Sunteți nou în industria carbonului activat? Veți găsi că acest lucru este extrem de util pentru a cunoaște elementele de bază ale carbonului activ

activat

  • Ce este carbonul activ
  • Proprietățile cheie ale cărbunelui activ
  • Adsorbţie
  • Tipuri de carbon activ
  • Fabricarea carbonului activ
  • Selectarea carbonului activ

Ce este carbonul activ?

Carbonul activ este un mediu adsorptiv carbonos, foarte poros, care are o structură complexă compusă în principal din atomi de carbon. Rețelele de pori din carbonii activi sunt canale create într-un schelet rigid de straturi dezordonate de atomi de carbon, legate între ele prin legături chimice, stivuite inegal, creând o structură extrem de poroasă de colțuri, crăpături, crăpături și crăpături între straturile de carbon.

Carbonii activi sunt fabricați din coajă de cocos, turbă, lemn tare și moale, cărbune lignit, cărbune bituminos, gropi de măsline și diverse materiale de specialitate carbonacee. Activarea chimică sau mecanismele de activare a aburului la temperatură înaltă sunt utilizate în producția de carboni activi din aceste materii prime.

Rețeaua intrinsecă a porilor din structura de rețea a carbonilor activi permite îndepărtarea impurităților din mediul gazos și lichid printr-un mecanism denumit adsorbție. Aceasta este cheia performanței cărbunelui activ.

Adsorbţie

Adsorbția este atașarea sau aderența atomilor, ionilor și moleculelor (adsorbați) dintr-un mediu gazos, lichid sau soluție pe suprafața unui cărbune activ adsorbant. Porozitatea carbonilor activi oferă o suprafață vastă pe care poate avea loc această adsorbție. Adsorbția are loc în porii puțin mai mari decât moleculele care sunt adsorbite, motiv pentru care este foarte important să potriviți molecula pe care încercați să o adsorbiți cu dimensiunea porilor cărbunelui activ. Aceste molecule sunt apoi prinse în structura porilor interni ai carbonului de către forțele Van Der Waals sau alte legături de atracție și se acumulează pe o suprafață solidă.

De obicei, 1 m3 de cărbune activ cu 0,3 m3 de pori interni poate adsorbi 30m3 sau mai mult dintr-un gaz, chiar dacă este prezent în concentrații scăzute într-un purtător.

Două tipuri de adsorbție

Adsorbția fizică - În timpul acestui proces, adsorbații sunt ținuți pe suprafața pereților porilor de forțe slabe de atracție cunoscute sub numele de Forțele Van Der Waals sau forțele de dispersie din Londra.

Chemisorbție - Aceasta implică forțe de atracție relativ puternice, legături chimice efective între adsorbați și complexe chimice de pe peretele porilor cărbunelui activ.

Proprietățile cheie ale cărbunelui activ

Suprafață - În general, cu cât suprafața internă este mai mare, cu atât eficacitatea carbonului este mai mare. Suprafața cărbunelui activ este impresionantă, de la 500 la 1500 m2/g sau chiar mai mult; o lingură de cărbune activ echivalează cu ușurință suprafața unui teren de fotbal.

În procesul de activare este creată această vastă suprafață. Cel mai frecvent proces este activarea cu abur; la aproximativ 1000 ° C moleculele de abur ard selectiv găuri în materia primă carbonizată, creând astfel o multitudine de pori în interiorul matricei carbonice. În activarea chimică, acidul fosforic este utilizat pentru a construi un astfel de sistem poros la o temperatură mai scăzută.

Volumul total al porilor - Se referă la toate spațiile porilor din interiorul unei particule de cărbune activ. Se exprimă în mililitri per gram (ml/g), volum în raport cu greutatea. În general, cu cât volumul porilor este mai mare, cu atât eficacitatea este mai mare. Cu toate acestea, dacă dimensiunile moleculelor care urmează să fie adsorbite nu se potrivesc cu dimensiunea porilor, o parte din volumul porilor nu va fi utilizat. Volumul total al porilor (T.P.V.) diferă în funcție de sursa de materie primă și de tipul metodei de activare.

Raza porilor - Raza medie (medie) a porilor, adesea măsurată în angstromi, diferă în funcție de tipul de cărbune activat.

Distribuția volumului porilor - Fiecare tip de carbon are propria distribuție unică a dimensiunilor porilor. Sunt denumiți micropori (mici), mezopori (medii) și macropori (mari). Carbonii pentru adsorbția multor tipuri de molecule de gaz sunt microporoase. Cei mai buni atomi de carbon pentru decolorare au o distribuție mai mare a mezoporilor.

  • Micropori r 25nm
    nm = nanometru

Diferite tipuri de carbon activ

Cărbunele activ este disponibil în principal în trei forme sau forme: pulbere, granular și extrudat. Și fiecare formular este disponibil în mai multe dimensiuni. Pe baza cererii și a cerințelor, se recomandă o formă și o dimensiune specifice.

Carbon activat granular (GAC)

GAC sunt particule de formă neregulată formate prin frezare și cernere. Aceste produse variază de la dimensiunile 0,2 mm până la 5 mm. Acestea au avantajele că sunt mai dure și mai durabile decât carbunii activi sub formă de pulbere, curate de manipulat, purifică volume mari de gaz sau lichide de o calitate consistentă și pot fi reactivate și refolosite de multe ori. GAC sunt utilizate atât în ​​aplicații în fază lichidă și gazoasă, cât și în sisteme fixe și în mișcare.

În utilizările în fază lichidă, cărbunele granular activat este ambalat în coloane și turnuri prin care curg lichide. GAC sunt utilizate acolo unde există un singur produs care urmează să fie rafinat sau produs continuu în cantități mari. În aplicațiile în fază gazoasă GAC-urile au avantajul de a avea un debit suficient cu o cădere de presiune acceptabilă prin patul de carbon.

În plus, carbonii granulați activi sunt aproape întotdeauna regenerați și reutilizați. Perioada dintre reactivare variază semnificativ, dar este în medie de 18 luni. Pierderea de material în timpul reactivării variază de la 5% la 15%.

Pulbere de carbon activ (PAC)

PAC-urile au, în general, o distribuție a dimensiunii particulelor variind de la 5 la 150 Å, deși sunt disponibile grade mai grosiere și mai fine. Avantajele carbonilor activi sub formă de pulbere sunt costurile mai mici de procesare și flexibilitatea lor în funcționare. Dozajul de pulbere de cărbune activ poate fi ușor crescut sau scăzut pe măsură ce condițiile procesului variază. Carbonii activi sub formă de pulbere sunt utilizați în principal pentru adsorbția în fază lichidă. Acestea sunt adăugate la lichidul de tratat, amestecate cu lichidul și, după adsorbție, sunt îndepărtate prin sedimentare și filtrare. Carbonii activi sub formă de pulbere sunt utilizați în general în procesele discontinue, deoarece cantitatea adăugată poate fi ușor modificată, iar pulberea poate fi îndepărtată cu ușurință. Tortul cu pulbere umedă nu este regenerat din cauza problemelor asociate reciclării carbonului, ci este incinerat sau introdus în gropile de gunoi.

Carbon extrudat

Acestea sunt pelete cilindrice cu un diametru cuprins între 1mm și 5mm. Procesul de extrudare, împreună cu materia primă utilizată, asigură faptul că produsul final este dur și potrivit pentru aplicații grele. Forma de pelete extrudată oferă o scădere de presiune scăzută a sistemului, ceea ce este un aspect important în utilizările în fază gazoasă. Piețele se află în recuperarea solventului, purificarea gazelor și controlul emisiilor auto, unde activitatea volumului mare, căderea de presiune scăzută și rezistența ridicată a stocului de carbon extrudat le permit să dureze întreaga durată de viață a vehiculului.

Fabricarea carbonului activ

Materialele carbonice sunt activate folosind 2 metode

  1. Activare Steam
  2. Activare chimică

Activare Steam

Activarea aburului este cel mai utilizat proces, deoarece este utilizat în general pentru a activa atât coaja de cocos, cât și carbonii pe bază de cărbune. Carbonii activați cu abur sunt produși într-un proces în două etape. În primul rând, materia primă, sub formă de bucăți, materiale pre-dimensionate, brichete sau extrudate, este carbonizată prin încălzire într-o atmosferă inertă, cum ar fi gazele arse, astfel încât să apară deshidratarea și devolatilizarea carbonului. Pentru această etapă, de obicei, temperaturile nu depășesc 700 C. Carbonizarea reduce conținutul volatil al materialului sursă sub 20%. Se produce un cocs care are pori mici sau prea restrânși pentru a fi folosiți ca adsorbant.

A doua etapă este etapa de activare care mărește structura porilor, mărește suprafața internă și o face mai accesibilă. Produsul carbonizat este activat cu abur la o temperatură între 900C și 1100C. Reacția chimică dintre carbon și abur are loc la suprafața interioară a carbonului, îndepărtând carbonul din pereții porilor și mărind astfel porii. Procesul de activare a aburului permite modificarea ușoară a dimensiunii porilor, iar carbonii pot fi produși pentru a se potrivi anumitor procese. De exemplu, structura porilor trebuie deschisă mai mult pentru adsorbția moleculelor mici dintr-o soluție, ca în purificarea apei, decât pentru adsorbția moleculelor mari de culoare în decolorarea zahărului.

Activarea cu abur produce cărbune activ în bucăți de la 1 mm la 3 mm, care sunt zdrobite și ecranate pentru a îndepărta finele și praful pentru a îndeplini specificațiile pentru carboni activi granulari. Pentru a produce carbuni activi sub formă de pulbere, piesele de carbon sunt măcinate în continuare folosind o acțiune ușoară de pulverizare.

Activare chimică

Activarea chimică este în general utilizată pentru producerea de carbon activ din rumeguș, lemn sau turbă. Activarea chimică implică amestecarea materiei prime cu un agent de activare, de obicei acid fosforic, pentru a umfla lemnul și a deschide structura celulozei. Pasta de materie primă și acid fosforic este uscată și apoi carbonizată, de obicei într-un cuptor rotativ, la o temperatură relativ scăzută de 400C până la 500C. La carbonizare, substanța chimică acționează ca un suport și nu permite restrângerea carbonului produs. Deshidratează materia primă rezultând carbonizarea și amortizarea carbonului, creând o structură poroasă și o suprafață extinsă.

Activitatea este controlată prin modificarea proporțiilor materiei prime la reactivul utilizat. Pentru acidul fosforic, raportul este de obicei între 1: 0,5 și 1: 4; activitatea crește cu o concentrație mai mare de reactivi și este, de asemenea, afectată de temperatura și timpul de ședere în cuptor.

Carbonii activi produși prin această metodă au o distribuție adecvată a porilor pentru a fi utilizată ca adsorbant fără tratament suplimentar. Acest lucru se datorează faptului că procesul utilizat implică o „spălare acidă” care este utilizată o etapă de purificare în carbonii activați cu abur, după activare. Cu toate acestea, carbonii activați chimic au o puritate mai mică decât carbonii activi cu abur, spălați în mod specific, deoarece conțin o cantitate mică de fosfat rezidual.

Acest proces de activare chimică produce în cea mai mare parte pulbere de cărbune activ. Dacă este necesar material granular, materiile prime granulare sunt impregnate cu agentul de activare și se utilizează aceeași metodă. Cu toate acestea, carbonii activi granulați au o rezistență mecanică redusă și nu sunt potriviți pentru multe utilizări în fază gazoasă. În unele cazuri, cărbunelui activat chimic i se dă o a doua activare cu abur pentru a conferi proprietăți fizice suplimentare.

Selectarea carbonului activat pentru aplicația dvs.

Forma de carbon și proiectarea sistemului

Pentru proiectarea generală a sistemelor de adsorbție, inclusiv Carbon in Leach (CIL) și Carbon in Pulp (CIP), sistemele de carbon granular, sistemul de coloane pentru dimensiuni mai fine și carbonii activați cu pelete (1mm până la 4mm) sunt utilizați în filtrele cu pat fix sau mobil. Pentru pulberile de cărbune activ, cele mai potrivite aplicații includ sisteme de flotație și proces discontinuu în care carbonul uzat este îndepărtat prin filtrare după un timp de contact adecvat.

Dimensiunea particulelor și cinetica adsorbției

Dimensiunile mai fine accelerează viteza de difuzie a adsorbaților în pori, prin urmare îmbunătățește cinetica, dar umezibilitatea/filtrarea pe pulberi, scăderea presiunii sau problemele de screening cu granule sunt factori limitativi. Prin urmare, gama de dimensiuni a particulelor și selecția distribuției este un compromis.

Cu toate acestea, în cazul peletelor cilindrice, carbonul are avantajul unei ambalări mai bune a patului, care elimină o parte din deficiența de carbon granular, cum ar fi căderile de presiune și problemele de screening, dar duritatea mai mică și costul mai mare în comparație cu carbonii neregulați pot fi un factor limitativ.

Distribuția dimensiunilor porilor și a altor parametri

În raport cu gama de dimensiuni moleculare a adsorbaților țintă, cerința de distribuție a mărimii porilor se modifică. În extracția aurului, un carbon cu o distribuție ridicată a microporilor ar facilita adsorbția eficientă și eficientă a complexelor de cianură de aur. Dacă vizați îndepărtarea moleculelor mari colorate și a speciilor contaminante, un carbon cu o distribuție mai mare a porilor mezo și macro ar fi potrivit.

Capacitatea de adsorbție necesară și puritatea cărbunelui activ ar depinde de aplicația finală. Duritatea carbonului trebuie, de asemenea, să fie introdusă devreme în studiile comparative. O astfel de abordare a dus la beneficii pentru consumator, durată de viață crescută, eficiență mai mare a filtrelor, cicluri de regenerare mai reduse, economie la costurile hardware prin dimensiuni reduse ale filtrelor și variabilitatea instalațiilor de reactivare.

Încercări de plante

Etapele de selecție trebuie să fie în mod necesar urmate de teste proprii de plante sau teste pilot care să stimuleze toți parametrii procesului industrial, înainte de luarea deciziilor de cumpărare.

Alte influențe asupra proprietăților carbonului

În afară de proprietățile fizice ale porilor, grupurile de oxigen de la suprafață și natura nepolare a suprafeței influențează frecvent cinetica adsorbtivă și capacitatea unui carbon. În plus față de creșterea eficienței adsorbției pentru aplicații selectate, se efectuează anumite modificări ale suprafeței, ingineria suprafeței și impregnările.