Ўзбекистон республикаси олий ва ўрта махсус таълим вазирлиги фарғона политехника институти

§1.1. Фаоллашган углерод ҳақида асосий маълумотлар

Ҳозирги кунда замонавий илмий-техник адабиёт маълумотларида "фаоллаштирилган кўмир" тушунчасининг аниқ таърифи йўқ. Фаоллаштирилган кўмир ишлаб чиқариш жараёнида, таркибида (87-97 % С.) углерод, ундан ташқари кам фоизларда водород, кислород, азот, олтингугуртлардан иборат бўлган мураккаб ғовакли тузилишга эга бўлган углеродли материал ҳисобланади [1].
Фаоллаштирилган кўмир – углерод таркибли хом ашё заррачаларини модификация қилиш натижасида микрокристалли ўзгартирилишига олиб келади ва бунда юқори углеродли таркибга эга бўлган микро, мезо ва макроғовакли адсорбент маҳсулоти ҳосил бўлади [2]. Углерод такрибли хомашё заррачалар ўлчам диаметри 1-3 нм ва узунлиги 2-3 нм бўлган кристаллитлардан иборатдир. Турли адабиёт манбалари томонидан чоп этилган рентген маълумотларига кўра, углерод тармоқларининг текисликлари орасидаги масофа 0,354 нмга тенг бўлади. Фаоллаштирилган кўмир микрокристалларида графитли углерод панжараси текисликлари орасидаги масофа 0,342-0,414 нм, баландлиги эса 1,0-1,3 нм [3]дан иборат.

§1.1.1. Фаоллаштирилган углерод хусусиятлари

Углеродли микроғовак адсорбенти (фаоллантирилган углеродлар, фаоллаштирилган толалар ва матолар) - махсус шароитларда олиб борилган ва ишлаб чиқилган юқори молекуляр оғирликдаги қаттиқ ғовакли углеродли маҳсулотлардир. Фаоллантирилган кўмир газсимон, буғ ва суюқ муҳитдан турли хил кимёвий моддаларни самарали ва танлаб ютиш қобилиятига эга бўлган [4] адсорбентлардан бири ҳисобланади. Аморф углерод ва фаоллаштирилган кўмир (графит) кристаллитлари ўзига хос ва ғайриоддий тузилмани ҳосил қилади, бу ғовак деб аталадиган турли узунликдаги, шаклдаги ва ўлчамдаги (тахминан 10^-8-10^-10 м кенгликдаги) бўлаклар орасидаги ёриқлар билан тавсифланади (1-расм).

1-rasm. Фаоллашган кўмир бўлакларидаги юқори ғовакларининг тузилиши.
Фаоллаштирилган кўмирдаги ғовакларнинг сони одатда жуда кўп, шунинг учун улар юқори даражада такомиллашган ўзига хос сирт майдони Sсол (одатда 500-1500 м²/г ни ташкил қилади) ва юқори адсорбция сиғимга эга. Фаоллаштирилган кўмирдан самарали фойдаланишни аниқлайдиган энг асосий хусусиятлари газсимон ва суюқ муҳитларни ажратиш ва селектив тозалашлардан иборат.
Адсорбентларнинг техник кўрсаткичлари уларнинг заррача ҳажмини тақсимлаш, сингдириш қобилияти, масса зичлиги, минерал аралашмалар ва намликнинг мавжудлиги, механик мустаҳкамлиги, ғовак тузилиши ва бошқа хусусиятларини акс эттиради [5]. Фаоллашган кўмир самарадорлигининг энг муҳим кўрсаткичлари йод сони, метилен кўк бўёқнинг сингдириш қобилияти ва механик кучлари билан аниқланади.
Йод сони-йоднинг сувли эритмасининг маълум бир концентрациясидан (мг/г) фаоллаштирилган кўмир кукуни ёки грануласининг маълум бир массаси томонидан ютилган молекуляр йод миқдори билан ҳисобланилади. Йод кўмирнинг моноқатлами томонидан адсорбциясига асосланган усул: бу сони жиҳатдан қанчалик юқори бўлса, фаоллашув даражаси шунчалик ижобий натижага эришилган бўлади. Йод сони ва фаоллаштирилган кўмирнинг ўзига хос сирт майдони ўртасида тўғридан-тўғри ўзаро боғлиқлик мавжуд - йод қиймати тахминан ўзига хос ғовак юзасига (м²/г) мос келади. Бу кўрсаткичнинг типик қиймати 500-1200 мг/г ни ташкил этади [6].
Фаоллаштирилган кўмир адсорбентини ишлаб чиқариш технологияси ғовакларнинг адсорбцион тузилишини ривожлантириш учун масъул бўлган карбонизация (пиролиз) ва фаоллаштириш (газлаштириш) ни ўз ичига олади. Карбонатланиш (ёки пиролиз) инерт ёки карбонатли газ атмосферасида кенг ҳарорат диапазонига эга (500 дан 1000 К гача). Ушбу босқичнинг асосий мақсади фаоллаштирилгандан кейин ишлаб чиқилиши мумкин бўлган ғовак ядро тизимига эга бўлган кўмирни олишдир. Карбонизация босқичида паст молекуляр оғирликдаги учувчи моддалар чиқарилади ва углеродли материалнинг қаттиқ қисмининг ички тузилиши қайта ташкил этилади, бу ҳақиқий зичликнинг ошиши, яъни углерод миқдорининг ошиши билан боғлиқ. Термик активланиш босқичида, юқорида айтилгандек, активланган газларнинг карбидлар ғовакларига тарқалиши ва уларнинг кўмир билан ўзаро таъсири критик диаметри 0,4 нм дан ортиқ бўлган молекулалар учун ғоваклар мавжудлигининг ошишига ва адсорбцион ғоваклар ҳажмининг ортишига олиб келади. Антрацит каби юқори ароматик маҳсулотлар углеродли хом ашё сифатида ишлатилганда карбонатланиш талаб қилинмайди [7].
Фаоллаштирилган кўмир адсорбент сифатида ғоваклик ҳолатига эга бўлган моддадир. У кўмирни ўз ичига олган турли хил органик материаллардан олинади. Фаол кўмир торф, кўмир, кокос қобиғи, зайтун ва ўрик уруғи, ёнғоқдан тайёрланади.
Адсорбентлар қуйидагиларга бўлинади:
- чиқариш шаклига кўра: донадор фаоллаштирилган кўмир (майдаланган), қолипланган кукун фаоллаштирилган углерод, экструдировка қилинган кўмир (цилиндрсимон зарралар) ва углерод билан сингдирилган материал;
- фаоллаштирилган углерод ишлаб чиқариладиган матераил тури бўйича (кокос қобиғи, ёғоч, кўмир ва бошқалар);
- фаоллаштириш усули билан (буғ ва термокимёвий усуллар);
- мақсад (кимёвий адсорбцион хусусиятларга эга газ катализаторини аниқлаштириш).
Фаоллашган кўмирлар, ғовакларнинг тоифасига қараб, уч тоифага бўлинади: микропорлар (0,6-0,7 нм); мезопорлар (1,5-100-200 нм); макропорлар (> 100-200 нм).
Юпқа ғовакли адсорбентлари паст концентрацияларда ва паст буғнинг қисман босимида ҳам яхши сингиши мумкин. Капилляр конденсация кенг ғовакли актив моддаларга хосдир. Кенг тарқалган ғоваклари бўлган фаол углеродлар газлар ва суюқликларнинг турли хил аралашмаларини ажратиш учун самарали қўлланилади [4].
Шакли ва заррача ҳажми бўйича фаоллаштирилган углеродлар (1-жадвал): кукунли; майдаланган (тартибсиз шаклдаги зарралар); донадор (цилиндрсимон гранулалар) бўлиши мумкин.