Как получают активированный уголь кратко

Обновлено: 25.06.2024

Активированный (активный) уголь — пористое вещество, которое получают из различных углеродсодержащих материалов органического происхождения: древесный уголь (марки активированного угля БАУ-А, ОУ-А, ДАК [1] и др.), каменноугольный кокс (марки активированного угля АГ-3, АГ-5, АР и др.), нефтяной кокс, кокосовый уголь и др. Содержит огромное количество пор и поэтому обладает очень большой удельной поверхностью на единицу массы, вследствие чего обладает высокой адсорбцией. 1 грамм активированного угля в зависимости от технологии изготовления имеет поверхность от 500 до 1500 м². [2] Применяют в медицине и промышленности для очистки, разделения и извлечения различных веществ.

Содержание

Химические свойства и модифицирование

Обычный активированный уголь является довольно реакционоспособным соединением, способным к окислению кислородом воздуха и кислородной плазмой [3] , [4] , [5] , [6] , [7] , [8] , [9] , [10] , водяным паром [11] , [12] , [13] , а также углекислым газом [7] и озоном [14] , [15] , [16] . Окисление в жидкой фазе проводят целым рядом реагентов (HNO₃, H₂O₂, KMnO₄) [17] , [18] , [19] . За счет образования большого количества основных и кислотных групп на поверхности окисленного угля его сорбционные и другие свойства могут существенно отличаться от неокисленного [20] . Модифицированный азотом уголь получают либо исходя из азотсодержащих природных веществ либо полимеров [21] , [22] , либо обработкой угля азотсодержащими реагентами [23] , [24] , [25] . Также уголь способен взаимодействовать с хлором [26] , [27] бромом, [28] и фтором [29] . Важное значение имеет серусодержащий уголь, который синтезируют разными путями [30] , [31] В последнее время химические свойства угля принято объяснять наличием на его поверхности активной двойной связи [16] , [32] , [33] . Химически модифицированный уголь находит применение в качестве катализаторов, носителей для катализаторов, селективных адсорбентов, в получении особо чистых веществ, в качестве электродов литиевых аккумуляторов.

Как работает уголь

Есть два основных механизма, которыми активизированный углерод удаляет загрязнители из воды: адсорбция и каталитическое сокращение (процесс, заставляющий притягиваться отрицательно заряженные ионы загрязнителя к положительно заряженному активированному углероду). Органические соединения удаляются адсорбцией, а остаточные дезинфицирующие средства, такие как хлор, и хлорамины удаляются каталитическим сокращением.

Производство

Хороший активированный уголь получается из ореховой скорлупы (кокосовой, из косточек некоторых плодовых культур.) Прежде активированный уголь делали из костей крупного рогатого скота (костный уголь [34] ). Сущность процесса 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 градусов. 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 активного угля в этом варианте процесса заметно снижается. Значение удельной поверхности пор у лучших марок активных углей может достигать 1800—2200 м 2 ; на 1 г угля. [2] 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.

Применение

В противогазах

Классический пример использования активированного угля связан с использованием его в противогазе. Разработанный Н. Д. Зелинским противогаз спас множество жизней солдат в первой мировой войне. К 1916 году он был принят на вооружение почти во всех европейских армиях.

При производстве сахара

Другие области применения

Активированный уголь применяется в медицине, химической, как носитель катализаторов, а во многих реакциях сам действует в качестве катализатора, фармацевтической и пищевой промышленности. Фильтры, содержащие активированный уголь, используются во многих современных моделях устройств для очистки питьевой воды.

Характеристики активированного угля

Размер пор

Определяющее влияние на структуру пор активированных углей оказывают исходные материалы для их получения. Активированные угли на основе скорлупы кокосов характеризуются большей долей микропор (до 2 нм), на основе каменного угля — большей долей мезопор (2-50 нм). Большая доля макропор характерна для активированных углей на основе древесины (более 50 нм).

Микропоры особенно хорошо подходят для адсорбции молекул небольшого размера, а мезопоры — для адсорбции более крупных органических молекул.

Йодный индекс

Большая часть углерода предпочтительно адсорбируют маленькие молекулы. Йодный индекс — самый фундаментальный параметр, используемый, чтобы характеризовать активированную углеродистую работу. Йодный индекс — мера уровня активности (более высокое число указывает на более высокую степень активации), часто измеряется в мг/г (типичный диапазон 500—1200 мг/г). Йодный индекс — это также мера содержания микропоры активированного угля (от 0 до 20 Å), или до 2 нм), что эквивалентно площади поверхности углерода между 900 м²/г и 1100 м²/г. Это стандартная мера при использовании активированного угля для очистки веществ в жидкой фазе.

Твердость

Это мера сопротивления активированного угля истиранию. Это важный индикатор активированного угля, необходимый для поддержания его физической целостности и противостояния фрикционным силам, процессу обратной промывки и т. д. Есть значительные различия в твердости активированного угля, в зависимости от сырья и уровня активности.

Гранулометрический состав

Чем меньше размер частицы активированного угля, тем лучше доступ к площади поверхности и быстрее уровень адсорбции. В системах фазы пара это нужно учитывать при снижении давления, которое затронет затраты энергии. Внимательное рассмотрение гранулометрического состава может обеспечить существенную операционную выгоду.

Фармакология

Оказывает энтеросорбирующее, дезинтоксикационное и противодиарейное действие. Относится к группе поливалентных физико-химических антидотов, обладает большой поверхностной активностью, адсорбирует яды и токсины из желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) до их всасывания, алкалоиды, гликозиды, барбитураты и др. снотворные, лекарственные средства для общей анестезии, соли тяжёлых металлов, токсины бактериального, растительного, животного происхождения, производные фенола, синильной кислоты, сульфаниламиды, газы. Активен как сорбент при гемоперфузии. Слабо адсорбирует кислоты и щёлочи, а также соли железа, цианиды, малатион, метанол, этиленгликоль. Не раздражает слизистые оболочки. При лечении интоксикаций необходимо создать избыток угля в желудке (до его промывания) и в кишечнике (после промывания желудка). Уменьшение концентрации угля в среде способствует десорбции связанного вещества и его всасыванию (для предупреждения резорбции освободившегося вещества рекомендуется повторное промывание желудка и назначение угля). Наличие пищевых масс в ЖКТ требует введения в высоких дозах, так как содержимое ЖКТ сорбируется углем и его активность снижается. Если отравление вызвано веществами, участвующими в энтерогепатической циркуляции (сердечные гликозиды, индометацин, морфин и др. опиаты), необходимо применять уголь в течение нескольких дней. Особенно эффективен в качестве сорбента при гемоперфузии в случаях острых отравлений барбитуратами, глютатимидом, теофиллином. Снижает эффективность одновременно принимаемых лекарственных средств, уменьшает эффективность лекарственных средств, действующих на слизистую оболочку ЖКТ (в том числе ипекакуаны и термопсиса).

Назначается при следующих показаниях: дезинтоксикация при повышенной кислотности желудочного сока при экзо- и эндогенных интоксикациях: диспепсия, метеоризм, процессы гниения, брожения, гиперсекреция слизи, HCl, желудочного сока, диарея; отравление алкалоидами, гликозидами, солями тяжёлых металлов, пищевая интоксикация; пищевая токсикоинфекция, дизентерия, сальмонеллёз, ожоговая болезнь в стадии токсемии и септикотоксемии; почечная недостаточность, хронический гепатит, острый вирусный гепатит, цирроз печени, атопический дерматит, бронхиальная астма, гастрит, хронический холецистит, энтероколит, холецистопанкреатит; отравления химическими соединениями и лекарственными средствами (в том числе фосфорорганическими и хлорорганическими соединениями, психоактивными лекарственными средствами), аллергические заболевания, нарушения обмена веществ, абстинентный алкогольный синдром; интоксикация у онкологических больных на фоне лучевой и химиотерапии; подготовка к рентгенологическим и эндоскопическим исследованиям (для уменьшения содержания газов в кишечнике).

Противопоказан при язвенных поражениях желудочно-кишечного тракта (в том числе язвенной болезни желудка и 12-перстной кишки, неспецифическом язвенном колите), кровотечениях из ЖКТ, одновременном назначении антитоксических лекарственных средств, эффект которых развивается после всасывания (метионин и др.).

В качестве побочных эффектов называются диспепсия, запоры или диарея; при длительном применении — гиповитаминоз, снижение всасывания из ЖКТ питательных веществ (жиров, белков), гормонов. При гемоперфузии через активированный уголь — тромбоэмболия, геморрагии, гипогликемия, гипокальциемия, гипотермия, снижение артериального давления.

Все мы привыкли, что активированный уголь - это дешевое средство при отравлениях. Также его часто принимают перед застольем, чтобы на утро не так сильно болела голова после выпитого алкоголя. Из чего же делают активированный уголь и почему он так эффективен?

Основным сырьем для производства активированного угла служат: древесина, каменный уголь, битумный уголь, скорлупа кокосовых орехов и др. Указанное сырьё сначала обугливают, затем подвергают активации.

Активация угля делается несколькими способами:

1. Термохимически - предварительно материал пропитывают раствором хлорида цинка, карбоната калия или некоторыми другими соединениями, и нагревают без доступа воздуха.

2. Путём обработки перегретым паром или углекислым газом или их смесью при температуре 800—850 °C. 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.

В зависимости от технологии изготовления, 1 грамм активированного угля может иметь поверхность от 500 до 1500 м². У лучших марок активированных углей площадь поверхности пор может достигать 1800—2200 м² на 1 г угля.

Применение в медицине

Активированный уголь обладает большой поверхностной активностью, нейтрализует яды и токсины из желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) до их всасывания, алкалоиды, гликозиды, барбитураты и др. снотворные, лекарственные средства для общей анестезии, соли тяжёлых металлов, токсины бактериального, растительного, животного происхождения, производные фенола, синильной кислоты, сульфаниламиды, газы.

При лечении отравлений необходимо создать избыток угля в желудке (до его промывания) и в кишечнике (после промывания желудка).

Активированный уголь применяют не только в медицине, вот другие области его применения:

- при производстве сахара (очистка сахарного сиропа от красящих веществ)

- для производства органического удобрения терра прета

- химическая и пищевая промышленности

Теперь вы знаете, что активированный уголь делают из обычного угля путем активации. Активируют уголь путем раскрытия закрытых пор для увеличения их количества, что в свою очередь приводит к лучшей всасываемости этими порами вредных веществ.

Для лучшего понимания как работает активированный уголь смотрите видео:

Казалось бы, что может быть грязнее угля? Но это полезное ископаемое делает мир вокруг не только теплее, но и чище — особенно, когда речь идет о нашем организме. Как делают активированный уголь и можно ли его добавлять в еду?

Конечно, не весь попавшийся уголь стоит глотать — в пищу можно употреблять лишь активированный, т. есть прошедший определенную обработку. Для производства активированного угля чаще всего используется именно ископаемое, которое не зря называют полезным — каменный уголь. В его составе — остатки древних растений, которые за несколько сотен миллионов лет значительно видоизменились из-за высокого давления земной коры и высокой температуры.

Добывают каменный уголь в промышленных масштабах и чаще всего используют в качестве топлива. Для того, чтобы его "активировать", уголь подвергают пиролизу (разложению при высоких температурах), затем выдерживают при высокой температуре с водяным паром или углекислым газом, иногда используют кислоту или щелочь, в результате чего уголь становится пористым, а его поверхность значительно увеличивается. Площадь одного грамма активированного угля может достигать 1500 квадратных метров!

Уголь даже добавляют в зубную пасту: он отбеливает эмаль

Активированный уголь обладает адсорбирующим действием — важно не путать с абсорбирующим: частицы угля не впитывают другие вещества, как губка, а притягивают и удерживают молекулы углерода, например, какого-нибудь яда, за счет слабого притяжения между незаряженными молекулами. Главное достоинство активированного угля в том, что он не переваривается в желудочно-кишечном тракте человека и не всасывается, а "выводит" за собой из организма связанные токсические и раздражающие веществ а.

Если вы " поймали" кишечную инфекцию или отравились едой — врачи советуют в течение одного часа после первых симптомов одномоментно принять от 50 до 100 граммов активированного угля (от 5 до 10 пачек). 2-3 таблетки совершенно не помогут.

Черный капучино готовят с помощью активированного угля

Так как активированный уголь разрешено употреблять в пищу, его довольно часто используют в качестве биологически активной добавки к различным напиткам и блюдам. Считается, что небольшое его количество не навредит, а пойдет лишь на пользу. Добавляют его в кофе для wow-эффекта — черно-белое капучино или латте, действительно, смотрится эффектно.

Угольная минералка с семенами чиа — настоящий супердринк

Популярны и холодные детокс-напитки на основе активированного угля — достаточно растворить несколько таблеток в газированной минеральной воде и залить семена чиа. Такую угольную минералку можно взять с собой, например, в спортклуб. Часто добавляют уголь и в мороженое, считая, что такой десерт не навредит, ведь вместе с углем выгодит и "все лишнее".

Добавляют уголь и в выпечку — в моде блэк-бургеры с черными булочками, черный хлеб, черные сухарики и даже черные круасаны. Только важно объяснить, что хлеб не горелый, а вполне себе полезный.

Выпечка цвета угля — теперь не стыдно

Важно помнить одно, как и любое вещество, активированный уголь имеет и противопоказания. Например, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, язвенный колит и прочие заболевания ЖКТ, а также индивидуальная непереносимость.

Длительный прием активированного угля может нарушить нормальную деятельность желудка и привести к проблемам с всасыванием витаминов, микроэлементов, жиров, белков и прочих полезных веществ.

Активный или активированный уголь – это пористый адсорбент, который производится из органических материалов содержащих уголь. Технология производства активированного угля длительный процесс, состоящий из нескольких этапов. Адсорбент активированный (активный) уголь является веществом с очень пористым составом. Его получают из разнообразных органических материалов, в которых имеется уголь. Зачастую осуществляется производство активированного угля из древесного угля, из торфа (торфяного кокса), каменноугольного кокса, грецкого ореха, кокосовой скорлупы, косточек маслин, абрикос и многих других растений.

Классификация

Активный адсорбент подразделяется:

по типу материала, из которого выполнено производство активированного угля: древесина, кокосовая скорлупа, каменный уголь и так далее;
по назначению: осветляющие, газовые, угли-носители катализаторов с качествами химических сорбентов;
по методике активации: паровой и термохимический способ;
по форме выпуска: гранулированный (дробленый) активированный уголь, порошковый, формованный активный уголь, экструдированный уголь (гранулы в виде цилиндров) и ткань, которая пропитана углем.

Активированные угли классифицируют по трем категориям пор: микропоры (от 0,6 до 0,7 нанометров), мезопоры (1,5-100-200 нанометров), макропоры (>100-200 нанометров). Первая и вторая разновидность пор считаются основными составляющими поверхности активных углей. По этой причине они играют немаловажную роль в адсорбционных качествах угля. Микропоры отлично справляются с адсорбцией маленьких органических молекул, а мезопоры – более крупных молекул.

Удельная площадь поверхности активированного угля зависит от габаритов пор. Адсорбент, у которого более тонкие поры хорошо впитывает, имея даже невысокую концентрацию и небольшие парциальные давления пара. Активное вещество с широкими порами характеризуется капиллярной конденсацией.

Оборудование для производства активированного угля представлено в широком ассортименте. Для получения адсорбента применяются специальные печи разных типов и конструкций. Чаще всего завод по производству активированного угля использует шахтные, вертикальные и горизонтальные роторные печи, многополочные печки и реакторы с кипящим слоем.

Этапы технологического процесса

Получение угля из материалов органического происхождения разделено на несколько этапов. Итак, технология производства активированного угля включает в себя следующие последовательные мероприятия:

Карбонизация. Данный процесс представляет собой обжиг (термическую обработку) сырья в безвоздушныхинертных условиях с использование высокой температуры. После карбонизации получается – карбонизат, это уголь, имеющий очень незначительные адсорбционные качества по причине маленькой внутренней площади и мелких габаритов. Карбонизат подлежит дроблению и активации, чтобы в результате добиться особенной структуры вещества и значительного увеличения адсорбции.
Пара слов о предварительном дроблении. Полученный после карбонизации активированный уголь нужно измельчить. Его начальные размеры составляют 30-150 миллиметров, а результативная активация адсорбента затрудняется из-за таких больших фракций. Поэтому карбонизат тщательно измельчается до размеров фракций в 4-10 миллиметров.
Линия по производству активированного угля включает в себя процесс активации, которая осуществляется с применением двух основных методик:

Химическая активация для изготовления активированного угля подразумевает обработку вещества солями, выделяющими активирующий газ при воздействии высокой температуры. Активатором могут быть нитраты, сульфаты, карбонаты, серная, фосфорная или азотная кислота. Производство активированного угля с помощью этого способа проводят при температурном режиме 200 – 650°С;
Парогазовая активация осуществляется исключительно в условиях строгого контроля, при температуре от 800 до 1000°С. В роли окислителей на момент парогазовой активации угля выступают водяной пар и диоксид углерода. Взаимодействие пара с углеродом ускоряется посредством оксидов и карбонатов щелочных металлов. Учитывая этот факт, их в малых дозах периодически добавляют к исходному материалу. В качестве катализатора также используют соединения меди. Получение активного угля из карбонизата с помощью парогазовой методики дает возможность получить мощный адсорбент с площадью поверхности максимум 1500 м 2 на один грамм угля. Правда, не вся площадь может использоваться для поглощения, потому что большие молекулы адсорбируемого вещества не попадут в маленькие поры.

Использование активного угля

Применение в производстве активированного угля набирает обороты с каждым днем. Адсорбционные способности угля позволяют быстро и эффективно очищать сточные воды и отходящие газы. К тому же, он является главным адсорбирующим веществом радиоактивных газов и вод на атомных электрических станциях.

Также активированный уголь нашел применение в таких сферах, как:

Адсорбция технологической и питьевой воды;
Использование в химической промышленности;
Рекуперация (возврат части сырья или энергии для вторичного употребления в той же технологической процедуре) растворителей;
Использование активного угля в медицинских целях. Очистка крови и организма в целом от бактерий, токсических веществ;
Для добычи золота;
В качестве косметического препарата для осветления кожи на лице;
Пищевая добавка при интоксикации;
Для похудения и диеты (не рекомендуется специалистами).

Если необходимо купить активированный уголь для фильтрации производства России, то можно обратиться за этим в специализированные магазины или совершить покупку через интернет.

Читайте также: