Угольные фильтры

Угольные фильтры

Об активированных углях

Полезные свойства углей были известны еще в Древнем Египте, где древесный уголь использовали в медицинских целях уже за 1,5 тысячи лет до нашей эры. Древние римляне так же пользовались углём для очистки воды, пива и вина.

В настоящее время активированные угли занимают ведущее место среди фильтровальных материалов, область применения их сильно расширилась и они заняли важную позицию в защите окружающей среды.

Производство активированных углей

Углеродосодержащее сырье подвергают карбонизации — обжигу при высокой температуре в инертной атмосфере без доступа воздуха. Однако, полученный карбонизат обладает плохими адсорбционными свойствами, поскольку размеры его пор невелики и внутренняя площадь поверхности мала.

Поэтому карбонизат подвергают активизации для получения специфической структуры пор и улучшения адсорбционных свойств. Активация может осуществляться посредством обработки водяным паром или специальными химическими реагентами.

Активация водяным паром проводится при температуре 800- 1000°С в строго контролируемых условиях. При этом на поверхности пор происходит химическая реакция между водяным паром и углем, в результате чего образуется развитая структура пор и увеличивается внутренняя поверхность угля.

С помощью такого процесса можно получать угли, обладающие различными адсорбционными свойствами. Площадь поверхности угля, активированного водяным паром порядка 1500 м2/г, благодаря чему проявляются адсорбентные свойства активированного угля.

По структуре различают три категории пор: микро-, мезо- и макропоры.

Микро- и мезопоры составляют наибольшую часть поверхности активированных углей. Соответственно, именно они вносят наибольший вклад в их адсорбционные свойства;

Микропоры особенно хорошо подходят для адсорбции молекул небольшого размера, а мезопоры для адсорбции более крупных органических молекул;

Определяющее влияние на структуру пор оказывают исходные материалы для их получения. Активированные угли на основе скорлупы кокоса характеризуются большей долей микропор, а активированные угли на основе каменного угля — большей долей мезопор. Большая доля макропор характерна для углей на основе древесины.

Адсорбция

Молекулы удаляемых загрязнителей удерживаются на поверхности активированного угля межмолекулярными силами Ван-дер-Ваальса, таким образом, происходит удаление загрязнителей из очищаемого воздуха.

Эффективность угля как адсорбента зависит от величины его доступной площади поверхности. На эффективность адсорбции могут влиять такие факторы, как размер молекул адсорбента, размер пор и гранул угля, температура воздуха.

Некоторые вещества слабо адсорбируются на поверхности обычных активированных углей. К числу таких веществ относится аммиак, диоксид серы, пары ртути, сероводород, формальдегид, хлор, цианистый водород.

Для эффективного удаления таких веществ используются активированные угли, импрегнированные специальными химическими реагентами.

Основная характеристика активированного угля — способность поглощать все вредные для человека примеси (газы, частицы). При таком поглощении происходит насыщение поверхности активированного угля, уровень насыщения определяется количеством и типом.

Фильтры

В панельных фильтрах используют гранулированный рекуперационный активированный уголь, который получают в виде гранул из каменноугольной пыли и связующих веществ методом обработки водяным паром при температуре 850-950°С.

Активированные рекуперационные угли обладают высокой поглощающей способностью по парам органических веществ, достаточно прочны и не требуют значительных затрат энергии на преодоление гидравлического сопротивления слоя адсорбента при прохождении газа. Степень извлечения растворителя на рекуперационных установках составляет 95-99%.

Активированные угли используются для очистки вентвыбросов на предприятиях химической и нефтехимической промышленности, а также для использования в системах кондиционирования воздуха в помещениях (бытовые, рестораны, кафе, офисы и т.д.).

Технические характеристики гранулированных рекуперационных активированных углей

Наименование показателя Норма
Внешний вид Цилиндрические гранулы тёмно-серого или чёрного цвета
Основной размер частиц, мм 2,8-5,0
Прочность гранул на истирание, %, не менее 68
Насыпная плотность, г/дм3, не более 550
Равномерная активность по толуолу, г/дм3, не менее 145
Массовая доля влаги, %, не более 10

В карманных угольных фильтрах используется уникальный фильтрующий материал, состоящий из волокнистого активированного угля.

Технологическая особенность этого фильтрующего материала состоит в том, что он содержит 99,5% чистого углерода и имеет высокоразвитую сорбирующую поверхность. Один грамм такого материала способен улавливать до 200 мг вредных веществ, что в 3-5 раз превышает ёмкость обычного активированного угля.

Активированный уголь применяют в фильтрах тонкой очистки. Кроме твердых пылевых частиц угольные фильтры могут поглощать газообразные вещества.

Угольные фильтры со специальной пропиткой применяют в системах кондиционирования и вентиляции для поглощения токсичных газов и паров, не улавливаемых никакими другими типами фильтров.

Поглощение вредных веществ происходит в «автоматическом режиме». Есть загрязнения — идет поглощение, нет загрязнения -остается место для последующих поглощений.

При полном насыщении поверхности активированного угля фильтр просто перестает поглощать вредные примеси. Не происходит так называемого «фонирования» фильтра, так как все вещества связываются с углем.

При концентрациях примесей в пределах загрязнения атмосферного воздуха крупных промышленных городов воздух полностью освобождается от таких вредных веществ, как:

оксид углерода;                                                     оксид серы;

бензол;                                                                    сероводород;

пары органических солей;                                   аммиак;

пары кислот;                                                          эфирные масла;

тяжелые компоненты табачного дыма;            никотин;

ароматические углеводороды;                            фенол;

радиоактивные элементы;                                   формальдегид;

пары ртути.

Наименование вредных веществ Концентрация вредных веществ в воздухе, мг/м3 Эффективность очистки, %
До фильтра После фильтра
Фенол 0,12 0,02 83,33
Формальдегид 0,024 0 100,00
Хлористый водород 5,27 1,05 80,08
Аммиак 0,12 0,033 72,50
Диоксид серы 0,76 0,253 66,71
Оксид азота 8,52 1,31 84,62
Оксид углерода 87 23 73,56

Испытания по определению способности поглощения агрессивных сред фильтром проводились методом имитации содержания вредных веществ в воздухе на МКАД (г. Москва), путём создания аналогичных условий в помещении Испытательной лаборатории при помощи дизельного автопогрузчика.

Фильтр, изготовленный с применением угольного волокнистого сорбента марки «А» ТУ 2282-160-00209559-02, соответствует требованиям НТД ТУ 4591.099.00232058-07.

Фильтровальный материал имеет следующие преимущества:

  1. Обладает низким аэродинамическим сопротивлением при больших расходах воздуха.
  2. Имеет прогрессивную структуру, обеспечивающую высокую степень очистки.
  3. Угольный порошок надёжно закреплён на волокнах, отсутствует его осыпание.
  4. Обладает высокой адсорбирующей способностью и снижает содержание вредных веществ в очищенном воздухе в несколько раз.
  5. Имеет небольшой вес по сравнению с гранулированным углём, что делает его экономически выгодным к применению.

В кассетных заливочных фильтрах используется фильтровальный материал состоящий их двух слоёв полипропиленовой основы с наполнителем между ними из микрогранул прессованного активированного угля.

Поверхностная плотность материала 450 г/м2, при этом массовая доля угля составляет 340 г/м2. Эффективность материала по синтетической пыли составляет 98%. Температуростойкость до +180°С. Хемосорбционные характеристики аналогичны гранулированному углю для насыпных фильтров.