Материал подготовлен не по рекламным проспектам и интернетовским статьям, а по справочной и академической литературе, технической документации.
АКТИВНЫЙ УГОЛЬ (активированный уголь), материал с развитой пористой структурой. На 87-97% (по массе) состоит из углерода, содержит также водород, кислород и вещества, введенные в активный уголь при его получении. Зольность активного угля может составлять 1 -15% (иногда его обеззоливают до 0,1-0,2%).
Факультативно
Аптечный уголь не годится для применения в аквариуме - кроме самого угля там содержатся связующие вещества.Активированный уголь (активный уголь, «карболен») — пористое вещество, которое получают из различных углеродсодержащих материалов органического происхождения: древесный уголь (марки активированного угля БАУ-А, ОУ-А, ДАК[1] и др.), каменноугольный кокс (марки активированного угля АГ-3, АГ-5, АР и др.), нефтяной кокс, кокосовый уголь и др. Содержит огромное количество пор и поэтому обладает очень большой удельной поверхностью на единицу массы, вследствие чего обладает высокой адсорбцией. 1 грамм активированного угля в зависимости от технологии изготовления имеет удельную поверхность от 500 до 1500 м².[2] Применяют для очистки, разделения и извлечения различных веществ.
Как работает уголь
Есть два основных механизма, которыми активизированный углерод удаляет загрязнители из воды: адсорбция и каталитическое сокращение (процесс, заставляющий притягиваться отрицательно заряженные ионы загрязнителя к положительно заряженному активированному углероду). Органические соединения удаляются адсорбцией, а остаточные дезинфицирующие средства, такие как хлор, и хлорамины удаляются каталитическим сокращением.
Производство
Хороший активированный уголь получается из ореховой скорлупы (кокосовой, из косточек некоторых плодовых культур.) Прежде активированный уголь делали из костей крупного рогатого скота (костный уголь). Сущность процесса активации состоит во вскрытии пор, находящихся в углеродном материале в закрытом состоянии. Это делается либо термохимически (предварительно материал пропитывают раствором хлорида цинка, карбоната калия или некоторыми другими соединениями и нагревают без доступа воздуха), либо путём обработки перегретым паром или углекислым газом или их смесью при температуре 800—850 градусов. В последнем случае технически сложно получить парогазовый агент, имеющий такую температуру. Широко распространён приём подачи в аппарат для активации одновременно с насыщенным паром ограниченного количества воздуха. Часть угля сгорает и в реакционном пространстве достигается необходимая температура. Выход активного угля в этом варианте процесса заметно снижается. Значение удельной поверхности пор у лучших марок активных углей может достигать 1800-2200 м2; на 1 г угля.[2] Различают макро-, мезо- и микро- поры. В зависимости от размеров молекул, которые нужно удержать на поверхности угля, должен изготавливаться уголь с разными соотношениями размеров пор.
Применение
Классический пример использования активированного угля связан с использованием его в противогазе. Разработанный Н. Д. Зелинским противогаз спас множество жизней солдат в первой мировой войне. К 1916 году он был принят на вооружение почти всех европейских армий. Активированный уголь применяется в медицине, химической, как носитель катализаторов, а во многих реакциях сам действует в качестве катализатора, фармацевтической и пищевой промышленности. Фильтры, содержащие активированный уголь, используются во многих современных моделях устройств для очистки питьевой воды. Первоначально для очистки сахарного сиропа от красящих веществ при сахароварении использовался костный активированный уголь. Однако, таким образом, этот сахар нельзя было употреблять в пост, как имеющий животное происхождение. Сахарозаводчики начали выпускать «постный сахар», который либо не очищался и имел вид цветных помадок, либо чистился через древесный уголь.
Характеристики активированного угля
Размер пор
Определяющее влияние на структуру пор активированных углей оказывают исходные материалы для их получения. Активированные угли на основе скорлупы кокосов характеризуются большей долей микропор (до 2 нм), на основе каменного угля - большей долей мезопор (2-50 нм). Большая доля макропор характерна для активированных углей на основе древесины (более 50 нм). Микропоры особенно хорошо подходят для адсорбции молекул небольшого размера, а мезопоры - для адсорбции более крупных органических молекул.
Йодный индекс
Большая часть углерода предпочтительно адсорбируют маленькие молекулы. Йодный индекс - самый фундаментальный параметр, используемый, чтобы характеризовать активированную углеродистую работу. Йодный индекс - мера уровня активности (более высокое число указывает на более высокую степень активации), часто измеряется в мг/г (типичный диапазон 500-1200 мг/г). Йодный индекс - это также мера содержания микропоры активированного угля (от 0 до 20 Å (ангстрем), или до 2 нм), что эквивалентно площади поверхности углерода между 900 м²/g и 1100 м²/g. Это стандартная мера при использовании активированного угля для очистки веществ в жидкой фазе.
С помощью активированного угля можно извлечь из воды растворенные газы, убрать запах и цветность воды, удалить некоторые высокомолекулярные органические соединения - фенолы, белки, гуматы, остатки лекарственных средств и продуктов их распада..
Бытует довольно распространенное и ошибочное мнение, что уголь можно использовать несколько раз после промывки или выдерживания в соли.
Так вот - это неправда. Регенерировать (восстановить его свойства) можно. Но не в домашних условиях. Для того, чтобы уголь отдал то, что набрал, его нужно прокалить в вакуумной печи при температуре 450-500 град в течение 2-3 часов. Только тогда его можно будет использовать повторно.
Поскольку не у каждого аквариумиста дома имеется вакуумная печь, то отработанный уголь приходится выбрасывать. Он, конечно, может лежать в фильтре сколь угодно долго, но будет работать только как не самый лучший механический наполнитель. Также ошибочно и то мнение, что уголь со временем отдает то, что набрал. Это тоже не так. Почему - я описала выше.
Наиболее качественными сорбентами являются кокосовый и березовый (БАУ-А) угли с размером фракции 2-5 мм. Соответственно и стоимость их выше дешевых китайских, продающихся в аквариумных магазинах. Ни порошковый, ни гранулированный, ни брикетированный уголь не подходит для наших целей.
Также не годится уголь, импрегнированный разными добавками - они могут выделять в воду ненужные нам элементы и соединения
Некоторые марки угля выделяют в воду фосфаты, а это не всегда необходимо, и может вызвать дисбаланс соотношения Редфилда между азотом и фосфором.ИМПРЕГНИРОВАНИЕ — ИМПРЕГНАЦИЯ, ИМПРЕГНИРОВАНИЕ [< лат. impregnare оплодотворить, насытить] насыщение материалов разными химическими веществами с целью консервации, придания водоотталкивающих свойств, а также защиты от огня, бактерий гниения и т.п.
Уголь закладывается в фильтр в проницаемом сетчатом мешке (можно для этой цели использовать старые капроновые колготки) из расчета 1-2 г на 1 л фильтруемой воды. Перед закладкой в фильтр уголь обдать кипятком для его активирования и удаления лишней угольной пыли. Время замены в каждом аквариуме индивидуально. Зависит это и от степени загрязненности воды (количества, размеров и видов населения), от скорости поступления загрязняющих веществ (вида и дозы корма), от режима обслуживания, от качества подменной воды, и от соотношения массы угля к фильтруемому объему. Обычно это 2-4 недели (при рекомендуемой закладке). Срок службы увеличивается при увеличении массы угля.
*Одна известная киевская фирма довольно успешно использует такой метод фильтрации: в перенаселенных цихлидниках, в аквариумах с крупной рыбой, внешний фильтр полностью наполняется только углем и на финише материалом тонкой очистки (чтобы угольная пыль не попадала в аквариум). Раз в 3 месяца старый уголь выбрасывается, новый засыпается. Системы довольно устойчивы, жители здоровы, вода чистая, обрастаний нет. Для тех, кто занимается обслуживанием, это очень выгодный вариант (ведь время, потраченное на обслуживание очень грязного аквариума гораздо дороже, чем стоимость угля, помогающего аквариумисту это время намного сократить)
**Есть и другие времясберегающие способы работы с системой - использование коагулянтов, бактериальных культур - это для справки.