Aktivt kol

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 20 juli 2022; kontroller kräver 3 redigeringar .
Aktivt kol
carbo activatus
Kemisk förening
CAS 16291-96-6
drogbank 09278
Förening
Aktiv substans
Aktivt kol
Klassificering
ATX A07BA01
Doseringsformer
tabletter , granulat , kapslar
Andra namn
Aktivt kol, Carbopect, Sorbex, Ultra-adsorb
 Mediafiler på Wikimedia Commons

Aktivt kol  är ett poröst ämne som erhålls från olika kolhaltiga material av organiskt ursprung: träkol (märken av aktivt kol BAU-A, OU-A, DAK [1] etc.), kolkoks (märken av aktivt kol AG -3, AG-5, AR, etc.), petroleumkoks , kokosnötskal och andra material. Den innehåller ett stort antal porer och har därför en mycket stor specifik yta per massenhet, vilket gör att den har en hög adsorptionskapacitet . Beroende på tillverkningsteknik kan 1 gram aktivt kol ha en yta på 500 till 2200 m² [2] . Det syntetiserades först av Nikolai Dmitrievich Zelinsky (1915) , som användes av honom i gasmasker som ett universellt medel för kemiskt skydd [3] , och senare som en heterogen katalysator. Används inom medicin och industri för rening, separation och utvinning av olika ämnen. Handlingstid efter 20-30 minuter.

Kemiska egenskaper, modifiering

Vanligt aktivt kol är en ganska reaktiv förening som kan oxideras av atmosfäriskt syre och syreplasma [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] , vattenånga [12] [13 ] [ 14] , samt koldioxid [8] och ozon [15] [16] [17] . Oxidation i vätskefasen utförs av ett antal reagenser (HNO 3 , H 2 O 2 , KMnO 4 ) [18] [19] [20] . På grund av bildandet av ett stort antal basiska och sura grupper på ytan av oxiderat kol, kan dess adsorption och andra egenskaper skilja sig avsevärt från icke-oxiderat [21] . Kol modifierat med kväve erhålls antingen från kvävehaltiga naturliga ämnen, eller från polymerer [22] [23] , eller genom att behandla kol med kvävehaltiga reagenser [24] [25] [26] . Kol kan också interagera med klor [27] [28] brom [29] och fluor [30] . Av stor betydelse är svavelhaltigt kol, som syntetiseras på olika sätt [31] [32] Nyligen förklaras kolets kemiska egenskaper vanligtvis av närvaron av en aktiv dubbelbindning på dess yta [17] [33] [ 34] . Kemiskt modifierat kol används som katalysatorer, bärare för katalysatorer, selektiva adsorbenter, vid framställning av högrena ämnen och som elektroder för litiumbatterier.

Verkningsmekanismer

Det finns två huvudmekanismer genom vilka aktivt kol tar bort föroreningar från vatten: absorption och katalytisk oxidation . Fenomenet gasadsorption av kol beskrevs nästan samtidigt på 80-talet av 1700-talet av den svenske kemisten Carl Wilhelm Scheele och den italienske vetenskapsmannen Felice Fontana . I Ryssland, 1785, upptäckte och studerade akademikern Toviy Egorovich Lovitz i detalj fenomenet med adsorption av kol i ett flytande medium och föreslog att det skulle användas för rening av organiska ämnen. [35] Organiska föreningar avlägsnas genom absorption (på grund av hög porositet), och oxidanter som klor och kloramin avlägsnas genom katalytisk oxidation.

Produktion

Material av organiskt ursprung används som råmaterial vid framställning av aktivt kol: trä, kol, bituminöst kol, kokosnötskal etc. De angivna råvarorna förkolnas först och utsätts sedan för aktivering.

Kärnan i aktiveringen är att öppna porerna som är i stängt tillstånd i kolmaterialet. Detta görs antingen termokemiskt (materialet är förimpregnerat med en lösning av zinkklorid , kaliumkarbonat eller några andra föreningar och upphettas utan tillgång till luft), eller genom behandling med överhettad ånga eller koldioxid eller en blandning av dem vid en temperatur på 800-850 ° C . I det senare fallet är det tekniskt svårt att erhålla ett gas-ångmedel med en sådan temperatur. Det används ofta för att ta emot tillförsel till apparaten för aktivering av en begränsad mängd luft samtidigt med mättad ånga. En del av kolet brinner ut och den erforderliga temperaturen uppnås i reaktionsutrymmet. Utgången av aktivt kol i denna processvariant reduceras markant. Värdet på den specifika porytan för de bästa märkena av aktivt kol kan nå 1800 - 2200 m² per 1 g kol. [2] Det finns makro- , meso- och mikroporer . Beroende på storleken på molekylerna som ska hållas på ytan av kolet, måste kolet tillverkas med olika porstorleksförhållanden.

Applikation

Bär gasmasker

Ett klassiskt exempel på användningen av aktivt kol är dess användning i personlig andningsskyddsutrustning . Gasmasken , utvecklad av N. D. Zelinsky , räddade många liv på soldater under första världskriget efter användning av kemiska krigsmedel av Kaiser Germany. År 1916 antogs det av nästan alla europeiska arméer.

För att förbättra fångsten av vissa ämnen kan kol mättas med tillsatser. Till exempel kan tillsats av metalloxider öka sorptionskapaciteten med flera gånger när man fångar merkaptaner [36] .

På grund av försämringen av industrisektorerna i den ryska ekonomin tillgodosedes 2015 behovet av aktivt kol (för ryska filtrerande gasmasker) med 75 % genom import [37]

Vid produktion av socker

Ursprungligen användes benmjöl för att ta bort färgämnen från sockerlag under sockertillverkning. Detta socker bör dock inte konsumeras vid fasta , eftersom det är av animaliskt ursprung. Sockerbruk började producera "magert socker" som antingen var oraffinerat och såg ut som färgad fudge, eller raffinerat genom kol.

För framställning av organiskt gödningsmedel terra preta

Terra preta  - kompostering av organiskt avfall från människor och djur genom ensilering med lågtemperatur aktivt kol. Den resulterande silokomposten bringas till standard med kompostdaggmaskar eller appliceras ytligt på jorden, följt av mulching.

Andra applikationer

Aktivt kol används inom medicin-, kemi-, läkemedels- och livsmedelsindustrin. Filter som innehåller aktivt kol används i många moderna modeller av dricksvattenbehandlingsanordningar.

Egenskaper för aktivt kol

Porstorlek

Utgångsmaterialen för deras produktion har ett avgörande inflytande på porstrukturen hos aktivt kol. Aktivt kol baserat på kokosnötskal kännetecknas av en större andel mikroporer (porer upp till 2 nm i diameter ), medan kolbaserade aktivt kol har en  större andel mesoporer (2–50 nm ). En stor andel makroporer (mer än 50 nm ) är karakteristisk för träbaserat aktivt kol.

Mikroporer är särskilt väl lämpade för adsorption av små molekyler, medan mesoporer är särskilt väl lämpade för adsorption av större organiska molekyler.

Jodtal (jodindex)

Jodtalet är huvudparametern som kännetecknar porytan och, som ett resultat, sorptionskapaciteten hos kol. Det bestäms av massan av jod som en enhetsmassa kol kan absorbera (mg/g). Metoden bygger på sorption av ett monomolekylärt lager av jod med kol. Ett högre antal indikerar en högre grad av aktivering, det typiska värdet för indikatorn är 500 - 1200 mg / g . Det numeriska värdet av jodtalet motsvarar ungefär den specifika porytan, mätt i m²/g.

Hårdhet

Det är ett mått på aktivt kols motståndskraft mot nötning. Detta är en viktig parameter för aktivt kol för att bibehålla dess fysiska integritet och motstå friktionskrafter, backspolningsprocess, etc. Det finns betydande skillnader i hårdheten hos aktivt kol, beroende på råvaran och aktivitetsnivån.

Granulometrisk sammansättning

Ju mindre partikelstorleken för aktivt kol är, desto bättre tillgång till ytan och desto snabbare blir absorptionen . I ångfassystem måste detta beaktas när trycket reduceras, vilket kommer att påverka energikostnaderna. Noggrant övervägande av partikelstorleksfördelning kan ge betydande driftsfördelar.

Farmakologi

Den har en enterosorberande , avgiftande och antidiarré effekt.

Tillhör gruppen polyvalenta fysikalisk-kemiska motgift , har en hög ytaktivitet, absorberar gifter och toxiner från mag-tarmkanalen (GIT) innan de absorberas, alkaloider , glykosider , barbiturater och andra sömnmedel, läkemedel för allmän anestesi , salter av tungmetaller, toxiner av bakteriellt, vegetabiliskt, animaliskt ursprung, derivat av fenol , cyanvätesyra , sulfonamider , gaser. Aktiv som sorbent vid hemoperfusion . Absorberar svagt syror och alkalier , samt järnsalter , cyanider , malation , metanol , etylenglykol . Irriterar inte slemhinnor. Vid behandling av berusning är det nödvändigt att skapa ett överskott av kol i magen (innan du tvättar den) och i tarmarna (efter att du har tvättat magen). En minskning av koncentrationen av kol i mediet bidrar till desorptionen av det bundna ämnet och dess absorption (för att förhindra resorption av det frigjorda ämnet rekommenderas upprepad magsköljning och utnämning av kol). Närvaron av matmassor i mag-tarmkanalen kräver införande av höga doser, eftersom innehållet i mag-tarmkanalen sorberas av kol och dess aktivitet minskar. Om förgiftningen orsakas av ämnen som är involverade i den enterohepatiska cirkulationen ( hjärtglykosider , indometacin , morfin och andra opiater ), är det nödvändigt att använda kol i flera dagar. Det är särskilt effektivt som sorbent för hemoperfusion i fall av akut förgiftning med barbiturater, glutatimid , teofyllin . Minskar effektiviteten av samtidigt tagna läkemedel, minskar effektiviteten av läkemedel som verkar på mag-tarmslemhinnan (inklusive ipecac och termopsis ).

Det föreskrivs för följande indikationer : avgiftning med ökad surhet av magsaft med exogena och endogena förgiftningar: dyspepsi , flatulens , förruttnelseprocesser , fermentering , hypersekretion av slem, HCl , magsaft , diarré ; förgiftning med alkaloider , glykosider , salter av tungmetaller, matförgiftning; matförgiftning, dysenteri , salmonellos , brännskador i stadiet av toxemi och septikotoxemi ; njursvikt, kronisk hepatit , akut viral hepatit , levercirros , atopisk dermatit , bronkial astma , gastrit , kronisk kolecystit , enterokolit , kolecystopankreatit ; förgiftning med kemiska föreningar och droger (inklusive organofosfor och organiska klorföreningar, psykoaktiva droger), allergiska sjukdomar , metabola störningar, alkoholabstinenssyndrom ; berusning hos cancerpatienter på bakgrund av strålning och kemoterapi ; förberedelse för röntgen och endoskopiska studier (för att minska innehållet av gaser i tarmen ).

Kontraindicerat vid ulcerösa lesioner i mag-tarmkanalen (inklusive magsår i magen och tolvfingertarmen , ospecifik ulcerös kolit ), blödning från mag-tarmkanalen, samtidig administrering av antitoxiska läkemedel, vars effekt utvecklas efter absorption ( metionin , etc.).

Eftersom biverkningar kallas dyspepsi , förstoppning eller diarré ; vid långvarig användning - hypovitaminos , minskad absorption från mag-tarmkanalen av näringsämnen ( fetter , proteiner ), hormoner . Med hemoperfusion genom aktivt kol - tromboembolism , blödning , hypoglykemi , hypokalcemi , hypotermi , sänkning av blodtrycket .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ GOST 6217-74
  2. ↑ 1 2 Vattenbehandling: En handbok. // Ed. S. E. Belikova. M.: Aqua-Therm, 2007. - 240 sid.
  3. ↑ Prof. Zelinsky och Sadikov. Kol som gasmask. Petrograd.1918, s4-5
  4. ↑ Gomez-Serrano V., Piriz-Almeida F., Duran-Valle CJ, Pastor-Villegas J. Bildning av syrestrukturer genom luftaktivering. En studie av FT-IR-spektroskopi // Carbon. - 1999. - V.37. - P. 1517-1528
  5. ↑ Machnikowski J., Kaczmarska H., Gerus-Piasecka I., Diez MA, Alvarez R., Garcia R. Strukturell modifiering av koltjärabeckfraktioner under mild oxidation - relevans för karboniseringsbeteende // Kol. - 2002. - V.40. - P. 1937-1947
  6. ↑ Petrov N., Budinova T., Razvigorova M., Ekinci E., Yardim F., Minkova V. Beredning och karakterisering av koladsorbenter från furfural // Kol - 2000. - V. 38, nr 15. - P. 2069 —2075
  7. ↑ Garcia AB, Martinez-Alonso A., Leon CA, Tascon JMD Modifiering av ytegenskaperna hos ett aktivt kol genom syreplasmabehandling // Bränsle. - 1998. - V. 77, nr 1 - P. 613-624
  8. ↑ 1 2 Saha B., Tai MH, Streat M. Studie av aktivt kol efter oxidation och efterföljande behandlingskarakterisering // Processsäkerhet och miljöskydd - 2001. - V.79, nr B4. - S. 211-217
  9. ↑ Polovina M., Babic B., Kaluderovic B., Dekanski A. Ytkarakterisering av oxiderat aktivt koltyg // Kol −1997. - V.35, nr 8. - P.1047-1052
  10. ↑ Fanning PE, Vannice MA A DRIFTS-studie av bildandet av ytgrupper på kol genom oxidation // Kol - 1993. - V.31, nr 5. - P.721-730
  11. ↑ Youssef AM, Abdelbary EM, Samra SE, Dowidar AM Ytegenskaper hos kol erhållna från polyvinylklorid // Ind. J. of Chem. avsnitt a-oorganisk bio-oorganisk fysikalisk teoretisk & analytisk kemi - 1991. - V. 30, nr 10. - P. 839-843
  12. ↑ Arriagada R., Garcia R., Molina-Sabio M., Rodriguez-Reinoso F. Effekt av ångaktivering på porositeten och den kemiska naturen hos aktivt kol från Eucalyptus globulus och persikostenar // Mikroporös mat. - 1997. - V.8, nr 3-4. - S.123-130
  13. ↑ Molina-Sabio M., Gonzalez MT, Rodriguez-Reinoso F., Sepulveda-Escribano A. Effekt av ånga och koldioxidaktivering i mikroporstorleksfördelningen av aktivt kol // Kol - 1996. - V.34, nr 4 - P.505-509
  14. ↑ Bradley RH, Sutherland I, Sheng E Kolyta: Area, porositet, kemi och energi // J. of colloid and interface science - 1996. - V. 179, nr 2. - P. 561-569
  15. ↑ Sutherland I., Sheng E., Braley RH, Freakley PK Effekter av ozonoxidation på kolsvarta ytor // J. Mater. sci. - 1996. - V. 31. - P. 5651-5655
  16. ↑ Rivera-Utrilla J; Sanchez-Polo M. Rollen av dispersiva och elektrostatiska interaktioner i vattenfasadsorptionen av naftalensulfonsyror på ozonbehandlade aktivt kol // Kol - 2002. - V.40, nr 14. - P. 2685-2691
  17. ↑ 1 2 Valdes H., Sanchez-Polo M., Rivera-Utrilla J. och Zaror CA Effekt av ozonbehandling på ytegenskaper av aktivt kol // Langmuir - 2002. - V. 18. - P. 2111-2116
  18. ↑ Pradhan BK, Sandle NK Effekt av olika oxidationsmedelsbehandlingar på ytegenskaperna hos aktivt kol // Kol. - 1999. - V. 37, nr 8. - P. 1323-1332
  19. ↑ Acedo-Ramos M., Gomez-Serrano V., Valenzuella-Calahorro C. och Lopez-Peinado A.J. Oxydation av aktivt kol i flytande fas. Studie med FT-IR // Spektroskopibokstäver. - 1993. - V. 26(6). - P. 1117-1137
  20. ↑ Gomez-Serrano V., Acedo-Ramos M., Lopez-Peinado AJ, Valenzuela-Calahorro C. Stabilitet mot uppvärmning och utgasning av aktivt kol oxiderat i vätskefasen // Thermochimica Acta. - 1991. - V.176. — S.129-140
  21. ↑ Tarkovskaya, I. A. Oxiderat kol: lärobok. manual för universitet / I. A. Tarkovskaya; Kiev: Vetenskapens tanke. 1981. - 200 s
  22. ↑ Stőhr B., Boehm HP, Schlőgl R. Förstärkning av aktiva kols katalytiska aktivitet i oxidationsreaktioner genom termisk behandling med ammoniak eller vätecyanid och observation av en superoxidart som en möjlig mellanprodukt // Kol. - 1991. - Vol. 26, nr 6. - P. 707-720
  23. ↑ Biniak S., Szymański G., Siedlewski J., Światkowski A. Karakteriseringen av aktiverat kol med syre- och kväveytgrupper // Carbón. - 1997. - Vol. 35, nr 12. - P. 1799-1810
  24. ↑ Boudou JP, Chehimi M., Broniek E., Siemieniewska T., Bimer J. Adsorption av H 2 S eller SO 2 på en duk av aktivt kol modifierad genom ammoniakbehandling // Kol. - 2003. - Vol. 41, nr 10. - P. 1999-2007
  25. ↑ Sano H., Ogawa H. Beredning och applicering av kväve som innehåller aktivt kol // Osaka Kogyo Gijutsu Shirenjo. - 1975. - Vol. 26, nr 5. - P.2084-2086
  26. ↑ ScienceDirect.com - Applied Catalysis A: Allmänt - Inverkan av ytfunktionalisering av aktivt kol på palladiumdispersion och katalytisk aktivitet i väteox ... . Hämtad 30 juli 2012. Arkiverad från originalet 31 maj 2011.
  27. ↑ ScienceDirect.com - Kol - Effekten av klorering på ytegenskaperna hos aktivt kol . Hämtad 30 juli 2012. Arkiverad från originalet 24 september 2015.
  28. ↑ XPS-studie av kimröks halogenering—Del 2. Klorering . Hämtad 30 juli 2012. Arkiverad från originalet 24 september 2015.
  29. ↑ ScienceDirect.com - Kol - XPS Studie av halogeneringen av kolsvart-del 1. Bromering . Hämtad 30 juli 2012. Arkiverad från originalet 24 september 2015.
  30. ↑ Fluorering av kimrök: En röntgenfotoelektronspektroskopistudie: III. Fluorering av olika kimrök med gasformig fluor vid temperaturer under 100 °C influensa... . Hämtad 30 juli 2012. Arkiverad från originalet 24 september 2015.
  31. ↑ ScienceDirect.com - Kol - Bildning av kimröks-svavelytderivat genom reaktion med P2S5 . Hämtad 30 juli 2012. Arkiverad från originalet 24 september 2015.
  32. ↑ ScienceDirect.com - Bränsle - Sulfoniska grupper förankrade på mesoporöst kol Starbons-300 och dess användning för förestring av oljesyra . Hämtad 30 juli 2012. Arkiverad från originalet 24 september 2015.
  33. ↑ ScienceDirect.com - Catalysis Communications - Effektiva kolbaserade syrakatalysatorer för propan-2-ol dehydrering . Hämtad 30 juli 2012. Arkiverad från originalet 24 september 2015.
  34. ↑ Kemiska reaktioner av dubbelbindningar i aktivt kol: mikrovågs- ​​och bromeringsmetoder - Chemical Communications (RSC Publishing) . Hämtad 30 juli 2012. Arkiverad från originalet 22 januari 2013.
  35. ↑ Karapetyants M.Kh., Drakin S.I. Allmän och oorganisk 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. Rening av naturgas från merkaptaner med aktivt kol // Koladsorbenter och deras tillämpning inom industrin / Demeneva E.M., Sukmanova K.G. (red). - Perm: Leningrads tekniska högskola, 1969. - T. (Nummer 2). - s. 51-59. — 149 sid. - 600 exemplar.
  37. ↑ Stjazhkin Konstantin Kirillovich. Kursen mot importsubstitution  // Association of SIZ Bulletin of ASIZ. - Moskva: Soyuzpechat, 2015. - Mars ( nr 1 (33) ). - S. 2-3 .

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger