Carbon activat, cunoscut și sub denumirea de cărbune activ sau Char activat. Este o substanță de carbon granular sau de carbon granular. Carbonul activat este un carbon poros, cu densitate de ambalare scăzută și o suprafață specifică mare datorită aranjamentului neregulat al carbonului microcristalin și prezenței porilor între conexiunile încrucișate, care pot provoca defecte ale structurii de carbon în timpul activării. De asemenea, este principalul material pentru fabricarea filtrelor.
Producția de carbon activat
Principalele materii prime pentru carbon activat pot fi aproape toate materialele organice au un conținut mare în carbon, cum ar fi cărbune, lemn, cochilii de fructe, cochilii de nucă de cocos, cochilii de nuc, cochilii de caise, cochilii de jujube etc. Aceste materiale care conțin carbon sunt transformate în carbon activat prin piroliză la temperaturi ridicate și o anumită presiune într -un cuptor de activare. În timpul acestui proces de activare, se formează treptat o suprafață uriașă și o structură complexă a porilor, iar așa-numitul proces de adsorbție are loc în acești pori și la suprafață. Mărimea porilor în carbon activat are un efect de adsorbție selectivă asupra adsorbatului, deoarece moleculele mari nu pot intra în porii de carbon activat care sunt mai mici decât porii săi. Carbonul activat este un adsorbant hidrofob produs prin carbonizarea la temperaturi ridicate și activarea substanțelor care conțin în principal carbon ca materii prime. Carbonul activat conține un număr mare de micropori și are o suprafață incredibil de mare, care poate elimina eficient culoarea și mirosul. De asemenea, poate elimina majoritatea poluanților organici și anumite substanțe anorganice, inclusiv metale grele toxice, din efluent secundar.
Principiul carbonului activat
1. Principiul de filtrare
Filtrul de carbon activat este procesul de interceptare a poluanților suspendați în apă, iar solidele suspendate interceptate umplu lacunele dintre carbonii activați. Mărimea porilor și porozitatea stratului de filtru cresc odată cu dimensiunea particulelor din materialul de carbon activat. Cu cât mărimea particulelor de carbon activat, cu atât este mai mare spațiul care poate găzdui solide suspendate. Funcționează ca o capacitate de filtrare îmbunătățită, o capacitate crescută de deținere a poluanților și o capacitate mai mare de interceptare. În același timp, cu cât porii sunt mai mari în stratul de filtru de carbon activat, solidele suspendate mai adânci în apă pot fi transportate la următorul strat de strat de filtru de carbon activat. Cu o grosime de protecție suficientă, pot fi interceptate mai multe solide suspendate, permițând straturilor mijlocii și inferioare ale stratului de filtru să joace mai bine rolul de interceptare și să crească capacitatea de interceptare a unității.
În general, capacitatea carbonului activat de a intercepta solidele suspendate provine de la suprafața oferită de carbonul activat. Când debitul este scăzut, capacitatea de filtrare a unității provine în principal din efectul de screening al carbonului activat, în timp ce debitul este rapid, capacitatea de filtrare provine din efectul de adsorbție pe suprafața particulelor de carbon activate. În timpul procesului de filtrare, cu cât suprafața particulelor este mai mare furnizată de carbonul activat, cu atât aderența este mai puternică la solidele suspendate în apă.
2. Principiul adsorbției
Conform diferitelor forțe dintre moleculele de carbon activate și moleculele poluante în timpul procesului de adsorbție, adsorbția poate fi împărțită în două categorii: adsorbția fizică și adsorbția chimică (cunoscută și sub denumirea de adsorbție activă). În timpul procesului de adsorbție, când forța de interacțiune între moleculele de carbon activate și moleculele poluante este forța van der Waals (sau atracție electrostatică), se numește adsorbție fizică; Când forța de interacțiune între moleculele de carbon activate și moleculele poluante este o legătură chimică, se numește adsorbție chimică. Rezistența la adsorbție a adsorbției fizice este legată în principal de proprietățile fizice ale carbonului activat și nu prea are legătură cu proprietățile chimice ale carbonului activ. Datorită forței slabe ale van der Waals, are un efect redus asupra structurii moleculelor poluante. Această forță este similară cu coeziunea intermoleculară, astfel încât adsorbția fizică poate fi analogată ca fenomen de condensare. Proprietățile chimice ale poluanților rămân neschimbate în timpul adsorbției fizice.
Datorită legăturilor chimice puternice, adsorbția chimică are un impact semnificativ asupra structurii moleculelor poluante. Prin urmare, adsorbția chimică poate fi considerată o reacție chimică, care este rezultatul interacțiunii chimice dintre poluanți și carbon activat. Adsorbția chimică implică, în general, partajarea perechilor de electroni sau transferul de electroni, mai degrabă decât o simplă perturbare sau polarizare slabă și este un proces de reacție chimică ireversibil. Diferența fundamentală dintre adsorbția fizică și adsorbția chimică constă în forța care generează obligațiuni de adsorbție.
Procesul de adsorbție este procesul în care moleculele poluante sunt adsorbite pe o suprafață solidă, iar energia liberă a moleculelor scade. Prin urmare, procesul de adsorbție este un proces exotermic, iar căldura eliberată se numește căldura de adsorbție a poluantului pe această suprafață solidă. Datorită diferitelor forțe de adsorbție fizică și adsorbție chimică, acestea prezintă anumite diferențe de căldură de adsorbție, rata de adsorbție, energie de activare a adsorbției, temperatura de adsorbție, selectivitate, straturi de adsorbție și spectre de adsorbție.
Tehnologia de adsorbție de carbon activată a fost utilizată pentru rafinarea și decolorarea în industrii precum produse farmaceutice, substanțe chimice și produse alimentare din China de mai mulți ani. A început să fie folosit pentru tratarea apelor uzate industriale în anii '70. Practica de producție a arătat că carbonul activat are proprietăți excelente de adsorbție pentru urmărirea poluanților organici în apă și are efecte bune de adsorbție asupra apelor uzate industriale, cum ar fi imprimarea și vopsirea textilelor, industria chimică de colorant, procesarea alimentelor și industria chimică organică. În general, compușii organici reprezentați de indicatori cuprinzători, cum ar fi BOD și COD în apele uzate, cum ar fi coloranții sintetici, tensioactivii, fenolii, benzenele, organoclorurul, pesticidele și produsele petrochimice au capacități de îndepărtare unice. Prin urmare, adsorbția de carbon activată a devenit treptat una dintre principalele metode pentru tratamentul secundar sau terțiar al apelor uzate industriale.
Adsorbția este un proces lent în care o substanță aderă la suprafața unei alte substanțe. Adsorbția este un fenomen interfațial care este legat de modificările tensiunii de suprafață și a energiei de suprafață. Există două forțe motrice care provoacă adsorbția, una este forța respingătoare a apei cu solvent asupra substanțelor hidrofobe, iar celălalt este atracția de afinitate a solidelor pe solute. Adsorbția în tratamentul apelor uzate este în mare parte rezultatul acțiunii combinate a acestor două forțe. Suprafața specifică și structura porilor de carbon activat afectează în mod direct capacitatea de adsorbție a acestuia. Când selectați carbon activat, acesta trebuie determinat prin experimente bazate pe calitatea apei a apelor uzate. Este recomandabil să alegeți cărbune cu pori de tranziție bine dezvoltați pentru imprimare și vopsire a apelor uzate. În plus, conținutul de cenușă are și un impact, cu cât conținutul de cenușă este mai mic, cu atât performanța de adsorbție este mai bună; Cu cât dimensiunea moleculelor de adsorbat este mai aproape de diametrul porilor de carbon, cu atât este mai ușor să fie adsorbit; Concentrația de adsorbat are, de asemenea, un impact asupra capacității de adsorbție a carbonului activ. Într -un anumit interval de concentrație, capacitatea de adsorbție crește odată cu creșterea concentrației de adsorbat. În plus, temperatura apei și valoarea pH -ului sunt, de asemenea, legate. Capacitatea de adsorbție scade odată cu creșterea temperaturii apei.
