background image

 
 
 
 
 
 

PROCESY KATALITYCZNE I ADSORPCYJNE W OCHRONIE 

RODOWISKA 

Laboratorium 

 
 
 
 

wiczenie Nr 3 

 

Adsorpcyjne usuwanie zanieczyszcze  na w glu aktywnym 

background image

 

2

ADSORPCJA NA W GLU AKTYWNYM 

 

I.  C z          t e o r e ty c z n a 

1.  Wst p 

Problemy  zwi zane  z  zanieczyszczeniem  rodowiska  naturalnego  oraz  wdra aniem 

w przemy le  nowych,  efektywnych  technologii  spowodowały  wzrost  zainteresowania 
procesami adsorpcji i adsorbentami w glowymi (w glami aktywnymi). 

W giel  aktywny  jest  otrzymywany  w  procesie 

karbonizacji  i  aktywacji  materiałów 

głównie  pochodzenia  ro linnego.  Produktem  procesu  karbonizacji,  tj.  ogrzewania  w gla 
bez  dost pu  powietrza  i  bez  udziału  czynników  chemicznych,  jest  praktycznie 
nieaktywny  adsorpcyjnie  materiał  o  niewielkiej  powierzchni  wła ciwej.  Materiał  o  du ej 
porowato ci  i  silnie  rozwini tej  powierzchni  -  setek  m

2

/g,  a  nawet  powy ej  kilku  tysi cy 

m

2

/g,  jest  otrzymywany  z  karbonizatu  w  procesie  jego  aktywacji.  Taki  adsorbent,  maj cy 

silnie rozbudowany system porów, nazywa si  

w glem aktywnym. 

Przez  aktywacj   rozumie  si   procesy,  które  prowadz   do  rozwini cia  powierzchni 

wewn trznej  ciała  stałego  przez  rozbudowanie  istniej cej  ju   pierwotnie  struktury 
kapilarnej lub jej modyfikacj . 

Ze wzgl du na budow  układu kapilarnego, ciała stałe mo na podzieli  na: porowate 

i nieporowate. 

Ciała  nieporowate  maj   niewielk   powierzchni   wła ciw ,  zwi zan   głównie 

z powierzchni  zewn trzn , któr  mo na zwi kszy  przez rozdrobnienie tych substancji. 

Ciała  porowate  natomiast  maj   silnie  rozbudowany  system  porów.  Ich  powierzchnia 

wła ciwa  jest  sum   powierzchni  zewn trznej  i  wewn trznej,  przy  czym  powierzchnia 
wewn trzna jest wielokrotnie wi ksza od powierzchni zewn trznej. Oprócz tego, wskutek 
wyst puj cych specyficznych krzywizn porów, ma ona zwi kszony potencjał adsorpcyjny, 
dzi ki  czemu  ma  zdolno ,  w  wi kszym  lub  mniejszym  stopniu,  wi zania  (adsorbowania) 
z otoczenia cz steczek, atomów lub jonów. Proces adsorpcji znajduje szerokie zastosowanie 
w wielu gał ziach przemysłu. 

Ciało  stałe,  na  którego  powierzchni  zachodzi  adsorpcja,  nazywa  si  

adsorbentem, 

a substancja adsorbowana 

adsorbatem. 

W giel  aktywny  znany  był  ju   wiele  lat  temu,  a  jego  pierwsze  praktyczne 

zastosowanie  zwi zane  było  z  medycyn .  Ju   Hipokrates  i  jego  uczniowie  zalecali 
zasypywanie ran w glem drzewnym w celu ich szybszego gojenia i usuwania przykrego 
zapachu. W Egipcie ok. 1500 roku p.n.e. stosowano w giel drzewny w dolegliwo ciach 

oł dkowych a w Indiach do oczyszczania wody pitnej. 

background image

 

3

wiadome  jego  wykorzystanie  w  skali  przemysłowej  wi e  si   z  przemysłem 

cukrowniczym (odbarwianie syropów cukrowych), a nast pnie z przemysłem zbrojeniowym 
(maski przeciwgazowe, twórca maski prof. Zieli ski z Politechniki Petersburskiej; w 1915 
roku  Niemcy,  pod  koniec  pierwszej  wojny  wiatowej,  u yli  po  raz  pierwszy  gazów 
bojowych  we  Francji i w  Polsce,  przeciwko  wojskom  francuskim,  angielskim  i  rosyjskim- 
st d  gor czkowe  poszukiwania  ochrony  dróg  oddechowych).  Po  drugiej  wojnie  wiatowej 
nast puje gwałtowny rozwój przemysłu i nauki zwi zanej z zjawiskiem adsorpcji na w glach 
aktywnych. 

W  ci gu  ostatnich  lat  obserwuje  si   gwałtowny  rozwój  zapotrzebowania  na  w giel 

aktywny, zwi zany z rosn cym zanieczyszczeniem  rodowiska naturalnego człowieka. Jest 
on coraz cz ciej stosowany jako adsorbent w  oczyszczaniu  powietrza,  wód  i  cieków, 
a tak e  jako  materiał  elektrodowy  w  chemicznych  ródłach  pr du,  czy  jako  no nik 
katalizatorów.  Intensywnie  s   rozwijane  prace  technologiczne  nad  zastosowaniem  w gli 
aktywnych do usuwania z powietrza SO

2

, H

2

S, CS

2

 i tlenków azotu. 

Obecnie  wiatowa produkcja w gli aktywnych wynosi ok.400 tys. Mg/rok, z czego 

ponad 90 % stanowi  w gle aktywne do adsorpcji z fazy gazowej i ciekłej. Ocenia si , 

e roczne zapotrzebowanie na w gle aktywne wzrasta o ok. 7 %. 

2. Otrzymywanie w gli aktywnych 

 

2.1. Surowce stosowane do produkcji w gli aktywnych 

Dobór  surowca  do  produkcji  w gla  aktywnego  jest  zagadnieniem  bardzo  istotnym. 

Podstawowe  własno ci  otrzymywanych  w gli  aktywnych,  takie  jak  budowa  i  wielko  
układu kapilarnego, wytrzymało  mechaniczna czy zdolno ci adsorpcyjne, w du ej mierze 
zale  od u ytych surowców. 

Surowcem  o  podstawowym  znaczeniu  s   w gle  kopalne,  poczynaj c  od  w gli 

brunatnych,  a  ko cz c  na  antracytach.  Ich  udział  w  produkcji  w gli  aktywnych  wynosi 
ok.  60%.  Wytwarzanie  krajowych  w gli  aktywnych  opiera  si   głównie  na  w glu 
kamiennym.  Wybór  w gla  kamiennego  jako  surowca  do  otrzymywania  w gla  aktywnego 
powinien  by   podyktowany  po danymi  własno ciami  produktu  ko cowego.  W gle 
kamienne wysokouw glone stanowi  dobry surowiec do otrzymania w gli  aktywnych  do 
sorpcji par i gazów. W celu otrzymania w gli aktywnych o szerokim rozkładzie porów 
w funkcji ich promienia zaleca si  stosowanie w gli niskouw glonych o du ej zawarto ci 
cz ci lotnych. 

Spo ród  surowców  o  małym  stopniu  uw glenia  praktyczne  znaczenie  przemysłowe 

maj :  w giel  brunatny,  torf,  materiały  pochodzenia  drzewnego,  tworzywa  sztuczne 
i syntetyczne. 

Materiał  w glowy  przeznaczony  do  produkcji  w gli  aktywnych  powinien  si  

charakteryzowa : 

•  mał  zawarto ci  cz ci lotnych 

background image

 

4

•  wysok  zawarto ci  w gla pierwiastkowego 
•  okre lon  porowato ci  
•  odporno ci  mechaniczn  na rozkruszanie i  cieranie. 

W gle aktywne otrzymane z w gla brunatnego maj  lepiej rozbudowany układ kapilarny 

ni   w gle  aktywne  uzyskane  z  w gli  kamiennych,  ale  charakteryzuj   si   nisk  
wytrzymało ci   mechaniczn   i  s   stosowane  głównie  jako  w gle  jednokrotnego  u ycia, 
np. do oczyszczania  cieków. 

W gle  aktywne  mog   wyst powa   w  postaci  pyłu,  jako  w gle  ziarnowe,  b d  

granulowane.  W gle  aktywne  pyłowe  i  ziarnowe  s   to  najcz ciej  adsorbenty 
jednorazowego u ycia. 

2.2. Granulowane w gle aktywne 

Granulowane w gle aktywne wielokrotnego u ycia uzyskuje si  za pomoc  wst pnego 

formowania pyłu surowca podstawowego z lepiszczem.  

Najcz ciej  stosowanymi,  tradycyjnymi  lepiszczami  s :  smoły  drzewne,  smoły  w glowe 

i paki.  Obecnie  s   prowadzone  prace  zmierzaj ce  do  poszukiwania  nowych  rodków 
wi

cych. Podj to próby zastosowania jako lepiszcza: ługów posulfitowych, smoły z w gla 

brunatnego,  smoły  pogazowej,  asfaltu  czy  soli  sodowej  karboksymetylocelulozy  (nazwa 
handlowa - glikocel). 

W Polsce opracowano technologi  otrzymywania w gli aktywnych bez u ycia lepiszcza, 

przez tabletkowanie pyłu w gla kamiennego spiekaj cego. Prowadzi si  tak e badania nad 
otrzymaniem  w gli  aktywnych  formowanych  bez  lepiszcza  przez  brykietowanie  w gla 
brunatnego pod wysokimi ci nieniami. 

Podstawowe  operacje  technologiczne,  stosowane  w  celu  otrzymania  granulowanych 

w gli aktywnych, polegaj  na: 

•  sporz dzeniu pasty smołowo-w glowej, 
•  tłoczeniu granul o kształcie cylindrycznym b d  kulistym, 
•  suszeniu, 
•  karbonizacji, 
•  aktywacji. 

2.3. Karbonizacja 

Jednym  z  najwa niejszych  etapów  procesu  otrzymywania  w gli  aktywnych  jest 

karbonizacja. Od parametrów tego procesu w du ej mierze zale y powstanie pierwotnej 
struktury  porowatej,  która  nast pnie  jest  jedynie 

rozwijana  lub  modyfikowana 

w aktywacji nast puj cej po procesie karbonizacji. 

Materiał  w glowy  do  wytwarzania  w gli  aktywnych  musi  spełnia   okre lone  warunki, 

z których  najistotniejsze  to:  du a  zawarto   C

a

,  mała  zawarto   V

daf

,  okre lona  wst pna 

porowato ,  a  tak e  wysoka  odporno   mechaniczna.  Naturalne  surowce  w glowe  nie 
spełniaj  jednocze nie wszystkich tych wymaga  i dlatego musz  by  karbonizowane. 

background image

 

5

Proces karbonizacji prowadzi si  najcz ciej w temperaturach 500-900 °C w atmosferze 

beztlenowej (w obecno ci gazów pirolitycznych lub w przepływie gazów oboj tnych: argon, 
azot).  W  tych  warunkach,  w  wyniku  wydzielania  z  w gli  lotnych  substancji,  materiał 
w glowy  wzbogaca  si   w  pierwiastek  C  i  nabiera  wytrzymało ci  mechanicznej.  Działanie 
energii  cieplnej  prowadzi  do  destrukcji  substancji  organicznej  w gla,  jak  te   lepiszcza. 
W rezultacie  post puj cych  procesów  polimeryzacji  i  polikondensacji  powstaje  coraz 
bardziej  jednorodny  materiał  o  okre lonej  strukturze  porowatej,  która  w  du ej  mierze 
w trakcie obróbki termicznej ulega ró nym zmianom zwi zanym z rodzajem surowca 
wyj ciowego i z warunkami prowadzenia procesu karbonizacji. 

Karbonizaty  o  wymaganych  własno ciach  otrzymuje  si   przez  odpowiedni  dobór 

warunków, w których odbywa si  karbonizacja materiałów w glowych. Nale  do nich: 

1. 

Ko cowa  temperatura  karbonizacji.  Jest  to  najwa niejszy  parametr  procesu 

karbonizacji.  Wysoko   tej  temperatury  wynika  z  konieczno ci  doprowadzenia  do 
w glowych makrocz steczek takiej ilo ci energii, aby nast piło rozerwanie mniej trwałych 
wi za   chemicznych  i  oddestylowanie  z  otoczenia  materiału  w glowego  lotnych 
produktów  jego  termicznego  rozkładu.  Ponadto  w  karbonizacie  musi  nast pi   pewne 
uporz dkowanie  zwartej  substancji  w glowej,  znacznie  wi ksze  ni   było  w  surowcu 
wyj ciowym, a mo e ono nast pi  tylko w wysokiej temperaturze. 

2.  Czas  przetrzymywania  w gla  w  ko cowej  temperaturze  karbonizacji.  Jego 

wydłu enie  wpływa  na  wi ksze  uporz dkowanie  budowy  zwartej  substancji  w glowej, 
z ewentualnym tworzeniem krystalitów, ale powoduje te  spadek reaktywno ci karbonizatu 
i wielko ci obj to ci najdrobniejszych porów. 

3. 

Szybko   osi gania  temperatury  ko cowej.  Gdy  wzrost  temperatury  jest  szybki, 

wówczas    poszczególne  fazy    rozkładu    termicznego  w gla    oraz  wtórne  reakcje 
produktów  pirolizy  mi dzy  sob   nakładaj   si ,  a  przez  to  powstawanie  struktury 
porowatej  w  karbonizacie  jest  trudniejsze  do  kontrolowania.  Du a  szybko   wzrostu 
temperatury  nie  sprzyja  wi c  dalszemu  uporz dkowaniu,  w  rezultacie  otrzymujemy 
karbonizat o wi kszej porowato ci i reaktywno ci, ale o mniejszym uporz dkowaniu zwartej 
substancji w glowej i mniejszej wytrzymało ci mechanicznej. 

4. 

Atmosfera, w której odbywa si  karbonizacja, wpływa na rozkład termiczny w gla 

oraz  na  przebieg  wtórnych  reakcji  produktów  pirolizy  mi dzy  sob   i  mi dzy  stałym 
karbonizatem. Gdy wydzielaj ce si  podczas pirolizy gazy i pary s  szybko eliminowane 
za  pomoc   przepływaj cego  gazu  oboj tnego,  wówczas  ilo   uzyskanego  karbonizatu 
jest mniejsza, za to jego reaktywno  jest wi ksza. 

Karbonizacj   materiału  w glowego  w  przemy le  prowadzi  si   najcz ciej  w  piecach 

stacjonarnych  ogrzewanych  przeponowo,  w  piecach  obrotowych  z  ogrzewaniem 
wewn trznym lub zewn trznym, a tak e w reaktorach fluidalnych. 

 
 

background image

 

6

2.4. Aktywacja 

Produkty  karbonizacji  maj   słabo  rozwini t   struktur   porowat   i  bez  uzupełniaj cej 

aktywacji  s   zazwyczaj  słabymi  sorbentami  i  nie  mog   by   stosowane  w  procesach 
sorpcyjnych. 

W  zale no ci od  przebiegu  procesu  aktywacji i  zastosowanego czynnika  aktywuj cego 

metody aktywacji dzieli si  na: 

-  chemiczne 
-  fizykochemiczne (gazowo-parowe). 
Aktywacja  chemiczna.  Najcz ciej  stosowanymi  czynnikami  aktywuj cymi 

w chemicznych  metodach  aktywacji  s   KOH  i  NaOH.  Oprócz  nich  stosuje  si   substancje 
o własno ciach  utleniaj cych,  takie  jak:  H

2

SO

4

,  H

3

PO

4

,  KCNS,  KHSO

4

,  K

2

SO

4

,  K

2

S, 

MgCl

2

, ZnCl

2

, A1C1

3

, CaCl

2

, NH

4

C1 i inne. 

W  procesie  aktywacji  chemicznej  istotny  wpływ  na  własno ci  otrzymanych  w gli 

aktywnych maj  warunki prowadzenia procesu, a przede wszystkim temperatura aktywacji 
i stosunek masy suchego surowca w glowego do masy bezwodnego aktywatora. Materiały 
uzyskane  w  wyniku  aktywacji  chemicznej  odznaczaj   si   g bczast   struktur   porów 
z w skimi  przew eniami  do  ich  wn trz.  Przew enia  te  mo na  usun   przez  dodatkowo 
prowadzon   aktywacj   fizykochemiczn ,  w  której  nast puje  przepalanie  przew e  
i polepszenie własno ci sorpcyjnych tych materiałów. 

Aktywacja  fizykochemiczna  obejmuje  cykl  przemian  fizykochemicznych  substancji 

w glowej, zachodz cych pod wpływem czynników utleniaj cych i temperatury. Surowcami 
najcz ciej  stosowanymi  w  aktywacji  fizykochemicznej  s   produkty  karbonizacji  w gli 
kopalnych,  a  czynnikami  aktywuj cymi:  para  wodna,  dwutlenek  w gla,  tlen,  dwutlenek 
siarki, siarkowodór, amoniak, chlorowodór i inne. 

Proces  aktywacji  fizykochemicznej  w  zasadzie  rozwija,  b d   modyfikuje,  układ  porów 

istniej cych  ju   w  surowcu  po  karbonizacji.  Na  własno ci  w gli  aktywnych  otrzymanych 
w procesie  aktywacji  fizykochemicznej  maj   wi c  wpływ  nie  tylko  parametry  aktywacji 
(temperatura,  szybko   podawania  czynnika  utleniaj cego),  ale  tak e  rodzaj  materiału 
wyj ciowego  (sposób  przygotowania  i  warunki  karbonizacji).  Dla  układu  karbonizat-
czynnik  aktywuj cy  mo na  dobra   odpowiednie,  optymalne  warunki  procesu  aktywacji 
w zale no ci  od  rodzaju  materiału  wyj ciowego.  W  celu  uzyskania  struktury  porowatej 
o po danych własno ciach aktywat mo na podda  dodatkowej modyfikacji. 

W  przypadku  aktywacji  fizykochemicznej  paliw  stałych  zakłada  si ,  e  jej  przebieg 

jest wieloetapowy. Najpierw czynnik utleniaj cy powoduje destrukcj  struktury w glowej 
najmniej  odpornej  na  działanie  utleniaczy  (boczne  ła cuchy  spolimeryzowanej  substancji 
w glowej oraz boczne grupy mi dzy krystalitami), nast pnie reakcji ulegaj  poszczególne, 
coraz  gł bsze  warstwy  krystalitów,  w  rezultacie  powstaj   pory  o  coraz  wi kszych 
wymiarach. 

W  reakcjach  mi dzy  w glem  a  czynnikiem  utleniaj cym  mo na  wyró ni  

background image

 

7

nast puj ce stadia: 

• stadium dyfuzyjne polegaj ce na transporcie reagentów z fazy gazowej do granicy 

faz 

• stadium  adsorpcyjne,  w  którym  cz steczki  reagenta  adsorbuj   si   na  powierzchni 

ciała stałego 

• stadium reakcji chemicznej: nast puje reakcja mi dzy powierzchniowymi atomami 

w gla a zaadsorbowanymi cz steczkami reagenta 

• stadium  desorpcji  produktów  reakcji  z  powierzchni  w gla  i  ich  transport  do  fazy 

gazowej. 

W  procesach  aktywacji  fizykochemicznej  najcz ciej  stosowanymi  czynnikami 

aktywuj cymi s : para wodna i dwutlenek w gla, rzadziej tlen. Reakcje zachodz ce mi dzy 
w glem a tymi czynnikami s  reakcjami heterogenicznymi. 

W  zale no ci  od  temperatury  reakcji  zgazowania  szybko   ich  mo e  by  

zdeterminowana przez szybko  reakcji chemicznej lub przez dyfuzj  cz steczek czynnika 
utleniaj cego do powierzchni w gla, a nast pnie do wn trza jego porów. Dlatego dla tych 
reakcji  mo na  wyró ni   nast puj ce  obszary  heterogenicznego  reagowania: 

kinetyczne, 

przej ciowe i dyfuzyjne

Istotnym  problemem  jest  dobranie  takich  warunków  aktywacji  w gla  gazowymi 

czynnikami  utleniaj cymi,  aby  reakcja  zachodziła  w  obszarze  kinetycznym,  co  zapewnia 
przebieg reakcji zgazowania na całej powierzchni ziaren. Niekorzystny jest natomiast proces 
zgazowania  biegn cy  w  obszarze  dyfuzyjnym  ze  wzgl du  na  du   szybko   reakcji 
reagentów  z  w glem,  która  przebiega  cz sto  w  sposób  niekontrolowany,  głównie  na 
zewn trznej  powierzchni  ziaren,  co  prowadzi  do  pogorszenia  parametrów 
charakteryzuj cych struktur  kapilarn  w gli aktywnych. 

Z wymienionych uprzednio utleniaczy najbardziej aktywny jest tlen, najmniej aktywny - 

dwutlenek w gla. 

W  reakcji 

tlenu  z  w glem  powstaje  równocze nie  tlenek  i  dwutlenek  w gla  według 

nast puj cych równa  stechiometrycznych reakcji chemicznych: 

C + O

2

   

→   CO

2

      H = -387 kJ/mol 

2C + O

2

   

→   2 CO      H = -226 kJ/mol 

Obie  reakcje  s   egzotermiczne,  ich  mechanizm  nie  jest  jeszcze  w  pełni  poznany.  W gle 
aktywowane  tlenem  zawieraj   du o  tlenowych  powierzchniowych  grup  funkcyjnych. 
Stosowanie  tlenu  jako  czynnika  aktywuj cego  jest  zwi zane  z  wieloma  trudno ciami 
i dlatego u ywa si  go niezwykle rzadko. 

Podstawow   reakcj  

w gla  z  par   wodn   jest  proces  endotermiczny,  który  mo e  by  

zapisany zgodnie z równaniem stechiometrycznym: 

C + H

2

O   

→   H

2

 + CO      H= + 130 kJ/mol 

Oprócz powy szej reakcji zachodz  jednocze nie nast puj ce reakcje: 

C + 2H

2

O   

→   CO

2

 + 2H

2

      H = +77 kJ/mol 

background image

 

8

CO + H

2

O   

→   CO

2

 + H

2

      H = -42 kJ/mol 

Poniewa  jednym z produktów badanych reakcji jest wodór, mo liwe jest równie  tworzenie 
metanu w reakcji: 

C + 2H

2

   

→   CH

4

      H = -86 kJ/mol 

lub w reakcji: 

2C + 2H

2

O   

→   CH

4

 + CO

2

      H = -9 kJ/mol 

Proces  ten  jest  badany  wszechstronnie,  poniewa   jest  on  dominuj cy  nie  tylko 
w reakcji  aktywacji,  ale  tak e  podczas  produkcji  gazu  wodnego.  Aktywacj   par   wodn  
prowadzi  si   w  temperaturze  rz du  700-900  °C.  Jest  ona  katalizowana  tlenkami 
i w glanami metali. 

Reakcj  

w gla dwutlenkiem w gla mo na przedstawi  równaniem: 

C + CO

2

   

   2 CO      H = + 172 kJ/mol 

Reakcja dwutlenku w gla z powierzchni  w glow  jest wynikiem tworzenia si  kompleksów 
powierzchniowych,  przy  czym  szybko   reakcji  w gla  z  dwutlenkiem  w gla  w  danej 
temperaturze jest ok. 30% wolniejsza ni  z par  wodn . 

Aktywacji  w gla  czynnikami  utleniaj cymi  w  przemy le  dokonuje  si   w  piecach 

o ró nej konstrukcji i zasadzie działania. Mo na je podzieli  na trzy zasadnicze typy: piece 
komorowe, piece obrotowe i reaktory z warstw  fluidaln . 

3. Przemysłowa produkcja w gli aktywnych 

Wytwarzaniem w gli aktywnych w Polsce zajmuj  si  w kraju dwie wytwórnie: 

•  GRYFSKAND sp. z o.o., Zakład produkcyjny w Hajnówce 

•  CARBON sp. z o.o., w Raciborzu 

Roczna produkcja w gli aktywnych wynosi ł cznie 

2400 – 2800 Mg

GRYFSKAND – HAJNÓWKA  

Jest  przedsi biorstwem  wielozakładowym  o  profilu  produkcyjnym,  na  czele  firmy  stoi 
jednoosobowy  zarz d,  którego  organem  wykonawczym  jest  Biuro  Zarz du  zajmuj ce  si  
zarz dzaniem, rozliczaniem finansowym, strategi  gospodarcz  i rozwojem. 

Najstarszym  zakładem  spółki  jest  Zakład  Produkcyjny  w  Gryfinie,  wywodz cy  si  

z byłego Gryfi skiego Przedsi biorstwa Suchej Destylacji W gla. Zakład produkuje: 

•  w giel drzewny do celów gastronomicznych i przemysłowych w postaci naturalnej 

i zbrykietowanej. 

•  popularne w kraju segmenty parkietowe 

background image

 

9

•  posiada jedyn  w Europie przemysłow  instalacj  do zw glania trocin działaj c  

wg. my li patentowej własnych in ynierów. 

•  torebki do konfekcjonowania w gla i brykietów. 

Kolejnym  zakładem  jest  spółka  handlowa  z  siedzib   w  Hamburgu,  która  spełnia 

funkcj  przedstawiciela handlowego na rynki Unii Europejskiej. 

Zakład Produkcyjny w Hajnówce 

Dawne  Hajnowskie  Przedsi biorstwo  Suchej  Destylacji  Drewna,  które  w  1996r,  zostało 
wykupione  od  Skarbu  Pa stwa.  Zakład  rozpocz ł  produkcj   w  1905r.  Jako  jedno 
z najnowocze niejszych  przedsi biorstw.  Obecnie  działaj cy  w  strukturze  i  pod  szyldem 
GRYFSKAND  zatrudnia  ok.  480  pracowników,  w  tym  wielu  in ynierów  z  bran y 
chemicznej.  Wła cicielami  firmy  s   udziałowcy.  Udziałowcami  wi kszo ciowymi  s   firmy 
skandynawskie  i  niemieckie,  Skarb  Pa stwa  oraz  osoby  fizyczne,  wywodz ce  si   z  byłego 
Gryfickiego Przedsi biorstwa Suchej Destylacji Drewna. 

PRODUKCJA W GLI AKTYWNYCH W HAJNÓWCE  

Produkcja w stosunku do lat ubiegłych została mocno ograniczona ze wzgl dów rynkowych. 
Podstawowy profil produkcyjny to w gle aktywne produkowane na bazie w gla kamiennego, 
w gla  drzewnego  oraz  pewnych  ilo ci  w gla  z  łupin  orzecha  kokosowego.  Stosownie  do 
zapotrzebowania rynku zakład oferuje ok. 30 rodzajów w gli aktywnych, wykorzystywanych 
w najró niejszych procesach, np. 

•  usuwanie smaków, zapachów i detergentów. 
•  odsiarczanie spalin 
•  odbarwianie 
•  usuwanie chloru, fenolu, amin, pestycydów, substancji kancerogennych, rt ci, 

arsenu etc. 

•  oczyszczanie powietrza 
•  uzdatnianie wody do celów konsumpcyjnych i przemysłowych 
•  doczyszczanie  cieków. 

W  zwi zku  z  konieczno ci   rozwoju  nowoczesnych  technologii  ochrony  rodowiska, 
przewiduje  si   w  najbli szych  latach  wzrost  zapotrzebowania  na  w gle  aktywne  do 
uzdatniania wody pitnej oraz na koksy aktywne do oczyszczania spalin. 

Surowce do produkcji w gli aktywnych stosowane w Hajnówce: 

•  w giel kamienny:  typ 33  lub  34, o wysokim współczynniku spiekalno ci, niskiej 

zawarto ci cz ci niepalnych, głównie popiołu, niskiej zawarto ci siarki (<0,5%) 

•  w giel  drzewny:  produkowany  na  miejscu  w  retorcie  ruchu  ci głego,  głównie 

z brzozy, olchy i w niewielkich ilo ciach z d bu (21 pieców obrotowych, ka dy po 
14,5 m długo ci i  rednicy 1,5 m) 

•  skorupy orzecha kokosowego. 

background image

 

10

CARBON – RACIBÓRZ  

W Raciborzu w 1909 roku otrzymano w tutejszych Zakładach Chemicznych pierwsz  

parti   w gla  aktywnego  na  skal   przemysłow .  W giel  ten  nosił  nazw   EPONIT,  a  jego 
produkcj  prowadzono wg. patentu Ostrejki – na bazie w gla drzewnego. W ci gu kolejnych 
dwóch lat wdro ono do produkcji dwa nast pne gatunki w gla aktywnego o nazwach NORIT 
i PURIT- w gle, dla których podstawowym surowcem był torf. W Raciborzu powstała wi c 
pierwsza  fabryka  w gli  aktywnych  w  Europie  Wschodniej.  Od  chwili  rozpocz cia 
działalno ci Zakłady Chemiczne w Raciborzu miały wielu wła cicieli, ale pomimo cz stych 
zmian produkcj  wci  rozszerzano.  

W 1951 roku wła cicielem wytwórni stały si  Zakłady Elektrod W glowych, a w roku 

1993  w  miejsce  Wydziału  W gli  Aktywnych  Elektrod  W glowych  SA.  powstała  spółka 
z o.o.„CARBON”,  która  kontynuuje  profil  produkcji  swoich  poprzedników,  a  wi kszo  
wyrobów  stanowi   w gle  aktywne.  Ich  jako   jest  zgodna  z  polskimi  normami,  ale 
wytwarzane s  równie  w gle aktywne o parametrach uzgodnionych z klientem.  

Obecnie głównym surowcem do produkcji w gli aktywnych jest w giel drzewny, na 

bazie  tego  półproduktu  otrzymywane  s   w gle  ziarniste  i  pyłowe.  Ponadto  produkuje  si  
w giel  aktywny  z  nisko  uw glonego  w gla  kamiennego  z  Kopalni  Wieczorek.  Przez  cały 
okres istnienia, do chwili obecnej trwaj  poszukiwania nowych surowców do produkcji w gli 
aktywnych. 
W  zakładzie  CARBON  produkowane  s   głównie  w gle  pyliste  i  ziarnowe  z  w gla 
drzewnego, stosowane przede wszystkim do adsorpcji z fazy ciekłej. 

 

Ł czna  produkcja  w gli  aktywnych  obu  tych  zakładów  (Gryfskand  i  Carbon)  jest 

niewielka  i  je liby  powa nie  potraktowa   wykorzystanie  w gla  aktywnego  w  ochronie 

rodowiska  (oczyszczanie  powietrza  i  wód  ciekowych),  to  roczna  produkcja  tych  zakładów 

mogłaby zaspokoi  jedynie zapotrzebowanie Górnego  l ska. 

W  Europie  Zachodniej,  Stanach  Zjednoczonych  i  Japonii  produkuje  si   wiele 

ró norodnych w gli aktywnych o specyficznych własno ciach, a ich produkcja systematycznie 
wzrasta. Obecnie za jedn  z najlepszych w Europie i na  wiecie uwa a si  wytwórni   w gla 
aktywnego w Holandii (fabryk  Norit). 

4. Ocena własno ci w gli aktywnych 

Ocen  własno ci w gli aktywnych dokonuje si  zgodnie z Polskimi Normami PN-82/ 

C-97555.00 do 31. Ich ocena obejmuje oznaczenie ponad 30 ró nego rodzaju parametrów, 
takich  jak:  analiza  sitowa,  oznaczenie  g sto ci  nasypowej,  liczby  metylenowej,  jodowej, 
miligramowej,  fenolowej,  detergentowej,  oznaczenie  zawarto ci  popiołu,  wody,  pH 
wyci gu wodnego, substancji rozpuszczalnych w wodzie i w HC1, zawarto ci jonów Cl

-

Ca

2+

,  Fe

3+

  ,  wykonanie  prób  na  obecno   jonów  Cu

2+

  ,  S

2-

,  NO

3

-

,  jonów  metali  ci kich 

w przeliczeniu  na  Pb

4+

,  próby  na  brak  jonów  CN

-

,  oznaczenie  aktywno ci  katalitycznej 

rozkładu H

2

O

2

, wytrzymało ci mechanicznej,  cieralno ci, nasi kliwo ci wodnej, zjawiska 

background image

 

11

cieplnego, chłonno ci dynamicznej i statycznej w stosunku do par benzenu, aktywno ci 
dynamicznej  w  stosunku  do  chlorku  etylu,  powierzchni  wła ciwej,  obj to ci  porów 
o promieniu poni ej 1,5 nm, oporu warstwy w gla aktywnego i inne. 

Spo ród  tak  szerokiej  gamy  ró nego  rodzaju  oznacze   istotne  znaczenie  maj   takie 

parametry,  które  s   ci le  zwi zane  z  wykorzystaniem  w gla  aktywnego  do  konkretnych 
procesów. 

5. Zastosowanie w gli aktywnych 

•  Oczyszczanie  wody  i  cieków:  usuwanie  pestycydów,  detergentów,  substancji 

odpowiedzialnych  za  smak,  barw ,  i  zapach,  wody,  w glowodorów  alifatycznych 
i aromatycznych,  fenoli  i  ich  pochodnych,  metali  ci kich,  bakterii  i  wirusów, 
niskocz steczkowych zwi zków organicznych, odchlorowania. 

•  Oczyszczanie przemysłowych gazów odlotowych: adsorpcja SO

2

, SO

3

, H

2

S, CS

2

, NH

3

NO

x

  i  innych  gazów  toksycznych.  Uwzgl dniaj c  obecno   w  gazach  odlotowych  tlenu 

i pary  wodnej  to  obok  adsorpcji  na  w glu  aktywnym  zachodzi  tak e  m.in.  katalityczne 
utlenianie i inne reakcje wtórne.  

•  Odzyskiwanie rozpuszczalników organicznych: benzyny, benzenu, toluenu, ksylenów, 

acetonu,  ni szych  alkoholi,  eterów,  estrów,  w glowodorów  parafinowych, 
chlorowcopochodnych  w glowodorów,  (chloroform,  tetrachlorek  w gla,  chlorek 
metylenu, dichloroetan, chlorobenzen i inne). 

•  Oczyszczanie  powietrza:  ochrona  dróg  oddechowych  przed  substancjami 

toksycznymi(we  wszystkich  dziedzinach  przemysłu  chemicznego  i  innych,  technice 
wojskowej; pochłanianie chloru, tlenków siarki, tlenków azotu, siarkowodoru, amoniaku 
merkaptanów, rt ci, substancji promieniotwórczych i innych). 

•  Deodoryzacja  powierza;  usuwanie  nieprzyjemnych  zapachów  z  powietrza,  np. 

merkaptanów, amin, fenoli, pirydyny i innych. 

•  Rozdzielanie  mieszanin  gazowych:  wydzielenie  poszczególnych  składników 

z mieszaniny  gazów,  np.  rozdział  propanu  i  butanu  z  gazu  ziemnego,  rozdzielenie 
powierza na tlen i azot i inne. 

•  Magazynowanie energii: Adsorpcyjne magazynowanie gazu ziemnego, metanu, wodoru 

i innych no ników energii pod ekonomicznym i bezpiecznym ci nieniem. 

•  Oczyszczanie  spalin  samochodowych:  na  no niku  w glowym  z  osadzonymi 

katalizatorami  nast puje  dopalanie  nie  spalonego  w  silniku  paliwa  a  tak e  adsorpcja 
tlenków siarki i azotu. 

•  Przemysł  chemiczny:  odbarwianie  roztworów,  odzyskiwanie  cennych  składników 

z gazów produkcyjnych, eliminacja substancji szkodliwych itd. 

•  Przemysł  petrochemiczny:  wytwarzanie  no ników  w glowych,  niezb dnych  do 

utrzymania  fazy  aktywnej  katalizatora  w  stanie  zdyspergowanym,  w  procesach 

background image

 

12

katalitycznych  takich  jak  hydroodsiarczanie,  hydroodazotowanie,  izomeryzacja 
i uwodornienie. 

•  Przemysł farmaceutyczny: synteza, oczyszczanie i rozdział niektórych preparatów. 
•  Przemysł  spo ywczy:  oczyszczanie  i  odbarwianie  syropów  cukrowych,  odbarwianie 

olejów  i  tłuszczów,  odbarwianie  oraz  polepszanie  własno ci  i  smaku  napojów 
alkoholowych (spirytus, koniak, piwo), dekofinacja kawy. 

•  Przemysł metalurgiczny: do odzyskiwania metali szlachetnych z ich rud. 
•  Przemysł elektrotechniczny: jako materiał elektrodowy. 
•  Medycyna: w zatruciach pokarmowych, do oczyszczania krwi, do dializy. 
•  Przemysł górniczy: utylizacja zasolonych wód kopalnianych. 
•   Rolnictwo: adsorpcja  rodków ochrony ro lin, oczyszczanie  cieków rolniczych. 

6. Badania układu kapilarnego w gla aktywnego 

6.1. Układ kapilarny w gla aktywnego 

Wiele  własno ci  w gli  aktywnych,  istotnych  z  punktu  widzenia  ich  ró norodnych 

zastosowa , głównie jako adsorbentów, no ników katalizatorów i materiałów elektrodowych, 
jest zdeterminowanych ich budow  krystaliczn  zale n  zarówno od surowca, jak i sposobu 
oraz warunków prowadzenia procesu karbonizacji i aktywacji. Dotyczy to zwłaszcza stopnia 
rozwini cia  i  charakteru  ich  struktury  kapilarnej.  Przeci tne  w gle  aktywne  maj   na  ogół 
bardzo  dobrze  rozwini t   powierzchni   wła ciw ,  która  cz sto  przekracza  1000  m

2

/g 

i zwykle  odznaczaj   si   polidyspersyjn   struktur   kapilarn .  Tworz   j   pory 
o zró nicowanym kształcie i wielko ciach. 

W  układzie  kapilarnym  sorbentów  wyró nia  si ,  na  podstawie  szeroko ci  porów 

(podwójny efektywny promie  porów) oraz mechanizmu adsorpcji par i gazów, nast puj ce 
kategorie  porów,  których  podział  jest  zgodny  z  zaleceniami  IUPAC  (Mi dzynarodowa 
Unia Chemii Czystej i Stosowanej): 

1. 

Makropory  -  pory  o  efektywnych  promieniach  wi kszych  ni   25  nm,  które  nie  s  

praktycznie  zapełniane  obj to ciowo  adsorbatem  zgodnie  z  mechanizmem  kondensacji 
kapilarnej. Ich obj to  wynosi 0,2-0,8 cm

3

/g, a powierzchnia wła ciwa nie przekracza 0,5-

2,0 m

2

/g i jest bardzo mała w porównaniu z powierzchni  pozostałych rodzajów porów. 

Makropory  nie  odgrywaj   wi c  istotnej  roli  w  procesie  adsorpcji, spełniaj  jedynie funkcj  
arterii  transportowych,  dlatego  makroporów  w  zasadzie  nie  charakteryzuje  si   metodami 
sorpcyjnymi. Do badania ich własno ci stosuje si  przede wszystkim porozymetri  rt ciow , 
a tak e mikroskopi  optyczn , elektronow  i skaningow . 

2. 

Mezopory - pory o efektywnych promieniach w granicach od 1 nm do 25 nm (zwane 

background image

 

13

s   tak e  porami  przej ciowymi).  Zapełnianie  ich  obj to ci  adsorbatem  przebiega  zgodnie 
z mechanizmem  kondensacji  kapilarnej.  Dla  przeci tnych  w gli  aktywnych  obj to ci 
mezoporów s  w granicach 0,1-0,5 cm

3

/g, a powierzchnie wła ciwe 20-400m

2

/g. Mezopory, 

oprócz  znacz cego  udziału  w  adsorpcji,  odgrywaj   tak e  rol   głównych  arterii 
transportowych  dla  adsorbatu.  Najcz ciej  stosowanymi  metodami  badawczymi 
mezoporów s : sorpcja par i gazów, porozymetria rt ciowa oraz mikroskopia elektronowa 
i skaningowa. 

3. 

Mikropory  -  pory  o  efektywnych  promieniach  mniejszych  ni   1  nm.  S   to  pory 

o wymiarach  porównywalnych  z  wymiarami  adsorbowanych  cz steczek.  Obj to ci 
mikroporów  dla  przeci tnych  w gli  aktywnych  wynosz   0,2-0,6  cm

3

/g  i  maj   one 

najwi kszy wkład w wielko  powierzchni wła ciwej porów. Energia adsorpcji w mikroporach 
jest  znacznie  wi ksza  ni   dla  podobnych  wielko ci  adsorpcji  w  mezoporach  czy  na 
powierzchni  nieporowatej,  poniewa   w  tak  w skich  porach  nast puje  nakładanie  si  
potencjałów  adsorpcyjnych  pochodz cych  od  przeciwległych  cian  porów,  co  prowadzi  do 
szczególnie  du ego  zwi kszenia  zdolno ci  adsorpcyjnych  w  obszarze  małych  ci nie  
równowagowych  adsorbatu.  W  mikroporach  adsorpcja  biegnie  zgodnie  z  mechanizmem  ich 
obj to ciowego  zapełniania  (teoria  Dubinina).  Do  charakterystyki  struktury  mikroporowatej 
wykorzystuje  si   przede  wszystkim  adsorpcj   par  i  gazów  oraz  metod   rozpraszania 
promieni rentgenowskich pod małymi k tami. 

Dla kinetyki adsorpcji istotne znaczenie ma wzajemne poł czenie 

trzech rozpatrywanych 

rodzajów  porów.  Istnieje  na  ten  temat  wiele  hipotez.  Według  jednej  z  nich  mezopory  s  
odgał zieniem makroporów, a mikropory mezoporów (struktura drzewiasta), według innej - 
ka dy  z  trzech  rodzajów  porów  ma  bezpo rednie  poł czenie  z  powierzchni   ziaren 
w gla. 

6.2. Techniki do wiadczalne badania struktury porowatej w gla 

Wielko   adsorpcji  gazu  lub  pary  zale y  nie  tylko  od  ich  charakteru,  ale  równie   od 

warunków, w jakich przebiega proces sorpcji, a przede wszystkim od 

temperatury, ci nienia 

i struktury adsorbentu. Gdy inne warunki s  zachowane, zazwyczaj ze wzrostem ci nienia 
ro nie ilo   zaadsorbowanego adsorbatu.  Krzywe podaj ce  zale no  ilo ci  zaadsorbowanego 
adsorbatu  od  jego  ci nienia  równowagowego  w  stałej  temperaturze  nazywa  si  

izotermami 

adsorpcji. Przebieg izoterm adsorpcji jest wi c odbiciem struktury kapilarnej ciała stałego, ich 
interpretacja  umo liwia  okre lenie  stanu  rozwini cia  i  rodzajów  porów,  ustalenie  typu 
strukturalnego adsorbentu, wielko ci i charakteru jego powierzchni wła ciwej (metoda BET). 

Wielko  adsorpcji gazów i par na ciałach stałych i odpowiednie izotermy wyznacza 

si  metodami 

dynamicznymi lub statycznymi. 

Dynamiczne  metody  pomiaru  adsorpcji  polegaj   na  przepuszczaniu  przez  warstw  

adsorbentu  strumienia  mieszaniny  gazu  oboj tnego  (np.  N

2

),  zwanego  gazem  no nym, 

z odpowiedni  ilo ci  adsorbowanego  gazu lub  pary.  Nast pnie zaznacza  si   pojawienie 

background image

 

14

tego  gazu  za  warstw   adsorbentu,  czyli  tzw.  przebicie.  W  dokładniejszych  metodach 
mierzy si  stopniowy wzrost st enia gazu za warstw  adsorbentu po przebiciu. 

Metody statyczne polegaj  na tym,  e adsorbent umieszcza si  w atmosferze gazu lub pary 

i po ustaleniu si  równowagi mierzy ci nienie oraz ilo  pochłoni tego adsorbatu. Metody 
statyczne  stosuje  si   zwykle  podczas  badania  adsorpcji  indywidualnych  gazów  i  par 
w aparatach  pró niowych,  w  których  adsorbent  został  uprzednio  poddany  ogrzewaniu 
w wysokiej pró ni w celu uwolnienia jego powierzchni z zaadsorbowanych substancji. 

Najwi cej  danych  na  temat  struktury  kapilarnej  porowatych  adsorbentów  dostarcza 

analiza  izoterm  adsorpcji  i  desorpcji  par,  wyznaczanych  w  warunkach  statycznych.  Do 
najcz ciej  stosowanych  adsorbatów  nale   zarówno  gazy,  takie  jak  N

2

,  Ar,  Kr,  CO

2

,  jak 

i pary w glowodorów niskowrz cych, alkoholi, benzenu, cykloheksanu, tetrachlorku w gla, 
pary wodnej, itp. Nale y tu zauwa y ,  e na adsorpcj  adsorbatów o charakterze polarnym 
wpływa  nie  tylko  struktura  kapilarna  adsorbentu,  ale  tak e  chemiczna  budowa  jego 
powierzchni  {np.  tlenowe  powierzchniowe  grupy  funkcyjne  w  przypadku  adsorpcji  pary 
wodnej). Dlatego te  do charakteryzowania struktury kapilarnej najcz ciej wykorzystuje si  
takie adsorbaty, jak N

2

, Ar, C

6

H

6

 i CO

2

Do wyznaczania izoterm adsorpcji i desorpcji stosuje si  obecnie wiele ró nych rodzajów 

aparatury adsorpcyjnej, których działanie jest oparte na ró nych zasadach. Istota pomiaru 
polega  na  okre leniu  wielko ci  adsorpcji  w  stanie  równowagi  i odpowiadaj cego jej 
ci nienia. Wspomniana wielko  mo e by  wyznaczana albo na podstawie bezpo redniego 
pomiaru zmian ilo ci adsorbatu zaadsorbowanego na adsorbencie, albo zmian jego ilo ci 
w przestrzeni nad adsorbentem. 

Spo ród  wielu  istniej cych  obecnie  rodzajów  aparatury  adsorpcyjnej,  za  pomoc   której 

mo na  wyznaczy   izotermy  adsorpcji  i  desorpcji  z  fazy  gazowej,  najcz ciej  s   stosowane 
wagi sorpcyjne McBaina i Bakra, mikrobiuretki cieczowe oraz manostaty sorpcyjne. 

 

6.3. Izotermy adsorpcji i klasyfikacja adsorbentów 

Izotermy sorpcji par (adsorpcji i desorpcji) pozwalaj  na uzyskanie wa nych informacji 

na  temat  wewn trznej  struktury  adsorbentów  i  ich  interpretacja  jest  bardzo  istotna. 
Przebieg  izotermy  adsorpcji,  b d cej  odbiciem  wewn trznej  struktury  adsorbentu, 
umo liwia  okre lenie  stanu  rozwini cia,  rodzaju  porów  danego  typu,  ustalenie  typu 
strukturalnego adsorbentu, wielko ci i charakteru jego powierzchni wła ciwej.  

Według  Brunauera  istnieje  pi   zasadniczych  kształtów  izoterm  adsorpcji  par 

i gazów. Przedstawiono je na poni szym rysunku: 

 

background image

 

15

 

Typy izoterm adsorpcji par i gazów 

Typ I odpowiada izotermie Langmuira i odznacza si  monotonicznym zbli aniem do 

adsorpcji granicznej, która odpowiada kompletnej warstwie monomolekularnej. 

Typ II jest bardzo rozpowszechniony w adsorpcji fizycznej i wi e si  z powstawaniem 

wielomolekularnej warstwy adsorpcyjnej. 

Typ III izoterm adsorpcji jest stosunkowo rzadki W tym przypadku charakterystyczn  

cech   jest  ciepło  adsorpcji  równe  lub  mniejsze,  co  do  warto ci  bezwzgl dnej,  ciepłu 
skraplania czystego adsorbatu. 

Izotermy typów IV i V odpowiadaj  krzywym typu II i III i ró ni  si  od nich jedynie 

tym,  e  przy  ni szych  ci nieniach  wzgl dnych  biegn   one  równolegle  do  osi  ci nie . 
Przyczyn   tego  jest  powstanie  w  porach  adsorbentu  tylko  ograniczonej  liczby  warstw 
adsorpcyjnych, ze wzgl du na szeroko  porów. 

W  stałej  temperaturze  zazwyczaj  ze  wzrostem  ci nienia  ro nie  ilo   zaadsorbowanego 

adsorbatu.  Jednak  dla  poszczególnych  odcinków  izotermy  wpływ  ci nienia  jest  ró ny.  Na 
przykład  dla  drobnoporowatych  adsorbentów  wpływ  ci nienia  jest  szczególnie  widoczny 
w obszarze  niskich  ci nie   wzgl dnych,  podczas  gdy  w  przypadku  szerokoporowatych 
adsorbentów jego wpływ jest widoczny tylko dla ci nie  zbli aj cych si  do ci nienia pary 
nasyconej. Gdy ci nienie dalej ro nie, ro nie tak e ilo  zaadsorbowanej substancji na skutek 
powstawania warstw polimolekulamych. Proces ten w przypadku ciał porowatych ko czy si  
procesem kondensacji kapilarnej. 

Cech   charakterystyczn   zapełniania  porów  zgodnie  z  mechanizmem  kondensacji 

kapilarnej jest mo liwo  wyst powania p tli histerezy na izotermach sorpcji. Desorpcyjna 
gał   izotermy  adsorpcji  i  szeroko   p tli  histerezy  mog   słu y   do  okre lania  struktury 
ciała porowatego i s  w pewnym sensie odbiciem wielko ci i kształtu porów. 

Na  podstawie  zarówno  procesów  adsorpcyjnych,  jak  i  procesów  kondensacji 

kapilarnej, adsorbenty mo na podzieli  na pi  grup (tablica): 

background image

 

16

Klasyfikacja adsorbentów według typów strukturalnych 

Grupa 

Typ strukturalny 

Podgrupa 

Kształt izotermy 

nieporowate 

 

izoterma w kształcie litery bez p tli histerezy 

II 

jednorodne 

szerokoporowate 

szkielet sztywny 

szkielet 

elastyczny 

powolny  wzrost  izotermy  w  obszarze  niskich 
ci nie   wzgl dnych  i  gwałtowny  w  obszarze 
ci nie  bliskich ci nieniu pary nasyconej 

III 

jednorodne 

w skoporowate 

ultra-porowate 

 
 

drobno-

porowate 

gwałtowny  wzrost  izotermy  w  obszarze  niskich 
warto ci p/p

0

szybkie osi ganie równowagi, brak p tli 

histerezy 
nie wyst puje p tla histerezy dla substancji o wielkich 
cz steczkach i pojawia si  tylko podczas przej cia do 
substancji o małych cz steczkach 

IV 

struktury 
mieszane 

maj ce dwa 
rodzaje porów 
lepiej rozwini ta 
struktura 
mikroporowata 
lepiej rozwini te 
mezopory 

dwa  gwałtowne  wzrosty  izotermy  w  obszarze 
niskich i  rednich warto ci p/p

0

 

gwałtowny  wzrost  izotermy  w  obszarze  niskich 
warto ci  p/p

0

  i  mniej  gwałtowny  dla  rednich 

warto ci p/p

0

 

gwałtowny  wzrost  dla  rednich  warto ci  p/p

i mniej gwałtowny dla niskich warto ci p/p

0

 

jednorodne 

nieporowate 

 

gwałtowny wzrost dla  rednich warto ci p/p

0

 

 

background image

 

17

ADSORPCJA NA W GLU AKTYWNYM 

II.  C z          d o   w i a d c z a l n a 

 

 
Do wiadczenie 1. 

Adsorpcja barwnych substancji z roztworu. 

 
 

a) Adsorpcja bł kitu metylenowego 

 

Do  rozdzielacza  wypełnionego  w glem  aktywnym  wla   roztwór  wody  destylowanej 

zabarwionej bł kitem metylenowym (roztwór barwy niebiesko-granatowej). Otworzy  kranik 
w rozdzielaczu i obserwowa  barw  wypływaj cego do podstawionej zlewki roztworu. 
 
 

b) Adsorpcja fuksyny 

 

Probówk   sto kow   napełni   do  połowy  jej  obj to ci  jasno  ró owym  roztworem 

fuksyny.  Wsypa   do  probówki  kilka  mikro-  szpatułek  formowanego  w gla  aktywnego. 
Probówk  zatka  korkiem i wstrz sa  energicznie w ci gu kilku minut. Oddzieli  w giel od 
roztworu przez odstanie lub s czenie na s czku z mi kkiej bibuły. Zwróci  uwag  na zmian  
zabarwienia roztworu. 
 
Do wiadczenie 2

Adsorpcja substancji gazowych. 

 

Probówk   sto kow   napełni   gazowym  bromem  (pod  wyci giem).  W  tym  celu 

zanurzy   bagietk   na  gł boko     ok.  1  cm  w  pojemniku  z  ciekłym  bromem.  Bagietk  
zwil on  bromem wprowadzi  do probówki i dotkn  jej dna, po czym szybko j  wyci gn , 
a  probówk     zatka   korkiem.  Zwróci   uwag   na  barw   gazu.  Do  probówki  wypełnionej 
parami bromu, wsypa  przygotowan  porcj  w gla aktywnego ziarnowego i szybko zatka  j  
korkiem. Probówk  energicznie wstrz sa , obserwuj c odbarwianie si  gazu. 
 
Do wiadczenie 3. 

Adsorpcja jonów z roztworu. 

 
 

a) Adsorpcja jonów Pb

2+

 z roztworu 

 
Wykonanie  próbki  odniesienia:  do  probówki  wprowadzi   3-4  krople    0,01  M  roztworu  
azotanu ołowiu (II) i doda  1 kropl  0,1M roztworu jodku potasu. Probówk  z wytr conym 

ółtym osadem  PbI

2

 zachowa 

 

Drug   probówk   napełni   do  połowy  tym  samym  roztworem  azotanu  ołowiu  (II) 

i wsypa   3-4  mikro-  szpatułki    ziarnowego  w gla    aktywnego.  Probówk   zatka   korkiem 
i energicznie    wytrz sa   w  ci gu  2-3  minut,  a  nast pnie  pozostawi   do  odstania  lub 
przes czy . Pipetk  pobra  3-4 krople klarownego roztworu z nad w gla i przenie  do innej 

background image

 

18

probówki,  po  czym  doda   1  kropl   roztworu  0,1M  KI.  Porówna   ilo   otrzymanego  osadu 
jodku ołowiu (II) z próbk  odniesienia. 
 
 

b) Adsorpcja jonów Fe

3+

z  roztworu 

 
 

Do  rozdzielacza  wypełnionego  w glem  aktywnym  wla   roztwór  wody 

zanieczyszczonej zwi zkami  elaza, zwróci  uwag  na barw  tego roztworu. Otworzy  kranik 
w  rozdzielaczu  ,  obserwuj c  barw   wypływaj cego  roztworu  i  zebra   do  zlewki  kilka 
mililitrów przes czu. Wykona  reakcj  charakterystyczn   na obecno  jonów Fe

3+

, w wodzie 

przed  adsorpcj  i  po  adsorpcji.  W  tym  celu  pobra   do  dwóch  probówek  po  ok.1 cm

3

  wody 

zanieczyszczonej zwi zkami  elaza i wody oczyszczonej na w glu aktywnym , doda  po 1-2 
kropli    0,1  M  tiocyjanianu  amonu  (NH

4

SCN).  Jony  SCN

-

  w  obecno ci    Fe

3+

  powoduj  

zabarwienie krwistoczerwone (czuło  reakcji jest bardzo du a). Opisa  obserwacje. 

 

III.  L i t e r a t u r a 

1.  JANKOWSKA  H.,  WI TKOWSKI  A.,  C

HOMA 

J.,  W giel  aktywny,  Warszawa,  WNT, 

1985. 

2.  D

UBININ 

M. M., Structure and properties of activated carbons, Chemistry and Physics of 

Carbon, London, P. L. Walker Jr., 1966. 

3.   TOMKÓW  K.,  Zestaw  automatycznej,  rejestruj cej  aparatury  termograwimetrycznej  do 

bada   procesów  karbochemicznych,  Pr. Nauk. Inst. Chem. Technol. Nafty PWr., nr 25, 
Wrocław, 1975.  

4.  BRUNAUER  S.,  EMMETT  P.  H.,  TELLER  E.,  Adsorption  of  gasses  in 

monomolecularlayers,  Journal  of  the  American  Chemical  Society  60,  309-319, 
1938. 

5.   SlNG K. S. W., EVERETT D. H., HAUL R. A. W., MOSCOU L., PlEROTI R. A., 

ROUQUEROL J., SlEMIENIEWSKA T., Reporting physisorption data for gas solid 
systems with special reference to the determination of surface area and porosity, 
International Union of Pure and Applied Chemistry vol. 57, No. 4, 1985.