Какие примеси может адсорбировать активированный уголь?
Активированный уголь — эффективный и безопасный адсорбент, используемый в промышленности для очистки воздуха. Он способен поглощать большинство нежелательных веществ, но не все. Почему?
Адсорбция активированным углем
Активированный уголь имеет развитую пористую структуру, и на основе сил Ван-дер-Ваальса эти поры активированного угля обладают адсорбционными силами, позволяющими им адсорбировать различные примеси, а адсорбционная способность обусловлена их полярностью.
Силы Ван дер Ваальса и полярность
Сила Ван-дер-Ваальса— это взаимодействие между атомами или молекулами, зависящее от расстояния.
Полярность — это разделение электрического заряда, приводящее к появлению у молекулы или ее химических групп электрического дипольного момента с отрицательно заряженным концом и положительно заряженным концом.
Взаимосвязь: силы Ван-дер-Ваальса состоят из дисперсионной силы, индуцированной силы и силы ориентации. Чем выше полярность, тем сильнее притяжение между собственными диполями молекулы, то есть чем больше дисперсионная сила, тем больше сила Ван-дер-Ваальса.
Параметр ET(30): коррелирует со способностью молекул к специфическим взаимодействиям (водородные связи, сольватация)..
Активированный уголь, будучи неполярным адсорбентом, эффективно поглощает вещества:
- С низкой сольватацией;
- Без активных функциональных групп (-OH, -COOH, -NH2);
- С высокой липофильностью (log P > 2).
Пример: Изопропанол (log P = 0.05) адсорбируется хуже, чем ксилол (log P = 3.12), несмотря на близкие дипольные моменты (1.66 D и 0.62 D).
Какие примеси может адсорбировать активированный уголь?
Согласно практическим исследованиям активированный уголь способен эффективно адсорбировать:
| Класс соединений | Примеры |
| Алифатические углеводороды | Пентан, гексан, гептан, циклогексан, пропан, изобутан, неопентан, 2,2-диметилбутан, циклогептан , трансдекалин, гексен, диизобутилен |
| Ароматические углеводороды | Бензол, толуол, ксилол, стирол, п-цимол, мезитилен, псевдокумол, триметилбензол, Индан,Фенилтолуол |
| Полициклические ароматические углеводороды | Нафталин, аценафтен, флуорен, антрацен, пирен |
| Галогенпроизводные | Тетрахлорметан, хлороформ, трихлорэтилен, 1,1-дихлорпропан, гексахлорбутадиен, бромоформ, 1,4-дихлорбутен, перхлорэтилен, 1,2-дибром-3-хлорпропан, фторбензол |
| Эфиры | Диэтиловый эфир, ТГФ, 1,4-диоксан, дипропиловый эфир, дибутиловый эфир, этиленгликоль, диметиловый эфир, анизол, 2-Этоксиэтанол, пропиленкарбонат, диметилсукцинат, винилацетат, этилбензоат, изобутилметакрилат |
| Кетоны и альдегиды | Метилэтилкетон, циклопентанон , фенон, пинаколин , валеральдегид, 2-Этилгексаналь |
| Сера- и азотсодержащие соединения | Тиофен, диметилдисульфид, сульфолан пиперидин, нитрозодиметиламин |
Пограничные случаи (адсорбируются частично): изопропанол, дихлорметан, бутилацетат.
Для улучшения адсорбции пограничных соединений необходимо:
- Модификация угля:
йодирование для улучшения адсорбции ртути;
импрегнация фосфорной кислотой для аминов. - Оптимизация условий:
Температура: 20-35°C (↓T = ↑адсорбция)
Влажность: < 50% (вода конкурирует за поры)
Время контакта: до 2 с - Комбинированные системы:
Загрязненный воздух --> Предфильтр: Механическая очистка--> Угольный фильтр --> окончательная очистка: Ионный обмен
Не адсорбируются:
вода, метанол, этанол, ацетон, муравьиная кислота, ДМСО.
Ключевые закономерности адсорбции:
- Критический параметр - ET(30);
- Оптимальные характеристики:
- logP > 2,0;
- Молекулярная масса 50-300 г/моль;
- отсутствие ионизируемых групп (-OH, -COOH, -NH₂).
Исключения из п. 1, 2: формальдегид (имеет высокую реакционную способность), акрилонитрил (имеет небольшой размер молекулы), диоксан.
Нужны рекомендации или коммерческое предложение?
Для выдачи рекомендаций по выбору оборудования или составления технико-коммерческого предложения заполните опросный лист и свяжитесь с нами через форму