Активированный уголь. Назначение, марки, замена

Селитра
С

Украина
250 / 481 раз

В этой теме хочу дать наиболее полную информацию по правильному применению, функциональным свойствам, замене активированного угля.
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
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.
Аптечный уголь не годится для применения в аквариуме - кроме самого угля там содержатся связующие вещества.
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
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.
Некоторые марки угля выделяют в воду фосфаты, а это не всегда необходимо, и может вызвать дисбаланс соотношения Редфилда между азотом и фосфором.
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.

Alex Sokolow
A

Москва Судостроительная
1758 / 550 раз

Я бы сказал, что лучше массу используемого угля располовинить и со временем менять не целиком, а половинами.Тем самым можно избежать резкого скачка параметров.

Селитра
С

Украина
250 / 481 раз

Уголь ни на какие параметры воды не влияет, кроме содержания в ней органических примесей.

Alex Sokolow
A

Москва Судостроительная
1758 / 550 раз

Ну да?
Он не только адсорбирует, но и умеет замещать.

P.S. Хлор не является "органической примесью" :)

Селитра
С

Украина
250 / 481 раз

1.Активированный уголь обладает сорбционными свойствами, а не ионообменными. Потому замещать по определению ничего не может.
2. Если воду хлорируют газообразным хлором, то в данном случае хлор - газ. И адсорбируется углем как газ. Если воду хлорируют хлорамином, то хлор адсорбируется в составе соединения.
3. Ни на один из измеряемых нами параметров воды уголь не влияет. А если влияет, попрошу ссылки на достоверные источники.

Alex Sokolow
A

Москва Судостроительная
1758 / 550 раз

"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."

Давайте уж начнём с Ваших источников.
Хлор, всё-таки, удаляется с помощью каталитического сокращения, а не как не адсорбцией.

А газов в воде более чем предостаточно, так же как и растворов солей и т.д. И уголь, к сожалению, так же как и многие другие адсорбенты и катализаторы не обладает умением избирательно подходить к процессу замещения и поглощения. Согласен, что процесс "изъятия" разных веществ идёт с разной скоростью, но он идёт для всех веществ, которые способен "изъять" активированный уголь.

"3. Ни на один из измеряемых нами параметров воды уголь не влияет. А если влияет, попрошу ссылки на достоверные источники."
С этого момента поподробнее, пожалуйста. Так как что Вами измеряется мне не известно.

Селитра
С

Украина
250 / 481 раз

Alex Sokolow Так как что Вами измеряется мне не известно.
Мной измеряется то же, что и остальными аквариумистами - жесткость, щелочность, рН и пр.
Alex Sokolow С этого момента поподробнее, пожалуйста.
А вот теперь с этого момента прошу подробнее: какие параметры меняет уголь?
Alex Sokolow Хлор, всё-таки, удаляется с помощью каталитического сокращения, а не как не адсорбцией.
В этом сообщении я не рассматривала механизмы извлечения примесей из воды - это тема не для форума. Да и никому это не надо. Речь идет об очистке воды от загрязнений. И не надо уводить беседу в сторону.
Alex Sokolow Согласен, что процесс "изъятия" разных веществ идёт с разной скоростью, но он идёт для всех веществ, которые способен "изъять" активированный уголь.
А где я писала о том, что уголь поглощает газы избирательно?

Ю.В.
Ю

Kyiv, Ukraine
24842 / 11357 раз

Селитра Наиболее качественными сорбентами являются кокосовый и березовый (БАУ-А) угли с размером фракции 2-5 мм
Это, конечно, замечательно. Но, Ир, если с фракцией я еще разберусь :hi_hi_hi: , то как определить из чего он сделан? Есть какие-то внешние признаки?

Селитра
С

Украина
250 / 481 раз

А внешние признаки обозначены на маркировке. Уголь продается в конторах, торгующих химреактивами в упаковках по 1, 25, 50 кг. На базаре брать не рекомендую- слишком велик риск. Да и на зуб его не определишь.

Ю.В.
Ю

Kyiv, Ukraine
24842 / 11357 раз

Селитра 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)
Уже года полтора содержу один из аквариумов- плотно заселенный цихлидник- на этом принципе. Долго рассказывать, почему пришлось (именно пришлось!) вместо того, чтобы на 300л банку поставить приличный внешний фильтр, оставить там полудохлый эхейм 2213 классик и набить его углем. Туда становится около 400 грамм угля.
Подмены с сифонкой делаются один раз в 10 дней, примерно 25%, уголь заменяется один раз в 3 месяца на 80%. 20% оставляется в качестве рассадника нитрифицирующих бактерий в фильтре. Кормежка достаточно умеренная, сушняк SERA или JBL. При таких условиях, в сочетании с обработкой воды коагулянтом 1 раз в месяц, имеем по азотистым- NH3, NO2- 0, NO3- 20-30.
Поскольку, как известно, уголь ничего из азотистых не выводит, то такие низкие азотистые, как я предполагаю, благодаря тому, что уголь поддерживает в воде низкое количество органических соединений, из которых, как известно, азотистые и получаются. Мало сырья- мало работы бактериям (справляется внешний фильтр с небольшим объемом), низкий выход "продукции"- известных всем аквариумистам азотистых соединений. Ну, и как следствие- чистая вода, и почти полное отсутствие обрастаний- стекла чищу через раз, мою декор раз в полтора-два месяца.
Цена вопроса. Мешок 10 кг угля БАУ, купленный в "химреактивах" стоит 250 грн- 25 грн/кг. Заправка в 400 грамм, соответственно, около 9 грн (36 р). И это на три месяца. Меньше пачки сигарет.
ПС Почему раньше не писал? Статистику нарабатывал.
Ира, спасибо за вовремя подкинутую идею! :ro_za:


  • Похожие темы