Активные угли и другие углеродсодержащие сорбенты

Активные угли, обладающие развитой пористой структурой и высокой величиной поверхности, до сих пор остаются одними из наиболее эффективных сорбентов для выделения из воздуха и вод многих органических соединений. Основным способом получения этих сорбентов является карбонизация и активация (обработка парами воды и диоксидом углерода) древесных углей, торфа, древесины или термическое разложение

синтетических полимеров. В зависимости от исходного материала и последующего способа активации получают сорбенты с различным соотношением микро-, мезо- и макропор. В аналитической практике используют угли различных марок. За рубежом, в основном, применяют активный уголь из скорлупы кокосовых орехов или уголь из нефти. В нашей стране распространены активные угли марок СКТ и БАУ.

Адсорбционная способность активных углей зависит от длины, структуры и размеров пор. Удельная поверхность лучших сортов углей равна 800 – 1000 м²/г (табл. 15), причем 70 – 75% поверхности составляют поры диаметром менее 2 нм. Активные угли традиционно считают обращенно-фазными сорбентами, несмотря на довольно высокое содержание кислорода (от 2 до 25%), атомы которого входят в состав функциональных групп и обусловливают различные специфические взаимодействия с сорбатом. Эти сорбенты количественно извлекают из воздуха и вод полициклические ароматические углеводороды и другие неполярные органические соединения с температурой кипения 200 – 260°С.

Однако у активных углей есть два серьезных недостатка. Во-первых, они хорошо сорбируют влагу, вследствие чего их сорбционная емкость снижается, а во-вторых, сильное взаимодействие сорбент-сорбат затрудняет десорбцию и особенно термодесорбцию многих веществ.

Таблица 15. Характеристики активных углей и других углеродсодержащих сорбентов

От этих недостатков свободны другие углеродсодержащие сорбенты – графитированные сажи (Карбопаки и Карботрапы) и углеродные молекулярные сита (Карбоксивы и Карбоксены) (табл. 15). Графитированные сажи получают прокаливанием саж различного происхождения при температуре около 3000⁰ С. По физическим свойствам графитированные сажи подобны углям, но имеют гораздо меньшую удельную поверхность, что значительно облегчает десорбцию. Благодаря наличию микропор и полярных центров графитированные сажи, несмотря на невысокую величину удельной поверхности, во многих случаях оказываются более эффективными сорбентами для выделения полярных органических соединений, чем многие другие обращено-фазные сорбенты. Их часто применяют для концентрирования полярных пестицидов из различных природных вод.

Углеродные молекулярные сита получают разложением полимеров. Они имеют большую удельную поверхность и поры размером 15 – 40 Ǻ. Эти сорбенты применяют для выделения небольших молекул летучих углеводородов.