Actieve kool, soms ook wel geactiveerde houtskool genoemd, wordt al sinds het begin van de 19e eeuw commercieel gebruikt als zuiveringsmedium. Tegenwoordig is actieve kool in verschillende vormen verkrijgbaar en wordt het in veel drinkwater-, industriële lucht- en waterbehandelingen, bedrijven en woningen gebruikt om verontreinigingen te verwijderen.
Actieve kool is een zeer poreus materiaal dat organische verbindingen uit vloeistoffen en gassen verwijdert via een proces dat bekendstaat als “adsorptie”. Adsorptie is het proces waarbij organische moleculen in een vloeistof of gas worden aangetrokken door en zich hechten aan het oppervlak van de actieve kool terwijl de vloeistof of het gas erdoorheen stroomt.
Adsorptie op poreuze koolstof werd al in 1550 v.Chr. beschreven in een oud-Egyptische papyrus en later door Hippocrates en Plinius de Oudere, voornamelijk voor medicinale doeleinden. Archeologen ontdekten dat het vroegste gebruik van houtskool voor waterbehandeling dateert van rond 400 v.Chr., voornamelijk bij zeevarende gemeenschappen. Zeelieden schroeiden de binnenkant van watervaten dicht om het water tijdens lange zeereizen te zuiveren en te conserveren.
In the 18e eeuw werd koolstof gemaakt van bloed, hout en dieren gebruikt voor de zuivering van vloeistoffen. Al deze materialen, die beschouwd kunnen worden als voorlopers van actieve kool, waren destijds alleen als poeder beschikbaar.
Wat is de structuur van actieve kool?
Actieve kool bestaat uit een willekeurige, imperfecte structuur van grafietplaatjes en is in feite een ruwe vorm van grafiet, het materiaal dat wordt gebruikt voor potloodstiften. Deze structuur lijkt op een spel kaarten dat veelvuldig is gebruikt.
Deze imperfecte rangschikking van plaatjes, verbonden door koolstof-koolstofverbindingen, creëert een zeer poreuze structuur. Deze structuur heeft een breed scala aan poriegroottes, van zichtbare barsten en spleten tot poriën op moleculaire schaal. De bovenstaande afbeelding illustreert de grafietplaatstructuur van actieve kool bij een zeer hoge vergroting.
Deze grafietplaatstructuur geeft actieve kool zijn zeer hoge interne oppervlakte. Actieve kool kan een oppervlakte hebben van meer dan 1.000 m²/g. Dit betekent dat slechts 5 gram actieve kool een interne oppervlakte heeft die gelijkstaat aan een voetbalveld. Deze oppervlakte stelt actieve kool in staat om verschillende organische verbindingen uit lucht, gassen en vloeistoffen te adsorberen.
Waarvan wordt actieve kool gemaakt?
Actieve kool kan in principe van elk koolstofhoudend uitgangsmateriaal worden gemaakt. De belangrijkste vereiste voor een kosteneffectief product is echter dat de grondstof een hoog koolstofgehalte heeft en gemakkelijk te verkrijgen is.
De meest gebruikte grondstoffen zijn bitumineuze steenkool, hout, kokosnootschalen, bruinkool en turf. De selectie van de grondstof is een belangrijke parameter, omdat deze de unieke eigenschappen van de uiteindelijke actieve kool bepaalt.
Actieve kool erft eigenschappen van de oorspronkelijke grondstof en dit bepaalt de unieke kenmerken van het product en de adsorptiecapaciteiten. Dit betreft as-onzuiverheden, dichtheid, hardheid of slijtvastheid en de transportporiestructuur die de prestatiekinetiek beïnvloedt.
De selectie van de grondstof, de kwaliteit en het proces om de koolstofhoudende grondstof om te zetten in actieve kool hebben allemaal een aanzienlijke invloed op de eigenschappen van het eindproduct.
Zo hebben actieve kool op basis van bitumineuze steenkool en op basis van kokosnoot verschillende fysieke eigenschappen en kenmerken die prestatievoordelen bieden in verschillende toepassingen.
Wat zijn de belangrijkste vormen van actieve kool?
Niet alle actieve kool is hetzelfde en daarom is de selectie van de juiste grondstof, productvorm en eigenschappen cruciaal voor elke toepassing. Actieve kool of geactiveerde houtskool komt voor in veel verschillende vormen, voornamelijk als granulair product, geëxtrudeerd product of als poeder.
Granulaire actieve kool (GAC)
Granulaire actieve kool is een onregelmatig gevormd deeltje dat uit de grondstofvorm is vermalen en vervolgens op specifieke maaswijdtes is gesorteerd. Deze afmetingen variëren doorgaans van 0,2 mm tot 5 mm. De belangrijkste maten variëren van de grovere US mesh-maten 4×8, 6×12 en 8×16 tot de fijnere maten 8×30, 12×20, 12×40 en 20×50 US mesh. Ze kunnen worden geproduceerd uit elk koolstofhoudend uitgangsmateriaal.
De adsorptiecapaciteit van GAC maakt het ideaal voor het verwijderen van verontreinigingen uit water, lucht, vloeistoffen en gassen. Doorgaans wordt granulaire actieve kool in een filterbed in een stalen of betonnen vat geplaatst. Bij water- of vloeistoftoepassingen stroomt de vloeistof meestal door zwaartekracht naar beneden door het koolstoffilterbed. Voor lucht-, damp- of gasprocessen stroomt de lucht of het gas meestal naar boven door het koolstofbed.
Wanneer granulaire kool geen materiaal meer kan adsorberen, wordt deze als verzadigd of verbruikt beschouwd. Deze verzadigde granulaire kool heeft het voordeel dat deze gerecycled kan worden door thermische reactivatie voor herhaaldelijk hergebruik en aan klanten kan worden geretourneerd voor hergebruik, in plaats van te worden afgevoerd.
Pellets of geëxtrudeerde actieve kool
Pellets worden geproduceerd door de actieve kool te persen of te extruderen tot gevormde cilinders. Ze hebben over het algemeen diameters variërend van 0,8 mm tot 5 mm, met typische maten van 3 mm en 4 mm. Ze worden voornamelijk geproduceerd uit steenkool, maar ook uit grondstoffen op basis van kokosnoot.
Het productieproces geeft ze een hoge mechanische sterkte, uniformiteit van vorm en een laag stofgehalte, waardoor ze geschikter zijn voor het verwijderen van verontreinigingen uit lucht- en gasstromen.
Pellets worden doorgaans gebruikt voor lucht- en gaszuiveringstoepassingen, omdat een laag drukverlies bij deze toepassingen vaak cruciaal is. Gepelletiseerde kool werkt op vergelijkbare wijze als granulaire actieve kool in een koolstoffilterbed waar de lucht of het gas doorheen stroomt. Pellets kunnen ook worden gerecycled door thermische reactivatie voor herhaaldelijk hergebruik voor dezelfde toepassing.
Actieve kool in poedervorm (PAC)
Actieve kool in poedervorm wordt geproduceerd door een granulaire actieve koolgrondstof te verpulveren of uit fijne deeltjes die vrijkomen bij de productie van actieve kool. Poederkool heeft een grootte van overwegend minder dan 0,045 mm of 45 micron (<325 US Mesh) en kan worden geproduceerd uit elk koolstofhoudend uitgangsmateriaal.
Het gebruik van actieve kool in poedervorm verschilt meestal van dat van granulaire of gepelletiseerde kool. Ze worden doorgaans toegepast in batchprocessen door dosering of toegevoegd aan een water- of gasstroom en worden later na gebruik uitgefilterd. In de vloeibare fase gebeurt dit meestal in batchprocessen, waarbij de poederdosering kan worden aangepast aan de specifieke behoefte.
Actieve koolweefsel
Actieve kool kan ook worden geproduceerd in de vorm van een doek of textiel, geweven of gebreid. Deze vorm van actieve kool heeft een microporeuze structuur en bestaat voor 100% uit actieve kool. Koolstofweefsel wordt meestal gebruikt in meer gespecialiseerde toepassingen, zoals in medische of gespecialiseerde kledingtoepassingen.
Geïmpregneerde actieve kool
Bepaalde verbindingen hebben een lage adsorptiecapaciteit op de basis actieve kool. Om de prestaties van de kool te verbeteren, kunnen daarom fijn verdeelde chemische oplossingen selectief aan het koolstofoppervlak worden toegevoegd om geïmpregneerde actieve kool te genereren.
Ze zijn doorgaans in pellet- of granulaire vorm en worden voornamelijk geproduceerd uit grondstoffen op basis van steenkool en kokosnoot.
Geïmpregneerde koolstof wordt voornamelijk gebruikt in lucht- of gasfasetoepassingen en meestal voor het verwijderen van gevaarlijke verontreinigingen. De chemische impregnanten die in de koolstof zijn verwerkt, kunnen de geadsorbeerde verontreinigingen neutraliseren via een chemische reactie aan het oppervlak.
Hoe wordt actieve kool gemaakt?
Er zijn verschillende manieren om actieve kool te produceren, afhankelijk van de grondstof: –
- Chemische activering – doorgaans toegepast op grondstoffen op basis van hout
- Fysische activering
- Directe activeringsmethode
- Agglomeratie of, juister gezegd, de reagglomeratiemethode
Voor chemische activering wordt de gedroogde grondstof op basis van hout eerst behandeld met een zuur, doorgaans fosforzuur, en vervolgens thermisch geactiveerd in een oven. Het resulterende product wordt vervolgens gewassen om eventueel achtergebleven zuur uit de koolstof te verwijderen.
Chemviron produceert in Europa zowel chemische als fysische kwaliteiten actieve kool van hernieuwbaar zeedenhout onder de Acticarbone®-lijn.
Bij de directe activeringsmethode wordt elk vluchtig organisch gehalte van de grondstof verwijderd tijdens een bak- of carbonisatiefase om een char of houtskool te produceren. Deze char wordt vervolgens thermisch geactiveerd in een oven en gezeefd om de uiteindelijke actieve kool te genereren.
Gereagglomereerde actieve kool
Gereagglomereerde actieve kool wordt ook geproduceerd via een meerstaps proces. Dit omvat de initiële verpulvering van de grondstof en vervolgens de toevoeging van pek als bindmiddel om briketten te produceren. Dit is de agglomeratiestap.
Deze briketten worden vervolgens vermalen en gezeefd om granulaten te verkrijgen die geschikt zijn voor de volgende stappen. Deze granulaten worden vervolgens gebakken, wat oxidatie + carbonisatie inhoudt. Daarna gaan ze door de activeringsoven op hoge temperatuur, die selectief een deel van de structuur wegbrandt om deze geagglomereerde actieve kool te genereren. Ten slotte wordt de kool gezeefd om het eindproduct te produceren.
De hoogwaardige kwaliteiten granulaire actieve kool van Chemviron, zoals FILTRASORB®, worden geproduceerd via dit reagglomeratieproces uit geselecteerde kwaliteiten bitumineuze steenkool. Dit proces produceert een actieve kool die uniform en in hoge mate geactiveerd is door het hele granulaat heen. Dit agglomeratieproces resulteert in actieve kool met uitstekende adsorptie-eigenschappen en een constante adsorptiekinetiek.
De reagglomeratiestap genereert granulaire koolstof die zeer duurzaam is. Dit betekent dat ze bestand zijn tegen de slijtage die gepaard gaat met herhaaldelijk terugspoelen en hydraulisch transport, wat met name voorkomt bij waterbehandelingstoepassingen. De gereagglomereerde structuur zorgt ook voor een snelle en effectieve bevochtiging van de actieve kool wanneer deze in water of een oplossing wordt geplaatst, terwijl drijvend materiaal wordt geëlimineerd.
Dit reagglomeratieproces zorgt ervoor dat deze koolstoffen zijn ontworpen voor meerdere reactivaties, waarbij ze kunnen worden gerecycled voor hergebruik met behoud van hun operationele eigenschappen.
Indien u meer advies nodig heeft over actieve kool of technische ondersteuning wenst om uw mogelijke behandelingsopties te evalueren, neem dan contact met ons op – neem contact op met ons technische team.