Filtermaterialen

Actieve kool

Op het eerste gezicht ziet alle actieve kool er hetzelfde uit. Alle actieve kool is afgeleid van hetzelfde element: koolstof, en wordt toegepast vanwege zijn absorptievermogen wat betreft het verwijderen van ongewenste stoffen uit diverse gassen en vloeistoffen. In feite zijn er voor elke toepassing bepaalde actieve koolsoorten die beter presteren dan andere. De reden hiervoor kan aan talloze factoren worden toegeschreven maar het lijdt geen twijfel dat de technische deskundigheid van de mensen, betrokken bij het optimaliseren van een proces, hierin een doorslaggevende rol speelt.

De medewerkers van Carbonitalia identificeren de meest geschikte kwaliteit voor elke specifieke toepassing uit de verschillende categorieën kool. Door experimenten met fysisch- of chemisch geactiveerd poeder- of korrelvormige actieve kool, is ons team in staat om het effect op het eindresultaat te verifiëren. Ook de ervaring die we hebben opgedaan in het helpen van onze klanten om de beste oplossingen te vinden, is hierbij doorslaggevend geweest. We kunnen stellen dat ons team onbetwistbare capaciteiten heeft ontwikkeld om elk absorptieprobleem op te lossen.

Hoger absorptievermogen, betere productkwaliteit

Actieve kool is een chemisch inert, industrieel product dat hoofdzakelijk is samengesteld uit koolstof met een sterk ontwikkelde poreuze structuur. Het product heeft een zeer groot inwendig oppervlakte, waardoor het een zeer hoog absorptievermogen heeft in vergelijking met een grote verscheidenheid aan stoffen. In het algemeen is het specifieke volume van de poriën groter dan 0,8 ml/g en de specifieke interne oppervlakte groter dan 1000 m²/g. De poriën hebben variabele afmetingen en zijn onderverdeeld in voornamelijk drie verschillende klassen:

• Macroporiën: met een diameter van meer dan 500 Angstrom. Deze vertegenwoordigen het oppervlak dat over het algemeen onbruikbaar is en hebben weinig effect op de absorptiecapaciteit.
• Mesoporiën: ook wel overgangsporiën genoemd, met een diameter tussen 30 en 500 Angstrom. Dit zijn de belangrijkste toegangswegen in het actieve kooldeeltje en spelen een belangrijke rol in de absorptiekinetiek.
• Microporiën: met een diameter tussen 5 en 30 Angstrom. Deze vormen het actieve deel, d.w.z. het essentiële deel van het specifieke oppervlak.

Absorptie, een verschijnsel waarbij de moleculen van een vloeibare- of gasvormige fase, als gevolg van onderlinge aantrekkingskrachten, zich aan het oppervlak van een vaste stof hechten. Deze krachten, die ervoor zorgen dat moleculen zich aan het oppervlak van de kool hechten, zijn relatief zwak en van het type "Vanderwaalskrachten". Na verloop van tijd wordt een evenwichtstoestand gecreëerd die afhankelijk is van de temperatuur en de samenstelling van de moleculen in de vloeistoffase. De "absorptie-isotherm" kan dus worden gedefinieerd als een curve, die bij een constante temperatuur de hoeveelheid geabsorbeerde stoffen op de kool weergeeft, als functie van de concentratie van vrije moleculen in de vloeistof welke in contact staan met het absorberende materiaal.

Fysische (stoom) geactiveerde kool

Fysische activering wordt meestal gebruikt voor de activering van minerale koolstof, kokosnootschalen en hout, die eerst gecarboniseerd (verkoold) worden. De activering gebeurt bij ongeveer 800°C - 1000°C in een gecontroleerde atmosfeer en samen met stoom. Op deze manier kan het gas dat vrijkomt worden verbrand, zonder de kool eveneens te verbranden.

Op deze manier wordt actieve kool geproduceerd die voornamelijk meso- en microporiën heeft, ideaal voor het verwijderen van een bulk aan organische verontreinigingen in zowel de vloeibare- als de gasfase.

Chemisch geactiveerde kool

Chemische activering is een eenfasig proces dat resulteert in de thermische afbraak van de grondstof zonder voorafgaande carbonisatie. Dit gebeurt bij temperaturen van 500-600°C en in de aanwezigheid van een dehydraterend en oxiderend middel zoals fosforzuur of zinkchloride.

De gemiddelde diameter van de poriën van chemisch geactiveerde kool is groter dan die van fysisch geactiveerde kool, een fundamentele eigenschap voor bijvoorbeeld ontkleuringsprocessen en waarin de te absorberen moleculen groot zijn.

Kwaliteitscontrole

Actieve kool is een complex product en het is niet makkelijk om eenvoudigweg de adsorptieve eigenschappen vast te stellen. De analytische waarden worden onderverdeeld in drie groepen:

Morfologische kenmerken

Deeltjesgrootte: meting van de korrelgrootte en de deeltjesgrootteverdeling, door middel van klassieke natte- of mechanische zeefmethoden, of door middel van moderne lasermethoden.

Volumieke massa: meting van de massa van een volume-eenheid onder standaardomstandigheden. Deze hangt niet alleen af van de kwaliteit van de kool, maar varieert met de korrelgrootte, de indeling en de verdichting van de korrels.

Poreusheid: meting van het specifieke oppervlak van de kool en de verdeling van de poriën volgens hun diameter.

Chemisch-fysische kenmerken

Vochtgehalte: meting van het gewichtsverlies als gevolg van het drogen in een oven, in het geval dat water de enige vluchtige stof is die aanwezig is. Indien dit niet het geval is, wordt een xyleendestillatiemethode gebruikt.

As: meting van de resterende anorganische stoffen na het calcineren van de kool (totale as) en die welke oplosbaar worden door behandeling met zuren (oplosbare as).

PH: meting van de pH van het water behandeld met de kool onder standaardomstandigheden. Deze hangt af van het activeringssysteem en de chemische aard van de radicalen die op het oppervlak aanwezig zijn.

De absorptie-eigenschappen worden weergegeven door indices indexen, die het absorptievermogen van de kool ten opzichte van moleculen van verschillende grootte uitdrukken. Er is een verband tussen deze indexen en de poreuze structuur van de kool.

Molassegetal: geeft het gehalte mesoporiën in de koolstructuur van de kool weer. De kleuring van de melasse is namelijk afkomstig van moleculen met een variabele grootte van ongeveer 30 tot 100 Angstrom. Het resultaat van deze meting wordt weerspiegeld in verschillende typische toepassingen van actieve kool en in het bijzonder in de ontkleuringsprocessen van de diverse basisproducten van de Voedingsmiddelen-, chemische & farmaceutische industrie.

Jodiumgetal: micro-porositeitsindex. Grootte variabel tussen 5 en 15 Angstrom. Aangezien het jodiummolecuul klein is, heeft het toegang tot alle poriën van de kool. Deze test geeft dus een indicatie van de totale specifieke oppervlakte van de kool, op voorwaarde dat er geen lichaam stofje aanwezig is dat met jodium kan reageren.

Dergelijk analytische testen geven slechts een gedeeltelijk beeld en moeten met voorzichtigheid worden geïnterpreteerd. Alleen de adsorptie-isotherm toont de kwaliteit van een actieve kool in relatie tot de specifieke toepassing.

Adsorptie-isotherm

Er zijn een aantal empirische wetten die het mogelijk maken om het adsorptie verschijnsel weer te geven. In het geval van adsorptie in vloeibare fase. wordt de verhouding tussen de geadsorbeerde hoeveelheden en de gebruikte doses kool bepaald door de isotherm van Freundlich, die op een logaritmisch schaaldiagram de vergelijking van een rechte lijn met helling 1/n weergeeft.

Bleekaarde

Bleekaarde wordt, zoals de naam al aangeeft, voornamelijk gebruikt voor het verwijderen van chromoforen. Dit sluit echter niet uit dat dit product ook voor andere toepassingen kan worden gebruikt, daar waar de eigenschappen van dit filtermedium optimaal zijn voor het oplossen van bepaalde problemen, zoals bijvoorbeeld de zuivering van dierlijke vetten.

Bleekaarde wordt evenals actieve kool -afhankelijk van het activeringsproces waaraan het wordt onderworpen -in 2 verschillende klassen onderverdeeld:

• chemisch geactiveerde bleekaarde
• fysisch geactiveerde bleekaarde

Chemisch geactiveerde bleekaarde heeft meestal een gemiddelde pH van 2-3, terwijl fysisch geactiveerde bleekaarde een veel hogere alkalische pH-waarde heeft, in de meeste gevallen hoger dan 7.

Attapulgiet, montmorilloniet, sepioliet en clinoptiloliet zijn de meest voorkomende stoffen waaruit bleekaarde bestaat; zowel afzonderlijk of in combinatie met elkaar. De uitgangsklei bevat voornamelijk siliciumdioxide en aluminiumoxide en daarnaast kunnen er sporen van ijzer, magnesium, calcium en kalium in voorkomen. Kleiafzettingen hebben een gelijkaardig uiterlijk als dat van de grond en kunnen kleurtinten hebben die variëren van leerbruin of lichtbruin tot geel of zuiver wit.

Activeringsmethoden

Ondanks de reeds zeer goede absorptie-eigenschappen, ondergaat de klei speciale behandelingen om deze basiskenmerken te verhogen.

Chemische activering

Het activeringsproces met zwavelzuur of zoutzuur maakt het mogelijk verschillende ionen te verwijderen, waardoor actieve plaatsen vrijkomen die geschikt zijn voor de adsorptie van onzuiverheden; de verschillende soorten ionen (Ca, Mg, Fe, K) zijn gelijkmatig gedispergeerd in de kleiige Si-Al matrix.

Bleekaarde die met zuur is geactiveerd kan chlorofyl, carotenoïden en andere verbindingen zoals fosfor of oxidatieverbindingen uit eetbare oliën, mineralen en vetten verwijderen.

Fysische (stoom) activering

Het fysische activeringsproces van bleekaardevindt plaats door de klei op een hoge temperatuur van ongeveer 600°C te activeren in een draaitrommeloven, zodat de poreuze structuur die al inherent is aan het materiaal zelf hierdoor verder vrijkomt.

Attapulgiet en sepioliet zijn de meest geschikte klei voor een dergelijk proces. Ook fysisch geactiveerde aarde kan chlorofyl, carotenoïden en andere verbindingen zoals fosfor of oxidatieverbindingen uit eetbare oliën, mineralen en vetten verwijderen.

Deeltjesgrootte

Een fundamentele parameter van zowel zure als basische bleekaarde, is de verdeling van de deeltjesgrootte. Naast een hoge verwijderingscapaciteit van chromoforen (chlorofyl, carotenoïden, enz.) moet de bleekaarde een zodanige deeltjesgrootte hebben, dat deze tijdens het filtratieproces geen beperkende parameter vormt.

Verschillende korrelgrootteverdelingen kunnen worden verkregen door middel van speciale malingen, afhankelijk van de marktvraag: er is zelfs bleekaarde die het mogelijk maakt om met een hogere filtratiesnelheid te werken.

Diatomeeënaarde

Diatomeeënaarde, ook bekend als kiezelgoer, ontstaat uit de fossilisatie van overblijfselen van diatomeeën die toenmaals in zoutmeren en oceanen voorkwamen, een soort protisten en gekenmerkt door een exoskelet van siliciumdioxide.

De ophopingen van versteende diatomeeën zijn voornamelijk te vinden in oude, hedendaags opgedroogde zoutmeren en in bepaalde geografische gebieden. Hier worden de grondstoffen gewonnen die gebruikt worden voor de productie van diatomeeënaarde.

Diatomeeënaarde is ideaal om te worden ingezet als filtratiehulpmiddel voor het verwijderen van de zwevende vaste component uit vloeistoffen. Hun grote veelzijdigheid maakt het mogelijk om ze te gebruiken in verschillende toepassingen, variërend van waterzuivering- en behandeling tot de filtratie van vloeistoffen voor levensmiddelen en toepassingen in de chemische en farmaceutische industrie.

Deze specifiek aarde kan worden onderverdeeld in drie families, afhankelijk van de Toepassing:

• Natuurlijke diatomeeënaarde (okerkleurig), ideaal voor gebruik in de veehouderij en de filtratie van vloeibare voedingsmiddelen (bier, wijn, olie, suiker, enz.);
• Gecalcineerde diatomeeënaarde (roze van kleur), veel gebruikt voor de filtratie van vloeibare voedingsmiddelen (bier, wijn, olie, suiker, enz.), in de chemische industrie (citroen- en fosforzuren, enz.) en in de minerale olie-industrie (smeermiddelen en additieven);
• Met stroom gecalcineerde diatomeeënaarde (wit van kleur) die gebruikt wordt bij de filtratie van vloeibare voedingsmiddelen (bier, wijn, olie, suiker, enz.), producten uit de chemische industrie (citroen- en fosforzuur, enz.), de minerale olie-industrie (smeermiddelen en additieven), de farmaceutische industrie (alginaten, antibiotica) en de medische industrie (bloed en plasma).