Активированный уголь явление адсорбции исследовательская работа. Активированый уголь - адсорбент. Как адсорбирует активированный уголь

Приведенные ниже простые опыты по химии связаны с изучением программного материала школьного курса химии.

Необходимо иметь батарейку для карманного фонаря, тонкую медную проволоку длиной 15-20 см с эмалированной изоляцией, стержни простых карандашей, активированный уголь в виде черных таблеток под названием «карболен» (продается в аптеках), по 1 г трех-четырех образцов удобрений, спринцовку и некоторые другие вещи, которые всегда найдутся дома. Какие вещества и оборудование необходимо брать для проведения опыта, видно из описания самих опытов, а также по рисункам.

1. Скорость реакции зависит от концентрации электролита

В две пробирки опустить кусочки яичной скорлупы, например по 6 штук, одинаковые по площади. В первую пробирку налить 0,5-1 мл уксусной кислоты, во вторую - столько же кислоты, но разбавленной в 5-6 раз водой. Вставить в пробирки газоотводные трубки, свободные концы которых опустить в банки с водой. Обе пробирки закрепить в держалках. Установить по числу выделяющихся пузырьков, в которой из пробирок скорость реакции большая. Этот опыт наглядно демонстрирует, что с уменьшением концентрации электролита - в данном случае при разбавлении водой кислоты - увеличивается число ионов (распавшихся молекул) и скорость реакции.

2. Гидролиз солей

В четыре флакона налить по 3-4 мл воды. В один добавить древесную золу (карбонат калия), в другой-3-4 капли силикатного клея (силикаты натрия и калия), в третий - крошки мыла (мыла-это соли высших жирных кислот), в четвертый - поваренную соль (хлорид натрия). Через 2-3 мин после растворения веществ растворы разлить на две части для испытания индикаторами - лакмусом и фенолфталеином. Хорошо, если школьник заполнит таблицу, указав в ней не только окраску индикатора (и, следовательно, сделав вывод о характере раствора - кислом или щелочном), но и уравнения гидролиза.

3. Электролиз раствора хлорида натрия

Присоединить провода к батарейке от карманного фонаря. Провод-анод (плюс) вставить в свежий срез клубня картофеля (среда, в которой распределяется раствор соли). Провод-катод (минус) с укрепленным на нем гвоздиком также вставить в срез картофеля (на расстоянии 1,5-2 см от первого электрода). На срез картофеля нанести 3-4 капли раствора поваренной соли. У гвоздика поместить измельченный кусочек пургена. В таком положении оставьте установку на 15-20 мин. Какие изменения происходят на срезе картофеля и чем их объяснить? (Точно так же можно провести опыт с электролизом раствора поваренной соли, взяв вместо клубня картофеля срез соленого огурца)

4. Электролиз раствора хлорида натрия с применением бумажной диафрагмы

В стаканчик налить раствор поваренной соли и разгородить сосуд бумажной перегородкой. Опустить в раствор стержни от карандаша - в разные отделения, верхние концы стержней соединить проводами с батарейкой. В катодное пространство опустить кусочек пургена (фенолфталеин) и наблюдать за происходящими изменениями. Как изменяется окраска жидкости в катодном пространстве? Какой газ выделяется на поверхности катода? Определить по запаху выделяющийся у анода газ.

5. Распознавание важнейших удобрений

Девятиклассники изучают пятую группу периодической системы элементов, подробно знакомясь с физическими и химическими свойствами азота и фосфора. Предлагаемые опыты не требуют каких-либо специальных реактивов. Практически для распознавания многих удобрений вполне достаточно воспользоваться лишь тлеющим угольком, стальным пером и пламенем.

Предполагается, что в трех бумажных пакетиках имеются образцы удобрений из следующих возможных: селитры (калийная, натриевая, кальциевая, аммиачная), сульфат аммония, карбамид, хлорид калия.

Ознакомиться с физическими свойствами образца удобрения (цвет, кристалличность, растворимость в воде и др.) и кратко описать их. В ходе анализа необходимо использовать бесцветное пламя горящего одеколона, газа, тлеющий уголек. (При анализе образца тлеющим угольком держать его - на стальном пере - над блюдцем или тарелкой с водой!) Появление плотного «дыма», плавление кристаллов и запах аммиака укажут на наличие карбамида.

Запах аммиака появляется и в случае, если мы имеем дело с кристаллами сульфата аммония или аммиачной селитры. Но кристаллы карбамида никогда не дают вспышек на тлеющем угольке, а кристаллы сульфата аммония и аммиачной селитры не образуют интенсивного (плотного) «дыма».

Для обнаружения в составе удобрения солей натрия, калия или кальция окраску пламени можно сделать более наглядной: на конец лучинки намотать немного ваты, смочить ее одеколоном, поджечь и в пламя внести несколько кристаллов исследуемого образца удобрения на кончике пера, вставленного в ручку. Окраску кальциевой селитры можно спутать с фиолетовой окраской соли калия. Чтобы различить их, надо сделать дополнительный анализ: отфильтровать приготовленный раствор золы (пользоваться им как раствором карбоната калия) и прилить к нему раствор исследуемого образца удобрения. Появление белого осадка укажет на кальциевую селитру. (Почему?)

В такой же последовательности провести анализ других образцов удобрений. Рекомендуем заполнить таблицу, в которой указать физические свойства вещества, окрашивание пламени, действие на тлеющий уголек, взаимодействие с раствором золы, сделанный вывод и формулу образца.

6. Как адсорбирует активированный уголь

В трубочку на тонкий рыхлый слой ваты поместить слой угля (растолочь таблетку карболена; если ее нет, можно воспользоваться измельченным древесным углем липы, березы), потом - тонкий слой промытого речного песка, чтобы уголь не всплывал. Закрепить трубочку в вертикальном положении с помощью проволочки. Для собирания жидкости, прошедшей через слой угля-адсорбента, можно воспользоваться флаконами, стаканами, а еще лучше узкой рюмкой. Капельницей в верхнюю часть трубочки налить 7-8 капель раствора чернил и наблюдать за тем, что происходит.

7. Адсорбция углем газов

Два одинаковых флакона (в один из них предварительно насыпать на дно уголь - 2-3 измельченных таблетки) заполнить оксидом углерода (IV). Его можно получить, например, действием уксусной эссенции на яичную скорлупу. Вставить во флаконы газоотводные трубки, наконечники которых опустить в банку с раствором чернил. Для большей устойчивости и удобства флаконы также опустить в стеклянные банки. Наблюдать за происходящими изменениями. В каком из наконечников раствор поднимается выше? Как это можно объяснить?

8. Адсорбционные свойства глины.

Приготовить (по 2 мл) растворы: чернил, перманганата калия и сок столовой свеклы. Поставить три флакона, поместить в них вертикально трубки и на маленький ватный тампон насыпать предварительно прокаленную и измельченную глину толщиной 1,5-2 см. Отфильтровать приготовленные растворы. Что получилось и почему?

9. Использование электролиза для «сверления» стального изделия.

Приготовить в блюдце насыщенный раствор поваренной соли. Соединить проводом лезвие безопасной бритвы с положительным полюсом батарейки. Это лезвие будет анодом. Заточить карандаш, обломить заточенный кончик стержня, но так, чтобы на этом конце карандаша получилось углубление 0,5-1 мм. На 1,5-2 см выше обнажить стержень и намотать на него провод, присоединенный к отрицательному полюсу батарейки. Таким образом, стержень карандаша будет катодом.

Положить лезвие в блюдце с раствором соли и коснуться карандашом-катодом лезвия. Чтобы карандаш устойчиво находился в таком положении, закрепить его. Необходимо помнить, что если стержень заостренного конца карандаша будет касаться металла, электролиз не произойдет. (Почему?)

Поставить установку на 20-30 мин и наблюдать за изменениями. Какой газ выделяется вокруг карандаша? Почему лезвие-анод в месте прикосновения карандаша будет растворяться и образуется отверстие? Как изменяется окраска жидкости в блюдце?

Из журнала «Семья и школа»

Активированный уголь это пористое вещество, чаще черного цвета, которое вырабатывают из различных углеродосодержащих материалов органического происхождения. На текущий момент известны технологии получения активированного угля из древесного угля (БАУ-А, ОУ-А, ДАК), из каменноугольного кокса (АГ-3, АГ-5, АР), из нефтяного кокса, а также из других органических материалов. Активированный уголь очень пористый материал, в результате чего имеет большую удельную поверхность на единицу массы, поэтому обладает высокой адсорбционной способностью. Именно это качество и позволяет применять активированный уголь в медицине, химической, фармацевтической и пищевой промышленности. Во многих современных комплексах для очистки питьевой воды используются фильтры, содержащие активированный уголь.

Один грамм активированного угля может иметь общую поверхность от 500 до 1500 м², в зависимости от технологии получения той или иной марки угля.

Возможно, вы уже давно перестали использовать это откровенно дешевое средство, как способ вывода токсинов при отравлениях, но в последние годы, особенно на Западе, активированный уголь стал настоящим велнес-трендом! В любом случае, об активированном угле вы знаете не так много, а между тем, как и любые другие лекарственные препараты неправильное применение и нарушение дозировки может и навредить здоровью. Как использовать разнообразные углеродосодержащие средства без вреда для здоровья и каковы возможности активированного угля мы и попробуем разобраться в данной статье.

Как работает активированный уголь?

Активированный уголь удаляет из организма токсичные вещества двумя механизмами, во-первых, за счет адсорбции, а во-вторых, за счет каталитического сокращения (процесса, заставляющего отрицательно заряженные ионы загрязнителя притягиваться к положительно заряженным ионам углерода).

Активированный уголь связывает находящиеся в организме человека токсины (и попавшие в организм извне, и образовавшиеся в результате жизнедеятельности каких-либо микроорганизмов внутри ЖКТ) за счет адсорбции и способствует их скорейшему выведению через кишечник.

Он так же эффективно чистит организм от хлора, хлораминов и , удаляя их каталитическим сокращением.

Обратите внимание, что употребление активированного угля сводит практически к нулю эффективность принимаемых одновременно с ним лекарственных препаратов (в пределах 10 часов).

Очищение организма углём при отравлении

Главная особенность активированного угля, даже принятого сверх нормы заключается в том, что не раздражает кишечник. Нормальная доза полностью выводится из организма не позднее, чем через 10 часов после принятия внутрь. Несмотря все преимущества активированного угля, чрезмерно увлекаться ими не стоит, будь то угольная маска (косметологи не советуют наносить её чаще 1 раза в неделю), или вы просто добавляете угольный порошок в еду. В последнем случае стоит помнить, что вместе с токсинами и углём из организма также выводят и многие микроэлементы, например, витамины разных групп.

На основе этого учёные и медика составлены строгие рецепты и дозировки употребления активированного угля для взрослого человека: препарат принимается не чаще двух раз в неделю с учётом того, что после приёма активированного угля, какого-либо другой лекарственный препарат принимается не ранее чем через 10 часов. В те дни, когда вы принимаете уголь, вы строго должны выпивать не менее 2,5 литров воды. При отравлении принимайте 4-6 таблеток активированного угля, при курсе детокса - по две.

Активированный уголь в косметике

Производство активированного угля осуществляется преимущественно из древесного угля, торфа или каменного угля. Пористая структура таблеток достигается путём воздействия на компонент сильных микропотоков воздуха. Каждая таблетка активированного угля в результате такой пористости может поглощать в себя молекулы токсинов, грязи или жира. Например, шампунь с гранулами угля действует на волосы по принципу скраба, паста и даже зубные щетки угольными частичками убивают бесчисленное количество бактерий в ротовой полости, а угольные маски способны решить почти любую проблему, связанную с проблемной кожей.

Интересный факт: несколько таблеток активированного угля массой 5-7 грамм способны всосать и впитать в себя огромное количество токсинов, если ровно распределить поверхность такого числа таблеток угля в один слой, то размерами он будет не менее площади футбольного поля.

Напитки на основе активированного угля

Все многочисленные свойства активированного угля определяются его химическим составом и особенностью строения натурального сорбента. Любопытно, но большая часть полезных свойств активированного угля была открыта ещё жителями Древней Индии и Китая, которые с помощью угля очищали воду для питья и вино. А спустя несколько столетий эксперты в области назвали активированный уголь одним из лучших средств для детокса (очищения организма).

Если вы привыкли к фасовкам активированного угля в виде таблеток и порошка, то наверняка удивитесь, что в США и Западной Европе уже несколько лет в продаже есть лимонад с углём!!! Да да, лимонад из активированного угля, который можно найти на прилавках аптек и косметических магазинов Нью-Йорка или Лос-Анджелеса.

Такие вот «активированные напитки» выпускаются в различных оттенках, начиная с черного и заканчивая светло-серым, разными вкусами и в разной таре. Казалось бы, желающих попробовать напиток черного цвета будет не так уж и много. Однако, адепты здорового образа жизни на перебой кричат о пользе таких лимонадов и коктейлей, а покупатели скупают такие напитки в больших количествах.

Напитки с добавлением активированного угля - лишь малая часть применения эффективного сорбента, на сегодняшний день в США и большинстве стран Европы он является очень популярным компонентом, который добавляют в косметические средства по уходу за кожей и волосами, среди которых: маски для лица, скрабы, зубная паста (порошок), мыло, шампунь и так далее.

Очищение кожи с помощью активированного угля

Маски из активированного угля не только очищают поры, но и сужают их. Одна маленькая угольная гранула впитывает грязи (сало, жир) в 200 раз больше собственного веса. Систематичное, но не чрезмерное применение масок надолго поможет избавиться от проблемы блеска и жирности кожи.

Здесь есть один очень важный момент: в состав косметических средств (масок из угля), должен входить только свежий компонент (свежий активированный уголь раскрошится уже при легком давлении на него ложкой).

Активированный уголь может вызвать аллергическую реакцию, поэтому прежде чем вы будете наносить такую маску, проверьте её на руке. Также косметологи рекомендуют наносить такие маски только на распаренное лицо.

Отбеливание зубов с помощью угля

Активированный уголь может отбелить зубы на 7-8 тонов, при этом не нарушив целостность зубной эмали. С помощью угольного порошка можно также полоскать рот, средство облает хорошими антибактериальными свойствами.

Уже после нескольких угольных процедур, вы заметите изменение в состоянии десен и , это происходит по причине того, что уголь меня PH-среду в полости рта. Чистка зубов угольным порошком осуществляется в том же режиме, что и чистка зубной пастой. Если вы все же беспокоитесь за зубную эмаль, то можете чистить угольным порошком, нанесённым поверх пасты.

Время от времени на форумах и женских сайтах появляются темы о похудении с помощью активированного угля - сразу стоит отметить, это довольно опасный способ сбросить лишний вес и мы настоятельно НЕ РЕКОМЕНДУЕМ использовать подобные угольные диеты! Да, активированный уголь выводит из организма токсины, но вместе с ними адсорбирует еще и полезные минеральные вещества, аминокислоты и тд. Именно поэтому принимая активированный уголь длительное время и в больших количествах вы рискуете серьезно навредить своему здоровью, ведь таким образом организм будет терять важные элементы, необходимые для нормального обмена веществ!

Безусловно, уголь очищает кровь, печень и кишечник, жировые запасы организма понемногу уходят, однако лишняя жировая ткань уходит из-за минерально-витаминного голодания организма. Спустя определённое время после того как вы начнете активно потреблять активированный уголь у вас может нарушиться работа кишечника, появятся запоры, понизится всасывание жиров, белков, витаминов, гормонов и минералов из ЖКТ. В результате упадет содержание сахара в крови, может опасно снизиться , появятся головокружение и озноб, апатия и даже снижение мозговой активности.

Для избавления от лишнего веса мы бы посоветовали пересмотреть диету в пользу богатых клетчаткой продуктов питания (злаки, овощи, цельнозерновой хлеб, фрукты, и тд). Такие продукты хуже усваиваются, но зато способствуют улучшению работы кишечника и в отличии от активированного угля не выводят из организма витамины и минералы. Еще лучше рассчитать количество потребляемых и растрачиваемых в течении дня калорий и поддерживать баланс, когда вы потребляете меньше, чем тратите - такой подход позволит похудеть без вреда для здоровья!

Опыт - как активированный уголь адсорбирует

Чтобы лично убедиться в адсорбционных свойствах активированного угля мы может провести небольшой опыт. Для эксперимента нам потребуется всего 2 компонента, а именно активированный уголь и раствор йода.

Берем 5 таблеток угля и помещаем их в обычный прозрачный стакан, добавляем несколько капель питьевой воды в стакан и растолчем активированный уголь в стакане.
Вливаем в стакан со смесью чайную ложку йода и 2 столовые ложки воды, перемешиваем.
В начале реакции наш раствор потемнеет, происходит это потому что в состав таблеток активированного угля входит определенная доля крахмала (помогает таблеткам сохранять форму), он то и взаимодействует с йодом, давая характерный синий цвет.
Оставляем стакан с раствором на несколько часов (для чистоты этой «лабораторной работы», можно параллельно использовать второй стакан, в котором будет тоже вода и йод, но не активированный уголь).

Спустя несколько часов в первом стакане угольный темный осадок опустится на дно, а жидкий раствор станет прозрачного цвета - это будет означать, что весь йод адсорбировался углем. Раствор без угля во втором стакане останется коричневато-желтоватым (в такой цвет его окрашивает именно йод).

Аналогичным образом таблетки активированного угля действуют в желудке человека, адсорбируя токсины и помогая ЖКТ справиться с пищевым отравлением.

Активированный уголь далеко не такая простая вещь, как может показаться на первый взгляд. Нет, сам уголь вещь чрезвычайно простая, однако именно в этом и заключается его самая сильная сторона. Именно это позволяет использовать активированный уголь для самых разных целей и задач.

1. Поглотитель запахов в холодильнике

Неприятные запахи в холодильнике – распространенная проблема, с которой сталкиваются многие хозяйки. Найти причину и справиться с этой проблемой бывает непросто так, как некоторые «ароматы» не исчезают даже после разморозки и тщательного мытья холодильника. В таком случае следует воспользоваться активированным углем и серым хлебом. Разложите таблетки и кусочки хлеба на всех полках холодильника и через пол дня от запахов не останется и следа.

2. Плесень и грибок дома

В местах повышенной влажности со временем появляется плесень и грибок, справиться с которой бывает непросто. Однако, такую неприятность можно избежать, раскладывая таблетки угля в непроветриваемых местах с повышенной влажностью таких, как шкафчики ванной, подоконники, кладовка и санузел.

3. Фильтр для воды

Уголь прекрасно впитывает в себя промышленные отходы, пестициды и химикаты, содержащиеся в воде. Поэтому, таблетки активированного угля можно использовать для очистки воды. Для этого понадобятся два тканевых круга, соответствующих диаметру емкости, которую вы будете заполнять водой. Сшейте тканевые круги, оставив небольшое отверстие, выверните изделие наизнанку, заполните измельченным углем и закрепите на горлышке емкости с помощью тонкой проволоки или ниток.

4. Ароматизатор воздуха

Активированный уголь способен не только впитывать запахи, но и распространять их. Поэтому таблетки угля можно использовать в качестве бюджетных ароматизаторов воздуха. Просто смочите несколько таблеток угля в любимом эфирном масле и разложите их по дому.

5. Неприятный запах ног

Людям, чьи ноги сильно потеют и источают не лучший аромат, стоит задуматься об изготовлении специальных стелек с измельченным активированным углем. Такие стельки будут впитывать пот, неприятные запахи и сделают процесс носки закрытой обуви более комфортным.

6. Маска от черных точек

Оказывается, нашумевшую черную маску от угрей можно приготовить самостоятельно буквально за копейки. Для этого нужно измельчить 3 таблетки активированного угля, добавить столовую ложку желатина, залить смесь тремя столовыми ложками воды или желатина и тщательно размещать. Полученную субстанцию следует нанести на проблемные участки кожи, оставить на 15 минут, а после резким движением снять.

7. Средство от похмелья

Наверняка, многим знакомы неприятные ощущения, которые проявляются утром после веселой вечеринки. Предотвратить тошноту, головную боль и слабость поможет доза активированного угля, принятая перед вечеринкой.

8. Косметический лед

Кубики льда с активированным углем – прекрасное средство, которое позволит освежить и омолодить кожу, а также нормализовать работу сальных желез. Для приготовления такого льда, измельченные таблетки угля нужно смешать с водой (1 таблетка на 100 грамм воды), залить в форму и использовать для утреннего умывания.

9. Чистота волос

Адсорбирующие свойства активированного угля прекрасно очищают фолликулы волос и кожу головы. Просто смешайте измельченную таблетку угля с порцией шампуня и помойте полученной смесью голову. Такая процедура позволит устранит жирный блеск и продлить эффект чистых волос.

10. Скраб для тела

Активированный уголь прекрасно средство для очищения кожи. Измельчите упаковку таблеток, смешайте получившийся порошок с жидким медом и используйте в качестве скраба для очищения тела. Такое средство лучше всего наносить на распаренную кожу и использовать не чаще одного раза в неделю.

11. Тушь для ресниц

На основе активированного угля можно приготовить тушь для ресниц, которая придется по душе любительницам натуральной косметики или здорово выручить в случае если обычной туши нету под рукой. Для изготовления туши измельченные таблетки угля нужно смешать с несколькими каплями масла жажоба или соком алоэ, тщательно перемещать, перелить в подходящую емкость и использовать, как обычную тушь.

Видео-бонус:

12. Средство для умывания

Благодаря своим адсорбирующим свойствам, активированный уголь прекрасно очищает поры, убирает излишки кожного сала, способствует заживлению прыщей и разглаживанию морщин. Поэтому измельченные в порошок таблетки угля можно использовать для ежедневного умывания.

13. Детокс эффект

Холестерин, пестициды, гормоны роста, химикаты и прочие вредные вещества, которые мы ежедневно поглощаем вместе с продуктами питания, негативно влияют на наш организм, внешний вид и общее самочувствие. Вывести из организма негативные вещества, поможет активированный уголь. Для этого в течении десяти дней перед едой нужно выпивать по 10 таблеток угля, распределяя их на три части (завтрак, обед и ужин). К концу курса вы почувствуете легкость и прилив сил.

Видео-бонус:

В продолжение темы , которые могут пригодиться.

Главная > Исследование

IV Соревнование молодых исследователей программы «Шаг в будущее»

в Северо-Западном федеральном округе РФ

XII Региональная научная и инженерная выставка молодых исследователей «Будущее Севера»

Направление: Естественные науки и современный мир

Секция: химия

АДСОРБЦИЯ КАК МЕТОД ОЧИСТКИ ХИМИЧЕСКИХ ОТХОДОВ

ученица 9 А класса

МОУ лицей имени В.Г. Сизова г. Мончегорска.

Научный руководитель:

Семичева Валентина Фирсовна

Учитель химии I квалификационной категории

МОУ лицей имени В.Г. Сизова г. Мончегорска

Ирина Анищенко

АДСОРБЦИЯ КАК МЕТОД ОЧИСТКИ ХИМИЧЕСКИХОТХОДОВ

Муниципальное общеобразовательное учреждение

лицей имени В.Г. Сизова г. Мончегорска Мурманской области

Научная статья.

Введение………………………………………………………………………………4 Основная часть…………………………………………………………………….….6 1.Теоретическое исследование………………………………………………………6 1.1.Что такое адсорбция?..............................................................................................6 1.2.Зависимость адсорбции от площади поверхности адсорбента ………………..7 1.3.Опыт №1. ………………………………………………………………………....7 1.4.Адсорбция газов………………………………………………………………….7 1.5.Опыт №2………………………………………………………………………….7 1.6.Адсорбция из растворов………………………………………………………....8 1.7.Опыт№3………………………………………………………………………..…9 1.8.Выводы теоретического исследования…………………………………….…..9 2Исследование…………………………………………………………………….…9 2.1. Опыт№1- адсорбция глины и наполнителя из мела…………………………..9 2.2.Опыт №2- улучшение свойств адсорбции глины…………………………….10 2.3.Опыт №3- адсорбция разливов кислоты и щелочи……………………….…..11 2.4.Выводы исследования……………………………………………………….…12 3Общие выводы…………………………………………………………………….13 Заключение………………………………………………………………………….14 Источники информации……………………………………………………………15

Адсорбция.

План исследования.

Цель: изучить явление адсорбции, приготовить универсальный адсорбент для химической лаборатории. Задачи: 1.Изучить явление адсорбции на примере активированного угля, используя методы качественного и количественного анализа. 2.Изучить другие адсорбенты: глину, наполнитель из мела. 3.Сравнить адсорбенты, выявить преимущества. 4. Создать универсальный адсорбент для химической лаборатории. 5.Оформить результаты. 6.Представить результаты на конференции. Объект исследования: явление адсорбции. Предмет исследования : свойства различных адсорбентов. Гипотеза: если есть адсорбенты, обладающие определенными свойствами; действием на определенные вещества, то в химической лаборатории необходим адсорбент широкого спектра действия.

Введение.

Инициатива использования отравляющих веществ в качестве оружия массового уничтожения принадлежит германскому империализму. Хлор был впервые применен 22 апреля 1915 года на Западном фронте недалеко от бельгийского города Ипра против англо-французских войск. Вдыхание хлора вызывает удушье, тяжелое воспаление дыхательных путей, отек легких и смерть. Было выпущено 180 т хлора в течении 5 мин из 6 тысяч баллонов на фронте шириной 6 км. Первая атака хлором лишила боеспособности целую дивизию, оборонявшую участок. 15 тыс. человек было выведено из строя, из них 5 тыс. навсегда. Почти через месяц газовая атака была повторена на Восточном фронте против русских войск у местечка Воля Шидловска, в Польше. На участке фронта в 12 км при ветре, дувшем в сторону русских позиций, было выпущено из 12 тысяч баллонов более 150 т ядовитого газа. Внезапность нападения и полная беззащитность против ядовитого действия газа вызвали массовые и тяжелые поражения. «Газы» в эту ночь вывели из строя целую дивизию. Передовые линии, представляющие собой сплошной лабиринт окопов и ходов сообщения, были завалены трупами и умирающими людьми. Из строя выбыло 9 тыс. человек. Начавшаяся химическая война готовила человечеству неисчислимые жертвы и страдания. От этих жертв человечество спас древесный уголь. Профессор, Н. Д. Зелинский, выдающийся химик и ученый, изобрел, провел испытания и в 1915 г. предложил противогаз, действующий на основе явления адсорбции. Вдыхание отравленного воздуха через противогаз целиком освобождало воздух от ядовитых примесей и защищало солдат от действия отравляющих веществ. Способность некоторых материалов поглощать другие вещества, иногда ядовитые, используют и по сей день. Происходят разливы нефти при ее транспортировке. Можно эту нефть собрать другими веществами-поглотителями. Происходят разливы кислот при их транспортировке. Можно нейтрализовать эти разливы кислот и собрать продукты адсорбентами. Вопрос утилизации некоторых веществ, очистки веществ от примесей актуален до сих пор. Цель: изучить явление адсорбции, приготовить универсальный адсорбент для кабинета химии. Задачи:1. Изучить явление адсорбции на примере активированного угля, используя методы качественного и количественного анализа.

2.Изучить другие адсорбенты: глину, наполнитель из мела. 3.Сравнить адсорбенты, выявить преимущества. 4.Создать универсальный адсорбент для кабинета химии. 5.Оформить результаты исследования. 6.Представить результаты исследования на конференции. Объект исследования: явление адсорбции. Предмет исследования: свойства различных адсорбентов. Гипотеза: если есть адсорбенты, обладающие определенными поглотительными свойствами; действием на определенные вещества, то в химической лаборатории необходим универсальный адсорбент, широкого спектра действия.

Основная часть.

1.Теоретическое исследование Методы: анализ, обобщение, химический эксперимент. 1.1.Открытие явления адсорбции. Явление адсорбции было открыто в 1785 г. русским ученым Ловицем. Изучая свойства угля, Ловиц обнаружил, что это вещество обладает замечательной способностью поглощать (адсорбировать) различные вещества(газы, растворенные в воде краски). Ловиц указал на возможность использования этих свойств угля для практических целей. Например, для очистки питьевой воды на кораблях. Адсорбция(лат.ad-на; при; sorbeo-поглощаю)-процесс концентрирования вещества из объема фаз на границе их раздела. В более узком смысле под адсорбцией понимают поглощение примесей из газа или жидкости твердым веществом-адсорбентом. Адсорбционная способность угля объясняется особыми условиями, в которых находятся частицы на их поверхности.

Если внутри вещества все силы, действующие между частицами, уравновешены, то на поверхности в равновесии находятся только те силы, которые направлены внутрь вещества. Вследствие этого у поверхности адсорбента создается силовое поле, благодаря которому и притягиваются частицы газа или раствора к поглотителю. Процесс идет самопроизвольно. 1.2.Зависимость адсорбции от площади поверхности адсорбента. Адсорбционные свойства определяются величиной поверхности адсорбента. Адсорбент способен поглощать тем большее количество вещества, чем больше его поверхность. Поверхность зависит от степени измельчения адсорбента. 1.3.Опыт№1. 6 Цель: установить зависимость адсорбции от площади поверхности адсорбента. Задачи: -провести хим. эксперимент адсорбции хлора активированным углем с разной площадью адсорбента; -вести наблюдение за адсорбцией хлора; -наблюдения записать в дневник, проанализировав, сделать вывод. Методика: (опыт проводим в вытяжном шкафу) Колбы №1,№2 заполняются хлором. Это газ желто-зеленого цвета. В колбу№1 помещаем 2 таблетки активированного угля, колбу закрываем пробкой, встряхиваем, засекаем время, за которое происходит поглощение хлора углем. Газ поглотился за 30 сек. В колбу№2 помещаем измельченные 2 таблетки активированного угля. Колбу закрываем пробкой, встряхиваем, засекаем время, за которое происходит поглощение хлора углем. Газ поглотился за 5 сек. Вывод: с увеличением площади поверхности адсорбента скорость адсорбции увеличивается, значит, увеличивается и количество поглощаемого вещества. Следовательно, хорошими адсорбентами могут быть такие материалы, которые обладают сильно развитой поверхностью, что свойственно веществам, имеющим пористую, губчатую структуру. 1.4.Адсорбция газов. Газы неодинаково адсорбируются активированным углем. Существует зависимость адсорбции газа от его температуры кипения. Трудно адсорбируются газы, которые трудно сжижаются(О 2). Хорошо адсорбируются газы, которые легко сжижаются (SO 2 , Cl 2 , NH 3). 1.5.Опыт №2 Цель: установить зависимость адсорбции газов от их температуры кипения. Задачи:- провести адсорбцию хлора, аммиака, кислорода активированным углем; - вести наблюдения за химическим экспериментом; - наблюдения записать в дневник, проанализировав, сделать вывод. Методика: (опыты проводим в вытяжном шкафу) 7 Колба №1 заполняется хлором. Это газ желто-зеленого цвета. Температура кипения- -34,1 0 С. В колбу помещаем 2 таблетки активированного угля. Колбу закрываем пробкой, встряхиваем. Через 5 секунд желто-зеленый цвет исчез. Хлор поглотился активированным углем. Колба №2 заполняется аммиаком. Это бесцветный газ. Температура кипения аммиака - 35 0 С. Газ доказываем влажной полоской универсального индикатора. Полоска приобретает насыщенный синий цвет у отверстия колбы. В колбу помещаем 2 таблетки активированного угля, закрываем пробкой, встряхиваем.Через сутки проверяем наличие аммиака у отверстия колбы. Влажная полоска универсального индикатора приобретает слабый синий цвет. Большая часть газа поглотилась активированным углем. Колба №3 заполняется кислородом. Это бесцветный газ. Температура кипения кислорода- -183 0 С. Газ доказываем тлеющей лучинкой. Лучинка ярко загорается. В колбу помещаем 2 таблетки активированного угля, закрываем пробкой, встряхиваем. Через сутки проверяем газ тлеющей лучинкой у отверстия колбы. Лучинка ярко вспыхивает. Газ почти не поглотился активированным углем. Вывод: данный химический эксперимент подтвердил закономерность: с уменьшением температуры кипения газа понижается его адсорбция. 1.6. Адсорбция из растворов. Активированный уголь адсорбирует не только газы, адсорбирует и растворенные вещества. Существует зависимость величины адсорбции от концентрации растворенного вещества. 1.7.Опыт №3. Цель: установить зависимость адсорбции растворенного вещества от концентрации растворенного вещества. Задачи: - провести адсорбцию ненасыщенного и насыщенного растворов фуксина активированным углем; -вести наблюдение за химическим экспериментом; -наблюдения записать в дневник, проанализировав, сделать вывод. Методика: 8 Колба №1 наполовину заполняется ненасыщенным раствором фуксина (раствор имеет розоватый цвет). В раствор помещаем 3 таблетки измельченного активированного угля. Оставляем на сутки. Колба №2 наполовину заполняется насыщенным раствором фуксина (раствор имеет насыщенный розовый цвет). Через сутки наблюдаем следующее. Раствор фуксина в колбе №1,№2 прозрачный, т. е. краситель из раствора поглотился. Вывод: с увеличением концентрации растворенного вещества адсорбция увеличивается. Выводы теоретического исследования. 1.Адсорбция – процесс самопроизвольный. 2.С увеличением площади поверхности адсорбента адсорбция увеличивается. 3.Адсорбенты поглощают газы, растворенные вещества. 4.С уменьшением температуры кипения газа адсорбция уменьшается. 5.С увеличением концентрации растворенного вещества адсорбция увеличивается. 6.Адсорбция- процесс обратимый.

2. Исследование.

Методы: химический эксперимент, наблюдение, сравнение. Цель: приготовить универсальный адсорбент для кабинета химии. Задачи: - исследовать другие материалы на способность поглощать вещества: глину, наполнитель из мела; - сравнить адсорбционные свойства исследуемых веществ, выявить преимущества; - создать универсальный адсорбент для кабинета. Адсорбцией обладают многие вещества. 2.1. Опыт№1. Цель: исследовать адсорбционные свойства глины, наполнителя из мела. Задачи:- провести адсорбцию раствора перманганата калия глиной и наполнителем из мела;9 - вести наблюдение за химическим экспериментом; - наблюдения записать в дневник,проанализировав, сделать вывод. Методика: Воронка №1 заполняется наполовину измельченной глиной. Через слой глины пропустим 50 мл раствора перманганата калия (р-р фиолетового цвета). Наблюдаем, что из воронки выходит прозрачный фильтрат. Ионы марганцевой кислоты адсорбировались глиной. Адсорбция прошла за 30 мин. Глина приобрела вид пластичной массы, через которую трудно проходит раствор. Воронка №2 наполовину заполняется наполнителем из мела. Через слой наполнителя пропустили 50 мл раствора перманганата калия. Наблюдаем, что из воронки выходит фиолетовый фильтрат. Ионы марганцевой кислоты не адсорбировались наполнителем из мела. Вывод. 1. Глина-адсорбент. Адсорбция глиной идет медленно, т.к. частицы глины слипаются, образуя вязкую массу, затрудняющую прохождение раствора. 2.Наполнитель из мела не обладает свойствами адсорбента. 2.2.Опыт№2. Цель: улучшить адсорбционные свойства глины; Задачи:- провести адсорбцию раствора перманганата калия смесью из глины и песка; - провести адсорбцию раствора перманганата калия смесью из глины; песка; и наполнителя из мела; - вести наблюдение за химическим экспериментом; - наблюдения записать в дневник, проанализировав, сделать вывод. Методика: Воронка №1 заполняется наполовину смесью: 1 ч. глины и 1 ч. песка. Через смесь пропустить 50 мл раствора перманганата калия. Наблюдаем, что из воронки выходит прозрачный фильтрат. Адсорбция прошла за 2 минуты. 10 Вывод. Песок улучшает адсорбцию глины. Песок- разрыхлитель, препятствует слипанию частиц глины, обеспечивает насыщаемость жидкостью по микрокапилярам всего слоя адсорбента. Воронка №2 наполовину наполняется смесью: 1 ч. глины, 1 ч. песка, 1 ч. наполнителя. Через смесь пропускаем 50 мл раствора перманганата калия. Наблюдаем, что из воронки выходит прозрачный фильтрат. Адсорбция прошла за 30 сек., поглотилось много жидкости. Вывод. 1.Песок вместе с наполнителем улучшили адсорбционные свойства глины. 2.Смесь, состоящую из 1 ч. глины, 1 ч. песка, 1 ч. наполнителя предлагаем использовать в химической лаборатории в качестве адсорбента. 2.3. Опыт№3 Цель: исследовать адсорбционные свойства смеси адсорбента на разлив кислоты и щелочи. Задачи: - провести адсорбцию разлива серной кислоты смесью адсорбента; - провести адсорбцию разлива щелочи смесью адсорбента; - вести наблюдение за химическим экспериментом; - наблюдения записать в дневник, проанализировав, сделать вывод. Методика: Пластмассовый поддон №1. В нем делаем разлив 5 мл серной кислоты.(1:1). Смесь адсорбента насыпаем по периметру разлива, а затем в центр. Перемешиваем адсорбент стеклянной палочкой. Наблюдения: - слышим шипение, т. е. выделяется газ. Наполнитель из мела нейтрализует кислоту. Через 5 мин. индикаторная полоска не фиксирует наличие кислоты в смеси адсорбента. Адсорбент убрал кислоту. Сама смесь адсорбента не растекается, хорошо собирается в совок. Пластмассовый поддон №2. В нем сделали разлив 5 мл щелочи. Смесь адсорбента насыпаем по периметру, а затем в центр. Перемешиваем адсорбент стеклянной палочкой. 11 Наблюдения:- щелочь поглотилась адсорбентом, разлив убрали, но индикаторная полоска фиксирует наличие щелочи в адсорбенте. Щелочь не нейтрализуется. Адсорбент не растекается, хорошо собирается в совок. 2.4. Выводы исследования. 1.Глина обладает свойствами адсорбента. 2.Наполнитель из мела не обладает свойствами адсорбента. Наполнитель из мела - нейтрализатор. 3.Адсорбцию глины можно улучшить, добавив к ней песок и наполнитель из мела. 4.Смесь: 1 ч. глины, 1 ч. песка, 1 ч. наполнителя из мела- хороший адсорбент. 5.Смесь- адсорбент хорошо убирает разливы кислот и щелочей. 6.Адсорбент, состоящий из 1 ч. глины, 1 ч. песка, 1 ч. наполнителя из мела, можно рекомендовать для использования в химический лаборатории.

Общие выводы.

1.Адсорбция- процесс самопроизвольный. 2.С увеличением площади поверхности адсорбента адсорбция увеличивается. 3.Адсорбенты поглощают газы, растворенные вещества. 4.С уменьшением температуры кипения газа адсорбция уменьшается. 5.С увеличением концентрации растворенного вещества адсорбция увеличивается. 6.Адсорбция- процесс обратимый. 7.Глина обладает свойствами адсорбента. 8.Наполнитель не обладает свойствами адсорбента. 9.Адсорбционные свойства глины можно улучшить, добавив песок и наполнитель из мела. 10.Смесь: 1 ч. глины, 1 ч. песка, 1 ч. наполнителя из мела- хороший адсорбент, который убирает разливы кислот и щелочей. Эту смесь можно рекомендовать для использования в химической лаборатории. Свойства компонентов в смеси: - глина- адсорбент; - наполнитель из мела – нейтрализатор; - песок – разрыхлитель

Заключение.

Адсорбция – всеобщее и повсеместное явление, имеющее место всегда и везде, где есть поверхность раздела между фазами. Наибольшее практическое значение имеет адсорбция поверхностно-активных веществ и адсорбция примесей газа или жидкости специальными высокоэффективными адсорбентами. В качестве адсорбентов могут выступать разнообразные материалы с высокой удельной поверхностью: пористый уголь, силикагели, цеолиты, а также некоторые другие группы природных материалов и синтетических веществ. Обработка воды адсорбентами позволяет удалить из воды вещества, которые придают ей привкусы и запахи. Очистка воды через угольные фильтры тоже решает вопрос чистоты питьевой воды. Люди используют фильтры для сигарет, которые задерживают частицы дыма и часть никотина и этим уменьшают вредные воздействия этого яда на организм. Один из новых подходов к утилизации вредных веществ – их переработка в адсорбенты, последующее использование которых ориентировано на решение экологических проблем промышленно-насыщенных регионов.

Белоусов К.С.
Минькова А.А.
Генералова К.Н.
Олонцев В.Ф.

Ключевые слова

АКТИВИРОВАННЫЙ УГОЛЬ / ACTIVE CARBON / МЕЛАССА / MOLASSES / ОСВЕТЛЯЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ / АДСОРБЦИЯ / ADSORPTION / ПОРИСТОСТЬ / POROSITY / DEPOLARIZATION CAPABILITY

Аннотация научной статьи по экономике и экономическим наукам, автор научной работы - Белоусов К.С., Минькова А.А., Генералова К.Н., Олонцев В.Ф.

Одним из выдающихся достижений науки в XIII веке стало открытие российским академиком Т.Е. Ловицем явления адсорбции активированным углем. Практическое применение этого рода адсорбента предоставляет ценные результаты, необходимые для дальнейшего развития промышленности. В настоящее время нет ни одной отрасли, где не нашли бы применения активированные угли. Их уникальность основывается на пористой структуре, от которой напрямую зависят адсорбционные характеристики, и, соответственно, качество активированного угля. Использование активированных углей обеспечивает возможность создания принципиально новых, экологически чистых технологических процессов и разнообразных изделий сорбционной техники. Активность угля может быть определена путем испытания его адсорбционной способности по отношению к различным растворам, органическим красителям. Активность является как свойством поверхности, так и свойством пространственного строения углерода. Адсорбционная активность углеродных сорбентов, в данном случае углей, может быть определена по органическим жидкостям специальным маркерам. Рассмотрены две методики определения осветляющей способности активированных углей по мелассе : французская (фирма «СЕСА») и российская. Приведен полный алгоритм эксперимента, включающий основные формулы, расчет экспериментальных навесок и базовые требования к мелассам для обеих методик. На основании литературных данных проведен сравнительный анализ меласс , установлено их сходство. Проведены исследования для эталонных углей России и Франции: ОУ-А, СР, СХV. На основании экспериментальных данных и содержания методик проводится их сравнительный анализ, вследствие чего делается вывод о более точном применении французской методики.

Текст научной работы на тему «Методы испытания осветляющей способности активированных углей по мелассе»

_ВЕСТНИК ПНИПУ_

2014 Химическая технология и биотехнология № 4

УДК 661.183.2

К.С. Белоусов, А. А. Минькова, К.Н. Генералова, В.Ф. Олонцев

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ ОСВЕТЛЯЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ АКТИВИРОВАННЫХ УГЛЕЙ ПО МЕЛАССЕ

Активность угля может быть определена путем испытания его адсорбционной способности по отношению к различным растворам, органическим красителям. Активность является как свойством поверхности, так и свойством пространственного строения углерода. Адсорбционная активность углеродных сорбентов, в данном случае углей, может быть определена по органическим жидкостям - специальным маркерам.

Рассмотрены две методики определения осветляющей способности активированных углей по мелассе: французская (фирма «СЕСА») и российская. Приведен полный алгоритм эксперимента, включающий основные формулы, расчет экспериментальных навесок и базовые требования к мелассам для обеих методик. На основании литературных данных проведен сравнительный анализ меласс, установлено их сходство. Проведены исследования для эталонных углей России и Франции: ОУ-А, СР, СХУ. На основании экспериментальных данных и содержания методик проводится их

сравнительный анализ, вследствие чего делается вывод о более точном применении французской методики.

Ключевые слова: активированный уголь, меласса, осветляющая способность, адсорбция, пористость.

K.S. Belousov, A.A. Minkova, K.N. Generalova, V.F. Olontsev

Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation

METHODS OF TESTING OF DECOLORIZATION ABILITY OF ACTIVE CARBONS

Active charcoal can be determined by testing its adsorptive capacity with respect to different solutions, organic dyes. Activity is a property of the surface and the property of the spatial structure of carbon. Adsorption activity of carbon sorbents, in this case coal, can be determined by organic liquids - special markers.

This article describes two methods of decolorize capability on molasses index of active carbon by the French (firm «CECA») and Russian procedure is considered. The full scheme of experiment is given; it consists of basic analytic expressions, the calculation of experimental weights of active carbon and the base claims for molasses for both procedures. Based on the literature data, the comparative test for molasses is made, the analogy is found out. The experiments for the etalon carbons from Russia and French are made: OU-A, CP, CXV. On the authority of experimental data and content of both procedures, their comparative analysis is given; in consequence of this the conclusion about accuracy of French procedure is made.

Keywords: active carbon, molasses, depolarization capability, adsorption, porosity.

Угли относятся к группе промышленных адсорбентов. В качестве сырья для получения активированных углей применяются углерод-содержащие материалы различной природы: ископаемые торф и уголь, полимеры и смолы, растительное сырье (древесина, кора, скорлупа и т.д.) . Промышленные адсорбенты имеют высокоразвитую поверхность. Активированные угли как промышленные адсорбенты имеют ряд особенностей, определяемых характером их поверхности и пористой структуры. К таким особенностям относятся адсорбционные свойства . Адсорбция - поглощение газов, паров или жидкостей на поверхности раздела вещество - адсорбент .

Физическая адсорбция органических веществ из водных растворов наиболее сильно проявляется при использовании в качестве адсорбентов углеродных материалов, поскольку энергия вандерваальсового взаимодействия молекул воды с атомами углерода, образующими поверхность углеродных тел, намного меньше энергии дисперсионного взаимодействия этих атомов с атомами углеродного скелета органических молекул . В настоящее время увеличивается потребность в углеродных сорбентах для очистки питьевой, хозяйственно-бытовой и сточных вод, промышленных выбросов .

В аналитической химии методы научного исследования углей применяют для изучения состава, строения и свойств углей. В истории известно, что некоторые из подобных методов со временем становились стандартами для испытаний .

Одним из известных и надежных методов определения адсорбционной активности является использование раствора мелассы. Меласса - темно-коричневая органическая жидкость. Ее осветление является важным аналитическим методом в производстве углей . Она относится к органическим жидкостям, размер молекул которой около 3 нм (рис. 1). Некоторые виды активированных углей, имеющие развитую систему макро- (более 50 нм) и мезопор (от 2 до 50 нм), обладают способностью к адсорбированию больших молекул, подобных молекулам мелассы. Число мелассы, или ее эффективность - мера мезопор содержания активированного угля (больше, чем 20 А, или больше, чем 2 нм). Ее высокое число указывает на высокую адсорбцию больших молекул. Об эффективности мелассы говорит как процент, так и число мелассы. Существуют различные методики использования ее в качестве адсорбтива, но все они, по сути, схожи . Общие черты этих методик заключаются в следующем:

Мелассовое число активированного угля (ЕВРО) по европейской методике определяется как количество активированного угля в милиграммах, обладающее таким же обесцвечивающим эффектом, как и 350 мг (по сухому весу) стандартного порошкового угля А8100 при обесцвечивании стандартного раствора мелассы по стандартной методике. Чем меньше мелассовое число (ЕВРО), тем лучше уголь удаляет высокомолекулярные органические вещества из мелассы ;

Мелассовое число активированного угля по методике США выражает обесцвечивающую способность угля в относительных единицах к стандартному углю В-45. Исходя из этого чем больше мелассовое число (США), тем лучше уголь удаляет органические вещества из мелассы ;

Эффективность обесцвечивания мелассы выражается в процентах и показывает способность угля убирать 90 % цвета стандартного раствора мелассы. При этом способность стандартного порошкового угля В-45 (в граммах на единицу цветности) принята за 100 % .

Минимальный диаметр пор 3 нм (30 А) 1,5 нм (15 А) 0,5 нм (5 А)

Рис. 1. Сравнение размеров пор молекул для мелассы, метиленового

голубого и йода

Мелассовое число и эффективность адсорбции по мелласе являются наиболее эффективными стандартными методами, показывающими способность углей к удалению загрязнений из аминов и других растворов. Меласса содержит вещества, которые по своим размерам схожи с размерами загрязнений, вызывающих вспенивание абсорбционных растворов. Меласса - отход сахарного производства, сиропообразная жидкость темно-бурого цвета со специфическим запахом. Содержит 20-25 % воды, 50-60 % глюкозы, фруктозы, сахарозы, около 10 % растворенных высокомолекулярных природных красителей, азо-

тистых соединений (преимущественно амидов), свободных и связанных кислот, около 8 % золы .

На рассмотрение предоставляются две методики: французская, разработанная фирмой «СЕСА», и российский стандарт ГОСТ4453-74.

Мелласное число (фирма «СЕСА»)

Основная часть

Масса m активного угля измеряется в суспензии раствора мелассы. С учетом появившегося обесцвечивания раствора выявляется деко-лоризационная способность.

Масса Р - масса эталона угля, определение которой проводят при тех же технических условиях для получения той же обесцвеченности.

IMS - константа, характеризующая деколоризационную способность вышеназванного угля. Тогда мелассное число активного угля определяется как

Численное значение IMS обычно устанавливается и предоставляется в соответствии с мелассным числом сухого активного угля, использованного выше.

Общая схема метода

Построение изотермы деколоризации

Деколоризация D раствора мелассы может быть определена в соответствии с уравнением

D =ÇD)Mûf.1()o, (1)

где (D0f и (D0)b - оптическая плотность раствора мелассы после деколоризации и «холостого опыта» соответственно («холостой опыт» -это раствор, полученный без активного угля).

Связь между массой m используемого активного угля и получившейся деколоризацией D может быть записана в соответствии с изотермой сорбции Фрейндлиха:

K (100 - D)a, m

в которой К и а могут быть определены как константы для конкретного угля, определенной мелассы, конкретных технических условий и так далее, в соответствии с тем, что интервал деколоризации составляет от 60 до 90 %.

Количество рассматриваемого активированного угля, называемого стандартной пробой или эталоном, необходимое для данной деколоризации

Масса Р эталона, показывающего ту же деколоризацию, что и у испытуемого образца, записывается и определяется уравнением (1). Экспонента а является мнимой и содержится в каждой опытной серии по определению эталона; каждая серия содержит парные величины (р0, Д0), позволяющие исключить константу К. Уравнение записывается следующим образом:

Величина экспоненты а

Величину а определяют через линейную регрессию начиная с уравнения (1), записывая в логарифмической форме с использованием минимум 10 значений (ри Д), в установленном порядке распределяют по всей величине деколоризационного интервала - от 60 до 90 %.

Подобный анализ должен проделываться каждый раз, когда эталон или меласса заменяются. Это целесообразно и желательно, однако на практике необходимо заново осуществлять подобный анализ каждые три месяца для выявления возможного изменения в химическом составе мелассы.

Величина а всегда округляется до второго знака после запятой. Если изменение между новой величиной а и раннее использованной составляет величину, большую или равную ±0,02, необходимо сделать повторное подтверждение перед принятием нового значения а. Величина а, соответствующая текущим условиям:

Влажный эталон

Для использования постоянного материала эталон должен всегда находиться в пределах одних условий влаги. Для практической цели рассматривается и принимается во внимание 0 % влаги.

Таким образом, необходимо следующее:

Всякий раз высушивать используемый уголь перед использованием;

Или использовать его в том состоянии, в каком он находится, но сразу после его использования определять влагосодержание угля и включать этот недочет в общий подсчет.

Как правило, если И - это влагосодержание эталона, выраженное в процентах, то формула (2) принимает следующий вид:

Образцы активного угля

Поскольку необходимо удерживать значение деколоризации в требуемом интервале 60-90 %, следует разделять различные качества углей на 4 группы. Каждая группа характеризуется массой т¿, полученной путем серии измерений. Группы французских углей, используемых для осветления, следующие:

Группа 1: включает типы СХУ, СР; т1 = 125 мг;

Группа 2: включает угли 4Б, 3Б, 2Б и их эквивалентные заменители, в равной степени окисленные или обработанные кислотой: +СХА, СХ, 3 ББ 2, СЯ, БА 1703; т2 = 250 мг;

Группа 3: включает типы БМ, Б и их соответствующие окисленные или обработанные кислотой типы +20 и Б45; т3 = 500 мг;

Группа 4: О, ТК, 25 в; т4 = 1,000 мг (однако очень важно для этого типа, что взамен предложенного значения массы может быть использована цифра т = 1,500 мг).

В случае, если две большие разницы между активностью испытуемого угля не позволяют Б находится в интервале от 60 до 90 %, необходимо провести эксперимент, используя новую пробу и выбирая более подходящее значение величины тг-.

Как правило, для определения массы тг-, которая использовалась бы в соответствии с активностью выбранного активного угля, группа которого известна, предварительный эксперимент следует провести с использованием массы т2. Полученное таким образом значение деколоризации Б определяет активную группу и, следовательно, более подходящее значение тг-, которое приведет значение деколоризации между 60 и 90 %.

Деколоризация, % Группа

90 > 0 > 60 II

60 > 0 > 35 III

Метод контроля

Оборудование:

Пипетка на 100 мл с одной отметкой или автоматическая;

Стеклянная колба на 1 л;

Складчатый фильтр (фильтровальная бумага), тип 4В;

N 111 фильтры - с диаметром голубого слоя 150 мм;

Лабораторные сосуды;

Горелка или плитка;

Термостатическая баня;

Спектрофотометр;

Воронки;

Аналитические весы.

Реагенты:

Раствор мелассы;

Ортофосфорная кислота (Н3РО4) - раствор, 52 или 60 по шкале

Формальдегид (муравьиный альдегид) 30 %.

Подготовка раствора мелассы

Раствор мелассы объемом n0 из сахарного тростника взвешивается и вводится в круглую колбу объемом 1 л.

Добавляется 500 мл дистиллированной воды с последующим добавлением х мл чистого раствора Н3РО4 (аналитической степени чистоты); опытно выбирается с целью исключения ошибки с рН среды, равным 2,6 в конечном растворе мелассы. В основном от 2 до 3 мл достаточно на 60 кислоты по Боме:

x(H3PO4) = " = 1,71.

3 144,3 - 60 84,3

Для обеспечения надлежащего (правильного) раствора мелассы раствор нагревается и поддерживается в течение 5 мин при кипячении. Необходимо быстро охладить проточной водой до температуры окружающей среды. Добавить дистиллированной воды для достижения 1 л на 5 г раствора. Фильтровальный материал Clarcel DIC и дополнитель-

ный фильтрующий слой складываются над фильтром типа Дюрье 4В, раствор проходит через всю комплектацию дважды.

Для увеличения времени хранения раствора мелассы, который должен храниться в холодильнике, обычно добавляют 1 мл 30%-ного раствора муравьиного альдегида. Таким образом, раствор может храниться 2 или 3 дня максимум.

Оптическая плотность раствора мелассы, приготовленного таким образом, измеряется с помощью спектрофотометра при длине волны 450 нм, чтобы в результате получить обесцвечивание с массой эталона, равной Р0 = т2:

= (Б0)Ь0 - (Б0)/0 = 68 ± 20%. 0 (ЗД

Раствор мелассы готов к использованию.

Порядок работы

Обесцвечивание мелассы с использованием активного угля

В мензурку объемом 150 мл вводится т мг порошкообразного угля после того, как уголь взвесили с точностью до +0,1 мг, влажность его <10 %.

Масса образца т определяется с уровнем активности испытанного углерода в соответствии с пунктом «Образцы активного угля».

100 мл раствора мелассы, приготовленного, как описано в пункте «Подготовка раствора мелассы», измеряют (набирают) с помощью пипетки, добавляют к активированному углю, помешивая при помощи стеклянной мешалки. Мензурку помещают в термостатическую ванну при 92±2 °С. Необходимо достичь температуры 70 °С при перемешивании раствора время от времени. Химический стакан затем вынимают из ванны и раствор фильтруют через фильтр Дюрье с синей полосой 150 мм. Первые несколько миллилитров раствора необходимо повторно профильтровать (1-2 раза), чтобы получить совершенно чистый фильтрат.

Обесцвечивание в случае с эталоном и «холостым опытом»

В каждую серию опытов входят следующие два испытания:

Два измерения с эталоном, выполнением при одинаковых условиях, таких же как для исследуемого угля, начиная с массы Р = 250 мг сухого эталона (или с известным уровнем влажности И);

Один «холостой опыт»; другими словами, раствор мелассы, не содержащий активированный уголь, рассматривающийся в рамках тех же условий, что и другие растворы, для которых окончательный цветовой уровень будет использован как основной при расчете обесцвечивания.

Измерение оптических плотностей

Оптическую плотность (Д0)Ь «холостого опыта» и (Д0)/ углерода обесцвеченного раствора мелассы и аналогичный эксперимент с эталоном измеряют на спектрофотометре при длине волны 450 нм.

Подсчет мелассного числа

1. Расчет выполняется на основе измерения оптических плотностей. Обесцвечивание определяются с помощью уравнения (1).

Иными словами, Д(%) - для испытуемого активированного угля (масса т) и Д0(%) - для эталона (масса Р0 = т2). Д0 - это среднее из двух значений, соответствующих двум экспериментам с эталоном.

2. С помощью уравнения (2) определяется масса Р эталона, необходимая для получения обесцвечивания Д, влажность к эталона известна. В нынешних условиях значение показателя а = 0,26.

3. Мелассное число испытуемого активированного угля /М получают, исходя из соотношения, в котором 1Мз - индекс мелассы для сухого эталона.

В настоящее время используются стандартные значения /М^: М = 168.

Определение адсорбционной активности по мелассе (ГОСТ 4453-76)1

Общая часть

Раствор мелассы готовят следующим образом: около 50 г мелассы разбавляют 800 см3 дистиллированной воды и затем водой или мелассой доводят оптическую плотность раствора до 0,6-0,7 опт. ед. при замере в кювете с расстоянием между рабочими гранями 5 мм и до 1,21,4 опт. ед. при замере в кювете с расстоянием между рабочими гранями 10 мм, затем добавляют 1 г кизельгура или силикагеля, растертого в порошок с частицами размером не более 1 мм, и взбалтывают. Раствор фильтруют через складчатый бумажный фильтр.

1 ГОСТ 4453-76. Уголь активный осветляющий древесный порошкообразный.

С поправками и изменениями. Технические условия. Введ. 01.01.93. М.: Изд-во стан-

дартов, 1993. 23 с.

Оптическую плотность полученного раствора мелассы замеряют на фотоэлектроколориметре при синем светофильтре с длиной волны 40 нм. В качестве контрольного раствора применяют дистиллированную воду.

Оборудование:

Фотоэлектроколориметр типа ФЭК-М;

Колба мерная по ГОСТ 1770-74 вместимостью 250 см3;

Баня водяная;

Кизельгур или силикагель марки КСК по ГОСТ 3956-76;

Уголь осветляющий - образец;

Вода дистиллированная;

Бумага фильтровальная.

Проведение анализа

По 0,5 г анализируемого и образцового угля взвешивают, с погрешностью не более 0,01 г, помещают в плоскодонные колбы и добавляют по 100 см3 раствора мелассы. Содержимое колб нагревают на бане до 80 °С при непрерывном взбалтывании и выдерживают при этой температуре в течение 5 мин, не прекращая взбалтывать. После взбалтывания растворы сразу же фильтруют через бумажный фильтр, отбрасывая первые порции фильтрата. Растворы после фильтрации должны быть совершенно прозрачными.

Раствор охлаждают до температуры окружающей среды и определяют их оптическую плотность по отношению к дистиллированной воде при условиях, соответствующих определению оптической плотности исходного раствора мелассы.

Обработка результатов

Адсорбционную активность анализируемого угля по мелассе (Х1) в процентах вычисляют по формуле

где й - оптическая плотность исходного раствора мелассы; й1 - оптическая плотность раствора, обработанного образцовым углем; й2 - оптическая плотность раствора, обработанного анализируемым углем.

За результат принимают среднее арифметическое двух параллельных определений, допускаемое расхождение между которыми не должно превышать 5 абс. %2.

2 ГОСТ 4453-76. Уголь активный осветляющий древесный порошкообразный.

С поправками и изменениями. Технические условия. Введ. 01.01.93. М.: Изд-во стандартов, 1993. 23 с.

Меласса является универсальным модельным веществом для оценки качества активных осветляющих порошкообразных углей, использующихся соответственно в тех отраслях, где проводится очистка (или осветление) высокомолекулярных технологических продуктов и полупродуктов. Различают 4 типа мелассы: рафинадная, тростниковая, сырцовая и свекловичная. Меласса фирмы «СЕСА» является тростниковой. Меласса, которую используют при анализе российских АУ по ГОСТ 4453-74, является свекловичной.

Естественно, что различное происхождение меласс объективно вызывает некоторые непринципиальные различия, которые выявляются при спектроскопическом исследовании в ИК-области. В целом ИК-спектры двух меласс идентичны (рис. 2), за исключением низкочастотной области (1300-650 см-1), известной как область «отпечатков пальцев», где каждое соединение в этом интервале имеет свою специфическую спектральную кривую. Ниже (табл. 1) приводятся данные по обеим мелассам при характерных частотах.

Таблица 1

Характеристики мелассы

№ п/п Французская меласса, см 1 Заводская меласса, см 1

1 1000 1000 (плечо)

2 930 (сил. инт.) 930 (плечо)

3 850-870 (шир.) 910 (шир.)

4 835 870 (уз.)

5 780 (плечо) 780

4000 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 см"1

Рис. 2. ИК-спектры двух меласс : - отечественная свекольная меласса; - французская тростниковая меласса

Спектры двух меласс, снятые в УФ- и видимой областях (рис. 3), показывают, что абсорбционные кривые их схожи между собой. В ультрафиолете (<320 нм) красящие вещества меласс (по литературным данным) обладают селективным поглощением, различаясь лишь конфигурацией кривых. Это позволило применить спектроабсорбци-онный метод для количественного определения отдельных групп красящих веществ в мелассах и установить, что основная окраска их и, соответственно, состав обусловлены наличием следующих (табл. 2) групп красящих веществ в процентном отношении (приближенная оценка).

Таблица 2

Красящие вещества Французская меласса Заводская меласса

Продукты щелочного распада инвертных сахаров, % 70-75 70

Меланоидины, % 20-25 25-30

Карамели, % 5 0-5

200 210 220 230 240 250 260 2Ю 280 290 300 350 400 нм

Рис. 3. Спектры двух меласс в УФ - и видимой областях : - отечественная свекольная меласса; - французская тростниковая меласса

Полученные результаты хорошо согласуются с экспериментальными данными, полученными сотрудниками МТИПП, которые исследовали все типы меласс методом гельфильтрационного разделения.

В прикладном плане визуальное сравнение двух меласс позволило заметить следующее:

Некоторое запаздывание по скорости растворения в воде французской мелассы;

Исходная (сиропообразная) меласса фирмы «СЕСА» в несколько раз концентрированнее российской.

Применение меласс в качестве адсорбтива является классическим, общеизвестным способом, но объективная оценка всех известных нам методик, использующих природные мелассы, неизбежно приводит к выявлению одного главного существенного недостатка, присущего всем мелассам. Это то, что они в значительной степени подвержены изменениям качественного и количественного характера, что обусловливается, в свою очередь, различными природно-климатическими условиями происхождения сырья-основы. Иными словами, нестабильность состава адсорбтива-красителя (мелассы) является одинаково отрицательным моментом как для российской методики по ГОСТ 4453-74, так и для методики фирмы «СЕСА». Что касается первого метода, то вывод подтверждается многолетним опытом работы российских лабораторий, а второго - литературными данными аналогичных исследований.

Следует отметить также еще один, по нашему мнению, отрицательный момент в методике по ГОСТ 4453-74 и в методике фирмы «СЕСА». Это необходимость применения эталонного угля. Кроме трудностей подбора эталонного угля со строго определенными характеристиками, использование его как единого стандарта сравнения для контроля качества промышленных активных осветляющих углей, природа поверхности которых неодинакова (щелочные, кислые), считаем принципиально неверным.

В практическом плане освоение методики определения мелас-сного числа, используемой фирмой «СЕСА», позволило выявить следующее: французская методика находится на уровне качественно более высоком, чем российская, хотя суть методов, основной ход операций совпадают. Уровень французской методики определяется особой детальностью разработки, тщательным многоступенчатым подготовительным периодом перед непосредственным анализом, насыщенностью лабораторным оборудованием и приборами. Алгоритм выполнения расчетов по проведенным измерениям включает несколько ступеней, что, естественно, усложняет их. Показатель осветляющей способности в отличие от стандартной российской методики является безразмерной величиной (мелассное число), включающей в себя ряд относительных величин и констант.

В целом выполнение методики требует высокой квалификации лаборанта.

Полное воспроизведение методики фирмы «СЕСА» в наших условиях не представилось возможным, так как не все условия мы смогли соблюсти. Например:

Реактив Clarcel DIC по предполагаемой аналогии заменили известным нам кизельгуром;

Из лабораторного оборудования фирмы «СЕСА» мы не располагаем гофрированными фильтрами Дюрье (они были заменены складчатыми бумажными фильтрами) и не использовали вакуумные колбы с тиглями для фильтрования.

С учетом ряда приближений и допущений результаты проанализированных в процессе освоения методики фирмы «СЕСА» образцов выглядят следующим образом (табл. 3).

Таблица 3

Испытания активированных углей

Образец Мелассное число (фирма «СЕСА») Адсорбционная активность, % (ГОСТ 4453-74)

СР (Франция) 363 174

ŒV (Франция) 335 169

ОУ-А (РФ) 150 109

Эталон (РФ) 136 100

Исходя из представленной таблицы, полученные результаты можно интерпретировать следующим образом: благодаря особому построению алгоритма измерений и расчетов во французской методике она оказывается более мобильной, более чувствительной в оценке качества углей. Разницу в активности между образцами углей, например СР и CXV, российская методика почти нивелирует, тогда как анализ по методике фирмы «СЕСА» фиксирует различное их качество. Достижение такой наглядности в отображении качества углей - результат глубокой научной проработки анализа с включением необходимой лабораторной техники.

Итак, проведенное исследование свидетельствует о том, что методика фирмы «СЕСА» является более чувствительной, чем отечественная, и позволяет более тонко отличать активные угли по их качеству. Эти особенности французской методики следует учесть при усовершенствовании отечественной стандартной методики.

Список литературы

1. Бакланова О.Н. Микропористые углеродные сорбенты на основе растительного сырья / Росийский химический журнал. - 2004. -№ 3. - С. 89-94.

2. Кингле Х., Бадер Э. Активные угли и их промышленное применение. - Л.: Химия, 1984. - 216 с.

3. Когановский А.М., Левченко Т.М., Кириченко В. А. Адсорбция растворенных веществ. - Л.: Наукова думка, 1977. - 223 с.

4. Рощина Т. М. Адсорбционные явления и поверхность / Соро-совский образовательный журнал. - 1998. - № 2. - С. 89-94.

5. Шумяцкий Ю.И. Адсорбционные процессы: учеб. пособие. -М., 2005. - 164 с.

6. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. - М.: Химия, 1984. - 592 с.

7. Авгушевич И.В., Броновец Т.М. Стандартные методы испытания углей. Классификации углей. - М.: НТК «Трек», 2008. - 368 с.

8. Активированные угли Petrodarco - эффективные активированные угли для удаления высокомолекулярных соединений и частиц минеральных масел из абсорбционных растворов [Электронный ресурс] // Norit Digital Library. - 2011. - URL: http://tdtka.ru/wp-content/uploads/ 2012/10/3.2.-Aktivirovannyie-ugli-Petrodarco.pdf (дата обращения: 5.10.2014).

9. Силин М.П. Технология сахара. - М.: Книга по требованию, 1967. - 625 с.

1. Baklanova O.N. Mikroporistye uglerodnye adsorbenty na osnove rastitelnogo syrya . Rossiyskiy khimicheskiy zhurnal, 2004, no. 3, pp. 89-94.

2. Kingle Kh., Bader E. Aktivnye ugli i ikh promyshlennoe prime-nenie . Moscow: Khimiya, 1984. 216 p.

3. Koganovskiy A.M., Levchenko T.M., Kirichenko T.A. Adsorbtsiya rastvorennykh veschestv . Leningrad: Naukova Dumka, 1977. 223 p.

4. Roschina T.M. Adsorbtsionnye yavleniya i poverkhnost . Sorosovskiy obrazovatelnyy zhurnal, 1998, no. 2, pp. 89-94.

5. Shumyatskiy Yu.I. Adsorbtsionnye protsessy . Moscow, 2005. 164 p.

6. Keltsev N.V. Osnovy adsorbtsionnoy tekhniki . Moscow: Khimiya, 1984. 592 p.

7. Avgushevich I.V., Bronovets T.M. Standartnye metody ispytaniya ugley. Klassifikatsiya ugley . Moscow: NTK "Trek", 2008. 368 p.

8. Aktivirovannye ugli Petrodarco - effektivnye activirovannye ugli dlya udaleniya vysokomolekulyarnykh soedineniy i chastits mineralnykh masel iz adsorbtsionnykh rastvorov . Norit Digital Library, 2011, available at: http://tdtka.ru/wp-content/uploads/2012/10/3.2.-Aktivirovannyie-ugli-Petrodarco.pdf (accessed 5 October 2014).

9. Silin M.P. Tekhnologiya sakhara . Moscow: Kniga po trebovaniyu, 1967. 625 p.

Белоусов Константин Сергеевич (Пермь, Россия) - аспирант кафедры порошкового материаловедения Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: [email protected]).

Минькова Анфиса Андреевна (Пермь, Россия) - магистрант кафедры порошкового материаловедения Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: [email protected]).

Генералова Ксения Николаевна (Пермь, Россия) - магистрант кафедры порошкового материаловедения Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: [email protected]).

Олонцев Валентин Федорович (Пермь, Россия) - доктор технических наук, профессор кафедры порошкового материаловедения Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: [email protected]).

About the authors

Konstantin S. Belousov (Perm, Russian Federation) - graduate student, department of powdered materials, Perm National Research Polytechnic University (Komsomolsky av., 29, Perm, 614990, Russian Federation, email: [email protected]).

Anfisa A. Minkova (Perm, Russian Federation) - master student, department of powdered materials, Perm National Research Polytechnic University (Komsomolsky av., 29, Perm, 614990, Russian Federation; e-mail: [email protected]).

Kseniya N. Generalova (Perm, Russian Federation) - master student, department of powdered materials, Perm National Research Polytechnic University (Komsomolsky av., 29, Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: [email protected]).

Valentin F. Olontsev (Perm, Russian Federation) - doctor of technical science, professor, department of powdered materials, Perm National Research Polytechnic University (Komsomolsky av., 29, Perm, 614990, Russian Federation; e-mail: [email protected]).

Как работает активированный уголь?

Очищение организма углём при отравлении

Активированный уголь в косметике

Напитки на основе активированного угля

Очищение кожи с помощью активированного угля

Отбеливание зубов с помощью угля

Опыт - как активированный уголь адсорбирует

1. Поглотитель запахов в холодильнике

2. Плесень и грибок дома

3. Фильтр для воды

4. Ароматизатор воздуха

5. Неприятный запах ног

6. Маска от черных точек

7. Средство от похмелья

8. Косметический лед

9. Чистота волос

10. Скраб для тела

11. Тушь для ресниц

Видео-бонус:

12. Средство для умывания

13. Детокс эффект

Видео-бонус:

Аннотация научной статьи по экономике и экономическим наукам, автор научной работы - Белоусов К.С., Минькова А.А., Генералова К.Н., Олонцев В.Ф.

Похожие темы научных работ по экономике и экономическим наукам, автор научной работы - Белоусов К.С., Минькова А.А., Генералова К.Н., Олонцев В.Ф.,

Текст научной работы на тему «Методы испытания осветляющей способности активированных углей по мелассе»