Где используется древесный уголь: Древесный уголь: производство и применение
Древесный уголь: производство и применение
Одной из альтернатив «традиционного» угля сегодня является древесный уголь. Но в отличие от своего сородича, это экологически чистый и более безопасный в использовании продукт.
Как и его изготавливают и почему не применяют для выработки электроэнергии?
Производство древесного угля
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.
Предварительно высушенную древесную породу помещают в реторту — замкнутую стальную ёмкость, в которую не поступает воздух. Затем ёмкость устанавливается в специальную печь, где и происходит процесс нагревания. Под воздействием высоких температур материал в бескислородной среде разлагается, превращаясь в древесный уголь.
После пиролиза материал обязательно подвергается прокалке.
Этот процесс также проводится в печи: его суть заключается в отделении от полученного угля лишних газов и смол. На заключительном этапе реторту достают из печи, а уголь отсеивают от мелких фракций и пыли.
В зависимости от выбора «исходного материала» производят разные виды древесного угля. Также они отличаются друг от друга разной степенью содержания нелетучего углерода.
Чёрный уголь (марка А) получают из мягких пород древесины – например, тополя, липы, осины. Он считается высшим сортом древесного угля: в материале содержится как минимум 90% нелетучего углерода и не более 2,5% золы.
Из берёз, дубов, ясеней и других твёрдых пород образуется так называемый белый уголь первого сорта (марка Б), а хвойные породы (сосна, ель или лиственница) дают красный древесный уголь (марка В).
Читайте также: «Зольность угля: методы определения».
Свойства биотоплива
В результате пиролиза древесины получают уголь с большим количеством микроскопических полостей, за счёт которых он приобретает высокую поглощающую способность.
Благодаря кислороду, попадающему в поры, топливо легко горит и выделяет много тепла. Даже небольшое количество биотоплива даёт длительный жар, причём при сжигании практически не выделяется дым. Ко всему прочему, древесный уголь не склонен к самовозгоранию.
Полученный древесный уголь состоит из углерода, водорода и кислорода. Их доля в материале зависит от температуры обугливания: чем она выше, тем выше содержание углерода и ниже – кислорода и водорода.
В среднем в древесном угле содержится около 80% углерода, причём как летучего, так и не летучего. Доля остальных веществ такова: кислорода – от 5 до 15%, водорода – порядка 4,5%.
Доля летучих веществ в продукте составляет не более 20%, золы – не более 3%, влаги – от 2-4% до 7-15% (если хранить материал в закрытых складах).
Калорийность или удельная теплота сгорания древесного угля варьируется в диапазоне от 7000 до 8000 Ккал/кг.
О характерных свойствах «классических» видов угля – бурого, каменного и антрацита – в нашем материале «Виды угля: какое топливо эффективней?».
Кому и зачем?
Древесный уголь применяют во многих сферах– к примеру, в пищевой промышленности, медицине, сельском хозяйстве. Также он используется для очистки промышленных стоков и газовых выбросов предприятий, а для выплавки ценных и редких металлов он просто необходим.
Помимо этого, древесный уголь используется в качестве топлива. Например, из угольной пыли, которая вырабатывается в процессе пиролиза, производят древесно-угольные брикеты.
Материал смешивают с каким-либо сырьём (как правило, это крахмальный клейстер), после чего отправляют на механический пресс, там их обжигают под высоким давлением и сжимают в бруски определённой формы и размеров.
Брикеты из древесного угля прогорают равномерно и полностью, при этом они превращаются в золу. Теплотворная способность такого топлива составляет свыше 8000 Ккал/кг.
В основном древесный уголь, как и брикеты, используется для
отопления частных домов, а не ТЭС. Дело в том, что стоит биотопливо практически
в два раза дороже, чем, например, каменный уголь.
Применение древесного угля
Применение древесного угля в качестве топлива
В экономически развитых странах древесный уголь широко используется для разжигания мангалов при приготовлении барбекю, шашлыка и т.д.
В других странах мира древесный уголь используется ежедневно для приготовления пищи. Это является серьезной угрозой для здоровья человека, так как приготовление пищи происходит не на открытом воздухе, а в помещении. Респираторные инфекции, которые появляются вследствие разжигания древесного угля в помещении, являются причиной смертности детей в возрасте до 5 лет во всех странах третьего мира. Это почти 2 миллиона случаев смерти в год. Окись углерода к тому же загрязняет атмосферу.
Применение древесного угля в промышленности
С давних времен древесный уголь использовали для выплавки железа в сыродутных печах, а затем в доменных печах. Позже древесный уголь был заменен коксом.
Применение древесного угля в качестве автомобильного топлива
Во времена дефицита нефтепродуктов автомобили были переконструированы для езды на смешанном газе – газовой смеси, содержащей в основном окись углерода СО.
Смешанный газ производили при сжигании угля или дров в газогенераторах. В Китае, например, до 1950 года были популярны автомобили, в которых в качестве топлива использовали уголь. Во время Второй мировой войны в странах Европы производство древесины и древесного угля в качестве топлива для автомобилей увеличилось примерно в 10 раз.
Применение древесного угля в оборудовании для очистки и фильтрации
Активированный уголь обладает высокой адсорбцией благодаря большому количеству пор и большой удельной поверхности на единицу массы. Активированный уголь быстро адсорбирует широкий спектр органических соединений, растворенных в газах или жидкостях. Древесный уголь часто используется для фильтрации воды, чтобы удалить вредные бактерии. На Востоке, в таких странах как Китай, Япония, Корея, вода, очищенная с помощью древесного угля или бамбука, используется для приготовления чая.
В некоторых промышленных производствах, таких как очистка сахара при производстве из сахарного тростника, примеси, вызывающие нежелательные цвета, могут быть удалены с помощью активированного угля.
Активированный уголь используется для поглощения запахов и токсинов из воздуха. Фильтры, сделанные из древесного угля, также применяются в некоторых видах противогазов.
Применение активированного угля в медицине заключается в основном в адсорбции ядов, попадающих в организм человека. Также он используется для уменьшения дискомфорта в пищеварительном тракте.
Применение древесного угля в искусстве
Для рисования используют тонкие палочки, обожженные специальным образом при высоких температурах без доступа кислорода. Также в рисовании используется прессованный уголь, который выпускают в виде карандашей.
Применение древесного угля в садоводстве
Древесный уголь добавляют в землю (в том числе для комнатных растений) с целью увеличить ее гигроскопичность. Уголь, поглощая лишнюю влагу, препятствует закисанию почвы. Порошкообразный уголь применяется для лечения растений.
Применение древесного угля в медицине
Издавна уголь употребляли как пищевую добавку, помогающую при гастритах.
Сейчас активированный уголь выпускают в виде таблеток, капсул, порошка для улучшения работы пищеварительного тракта. Древесный уголь поглощает газы и токсины, что помогает при изжоге, вздутии живота и расстройствах желудка.
Применение древесного угля в курении
Специальный уголь используют для кальянов, это натуральные древесные угли и быстро возгорающиеся угли.
Древесный уголь – одно из важнейших когда-либо открытых веществ | Office for Science and Society
Сжигайте любые животные или растительные вещества с ограниченным доступом воздуха, как в случае с дровами, и у вас останется древесный уголь, по сути углерод, смешанный с небольшим количеством минеральной золы. Тот факт, что уголь горит лучше, чем дерево, вероятно, был замечен вскоре после того, как человек научился управлять огнем более миллиона лет назад. Первое использование древесного угля для целей, отличных от обеспечения тепла, было около 30 000 г. до н.э., когда пещерные люди использовали его в качестве пигмента для рисования на стенах пещер.
Затем около 4000 г. до н.э. было сделано монументальное открытие, вероятно случайное, когда кусок руды упал в угольный костер и начал выделять металл. Когда природные руды оксидов меди, цинка и олова нагревают с помощью древесного угля, углерод удаляет кислород, оставляя чистый металл. Легирование меди оловом дает бронзу. За бронзовым веком последовал железный век, характеризующийся выплавкой железа из оксида железа с древесным углем. Эта же технология используется и сегодня. Но не только благодаря выплавке металлов древесный уголь повлиял на историю.
Где-то в IX веке китайский алхимик обнаружил, что при смешивании древесного угля с селитрой (нитратом калия) и серой получается легко воспламеняющаяся смесь. «Порох» в конечном итоге будет использоваться для создания взрывчатых веществ, которые откроют доступ к углю и минералам, что сделает возможными огромные инженерные достижения. Конечно, порох также сделал возможным более легкое уничтожение жизни, бросая темную тень на древесный уголь.
Около 1500 г. до н.э. египетские папирусы зафиксировали использование древесного угля для устранения неприятного запаха из ран, первое упоминание о медицинском применении древесного угля. К 400 г. до н.э. финикийцы хранили воду в обугленных бочках на торговых кораблях, чтобы улучшить ее вкус. Похоже, они обнаружили одно из важнейших свойств древесного угля — способность связывать вещества на своей поверхности — явление, известное как «адсорбция». Это применение оставалось более или менее бездействующим до конца 18 века, когда европейцы развили вкус к сахару. Сахар-сырец из сахарного тростника или сахарной свеклы испорчен цветными примесями, которые можно удалить, пропуская сахарный экстракт через слои древесного угля.
Быстрый рост сахарной промышленности привел к поиску древесного угля с улучшенными адсорбционными свойствами и привел к разработке «активированного» древесного угля, также называемого «активированным углем». В этом процессе углеродистые вещества, такие как древесина, уголь или ореховая скорлупа, сначала нагреваются в отсутствие воздуха, а затем подвергаются воздействию углекислого газа, кислорода или пара.
Это приводит к увеличению площади поверхности и созданию сети субмикроскопических пор, в которых происходит адсорбция. Позже было установлено, что пропитка химическими веществами, такими как хлорид цинка или фосфорная кислота, перед нагреванием улучшала адсорбционные свойства. Сегодня существует множество продуктов с активированным углем для использования в различных областях.
Активированный уголь используется в фильтрах для воды, системах очистки воздуха, противогазах и даже нижнем белье. Да, нижнее белье, фильтрующее метеоризм, для людей, страдающих различными желудочными проблемами, действительно работает. Но во избежание выхода газов вокруг фильтра больному рекомендуется стоять, сведя ноги вместе, и медленно выпускать газ.
Благодаря своим удивительным адсорбционным свойствам активированный уголь является основным продуктом в отделениях неотложной помощи. В случаях подозрения на передозировку препарата или отравление его вводят перорально, чтобы связать токсины до того, как они попадут в кровоток.
Неудивительно, что изобретательные маркетологи усвоили эту информацию и начали предлагать различные продукты и напитки, содержащие активированный уголь, с обещаниями «детоксикации». «Активированный уголь Black Magic», «пикантный лимонный эликсир для детоксикации и очищения», приглашает вас «перейти на темную сторону». Очень кстати приглашение. Какие виды токсинов должен удалять этот напиток? А поскольку активированный уголь не очень специфичен в отношении того, что он поглощает, он с такой же вероятностью удаляет витамины, полифенолы и лекарства, как и эти безымянные токсины. Конечно, она сделана из «щелочной воды», что соответствует абсурду о том, что рак вызывается кислым pH. Любая щелочная вода, конечно же, немедленно нейтрализуется желудочной кислотой. Хотите верьте, хотите нет, но вы также можете получить «лапшу рамэн с активированным углем». Единственное, что они устранят, это ваш аппетит.
8 применений и что говорит наука
Мы включаем продукты, которые мы считаем полезными для наших читателей.
Если вы покупаете по ссылкам на этой странице, мы можем получить небольшую комиссию. Вот наш процесс.
Активированный уголь представляет собой мелкий порошок черного цвета без запаха, который часто используется в отделениях неотложной помощи для лечения передозировок. Его поглощающие токсины свойства находят широкое применение в медицине и косметике, хотя ни одно из них не доказано научно.
При перегреве природных источников углерода, таких как древесина, образуется активированный уголь. Черный порошок предотвращает всасывание токсинов в желудке, связываясь с ними. Организм не в состоянии усваивать древесный уголь, поэтому токсины, которые связываются с древесным углем, выводятся из организма с фекалиями.
В этой статье мы обсудим некоторые способы использования активированного угля, его потенциальную пользу и возможные риски.
Активированный уголь — это не то же самое вещество, что содержится в угольных кирпичах или сожженных кусочках пищи.
Производство активированного угля делает его чрезвычайно абсорбирующим, что позволяет ему связываться с молекулами, ионами или атомами и удалять их из растворенных веществ.
При производстве активированного угля материалы, богатые углеродом, такие как древесина, торф, скорлупа кокосовых орехов или опилки, нагреваются до очень высоких температур.
Этот процесс «активации» очищает уголь от ранее поглощенных молекул и снова освобождает места связывания. Этот процесс также уменьшает размер пор в древесном угле и делает больше отверстий в каждой молекуле, увеличивая общую площадь поверхности.
В результате одна чайная ложка активированного угля имеет примерно такую же площадь поверхности, как футбольное поле.
Всемирная организация здравоохранения одобрила активированный уголь для неотложной помощи при передозировках или отравлениях.
Но из-за его мощных очищающих свойств от токсинов некоторые защитники предложили активированный уголь для лечения постоянно растущего списка заболеваний.
Недостаточно убедительных крупномасштабных исследований, чтобы установить преимущества активированного угля. Многие продукты, отпускаемые без рецепта (OTC), основаны на основных химических принципах активированного угля для защиты своих заявлений о пользе.
Несколько примеров использования активированного угля, подтвержденных некоторыми доказательствами, включают:
1. Здоровье почек
Активированный уголь может улучшить функцию почек, отфильтровывая непереваренные токсины и лекарства.
Активированный уголь особенно эффективен при удалении токсинов мочевины, основного побочного продукта переваривания белков.
Необходимы дополнительные исследования, но некоторые исследования на животных показывают, что активированный уголь может помочь улучшить функцию почек и уменьшить повреждение и воспаление желудочно-кишечного тракта у людей с хроническим заболеванием почек.
В исследовании 2013 года крысам с индуцированным хроническим заболеванием почек давали 4 грамма (г) на килограмм в день перорального препарата с активированным углем. Исследователи обнаружили, что у животных значительно уменьшилось воспаление и повреждение кишечника.
В другом исследовании 2014 года крысам с индуцированной хронической почечной недостаточностью давали смеси, содержащие 20 процентов активированного угля.
У них улучшилась функция почек и снизилась скорость воспаления и повреждения почек.
2. Газ кишечный
Считается, что порошок активированного угля способен разрушать кишечный газ, хотя исследователи до сих пор не понимают, как это сделать.
Жидкости и газы, попавшие в кишечник, могут легко пройти через миллионы крошечных отверстий в активированном угле, и этот процесс может их нейтрализовать.
В исследовании 2012 года небольшая выборка людей с избыточным газообразованием в кишечнике принимала 448 миллиграммов (мг) активированного угля три раза в день в течение 2 дней перед проведением ультразвукового исследования кишечника. Они также приняли еще 672 мг утром перед экзаменом.
Исследование показало, что исследователи смогли лучше видеть определенные части некоторых органов с помощью ультразвука после лечения активированным углем. В нем говорилось, что кишечный газ затмил бы эти органы до лечения.
Примерно у 34 процентов участников, которым давали активированный уголь для уменьшения газообразования, также улучшились симптомы.
В исследовании 2017 года люди, принимавшие 45 мг симетикона и 140 мг активированного угля три раза в день в течение 10 дней, сообщили о значительном уменьшении болей в животе без побочных эффектов.
Исследования все еще ограничены, но комиссия Европейского агентства по безопасности пищевых продуктов (EFSA) сообщает, что имеется достаточно доказательств в поддержку использования активированного угля для уменьшения чрезмерного накопления газов.
Не существует определенного способа использования активированного угля при кишечных газах, но EFSA рекомендует принимать не менее 1 г за 30 минут до и после каждого приема пищи.
3. Фильтрация воды
Люди уже давно используют активированный уголь в качестве естественного фильтра для воды. Как и в кишечнике и желудке, активированный уголь может взаимодействовать и поглощать ряд токсинов, лекарств, вирусов, бактерий, грибков и химических веществ, содержащихся в воде.
В коммерческих учреждениях, таких как центры по переработке отходов, операторы часто используют гранулы активированного угля для одной из стадий процесса фильтрации.
Десятки продуктов для фильтрации воды также предназначены для домашнего использования, используя угольные картриджи для очистки воды от токсинов и примесей.
Исследование, проведенное в 2015 году, показало, что системы фильтрации воды, в которых использовался уголь, удаляли до 100 процентов фтора из 32 проб нефильтрованной воды через 6 месяцев после установки.
Хотя это свидетельствует об эффективности угольной фильтрации, следует отметить, что в США добавление фтора в систему водоснабжения многих городов улучшило здоровье полости рта миллионов американских граждан.
4. Диарея
Учитывая его использование в качестве желудочно-кишечного абсорбента при передозировках и отравлениях, следует, что некоторые люди могут предложить активированный уголь для лечения диареи.
В обзоре недавних исследований использования активированного угля при диарее в 2017 году исследователи пришли к выводу, что он может предотвратить попадание бактерий и лекарств, вызывающих диарею, в организм, удерживая их на своей пористой текстурированной поверхности.
Исследователи также отметили, что активированный уголь имеет мало побочных эффектов, особенно по сравнению с обычными противодиарейными препаратами.
5. Отбеливание зубов и здоровье полости рта
Десятки продуктов для отбеливания зубов содержат активированный уголь.
Многие продукты для ухода за полостью рта, содержащие активированный уголь, утверждают, что обладают различными полезными свойствами, такими как:
- противовирусные
- антибактериальные
- противогрибковые
- дезинтоксикационные
В обзоре 2017 года исследователи пришли к выводу, что лабораторных или клинических данных недостаточно для определения безопасности или эффективности активированного угля для отбеливания зубов или гигиены полости рта.
6. Уход за кожей
Исследователи сообщили, что активированный уголь помогает притягивать микрочастицы, такие как грязь, пыль, химические вещества, токсины и бактерии, к поверхности кожи, что облегчает их удаление.
7. Дезодорант
Широко доступны различные дезодоранты с активированным углем. Древесный уголь может поглощать запахи и вредные газы, что делает его идеальным дезодорантом для подмышек, обуви и холодильника.
Также сообщается, что активированный уголь способен поглощать избыточную влагу и контролировать уровень влажности на микроуровне.
8. Кожные инфекции
Во всем мире многие практикующие врачи традиционной медицины используют порошок активированного угля, изготовленный из скорлупы кокосовых орехов, для лечения заболеваний мягких тканей, таких как кожные инфекции.
Активированный уголь может оказывать антибактериальное действие, поглощая вредные микробы из ран.
В отделении неотложной помощи врачи могут иногда использовать активированный уголь для лечения передозировок или отравлений.
Activated charcoal can often help clear toxins and drugs that include:
- NSAIDs and other OTC anti-inflammatories
- sedatives
- calcium channel blockers
- dapsone
- carbamazepine (Tegretol)
- malaria medications
- methylxanthines (mild стимуляторы)
Активированный уголь не может связываться со всеми типами токсинов или лекарств, особенно с теми, которые вызывают коррозию.
Комментариев нет