Cărbune activ

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 20 iulie 2022; verificările necesită 3 modificări .
Cărbune activ
carbo activatus
Component chimic
CAS 16291-96-6
banca de droguri 09278
Compus
Substanta activa
Cărbune activ
Clasificare
ATX A07BA01
Forme de dozare
tablete , granule , capsule
Alte nume
Cărbune activat, Carbopect, Sorbex, Ultra-adsorb
 Fișiere media la Wikimedia Commons

Cărbunele activat  este o substanță poroasă care se obține din diferite materiale care conțin carbon de origine organică: cărbune (mărcile de cărbune activ BAU-A, OU-A, DAK [1] , etc.), cocs de cărbune (mărcile de cărbune activat AG ). -3, AG-5, AR etc.), cocs de petrol , coji de nucă de cocos și alte materiale. Conține un număr mare de pori și, prin urmare, are o suprafață specifică foarte mare pe unitate de masă, drept urmare are o capacitate mare de adsorbție . În funcție de tehnologia de fabricație, 1 gram de cărbune activ poate avea o suprafață de 500până la 2200 m² [2] . A fost sintetizat mai întâi de Nikolai Dmitrievich Zelinsky (1915) , folosit de acesta în măștile de gaz ca mijloc universal de protecție chimică [3] , iar mai târziu ca catalizator eterogen. Folosit în medicină și industrie pentru purificarea, separarea și extracția diferitelor substanțe. Timp de acțiune după 20-30 de minute.

Proprietăți chimice, modificare

Cărbunele activ obișnuit este un compus destul de reactiv, capabil să fie oxidat de oxigenul atmosferic și plasma de oxigen [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] , vapori de apă [12] [13 ] ] [ 14] , precum și dioxid de carbon [8] și ozon [15] [16] [17] . Oxidarea în fază lichidă se realizează printr-un număr de reactivi (HNO 3 , H 2 O 2 , KMnO 4 ) [18] [19] [20] . Datorită formării unui număr mare de grupări bazice și acide pe suprafața cărbunelui oxidat, adsorbția și alte proprietăți ale acestuia pot diferi semnificativ de cele neoxidate [21] . Carbonul modificat cu azot se obține fie din substanțe naturale care conțin azot, fie din polimeri [22] [23] , fie prin tratarea cărbunelui cu reactivi care conțin azot [24] [25] [26] . Cărbunele este, de asemenea, capabil să interacționeze cu clorul [27] [28] bromul [29] și fluorul [30] . De mare importanță este cărbunele care conține sulf, care este sintetizat în diferite moduri [31] [32] .Recent, proprietățile chimice ale cărbunelui sunt explicate de obicei prin prezența unei duble legături active pe suprafața sa [17] [33] [ 34] . Carbonul modificat chimic este utilizat ca catalizatori, purtători pentru catalizatori, adsorbanți selectivi, în producerea de substanțe foarte pure și ca electrozi pentru bateriile cu litiu.

Mecanisme de acțiune

Există două mecanisme principale prin care cărbunele activ elimină contaminanții din apă: absorbția și oxidarea catalitică . Fenomenul de adsorbție a gazelor de către cărbune a fost descris aproape simultan în anii 80 ai secolului al XVIII-lea de chimistul suedez Carl Wilhelm Scheele și de omul de știință italian Felice Fontana . În Rusia, în 1785, academicianul Toviy Egorovich Lovitz a descoperit și studiat în detaliu fenomenul de adsorbție a cărbunelui într-un mediu lichid, propunând să-l folosească pentru purificarea substanțelor organice. [35] Compușii organici sunt îndepărtați prin absorbție (datorită porozității mari), iar oxidanții precum clorul și cloramina sunt îndepărtați prin oxidare catalitică.

Producție

Materialele de origine organică sunt folosite ca materii prime în producția de cărbune activ: lemn, cărbune, cărbune bituminos, coji de nucă de cocos, etc. Materiile prime specificate sunt carbonizate mai întâi, apoi supuse activării.

Esența activării este deschiderea porilor care sunt în stare închisă în materialul de carbon. Acest lucru se face fie termochimic (materialul este preimpregnat cu o soluție de clorură de zinc , carbonat de potasiu sau alți compuși și încălzit fără acces la aer), fie prin tratare cu abur supraîncălzit sau dioxid de carbon sau un amestec al acestora la o temperatură. temperatura de 800 - 850 ° C. În acest din urmă caz, este dificil din punct de vedere tehnic să se obțină un agent gaz-vapor având o astfel de temperatură. Este utilizat pe scară largă pentru a primi o alimentare la aparat pentru activarea unei cantități limitate de aer simultan cu abur saturat. O parte din cărbune se arde, iar temperatura necesară este atinsă în spațiul de reacție. Producția de cărbune activ în această variantă de proces este semnificativ redusă. Valoarea suprafeței specifice a porilor pentru cele mai bune mărci de cărbune activ poate ajunge la 1800 - 2200 m² la 1 g de cărbune. [2] Există macro- , mezo- și micropori . În funcție de dimensiunea moleculelor care urmează să fie ținute pe suprafața carbonului, carbonul trebuie să fie realizat cu diferite rapoarte de dimensiune a porilor.

Aplicație

Purtarea măștilor de gaz

Un exemplu clasic de utilizare a cărbunelui activat este utilizarea acestuia în echipamentele individuale de protecție respiratorie . Masca de gaz , dezvoltată de N. D. Zelinsky , a salvat multe vieți de soldați în Primul Război Mondial, după utilizarea agenților de război chimic de către Kaiser Germania. Până în 1916, a fost adoptat de aproape toate armatele europene.

Pentru a îmbunătăți captarea anumitor substanțe, cărbunele poate fi saturat cu aditivi. De exemplu, adăugarea de oxizi metalici poate crește capacitatea de sorbție de mai multe ori la captarea mercaptanilor [36] .

Datorită degradării sectoarelor industriale ale economiei ruse, în 2015 nevoia de cărbune activ (pentru măștile de gaz filtrante rusești) a fost satisfăcută cu 75% prin importuri [37]

În producția de zahăr

Inițial , făina de oase a fost folosită pentru a îndepărta materia colorantă din siropul de zahăr în timpul fabricării zahărului. Cu toate acestea, acest zahăr nu trebuie consumat în post , deoarece este de origine animală. Morile de zahăr au început să producă „zahăr slab” care era fie nerafinat și arăta ca un caramel colorat, fie rafinat prin cărbune.

Pentru producerea îngrășământului organic terra preta

Terra preta  - compostarea deșeurilor organice umane și animale prin însilozare cu cărbune activ la temperatură joasă. Silocompostul rezultat este adus la standard cu râme de compost sau aplicat superficial pe sol, urmat de mulcire.

Alte aplicații

Cărbunele activat este folosit în industria medicală, chimică, farmaceutică și alimentară. Filtrele care conțin cărbune activ sunt utilizate în multe modele moderne de dispozitive de tratare a apei potabile.

Caracteristicile cărbunelui activ

Dimensiunea porilor

Materiile prime pentru producerea lor au o influență decisivă asupra structurii porilor cărbunelui activ. Carbonii activați pe bază de coji de nucă de cocos se caracterizează printr-o proporție mai mare de micropori (pori de până la 2 nm în diametru ), în timp ce carbonii activați pe bază de cărbune au o  proporție mai mare de mezopori (2–50 nm ). O proporție mare de macropori (mai mult de 50 nm ) este caracteristică cărbunelui activ pe bază de lemn.

Microporii sunt deosebit de potriviți pentru adsorbția de molecule mici, în timp ce mezoporii sunt deosebit de potriviți pentru adsorbția de molecule organice mai mari.

Numărul de iod (indice de iod)

Cifra de iod este principalul parametru care caracterizează suprafața porilor și, ca urmare, capacitatea de sorbție a cărbunelui. Este determinată de masa de iod pe care o poate absorbi o unitate de masă de cărbune (mg/g). Metoda se bazează pe sorbția unui strat monomolecular de iod de către carbon. Un număr mai mare indică un grad mai mare de activare, valoarea tipică a indicatorului este 500 - 1200 mg / g . Valoarea numerică a numărului de iod corespunde aproximativ cu suprafața specifică a porilor, măsurată în m²/g.

Duritate

Este o măsură a rezistenței cărbunelui activ la abraziune. Acesta este un parametru important al cărbunelui activ pentru a-și menține integritatea fizică și pentru a rezista la forțele de frecare, procesul de spălare în contra, etc. Există diferențe semnificative în duritatea cărbunelui activ, în funcție de materia primă și de nivelul de activitate.

Compoziție granulometrică

Cu cât dimensiunea particulelor de cărbune activ este mai mică, cu atât accesul la suprafață este mai bun și absorbția este mai rapidă . În sistemele în fază de vapori, acest lucru trebuie luat în considerare la reducerea presiunii, ceea ce va afecta costurile energetice. O analiză atentă a distribuției dimensiunii particulelor poate oferi beneficii operaționale semnificative.

Farmacologie

Are efect enterosorbant , detoxifiant și antidiareic.

Aparține grupului de antidoturi fizico-chimice polivalente , are o activitate de suprafață mare, absoarbe otrăvurile și toxinele din tractul gastrointestinal (GIT) înainte de a fi absorbite, alcaloizi , glicozide , barbiturice și alte somnifere, medicamente pentru anestezie generală , săruri de metale grele, toxine de origine bacteriană, vegetală, animală, derivați ai fenolului , acid cianhidric , sulfonamide , gaze. Activ ca sorbent în hemoperfuzie . Adsoarbe slab acizii si alcalinele , precum si sarurile de fier , cianurile , malathionul , metanolul , etilenglicolul . Nu irita mucoasele. În tratamentul intoxicației , este necesar să se creeze un exces de cărbune în stomac (înainte de a-l spăla) și în intestine (după spălarea stomacului). O scădere a concentrației de cărbune în mediu contribuie la desorbția substanței legate și la absorbția acesteia (pentru a preveni resorbția substanței eliberate, se recomandă spălarea gastrică repetată și numirea cărbunelui). Prezența maselor alimentare în tractul gastrointestinal necesită introducerea de doze mari, deoarece conținutul tractului gastrointestinal este absorbit de cărbune și activitatea acestuia este redusă. Dacă otrăvirea este cauzată de substanțe implicate în circulația enterohepatică ( glicozide cardiace , indometacină , morfină și alte opiacee ), este necesar să se folosească cărbune pentru câteva zile. Este deosebit de eficient ca sorbent pentru hemoperfuzie în cazurile de intoxicație acută cu barbiturice, glutatimidă , teofilină . Reduce eficacitatea medicamentelor luate concomitent, reduce eficacitatea medicamentelor care acționează asupra mucoasei gastrointestinale (inclusiv ipecac și termopsis ).

Este prescris pentru următoarele indicații : detoxifiere cu aciditate crescută a sucului gastric cu intoxicații exogene și endogene: dispepsie , flatulență , procese de putrefacție , fermentație , hipersecreție de mucus, HCl , suc gastric , diaree ; intoxicații cu alcaloizi , glicozide , săruri de metale grele, intoxicație alimentară; intoxicații alimentare, dizenterie , salmoneloză , arsuri în stadiul de toxemie și septicotoxemie ; insuficiență renală, hepatită cronică , hepatită virală acută , ciroză hepatică , dermatită atopică , astm bronșic , gastrită , colecistită cronică , enterocolită , colecistopancreatită ; intoxicații cu compuși chimici și medicamente (inclusiv compuși organofosforici și organoclorurati, medicamente psihoactive), boli alergice , tulburări metabolice, sindrom de sevraj la alcool ; intoxicație la pacienții cu cancer pe fond de radiații și chimioterapie ; pregătirea pentru studii cu raze X și endoscopice (pentru a reduce conținutul de gaze din intestin ).

Contraindicat în leziuni ulcerative ale tractului gastrointestinal (inclusiv ulcer peptic al stomacului și duodenului , colită ulceroasă nespecifică ), sângerări din tractul gastrointestinal, administrarea simultană de medicamente antitoxice, al căror efect se dezvoltă după absorbție ( metionină etc.).

Ca efecte secundare se numesc dispepsie , constipatie sau diaree ; cu utilizare prelungită - hipovitaminoză , absorbție redusă din tractul gastrointestinal a nutrienților ( grăsimi , proteine ), hormoni . Cu hemoperfuzie prin cărbune activat - tromboembolism , hemoragie , hipoglicemie , hipocalcemie , hipotermie , scăderea tensiunii arteriale .

Vezi și

Note

  1. ↑ GOST 6217-74
  2. ↑ 1 2 Tratarea apei: un manual. // Ed. S. E. Belikova. M.: Aqua-Therm, 2007. - 240 p.
  3. ↑ Prof. Zelinsky și Sadikov. Cărbunele ca o mască de gaz. Petrograd.1918, p4-5
  4. ↑ Gomez-Serrano V., Piriz-Almeida F., Duran-Valle CJ, Pastor-Villegas J. Formation of oxygen structures by air activation. Un studiu prin spectroscopie FT-IR // Carbon. - 1999. - V.37. - P. 1517-1528
  5. ↑ Machnikowski J., Kaczmarska H., Gerus-Piasecka I., Diez MA, Alvarez R., Garcia R. Modificarea structurală a fracțiunilor de gudron de cărbune în timpul oxidării ușoare - relevanță pentru comportamentul de carbonizare // Carbon. - 2002. - V.40. - P. 1937-1947
  6. ↑ Petrov N., Budinova T., Razvigorova M., Ekinci E., Yardim F., Minkova V. Prepararea și caracterizarea adsorbanților de carbon din furfural // Carbon - 2000. - V. 38, nr. 15. - P. 2069 —2075
  7. ↑ Garcia AB, Martinez-Alonso A., Leon CA, Tascon JMD Modificarea proprietăților de suprafață ale unui cărbune activat prin tratament cu plasmă cu oxigen // Combustibil. - 1998. - V. 77, nr. 1 - p. 613-624
  8. ↑ 1 2 Saha B., Tai MH, Streat M. Studiul cărbunelui activ după oxidare și caracterizarea ulterioară a tratamentului // Siguranța procesului și protecția mediului - 2001. - V.79, Nr. B4. - P. 211-217
  9. ↑ Polovina M., Babic B., Kaluderovic B., Dekanski A. Surface characterization of oxidated activated carbon cloth // Carbon −1997. - V.35, nr 8. - P.1047-1052
  10. ↑ Fanning PE, Vannice MA Un studiu DRIFTS al formării grupurilor de suprafață pe carbon prin oxidare // Carbon - 1993. - V.31, Nr. 5. - P.721-730
  11. ↑ Youssef AM, Abdelbary EM, Samra SE, Dowidar AM Proprietăți de suprafață ale carbonului obținut din clorură de polivinil // Ind. J. de Chem. sectiunea a-anorganic bio-anorganic fizica teoretica & chimie analitica - 1991. - V. 30, Nr. 10. - P. 839-843
  12. ↑ Arriagada R., Garcia R., Molina-Sabio M., Rodriguez-Reinoso F. Efectul activării aburului asupra porozității și naturii chimice a cărbunelui activ din Eucalyptus globulus și pietre de piersic // Microporous Mat. - 1997. - V.8, Nr. 3-4. - P.123-130
  13. ↑ Molina-Sabio M., Gonzalez MT, Rodriguez-Reinoso F., Sepulveda-Escribano A. Effect of steam and carbon dioxide activation in the micropore size distribution of activated carbon // Carbon - 1996. - V.34, No. 4 - P.505-509
  14. ↑ Bradley RH, Sutherland I, Sheng E Carbon surface: Area, porosity, chemistry, and energy // J. of colloid and interface science - 1996. - V. 179, No. 2. - P. 561-569
  15. ↑ Sutherland I., Sheng E., Braley RH, Freakley PK Efectele oxidării ozonului pe suprafețele de negru de fum // J. Mater. sci. - 1996. - V. 31. - P. 5651-5655
  16. ↑ Rivera-Utrilla J; Sanchez-Polo M. Rolul interacțiunilor dispersive și electrostatice în adsorbția în fază apoasă a acizilor naftalensulfonici pe cărbuni activi tratați cu ozon // Carbon - 2002. - V.40, Nr. 14. - P. 2685-2691
  17. ↑ 1 2 Valdes H., Sanchez-Polo M., Rivera-Utrilla J., and Zaror CA Effect of Ozone Treatment on Surface Properties of Activated Carbon // Langmuir - 2002. - V. 18. - P. 2111-2116
  18. ↑ Pradhan BK, Sandle NK Efectul diferitelor tratamente cu agenți oxidanți asupra proprietăților de suprafață ale cărbunelui activ // Carbon. - 1999. - V. 37, nr. 8. - P. 1323-1332
  19. ↑ Acedo-Ramos M., Gomez-Serrano V., Valenzuella-Calahorro C. și Lopez-Peinado A.J. Oxidarea cărbunelui activat în fază lichidă. Studiu prin FT-IR // Litere de spectroscopie. - 1993. - V. 26(6). - P. 1117-1137
  20. ↑ Gomez-Serrano V., Acedo-Ramos M., Lopez-Peinado AJ, Valenzuela-Calahorro C. Stabilitatea față de încălzire și degazare a carbonului activ oxidat în fază lichidă // Thermochimica Acta. - 1991. - V.176. — P.129-140
  21. ↑ Tarkovskaya, I. A. Cărbune oxidat: manual. manual pentru universități / I. A. Tarkovskaya; Kiev: Gândirea științei. 1981. - 200 s
  22. ↑ Stőhr B., Boehm HP, Schlőgl R. Îmbunătățirea activității catalitice a cărbunelui activ în reacțiile de oxidare prin tratare termică cu amoniac sau acid cianhidric și observarea unei specii de superoxid ca posibil intermediar // Carbon. - 1991. - Vol. 26, nr 6. - p. 707-720
  23. ↑ Biniak S., Szymański G., Siedlewski J., Światkowski A. Caracterizarea carbonilor activați cu grupe de suprafață de oxigen și azot // Carbón. - 1997. - Vol. 35, Nr. 12. - P. 1799-1810
  24. ↑ Boudou JP, Chehimi M., Broniek E., Siemieniewska T., Bimer J. Adsorbția de H 2 S sau SO 2 pe o pânză de cărbune activ modificată prin tratament cu amoniac // Carbon. - 2003. - Vol. 41, nr. 10. - P. 1999-2007
  25. ↑ Sano H., Ogawa H. Prepararea și aplicarea azotului care conține carbon activ // Osaka Kogyo Gijutsu Shirenjo. - 1975. - Vol. 26, nr 5. - P.2084-2086
  26. ↑ ScienceDirect.com - Applied Catalysis A: General - Influența funcționalizării suprafeței cărbunelui activat asupra dispersiei paladiului și activității catalitice în hidrogen ox ... . Consultat la 30 iulie 2012. Arhivat din original la 31 mai 2011.
  27. ↑ ScienceDirect.com - Carbon - Efectul clorării asupra proprietăților de suprafață ale cărbunelui activat . Consultat la 30 iulie 2012. Arhivat din original la 24 septembrie 2015.
  28. ↑ Studiu XPS al halogenării negrului de fum—Partea 2. Clorarea . Consultat la 30 iulie 2012. Arhivat din original la 24 septembrie 2015.
  29. ↑ ScienceDirect.com - Carbon - XPS Studiul halogenării negrului de fum-partea 1. Brominare . Consultat la 30 iulie 2012. Arhivat din original la 24 septembrie 2015.
  30. ↑ Fluorurarea negrului de fum: un studiu de spectroscopie fotoelectronică cu raze X: III. Fluorurarea diferitelor negre de fum cu fluor gazos la temperaturi sub 100 °C influenț... . Consultat la 30 iulie 2012. Arhivat din original la 24 septembrie 2015.
  31. ↑ ScienceDirect.com - Carbon - Formarea derivaților de suprafață de negru de fum-sulf prin reacția cu P2S5 . Consultat la 30 iulie 2012. Arhivat din original la 24 septembrie 2015.
  32. ↑ ScienceDirect.com - Combustibil - Grupări sulfonice ancorate pe carbon mezoporos Starbons-300 și utilizarea acestuia pentru esterificarea acidului oleic . Consultat la 30 iulie 2012. Arhivat din original la 24 septembrie 2015.
  33. ↑ ScienceDirect.com - Catalysis Communications - Catalizatori acizi eficienți pe bază de carbon pentru deshidratarea propan-2-olului . Consultat la 30 iulie 2012. Arhivat din original la 24 septembrie 2015.
  34. ↑ Reacții chimice ale dublelor legături în cărbune activ: metode de microunde și bromurare - Chemical Communications (RSC Publishing) . Consultat la 30 iulie 2012. Arhivat din original la 22 ianuarie 2013.
  35. ↑ Karapetyants M.Kh., Drakin S.I. Chimie generală și anorganică. - Moscova: Chimie, 1981. - 632 p.
  36. ↑ Strunina A.V., Belozovsky A.B., Savelyeva I.F., Kaplan L.K., Golubev V.N., Staritsina G.I. Purificarea gazelor naturale din mercaptani prin cărbuni activi // Adsorbanții de carbon și aplicarea lor în industrie / Demeneva E.M., Sukmanova K.G. (ed.). - Perm: Institutul de Tehnologie din Leningrad, 1969. - T. (Numărul 2). - pp. 51-59. — 149 p. - 600 de exemplare.
  37. ↑ Styazhkin Konstantin Kirillovich. Cursul spre substituirea importurilor  // Asociația SIZ Buletinul ASIZ. - Moscova: Soyuzpechat, 2015. - Martie ( Nr. 1 (33) ). - S. 2-3 .

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice