728 x 90

Karbon aktif

Karbon aktif atau aktif adalah adsorben berpori yang terbuat dari bahan organik yang mengandung karbon. Teknologi produksi karbon aktif adalah proses panjang yang terdiri dari beberapa tahap. Adsorben karbon aktif adalah zat dengan komposisi yang sangat berpori. Itu diproduksi dari berbagai bahan organik di mana ada batubara. Seringkali, karbon aktif dihasilkan dari arang, gambut (kokas gambut), arang kokas, kenari, tempurung kelapa, kernel zaitun, aprikot dan banyak tanaman lainnya.

Klasifikasi

Adsorben aktif dibagi lagi:

  • sesuai dengan jenis bahan dari mana produksi karbon aktif dibuat: kayu, tempurung kelapa, batu bara dan sebagainya;
  • ke tujuan: klarifikasi, gas, pembawa karbon dari katalis dengan kualitas sorben kimia;
  • dengan metode aktivasi: metode uap dan termokimia;
  • dalam bentuk pelepasan: karbon aktif butiran (dihancurkan), bubuk, karbon aktif cetakan, batubara ekstrusi (butiran dalam bentuk silinder) dan kain, yang diresapi dengan batubara.

Karbon aktif diklasifikasikan ke dalam tiga kategori pori: mikropori (0,6 hingga 0,7 nanometer), mesopori (1,5-100-200 nanometer), makropori (> 100-200 nanometer). Jenis pori pertama dan kedua dianggap sebagai komponen utama dari permukaan karbon aktif. Karena alasan ini, mereka memainkan peran penting dalam sifat adsorpsi batubara. Mikropori mengatasi dengan baik dengan adsorpsi molekul organik kecil, dan mesopori - molekul yang lebih besar.

Luas permukaan spesifik karbon aktif tergantung pada ukuran pori. Adsorben, yang memiliki pori-pori yang lebih tipis menyerap dengan baik, bahkan memiliki konsentrasi rendah dan sedikit tekanan uap. Zat aktif dengan pori-pori lebar ditandai dengan kondensasi kapiler.

Dimensi permukaan penyerap spesifik karbon aktif dan pori lebar memungkinkan sangat efektif untuk menggunakan adsorben untuk pemurnian gas dan cairan yang efektif dari berbagai jenis kotoran. Jumlah kotoran yang dimakan batubara dapat bervariasi dari molekul terkecil hingga molekul minyak, produk minyak bumi, lemak, senyawa organik dengan klorin.

Peralatan untuk produksi karbon aktif disajikan dalam berbagai macam. Untuk mendapatkan adsorben digunakan tungku khusus dari berbagai jenis dan desain. Paling sering, pabrik karbon aktif menggunakan poros, rotary kiln vertikal dan horizontal, kompor multi-rak dan reaktor unggun terfluidisasi.

Langkah-langkah proses

Produksi batubara dari bahan asal organik dibagi menjadi beberapa tahap. Jadi, teknologi produksi karbon aktif meliputi kegiatan berurutan berikut:

  1. Karbonisasi. Proses ini adalah penembakan (perlakuan panas) bahan baku dalam kondisi lembam pengap menggunakan suhu tinggi. Setelah karbonisasi ternyata - carbonizat, ini adalah batubara, yang memiliki kualitas adsorpsi yang sangat kecil karena area internal yang kecil dan dimensi yang kecil. Carbonisate tunduk pada penghancuran dan aktivasi, untuk mencapai struktur khusus zat dan peningkatan adsorpsi yang signifikan.
  2. Beberapa kata tentang pre-crushing. Karbon aktif yang diperoleh setelah karbonisasi harus dihancurkan. Dimensi awalnya adalah 30-150 milimeter, dan aktivasi efektif adsorben terhambat karena fraksi yang begitu besar. Oleh karena itu, carbonizate dihancurkan hingga ukuran fraksi 4-10 milimeter.
  3. Lini produksi karbon aktif meliputi proses aktivasi, yang dilakukan dengan menggunakan dua teknik dasar:
  • Aktivasi kimia untuk pembuatan karbon aktif melibatkan perawatan zat dengan garam yang menghasilkan gas pengaktif ketika terpapar suhu tinggi. Aktivator dapat berupa nitrat, sulfat, karbonat, sulfat, fosfat atau asam nitrat. Produksi karbon aktif menggunakan metode ini dilakukan pada suhu 200 - 650 ° C;
  • Aktivasi gas-uap dilakukan secara eksklusif di bawah kendali ketat, pada suhu 800 hingga 1000 ° C. Dalam peran oksidator pada saat aktivasi gas-uap batubara adalah uap air dan karbon dioksida. Interaksi uap dengan karbon dipercepat oleh logam alkali oksida dan karbonat. Mengingat fakta ini, mereka secara berkala ditambahkan dalam dosis kecil ke bahan awal. Senyawa tembaga juga digunakan sebagai katalis. Memperoleh karbon aktif dari carbonizate menggunakan teknik uap-gas memungkinkan untuk memperoleh adsorben yang kuat dengan luas permukaan maksimum 1500 m 2 per gram batubara. Benar, tidak seluruh area dapat digunakan untuk penyerapan, karena molekul besar zat yang diserap tidak akan jatuh ke pori-pori kecil.

Penggunaan karbon aktif

Aplikasi dalam produksi karbon aktif mendapatkan momentum setiap hari. Kapasitas adsorpsi batubara memungkinkan Anda memurnikan air limbah dan gas limbah dengan cepat dan efisien. Selain itu, ini adalah adsorben utama dari gas dan air radioaktif di pembangkit listrik tenaga nuklir.

Karbon aktif juga telah menemukan aplikasi di berbagai bidang seperti:

  • Adsorpsi proses dan air minum;
  • Gunakan dalam industri kimia;
  • Pemulihan (pengembalian sebagian bahan mentah atau energi untuk penggunaan sekunder dalam prosedur teknologi yang sama) dari pelarut;
  • Penggunaan karbon aktif untuk keperluan medis. Pemurnian darah dan tubuh secara keseluruhan dari bakteri, zat beracun;
  • Untuk penambangan emas;
  • Sebagai produk kosmetik untuk mencerahkan kulit wajah;
  • Aditif makanan dengan keracunan;
  • Untuk penurunan berat badan dan diet (tidak direkomendasikan oleh para ahli).

Jika Anda perlu membeli karbon aktif untuk menyaring produksi Rusia, Anda dapat menghubungi toko-toko khusus untuk ini atau melakukan pembelian melalui Internet.

Karbon aktif

Karbon aktif, atau carbo activatus, adalah jenis batubara olahan yang berbintik-bintik dengan pori-pori kecil yang meningkatkan total permukaan yang mampu menyerap atau reaksi kimia. Diaktifkan terkadang diganti dengan kata yang aktif.

Karena mikroporositas yang tinggi, hanya satu gram karbon aktif yang memiliki permukaan aktif melebihi 500 m 2, yang ditetapkan menggunakan isoterm adsorpsi karbon dioksida pada suhu kamar atau 0 o C. Tingkat aktivitas yang cukup untuk penggunaan yang efektif hanya dapat diperoleh dari area yang luas. permukaan, bagaimanapun, perlakuan kimia lebih lanjut juga meningkatkan sifat adsorpsi.

Karbon aktif biasanya dihasilkan dari arang.

Video tentang karbon aktif untuk penurunan berat badan

Penggunaan karbon aktif

Karbon aktif digunakan untuk membersihkan gas, emas, air, decaffeinate, ekstrak logam, di pabrik pengolahan air, obat-obatan, filter udara, masker dan respirator, dll.

Dalam industri, karbon aktif terutama digunakan di bidang pelapisan logam. Ini banyak digunakan dalam industri elektroplating. Misalnya, saat membersihkan solusi untuk pelapisan nikel yang cemerlang dari kotoran organik. Banyak bahan kimia organik ditambahkan ke larutan elektroplating, untuk meningkatkan penyimpanannya, serta untuk meningkatkan sifat-sifat seperti kecerahan, kehalusan, plastisitas, dll. Karena berlalunya reaksi langsung dan elektrolitik dari oksidasi anodik dan reduksi katodik, bahan tambahan organik membuat produk yang tidak diinginkan kehancuran dalam solusi. Pembentukannya yang berlebihan dapat mempengaruhi kualitas lapisan dan sifat fisik logam yang diolah. Penggunaan karbon aktif menghilangkan kotoran ini dan mengembalikan sifat galvanisasi larutan ke tingkat yang diinginkan.

Karbon aktif, dalam perbandingan 50% dengan selite, digunakan sebagai fase diam, dalam pemisahan kromatografi hidrokarbon (mono, di-, trisaccharides), dan dengan larutan etanol (5-50%) sebagai fase gerak dalam protokol analitik / persiapan.

Perlindungan lingkungan

Karbon aktif dapat menghilangkan polusi dari air dan udara, baik di lapangan maupun dalam kondisi industri:

  • menghilangkan efek kebocoran yang tidak disengaja;
  • pemulihan air tanah;
  • penyaringan air minum;
  • pemurnian udara;
  • netralisasi senyawa organik yang mudah menguap dari pengecatan, dry cleaning, operasi transfer bahan bakar, dll.

Pada 2007, Universitas Flanders Barat (di Belgia) memulai penelitian tentang pengolahan air untuk festival. Fasilitas besar karbon aktif dibangun di lokasi Festival Musik Dranouter, pada 2008, untuk menggunakan teknologi ini untuk pemurnian air, di festival ini, selama 20 tahun ke depan.

Juga, karbon aktif sering digunakan untuk mengukur konsentrasi radon di udara.

Karbon aktif digunakan untuk mengobati keracunan dan overdosis dengan konsumsi oral. Dipercaya untuk menetralkan racun dan mencegah penyerapannya oleh saluran pencernaan. Dalam kasus yang diduga keracunan, dokter memberikan karbon aktif di tempat, atau di ruang gawat darurat. Dosis biasanya 1 gram per kilogram berat badan (yaitu, remaja atau orang dewasa diberikan 50-100g), biasanya diambil hanya sekali, tetapi tergantung pada keracunan, dapat diambil lebih dari satu kali. Dalam beberapa situasi, karbon aktif digunakan dalam perawatan intensif, menyaring darah dari zat berbahaya dengan hemosorpsi. Karbon aktif menjadi lebih disukai dalam pengobatan banyak keracunan, dan desinfeksi lainnya. Teknik seperti mengambil emetik atau menghirup isi perut jarang digunakan sekarang.

Meskipun karbon aktif bermanfaat dalam pengobatan keracunan akut, karbon tidak efektif dalam akumulasi racun jangka panjang, misalnya setelah penggunaan herbisida beracun.

  • Adsorpsi racun oleh batu bara, untuk mencegah penyerapannya oleh saluran pencernaan. Adsorpsi ini bersifat reversibel, oleh karena itu, selama prosedur, asupan obat pencahar (misalnya, sorbitol) dapat ditambahkan.
  • Ini akan mengganggu sirkulasi obat / racun enterohepatik dan enteroenterik dan metabolitnya.

Penggunaan yang tidak benar (misalnya di paru-paru) dapat menyebabkan aspirasi paru, yang kadang-kadang bisa berakibat fatal jika tidak diobati. Penggunaan karbon aktif dikontraindikasikan jika terjadi keracunan dengan asam, basa atau produk minyak bumi.

Untuk pertolongan pertama, ada arang aktif dalam bentuk tablet dan kapsul.

Penerimaan karbon aktif untuk konsumsi alkohol, mengurangi penyerapan etanol dalam darah.

Dari 5 hingga 15 mg batubara per kilogram tubuh, diambil secara bersamaan dengan 170 ml etanol murni (

350 ml vodka atau 3 liter bir ringan) dalam satu jam mengurangi kadar alkohol dalam darah. Namun, percobaan telah dilakukan membuktikan bahwa ini tidak terjadi, dan konsentrasi alkohol dalam darah, sebaliknya, meningkat dari penggunaan karbon aktif.

Kue yang mengandung batubara dijual di Inggris pada awal abad ke-19, awalnya sebagai obat untuk masalah perut dan kembung.

Tablet atau kapsul arang aktif digunakan di banyak negara, dan dijual di apotek tanpa resep sebagai obat untuk diare, gangguan pencernaan dan kembung. Ini juga digunakan untuk mencegah diare pada pasien kanker yang menerima irinotecan. Penggunaan batu bara dapat mengganggu penyerapan obat-obatan tertentu, yang mengarah pada hasil tes medis yang tidak dapat diandalkan (misalnya, darah tersembunyi). Pakan hewan yang mengandung arang aktif juga dijual.

Studi telah dilakukan pada berbagai jenis karbon aktif, menentukan kemampuan mereka untuk menyimpan gas alam dan gas hidrogen. Bahan berpori, berfungsi seperti spons untuk berbagai jenis gas. Gas tertarik ke permukaan batu bara, di bawah aksi gaya van der Waals. Beberapa jenis batubara dapat menyimpan hingga 5-10 kJ per mol. Kemudian, gas dapat diserap, dengan memanaskan batu bara, dan membakar energi, atau, dalam hal hidrogen, diperoleh kembali untuk digunakan dalam sel bahan bakar hidrogen.

Penggunaan karbon aktif adalah metode penyimpanan yang baik, karena gas dapat dikumpulkan pada tekanan rendah dan mengambil volume dan massa lebih sedikit dibandingkan dengan silinder besar di bawah tekanan. Departemen Energi AS telah mengidentifikasi tujuan spesifik yang perlu dicapai dalam bidang penelitian dan pengembangan bahan karbon berpori nano. Saat ini, semua tujuan ini tidak dapat dicapai, tetapi sejumlah lembaga terus bekerja di bidang ini.

Filter karbon aktif umumnya digunakan untuk membersihkan udara dan gas dari uap minyak, bau atau hidrokarbon lainnya. Paling sering, filter dirancang sesuai dengan prinsip pemurnian 1 dan 2 tahap, di mana karbon aktif berada dalam media filter. Karbon aktif juga digunakan dalam sistem pendukung kehidupan primer untuk pakaian luar angkasa. Filter dengan karbon aktif digunakan untuk mengumpulkan gas radioaktif, dari titik didih air dalam reaktor, dengan kondensor air. Udara yang terkuras dari kondensor mengandung jejak gas radioaktif. Bola karbon aktif yang besar menyerap gas-gas ini dan menahannya hingga terurai menjadi bagian padat non-radioaktif. Dengan demikian, udara yang disaring melewati filter, dan partikel padat tetap di dalamnya.

Karbon aktif, biasanya digunakan dalam kimia organik, untuk membersihkan solusi rekrutmen yang mengandung kotoran yang tidak diinginkan.

Pemurnian minuman beralkohol suling

Karbon aktif dapat digunakan untuk menyaring vodka atau wiski dari kotoran organik yang memengaruhi warna, rasa, dan bau. Melewatkan vodka yang tidak diolah secara organik melalui filter karbon aktif, pada tekanan tertentu, akan memberikan vodka dengan komposisi alkohol yang identik dan dimurnikan secara organik, yang secara positif memengaruhi bau dan rasa.

Penghapusan merkuri

Karbon aktif, biasanya diresapi dengan yodium atau belerang, banyak digunakan untuk membersihkan emisi merkuri dari pembangkit listrik tenaga batu bara, krematori dan sumber gas alam. Harga untuk batubara khusus semacam itu lebih dari US $ 4 per kg. Juga, itu tidak dapat digunakan kembali.

Pemanfaatan merkuri teradsorpsi

Pembuangan batu bara yang diisi dengan merkuri merupakan masalah. Jika karbon aktif mengandung kurang dari 260 merkuri, maka Layanan Federal mengizinkan untuk menguburnya, asalkan dikemas (misalnya, menuangkan batubara ke dalam semen). Namun, jika levelnya lebih dari 260, maka batubara diklasifikasikan sebagai merkuri tinggi, dan dilarang menguburnya. Bahan tersebut, sekarang disimpan di tambang yang dalam dan terbengkalai, 1000 ton per tahun.

Masalah pembuangan karbon aktif yang mengandung merkuri tidak hanya relevan untuk Amerika Serikat. Di Belanda, merkuri seperti itu sepenuhnya dipulihkan, dan arang aktif sepenuhnya terbakar.

Produksi karbon aktif

Karbon aktif dihasilkan dari bahan yang kaya karbon. Ini termasuk: kulit kacang, gambut, kayu, serabut kelapa, lignit, batubara dan residu pemurnian minyak. Itu dapat diperoleh dengan salah satu cara berikut:

  1. Reaktivasi fisik: bahan baku dikonversi menjadi karbon aktif menggunakan gas. Proses ini biasanya menggunakan satu atau kombinasi beberapa prosedur:
    • Karbonisasi: bahan yang mengandung karbon pirolisis pada suhu 600-900 o C dan tidak adanya oksigen (biasanya di atmosfer inert, dengan gas seperti argon atau nitrogen)
    • Aktivasi / Oksidasi: bahan awal atau karbonisasi ditempatkan dalam lingkungan gas pengoksidasi (karbon dioksida, oksigen atau uap) pada suhu di atas 250 (biasanya suhu berada di kisaran 600-1200 o C).
  2. Aktivasi kimia: mendahului karbonisasi dan menghamili bahan awal dengan bahan kimia tertentu. Zat seperti itu biasanya asam, basa atau garam (asam fosfat, kalium dan natrium hidroksida, kalsium klorida, dan seng klorida 25%). Kemudian, bahan yang dihasilkan dikarbonisasi pada suhu yang lebih rendah (450-900 o C). Diyakini bahwa proses karbonisasi / aktivasi, paling baik dilakukan bersamaan dengan aktivasi kimia. Aktivasi kimia lebih disukai daripada aktivasi fisik, karena suhu yang lebih rendah dan lebih sedikit waktu yang diperlukan untuk mengaktifkan bahan baku.

Klasifikasi

Karbon aktif adalah produk yang kompleks, sulit untuk mengklasifikasikannya berdasarkan perilaku, sifat permukaan dan metode produksinya. Namun, beberapa klasifikasi umum yang dibuat untuk tujuan bersama didasarkan pada karakteristik fisik produk.

Karbon Aktif Serbuk

Karbon aktif secara tradisional dibuat dalam bentuk bubuk atau butiran kecil, dengan diameter rata-rata 0,15-0,25 mm. Dalam bentuk ini, mereka mewakili permukaan besar dalam perbandingan volume dengan ketebalan kecil lapisan difusi. Karbon aktif bubuk terdiri dari partikel batu bara yang dihancurkan atau dihancurkan, 95-100% di antaranya melewati saringan khusus. Karbon aktif bergranul dianggap sebagai salah satu yang tetap dalam ayakan dengan bukaan berdiameter 0,297 mm, sedangkan partikel yang lebih kecil dianggap bubuk. Namun, menurut klasifikasi ASTM (American Society for Testing Materials), ukuran butiran sesuai dengan saringan dengan lubang 0,177 mm. Karbon aktif bubuk biasanya tidak digunakan dalam sistem tertutup khusus, karena kehilangan tekanan yang besar. Sebagai aturan, batubara tersebut ditambahkan langsung ke unit-unit yang diolah lainnya ketika bekerja dengan mereka, misalnya, dalam hal asupan air baku, serta dalam pembersih dan septic tank.

Karbon aktif granular memiliki ukuran partikel yang relatif besar dibandingkan dengan karbon aktif bubuk, sehingga memiliki permukaan eksternal yang lebih kecil dibandingkan dengan total volume. Akibatnya, difusi zat yang diserap merupakan faktor penting ketika menggunakannya. Jenis batubara ini disukai untuk penyerapan uap dan gas, karena tingkat difusi yang tinggi.

Batubara granular digunakan untuk memurnikan air, menghilangkan bau udara, dan komponen yang terpisah dalam sistem streaming. Karbon aktif granular dapat dalam bentuk butiran atau ekstrusi, dengan berbagai ukuran dan kegunaan. Untuk cairan, batubara dengan ukuran 8 × 20 digunakan; 20 × 40; 8 × 30, dan untuk menyaring uap 4 × 6; 4 × 8 atau 4 × 10.

Batubara 20 × 40 akan menjadi partikel yang melewati saringan dengan bukaan 0,82 mm, tetapi akan tetap di saringan dengan bukaan 0,42 mm. Untuk cairan penyaringan, karbon aktif granular 12 × 40 dan 8 × 30 paling sering digunakan, karena keseimbangan ukuran, luas permukaan, dan kehilangan tekanan yang baik selama penggunaan.

Karbon aktif terekstrusi

Karbon aktif terekstrusi terdiri dari karbon aktif bubuk dan zat pengikat, yang dicampur dan diekstrusi ke dalam blok silinder karbon aktif, dengan diameter 0,8-130 mm. Mereka terutama digunakan dalam lingkungan gas, karena efek tekanan rendah, kadar debu rendah dan kekuatan mekanik yang tinggi. Namun, mereka juga cocok untuk prosedur pemurnian air.

Karbon aktif bola dihasilkan dari residu dari penyulingan minyak, ia memiliki diameter sekitar 0,35-0,80 mm. Seperti granular, itu tidak sangat mengurangi tingkat tekanan, memiliki kekuatan tinggi dan kadar debu rendah, sementara itu memiliki ukuran yang lebih kecil. Bentuk bola batubara membuat penggunaannya lebih disukai dalam media yang mengalir, misalnya, ketika menyaring aliran air.

Karbon aktif yang diimpregnasi

Batubara berpori yang mengandung beberapa jenis pengisi anorganik seperti yodium, perak, kation Al, Mn, Zn, Fe, Li, Ca, disiapkan untuk pemurnian udara khusus, terutama di museum dan galeri. Karena sifat antibakterinya, karbon aktif, jenuh dengan perak, digunakan sebagai adsorben untuk memurnikan air limbah domestik. Air minum dapat diperoleh dari air biasa, dengan mengolahnya dengan campuran karbon aktif dan Al (OH)3, bertindak sebagai koagulan. Batubara yang diimpregnasi juga digunakan untuk menyerap H2S dan tiol. H Tingkat Penyerapan2S mencapai 50% dari berat batubara yang digunakan.

Batubara dengan lapisan polimer

Dalam proses produksinya, batubara berpori dilapisi dengan biopolimer untuk memberikan lapisan yang halus dan permeabel yang tidak menghalangi pori-pori. Batubara ini digunakan saat melakukan hemoperfusi. Hemoperfusi adalah metode perawatan di mana darah pasien dalam volume besar dilewatkan melalui adsorben untuk menghilangkan zat beracun dari darah.

Karbon aktif juga tersedia dalam bentuk khusus seperti kain dan benang. Misalnya, kain karbon digunakan dalam peralatan pelindung pribadi untuk personel militer.

Sifat karbon aktif

Satu gram karbon aktif bisa lebih dari 500m 2 (sudah dimungkinkan untuk mencapai area seluas 1500m 2). Dalam kasus khusus, karbon aerogel digunakan, yang lebih mahal dan memiliki permukaan eksternal yang lebih besar.

Berkat struktur keroposnya, karbon aktif memiliki permukaan luar yang besar. Micropore menciptakan kondisi yang sangat baik untuk penyerapan, karena zat berinteraksi langsung dengan seluruh permukaan batubara. Menguji perilaku adsorpsi, biasanya dilakukan dengan nitrogen pada suhu 77K (-196,15 o C) di lingkungan vakum tinggi, tetapi dalam kondisi sehari-hari, karbon aktif memiliki efisiensi yang setara, ketika teradsorpsi dari lingkungan, atau, misalnya, air dari uap pada suhu 100 k. ° C dan tekanan atmosfer 0,0001.

James Dewar, seorang ilmuwan bernama setelah kapal Dewar (termos), menghabiskan banyak waktu mempelajari karbon aktif dan menerbitkan artikel tentang kapasitas penyerapannya untuk gas. Dia menemukan dalam karya ini bahwa mendinginkan batubara dengan nitrogen cair memungkinkannya menyerap lebih banyak gas yang berbeda secara signifikan, dan memungkinkan untuk mengekstraksi kembali, hanya dengan memanaskan batubara ini, dan juga bahwa batubara yang dihasilkan dari kelapa memiliki kualitas terbaik. Sebagai contoh, dia menggunakan oksigen. Dalam percobaan ini, karbon aktif menyerap gas dari udara, pada konsentrasi tipikal (21%), dalam kondisi standar, dan jika karbon aktif didinginkan sebelumnya, maka ketika dilepaskan, karbon meningkatkan konsentrasi oksigen hingga 80%.

Karbon aktif secara fisik menahan partikel karena gaya van der Waals atau gaya dispersif.

Karbon aktif yang tidak begitu efektif menahan sejumlah bahan kimia, seperti alkohol, glikol, asam kuat dan alkali, logam, dan sebagian besar anorganik, seperti litium, soda, besi, arsenik, timbal, asam borat, atau fluor.

Karbon aktif menyerap yodium dengan cukup baik, dan pada kenyataannya jumlah yodium dalam mg / g digunakan untuk menentukan total luas permukaan.

Karbon monoksida diserap dengan buruk oleh karbon aktif. Terutama ini harus diperhitungkan oleh mereka yang terlibat dalam pembuatan respirator, alat pembuangan asap atau sistem pembersihan udara lainnya gas ini beracun dan orang tidak bisa merasakannya.

Daftar gas yang dihasilkan oleh produksi atau pekerjaan pertanian dan diserap oleh karbon aktif dapat ditemukan di Internet.

Karbon aktif dapat digunakan sebagai substrat untuk digunakan dengan berbagai bahan kimia untuk meningkatkan penyerapannya. Misalnya, senyawa anorganik (atau organik yang bermasalah), seperti hidrogen sulfida (H2S), formaldehyde (HCOH), ammonia (NH3) radioisotop dan merkuri (131 I) yodium-131 ​​(131 I). Properti ini dikenal sebagai chemisorption.

Lebih disukai, batubara menyerap molekul-molekul kecil. Angka yodium adalah indikator paling mendasar yang digunakan untuk mengkarakterisasi efektivitas karbon aktif. Ini adalah indikator tingkat aktivitas (semakin tinggi indikator, semakin besar aktivitas), biasanya dinyatakan dalam mg / g (nilainya biasanya di kisaran 500-1200 mg / g). Selain itu, digunakan untuk menentukan volume mikropori karbon aktif (dari 0 hingga 20 A, atau hingga 2 nm) dengan menyerap yodium dari larutan. Nilai tersebut akan setara dengan parameter area jangkauan batubara seperti 900 - 1100 m 2 / g. Indikator tersebut digunakan saat digunakan di lingkungan akuatik.

Jumlah yodium ditentukan berdasarkan miligram yodium yang diserap oleh satu gram batu bara, asalkan konsentrasi larutan mencapai 2%. Dengan demikian, nilai yodium adalah jumlah yodium yang diserap oleh pori-pori, atau, karakteristik volume yang tersedia untuk diserap oleh pori-pori karbon aktif. Sebagai aturan, batubara yang digunakan untuk pemurnian air memiliki jumlah yodium di kisaran 600-1100. Seringkali, parameter ini digunakan untuk menentukan tingkat penipisan batubara yang digunakan. Namun, dalam hal ini, indikator ini harus diperlakukan dengan hati-hati, karena interaksi kimia dengan adsorbat dapat memengaruhi penyerapan yodium, dan memberikan hasil yang salah. Oleh karena itu, dalam menghitung tingkat kerusakan batu bara, disarankan untuk menggunakan nomor yodium hanya jika adsorbat belum mengalami serangan kimia, dan ada juga data yang diverifikasi pada saling ketergantungan dari jumlah yodium dan tingkat penurunan bila digunakan dalam lingkungan tertentu.

Beberapa batubara lebih diadaptasi untuk adsorpsi molekul besar. Nomor molase adalah indikator volume mesopori karbon aktif (lebih dari 20 A atau 2 nm), yang dibentuk oleh adsorpsi mellase (sirup kental) dari larutan. Nilai besar dari indikator ini menunjukkan tingkat adsorpsi molekul besar yang besar (indikator berada dalam kisaran 95-600). Indeks pemutihan molase sesuai dengan molase. Efisiensi penyerapan molase dinyatakan sebagai persentase (dari 40% menjadi 185%) dan sesuai dengan jumlah molase (425 = 85%, 600 = 185%). Nomor molase Eropa (525-110) berbanding terbalik dengan Amerika.

Molase adalah ukuran tingkat perubahan warna dari larutan molase standar yang disiapkan untuk menguji karbon aktif. Karena ukuran besar partikel pewarnaan, jumlah molase mencerminkan volume potensial yang tersedia untuk adsorpsi senyawa yang lebih besar. Karena selama pemurnian air, volume pori keseluruhan mungkin tidak tersedia untuk adsorpsi dalam setiap aplikasi tertentu, dan juga beberapa adsorbat dapat jatuh ke pori-pori yang lebih kecil, indikator ini tidak memberikan data akurat tentang kemampuan karbon aktif tertentu. Biasanya, indikator ini berguna dalam menilai tingkat adsorpsi batch karbon aktif. Dari dua batubara, dengan jumlah adsorpsi yang sama, yang memiliki jumlah molase yang lebih besar biasanya akan memiliki ukuran pori yang besar, dan karena ini, adsorbat akan lebih baik jatuh ke dalam ruang adsorbsi.

Tanin adalah kombinasi molekul berukuran besar dan sedang. Batubara yang menggabungkan mikropori dan mesopori mengadsorpsi tanin. Kemampuan batubara untuk mengadsorpsi tanin diukur dalam ppm (biasanya dalam kisaran 200 2 - 362).

Methylene Blue Dye

Beberapa jenis batubara memiliki mesopori (20A-50A / 2-5nm), yang menyerap molekul berukuran sedang, seperti pewarna metilen biru. Adsorpsi metilen biru diukur dalam g / 100g (biasanya dalam kisaran 11-28g / 100g)

Beberapa jenis karbon aktif diperkirakan berdasarkan waktu yang diperlukan untuk deklorinasinya, yang mengukur efisiensi penghilangan klorinnya. Waktu yang dibutuhkan untuk mengurangi jumlah klorin dalam aliran air dari 5 ‰ menjadi 3,5 dihitung. Lebih sedikit waktu berarti kinerja yang lebih baik.

Kepadatan yang lebih besar menghasilkan jumlah adsorpsi yang lebih besar dan, biasanya, berarti karbon aktif berkualitas lebih baik.

Ini adalah indikator ketahanan karbon aktif untuk aus. Hal ini penting dalam mempertahankan kondisi kerja, dan kemampuan untuk menahan gaya gesek yang terjadi ketika terkena tekanan air, dll. Tergantung pada tingkat aktivitas dan bahan-bahan dari mana karbon aktif dibuat, ia sangat berbeda dalam kekuatannya.

Debu mengurangi aktivitas keseluruhan batubara, dan juga mengurangi efisiensi pembersihan. Oksida logam (Fe2O3) dapat larut dari karbon aktif, yang mengarah ke perubahan warna. Debu yang larut dalam air / asam memiliki efek terbesar dibandingkan dengan jenis debu lainnya. Debu yang larut bisa penting untuk akuarium oksida besi meningkatkan pertumbuhan alga. Batubara dengan kandungan debu terlarut yang rendah harus digunakan untuk memurnikan air laut, ikan air tawar dan karang untuk menghindari keracunan logam berat dan pertumbuhan ganggang yang berlebihan.

Aktivitas karbon tetraklorida

Pengukuran permeabilitas karbon aktif dihasilkan oleh adsorpsi uap jenuh dengan karbon tetraklorida.

Distribusi Ukuran Partikel

Semakin kecil partikel karbon aktif, semakin baik akses ke permukaannya dan semakin cepat kinetika adsorpsi. Namun, harus diingat bahwa ketika digunakan dalam lingkungan uap, partikel yang lebih kecil akan mengurangi tekanan dalam sistem lebih kuat, dan ini akan menyebabkan peningkatan biaya energi. Pendekatan yang cermat terhadap ukuran partikel yang digunakan bisa sangat bermanfaat.

Contoh adsorpsi karbon aktif

Bentuk paling umum dari adsorpsi kimia dalam industri. Digunakan ketika katalis padat berinteraksi dengan bahan gas, reagen. Adsorpsi pereaksi ke permukaan katalis membentuk ikatan kimia, mengubah kerapatan elektron di sekitar molekul pereaksi, dan memungkinkan reaksi yang tidak mungkin dalam kondisi normal.

Siklus adsorpsi pendinginan dilakukan dengan mengadsorpsi gas pendingin dengan adsorben pada tekanan rendah dan desorpsi selanjutnya ketika dipanaskan. Adsorben berperan sebagai "kompresor kimia" yang dikendalikan oleh panas, dan dari sudut pandang ini, adalah "pompa" sistem. Ini terdiri dari kolektor surya, kondensor atau penukar panas dan evaporator ditempatkan di ruang pendingin. Bagian dalam kolektor dilapisi dengan lapisan penyerap karbon aktif yang diresapi dengan metanol. Kompartemen kulkas disegel dan diisi dengan air. Karbon aktif mampu menyerap banyak uap metanol pada suhu biasa dan menyerapnya pada suhu yang lebih tinggi (sekitar 100 ° C). Pada siang hari, sinar matahari jatuh pada kolektor, memanaskannya, dan metanol yang terkandung dalam karbon aktif diserap. Selama proses desorpsi, metanol cair, yang diserap oleh batubara, dipanaskan dan diubah menjadi uap. Uap metanol terkondensasi dan terakumulasi dalam evaporator.

Pada malam hari, suhu kolektor turun ke suhu sekitar dan karbon aktif menyerap kembali metanol melalui evaporator. Metanol cair dalam evaporator diuapkan dan menyerap panas dari air yang terkumpul di panci. Karena adsorpsi adalah proses mengisolasi panas, pada malam hari kolektor didinginkan secara efektif. Dengan demikian, sistem adsorpsi pendingin menghasilkan dingin tidak terus-menerus.

Helium juga dapat digunakan dalam proses ini. Dalam hal ini, peluncuran "pompa penyerapan" akan berada pada suhu 4 K (-269,15 ° C), dan bekerja pada suhu yang lebih tinggi. Contoh sistem dengan kapasitas pendinginan seperti itu adalah pendingin seri Oxford Instruments AST yang beroperasi pada campuran zat kriogenik. Uap 3 He dipompa dari permukaan campuran cairan 4 He dan isotop 3 He. Pada suhu rendah (biasanya 3 Dia teradsorpsi pada permukaan karbon aktif. Kemudian, siklus berlangsung pada suhu 20-40 K dan mengembalikan 3 He ke media pekat campuran cair. Pendinginan terjadi pada saat transisi 3 dari cair ke uap. ada beberapa "pompa", aliran gas terus menerus dipastikan, dan karena itu pendinginan konstan. Sementara satu pompa penyerapan sedang dikembalikan, yang lain akan bekerja. Sistem seperti itu, yang hanya terdiri dari beberapa elemen, mendukung suhu rendah 10 mK (0,01 K).

Reaktivasi dan pemulihan

Reaktivasi atau restorasi karbon aktif, adalah untuk mengembalikan kemampuan menyerap batubara yang digunakan dengan desorpsi zat yang diserap dari permukaannya.

Dalam industri, teknik reaktivasi termal paling umum. Proses ini meliputi 3 tahap:

  • Adsorben dikeringkan pada suhu sekitar 105 o C;
  • Mereka diserap dan dipisahkan pada suhu tinggi (500-900 ° C), dalam kondisi atmosfer lembam.
  • Residu organik diangin-anginkan dengan gas pengoksidasi (uap atau karbon dioksida) pada suhu tinggi (800 ° C).

Reduksi termal didasarkan pada sifat eksotermik adsorpsi, karena desorpsi, dekomposisi parsial dan polimerisasi bahan organik teradsorpsi dilakukan. Tahap terakhir ditujukan untuk menghilangkan residu organik hangus yang terbentuk di pori-pori setelah tahap sebelumnya dan membersihkan struktur berpori batubara, memulihkan sifat asli permukaannya. Setelah ini, menara adsorpsi dapat digunakan kembali. Selama prosedur ini, sekitar 5-15% dari berat batubara terbakar, mengurangi, dengan demikian, kapasitas adsorpsi. Reaktivasi termal adalah proses yang intensif energi, karena kebutuhan untuk menggunakan suhu tinggi, sehingga energi besar dan biaya keuangan diperlukan. Pabrik yang mengandalkan pemulihan termal karbon aktif harus cukup besar sehingga layak secara ekonomis untuk mengatur proses ini di pabrik mereka. Oleh karena itu, tidak cukup banyak pabrik besar, perlu untuk mengambil kolom karbon aktif yang dihabiskan ke pusat-pusat khusus untuk reaktivasi, sehingga meningkatkan emisi karbon dioksida yang sudah signifikan.

Karbon aktif yang digunakan dalam produk konsumen, seperti penggorengan, filter air atau udara, dapat diaktifkan kembali dengan cara yang sama menggunakan perangkat pemanas yang tersedia (misalnya, oven, pemanggang panggangan, atau pembakar gas). Batubara dikeluarkan dari kertas atau wadah plastik, yang dapat meleleh atau terbakar, dan panaskan sampai kotorannya menguap dan / atau terbakar.

Cara lain untuk mengaktifkan kembali

Membahayakan lingkungan dan biaya energi tinggi yang timbul dalam proses reduksi termal karbon aktif, berfungsi sebagai insentif untuk mengembangkan metode reaktivasi alternatif yang akan menguranginya. Meskipun beberapa metode restorasi tetap menjadi objek penelitian akademis, ada alternatif untuk mengaktifkan kembali termal yang sudah digunakan dalam industri. Saat ini, ini termasuk jenis reaktivasi berikut:

  • bahan kimia;
  • mikroba;
  • elektrokimia;
  • USG;
  • oksidasi basah.