Malý, silný, čierny ...

Používame cookies, aby sme neustále rozvíjali DAZ.online a prispôsobovali sme ho stále lepšie vašim potrebám. DAZ.online je financovaný z reklamy a na to sú nastavené aj cookies. Preto je použitie stránky možné iba so súhlasom s použitím cookies. Podrobnosti o používaní súborov cookie nájdete v našich zásadách ochrany osobných údajov.

silný

Súbory cookie používame na zlepšenie vášho zážitku a doručenie personalizovaného obsahu. Financuje nás reklama, ktorá tiež potrebuje súbory cookie. Preto pre používanie DAZ.online musíte súhlasiť s používaním cookies.

„Škoda! Ale DAZ.online sa bez cookies úplne nezaobíde, okrem iného aj preto, že sa financujeme z výnosov z reklamy. Preto bez tohto súhlasu momentálne nemôžete používať DAZ.online.

Je nám ľúto, ale bez súhlasu s použitím súborov cookie nemáte prístup k stránke DAZ.online.

  • DAZ.online
  • DAZ/AZ
  • DAZ 39/2019
  • Malý, silný, čierny

toxikológia

Aktívne uhlie v akcii - nielen proti otrave

Celosvetovo existuje dopyt okolo dvoch miliónov ton aktívneho uhlia ročne. Vzostupný trend. Rovnako sa už roky zvyšuje aj dovoz aktívneho uhlia do Nemecka. V roku 2008 sa do Nemecka doviezlo okolo 45 000 ton aktívneho uhlia, v roku 2017 to už bolo viac ako 70 000 ton [1].

Výroba: konvenčná a regeneračná

Suroviny na výrobu aktívneho uhlia sú hlavne rastlinné materiály ako drevo, rašelina, kôra stromov, ovocné jadrá alebo škrupiny orechov. V tomto prípade sa hovorí aj o biouhli. Živočíšne uhlie znamená výrobky, ktoré sa vyrábajú aktiváciou zvieracej krvi alebo zvieracích kostí.

Na výrobu aktívneho uhlia sa používa aj minerálny materiál, ako je čierne uhlie alebo lignit, alebo petrochemické výrobky, ako sú plasty. Tieto materiály sa najskôr karbonizujú buď chemickými alebo tepelnými procesmi. Spravidla sa to robí buď pôsobením dehydratačných činidiel, ako je chlorid zinočnatý, roztok hydroxidu sodného alebo kyselina fosforečná, pri teplotách 500 až 900 ° C, alebo sušením východiskového materiálu obsahujúceho uhlík v atmosfére bez kyslíka na približne 800 ° C [2]. Spočiatku sa vytvárajú iba veľmi malé póry. Systém aktívnych pórov sa potom vytvorí odstránením prchavých zložiek. V tomto procese sa vylučujú dechtové produkty rozkladu, ktoré upchávajú jemné póry, a uhlíková štruktúra sa ďalej vystavuje. Pôsobením horúcej vodnej pary od 900 do 1 000 ° C prebieha na vnútorných povrchoch oxidačná aktivácia, ktorá odstraňuje uhlík zo stien pórov jeho premenou na oxid uhoľnatý, čím sa vytvárajú ďalšie póry a povrch sa mnohonásobne zväčšuje. Veľkosť pórov je možné prispôsobiť zmenou parametrov procesu (teplota, čas a iné).

Pretože konvenčná výroba aktívneho uhlia je proces mimoriadne náročný na energiu a zdroje [3], boli po istý čas uskutočňované pokusy nájsť alternatívne zdroje na ťažbu. Výskumný projekt RE-DIRECT [4], ktorý je financovaný Európskou úniou a na ktorom sa okrem Nemecka zúčastňujú aj Belgicko, Francúzsko, Írsko a Wales, sa zameriava na vývoj procesov na výrobu aktívneho uhlia zo zvyškovej regionálnej biomasy. Prvý pilotný závod na svete je od roku 2019 v skúšobnej prevádzke v závode na čistenie odpadových vôd Sinzheim. [5] Z asi 1 000 ton zvyškov z likvidácie zeleného odpadu sa má v závode na karbonizáciu vyrobiť 200 až 300 ton aktívneho uhlia, ktoré sa potom použije v okruhu na úpravu vody. S odhadovaným množstvom približne 34 miliónov ton nevyužitej biomasy, ktoré vznikajú iba v severozápadnej Európe, existuje obrovský potenciál alternatívnych surovín k materiálom, ako sú drevo alebo uhlie, ktoré sú v skutočnosti príliš cenné.

Vlastnosti a spôsob pôsobenia

Vysoká adsorpčná kapacita aktívneho uhlia je založená na jeho vysoko poréznej štruktúre (pozri obr. 1). Póry sú otvorené, čo znamená, že sú navzájom spojené ako špongia. Vnútorný povrch je až 2 000 m 2 na gram, čo znamená, že dva gramy aktívneho uhlia sú zhruba také veľké ako futbalové ihrisko. V závislosti od veľkosti a distribúcie pórov sa tieto delia na:

  • Submikropóry (50 nm).

Zatiaľ čo makro a mezopóry primárne umožňujú plynom a kvapalinám preniknúť dovnútra aktívneho uhlia, väčšina látok sa adsorbuje hlavne na povrchu mikropórov. Proces adsorpcie prebieha fyzikálne alebo chemicky. Keď je látka fyzicky pripojená, je pripojená v dôsledku síl na povrchu molekuly (van der Waalsove sily). V prípade chemických usadenín vstúpi adsorbovaná látka a aktívne uhlie na povrch do chemickej reakcie, ktorá zvyčajne vedie k silnejšej väzbe. Analytickou metódou na kvantifikáciu adsorpčnej kapacity aktívneho uhlia je stanovenie jódového čísla. To je definované ako hmotnosť jódu v miligramoch, ktorá bola adsorbovaná jedným gramom aktívneho uhlia vo vodnom roztoku, keď je zvyšková koncentrácia jódu vo filtráte 0,02 mol/l [7]. Tento parameter sa tiež používa na meranie spotreby aktívneho uhlia. Ďalšími parametrami, ktoré sa často nachádzajú v údajových listoch s aktívnym uhlím, sú fyzikálne vlastnosti, ako je hustota, špecifický povrch alebo veľkosť zrna.

Obr. 1: Skvelý vnútorný povrch charakterizuje aktívne uhlie, tu uhlie rastlinného pôvodu.

Technické uplatnenie

Vďaka svojej obrovskej adsorpčnej schopnosti je možné aktívne uhlie použiť mnohými spôsobmi na odstránenie nežiaducich farieb, chutí a pachových látok z plynov, pár a tekutín. Aktívne uhlie sa používa hlavne vo forme granúl, vo forme prášku alebo v peletizovanej forme. Pretože adsorpcia je reverzibilný proces, môžu sa znečisťujúce látky z aktívneho uhlia znova odstraňovať. Tento proces je tiež známy ako desorpcia a umožňuje reaktiváciu a regeneráciu aktívneho uhlia.

Štvrtina celosvetovo vyrobeného aktívneho uhlia sa používa iba na čistenie vody a odpadových vôd. Platí to najmä pre veľké priemyselné úpravy pitnej vody a odpadových vôd, ale aj pre malé z. B. v akvaristike. Väčšina dýchacích masiek je naplnená aktívnym uhlím. Filtre odpadového vzduchu z priemyselných systémov, z domácich klimatizačných systémov alebo z automobilov sú rovnako súčasťou aplikácií ako adsorpcia farbív alebo iných kontaminantov v potravinárskom priemysle (napr. Pri výrobe piva alebo liehovín). V chemickom technologickom procese sa aktívne uhlie používa ako elektródový materiál a ako nosič pre katalyzátory, najmä pre katalytickú hydrogenáciu. Na viazanie nepríjemných pachov sa aktívne uhlie používa v stielkach na topánky, ako aj pri inkontinencii a pri stomickom ošetrení.

Použite na otravu

Účinok aktívneho uhlia v prípade otravy je samozrejme tiež založený na adsorpčnej väzbe toxínov a z toho vyplývajúcej prevencii alebo znížení gastrointestinálnej absorpcie, a teda pravdepodobne aj prerušenia enterohepatálneho obehu. Pretože vyššie popísaná väzba na povrch mikropórov je založená na fyzikálno-chemických procesoch, adsorbovateľnosť jedovatých noxov závisí v podstate od ich fyzikálno-chemických vlastností, ako sú veľkosť molekúl, rozpustnosť, stupeň ionizácie alebo disociácie, ako aj hodnota pH a úroveň náplne žalúdka.

Dávkovanie a aplikácia

Adsorpcia rozpustených častíc na rozhraní aktívneho uhlia je reverzibilný proces, ktorý sa riadi zákonom hromadnej akcie. Zvyšovanie dávky aktívneho uhlia preto znižuje voľnú časť jedu, zatiaľ čo absorpcia voľného jedu v gastrointestinálnom trakte posúva rovnováhu a ďalší akt sa desorbuje z aktívneho uhlia. Z tohto dôvodu by dávka aktívneho uhlia mala byť v rozmedzí niekoľkých desiatok gramov, aby sa zabezpečila dostatočná väzbová kapacita (pozri tabuľku 1). Z tohto dôvodu môže byť pri akútnom hnačke postačujúce podanie dreveného uhlia spolu s jednou dávkou 250 mg, v prípade otravy by však malo byť aktívne uhlie rozriedené na prášok alebo granulát v množstve tekutiny - najlepšie vo vode. U detí sa môžu použiť iné tekutiny, a ak pacient nemôže prehĺtať, je možné aj podávanie sondou.