Cărbune activ

Cărbune și cărbune activ Rezumăm descrierea și istoria acesteia pe baza descrierii lui Béla Lengyel din 1940, care este încă complet corectă astăzi.

"Predecesorul cărbunelui activ este cărbunele fin măcinat. A fost produs timp de secole pentru combustibil în pădurile adânci prin încălzirea lemnului într-un spațiu etanș. În depozitele de ardere a cărbunelui, lemnul acoperit cu sol argilos este carbonizat. Această metodă de producție este neeconomică și ecologic. Esența tehnologiei antice constă în faptul că lemnul stivuit într-o grămadă a fost împăturit cu noroi și argilă din exterior și apoi a aprins într-un canal adecvat, asigurându-se că este necesară doar arderea imperfectă. Procesul a durat 7- 8 zile și toate valorosele produse secundare gazoase și lichide generate în timpul carbonizării au fost fumate în aer.

Producția modernă este mult mai economică. Lemnul este carbonizat în replici închise prin ardere externă, iar cel mai recent prin ardere cu gaz fierbinte, necombustibil, condus la lemnul plasat în interior. Aceste procese asigură deja că nu se pierd subprodusele: împreună cu carbonizarea, se produc alcool metilic sau cărbune, acetonă, acid acetic și var de lemn, iar gudronul de lemn rămas este în cele din urmă recuperat. Pe lângă producția de cărbune, aceste produse nu au o valoare neglijabilă.

Cea mai timpurie utilizare a cărbunelui a fost în industria siderurgică. A pierdut acest rol astăzi, deoarece topitorii au trecut la utilizarea de pe piață a cocei recent cunoscute, necunoscute anterior. Cu toate acestea, în Ural, 700.000 de tone de fontă sunt încă produse anual folosind cărbune. Ca un cărbune foarte pur, joacă, de asemenea, un rol în alte domenii ale metalurgiei, dar este utilizat la producerea multor produse chimice, cum ar fi sulful de carbon, cianura de sodiu și ferosiliciul.

Folosit ca combustibil în mici meșteșuguri, fierari, gospodării pentru grătar și în laboratoare chimice până în prezent.

În plus față de aceste utilizări, aplicarea decolorizantelor de cărbune, a dezodorizantelor, a substanțelor dizolvate în gaze și lichide a permis numeroase aplicații industriale și de mediu să devină din ce în ce mai importante și să devină o industrie imensă.

Capacitatea de adsorbție a cărbunelui a fost demonstrată încă din secolul al XV-lea. A fost recunoscută în secolul al XVIII-lea, dar cu prima sa aplicare practică abia în secolul al XVIII-lea. LOWITZ l-a folosit pentru purificarea cristalelor de acid tartric, pentru rafinarea sucurilor fabricii de zahăr LIPMANN și chiar SCHEELE l-a folosit pentru a absorbi diferite gaze.

Adsorbția are loc la suprafața adsorbantului. Suprafața leagă moleculele gazului, lichidului sau solutului în contact cu acesta cu afinitate ridicată și astfel materialul adsorbit se acumulează pe el în cantități mari. Adsorbția este în general mai ușoară cu cât greutatea moleculară a substanței care trebuie adsorbită este mai mare. Astfel, cele mai mari molecule, de ex. leagă cel mai repede coloranții cu molecule ridicate și alți contaminanți în soluțiile apoase, precum și gazele cu conținut molecular ridicat, adică ușor lichefiat din amestecurile de gaze, ceea ce înseamnă o anumită selectivitate în adsorbție.

Capacitatea de adsorbție a cărbunelui nu este în mod uniform o proprietate a întregii suprafețe, ci este legată de așa-numitele situri active care sunt mai mult sau mai puțin prezente la suprafață. Prin creșterea intenționată a numărului de site-uri active, putem crește capacitatea de adsorbție. Prin urmare, activarea înseamnă producerea de carboni cu capacitate de adsorbție crescută.

Cărbunele activ este cel mai frecvent produs din cărbune sau lemn. Cea mai simplă metodă este de a expune brichetele de cărbune produse corespunzător la vaporii de apă supraîncălziți la 7 până la 800 de grade Celsius. Vaporii de apă reacționează cu suprafața cărbunelui într-o reacție de apă gazoasă. Suprafața deja în zig-zag și poroasă este și mai abrazivă și în același timp crește numărul locurilor active.

Alternativ, lemnul sau alt material celulozic este carbonizat chimic cu clorură de zinc sau acid fosforic. În loc de lemn, în loc de lemn pot fi folosite coaja de fructe de piatră, turbă, materie organică de origine animală, precum și os. Doar 6-10% din acesta din urmă este format din carbon, iar restul este în principal din fosfat de calciu.

Carbonul activ găsește numeroase aplicații în tehnologia modernă. Trebuie menționată utilizarea sa bazată în principal pe proprietățile sale de colorare și strălucire. Fie prin amestecarea materialului cu o pulbere, suspensie sau eventual cu o soluție coloidală de cărbune activ, fie prin apăsarea inserțiilor de filtru și trecerea materialului prin filtrele care conțin astfel de inserții. De asemenea, poate fi utilizat cu succes pentru a elimina mirosurile și aromele din cărbunele activ, de exemplu în industria alimentară. Acesta joacă un rol important în procesele de purificare a apei. Îndepărtarea bacteriilor și a altor organisme vii care sunt periculoase pentru sănătate din apa potabilă se face cel mai bine prin clorurare. Cu toate acestea, clorul în sine este otrăvitor, iar compușii săi atât cu apă cât și cu poluanți organici pot avea un gust urât și pot fi toxici, astfel încât chiar și urmele lor trebuie îndepărtate din apă. În acest sens, în unele cazuri, cărbunele activ face o treabă foarte bună. "

Cărbunele activ modern poate fi împărțit în următoarele grupe:

Pulbere de cărbune activ (PAC)
Cărbune activ granulat (GAC)
Cărbune activ extrudat (EAC)
Cărbune activ acceptat (BAC)
Cărbune activ impregnat
Carboni activi acoperiți cu plastic.

Aplicații chimice ale cărbunelui activ

Datorită suprafeței sale specifice ridicate, cărbunele activ poate fi utilizat ca catalizator pentru a accelera reacțiile chimice sau pentru a lega catalizatorii ca suport. De exemplu, fosgenul este produs din monoxid de carbon și gaz clor (așa cum a fost produs pentru prima dată de Davy) la 250 ° C în prezența unui catalizator de cărbune activ. Catalizatorii de cărbune activ sunt, de asemenea, deseori folosiți în reacțiile de hidrogenare.

Inertitatea sa chimică și fabricabilitatea ușoară au făcut în curând cărbunele activ să fie popular atât în știință, cât și în industrie. De asemenea, a fost folosit de mult timp în cataliză: datorită suprafeței sale specifice ridicate, este preferat ca suport. Cu toate acestea, cărbunele tradițional activ este îndepărtat din aplicațiile sale catalitice cheie de zeoliți, materiale noi mezoporoase și, mai recent, nanotuburi de carbon.

Catalizatorii susținuți cu cărbune activ care conțin paladiu, nichel și cupru sunt folosiți în reacția de hidroclorurare. Paladiu și platină cu carbon activat pentru hidrogenare, de ex. utilizat pentru hidrogenarea nitrobenzenului.

De asemenea, este folosit pentru extragerea metalelor și purificarea aurului.

Frigiderele cu adsorbție folosesc cărbune activ ca adsorbant al gazului frigorific.

Utilizat în industria alimentară pentru decofeinizarea cafelei, clarificarea spiritelor, îndepărtarea gusturilor și mirosurilor neplăcute.

Cărbunele activ este, de asemenea, utilizat în analize ca fază staționară, de exemplu pentru separarea cromatografică lichidă a carbohidraților.

Recent, s-au făcut eforturi pentru a ajusta dimensiunea porilor carbonilor activi în limite înguste pentru aplicațiile care necesită selectivitate a mărimii. În sinteza carbonilor mezoporoși, evaporarea unei soluții de siliciu coloidal (Ludox®) și uscarea reziduului solid au dat sfere de silice. Prin umplerea spațiului dintre sfere cu materie organică, apoi carbonizarea acestuia și în final eliminarea șablonului de silice cu fluorură de hidrogen, se obține carbon mezoporos, a cărui suprafață specifică, dimensiunea și volumul porilor depinde de calitatea șablonului de silice utilizat . Aceste caracteristici devin astfel ușor de controlat prin alegerea corespunzătoare a șablonului.

Cărbune activ utilizat pentru adsorbție regenerabil. cea mai cunoscută metodă este desorbția termică, în care materialul sorbit este desorbit de la suprafața cărbunelui activ la o temperatură ridicată. Materialul sorbit poate fi recuperat după condensare. Celălalt proces de regenerare este extracția solventului, care este în general mai puțin eficientă decât desorbția termică, dar este adecvată pentru dizolvarea unor materiale. Se poate utiliza și regenerarea cu ultrasunete și electrochimice. Pentru a elimina materialele biodegradabile adsorbite, microorganismele și cele care pot fi oxidate chimic pot fi descompuse prin oxidare umedă fără a deteriora cărbunele activ.

Dacă cărbunele activ este legat de un material care nu este nici insolubil, nici desorbabil, ci leagă capacitatea de adsorbție a cărbunelui activ, cea mai simplă metodă de eliminare este coincinerarea carbonului și a materialului adsorbit.

Aplicații de mediu ale cărbunelui activ

Purificarea aerului: în filtre de aer, măști de gaze
Cărbune activ impregnat pentru curățarea gazelor de ardere, cu accent special pe îndepărtarea mercurului din gazele de ardere ale incineratoarelor de deșeuri și centralelor electrice pe cărbune
Purificarea apei: ca adsorbant amestecat cu apă sau ca încărcare a filtrului
În tehnologiile de tratare a apelor uzate: ca filtru (post-tratare) sau în tratarea biologică a apelor uzate pentru a lega bacteriile de tratare a apelor uzate, pentru a-și prelungi timpul de ședere
Tratarea solului contaminat și a apelor subterane: pentru tratarea apelor subterane pompate, tratarea apelor subterane in situ (perete de spațiu umplut cu cărbune activ), amestecat cu solul modifică distribuția fazelor poluanților, protejând astfel organismele care locuiesc în sol prin reducerea cantității de materie toxică biodisponibilă și absorbită.

Carbon activat în gospodării

Ca umplutură pentru hote de bucătărie
Tratarea apei potabile în cantități menajere
Purificarea apei din acvariu

Aplicarea medicală a cărbunelui activ

Așa-numitul carbo activatus, cunoscut și sub numele de cărbune activ, cunoscut și sub denumirea de cărbune medical sau activ, a fost folosit de mult timp pentru tratamentul diareei virale sau bacteriene și a intoxicațiilor alimentare. A adică Un papirus din 1550 menționează, de asemenea, că cărbunele activ este foarte eficient în otrăvirea alimentară.

În 1831, profesorul academic francez Tourey, în ochii colegilor săi, a ingerat o cantitate mortală de stricnină și apoi și-a neutralizat efectele cu ajutorul cărbunelui activ, supraviețuind astfel cazului. Acest lucru a arătat că cărbunele activ (carbo activatus) este extrem de eficient în eliminarea diferitelor otrăviri gastrointestinale.

Cărbunele activ este fabricat din materiale vegetale printr-un proces de carbonizare pentru a produce un material cu o capacitate mare de adsorbție. Suprafața specifică a cărbunelui activ este foarte mare: pe această suprafață leagă bacteriile și virușii, prevenind astfel absorbția lor în organism. Poate lega și toxinele și alte substanțe chimice organice produse de bacterii și ciuperci.

Suprafața unui gram de cărbune corespunde dimensiunii a aproximativ 2 terenuri de tenis, adică în jur de 500 de metri pătrați.

tratează foarte eficient diareea cauzată de bacterii, viruși și intoxicații alimentare
bine tolerat: efecte secundare minime și contraindicații
complet natural: de origine vegetală
reface peristaltismul natural
afectează cauza diareei
poate fi utilizat în siguranță în aproape orice grupă de vârstă: poate fi administrat în timpul sarcinii și alăptării, precum și pentru copiii mici
fără gust prost, practic insipid.

Naturologii îl recomandă și pentru tratamente de curățare. Se recomandă prudență, deoarece utilizarea prelungită (pe cale orală) poate reduce absorbția nutrienților în intestin și poate duce la deficiență.