Aktivní uhlí řady SORBENTS

Parametry

Velikost částic (mesh) - převodní tabulka mezi hodnotou mesh a velikostí v mm je uvedena v dokumentu ke stažení na stránce Aktivní uhlí.

Koeficient stejnoměrnosti - je indikátorem distribuce velikosti částic aktivního uhlí. Čím je hodnota menší, tím je rozdíl velikosti největších a nejmenších částic menší. Tento parametr má význam pro konverzi pískových filtrů, tj. náhradu filtračních písků aktivním uhlí.

​Hustota - používá se sypná naplněná hmotnost (filling density) - tj. volně nasypané aktivní uhlí do nádoby, setřesená sypná hmotnost (apparent density) - tj. hmotnost aktivního uhlí v nádobě po vibračním setřesením, bed density (v případě pitné vody se nazývá "backwashed & drained density"), která se používá pro přepočet objemu a hmotnosti aktivního uhlí. Další typy hustot jsou "practicle density", "bulk density", "real density". Rozdíl mezi běžně udávanou sypnou hmotností a hustotou "bed density" je cca. 15% pro aktivní uhlí vyrobená z černého uhlí.

​Celkový povrch - udává se v m2/g. Větší část celkového povrchu se nachází v mikropórech, které jsou odpovědné za adsorpci. Tento parametr má význam hlavně v plynné fázi, pro úpravu vod má omezenou vypovídající hodnotu, protože nepopisuje obsah mikropórů a transportních pórů v aktivním uhlí. Transportní póry jsou odpovědné za přísun molekul polutantů k mikropórům, kde se odehrává adsorpce.

​Jódové číslo - udává sorpční vlastnosti aktivního uhlí. Tento parametr indikuje celkovou porozitu, ale zcela nevypovídá o sorpčních vlastnostech aktivního uhlí ve vodárenství.

​Dechlorační půlhodnota - vyjadřuje účinnost a životnost aktivního uhlí při odstraňování silných oxidačních látek typu ozón, chlórdioxid nebo chlór. Princip odstraňování oxidačních látek (kombinace katalýzy rozkladu oxidačního činidla a reakce na povrchu aktivního uhlí) je odlišný od odstraňování (adsorpce) organických polutantů (např. snižování CHSK). Čím nižší je dechlorační půlhodnota, tím je aktivní uhlí účinnější a má delší životnost pro odstraňování oxidačních látek. Dechlorační půlhodnota je výška sloupce aktivního uhlí v cm, na kterém se sníží koncentrace chlórů ve vodě na 50%.

​Otěr - je indikátorem mechanické pevnosti granulovaného aktivního uhlí v kapalné fázi s ohledem na zmenšení průměru. K otěru dochází při plnění do filtrů, praní a reaktivaci.

​Tvrdost - udává, kolik aktivního uhlí zůstane na příslušném sítě po analýze velikosti částic. Tento parametr je vhodný pro aplikace v plynné fázi, nikoliv v kapalné, protože vyjadřuje mechanickou pevnost jednoho rozměru granule aktivního uhlí a ne zmenšení průměru. Parametry "otěr" a "tvrdost" nelze zaměňovat, protože v číselných hodnotách je velký rozdíl.

​Obsah popela - tento parametr má význam pro speciální aplikace, např. čištění parních kondenzátů, kde je důležitá vodivost. V těchto případech se obsah popela snižuje promytím aktivního uhlí kyselinou nebo louhem.

​Obsah vody (vlhkost)  - tento parametr má obchodní význam, protože udává kolik zákazník platí za vodu a kolik za uhlí.

Charakteristika

Aktivní uhlí se řadí mezi uhlíkové filtrační a sorpční materiály.

Jde o produkt vyráběný z uhlí, dřeva, skořápek a ořechů, rašeliny nebo jader ovoce. Má pórovitou strukturu a velký vnitřní povrch (400-1500 m2/g). Může adsorbovat široké spektrum látek z vody i vzduchu. Jedná se o vysoce porézní uhlík s mimořádně velkým vnitřním povrchem. Asi při třistanásobném zvětšení pod mikroskopem lze rozeznat při aktivním uhlí skořápek celulární strukturu původního organického materiálu. Molekulární struktura aktivního uhlí se podobá struktuře grafitových destiček širokých několik atomů. Tvoří stěnu molekulárních otvorů tj. pórů aktivního uhlí. Hexagonální kruh uhlíkových atomů je často přerušen a tyto nepravidelnosti poskytují možnosti pro reakce na místech, kde je uhlíkový kruh přerušen.

Póry rozdělujeme podle jejich průměru:
mikropóry s poloměrem menším než 1 nm (někdy udáváno 2 nm),
mezopóry s poloměrem 1–25 nm (někdy udáváno 50 nm) a
makropóry s poloměrem větším než 25 nm (někdy udáváno 50 nm).

Makropóry a mezopóry nazýváme transportními póry. Četnost výskytu mikropórů a transportních pórů určuje vlastnosti aktivního uhlí a jeho vhodnost či nevhodnost pro úpravu pitných vod. Pro správný poměr mikropórů a transportních pórů je rozhodující materiál, ze kterého se aktivní uhlí vyrábí. Aktivní uhlí vyrobená z černého uhlí mají většinou vhodný poměr mikropórů a transportních pórů, a jsou mnohem vhodnější pro aplikace ve vodárenství. A např. aktivní uhlí vyráběná  z kokosových skořápek mají větší část pórů jako mikropóry, při vyšším jodovém čísle a celkovém povrchu mají nižší sorpční schopnost, což se obvykle projevuje nižší účinností a životností. Aktivní uhlí se nejčastěji vyrábí a používá ve formě válečků (též pelety, peletky nebo extrudované aktivní uhlí) pro vzduchovou filtraci, kuliček, zlomků (granule) o různých velikostech pro vodní filtraci a prachu, který má široké užití např. v galvanizovnách pro čištění galvanických lázní.

Aktivní uhlí - výroba

Uhlí, skořápky kokosových ořechů a dřevo jsou nejdůležitějšími, ne však jedinými surovinami používanými při výrobě aktivního uhlí. Pečlivě vybrané suroviny se zpracovávají při teplotách 200–300°C, aby se odstranily přirozeně těkavé složky a zbývající vlhkost. To je počáteční krok karbonizace. Následně proběhne aktivace při teplotách 900–1000°C za přísně kontrolovaného přídavku vodní páry jako oxidačního média. Takto vyrobený produkt – aktivní uhlí je výkonný adsorbent s množstvím rozdílně velkých pórů až do molekulárních rozměrů. Pod rastrovacím mikroskopem je vývoj systému pórů zřetelně viditelný a je srovnatelný s porézní houbou. Velký počet nejmenších pórů v relativně malém objemu vytváří adsorbenty se značně aktivní vnitřní plochou povrchu v rozmezí 800–1600 m2.g-1 (BET N2). To znamená, že kávová lžička aktivního uhlí představuje povrch s plochou rovnající se fotbalovému hřišti. Je to enormní vnitřní povrch, který dává aktivnímu uhlí jeho jedinečnou schopnost adsorbovat široký rozsah složek z kapalné a plynné fáze. Složka, která má být odstraněna se uvede do styku s aktivním uhlím a difunduje potom do vnitřní sféry pórů. Tam jsou molekuly vázány slabými „Van der Waals“ silami. Tento postup, při kterém se molekuly ukládají z kapalné nebo plynné fáze na pevné stěně, se nazývá adsorpce. Místo vodní páry lze pro aktivaci použít například H3PO4, ZnCl2 a pod.
Vyrobené aktivní uhlí lze dále impregnovat stříbrem, nebo proplachovat kyselinou.

Aktivní uhlí - použití

Aktivní uhlí má velmi široký záběr použití. V běžném životě se pravděpodobně nejčastěji setkáme s aktivním uhlím v automobilu, kdy se aktivní uhlí používá jako náplň filtru pro záchyt úniku těkavých par z benzínu nedaleko palivové nádrže, ke kterému dochází při jeho doplňování a změnách objemu působením teploty např. v létě. Dalším velmi běžným použitím v domácnosti je v digestořích a ve filtrech fritovacích hrnců.

V průmyslu se aktivní uhlí hojně využívá při výrobě pitné vody, záchytu těkavých látek v lakovnách, odbarvování kapalin, výrobě vody pro potravinářský průmysl, výrobě nealkoholického piva, dále pak v armádě, při výrobě ochranných prostředků, při čištění bioplynu, skládkového plynu, ale i zemního plynu, pro záchyt dioxinů se aktivní uhlí „vstřikuje“ spolu s dalšími látkami upravující pH do kouřových plynů ve spalovnách odpadů.

​

Aktivní uhlí - adsorpce

Adsorpce je proces obohacování látek na povrchu tuhé látky. Tento proces je způsoben především fyzikálními, tzv. „Van der Waals“ silami. Vzhledem k obrovskému vnitřnímu povrchu aktivního uhlí se dosahuje výborné adsorpce většinou organických látek z okolního prostředí.