V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Адсорбирующие свойства белого и чёрного активированного угля
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
В современном мире организм человека подвергается воздействию большого количества негативных факторов. Вредные для здоровья вещества могут попадать в организм с пищей, воздухом, водой. Они вызывают отравления организма, способствуют возникновению аллергических реакций, нарушают работу внутренних органов. С давних пор для борьбы с отравлениями и выведением вредных веществ из организма люди использовали черный активированный уголь, который зарекомендовал себя недорогим и очень эффективным средством. Но в последнее время в аптеках в качестве альтернативного средства предлагают лекарство нового поколения – белый уголь, вещество гораздо более дорогое по цене и как обещают более эффективное. Мы решили установить, в чем заключается отличие между белым и черным активированным углем. Действительно ли существуют преимущества белого активированного угля над черным или это просто выгодный маркетинговый ход?
Объект исследования: белый и черный активированный уголь
Предмет исследования: адсорбирующие свойства белого и черного активированного угля
Цель исследования: определение экспериментальным путем адсорбирующих свойств белого и черного активированного угля
Задачи:
1. Изучить теоретические аспекты данной проблемы;
2. Найти способы изучения свойств;
3. Провести в школьных условиях исследование;
4.Сделать выводы.
Гипотеза: если адсорбирующие свойства белого угля эффективнее, чем у активированного черного, то он является полноценной заменой
Практическая значимость: возможность применять данные в повседневной жизни.
Методы: эксперимент, анализ, обобщение
Глава 1. Теоретические аспекты данной проблемы.
1.1. Термины и определения.
Сорбенты (от лат. sorbens — поглощающий) — твердые тела или жидкости, избирательно поглощающие (сорбирующие) из окружающей среды газы, пары или растворённые вещества. В зависимости от характера сорбции различают абсорбенты — тела, образующие с поглощённым веществом твёрдый или жидкий раствор, адсорбенты — тела, поглощающие (сгущающие) вещество на своей (обычно сильно развитой) поверхности, и химические поглотители, которые связывают поглощаемое вещество, вступая с ним в химическое взаимодействие.
Активированный уголь — пористое вещество, которое получают из различных углеродосодержащих материалов органического происхождения: древесного угля , каменноугольного кокса , нефтяного кокса, скорлупы кокосовых орехов и других материалов. Содержит огромное количество пор и поэтому имеет очень большую удельную поверхность на единицу массы, вследствие чего обладает высокой адсорбционной способностью. Применяют в медицине и промышленности для очистки, разделения и извлечения различных веществ.
Белый уголь – разработка фармакологов, уже успевшая выйти на международный рынок. Этот препарат позиционируется как более эффективная и менее «суровая» альтернатива традиционному активированному углю. Таблетки белого угля внешне выглядят примерно так же, как и обычного активированного: разница только в цвете. Белизну им придает крахмал, из которого они производятся. Кроме того, в состав белого угля входят диоксид кремния и микрокристаллическая целлюлоза – они и являются основными активными веществами.
Адсорбенты — высокодисперсные природные или искусственные материалы с большой удельной поверхностью, на которой происходит адсорбция веществ из соприкасающихся с ней газов или жидкостей. Адсорбенты применяют для очистки воды от металлов и примесей, в противогазах, в качестве носителей катализаторов, для очистки газов, спиртов, масел, для разделения спиртов, при переработке нефти, в медицине для поглощения газов и ядов.
Абсо́рбция (лат. absorptio от absorbere — поглощать) — поглощение сорбата всем объёмом сорбента. Является частным случаем сорбции. Часто в процессе абсорбции происходит не только увеличение массы абсорбирующего материала, но и существенное увеличение его объема (набухание), а также изменение его физических характеристик – вплоть до агрегатного состояния.
Адсорбция (лат. ad — на, при, в; sorbeo — поглощаю) — увеличение концентрации растворенного вещества у поверхности раздела двух фаз (твердая фаза — жидкость). Адсорбция является частным случаем сорбции.
1.2. Химический состав и свойства чёрного активированного угля.
Активированный уголь — вещество с сильной пористой структурой. Получают его из материалов органического происхождения. Такими материалами являются: нефтяной кокс, древесный уголь, маслины, грецкий орех, косточки абрикоса и др. По качеству очистки лучшим считается активированный уголь (активный уголь), поскольку у него наибольший срок службы. Карболен (активированный уголь), сделанный из скорлупы кокоса, очень высокопрочен и легко восстанавливается.
Если смотреть на активированный уголь как на химический продукт – это форма углерода, которая почти не содержит примесей.
По структурным характеристикам активированный уголь относится к микрокристаллическим разновидностям углерода. Типичная для графита решетка нарушена в активированном угле – слои хаотично сдвинуты и имеют разное направление. Активированные угли содержат аморфный углерод. Этот состав определяет пористую структуру активированного угля, и его адсорбционные свойства.
Активированный уголь обладает поистине чудотворными свойствами. Многочисленные исследования доказали, что активированный уголь способен поглощать канцерогенные и токсические вещества, а также радионуклиды. Кроме того, активированный уголь понижает уровень холестерина, снижает боли при ишемии сердца и в суставах при полиартрите и даже способствует похудению.
Помимо этих замечательных свойств активированного угля, можно отметить, что он способствует улучшению общего состояния при сахарном диабете, а также препятствует образованию камней в желчном пузыре и в почках.
А то, что активированный уголь – эффективное средство при различных отравлениях, знают почти все.
1.3. Химический состав и свойства белого угля.
Белый уголь – что это такое? Это лекарственный препарат, который способствует адсорбции из желудочно-кишечного тракта и выведению из организма человека токсических веществ (например, продуктов жизнедеятельности микробов, бактериальных аллергенов и т.д.). -
Также следует отметить, что данное средство уменьшает проявления аллергических реакций, снижает нагрузку на печень и почки, корректирует обменные процессы, а также устраняет дисбаланс биологически активных веществ и усиливает работу кишечника. Белый активированный уголь рекомендуется в качестве диетической добавки к рациону питания, с целью профилактики и ослабления симптомов при: пищевых отравлениях различного происхождения (в том числе грибами и алкоголем); острых кишечных инфекциях; желудочных расстройствах; гепатитах (в том числе вирусных гепатитах А и В); почечной и печеночной недостаточности; аллергических заболеваниях.
Активными веществами белого угля являются микрокристаллическая целлюлоза и высокодисперсный диоксид кремния. Вспомогательные вещества – картофельный крахмал и сахарная пудра.
Диоксид кремния выводит из организма химические и микробные токсины, бактериальные и пищевые аллергены, продукты белкового распада, избыток кишечных газов и желудочного сока. Он содействует перемещению (а затем и выведению наружу) из лимфы и крови в кишечный тракт различных вредных веществ. Микрокристаллическая целлюлоза выделяется из растительной клетчатки. По своим характеристикам, она практически идентична натуральной целлюлозе, которую содержат пищевые продукты. Целлюлоза не расщепляется и не растворяется в кишечнике. Она адсорбирует на своей поверхности и удаляет из организма вредные вещества, продукты распада и токсины. В тонком кишечнике, благодаря целлюлозе улучшается пристеночное пищеварение, более полно всасываются и усваиваются полезные вещества из овощей и фруктов, лекарственные препараты и витамины. (8)
1.4. Сравнительные свойства чёрного и белого угля.
Согласно клиническим исследованиям, на стороне белого угля немало преимуществ:
1. Сорбционные свойства препарата значительно превосходят свойства активированного угля. Для сравнения: 2-3 таблетки заменяют 10-12 таблеток черного угля.
2. Белый уголь проявляет избирательность при поглощении в кишечнике токсичных веществ без потерь полезных микроэлементов.
Можно не бояться, что возникнет дефицит витаминов и других полезных веществ.
3. Не вызывает кишечных расстройств и запоров.
4. Быстрее достигается клиническое улучшение при пищевых отравлениях.
5. Сохраняются защитных свойства слизистых; оказывается позитивное влияние на функции желудочно-кишечного тракта.
6. Обладает нейтральным вкусом, не содержит ароматических добавок. Очень хорошо переносится детьми в любом возрасте.
Глава 2. Экспериментальное обоснование адсорбирующих свойств белого и чёрного активированного угля.
2.1. Социологический опрос
По итогам социологического опроса (приложение) было выяснено что:
- 73 % опрошенных используют активированный уголь, а 27 % не пользуются.
- 42% опрошенных знают о существовании белого активированного угля, а 57 % не знают.
- 96 % опрошенных не пользуются белым углем, а 4 % пользуются.
- 72 % опрошенных считают, что существует разница между белым и черным углем, а 28% считают, что не существует разницы
- 86 % опрошенных считают черный уголь эффективнее, 14 % считают белый уголь эффективнее, (Приложение. диаграммы 1-2)
2.2. Экспериментальная часть работы
Для того чтобы выяснить адсорбционные свойства белого и черного активированного угля, мы провели ряд опытов.
Опыт 1. «Адсорбция раствора лакмуса фиолетового»
Описание опыта: для сравнения адсорбционных свойств белого и черного активированного угля, мы взяли три химических пробирки. В каждую пробирку налили немного раствора фиолетового лакмуса. Первую пробирку оставили контрольной, во вторую добавили таблетку измельченного активированного угля, а в третью одну таблетку измельченного белого угля. Опыт проводился при температуре 37 градусов по шкале Цельсия.
Ход опыта: при добавлении черного угля реакция происходит бурно с выделением газа и быстрым выпадением осадка. Белый уголь практически не растворяется. Через некоторое время раствор, в который был добавлен черный активированный уголь, начинает обесцвечиваться, а раствор с белым углем мутнеет, но не обесцвечивается. Через час растворы отстоялись: раствор с черным активированным углем обесцветился, а с белым активированным углем, помутнел, но не обесцветился. Через день раствор с черным углем стал бесцветным и прозрачным, а с белым – сохранил фиолетовый оттенок
(приложение рис. 1).
Вывод: таким образом, черный активированный уголь обладает лучшими адсорбционными свойствами, чем белый уголь.
Опыт 2 «Взаимодействие с пищевым красителем»
Описание опыта: в химическом стакане растворили пищевой краситель для окраски яиц. В три пробирки прилили одинаковый объём окрашенного раствора. Первую пробирку оставили контрольной, во вторую добавили таблетку измельченного активированного угля, а в третью одну таблетку измельченного белого угля. Опыт проводился при температуре 37 градусов по шкале Цельсия.
Ход опыта: через 20 минут мы заметили, что раствор красителя, в который добавили таблетку черного активированного угля, обесцветился, а раствор, в который добавили таблетку белого угля, практически не изменил окраску. Мы оставили растворам отстояться. Замечено, что раствор, в котором был добавлен черный активированный уголь, приобрел светло-розовый оттенок. А раствор, в который был добавлен белый активированный уголь, сохранил исходную окраску. Стоит также отметить, что реакция с черным активированным углем проходила бурно, с быстрым выпадением осадка, в отличие от белого угля, который проявил себя менее активно. Также стоит отметить, что белый уголь при взаимодействии с красителем окрасился в цвет красителя. (Приложение, рис.2)
Вывод: таким образом, мы можем сделать вывод, что черный активизированный уголь обладает лучшими адсорбционными свойствами и является более эффективным в использовании, в отличии белого угля.
Опыт 3 «Взаимодействие с хлорофиллом»»
Описание: для опыта мы получили спиртовую вытяжку из зеленых листьев фасоли. Разбавили ее водой и разлили в три химических стакана. Первый стакан оставили контрольным, во второй добавили таблетку измельченного активированного угля, а в третий одну таблетку измельченного белого угля. Опыт проводился при температуре 37 градусов по шкале Цельсия.
Ход опыта: через 1 минуту раствор в стакане с активированным черным углем приобрел черно-зеленый цвет, вытяжка начала обесцвечиваться, реакция происходит бурно, с выделением газа. Раствор в стакане с белым активированным углем сохранил свой цвет, реакция происходит медленно, уголь медленно растворяется, но не меняет цвет раствора. Через день мы заметили, что черный уголь практически полностью обесцветил раствор. Белый активированный уголь немного изменил цвет раствора, но практически не обесцветил его. (Приложение, рис.3)
Вывод: таким образом, черный активированный уголь в этом опыте справился с адсорбцией гораздо лучше белого угля.
Опыт 4 «Взаимодействие химическим красителем»
Описание: для опыта в химическом стакане растворили в воде немного химического красителя «Коллор» и разлили в три стакана. Первый стакан оставили контрольным, во второй добавили таблетку измельченного активированного угля, а в третий одну таблетку измельченного белого угля. Опыт проводился при температуре 37 градусов по шкале Цельсия.
Ход опыта: через 25 минут в стакане с активированным черным углем черно-красная окраска раствора начала обесцвечиваться. Раствор в стакане с белым активированным углем сохранил свой цвет, реакция происходит медленно, не меняет цвет раствора. Через день мы заметили, что черный уголь частично адсорбировал краситель, раствор стал более
прозрачным. Белый активированный уголь раствор практически не обесцветил. (Приложение, рис.4)
Вывод: таким образом, черный активированный уголь способен адсорбировать химические красители с более крупными частицами, а белый уголь нет.
Опыт 5 «Взаимодействие с растительным маслом»
Описание: в трех химических стаканах приготовили эмульсию растительного масла в воде. Первый стакан оставили контрольным, во второй добавили таблетку измельченного активированного угля, а в третий одну таблетку измельченного белого угля. Опыт проводился при температуре 37 градусов по шкале Цельсия.
Ход опыта: при добавлении углей к эмульсии часть черного и белого угля осталась на поверхности масляной пленки. После перемешивания никаких изменений не происходило. Через сутки с растворами ничего не произошло. (Приложение, рис.5)
Вывод: таким образом, черный активизированный уголь и белый уголь не смогли адсорбировать маслянистое вещество.
Опыт 6 «Взаимодействие с газированным напитком «Coca - Cola»»
Описание: в три химических стакана налили газированный напиток «Coca-Cola». Первый стакан оставили контрольным, во второй добавили таблетку измельченного активированного угля, а в третий одну таблетку измельченного белого угля. Опыт проводился при температуре 37 градусов по шкале Цельсия.
Ход опыта: в обоих стаканах началась бурная реакция с выделением газа. Через 5 минут выделение газов закончилось. Через час никаких изменений не происходит. Через сутки растворы отстоялись. В стакане с черным активированным углем раствор стал более светлым и прозрачным. Раствор в стакане с белым углем сохранил свой цвет, реакция происходит медленно, уголь медленно растворяется, но не меняет цвет раствора. (Приложение, рис.6)
Вывод: таким образом, черный активированный уголь в опыте с газированным напитком частично адсорбировал вещества из раствора, но не все. Белый уголь визуально с адсорбцией не справился.
Опыт 7 «Взаимодействие с раствором черного кофе»
Описание: в три химических стакана налили раствор черного кофе. Первый стакан оставили контрольным, во второй добавили таблетку измельченного активированного угля, а в третий одну таблетку измельченного белого угля. Перемешали растворы.
Ход опыта: в обоих стаканах после перемешивания визуально не заметили никаких изменений. Растворы оставили на сутки. Растворы отстоялись. В стакане с черным активированным углем раствор стал чуть светлее и прозрачнее. Белый уголь осел на дно стакана, а с раствором никаких изменений не произошло. (Приложение, рис.7)
Вывод: таким образом, черный активированный уголь в опыте с кофе частично адсорбировал вещества из раствора, но не все. Белый уголь с адсорбцией не справился.
Заключение
По итогам эксперимента нам удалось выяснить, что черный активированный уголь обладает лучшими адсорбционными способностями, быстрее вступает в реакцию с выпадением осадка, в отличие от белого угля.
В ходе практических опытов, проведенных нами, было установлено, что белый уголь обладает более слабыми адсорбционными свойствами. Он практически не адсорбирует вещества, медленно вступает в реакцию.
Таким образом, мы можем сделать вывод о том, что белый уголь не показал своей заявленной эффективности адсорбента четвертого поколения.
В наших экспериментах победителем оказался обычный черный активированный уголь, который благополучно прошел все испытания и доказал свою эффективность. Белый уголь уступает по большинству критериев черному углю, то есть не является полноценной заменой активированному углю
Источники информации
1.http://fb.ru/article/229233/belyiy-ugol-i-chernyiy-ugol-raznitsa-svoystva-pokazaniya-i-protivopokazaniya
2.Абсо́рбция // интернет ресурс: https://ru.wikipedia.org/wiki
3.Адсорбенты // интернет ресурс: https://ru.wikipedia.org/wiki
4.Адсорбция // интернет ресурс: https://ru.wikipedia.org/wiki
5.Активированный уголь// интернет ресурс: https://ru.wikipedia.org/wiki
6.Белый уголь: что это такое? // интернет ресурс: http://kozdor.ru/odna_stat
7.Пищевые красители // интернет ресурс: https://ru.wikipedia.org/wiki
8.Полезные свойства активированного угля http://polzaverd.ru/griby/poleznye-svojstva-aktivirovannogo-uglja.html
9.Полисорб // интернет ресурс: https://ru.wikipedia.org/wiki
10.Сорбенты// интернет ресурс: https://ru.wikipedia.org/wiki
11.Сырье и химический состав активированного углям http://www.vestatreid.ru/main/index/30/
Приложение
Социологический опрос
1. Пользуйтесь ли вы или ваши родные активированным углем?
2. Знаете ли вы о существовании белого активированного угля?
3.Пользуетесь ли вы белым активированным углем?
4.Как вы думаете, существует ли разница между белым и черным активированным углем?
5.Как вы считаете, какой уголь действует эффективнее?
Диаграмма 1.
Диаграмма 2.
Рисунок 1. Адсорбция раствора лакмуса фиолетового.
Рисунок 2. Взаимодействие с пищевым красителем.
Рисунок 3. Взаимодействие с хлорофиллом.
Рисунок 4. Взаимодействие химическим красителем.
Рисунок 5. Взаимодействие с растительным маслом
Рисунок 6. Взаимодействие с газированным напитком «Coca - Cola»
Рисунок 7. Взаимодействие с раствором черного кофе.