Mic, puternic, negru ...

Folosim cookie-uri pentru a dezvolta continuu DAZ.online și pentru a-l adapta din ce în ce mai bine la nevoile dumneavoastră. DAZ.online este finanțat prin publicitate, iar cookie-urile sunt, de asemenea, setate pentru aceasta. Prin urmare, utilizarea site-ului este posibilă numai cu acordul utilizării cookie-urilor. Detalii despre utilizarea cookie-urilor pot fi găsite în politica noastră de confidențialitate.

Folosim cookie-uri pentru a vă îmbunătăți experiența și a furniza conținut personalizat. Suntem finanțați și prin publicitate care are nevoie de cookie-uri. Prin urmare, pentru a utiliza DAZ.online trebuie să fiți de acord cu utilizarea cookie-urilor.

"Milă! Dar DAZ.online nu poate face fără cookie-uri în totalitate, inclusiv deoarece ne finanțăm din venituri din publicitate. Prin urmare, în prezent nu puteți utiliza DAZ.online fără acest acord.

Ne pare rău, dar nu puteți accesa DAZ.online fără a fi de acord cu utilizarea cookie-urilor.

DAZ.online
DAZ/AZ
DAZ 39/2019
Mic, puternic, negru

toxicologie

Cărbune activ în acțiune - nu numai împotriva otrăvirii

La nivel mondial, există o cerere de aproximativ două milioane de tone de cărbune activ pe an. Tendință ascendentă. Importurile de carbon activ în Germania au crescut, de asemenea, de ani de zile. În 2008, aproximativ 45.000 de tone de cărbune activ au fost aduse în Germania, în 2017 erau deja peste 70.000 de tone [1].

Producție: convențională și regenerativă

Materiile prime pentru extracția cărbunelui activ sunt în principal materiale de origine vegetală, cum ar fi lemnul, turbă, coaja de copac, miez de fructe sau coji de nuci. În acest caz, se vorbește și despre biochar. Cărbunele animal se referă la produsele care sunt produse prin activarea sângelui animalului sau a oaselor animalelor.

Materialele minerale, cum ar fi cărbunele sau lignitul sau produsele petrochimice, cum ar fi materialele plastice, sunt, de asemenea, utilizate pentru a produce cărbune activ. Aceste materiale sunt mai întâi carbonizate fie prin procese chimice, fie prin procese termice. Acest lucru se face în general fie prin tratament cu agenți de deshidratare precum clorură de zinc, soluție de hidroxid de sodiu sau acid fosforic la temperaturi de 500 până la 900 ° C sau prin încălzirea uscată a materiei prime care conține carbon într-o atmosferă fără oxigen la aproximativ 800 ° C [2]. Inițial, se creează doar pori foarte mici. Sistemul porilor activi este apoi creat prin îndepărtarea componentelor volatile. În acest proces, produsele de descompunere tarate care înfundă porii fini sunt expulzați și structura carbonului este expusă în continuare. Prin acțiunea vaporilor de apă fierbinte de la 900 la 1000 ° C, are loc o activare oxidativă pe suprafețele interioare, care îndepărtează carbonul din pereții porilor prin transformarea acestuia în monoxid de carbon, prin care se creează pori suplimentari și suprafața este mărită de mai multe ori. Dimensiunea porilor poate fi adaptată prin variația parametrilor procesului (temperatură, timp și altele).

Întrucât producția convențională de cărbune activ este un proces extrem de consumator de energie și resurse [3], s-au încercat de ceva timp să se găsească surse alternative de extracție. Proiectul de cercetare RE-DIRECT [4], care este finanțat de Uniunea Europeană și la care participă Belgia, Franța, Irlanda și Țara Galilor, în plus față de Germania, vizează dezvoltarea proceselor de producere a cărbunelui activ din biomasa regională reziduală. Prima instalație pilot din lume este în funcțiune de testare pe locul stației de epurare Sinzheim din 2019 [5]. Din aproximativ 1000 de tone de reziduuri de la eliminarea deșeurilor verzi, 200 până la 300 de tone de cărbune activ urmează să fie produse în instalația de carbonizare, care urmează să fie utilizate în circuit pentru tratarea apei. Cu o cantitate estimată de aproximativ 34 de milioane de tone de biomasă neutilizată, care apare numai în nord-vestul Europei, există un potențial enorm pentru materii prime alternative la materiale precum lemnul sau cărbunele, care sunt de fapt mult prea valoroase.

Proprietăți și mod de acțiune

Capacitatea ridicată de adsorbție a cărbunelui activ se bazează pe structura sa extrem de poroasă (vezi Fig. 1). Porii sunt cu pori deschiși, ceea ce înseamnă că sunt conectați între ei ca un burete. Suprafața interioară este de până la 2000 m 2 pe gram. Aceasta înseamnă că două grame de cărbune activ au aproximativ dimensiunea unui teren de fotbal. În funcție de dimensiunea și distribuția porilor, acestea sunt împărțite în:

Submicropori (50 nm).

În timp ce macro și mezopori permit în primul rând gazelor și lichidelor să pătrundă în interiorul cărbunelui activ, majoritatea substanțelor sunt adsorbite în principal pe suprafața microporilor. Procesul de adsorbție are loc fizic sau chimic. Când o substanță este atașată fizic, aceasta este atașată datorită forțelor moleculare de suprafață (forțele van der Waals). În cazul depunerilor chimice, substanța adsorbită și cărbunele activ intră într-o reacție chimică la suprafață, ceea ce duce de obicei la o legătură mai puternică. O metodă analitică pentru cuantificarea capacității de adsorbție a cărbunelui activ este determinarea numărului de iod. Aceasta este definită ca masa de iod în miligrame care a fost adsorbită de un gram de cărbune activ în soluție apoasă atunci când concentrația de iod rezidual în filtrat este de 0,02 mol/l [7]. Acest parametru este, de asemenea, utilizat pentru a măsura consumul de cărbune activ. Alți parametri care pot fi găsiți adesea în fișele de date cu cărbune activ sunt proprietățile fizice, cum ar fi densitatea, suprafața specifică sau mărimea granulelor.

Fig. 1: O mare suprafață interioară caracterizează cărbunele activ, aici cărbunele de origine vegetală.

Aplicație tehnică

Datorită capacității sale enorme de adsorbție, cărbunele activ poate fi utilizat în numeroase moduri pentru a îndepărta culoarea, gustul și substanțele mirositoare nedorite din gaze, vapori și lichide. Cărbunele activ este utilizat în principal sub formă de granule, sub formă de pulbere sau sub formă de pelete. Deoarece adsorbția este un proces reversibil, poluanții pot fi eliminați din nou din cărbunele activ. Acest proces este, de asemenea, cunoscut sub numele de desorbție și permite cărbunelui activ să fie reactivat și regenerat.

Un sfert din cărbunele activ produs la nivel mondial este utilizat numai în tratarea apei și a apelor uzate. Acest lucru este valabil mai ales pentru tratarea apei potabile industriale și a apelor uzate la scară largă, dar și la scară mică. B. în hobby-ul acvariului. Majoritatea măștilor respiratorii sunt umplute cu cărbune activ. Filtrele de aer evacuate din sistemele industriale, în sistemele de aer condiționat casnice sau în mașini fac parte la fel de mult ca parte a aplicațiilor ca și adsorbția coloranților sau a altor contaminanți din industria alimentară (de exemplu, în producția de bere sau băuturi spirtoase). În ingineria proceselor chimice, cărbunele activ este utilizat ca material pentru electrozi și ca purtător pentru catalizatori, în special pentru hidrogenarea catalitică. Pentru a lega mirosurile neplăcute, cărbunele activ este utilizat în branțurile de încălțăminte, precum și în incontinență și îngrijirea ostomiei.

Se utilizează pentru otrăvire

Efectul cărbunelui activat în cazul otrăvirii se bazează, desigur, și pe legarea adsorbtivă a toxinelor și pe prevenirea sau reducerea rezultată a absorbției gastrointestinale și, astfel, posibil și pe întreruperea circulației enterohepatice. Deoarece legarea la suprafața microporilor descriși mai sus se bazează pe procese fizico-chimice, adsorbabilitatea noxelor otrăvitoare depinde în esență de proprietățile lor fizico-chimice, cum ar fi dimensiunea moleculară, solubilitatea, gradul de ionizare sau disociere, precum și valoarea pH-ului și nivelul de umplere al stomacului.

Dozare și aplicare

Adsorbția particulelor dizolvate la interfața cărbunelui activ este un proces reversibil care urmează legea acțiunii masei. Creșterea dozei de cărbune activ reduce, așadar, porțiunea liberă a otrăvii, în timp ce absorbția otrăvii libere în tractul gastro-intestinal schimbă echilibrul și otrăvirea suplimentară este desorbită din cărbunele activat. Din acest motiv, doza de cărbune activ trebuie să fie în intervalul a câteva zeci de grame pentru a asigura o capacitate suficientă de legare (a se vedea tabelul 1). Din acest motiv, administrarea de cărbune completată cu o singură doză de 250 mg poate fi suficientă pentru diaree acută, dar în caz de otrăvire, cărbunele activ ar trebui să fie slurried sub formă de pulbere sau granule în mult lichid - de preferință apă. Alte lichide pot fi utilizate la copii și, dacă un pacient nu poate înghiți, este posibilă și hrănirea cu sânge.