Aktivt kol - Activated carbon

Aktivt kol

Aktivt kol , även kallat aktivt kol , är en form av kol som bearbetas för att ha små porer med låg volym som ökar ytarean som är tillgänglig för adsorption eller kemiska reaktioner . Aktiverad ersätts ibland med aktiv .

På grund av dess höga grad av mikroporositet har ett gram aktivt kol en yta som överstiger 3000 m 2 (32 000 kvadratfot), bestämt genom gasadsorption . En aktiveringsnivå som är tillräcklig för användbar applicering kan erhållas enbart från hög ytarea. Ytterligare kemisk behandling förbättrar ofta adsorptionsegenskaperna.

Aktivt kol kommer vanligtvis från kol . När det härrör från kol kallas det aktivt kol . Aktiverad koks härrör från koks .

Användningsområden

Aktivt kol används vid lagring av metan och väte , luftrening , lösningsmedelsåtervinning, koffein , guldrening , metalluttag , vattenrening , medicin , avloppsrening , luftfilter i andningsskydd , filter i tryckluft, tandblekning, produktion av väteklorid och många andra applikationer.

Industriell

En stor industriell tillämpning innebär användning av aktivt kol i metallbearbetning för rening av galvaniseringslösningar. Till exempel är det den huvudsakliga reningstekniken för att avlägsna organiska föroreningar från ljusa nickelpläteringslösningar. En mängd olika organiska kemikalier läggs till pläteringslösningar för att förbättra sina avlagringskvaliteter och för att förbättra egenskaper som ljusstyrka, jämnhet, duktilitet etc. På grund av likström och elektrolytiska reaktioner av anodisk oxidation och katodisk reduktion genererar organiska tillsatser oönskade nedbrytningsprodukter i lösning. Deras överdrivna uppbyggnad kan påverka pläteringskvaliteten och de fysikaliska egenskaperna hos avsatt metall negativt. Behandling med aktivt kol avlägsnar sådana föroreningar och återställer pläteringsprestanda till önskad nivå.

Medicinsk

Huvudartikel: Aktivt kol (medicinering)
Aktivt kol för medicinskt bruk

Aktivt kol används för att behandla förgiftningar och överdoser efter oralt intag . Tabletter eller kapslar med aktivt kol används i många länder som ett receptfritt läkemedel för att behandla diarré , matsmältningsbesvär och flatulens . Aktivt kol visar dock ingen effekt på tarmgas och diarré och är vanligtvis medicinskt ineffektivt om förgiftning beror på intag av frätande medel, borsyra, petroleumprodukter och är särskilt ineffektiv mot förgiftning av starka syror eller alkali , cyanid , järn , litium , arsenik , metanol , etanol eller etylenglykol . Aktivt kol hindrar inte att dessa kemikalier absorberas i människokroppen. Det finns på Världshälsoorganisationens lista över viktiga läkemedel , de säkraste och mest effektiva läkemedlen som behövs i ett hälsosystem .

Felaktig applicering (t.ex. i lungorna ) resulterar i lungaspiration , som ibland kan vara dödlig omedelbar medicinsk behandling inte påbörjas.

Analytisk kemi

Aktivt kol, i 50% vikt / vikt kombination med celit , används som stationär fas i lågtrycks kromatografisk separation av kolhydrater (mono-, di-, tri- sackarider ) med användning av etanollösningar (5-50%) som mobil fas i analytiska eller förberedande protokoll.

Aktivt kol är användbart för att extrahera direkta orala antikoagulantia (DOAC), såsom dabigatran, apixaban, rivaroxaban och edoxaban från blodplasmaprover. För detta ändamål har det tillverkats till "minitabletter", var och en innehållande 5 mg aktivt kol för behandling av 1 ml prover av DOAC. Eftersom detta aktiverade kol inte har någon effekt på blodkoagulationsfaktorer, heparin eller de flesta andra antikoagulantia gör det möjligt att analysera ett plasmaprov för avvikelser som annars påverkas av DOAC: erna.

Miljö

Aktivt kol används vanligtvis i vattenfiltreringssystem. I denna illustration är det aktiverade kolet i den fjärde nivån (räknat från botten).

Kol adsorption har många tillämpningar i att ta bort föroreningar från luft eller vatten strömmar både i fält och i industriella processer såsom:

Under ett tidigt genomförande av 1974 Safe Drinking Water Act i USA utvecklade EPA -tjänstemän en regel som föreslog att dricksvattenbehandlingssystem skulle behöva använda granulärt aktivt kol. På grund av sin höga kostnad stötte den så kallade GAC-regeln på starkt motstånd över hela landet från vattenförsörjningsindustrin, inklusive de största vattenföretagen i Kalifornien. Därför lade byrån undan regeln. Aktivt kolfiltrering är en effektiv vattenreningsmetod på grund av dess multifunktionella karaktär. Det finns specifika typer av aktivt kol filtreringsmetoder och utrustning som anges - beroende på vilka föroreningar som är inblandade.

Aktivt kol används också för mätning av radonkoncentration i luft.

Jordbruks

Aktivt kol (kol) är ett tillåtet ämne som används av ekologiska bönder i både husdjursproduktion och vinframställning. I djurproduktion används det som bekämpningsmedel, fodertillsats, bearbetningshjälpmedel, icke -jordbruksingrediens och desinfektionsmedel. Vid organisk vinframställning är aktivt kol tillåtet att användas som bearbetningsmedel för att adsorbera bruna färgpigment från vita druvkoncentrat. Det används ibland som biokol .

Destillerad alkoholhaltig dryck

Se även: Lincoln County Process

Aktivt kolfilter (AC -filter) kan användas för att filtrera vodka och whisky av organiska föroreningar som kan påverka färg, smak och lukt. Att passera en organiskt oren vodka genom ett aktivt kolfilter vid rätt flödeshastighet kommer att resultera i vodka med ett identiskt alkoholinnehåll och betydligt ökad organisk renhet, bedömt efter lukt och smak.

Bränsleförvaring

Forskning görs för att testa olika aktiverade kolers förmåga att lagra naturgas och vätgas . Det porösa materialet fungerar som en svamp för olika typer av gaser. Gasen lockas till kolmaterialet via Van der Waals krafter . Vissa kol har kunnat uppnå bindningsenergier på 5–10 kJ per mol. Gasen kan sedan desorberas när den utsätts för högre temperaturer och antingen förbrännas för att utföra arbete eller för vätgas som extraheras för användning i en vätgasbränslecell . Gaslagring i aktiverade kol är en tilltalande gaslagringsmetod eftersom gasen kan lagras i en miljö med lågt tryck, låg massa och låg volym som skulle vara mycket mer genomförbart än skrymmande trycktankar ombord i fordon. Den United States Department of Energy har angett vissa mål som skall uppnås inom forskning och utveckling av nanoporösa kolmaterial. Alla mål har ännu inte uppfyllts men många institutioner, inklusive ALL-CRAFT-programmet, fortsätter att bedriva arbete inom detta lovande område.

Gasrening

Filter med aktivt kol används vanligen i komprimerad luft och gas rening för avlägsnande av oljeångor, lukt och andra kolväten från luften. De vanligaste konstruktionerna använder en 1-stegs eller 2-stegs filtreringsprincip där aktivt kol är inbäddat i filtermediet.

Aktiva kolfilter används för att hålla kvar radioaktiva gaser i luften som dammsugs från en kärnvattenreaktorturbinkondensor. De stora kolbäddarna absorberar dessa gaser och behåller dem medan de snabbt förfaller till icke-radioaktiva fasta arter. De fasta ämnena fångas i kolpartiklarna, medan den filtrerade luften passerar igenom.

Kemisk rening

Aktivt kol används vanligtvis i laboratorieskala för att rena lösningar av organiska molekyler som innehåller oönskade färgade organiska föroreningar.

Filtrering över aktivt kol används i storskaliga finkemiska och farmaceutiska processer för samma ändamål. Kolet blandas antingen med lösningen, filtreras sedan bort eller immobiliseras i ett filter.

Kvicksilver skrubba

Aktivt kol, ofta infuserat med svavel eller jod, används ofta för att fånga kvicksilverutsläpp från kolkraftverk , medicinska förbränningsugnar och från naturgas vid brunnhuvudet. Detta kol är en specialprodukt som kostar mer än 4,00 dollar per kg.

Eftersom det ofta inte återvinns presenterar det kvicksilverbelastade aktiva kolet ett bortskaffningsdilemma. Om det aktiverade kolet innehåller mindre än 260 ppm kvicksilver, tillåter amerikanska federala bestämmelser att det kan stabiliseras (till exempel fångat i betong) för deponi. Avfall som innehåller mer än 260 ppm anses dock finnas i underkategorin med högt kvicksilver och är förbjudet att deponera (Land-Ban Rule). Detta material ackumuleras nu i lager och i djupa övergivna gruvor med en uppskattad hastighet på 100 ton per år.

Problemet med bortskaffande av kvicksilverbelastat aktivt kol är inte unikt för USA. I Nederländerna återvinns detta kvicksilver till stor del och det aktiva kolet slängs genom fullständig förbränning och bildar koldioxid (CO2).

Livsmedelstillsats

Aktiverat kol av livsmedelskvalitet blev en mattrend 2016 och användes som tillsats för att ge en "lite rökig" smak och en mörk färgning till produkter inklusive korv, glass, pizzabottnar och bagels. Personer som tar medicin, inklusive p -piller och antidepressiva läkemedel , rekommenderas att undvika nya livsmedel eller drycker som använder färger av aktivt kol, eftersom det kan göra medicinen ineffektiv.

Produktion

Aktivt kol är kol framställs av kolhaltiga råmaterial såsom bambu, kokos skalet, vide torv , trä , kokos , lignit , kol och petroleumbeck . Det kan produceras genom en av följande processer:

  1. Fysisk aktivering : Källmaterialet utvecklas till aktivt kol med heta gaser. Luft introduceras sedan för att bränna ut gaserna, vilket skapar en graderad, avskärmad och avdammad form av aktivt kol. Detta görs vanligtvis genom att använda en eller flera av följande processer:
    • Karbonisering : Material med kolhalt pyrolyseras vid temperaturer i intervallet 600–900 ° C, vanligtvis i en inert atmosfär med gaser som argon eller kväve
    • Aktivering/oxidation : Råmaterial eller kolsyrat material utsätts för oxiderande atmosfärer (syre eller ånga) vid temperaturer över 250 ° C, vanligtvis i temperaturområdet 600–1200 ° C.
  2. Kemisk aktivering : Kolmaterialet är impregnerat med vissa kemikalier. Kemikalien är vanligtvis en syra , en stark bas eller ett salt ( fosforsyra 25%, kaliumhydroxid 5%, natriumhydroxid 5%, kalciumklorid 25%och zinkklorid 25%). Kolet utsätts sedan för högre temperaturer (250–600 ° C). Man tror att temperaturen aktiverar kolet i detta skede genom att tvinga materialet att öppna sig och ha mer mikroskopiska porer. Kemisk aktivering föredras framför fysisk aktivering på grund av de lägre temperaturerna, bättre kvalitetskonsistens och kortare tid som krävs för att aktivera materialet.

Klassificering

Aktiverade kol är komplexa produkter som är svåra att klassificera utifrån deras beteende, ytegenskaper och andra grundläggande kriterier. Någon bred klassificering görs dock för allmänna ändamål baserat på deras storlek, beredningsmetoder och industriella tillämpningar.

Pulveriserat aktivt kol

Se även: Pulveriserad aktivt kolbehandling
Ett mikroskop av aktivt kol (R 1) under starkt fältbelysning i ett ljusmikroskop . Märker fraktal -liknande formen på partiklarna antyder på deras enorma ytarean. Varje partikel i denna bild kan, trots att den bara är cirka 0,1 mm bred, ha en ytarea på flera kvadratcentimeter. Hela bilden täcker ett område på cirka 1,1 x 0,7 mm, och versionen i full upplösning är i en skala på 6,266 pixlar/ μm .

Normalt framställs aktiverade kol (R 1) i partikelform som pulver eller fina granuler mindre än 1,0 mm i storlek med en medeldiameter mellan 0,15 och 0,25 mm. Således presenterar de ett stort yta / volymförhållande med ett litet diffusionsavstånd. Aktivt kol (R 1) definieras som de aktiva kolpartiklarna som kvarhålls på en 50-meshsikt (0,297 mm).

PAC -material är finare material. PAC består av krossade eller malda kolpartiklar, av vilka 95–100% kommer att passera genom en särskild masksikt . De ASTM ska klassificera partiklar som passerar genom en 80-mesh sikt (0,177 mm) och mindre då PAC. Det är inte vanligt att använda PAC i ett särskilt fartyg på grund av den höga huvudförlusten som skulle uppstå. I stället läggs PAC i allmänhet direkt till andra processenheter, till exempel råvattenintag, snabbblandningsbassänger, klarare och gravitationskärl.

Granulärt aktivt kol

En mikroskop av aktivt kol (GAC) under skanningelektronmikroskop

Granulärt aktivt kol (GAC) har en relativt större partikelstorlek jämfört med pulveriserat aktivt kol och har därför en mindre yttre yta. Diffusion av adsorbatet är således en viktig faktor. Dessa kol är lämpliga för adsorption av gaser och ångor, eftersom gasformiga ämnen diffunderar snabbt. Granulerade kol används för luftfiltrering och vattenbehandling , liksom för allmän deodorisering och separering av komponenter i flödessystem och i snabbblandningsbassänger. GAC kan erhållas i antingen granulerad eller extruderad form. GAC betecknas med storlekar som 8 × 20, 20 × 40 eller 8 × 30 för applikationer i vätskefas och 4 × 6, 4 × 8 eller 4 × 10 för ångfasapplikationer. Ett 20 × 40 kol består av partiklar som kommer att passera genom en US Standard Mesh Size No. 20 sikt (0,84 mm) (i allmänhet specificerad som 85% passage) men behållas på en US Standard Mesh Size No. 40 sikt (0,42 mm ) (anges i allmänhet som 95% kvar). AWWA (1992) B604 använder en 50-meshsikt (0,297 mm) som minsta GAC-storlek. De mest populära kolfaserna i vattenfasen är storlekarna 12 × 40 och 8 × 30 eftersom de har en bra balans mellan storlek, yta och huvudförlustegenskaper .

Extruderat aktivt kol (EAC)

Extruderat aktivt kol (EAC) kombinerar pulveriserat aktivt kol med ett bindemedel, som smälts samman och extruderas till ett cylindriskt format aktivt kolblock med diametrar från 0,8 till 130 mm. Dessa används främst för gasfasapplikationer på grund av deras låga tryckfall, höga mekaniska hållfasthet och låga dammhalt. Säljs också som CTO -filter (klor, smak, lukt).

Pärlaktivt kol (BAC)

Pärlaktivt kol (BAC) är tillverkat av petroleumhöjd och levereras i diametrar från cirka 0,35 till 0,80 mm. I likhet med EAC är det också känt för sitt låga tryckfall, höga mekaniska hållfasthet och låga dammhalt, men med en mindre kornstorlek. Dess sfäriska form gör den föredragen för applikationer med fluidiserad bädd, såsom vattenfiltrering.

Impregnerat kol

Porösa kol som innehåller flera typer av oorganiskt impregnera såsom jod , silver , katjoner såsom Al, Mn, Zn, Fe, Li, Ca har också framställts för specifik tillämpning vid luftföroreningskontroll, särskilt i museer och gallerier. På grund av dess antimikrobiella och antiseptiska egenskaper används silverbelastat aktivt kol som ett adsorbent för rening av hushållsvatten. Dricksvatten kan erhållas från naturligt vatten genom att behandla det naturliga vattnet med en blandning av aktivt kol och Al (OH) 3 , ett flockningsmedel . Impregnerade kol används också för adsorption av svavelväte ( H 2 S ) och tioler . Adsorptions priserna för H 2 S så hög som 50 vikt-% har rapporterats.

Polymerbelagt kol

Detta är en process genom vilken ett poröst kol kan beläggas med en biokompatibel polymer för att ge en slät och permeabel beläggning utan att blockera porerna. Det resulterande kolet är användbart för hemoperfusion . Hemoperfusion är en behandlingsteknik där stora mängder av patientens blod förs över ett adsorberande ämne för att avlägsna giftiga ämnen från blodet.

Vävd aktiv koltyg

Vävt kol

Det finns en teknik för bearbetning av teknisk rayonfiber till aktivt kolduk för kolfiltrering . Adsorptionskapacitet för aktiverad duk är större än för aktivt kol ( BET -teori ) ytarea: 500–1500 m 2 /g, porvolym: 0,3–0,8 cm 3 /g). Tack vare de olika formerna av aktiverat material kan det användas i ett brett spektrum av applikationer ( superkondensatorer , [luktabsorberare [1] ], CBRN-försvarsindustri etc.).

Egenskaper

Aktivt kolbröd till salu på en bondemarknad.

Ett gram aktivt kol kan ha en yta som överstiger 500 m 2 (5 400 sq ft), varvid 3000 m 2 (32 000 sq ft) lätt kan uppnås. Kol aerogeler , även om de är dyrare, har ännu högre ytarea och används i speciella applikationer.

Under ett elektronmikroskop avslöjas strukturerna med hög ytarea för aktivt kol. Enskilda partiklar är intensivt invecklade och uppvisar olika typer av porositet ; det kan finnas många områden där plana ytorna hos grafit -liknande material löper parallellt med varandra, åtskilda av endast några få nanometer eller så. Dessa mikroporer ger utmärkta förutsättningar för adsorption att inträffa, eftersom adsorberande material kan interagera med många ytor samtidigt. Tester av adsorptionsbeteende utförs vanligtvis med kvävgas vid 77 K under högvakuum , men i vardagliga termer är aktivt kol perfekt att producera motsvarande, genom adsorption från omgivningen, flytande vatten från ånga vid 100 ° C (212 ° F) och ett tryck på 1/10 000 av en atmosfär .

James Dewar , forskaren efter vilken Dewar ( vakuumkolven ) är uppkallad, ägnade mycket tid åt att studera aktivt kol och publicerade ett papper om dess adsorptionskapacitet när det gäller gaser. I detta papper upptäckte han att kylning av kolet till flytande kvävetemperaturer tillät det att adsorbera betydande mängder av många luftgaser, bland annat som sedan kan återkallas genom att helt enkelt låta kolet värma igen och att kokosbaserat kol var överlägset för effekt. Han använder syre som ett exempel, där det aktiverade kolet normalt skulle adsorbera atmosfärskoncentrationen (21%) under standardförhållanden, men släppa ut över 80% syre om kolet först kyldes till låga temperaturer.

Fysiskt binder aktivt kol material av van der Waals kraft eller London dispersionskraft .

Aktivt kol binder inte väl till vissa kemikalier, inklusive alkoholer , dioler , starka syror och baser , metaller och de flesta oorganiska ämnen, såsom litium , natrium , järn , bly , arsenik , fluor och borsyra.

Aktivt kol adsorberar jod mycket bra. Jodkapaciteten, mg/g, ( ASTM D28 Standardmetodtest) kan användas som en indikation på total ytarea.

Kolmonoxid adsorberas inte väl av aktivt kol. Detta bör vara särskilt oroande för dem som använder materialet i filter för andningsskydd, dragskåp eller andra gasstyrsystem eftersom gasen inte är detekterbar för de mänskliga sinnena, giftig för ämnesomsättningen och neurotoxisk.

Betydande listor över de vanliga industri- och jordbruksgaser som absorberas av aktivt kol finns online.

Aktivt kol kan användas som ett substrat för tillämpning av olika kemikalier för att förbättra den adsorptiva kapaciteten för vissa oorganiska (och problematisk organiska) föreningar, såsom vätesulfid (H 2 S), ammoniak (NH 3 ), formaldehyd (HCOH), kvicksilver (Hg) och radioaktivt jod-131 ( 131 I). Denna egenskap är känd som kemisorption .

Jodnummer

Många kol absorberar företrädesvis små molekyler. Jodtal är den mest grundläggande parametern som används för att karakterisera aktivt kolprestanda. Det är ett mått på aktivitetsnivå (högre antal indikerar högre grad av aktivering) som ofta rapporteras i mg/g (typiskt intervall 500–1200 mg/g). Det är ett mått på mikroporhalten i det aktiverade kolet (0 till 20  Å eller upp till 2  nm ) genom adsorption av jod från lösning. Det motsvarar kolytan mellan 900 och 1100 m 2 /g. Det är standardmåttet för applikationer i vätskefas.

Jodtal definieras som milligram jod adsorberat av ett gram kol när jodkoncentrationen i restfiltratet ligger vid en koncentration av 0,02 normal (dvs. 0,02N). I grund och botten är jodtalet ett mått på det jod som adsorberas i porerna och är som sådan en indikation på den porvolym som finns i det aktiva kolet av intresse. Vanligen har vattenbehandlings-kolat jodtal från 600 till 1100. Denna parameter används ofta för att bestämma graden av utmattning av ett kol vid användning. Denna praxis bör dock ses med försiktighet, eftersom kemiska interaktioner med adsorbatet kan påverka jodupptagningen, vilket ger falska resultat. Således kan användning av jodtal som ett mått på graden av utmattning av en kolbädd endast rekommenderas om det har visat sig vara fritt från kemiska interaktioner med adsorbater och om en experimentell korrelation mellan jodtal och utmattningsgrad har fastställts för den specifika tillämpningen.

Melass

Vissa kol är bättre på att adsorbera stora molekyler. Melassantal eller melasseffektivitet är ett mått på mesoporehalten i det aktiva kolet (större än 20 Å , eller större än 2 nm ) genom adsorption av melass från lösning. Ett högt melassantal indikerar en hög adsorption av stora molekyler (intervall 95–600). Caramel dp (avfärgningsprestanda) liknar melassantal. Melasseffektivitet rapporteras i procent (intervall 40%–185%) och parallellt melassantal (600 = 185%, 425 = 85%). Det europeiska melassnumret (intervall 525–110) är omvänt besläktat med det nordamerikanska melassnumret.

Melassnummer är ett mått på graden av avfärgning av en standardmelasslösning som har spädts och standardiserats mot standardiserat aktivt kol. På grund av färgkropparnas storlek representerar melassantalet den potentiella porvolymen som är tillgänglig för större adsorberande arter. Eftersom all porvolym kanske inte är tillgänglig för adsorption i en viss avloppsvattenapplikation, och eftersom en del av adsorbatet kan komma in i mindre porer, är det inte ett bra mått på värdet av ett särskilt aktivt kol för en specifik applikation. Ofta är denna parameter användbar för att utvärdera en serie aktiva kol för deras adsorptionshastigheter. Med tanke på två aktiva kol med liknande porvolymer för adsorption, kommer den som har det högre melassantalet vanligtvis att ha större matningsporer vilket resulterar i mer effektiv överföring av adsorbat till adsorptionsutrymmet.

Tannin

Tanniner är en blandning av stora och medelstora molekyler. Kol med en kombination av makroporer och mesoporer adsorberar tanniner. Kolets förmåga att adsorbera tanniner rapporteras i koncentrationer per miljon (intervall 200 ppm – 362 ppm).

Metylenblå

Vissa kol har en mesopor (20 Å till 50 Å eller 2 till 5 nm) struktur som adsorberar medelstora molekyler, såsom färgämnet metylenblått . Metylenblå adsorption rapporteras i g/100g (intervall 11–28 g/100 g).

Deklorering

Vissa kol utvärderas baserat på dekloreringens halveringstid, som mäter klorborttagningseffektiviteten hos aktivt kol. Halvvärdeslängden för deklorering är det koldjup som krävs för att minska klornivån i en flödande ström från 5 ppm till 3,5 ppm. En lägre halvvärdeslängd indikerar överlägsen prestanda.

Tydlig densitet

Den fasta eller skelettdensiteten hos aktiverade kol kommer normalt att ligga mellan 2000 och 2100 kg/m 3 (125–130 lbs./kubikfot). En stor del av ett aktivt kolprov kommer dock att bestå av luftutrymme mellan partiklar, och den faktiska eller skenbara densiteten blir därför lägre, vanligtvis 400 till 500 kg/m 3 (25–31 lbs./kubikfot).

Högre densitet ger större volymaktivitet och indikerar normalt aktivt kol av bättre kvalitet. ASTM D 2854 -09 (2014) används för att bestämma den skenbara densiteten för aktivt kol.

Hårdhet/nötningsnummer

Det är ett mått på det aktiva kolets motståndskraft mot slitage. Det är en viktig indikator på aktivt kol för att bibehålla dess fysiska integritet och motstå friktionskrafter. Det finns stora skillnader i hårdheten hos aktiverade kol, beroende på råmaterial och aktivitetsnivåer.

Askinnehåll

Ask minskar den totala aktiviteten av aktivt kol och minskar reaktiveringens effektivitet: mängden är uteslutande beroende av basråvaran som används för att producera aktivt kol (t.ex. kokos, trä, kol, etc.). Metalloxiderna (Fe 2 O 3 ) kan läcka ut ur aktivt kol resulterar i missfärgning. Syra/vattenlöslig askhalt är mer signifikant än total askhalt. Löslig askhalt kan vara mycket viktig för akvarister, eftersom järnoxid kan främja algtillväxt. Ett kol med låg löslig askhalt bör användas för marina, sötvattensfiskar och revtankar för att undvika tungmetallförgiftning och överskott av växt-/algtillväxt. ASTM (D2866 Standard Method test) används för att bestämma askhalten i aktivt kol.

Koltetrakloridaktivitet

Mätning av porositeten hos ett aktivt kol genom adsorption av mättad koltetrakloridånga .

Partikelstorleksfördelning

Ju finare partikelstorleken för ett aktivt kol är, desto bättre är tillgången till ytan och desto snabbare blir adsorptionskinetiken. I ångfassystem måste detta beaktas mot tryckfall, vilket kommer att påverka energikostnaden. Noggrann övervägande av partikelstorleksfördelningen kan ge betydande driftsfördelar. Vid användning av aktivt kol för adsorption av mineraler som guld bör partikelstorleken dock vara i intervallet 3,35–1,4 millimeter (0,132–0,055 tum). Aktivt kol med partikelstorlek mindre än 1 mm skulle inte vara lämpligt för eluering (avlägsnande av mineral från ett aktivt kol).

Ändring av egenskaper och reaktivitet

Syra-bas, oxidationsreducering och specifika adsorptionsegenskaper är starkt beroende av ytfunktionella gruppers sammansättning.

Ytan på konventionellt aktivt kol är reaktiv, kan oxideras av atmosfäriskt syre och syreplasmanånga , samt koldioxid och ozon .

Oxidation i vätskefasen orsakas av ett brett spektrum av reagenser (HNO 3 , H 2 O 2 , KMnO 4 ).

Genom bildandet av ett stort antal basiska och sura grupper på ytan av oxiderat kol till sorption och andra egenskaper kan skilja sig väsentligt från de omodifierade formerna.

Aktivt kol kan kvävehaltiga av naturliga produkter eller polymerer eller bearbetning av kol med nitrogenating reagens .

Aktivt kol kan interagera med klor , brom och fluor .

Ytan av aktivt kol, liksom andra kolmaterial, kan fluoralkyleras genom behandling med (per) fluorpolyeterperoxid i en flytande fas eller med ett brett spektrum av fluoroorganiska ämnen med CVD-metod. Sådana material kombinerar hög hydrofobicitet och kemisk stabilitet med elektrisk och värmeledningsförmåga och kan användas som elektrodmaterial för superkondensatorer.

Sulfonsyrafunktionella grupper kan bindas till aktivt kol för att ge "starbons" som kan användas för att selektivt katalysera förestringen av fettsyror. Bildning av sådana aktiverade kol från halogenerade prekursorer ger en mer effektiv katalysator som antas vara ett resultat av kvarvarande halogener som förbättrar stabiliteten. Det rapporteras om syntes av aktivt kol med kemiskt ympade supersyraställen –CF 2 SO 3 H.

Några av de kemiska egenskaperna hos aktivt kol har tillskrivits närvaron av ytaktivt kol dubbelbindning .

Den Polyani adsorption teorin är en populär metod för att analysera adsorption av olika organiska substanser till deras yta.

Exempel på adsorption

Heterogen katalys

Den vanligaste formen av kemisorption i industrin sker när en fast katalysator interagerar med ett gasformigt råmaterial, reaktanten/reaktanterna. Adsorptionen av reaktant/s till katalysatorytan skapar en kemisk bindning, vilket förändrar elektrontätheten runt reaktantmolekylen och gör att den kan genomgå reaktioner som normalt inte skulle vara tillgängliga för den.

Återaktivering och regenerering

Världens största återaktiveringsanläggning ligger i Feluy , Belgien.
Aktiverat kolreaktiveringscenter i Roeselare , Belgien.

Återaktiveringen eller regenereringen av aktiverade kol innebär att man återställer adsorptionsförmågan hos mättat aktivt kol genom att desorbera adsorberade föroreningar på den aktiva kolytan.

Termisk reaktivering

Den vanligaste regenereringstekniken som används i industriella processer är termisk reaktivering. Den termiska regenereringsprocessen följer i allmänhet tre steg:

  • Adsorbent torkning vid ungefär 105 ° C (221 ° F)
  • Hög temperatur desorption och sönderdelning (500–900 ° C (932–1 652 ° F)) under en inert atmosfär
  • Återstående organisk förgasning av en icke-oxiderande gas (ånga eller koldioxid) vid förhöjda temperaturer (800 ° C (1470 ° F))

Värmebehandlingssteget utnyttjar adsorptionens exoterma karaktär och resulterar i desorption, partiell sprickbildning och polymerisation av de adsorberade organiska ämnena. Det sista steget syftar till att avlägsna förkolnade organiska rester som bildats i den porösa strukturen i föregående steg och återexponera den porösa kolstrukturen som återskapar sina ursprungliga ytegenskaper. Efter behandling kan adsorptionskolonnen återanvändas. Per adsorptions-termisk regenereringscykel bränns mellan 5–15 viktprocent av kolsängen, vilket resulterar i en förlust av adsorptionsförmågan. Termisk regenerering är en hög energiprocess på grund av de höga temperaturerna som gör det både en energimässigt och kommersiellt dyr process. Växter som är beroende av termisk regenerering av aktivt kol måste vara av en viss storlek innan det är ekonomiskt lönsamt att ha regenereringsanläggningar på plats. Som ett resultat är det vanligt att mindre avfallsbehandlingsplatser skickar sina aktivt kolkärnor till specialiserade anläggningar för regenerering.

Andra tekniker för förnyelse

Aktuella problem med den höga energi-/kostnadskaraktären av termisk regenerering av aktivt kol har uppmuntrat forskning om alternativa regenereringsmetoder för att minska miljöpåverkan av sådana processer. Även om flera av de regenereringsmetoder som citerats har förblivit områden för rent akademisk forskning, har några alternativ till termiska regenereringssystem använts inom industrin. Nuvarande alternativa regenereringsmetoder är:

Se även

Referenser

externa länkar