Активный уголь

Активный уголь

(активированный уголь), материал с развитой пористой структурой. На 87-97% (по массе) состоит из С, содержит также Н, О и в-ва, введенные в активный уголь при его получении. Зольность активного угля может составлять 1 - 15% (иногда его обеззоливают до 0, 1-0, 2%).

Поры в активном угле классифицируют по их линейным размерам х (полуширина - для щелевидной модели пор, радиус-для цилиндрич. или сферической): х0, 6-0, 7 нм-микропоры; 0, 6-0, 7 < х < 1, 5-1, 6 нм - супермикропоры; 1, 5-1, 6 < х < 100-200 нм-мезопоры; х > 100-200 нм-макропоры.

Для адсорбции в микропорах (уд. объем 0, 2-0, 6 см3/г), соизмеримых по размерам с адсорбируемыми молекулами, характерен гл. обр. механизм объемного заполнения. Аналогично происходит адсорбция также в супермикропорах (уд. объем 0, 15-0, 2 см3/г)-промежут. области между микропорами и мезопорами. В этой области св-ва микропор постепенно вырождаются, св-ва мезопор проявляются.

Механизм адсорбции в мезопорах заключается в последоват. образовании адсорбц. слоев (поли молекулярная адсорбцияХ к-рое завершается заполнением пор по механизму капиллярной конденсации. У обычных активных углей уд. объем мезопор составляет 0, 02-0, 10 см3/г, уд. пов-сть-от 20 до 70 м2/г; однако у нек-рых активных углей (напр., осветляющих) эти показатели могут достигать соотв. 0, 7 см3/г и 200-450 м2/г.

Макропоры (уд. объем и пов-сть соотв. 0, 2-0, 8 см3/г и 0, 5-2, 0 Mi/r)служат транспортными каналами, подводящими молекулы поглощаемых в-в к адсорбц. пространству зерен (гранул) активного угля. Для придания активному углю каталитич. св-в в макро- и мезопоры вносят, как правило, спец. добавки.

В активном угле часто существуют все разновидности пор, и дифференциальная кривая распределения их объема по размерам имеет 2-3 максимума. В зависимости от степени развития супермикропор различают активные угли с узким распределением (эти поры практически отсутствуют) и широким (существенно развиты).

Активные угли хорошо адсорбируют пары в-:в со сравнительно высокими т-рами кипения (напр., бензол), хуже-летучие соед. (напр., NH3). При относит. давлениях пара рр/рнас менее 0, 10-0, 25 (рр-равновесное давление адсорбируемого в-ва, рнас-давление насыщ. пара). Активный уголь незначительно поглощает водяные пары. Однако при (рр/рнас) > 0, 3-0, 4 наблюдается заметная адсорбция, а в случае (рр/рнас)1 практически все микропоры заполнены водяными парами. Поэтому их наличие может осложнить поглощение целевого в-ва.

Осн. сырье для произ-ва активного угля - кам.-уг. полукокс, углеродсодержащие растит. материалы (напр., древесный уголь, торф, древесные опилки, скорлупа орехов, косточки плодов фруктовых деревьев). Продукты карбонизации этого сырья подвергают активации (в большинстве случаев парогазовой - в присут. паров Н2О и СО2, реже-химической, т.е. в присут. солей металлов, напр. ZnCl2, K2S) при 850-950°С. Кроме того, активный уголь получают термич. разложением синтетич. полимеров (напр., поливинилиденхлорида).

Активный уголь широко применяют как адсорбент для поглощения паров из газовых выбросов (напр., для очистки воздуха от CS2), улавливания паров летучих р-рителей с целью их рекуперации, для очистки водных р-ров (напр., сахарных сиропов и спиртных напитков), питьевой и сточных вод, в противогазах, в вакуумной технике, напр. для создания сорбционных насосов, в газоадсорбционной хроматографии, для заполнения запахопоглотителей в холодильниках, очистки крови, поглощения вредных в-в из желудочно-кишечного тракта и др. Активный уголь - также носитель каталитич. добавок и катализатор полимеризации.

Список литературы

Колышкин Д. А., Михайлова К. К., Активные угли. Справочник, Л., 1972;

Бутырин Г. М., Высокопористые углеродные материалы, М., 1976;

Дубинин М. М., "Изв. АН СССР. Сер. хим.", 1979, № 8, с. 1691-96;

Угли активные. Каталог, Черкассы, 1983;

Кинле X., Бадер Э., Активные угли и их промышленное применение, пер. с нем., Л., 1984. Н.С. Поляков.