10.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Широкое использование активного угля основано на его способности к регенерации: после насыщения угля адсорбиро­ванные продукты удаляются и уголь используется повторно. Простым примером служит рекуперация растворителей, осно­ванная на десорбции в результате снижения давления или по­вышения температуры. В определенных случаях применяются экстракционные процессы (десорбция в жидкой фазе). Разуме­ется, различные процессы десорбции можно комбинировать.

Часто в процессе адсорбции или десорбции происходят хи­мические превращения и образуются вещества с низкой лету­честью, которые невозможно удалить с поверхности обычным" регенерационными процессами; в таком случае эффективность активного угля снижается. Обычно подобные отложения разла­гаются в условиях активирования. В этом случае говорят реактивировании.

Особое значение реактивирование приобретает в связи с проблемой защиты окружающей среды, так как подлежащие очистке вода и воздух часто содержат вещества, которые при адсорбции прочно удерживаются на активном угле и десорби — руются плохо или совсем не десорбируются. В настоящее вре­мя изучается возможность реактивирования не только зерне­ных, но и порошковых углей; для этого разрабатываются спе­циальные процессы и конструкции аппаратов.

Часто между регенерацией и реактивированием нет четких границ. Пример такого крайнего случая будет рассмотрен в разделах 10.3 и 10.4.1.

Полная десорбция вещества с поверхности активного угля происходит с большим трудом. Причину следует искать в том, что теплота адсорбции и соответственно теплота десорбции бу­дет наибольшей при малой степени насыщения. Другими сло­вами, степень десорбции возрастает с температурой. Поскольку нагревание слоя адсорбента до высоких температур на прак­тике обычно нежелательно, в активном угле всегда остается некоторое количество адсорбата, в последующих циклах сни­жающее адсорбционную емкость угля. Кроме обычной обрати­мой адсорбции, обусловленной удерживающей способностью угля, имеет место и необратимая адсорбция, связанная с на­коплением в порах низколетучих продуктов полимеризации и поликонденсации адсорбата. Такие продукты невозможно уда­лить даже нагреванием до 900 °С. Хорошие результаты обыч­но достигаются обработкой угля в условиях реактивирования, например, водяным паром при 700—900 °С. Во всех случаях важно подбирать условия реактивирования в соответствии с реакционной способностью активного угля, чтобы избежать чрезмерного разрушения углеродной структуры.

Условия реактивирования зависят как от предыстории актив­ного угля, так и от вида удаляемого остаточного вещества. Например, угли, активированные водяным паром при 800— 1000 °С, обладают меньшей реакционной способностью по сравнению с углеродсодержащими необратимо адсорбирован­ными веществами и в соответствующих условиях реактивирова­ния водяным паром последние будут разлагаться в первую очередь. При этом низколетучие продукты вначале обуглива­ются, а затем углерод удаляется в виде газа в соответствии с Уравнениями:

С + 02 —> С02; С + С02 —> 2СО

Возможно даже некоторое повышение активности углей по сравнению с первоначальной. Это объясняется развитием в Угле дополнительной пористости или активацией углеродсодер — ^ащих примесей. Однако присутствие больших количеств Кислорода при реактивировании активного угля, в отличие от ^органических адсорбентов, например оксида алюминия, весьма
нежелательно, поскольку возникает опасность частичной гази­фикации угля.

При одинаковом исходном сырье или одинаковых способах получения способность активных углей к реактивированию про­порциональна площади внутренней поверхности по БЭТ. Опыт также показывает, что широкопористые активные угли отли­чаются большей скоростью реактивирования, чем тонкопо­ристые угли.