Eigenschappen van actieve kool

Eigenschappen van actieve kool

Actieve kool kan ingedeeld worden aan de hand van verschillende parameters. Die parameters helpen ons om de juiste soort actieve kool voor een bepaalde toepassing te bepalen en om adsorptiesystemen op basis van actieve kool te ontwikkelen.

1) De vorm van actieve kool

• Granulaire actieve kool (GAC): korrels van onregelmatige vorm, 0,3 tot 5 mm groot. Wordt gebruikt voor zowel vloeistoffen als gassen.
• Poeder actieve kool (PAC): verpulverde koolstof, kleiner dan 0,3 mm (maaswijdte of US-meshsize 50), bijvoorbeeld 0,045 mm (maas 325). Wordt voornamelijk gebruikt voor vloeistoffen en rookgasbehandeling.
• Pellets: geëxtrudeerde en cilindrisch gevormde kool met diameter 0,8 tot 5 mm en een lengte van 2 x de diameter. Typisch voor de zuivering van gassen.
• Andere vormen: sferisch gevormd, doeken, vezels...

2) De grootte

• Maaswijdte (Mesh-size): de maaswijdte van actieve kool is gebaseerd op de lijst van standaard zeefgroottes, zie tabel.

• Bijvoorbeeld 8*30 betekent dat minstens 91% van de korrels in gewicht kleiner zijn dan maas 8 (2,36 mm) en groter dan maas 30 (0,6 mm). 12*40 (1,7 tot 0,425 mm), 6*16 (3,35 tot 1,18 mm)…
• Effectieve grootte (effective size): het cijfer dat aangeeft dat 90% van de korrels een diameter hebben groter dan of gelijk aan deze maat.
• Uniformiteitscoëfficiënt: maximale grootte van 60% van de korrels gedeeld door de werkelijke grootte. Hoe kleiner de uniformiteitscoëfficiënt, hoe beter.
• Gemiddelde partikeldiameter

3) Mechanische eigenschappen

• Abrasiegetal: de indicator voor mechanische sterkte in vloeistoffen. Het is de verhouding tussen de gemiddelde partikeldiameter voor en na een bepaalde mechanische actie (ro-tap).
• Hardheid (ASTM D3802): het percentage dat achterblijft op dezelfde zeef, voor en na dezelfde mechanische actie als bij het abrasiegetal. Pellets zijn over het algemeen harder dan korrels.
  Hardheid van koolstof gebaseerd op hout: ≥ 80%, gebaseerd op steenkool: ≥ 90%, gebaseerd op kokosnootschalen: ≥ 95%.

4) Dichtheid

De dichtheid van actieve kool ligt tussen 200 en 600 g/l en is afhankelijk van de gebruikte grondstof en de graad van (re-)activatie. Het ontwerp van adsorbeersystemen wordt in grote mate bepaald door de dichtheid van de actieve kool.

• Schijnbare dichtheid (ASTM D2854): de maximale dichtheid van een steekproef van de kool na vibratie. Gereactiveerde kool heeft een hogere schijnbare dichtheid.
  Schijnbare dichtheid van koolstof gebaseerd op hout: 0,3 tot 0,4, gebaseerd op steenkool: 0,4 tot 0,5, gebaseerd op kokosnootschalen: 0,4 tot 0,45.
• Dichtheid na spoelen en draineren: typisch 85% van de schijnbare dichtheid.
• Bulkdichtheid: de dichtheid van actieve kool in een adsorbeersysteem of een vat. Typisch 90% van de schijnbare dichtheid.
• Beddichtheid: Dichtheid van het bed als de kool in een adsorbeersysteem geïnstalleerd is. Kan variëren volgens de toepassing en het gebruik van de koolstof.
• Echte dichtheid (in g/cc): de dichtheid van het echte koolstofskelet (2,0 tot 2,15 g/cc).
• De dichtheid van het natte partikel: 1,2 tot 1,4 kg/liter.

5) Parameters voor adsorptie bij vloeistoffen

• Joodgetal (ASTM D4607): de hoeveelheid jodium die onder welbepaalde omstandigheden geadsorbeerd wordt – een van de meest gebruikte parameters. Deze parameter geeft een indicatie van het aantal microporiën in de kool, belangrijk voor de adsorptie van kleinere molecules zoals solventen (waarden tot 1100 mg/g).
• Methyleenblauwgetal: de hoeveelheid methyleenblauw (aromatische kleurstof) die onder welbepaalde omstandigheden geadsorbeerd wordt. Deze parameter geeft een indicatie van het aantal mesoporiën in de kool, belangrijk voor de adsorptie van grotere molecules zoals in percolatiewater.
• Melassegetal: de hoeveelheid melasse (donkere kleverige vloeistof, bijproduct in de suikerindustrie) die onder welbepaalde omstandigheden geadsorbeerd wordt. Deze parameter geeft een indicatie van het aantal macroporiën in de kool, belangrijk voor de adsorptie van grotere molecules zoals kleur.
• Fenol: de adsorptieratio van fenol op actieve kool onder welbepaalde omstandigheden.
• Vloeistofisothermen: curve volgens de Freundlich vergelijking, die de belading weergeeft i.f.v. de concentratie : X/M = K C1/n of log (X/M) = log K + 1/n log C, waarbij X het gewicht geadsorbeerd product is, M het gewicht adsorptiemiddel (actieve kool), C de concentratie in het medium en K en n constanten, afhankelijk van de temperatuur, adsorbaat en adsorbans.

6) Parameters voor adsorptie bij gassen

• Isothermen: van allerlei samenstellingen in gas zoals trichloroethyleen, tolueen, benzeen… kunnen isothermen opgezet worden. Onder welbepaalde omstandigheden kan dat nuttige indicaties opleveren. Hou echter steeds rekening met reële situaties bijvoorbeeld wat betreft interferenties en temperatuur.
• Carbontetrachloride (hoeveelheid CCl4 of CTC) en butaanactiviteit (ASTM D3467 en D5742): de lading in gewichtspercent van geladen lucht die door een monster van koolstof geblazen wordt, op het ogenblik dat de gewichtsverhoging stopt. CCl4 activiteit = 2,57 x de butaanactiviteit.

7) BET-oppervlakte

De BET-methode (Brunauer-Emmett-Teller) wordt gebruikt om de interne oppervlakte te bepalen. De wiskundige modellen die hiervoor gebruikt worden, maken gebruik van de adsorptieisotherm van stikstof bij lage temperatuur en partieeldruk. Behalve de oppervlakte kunnen zo ook de gemiddelde poriediameter, het porievolume en de verdeling van de poriegrootte berekend worden. Waarden gaan van 300 tot 1500 m²/g. Over het algemeen is het jodiumgetal 50 tot 100 m²/g lager dan de BET-oppervlakte.

8) Zuurtegraad pH

Actieve kool is altijd licht alkalisch. De pH van de eerste volumes water zal hoog of hoger zijn, afhankelijk van de chemische kenmerken van de vloeistof. De zuurtegraad van een waterstaal wordt steeds gemeten bij welbepaalde omstandigheden.

9) Vochtiggehalte (ASTM D2867)

De hoeveelheid vochtigheid in actieve kool is het percentage gewichtsverlies na 3 uur verwarmen bij 150°C. Typische waarden liggen tussen 1 en 5%.

10) Asgehalte

Het (totale) asgehalte is het percentage mineralen in de koolstof volgens gewicht. Typische waarden voor actieve kool gebaseerd op kokosnotenschaal is max. 3%, gebaseerd op hout max. 5%, en gebaseerd op steenkool max. 12%.

11) De chloor half waarde lengte

De chloor half waarde lengte geeft onder welbepaalde omstandigheden een indicatie van dechlorering. De halve chloorlengte is de hoogte van de kool die nodig is om een concentratie van inlaatvrije chloor van 5 mg/l met 50% te verminderen bij een snelheid van 36 m/h. Typische waarden gaan van 2 tot 5 cm.