Влияние активированного угля на эффективность очистки воздуха

Современные системы очистки воздуха стали более сложными и эффективными благодаря универсальности активированного угля в фильтрации даже самых трудноуловимых воздушных загрязнителей, которые прошли первую фазу фильтрации. В то время как HEPA-фильтры ориентированы на твердые частицы, активированный уголь направлен на удаление и адсорбцию газообразных загрязнителей, запахов и летучих органических веществ, заражающих внутренний/наружный воздух. В отличие от других загрязняющих веществ, эти загрязнители, как правило, невидимы невооруженным глазом, поэтому воздухоочистители с активированным углем, системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) и другие промышленные очистители так эффективны в повышении производительности очистки. Целью этой статьи является описание различных способов и степени, в которых активированный уголь способствует очистке воздуха, а также доказательства его эффективности.

Механизм адсорбции газообразных загрязнителей

Причина, по которой активированный уголь повышает эффективность очистителя воздуха больше, чем что-либо еще, заключается в его уникальной способности `адсорбции` газообразных загрязнителей. В процессе активации при высокой температуре активированный уголь образует микроскопическую пористую структуру, в результате чего площадь его поверхности может достигать сотен квадратных метров на грамм. Когда воздушные потоки проходят через слои угля, молекулы загрязняющих веществ в газовой фазе притягиваются к порам угля посредством биопередачи. Этот процесс в основном используется для очистки загрязненного воздуха, содержащего летучие органические соединения (ЛОС), такие как толуол в чистящих средствах, формальдегид в топливах и красках и другие. Другие газообразные загрязнители, которые могут быть удалены этим способом, включают аммиак и диоксид серы. Когда воздух становится насыщенным, угольная структура не претерпевает никаких изменений и не оставляет побочных продуктов, поскольку химические реакции не происходят.

Направленное удаление летучих органических соединений (ЛОС)

Известно, что воздействие ЛОС в воздухе раздражает дыхательную систему и вызывает другие долгосрочные осложнения из-за способности этих веществ обходить общие фильтры. Эту усовершенствованную проблему фильтрации ЛОС решает активированный уголь, который эффективно адсорбирует ЛОС. Это делает его отличной альтернативой воздушного фильтра в новых строительных проектах, офисах с печатью и других средах с высоким содержанием ЛОС. Воздушные фильтры с активированным углем доказали свою способность удалять ЛОС всех молекулярных размеров и полярностей благодаря своей уникальной пористой структуре. Например, формальдегид и ксилол с молекулярными весами 30,03 г/моль и 106,16 г/моль соответственно, захватываются микропорами и мезопорами размером < 2 и 2-50 нанометров соответственно. Такая надежная и быстрая адсорбция является причиной того, что воздушные фильтры с активированным углем работают лучше, чем воздушные фильтры с обычными мезопористыми фильтрами.

Устранение запахов и неприятных ароматов

Неприятные, а иногда и проблемные запахи часто вызываются газообразными соединениями, такими как сероводород (запах тухлых яиц), меркаптан (запах сточных вод) и даже некоторые летучие жирные кислоты (запахи, связанные с определёнными кулинарными блюдами), и они являются серьёзной проблемой для качества воздуха как в жилых, так и в коммерческих помещениях, особенно для предприятий общественного питания и даже объектов по обращению с отходами. Эффективность и комфорт в обеспечении качества воздуха улучшаются благодаря использованию активированного угля, который значительно очищает и даже устраняет нежелательные, надоедливые и порой зловонные соединения в воздухе. Молекулы, вызывающие запахи, захватываются, и вместо того, чтобы просто маскировать их, они нейтрализуются, что является результатом большой поверхности и пористой микроструктуры активированного угля. В кухонных очистителях воздуха, например, часто присутствуют запахи пищи и даже кулинарные испарения. В домах, где живут с домашними животными, аммиак из мочи, запахи, связанные с перхотью, и даже запах мочи животных улавливаются. Функция удаления запахов делает активированный уголь важной составляющей очистителей воздуха. Это связано в первую очередь с тем, что он выполняет задачи, с которыми не справляются фильтры для твёрдых частиц.

Дополнительная роль с фильтрацией частиц

Фильтры твердых частиц (например, HEPA-фильтры) работают более эффективно, если их использовать вместе с фильтрами из активированного угля, что облегчает нагрузку на систему. HEPA-фильтры задерживают частицы, находящиеся в воздухе, такие как пыль, пыльца, споры плесени и перхоть домашних животных, однако данные фильтры не способны устранять ЛОС и газы. Именно поэтому комбинация активированного угля и HEPA-фильтров является эффективной, поскольку она устраняет как твердые, так и газообразные загрязнители, что может быть особенно полезно для здоровья человека. Например, можно рассмотреть конфигурацию фильтров, используемых в бытовых очистителях воздуха. Воздух сначала проходит через предварительный фильтр, который задерживает крупные частицы, далее следует фильтр из активированного угля, который поглощает загрязнители, а затем HEPA-фильтр, улавливающий мелкие частицы. Комбинация всех этих фильтров позволяет устранить наиболее распространенные загрязнители, обеспечивая более высокую степень фильтрации, которая работает намного эффективнее, чем одиночный фильтр.

Повышение эффективности систем отопления, вентиляции и кондиционирования

Использование активированного угля в кондиционерах значительно оптимизирует их эффективность очистки воздуха. Поскольку системы отопления, вентиляции и кондиционирования оснащены фильтрами, которые удаляют летучие органические соединения (ЛОС), дым и запахи из воздуха, эти фильтры предотвращают повторное распространение загрязняющих веществ. Другие газы, такие как коррозионные газы, которые могут быстро повредить и разрушить катушки и вентиляторы кондиционеров, также поглощаются, что приводит к повышению энергоэффективности и увеличению срока службы систем.

Промышленное применение для очистки воздуха

Активированный уголь доказал свою эффективность в областях с сильным загрязнением воздуха. Примером такого применения является очистка. В химических покрасочных производствах активированный уголь используется в воздушных скрубберах. Он удаляет химические пары, токсичные газы, летучие органические соединения и опасные промышленные выбросы. Также защищает работников и окружающую среду.
Помимо паров и химических выбросов, химические выбросы в химической промышленности также содержат вредные вещества, такие как хлор и хлористый водород. Скрубберы с активированным углем удаляют такие вредные соединения, создавая безопасные для окружающей среды выбросы. Эти системы также улучшают качество воздуха на рабочем месте. Во многих странах существуют строгие правила обращения с большими объемами загрязненного воздуха. Значительное улучшение качества воздуха на рабочем месте повышает соответствие таким политикам.

Факторы, влияющие на эффективность активированного угля

Активированный уголь имеет факторы, которые влияют на его способность повышать эффективность очистки, такие как тип используемого угля, внутренние поры, время контакта и влажность воздуха. Объем гранул активированного угля, используемых в кондиционерах, составляет GAC из-за его высокой емкости удержания и долгого срока службы. PAC используется в небольших очистителях воздуха из-за более быстрой способности удерживания. Функция пор также важна — уголь, имеющий более высокий процент микропор, лучше улавливает мелкие ЛОС, тогда как большее количество мезопор лучше справляется с крупными молекулами. Время контакта также важно — время контакта воздуха, проходящего через угольный слой. Эффективность улучшает время контакта при очистке, воздух становится менее загрязненным.

Избыточная влага должна быть удалена для повышения эффективности, поскольку влажность поглощает парообразные загрязнители. В таких случаях используются процессы сушки, поскольку они могут повысить эффективность удержания, а выше точки росы соотношение пара ограничено диффузией.

Обслуживание для поддержания эффективности

Для поддержания эффективности очистителя воздуха надлежащее обслуживание угольных компонентов является решающим фактором. Со временем угольные адсорберы загрязняются и, соответственно, теряют способность к адсорбции. В зависимости от концентрации загрязняющих веществ и скорости воздушного потока, срок службы очистителя воздуха составляет около 3-6 месяцев. Промышленные/GAC системы, напротив, функционируют значительно дольше до необходимости очистки. Тепловая регенерация является недорогим методом восстановления использованного угля, и это может быть экономически эффективным методом для промышленного пользователя угольных фильтров. Для обычного бытового пользователя лучше всего придерживаться установленного графика обслуживания, чтобы сохранить эффективность. Фильтры, загрязненные сверх определенного уровня, теряют способность удерживать газы и запахи.