Faszén

Az aktív szén , más néven aktív szén vagy aktív szén , egy olyan anyag, amely lényegében az anyag széntartalmú szerkezetű porózus .

Az aktív szén minden olyan szén, amely egy bizonyos készítményen átesett, és amely ezért nagyfokú tulajdonsággal rendelkezik a vele érintkezésbe kerülő egyes molekulák rögzítésében és visszatartásában. Ez egy amorf szerkezetű főleg álló szén a szén , általában után kapott egy lépésben a karbonizálásával magas hőmérsékletű prekurzor.

Az aktív szén általában nagy fajlagos felülettel rendelkezik, ami erős adszorbeáló erőt ad neki . Az adszorpció olyan felületi jelenség, amelyben a molekulák gyenge kötésekkel kötődnek az adszorbens felületéhez: van der Waals erőssége , elektrosztatikus kölcsönhatások , hidrogénkötések .

Bizonyíték használata aktívszén nyúlik vissza, ősidők a gyógyászati célra által Hippokratész mintegy 400 BC. AD vagy víztisztítás az egyiptomiak mintegy 1550 ie. AD A XVIII th  században, a állati szén , készült csont, használtuk Folyadéktisztítási szűréssel és fehérítésére, beleértve a termelést a fehér cukor. A skót John Stenhouse az első légzőmaszkhoz (1860, 1867) használta.

Ez a XX th  században, a termelési folyamatok javult, hogy lehetővé tegyék az ipari termelésben aktív szén különféle alkalmazások: Capture szennyezőanyag gáz vagy vizes fázisban, feldolgozza gázelválasztás ,  stb Fizikai vagy kémiai kezelési eljárásokat fejlesztettek ki az aktív szén jobb hatékonyságú előállításának lehetővé tétele érdekében: von Ostreijko svéd vegyész 1900-ban és 1901-ben két szabadalomban meghatározza a fizikai (vízgőz, szén-dioxid) és kémiai (fémkloridok) alapjait, és kémiai aktiválás savakkal (Bayer, 1905).

Gyártás

Ipari gyártás

Az aktív szén előállítható bármilyen szénben gazdag szerves növényi anyagból: kéregből, fatermékből, kókuszdióhéjból , mogyorókagylóból, olíva gödrökből , vagy szénből , tőzegből , lignitből , kőolaj maradványokból .

A gyártást két szakaszra bontják:

A szén a CO 2 -val fizikailag is aktiválhatóvagy kémiailag Lewis-savakkal (történelmileg cink-kloridot széles körben alkalmaztak) vagy kálium-hidroxiddal. Amikor a szénatomok kémiailag aktiválódnak, az aktiválószert leöblítik és újrafeldolgozzák.

Egyes folyamatok lehetővé teszik a két lépés kombinálását.

A pórusátmérő a felhasznált nyersanyagban lévő pórusoktól is függ. Kókusz kagyló és nagyon sűrű erdő így mikro-pórusok (<2  nm ), közepes fehér Woods így mezopórusok (2 és 50 közötti  nm ) vagy a makropórusok (> 50  nm ).

Az aktív szenet a világ szinte minden olyan országában előállítják, ahol fás források vannak (fa, dióhéj, kéreg, gallyak, levelek  stb. ).

Növényi szén gyártása

Franciaországban a faszenet nyírból , tölgyből , bükkből , nyárból , fenyőből , fűzből vagy mészből készítették . Parentis-en-Bornban (Landes) van egy gyár Franciaországban, amely fenyőfából aktív szenet állít elő .

A nyárfaszenet, más néven „  Belloc faszenet  ”, három-négy éves fák hajtásaiból készítik. A hajtásokat vákuumban kalcinálják. A szenet 1/32 e -re hígított sósavban forraljuk . Ezután mossuk, szárítjuk és porítjuk. A levegőtől távol tárolják, hogy megakadályozza a légköri gázok és nedvesség felszívását.

Állati szén gyártása

Az állati szenet friss állatcsontokból állítják elő. A halcsontokat ki kell zárni. A zsírt forralással vagy oldószerrel extraháljuk. A csontokat összetörik, majd elszenesítik. A szénsavasodás során olaj és gáz szabadul fel. A gázt az ammónia eltávolítása céljából mossuk . A műtét átlagosan nyolc óra.

Újrahasznosítható és így több évig használható. Amikor elvesztette adszorbeáló erejét, kénsavval kezelik, hogy szuperfoszfátot képezzen .

Tulajdonságok

Fizikai tulajdonságok

Az aktív szén lényegében három formában van (a megadott méretek tipikus értékek):

Vannak aktív szénszövetek is, amelyek polimer szálból készült szövetekből, valamint nemezekből állnak, nagyon célzott alkalmazásokhoz (gyógyszer, hadsereg).

Az aktív szén rendkívül porózus (50-70 térfogat%). A porozitás az eredeti anyagtól függ: a kókuszdió héja mikropórusokat, míg a fa mezo- / makropórusokat termel. A pórusok teljes belső felülete által kifejlesztett felület óriási értékekhez vezet: egy gramm aktív szén fajlagos felülete 400 és 2500  m 2 , általában 1000  m 2 között van . A fajlagos felületeket a BET izoterm segítségével mérjük ( Brunauer, Emmett és Teller elmélet ).

Az aktív szén hidrofób  : alacsony relatív páratartalom mellett kevés vízgőzt adszorbeál . A nagyon kis pórussugár miatt azonban a vízgőzt Kelvin kondenzációval képes megfogni (a Kelvin-egyenlet szerint ), ha a relatív páratartalom nagyobb, mint körülbelül 50%. Más gőzök is kondenzálódhatnak. A szén pórusai ekkor megtelnek folyékony állapotú alkotórészekkel, ami megmagyarázza a nagyon magas adszorpciós kapacitást. Például a szén legfeljebb 50 tömeg% toluolt képes megkötni a levegőben a gőz állapotában (0,5  kg toluol / kg szén).

A adszorpciós a gázt igényel egy pórust 2  nm , míg a pórusok a 2 és 10  nm elegendő adszorpciója folyadék .

Kémiai tulajdonságok

Az aktív szén kémiai tulajdonságai a felület állapotától függenek, amely maga az alapanyag (kókuszdió, fenyő, szén, stb. ) Eredetétől,  valamint a fizikai és kémiai kezelésektől függ.

A kalcium szerepe

A víztisztítási folyamat során az aktív szén felszínéről felszabaduló kalciumionok nagy szerepet játszanak az anionos szerves mikrotermesztő anyagok jó rögzítésében . Például, kimutatták, hogy mikromoláris kalciumion szintje nagyban növeli a adszorpciója a nátrium-dodecil-szulfát (SDS) egy aktív szén megszabadított legtöbb felületén fémionok öblítést végzünk savval. Sósavval . Ez a hozzáadott kalcium lehetővé teszi a szén felszíni funkcionális csoportjainak negatív töltéseinek, valamint a már adszorbeált SDS-ből származó negatív töltések semlegesítését, ami növeli az SDS további rögzítését. Az aktív szénen átesett kezelések a mikrotartalmú anyagok adszorpciója előtt nagymértékben módosíthatják a szén adszorpciós kapacitását. Az a tény, hogy kalciumionokat adunk a szűrendő vízhez, javítja az aktív szénen az anionos mikrotermesztő anyagok adszorpciós hozamát. Egy ilyen kiegészítés azonban gazdaságilag nem jövedelmező.

Elektromos tulajdonságok

Vezetőképesség

Mivel az aktív szén szénből áll, bizonyos mértékig áramot vezet. Ezt a tulajdonságot az aktív szénszemcsék ágyának melegítésére használták fel Joule-effektussal annak regenerálása (rögzített molekulák deszorbeálása) céljából. Két fém elektróda van elrendezve az általában hengeres ágy végein, és feszültséget alkalmaznak (elektromágneses indukcióval is felmelegíthetik). A szén félvezető viselkedését azért emeljük ki, mert a hőmérsékleti görbe negatív, vagyis az ellenállás csökken, ha a hőmérséklet növekszik, ellentétben például a fémes vezetőkkel. Állandó feszültség alkalmazása esetén az ágy hőmérséklete nő, ellenállása csökken, következésképpen nő az intenzitás és az alkalmazott P = UI teljesítmény is . Ez elszabadult rendszerhez vezet. Ezért szükséges a feszültség szabályozása. Ez az elektrotermikus deszorpciós folyamat nem tapasztalt jelentős ipari fejlődést, a hagyományos eljárások, a forró levegő és a túlhevített vízgőz hatékonyak és olcsóbbak.

Kapacitás

Amikor egy szilárd anyagot érintkezésbe hoznak egy sóoldattal, a határfelületen elektrokémiai kettős rétegnek nevezett töltéseloszlás alakul ki . Ez úgy viselkedik, mint egy kondenzátor, amelynek kapacitása alacsony, néhány mikrofarád négyzetcentiméter nagyságrendű. Az aktív szén esetében, figyelembe véve annak magas fajlagos felületét, a fajlagos kapacitásértékek is nagyon magasak. Például, egy interfész a 10  uF / cm 2 , és egy szén-1000  m 2 / g , a kapacitás 100  F / g . Szuperkondenzátorokról beszélünk . Ezt a tulajdonságot különösen sok villamosenergia-tároló rendszerben (jármű, karóra stb.) És reaktív rendszerekben használják a nagy teljesítményű indításhoz.

A kettős réteg befolyásolja a felület adszorpciós tulajdonságait is. Így egy test adszorpciós izotermája az alkalmazott elektromos potenciáltól függhet. Ezt a jelenséget elektroszorpciónak nevezik.

Használ

Az aktív szenet számos területen használják:

Szűrés

Kémia

Forrás.

Ipar

Gyógyszer

Ezt az aktív szenet (hivatalos vagy kereskedelmi célú) vagy a Charbon de Belloc -ot beszerezheti gyógyszertárakban és bioboltokban. Mérgezés esetén a sürgős orvosi tanács továbbra is elengedhetetlen.

Az aktív szénnek nincs íze, szaga és kellemetlen hatása. Aktív peptikus fekély vagy bélelzáródás hiányában az aktív szénnek gyakorlatilag nincs ellenjavallata, kivéve azokat, amelyek bármilyen hasmenés-ellenes termékhez kapcsolódnak (lásd: Emésztőrendszeri tisztítás ). Nagyon jól tolerálható, még nagy adagokban is. Mivel adszorpciója gyors, lenyeléskor hatékony. Meg kell azonban jegyezni, hogy az aktív szén bevétele nem kompatibilis a gyógyszeres kezeléssel (Például fogamzásgátló tabletta), az aktív szén ugyanezen gyógyszerek aktív molekuláit adszorbeálja . Ezért az aktív szén bevitelét két vagy három órával késleltetni kell más gyógyszerek bevitelével .

Az aktív szén toxicitása azonban nem nulla: akkor is, ha az aktiválási folyamat oxidációval nagymértékben csökkenti a PAH-k szintjét, nem mentesül ez alól, csakúgy, mint a nyersanyagban jelen lévő nehézfémek szintje. A benzo [ a ] pirén (az egyik leginkább rákkeltő PAH) koncentrációja 50 µg / kg-ra van korlátozva  az élelmiszer-aktív szénben. Az aktív szenet azonban az emésztőrendszer nem szívja fel, és ezeket a vegyületeket bezárva tartja, ami jelentősen csökkenti toxicitásukat. Az Európai Élelmiszerbiztonsági Hatóság (EASA) úgy véli, hogy az általánosan használt felhasználási szinteken az 1,0 µg / kg rákkeltő szerves szermaradékot kevesebbet tartalmazó szén  nem jelent kockázatot az egészségre.

Agrobiznisz

Az élelmiszeriparban széles körben használt aktív szénnek két felhasználási lehetősége van: egyrészt fehérítő tulajdonságai, másrészt tisztító képessége miatt. Aktív szén található:

Reaktiválás és regenerálás

A levegő, a gáz vagy a folyadék bizonyos időtartamú kezelése után az aktív szén végül telítetté válik, vagy elveszíti hatékonyságának nagy részét. A porított aktív széntől (elégetve vagy lerakva) ellentétben a granulált aktív szén bizonyos mértékig újrafeldolgozható.

A legelterjedtebb módszer a "  termikus reaktiválás  ": az aktív szenet vízgőz jelenlétében 700  ° C és 900  ° C közötti kemencébe helyezzük . Az adszorbeált molekulákat leválasztják. Ha szervesek, akkor pirolizálják őket . Az adszorpciós pórusokban található maradékot a kemence légkörében jelenlévő vízgőz segítségével gázosítják. Az aktív szén visszanyeri kezdeti szerkezetét szennyező anyagoktól mentesen.

Savval vagy lúgos mosással is regenerálható. Ebben az esetben csak a képességének egy részét nyeri vissza, mert nem lehet az összes adszorbeált molekulát eliminálni. Ezután a munkaképességről beszélünk.

Különféle

Az aktív szén 1977 óta szerepel az Egészségügyi Világszervezet alapvető gyógyszerek listáján .

Az aktív szenet olyan kozmetikai termékekben is használják, mint a mitesszereltávolító maszkok vagy a fehérítő fogkrémek, de hatékonyságának tudományos bizonyítékai továbbra sem elégségesek. Éppen ellenkezőleg, nem ajánlott szénfogkrémet használni olyan brit szakértők szerint, akiknek elemzését a British Dental Journal publikálta .

Bibliográfia

Hivatkozások

  1. Paul-Victor Fournier , Franciaország gyógy- és mérgező növényeinek szótára , Párizs, Omnibus,2010, 1047  p. ( ISBN  978-2-258-08434-6 ) , p.  507, 752, 934
  2. (a) Edward Thorpe , A Dictionary of Applied Chemistry , Vol.  2, London, Longmans, Green és társai,1921, P.  482.
  3. Michel Mazet , Abdelrani Yaacoubi és Pierre Lafrance : „  Az aktív szén által felszabadult fémionok hatása a szerves mikrotermesztő anyagok adszorpciójára. A kalciumionok szerepe  ”, Water Research , vol.  22, n o  10,1 st október 1988, P.  1321-1329 ( ISSN  0043-1354 , DOI  10.1016 / 0043-1354 (88) 90121-2 , olvasható online , elérhető 1 -jén február 2020 )
  4. Georges Grévillot, "  Illékony szerves vegyületekkel töltött levegő kezelése  " , a Culture Science c. Felsőbb rendes iskola ,2004(megtekintve 2020. február 2. )
  5. Aktív szén alkalmazása .
  6. ADEME, illékony szerves vegyületek , Párizs, Dunod,2013, 263  p. ( online olvasható ) , p.  133
  7. Olivier Maurer, A kénfajok eloszlásának és a hidrogén-szulfid képződésének vizsgálata a víztartó rétegekben található földgáztárolókban (doktori disszertáció) , Párizs, École Nationale des Ponts et Chaussées,1992( online olvasás )
  8. „  Nemzetközi honlap  ” , az Atlas Copco oldalon (hozzáférés : 2020. augusztus 30. ) .
  9. (in) tudományos véleménye az újraértékelését növényi szén, mint egy élelmiszer-adalékanyag , Panel on Food Additives és tápanyagforrásokkal élelmiszer az EASA
  10. EK rendelete () n o  889/2008 on ecocert.fr
  11. Les Nouvelles de la Boulangerie-Pâtisserie Française kéthavonta megjelenő szakmai magazin.
  12. Francia Pékség-Péksütemények Országos Szövetsége, "  CIRCULAR N ° 67  " , a https://www.boulangerie.org oldalon ,2017. december 28
  13. "  eEML - Electronic Essential Medicines List  " , a list.essentialmeds.org címen (elérhető : 2021. február 21. )
  14. (in) a WHO szakértői bizottsága: "  Az alapvető gyógyszerek kiválasztása  " [PDF] a list.essentialmeds.org oldalon , Genf,1977
  15. "  Faszénes fogkrémek: divat, amelyet az egészséged érdekében el kell kerülni, mondják a szakértők  " , a Sciences et Avenir (hozzáférés : 2019. május 15. )

Lásd is

Kapcsolódó cikkek

Bibliográfia