Сорбционные процессы

Активные угли.
Современная технология производства активных углей 
базируется на разработках германского углехимика Острейко, выполненных 
в начале 20 в. Уголь получают из углеродсодержащего сырья растительного
(древесина, торф, ископаемые угли, скорлупа орехов и др.) или 
искусственного (полимерные смолы) происхождения. Синтез включает две
операции. Первая из них носит название 
карбонизации, 
вторая – 
активации.
На первой стадии в ходе термообработки образуется адсорбент пористой 
структуры. На второй из образовавшихся пор удаляют аморфный углерод и
смолы
. 
Для этого адсорбент подвергают термообработке в газовой среде или 
обработке химическими реагентами. Частицы пористого углерода дробят и 
используют в виде порошкообразного угля. Для получения гранулированного 
адсорбента угольный порошок смешивают со связующим веществом – 
каменноугольной смолой, формуют и сушат. Диаметр гранул активных углей 
в зависимости от направления использования лежит в интервале 1-5 мм. 
Активный уголь широко применяют в пищевой промышленности, при 
очистке питьевой воды, в газоочистке, в медицине и фармацевтике, в 
технологических процессах. В последние годы его стали использовать для 
рекультивации пахотных земель. Те направления применения активных 
углей, которые будут рассмотрены ниже, относятся к водоподготовке- и 
газоочистке. На их долю приходится от 15 до 40 % от общего объема 
производимых активных углей. 
Структуру активных углей называют 
турбостратной
– закрученной. В ее 
основе лежит графитовая структура, в которой плоские слои шестичленных 
углеродных колец сдвинуты и повернуты относительно друг друга. 
Структуру активного угля часто уподобляют «пучку мятых лент» или 
«клочку мятой бумаги». Модели этих структур изображены на рис.1.3. 
Пористая структура активных углей содержит все три разновидности пор: 
микро-, мезо- и макро-. Микропоры трубчатой и щелевидной конфигураций 
сосредоточены в виде зон микропористости размером 10-60 нм. Между 
зонами проходят мезо- и макропоры. Количество пор каждого типа зависит 
от марки угля и в виде удельной характеристики (например, «объем 
микропор», см
3
/г) приведено в специальных справочниках. В них же указаны 
параметры уравнений ТОЗМ: W
o
и B.

---

11 
а 
б 
Рис.1.3. Модели структур активного угля: а – «пучок мятых лент» 
(поперечное сечение), б – «комок мятой бумаги» 
На поверхности активных углей обнаружено большое количество 
функциональных групп: фенольная, карбонильная, карбоксильная, эфирная, 
энольная, лактоновая. В состав шестичленных колец часто входят 
гетероатомы: азот, сера. Эти особенности поверхности активных углей часто 
определяют их ионообменную и каталитическую активность. Но в 
адсорбционных приложениях активный уголь обычно рассматривают как 
аполярный материал, способный только к дисперсионному взаимодействию с 
молекулами адсорбатов. 
Для качественной оценки характера поверхности мы будем использовать 
данные об адсорбции трех молекул: этана, этилена и пропана. Этан и пропан 
- аполярные молекулы. Этилен имеет двойную связь и, следовательно, 
содержит π-электроны, но при адсорбции на активном угле эта особенность 
молекулы этилена не проявляется и вещества адсорбируются в порядке 
возрастания молекулярной массы: этилен < этан < пропан. Этот тест и 
является свидетельством слабой склонности углей к специфическим 
взаимодействиям. 
В последние годы осуществлен промышленный выпуск молекулярно-
ситовых активных углей. Они имеют однородно пористую структуру с
порами условного размера 0,4 и 0,5 нм. Таким образом, очистку и