ГЛАВА 1. СВОЙСТВА И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ 1.1. Технические характеристики активированного угля Активированный уголь — это результат обжига различных углесодержащих органических веществ (древесины, скорлупы орехов, маслин, других плодовых культур, каменноугольного кокса). Полученное вещество содержит огромное количество пор и поэтому обладает очень большой удельной поверхностью на единицу массы и, как следствие, высокой адсорбцией. В пористой структуре активированного (иначе активного) угля осуществляется поглощение любых типов органических микропримесей за счет сил поверхностного взаимодействия (или адсорбции). Именно поры, их количество и размер, влияют на адсорбционные свойства угля. Формирование структуры активного угля (пор) происходит в технологическом процессе его производстве за счет использования определенного исходного сырья и просчитанных режимов термообработки (карбонизация, активация). Сорбционная емкость - главный фактор эффективности активированного угля. Отличие активированного угля от угля «для мангалов» состоит в количестве пор и их размера, что напрямую влияет на сорбционную емкость. Т.е. просто раздробив «уголь для мангала» Вы не получите активный уголь. Поэтому древесный / каменный уголь дополнительно подвергается обработке (активации) и в результате уголь меняет свою структуру - образуется большое количество пор с разным объемом. Впервые синтезирован Николаем Дмитриевичем Зелинским (1915 г.), использован им в противогазах как универсальное средство химической защиты, а позже — в качестве гетерогенного катализатора. Обычный активированный уголь является довольно реакционноспособным соединением, способным к окислению кислородом воздуха и кислородной плазмой, водяным паром, а также углекислым газом и озоном. Окисление в жидкой фазе проводят целым рядом реагентов (HNO3, H2O2, KMnO4). За счёт образования большого количества основных и кислотных групп на поверхности окисленного угля его адсорбционные и другие свойства могут существенно отличаться от неокисленного. Модифицированный азотом уголь получают либо исходя из азотсодержащих природных веществ, либо из полимеров, либо обработкой угля азотсодержащими реагентами. Также уголь способен взаимодействовать с хлором бромом и фтором. Важное значение имеет серосодержащий уголь, который синтезируют разными путями. В последнее время химические свойства угля принято объяснять наличием на его поверхности активной двойной связи. Есть два основных механизма, которыми активизированный углерод удаляет загрязнители из воды: адсорбция и каталитическое окисление. Явление адсорбции газов углем почти одновременно описали в 80-х годах XVIII века шведский химик Карл Вильгельм Шееле и итальянский учёный Феличе Фонтана. В России в 1785 году академик Товий Егорович Ловиц открыл и подробно исследовал явление адсорбции углем в жидкой среде, предложив применить его для очистки органических веществ. Органические соединения удаляются адсорбцией (это связано с высокой пористостью), а окислители, такие, как хлор и хлорамин, удаляются каталитическим окислением. В качестве сырья в производстве активированного угля используются материалы органического происхождения: древесина, каменный уголь, битумный уголь, скорлупа кокосовых орехов и др. Указанное сырьё сначала обугливают, затем подвергают активации. Сущность активации состоит во вскрытии пор, находящихся в углеродном материале в закрытом состоянии. Это делается либо термохимически (предварительно материал пропитывают раствором хлорида цинка, карбоната калия или некоторыми другими соединениями, и нагревают без доступа воздуха), либо путём обработки перегретым паром или углекислым газом или их смесью при температуре 800—850 °C. В последнем случае технически сложно получить парогазовый агент, имеющий такую температуру. Широко распространён приём подачи в аппарат для активации одновременно с насыщенным паром ограниченного количества воздуха. Часть угля сгорает, и в реакционном пространстве достигается необходимая температура. Выход активированного угля в этом варианте процесса заметно снижается. Значение удельной поверхности пор у лучших марок активированных углей может достигать 1800—2200 м² на 1 г угля. Различают макро-, мезо- и микропоры. В зависимости от размеров молекул, которые нужно удержать на поверхности угля, уголь должен изготавливаться с разными соотношениями размеров пор.
Классификация активированного угля. По сырью, используемому для получения готового продукта · Древесина и древесный уголь (бук, береза, сосна, липа, дуб, ель, осина, ольха, тополь) · Скорлупа орехов, фруктовые косточки · Торф, торфяной кокс · Каменные угли · Бурые угли По внешнему виду. · Порошковый активированный уголь. Изготавливается специально в виде порошка или микрогранул размером меньше 1.0 мм в размере со средним диаметром в диапазоне 0.15-0.25 мм. · Гранулированный или дробленный активированный уголь. Определяется фракцией: 8×20, 20×40 или 8×30 для жидкой фазы веществ и 4×6, 4×8 или 4×10 для парообразной фазы веществ. · Прессованный активированный уголь. Используется для газовой фазы веществ. · Импрегнированный (пропитанный) уголь. Пористый уголь, содержащий один из нескольких типов неорганических пропиток, таких как йод, серебро, катионы. Распределение пор по размерам. Согласно UIPAC (Международный союз чистой и прикладной химии) в активных углях выделяют несколько типов пор. · Супермикропоры – это поры с диаметром до 0,4 нм; · Микропоры – поры от 0,4 нм до 2,0 нм. Большое значение для сорбционной активности имеют микропоры, их размер (2 нм) соизмерим с размерами адсорбирующихся молекул. Микропоры составляют порядка 90% всей удельной поверхности. · Мезопоры – поры с диаметром от 2 до 50 нм; · Макропоры получили название крупные поры с диаметром более 50 нм.
1.2. Области применения активированного угля Области применения активированного угля. · для водоподготовки (очистка воды от диоксинов и ксенобиотиков, углевание); · в пищевой промышленности при производстве ликероводочных, слабоалкогольных напитков и пива, осветление вин, при производстве сигаретных фильтров, очистка углекислоты в производстве газированных напитков, очистка крахмалопаточных растворов, сахарных сиропов, глюкозы и ксилита, осветление и дезодорация масел и жиров, при производстве лимонной, молочной и других кислот; · в химической, нефтегазодобывающей и перерабатывающей промышленностях для осветления пластификатов, в качестве носителя катализаторов, при производстве минеральных масел, химических реактивов и лакокрасочных материалов, в производстве каучука, в производстве химических волокон, для очистки аминовых растворов, для рекуперации паров органических растворителей; · в природоохранной экологической деятельности для очистки промышленных стоков, для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов, для очистки дымовых газов на мусоросжигательных заводах, для очистки вентиляционных газовоздушных выбросов; · в горнодобывающей и металлургической промышленностях для изготовления электродов, для флотации руд полезных ископаемых, для извлечения золота из растворов и пульп в золотодобывающей промышленности; · в топливно-энергетической промышленности для очистки парового конденсата и котловых вод; · в фармацевтической промышленности для очистки растворов при изготовлении медицинских препаратов; · в медицине для очистки организмов животных и людей от токсинов, бактерий, при очистке крови; · в производстве средств индивидуальной защиты (противогазы, респираторы и т. д.); · в атомной промышленности; · для очистки воды в плавательных бассейнах и аквариумах. | 
