5.3 Основы производства углеродных адсорбентов

5.3.1. Сырье для производства активных углей

Активные угли получают карбонизацией и последующей активацией органических веществ биологического, главным образом растительного происхождения.

В качестве сырья для производства активных углей используют:

- древесину различных пород, а также отходы деревообработки;

- торф и торфяной полукокс с небольшим содержанием золы;

- ископаемые угли разной стадии метаморфизма (бурые, каменные, антрациты);

- полукоксы и коксы на их основе;

- солому, тростник, рисовую, хлопковую и подсолнечную шелуху, кукурузные кочерыжки, скорлупу орехов и косточки плодов;

- кожу, шерсть, мясо, кровь, кости животных и рыб;

- полимерные смолы и другие материалы, содержащие углерод.

В качестве связующего материала при производстве активного угля используется деготь и различные смолы.

В общем можно отметить, что в результате термической обработки без доступа воздуха (пиролиза) любых органических веществ образуются продукты с высокой пористостью (до 85 %), но с малой удельной поверхностью (порядка нескольких м²/г) и низкой сорбционной ёмкостью, которые поэтому являются практически неактивными. Это обусловлено тем, что газо- и парообразные продукты пиролиза, выделяющиеся в виде летучих веществ, разлагаясь и сорбируясь на поверхности образующихся пор, блокируют микропоры, снижая сорбционную активность углей. Для увеличения удельной поверхности и адсорбционной способности углей пиролиз исходного сырья осуществляют, вводя активирующие добавки для ограничения образования смол и отложения продуктов их деструкции на поверхности пор или проводят последующую активацию сорбента.

5.3.2. Причины формирования микропористой структуры активных углей

Первое серьёзное обобщение сведений о влиянии технологических параметров на формирование структуры и свойств углеграфитовых материалов было выполнено русским ученым А.С.Фиалковым. Он отмечал, что образование пор в углеграфитовых материалах обусловлено рядом причин, важнейшими из которых являются:

- формирование сорбентов из порошков;

- появление каналов в коксе связующего и в материале порошков при удалении из них летучих соединений (в том числе примесей в коксе и в связующем);

- присутствие пор в частицах самого кокса;

- различия в линейных температурных изменениях материалов в зависимости от кристаллографических направлений;

- структурные изменения компонентов при их термической обработке.

Относительно формирования пористой структуры и свойств углеродных сорбентов необходимо отметить следующее.

Способность активных углей поглощать пары и газы обусловлена развитой поверхностью с большим числом активных центров и значительным объёмом микропор. Поэтому в основу технологии их изготовления заложены принципы формирования пористой структуры и поверхности, обеспечивающие получение продуктов с указанными свойствами. Активирование проводят для удаления с поверхности пор угля-сырца отложившихся продуктов пиролиза (смолы, тяжёлые углеводороды) и для увеличения и разрыхления его поверхности, что значительно повышает его микропористость и сорбционную активность.