Как действует угольный фильтр

Активированный уголь обладает особыми свойствами, которые позволяют ему удалять из воздуха летучие органические соединения, запахи и другие газообразные загрязнители. Этим он отличается от других очистителей воздуха, таких как фильтры HEPA, которые фильтруют из воздуха только частицы. 

История угольной фильтрации

Люди использовали древесный уголь для очистки воды на протяжении тысячелетий.

Древесный уголь — это остатки древесины после неполного сгорания. Промышленный процесс производства древесного угля — пиролиз — осуществляется путем нагревания вещества в вакуумной камере, в результате чего выделяются все летучие соединения и остается только углерод. Для производства активированного угля обычно используется древесина, иногда применяются скорлупа кокосовых орехов, реже — каменный уголь.

Как активируется уголь?

Чтобы стать активированным уголь проходит дополнительную обработку, в результате чего он начинает лучше задерживать молекулы газа. Сначала в уголь подают горячий воздух, углекислый газ или пар, что создает в угле решетку крошечных пор, значительно увеличивая площадь его поверхности. Это создает гораздо больше мест для захвата молекул и делает уголь более эффективным в качестве фильтрующего материала. Британские ученые сообщают, что один грамм активированного угля может содержать сотни квадратных метров внутренней поверхности. Активированный уголь также обрабатывается химическими веществами, которые повышают их способность фильтровать определенные загрязняющие вещества.

История

Вероятно, самым ранним применением угля как фильтра было удаление примесей в выплавляемом металле при производстве бронзы. Египтяне, по-видимому, были первыми, кто использовал его в медицинских целях, для удаления запахов, связанных с инфекциями. Известно, что моряки в XVI—XVIII веках часто хранили питьевую воду в бочках, которые были либо обуглены, либо обмазаны углем изнутри, чтобы сохранить воду свежей во время длительных плаваний.

Во время Первой мировой войны в противогазах использовались угольные воздушные фильтры для нейтрализации ряда смертельных газов, использовавшихся против войск, но они были эффективны только против некоторых токсинов. Производство и использование активированного угля резко возросло после Второй мировой войны, что в конечном итоге привело к созданию современных воздушных фильтров из активированного угля, а также фильтров для воды.

Как угольные воздушные фильтры задерживают газообразные загрязнители?

Воздушные фильтры из активированного угля удаляют загрязняющие вещества из воздуха с помощью процесса, известного как адсорбция. Адсорбция отличается от абсорбции.

Адсорбция — это состояние, при котором газ, жидкость или растворенные твердые вещества свободно прилипают к поверхности другого вещества, особенно в твердом или жидком материале.

Адсорбция происходит в поверхностных слоях. В реакции адсорбции скорость реакции медленно увеличивается и в конце концов достигает равновесия. Адсорбция — это экзотермический процесс (тепло выделяется). В реакции адсорбции концентрация веществ в толще поглотителя неоднородная. Адсорбция лучше проистекает при более низких температурах.

Абсорбция — это состояние, при котором атомы, ионы или молекулы поглощаются другим веществом, особенно в твердом или жидком материале 

Абсорбция происходит в полном объеме вещества. Реакция абсорбции происходит при равномерной скорости. Абсорбция — это эндотермический процесс (тепло поглощается). Концентрация не изменяется. Температура не влияет на процесс абсорбции.

Углерод представляет собой решетку из атомов, соединенных друг с другом. Процесс активации так важен, потому что увеличение площади поверхности дает газам большую площадь для прилипания. Когда молекула какого-либо газообразного вещества проходит через углерод, она может прилипнуть к поверхности слоя при условии наличия открытого адсорбционного участка.

Молекулы газа перемещаются в пустую область и диффундируют в поры. 

Притянутые и захваченные в пространстве силами Ван Дер Ваальса, молекулы проникают в поры, ударяются о стенки и оказываются в ловушке. Количество пор в углероде огромно, поэтому общая площадь поверхности чрезвычайно велика. 

Процесс адсорбции позволяет угольным воздушным фильтрам отфильтровывать органические химические вещества (газы) из воздуха. Со временем газообразные загрязняющие вещества все больше заполняют адсорбционные площадки активированного угля. Как только слой насыщается, фильтр больше не может задерживать загрязняющие вещества. Химические вещества с большим сродством к адсорбционным площадкам могут вытеснять вещества с меньшим сродством, а сродство данного химического вещества к сорбенту сильно зависит от условий окружающей среды, таких как температура и относительная влажность.

Как эффективно использовать воздушный фильтр с активированным углем

Чтобы удалить из воздуха наибольшее количество загрязняющих веществ, воздух должен проходить через уголь максимально возможное количество времени. Это называется "временем пребывания". Фильтр с большим количеством угля достаточной толщины и высоким временем пребывания будет намного эффективнее, чем фильтр с тонким слоем угля.

Убедитесь, что в фильтре используется достаточное количество угля. Не все фильтры одинаково хороши. Если фильтрационный слой слишком тонкий (например как у бытовых вытяжек), то он насытится очень быстро и перестанет фильтровать запахи. Примерный ориентир: в хорошем воздушном фильтре с активированным углем используется не менее двух-трех килограммов угля. Чем больше угля используется, тем более эффективным может быть фильтр, потому что у него больше адсорбционных участков.

Пропускная способность фильтра должна быть выше, чем пропускная способность вашего канального вентилятора! Например если вы используете канальный вентилятор с производительностью 350 кубометров/час, то используйте фильтр с пропускной способностью 500 кубометров/час.

Температура

Чем выше температура газа, тем ниже адсорбционная способность. Это особенно верно для газов с низкой температурой кипения. Относительно высокая температура может даже вызвать десорбцию, при которой фильтр высвобождает ранее адсорбированные молекулы газа.

Температура должна поддерживаться на уровне ниже 40°C.

Влажность

Относительная влажность является важным фактором, который может повлиять на эффективность фильтра. Молекулы газов с низкой температурой кипения будут меньше адсорбироваться, так как на их месте будут адсорбироваться молекулы водяного пара, оставляя меньше свободной поверхности в порах для воздействия молекул газа на уголь.

Относительная влажность всегда должна поддерживаться на уровне ниже 60%.

Возраст фильтра

Если фильтр не хранится должным образом до использования, со временем становится менее эффективным из-за "отравления" угля присутствием газов в атмосфере, а также влияния влажности окружающей среды. Поэтому при изменении условий из фильтра могут выделяться различные химические вещества. Когда угольный воздушный фильтр насыщен, вы можете заметить, что от него исходит странный запах. Это верный признак того, что угольный фильтр пора менять. Иногда вы заметите запах, иногда — нет. Вы можете следовать рекомендациям производителя и менять его регулярно, хотя это лишь приблизительная оценка. Насыщение угольного фильтра зависит от интенсивности его использования и количества загрязняющих веществ, которым он подвергается.

📕 Читай больше статей про освещение и выращивание растений на канале Just Grow

Telegram-канал: JustGrowLED
Телеграм-бот с каталогом продукции: @Just_Grow_Bot
Instagram: @justgrow.led
Сайт: just-grow.ru