Меню
Главная
Случайная статья
Настройки
|
Активированный уголь — пористый материал, производимый из древесного угля, кокса из каменного угля или нефти, скорлупы кокосовых орехов и других углеродосодержащих материалов. В зависимости от технологии изготовления, 1 грамм активированного угля может иметь поверхность от 500 до 2200 м, что делает его очень эффективным в адсорбции различных веществ, благодаря чему он используется в медицине для борьбы с отравлениями путём приёма таблеток из угля внутрь и в производстве фильтров для воздуха (в том числе фильтров для противогазов) и воды.
Содержание
Химические свойства, модифицирование
Обычный активированный уголь (формула) является довольно реакционноспособным соединением, способным к окислению кислородом воздуха и кислородной плазмой[1][2][3][4][5][6][7][8], водяным паром[9][10][11], а также углекислым газом[5] и озоном[12][13][14].
Окисление в жидкой фазе проводят целым рядом реагентов (HNO3, H2O2, KMnO4)[15][16][17].
За счёт образования большого количества основных и кислотных групп на поверхности окисленного угля его адсорбционные и другие свойства могут существенно отличаться от неокисленного[18].
Модифицированный азотом уголь получают либо исходя из азотсодержащих природных веществ, либо из полимеров[19][20], либо обработкой угля азотсодержащими реагентами[21][22][23]. Также уголь способен взаимодействовать с хлором[24][25] бромом[26] и фтором[27].
Важное значение имеет серосодержащий уголь, который синтезируют разными путями[28][29].
В последнее время химические свойства угля принято объяснять наличием на его поверхности активной двойной связи[14][30][31].
Химически модифицированный уголь находит применение в качестве катализаторов, носителей для катализаторов, селективных адсорбентов, в получении особо чистых веществ, в качестве электродов литиевых аккумуляторов.
История
Изначально метод активации угля был разработан Николаем Дмитриевичем Зелинским в 1915 году для использования в противогазах в качестве универсального средства химической защиты.
Механизмы действия
Есть два основных механизма, которыми активизированный углерод удаляет загрязнители из воды: адсорбция и каталитическое окисление. Явление адсорбции газов углем почти одновременно описали в 80-х годах XVIII века шведский химик Карл Вильгельм Шееле и итальянский учёный Феличе Фонтана. В России в 1785 году академик Товий Егорович Ловиц открыл и подробно исследовал явление адсорбции углем в жидкой среде, предложив применить его для очистки органических веществ.[32] Органические соединения удаляются адсорбцией (это связано с высокой пористостью), а окислители, такие, как хлор и хлорамин, удаляются каталитическим окислением.
Производство
В качестве сырья в производстве активированного угля используются материалы органического происхождения: древесина, каменный уголь, битумный уголь, скорлупа кокосовых орехов и др. Указанное сырьё сначала обугливают, затем подвергают активации.
Сущность активации состоит во вскрытии пор, находящихся в углеродном материале в закрытом состоянии. Это делается либо термохимически (предварительно материал пропитывают раствором хлорида цинка, карбоната калия или некоторыми другими соединениями, и нагревают без доступа воздуха), либо путём обработки перегретым паром или углекислым газом или их смесью при температуре 800—850 °C. В последнем случае технически сложно получить парогазовый агент, имеющий такую температуру. Широко распространён приём подачи в аппарат для активации одновременно с насыщенным паром ограниченного количества воздуха. Часть угля сгорает, и в реакционном пространстве достигается необходимая температура. Выход активированного угля в этом варианте процесса заметно снижается. Значение удельной поверхности пор у лучших марок активированных углей может достигать 1800—2200 м на 1 г угля.[33] Различают макро-, мезо- и микропоры. В зависимости от размеров молекул, которые нужно удержать на поверхности угля, уголь должен изготавливаться с разными соотношениями размеров пор.
Применение
В противогазах
Классический пример использования активированного угля связан с использованием его в средствах индивидуальной защиты органов дыхания. Противогаз, разработанный Н. Д. Зелинским, спас множество жизней солдат в Первой мировой войне после применения кайзеровской Германией боевых отравляющих веществ. К 1916 году он был принят на вооружение почти во всех европейских армиях.
Для улучшения улавливания некоторых веществ уголь может насыщаться добавками. Например, добавка оксидов металлов может увеличить сорбционную ёмкость при улавливании меркаптанов в несколько раз[34].
В Российской Федерации на 2015 г. потребность в активированном угле (для российских фильтрующих противогазных СИЗОД) на 75 % удовлетворялась за счёт импорта[35].
При производстве сахара
Активированный уголь используется для очистки сахарного сиропа от красящих веществ при сахароварении как альтернатива костной муке.
Для производства органического удобрения терра прета
Терра прета — компостирование органических отходов жизнедеятельности человека и животных методом силосования с использованием низкотемпературного активированного древесного угля. Полученный силокомпост доводится до кондиции компостными дождевыми червями либо поверхностно вносится в почву с последующим мульчированием.
Другие области применения
Активированный уголь применяется в медицине, химической, фармацевтической и пищевой промышленности. Фильтры, содержащие активированный уголь, используются во многих современных моделях устройств для очистки питьевой воды.
Характеристики активированного угля
|
|