Aktivált szén szerkezete

Mi az aktív szén (aktív szén)

Az aktivált (aktivált) szénatomok ipari módszerrel előállított szénszorbensek. Az aktív szénnek szabványosított minőségi mutatói vannak. Az abszorpciós kapacitást, az aktív szén fajlagos pórusterületét, a részecskeméretet és számos egyéb mutatót a szabványok vagy a termelés technikai feltételei határoznak meg..

Az aktív szénnél a legfontosabb a pórusok

Az aktív szén porózus szerkezetű és nagy belső felülettel rendelkezik. Ezen tulajdonságaik miatt az aktív szenet használják szorbensként. Az aktív szén képes a szennyező molekulákat visszatartani a pórusok belső felületén a víztisztítás, a levegőtisztítás, a folyadékok és a gázok során.

Az aktív szén pórustérfogata definíció szerint meghaladja a 0,2 ml / g-ot; a belső felület több mint 400 négyzetméter / év. A pórusok mérete 0,3 nanométertől több ezer nanométerig terjedhet (1 nanométer = 10 -9 cm).

Aktivált szén szerkezete

Az aktív szén molekulaszerkezete több szénatomot tartalmazó platformok vagy gyűrűk formájában tartalmaz szenet. Ezek alkotják az aktív szén molekuláris pórusainak falát. A gyűrűk általában hézagokkal rendelkeznek. Ennek a szerkezeti hibának köszönhető, hogy reakciók léphetnek fel a gyűrű szakadásának helyén..

Az aktív szén pórusait átmérő szerint osztályozzuk:

  • Az aktív szén mikroporjai - kevesebb, mint 1 nanométer.
  • Az aktív szén mezoporjai - 1-25 nanométer.
  • Aktívszén makropórák - több mint 25 nanométer.

Nyersanyagok aktív szén előállításához

Az aktív szén bármilyen széntartalmú anyagból készülhet. Alapvetően az aktív szenet kókuszhéjakból állítják elő - kókuszdió aktív szén, szén - ásványi aktív szén vagy fa - szén aktív szén.

Aktívszén-termelés

Az aktív szén előállítása alacsony porózus alapanyagokból annak aktiválásában, összetörésében és frakcióvá alakításában áll. Aktiválás után kialakul egy nagy számú pórust tartalmazó szerkezet. Speciális minőségű aktív szén előállításánál egyéb műveletek is jelen lehetnek..

Szén aktiválási módszerek

Az aktivált szén előállításában két aktiválási módszer létezik:

  • Gőz aktiválása.

Gőz aktiválása 700–900 ° C-on. Az aktív szén belső struktúrájában pórusok képződnek, amelynek eredményeként finom porú aktív szén keletkezik. A gőz aktiválásával a szén részleges oxidációja következik be.

  • Kémiai aktiválás.

A nyersanyagot dehidratáló anyaggal (savval vagy cink-kloriddal) összekeverjük és 400 - 600 ° C-ra melegítjük. Az eredmény durva pórusú aktív szén, amelyet például elszíneződéshez használnak..

Adszorpció és deszorpció

Az anyagok felhalmozódását a szorbens pórusaiban adszorpciónak nevezzük. Adszorpció akkor történik, amikor egy gáz vagy folyadék áthalad az aktív szénen. Deszorpció - az adszorpció során felhalmozódott anyagok felszabadulása a szorbensből.

Különbség a fizikai adszorpció és a kemiszorpció között:

  • A fizikai adszorpció főként a van der Waals-erő hatására következik be, és az adszorbeált anyagok kémiai tulajdonságai nem változnak. A fizikai adszorpció reverzibilis, az adszorbeált anyagok elválaszthatók a szorbentől.
  • A kemiszorbció során az anyag kémiai reakcióba lép a szorbenssel. Kémiai tulajdonságai és a szorbens tulajdonságai egyaránt változnak. A kemiszorbció visszafordíthatatlan.

Aktív szénnel adszorbeált anyagok

Az aktív szén adszorbeálhatja a szerves és nem poláros anyagokat, például oldószereket, klórozott szénhidrogéneket, színezékeket, olajat és kőolajtermékeket. A nagy molekulájú és a nem poláris szerkezetű anyagok jobban adszorbeálódnak.

Az aktív szénnel történő szorpció lehetősége növekszik az anyag vízben való oldhatóságának csökkenésével, a nem poláros szerkezetű és a molekulatömeg növekedésével..

Az aktív szén adszorpciójának grafikus ábrázolása adszorpciós izotermaként

Az adszorpció az adszorbeálandó anyag koncentrációjának függvényében izotermaként jelenik meg. Az izoterm leírja az egyensúlyt egy folyadékban vagy levegőben adszorbeálandó anyag (maradék koncentráció) és az aktív szénben adszorbeált anyag (maximális mennyiség ezen a maradék koncentráción) között. Jellemzően a maximális kapacitás növekszik a kezdeti koncentráció növekedésével..

Aktív szén

Nyersanyagok és kémiai összetétel

Szerkezet

Termelés

Osztályozás

Főbb jellemzők

Felhasználási területek

Regenerálás

Történelem

Aktivált szén Carbonut

Dokumentáció

Nyersanyagok és kémiai összetétel

Az aktivált (vagy aktivált) szén (lat.carbo activatus-ból származik) egy adszorbens - nagyon fejlett porózus szerkezetű anyag, amelyet különféle szerves eredetű széntartalmú anyagokból nyernek, például szénből, szénkokszból, ásványolajkokszból, kókuszdióból, dióból, kajszibarack, olajbogyó és más gyümölcstermő gödrök. A tisztítási minőség és az élettartam szempontjából a legjobb az aktív szén (karbolén), amely kókuszhéjból készül, és nagy szilárdsága miatt sokszor regenerálható.

A kémia szempontjából az aktív szén a tökéletlen szerkezetű, gyakorlatilag szennyeződésektől mentes szén egyik formája. Az aktív szén 87-97 tömegszázalék, tartalmazhat hidrogént, oxigént, nitrogént, ként és más anyagokat is. Kémiai összetételét tekintve az aktív szén hasonló a grafithoz, a felhasznált anyaghoz, beleértve a szokásos ceruzákat is. Aktív szén, gyémánt, grafit - ezek mind a szén különböző formái, amelyek gyakorlatilag szennyeződéstől mentesek. Szerkezeti jellemzői szerint az aktív szén a mikrokristályos szénfajták csoportjába tartozik - ezek 2-3 nm hosszúságú síkokból álló grafitkristályok, amelyeket viszont hatszögletű gyűrűk alkotnak. Az egyes rácssíkok egymáshoz viszonyított, grafitra jellemző orientációja azonban megsérül az aktív szénekben - a rétegek véletlenszerűen eltolódnak, és nem esnek egybe a síkjukra merőleges irányban. A grafitkristályok mellett az aktív szén egy-kétharmada amorf szénatomot tartalmaz, emellett heteroatomok is jelen vannak. A grafitból és amorf szén-kristályokból álló, inhomogén tömeg meghatározza az aktív szén különös porózus szerkezetét, valamint azok adszorpcióját és fizikomechanikai tulajdonságait. A kémiailag kötött oxigén jelenléte az aktív szénatomokban, amelyek bázikus vagy savas jellegű felszíni kémiai vegyületeket képeznek, jelentősen befolyásolja adszorpciós tulajdonságukat. Az aktív szén hamutartalma 1-15% lehet, néha 0,1-0,2% -ig dezaminálják.

Szerkezet

Az aktív szénnek nagyon sok pórusa van, ezért nagyon nagy a felülete, ennek eredményeként nagy az adszorpciója (1 g aktív szén, a gyártási technológiától függően, 500-1500 m 2 felülete van). A magas porozitás miatt az aktív szén "aktiválódik". Az aktív szén porozitásának növekedése egy speciális kezelés - aktiválás során történik, amely jelentősen megnöveli az adszorbens felületet.

Az aktív szénben makro-, mezo- és mikropórusok találhatók. A szén felületén visszatartandó molekulák nagyságától függően különböző pórusméretű arányú szenet kell előállítani. Az aktív szénben lévő pórusokat lineáris méreteik szerint osztályozzuk - X (félszélesség - hasított pórusmodellnél, sugár - hengeres vagy gömb alakú):

  • X 100-200 nm - makropórusok.

A mikropórusokban történő adszorpcióhoz (fajlagos térfogat 0,2–0,6 cm 3 / g és 800–1000 m 2 / g), amely méretében összehasonlítható az adszorbeált molekulákkal, elsősorban a volumetrikus töltés mechanizmusa jellemző. Hasonló adszorpció történik a szupermikropórusokban is (fajlagos térfogat 0,15–0,2 cm 3 / g) - a mikroporusok és a mezopórusok közötti köztes régiókban. Ebben a régióban a mikropórusok tulajdonságai fokozatosan degenerálódnak, megjelennek a mezopórusok tulajdonságai. A mezopórusokban az adszorpciós mechanizmus az adszorpciós rétegek egymás utáni képződéséből áll (polimolekuláris adszorpció), amely a pórusok kitöltésével végződik a kapilláris kondenzáció mechanizmusával. Közönséges aktív szén esetén a mezopórusok fajlagos térfogata 0,02-0,10 cm 3 / g, a fajlagos felület 20-70 m 2 / g; néhány aktív szén esetében (például tisztázó) azonban ezek a mutatók elérhetik a 0,7 cm 3 / g, illetve a 200-450 m 2 / g értéket. A makropórusok (fajlagos térfogat és felület, 0,2-0,8 cm 3 / g és 0,5-2,0 m 2 / g) transzportcsatornákként szolgálnak, amelyek az abszorbeált anyagok molekuláit juttatják el az aktív szén granulátumok adszorpciós terébe. A mikro- és mezopórusok teszik ki az aktív szén felületének legnagyobb részét, illetve ők adják a legnagyobb mértékben hozzájárulnak adszorpciós tulajdonságaikhoz. A mikrorészecskék különösen jól alkalmazhatók kis molekulák, a mezopórusok pedig különösen alkalmasak nagyobb szerves molekulák adszorpciójára. Az aktív szén pórusszerkezetére döntő hatást az a nyersanyag gyakorol, amelyből azokat kinyerik. A kókuszhéjon alapuló aktív széneket a mikroporusok nagyobb aránya, a szénalapú aktív széneket - a mezopórusok nagyobb aránya jellemzi. A makropórák nagy része a faalapú aktív szénre jellemző. Az aktív szénben általában minden típusú pórus létezik, és térfogat-eloszlásuk méret szerinti differenciálgörbéje 2-3 maximumot mutat. A szupermikropórusok fejlettségi fokától függően az aktív szénatomok szűk eloszlásúak (ezek a pórusok gyakorlatilag hiányoznak) és szélesek (jelentősen kifejlődtek)..

Az aktív szén pórusaiban intermolekuláris vonzerő van, ami adszorpciós erők (van der Waals-erők) megjelenéséhez vezet, amelyek természetüknél fogva hasonlóak a gravitációs erőhöz, azzal az egyetlen különbséggel, hogy molekulárisan, és nem csillagászati ​​szinten hatnak. Ezek az erők csapadékszerű reakciót váltanak ki, amelyben az adszorbeált anyagok eltávolíthatók a víz- vagy gázáramokból. Az eltávolítandó szennyező anyagok molekuláit intermolekuláris van der Waals-erők tartják az aktív szén felületén. Így az aktív szén eltávolítja a tisztítandó anyagok szennyeződéseit (ellentétben például az elszíneződéssel, amikor a színes szennyeződések molekuláit nem távolítják el, hanem kémiailag színtelen molekulákká alakítják). Kémiai reakciók is előfordulhatnak az adszorbeált anyagok és az aktív szén felülete között. Ezeket a folyamatokat kémiai adszorpciónak vagy kemiszorpciónak nevezzük, de alapvetően a fizikai adszorpciós folyamat akkor következik be, amikor az aktív szén és az adszorbeált anyag kölcsönhatásba lép. A kemiszorpciót széles körben használják az iparban gáztisztításra, gáztalanításra, fémszétválasztásra, valamint tudományos kutatásban. A fizikai adszorpció reverzibilis, vagyis az adszorbeált anyagok elválaszthatók a felszíntől, és bizonyos körülmények között visszaállíthatók eredeti állapotukba. A kemorszorpció során az adszorbeált anyag kémiai kötések révén kötődik a felszínhez, megváltoztatva kémiai tulajdonságait. A kemiszorbció nem reverzibilis.

Egyes anyagok gyengén adszorbeálódnak a hagyományos aktív szén felszínén. Ezen anyagok közé tartozik az ammónia, a kén-dioxid, a higanygőz, a hidrogén-szulfid, a formaldehid, a klór és a hidrogén-cianid. Az ilyen anyagok hatékony eltávolításához speciális kémiai reagensekkel impregnált aktív széneket használnak. Az impregnált aktív széneket a levegő és a víz tisztításának speciális területein, légzőkészülékekben, katonai célokra, az atomiparban stb..

Termelés

Az aktív szén előállításához különféle típusú és kialakítású kemencéket használnak. A legelterjedtebbek: többpolcos, tengelyes, vízszintes és függőleges forgókemencék, valamint fluidágyas reaktorok. Az aktív szén fő tulajdonságait és mindenekelőtt a porózus szerkezetet a kezdeti széntartalmú nyersanyag típusa és feldolgozásának módja határozza meg. Először a széntartalmú nyersanyagokat 3-5 cm-es részecskeméretre zúzzuk, majd karbonizációnak (pirolízisnek) vetjük alá - magas hőmérsékleten, inert atmoszférában égetéssel, levegőhöz való hozzáférés nélkül, az illékony anyagok eltávolítása érdekében. A karbonizáció szakaszában kialakul a jövőbeni aktív szén kerete - elsődleges porozitás és szilárdság.

A kapott szénsavas szén (karbonizát) adszorpciós tulajdonságai azonban gyengék, mivel pórusmérete kicsi és a belső felülete nagyon kicsi. Ezért a karbonizátumot aktiválják, hogy specifikus pórusszerkezetet kapjanak és javítsák az adszorpciós tulajdonságokat. Az aktiválási folyamat lényege, hogy a pórusokat zárt állapotban nyitja meg a szénanyag. Ezt vagy termokémiai úton végezzük: az anyagot előzetesen ZnCl-cink-klorid oldattal impregnáljuk2, kálium-karbonát K2CO3 vagy néhány más vegyületet és 400-600 ° C-ra melegítenek levegő nélkül, vagy a kezelés legáltalánosabb módja, túlhevített gőzzel vagy szén-dioxiddal CO2 vagy keverékük 700-900 ° C hőmérsékleten, szigorúan ellenőrzött körülmények között. A vízgőzzel történő aktiválás a szénsavas termékek oxidációja gázszerűvé a reakciónak megfelelően - C + H2O -> CO + H2; vagy vízgőzfelesleggel - C + 2H2O -> CO2+2H2. Széles körben elfogadott, hogy korlátozott mennyiségű levegőt vezetnek a készülékbe az aktiváláshoz telített gőzzel egyidejűleg. A szén egy része kiég és a reakciótérben elérik a kívánt hőmérsékletet. Az aktív szén kitermelése a folyamat ezen változatában jelentősen csökken. Szintén az aktív szenet szintetikus polimerek (például polivinilidén-klorid) termikus bomlásával nyerik.

A vízgőzzel történő aktiválás lehetővé teszi a szén grammjára számítva legfeljebb 1500 m 2 belső felületű szén előállítását. Ennek az óriási felületnek köszönhetően az aktív szén kiváló adszorbens. Ez a terület azonban nem áll rendelkezésre adszorpcióhoz, mivel az adszorbeált anyagok nagy molekulái nem tudnak behatolni a kis pórusokba. Az aktiválási folyamat során kialakul a szükséges porozitás és fajlagos felület, jelentősen csökken a szilárd anyag tömegében, az úgynevezett kiégés..

A termokémiai aktiválás eredményeként durván porózus aktív szén képződik, amelyet színtelenítésre használnak. A gőz aktiválásának eredményeként finom porú aktív szén képződik, amelyet a tisztításhoz használnak.

Ezután az aktív szenet lehűtjük, és előzetes válogatásnak és szűrésnek vetjük alá, ahol az iszapot kiszitáljuk, majd az előírt paraméterek megszerzésének szükségességétől függően az aktív szenet további feldolgozásnak vetjük alá: savas mosás, impregnálás (impregnálás különböző vegyszerekkel), őrlés és szárítás. Ezután az aktív szenet ipari csomagolásba csomagolják: zsákokba vagy nagy zsákokba.

Osztályozás

Az aktív szenet az alapanyag típusa szerint osztályozzák (szén, fa, kókuszdió stb.), Az aktiválási módszer szerint (termokémiai és gőz), a rendeltetés szerint (gáz, visszanyerés, derítő és kémiai katalizátorok szénhordozói)., valamint kiadás formájában. Jelenleg az aktív szenet elsősorban a következő formákban állítják elő:

  • porított aktív szén,
  • szemcsés (zúzott, szabálytalan alakú részecskék) aktív szén,
  • öntött aktív szén,
  • extrudált (hengeres granulátum) aktív szén,
  • aktív szénszövet.

A porított aktív szén részecskéi kisebbek, mint 0,1 mm (a teljes összetétel több mint 90% -a). A porszenet ipari folyadékkezelésre használják, ideértve a háztartási és az ipari szennyvíz kezelését is. Adszorpció után a porszenet el kell választani a tisztítandó folyadékoktól szűréssel.

Szemcsés aktív szén 0,1-5 mm méretű részecskékkel (a készítmény több mint 90% -a). A szemcsés aktív szenet folyadéktisztításra használják, főleg víztisztításra. Folyadékok tisztításakor az aktív szenet szűrőkbe vagy adszorberekbe helyezik. Nagyobb részecskék (2-5 mm) aktív széneket használnak a levegő és más gázok tisztítására.

A formájú aktív szén egy aktív geometriai alakzat, az alkalmazástól függően különböző geometriai formák formájában (hengerek, tabletták, brikettek stb.). Az öntött faszenet különböző gázok és levegő tisztítására használják. A gázok tisztításakor az aktív szenet is a szűrőkbe vagy az adszorberekbe helyezik.

Az extrudált szenet olyan részecskékkel állítják elő, amelyek 0,8–5 mm átmérőjű hengerek formájában vannak, általában speciális vegyszerekkel impregnálják (impregnálják), és katalízisben használják..

A szénnel impregnált szövetek különböző formákban és méretben kaphatók, amelyeket leggyakrabban gáz- és levegőtisztításhoz használnak, például autószűrőkben.

Főbb jellemzők

Granulometriai méret (granulometria) - az aktív szén szemcsék fő részének mérete. Mértékegység: milliméter (mm), háló USS (amerikai) és háló BSS (angol). Az USS hálószemcseméret-átalakítás összefoglaló táblázata - milliméter (mm) a megfelelő fájlban található.

A térfogatsűrűség egy olyan anyag tömege, amely a saját súlya alatt térfogategységet tölt be. Mértékegység - gramm / köbcentiméter (g / cm 3).

Felület - egy szilárd anyag felülete a tömegéhez viszonyítva. Mértékegység - négyzetméter / gramm szén (m 2 / g).

Keménység (vagy szilárdság) - az aktív szén összes gyártója és fogyasztója jelentősen eltérő módszereket alkalmaz az szilárdság meghatározására. A legtöbb technika a következő elven alapszik: az aktív szénmintát mechanikai igénybevételnek tesszük ki, és a szilárdságot a szén megsemmisítése vagy átlagos méretű őrlés során képződött finom frakció mennyiségével mérjük. Az erősség mértékeként a meg nem semmisített szén mennyiségét százalékban (%) vesszük.

A nedvesség az aktív szén nedvességtartalma. Mérési egység - százalék (%).

Hamutartalom - az aktív szénben lévő hamu mennyisége (néha csak vízoldhatónak tekinthető). Mérési egység - százalék (%).

A vizes kivonat pH-ja - a vizes oldat pH-értéke, miután aktív szénmintát forralunk benne.

Védő intézkedés - egy bizonyos gáz szénnel történő adszorpciójának időmérése, mielőtt a minimális gázkoncentráció egy aktív szénréteggel áthaladna. Ezt a vizsgálatot a légtisztításhoz használt szénre alkalmazzuk. Leggyakrabban az aktív szénnél benzolt vagy szén-tetrakloridot (más néven szén-tetraklorid CCl) tesztelnek4).

STS-adszorpció (adszorpció szén-tetrakloridon) - a szén-tetraklorid átjut az aktív szén térfogatán, a telítettség állandó tömegig megy végbe, majd az adszorbeált gőz mennyiségét kapjuk, a szénmintához viszonyítva, százalékban (%).

Jódindex (jód adszorpciója, jódszám) - a jód mennyisége milligrammokban, amelyet 1 gramm aktív szén adszorbeálhat, por formájában híg vizes oldatból. Mértékegység - mg / g.

A metilénkék-adszorpció az a gramm metilénkék, amelyet egy gramm aktív szén abszorbeál egy vizes oldatból. Mértékegység - mg / g.

A melasz elszíneződése (melaszszám vagy index, a melasz mutatója) - az aktív szén mennyisége milligrammokban, amely szükséges a standard melasz oldat 50% -os tisztításához.

Felhasználási területek

Az aktív szén jól felszívja a nem poláris szerkezetű szerves, nagy molekulájú anyagokat, például oldószereket (klórozott szénhidrogének), színezékeket, olajat stb. Az adszorpció lehetőségei a vízben való oldhatóság csökkenésével, a szerkezet nagyobb nem polaritásával és a molekulatömeg növekedésével nőnek. Az aktív szén jól felszívja a viszonylag magas forráspontú anyagok gőzeit (például a benzol C6.H6.), rosszabb esetben - illékony vegyületek (például ammónia NH3). Relatív gőznyomásnál pR/ Rminket kevesebb, mint 0,10-0,25 (pR - az adszorbeált anyag egyensúlyi nyomása, pminket - telített gőznyomás) az aktív szén jelentéktelenül elnyeli a vízgőzt. A pR/ Rminket több mint 0,3-0,4, észrevehető adszorpció figyelhető meg, és p eseténR/ Rminket = 1 szinte az összes mikropórust vízgőz tölti ki. Ezért jelenlétük bonyolíthatja a célanyag felszívódását..

Az aktív szenet széles körben használják adszorbensként, amely elnyeli a gőzöket a gázkibocsátásból (például a levegő tisztításakor szén-diszulfid CS2), illékony oldószerek gőzeinek megkötésével visszanyerésük céljából, vizes oldatok (például cukorszirupok és alkoholos italok), ivóvíz és szennyvíz tisztításához gázálarcokban, vákuumtechnikában, például szorbciós szivattyúk létrehozásához, gázadszorpciós kromatográfiához, szagelnyelő anyagok feltöltéséhez hűtőszekrényekben a vér tisztítása, a káros anyagok felszívódása a gyomor-bél traktusból stb. Az aktív szén a katalitikus adalékanyagok hordozója és a polimerizáció katalizátora is lehet. Az aktív szén katalitikus tulajdonságainak biztosítása érdekében speciális adalékanyagokat vezetnek be a makro- és mezopórusokba.

Az aktív szén aktív termelésének fejlődésével a termék felhasználása folyamatosan növekszik. Jelenleg az aktív szenet számos víztisztítási folyamatban, az élelmiszeriparban, a vegyipari technológiai folyamatokban használják. Ezenkívül a szennyvízgáz és a szennyvízkezelés főként az aktív szén adszorpcióján alapul. A nukleáris technológiák fejlődésével az atomerőművekben az aktív szén a radioaktív gázok és szennyvíz fő adszorbense. A 20. században az aktív szén alkalmazása bonyolult orvosi folyamatokban jelent meg, például a hemofiltrációban (vér tisztítása az aktív szénen). Aktív szenet használnak:

  • vízkezeléshez (víztisztítás dioxinokból és xenobiotikumokból, szénsavasodás);
  • az élelmiszeriparban alkoholos italok, alacsony alkoholtartalmú italok és sör gyártása, borok tisztítása, cigarettaszűrők gyártása, széndioxid tisztítása szénsavas italok gyártása során, keményítőoldatok, cukorszirupok, glükóz és xilit tisztítása, olajok és zsírok tisztítása és szagtalanítása, citrom, tej gyártása során és más savak;
  • a vegyiparban, az olaj- és gázgyártásban és a feldolgozóiparban a lágyítók tisztázására, mint katalizátor hordozóra, ásványi olajok, kémiai reagensek, festékek és lakkok előállítására, gumi előállítására, vegyi szálak előállítására, aminoldatok tisztítására, szerves oldószergőzök visszanyerésére;
  • környezetvédelmi tevékenységekben ipari szennyvíz kezelésére, olaj- és olajtermék-kiömlések felszámolására, füstgázok hulladékégető művekben történő tisztítására, szellőztető gáz-levegő kibocsátások tisztítására;
  • a bányászati ​​és kohászati ​​iparban elektródák gyártására, ásványi ércek flotálására, arany kinyerésére oldatokból és pépekből az aranybányászatban;
  • az üzemanyag- és energiaiparban gőzkondenzátum és kazánvíz tisztítására;
  • a gyógyszeriparban tisztító oldatok gyógyszerek gyártása során, széntabletták, antibiotikumok, vérpótlók, Allohol tabletták előállításában;
  • az orvostudományban az állatok és az emberek organizmusainak megtisztítása a méreganyagoktól, baktériumoktól a vér tisztításakor;
  • egyéni védőeszközök (gázálarcok, légzőkészülékek stb.) gyártásában;
  • a nukleáris iparban;
  • uszodák és akváriumok vízkezelésére.

A vizet szennyvízként, talajvízként és ivóvízként osztályozzák. Ennek a besorolásnak jellemző jellemzője a szennyező anyagok koncentrációja, amelyek lehetnek oldószerek, peszticidek és / vagy halogénezett szénhidrogének, például klórozott szénhidrogének. Az oldhatóságtól függően a következő koncentrációs tartományokat különböztetjük meg:

  • 10-350 g / liter ivóvízhez,
  • 10-1000 g / liter talajvízhez,
  • 10-2000 g / liter a szennyvízhez.

A medencék vízkezelése nem felel meg ennek a besorolásnak, mivel itt inkább a deklórozással és a dezozonálással foglalkozunk, mintsem a szennyező anyag tiszta adszorptív eltávolításával. A deklórozást és a dezozonozást hatékonyan alkalmazzák az uszodavíz kezelésében a kókuszdió héjából származó aktív szén felhasználásával, amelynek nagy adszorpciós felülete van, és ezért kiváló siklómentesítő hatása van nagy sűrűség mellett. A nagy sűrűség lehetővé teszi a visszafolyást anélkül, hogy az aktív szenet ki kellene öblíteni a szűrőből.

A granulált aktív szenet helyhez kötött álló adszorpciós rendszerekben használják. A szennyezett víz az aktív szén állandó ágyán (főleg fentről lefelé) áramlik. Ahhoz, hogy ez az adszorpciós rendszer szabadon működjön, a víznek szilárd részecskéktől mentesnek kell lennie. Ez megfelelő előkezeléssel garantálható (például homokszűrő alkalmazásával). Az álló szűrőbe kerülő részecskéket az adszorpciós rendszer ellenáramával lehet eltávolítani.

Számos ipari folyamatban káros gázok bocsátanak ki. Ezeket a mérgező anyagokat nem szabad a levegőbe juttatni. A levegőben a leggyakoribb mérgező anyagok az oldószerek, amelyek a mindennapi használatra szánt anyagok előállításához szükségesek. Az oldószerek (főleg szénhidrogének, például klórozott szénhidrogének) elválasztásához az aktív szén víztaszító képessége miatt sikeresen felhasználható.

A légtisztítást a levegőszennyezés csökkentése és az oldószer-visszanyerés kategóriába sorolják a levegőben lévő szennyező anyag mennyisége és koncentrációja szerint. Magas koncentrációknál olcsóbb az oldószereket aktív szénből kinyerni (pl. Gőzzel). De ha a mérgező anyagok nagyon alacsony koncentrációban vagy olyan keverékben vannak, amelyeket nem lehet újra felhasználni, öntött, eldobható aktív szenet használnak. Alakú aktív szenet használnak helyhez kötött adszorpciós rendszerekben. A szennyezett szellőző fúvókák egy állandó szénrétegen haladnak át egy irányba (főleg alulról felfelé).

Az impregnált aktív szén egyik fő alkalmazási területe a gáz és a levegő tisztítása. A sok technikai folyamat eredményeként létrejött szennyezett levegő mérgező anyagokat tartalmaz, amelyeket a hagyományos aktív szénnel nem lehet teljesen eltávolítani. Ezek a mérgező anyagok, főleg szervetlen vagy instabil, poláros anyagok, alacsony koncentrációban is nagyon mérgezőek lehetnek. Ebben az esetben impregnált aktív szenet használunk. Előfordul, hogy a szennyező komponens és az aktív szén aktív hatóanyaga közötti különböző közbenső kémiai reakciók révén a szennyező anyag teljesen eltávolítható a szennyezett levegőből. Az aktív széneket impregnálják (impregnálják) ezüsttel (ivóvíz tisztításához), jóddal (kén-dioxidból történő tisztításhoz), kénnel (tisztításhoz higanyból), lúggal (tisztítás gáznemű savaktól és gázoktól - klór, kén-dioxid, nitrogén-dioxid stb.) sav) (gáznemű lúgoktól és ammóniától való tisztításhoz).

Regenerálás

Mivel az adszorpció reverzibilis folyamat, és nem változtatja meg az aktív szén felületét vagy kémiai összetételét, a szennyeződéseket deszorpcióval (adszorbeált anyagok felszabadításával) lehet eltávolítani az aktív szénről. A van der Waals-erő, amely az adszorpció fő hajtóereje, gyengül, ezért három technikai módszert alkalmaznak annak biztosítására, hogy a szennyeződés eltávolítható legyen a szén felszínéről:

  • Hőmérséklet-ingadozási módszer: A hőmérséklet növekedésével a Van der Waals-erő hatása csökken. A hőmérsékletet egy forró nitrogénáram vagy a gőznyomás 110-160 ° C-on történő növelése növeli.
  • Nyomásingási módszer: a parciális nyomás csökkenésével a Van der Waltz erő hatása csökken.
  • Extrakció - deszorpció folyékony fázisokban. Az adszorbeált anyagokat kémiailag eltávolítják.

Mindezeknek a módszereknek vannak hátrányai, mivel az adszorbeált anyagokat nem lehet teljesen eltávolítani a szén felületéről. A szennyező anyag jelentős része az aktív szén pórusaiban marad. Gőzregenerálás alkalmazásakor az összes adszorbeált anyag 1/3-a továbbra is az aktív szénben marad.

A kémiai regenerálás alatt a szorbens folyékony vagy gáznemű szerves vagy szervetlen reagensekkel történő kezelését értjük, általában 100 ° C-nál nem magasabb hőmérsékleten. Mind a szén, mind a nem szén szorbensek kémiailag regenerálódnak. Ennek a kezelésnek az eredményeként a szorbát változatlanul deszorbeálódik, vagy a regeneráló ágenssel való kölcsönhatás termékei deszorbeálódnak. A kémiai regeneráció gyakran közvetlenül az adszorpciós készülékben történik. A legtöbb kémiai visszanyerési módszer nagymértékben specializálódott bizonyos típusú szorbátokra..

Az alacsony hőmérsékletű termikus regenerálás a szorbens gőzzel vagy gázzal történő kezelése 100-400 ° C-on. Ez az eljárás meglehetősen egyszerű, és sok esetben közvetlenül adszorbensekben történik. Magas entalpiája miatt a gőzt leggyakrabban alacsony hőmérsékletű termikus regenerálásra használják. Biztonságos és gyártásban kapható.

A kémiai regenerálás és az alacsony hőmérsékletű termikus regenerálás nem biztosítja az adszorpciós szén teljes visszanyerését. A termikus regeneráció nagyon összetett, többlépcsős folyamat, amely nemcsak a szorbátra, hanem magára a szorbensre is hatással van. A termikus regenerálás közel áll az aktív szén termelésének technológiájához. A különféle típusú szorbátok szénnel történő karbonizálása során a szennyeződések nagy része 200-350 ° C-on bomlik le, és 400 ° C-on a teljes adszorbát körülbelül fele elpusztul. CO, CO2, CH4 - a szerves szorbát fő bomlástermékei 350–600 ° C-ra melegítve szabadulnak fel. Elméletileg az ilyen regenerálás költsége az új aktív szén költségének 50% -a. Ez azt jelzi, hogy folytatni kell az új, rendkívül hatékony módszerek felkutatását és fejlesztését a szorbensek regenerálására..

Reaktiválás - az aktív szén teljes regenerálása gőzzel 600 ° C-on. A szennyező anyagot ezen a hőmérsékleten elégetik szénégetés nélkül. Ez az alacsony oxigénkoncentráció és a jelentős mennyiségű gőz jelenléte miatt lehetséges. A vízgőz szelektíven reagál az adszorbeált szerves anyagokkal, amelyek ezen a magas hőmérsékleten nagyon reagálnak a vízben, és teljes égést eredményeznek. A szén minimális elégetése azonban nem kerülhető el. Ezt a veszteséget új szénnel kell kompenzálni. A reaktiválás után gyakran előfordul, hogy az aktív szén nagyobb belső felülettel és nagyobb reakcióképességgel rendelkezik, mint az eredeti szén. Ezek a tények annak köszönhetőek, hogy az aktív szénben további pórusok és kokszszennyezők képződnek. A pórusszerkezet is változik - növekedésük bekövetkezik. Az újraaktiválást reaktiváló kemencében hajtjuk végre. Három típusú kemence létezik: forgó, aknás és változtatható gázáramú kemence. A változtatható gázáramú kemence előnyei alacsony égési veszteség és súrlódás. Az aktív szén töltődik be a légáramba, és az égési gázok a rostélyon ​​keresztül felfelé vezethetők. Az aktív szenet az intenzív gázáramlás részben folyadékká teszi. A gázok az égéstermékeket az aktív szénből az utóégőbe történő reaktiválás során is szállítják. Levegőt adnak az utóégőbe, így a nem teljesen meggyulladt gázok most megéghetnek. A hőmérséklet körülbelül 1200 ° C-ra emelkedik. Égés után a gáz egy gázmosóba áramlik, amelyben a gázt vízzel és levegővel hűtve 50-100 ° C közötti hőmérsékletre hűtik. Ebben a kamrában a sósavat, amelyet tisztított aktív szénből adszorbeált klórhidrogének képeznek, nátrium-hidroxiddal semlegesítjük. A magas hőmérséklet és a gyors lehűlés miatt nem képződnek mérgező gázok (például dioxinok és furánok).

Történelem

A szénhasználat legkorábbi történeti említése az ókori Indiából származik, ahol a szanszkrit írások szerint az ivóvizet először szénen kell vezetni, rézedényekben kell tartani és napfénynek kell kitenni..

A szén egyedülálló és előnyös tulajdonságai az ókori Egyiptomban is ismertek voltak, ahol a szenet gyógyászati ​​célokra használták már Kr. E. 1500-ban. na.

Az ókori rómaiak szénnel is tisztították az ivóvizet, a sört és a bort..

A 18. század végén a tudósok tudták, hogy a karbolén képes elnyelni különféle gázokat, gőzöket és oldott anyagokat. A mindennapi életben az emberek megfigyelték: ha víz forralásakor néhány szenet bedobnak az edénybe, ahol korábban vacsorát főztek, az ételek íze és illata eltűnik. Az idő múlásával az aktív szenet a cukor finomítására, a benzin természetes gázokban való megkötésére, szövetek festésére, bőr cserzésére kezdték használni..

1773-ban Karl Scheele német vegyész beszámolt a gázok szénen történő adszorpciójáról. Később kiderült, hogy a szén a folyadékokat is elszínezheti..

1785-ben T. E. Lovitz szentpétervári gyógyszerész, aki később akadémikus lett, először felhívta a figyelmet az aktív szén alkoholtisztító képességére. Ismételt kísérletek eredményeként megállapította, hogy még a bor szénporral történő egyszerű rázása is lehetővé teszi, hogy sokkal tisztább és jobb minőségű italt kapjon..

1794-ben a szenet először egy angol cukorgyárban használták fel..

1808-ban Franciaországban először használták a szenet a cukorszirup tisztítására..

1811-ben fedezték fel a csontszén fehérítő képességét, amikor fekete bakancskrémet készítettek..

1830-ban az egyik gyógyszerész egy kísérletet végzett magán, egy gramm sztrichnint vett magába, és életben maradt, mert egyidejűleg lenyelt 15 gramm aktív szenet, amely felszívta ezt az erős mérget.

1915-ben Oroszországban találta ki a világ első szűrő szén-dioxid-maszkját Nyikolaj Dmitrijevics Zelinszkij orosz tudós. 1916-ban az antant seregek örökbe fogadták. Az aktív szén volt a fő szorbens anyag benne..

Az aktív szén ipari termelése a 20. század elején kezdődött. 1909-ben Európában előállították az aktív por aktív adagját.

Az első világháború idején a kókuszhéjakból származó aktív szenet először adszorbensként használták a gázálarcokban.

Jelenleg az aktív szén a legjobb szűrőanyagok közé tartozik.

Aktivált szén Carbonut

A Chemical Systems széles körű szénhidrát-aktivált szénnel rendelkezik, amelyek beváltak a különböző technológiai folyamatokban és iparágakban:

  • Carbonut WT folyadékok és víz tisztításához (föld, hulladék és ivás, valamint vízkezeléshez),
  • Carbonut VP különféle gázok és levegő tisztítására,
  • Carbonut GC az arany és más fémek kinyerésére oldatokból és iszapokból a bányaiparban,
  • Carbonut CF cigaretta szűrőkhöz.

Aktív szénhidrátok A kókuszdiót kizárólag kizárólag kókuszhéjakból állítják elő, mivel a kókuszdió aktív szénnel a legjobb tisztítási minőség és a legnagyobb felszívóképesség (több pórus jelenléte és ennek megfelelően nagyobb felület miatt), a leghosszabb élettartam (a nagy keménység és a többszörös regeneráció lehetősége miatt), az abszorbeált anyagok deszorpciójának hiánya és alacsony hamutartalom.

Aktivált szén A szénhidrátot 1995 óta gyártják Indiában automatizált és csúcstechnológiás berendezéseken. A termelés stratégiailag fontos helyen van, egyrészt az alapanyagok - a kókuszdió -, másrészt a tengeri kikötők közvetlen közelében. A kókuszdió egész évben növekszik, minőségi alapanyagok megszakítás nélküli forrását biztosítja nagy mennyiségben, minimális szállítási költségekkel. A tengeri kikötők közelsége szintén elkerüli a további logisztikai költségeket. A szénhidrát aktív szén előállításának technológiai ciklusának minden szakaszát szigorúan ellenőrzik: ez az alapanyagok alapos kiválasztása, a fő paraméterek ellenőrzése a termelés minden közbenső szakasza után, valamint a végső, késztermék minőség-ellenőrzése a megállapított szabványoknak megfelelően. Aktívszén A szénhidrátot szinte az egész világon exportálják, és az ár és a minőség kiváló kombinációja miatt nagy a kereslet.

Dokumentáció

A dokumentáció megtekintéséhez Adobe Readerre van szükség. Ha még nincs telepítve az Adobe Reader a számítógépére, látogasson el az Adobe webhelyére: www.adobe.com, töltse le és telepítse a program legújabb verzióját (a program ingyenes). A telepítési folyamat egyszerű, és csak néhány percet vesz igénybe, ez a program a jövőben hasznos lesz az Ön számára..

Ha aktív szenet szeretne vásárolni Moszkvában, Moszkva régióban, Mytishchi, Szentpétervár - kérjük, lépjen kapcsolatba a vállalat vezetőivel. Az Orosz Föderáció más régióiba is szállítanak.

Miből készül a szén? Mi a szén kémiai képlete

A szén az egyik legrégebbi üzemanyag, amelyet az ember ismer. És még ma is vezető helyet foglal el a használat szempontjából. Ennek oka az elterjedtsége, a könnyű kivonás, feldolgozás és felhasználás. De mi ez? Mi a szén kémiai képlete?

Valójában ez a kérdés nem teljesen helyes. A szén nem anyag, hanem különféle anyagok keveréke. Nagyon sok van belőlük, így lehetetlen teljesen meghatározni a szén összetételét. Ezért ebben a cikkben a szén kémiai képletén inkább alkáli összetételét és néhány egyéb jellemzőt fogunk érteni.

De mit tanulhatunk ennek az anyagnak az állapotáról? A szén sok éven át növényi maradványokból képződik magas hőmérsékletnek és nyomásnak kitéve. És mivel a növények szerves természetűek, akkor a szén összetételében a szerves anyagok fognak érvényesülni.

Az életkortól és egyéb származási körülményektől függően a szenet több típusra osztják. Minden fajt megkülönböztet elemi összetétele, szennyeződések jelenléte és egyéb fontos jellemzők..

Barnaszén

Ez a legfiatalabb széntípus. Még növényi fás szerkezetű is. Közvetlenül a tőzegből képződik körülbelül 1 kilométer mélységben.

Ez a fajta szén meglehetősen nagy mennyiségű nedvességet tartalmaz: 20–40%. Levegő hatására elpárolog, és a szén porokká válik. Ezután az adott száraz maradék kémiai összetételére összpontosítunk. A szervetlen szennyeződések mennyisége a barnaszénben szintén nagy, 20-45%. Ezek a szennyezők a szilícium-dioxid, alumínium-oxidok, kalcium és vas. Tartalmazhat alkálifém-oxidokat is.

Sok illékony szerves és szervetlen anyag van ebben a szénben. Az ilyen típusú szén tömegének akár a fele is lehet. A szervetlen és illékony anyagok mínusz elemi összetétele a következő:

  • Szén 50-75%.
  • Oxigén 26-37%.
  • 3-5% hidrogén.
  • Nitrogén 0-2%.
  • Kén 0,5-3%.

Szén

A képződés idejére ez a fajta szén a barna után következik. Fekete vagy szürke-fekete színű, valamint gyantás, néha fémes fényű.

A szén nedvességtartalma jóval kisebb, mint a barnaszéné: csak 1-12%. A szén illékony tartalma nagymértékben változik attól függően, hogy hol bányásszák. Lehet minimális (2% -tól), de elérheti a barnaszénhez hasonló értékeket is (akár 48%). Az elemi összetétel a következő:

  • Szén 75-92%.
  • Hidrogén 2,5-5,7%.
  • Oxigén 1,5-15%.
  • Nitrogén legfeljebb 2,7%.
  • Kén 0-4%.

Ebből arra következtethetünk, hogy a bitumenes szén kémiai képlete nagyobb mennyiségű szénből áll, mint a barnaszén. Ezáltal ez a fajta szén jobb üzemanyag..

Antracit

Az antracit a fosszilis szén legrégebbi formája. Sötét fekete színű és jellegzetes fémes fényű. Ez az égés során keletkező hőmennyiség szempontjából a legjobb szén..

A nedvesség és az illékony anyagok mennyisége nagyon kicsi. Körülbelül 5-7% minden mutatóhoz. Az elemi összetételt pedig rendkívül magas széntartalom jellemzi:

  • Szén több mint 90%.
  • Hidrogén 1-3%.
  • Oxigén 1-1,5%.
  • Nitrogén 1-1,5%.
  • Kén legfeljebb 0,8%.

Több szenet csak a grafit tartalmaz, amely az antracit koalifikáció további szakasza..

Faszén

Ez a fajta szén nem kövület, ezért összetételében van néhány sajátossága. Úgy állítják elő, hogy száraz fát levegőhöz való hozzáférés nélkül 450-500 oC hőmérsékletre melegítenek. Ezt a folyamatot pirolízisnek nevezzük. Ennek során számos anyag szabadul fel a fából: metanol, aceton, ecetsav és mások, amelyek után szénné válik. Egyébként a fatüzelés is pirolízis, de a levegőben lévő oxigén jelenléte miatt a kibocsátott gázok meggyulladnak. Ez határozza meg a lángok jelenlétét az égés során..

A fa nem homogén, sok pórus és kapilláris van benne. Hasonló szerkezetet részben megőriznek a belőle nyert szén. Emiatt jó adszorpciós kapacitással rendelkezik, és aktív szénnel együtt használják..

Az ilyen típusú szén nedvességtartalma nagyon alacsony (kb. 3%), de hosszú távú tárolás során elnyeli a levegő nedvességét, és a víz százalékos aránya 7-15% -ra emelkedik. A szervetlen szennyeződések és az illékony anyagok tartalmát a GOST szabályozza, és legfeljebb 3%, illetve 20% lehet. Az elemi összetétel a gyártási technológiától függ, és így néz ki:

  • Szén 80-92%.
  • Oxigén 5-15%.
  • Hidrogén 4-5%.
  • Nitrogén

A szén kémiai képlete azt mutatja, hogy széntartalmát tekintve közel van a kőszénhez, de emellett csak kis mennyiségű eleme van égéshez (kén és nitrogén).

Aktív szén

Az aktív szén egy olyan fajta szén, amelynek nagy fajlagos pórusfelülete van, ami még adszorptívabbá teszi, mint a faszén. A szén és a szén, valamint a kókuszdió héját nyersanyagként használják előállításához. A kiindulási anyagot aktiválási folyamatnak vetik alá. Lényege, hogy az eltömődött pórusokat magas hőmérséklet, elektrolit oldatok vagy vízgőz hatására nyissa meg..

Az aktiválási folyamat során csak az anyag szerkezete változik, ezért az aktív szén kémiai képlete megegyezik az alapanyag összetételével, amelyből készült. Az aktív szén nedvességtartalma a fajlagos pórusfelülettől függ, és általában kevesebb, mint 12%.

Aktív szénatomok. Tulajdonságok, alkalmazási és gyártási technológia

A munka szerzője: A felhasználó elrejtette a nevet, 2014. június 06., 19:57, absztrakt

Rövid leírás

Aktív szén (Carbo activatus - lat.) - fejlett belső felülettel rendelkező és nagy adszorpciós kapacitású szén.
Az aktív szén porózus szén test, szemcsés (szemcsés) és porszerű. A szén hasznos tulajdonságai már az ókori Egyiptomban ismertek voltak, ahol a szenet gyógyászati ​​célokra már Kr.e. 1500-ban használták. Az ókori rómaiak a szenet a víz, a sör és a bor tisztítására is használták. Jelenleg az aktív szén a vezető helyet foglalja el a szűrőanyagok között. Az aktív szén alkalmazási területe nagymértékben kibővült. Az aktív szén fontos szerepet játszik a környezet védelmében.

Csatolt fájlok: 1 fájl

aktivnye_ugli_svoistva_poluchenie_primenenie.doc

Az Orosz Föderáció Oktatási és Tudományos Minisztériuma

Állami oktatási intézmény

Felsőfokú szakmai végzettség

"Omszki Állami Műszaki Egyetem"

témában:
„Aktív szénatomok. Tulajdonságok, alkalmazás és gyártástechnológia "

Bevezetés

Aktív szén (Carbo activatus - lat.) - fejlett belső felülettel és nagy adszorpciós képességgel rendelkező szén.

Az aktív szén porózus szén test, szemcsés (szemcsés) és porszerű. A szén hasznos tulajdonságai már az ókori Egyiptomban ismertek voltak, ahol a szenet gyógyászati ​​célokra már Kr.e. 1500-ban használták. Az ókori rómaiak a szenet a víz, a sör és a bor tisztítására is használták. Jelenleg az aktív szén a vezető helyet foglalja el a szűrőanyagok között. Az aktív szén alkalmazási területe nagymértékben kibővült. Az aktív szén fontos szerepet játszik a környezet védelmében.

Az aktív szénnek fejlett felülete van, emiatt sok anyagot (különösen jól szénhidrogéneket és származékaikat, gyengébbeket - alkoholt, ammóniát, vizet és más poláros anyagokat) felszív (adszorbeál). A finom porú aktív szenet egyes polimerek termikus bomlásával (karbonizálással, levegő hozzáférése nélkül) nyerik.

A pórusméretek 1,6 nm-től (a fajlagos felület eléri az 1000 m2 / g) és 200 vagy annál nagyobb nm-ig terjednek (a fajlagos felület körülbelül 1 m2 / g). A finom pórusú aktív szén alacsony koncentrációban vagy alacsony parciális nyomáson is jól felszívódik. A nagy pórusú aktív szenet a kapilláris kondenzáció jelensége jellemzi.

Az aktív szén szerkezete és tulajdonságai

Kezdetben az aktív szenet amorf típusú szénhez vették, és csak Hoffmann röntgendiffrakciós elemzése mutatta be először, hogy ezek a részecskék 1-3 nm méretű kristályok. Ezért jelenleg az aktív szén a mikrokristályos szénfajták csoportjába tartozik. Noha a grafit-kristályok 2-3 tagú, hattagú gyűrűk által alkotott síkokból állnak, az egyes rácssíkok egymáshoz viszonyított, a grafitra jellemző orientációja sérül. Ez azt jelenti, hogy aktív szénben a rétegek véletlenszerűen eltolódnak egymáshoz képest, és nem esnek egybe a rétegek síkjára merőleges irányban (1. ábra).

1. ábra - A grafitrétegek szerkezete:

a - rendezett szerkezet grafitban; b - rendezetlen szerkezet mikrokristályos szénben (aktív szén).

A porózus szénanyagok szerkezetének jellemzői a szénatomok kötéseinek típusához kapcsolódnak. Alapállapotban egy szénatomnak 1s22s22p2 konfigurációja van két párosítatlan elektron mellett. A szenet 4 kovalens kötés képződése jellemzi, amely a 2s és 2p elektronok hibridizációjával társul a különböző energiájú és geometriai jellemzőkkel rendelkező hibridizált sp3, sp2 és sp kötések kialakulásával. Az aktív szén az sp2-hibridizációjú szénvegyületek modelljéhez tartozik. Az sp2 hibridizáció során 1π és 3σ kötések jönnek létre, amelyek ugyanabban a síkban helyezkednek el, 1200 kötési szöggel. Az sp2 hibridizációjú szénvegyületeket („trigonális szén”) lapos szerkezet jellemzi, például például a grafitban. A molekulák méretének növekedésével (sp2 - hibridizáció) hajlamosak azok spontán aggregálódására a "kártyacsomag" típusú struktúrákba.

A rétegek közötti távolság nagyobb, mint a grafité (0,3354 nm), és 0,344-0,365 nm között mozog. Egy síkba zárt épületelem átmérője 2,0-2,5 nm, és néha még nagyobb is. A rétegréteg magassága 1,0-1,3 nm. Tehát az aktív szénben lévő grafit-kristályok 3-4 párhuzamos szénréteget tartalmaznak.

Az aktív szénatomok grafitszerkezetének kémiai megerősítése az intersticiális vegyületek képződésének lehetősége.

Rendezett grafitszerkezet jelenléte miatt az aktív széneket általában észrevehető elektromos vezetőképesség jellemzi. Ez részben az aktiválási hőmérséklettől függ, és magas hőmérsékleten növekszik, mivel a szigetelőként működő felszíni oxigénvegyületek eltávolításra kerülnek, és nagyobb elemi kristályok képződnek..

A grafitkristályok mellett az aktív szénatomok egy-kétharmada amorf szénatomot tartalmaznak; ezzel együtt heteroatomok, különösen oxigén vannak jelen. Az oxigénben gazdag alapanyagokból nyert szenekben az utóbbiak tartalma is nagyon magas..

Grafit-kristályokból és amorf szénből álló inhomogén tömeg az aktív szénatomok szokatlan szerkezetét eredményezi. Körülbelül 10-10-10-8 m szélességű repedések és repedések (pórusok) jelennek meg az egyes részecskék között, A tömegátadást ezen a pórusrendszeren keresztül hajtják végre minden olyan folyamatban, amely a széntartalmú anyag belső felületén történik. Az aktív széneket a V alakú és résszerű pórusok, valamint a szabálytalan pórusok uralják. A legtöbb ipari aktív szén egyidejűleg különböző alakú pórusokat tartalmaz. Ezenkívül számos tanulmány bizonyítja az úgynevezett palack alakú, keskeny bejáratú pórusok létezését, amelyek különösen a cink-klorid aktiválás klasszikus folyamatában keletkeznek..

A pórusok megoszlása ​​a sugarak mentén az egyes aktív szénatomokban nagyon eltérő lehet. Ennek megfelelően megkülönböztetik a nagy pórusú aktív széneket, amelyek azonban mindig finom pórusokat tartalmaznak, és a finom pórusú aktív széneket, amelyek a mikropórusok mellett nagy pórusokat is tartalmazhatnak..

A mezo- és makroporozitást leggyakrabban a kiindulási anyagok tulajdonságai és feldolgozásának körülményei határozzák meg. A felület kis mérete azt jelzi, hogy a makropórusok nem játszanak jelentős szerepet az adszorpció mennyiségében, ebben az esetben csak a kis molekulák transzportpórusai, amelyeken keresztül az adszorbeált anyagok mélyen behatolnak a szemcsébe..

A pórusok jelenléte miatt a szén anyagoknak nagy a fajlagos felülete, és képesek különféle anyagokat felszívni (felszívni) a folyadékokból és a gázokból. A szén anyagok különböző molekulák adszorpciós képességét a felszínük szerkezete, a felszíni reaktív csoportok jellege és koncentrációja határozza meg.

1. táblázat - Tipikus póruseloszlás az aktív szénben (pórustérfogat
ml / g-ban)

Szén molekuláris szita

Az aktív koksz egy olyan specifikus termék, amelyet a mikrorészecskék különösen homogén eloszlása ​​jellemez. A szénmolekulasziták még nyilvánvalóan magas költségük miatt még nem találtak széles körű alkalmazást az adszorpciós technológiában..

Jelenleg még mindig lehetetlen optikai képet készíteni az aktív szén mikropórusos rendszerről. Rendkívül nagy nagyítás mellett is az elektronmikroszkópos képek csak körülbelül 10 nm átmérőjű pórusokat képesek megkülönböztetni.

Általában a szénszorbensek felülete geometriai és energetikai szempontból egyaránt heterogén. A szorbens felületén lévő szénatomok más elektronikus állapotban vannak, mint az ömlesztett fázisban lévő atomok, különösen a kristályrács-hibák helyén, a kristályok sarkaiban, felületeiben és széleiben. Az ilyen atomok szabad vegyértékeinek jelenléte megkönnyíti a kémiai és szorpciós kölcsönhatásokat különféle anyagokkal. Az elemanalízis azt mutatja, hogy az aktív szén szénvázában bizonyos számú idegen atom (hidrogén, oxigén, nitrogén) jelen lehet..

A kutatás megállapította, hogy ezek az idegen atomok kémiailag kötődnek a szénhez. A kristályszerkezet fent megadott leírásából következik, hogy a rétegek halmain szénatomok vannak a széleken telítetlen kémiai kötésekkel. Az "aktív központok" ezen energiaállapotának eredményeként, amelyek szintén tartalmazzák a kristályrács hibáit, viszonylag alacsony hőmérsékleten is zajlanak a környező légkör oxigénnel és hidrogénnel történő cseréje. Az aktív szén reakcióképessége abban nyilvánul meg, hogy bizonyos anyagokkal érintkezve oxigénnel és hidrogénnel együtt más heteroatomokat is képes elnyelni. Tehát az elemi klórt tartalmazó gázfázissal érintkezve az aktív szénatomok homeopoláris szénvegyületeket képeznek a klórral; melegítéskor a szerves klórtartalmú vegyületek lebomlanak, és az aktivált szénatomok bizonyos kéntelenítési folyamatok után több százalékban vegyileg kötött ként tartalmazhatnak; a kén hagyományos deszorpciója extrakcióval vagy melegítéssel ebben az esetben lehetetlen, és csak a pusztító hidrogénezés biztosítja a kén illékony hidrogén-szulfiddá történő átalakulását.

A mikrokristályos szén oxigén komplexei, az úgynevezett felületi oxidok, erősen befolyásolják a szénfelület poláris tulajdonságait és annak adszorpciós képességét, ezért állandóan felhívják a kutatók figyelmét. Az aktív szenet tartalmazó felszíni oxigénvegyületek felületének polaritása a nedves gázatmoszférából a vízgőz intenzív adszorpcióját okozza, míg más gőzök vagy gázok felszívódása lelassulhat. A folyékony fázisban az aktív szénatomok szelektív adszorpciós kapacitása a különféle poláros anyagok vonatkozásában ezen felületi vegyületektől függ. Ezért a felszíni oxigénvegyületek gyakorlati szempontból is fontosak..

A porózus testek fő szerkezeti jellemzői a tényleges pórusátmérő (sugár) dp (rp), a fajlagos Ssp felület és a fajlagos pórustérfogat Vp (tömegegységre vonatkoztatva). Egy mintában a pórusok mind méretükben, mind alakjukban különbözhetnek..

Ugyanazon szilárd anyag esetében, amelynek kémiai felülete eltérő, az Ssp fajlagos felület jelentősen eltérhet, ami összefügg a porozitás mértékével és jellegével. A legtöbb porózus testben a belső felület több nagyságrenddel nagyobb, mint a külső.

A fajlagos felület a megfelelő porózus vagy finom eloszlású (diszpergált) szilárd anyagok porozitásának (diszperziójának) átlagos jellemzője. A fajlagos felület a pórusok külső (látható) felületének és belső (láthatatlan) geometriai felületének és a porózus test tömegének egységéből áll. Mivel a fejlett porozitású testeknél a fő felület a pórusok felületére esik, a fajlagos felület egyenesen arányos az átmérőjükkel vagy egy bizonyos tömegű szilárd anyagot alkotó részecskék méretével. Miután az adszorpciós mérések alapján meghatároztuk a pórustérfogatot, és ismerjük azok átmérőjét, hozzávetőlegesen megbecsülhetjük a fajlagos felületet:

Ssp = 4000 Vp / dp, (1.1)

ahol Vp - pórustérfogat, cm3 / g, dp - átlagos pórusátmérő, nm.

A szorbens porózus szerkezetének teljes elemzését fizikai és fizikai-kémiai módszerek komplexének felhasználásával végezzük: optikai vagy elektronmikroszkópia, röntgendiffrakciós elemzés, adszorpciós módszerek, hidromechanikus módszer és higanyporozimetriás módszer.

A fajlagos felület meghatározásának legelterjedtebb módszerei a gázok, folyadékok vagy bármilyen vegyületek gázfázisból vagy folyékony fázisból történő adszorpciójának mérése, valamint a higany-porozimetria. Az adszorpciós izoterm leírására javasolt nagyszámú egyenlet ellenére a Brunauer, Emmett és Taylor egyenletet (BET módszer) széles körben használják. Az alapvető BET egyenlet lineáris formája:

ahol P az egyensúlyi nyomás, a telített gőznyomás a mérési hőmérsékleten, az adszorbeált gáz (gőz) mennyisége egyensúlyi nyomáson, mol / g, az egyréteg kapacitása a felszínen (az adszorbeált mólok száma, amely szükséges a felület egy sűrű egyrétegű adszorbeált molekulákra 1 g adszorbens), C egy állandó, amely az adszorpciós hő függvénye és a felület jellegétől.

C ≥1 és a P kis értéke esetén a BET egyenlet átalakul Langmuir-egyenletgé.

Az ismert adatok alapján kiszámítható a Vm értéke, és a fajlagos felület meghatározható az alábbi egyenlettel:

SBET = VmwmNA10-18 (1,3)

ahol az SBET a BET módszer szerinti fajlagos felület, m2 / g, wm az a molekula által a felületen elfoglalt adszorpciós terület (a módszer szerzői wm-et határoztak meg a nitrogénre 77K-on, amely 0,162 nm2), 1.

A porózus testek szerkezeti jellemzőinek meghatározására a legelterjedtebb módszer az alacsony hőmérsékletű adszorpció.

Az aktív szén részecskemérete és alakja szerint az alábbiakba sorolható:

    • szemcsés;
    • összetört;
    • porszerű.

A szemcsés szenet általában 2 - 5 mm átmérőjű hengerek formájában készítik, és a henger magassága mindig nagyobb, mint az átmérő. A szemcsés szenet főleg rögzített adszorbens ággyal rendelkező létesítményekben használják a gázfázisban a folyamatáramok tisztításához és elválasztásához. A tömegcsere intenzitásának növelése érdekében a szemcsés szenet néha összetörik, és szitálás után keskeny frakciókat kapnak. A zúzott sarkokat az adszorpciós folyamatok minden változatában használják: folyamatok végrehajtása során: mind a gáz, mind a folyadék fázisban, álló, mozgó vagy fluidizált adszorbens ággyal.