Aktivní uhlí. Účel, značky, náhrada (Akvárium pro začátečníky, téma #6474)

Aktivní uhlí se vyrábí z antracitu nebo černého uhlí, dřeva, sloučenin křemíku (silikagelů) a dalších materiálů, jako jsou bambusové a kokosové skořápky a pecky ovocných stromů. Nejprve se zahřeje na vysokou teplotu bez přístupu vzduchu, poté se aktivuje při ještě vyšší teplotě, až do 1000 °C, za přítomnosti páry, vzduchu atd. Výsledkem je extrémně porézní materiál. Póry v aktivním uhlí mají objem a podle toho i plochu. Stupeň aktivace uhlí je určen celkovou plochou všech pórů v jednom gramu uhlí. Během výrobního procesu může být uhlí promyto v různých látkách a kyselinách.

Aktivní uhlí je speciální filtrační hmota, která díky svým zvláštním vlastnostem a specifickému způsobu výroby má tu vlastnost, že povrchovou adsorpcí odstraňuje z vody vysokomolekulární organické sloučeniny. V akvaristice se aktivní uhlí používá jak v akvarijních filtrech, tak i k úpravě vody.

Aktivní uhlí je jedním z nejběžnějších filtračních médií a používá se k chemické filtraci. Použití uhlí umožňuje dosáhnout velmi dobré průhlednosti vody v akváriu; uhlí se také používá po ošetření ryb k odstranění zbytků léčiv z vody. Aktivní uhlí má svůj příznivý účinek díky tomu, že má velké množství mikroskopických pórů, a díky tomu absorbuje (absorbuje a adsorbuje) organické molekuly z vody. Je obzvláště účinné pro filtraci organických látek, které dodávají vodě nažloutlou barvu a zápach. Kromě toxických sloučenin absorbuje také kyseliny (rašelinu), různá barviva a léky, a proto filtraci s uhlím nelze kombinovat s přidáním kyselin nebo léků.

Syntetické aktivní uhlí je forma syntetického aktivního uhlí, které se vyznačuje (včetně hvězdiček „Bio Chem Stars“ od Aquarium Pharmaceuticals) tím, že má průchozí póry. Díky tomu se vytváří příznivé mikroklima, které vytváří optimální podmínky pro rozvoj bakteriálních kolonií. „Hvězdičky“ jsou zpravidla natřeny tmavou barvou, která brání pronikání jasného světla, což potlačuje rozvoj a aktivitu kolonií nitrifikačních bakterií. Přítomnost velkého počtu pórů (o průměru 50 až 120 mikronů) zvětšuje celkovou povrchovou plochu více než 30krát.

Unikátní makroporézní syntetický materiál, který odstraňuje rozpustné i nerozpustné látky s rychlostí a absorpční kapacitou pětkrát vyšší než jiné absorbenty. Má všechny výhody aktivního uhlí, ale nemá jeho nevýhody. Absorbuje přibližně třikrát více organické hmoty na jednotku objemu, přičemž ve filtru zabírá mnohem méně místa. Není určen pro mechanickou filtraci. Plave na vodě. Lze jej kombinovat s jinými plnivy.

Je také účinný pro odstraňování těžkých kovů z vody, chloru během osmotické filtrace. Aktivní uhlí neodstraňuje amoniak/amonium, dusičnany a fosfáty z vody – k tomu jsou potřeba jiná plniva (například zeolit). Tato metoda filtrace má své nevýhody: • Postupem času se aktivní uhlí vyčerpá a musí se nahradit novým; • Také účinnost chemické filtrace s časem klesá v důsledku zanášení uhlíku malými částicemi nečistot. Pokud je uhlík zanesený a ucpaný částicemi nečistot, nemá v tom smysl; • Staré aktivní uhlí, které není včas vyměněno, vede ke snížení redoxního potenciálu.

Takto vypadají granule aktivního uhlí pod mikroskopem

Účinnost aktivního uhlí v akváriu závisí na mnoha faktorech:

Použitý typ uhlíku – snažte se používat kvalitní uhlík určený pro akvária. Jiné aktivní uhlíky mohou do vody uvolňovat škodlivé látky. Nejlepší adsorpční vlastnosti mají tzv. tvarované uhlíky, tedy kusy různých velikostí lisované z uhlíkového prachu. Snažte se vyhnout používání uhlíku z pitných filtrů. Uhlík obsažený ve složení patron do džbánů s filtrem na pití může být během výroby omyt v kyselinách obsahujících fosfáty. Má nízkou hodnotu pH (aby se potlačil růst bakterií v něm), takže vodu „okyselí“ a uvolní fosfáty, které přispívají k růstu řas.

Typ odstraňovaných látek a rychlost proudění vody – molekuly různých velikostí jsou odstraňovány s různou účinností (malé molekuly rychleji). Rychlost čištění vody závisí na koncentraci odstraňované látky – při vysoké koncentraci dochází k odstraňování rychleji, ale k odstranění menšího množství je potřeba kratší čas. Čím pomaleji voda protéká uhlíkem, tím delší je doba kontaktu a tím je odstraňování účinnější. Na druhou stranu v uzavřeném systému voda prochází filtrem opakovaně.

Velikost částic a pórovitost uhlí – účinnost závisí na poměru objemu pórů k objemu uhlí. Čím více pórů, tím je uhlí účinnější.

Doba, po kterou uhlí zůstává ve filtru. S postupným používáním se účinnost uhlí snižuje v důsledku ucpávání pórů. Na druhou stranu bakteriální a organické filmy, které se na uhlí tvoří, také snižují účinnost filtrace. Nečistoty jsou nejhorším nepřítelem aktivního uhlí a jeho porézního povrchu. Proto musí uhlíkový filtr v celkovém řetězci filtrů nutně zaujmout poslední místo a všechny mechanické čisticí procesy musí být provedeny předem. Snažte se použít mechanický filtr před uhlím, abyste odfiltrovali velké částice nečistot a ochránili adsorbent před předčasným znečištěním.

Nenechávejte uhlí v akváriu dlouhou dobu, zejména při filtrování toxických látek, antibiotik používaných k léčbě ryb. I když se to stává jen zřídka, uhlí může začít uvolňovat do vody dříve absorbované látky. Je také třeba mít na paměti, že kromě nežádoucích nečistot uhlí „shromažďuje“ mnoho užitečných mikroelementů, což může vést k jejich akutnímu nedostatku. Proto by se uhlí (stejně jako další náplně filtrů) mělo pravidelně mýt a měnit. Obecně je nutné uchovávat uhlí v akvarijním filtru neustále? Spíše ne než ano. Podle našeho názoru má smysl používat ho pouze pravidelně. Například po kúře léčivým přípravkem.

V tomto tématu chci poskytnout co nejúplnější informace o správném použití, funkčních vlastnostech a náhradě aktivního uhlí.
Materiál nebyl připraven na základě reklamních brožur a internetových článků, ale na základě referenční a akademické literatury a technické dokumentace.

AKTIVNÍ UHLÍ (aktivní uhlí), materiál s vyvinutou porézní strukturou. Skládá se z 87-97 % (hmotnostních) uhlíku a obsahuje také vodík, kyslík a látky zavedené do aktivního uhlí během jeho výroby. Obsah popela v aktivním uhlí může být 1-15 % (někdy se odpopelňuje na 0,1-0,2 %).
Volitelně

Aktivní uhlí (karbolen) je porézní látka získaná z různých materiálů obsahujících uhlík organického původu: dřevěného uhlí (aktivní uhlí značek BAU-A, OU-A, DAK[1] atd.), uhelného koksu (aktivní uhlí značek AG-3, AG-5, AR atd.), ropného koksu, kokosového uhlí atd. Obsahuje obrovské množství pórů, a proto má velmi velký měrný povrch na jednotku hmotnosti, v důsledku čehož má vysokou adsorpční schopnost. V závislosti na výrobní technologii má 1 gram aktivního uhlí měrný povrch 500 až 1500 m².[2] Používá se k čištění, separaci a extrakci různých látek.
Jak funguje uhlí

Aktivní uhlí odstraňuje kontaminanty z vody dvěma hlavními mechanismy: adsorpcí a katalytickou redukcí (proces, při kterém jsou negativně nabité kontaminující ionty přitahovány k kladně nabitému aktivnímu uhlí). Organické sloučeniny se odstraňují adsorpcí a zbytkové dezinfekční prostředky, jako je chlor a chloraminy, se odstraňují katalytickou redukcí.
Výroba

Dobré aktivní uhlí se získává ze skořápek ořechů (kokos, z pecek některých ovocných plodin). Dříve se aktivní uhlí vyrábělo z hovězích kostí (kostní uhlí). Podstatou aktivačního procesu je otevření pórů, které se v uhlíkovém materiálu nacházejí v uzavřeném stavu. To se provádí buď termochemicky (materiál je předem impregnován roztokem chloridu zinečnatého, uhličitanu draselného nebo některých dalších sloučenin a zahříván bez přístupu vzduchu), nebo zpracováním přehřátou párou nebo oxidem uhličitým nebo jejich směsí při teplotě 800-850 stupňů. V druhém případě je technicky obtížné získat paroplynové činidlo s takovou teplotou. Rozšířenou metodou je současné přivádění omezeného množství vzduchu do aktivačního zařízení s nasycenou párou. Část uhlíku shoří a v reakčním prostoru se dosáhne požadované teploty. Výtěžek aktivního uhlí je v této verzi procesu znatelně snížen. Měrný povrch pórů u nejlepších značek aktivního uhlí může dosáhnout 1800-2200 m2 na 1 g uhlí.[2] Rozlišuje se mezi makro-, mezo- a mikropóry. V závislosti na velikosti molekul, které je třeba zadržet na povrchu uhlí, je nutné vyrobit uhlí s různým poměrem velikosti pórů.
přihláška

Klasický příklad použití aktivního uhlí je spojen s jeho použitím v plynové masce. Plynová maska vyvinutá N. D. Zelinským zachránila v první světové válce mnoho životů vojáků. Do roku 1916 ji přijaly téměř všechny evropské armády. Aktivní uhlí se používá v medicíně, chemii, jako nosič katalyzátoru a v mnoha reakcích samo působí jako katalyzátor, farmaceutickém a potravinářském průmyslu. Filtry obsahující aktivní uhlí se používají v mnoha moderních modelech zařízení na čištění pitné vody. Zpočátku se kostní aktivní uhlí používalo k čištění cukrového sirupu od barviv během rafinace cukru. Tento cukr se však během postní doby nemohl konzumovat, protože byl živočišného původu. Výrobci cukru začali vyrábět „postní cukr“, který buď nebyl čištěn a vypadal jako barevné pomády, nebo byl čištěn pomocí dřevěného uhlí.
Charakteristika aktivního uhlí

Velikost pórů
Výchozí materiály pro jejich výrobu mají rozhodující vliv na strukturu pórů aktivního uhlí. Aktivní uhlí na bázi kokosových skořápek se vyznačuje větším podílem mikroporéz (do 2 nm), zatímco uhlí na bázi uhlí má větší podíl mezopórů (2-50 nm). Velký podíl makroporéz je typický pro aktivní uhlí na bázi dřeva (více než 50 nm). Mikroporézy jsou obzvláště vhodné pro adsorpci malých molekul a mezopóry pro adsorpci větších organických molekul.
Jódový index
Většina uhlíku je přednostně adsorbována malými molekulami. Jodový index je nejzákladnějším parametrem používaným k charakterizaci výkonu aktivního uhlí. Jodový index je mírou úrovně aktivity (vyšší číslo znamená vyšší stupeň aktivace), často měřený v mg/g (typické rozmezí 500-1200 mg/g). Jodový index je také mírou obsahu mikropórů aktivního uhlí (0 až 20 Å (angstromů) nebo až 2 nm), což odpovídá povrchu uhlíku mezi 900 m²/g a 1100 m²/g. Toto je standardní opatření při použití aktivního uhlí k čištění látek v kapalné fázi.

Farmaceutické uhlí není vhodné pro použití v akváriu – kromě samotného uhlí obsahuje pojivové látky.
Pomocí aktivního uhlí je možné z vody extrahovat rozpuštěné plyny, odstranit zápach a barvu vody, odstranit některé vysokomolekulární organické sloučeniny – fenoly, bílkoviny, humáty, zbytky léčiv a jejich rozkladné produkty.
Existuje poměrně rozšířený a mylný názor, že uhlí lze po vyprání nebo namočení v soli použít několikrát.
No, to není pravda. Je možné ho regenerovat (obnovit jeho vlastnosti). Ale ne doma. Aby uhlí vrátilo to, co absorbovalo, musí se kalcinovat ve vakuové peci při teplotě 450-500 stupňů po dobu 2-3 hodin. Teprve poté se dá znovu použít.
Protože ne každý akvarista má doma vakuovou pec, musí se použité uhlí vyhodit. Samozřejmě může ležet ve filtru tak dlouho, jak chcete, ale bude fungovat pouze jako nepříliš dobrá mechanická výplň. Je také mylné si myslet, že uhlí nakonec vzdá to, co nashromáždil. Ani to není pravda. Výše jsem popsal proč.
Nejkvalitnějšími sorbenty jsou kokosové a březové (BAU-A) uhlí s frakcí 2-5 mm. Jejich cena je tedy vyšší než u levného čínského uhlí prodávaného v akvaristice. Pro naše účely není vhodné ani práškové, ani granulované, ani briketované uhlí.
Také uhlí impregnované různými přísadami není vhodné – ty mohou do vody uvolňovat prvky a sloučeniny, které nepotřebujeme.

Některé značky uhlí uvolňují do vody fosfáty, což není vždy nutné a může způsobit nerovnováhu v Redfieldově poměru mezi dusíkem a fosforem.
Uhlí se do filtru umisťuje v propustném síťovaném sáčku (k tomuto účelu můžete použít staré nylonové punčocháče) v množství 1-2 g na 1 litr filtrované vody. Před vložením uhlí do filtru jej zalijte vroucí vodou, aby se aktivoval a odstranil přebytečný uhlíkový prach. Doba výměny je pro každé akvárium individuální. Záleží na stupni znečištění vody (množství, velikost a typy populace), na rychlosti vstupu znečišťujících látek (druh a dávka krmiva), na režimu údržby, na kvalitě náhradní vody a na poměru hmotnosti uhlí k filtrovanému objemu. Obvykle se jedná o 2-4 týdny (při doporučeném zatížení). Životnost se prodlužuje se zvyšující se hmotností uhlí.
*Jedna známá kyjevská firma poměrně úspěšně používá tuto metodu filtrace: v přeplněných nádržích s cichlidami, v akváriích s velkými rybami, se vnější filtr kompletně naplní pouze uhlíkem a nakonec jemným čisticím materiálem (aby se do akvária nedostal uhlíkový prach). Jednou za 3 měsíce se starý uhlík vyhodí a nasype se nový. Systémy jsou poměrně stabilní, obyvatelé jsou zdraví, voda je čistá, nedochází k žádnému znečištění. Pro ty, kteří se zabývají údržbou, je to velmi výhodná varianta (koneckonců, čas strávený údržbou velmi znečištěného akvária je mnohem dražší než cena uhlíku, což akvaristovi pomáhá tento čas výrazně zkrátit).
Existují i další způsoby práce se systémem, které šetří čas – použití koagulantů, bakteriálních kultur – toto je pouze pro referenci.