Что делает уголь

Содержание:

Активированный уголь
carbo activatus
Действующее вещество
CAS 16291-96-6
Активированный уголь
Классификация
АТХ A07BA01
Лекарственные формы
таблетки, гранулы, капсулы
Другие названия
Уголь активированный, Карбопект, Сорбекс, Ультра-адсорб
Медиафайлы на Викискладе

Активированный уголь — пористое вещество, которое получают из различных углеродосодержащих материалов органического происхождения: древесного угля (марки активированного угля БАУ-А, ОУ-А, ДАК [1] и др.), каменноугольного кокса (марки активированного угля АГ-3, АГ-5, АР и др.), нефтяного кокса, скорлупы кокосовых орехов и других материалов. Содержит огромное количество пор и поэтому имеет очень большую удельную поверхность на единицу массы, вследствие чего обладает высокой адсорбционной способностью. В зависимости от технологии изготовления, 1 грамм активированного угля может иметь поверхность от 500 до 2200 м² [2] . Впервые синтезирован Николаем Дмитриевичем Зелинским (1915 г.), использован им в противогазах как универсальное средство химической защиты [3] , а позже — в качестве гетерогенного катализатора. Применяют в медицине и промышленности для очистки, разделения и извлечения различных веществ.

Содержание

Химические свойства, модифицирование [ править | править код ]

Обычный активированный уголь является довольно реакционноспособным соединением, способным к окислению кислородом воздуха и кислородной плазмой [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] , водяным паром [12] [13] [14] , а также углекислым газом [8] и озоном [15] [16] [17] . Окисление в жидкой фазе проводят целым рядом реагентов (HNO3, H2O2, KMnO4) [18] [19] [20] . За счёт образования большого количества основных и кислотных групп на поверхности окисленного угля его адсорбционные и другие свойства могут существенно отличаться от неокисленного [21] . Модифицированный азотом уголь получают либо исходя из азотсодержащих природных веществ, либо из полимеров [22] [23] , либо обработкой угля азотсодержащими реагентами [24] [25] [26] . Также уголь способен взаимодействовать с хлором [27] [28] бромом [29] и фтором [30] . Важное значение имеет серосодержащий уголь, который синтезируют разными путями [31] [32] В последнее время химические свойства угля принято объяснять наличием на его поверхности активной двойной связи [17] [33] [34] . Химически модифицированный уголь находит применение в качестве катализаторов, носителей для катализаторов, селективных адсорбентов, в получении особо чистых веществ, в качестве электродов литиевых аккумуляторов.

Механизмы действия [ править | править код ]

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. [35] Органические соединения удаляются адсорбцией, а окислители, такие, как хлор и хлорамин, удаляются каталитическим окислением.

Производство [ править | править код ]

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 м² на 1 г угля. [2] 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 [ править | править код ]

В противогазах [ править | править код ]

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.

Читайте также:  Норовирусы в кале

В связи с деградацией производственных отраслей экономики РФ, на 2015 г. потребность в активированном угле (для российских фильтрующих противогазных СИЗОД) на 75% удовлетворялась за счёт импорта [36]

При производстве сахара [ править | править код ]

Первоначально для очистки сахарного сиропа от красящих веществ при сахароварении использовалась костная мука. Однако этот сахар не следовало употреблять в пост, как имеющий животное происхождение. Сахарозаводчики начали выпускать «постный сахар», который либо не очищался и имел вид цветных помадок, либо чистился через древесный уголь.

Для производства органического удобрения терра прета [ править | править код ]

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 мучированием.

Другие области применения [ править | править код ]

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 [ править | править код ]

Размер пор [ править | править код ]

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

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

Иодное число (иодный индекс) [ править | править код ]

Иодное число — основной параметр, характеризующий площадь поверхности пор и, как следствие, сорбционную ёмкость угля. Определяется массой иода, которую может сорбировать единица массы угля (мг/г). Метод основан на сорбции углем мономолекулярного слоя иода. Более высокое число указывает на более высокую степень активации, типовое значение показателя — 500 — 1200 мг/г . Численное значение иодного числа примерно соответствует удельной площади поверхности пор, измеренной в м²/г.

Твёрдость [ править | править код ]

Это мера сопротивления активированного угля истиранию. Это важный параметр 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 [ править | править код ]

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

Фармакология [ править | править код ]

Оказывает энтеросорбирующее, дезинтоксикационное и противодиарейное действие.

Относится к группе поливалентных физико-химических антидотов, обладает большой поверхностной активностью, абсорбирует 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, алкогольный абстинентный 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.).

Читайте также:  Симптомы прогрессирующей трубной беременности

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.

Если верить рекламе активированного угля, можно подумать, что он может творить настоящие чудеса. Больше всего он известен как средство от пищевых отравлений. Иногда его используют и для фильтрации воды. Проблема в том, что в последнее время он входит в состав продуктов, где ему, казалось бы, не место — средств для отбеливания зубов, косметики, иногда даже мороженого и гамбургеров.

Активированный уголь и яды

Не хочется вас расстраивать, но, скорее всего, это совсем не волшебный эликсир, каким он выглядит в воображении легковерных наших сограждан.

Активированный уголь из чего делают

Уголь — это чёрного цвета остаток от сжигания богатого углеродом материала — например, дерева, каменного угля или кокосовой кожуры. Чтобы получить активированный уголь из обычного, последний подвергают воздействию тепла, кислорода, иногда кислоты или щёлочи. Происходящие при этом химические реакции перераспределяют атомы углерода, образуя в исходном материале множество крошечных пор. В результате активированный уголь получает просто невероятную площадь поверхности. У одного его грамма она может достигать от 500 до 1500 квадратных метров. Это больше, чем у шара высотой с четырёхэтажный дом!

Это позволяет активированному углю эффективно захватывать некоторые молекулы — с помощью процесса, который называется адсорбция. Обратите внимание, что это не абсорбция, при которой химические вещества удерживаются внутри чего-то — например, вода внутри тряпки. Адсорбция — это когда молекулы прикрепляются к поверхности другого материала. В нашем случае — к углеродным порам. Это происходит благодаря силам Ван-дер-Ваальса — слабому притяжению между незаряженными молекулами. Как правило, в зависимости от того, с какого бока находятся электроны в молекуле, одна её сторона электрически более заряжена, чем другая. Поэтому в момент, когда молекула проходит сквозь крошечные поры активированного угля, силы Ван-дер-Ваальса, несмотря на всю свою слабость, притягивают её к стенкам.

Активированный уголь великолепно собирает молекулы, содержащие углерод, а у большинства ядов они есть. Кроме того, у вредоносных веществ молекулы обычно довольно крупные, что означает более сильные взаимодействия с использованием сил Ван-дер-Ваальса. Благодаря огромной площади поверхности количество задерживаемого яда весьма внушительно. Выполнив свою связывающую миссию, активированный уголь удаляется через пищеварительный тракт, не всасываясь в клетки организма. Именно поэтому отрава лишается возможности распространяться и наносить вред.

В каких случаях пьют активированный уголь

Таким способностям активированного угля, как связывание ядов в живом организме или токсинов на водоочистных сооружениях было посвящено множество исследований. Каких-либо сомнений в том, что он это делает крайне эффективно, нет. Но ведь в народе распространено убеждение, что активированный уголь, точнее его применение довольно широкое: снимает похмелье, отбеливает зубы, помогает от запоров, изжоги, влияет на желчь, убирает газы из кишечника, очищает самогон, а также, и это уже что-то новое, уничтожает загадочные токсины, которые предположительно образуются внутри вашего организма во время жизни.

И вот в этих случаях свидетельств об эффективности действия активированного угля практически нет. У кого-то, может быть, и посветлели зубы в результате их чистки соответствующей зубной пастой, но никаких исследований на эту тему никто не проводил. Способность активированного угля связывать содержащие серу молекулы и помогать тем самым людям, страдающим от газов в кишечнике, не доказана. Изыскания на эту тему проводились, но дали противоречивые результаты. Также ничто пока не говорит о том, что он может поглощать алкоголь и помогать при похмельном синдроме.

Инструкция по применению активированного угля: показания к применению, противопоказания, дозировка и т.д.

Так что давайте остановимся на следующем — активированный уголь можно спокойно принимать вовнутрь, он очень эффективен в тех случаях, которые указаны в инструкции по его применению. Однако ждать от него каких-то чудес не стоит. Им неоткуда взяться в его составе. Так что активированный уголь пользу или вред представляет — решает каждый сам.

Каменный уголь появился на планете Земля около 360 миллионов лет назад. Данный отрезок нашей истории ученые именовали Карбоном или Каменноугольным периодом. В это же время фиксируется и появление первых наземных рептилий, первых крупных растений. Погибшие животные и растения разлагались, а колоссальное количество кислорода активно способствовало ускорению этого процесса. Сейчас на нашей планете присутствует лишь 20% кислорода, а в то время животные дышали полной грудью, ведь количество кислорода в атмосфере Карбона достигал 50%. Именно такому количеству кислорода мы обязаны современным богатством угольных залежей в недрах Земли.
Но уголь – это еще не все. Вследствие различных видов переработки из угля получают огромное количество разнообразных полезных веществ и продуктов. Что делают из угля? Именно об этом мы поговорим в данной статье.

Основные продукты угля

Самые скромные подсчеты говорят о том, что продукты угля составляют 600 наименований.
Ученые разработали различные методы получения продуктов переработки каменного угля. Метод переработки зависит от желаемого конечного продукта. Например, чтобы получить чистые продукты, такие первичные продукты переработки каменного угля – коксовый газ, аммиак, толуол, бензол – применяют жидкие промывочные масла. В особых аппаратах обеспечивается герметизация продуктов и защита их от преждевременного разрушения. Процессы первичной переработки предполагают и метод коксования, при котором каменный уголь нагревается до температуры +1000оС при полностью перекрытом доступе кислорода.
По окончанию все необходимых процедур любой первичный продукт дополнительно очищается. Основные продукты переработки каменного угля:

  • нафталин
  • фенол
  • углеводород
  • салициловый спирт
  • свинец
  • ванадий
  • германий
  • сера
  • цинк.
Читайте также:  Кровоостанавливающие препараты кислота

Без всех этих продуктов наша жизнь была бы намного сложнее.
Взять хотя бы косметологическую промышленность, она является наиболее полезной для людей областью применения продуктов переработки угля. Такой продукт переработки угля, как цинк широко применяется для лечения жирной кожи и угревой сыпи. Цинк, а также серу добавляют в кремы, сыворотки, маски, лосьоны и тоники. Сера ликвидирует имеющееся воспаление, а цинк предупреждает развитие новых воспалений.
Кроме этого, лечебные мази на основе свинца и цинка применяют для лечения ожогов и травм. Идеальным помощником при псориазе является тот же цинк, а также глинистые продукты каменного угля.
Каменный уголь является сырьем для создания отличных сорбентов, которые применяются в медицине для лечения заболеваний кишечника и желудка. Сорбенты, в составе которых присутствует цинк, используют для лечения перхоти и жирной себореи.
В результате такого процесса, как гидрогенизация, из каменного угля на предприятиях получают жидкое топливо. А продукты сжигания, которые остаются после этого процесса, являются идеальным сырьем для разнообразных стройматериалов, имеющих огнеупорные свойства. К примеру, именно таким образом создается керамика.

Продукты коксования угля

Коксующийся уголь – это уголь, который при помощи промышленного коксования дает возможность получить кокс, представляющий собой техническую ценность. В процессе коксования каменных углей обязательно учитывается их технический состав, коксуемость, спекаемость, и прочие характеристики.
Как же протекает процесс коксования угля? Коксование является технологическим процессом, который имеет конкретные стадии:

  • подготовка к коксованию. На этом этапе происходит измельчение и смешение угля с образованием шихты (смеси для коксования)
  • коксование. Этот процесс осуществляется в камерах коксовой печи с применением газового нагрева. Шихта помещается в коксовую печь, где на протяжении 15 часов осуществляется нагревание в условиях температуры примерно 1000 °C
  • образование «коксового пирога».

Коксование – это совокупность процессов, происходящих в каменном угле при его нагревании. При этом из тонны сухой шихты получается около 650–750 кг кокса. Его применяют в металлургии, используют в качестве реагента и топлива в некоторых отраслях химической отрасли. Кроме этого, из него создают карбид кальция.
Качественные характеристики кокса – это горючесть и реакционная способность. Основные продукты коксования угля, помимо собственно кокса:

“>

Якутина Светлана
Якутина Светлана
Эксперт проекта ProSosudi.ru
Статья помогла вам?
Дайте нам об этом знать - поставьте оценку
1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (No Ratings Yet)
Загрузка...

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector