Активированный уголь

Активированный у́голь— пористый материал, производимый издревесного угля,коксаизкаменного угляилинефти, скорлупыкокосовыхорехов и других углеродосодержащих материалов. В зависимости от технологии изготовления, 1граммактивированного угля может иметь поверхность от 500 до 2200м², что делает его очень эффективным вадсорбцииразличных веществ, благодаря чему он используется вмедицинедля борьбы сотравлениямипутём приёматаблетокиз угля внутрь и в производстве фильтров для воздуха (в том числе фильтров дляпротивогазов) иводы.
Обычный активированный уголь (формула) является довольно реакционноспособным соединением, способным к окислению кислородом воздуха и кислороднойплазмой, водяным паром, а такжеуглекислым газоми озоном.
Окисление в жидкой фазе проводят целым рядом реагентов (HNO3, H2O2, KMnO4).
За счёт образования большого количества основных и кислотных групп на поверхности окисленного угля его адсорбционные и другие свойства могут существенно отличаться от неокисленного.
Модифицированныйазотомуголь получают либо исходя из азотсодержащих природных веществ, либо изполимеров, либо обработкой угля азотсодержащимиреагентами. Также уголь способен взаимодействовать схлоромбромомифтором.
Важное значение имеет серосодержащий уголь, который синтезируют разными путями.
В последнее время химические свойства угля принято объяснять наличием на его поверхности активнойдвойной связи.
Химически модифицированный уголь находит применение в качестве катализаторов, носителей для катализаторов, селективных адсорбентов, в получении особо чистых веществ, в качестве электродов литиевых аккумуляторов.
Изначально метод активации угля был разработанНиколаем Дмитриевичем Зелинскимв1915 годудля использования в противогазах в качестве универсального средства химической защиты.
Есть два основных механизма, которыми активизированный углерод удаляет загрязнители из воды:адсорбцияикаталитическоеокисление. Явление адсорбции газов углем почти одновременно описали в 80-х годах XVIII века шведский химикКарл Вильгельм Шеелеи итальянский учёныйФеличе Фонтана. В России в 1785 году академикТовий Егорович Ловицоткрыл и подробно исследовал явление адсорбции углем в жидкой среде, предложив применить его для очистки органических веществ.Органические соединения удаляютсяадсорбцией(это связано с высокой пористостью), а окислители, такие, какхлорихлорамин, удаляются каталитическим окислением.
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 растворомхлорида цинка,карбоната калияили некоторыми другими соединениями, и нагревают без доступа воздуха), либо путём обработкиперегретым паромили 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—2200м²на 1гугля.Различаютмакро-,мезо- имикропоры. В зависимости от размеров молекул, которые нужно удержать на поверхности угля, уголь должен изготавливаться с разными соотношениями размеров пор.
Классический пример использования активированного угля связан с использованием его всредствах индивидуальной защиты органов дыхания.Противогаз, разработанныйН. Д. Зелинским, спас множество жизней солдат вПервой мировой войнепосле применения кайзеровской Германией боевых отравляющих веществ. К 1916 году он был принят на вооружение почти во всех европейских армиях.
Для улучшения улавливания некоторых веществ уголь может насыщаться добавками. Например, добавка оксидов металлов может увеличить сорбционную ёмкость при улавливании меркаптанов в несколько раз.
В Российской Федерации на 2015 г. потребность в активированном угле (для российских фильтрующих противогазных СИЗОД) на 75 % удовлетворялась за счёт импорта.
Активированный уголь используется для очисткисахарногосиропа от красящих веществ при сахароварении как альтернативакостной муке.
Терра прета— компостирование органических отходов жизнедеятельности человека и животных методомсилосованияс использованием низкотемпературного активированного древесного угля. Полученный силокомпост доводится до кондиции компостнымидождевыми червямилибо поверхностно вносится в почву с последующим мульчированием.
Активированный уголь применяется в медицине, химической, фармацевтической и пищевой промышленности. Фильтры, содержащие активированный уголь, используются во многих современных моделях устройств для очистки питьевой воды.
Определяющее влияние на структуру пор активированных углей оказывают исходные материалы для их получения. Активированныеуглина основе скорлупы кокосов характеризуются большей долей микропор (пор диаметром до 2нм), на основекаменного угля— большей долей мезопор (2—50нм). Большая доля макропор (более 50нм) 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 — основной параметр, характеризующий площадь поверхности пор и, как следствие, сорбционную ёмкость угля. Определяется массойиода, 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—1200мг/г. Численное значение иодного числа примерно соответствует удельной площади поверхности пор, измеренной в м²/г.
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.
Чем меньше размер частицы активированного угля, тем лучше доступ к поверхности и быстрее происходитабсорбция. В системах фазы пара это нужно учитывать при снижении давления, которое затронет затраты энергии. Внимательное рассмотрение гранулометрического состава может обеспечить существенную операционную выгоду.
Оказываетэнтеросорбирующее, дезинтоксикационное и противодиарейное действие.
Относится к группе поливалентных физико-химическихантидотов, обладает большой поверхностной активностью, адсорбируетядыитоксиныизжелудочно-кишечного тракта(ЖКТ) до их всасывания,алкалоиды,гликозиды,барбитуратыи др. снотворные,лекарственные средствадля общейанестезии, соли тяжёлых металлов,токсиныбактериального, растительного, животного происхождения, производныефенола,синильной кислоты,сульфаниламиды, газы. Активен каксорбентпригемоперфузии. Слабо адсорбируеткислотыищёлочи, а также солижелеза,цианиды,малатион,метанол,этиленгликоль. Не раздражает слизистые оболочки. При леченииинтоксикацийнеобходимо создать избыток угля вжелудке(до его промывания) и вкишечнике(после промывания желудка). Уменьшение концентрации угля в среде способствуетдесорбциисвязанного вещества и его всасыванию (для предупреждения резорбции освободившегося вещества рекомендуется повторноепромывание желудкаи 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,морфини др.опиаты), необходимо применять уголь в течение нескольких дней. Особенно эффективен в качествесорбентапригемоперфузиив случаях острых отравлений барбитуратами,глютатимидом,теофиллином. Снижает эффективность одновременно принимаемых лекарственных средств, уменьшает эффективность лекарственных средств, действующих на слизистую оболочку ЖКТ (в том числеипекакуаныитермопсиса).
Назначается при следующих показаниях: дезинтоксикация при повышенной кислотности желудочного сока при экзо- и эндогенных интоксикациях:диспепсия,метеоризм, процессыгниения,брожения, гиперсекреция слизи,HCl,желудочного сока,диарея; отравлениеалкалоидами,гликозидами, солями тяжёлых металлов, пищевая интоксикация; пищевая токсикоинфекция,дизентерия,сальмонеллёз,ожоговая болезньв стадиитоксемииисептикотоксемии; почечная недостаточность, хроническийгепатит, острыйвирусный гепатит,цирроз печени,атопический дерматит,бронхиальная астма,гастрит, хроническийхолецистит,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 ихимиотерапии; подготовка к рентгенологическим и эндоскопическим исследованиям (для уменьшения содержания газов вкишечнике).
Противопоказан при язвенных пораженияхжелудочно-кишечного тракта(в том числеязвенной болезни желудкаи12-перстной кишки, неспецифическом язвенномколите),кровотеченияхиз ЖКТ, одновременном назначении антитоксических лекарственных средств, эффект которых развивается после всасывания (метионини др.).
В качестве побочных эффектов называютсядиспепсия,запорыилидиарея; при длительном применении —гиповитаминоз, снижение всасывания из ЖКТ питательных веществ (жиров,белков),гормонов. При гемоперфузии через активированный уголь —тромбоэмболия,геморрагии,гипогликемия,гипокальциемия,гипотермия, снижениеартериального давления.