Активен въглен

Активен въглен, къс дървени въглища, също лечебен въглен наречен е порест, финозърнест въглерод с голяма вътрешна повърхност, който се използва като адсорбент в химията, медицината, пречистването на води и отпадъчни води, както и в технологиите за вентилация и климатизация. Използва се гранулиран или пресован под формата на таблетки (въглеродни таблетки).

характеристики

Активният въглен се състои главно от въглерод (предимно> 90%) със силно пореста структура. Порите са свързани помежду си като гъба (с отворени пори). Вътрешната повърхност е между 300 и 2000 m²/g въглерод, така че вътрешната повърхност на четири грама активен въглен приблизително съответства на площта на футболно игрище. Плътността на активен въглен е в диапазона от 0,2 до 0,6 g/cm³.

Размерът на порите и разпределението на размерите на порите са разделени на три порядъка: Микропори (50 nm). [1]

Макропорите са основните пътища за достъп на газове или течности във вътрешността на въглищата и практически нямат значително значение за адсорбцията. По-голямата част от адсорбцията се извършва върху въглеродния материал на повърхността на микропорите. Тази област е ефективната повърхност и определя адсорбционните свойства на въглерода. Следващите данни показват размера на вътрешната повърхност спрямо обема на активен въглен. В случай на куб с дължина на ръба 1 cm, вътрешната повърхност надвишава външната повърхност с коефициент над 10 000.

По принцип адсорбируемостта на дадено съединение се увеличава с него

увеличаване на молекулното тегло
нарастващ брой функционални групи като двойни връзки или халогенни лиганди
увеличаване на поляризуемостта на молекулата. [2]

Екстракция

Активният въглен се произвежда от растителни, животински, минерални или нефтохимични вещества. Използваните изходни материали са z. Б. дърво, торф, орехови черупки, кафяви или твърди въглища или пластмаси. Съответно, той също се нарича биоугол. Като животински въглен, лат. carbo animalis, се нарича активен въглен, който се прави от животинска кръв (кръвен въглен) или от кости (костен въглен). С Захарни въглища е активен въглен, който се получава от глюкоза или друга захар като изходен продукт [3]

За производството и активирането могат да се използват два процеса, а именно: [4]

активирането на газ и
химично активиране

В Активиране на газ вече овъгленият материал се обработва в окислителен газов поток като водни пари, въглероден диоксид, въздух или смеси от тези газове. Тъй като това се случва при температури от 800–1000 ° C, част от въглерода се газифицира с помощта на водния газов процес. Това образува порест и силно активен активен въглен.

Когато правите с химично активиране смес от невъглеродена суровина се обработва с химикали. Това обикновено се прави чрез използване с дехидратиращи агенти (например цинков хлорид, фосфорна киселина) при 500-900 ° C или чрез суха дестилация. Така полученият суров активен въглен се окислително активира при 700–1000 ° С с водна пара или въглероден диоксид, а понякога и с въздух. [5] По време на това активиране част от въглерода се превръща във въглероден окис, което създава допълнителни пори и увеличава повърхността на въглерода [6] .

За някои цели активираният въглен се обработва (импрегнира) с други химикали с цел подобряване на ефекта на разделяне. Филтърният въглерод за дихателни филтри в противогазите е покрит с метални соли, което подобрява ефекта на отделяне на много химически токсини. Активният въглен със сребърно покритие е особено подходящ за филтриране на питейната вода. Замърсяването на тези филтри по време на работа се потиска до голяма степен от среброто.

Области на приложение

Пречистване на течности и газове

Активният въглен се използва предимно като адсорбент за отстраняване на нежеланите вещества от цвета, вкуса и миризмата от газове, пари и течности. Голямо предимство на активираните въглища е, че те могат да бъдат термично реактивирани. Възможно е и биологично реактивиране с активен въглен, използван за пречистване на отпадъчни води. [7]

Активният въглен се използва главно под формата на гранули, като прах или в гранулирана форма. На пазара се предлагат и тъкани с активен въглен.

Например, активен въглен премахва:

Хлор, озон и други вещества, които увреждат вкуса и миризмата, както и бактерии от вода, подсладители, глицерин и химически течности
Оцветяващи вещества и замърсители от течни потоци в химическата или хранителната промишленост
Токсини от въздуха (филтри в противогази, вентилационни системи за резервоари и заслони, отработен въздух в производствени системи)
Уран хексафлуорид от въздуха в ядрената технология (производство на гориво)
Бензинови пари от отработения въздух на резервоарните системи
Хлорирани въглеводороди от отработения въздух и отработените газове z. Б. при химическо чистене
Катран от цигарен дим във филтри за цигари
нежелани вкусове от водка и други спиртни напитки
нежелано оцветяване от бял ром и други спиртни напитки
Мирис на пот в обувките (поради стелки, съдържащи активен въглен)
Странични продукти от ферментацията като фузелови масла и естери от бира
Замърсители във филтри за аквариум и езерце
неприятни миризми от отработения въздух от вентилацията на помещението
Фин прах, цветен прашец и миризми в приточния въздух на автомобилите (виж въздушния филтър на купето)

При пречистването на отпадъчни води, активен въглен се използва за адсорбиране на адсорбиращи се, разтворени съставки на отпадъчните води от водата. Тази стъпка на процеса обикновено се използва само когато по-евтините методи като биологични процеси, валежи и флокулация не постигат целта. Този метод може да се използва и за почистване на частични потоци в промишлеността, с цел възстановяване на остатъци. Отпадъчните води от текстилни багрилни работи съдържат багрила, които често могат да бъдат отстранени само чрез адсорбция с активен въглен. Това може да стане икономически с биологично регенериран активен въглен. [7]

Друго важно приложение за активен въглен е във въздушните филтри на кабината за автомобилната индустрия. Този клас филтри се използва в климатичните системи от средата на 90-те години. Така наречените комбинирани филтри (това е специфичен клас въздушен филтър за кабината) съдържат слой активен въглен, който филтрира вредните газове от въздуха и по този начин предпазва пътниците от тези замърсители. За това приложение всяка година в света се обработват над 5000 тона активен въглен.

В линиите за отработен въздух на атомните електроцентрали се използват филтри с активен въглен като линии за забавяне на краткотрайни радиоактивни благородни газове. Поради временната адсорбция благородните газове преминават през филтърните секции много по-бавно от останалата част от отработения въздух. Радиоактивното разпадане значително намалява количеството радиоактивни благородни газове във отработения въздух.

Пречистването на вода също използва адсорбция върху активен въглен за пречистване на суровата вода.

Поради високата си адсорбционна способност, активен въглен може да се използва и в сорбционни помпи за генериране на вакууми.

Активният въглен има само ограничена товароносимост. Регенерацията обикновено се осъществява чрез нагряване до няколкостотин градуса по Целзий. От една страна, част от товара (например органични разтворители) се изпарява, но друга част също може да се коксува, като в този случай активният въглен трябва да се активира отново с пара, както в производствения процес.

Медицинско приложение

В медицината активният въглен се използва главно за отстраняване на токсините от стомашно-чревния тракт. При безвредни диарийни заболявания, напр. Б. стомашно-чревен грип (гастроентерит), обикновено се използват таблетки от въглен. В случаи на отравяне, активен въглен се използва в големи количества за отстраняване на погълнати през устата отрови, които са в храносмилателния тракт или са подложени на ентерохепатален цикъл от организма. Дозировката в такива случаи е 0,5 до 1 g въглен на килограм телесно тегло при възрастен човек.

Хранителни оцветители

Активният въглен се използва в хранителната промишленост като оцветител E 153. E 153 се използва в концентрати от плодови сокове, желета, конфитюри, сладкарски изделия и в покрития от черен восък за сирене.