Древесный уголь. Активированный уголь
Активированный уголь — это адсорбент — вещество с развитой пористой структурой, которое получают из различных углеродсодержащих материалов органического происхождения. Наиболее качественными из доступных сорбентов являются уголь из кокосовой скорлупы и березовый (БАУ-А) уголь.
С точки зрения химии активированный уголь – это одна из форм углерода с несовершенной структурой, практически не содержащая примесей. Активированный уголь на 87-97 % по массе состоит из углерода, также может содержать водород, кислород, азот, серу и другие вещества.
Активированный уголь не всасывается организмом и выделяется из него без изменений. Молекулы активированного угля присоединяют к себе молекулы разных веществ, которые связываются и позже выводятся из организма вместе с углем.
Историческая справка
Было замечено, что древесный уголь может обесцвечивать определенные жидкости. Это открытие привело к первому промышленному применению древесного угля на английском сахаро-рафинадном заводе.
Уголь является важным ресурсом, который используется для производства тепла, энергии и электричества.
Прочтите некоторые удивительные факты и информацию о потреблении угля, добыче угля, горнодобывающей промышленности, энергетике угля, его влиянии на окружающую среду и многом другом.
- Уголь в основном состоит из углерода, но также содержит другие элементы, такие как водород, кислород, сера и азот.
- Уголь образовывается как растительное вещество на дне воды. В конце концов он покрыт и глубоко погребен в отложениях, где со временем происходит метаморфоза (изменение формы).
- Различные виды угля содержат разное количество углерода. Лигнит содержит только около 60-75%, в то время как антрацит содержит более 92%.
- Антрацит - это твердый, блестящий черный уголь, который горит синим бездымным пламенем. В то время как большинство форм угля связано с осадочными породами, антрацит подвергается метаморфизму и связан с метаморфическими породами.
- Уголь уже давно сжигается для выработки электричества и тепла. Использование угля увеличивается с каждым годом, в 2006 году мир потребил более 6 000 000 000 000 кг угля!
- Уголь является крупнейшим в мире источником энергии для производства электроэнергии.
- Уголь преобразуется в электричество путем сжигания в печи с котлом. Вода в котле нагревается до тех пор, пока она не станет паром, а пар затем вращает турбины и генераторы для выработки электричества.
- Почти 70% электроэнергии в Китае производится из угля. В целом, уголь производит около 40% мировой электроэнергии.
- Добыча угля и последующее сжигание угля могут иметь множество негативных последствий как для людей, так и для окружающей среды. Примеры этого включают отходы, кислотные дожди, загрязненную воду, ядовитые выбросы, высокий уровень углекислого газа и повышенный риск рака легких для работников угольного завода.
Изготовление
Активированный уголь, в зависимости от марок, изготавливается из различного сырья:
из скорлупы кокосового ореха
из лесного или грецкого ореха
из фруктовых косточек
из древесных отходов
из синтетических материалов и резины
из органических шламовых суспензий
из смесей галогенсодержащих углеводородов
из хлорированных карбидов кремния, титана, циркония, алюминия и бора
Почему же эта небольшая черненькая таблеточка способна так эффективно поглощать различные вещества?
Весь фокус кроется в особом производстве активированного угля. Производство активированного угля состоит из двух этапов. Первый этап – это получение древесного угля. Он образуется при нагревании древесины без доступа кислорода. Однако полученный таким образом древесный уголь не способен выполнять функцию адсорбента – поры и микроканальцы в нем есть, но их довольно мало и они закрыты. Тогда древесный уголь подвергают активации – это второй этап, в процессе которого уголь либо нагревают, предварительно пропитав его специальными химическими соединениями, либо обрабатывают перегретым водяным паром. В обоих случаях процесс протекает без доступа кислорода, чтобы уголь не загорелся.
В результате этих операций получается особая углеродная структура, которая представляет собой слои атомов углерода, расположенных хаотично относительно друг друга, из-за чего между слоями образуется пространство – поры. Эти поры как раз и придают активированному углю его свойства – поры способны поглощать и удерживать в себе другие вещества. И пор этих невероятное количество. Так, площадь пор всего 1 грамма активированного угля может доходить до 2000 м2!
Уже около 1550 г. до н.э. в старом египетском папирусе упоминалось о применении древесного угля в медицине.
Опыт №1
- Собственно, активированный уголь в таблетках
- Йод
- Две прозрачные емкости.
- Немного воды.
1) Для начала растолчем штук десять таблеток активированного угля. Растолочь их будет проще, если добавить несколько капелек воды.
2) После этого добавляем примерно чайную ложку йода.
3) А затем пару столовых ложек воды.
4) Хорошенько все это дело размешаем.
В таблетки с углем добавляют крахмал, поэтому наша взвесь наряду счерным приобретает синий оттенок – это характерная реакция йода на присутствие крахмала.
Теперь оставляем наш раствор на некоторое время. Для того чтобы, как говорится, почувствовать разницу, во второй стакан также нальем йод и немного воды, но активированного угля добавлять не будем.
По прошествии пары часов видим, что контрольный стакан по-прежнему содержит бурый раствор йода. А вода в стакане с активированным углем очистилась и стала прозрачной. Ну, или почти прозрачной — у меня еще не весь уголь осел на дно, поэтому вода выглядит немного мутноватой. Но это вопрос времени — если бы подождать еще, то вода стала бы совсем чистая.
Так активированный уголь любезно продемонстрировал нам свои адсорбционные, т.е. поглощающие свойства. Ровно таким же образом активированный уголь действует при отравлениях или в фильтрующих элементах.
Опыт №2
В пузырек с водой капни чуть-чуть синих чернил для авторучки, чтобы раствор был бледно-голубым. В тот же пузырек положи растолченную таблетку активированного угля. Закрой горлышко пальцем и взболтай смесь. Она посветлеет на глазах. Дело в том, что такой уголь буквально впитывает своей поверхностью молекулы красителя, извлекая их из воды. А когда окрашенное вещество поглощено углем, его, понятное дело, уже не видно.
Опыт №3
Попробуй поставить тот же опыт с другими красящими веществами, например с чернилами разных цветов и с гуашевыми красками (но во всех случаях бери сильно разбавленные растворы).
Вывод: Уголь способен поглощать многие вещества.