Фильтрующий материал с активированным углем: практическое руководство по выбору и эффективности

Инженеры часто говорят «фильтрующий материал с активированным углем», как если бы это был один материал. На практике это семейство адсорбентов, изготовленных из скорлупы кокосовых орехов, угля, древесины или других богатых углеродом источников, каждый из которых имеет различную пористую структуру, связующие вещества и обработку поверхности. Два фильтра могут содержать одинаковую массу углерода и при этом вести себя в полевых условиях совершенно по-разному.

В нашей работе с производителями очистителей воздуха и вентиляции самый полезный разговор начинается не со слов «Хотите углерода?» Все начинается с трех вопросов: какие газы необходимо удалить, сколько места и перепад давления имеется, и как долго фильтр должен работать до замены. Эти ответы формируют выбор средств массовой информации в гораздо большей степени, чем общее заявление о «высококачественном активированном угле».

Что на самом деле делает фильтрующий материал с активированным углем

Активированный уголь действует главным образом за счет адсорбции. Молекулы газа проникают во внутреннюю сеть пор углерода и прикрепляются к поверхности посредством слабых сил. Это отличается от абсорбции, когда материал поглощает другое вещество в свой объем. Активация создает огромную площадь внутренней поверхности, часто от нескольких сотен до более тысячи квадратных метров на грамм, поэтому относительно небольшой угольный фильтр может удерживать значительное количество запаха и массы летучих органических соединений.

Распределение пор по размерам имеет значение. Микропоры эффективны для небольших молекул, а мезопоры помогают усваивать более крупные органические соединения и улучшают доступ внутрь. Физическая адсорбция обратима, поэтому изменения температуры и концентрации могут привести к десорбции ранее захваченных газов. Химическая адсорбция, обычно создаваемая путем пропитки углерода реактивным агентом, образует более прочные связи и часто используется для аммиака, кислых газов, озона или формальдегида. Ни один из способов не делает уголь фильтром твердых частиц. Уголь справляется с газами и запахами; HEPA-носитель обрабатывает частицы. Многие практичные фильтры сочетают в себе и то, и другое, поскольку загрязняющие вещества обычно появляются вместе.

Формы углеродных материалов, используемых в воздушных фильтрах

Тот же активированный уголь может поставляться в виде сыпучих гранул, порошка, пеллет, шариков, войлока, сотовых блоков или гофрированных листов. Форма влияет на перепад давления, запыленность, содержание углерода, время контакта и на то, насколько легко фильтр можно собрать в цилиндрический картридж или плоскую панель.

Сотовые и гофрированные форматы популярны в очистителях воздуха для жилых и легких коммерческих помещений, поскольку они позволяют контролировать перепад давления, сохраняя при этом большую фронтальную площадь. Компромисс заключается в том, что воздух может проводить очень мало времени в контакте с углеродом. Выбор среды и геометрия складок или ячеек должны разрабатываться вместе.

PCCHC Настраиваемый сотовый фильтр с активированным углем В сотовых конструкциях очистителей воздуха, обеспечивающих баланс перепада давления и времени контакта, в этом фильтре используются пластиковые или бумажные ячейки с регулируемым угольным наполнением. Посмотреть продукт →

Прочтите техническое описание углеродного носителя, не заблудившись

Таблицы данных углерода полны цифр, которые выглядят точными, но не являются взаимозаменяемыми. Высокое йодное число предполагает хорошо развитую микропористую структуру, но не гарантирует высокую эффективность по отношению к конкретной смеси летучих органических соединений. Активность CTC полезна для низкокипящих органических паров. Площадь поверхности BET описывает общую площадь поверхности, однако некоторая часть этой площади может быть недоступна в реальных условиях воздушного потока. Рабочая емкость бутана может быть более актуальной для работы с растворителями и запахами, поскольку она отражает рабочую емкость, а не общую пористость.

При сравнении образцов смотрите на полную комплектацию:

• Зола, влага и pH, которые могут повлиять на коррозию, запах и стабильность.
• Твердость и стойкость к истиранию, влияющие на запыление и потерю носителя.
• Размер частиц или ячеек, который влияет на перепад давления и кинетику адсорбции.
• Тип и загрузка пропитки, особенно для кислых газов, аммиака или озона.
• Рекомендуемая фронтальная скорость, время пребывания и условия замены.

Среда, которая выигрывает по одному номеру заголовка, может проиграть в реальном фильтре, если время контакта слишком короткое или связующее блокирует доступ к порам. Пробное тестирование при предполагаемом расходе воздуха, температуре и влажности более надежно, чем простое сравнение с техническими данными.

Сопоставление среды с газом, который необходимо удалить

Разным газам нужен разный углерод. Стандартный углерод с большой площадью поверхности является разумной отправной точкой для устранения многих летучих органических соединений, запахов растворителей и общих запахов воздуха в помещении. Формальдегид сложнее, потому что он небольшой, реакционноспособный и часто присутствует в низких концентрациях; могут потребоваться пропитанные или химически модифицированные среды. Озон часто обрабатывается каталитическим углем, тогда как аммиак и амины обычно требуют пропитки кислотой. Кислые газы, такие как диоксид серы или сероводород, лучше сочетаются с продуктами, пропитанными щелочью. Смешанные газовые потоки вызывают конкурентную адсорбцию, при которой одно соединение может занимать места и снижать емкость другого.

Влажность – это практическое ограничение, которое заслуживает внимания на раннем этапе. Водяной пар конкурирует за места адсорбции и может снизить емкость органических паров, особенно во влажном климате или в системах подачи свежего воздуха. Температура также имеет значение: горячий воздух снижает физическую адсорбционную способность и может способствовать десорбции. Фильтр, который хорошо работает в лаборатории при относительной влажности 50%, может повести себя по-другому в ванной, на кухне или на берегу.

PCCN Угольный подвесной фильтр с активированным углем Этот углеродсодержащий материал, предназначенный для пластинчатых и цилиндрических фильтров, устраняет формальдегид, летучие органические соединения и запахи благодаря столбчатой углеродной структуре на подложке. Посмотреть продукт →

Выбор носителя также является механическим и производственным решением.

Углеродный носитель должен выдерживать реальную сборку и реальный поток воздуха. Свободные гранулы нуждаются в локализации, чтобы они не оседали и не вибрировали на пути с низкой плотностью. Для порошковых покрытий требуется связующее, которое не попадает в поток воздуха. Сотовые блоки нуждаются в уплотнении кромок, которое предотвращает попадание воздуха в обход углерода. Цилиндрическим картриджам необходимы торцевые крышки, а также складки или оберточные конструкции, которые удерживают носитель на месте без ненужного падения давления.

Для бытовые очистители воздуха Компактные цилиндрические и пластиковые гребенчатые форматы распространены, поскольку они подходят к круглым корпусам и поддерживают крупносерийное производство. Для системы свежего воздуха , форматы панелей и V-bank часто имеют больше смысла, поскольку они обеспечивают высокий поток воздуха с предсказуемой заменой. В обоих случаях уголь можно объединить с фильтрующим элементом HEPA для создания единого фильтра, который одновременно задерживает частицы и газы, но комбинация должна быть спроектирована таким образом, чтобы уголь не перегружался и не обходился.

Многофункциональный HEPA-фильтр с активированным углем Для combined particle and gas filtration in purifiers or fresh-air systems, this HEPA and activated carbon filter targets 0.3-micron particles, formaldehyde, VOC, and odors. Посмотреть продукт →

Тестирование, насыщение и замена

Активированный уголь имеет ограниченную емкость. Как только доступные места адсорбции заняты, происходит прорыв и эффективность падает. Практический срок службы зависит от концентрации газа, расхода воздуха, влажности, температуры и количества углерода в фильтре. Небольшая угольная прокладка в кухонной вытяжке и глубокий химический фильтр V-образного типа могут использовать схожие материалы, но вести себя совершенно не похоже.

Полезный план испытаний начинается с исследуемого газа или газовой смеси и использует предполагаемую скорость потока и влажность. Измеряйте концентрацию вверх и вниз по течению с течением времени, а не только в начале. Запишите падение давления по мере загрузки фильтра. Если применение предполагает периодическое использование, включите проверки десорбции после периодов ожидания. Для бытовых товаров отзывы на местах о возвращении запаха, пыли и интервалах замены так же ценны, как и единый лабораторный показатель эффективности.

Работа с производителем фильтров на углеродных носителях

Выбор углерода проходит лучше, когда поставщик материалов и производитель фильтров работают на основе одного и того же технического задания. В Henka мы обычно запрашиваем целевые газы, воздушный поток, допустимое падение давления, размеры корпуса, ожидаемый срок службы, а также любые требования к сертификации или документации. Отсюда мы можем сравнить гранулированные, сотовые, гофрированные или комбинированные HEPA-углеродные конструкции и построить образцы вокруг реального корпуса, а не на странице каталога. Наш завод производит воздушные фильтры по индивидуальному заказу с 2004 года и работает в рамках систем ISO 9001 и ISO 14001, что помогает обеспечить согласованность выбора фильтрующего материала, сборки и проверок качества. Цель не в том, чтобы продать как можно больше углерода. Это значит выбрать форму носителя, которая подходит для продукта, удаляет предполагаемые газы и дает конечному пользователю разумный интервал замены.