Производство активированного угля: исходный материал и этапы изготовления

Как его применяют?

Все знают, что активированный уголь в основном применяют в медицинских целях. В пероральном виде он используется в неотложной медицине, он эффективен для снижения воздействия некоторых ядов и при передозировке другими вредными веществами.

Его действие связывают с углеродным поглощением токсинов. Иногда врачи назначают несколько доз, ведь он помогает только при отравлениях определенными видами ядов.

Например, он не действует против мышьяка, метанола (древесного спирта), этилена, лития, гликоля или цианида.

Помимо этого древесный уголь очищает воду, воздух, разливы и восстановливает грунтовые воды.

В некоторых фильтрах в водоочистных установках мембраны угля быстро фильтруют осадки, тяжелые металлы и другие вещества, которые определенно вредны для здоровья.

Аналогичным образом более жесткие жидкости, например, водка, фильтруются от примесей с использованием этих мембран во время производства.

Краски, лаки и другие продукты на нефтяной основе выделяют газы, содержащие вредные, а иногда и вызывающие рак, летучие органические соединения. Активированный уголь в очистителе воздуха может захватывать эти соединения.

Применение

Производство пористых угольных материалов во всем мире составляет около миллиона тонн в год. Для чего же все это нужно? Зачем человечеству такое количество активированного угля? Что, все дружно отравились? Конечно же нет. Применение в медицине стоит на последних местах по количеству затрачиваемого угля (дальше я не всегда буду использовать слово «активированный», чтобы не перегружать текст).

Основные области применения:

• очистка воздуха и газов в промышленности;
• очистка растворов в промышленности;
• адсорбция паров бензина, выделяемых машинами;
• очистка воздуха в помещениях, где находится много людей (например, аэропорты);
• противогазовая защита людей от вредных веществ (противогазы);
• производство защитных тканей (они содержат мелкодисперсный активированный уголь и защищают человека от токсичных газов);
• использование в качестве катализатора в некоторых технологических процессах;
• обогащение металлов (например, золота);
• использование в качестве фильтра в некоторых сигаретах;
• конечно же – применение в медицине (об этом я расскажу отдельно).

Что касается растворов, хочу чуть подробнее сказать, что сюда входит:

• очистка сахарного сиропа при производстве сахара;
• очистка пищевых жиров и масел;
• очистка лекарственных препаратов (например, желатина, кофеина, инсулина, хинина и т.д.);
• очистка спирта, пива, вина, фруктовых соков;
• очистка питьевой воды;
• очистка бытовых и промышленных сточных вод.

Если совсем в общих чертах, то есть вот такие цифры потребления угольных материалов:

Конечно же, для всех этих целей используются разные ПУМ. Они отличаются между собой многими параметрами, например, размерами пор (что влияет на их сорбционные свойства), способностью смачиваться водой (гидрофильностью), чистотой, то есть количеством примесей, прочностью, составом и т.д. Даже цена материала имеет большое значение при крупномасштабном использовании, например, при очистке газовых выбросов заводов.

И один момент, над которым мало кто задумывается – а что происходит с углями, чьи поры полностью заполнены «загрязнителями»? Идеальный вариант, конечно, реактивирование, то есть регенерация – удаление адсорбированных веществ и повторное использование угля.

Но здесь много минусов – уголь весьма неохотно отдает то, что уже забрал. Необходимо специальное оборудование для регенерации, создание специальных условий (например, повышенная температура), использование дополнительных химических веществ, энергозатраты. Именно поэтому реактивирование далеко не всегда используется.

Активированный уголь из чего делают

Уголь – это чёрного цвета остаток от сжигания богатого углеродом материала – например, дерева, каменного угля или кокосовой кожуры. Чтобы получить активированный уголь из обычного, последний подвергают воздействию тепла, кислорода, иногда кислоты или щёлочи. Происходящие при этом химические реакции перераспределяют атомы углерода, образуя в исходном материале множество крошечных пор. В результате активированный уголь получает просто невероятную площадь поверхности. У одного его грамма она может достигать от 500 до 1500 квадратных метров. Это больше, чем у шара высотой с четырёхэтажный дом!

Это позволяет активированному углю эффективно захватывать некоторые молекулы – с помощью процесса, который называется адсорбция

Обратите внимание, что это не абсорбция, при которой химические вещества удерживаются внутри чего-то – например, вода внутри тряпки. Адсорбция – это когда молекулы прикрепляются к поверхности другого материала

В нашем случае – к углеродным порам. Это происходит благодаря силам Ван-дер-Ваальса – слабому притяжению между незаряженными молекулами. Как правило, в зависимости от того, с какого бока находятся электроны в молекуле, одна её сторона электрически более заряжена, чем другая. Поэтому в момент, когда молекула проходит сквозь крошечные поры активированного угля, силы Ван-дер-Ваальса, несмотря на всю свою слабость, притягивают её к стенкам.

Активированный уголь великолепно собирает молекулы, содержащие углерод, а у большинства ядов они есть. Кроме того, у вредоносных веществ молекулы обычно довольно крупные, что означает более сильные взаимодействия с использованием сил Ван-дер-Ваальса. Благодаря огромной площади поверхности количество задерживаемого яда весьма внушительно. Выполнив свою связывающую миссию, активированный уголь удаляется через пищеварительный тракт, не всасываясь в клетки организма. Именно поэтому отрава лишается возможности распространяться и наносить вред.

Вред активированного угля для организма при похудении

Многие используют средство в целях похудения, некоторые худеющие отмечают положительный результат. Что об этом говорят специалисты? На этом препарате худеть не рекомендуется, и вот по каким причинам:

1. Уголь вызывает замедление перистальтики, что негативно сказывается на состоянии ЖКТ. Это может стать причиной запоров, что в дальнейшем приводит к развитию геморроя.
2. Препарат является сорбентом, но он не избавляет от жира, это ЛС очищает организм, способствуя налаживанию обмена веществ и жирового обмена.
3. Средство сорбирует не только вредные вещества, но и микроэлементы, ферменты, аминокислоты.
4. Длительный прием приводит к изменениям кожи, она становится тусклая, волосы выпадают, ногти начинают ломаться.
5. Следует учесть, что препарат нельзя принимать с иными лекарственными средствами, он снижает их действие.

Худеть с помощью активированного угля можно, но с соблюдением допустимых сроков приема и не часто. Потому что отрицательные стороны такого похудения имеют опасные последствия.

Как получают

Основное сырье – природные материалы: древесный уголь, древесные опилки, торф, уголь из скорлупы грецкого ореха, каменный уголь, кокс, бурый уголь и т.п.

Так, например, около 36% углеродных сорбентов получают из древесины, на втором месте по распространенности – каменный уголь (28%). Из бурых углей производят 14% пористых углеродных материалов или ПУМ (так часто называют активированные угли), из торфа – около 10%.

Когда я собирала материал для статьи, мне было интересно узнать, что приблизительно 10% производится из скорлупы кокосовых орехов. Вот уж никогда бы не подумала о таком сырье. Настолько оно нетипично и непривычно для наших реалий, а вот для кого-то это в порядке вещей

В обычном угле поры закрыты, он не может поглощать в себя другие вещества, нужна его активация. Именно для этого и существуют различные технологии активации, то есть раскрытия пор, увеличения их количества и размеров.

Основной принцип – исходный материал помещают в печи и обрабатывают смесью воздуха, водяного пара и углекислого газа при температуре 800-1000 градусов Цельсия. При этом происходит изменение структуры материала и образование в нем большого количества пор (именно отсюда и произошло название ПУМ – пористые углеродные материалы), которые и определяют свойства и применение активированных углей.

Как правило, площадь активной поверхности 1 грамма такого угля составляет 1-4 квадратных метра.

Использование древесного угля в современном мире

В промышленных масштабах древесный уголь используется в следующих сферах:

• металлургия;
• уголь делают для плавки кристаллического кремня;
• аграрное дело;
• медицина, наверняка всем знаком старый добрый активированный уголь.

Это интересно: использовать древесный уголь массово начали ещё в XIV веке, именно тогда и появилась профессия с интересным названием — углежог. Дрова использовались как сырье, уголь как полуфабрикат для кузнечного дела, металлургии, керамического производства.

Уголь активно используется в быту, ведь при горении он дает ровный спокойный жар. Его приобретают:

1. Для больших декоративных каминов в частных домах.
2. Печей. Тогда лучше приобретать материал из твердой древесины.
3. Мангалов. Благодаря равномерному жару приготовленная еда приобретает совершенно другой вкус.
4. Цветочных вазонов, удобрений для растений.

Благодаря высокой востребованности промышленное изготовление древесного угля активно развивается. Чтобы приготовить такое сырье дома самому, не нужны чертежи и большое количество материала для постройки огромной печи.

Что такое древесный уголь

Об уникальных свойствах древесного угля было известно давно. О том что человечество стало использовать уголь древесный для своих нужд известно из археологических раскопок. Целые древние города и поселения использовали промысел по получению древесного угля как основную статью своего дохода. Собственно первые экологические катастрофы и были связаны с массовой вырубкой деревьев для получения этого продукта. Например, в Крыму, ради изготовления амфор для пшеницы караимами и генуэзцами были вырублены реликтовые леса. Из-за чего в некоторые районы Крыма до сих пор считаются малопригодными для жизни. Подобное положение стало началом разработок каменного угля в Англии и Франции.

Древесный уголь получают путем сжигания древесины различных пород. Особенностью процесса выступает то, что в результате высокотемпературного воздействия структура тканей древесины меняется – выжигаются химические элементы, а углерод остается. Химическая формула полученного продукта показывает, что в его составе в среднем содержится до 84% нелетучего углерода. Это топливо при сгорании, позволяет избежать выделение самого опасного для человека продукта горения – угарного газа. Из химии известно, что именно этот газ без цвета и запаха выделяется при сгорании летучих веществ без доступа кислорода.

Кроме того, свойства древесного угля позволяют применять его и в других важных для человека процессах – очистке воды и воздуха, в качестве медицинского препарата, даже художники нашли применение для этого материала.

Но все-таки состав материала, в котором углерод главный элемент наибольшее применение нашел в промышленности:

• металлургия — катализатор и восстановитель при производстве чугуна и стали;
• химическая промышленность — фильтры для опасных производств;
• энергетика — топливо, наполнители для фильтрационных установок.

Сегодня известна масса способов добычи этого продукта начиная от способа в котором древесный уголь выжигается в яме, и заканчивая высокотехнологичными способами получения брикетов. При этом в качестве сырья используется не цельные массивы деревьев ценных пород, а прессованные опилки деревьев.

Таким образом, получаемая ценность древесного угля заключается:

• В большом содержании нелетучего углерода и отсутствии в составе фосфора и серы;
• Высокой теплоотдачей при горении;
• Длительном периоде горения;
• Возможностью использования как возобновляемого ресурса;
• Практически в полном его сгорании без остатка.

Свойства

При пиролизе древесины сохраняется структура её проводящих тканей, поэтому в образующемся древесном угле имеется большое количество капилляров и пор, обладающих большой суммарной поверхностью, что способствует его большой адсорбционной способности. При обычной температуре древесный уголь может адсорбировать различные вещества из их растворов, а также различные газы, в том числе инертные. При этом чем легче сжижается газ, тем лучше его адсорбирует древесный уголь. При нагревании адсорбировавший вещества древесный уголь выделяет их, вновь приобретая способность адсорбировать. Чтобы увеличить адсорбционную способность угля, его активируют нагреванием без доступа воздуха.

Способность к поглощению газов углём почти одновременно описали в 80-х годах XVIII века шведский химик Карл Вильгельм Шееле и итальянский учёный Феличе Фонтана. В России в 1785 году академик Товий Егорович Ловиц открыл и подробно исследовал явление адсорбции углём в жидкой среде, предложив применить его для очистки органических веществ.

Что такое древесный уголь и для чего он используется

Древесный уголь используется людьми уже много тысяч лет назад: его находили при раскопках в поселениях пещерных людей. Вряд ли они изготавливали его сами, скорее собирали на пожарах или сохраняли остатки костров, но, видимо, знали о его свойствах и умели пользоваться.

Древесный уголь — высококалорийное топливо

Сегодня в нашей стране этот вид топлива используется большей частью для приготовления пищи: его используют в мангалах и барбекюшницах, подкладывают в костры. Иногда используют для каминов: горит он долго, выделяет много тепла (7800 ККл/кг), а дыма и копоти почти не образуется. Оставшаяся зола является отличным удобрением и используется для удобрения лесных угодий или сельскохозяйственных полей. Зола древесного угля применяется также для производства удобрений.

В промышленности древесный уголь используют для выплавки чугуна. Для производства тонны сплава требуется всего 0,5 тонны этого топлива. При этом чугун получает повышенную стойкость к коррозии и прочность. Как флюс используют каменный уголь при выплавке латуни, бронзы, меди, марганца, цинка и никеля. Из него изготавливают твердую смазку для машиностроения, используют для шлифовки в приборостроении и полиграфии и т.д. Из древесного угля изготавливают фильтры разного назначения.

Сегодня древесный уголь начинают рассматривать как альтернативу традиционному топливу: в отличие от каменного угля, нефти и газа он относится к возобновляемым материалам. Причем современные технологии позволяют получать древесный уголь даже из отходов промышленности: из опилок, трухи, кустарников и т.п. Из такого измельченного сырья формируют брикеты, которые дают в 1,5 раза больше тепла, чем обычный древесный уголь. При этом тепло выделяется более продолжительный промежуток времени и жар получается равномерный.

Как правильно принимать активированный уголь

Принимать активированный уголь как и любое лекарство нужно правильно во избежание возможных побочных эффектов.

Хотя активированный уголь не токсичен, не всасывается кишечником, выводится уже через 7–10 часов после приема, у него почти нет противопоказаний, но на своем пути по кишечнику, он не только собирает всевозможные токсины, но и поглощает без разбору все полезные микроэлементы и витамины, что может привести к дисбактериозу.

Поэтому стоит избегать длительного приема таблеток, а после курса лечения желательно пропить витамины и препараты, восстанавливающие микрофлору.

Кроме того активированный уголь нельзя принимать совместно с другими лекарствами, действие которых уголь сведет на нет.

В какое время принимать активированный уголь

Уголь принимают на голодный желудок за час — два до еды или спустя такое же время после приема пищи. Удобно делать это утром, сразу после пробуждения и вечером за два часа до сна (поскольку прием угля должен сопровождаться употреблением большого количества воды).

Сколько принимать активированного угля

Доза приема индивидуальная в каждом конкретном случае, она описана в рецептах.

Чаще всего применяют расчет такой: 1 таблетка (25 млг) угля на 10 килограмм веса.

К примеру, если ваш вес – 70 кг, то следует принять 7 таблеток за один или 2-3 приема.

Ребенку весом 20 кг можно дать две таблеточки активированного угля.

Как лучше пить

Можно употреблять таблетки, разжевывая и запивая водой (не менее стакана).

Целиком таблетку тоже можно проглотить. Чтобы это легче было сделать, сначала выпейте глоток воды и смочите горло.

Обязательно во время приема активированного угля пейте много воды в течение дня.

Сколько дней можно пить активированный уголь

В зависимости от конкретного случая уголь можно принимать от 3-х до 14 дней. Больше 14 дней подряд пить уголь нельзя, это может привести к запорам и к обеднению организма (читай выше). Обязательно сделайте двухнедельный перерыв, а в случае необходимости можно курс повторить.

Противопоказания

Сразу же рассажу о возможных противопоказаниях, их немного:

1. гиперчувствительность
2. язва желудка и 12-перстной кишки
3. кровотечения из ЖКТ
4. одновременный прием с антитоксическими лекарствами.

Активированный уголь в индивидуальных случаях может вызвать запоры, да и то, если принять его сразу очень много, а также диарею.

Обязательно храните его в сухом месте вдали от веществ, выделяющих газы.