Індекс змісту

число

Йодне число як змінна для оцінки експлуатаційної здатності гранульованого (або гранульованого) активованого вугілля.

У більшості своїх застосувань активоване вугілля використовується для адсорбції молекул, утворених високою часткою ковалентних зв’язків: наприклад, вуглець-вуглець або вуглець-водень зв’язку органічних сполук. Активоване вугілля також використовується як реагент або як каталізатор, як це відбувається при дехлоруванні води, що є одним із найпоширеніших застосувань активованого вугілля в Мексиці. Реакція дехлорування (видалення вільного хлору для перетворення його в хлорид-іон):

HOCl (l) + C (s) ➜ CO * + H + (l) + Cl - (л)

де HOCl (l) - хлороводнева кислота, C (s) - активоване вугілля, а CO * являє собою оксид вуглецю, який може бути прикріплений до поверхні активованого вугілля, або який може розчинятися у розчині, як вугільна кислота.

Вищевказана реакція не єдина, що відбувається при дехлоруванні води активованим вугіллям; є й інші, в яких вуглець бере участь як реагент або як каталізатор.

Скажімо, «робоча здатність» активованого вугілля - це кількість рідини (газу або рідини), з якою вона може впоратися для досягнення певної якості. Цю якість можна виміряти в перерахунку на ХПК, колір, аромат, вільний хлор або якусь конкретну сполуку або сімейство сполук. "Точка розриву" відбувається в той момент, коли стічні води з обладнання, що містить активоване вугілля, мають неприпустиму якість. На той момент вуглець потрібно змінити, тому термін його корисного використання закінчився. Використане вугілля необхідно викинути або відновити.

Єдиний спосіб, яким можна точно оцінити експлуатаційну здатність гранульованого активованого вугілля, - це поле.

Виробники та користувачі гранульованого активованого вугілля шукали фізико-хімічні змінні, які просто виміряти та відображають експлуатаційну здатність вугілля. До цих змінних належать адсорбційна здатність йоду, фенолу, метиленового синього, меляси, тетрахлориду вуглецю, бутану та інших.

Найбільш комерційно прийнятою змінною є йодне число (йодне число), яке відповідає міліграм йоду, адсорбованому грамом вуглецю (на сухій основі), коли залишкова концентрація йоду в розчині 0,02N.

Йодне число було прийняте настільки добре, що ціна більшості комерційних стандартних активованих вугіль сильно залежить від їх вартості. Є дві причини, чому йодне число було прийнято як змінну для оцінки вугілля: (a) У деяких типах вугілля, що активуються за певних умов, йодне число було відносно пропорційним площі поверхні вуглець (площа, що визначається адсорбцією азоту); та (b) Матеріал та реагенти для вимірювання йодного числа є дешевими, а час, необхідний для проведення аналізу, порівняно короткий.

На жаль, реальність така, що йодне число дуже далеко не відображає як поверхню активованого вугілля, так і його експлуатаційну здатність. Настільки, що в галузі науки йодне число не використовується як змінна оцінки вуглецю.

Чи визначає йодне число адсорбційну здатність активованого вугілля?

1. Йодне число пропорційне лише площі поверхні декількох активованих вугіль.

При визначенні йодного числа молекулою, яка адсорбується на вуглеці, є іон трийодиду: I3 -1. Оскільки це аніон, поверхневі оксиди, що містяться в активованому вугіллі, відштовхують його. Отже, чим більше поверхневих оксидів містить активоване вугілля, тим меншим є його йодне число, хоча площа його поверхні не змінюється.

2. Хоча кількість йоду пропорційна площі поверхні будь-якого активованого вугілля, адсорбційна здатність йоду не пропорційна адсорбційній здатності інших молекул.

Це відбувається з двох причин:

2.1 Адсорбційна здатність активованого вугілля залежить від залежності між розміром форми молекули, яку потрібно зберегти, і розподілом пор вуглецю за розміром пор.

Молекули, більші за діаметр пори, в неї не потрапляють. А молекули, набагато менші за діаметр пори, адсорбуються з меншою силою і, отже, з меншою ефективністю.

2.2 Адсорбційна здатність активованого вугілля залежить від хімічної структури молекули, яку потрібно зберегти, та хімічної поверхні вуглецю.

Завдяки вищевикладеному, вище йодне число не обов'язково відповідає вищій адсорбційній здатності молекули (або сімейства молекул), яку ми хочемо адсорбувати. У бібліографії часто зустрічаються такі графіки:

3. У більшості застосувань гранульованих активованих вугілля їх експлуатаційна здатність залежить не тільки від їх адсорбційної здатності (що, більш правильно кажучи, називається „адсорбційна здатність у рівновазі“ або „адсорбційна здатність при досягненні рівноваги“), але від кінетики (швидкість), з якою вони працюють).

Кінетика, з якою працює гранульоване активоване вугілля, залежить від:

3.1 Розподіл розміру його пор, а також переважного діаметра пор. Чим більше діаметр пір, тим вище кінетика активованого вугілля.

3.2 Розподіл частинок за розмірами гранульованого активованого вугілля. Чим менший розмір частинок, тим гранульоване активоване вугілля має вищу кінетику.

Один із способів показати останнє - це наступна схема, в якій подаються дві колонки гранульованого активованого вугілля з однаковим розчином, однаковим миттєвим потоком, однаковим типом і кількістю активованого вугілля. Єдина відмінність між двома колонами полягає в тому, що в правій середній розмір частинок вуглецю менший. Якщо виміряти глибину вуглецевого шару, в якому здійснюється процес адсорбції (глибина, яка називається "зоною масопереносу", ZTM), виявляється, що чим менший розмір частинок, тим менша висота ZTM . Оскільки ZTM нижчий для вугілля з меншими розмірами частинок, температура розриву буде представлена ​​пізніше, і це вугілля матиме вищу експлуатаційну здатність.

Графік: Вплив розміру частинок в гранульованому активованому вугіллі на довжину зони масопереносу ZTM.

Завершення:

З усього вищесказаного можна зробити висновок, що йодне число не є змінною, за допомогою якої здатність вуглецю адсорбувати молекулу, відмінну від іона трийодиду, можна виміряти безпосередньо. І, набагато менше, чи може це бути змінною, за допомогою якої можна передбачити експлуатаційну здатність гранульованого активованого вугілля.

Що може бути корисним для прогнозування залишкової експлуатаційної здатності активованого вугілля, що використовується, - це вимірювання йодного числа при виникненні точки розриву та використання цих даних для спроби передбачити приблизний момент точки розриву. майбутні цикли експлуатації, якщо використовується той самий комерційний гранульований активоване вугілля і поки склад розчину, який обробляється активованим вугіллям, суттєво не змінюється.