Активированный уголь — один из самых популярных сорбентов, применяемых для очистки питьевой воды. Он отличается высокой эффективностью в отношении органических веществ, хлора и хлорорганики. Плюс ко всему, это еще и относительно недорогой материал. Именно поэтому он является неотъемлемой частью бытовых систем для очистки воды.

Процесс производства

Сырьем для производства активированных углей служит каменный уголь, древесина, антрацит, кокосовая скорлупа и другие углеродсодержащие материалы. Его подвергают обжигу при высокой температуре в безвоздушной среде. Процесс называется карбонизацией, а полученный материал — карбонизат. Из-за малых внутренней площади и размеров пор карбонизат не пригоден для использования в качестве сорбента. Для этого он должен пройти этап активации.

Микропоры активированного угля под микроскопом

Активация — обработка карбонизата водяным паром при температуре 800-1000 °C. В процессе активации протекает химическая реакция между углем и паром, что сопровождается образованием развитой пористой структуры и увеличением их внутренней поверхности.

Свойства

В зависимости от назначения различают газовые, рекуперационные и осветляющие угли. Последний тип применяется в водоочистке преимущественно для удаления органики. Все активированные угли обладают восстановительными свойствами по отношению к окислителям.

В зависимости от формы различают дробленые, гранулированные и порошковые угли. Последние 2 вида активно используют как в бытовой очистке воды, так и в промышленной водоочистке. Размер частиц для порошковых углей составляет не более 0,18 мм, для гранулированных — может варьироваться в пределах 0,18-7 мм. Расчет ведется таким образом, чтобы преобладающему размеру частиц соответствовало больше 90% всей массы.

Если в СНГ, Европе и Азии для оценки активированных углей используют метрические системы исчисления, то в США это так называемые меши (mesh). Для сопоставления единиц удобно использовать следующую шкалу.

Сравнение меши и мм

Всего выпускают больше сотни разных марок углей. В зависимости от технологии и сырья они отличаются своими свойствами и качеством.

Для оценки пористости активированных углей используют величину эффективного радиуса поры rэфф. Другое название — эквивалентный радиус. Его рассчитывают как удвоенное отношение площади нормального сечения поры к ее периметру.

В зависимости от rэфф, поры активированных углей бывают:

  • макропоры. rэфф больше 100 нм;
  • мезопоры. rэфф меньше 100 нм, но больше 1,5 нм;
  • микроспоры. rэфф меньше 1,5 нм, но больше 0,6 нм;
  • супермикроспоры. rэфф меньше 0,6 нм

Основной интерес в плане адсорбции представляют микропоры, потому что их размер сопоставим с радиусом связываемых молекул. Супермикропоры из-за своих размеров недоступны для молекул органических веществ. В лучших марках активированных углей суммарный объем микропор составляет 0,15-0,5 см3/г, а удельная поверхность достигает 1800-2200 м2/г.

При выборе смотрят на следующие показатели угля:

  • фракция. Средний размер частиц, количество которых превышает 90% массы;
  • влажность. Содержание влаги в активированном угле;
  • зольность. Отражает содержание неорганических веществ в угле. Чем ниже зольность, тем лучше качество угля;
  • насыпная плотность. Плотность массы с воздушными карманами между частицами;
  • истинная плотность. Плотность частиц угля;
  • прочность на истирание. Способность противостоять измельчению при трении;
  • прочность на раздробление;
  • суммарный объем пор.

Этот сорбент по-разному взаимодействует с органическими веществами. В ряду слева направо сорбируемость примесей увеличивается:

гликоли => спирты => кетоны => сложные эфиры => альдегиды => недиссоциированные кислоты => ароматические соединения

Чем длиннее углеродная цепь в пределах размеров пор, тем лучше происходит процесс адсорбции.

Гранулированный активированный уголь

Уголь в форме гранул используют в качестве фильтрующего слоя для очистки воды. Расход материала рассчитывают по полезной емкости, которая выражается в граммах загрязнений, связываемых с 1 кг угля.

Полезная емкость зависит:

  • от толщины слоя. На практике подбирают высоту слоя сорбента 0,8-3 м;
  • скорость адсорбции. Соотношение очищаемой воды и угля как 3 к 1 в час считается достаточным в случае высокого содержания в воде органических примесей. В остальных случаях нормальное соотношение до 10 к 1;
  • содержание органики по показателю перманганатной окисляемости.

Реально оценить полезную емкость можно только на практике в конкретных условиях.

Гранулированный активированный уголь

При очистке воды гранулированным углем в нем протекают следующие процессы:

  • адсорбция. Улучшает органолептические свойства воды;
  • восстановление. Из-за чего после обработки углем требуется обеззараживание;
  • фильтрация. При небольшом содержании твердых примесей материал можно использовать в качестве комплексной загрузки.

Регенерация загрузки

Если в бытовых условиях регенерация фильтрующего материала или картридже с активированным углем нецелесообразна по экономическим соображениям, то в промышленных масштабах после исчерпания сорбционной емкости прибегают к разным способам восстановления.

Самый распространенный способ регенерации активированных углей — термический. При этом адсорбированная органика выжигается в специальных печах при температуре до 900 градусов. Нормальные потери при процессе составляют до 10%.

При химической регенерации уголь обрабатывают острым паром, а после — щелочью. Способ довольно сложный и не позволяет полностью восстановить сорбционную способность материала.

Биологическое восстановление предполагает использование штаммов дрожжей, способных минерализовать органику. Используется очень редко ввиду медленного протекания процессов.

Хотите купить картриджи с активированным углем для вашего водяного фильтра? Может интересует засыпка к станциям водоочистки? Все это есть в нашем каталоге — продукция высокого качества по доступной цене. При необходимости можете обращаться за помощью к нашим консультантам в чате или по телефону.