Carbón activado

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Carbón activado
carbo activatus
Compuesto químico
CAS 16291-96-6
banco de drogas 09278
Compuesto
Substancia activa
Carbón activado
Clasificación
ATX A07BA01
Formas de dosificación
tabletas , gránulos , cápsulas
Otros nombres
Carbón activado, Carbopect, Sorbex, Ultraadsorb
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El carbón activado  es una sustancia porosa que se obtiene a partir de diversos materiales que contienen carbono de origen orgánico: carbón vegetal (marcas de carbón activado BAU-A, OU-A, DAK [1] , etc.), coque de carbón (marcas de carbón activado AG -3, AG- 5, AR, etc.), coque de petróleo , cáscaras de coco y otros materiales. Contiene una gran cantidad de poros y, por lo tanto, tiene una superficie específica por unidad de masa muy grande, por lo que tiene una alta capacidad de adsorción . Dependiendo de la tecnología de fabricación, 1 gramo de carbón activado puede tener una superficie de 500hasta 2200 m² [2] . Fue sintetizado por primera vez por Nikolai Dmitrievich Zelinsky (1915) , utilizado por él en máscaras de gas como un medio universal de protección química [3] , y más tarde como un catalizador heterogéneo. Utilizado en medicina e industria para la purificación, separación y extracción de diversas sustancias. Tiempo de acción después de tomar 20-30 minutos.

Propiedades químicas, modificación

El carbón activado ordinario es un compuesto bastante reactivo capaz de ser oxidado por el oxígeno atmosférico y el plasma de oxígeno [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] , vapor de agua [12] [13 ] [ 14] , así como dióxido de carbono [8] y ozono [15] [16] [17] . La oxidación en fase líquida se lleva a cabo mediante una serie de reactivos (HNO 3 , H 2 O 2 , KMnO 4 ) [18] [19] [20] . Debido a la formación de un gran número de grupos básicos y ácidos en la superficie del carbón oxidado, su adsorción y otras propiedades pueden diferir significativamente de las del carbón no oxidado [21] . El carbono modificado con nitrógeno se obtiene a partir de sustancias naturales que contienen nitrógeno, o de polímeros [22] [23] , o mediante el tratamiento del carbón con reactivos que contienen nitrógeno [24] [25] [26] . El carbón también puede interactuar con el cloro [27] [28] el bromo [29] y el flúor [30] . De gran importancia es el carbón que contiene azufre, que se sintetiza de diferentes maneras [31] [32] Recientemente, las propiedades químicas del carbón suelen explicarse por la presencia de un doble enlace activo en su superficie [17] [33] [ 34] . El carbón modificado químicamente se utiliza como catalizadores, portadores de catalizadores, adsorbentes selectivos, en la producción de sustancias de alta pureza y como electrodos para baterías de litio.

Mecanismos de acción

Hay dos mecanismos principales por los cuales el carbón activado elimina los contaminantes del agua: absorción y oxidación catalítica . El fenómeno de la adsorción de gases por parte del carbón fue descrito casi simultáneamente en los años 80 del siglo XVIII por el químico sueco Carl Wilhelm Scheele y el científico italiano Felice Fontana . En Rusia, en 1785, el académico Toviy Egorovich Lovitz descubrió y estudió en detalle el fenómeno de la adsorción del carbón en un medio líquido, proponiendo su uso para la purificación de sustancias orgánicas. [35] Los compuestos orgánicos se eliminan por absorción (debido a la alta porosidad), y los oxidantes como el cloro y la cloramina se eliminan por oxidación catalítica.

Producción

Los materiales de origen orgánico se utilizan como materias primas en la producción de carbón activado: madera, carbón, carbón bituminoso, cáscaras de coco, etc. Las materias primas especificadas se carbonizan primero y luego se someten a activación.

La esencia de la activación es abrir los poros que están en estado cerrado en el material de carbono. Esto se hace ya sea termoquímicamente (el material se impregna previamente con una solución de cloruro de zinc , carbonato de potasio u otros compuestos, y se calienta sin acceso al aire), o por tratamiento con vapor sobrecalentado o dióxido de carbono o una mezcla de ellos a una temperatura determinada. temperatura de 800 - 850 ° C. En este último caso, es técnicamente difícil obtener un agente gas-vapor que tenga tal temperatura. Se usa ampliamente para recibir un suministro al aparato para la activación de una cantidad limitada de aire simultáneamente con vapor saturado. Parte del carbón se quema y se alcanza la temperatura requerida en el espacio de reacción. La producción de carbón activado en esta variante de proceso se reduce notablemente. El valor de la superficie específica de los poros para las mejores marcas de carbones activados puede alcanzar 1800 - 2200 m² por 1 g de carbón. [2] Hay macro , meso y microporos . Según el tamaño de las moléculas que se mantendrán en la superficie del carbón, el carbón debe fabricarse con diferentes proporciones de tamaño de poro.

Aplicación

Usando máscaras de gas

Un ejemplo clásico del uso de carbón activado es su uso en equipos de protección respiratoria personal . La máscara de gas , desarrollada por N. D. Zelinsky , salvó muchas vidas de soldados en la Primera Guerra Mundial después del uso de agentes de guerra química por parte de Kaiser Alemania. En 1916, fue adoptado por casi todos los ejércitos europeos.

Para mejorar la captación de determinadas sustancias, el carbón se puede saturar con aditivos. Por ejemplo, la adición de óxidos metálicos puede aumentar varias veces la capacidad de sorción cuando se atrapan mercaptanos [36] .

Debido a la degradación de los sectores industriales de la economía rusa, en 2015 la necesidad de carbón activado (para las máscaras antigás filtrantes rusas) se cubrió en un 75 % mediante importaciones [37]

En la producción de azúcar

Inicialmente , la harina de huesos se usaba para eliminar la materia colorante del jarabe de azúcar durante la elaboración del azúcar. Sin embargo, este azúcar no debe consumirse en ayunas , ya que es de origen animal. Los ingenios azucareros comenzaron a producir "azúcar magra" que no estaba refinada y parecía dulce de azúcar coloreado o refinada con carbón.

Para la producción de abono orgánico terra preta

Terra preta  : compostaje de desechos orgánicos humanos y animales mediante ensilaje con carbón activado a baja temperatura. El silocompost resultante se lleva al estándar con compost de lombrices o se aplica superficialmente al suelo, seguido de mulching.

Otras aplicaciones

El carbón activado se utiliza en las industrias médica, química, farmacéutica y alimentaria. Los filtros que contienen carbón activado se utilizan en muchos modelos modernos de dispositivos de tratamiento de agua potable.

Características del carbón activado

Tamaño de poro

Los materiales de partida para su producción tienen una influencia decisiva en la estructura de poros de los carbones activados. Los carbones activados a base de cáscaras de coco se caracterizan por una mayor proporción de microporos (poros de hasta 2 nm de diámetro ), mientras que los carbones activados a base de carbón tienen una  mayor proporción de mesoporos (2–50 nm ). Una gran proporción de macroporos (más de 50 nm ) es característica de los carbones activados a base de madera.

Los microporos son especialmente adecuados para la adsorción de moléculas pequeñas, mientras que los mesoporos son especialmente adecuados para la adsorción de moléculas orgánicas más grandes.

Índice de yodo (índice de yodo)

El índice de yodo es el principal parámetro que caracteriza el área de la superficie de los poros y, en consecuencia, la capacidad de sorción del carbón. Está determinado por la masa de yodo que puede absorber una unidad de masa de carbón (mg/g). El método se basa en la sorción de una capa monomolecular de yodo por el carbono. Un número más alto indica un mayor grado de activación, el valor típico del indicador es 500 - 1200 mg/g . El valor numérico del índice de yodo corresponde aproximadamente a la superficie específica de los poros, medida en m²/g.

Dureza

Es una medida de la resistencia del carbón activado a la abrasión. Este es un parámetro importante del carbón activado para mantener su integridad física y resistir las fuerzas de fricción, el proceso de retrolavado, etc. Existen diferencias significativas en la dureza del carbón activado, según la materia prima y el nivel de actividad.

Composición granulométrica

Cuanto menor sea el tamaño de partícula del carbón activado, mejor será el acceso a la superficie y más rápida la absorción . En los sistemas de fase de vapor, esto debe tenerse en cuenta al reducir la presión, lo que afectará los costos de energía. La consideración cuidadosa de la distribución del tamaño de las partículas puede proporcionar importantes beneficios operativos.

Farmacología

Tiene un efecto enterosorbente , desintoxicante y antidiarreico.

Pertenece al grupo de los antídotos polivalentes físico-químicos , tiene una elevada actividad superficial, absorbe venenos y toxinas del tracto gastrointestinal (TGI) antes de que sean absorbidos, alcaloides , glucósidos , barbitúricos y otros somníferos, fármacos para anestesia general , sales de metales pesados, toxinas de origen bacteriano, vegetal, animal, derivados del fenol , ácido cianhídrico , sulfonamidas , gases. Activo como sorbente en hemoperfusión . Adsorbe débilmente ácidos y álcalis , así como sales de hierro , cianuros , malatión , metanol , etilenglicol . No irrita las mucosas. En el tratamiento de la intoxicación , es necesario crear un exceso de carbón en el estómago (antes de lavarlo) y en los intestinos (después de lavar el estómago). Una disminución en la concentración de carbón en el medio contribuye a la desorción de la sustancia unida y su absorción (para evitar la reabsorción de la sustancia liberada, se recomiendan lavados gástricos repetidos y el nombramiento de carbón). La presencia de masas de alimentos en el tracto gastrointestinal requiere la introducción de dosis altas, ya que el contenido del tracto gastrointestinal es absorbido por el carbón y su actividad se reduce. Si la intoxicación es causada por sustancias involucradas en la circulación enterohepática ( glucósidos cardíacos , indometacina , morfina y otros opiáceos ), es necesario utilizar carbón durante varios días. Es especialmente eficaz como sorbente para la hemoperfusión en casos de intoxicación aguda con barbitúricos, glutatimida , teofilina . Reduce la eficacia de los medicamentos que se toman concomitantemente, reduce la eficacia de los medicamentos que actúan sobre la mucosa gastrointestinal (incluida la ipecacuana y la termopsis ).

Se prescribe para las siguientes indicaciones : desintoxicación con aumento de la acidez del jugo gástrico con intoxicaciones exógenas y endógenas: dispepsia , flatulencia , procesos de putrefacción , fermentación , hipersecreción de moco, HCl , jugo gástrico , diarrea ; envenenamiento con alcaloides , glucósidos , sales de metales pesados, intoxicación alimentaria; intoxicación alimentaria, disentería , salmonelosis , enfermedad por quemaduras en la etapa de toxemia y septicotoxemia ; insuficiencia renal, hepatitis crónica , hepatitis viral aguda , cirrosis hepática , dermatitis atópica , asma bronquial , gastritis , colecistitis crónica , enterocolitis , colecistopancreatitis ; envenenamiento con compuestos químicos y drogas (incluidos compuestos organofosforados y organoclorados, drogas psicoactivas), enfermedades alérgicas , trastornos metabólicos, síndrome de abstinencia alcohólica ; intoxicación en pacientes con cáncer en el contexto de radiación y quimioterapia ; preparación para estudios radiográficos y endoscópicos (para reducir el contenido de gases en el intestino ).

Contraindicado en lesiones ulcerosas del tracto gastrointestinal (incluida la úlcera péptica del estómago y el duodeno , colitis ulcerosa inespecífica ), sangrado del tracto gastrointestinal, administración simultánea de medicamentos antitóxicos, cuyo efecto se desarrolla después de la absorción ( metionina , etc.).

Como efectos secundarios se denominan dispepsia , estreñimiento o diarrea ; con uso prolongado: hipovitaminosis , absorción reducida del tracto gastrointestinal de nutrientes ( grasas , proteínas ), hormonas . Con hemoperfusión a través de carbón activado - tromboembolismo , hemorragia , hipoglucemia , hipocalcemia , hipotermia , disminución de la presión arterial .

Véase también

Notas

  1. ↑ GOST 6217-74
  2. ^ 1 2 Tratamiento de agua: un manual. // edición S. E. Belikova. M.: Aqua-Therm, 2007. - 240 p.
  3. ↑ prof . Zelinsky y Sadikov. El carbón como máscara antigás. Petrogrado.1918, p4-5
  4. ↑ Gomez-Serrano V., Piriz-Almeida F., Duran-Valle CJ, Pastor-Villegas J. Formación de estructuras de oxígeno por activación del aire. Un estudio por espectroscopía FT-IR // Carbono. - 1999. - V.37. - Pág. 1517-1528
  5. ↑ Machnikowski J., Kaczmarska H., Gerus-Piasecka I., Diez MA, Alvarez R., Garcia R. Modificación estructural de las fracciones de brea de alquitrán de hulla durante la oxidación suave: relevancia para el comportamiento de carbonización // Carbono. - 2002. - V.40. - Pág. 1937-1947
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