Активированный уголь является важнейшим техническим продуктом, который применяется в ряде отраслей промышленности, средствах защиты и медицине, причем с течением времени область его использования все расширяется [1].

Разработка углеродных адсорбентов развивалась по следующим направлениям:

• изыскание исходного доступного сырья, обеспечивающего высокий выход углеродного материала при углежжении (карбонизации): древесина, косточки орехов, ископаемые торф и уголь, отходы технической переработки растительных материалов, в том числе гидролизный лигнин, синтетические зернёные полимеры, углеродные волокна;
• подбор исходных углеродных материалов и разработка технологий активации, обеспечивающих получение адсорбентов с полимодальной (широкого применения) и монодисперсной (специфического применения) пористостью и значительного объема;
• развитие методов образования пористости - активирования углеродных материалов: активация неорганическими соединениями, парогазовая активация;
• повышение механической прочности углеродных адсорбентов, обеспечивающей их применение в слоях большой величины, в кипящем слое, при значительных скоростях пропускания адсорбатов (парогазовых и жидких, в том числе смесей), при многоцикловой (сорбция - десорбция) работе;
• модификация поверхности углеродных адсорбентов с целью придания специфических хемосорбционных и каталитических свойств;
• разработка аппаратов и режимов активации и осуществления процессов сорбции - десорбции с использованием различных способов нагрева, обеспечивающих экономичность процессов;
• усовершенствование форм выпуска: от зерненых неправильной формы (дробленые материалы) к зерненым правильной формы (гранулы, шарики) и, наконец, к углеродным волокнистым материалам (резаное волокно, нетканые материалы, ткани, шнуры, тесьма) [2-4].

Углеродные волокнистые адсорбенты (УВА) являются в настоящее время наиболее совершенными углеродными сорбентами благодаря следующим специфическим свойствам [5-7]:

• возможность создания материалов однородномикропористой структуры с выходом устьев микропор на внешнюю поверхность волокна;
• малый диаметр элементарных волокон (6-12 мкм), снижающий внутридиффузионную составляющую сорбционного процесса и увеличивающий внешнюю удельную поверхность материала (у волокнистых углей она составляет 0. 5-1.5 м²/г, у зерненых - примерно 0.01 м²/г), что облегчает подвод к ней адсорбата и, в конечном счете, улучшает кинетические показатели сорбционных процессов на УВА;
• в динамических режимах стационарные слои УВА ведут себя аналогично слоям кипящего слоя зерненых сорбентов, т.е. происходит их полная отработка без потери времени защитного действия;
• через слои УВА можно пропускать без их разрушения адсорбаты с большой скоростью, вызывающей при работе с зернеными сорбентами унос значительной их части;
• слои УВА имеют по сравнению с зернеными материалами значительно меньшие аэродинамическое и гидравлическое сопротивления, что снижает энергетические затраты сорбционных процессов;
• слои УВА обладают одновременно сорбирующими и фильтрующими свойствами;
• “бесконечная” и “мягкая” форма волокнистых сорбентов позволяет организовать непрерывные сорбционно-десорбционные процессы;
• УВА электропроводны, причем их электросопротивление коррелирует с количеством адсорбированных веществ;
• УВА не обладают раздражающим, аллергическим, токсичным и канцерогенным действием, незначительно травмируют форменные элементы крови, а “мягкая” форма легко адаптирует их к любым поверхностям.

Основным недостатком УВА является их высокая стоимость, в связи с чем их следует применять только в тех процессах, в которых зерненые активированные угли по тем или иным причинам не могут быть использованы, либо когда в полной мере реализуются специфические сорбционные свойства УВА. Критериями выбора волокнистого сорбента являются следующие рекомендации:

• целесообразно использовать УВА для поглощения веществ, находящихся в малых концентрациях;
• для сорбции из потоков, движущихся с большой скоростью, за счет высокой скорости сорбции, а также возможности развернуть поверхность листового фильтра и тем самым уменьшить скорость потока;
• для очистки воздуха и воды в замкнутых объемах при отсутствии перемешивания или при малом перемешивании среды;
• для очистки биологически активных сред;
• в случаях, когда необходимо наличие одновременно сорбционных свойств и электропроводности материала или их взаимно коррелируемое изменение;
• когда необходимы “мягкая” форма материала, малые аэродинамическое и гидродинамическое сопротивления, наличие одновременно сорбционных и фильтрующих свойств.

На основании перечисленных рекомендаций УВА испытаны и частично внедрены в следующие области техники и медицины.

I Рекуперация летучих растворителей.

1. Финишные слои шихты адсорбентов. Основное количество адсорбата поглощается частью шихты из зерненых материалов, а оставшиеся малые концентрации - волокнистыми.
2. Использование комбинированной зернено-волокнистой шихты при рекуперации многокомпонентной смеси позволяет при десорбции разделить ее на составляющие.
3. Значительный эффект наблюдается при рекуперации хлорорганических соединений, что связано с уменьшением их гидролиза и соответственно коррозии аппаратуры из-за возможного применения более низкой, чем в случае зерненых сорбентов, температуры десорбции.
4. Очистка вентиляционных выбросов от малых концентраций токсичных веществ, очистка рабочих газов криогенных систем.
5. В композиционных фильтрующе-сорбирующих материалах (бумагах, картонах, плитах и т.п.) в качестве сорбирующего и отверждающего компонента.

II. Очистка сточных вод и других жидких сред.

1. Очистка питьевой воды, сточных вод и специальных растворов (например, электролитов гальванических процессов) от примесей органических веществ.
2. В медицинской промышленности и тонком органическом синтезе для выделения, разделения и очистки препаратов.

III. Создание сорбирующих средств защиты, в том числе для биологической защиты и очистки газов и жидкостей в замкнутых объемах.

1. Очистка воздуха и воды в ограниченных замкнутых объемах.
2. Очистка питьевой воды от токсичных веществ и микроорганизмов в походных условиях, в том числе увеличение сроков хранения воды в баках путем погружения в них перфорированных контейнеров с УВА, разработка походных малогабаритных мешков и воронок - фильтров воды).
3. Создание сорбирующей спецодежды.
4. Создание коллективных и индивидуальных средств защиты органов дыхания и кожи (противогазы, респираторы, салфетки, фильтровентиляционные установки).
5. В сигаретных фильтрах, в упаковочных материалах (бумагах, пленках), увеличивающих сроки хранения фруктов, овощей, мясных, рыбных и других продуктов.
6. Выделение целевых компонентов из различных сред при их малой концентрации.

IV. Выделение из растворов и газов малых концентраций солей драгоценных, тяжелых и других редких и токсичных металлов (на аффинажных заводах, заводах вторичных драгоценных металлов, при очистке стоков гальванических производств, сорбции платиноидов из нитрозных газов и т.п.).

1. В хроматографии в качестве малогабаритных колонок любой длины, термостатируемых и десорбирующихся путем прямого пропускания электротока через УВА.
2. В качестве консервантов - хранителей запахов в криминалистике и парфюмерии.

V. Применение в качестве носителей различных реагентов.

1. Носители катализаторов и специальных химических поглотителей.
2. Носитель питающей среды в искусственной почве.
3. Носитель препаратов в антигрозовых и антиградовых зарядах.
4. В качестве пористых, обладающих большой поверхностью, электродов и носителей электролитов в малогабаритных источниках тока и конденсаторах.

VI. Применение в качестве датчиков, электродов, элементов приборов.

1. Датчики различных приборов (за счет изменения электропроводности при сорбции).
2. В качестве элементов технических мышц в робототехнике (за счет создания и снятия усилия при сорбции-десорбции электронагревом в замкнутом объеме).

VII. Применение в медицине.

1. Аппликационная терапия: сорбирующие слои в повязках и дренажах при очистке и лечении ран и ожогов, повязки и памперсы в урологических клиниках, а также для защиты раневой поверхности от попадания экзогенных токсичных веществ.
2. Энтеросорбция: при лечении экзо- и эндоотравлений, профилактический прием при угрозе отравления.
3. Гемо-, лимфо-, плазмо- и ликвосорбция, в том числе детоксикация хранимой крови.

• Сформулированы основные направления разработки активированных углей: выбор углей-сырцов, способов активирования и путей регулирования пористой структуры, исследование свойств и областей применение.
• Приведены основные свойства УВА, определяющие целесообразность и области их применения.
• Определены направления и области использования УВА.