Добавлен: 29.10.2023
Просмотров: 230
Скачиваний: 8
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования города Костромы
«Центр творческого развития «Академия»
Тема проекта
«Активированный уголь»
Автор работы:
Белов Егор, ученик 7 «а» класса
Лицея № 17 города Костромы
Руководитель проекта:
Батманова Татьяна Вячеславовна
Кострома 2023 год
Содержание
| | стр. |
| Введение | 3 |
| |
| 4 |
| 4 |
| 5 |
| 7 |
| |
| 8 |
| 9 |
| 10 |
| Заключение | |
| Список литературы | |
Введение
В настоящее время проблемы чистой воды и воздуха являются очень актуальными для общества. Загрязняющие вещества оказывают отрицательное влияние не только на окружающую нас природу, но и на здоровье и продолжительность жизни человека. Поиск новых методов и средств очистки воды и воздуха является предметом многих научных исследований. Но в тоже время нельзя забывать об уже существующих методах, например фильтрование и адсорбция с использованием активированного угля. Активированный уголь есть у каждого в домашней аптечке – его применяют при отравлениях. А каков механизм его действия мы попытаемся разобраться в нашей работе.
Актуальность выбранной темы
заключается в высокой значимости явления адсорбции в связи с решением не только экологических проблем и проблем получения особо чистых веществ, но и проблем здоровья человека.
Цель проектной работы: исследовать строение и свойства активированного угля, влияющие на его повышенную адсорбционную способность.
Задачи:
-
Выяснить, чем уголь отличается от активированного угля. -
Выяснить, чем обусловлена высокая адсорбционная способность активированного угля. -
Найти информацию об областях использования адсорбционной способности активированного угля. -
Определить экспериментальным путем адсорбционную способность активированного угля. -
Найти альтернативные адсорбционные вещества
Гипотеза: активированный уголь способен устранять из водных растворов и воздушной среды вредные примеси
Объект исследования: активированный уголь
Области исследования: адсорбционные свойства активированного угля.
Методы исследования:
-
Сбор и анализ информации по данной теме -
Наблюдение -
Эксперимент
-
Основная часть-
Общие сведения об угле
-
Уголь — это горючая осадочная порода растительного происхождения, образовавшаяся из частей древних растений под землей без доступа кислорода. Уголь состоит в основном из атомов углерода и ряда других химических элементов. Уголь был первым из используемых человеком видов ископаемого топлива.
В зависимости от степени преобразования и удельного количества углерода в угле различают три его типа: бурый уголь, каменный уголь, антрацит.
Бурый уголь — самая молодая твёрдая горная порода, которая образовалась около 50 млн лет назад из торфа. Залегает на небольших глубинах (до 1 км), считается топливом низкой степени углефикации. Он содержит в себе от 50% углерода, но также много летучих веществ, минеральных примесей и влаги, поэтому гораздо легче горит и даёт больше дыма и запаха гари.
Каменный уголь старше бурого угля – возраст каменных отложений составляет порядка 350 млн лет. Каменный уголь куда более крепкое, твёрдое и тяжёлое полезное ископаемое, которое обычно залегает на глубинах от 2 км.
В этой горной породе чёрного цвета с матовым блеском содержится 75-95% углерода и при этом всего 5-6% влаги. За счёт высокой теплоты сгорания каменный уголь горит гораздо лучше, чем бурый.
Антрацит – конечная стадия формирования угля. Этот вид угля практически лишён влаги (не более 1-3%) и минеральных примесей, зато содержит много углерода (около 94%). Такие свойства обеспечивают очень высокую удельную теплоту сгорания. Чтобы поджечь антрацит, нужно постараться: он загорается только при температурах 600-700˚С, но в случае успеха не даёт дыма и горит почти без пламени. В основном антрацит залегает на глубинах 6 км.
https://dprom.online/chindustry/vidy-uglya-kakoe-toplivo-effektivnej/ - Виды угля: какое топливо эффективней?
Самым древнейшим видом топлива на земле считается древесный уголь, который представляет собой пористый продукт с повышенной углеродностью.
Древесный уголь имеет общее происхождение с каменным углём. Они оба образуются из древесины, только каменный уголь формируется в результате разложения древесной породы, которое длится долгие века. А вот древесный уголь получают методом термического разложения древесины — пиролиза (пиролиз – разложение древесины без доступа воздуха при термической обработке).
-
Что такое активированный уголь?
Активированный уголь получают из древесного угля, торфа, кожуры орехов (кокосовых, например) путем выжигания в бескислородной среде и активируют пропусканием водяного пара при очень высоких температурах для увеличения пористости.
С точки зрения химии активированный уголь – это одна из форм углерода с несовершенной структурой, практически не содержащая примесей, таких как: водород, азот, галогены, сера и кислород. Несовершенная форма характеризуется высокой степенью пористости с порами, размер которых колеблется в широком диапазоне с пределами, различающимися более чем в 106 раз – от видимых трещин и щелей до различных брешей и пустот на молекулярном уровне. Именно высокий уровень пористости делает активированный уголь «активированным».
В активированных углях различают три категории пор: микро-, мезо- и макропоры. Микро- и мезопоры составляют наибольшую часть поверхности активированных углей. Соответственно, именно они вносят наибольший вклад в их адсорбционные свойства. Микропоры особенно хорошо подходят для адсорбции молекул небольшого размера, а мезопоры — для адсорбции более крупных органических молекул.
О
пределяющее влияние на структуру пор активированных углей оказывают исходные материалы для их получения. Активированные угли на основе скорлупы кокосов характеризуются большей долей микропор, а активированные угли на основе каменного угля — большей долей мезопор. Большая доля макропор характерна для активированных углей на основе древесины. В зависимости от технологии изготовления, 1 грамм активированного угля может иметь поверхность от 500 до 1500 м².https://activcarbon.com.ua/ru/2021/03/09/chto-takoe-aktivirovannyj-ugol/ - Что такое активированный уголь
-
Что такое адсорбция?
О полезных свойствах угля люди знали давно. Наиболее раннее из исторических упоминаний об использовании углей, относится к Древней Индии, где в санскритских писаниях говорилось, что питьевую воду необходимо предварительно пропускать через уголь, выдерживать в медных сосудах и подвергать действию солнечных лучей.
Уникальные и полезные свойства углей были известны также и в Древнем Египте, где древесный уголь использовали в медицинских целях уже за 1500 лет до н. э.
Древние римляне также пользовались углем для очистки питьевой воды, пива и вина.
Но лишь в конце XVIII веке ученые углубленно начали изучать способность угля удерживать газы, пары и растворённые вещества. Это явление было названо «адсорбцией». Адсорбция - поглощение какого-либо вещества из газообразной среды или раствора поверхностным слоем жидкости или твёрдого тела. Название происходит от латинских слов аd – на и sоrbео – поглощаю и означает «поглощаю поверхностью».
В конце 18-го века ученые знали, что карболен способен поглощать различные газы, пары и растворенные вещества. В обыденной жизни люди наблюдали: если при кипячении воды в кастрюлю, где перед этим варили обед, бросить несколько древесных угольков, то привкус и запах пищи исчезают. Со временем активированный уголь стали использовать для очистки сахара, для улавливания бензина в природных газах, при крашении тканей, дублении кожи.
В 1773 году немецкий химик Карл Шееле сообщал об адсорбции газов на древесном угле. Позже было установлено, что древесный уголь может также обесцвечивать жидкости.
В 1785 году санкт-петербургский аптекарь Товий Егорович Ловиц, впоследствии ставший академиком, впервые обратил внимание на способность активированного угля очищать спирт. В результате многократных опытов он установил, что даже простое встряхивание вина с угольным порошком позволяет получить намного более чистый и качественный напиток.
В 1794 году древесный уголь был впервые применен на английском сахарном заводе, уже в 1808 году древесный уголь начали применять во Франции для осветления сахарного сиропа.
В 1830 году один аптекарь, проводя на себе опыт, принял внутрь грамм стрихнина и остался жив, потому что одновременно проглотил 15 граммов активированного угля, который адсорбировал этот сильный яд.
В годы первой мировой войны русский ученый - химик Николай Дмитриевич Зелинский решил отыскать надежное средство защиты от отравляющих газов, используя обыкновенный древесный уголь как универсальный адсорбент. Он разработал способ активирования угля путем прокаливания, что значительно увеличило его поглотительную способность. Во время первой мировой и Великой Отечественной войн в действующую армию были направлены миллионы противогазов, которые спасли тысячи от боевых отравляющих веществ. К 1916 году противогаз был принят на вооружение почти во всех европейских армиях. Это изобретение послужило толчком к дальнейшему исследованию способности углей поглощать различные пары и газообразные вещества. Промышленное производство активированного угля началось в начале 20 века. В 1909 году в Европе была выпущена первая партия порошкового активного угля.
В настоящее время активированные угли являются одними из лучших (но не единственным) фильтрующим материалом. На сегодняшний день в качестве адсорбентов используют и другие вещества, например:
-
Глина – природный абсорбент, хорошо нам известна в медицинском препарате, применяемом при отравлениях – Смекта; -
Цеолиты – природные адсорбенты и иониты применяются для улучшения структуры плодородной почвы; -
Волокнистый сорбент (выглядит как вата) – применяют для изготовления фильтрующих элементов при ликвидации последствий разлива нефти, в фильтрующих элементах для очистки воды и воздуха; -
Диоксид кремния – действующее вещество медицинских сорбентов -
Силикагель осушает и очищает воздух