Активированный уголь формула в химии

Активированный уголь обладает большой удельной площадью поверхности (от 500 до 1500 м²) за счет огромного числа пор различного размера, вследствие чего характеризуется высокой адсорбционной способностью.

Рис. 1. Активированный уголь. Внешний вид.

Учитывая источники получения активированного угля, можно утверждать, что он представляет собой одну из аллотропных модификаций химического элемента углерода (С) (строение атома приведено на рис. 2). Кроме него, углерод может существовать в виде простых веществ алмаза, графита, кокса, сажи, карбина, поликумуленаграфена, фуллерена, нанотрубок, нановолокон, астралена и т.д.

Рис. 2. Строение атома углерода.

Задание	Определите молекулярную формулу вещества, состоящего из кислорода, азота, фосфора и водорода, если известно, что оно содержит по массе 48,48% кислорода, число атомов азота в нем в два раза больше числа атомов фосфора, а количество атомов водорода в соединении в 2,25 раза больше количества атомов кислорода. Молярная масса вещества меньше 200 г/моль.
Решение	Обозначим число атомов кислорода в молекуле через «х», число атомов азота через «у», число атомов фосфора за «z» и число атомов водорода за «k».

Найдем соответствующие относительные атомные массы элементов азота, фосфора, водорода и кислорода (значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел).

Ar(N) = 14; Ar(P) = 31; Ar(H) = 14; Ar(O) = 16.

Пусть масса неорганического вещества равна 100 г, тогда масса кислорода составляет m(О) = 48,48 г. Найдем количество вещества кислорода:

Согласно условию задачи n(Н) = n(О) ×2,25, т.е.

Тогда масса водорода будет равна:

Найдем суммарную массу элементов азота и фосфора, входящих в состав соединения:

m (N + P) = m_substance — m(О) — m(Н);

m (N + P)= 100 – 48,5 – 6,82 = 44,68 г.

Запишем уравнения для нахождения массы каждого из элементов в отдельности:

Составим систему уравнений и решим ее:

Процентное содержание элементов разделим на соответствующие относительные атомные массы. Таким образом мы найдем соотношения между числом атомов в молекуле соединения:

x:y:z:k= 3,03 : 1,514 : 0,757 : 6,82;

Значит простейшая формула соединения будет иметь вид O₄N₂PH₉.

Молекулярная формула вещества может содержать удвоенное, утроенное и т.д. число атомов. Чтобы убедиться в том, что молекулярная формула вещества совпадает с простейшей, подсчитаем молярную массу:

Задание	Выведите простейшую формулу соединения, в котором массовая доля хрома составляет 68,42%, а массовая доля кислорода – 31,58%.
Решение	Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле:

Обозначим число атомов хрома в молекуле через «х», а число атомов кислорода через «у»

Найдем соответствующие относительные атомные массы элементов хрома и кислорода (значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел).

Процентное содержание элементов разделим на соответствующие относительные атомные массы. Таким образом мы найдем соотношения между числом атомов в молекуле соединения:

x:y: = 1,32 : 1,97 = 1 : 1,5 = 2 : 3.

Значит простейшая формула соединения азота и кислорода имеет вид Cr₂O₃. Это оксид хрома (III).

источник

Активированный (или активный) уголь (от лат. carbo activatus) — это адсорбент — вещество с высоко развитой пористой структурой, которое получают из различных углеродсодержащих материалов органического происхождения, таких как древесный уголь, каменноугольный кокс, нефтяной кокс, скорлупа кокоса, грецкого ореха, косточки абрикоса, маслины и других плодовых культур. Наилучшим по качеству очистки и сроку службы считается активированный уголь (карболен), изготовленный из скорлупы кокоса, а благодаря высокой прочности его можно многократно регенерировать.

Активированный уголь с точки зрения химии – это одна из форм углерода с несовершенной структурой, практически не содержащая примесей. Активированный уголь на 87-97 % по массе состоит из углерода, также может содержать водород, кислород, азот, серу и другие вещества. По своему химическому составу активированный уголь сходен с графитом, материалом, используемым, в том числе в обычных карандашах. Активный уголь, алмаз, графит – это все различные формы углерода, практически не содержащие примесей. По своим структурным характеристикам активные угли относятся к группе микрокристаллических разновидностей углерода — это графитовые кристаллиты, состоящие из плоскостей протяженностью 2-3 нм, которые в свою очередь образованы гексагональными кольцами. Однако типичная для графита ориентация отдельных плоскостей решетки относительно друг друга в активных углях нарушена — слои беспорядочно сдвинуты и не совпадают в направлении, перпендикулярном их плоскости. Кроме графитовых кристаллитов активированные угли содержат от одной до двух третей аморфного углерода, наряду с этим присутствуют гетероатомы. Неоднородная масса, состоящая из кристаллитов графита и аморфного углерода, определяет своеобразную пористую структуру активированных углей, а также их адсорбционные и физико-механические свойства. Наличие химически связанного кислорода в структуре активных углей, образующего поверхностные химические соединения основного или кислого характера, значительно влияет на их адсорбционные свойства. Зольность активного угля может составлять 1-15 %, иногда его обеззоливают до 0,1-0,2 %.

Активный уголь имеет огромное количество пор и поэтому обладает очень большой поверхностью, вследствие чего обладает высокой адсорбцией (1 г активного угля, в зависимости от технологии изготовления имеет поверхность от 500 до 1500 м 2 ). Именно высокий уровень пористости делает активированный уголь «активированным». Увеличение пористости активного угля происходит во время специальной обработки – активации, которая значительно увеличивает адсорбирующую поверхность.

В активированных углях различают макро-, мезо- и микро- поры. В зависимости от размеров молекул, которые нужно удержать на поверхности угля, должен изготавливаться уголь с разными соотношениями размеров пор. Поры в активном угле классифицируют по их линейным размерам — Х (полуширина — для щелевидной модели пор, радиус — для цилиндрической или сферической):

Для адсорбции в микропорах (удельный объем 0,2-0,6 см 3 /г и 800-1000 м 2 /г), соизмеримых по размерам с адсорбируемыми молекулами, характерен главным образом механизм объемного заполнения. Аналогично происходит адсорбция также в супермикропорах (удельный объем 0,15-0,2 см 3 /г) — промежуточные области между микропорами и мезопорами. В этой области свойства микропор постепенно вырождаются, свойства мезопор проявляются. Механизм адсорбции в мезопорах заключается в последовательном образовании адсорбционных слоев (полимолекулярная адсорбция), которое завершается заполнением пор по механизму капиллярной конденсации. У обычных активных углей удельный объем мезопор составляет 0,02-0,10 см 3 /г, удельная поверхность 20-70 м 2 /г; однако у некоторых активных углей (например, осветляющих) эти показатели могут достигать соответственно 0,7 см 3 /г и 200-450 м 2 /г. Макропоры (удельный объем и поверхность соответственно 0,2-0,8 см 3 /г и 0,5-2,0 м 2 /г) служат транспортными каналами, подводящими молекулы поглощаемых веществ к адсорбционному пространству гранул активированного угля. Микро- и мезопоры составляют наибольшую часть поверхности активированных углей, соответственно, именно они вносят наибольший вклад в их адсорбционные свойства. Микропоры особенно хорошо подходят для адсорбции молекул небольшого размера, а мезопоры — для адсорбции более крупных органических молекул. Определяющее влияние на структуру пор активированных углей оказывают исходное сырье, из которого их получают. Активные угли на основе скорлупы кокоса характеризуются большей долей микропор, а активированные угли на основе каменного угля — большей долей мезопор. Большая доля макропор характерна для активированных углей на основе древесины. В активном угле как правило существуют все разновидности пор, и дифференциальная кривая распределения их объема по размерам имеет 2-3 максимума. В зависимости от степени развития супермикропор различают активные угли с узким распределением (эти поры практически отсутствуют) и широким (существенно развиты).

В порах активного угля существует межмолекулярное притяжение, которое приводит к возникновению адсорбционных сил (Ван-дер-Вальсовые силы), которые по своей природе сродни силе гравитации с той лишь разницей, что действуют они на молекулярном, а не на астрономическом уровне. Эти силы вызывают реакцию, подобную реакции осаждения, при которой адсорбируемые вещества могут быть удалены из водных или газовых потоков. Молекулы удаляемых загрязнителей удерживаются на поверхности активированного угля межмолекулярными силами Ван-дер-Ваальса. Таким образом, активированные угли удаляют загрязнители из очищаемых веществ (в отличие, например, от обесцвечивания, когда молекулы цветных примесей не удаляются, а химически превращаются в бесцветные молекулы). Химические реакции также могут возникать между адсорбируемыми веществами и поверхностью активированного угля. Эти процессы называются химической адсорбцией или хемосорбцией, однако в основном процесс физической адсорбции происходит при взаимодействии активированного угля и адсорбируемого вещества. Хемосорбция широко применяется в промышленности для очистки газов, дегазации, разделения металлов, а также в научных исследованиях. Физическая адсорбция обратима, то есть адсорбируемые вещества могут быть отделены от поверхности и возвращены в их первоначальное состояние при определенных условиях. При хемосорбции, адсорбируемое вещество связано с поверхностью посредством химических связей, изменяя его химические свойства. Хемосорбция не обратима.

Некоторые вещества слабо адсорбируются на поверхности обычных активированных углей. К числу таких веществ относятся аммиак, диоксид серы, пары ртути, сероводород, формальдегид, хлор и цианистый водород. Для эффективного удаления таких веществ используются активные угли, импрегнированные специальными химическими реагентами. Импрегнированные активированные угли используются в специализированных областях применения воздухо- и водоочистки, в респираторах, для военных целей, в атомной промышленности и др.

Для производства активированного угля используют печи различного типа и конструкции. Наибольшее распространение получили: многополочные, шахтные, горизонтальные и вертикальные роторные печи, а также реакторы с кипящем слоем. Основные свойства активных углей и прежде всего пористая структура определяются видом исходного углеродсодержащего сырья и способом его переработки. Сначала углеродсодержащее сырье измельчают до размера частиц 3-5 см, затем подвергают карбонизации (пиролизу) — обжигу при высокой температуре в инертной атмосфере без доступа воздуха для удаления летучих веществ. На стадии карбонизации формируется каркас будущего активного угля — первичная пористость и прочность.

Однако, полученный карбонизированный уголь (карбонизат) обладает плохими адсорбционными свойствами, поскольку размеры его пор невелики и внутренняя площадь поверхности очень мала. Поэтому карбонизат подвергают активации для получения специфической структуры пор и улучшения адсорбционных свойств. Сущность процесса активации состоит во вскрытии пор, находящихся в углеродном материале в закрытом состоянии. Это делается либо термохимически: предварительно материал пропитывают раствором хлорида цинка ZnCl₂, карбоната калия К₂СО₃ или некоторыми другими соединениями и нагревают до 400-600 °С без доступа воздуха, либо, наиболее распространенным путем обработки — перегретым паром или углекислым газом СО₂ или их смесью при температуре 700-900 °С в строго контролируемых условиях. Активация водяным паром представляет собой окисление карбонизованных продуктов до газообразных в соответствии с реакцией — С+Н₂О -> СО+Н₂; или при избытке водяного пара — С+2Н₂О -> СО₂+2Н₂. Широко распространен прием подачи в аппарат для активации одновременно с насыщенным паром ограниченного количества воздуха. Часть угля сгорает и в реакционном пространстве достигается необходимая температура. Выход активного угля в этом варианте процесса заметно снижается. Также активный уголь получают термическим разложением синтетических полимеров (например, поливинилиденхлорида).

Активация водяным паром позволяет получать угли с внутренней площадью поверхности до 1500 м 2 на грамм угля. Благодаря этой огромной площади поверхности, активированные угли являются прекрасными адсорбентами. Тем не менее, не вся эта площадь может быть доступна для адсорбции, поскольку крупные молекулы адсорбируемых веществ не могут проникать в поры малого размера. В процессе активации развивается необходимая пористость и удельная поверхность, происходит значительное уменьшение массы твердого вещества, именуемое обгаром.

В результате термохимической активации образуется грубопористый активированный уголь, который применяется для обесцвечивания. В результате паровой активации образуется мелкопористый активированный уголь, применяемый для очистки.

Далее активированный уголь охлаждают и подвергают предварительной сортировке и рассеву, где отсеивается шлам, затем в зависимости от необходимости получения заданных параметров, активированный уголь подвергают дополнительной обработке: отмывка кислотой, импрегнирование (пропитка различными химическими веществами), измельчение и сушка. После чего активированный уголь упаковывают в промышленную упаковку: мешки или биг-бэги.

Активированный уголь классифицируется по типу сырья, из которого он изготовлен (каменный уголь, древесина, кокос и т. д.), по способу активации (термохимическая и паровая), по назначению (газовые, рекуперационные, осветляющие и угли-носители катализаторов-химосорбентов), а также по форме выпуска. В настоящее время активированный уголь, в основном выпускается в следующих формах:

• порошковый активный уголь,
• гранулированный (дробленый, частицы неправильной формы) активный уголь,
• формованный активный уголь,
• экструдированный (цилиндрические гранулы) активный уголь,
• ткань, пропитанная активным углем.

Порошковый активированный уголь имеет частицы размером менее 0,1 мм (более чем 90 % общего состава). Порошковый уголь используется для промышленной очистки жидкостей, включая очистку хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. После адсорбции порошковый уголь должен быть отделен от очищаемых жидкостей посредством фильтрации.

Гранулированный активированный уголь частицы размером от 0,1 до 5 мм (более чем 90 % состава). Гранулированный активный уголь используется для очистки жидкостей, в основном для очистки воды. При очистке жидкостей активный уголь помещается в фильтры или адсорберы. Активные угли с более крупными частицами (2-5 мм) используются для очистки воздуха и других газов.

Формованный активированный уголь – это активированный уголь в форме различных геометрических фигур, в зависимости от области применения (цилиндры, таблетки, брикеты и т. д.). Формованный уголь используется для очистки различных газов и воздуха. При очистке газов активный уголь также помещается в фильтры или адсорберы.

Экструдированный уголь выпускается с частицами в форме цилиндров диаметром от 0,8 до 5 мм, как правило, импрегнируется (пропитывается) специальными химическими веществами и применяется в катализе.

Ткани, пропитанные углем выпускается различных форм и размеров, наиболее часто применяются для очистки газов и воздуха, например в автомобильных воздушных фильтрах.

Гранулометрический размер (гранулометрия) — размер основной части гранул активного угля. Единица измерения: миллиметры (мм), mesh USS (американская) и mesh BSS (английская). Сводная таблица преобразования размера частиц mesh USS – миллиметры (мм) приведена в соответствующем файле.

Насыпная плотность — масса материала, заполняющего единицу объема под действием собственного веса. Единица измерения — грамм на сантиметр кубический (г/см 3 ).

Площадь поверхности — площадь поверхности твердого тела отнесенная к его массе. Единица измерения — квадратный метр к грамму угля (м 2 /г).

Твердость (или прочность) — все производители и потребители активированного угля пользуются значительно различающимися методиками определения прочности. Большинство методик основаны на следующем принципе: проба активированного угля подвергается воздействию механической нагрузки, а мерой прочности служит количество образующихся при разрушении угля мелкой фракции или измельчение среднего размера. За меру прочности принимают количество не разрушенного угля в процентах (%).

Влажность — количество влаги, содержащееся в активном угле. Единица измерения – проценты (%).

Зольность — количество золы (иногда считается только водорастворимая) в активном угле. Единица измерения – проценты (%).

рН водной вытяжки — значение рН водного раствора после кипячения в нем навески активного угля.

Защитное действие — измерение времени адсорбции углем определенного газа до начала пропускания минимальных концентраций газа слоем активированного угля. Данный тест применяют для углей используемых для очистки воздуха. Чаще всего активный уголь тестируется по бензолу или четыреххлористому углероду (он же тетрахлорметан CCl₄).

СТС адсорбция (адсорбция по четыреххлористому углероду) — через объем активированного угля пропускают четыреххлористый углерод, насыщение происходит до постоянной массы, далее получают количество адсорбированного пара, отнесенное к навеске угля в процентах (%).

Йодный индекс (адсорбция йода, йодное число) — количество йода в миллиграммах, которое может адсорбировать 1 грамм активированного угля, в порошкообразной форме из разбавленного водного раствора. Единица измерения – мг/г.

Адсорбция по метиленовому голубому — количество миллиграммов метиленового голубого, поглощаемое одним граммом активированного угля из водного раствора. Единица измерения – мг/г.

Обесцвечивание мелассы (мелассовое число или индекс, показатель по мелассе) — количество активированного угля в миллиграммах необходимое для 50 %-го осветления стандартного раствора мелассы.

Активированный уголь хорошо адсорбирует органические, высокомолекулярные вещества с неполярной структурой, например: растворители (хлорируемые углеводороды), красители, нефть и т. д. Возможности адсорбции увеличиваются с уменьшением растворимости в воде, с большей неполярностью структуры и увеличением молекулярной массы. Активированные угли хорошо адсорбируют пары веществ со сравнительно высокими температурами кипения (например, бензол С₆Н₆), хуже — летучие соединения (например, аммиак NH₃). При относительных давлениях пара р_р/р_нас менее 0,10-0,25 (р_р — равновесное давление адсорбируемого вещества, р_нас — давление насыщенного пара) активный уголь незначительно поглощает водяные пары. Однако при р_р/р_нас более 0,3-0,4 наблюдается заметная адсорбция, а в случае р_р/р_нас = 1 практически все микропоры заполнены водяными парами. Поэтому их наличие может осложнить поглощение целевого вещества.

Активированный уголь широко применяют как адсорбент, поглощающий пары из газовых выбросов (например, при очистке воздуха от сероуглерода CS₂), улавливания паров летучих растворителей с целью их рекуперации, для очистки водных растворов (например, сахарных сиропов и спиртных напитков), питьевой и сточных вод, в противогазах, в вакуумной технике, например для создания сорбционных насосов, в газоадсорбционной хроматографии, для заполнения запахопоглотителей в холодильниках, очистки крови, поглощения вредных веществ из желудочно-кишечного тракта и др. Активный уголь также может, является носителем каталитических добавок и катализатором полимеризации. Для придания активному углю каталитических свойств в макро- и мезопоры вносят специальные добавки.

С развитием промышленного производства активного угля, применение этого продукта неуклонно возрастает. В настоящее время активированный уголь используется во многих процессах очистки воды, пищевой промышленности, в процессах химических технологий. Кроме того, очистка отходящих газов и сточных вод основана главным образом на адсорбции активированным углем. А с развитием атомных технологий, активированный уголь является основным адсорбентом радиоактивных газов и сточных вод на атомных электростанциях. В 20 веке применение активированного угля появилось в сложных медицинских процессах, например, гемофильтрация (очищение крови на активированном угле). Активированный уголь применяется:

• для водоподготовки (очистка воды от диоксинов и ксенобиотиков, углевание);
• в пищевой промышленности при производстве ликероводочных, слабоалкогольных напитков и пива, осветление вин, при производстве сигаретных фильтров, очистка углекислоты в производстве газированных напитков, очистка крахмалопаточных растворов, сахарных сиропов, глюкозы и ксилита, осветление и дезодорация масел и жиров, при производстве лимонной, молочной и других кислот;
• в химической, нефтегазодобывающей и перерабатывающей промышленностях для осветления пластификатов, в качестве носителя катализаторов, при производстве минеральных масел, химических реактивов и лакокрасочных материалов, в производстве каучука, в производстве химических волокон, для очистки аминовых растворов, для рекуперации паров органических растворителей;
• в природоохранной экологической деятельности для очистки промышленных стоков, для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов, для очистки дымовых газов на мусоросжигательных заводах, для очистки вентиляционных газовоздушных выбросов;
• в горнодобывающей и металлургической промышленностях для изготовления электродов, для флотации руд полезных ископаемых, для извлечение золота из растворов и пульп в золотодобывающей промышленности;
• в топливно-энергетической промышленности для очистки парового конденсата и котловых вод;
• в фармацевтической промышленности для очистки растворов при изготовлении медицинских препаратов, при производстве угольных таблеток, антибиотиков, кровезаменителей, таблеток «Аллохол»;
• в медицине для очистки организмов животных и людей от токсинов, бактерий, при очистке крови;
• в производстве средств индивидуальной защиты (противогазы, респираторы и т. д.);
• в атомной промышленности;
• для очистки воды в плавательных бассейнах и аквариумах.

Вода классифицируется как сточная, грунтовая и питьевая. Характерной особенностью этой классификации является концентрация загрязнителей, которые могут быть растворителями, пестицидами и/или галогено- углеводородами, типа хлорированных углеводородов. Различают следующие диапазоны концентрации, в зависимости от растворимости:

• 10-350 г/литр для питьевой воды,
• 10-1000 г/литр для грунтовых вод,
• 10-2000 г/литр для сточных вод.

Водная обработка бассейнов не соответствует этой классификации, так как здесь мы имеем дело с дехлорированием и деозонированием, а не с чистым адсорбционным удалением загрязнителя. Дехлорирование и деозонирование эффективно применяется при обработке воды плавательных бассейнов с применением активированного угля из кокосовой скорлупы, который имеет преимущества из-за большой адсорбционной поверхности и поэтому имеет превосходный дехлорирующий эффект с высокой плотностью. Высокая плотность позволяет обратному потоку, не вымывать активированный уголь из фильтра.

Гранулированный активированный уголь применяется в неподвижных стационарных адсорбционных системах. Загрязненная вода течет через постоянный слой активированного угля (главным образом сверху вниз). Для свободного функционирования этой адсорбционной системы вода должна быть свободна от любых твердых частиц. Это можно гарантировать соответствующей предобработкой (например, посредством песочного фильтра). Частицы, которые попадают в неподвижный фильтр, могут быть удалены встречным потоком адсорбционной системы.

При многих производственных процессах испускаются вредные газы. Эти ядовитые вещества не должны выделяться в воздух. Наиболее часто встречающиеся в воздухе ядовитые вещества — растворители, которые являются необходимыми для производства материалов повседневного спроса. Для разделения растворителей (главным образом углеводородов, типа хлорированных углеводородов), активированный уголь может успешно применяться из-за его водоотталкивающих свойств.

Воздушная очистка подразделяется на воздушную очистку загрязненного воздуха и восстановление растворителей в соответствии с количеством и концентрацией загрязнителя в воздухе. При высокой концентрации, дешевле восстанавливать растворители из активированного углерода (например, посредством пара). Но если ядовитые вещества существуют при очень низкой концентрации или в смеси, которая не может быть многократно использована, применяется формованный активированный уголь одноразового использования. Формованный активированный уголь применяется в неподвижных адсорбционных системах. Загрязненные вентиляционные струи через постоянный слой угля проходят в одном направлении (главным образом снизу вверх).

Одна из основных областей применения импрегнированного активированного угля — очистка газов и воздуха. Загрязненный воздух в результате многих технических процессов содержит ядовитые вещества, которые не могут быть полностью удалены посредством обычного активированного угля. Эти ядовитые вещества, главным образом — неорганические или нестабильные, полярные вещества, могут быть очень ядовитыми даже при небольшой концентрации. В этом случае применяется импрегнированный активный уголь. Иногда различными промежуточными химическими реакциями между компонентом загрязнителя и активным веществом в активированном угле, загрязнитель может быть полностью удален из загрязненного воздуха. Импрегнируют (пропитывают) активированные угли серебром (для очистки питьевой воды), йодом (для очистки от двуокиси серы), серой (для очистки от ртути), щелочью (для очистки от газообразных кислот и газов — хлор, двуокись серы, двуокись азота и т. д.), кислотой (для очистки от газообразных щелочей и аммиака).

Так как адсорбция — обратимый процесс и не изменяет поверхностный или химический состав активированного угля, загрязнители могут быть удалены из активного угля посредством десорбции (выделение адсорбированных веществ). Сила Ван-дер-Вальса, которая является главной движущей силой в адсорбции, ослабляется, поэтому для того, чтобы загрязнитель мог быть удален с поверхности угля, применяются три технических метода:

• Метод температурных колебаний: эффект силы Ван-дер-Вальса уменьшается, при увеличении температуры. Температура увеличивается за счет горячего потока азота или увеличения давления пара при температуре 110-160 °C.
• Метод колебания давления: при уменьшении парциального давления, эффект силы Ван-Дер-Вальса уменьшается.
• Экстракция — десорбция в жидких фазах. Адсорбированные вещества удаляются химически.

Все эти методы имеют неудобства, так как адсорбированные вещества не могут быть полностью удалены с поверхности угля. Значительное количество загрязнителя остается в порах активированного угля. При использовании паровой регенерации, 1/3 часть всех адсорбированных веществ, все еще остается в активированном угле.

Под химической регенерацией понимают обработку сорбента жидкими или газообразными органическими или неорганическими реагентами при температуре, как правило, не выше 100 °С. Химически регенерируют как углеродные, так и не углеродные сорбенты. В результате этой обработки сорбат либо десорбируется без изменений, либо десорбируются продукты его взаимодействия с регенерирующим агентом. Химическая регенерация часто протекает непосредственно в адсорбционном аппарате. Большинство методов химической регенерации узко специализированы для сорбатов определенного типа.

Низкотемпературная термическая регенерация — это обработка сорбента паром или газом при 100-400 °С. Процедура эта достаточно проста и во многих случаях ее ведут непосредственно в адсорберах. Водяной пар вследствие высокой энтальпии чаще других используют для низкотемпературной термической регенерации. Он безопасен и доступен в производстве.

Химическая регенерация и низкотемпературная термическая регенерация не обеспечивает полного восстановления адсорбционных углей. Термическая регенерация процесс весьма сложный, многостадийный, затрагивающий не только сорбат, но и сам сорбент. Термическая регенерация приближена к технологии получения активных углей. При карбонизации сорбатов различного типа на угле большая часть примесей разлагается при 200-350 °С, а при 400 °С обычно разрушается около половины всего адсорбата. CO, CO₂, CH₄ — основные продукты разложения органического сорбата выделяются при нагревании до 350 — 600°С. В теории стоимость такой регенерации составляет 50 % стоимости нового активного угля. Это говорит о необходимости продолжения поиска и разработки новых высокоэффективных методов регенерации сорбентов.

Реактивация — полная регенерация активированного углерода посредством пара при температуре 600 °C. Загрязнитель сжигается при этой температуре, не сжигая уголь. Это возможно из-за низкой концентрации кислорода и присутствия значительного количества пара. Водяной пар выборочно реагирует с адсорбированной органикой, проявляющей высокую реактивность в воде при этих высоких температурах, при этом происходит полное сгорание. Однако при этом нельзя избежать минимального сгорания угля. Эта потеря должна быть компенсирована новым углем. После реактивации часто происходит так, что активированный уголь показывает большую внутреннюю поверхностную и более высокую реактивность, чем оригинальный уголь. Эти факты обусловлены формированием дополнительных пор и коксуемых загрязнителей в активированном угле. Структура пор также изменяется – происходит их увеличение. Реактивация выполняется в печи для реактивации. Есть три типа печей: ротационные, шахтные и печи с изменяемым газовым потоком. Печь с изменяемым газовым потоком имеет преимущества из-за низких потерь при сгорании и трении. Активированный уголь загружается в поток воздуха и при этом газы сгорания могут быть унесены вверх через решетку. Активированный уголь частично становится текучим благодаря интенсивному газовому потоку. Газы также транспортируют продукты сгорания при реактивации из активированного угля в камеру дожигания. Воздух добавляется в дожигатель, таким образом газы, которые не были полностью воспламенены, могут теперь быть сожжены. Температура увеличивается приблизительно до 1200 °C. После сгорания газ течет к газовому моечному аппарату, в котором газ охлаждается до температуры между 50-100 °C в результате охлаждения водой и воздухом. В этой камере соляная кислота, которая образуется адсорбированными хлоруглеводородами из очищенного активированного угля, нейтрализуется гидроокисью натрия. Благодаря высокой температуре и быстрому охлаждению не происходит образования ядовитых газов (типа диоксинов и фуранов).

Наиболее раннее из исторических упоминаний об использовании углей, относится к Древней Индии, где в санскритских писаниях говорилось, что питьевую воду необходимо предварительно пропускать через уголь, выдерживать в медных сосудах и подвергать действию солнечных лучей.

Уникальные и полезные свойства углей были известны также и в Древнем Египте, где древесный уголь использовали в медицинских целях уже за 1500 лет до н. э.

Древние римляне также пользовались углем для очистки питьевой воды, пива и вина.

В конце 18-го века ученые знали, что карболен способен поглощать различные газы, пары и растворенные вещества. В обыденной жизни люди наблюдали: если при кипячении воды в кастрюлю, где перед этим варили обед, бросить несколько древесных угольков, то привкус и запах пищи исчезают. Со временем активированный уголь стали использовать для очистки сахара, для улавливания бензина в природных газах, при крашении тканей, дублении кожи.

В 1773 году немецкий химик Карл Шееле сообщал об адсорбции газов на древесном угле. Позже было установлено, что древесный уголь может также обесцвечивать жидкости.

В 1785 году санкт-петербургский аптекарь Ловиц Т. Е., впоследствии ставший академиком, впервые обратил внимание на способность активированного угля очищать спирт. В результате многократных опытов он установил, что даже простое встряхивание вина с угольным порошком позволяет получить намного более чистый и качественный напиток.

В 1794 году древесный уголь был впервые применен на английском сахарном заводе.

В 1808 году древесный уголь впервые применили во Франции для осветления сахарного сиропа.

В 1811 году при приготовлении черного сапожного крема была обнаружена обесцвечивающая способность костяного угля.

В 1830 году один аптекарь, проводя на себе опыт, принял внутрь грамм стрихнина и остался жив, потому что одновременно проглотил 15 граммов активированного угля, который адсорбировал этот сильный яд.

В 1915 году первый, в мире фильтрующий угольный противогаз был изобретен в России русским ученым Николаем Дмитриевичем Зелинским. В 1916 году был принят на вооружение армий Антанты. Основным сорбирующим материалом в нём был активированный уголь.

Промышленное производство активированного угля началось в начале 20 века. В 1909 году в Европе была выпущена первая партия порошкового активного угля.

Во времена первой мировой войны был впервые применен активный уголь из скорлупы кокосового ореха в качестве адсорбента в противогазных масках.

В настоящее время активированные угли являются одними из лучших фильтрующих материалов.

Компания «Химические системы» предлагает широкий ассортимент активированных углей Carbonut, отлично зарекомендовавших себя в самых разных технологических процессах и областях промышленности:

• Carbonut WT для очистки жидкостей и воды (грунтовой, сточной и питьевой, а также для водоподготовки),
• Carbonut VP для очистки различных газов и воздуха,
• Carbonut GC для извлечения золота и других металлов из растворов и пульп в горно-мотеллургической промышленности,
• Carbonut CF для сигаретных фильтров.

Активные угли Carbonut производятся только исключительно из скорлупы кокосового ореха, так как кокосовые активные угли обладают наилучшим качеством очистки и наибольшей емкостью поглощения (благодаря наличию большего количества пор и соответственно большей площади поверхности), наиболее длительным сроком службы (благодаря высокой твердости и возможности многократной регенерации), отсутствием десорбции абсорбированных веществ и низкой зольности.

Активные угли Carbonut производятся с 1995 года в Индии на автоматизированном и высоко технологичном оборудовании. Производство имеет стратегически важное месторасположения, во-первых, в непосредственной близости к источнику сырья – кокосовому ореху, а во-вторых, в непосредственной близости к морским портам. Кокосовый орех произрастает круглогодично, обеспечивая бесперебойный источник качественного сырья в больших количествах, с минимальными издержками на доставку. Близость морских портов, также позволяет избежать дополнительных расходов на логистику. Все этапы технологического цикла при производстве активного угля Carbonut строго контролируются: это и тщательный отбор входного сырья, контроль основных параметров после каждого промежуточного этапа производства, а также контроль качества конечного, готового продукта в соответствии с установленными стандартами. Активные угли Carbonut экспортируется практически по всему миру и благодаря отличному сочетанию цена-качество пользуется широким спросом.

Для просмотра документации Вам потребуется программа «Adobe Reader». Если у Вас на компьютере не установлена программа «Adobe Reader» , посетите сайт www.adobe.com компании «Adobe», скачайте и установите последнюю версию этой программы (программа бесплатная). Процесс установки прост и займет всего несколько минут, данная программа Вам пригодится и в будущем.

Если вы хотите купить Активированный уголь в Москве, Подмосковье, Мытищах, Санкт-Петербурге — обращайтесь к менеджерам компании. Также производится доставка в другие регионы Российской Федерации.

источник

Активированный уголь — это препарат адсорбирующего действия, который помогает избавить организм от вредных веществ. В его основе лежат угли древесины, которые обрабатывают специальным составом для их активизации. Химическая формула активированного угля — С (углерод). Так как его происхождение природное, препарат практически не имеет противопоказаний. Исключением являются заболевания пищеварительного тракта в острой форме или аллергические реакции.

Лекарство выпускается в виде таблеток черного и белого цвета. Применение активированного угля показано при различных интоксикациях организма, например:

• при отравлении несвежей пищей;
• при передозировке некоторыми лекарственными препаратами;
• при вирусной или инфекционной природе заболеваний пищеварительного тракта;
• при лечении холеры и гастритов;
• изжоге и ферментной недостаточности.

Можно использовать при всех заболеваниях, которые вызывают диарею и рвоту, чтобы купировать это состояние. Еще будет полезным применение угля перед или после употребления алкоголя, а также в целях похудения.

Девушки приспособились использовать его и в косметических целях, например, в составе масок и скрабов от черных точек. И даже применение лекарственного средства в бытовой сфере вполне возможно. Ярким примером является противогаз.

Самый простой способ — расчет дозы лекарства по инструкции. Массу тела человека разделить на 10, полученный результат показывает, сколько можно принять таблеток за один раз.

При расстройствах стула или аллергии суточная доза активированного угля для взрослого составляет 6 таблеток, разделенных на три приема, или 200 миллиграмм за один раз. Максимальное время лечения 2 недели. Потом нужно сделать перерыв, после которого возможно возобновление приема препарата. Следует с осторожностью использовать уголь на протяжении долгого срока. Это грозит вымыванием полезных элементов из организма и может вызвать острый авитаминоз и даже осложнения сердечно-сосудистой системы.

В случаях попадания в пищеварительный тракт опасных веществ или острых отравлениях, специалисты рекомендуют сначала провести промывание желудка с использованием раствора на основе препарата. Его разводят с кипяченой водой в отношении 2:10. После необходимо дополнительно применять средство в количестве до 150 таблеток в течение суток. Для облегчения приема их растворяют в небольшом количестве воды. Принимают препарат в четырехчасовой перерыв между поглощением пищи, причем должно пройти одинаковое время после и перед приемом еды, а именно 2 часа.

Так как средство имеет природный состав, давать активированный уголь детям можно даже в младенческом возрасте. Он помогает избавиться от коликов и образования газов, тем самым снимая болевой синдром у ребенка. Детям показан прием при отравлениях и других отклонениях в работе ЖКТ.

Главное, что должны знать родители — это какая дозировка считается правильной. Ведь важнейший принцип лечения заключается в том, чтобы не навредить. Рассчитывается дозировка также по весу маленького человека — на 10 кг веса количество препарата составит 50 миллиграмм. Дополнительно суточную дозу разбивают на три приема. При сильных отравлениях можно увеличение количества препарата до 150 миллиграмм в сутки или промывание желудка раствором в подобной концентрации. Детям дают средство за 2 часа до еды или после нее.

Благодаря своей поверхности, которая имеет пористую структуру, средство хорошо отлавливает и удерживает токсины и вредные вещества и препятствует их всасыванию в стенки желудка. Он способен выступать в качестве нейтрализатора для некоторых видов ядов, например, тех, что содержатся в этиловом спирте или еде.

Еще он может избавить организм от последствий приема нездоровой пищи и очистить организм перед закладкой новой системой питания. Поэтому его часто применяют перед похудением и подготовкой к здоровому образу жизни. Но это не значит, что уголь нужно применять бесконтрольно. Это может привести к вымыванию полезных веществ и микроэлементов, которые необходимы организму для полноценного функционирования.

При гастрите он снимает раздражение стенок желудка, препятствуя распространению заболевания. А при аллергических высыпаниях поможет уменьшить время проявления реакций.

Применение масок на основе активированного угля поможет справиться со множеством проблем. Самый знаменитый рецепт — это маска-пленка от черных точек. Но это далеко не единственный дефект, который можно устранить с помощью препарата. Имеет смысл использовать средство, если:

• кожа лица выглядит уставшей;
• имеются загрязнения в порах и высыпания;
• беспокоят пигментные пятна и веснушки;
• женщина часто недосыпает и находится в стрессовых ситуациях.

Так как маска-пленка, о которой шла речь выше, пользуется популярностью, стоит упомянуть ее рецепт. Для приготовления понадобится:

• измельченный уголь — 1 ч. л.;
• желатин — 1, 5 ст. л.;
• отвар череды — 4 ст. л.

Желатин заливают холодным отваром череды и размешивают. Далее, ставят в микроволновку на 1 минуту, после чего засыпают толченые таблетки. Смесь наносится на кожу в несколько слоев, каждый следующий слой накладывают после полного высыхания предыдущего. Выдерживают маску около 10 минут, а потом снимают пленкой. После лицо следует протереть замороженным отваром ромашки.

Перед использованием нужно удалить косметику с кожи и распарить ее. Для этого доводят до кипения кастрюлю с водой, добавив ромашку и череду. После чего снимают с огня и переливают в миску. Нужно провести некоторое время, наклонившись над миской и накрыв себя полотенцем. Достаточно 15 минут.

Для спасения увядающей кожи можно попробовать маску с глиной и горчичным порошком. В ее состав входят:

• активированный уголь — 1 таблетка;
• белая глина — 3 ч. ложки;
• масло чайного дерева — 10 мл;
• горчичный порошок — 1 щепотка.

Таблетку толкут, масло немного подогревают, после чего ингредиенты смешивают. Непосредственно перед нанесением в смесь добавляют щепотку горчичного порошка. На коже держат не более 20 минут, после чего смывают и наносят сок 3-летнего алоэ. Средство применяют курсом в 12 процедур, который длится 1,5 месяца. Благодаря составу лицо выглядит моложе, кожа подтянута и сияет. Эффект держится до 4 месяцев.

Активированный уголь поистине можно назвать универсальным и недорогим средством. Некоторые умельцы нашли способы использовать его и в решении бытовых вопросов. Но все же главным его качеством является способность помочь при проблемах со здоровьем.

источник

АКТИВНЫЙ УГОЛЬ (активированный уголь), материал с развитой пористой структурой. На 87-97% (по массе) состоит из С, содержит также Н, О и в-ва, введенные в активный уголь при его получении. Зольность активного угля может составлять 1 -15% (иногда его обеззоливают до 0,1-0,2%).

Поры в активном угле классифицируют по их линейным размерам х (полуширина — для щелевидной модели пор, радиус-для цилиндрич. или сферической): х0,6-0,7 нм-микропоры; 0,6-0,7 100-200 нм-макропоры.

Для адсорбции в микропорах (уд. объем 0,2-0,6 см 3 /г), соизмеримых по размерам с адсорбируемыми молекулами, характерен гл. обр. механизм объемного заполнения. Аналогично происходит адсорбция также в супермикропорах (уд. объем 0,15-0,2 см 3 /г)-промежут. области между микропорами и мезопорами. В этой области св-ва микропор постепенно вырождаются, св-ва мезопор проявляются.

Механизм адсорбции в мезопорах заключается в последоват. образовании адсорбц. слоев (поли молекулярная адсорбцияХ к-рое завершается заполнением пор по механизму капиллярной конденсации. У обычных активных углей уд. объем мезопор составляет 0,02-0,10 см 3 /г, уд. пов-сть-от 20 до 70 м 2 /г; однако у нек-рых активных углей (напр., осветляющих) эти показатели могут достигать соотв. 0,7 см 3 /г и 200-450 м 2 /г.

Макропоры (уд. объем и пов-сть соотв. 0,2-0,8 см 3 /г и 0,5-2,0 M i /r)служат транспортными каналами, подводящими молекулы поглощаемых в-в к адсорбц. пространству зерен (гранул) активного угля. Для придания активному углю каталитич. св-в в макро- и мезопоры вносят, как правило, спец. добавки.

В активном угле часто существуют все разновидности пор, и дифференциальная кривая распределения их объема по размерам имеет 2-3 максимума. В зависимости от степени развития супермикропор различают активные угли с узким распределением (эти поры практически отсутствуют) и широким (существенно развиты).

Активные угли хорошо адсорбируют пары в-_:в со сравнительно высокими т-рами кипения (напр., бензол), хуже-летучие соед. (напр., NH₃). При относит. давлениях пара р_р/р_нас менее 0,10-0,25 (р_р-равновесное давление адсорбируемого в-ва, р_нас-давление насыщ. пара). Активный уголь незначительно поглощает водяные пары. Однако при (р_р/р_нас) > 0,3-0,4 наблюдается заметная адсорбция, а в случае (р_р/р_нас)1 практически все микропоры заполнены водяными парами. Поэтому их наличие может осложнить поглощение целевого в-ва.

Осн. сырье для произ-ва активного угля — кам.-уг. полукокс, углеродсодержащие растит. материалы (напр., древесный уголь, торф, древесные опилки, скорлупа орехов, косточки плодов фруктовых деревьев). Продукты карбонизации этого сырья подвергают активации (в большинстве случаев парогазовой — в присут. паров Н₂О и СО₂, реже-химической, т.е. в присут. солей металлов, напр. ZnCl₂, K₂S) при 850-950°С. Кроме того, активный уголь получают термич. разложением синтетич. полимеров (напр., поливинилиденхлорида).

Активный уголь широко применяют как адсорбент для поглощения паров из газовых выбросов (напр., для очистки воздуха от CS₂), улавливания паров летучих р-рителей с целью их рекуперации, для очистки водных р-ров (напр., сахарных сиропов и спиртных напитков), питьевой и сточных вод, в противогазах, в вакуумной технике, напр. для создания сорбционных насосов, в газоадсорбционной хроматографии, для заполнения запахопоглотителей в холодильниках, очистки крови, поглощения вредных в-в из желудочно-кишечного тракта и др. Активный уголь — также носитель каталитич. добавок и катализатор полимеризации.

===
Исп. литература для статьи «АКТИВНЫЙ УГОЛЬ» : Колышкин Д. А., Михайлова К. К., Активные угли. Справочник, Л., 1972; Бутырин Г. М., Высокопористые углеродные материалы, М., 1976; Дубинин М. М., «Изв. АН СССР. Сер. хим.», 1979, № 8, с. 1691-96; Угли активные. Каталог, Черкассы, 1983; Кинле X., Бадер Э., Активные угли и их промышленное применение, пер. с нем., Л., 1984. Н.С. Поляков.

Страница «АКТИВНЫЙ УГОЛЬ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

источник