Активированный уголь: свойства и применение¶

Активированный уголь — пористое углеродное вещество, получаемое из органического сырья путём термической обработки с последующей активацией. Обладает развитой внутренней поверхностью (до 1000–3000 м² на грамм) и высокой адсорбционной способностью, благодаря чему широко применяется в медицине, промышленности, экологии и быту.

¶Состав и строение

Основу активированного угля составляет углерод (обычно 87–97 %), остальное — кислород, водород, сера и минеральные примеси. В отличие от обычного древесного угля, активированный имеет огромное количество микропор (диаметром менее 2 нм), мезопор (2–50 нм) и макропор (свыше 50 нм). Именно пористая структура обеспечивает захват молекул загрязнителей из газов и жидкостей.

¶Сырьё и производство

Сырьём служат материалы с высоким содержанием углерода:

• древесина и древесный уголь;
• скорлупа кокосовых орехов;
• каменный и бурый уголь;
• торф;
• косточки плодовых культур;
• нефтяной кокс.

Процесс включает две стадии. Сначала сырьё карбонизируют — нагревают без доступа воздуха при 400–700 °C, получая первичный уголь. Затем проводят активацию:

• физическая — обработка паром или углекислым газом при 800–1000 °C;
• химическая — пропитка реагентами (фосфорной кислотой, хлоридом цинка, гидроксидом калия) с последующим нагревом.

Химическая активация даёт больший выход продукта, физическая — более чистый уголь.

¶Классификация

¶Свойства

Ключевые характеристики — адсорбционная ёмкость, площадь поверхности, насыпная плотность, прочность, зольность и йодное число (показатель активности). Активированный уголь гидрофобен, химически инертен, не растворяется в воде и органических растворителях. Он способен поглощать газы, пары, красители, тяжёлые металлы и органические соединения.

¶Применение

¶Медицина

В медицине используется как энтеросорбент при отравлениях, интоксикациях, метеоризме и пищевых расстройствах. Таблетки принимают внутрь; действующее вещество не всасывается в кровь, а связывает токсины в желудочно-кишечном тракте и выводится естественным путём. Препарат имеет противопоказания: язвенные поражения ЖКТ, кровотечения, непроходимость кишечника.

¶Водоподготовка

Гранулированный уголь — основа бытовых и промышленных фильтров для питьевой воды. Он удаляет хлор, органику, неприятные запахи и привкусы.

¶Промышленность

Применяется для очистки газов, рекуперации растворителей, в производстве сахара, спирта, растительных масел, в золотодобыче (сорбция золота из растворов).

¶Экология

Используется для очистки сточных вод, ликвидации разливов нефтепродуктов, в системах очистки воздуха на предприятиях.

¶История

Адсорбционные свойства угля известны с древности: ещё в Древнем Египте и Греции им очищали воду и лечили раны. В 1773 году шведский химик Карл Шееле описал поглощение газов углём. В 1900–1901 годах русский учёный Николай Зелинский разработал первый эффективный противогаз на основе активированного угля, что стало переломным моментом в развитии технологии. Промышленное производство началось в начале XX века.

¶Ограничения

Активированный уголь неэффективен против многих неорганических ионов (например, солей тяжёлых металлов в воде), плохо улавливает мелкие полярные молекулы. Отработанный сорбент требует утилизации. При длительном приёме в медицине возможны запоры, нарушение всасывания витаминов и минералов.