Aktívne uhlie


Aktívne uhlie   Aktívne uhlie má spoločné meno pre skupinu umelo vytvorených, pórovitých uhlíkov s hubovitou štruktúrou. Výrobky, pri ktorých je použité aktívne uhlie pozná každý zo všedného dňa, filtre na kontrolu chuti a zápachu, filtre na redukciu chlóru, redukciu škodlivých organických chemikálií atd. Napríklad biely cukor sa najskôr prečistí cez aktívne uhlie aby sa zbavil hnedej farby. Podobne sa cez aktívne uhlie čistí jedlý olej, lieh alebo mydlo. Aktívne uhlie sa používa aj na prečistenie krvi (dialýza) pri ochorení obličiek. Tieto funkcie sú niekedy skombinované v jednej aplikácii, ale majú jednoznačne odlišné úlohy, zatiaľ čo sa určitý druh aktívneho uhlia výborne hodí pre jednu aplikáciu, nemusí byť vhodný pre inú. Hoci je využitie aktívneho uhlia rôzne, adsorpčný mechanizmus je vždy rovnaký.
Aktívne uhlie sa používa už veľmi veľa rokov. Malé množstvo aktivovaného uhlia dával už Hippokrates, otec lekárstva, pred 2500 rokmi svojim pacientom. Aj dnes sa ešte aktívne uhlie používa pri liečbe žalúdočne - črevných ťažkostí.
Vedecký výskum aktívneho uhlia začal v r. 1785, keď Lowitz objavil jeho adsorpciu rozpustených látok. V roku 1812 podal správu o procese adsorpcie rôznym plynov Susurre, pri čom popísal jeho vznik tepla a jeho adsorpciu. Na počiatku 19. storočia sa Fusinierimu a Bellanimu podarilo vyrobiť pristroj na meranie tlaku vzduchu - barometer. Gibbs odvodil v roku 1876 pomocou termodynamiky adsorpčný zákon.
Začiatkom 20. storočia boli matematicky popísané adsorpčné mechanizmy v rôznych vedeckých publikáciách. Prvé veľké technické použitie aktívneho uhlia našlo uplatnenie v roku 1923 vo firme Bayer AG, kde sa používalo na absorbovanie výparov z liehu a benzénu.

Princíp:
  Adsorpcia je proces, pri ktorom látka priľne na povrch adsorbenta (aktívne uhlie). Najpoužívanejším adsorpčným médiom je aktívne uhlie. Radí sa medzi organické adsorpčné médiá, pretože organické molekuly, ako sú herbicídy, pesticídy a priemyselné rozpúšťadlá, rôzne druhy liečiv, fosfáty, majú schopnosť priľnúť na povrch aktívneho uhlia. Táto jeho absorpčná schopnosť je v niektorých prípadoch umocnená katalytickou schopnosťou. Napríklad chlór rozpustený vo vode sa na povrchu aktívneho uhlia mení v neškodný chlorid, sírovodík na síran atď.
Aktívne uhlie, ako médium, môže byť vyrobené z niekoľkých materiálov. Avšak, bez ohľadu na základný materiál, štruktúra povrchu každého aktívneho uhlia je špongiová. V dôsledku tejto štruktúry, má kávová lyžička aktívneho uhlia celkový aktívny povrch veľkosti futbalového ihriska ( kocka uhlíku s dĺžkou hrany 1 centimeter váži 2,2 g. Povrch činí: 6 strán x 1 centimeter x 1 centimeter = 6 cm2. Táto kocka rozdrvená na 1000 malých kociek má nasledujúcu plochu: 1000 kociek x 6 strán x 1 milimeter x 1 milimeter = 60 cm2 . Potom sa 1000 kociek rozomelie na prach. Teraz činí povrch: 109 kociek x 6 strán x 10 µm x 10 µm = 6000 cm2 = 0,6 m2 . Vnútorná plocha od rovnakého množstva aktívneho uhlia činí 2000 m2 ! )

Granulované aktívne uhlie

Výroba aktívneho uhlia:
Aktívne uhlie sa vyrába z rašeliny, dreva, hnedého uhlia, čierneho uhlia a orechovej/kokosovej škrupiny. Tieto materiály musia najskôr zuhoľnatieť. Pritom vznikajú len veľmi malé póry.
Z aktívneho - porézneho systém sa pri tom odstránia nestále látky (vodík, kyslík, dusík, síra atď.). Zároveň sa uvolnia aj dechtové produkty, ktoré sú usadené v jemne pórovitom uhlíku, tým sa uvolní a sprístupní rozsiahly skelet uhlíku. Toto sa deje pôsobením horúcich vodných pár pri teplote od 900 do 1100 °C pri ktorej materiál zuhoľnatie. Pritom dôjde k oxidačnej chemickej reakcii medzi uhlíkom a vodou na vnútorných povrchoch uhlíka, ktorý odstraňuje aj uhlík zo stien pórov: C + H2O => CO + CO2 + H2
Veľkosť pórov môže byť podľa typu aplikácie, použitia (teplota, počas atď ..) vyrobených na mieru. Celosvetovo sa za rok vyrobí takmer 250.000 ton aktívneho uhlia.
Po vyčerpaní kapacity sa aktívne uhlie recykluje dvoma spôsobmi:
Desorpcia - obrátenie adsorpčného procesu - znížením príťažlivých medzipovrchových Van der Waalsových síl, až sa zachytené látky začnú uvoľňovať. Tu ide predovšetkým o teplotu. Čím je teplota vyššia, tým sú Van der Waalsove sily menšie. Prakticky sa to robí vodnou parou (110-200°C). Podľa kvality aktívneho uhlia sa recyklácia desorpciou môže vykonať viac ako 1000x.
Reaktivácia - úplná reaktivácia prehriatou vodnou parou (cez 600 °C) za minimálnej prítomnosti kyslíku.

Použitie pri filtrácii vody v akváriu:
Pretože účinnosť adsorpcie aktívneho uhlia výrazne klesá s množstvom nerozpustených látok vo vode, je treba predradiť vo filtrácii vhodnú mechanickú filtráciu. Môžeme použiť napr. molitan, filtračnú vatu, poprípade rôzne typy keramických filtračných médií. Odporúča sa umiestniť mechanickú filtráciu aj za aktívne uhlie, z uhlia sa uvoľňuje zákal, ktorý môže tvoriť film nečistôt na hladine.

Použitie pri filtrácii vody v akváriu

Pred prvým použitím je nevyhnutné vložku prepláchnuť dostatočne vodou a nevystavovať vplyvu priameho slnečného žiarenia.
Filtračná vložka musí byť vymenená po skončení odporúčanej životnosti, pretože môže dôjsť k uvoľneniu zachytených nečistôt do vody a spôsobiť otravu akvária. Filtračné vložky z aktívnym uhlím zaraďujeme do filtrácie len za konkrétnym účelom. Použitie pri bežnej prevádzke akvária napr. na prevenciu a pod. je aktívne uhlie nevhodné pretože odoberá dôležité látky potrebné pre faunu a flóru v akváriu.

Granulované aktívne uhlie

Rôzne typy aktívneho uhlia:
Uhlíkové brikety
Granulované aktívne uhlie
Postriebrené granulované aktívne uhlie (striebro zamedzuje nárastu baktérií)
Práškové aktívne uhlie
Polyuretánové pláty napustené aktívnym uhlím

Použitie týchto jednotlivých médií závisí od typu aplikácie.


Je zakázaná reprodukcia textu alebo fotografií bez súhlasu autora!

2003