.

Yleisin menetelmä huokoisten kappaleiden rakenteellisten ominaisuuksien määrittämiseksi on matalan lämpötilan adsorptiomenetelmä.

Hiukkasten koon ja muodon mukaan aktiivihiilet luokitellaan:

    • rakeinen;
    • murskattu;
    • jauhemainen.

Rakeiset hiilet valmistetaan yleensä sylinterien muodossa, joiden halkaisija on 2 - 5 mm, ja sylinterin korkeus on aina suurempi kuin halkaisija. Rakeisia hiiliä käytetään pääasiassa laitoksissa, joissa on kiinteä adsorbenttikerros, prosessivaiheiden puhdistamiseksi ja erottamiseksi kaasufaasissa. Massansiirron intensiteetin lisäämiseksi rakeinen hiili murskataan joskus ja seulonnan jälkeen saadaan kapeat jakeet. Murskattuja kulmia käytetään kaikissa adsorptioprosessien versioissa: prosesseja suoritettaessa: sekä kaasu- että nestefaasissa paikallaan olevan, liikkuvan tai leijukerroksen adsorbenttiaineen kanssa.