Adsorptie / Actief Kool

Actief kool adsorptie

Adsorptie is het proces waarbij een oplosbare stof uit het water wordt gehaald door middel van een vaste stof, voor dit soort adsorptie word actieve kool gebruikt. Deze actieve kool wordt op een speciale manier geproduceerd waardoor het een zeer groot intern oppervlakte heeft (ongeveer 500 - 1500 m²/g). Door de grote interne oppervlakte is actieve kool ideaal voor adsorptie. Actieve kool is te verkrijgen in twee vormen: in poedervorm (PAC) of in granulaatkorrels. De granulaatversie (GAC) wordt het meeste gebruikt om de volgende stoffen uit het water te verwijderen:

Adsorptie van organische apolaire stoffen zoals: Minerale olie BTEX Poly aromatische koolwaterstoffen (PAK’s) (Chloor) fenolen Adsorptie van halogene stoffen: I, Br, Cl, H en F Kleurstoffen Smaakstoffen Gisten Verschillende fermentatie producten Apolaire stoffen (Stoffen die slecht in water oplosbaar zijn)

Actief kool is een voorbeeld van een filtermedium. Andere filtermedia zijn ook te vinden op de website van Lenntech.

Datasheet Aktief kool, Activated carbon (Engelstalig)

Voorbeelden van toepassingen aktief kool:

• Grondwater zuivering
• Het ontchloren van proceswater
• Fijnzuivering bij zwembaden
• Het polishen van behandeld effluent

Procesbeschrijving:

Actieve kool zit in een kolom waar het water van boven wordt ingepompt en verlaat de kolom via de bodem. De werking van actieve kool filters is temperatuurafhankelijk en van de te adsorberen componenten. Het water heeft een continue doorstroom door de kolom waardoor het filter periodiek zal moeten worden vervangen. Het gebruikte actieve kool kan geregenereerd worden op verschillende manieren. Een van de manieren is het terugwassen met stoom, na het wassen kan de actieve kool weer worden gebruikt, de efficiëntie neemt wel met 5-10% af ¹⁾ en tevens verkruimeld er ook een deel van het kool. Door met kolommen in serie te werken kun je tegengaan dat er een complete uitputting van een van de kolommen plaatsvindt.

Beschrijving van adsorptie:

Moleculen uit de gas- of vloeistoffase worden op fysische wijze vastgehecht aan het oppervlakte van een vaste stof, in dit geval dus op het actieve kool.
De adsorptie bij actieve kool gaat in 3 stappen:

• Macrotransport: het verspreiden van organische materiaal door de macroporiën (>50nm) van het actieve kool.
• Microtransport: het verspreiden van organisch materiaal door de meso- en microporiën van het actieve kool. (mircoporie <2nm; mesoporie 2-50nm)
• Sorptie: het fysisch aanhechten van het organisch materiaal aan het actieve kool in de micro- of mesoporiën.

De maat voor adsorptie wordt bepaald door de concentratie van de stoffen in het water, de temperatuur en de polariteit van de stof. Een polaire stof (= een stof die goed in water oplost) is slecht of niet te verwijderen d.m.v. actieve kool, terwijl een apolaire stof (= een stof die niet goed in water oplost) helemaal verwijderd kan worden met actieve kool. Elke soort actieve kool heeft zijn eigen adsorptie isotherm (zie figuur 1) en deze wordt voor de waterzuivering bepaald door de functie van Freundlich.
De vergelijking ven Freundlich:
met x/m = geadsorbeerde stof per gram actieve kool
Ce = concentratieverschil voor en na de adsorbtie
Kf, n = specifieke contante (afhankelijk van polariteit)

Tevens is er ook een tweede curve die de uitputting van de actieve kool filter aangeeft (zie figuur 2).
Bij proceswaterbehandeling wordt vaak een UV-onsmetter geplaatst na het aktief kool filter.

Het verschil tussen adsorptie en absorptie:

Bij adsorptie is er sprake van het hechting van een stof aan het oppervlakte, in dit geval dus de interne oppervlakte van het actieve kool, terwijl er bij absorptie sprake is van het opnemen van een stof (bijv. gas of vaste stof) in een ander medium. Het opnemen van een gas in vloeistof heet dus absorberen.

	Figuur 1 geeft een specifieke grafiek weer voor actieve kool. Op de horizontale as wordt de concentratie uitgezet en op de verticale as de bijbehorende hoeveelheid actieve kool die daar voor nodig is. Met deze grafiek kunt u de kolom afstellen voor optimaal gebruik. Bron figuur 1: http://www.aapspharmscitech.org/scientificjournals/ pharmscitech/volume2issue1/056/manuscript.htm
	Figuur 2 is een grafiek waarin de verzadiging van de kolom wordt weergegeven na verloop van tijd, bij C3 begint de kolom te lekken, dit wordt het “breakthrough” punt genoemd. Vanaf dit punt is de werking van de kolom minder en bij punt C4 treed helemaal geen zuivering meer op. De kolom moet dan geregenereerd worden. Bron figuur 2: http://www.activated-carbon.com

1) bron: Wastewater Engineering; Metcalf & Eddy; third edition; 1991; blz 317