Aktív szén

Az aktív szén  egy porózus anyag, amelyet különféle szerves eredetű széntartalmú anyagokból nyernek: faszén (aktív szén márkák BAU-A, OU-A, DAK [1] stb.), szénkoksz (aktívszén AG márkák). -3, AG-5, AR stb.), kőolajkoksz , kókuszdióhéj és egyéb anyagok. Rengeteg pórust tartalmaz, ezért tömegegységenként nagyon nagy fajlagos felülettel rendelkezik , aminek következtében nagy adszorpciós kapacitása van . A gyártási technológiától függően 1 gramm aktív szén felülete 500 lehet2200 m² -ig [2] . Először Nyikolaj Dmitrijevics Zelinszkij (1915) szintetizálta , ő használta gázálarcokban a vegyi védelem univerzális eszközeként [3] , később pedig heterogén katalizátorként. Az orvostudományban és az iparban használják különféle anyagok tisztítására, elválasztására és extrakciójára. Hatásidő 20-30 perc elteltével.

Kémiai tulajdonságok, módosítás

A közönséges aktív szén egy meglehetősen reaktív vegyület, amelyet a légköri oxigén és az oxigénplazma oxidálhat [ 4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] , vízgőz [12] [13 ] ] [14] , valamint szén-dioxid [8] és ózon [15] [16] [17] . A folyékony fázisban az oxidációt számos reagens (HNO 3 , H 2 O 2 , KMnO 4 ) végzi [18] [19] [20] . Az oxidált szén felületén nagyszámú bázikus és savas csoport képződése miatt adszorpciós és egyéb tulajdonságai jelentősen eltérhetnek a nem oxidálttól [21] . A nitrogénnel módosított szenet vagy nitrogéntartalmú természetes anyagokból, vagy polimerekből [22] [23] , vagy szén nitrogéntartalmú reagensekkel való kezelésével nyerik [24] [25] [26] . A szén klórral [27] [28] brómmal [29] és fluorral [30] is képes kölcsönhatásba lépni . Nagy jelentősége van a kéntartalmú szénnek, amelyet különböző módon szintetizálnak [31] [32] . Az utóbbi időben a szén kémiai tulajdonságait általában azzal magyarázzák, hogy a felületén aktív kettős kötés található [17] [33] [ 34] . A kémiailag módosított szenet katalizátorként, katalizátorhordozóként, szelektív adszorbensként, nagy tisztaságú anyagok gyártásánál, valamint lítium akkumulátorok elektródájaként használják.

Hatásmechanizmusok

Két fő mechanizmus létezik, amellyel az aktív szén eltávolítja a szennyeződéseket a vízből: abszorpció és katalitikus oxidáció . A szén általi gázadszorpció jelenségét a 18. század 80-as éveiben szinte egyszerre írta le Carl Wilhelm Scheele svéd kémikus és Felice Fontana olasz tudós . Oroszországban 1785-ben Toviy Egorovich Lovitz akadémikus felfedezte és részletesen tanulmányozta a szén folyékony közegben való adszorpciójának jelenségét, és azt javasolta, hogy használják fel szerves anyagok tisztítására. [35] A szerves vegyületeket abszorpció útján távolítják el (a nagy porozitás miatt), az oxidálószereket, például a klórt és a klóramint katalitikus oxidációval távolítják el.

Gyártás

Az aktív szén előállításához szerves eredetű anyagokat használnak alapanyagként: fa, szén, bitumenes szén, kókuszdióhéj stb. A megadott alapanyagokat először elszenesítik, majd aktiválják.

Az aktiválás lényege, hogy a szénanyagban zárt állapotban lévő pórusokat kinyitjuk. Ez vagy termokémiai úton történik (az anyagot előre impregnálják cink-klorid , kálium-karbonát vagy más vegyület oldatával, és levegőhöz való hozzáférés nélkül melegítik), vagy túlhevített gőzzel vagy szén-dioxiddal vagy ezek keverékével. hőmérséklet 800-850 ° C . Ez utóbbi esetben technikailag nehéz ilyen hőmérsékletű gáz-gőz szert előállítani. Széles körben használják a készülék tápellátásának fogadására korlátozott mennyiségű levegő telített gőzzel egyidejű aktiválására. A szén egy része kiég, és a reakciótérben eléri a kívánt hőmérsékletet. Ebben az eljárásváltozatban az aktív szén kibocsátása jelentősen csökken. A pórusok fajlagos felületének értéke a legjobb márkájú aktívszéneknél elérheti az 1800-2200 m² - t 1 g szénre vonatkoztatva. [2] Vannak makro- , mezo- és mikropórusok . A szén felületén tartandó molekulák méretétől függően a szenet különböző pórusméretarányokkal kell elkészíteni.

Alkalmazás

Gázálarc viselése

Az aktív szén használatának klasszikus példája az egyéni légzésvédő eszközökben való alkalmazása . Az N. D. Zelinsky által kifejlesztett gázálarc sok katona életét mentette meg az első világháborúban , miután a német császár vegyi harci szereket használt. 1916-ra szinte az összes európai hadsereg elfogadta.

Bizonyos anyagok befogásának javítása érdekében a szén adalékanyagokkal telíthető. Például fém-oxidok hozzáadása többszörösére növelheti a szorpciós kapacitást merkaptánok csapdázásakor [36] .

Az orosz gazdaság ipari szektorainak leépülése miatt 2015-ben az aktív szén iránti igényt (az orosz szűrőgázmaszkokhoz) 75%-ban importból fedezték [37].

A cukorgyártásban

Kezdetben csontlisztet használtak a színezőanyagok eltávolítására a cukorszirupból a cukorkészítés során. Ezt a cukrot azonban nem szabad böjtben fogyasztani , mivel állati eredetű. A cukorgyárak "sovány cukrot" kezdtek előállítani, amely vagy finomítatlan volt, és úgy nézett ki, mint a színes karám, vagy pedig szénnel finomították.

Szerves műtrágya előállításához terra preta

Terra preta  - szerves emberi és állati hulladék komposztálása silózással alacsony hőmérsékletű aktív szén felhasználásával. Az így kapott silokomposztot komposzt gilisztával szabványosítják, vagy felületesen a talajra hordják, majd mulcsozzák.

Egyéb alkalmazások

Az aktív szenet az orvostudományban, a vegyiparban, a gyógyszeriparban és az élelmiszeriparban használják. Az aktív szenet tartalmazó szűrőket számos modern ivóvízkezelő készülék modellben használják.

Az aktív szén jellemzői

Pórusméret

Az előállításukhoz használt kiindulási anyagok döntően befolyásolják az aktív szén pórusszerkezetét. A kókuszdióhéj alapú aktív szenek nagyobb arányban vannak mikropórusok (2 nm átmérőjű pórusok ) , míg a szénalapú aktív szenek  nagyobb arányban vannak mezopórusok (2-50 nm ). A makropórusok nagy része (több mint 50 nm ) a faalapú aktív szénre jellemző.

A mikropórusok különösen alkalmasak kis molekulák adszorpciójára, míg a mezopórusok különösen alkalmasak nagyobb szerves molekulák adszorpciójára.

Jódszám (jód index)

A jódszám a fő paraméter, amely a szén pórusfelületét és ennek eredményeként a szén szorpciós képességét jellemzi. A jód tömege határozza meg, amelyet a szén egységnyi tömege fel tud venni (mg/g). A módszer egy monomolekuláris jódréteg szénnel történő szorpcióján alapul. A magasabb szám nagyobb mértékű aktiválódást jelez, a mutató jellemző értéke 500 - 1200 mg/g . A jódszám számértéke megközelítőleg megfelel a fajlagos pórusfelületnek, m²/g-ban mérve.

Keménység

Ez az aktív szén kopással szembeni ellenállásának mértéke. Ez az aktív szén fontos paramétere, hogy megőrizze fizikai épségét, és ellenálljon a súrlódási erőknek, a visszamosási folyamatoknak stb. Az aktív szén keménységében jelentős különbségek vannak, az alapanyagtól és az aktivitás szintjétől függően.

Granulometrikus összetétel

Minél kisebb az aktív szén részecskemérete, annál jobb a felülethez való hozzáférés és annál gyorsabb a felszívódás . A gőzfázisú rendszerekben ezt figyelembe kell venni a nyomás csökkentésekor, ami befolyásolja az energiaköltségeket. A részecskeméret-eloszlás gondos mérlegelése jelentős működési előnyökkel járhat.

Farmakológia

Enteroszorbens , méregtelenítő és hasmenéscsillapító hatása van .

A polivalens fizikai-kémiai antidotumok csoportjába tartozik, magas felületi aktivitással rendelkezik, felszívja a mérgeket és toxinokat a gyomor-bél traktusból (GIT), mielőtt felszívódnának, alkaloidok , glikozidok , barbiturátok és egyéb altatók, általános érzéstelenítésre szolgáló gyógyszerek , sók nehézfémek, bakteriális, növényi, állati eredetű toxinok , fenol származékok , hidrogén-ciánsav , szulfonamidok , gázok. Aktív szorbens a hemoperfúzióban . Gyengén adszorbeálja a savakat és lúgokat , valamint vassókat , cianidokat , malationt , metanolt , etilénglikolt . Nem irritálja a nyálkahártyát. A mérgezés kezelése során feleslegben kell szenet termelni a gyomorban (mosás előtt) és a belekben (gyomormosás után). A szén koncentrációjának csökkenése a közegben hozzájárul a megkötött anyag deszorpciójához és felszívódásához (a felszabaduló anyag felszívódásának megakadályozása érdekében ismételt gyomormosás és szén kijelölése javasolt). Az élelmiszertömegek jelenléte a gyomor-bélrendszerben nagy dózisok bevezetését teszi szükségessé, mivel a gyomor-bél traktus tartalmát a szén felszívja, és aktivitása csökken. Ha a mérgezést az enterohepatikus keringésben részt vevő anyagok ( szívglikozidok , indometacin , morfin és egyéb opiátok ) okozzák , akkor több napig szenet kell használni. Különösen hatékony szorbensként a hemoperfúzióhoz barbiturátokkal, glutatimiddel , teofillinnel való akut mérgezés esetén . Csökkenti az egyidejűleg szedett gyógyszerek hatékonyságát, csökkenti a gyomor-bél traktus nyálkahártyájára ható gyógyszerek hatékonyságát (beleértve az ipecacot és a thermopsist is ).

A következő indikációkra írják fel : méregtelenítés a gyomornedv fokozott savasságával, exogén és endogén mérgezésekkel: dyspepsia , flatulencia , rothadási folyamatok , erjedés , nyálka, HCl , gyomornedv , hasmenés ; mérgezés alkaloidokkal , glikozidokkal , nehézfémek sóival, ételmérgezés; ételmérgezés, vérhas , szalmonellózis , égési betegség toxémiás és szepticotoxémiás stádiumban ; veseelégtelenség, krónikus hepatitis , akut vírusos hepatitis , májcirrhosis , atópiás dermatitis , bronchiális asztma , gastritis , krónikus epehólyag -gyulladás , enterocolitis , cholecystopancreatitis ; mérgezés vegyi vegyületekkel és gyógyszerekkel (beleértve a szerves foszfor- és szerves klórvegyületeket, pszichoaktív szereket), allergiás betegségek , anyagcserezavarok, alkohol-elvonási szindróma ; rákos betegek mérgezése sugár- és kemoterápia hátterében ; felkészülés röntgen- és endoszkópos vizsgálatokra (a bélben lévő gázok csökkentésére ).

Ellenjavallt a gyomor- bél traktus fekélyes elváltozásaiban (beleértve a gyomor- és nyombélfekélyt , a nem specifikus fekélyes vastagbélgyulladást ), a gyomor-bél traktus vérzése , antitoxikus gyógyszerek egyidejű alkalmazása, amelyek hatása a felszívódás után alakul ki ( metionin stb.).

Mellékhatásként dyspepsiának , székrekedésnek vagy hasmenésnek nevezik ; hosszan tartó használat esetén - hipovitaminózis , tápanyagok ( zsírok , fehérjék ), hormonok csökkent felszívódása a gyomor-bél traktusból . Aktív szénen keresztüli hemoperfúzióval - thromboembolia , vérzés , hipoglikémia , hypocalcaemia , hipotermia , vérnyomáscsökkentés .

Lásd még

• Szorbensek
• Enteroszorbensek
• Faszén
• Maszk
• Terra preta

Jegyzetek

1. ↑ GOST 6217-74
2. ↑ 1 2 Vízkezelés: Kézikönyv. // Szerk. S. E. Belikova. M.: Aqua-Therm, 2007. - 240 p.
3. ↑ Prof. Zelinszkij és Szadikov. A szén mint gázálarc. Petrograd.1918, 4-5
4. ↑ Gomez-Serrano V., Piriz-Almeida F., Duran-Valle CJ, Pastor-Villegas J. Oxigénszerkezetek kialakulása levegő aktiválással. FT-IR spektroszkópiás vizsgálat // Szén. - 1999. - V.37. - P. 1517-1528
5. ↑ Machnikowski J., Kaczmarska H., Gerus-Piasecka I., Diez MA, Alvarez R., Garcia R. Structural modifikation of coal-tar pitch fractions during mild oxidation - relevance to carbonization behavior // Carbon. - 2002. - V.40. - P. 1937-1947
6. ↑ Petrov N., Budinova T., Razvigorova M., Ekinci E., Yardim F., Minkova V. Szén-adszorbensek előállítása és jellemzése furfurolból // Carbon - 2000. - V. 38, No. 15. - P. 2069 —2075
7. ↑ Garcia AB, Martinez-Alonso A., Leon CA, Tascon JMD Egy aktív szén felületi tulajdonságainak módosítása oxigénplazma kezeléssel // Fuel. - 1998. - V. 77, 1. szám - P. 613-624
8. ↑ 1 2 Saha B., Tai MH, Streat M. Aktív szén vizsgálata oxidáció után és az azt követő kezelés jellemzése // Folyamatbiztonság és környezetvédelem - 2001. - V.79, No. B4. - P. 211-217
9. ↑ Polovina M., Babic B., Kaluderovic B., Dekanski A. Oxidált aktivált szénszövet felületi jellemzése // Carbon −1997. - V.35, 8. sz. - P.1047-1052
10. ↑ Fanning PE, Vannice MA A DRIFTS vizsgálata szén felületi csoportjainak kialakulásáról oxidációval // Carbon - 1993. - V.31, No. 5. - P.721-730
11. ↑ Youssef AM, Abdelbary EM, Samra SE, Dowidar AM A polivinil-kloridból nyert szének felületi tulajdonságai // Ind. J. of Chem. a szekció - Szervetlen bio-szervetlen fizikai elméleti és analitikai kémia - 1991. - V. 30, No. 10. - P. 839-843
12. ↑ Arriagada R., Garcia R., Molina-Sabio M., Rodriguez-Reinoso F. A gőzaktiválás hatása az Eucalyptus globulusból és az őszibarack kövekből származó aktív szén porozitására és kémiai természetére // Microporous Mat. - 1997. - V.8, 3-4. - P.123-130
13. ↑ Molina-Sabio M., Gonzalez MT, Rodriguez-Reinoso F., Sepulveda-Escribano A. A gőz és a szén-dioxid aktiválásának hatása az aktív szén mikropórusméret-eloszlására // Carbon - 1996. - V.34, No. 4 - P.505-509
14. ↑ Bradley RH, Sutherland I, Sheng E Carbon felület: Terület, porozitás, kémia és energia // J. of colloid and interface science - 1996. - V. 179, No. 2. - P. 561-569
15. ↑ Sutherland I., Sheng E., Braley RH, Freakley PK Effects of ozon oxidation on carbon black surfaces // J. Mater. sci. - 1996. - V. 31. - P. 5651-5655
16. ↑ Rivera-Utrilla J; Sanchez-Polo M. A diszperzív és elektrosztatikus kölcsönhatások szerepe naftalinszulfonsavak vizes fázisú adszorpciójában ózonnal kezelt aktív szénen // Carbon - 2002. - V.40, No. 14. - P. 2685-2691
17. ↑ 1 2 Valdes H., Sanchez-Polo M., Rivera-Utrilla J. és Zaror CA Az ózonkezelés hatása az aktív szén felületi tulajdonságaira // Langmuir - 2002. - V. 18. - P. 2111-2116
18. ↑ Pradhan BK, Sandle NK Különféle oxidálószeres kezelések hatása az aktív szén felületi tulajdonságaira // Carbon. - 1999. - V. 37., 8. sz. - P. 1323-1332
19. ↑ Acedo-Ramos M., Gomez-Serrano V., Valenzuella-Calahorro C. és Lopez-Peinado A.J. Aktív szén oxidációja folyékony fázisban. FT-IR vizsgálat // Spektroszkópia betűi. - 1993. - V. 26. (6). - P. 1117-1137
20. ↑ Gomez-Serrano V., Acedo-Ramos M., Lopez-Peinado AJ, Valenzuela-Calahorro C. Stabilitás a melegítés és a folyadékfázisban oxidált aktív szén gázkibocsátása felé // Thermochimica Acta. - 1991. - V.176. — P.129-140
21. ↑ Tarkovskaya, I. A. Oxidált szén: tankönyv. kézikönyv egyetemeknek / I. A. Tarkovskaya; Kijev: A tudomány gondolata. 1981. - 200 s
22. ↑ Stőhr B., Boehm HP, Schlőgl R. Aktív szén katalitikus aktivitásának fokozása oxidációs reakciókban ammóniával vagy hidrogén-cianiddal végzett termikus kezeléssel és szuperoxid fajták megfigyelése lehetséges intermedierként // Carbon. - 1991. - 1. évf. 26., 6. sz. - P. 707-720
23. ↑ Biniak S., Szymański G., Siedlewski J., Światkowski A. Az aktív szének jellemzése oxigén- és nitrogénfelületi csoportokkal // Carbón. - 1997. - 35. évf., 12. szám. - P. 1799-1810
24. ↑ Boudou JP, Chehimi M., Broniek E., Siemieniewska T., Bimer J. H 2 S or SO 2 adsorption on an Activated carbon cloth modified by ammonia treatment // Carbon. - 2003. - 20. évf. 41., 10. sz. - P. 1999-2007
25. ↑ Sano H., Ogawa H. Nitrogéntartalmú aktív szén előállítása és alkalmazása // Osaka Kogyo Gijutsu Shirenjo. - 1975. - 1. évf. 26., 5. sz. - P.2084-2086
26. ↑ ScienceDirect.com – Alkalmazott katalízis A: Általános – Az aktív szén felületi funkcionalizálásának hatása a palládiumdiszperzióra és a katalitikus aktivitásra hidrogén - oxban.... Letöltve: 2012. július 30. Az eredetiből archiválva : 2011. május 31.. (határozatlan)
27. ↑ ScienceDirect.com – Szén – A klórozás hatása az aktív szén felületi tulajdonságaira . Letöltve: 2012. július 30. Az eredetiből archiválva : 2015. szeptember 24.. (határozatlan)
28. ↑ XPS vizsgálat a korom halogénezéséről – 2. rész. Klórozás . Letöltve: 2012. július 30. Az eredetiből archiválva : 2015. szeptember 24.. (határozatlan)
29. ↑ ScienceDirect.com - Carbon - XPS A korom halogénezésének vizsgálata 1. Brómozás . Letöltve: 2012. július 30. Az eredetiből archiválva : 2015. szeptember 24.. (határozatlan)
30. ↑ Korom fluorozása: Röntgen fotoelektron spektroszkópiai vizsgálat: III. Különböző kormok fluorozása gáz halmazállapotú fluorral 100 °C alatti hőmérsékleten influ... . Letöltve: 2012. július 30. Az eredetiből archiválva : 2015. szeptember 24.. (határozatlan)
31. ↑ ScienceDirect.com – Szén – Korom-kén felületi származékok képződése P2S5-tel való reakcióval . Letöltve: 2012. július 30. Az eredetiből archiválva : 2015. szeptember 24.. (határozatlan)
32. ↑ ScienceDirect.com - Üzemanyag - Mezopórusos szénen lehorgonyzott szulfoncsoportok Starbons-300 és alkalmazása olajsav észterezésére . Letöltve: 2012. július 30. Az eredetiből archiválva : 2015. szeptember 24.. (határozatlan)
33. ↑ ScienceDirect.com - Katalízis kommunikáció - Hatékony szénalapú savkatalizátorok a propán-2-ol dehidratálásához . Letöltve: 2012. július 30. Az eredetiből archiválva : 2015. szeptember 24.. (határozatlan)
34. ↑ Kettős kötések kémiai reakciói aktív szénben: mikrohullámú és brómozási módszerek - Chemical Communications (RSC Publishing) . Letöltve: 2012. július 30. Az eredetiből archiválva : 2013. január 22.. (határozatlan)
35. ↑ Karapetyants M.Kh., Drakin S.I. Általános és szervetlen kémia. - Moszkva: Kémia, 1981. - 632 p.
36. ↑ Strunina A.V., Belozovsky A.B., Savelyeva I.F., Kaplan L.K., Golubev V.N., Staritsina G.I. Földgáz tisztítása merkaptánokból aktív szénnel // Szén-adszorbensek és alkalmazásuk az iparban / Demeneva E.M., Sukmanova K.G. (szerk.). - Perm: Leningrádi Műszaki Intézet, 1969. - T. (2. szám). - 51-59. — 149 p. - 600 példány.
37. ↑ Sztyazskin Konsztantyin Kirillovics. Az importhelyettesítés iránya  // Association of SIZ Bulletin of ASIZ. - Moszkva: Szojuzpechat, 2015. - Március ( 1. szám (33) ). - S. 2-3 . (Orosz)

Linkek

• Chausovsky S. S. Aktív szén (karbolén)
• Aktív szén (Carbo activitus) – Gyógyszerek és gyógyszertári termékek enciklopédiája . Radar szabadalom. — Utasítás, alkalmazás és képlet.
• Aktív szén – Gyógyszerek és gyógyszertári termékek enciklopédiája . Radar szabadalom. - Hatóanyag.
• Aktív szén (aktív szén) - Alkalmazás, felszabadulási formák, orosz analógok .

Szótárak és enciklopédiák	Nagy dán Nagy katalán nagy kínai Nagy orosz Nagy Szovjet (1 kiadás) Britannica (online) Modern Ukrajna
Bibliográfiai katalógusokban	NDL : 00565134