Aktív szén - kémia iskola
Aktív szén
Aktív szén, rövid Faszén, szintén gyógyszén nevű, porózus, finom szemcsés, nagy belső felülettel rendelkező szén, amelyet adszorbensként használnak a kémia, az orvostudomány, a víz- és szennyvízkezelés, valamint a szellőzés és a légkondicionálás technológiájában. Granulált vagy préselt tabletta formájában használják (szén tabletta).
jellemzők
Az aktív szén főként erősen porózus szerkezetű szénből (többnyire> 90%) áll. A pórusok szivacsként vannak összekötve (nyitott pórusúak). A belső felület 300 és 2000 m²/g szén között van, tehát négy gramm aktív szén belső felülete nagyjából megfelel egy focipálya területének. Az aktív szén sűrűsége 0,2 és 0,6 g/cm3 között van.
A pórusméretet és a pórusméret-eloszlást három nagyságrendre osztjuk: Mikroporusok (50 nm). [1]
A makropórusok jelentik a gázok vagy folyadékok fő hozzáférési útját a szén belsejébe, és gyakorlatilag nincsenek jelentős jelentőségük az adszorpció szempontjából. Az adszorpció nagy része a mikrorészecskék felületén lévő szénanyagon megy végbe. Ez a terület a tényleges felület, és meghatározza a szén adszorpciós tulajdonságait. Az alábbi adatok a belső felület méretét mutatják az aktív szén térfogatához viszonyítva. 1 cm élhosszúságú kocka esetén a belső felület több mint 10 000-szeresével meghaladja a külső felületet.
Alapvetően egy vegyület adszorbeálhatósága növekszik vele együtt
- növekvő molekulatömeg
- egyre több funkcionális csoport, például kettős kötések vagy halogén ligandumok
- a molekula növekvő polarizálhatósága. [2]
Kivonás
Az aktív szén növényi, állati, ásványi vagy petrolkémiai anyagokból készül. A használt kiindulási anyagok z. B. fa, tőzeg, dióhéj, barna vagy bitumenes szén vagy műanyag. Ennek megfelelően biocsoportnak is nevezik. Állati szénként lat. carbo animalis, aktív szénnek nevezik, amely állati vérből (vérszén) vagy csontokból (csontszén) készül. Val vel Cukor szén egy aktív szén, amely kiindulási termékként glükózból vagy más cukorból készül. [3]
Két folyamat alkalmazható előállításra és aktiválásra, nevezetesen: [4]
- a gáz aktiválása és
- kémiai aktiválás
Ban,-ben Gázaktiválás a már elszenesedett anyagot oxidáló gázáramban kezelik, például vízgőzben, szén-dioxidban, levegőben vagy e gázok keverékeiben. Mivel erre 800–1000 ° C hőmérsékleten kerül sor, a szén egy részét a gázgázzal gázosítják. Ez képezi a porózus és nagyon aktív aktív szenet.
Amikor készít kémiai aktiválás karburálatlan nyersanyag keverékét vegyszerekkel kezelik. Ezt általában dehidratáló szerekkel (például cink-klorid, foszforsav) 500–900 ° C-on, vagy száraz desztillációval hajtják végre. Az így kapott nyers aktív szenet ezután 700–1000 ° C-on oxidálva aktiválják vízgőzzel vagy szén-dioxiddal, néha levegővel. [5] Ezen aktiválás során a szén egy része szénmonoxiddá alakul, amely további pórusokat hoz létre és növeli a szén felületét [6] .
Bizonyos célokra az aktív szenet más vegyi anyagokkal kezelik (impregnálják) az elválasztó hatás javítása érdekében. A gázálarcban lévő légzőszűrők légszűrője fémsókkal van bevonva, ami számos kémiai toxin elválasztási hatását javítja. Az ezüst bevonatú aktív szén különösen alkalmas ivóvíz szűrésére. Ezeknek a szűrőknek a működés közbeni szennyeződését nagymértékben elnyomja az ezüst.
Alkalmazási területek
Folyadékok és gázok tisztítása
Az aktív szenet elsősorban adszorbensként használják a nem kívánt szín, íz és szag eltávolítására a gázokból, gőzökből és folyadékokból. Az aktív szén nagy előnye, hogy hővel újra aktiválhatók. A szennyvíztisztításhoz használt aktív szénnel biológiai reaktiváció is lehetséges. [7]
Az aktív szenet főleg granulátum formájában, por formájában vagy pelletizált formában használják. Aktív szénszövetek is kaphatók a piacon.
Például az aktív szén eltávolítja:
- Klór, ózon és egyéb íz- és illatcsökkentő anyagok, valamint a vízből, édesítőszerekből, glicerinből és kémiai folyadékokból származó baktériumok
- Színezőanyagok és szennyeződések folyékony anyagáramokból a vegyiparban vagy élelmiszeriparban
- A levegőből származó toxinok (szűrők gázálarcokban, szellőztető rendszerek tartályokhoz és menedékházakhoz, elszívott levegő a termelő rendszerekben)
- A levegőből származó urán-hexafluorid a nukleáris technológiában (üzemanyag-előállítás)
- A tartályrendszerek elszívott levegőjének benzingőzei
- Kipufogógázból és kipufogógázokból származó klórozott szénhidrogének z. B. a száraz tisztításban
- Kátrány a cigarettaszűrőben lévő cigarettafüstből
- nem kívánt ízek a vodkából és más szeszes italokból
- nem kívánt színek a fehér rumtól és más szeszesitaloktól
- Izzadságszag a cipőben (az aktív szenet tartalmazó talpbetét miatt)
- Erjesztési melléktermékek, például sörolajok és sörből származó észterek
- Szennyező anyagok az akváriumban és a tószűrőkben
- kellemetlen szagok a helyiség szellőztető rendszereiből
- Finom por, pollen és szagok a járművek befújt levegőjében (lásd a kabin légszűrőjét)
A szennyvízkezelés során az aktív szenet adszorbeálható, oldott szennyvíz alkotórészek adszorbeálására használják a vízből. Ezt a folyamatlépést általában csak akkor alkalmazzák, ha olcsóbb módszerek, például biológiai folyamatok, kicsapás és pelyhesítés nem érik el a célt. Ez a módszer az ipari részáramok tisztítására is felhasználható, a maradékok visszanyerése céljából. A textil festékművek szennyvize olyan színezékeket tartalmaz, amelyeket gyakran csak aktív szénnel történő adszorpcióval lehet eltávolítani. Ez gazdaságosan megtehető biológiailag regenerált aktív szénnel. [7]
Az aktív szén másik fontos alkalmazási területe az utastéri légszűrők az autóipar számára. Ezt a szűrőosztályt az 1990-es évek közepe óta használják a légkondicionáló rendszerek. Az úgynevezett kombinált szűrők (ez egy speciális kabin légszűrő osztály) aktív szénréteget tartalmaznak, amely kiszűri a káros gázokat a levegőből, és így megvédi az utasokat ezektől a szennyező anyagoktól. Ehhez az alkalmazáshoz évente több mint 5000 tonna aktív szén kerül feldolgozásra világszerte.
Az atomerőművek elszívott levegő vezetékeiben aktív szénszűrőket használnak késleltető vezetékként a rövid életű radioaktív nemesgázok számára. Az átmeneti adszorpció miatt a nemesgázok sokkal lassabban jutnak át a szűrőszakaszokon, mint a kipufogó levegő többi része. A radioaktív bomlás jelentősen csökkenti a kipufogó levegőben lévő radioaktív nemesgázok mennyiségét.
A vízkezelés az aktív szén adszorpcióját is használja a nyers víz tisztításához.
Magas adszorpciós kapacitása miatt az aktív szén a szorpciós szivattyúkban is felhasználható vákuum előállítására.
Az aktív szén csak korlátozott terhelhetőségű. A regenerálás általában több száz Celsius-fokos melegítéssel történik. Egyrészt a terhelés egy része (pl. Szerves oldószerek) elpárolog, de egy másik rész kokszolhat is, ebben az esetben az aktív szenet gőzzel újra kell aktiválni, mint a gyártási folyamatban.
Orvosi alkalmazás
Az orvostudományban az aktív szenet elsősorban a toxinok eltávolítására használják a gyomor-bél traktusból. Ártalmatlan hasmenéses megbetegedéseknél, pl. B. általában gyomor-bélrendszeri influenza (gasztroenteritis), szén tabletta. Mérgezés esetén az aktív szenet nagy mennyiségben használják a szájon át bevitt mérgek eltávolítására, amelyek az emésztőrendszerben vannak, vagy amelyek enterohepatikus ciklusnak vannak kitéve a szervezetből. Az ilyen esetekben az adag 0,5-1 g szén egy testtömeg-kilogrammonként felnőtt embernél.
Ételszínezék
Az aktív szenet az élelmiszeriparban E 153 színezőanyagként használják. Az E 153-at gyümölcslé-koncentrátumokban, zselékben, lekvárokban, cukrászdákban és a sajt fekete viaszbevonatában használják.