Почему активированный уголь хорошо очищает жидкости и газы
Перейти к содержимому

Почему активированный уголь хорошо очищает жидкости и газы

  • автор:

Почему активированный уголь лечит?

Чёрные таблетки активированного угля видели, наверное, все: его часто назначают при пищевых отравлениях. Но почему он действует как лекарство?

Активированный уголь — пористый материал с сильно развитой внутренней поверхностью. Только представьте: площадь поверхности пор одного грамма активированного угля составляет от 500 до 2000 м 2 . Активированный уголь — отличный адсорбент: он способен поглощать из газа или жидкости молекулы различных веществ и удерживать их на своей поверхности.

Уголь, как и графит, состоит из слоёв углеродных атомов, собранных в гексагональные структуры. Но если в графите слои ориентированы строго параллельно друг другу, то в активированном угле порядка меньше: там слоистые сегменты смещены относительно друг друга. Между такими неправильно ориентированными слоями есть свободное пространство — микропоры, размер которых может быть меньше одного нанометра. На стенках микропор и удерживаются молекулы других веществ.

Получают активированный уголь, как правило, из древесного, который образуется при обжиге древесины без доступа кислорода. Древесный уголь довольно плотный, пор в нём мало и они крупные, а те, что находятся на поверхности, пребывают в закрытом состоянии. Чтобы активировать уголь, чаще всего проводят термообработку с пропусканием через него водяного пара при температуре 800—1000 о С. В результате поры на поверхности угля раскрываются, а внутри образуется множество микропор.

Убедиться в том, что уголь действительно обладает выдающимися адсорбционными свойствами, легко. Для опыта вам потребуется всего два компонента: раствор йода и активированный уголь. Поместите 4—6 таблеток активированного угля в прозрачный стакан, добавьте несколько капель воды и растолките уголь в порошок. Затем влейте в стакан чайную ложку йода, ещё немного воды (1—2 столовые ложки) и интенсивно перемешайте. В начале реакции раствор потемнеет, потому что в таблетки угля добавляют крахмал, который, взаимодействуя с йодом, даёт характерный синий цвет. (Крахмал помогает таблеткам сохранять форму, и в то же время их становится легче растолочь.) После этого стакан надо оставить на несколько часов. Рядом, для чистоты эксперимента, можно поставить стакан, в который добавлено всё то же самое, но без угля. Через некоторое время в первом стакане уголь осядет на дно, а раствор станет прозрачным — это значит, что весь йод адсорбировался на угле. Раствор во втором стакане останется окрашенным йодом в коричневато-желтоватый цвет. Примерно так же активированный уголь действует в желудке человека, помогая справиться с пищевым отравлением.

От чего помогает активированный уголь и зачем его продолжают употреблять

Фото: Shutterstock

Чем он полезен, как его правильно принимать и почему не стоит возлагать лишних надежд — рассказываем в нашей статье.

  • Что нужно знать
  • От чего помогает
  • Применение в быту
  • Побочные эффекты
  • Как принимать
  • Комментарий эксперта

Статью проверила и прокомментировала Алевтина Федина, врач-терапевт, медицинский директор сервиса по управлению здоровьем Checkme

Что нужно знать

Активированный уголь — мелкий черный порошок, который образуется, когда древесный уголь подвергается воздействию высокой температуры. Она изменяет его внутреннюю структуру, уменьшая размер пор и увеличивая площадь поверхности [1]. Атомы углерода древесного угля сбрасываются, и поэтому остаются свободные поры. Они способны поглощать токсины или, например, неприятные запахи в холодильнике. Активированный уголь также изготавливается из костяного угля, скорлупы кокосового ореха, торфа, нефтяного кокса, оливковых косточек или опилок.

Он часто используется для очистки воды от загрязняющих веществ, таких как тяжелые металлы, инсектициды и гербициды. Также уголь применяется в медицине: благодаря его пористой структуре, которая имеет отрицательный электрический заряд, он помогает притягивать положительно заряженные молекулы, такие как токсины и газы. Это способствует их задержанию в кишечнике [2], предотвращая всасывание.

От чего помогает

Исследования активированного угля как компонента, который приносит пользу для здоровья, продолжаются.

Может помочь уменьшить симптомы триметиламинурии

Активированный уголь может уменьшить неприятные запахи у людей, страдающих триметиламинурией (синдром запаха рыбы). Это генетическое заболевание, при котором в организме накапливается триметиламин. Он выделяется с потом, мочой, выдыхаемым воздухом и создает неприятный запах. Исследования показывают, что пористая поверхность активированного угля помогает связывать небольшие пахучие соединения, такие как триметиламин, способствуя их выведению. В одном небольшом эксперименте, проведенном на пациентах с этой болезнью, анализировался эффект добавления 1,5 грамма древесного угля в течение 10 дней. Он снизил концентрацию триметиламина в моче испытуемых до уровня нормы у здоровых людей [3 ]. Эти результаты кажутся многообещающими, но необходимы дополнительные исследования.

Помощь при диарее

В обзоре исследований по использованию активированного угля для лечения диареи в 2017 году [ 4] ученые пришли к выводу: уголь может предотвратить размножение бактерий, которые вызывают диарею.

Отмечая его как подходящее средство для лечения этого состояния, исследователи также подчеркнули, что у активированного угля мало побочных эффектов, особенно по сравнению с обычными противодиарейными препаратами.

Способствует уменьшению газообразования в кишечнике

Газы, попавшие в кишечник, могут легко проходить через миллионы крошечных отверстий в активированном угле, и этот процесс способствует их нейтрализации. В эксперименте , проведенном в 2012 году, несколько человек с избыточным газообразованием принимали по 448 мг активированного угля три раза в день в течение двух суток перед проведением ультразвукового исследования кишечника и еще по 672 мг утром в день процедуры. В результате медицинские эксперты смогли лучше увидеть на УЗИ определенные части некоторых органов, в то время как наличие кишечного газа лишило бы их такой возможности. Кроме того, примерно у 34% участников, которым давали активированный уголь, чтобы уменьшить газообразование, он сработал.

Необходимы еще исследования в этой области, но группа Европейского управления по безопасности пищевых продуктов (EFSA) сообщает, что существует достаточно доказательств в поддержку использования активированного угля для уменьшения чрезмерного накопления газа.

Фото: Shutterstock

© Shutterstock

Применение в быту

Древесный уголь может поглощать запахи и вредные газы, что делает его качественным дезодорантом для тела, обуви и холодильника [5]. Чтобы убрать неприятный запах, необходимо растолочь несколько таблеток, положить их на блюдце или в контейнер и поставить в углу на нижней полке холодильника. Также можно взять пластмассовый контейнер из киндер-сюрприза, сделать в нем несколько дырочек иголкой, насыпать измельченный уголь. Содержимое капсулы нужно менять раз в 3-4 недели. Чтобы избавиться от запаха в обуви, можно положить в ботинки 7-8 таблеток угля и оставить на ночь.

Активированный уголь используют для снижения содержания тяжелых металлов и фтора в воде. Тем не менее, нет достаточных доказательств, что он помогает в борьбе с бактериями или с уровнем жесткости воды [6].

Побочные эффекты

В большинстве случаев активированный уголь безопасен для здоровья.

Но его применение может вызвать некоторые побочные эффекты, наиболее распространенные из которых — тошнота, рвота, запор и черный стул [ 7].

Когда активированный уголь используется в качестве экстренного противоядия, существует риск того, что он может попасть в легкие, а не в желудок. Это происходит особенно часто, когда человека, получающего его, рвет или он находится в полубессознательном состоянии. Поэтому активированный уголь следует применять только в том случае, если пациент находится в полном сознании [ 8].

Кроме того, активированный уголь может ухудшить состояние у людей с вариегатной порфирией — редким генетическим заболеванием, поражающим кожу, кишечник и нервную систему [ 9].

Также это вещество способно снижать всасывание некоторых лекарств. Поэтому люди, принимающие те или иные препараты, должны перед его использованием проконсультироваться со своим врачом [ 10].

Активированный уголь эффективен не во всех случаях отравления. Он не влияет на алкоголь, тяжелые металлы, железо, литий, калий, кислотные или щелочные отравления, нефтепродукты, такие как мазут, бензин, растворитель для краски и некоторые чистящие средства [ 11].

Ну и вообще, чтобы активированный уголь сработал, его следует принять в течение 1–4 часов после отравления. Он не будет эффективен, если человек уже переварил токсин или лекарство и их больше нет в желудке.

Лечить отравление в домашних условиях и бесконтрольно принимать активированный уголь небезопасно, поэтому необходима консультация врача.

Как принимать

Дозировка активированного угля может быть разной, поскольку зависит от причин его применения.

В случае отравления время появления первых симптомов зависит от дозы токсина, поступившего в организм. Если это была, например, испорченная еда, то их можно почувствовать в течение 20 минут. Когда в кишечнике уже началось всасывание токсинов, то симптомы могут появиться и через 4 часа. Уголь лучше принимать сразу, как появилось недомогание из расчета 1 таблетка на 10 кг веса, но только предварительно проконсультировавшись со специалистом. Через 8 часов и более использование этого препарата будет уже бесполезным.

Комментарий эксперта

От чего помогает активированный уголь и зачем его продолжают употреблять

Алевтина Федина, врач-терапевт, медицинский директор сервиса по управлению здоровьем Checkme

В каких случаях можно принимать активированный уголь самостоятельно, а когда лучше обратиться к специалисту?

Уголь действительно может помочь, когда вы съели что-то не то и начинаете потихоньку чувствовать, как съеденное просится наружу. Надо помнить, что при отравлении уголь работает только в количествах одна таблетка на 10кг веса. Две таблетки для девяностокилограммового мужчины не принесут никакой пользы. К специалисту необходимо обращаться, если рвота или диарея продолжаются более двух суток, не прекращаясь и без эффекта от приема лекарственных препаратов.

Существуют ли БАДы и биодобавки с углем и есть ли в них какая-либо польза? Можно ли их принимать без назначения врача?

Добавки есть со всем, что хотите. С углем тоже есть, но, во-первых, никто не оценивал их безопасность, а во-вторых, никакой пользы они не несут. Можно сколько угодно говорить о выводе «шлаков и токсинов», но это совершенный миф, наш организм прекрасно справляется с выводом веществ самостоятельно. Лишние добавки могут только навредить, учитывая то, что никто точно не проверяет, что именно входит в их состав.

Стоит ли вообще принимать уголь в качестве профилактики очищения организма или это миф? Какие есть побочные эффекты у такого приема?

Миф! Очищение организма — одна из любимых уловок маркетологов-диетологов и любителей смузи. Что действительно поможет работе кишечника и вообще улучшит состояние организма — это нормальный питьевой режим. Все остальное — уголь, смузи, суперфуды и так далее — на процесс обезвреживания вредных веществ влияют несущественно.

Уголь сегодня популярный косметический компонент — это рекламный ход или он действительно благотворно влияет на кожу и зубы?

Рекламный ход. Нет настоящих клинических исследований, которые бы подтверждали его стопроцентную пользу. Однако зубы он и правда отбелить может, только при частом использовании следует быть аккуратными, поскольку можно повредить эмаль.

В каких случаях прием активированного угля в качестве лекарства/БАДа противопоказан?

Прием активированного угля противопоказан при повышенной чувствительности к нему, язвенной болезни желудка, кровотечениях из ЖКТ, язвенном колите.

Почему активированный уголь хорошо очищает жидкости и газы

LIMITED LIABILITY COMPANY «CH.E-INDUSTRY GROUP»

  • +38 (050) 437 77 47
  • +38 (095) 493 99 99
  • +38 (067) 726 44 65
Активированные угли коротко о главном

Что такое активированный уголь?

На сегодняшний день активированный уголь является достаточно распространенным и широко применяющимся адсорбентом во многих отраслях. Активные угли представляют собой углеродные тела с пористой структурой, благодаря чему и обеспечиваются его высокие сорбционные свойства – способность впитывать в себя те или иные вещества из жидкостей и газов, очищая их от ненужных элементов. Чем пористее структура активированного угля, тем лучше его сорбционные свойства.

Активированный уголь имеет многовековую историю. Он известен своими характеристиками с древнейших времен. Еще древние египтяне сумели разгадать уникальные свойства активных углей, который в те далекие времена применялся лишь в медицине. Немного позднее в Древнем Риме активированный уголь стал применяться для очистки жидкостей: воды, вина, пива и т.д. Сегодня активный уголь по праву занимает лидирующую позицию среди других фильтрующих веществ.

Активированный уголь также называемый активированным углеродом или карболеном, является формой углерода, который в процессе обработки становится чрезвычайно пористым и таким образом приобретает очень большую площадь поверхности, предназначенную для адсорбции или химических реакций.

Слово «активированный» иногда заменяется на «активный». Из-за его высокой степени микропористости, всего 1 грамм активированного угля имеет площадь поверхности больше 500 квадратных метров (приблизительно одна десятая часть площади футбольного поля), что определяется как правило адсорбцией газа азота. Достаточная активация угля для полезного применения может быть обусловлена исключительно высокой площадью поверхности, хотя дальнейшая химическая обработка часто увеличивает абсорбирующие свойства материала.

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.

Как работает уголь?

Есть два основных механизма, которыми активизированный углерод удаляет загрязнители из воды: адсорбция (поглощение) 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.

Активированный уголь — это уголь, произведенный из исходных материалов, в основе которых есть углерод, а именно, из ореховой скорлупы, торфа, древесины, волокна кокосовой пальмы, линита, угольных и нефтяных смол. Он может быть изготовлен одним из следующих процессов:

Физическая реактивация: основа преобразуется в активированный углерод посредством газов. Это происходит при использовании одного или комбинации процессов:

Коксование: материал с углеродистым содержанием подвергается пиролизу при температурах в диапазоне 600-900 °C в отсутствие кислорода (обычно в инертной атмосфере с газами как аргон или азот)

Активация/Окисление: Сырье или коксуемый материал помещаются в окисляющиеся атмосферы (угарный газ, кислород, или пар) при температурах выше 250 °C, обычно в диапазоне температуры 600-1200 °C.

Химическая активация: До коксования сырье пропитывается определенными химическими веществами. Как правило, используется кислота, сильное основание, или соль (фосфорическая кислота, гидроокись калия, гидроокись натрия, цинковый хлорид, соответственно). Тогда, сырье коксуется при более низких температурах (450-900 °C). Считается, что коксование / шаг активации возобновляет одновременно химическую активацию. Химическая активация предпочтена физической активации вследствие более низких температур и более короткого времени, необходимого для того, чтобы активировать материал.

Активированный уголь — это комплексный продукт, который трудно классифицировать на основе его свойств, поверхностных особенностей и методов подготовки. Однако, некоторая широкая классификация сделана для общей цели, основанной на его физических характеристиках.

Порошковый активированный уголь

радиционно активированный уголь изготавливается специально в виде порошка или микро гранул размером меньше 1,0 мм со средним диаметром в диапазоне 0,15-0,25 мм 2 . Таким образом, такие частицы имеют большую поверхность относительно объема с маленьким расстоянием распространения. Порошковый уголь состоит из дробленых или измельченных углеродистых частиц, 95-100 % которых проходят через определенное сито или решето.

Гранулированный активированный уголь

Гранулированный активированный уголь имеет относительно больший размер частицы по сравнению с порошковым активированным углем и, следовательно, имеет меньшую площадь поверхности. Распространение адсорбата также является важным фактором. Данный вид угля предпочтителен для адсорбции газов и паров, поскольку их уровень распространения быстрее. Гранулированный уголь используется для обработки воды, газоулавливания и разделения компонентов в системе по пути потока. Гранулированный активированный уголь может быть или в гранулированной форме или формованный. Он определяется размерами фракцией: 8×20, 20×40 или 8×30 для жидкой фазы веществ, и 4×6, 4×8 или 4×10 для парообразной фазы веществ. Уголь фракцией 20×40 изготавливается из частиц, которые пройдут через «Американское стандартное решето» размером ячейки № 20 (0,84 мм) (определенный для прохождения 85% угольной массы), но будет удержан на решете американского стандарта размером ячейки № 40 (0,42 мм) (определенный для удерживания 95% угольной массы).

Прессованный активированный уголь

Прессованный активированный уголь комбинирует порошковый активированный уголь со связующим веществом, которые сплавлены вместе и прессованы в активированный угольный блок цилиндрической формы с диаметрами от 0,8 до 130 мм. Они, главным образом, используются для газовой фазы веществ из-за их малого снижения давления, высокой механической прочности и низкого содержания пыли.

Импрегнированный (пропитанный) уголь

Пористый уголь, содержащий несколько типов неорганического пропиток, таких как йод, серебро, катионы, такие как аллюминий, марганец, цинк, железо, литий, кальций, были также подготовлены для определенного применения по контролю за загрязнением воздуха. Из-за антибактериальных/антисептических свойств, активированный уголь, импрегнированный серебром, используется в качестве адсорбента для очистки питьевой воды. Питьевая вода может быть получена из обычной, рассматривая естественную воду со смесью активированного угля и Al(ОН)3 — выпадающего хлопьями агента. Импрегнированный углерод также используется для адсорбции H2S.

Покрытый полимером уголь

Суть процесса заключается в покрытии угля биологически совместимым полимером в целях придания сглаженного и водопроницаемого покрытия, не блокируя поры. Получающийся уголь полезен для гемоперфузии. Гемоперфузия — техника лечения, при которой большие объемы крови пациента передаются по адсорбирующему веществу, чтобы удалить токсичные вещества из крови.

Активированный уголь также доступен в специальных формах, таких как ткани и волокна. «Углеродистая ткань», например, используется в спедствах защиты вооруженных сил.

Свойства активированного угля

Грамм активированного угля может иметь площадь поверхности от 500 до 1500 квадратных метров рабочей площади. Углеродистые аэрогели, будучи еще более дорогими, имеют еще большие площади поверхности, и используются в специальных целях.

Под электронным микроскопом удалось рассмотреть большие структуры площади поверхности активированного угля. Отдельные частицы являются сильно замысловатыми и показывают различные виды пористости; может быть много областей, где плоские поверхности подобного графиту материала расположены параллельно друг другу, отделенные только несколькими миллимикронами или около этого. Эти микропоры обеспечивают превосходные условия для адсорбции, а адсорбируемые материалы могут взаимодействовать со многими поверхностями одновременно. Тесты адсорбционного поведения обычно проводятся с газом азота при температуре 5 °C в вакууме, но обычно для активированного угля используют эквивалент, проводя адсорбцию в среде пара при температуре 100 °C и давлении 1/10,000 атмосферы.

Джеймс Дево, ученый, в честь которого называют сосуд Дюара (Термос), провел много времени, изучая активированный уголь, и опубликовал работу относительно ее поглотительной способности относительно газов. В этой работе он обнаружил, что охлаждение угля к температурам жидкого азота позволило ему поглощать существенное количество многочисленных воздушных газов среди других, которые можно было тогда восстановить, просто позволив углю снова нагреться и что уголь на основе кокосового ореха имел более сильный эффект. Он использует кислород в качестве примера, при котором активированный уголь как правило поглощал бы его концентрацию в атмосфере (21 %) при стандартных условиях, но высвобождал бы более чем 80% кислорода, если бы уголь был сначала охлажден до низких температур.

Физически активированный уголь связывает материалы силой Ван-дер-Ваальса или лондонской силой дисперсии.

Активированный уголь не взаимодействует достаточно хорошо с определенными химическими соединениями, включая спирты, гликоли, сильные кислоты и основания, металлы и большинство органики, таких как литий, натрий, железо, свинец, мышьяк, фтор и борная кислота.

Активированный уголь очень хорошо адсорбирует йод и поэтому появилось понятие Йодный индекс, мг/г, (Американское общество по испытанию материалов, тест Метода Стандарта D28) используемый в качестве признака общей площади поверхности.

Вопреки заявлениям, распространенным по Интернету, активированный уголь не поглощает аммиак.

Угарный газ не достаточно хорошо поглощается активированным углем. Это должно представлять особый интерес для тех, кто использует материалы в фильтрах для респираторов, улавливателей дыма или других газовых систем управления, поскольку этот газ невозможно обнаружить чувствами человека, будучи ядовитым и нейротоксическим для организма.

Активированный угль может использоваться в качестве основания для улучшения адсорбционной способности различных химических веществ для некоторых неорганических составов, таких как водородный сульфид (H2S), аммиак (NH3), формальдегид (HCOH), йод радиоизотопов 131 (131I) и ртуть (Гектограмм). Эта способность известна как хемосорбция.

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 (ангстрем), или до 2 нм), что эквивалентно площади поверхности углерода между 900 м²/g и 1100 м²/g. Это стандартная мера при использовании активированного угля для очистки веществ в жидкой фазе.

Йодный индекс определяется как миллиграмм йода, адсорбированного на один грамм углерода, когда концентрация йода в остаточном фильтрате 0.02 нормальна. В основном йодный индекс — мера йода, адсорбированного в порах и, как таковой признак объема поры, доступного в активированном угле. Как правило, при углеродистой очистке воды йодный индекс находится в пределах 600 — 1100. Этот параметр часто используется, чтобы определить степень истощения углерода в процессе его использовании. Однако, такая практика должна быть рассмотрена с осторожностью, поскольку химическое взаимодействие с адсорбатом может затронуть показания йода, дав тем самым ложные результаты. Таким образом, использование йодного индекса как меры степени истощения углеродистого слоя может только быть рекомендовано если он был свободен от химических взаимодействий с адсорбатами и если экспериментальная корреляция между йодным индексом и степенью истощения была определена для особого назначения.

Некоторые виды углерода обладают лучшей способностью адсорбирования больших молекул. Число мелассы или эффективность мелассы — мера мезопор содержания активированного угля (больше чем 20 Å (ангстрем), или больше чем 2 нм). Высокое число мелассы указывает на высокую адсорбцию больших молекул (диапазон 95-600). Об эффективности мелассы говорят как процент (диапазон 40 %-185 %), так и число мелассы (600 = 185 %, 425 = 85 %). Европейское число мелассы (диапазон 525-110) обратно пропорционально связано с североамериканским числом мелассы.

Число мелассы — мера степени осветления стандартного раствора патоки сахара, при котором она была растворена и стандартизирована против чистого активированного угля. Из-за размера цветных тел, число мелассы представляет потенциальный объем поры, доступный для больших разновидностей адсорбирования. Поскольку весь объем поры, возможно, не доступен для адсорбции в особом применении сточных вод, и поскольку часть адсорбата может войти в меньшие поры, это не достаточная мера ценности специального активированного угля для определенного назначения. Часто, этот параметр полезен в оценке серии активного угля для их показателей адсорбции. Сравнивая два активированных угля с подобными объемами пор для адсорбции, у того, который имеет более высокое число мелассы, обычно поры будут больше для поглощения, приводящие к более эффективной передаче адсорбата в адсорбционное пространство.

Танины — смесь молекул большого и среднего размера. Углерод с комбинацией макропор и мезопор адсорбирует танины. О способности углерода адсорбировать танины сообщают в частях за миллион концентрации (диапазон 200-362 миллионных долей).

Некоторые виды углерода имеют мезапоры (от 20 Å до 50 Å или 2 — 5 нм) в структуре, которые адсорбируют молекулы среднего размера, такие метилен голубой. Адсорбция метилена голубого измеряется в г/100г (диапазон 11-28 г/100г).

Некоторые виды углерода оцениваются на основаии дехлорирования, которое показывает эффективность удаления хлора активированным углеродом.

Более высокая плотность обеспечивает большую активность и обычно показывает на лучшее качество активированного угля.

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.

Содержание золы уменьшает общую способность активированного угля. Она уменьшает эффективность реактивации. Металлические окиси (Fe2O3) могут быть выщелочены из активированного угля, приводящего к обесцвечиванию. Допустимое содержание золы может быть очень важным для аквариумистов, поскольку окись железа может способствовать водорослевому росту. Уголь с низким разрешимым содержанием золы должен использоваться для морской, пресноводной рыбы и аквариумов с кораллами, чтобы избежать отравления тяжелым металом и лишнего роста водорослей.

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

Форма хемосорбции, с которой обычно сталкиваются в промышленности, происходит, когда твердый катализатор взаимодействует с газообразным сырьем для промышленности (реагентами). Адсорбция реагентов на поверхность катализатора создает химическую связь, изменяя электронную плотность вокруг молекулы реагента и позволяя ей подвергнуться реакциям, которые обычно им не были доступны.

Адсорбционное охлаждение и циклы теплового насоса полагаются на адсорбцию охлаждающего газа в адсорбент в низком давлении и последующей десорбции, нагреваясь. Адсорбент действует как «химический компрессор», которым движет высокая температура, и, с этой точки зрения, «насоса» системы. Он состоит из солнечного коллектора, конденсатора или теплообменника и испарителя, который помещен в коробку холодильника. Внутренняя часть коллектора выровнена с адсорбционным слоем, заполненной активированным углем, адсорбированным с метанолом. Коробка холодильника изолирована и заполнена водой. Активированный уголь может адсорбировать большое количество паров метанола в окружающей температуре и выделить ее при более высокой температуре (приблизительно 100 градусов Цельсия). В дневное время свет освещает коллектор, таким образом, коллектор подогревается, и метанол выделяется из активированного угля. В десорбции жидкий метанол, адсорбированный в древесном угле, нагревается и испаряется. Пар метанола уплотняется и сохраняется в испарителе.

Ночью уменьшается температура коллектора по отношению к окружающей температуре и древесный уголь адсорбируют метанол от испарителя. Жидкий метанол в испарителе испаряется и поглощает тепло от воды, содержавшейся в подносах. Так как адсорбция — процесс высвобождения высокой температуры, коллектор должен быть охлажден достаточно эффективно ночью. Как упомянуто выше, адсорбционная система охлаждения работает неустойчивым способом из-за влияния охлаждения.

  • Пищевая промышленность
  • Химическая промышленность
  • Фармацевтическая промышленность
  • Охрана окружающей среды
  • Топливно-энергетическая промышленность
  • Нефте-газодобывающая и перерабатывающая промышленность
  • Металлургическая промышленность

Регенерация активированного угля представляет собой восстановление адсорбционной способности влажного активизированного угля, выделяя адсорбированные загрязнители на поверхности активированного угля.

Наиболее распространенной техникой регенерации, используемой в производственных процессах, является тепловая регенерация. Тепловой процесс регенерации состоит из трех шагов:

  • Адсорбент высушивается приблизительно при температуре 105 °C
  • Десорбция высокой температуры и разложение (500-900°C) в инертной атмосфере без доступа кислорода
  • Остаточная органическая газификация окисляющимся газом (пар или углекислый газ) при повышенных температурах (800°C)

Стадия термообработки использует экзотермическую природу адсорбции и приводит к десорбции, частичному разрушению и полимеризации адсорбированной органики. Заключительный шаг стремится удалять обугленный органический остаток, сформированный в пористой структуре на предыдущей стадии и повторно выстроить пористую углеродистую структуру, восстанавливающую ее оригинальные поверхностные особенности. После этой процедуры адсорбционная колонка может снова использоваться. В процессе тепловой адсорбции цикла регенерации 5-15 % веса слоя углерода сжигается, приводя к потере адсорбционной способности. Тепловая регенерация — энергоемкий процесс из-за необходимости в высоких температурах, делающих его коммерчески дорогим процессом. Заводы, которые полагаются на тепловую регенерацию активированного угля, должны иметь определенную мощность прежде, чем это будет экономически целесообразно, чтобы иметь локальные средства для регенерации.

Другие методы регенерации

Текущие проблемы с соотношением энергозатрат/стоимости тепловой регенерации активированного угля поощрили исследования относительно альтернативных методов регенерации уменьшить воздействие на окружающую среду таких процессов. Хотя несколько из процитированных методов регенерации остались областями просто научного исследования, некоторые альтернативы тепловым системам регенерации использовались в промышленности. Текущие альтернативные методы регенерации:

  • Химическая и растворяющая регенерация
  • Микробная регенерация
  • Электрохимическая регенерация
  • Сверхзвуковая регенерация
  • Влажное воздушное окисление

Активированный уголь. Виды, свойства, характеристики

О том, что такое активированный уголь, его свойства и отличия. Для чего используется и как выбрать.

Активированный уголь

Активированные угли или углеродные адсорбенты – это уникальные и идеальные сорбенты, которые позволяют решать большой круг вопросов по обеспечению экологической и биологической безопасности окружающей среды и человека в части обесцвечивания и очистки воздуха и газов, воды и других жидкостей от загрязнений.

Впервые об адсорбционной способности углей сообщил химик из Штральзунда Карл Шееле в 1773 году. Он отметил адсорбцию газов на древесном угле.

Что такое активированный уголь

Виды активированных углей

Основные свойства активированных углей

Подведем итоги

Статья направлена на то чтобы в простой форме объяснить, все самое необходимо об активированном угле, какими свойствами обладает и на что они влияют. Предоставленный материал поможет Вам с выбором активного угля в зависимости от целей.

Каталог на АКТИВИРОВАННЫЙ УГОЛЬ, цены, свойства, описание.

Что такое активированный уголь

Активированный уголь

Активированный уголь — это результат обжига различных углесодержащих органических веществ (древесины, скорлупы орехов, маслин, других плодовых культур, каменноугольного кокса). Полученное вещество содержит огромное количество пор и поэтому обладает очень большой удельной поверхностью на единицу массы и, как следствие, высокой адсорбцией.

В пористой структуре активированного (иначе активного) угля осуществляется поглощение любых типов органических микропримесей за счет сил поверхностного взаимодействия (или адсорбции). Именно поры, их количество и размер, влияют на адсорбционные свойства угля. Формирование структуры активного угля (пор) происходит в технологическом процессе его производстве за счет использования определенного исходного сырья и просчитанных режимов термообработки (карбонизация, активация).

Сорбционная емкость — главный фактор эффективности активированного угля.

Отличие активированного угля от угля «для мангалов» состоит в количестве пор и их размера, что напрямую влияет на сорбционную емкость. Т.е. просто раздробив «уголь для мангала» Вы не получите активный уголь.

Поэтому древесный / каменный уголь дополнительно подвергается обработке (активации) и в результате уголь меняет свою структуру — образуется большое количество пор с разным объемом.

Образующиеся поры классифицируют по трем категориям: 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.

Процесс производства активированного угля происходит в два этапа, если не учитывать такие этапы как сушка и дробление (классификация):

  1. Пиролиз исходного сырья при температуре 400 – 600° С. В результате получают карбонизат, хорошо нам знакомый как уголь для мангалов.
  2. Обработка высокой температурой 800 – 1000° С карбонизата с применением водяного пара или различных смесей жидкостей. Результат — активированный уголь – один из лучших адсорбентов.

Пиролиз угля – термическая обработка исходного сырья (древесина, косточки плодовых деревьев, скорлупа кокоса и т.п.) без доступа воздуха, в результате из сырья удаляется вода и смолы.

Виды активированных углей

Активированный уголь различается по исходному сырью, из которого он производится, методам активации, назначению и форме выпуска.

Материал, из которого производится активный уголь, задает его основные характеристики – сорбционную емкость, прочность структуры, насыпную плотность, общую внутреннюю поверхность.

Карбонизированный уголь

Основные виды углей по материалу производства (исходному сырью):
  • Древесный — сырьем служит различные породы деревьев.
  • Каменноугольный — производится из частиц каменного угля.
  • Кокосовый – из кокосовой скорлупы.

Изменяя условия и продолжительность активации угля, производители создают уникальную структуру пор угля, изменяя характеристики заданные исходным сырьем.

В основном для активации применяется обычная вода, но некоторые производители в результате экспериментов смогли создать свою уникальную технологию активации углей, например НПП «Полихим» и уголь МАУ.

Кокосовая скорлупа

Кокосовая скорлупа — исходное сырье для производства активированного угля

По методике активации угля:
  • Паровая – активация водяным паром.
  • Термохимическая – с применением различных химических соединений.
По назначению:
  • Для очистки воздуха и газов.
  • Для очистки воды (водоподготовка и очистка сточных вод).
  • Осветление и дезодорация пищевых масел и жиров.
  • Для очистки сиропов, растительных и животных масел, различных напитков, включая самогон.
  • Для очистки химических растворов, минеральных масел, лакокрасочных жидкостей.
  • Как носитель катализаторов.
  • Для очистка крови и организма в целом от бактерий, токсических веществ.
  • В качестве косметического препарата для осветления кожи на лице.
  • Для экологически чистого способа извлечения драгоценных металлов из руд.

Наибольшее применение активированный уголь получил в напорных и безнапорных фильтрах, очищая воздушные и жидкие среды от различных загрязнений.

Для безнапорных фильтров применяется древесный уголь, а для напорных – кокосовый или каменноугольный.

Уголь применяется для очистки воды

Уголь применяется для очистки воды

По форме выпуска:
  • Дробленый.
  • Гранулированный.
  • Порошковый.

Дробленый – уголь получается в результате дробления больших фракций и последующего отсеивания пыли. Частицы угля имеет неправильную форму размером 0,2 — 5 мм.

Основное применение — в качестве основной загрузки в напорных и безнапорных фильтрах для очистки жидкостей.

Гранулированный — это экструдированные цилиндрические гранулы размером 0,8 — 5,0 мм.

Основное применение — адсорбция из газовой фазы, т.е. очистка воздуха, газов, т.к. обеспечивает низкий перепад давления. Гранулированный активированный уголь отличается высокой механической прочностью и низким содержанием пыли.

Порошковый – это измельченный активированный уголь, состоящий из частиц менее 0,18 мм.

Основное применение — адсорбция из жидкой фазы, т.е. порошкообразный активный уголь в заданной пропорции смешивается с очищаемой жидкостью и удаляется фильтрацией или осаждением после адсорбции примесей.

Основные марки активных углей:
  • Древесный – БАУ-А, ДАК, УКС, ОУ, МАУ-2А, NWN.
  • Каменноугольный – ДАУСОРБ, АГ-3, МАУ-3ПТ, УАФ, NWM.
  • Кокосовый – КАУ-А, МАУ-200, NWC, Chemviron, Haycarb.

Основные характеристики (свойства) активированных углей

Поры активированного угля под электронным микроскопом

Поры активированного угля под электронным микроскопом

Для оценки активированных углей обращают внимание на его основные характеристики:
  • Сорбционная емкость, мг/г.
  • Прочность, %.
  • Общая внутренняя поверхность по БЭТ, м2/г.
  • Насыпная плотность, г/см3.
  • Размер частиц, мм.
  • Возможность регенерации угля.

Для оценки структуры адсорбента ключевое значение имеют удельная поверхность, размер и объем пор.

Таблица основных свойств активированных углей
Параметр Влияние
Прочность по ГОСТ, % Прочность влияет на истирание гранул угля, на сохранение физической структуры и размера гранул, возможность применения в напорных фильтрах и количество раз реактивации
Сорбционная емкость, мг/г Сорбционная емкость показывает, какое количество вещества уголь сможет адсорбировать до замены. Чем выше число, тем дольше прослужит уголь
Общая внутренняя поверхность по БЭТ, м2/г Чем выше показатель, тем больше загрязнений на 1 г уголь сможет адсорбировать
Насыпная плотность сухого угля, г/см3 Плотность влияет на структуру пор и их доступность для адсорбции микропримесей, что определяет характер применения угля
Размер частиц, мм Чем меньше размер частицы активированного угля, тем лучше доступ к поверхности и быстрее происходит адсорбция
Регенерация угля Возможность восстановить адсорбционные свойства угля с помощью химических реагентов, пропариванием или термической реактивацией

Лучший активированный уголь для очистки воды и воздуха (по степени очистки и сроку службы) считается кокосовый активированный уголь.

Впервые активированный кокосовый уголь был применен во время первой мировой войны в качестве адсорбента в противогазах.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *