Aktiveeritud süsinik, tuntud ka kui aktiveeritud süsi või aktiveeritud söe. See on must pulbriline või graanul süsinik. Aktiveeritud süsinik on poorne süsinik, mille pakkimistihedus ja suur spetsiifiline pindala on mikrokristallilise süsiniku ebakorrapärase paigutuse ja pooride olemasolu tõttu ristühenduste vahel, mis võib aktiveerimise ajal põhjustada süsiniku struktuuri defekte. See on ka filtrite valmistamise peamine materjal.
Aktiveeritud süsiniku tootmine
Aktiveeritud süsiniku peamine tooraine võib olla peaaegu kõigil orgaanilistel materjalidel süsiniku sisaldus, näiteks kivisüsi, puit, puuviljakestad, kookospähkli kestad, kreeka pähkli kestad, aprikoosi kestad, jujube -kestad jne. Need süsiniku sisaldavad materjalid muundatakse aktiveeritud süsinikuks pürolüüsiks kõrgel temperatuuril ja teatud survega aktiveerimise korral. Selle aktiveerimisprotsessi ajal moodustuvad järk-järgult tohutu pindala ja keeruline pooride struktuur ning nn adsorptsiooniprotsess toimub nendes poorides ja pinnal. Aktiveeritud süsiniku pooride suurusel on adsorbaadile selektiivne adsorptsiooniefekt, kuna suured molekulid ei saa siseneda aktiveeritud süsiniku pooridesse, mis on selle pooridest väiksemad. Aktiveeritud süsinik on hüdrofoobne adsorbent, mis on toodetud kõrge temperatuuriga karboniseerimisel ja ainete aktiveerimisel, mis sisaldab peamiselt süsinikut toorainena. Aktiveeritud süsinik sisaldab suurt hulka mikropoore ja sellel on uskumatult suur pindala, mis võib värvuse ja lõhna tõhusalt eemaldada. See võib ka sekundaarsest heitveest eemaldada enamiku orgaaniliste saasteainete ja teatud anorgaaniliste ainete, sealhulgas mürgiste raskmetallide.
Aktiveeritud süsiniku põhimõte
1. filtreerimispõhimõte
Aktiveeritud süsinikufilter on vees peatatud saasteainete pealtkuulamise protsess ja pealtkuulatud suspendeeritud tahked ained täidavad aktiveeritud süsinikute vahelisi lünki. Pooride suurus ja poorsus suurenevad aktiveeritud süsinikumaterjali osakeste suurusega. Mida jämedam on aktiveeritud süsiniku osakeste suurus, seda suurem on ruum, mis mahutab riputatud tahkeid aineid. See toimib täiustatud filtreerimisvõimena, suurenenud saasteainete hoidmisvõimsusega ja suurema pealtkuulamisvõimsusena. Samal ajal, mida suuremad on aktiveeritud süsinikufiltri kihis olevad poorid, saab vees sügavamaid suspendeeritud tahkeid aineid veeta aktiveeritud süsinikufiltri kihi järgmisele kihile. Piisava kaitsva paksusega saab pealtkuulata rohkem riputatud tahkeid aineid, võimaldades filterikihi kesk- ja alumistel kihtidel paremini pealtkuulamise rolli mängida ja suurendada seadme pealtkuulamisvõimet.
Üldiselt tuleb aktiveeritud süsiniku võime suspendeeritud tahkeid aineid kinni pidada aktiveeritud süsiniku pakutavast pindalast. Kui voolukiirus on madal, pärineb seadme filtreerimisvõime peamiselt aktiveeritud süsiniku sõelumise mõjust, kui voolukiirus on kiire, tuleneb filtreerimisvõime adsorptsiooniefektist aktiveeritud süsinikuosakeste pinnale. Filtreerimisprotsessi ajal, mida suurem on aktiveeritud süsiniku pakutav osakeste pindala, seda tugevam on adhesioon vees suspendeeritud tahkete ainetega.
2. adsorptsiooni põhimõte
Aktsorptsiooniprotsessi ajal aktiveeritud süsinikumolekulide ja saasteainete molekulide erinevate jõudude kohaselt võib adsorptsiooni jagada kahte kategooriasse: füüsikalise adsorptsioon ja keemiline adsorptsioon (tuntud ka kui aktiivne adsorptsioon). Adsorptsiooniprotsessi ajal, kui aktiveeritud süsinikumolekulide ja saasteainete molekulide vaheline interaktsiooni jõud on van der Waalsi jõud (või elektrostaatiline atraktsioon), nimetatakse seda füüsiliseks adsorptsiooniks; Kui aktiveeritud süsinikumolekulide ja saasteainete molekulide koostoimejõud on keemiline side, nimetatakse seda keemiliseks adsorptsiooniks. Füüsikalise adsorptsiooni adsorptsiooni tugevus on peamiselt seotud aktiveeritud süsiniku füüsikaliste omadustega ja sellel on vähe pistmist aktiveeritud süsiniku keemiliste omadustega. Nõrga van der Waalsi jõu tõttu on sellel vähe mõju saasteainete molekulide struktuurile. See jõud sarnaneb molekulidevahelise ühtekuuluvusega, seega võib füüsikalist adsorptsiooni analoogistada kondenseerumisnähtusena. Saasteainete keemilised omadused jäävad füüsilise adsorptsiooni ajal muutumatuks.
Tugevate keemiliste sidemete tõttu mõjutab keemiline adsorptsioon märkimisväärselt saasteainete molekulide struktuuri. Seetõttu võib keemilist adsorptsiooni pidada keemiliseks reaktsiooniks, mis on saasteainete ja aktiveeritud süsiniku vahelise keemilise interaktsiooni tulemus. Keemiline adsorptsioon hõlmab tavaliselt elektronide paaride jagamist või elektronide ülekandmist, mitte lihtsat häirimist või nõrka polarisatsiooni ning on pöördumatu keemilise reaktsiooni protsess. Füüsikalise adsorptsiooni ja keemilise adsorptsiooni põhimõtteline erinevus seisneb adsorptsioonisideme genereerimisel.
Adsorptsiooniprotsess on protsess, mille käigus adsorbeeritakse saasteainete molekulid tahkele pinnale ja molekulide vaba energia väheneb. Seetõttu on adsorptsiooniprotsess eksotermiline protsess ja vabanevat soojust nimetatakse saasteaine adsorptsiooni soojuseks sellel tahkel pinnal. Füüsikalise adsorptsiooni ja keemilise adsorptsiooni erinevate jõudude tõttu on neil adsorptsiooni soojuse, adsorptsiooni kiiruse, adsorptsiooni aktiveerimise energia, adsorptsioonitemperatuuri, selektiivsuse, adsorptsiooni kihtide ja adsorptsioonispektrite teatud erinevused.
Aktiveeritud süsiniku adsorptsioonitehnoloogiat on aastaid kasutatud sellistes tööstusharudes nagu farmaatsiatooted, kemikaalid ja toit. Seda hakati kasutama tööstusliku reovee puhastamiseks 1970ndatel. Tootmispraktika on näidanud, et aktiveeritud süsinikul on suurepärased adsorptsiooniomadused vees olevate orgaaniliste saasteainete jaoks ning sellel on hea adsorptsioonimõju tööstuslikele reovesidele nagu tekstiilitrükk ja värvimine, värvainete keemiatööstus, toiduainete töötlemine ja orgaaniline keemiatööstus. Üldiselt on orgaanilistel ühenditel, mida esindavad sellised põhjalikud näitajad nagu BOD ja COD, näiteks sünteetilised värvained, pindaktiivsed ained, fenoolid, benseenid, orgaanilised kloorid, pestitsiidid ja naftakeemilised tooted, ainulaadsed eemaldamisvõimalused. Seetõttu on aktiveeritud süsiniku adsorptsioon muutunud järk -järgult üheks peamiseks meetodiks tööstusliku reovee sekundaarseks või tertsiaarseks töötlemiseks.
Adsorptsioon on aeglane protsess, mille käigus aine kleepub teise aine pinnale. Adsorptsioon on pindadevaheline nähtus, mis on seotud pindpinevuse ja pinnaenergia muutustega. Adsorptsiooni põhjustavad kaks liikumapanevat jõudu, üks on hüdrofoobsetel ainetel lahusti vee tõrjuv jõud ja teine on tahke aine afiinsuse külgetõmme lahustunud ainetes. Adsorptsioon reoveepuhastuses on enamasti nende kahe jõu kombineeritud toime tulemus. Aktiveeritud süsiniku spetsiifiline pindala ja pooride struktuur mõjutavad otseselt selle adsorptsioonivõimet. Aktiveeritud süsiniku valimisel tuleks see kindlaks määrata katsete abil, mis põhinevad reovee veekvaliteedil. Soovitav on valida söe hästi arenenud üleminekupooridega reovee printimiseks ja värvimiseks. Lisaks on tuhasisaldusel ka mõju, mida väiksem on tuhasisaldus, seda parem on adsorptsiooni jõudlus; Mida lähemal on adsorbatiivsete molekulide suurus süsiniku pooride läbimõõt, seda lihtsam on seda adsorbeeruda; Adsorbaadi kontsentratsioon mõjutab ka aktiveeritud süsiniku adsorptsioonivõime. Teatud kontsentratsioonivahemikus suureneb adsorptsioonivõime adsorbaadi kontsentratsiooni suurenemisega. Lisaks on seotud ka vee temperatuur ja pH väärtus. Adsorptsioonivõime väheneb vee temperatuuri tõusuga.
