Aktivt kul

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 20. juli 2022; checks kræver 3 redigeringer .
Aktivt kul
carbo aktivering
Kemisk forbindelse
CAS 16291-96-6
medicin bank 09278
Forbindelse
Aktivt stof
Aktivt kul
Klassifikation
ATX A07BA01
Doseringsformer
tabletter , granulat , kapsler
Andre navne
Aktivt kul, Carbopect, Sorbex, Ultra-adsorb
 Mediefiler på Wikimedia Commons

Aktivt kul  er et porøst stof, der er udvundet af forskellige kulstofholdige materialer af organisk oprindelse: trækul (mærker af aktivt kul BAU-A, OU-A, DAK [1] osv.), kulkoks (mærker af aktivt kul AG ) -3, AG-5, AR osv.), petroleumskoks , kokosnøddeskaller og andre materialer. Det indeholder et enormt antal porer og har derfor et meget stort specifikt overfladeareal pr. masseenhed, som et resultat af det har en høj adsorptionskapacitet . Afhængigt af fremstillingsteknologien kan 1 gram aktivt kul have et overfladeareal på 500 til 2200 m² [2] . Det blev først syntetiseret af Nikolai Dmitrievich Zelinsky (1915) , brugt af ham i gasmasker som et universelt middel til kemisk beskyttelse [3] og senere som en heterogen katalysator. Anvendes i medicin og industri til oprensning, separation og ekstraktion af forskellige stoffer. Virkningstid efter at have taget 20-30 minutter.

Kemiske egenskaber, modifikation

Almindelig aktivt kul er en ret reaktiv forbindelse, der er i stand til at blive oxideret af atmosfærisk oxygen og oxygenplasma [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] , vanddamp [12] [13 ] [ 14] , samt kuldioxid [8] og ozon [15] [16] [17] . Oxidation i væskefasen udføres af en række reagenser (HNO 3 , H 2 O 2 , KMnO 4 ) [18] [19] [20] . På grund af dannelsen af ​​et stort antal basiske og sure grupper på overfladen af ​​oxideret kul, kan dets adsorption og andre egenskaber afvige væsentligt fra ikke-oxideret [21] . Kulstof modificeret med nitrogen opnås enten fra nitrogenholdige naturlige stoffer eller fra polymerer [22] [23] , eller ved at behandle kul med nitrogenholdige reagenser [24] [25] [26] . Kul er også i stand til at interagere med klor [27] [28] brom [29] og fluor [30] . Af stor betydning er svovlholdigt kul, som syntetiseres på forskellige måder [31] [32] For nylig er kulets kemiske egenskaber normalt forklaret med tilstedeværelsen af ​​en aktiv dobbeltbinding på overfladen [17] [33] [ 34] . Kemisk modificeret kul bruges som katalysatorer, bærere til katalysatorer, selektive adsorbenter, til fremstilling af højrent stoffer og som elektroder til lithiumbatterier.

Virkningsmekanismer

Der er to hovedmekanismer, hvorved aktivt kul fjerner forurenende stoffer fra vand: absorption og katalytisk oxidation . Fænomenet gasadsorption med kul blev beskrevet næsten samtidigt i 80'erne af det 18. århundrede af den svenske kemiker Carl Wilhelm Scheele og den italienske videnskabsmand Felice Fontana . I Rusland opdagede og studerede akademiker Toviy Egorovich Lovitz i 1785 i detaljer fænomenet med adsorption af kul i et flydende medium og foreslog at bruge det til rensning af organiske stoffer. [35] Organiske forbindelser fjernes ved absorption (på grund af høj porøsitet), og oxidanter som klor og chloramin fjernes ved katalytisk oxidation.

Produktion

Materialer af organisk oprindelse anvendes som råvarer i produktionen af ​​aktivt kul: træ, kul, bituminøst kul, kokosnøddeskaller osv. De angivne råvarer forkulles først og udsættes derefter for aktivering.

Essensen af ​​aktivering er at åbne de porer, der er i lukket tilstand i kulstofmaterialet. Dette gøres enten termokemisk (materialet er præimprægneret med en opløsning af zinkchlorid , kaliumcarbonat eller nogle andre forbindelser og opvarmet uden adgang til luft), eller ved behandling med overophedet damp eller kuldioxid eller en blanding af dem ved en temperatur på 800-850 ° C . I sidstnævnte tilfælde er det teknisk vanskeligt at opnå et gasdampmiddel med en sådan temperatur. Det er meget brugt til at modtage en forsyning til apparatet til aktivering af en begrænset mængde luft samtidigt med mættet damp. En del af kullet brænder ud, og den nødvendige temperatur nås i reaktionsrummet. Udledningen af ​​aktivt kul i denne procesvariant er markant reduceret. Værdien af ​​den specifikke overflade af porer for de bedste mærker af aktivt kul kan nå 1800 - 2200 m² pr. 1 g kul. [2] Der er makro- , meso- og mikroporer . Afhængigt af størrelsen af ​​de molekyler, der skal holdes på overfladen af ​​kulstoffet, skal kulstoffet fremstilles med forskellige porestørrelsesforhold.

Ansøgning

Iført gasmasker

Et klassisk eksempel på brugen af ​​aktivt kul er dets brug i personligt åndedrætsværn . Gasmasken , udviklet af N. D. Zelinsky , reddede mange soldaters liv i Første Verdenskrig efter brug af kemiske krigsmidler af Kaiser Tyskland. I 1916 blev det vedtaget af næsten alle europæiske hære.

For at forbedre opfangningen af ​​visse stoffer kan kul mættes med tilsætningsstoffer. For eksempel kan tilsætning af metaloxider øge sorptionskapaciteten flere gange ved indfangning af mercaptaner [36] .

På grund af nedbrydningen af ​​de industrielle sektorer i den russiske økonomi blev behovet for aktivt kul (til russiske filtrerende gasmasker) i 2015 dækket med 75 % gennem import [37]

I produktionen af ​​sukker

Oprindeligt blev benmel brugt til at fjerne farvestoffer fra sukkersirup under sukkerfremstilling. Dette sukker bør dog ikke indtages i faste , da det er af animalsk oprindelse. Sukkermøller begyndte at producere "magert sukker", der enten var uraffineret og lignede farvet fudge eller raffineret gennem trækul.

Til fremstilling af organisk gødning terra preta

Terra preta  - kompostering af organisk affald fra mennesker og dyr ved ensilering med lavtemperatur aktivt kul. Den resulterende silokompost bringes til standarden med kompostregnorme eller påføres overfladisk på jorden, efterfulgt af mulching.

Andre applikationer

Aktivt kul bruges i medicin, kemiske, farmaceutiske og fødevareindustrien. Filtre indeholdende aktivt kul bruges i mange moderne modeller af drikkevandsbehandlingsanordninger.

Karakteristika for aktivt kul

Porestørrelse

Udgangsmaterialerne til deres fremstilling har en afgørende indflydelse på porestrukturen af ​​aktivt kul. Aktivt kul baseret på kokosnøddeskaller er kendetegnet ved en større andel af mikroporer (porer op til 2 nm i diameter ), mens kulbaserede aktive kul har en  større andel af mesoporer (2-50 nm ). En stor del af makroporerne (mere end 50 nm ) er karakteristisk for træbaseret aktivt kul.

Mikroporer er særligt velegnede til adsorption af små molekyler, mens mesoporer er særligt velegnede til adsorption af større organiske molekyler.

Jodtal (jodindeks)

Jodtallet er hovedparameteren, der karakteriserer poreoverfladearealet og som følge heraf kuls sorptionskapacitet. Det bestemmes af massen af ​​jod , som en enhedsmasse kul kan optage (mg/g). Metoden er baseret på sorption af et monomolekylært lag af jod med kulstof. Et højere tal indikerer en højere grad af aktivering, den typiske værdi af indikatoren er 500 - 1200 mg / g . Den numeriske værdi af jodtallet svarer omtrent til det specifikke poreoverfladeareal, målt i m²/g.

Hårdhed

Det er et mål for aktivt kuls modstand mod slid. Dette er en vigtig parameter for aktivt kul for at bevare dets fysiske integritet og modstå friktionskræfter, tilbageskylningsproces osv. Der er betydelige forskelle i hårdheden af ​​aktivt kul, afhængigt af råmaterialet og aktivitetsniveauet.

Granulometrisk sammensætning

Jo mindre partikelstørrelsen af ​​aktivt kul er, jo bedre er adgangen til overfladen og jo hurtigere absorption . I dampfasesystemer skal der tages højde for dette, når trykket reduceres, hvilket vil påvirke energiomkostningerne. Omhyggelig overvejelse af partikelstørrelsesfordeling kan give betydelige driftsmæssige fordele.

Farmakologi

Det har en enterosorberende , afgiftende og antidiarré effekt.

Tilhører gruppen af ​​polyvalente fysisk-kemiske modgifte , har en høj overfladeaktivitet, optager giftstoffer og toksiner fra mave-tarmkanalen (GIT), før de absorberes, alkaloider , glykosider , barbiturater og andre sovemidler, lægemidler til generel anæstesi , salte af tungmetaller, toksiner af bakteriel, vegetabilsk, animalsk oprindelse, derivater af phenol , blåsyre , sulfonamider , gasser. Aktiv som sorbent ved hemoperfusion . Adsorberer svagt syrer og baser , samt jernsalte , cyanider , malathion , methanol , ethylenglycol . Irriterer ikke slimhinderne. Ved behandling af forgiftning er det nødvendigt at skabe et overskud af kul i maven (før vask af det) og i tarmene (efter vask af maven). Et fald i koncentrationen af ​​kul i mediet bidrager til desorption af det bundne stof og dets absorption (for at forhindre resorption af det frigivne stof anbefales gentagen maveskylning og udnævnelse af kul). Tilstedeværelsen af ​​madmasser i mave-tarmkanalen kræver indførelse af høje doser, da indholdet af mave-tarmkanalen sorberes af kul, og dets aktivitet reduceres. Hvis forgiftningen er forårsaget af stoffer involveret i det enterohepatiske kredsløb ( hjerteglykosider , indomethacin , morfin og andre opiater ), er det nødvendigt at bruge kul i flere dage. Det er især effektivt som sorbent til hemoperfusion i tilfælde af akut forgiftning med barbiturater, glutathimid , theophyllin . Reducerer effektiviteten af ​​samtidig taget medicin, reducerer effektiviteten af ​​lægemidler, der virker på mave-tarmslimhinden (inklusive ipecac og termopsis ).

Det er ordineret til følgende indikationer : afgiftning med øget surhed af mavesaft med eksogene og endogene forgiftninger: dyspepsi , flatulens , forrådnelsesprocesser , fermentering , hypersekretion af slim, HCl , mavesaft , diarré ; forgiftning med alkaloider , glycosider , salte af tungmetaller, fødevareforgiftning; madforgiftning, dysenteri , salmonellose , forbrændingssygdom i stadiet af toksæmi og septikotoksæmi ; nyresvigt, kronisk hepatitis , akut viral hepatitis , levercirrhose , atopisk dermatitis , bronkial astma , gastritis , kronisk cholecystitis , enterocolitis , cholecystopancreatitis ; forgiftning med kemiske forbindelser og lægemidler (herunder organophosphor og organochlorforbindelser, psykoaktive stoffer), allergiske sygdomme , stofskifteforstyrrelser, alkoholabstinenssyndrom ; forgiftning hos cancerpatienter på baggrund af stråling og kemoterapi ; forberedelse til røntgen- og endoskopiske undersøgelser (for at reducere indholdet af gasser i tarmen ).

Kontraindiceret ved ulcerøse læsioner i mave-tarmkanalen (herunder mavesår i maven og tolvfingertarmen , uspecifik colitis ulcerosa ), blødning fra mave-tarmkanalen, samtidig administration af antitoksiske lægemidler, hvis virkning udvikler sig efter absorption ( methionin , etc.).

Som bivirkninger kaldes dyspepsi , forstoppelse eller diarré ; ved længere tids brug - hypovitaminose , nedsat absorption fra mave-tarmkanalen af ​​næringsstoffer ( fedtstoffer , proteiner ), hormoner . Med hæmoperfusion gennem aktivt kul - tromboemboli , blødning , hypoglykæmi , hypocalcæmi , hypotermi , blodtrykssænkning .

Se også

Noter

  1. ↑ GOST 6217-74
  2. ↑ 1 2 Vandbehandling: En håndbog. // Red. S. E. Belikova. M.: Aqua-Therm, 2007. - 240 s.
  3. ↑ Prof. Zelinsky og Sadikov. Kul som gasmaske. Petrograd.1918, s4-5
  4. ↑ Gomez-Serrano V., Piriz-Almeida F., Duran-Valle CJ, Pastor-Villegas J. Dannelse af iltstrukturer ved luftaktivering. En undersøgelse af FT-IR spektroskopi // Carbon. - 1999. - V.37. - P. 1517-1528
  5. ↑ Machnikowski J., Kaczmarska H., Gerus-Piasecka I., Diez MA, Alvarez R., Garcia R. Strukturel modifikation af stenkulstjærebegfraktioner under mild oxidation - relevans for karboniseringsadfærd // Carbon. - 2002. - V.40. - S. 1937-1947
  6. ↑ Petrov N., Budinova T., Razvigorova M., Ekinci E., Yardim F., Minkova V. Fremstilling og karakterisering af carbonadsorbenter fra furfural // Carbon - 2000. - V. 38, nr. 15. - P. 2069 —2075
  7. ↑ Garcia AB, Martinez-Alonso A., Leon CA, Tascon JMD Ændring af overfladeegenskaberne af et aktivt kul ved oxygenplasmabehandling // Brændstof. - 1998. - V. 77, nr. 1 - P. 613-624
  8. ↑ 1 2 Saha B., Tai MH, Streat M. Undersøgelse af aktivt kul efter oxidation og efterfølgende behandlingskarakterisering // Processikkerhed og miljøbeskyttelse - 2001. - V.79, nr. B4. - S. 211-217
  9. ↑ Polovina M., Babic B., Kaluderovic B., Dekanski A. Overfladekarakterisering af oxideret aktivt kulstof // Carbon −1997. - V.35, nr. 8. - P.1047-1052
  10. ↑ Fanning PE, Vannice MA A DRIFTS undersøgelse af dannelsen af ​​overfladegrupper på kulstof ved oxidation // Kulstof - 1993. - V.31, nr. 5. - P.721-730
  11. ↑ Youssef AM, Abdelbary EM, Samra SE, Dowidar AM Overfladeegenskaber af carboner opnået fra polyvinylchlorid // Ind. J. af Chem. afsnit a-uorganisk bio-uorganisk fysisk teoretisk & analytisk kemi - 1991. - V. 30, nr. 10. - P. 839-843
  12. ↑ Arriagada R., Garcia R., Molina-Sabio M., Rodriguez-Reinoso F. Effekt af dampaktivering på porøsiteten og den kemiske natur af aktiveret kulstof fra Eucalyptus globulus og ferskensten // Mikroporøs mat. - 1997. - V.8, nr. 3-4. - S.123-130
  13. ↑ Molina-Sabio M., Gonzalez MT, Rodriguez-Reinoso F., Sepulveda-Escribano A. Effekt af damp- og kuldioxidaktivering i mikroporestørrelsesfordelingen af ​​aktivt kul // Kulstof - 1996. - V.34, nr. 4 - S. 505-509
  14. ↑ Bradley RH, Sutherland I, Sheng E Kulstofoverflade: Areal, porøsitet, kemi og energi // J. af kolloid- og grænsefladevidenskab - 1996. - V. 179, nr. 2. - P. 561-569
  15. ↑ Sutherland I., Sheng E., Braley RH, Freakley PK Effekter af ozonoxidation på kulsorte overflader // J. Mater. sci. - 1996. - V. 31. - P. 5651-5655
  16. ↑ Rivera-Utrilla J; Sanchez-Polo M. Rollen af ​​dispersive og elektrostatiske interaktioner i den vandige faseadsorption af naphthalensulfonsyrer på ozonbehandlet aktiveret kulstof // Carbon - 2002. - V.40, nr. 14. - P. 2685-2691
  17. ↑ 1 2 Valdes H., Sanchez-Polo M., Rivera-Utrilla J. og Zaror CA Effekt af ozonbehandling på overfladeegenskaber af aktivt kul // Langmuir - 2002. - V. 18. - P. 2111-2116
  18. ↑ Pradhan BK, Sandle NK Effekt af forskellige oxidationsmiddelbehandlinger på overfladeegenskaberne af aktivt kul // Kulstof. - 1999. - V. 37, nr. 8. - P. 1323-1332
  19. ↑ Acedo-Ramos M., Gomez-Serrano V., Valenzuella-Calahorro C. og Lopez-Peinado A.J. Oxydation af aktivt kul i flydende fase. Undersøgelse ved FT-IR // Spektroskopi bogstaver. - 1993. - V. 26(6). - S. 1117-1137
  20. ↑ Gomez-Serrano V., Acedo-Ramos M., Lopez-Peinado AJ, Valenzuela-Calahorro C. Stabilitet mod opvarmning og udgasning af aktivt kul oxideret i væskefasen // Thermochimica Acta. - 1991. - V.176. — S.129-140
  21. ↑ Tarkovskaya, I. A. Oxideret kul: lærebog. manual til universiteter / I. A. Tarkovskaya; Kiev: Videnskab tanke. 1981. - 200 s
  22. ↑ Stőhr B., Boehm HP, Schlőgl R. Forøgelse af den katalytiske aktivitet af aktiveret kul i oxidationsreaktioner ved termisk behandling med ammoniak eller hydrogencyanid og observation af en superoxidart som et muligt mellemprodukt // Kulstof. - 1991. - Bd. 26, nr. 6. - P. 707-720
  23. ↑ Biniak S., Szymański G., Siedlewski J., Światkowski A. Karakteriseringen af ​​aktiveret kulstof med oxygen- og nitrogenoverfladegrupper // Carbón. - 1997. - Vol. 35, nr. 12. - P. 1799-1810
  24. ↑ Boudou JP, Chehimi M., Broniek E., Siemieniewska T., Bimer J. Adsorption af H 2 S eller SO 2 på et aktivt kulstof modificeret ved ammoniakbehandling // Kulstof. - 2003. - Bd. 41, nr. 10. - S. 1999-2007
  25. ↑ Sano H., Ogawa H. Forberedelse og påføring af nitrogen indeholdende aktivt kul // Osaka Kogyo Gijutsu Shirenjo. - 1975. - Bd. 26, nr. 5. - P.2084-2086
  26. ↑ ScienceDirect.com - Anvendt katalyse A: Generelt - Indflydelsen af ​​overfladefunktionalisering af aktivt kul på palladiumdispersion og katalytisk aktivitet i brintokse ... . Hentet 30. juli 2012. Arkiveret fra originalen 31. maj 2011.
  27. ↑ ScienceDirect.com - Carbon - Virkningen af ​​chlorering på overfladeegenskaber af aktivt kul . Hentet 30. juli 2012. Arkiveret fra originalen 24. september 2015.
  28. ↑ XPS-undersøgelse af halogeneringen af ​​kønrøg—Del 2. Klorering . Hentet 30. juli 2012. Arkiveret fra originalen 24. september 2015.
  29. ↑ ScienceDirect.com - Carbon - XPS Undersøgelse af halogeneringen af ​​carbon black-del 1. Bromering . Hentet 30. juli 2012. Arkiveret fra originalen 24. september 2015.
  30. ↑ Fluorering af carbon blacks: En røntgenfotoelektronspektroskopiundersøgelse: III. Fluorering af forskellige carbon blacks med gasformig fluor ved temperaturer under 100 °C influ… . Hentet 30. juli 2012. Arkiveret fra originalen 24. september 2015.
  31. ↑ ScienceDirect.com - Kulstof - Dannelse af carbon black-svovl overfladederivater ved reaktion med P2S5 . Hentet 30. juli 2012. Arkiveret fra originalen 24. september 2015.
  32. ↑ ScienceDirect.com - Brændstof - Sulfoniske grupper forankret på mesoporøst kulstof Starbons-300 og dets anvendelse til esterificering af oliesyre . Hentet 30. juli 2012. Arkiveret fra originalen 24. september 2015.
  33. ↑ ScienceDirect.com - Catalysis Communications - Effektive kulstofbaserede syrekatalysatorer til propan-2-ol-dehydrering . Hentet 30. juli 2012. Arkiveret fra originalen 24. september 2015.
  34. ↑ Kemiske reaktioner af dobbeltbindinger i aktivt kul: mikrobølge- og bromeringsmetoder - Chemical Communications (RSC Publishing) . Hentet 30. juli 2012. Arkiveret fra originalen 22. januar 2013.
  35. ↑ Karapetyants M.Kh., Drakin S.I. Generel og uorganisk kemi. - Moskva: Kemi, 1981. - 632 s.
  36. ↑ Strunina A.V., Belozovsky A.B., Savelyeva I.F., Kaplan L.K., Golubev V.N., Staritsina G.I. Oprensning af naturgas fra mercaptaner med aktiveret kulstof // Carbonadsorbenter og deres anvendelse i industrien / Demeneva E.M., Sukmanova K.G. (red). - Perm: Leningrad Institute of Technology, 1969. - T. (udgave 2). - s. 51-59. — 149 s. - 600 eksemplarer.
  37. ↑ Styazhkin Konstantin Kirillovich. Kurset mod importsubstitution  // Association of SIZ Bulletin of ASIZ. - Moskva: Soyuzpechat, 2015. - Marts ( nr. 1 (33) ). - S. 2-3 .

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger