Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) создали новую технологию для повышения эффективности активированного угля.
Исследователи создали новое связующее на основе каменноугольной смолы, что дало возможность увеличить сорбционную способность угля более чем в два раза.
«Гранулированные активированные угли используются для очистки воды и воздуха благодаря высокой пористости и удельной поверхности, достигающей тысяч квадратных метров, что обеспечивает эффективное поглощение токсичных веществ. Их получают формированием пасты из порошкообразного угля и связующего. Ранее применялась лесохимическая смола, но перспективной заменой стала каменноугольная смола. Однако ее высокая вязкость затрудняет получение однородных гранул: они трескаются и теряют прочность. Ученые Пермского политеха разработали новое связующее на основе каменноугольной смолы с пониженной вязкостью, что позволило увеличить сорбционную способность готового угля в 2,3 раза».
Новая технология
Как пояснили исследователи, секрет кроется в специальной добавке к каменноугольной смоле — поверхностно-активном веществе (ПАВ), введение которого приводит к снижению вязкости связующего. В итоге полученное вещество равномерно пропитывает угольную пыль, формируя однородную пластичную пасту. Затем, для получения гранулированного активированного угля, пыль со связующим сначала формуют в гранулы, а затем подвергают двухступенчатой высокотемпературной обработке: пиролизу в бескислородной атмосфере, где удаляются летучие компоненты и закладывается основа пористой структуры, и активации при высокой температуре в окислительной среде.
«Проблема заключается в том, что при использовании обычной каменноугольной смолы можно получить гранулированный активированный уголь с низкими показателями прочности и площадью поверхности не более 600 кв. метров на грамм, что недостаточно для глубокой очистки загрязненных сред. Но потенциал у материала гораздо выше: поры просто не успевают раскрыться, смола блокирует и препятствует их формированию. Добавка позволила увеличить площадь до 1 038 кв. метров на грамм, то есть в 2,3 раза больше, чем ранее».
Кроме того, по словам кандидата химических наук, доцента кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ Елены Фарберовой, ученые смогли управлять процессом активации угля. «На лабораторной установке мы варьировали два параметра: температуру от 800 до 900 градусов и время обработки от получаса до полутора часов. На обычной смоле без добавки эти настройки почти не влияли на результат — уголь получался примерно одинакового качества. С использованием композиционного связующего ситуация иная: более высокая температура и продолжительность процесса активации позволили получить ГАУ с более развитой пористой структурой».
Таким образом, по данным университета, разработанная технология позволяет заменить дефицитные лесохимические смолы на доступное сырье, а также получать активированный уголь с большей площадью абсорбируемой поверхности, что критично для территорий и объектов с высоким уровнем загрязнения воды и воздуха.
Фото: hi-tech.mail.ru