Активированный уголь крепит или слабит: Активированный уголь: организм очистит, килограммы сбросит? | Здоровье | ЗДОРОВЬЕ

Активированный уголь: организм очистит, килограммы сбросит? | Здоровье | ЗДОРОВЬЕ

Нижний Новгород, 18 декабря — АиФ-НН. 

Из шахт или из аптеки?

Активированный уголь, конечно, относится к лекарственным препаратам, продается он в аптеках и отпускается без рецепта. Но это вовсе не означает, что он совсем безобиден как аскорбинка — это противодиарейное средство, которое в больших количествах может даже навредить.

Активированный уголь получают путем органического синтеза из различных веществ — древесного угля, кокса, кокоса, ореха или даже нефти. В зависимости от способа производства, его активность разнится.

«Похудеем на угле»

 По мнению приверженцев данной «диеты», активированный уголь поможет сбросить лишние килограммы только тем, у кого в организме есть шлаки, и есть вздутие живота. То есть, эта методика полезна при признаках пищевой аллергии, но никак не лишнего веса.

Авторы считают, что 98% людей имеют лишний вес из-за проблем с кишечником. И, по их мнению, при попадании в желудок активированный уголь собирает остатки пищи, которые там «задержались дольше нужного», и за счет этого якобы устраняется вздутие желудка. Таким образом, таблетки активированного угля очищают кишечник исключительно от шлаков и токсинов, и поэтому через две недели употребления угля вы станете стройными и привлекательными.

Шлаки или килограммы?

Анатомия все же доказывает обратное: невозможно безболезненно для организма раздуть петли кишечника так, чтобы это визуально дало толстый живот! Все дефекты талии — это не газы, а избытки питания. Но рапространители упорно верят сами и пытаются убедить других в том, что стоит собрать с помощью угля все эти газы и токсины — и живот тут же постройнеет.

Авторы «чудесной диеты» рекомендуют начинать похудение с разгрузочного дня, который, по сути, является голоданием — разрешается пить только воду. В конце дня нужно выпить залпом десять таблеток угля, предварительно измельченного в порошок, и запить небольшим количеством воды.

Данные «угольные курсы» требуется проводить каждые выходные, и тогда всего за несколько дней талия постройнеет якобы на 25-30%. А «реально похудеть» можно за 8 процедур, с недельным интервалом. 

Даже по простому описанию «методики» сразу понятно, что суть похудения — вовсе не в активированном угле, а в самом обычном голодании. 

Опасно или полезно?

Нельзя утверждать, что у подобного метода нет побочных эффектов и негативных сторон.

Во-первых, выпитый на ночь и утром активированный уголь может дать сильный запор, особенно вкупе с ранее имеющимися проблемами с пищеварением. Во-вторых, применение угля имеет определенные противопоказания, и они четко описаны в инструкции к препарату — уголь противопоказан людям с атонией кишечника, язвенной болезнью и колитом. 

В-третьих, при длительном приеме угля, как того желает автор методики, происходит формирование сильного гиповитаминоза, так как уголь сорбирует все вещества подряд — и вредные, и полезные, в том числе и витамины. По сути, организм во время приема активированного угля испытывает голодание. А значит, такую диету применять не стоит. Судя по всему, автор очень далек как от анатомии, так и от медицины. А уголь может помочь похудеть только в одном случае – если его разгружать.

Компетентно

Татьяна, главный тренер одного из фитнес-центров Нижнего Новгорода:

— Все это полная ерунда! По-настоящему похудеть и привести в порядок свой организм поможет только правильное питание и спорт! Одно из главных правил тренировок в спортзалах — их регулярность. Не думайте, что сходив сначала на 3 занятия в неделю, а затем, увязнув в житейских проблемах, просто махнуть рукой и на следующей неделе сходить 1 раз, вы сможете добиться хорошего результата. Только стабильностью можно достичь желаемого эффекта. Очень часто, приходя домой после спортзала, мы даем себе поблажку и съедаем пирожное, думая о том, что только что потренировались, и эта маленькая сладость никак на вас не отразится. Это неправда. Только в комплексе правильное питание и физические нагрузки помогут вам стать красивее и стройнее!

Полный список проблем, которые решает активированный уголь.

1. Средство от метеоризма и вздутия

Газы бывают у всех нас. В среднем человек испускает газы 14 раз в сутки — это совершенно нормальное явление.
Но если вас мучает метеоризм или болезненное вздутие живота, вам поможет активированный уголь!
Исследования показывают, что при приёме активированного угля перед пищей объём кишечных газов значительно сокращается.

2. Понижение уровня холестерина

Высокий холестерин вдвое увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний.
Одно исследование показало, что у людей, трижды в день в течение месяца принимавших 8 г активированного угля, уровень «плохого» LDL-холестерина понизился на 41%, а «хорошего» HDL-холестерина — вырос на 8%!
И никаких статинов с их побочными эффектами!

3. Поддержание здоровья почек

Каждый день ваши почки очищают примерно 115–140 л крови, вырабатывая в итоге 1–2 л мочи, которая состоит из отходов и излишков жидкости.
В сочетании с печенью почки представляют собой самую совершенную очистительную систему в природе.
Однако употребление в пищу сахара, соли, животных белков, жиров и консервантов может приводить к болезням и недостаточности почек.
Поскольку активированный уголь выводит мочевину и прочие мочевые токсины, он помогает поддерживать почки здоровыми.

4. Быстрое лечение пищевых отравлений

Пищевые отравления очень распространены — в одних только США ежегодно фиксируется 48 млн случаев!
Один из способов защититься от рвоты, поноса, болей в животе и потерянных дней, которые неизбежно следуют за тяжёлым отравлением, — это принять активированный уголь при первых же симптомах.
Активированный уголь рекомендован при отравлениях, поскольку быстро нейтрализует токсины.

5. Секрет мягкой кожи

Грязь и жир забивают поры на коже лица и «старят» вашу внешность, а многие очищающие средства содержат вредную химию.
Активированный уголь, подобно магниту, вытягивает из пор грязь и жир, оставляя кожу чистой и мягкой!

6. Роскошные волосы

Те же самые токсины, грязь и жир, что загрязняют кожу, портят и волосы, придавая им неприятный засаленный вид.
Активированный уголь чистит фолликулы волос, придавая им блеск и шелковистость!

И в отличие от шампуней, сплошь состоящих из экологически вредных химикатов, активированный уголь — на 100% натуральное, экологические чистое средство.

7. Отбеливание зубов

Хотите иметь голливудскую улыбку, не тратясь на дорогую процедуру отбеливания зубов?
Достаточно посыпать зубную щётку активированным углём 2–3 раза в неделю!
Активированный уголь очищает зубную эмаль, адсорбируя микроскопические частицы, из которых складывается зубной налёт.

8. Приятный запах изо рта

Вас смущает неприятный запах изо рта? Активированный уголь и тут придёт на выручку!
Это не только эффективное дезодорирующее средство, но и способ нормализации кислотно-щелочного баланса в ротовой полости, что защищает зубы и дёсны от бактерий и болезней!
Почистите зубы активированным углём (не волнуйтесь, он безвкусен), и пусть вас не смущает чёрный цвет — он выполаскивается без следа!

9. Профилактика преждевременного старения

Активированный уголь способствует омоложению не только потому, что дарит вам молодую кожу, шикарные локоны и белозубую улыбку.
Доказано, что регулярное употребление активированного угля выводит из организма токсины и шлаки, которые вредят органам, разрушают клетки и ускоряют старение тела.
Неудивительно, что Гвинет Пэлтроу так любит говорить о пользе активированного угля!

10. Профилактика похмелья

Перепили накануне? Каждому, наверное, знакомо тяжёлое ощущение на следующий день после бурной пьянки.
Но есть отличный способ избежать головных болей, тошноты и общей похмельной слабости: перед тем, как пить, примите активированный уголь!
Хотя он не связывается с алкоголем, он прекрасно вяжет и выводит многие побочные продукты брожения — а это значит, что на утро вы проснётесь свежими, бодрыми и живыми!

11. Очищение пищеварительной системы

Пестициды в овощах и фруктах, гормоны роста в мясе, химия в питьевой воде — мы живём в крайне токсичных условиях.
Когда вся эта дрянь накапливается в пищеварительной системе, это приводит к воспалению и лишает вас сил.
Для крепкого здоровья и хорошего самочувствия необходимо регулярно прочищать пищеварительную систему.

Существуют ли сорбенты, которые не вызывают запоров?

Сорбенты широко применяются в медицине для устранения симптомов при многих состояниях, например, остром кишечном отравлении, алкогольной интоксикации, заболеваниях органов пищеварения. В последнее время их также часто используют для очищения организма в комплексе с другими препаратами. Основное действие сорбентов – поглощение токсических веществ и выведение их из организма естественным путем.
Однако наряду с полезными свойствами, некоторые сорбенты обладают рядом побочных эффектов, среди которых наиболее часто встречается запор. Почему прием отдельных препаратов приводит к нарушениям стула? Какие виды сорбентов существуют? И есть ли сорбенты, которые не крепят и не вызывают других побочных явлений со стороны органов пищеварения? Ответим подробно на все перечисленные вопросы.

Причина, по которой прием некоторых сорбентов приводит к задержкам стула, кроется в механизме их действия. Попадая в организм, сорбенты начинают работать по принципу губки, впитывая в себя все, что попадается на пути, включая воду. При недостаточном поступлении жидкости в организм в кишечнике в скором времени образуется ее нехватка, каловые массы становятся твердыми, что и приводит к запору. Именно по этой причине врачи во время приема сорбентов рекомендуют выпивать не менее 1,5-2 литров воды в день.  
Однако не все сорбенты вызывают запоры. Существуют безопасные препараты, даже длительный прием которых не вызовет запоров. Рассмотрим основные виды современных энтеросорбентов.

Еще пару десятилетий назад самым популярным энтеросорбентом был активированный уголь. Его назначали при отравлениях, кишечных инфекциях, аллергиях и многих других заболеваниях, когда требовалось очистить организм от вредных веществ. Но фармацевтическая промышленность не стоит на месте. На сегодняшний день существует несколько групп сорбентов: 

• Углеродные. Старейшая группа препаратов, к которой и относится активированный уголь. Углеродные сорбенты имеют низкую сорбционную способность, способствуют не только выводу токсинов из организма, но и снижают газообразование в кишечнике. Сырьем для их производства служат каменный уголь, кокосовые орехи, древесина некоторых пород деревьев. 

• Кремниевые. Действующее вещество – диоксид кремния. Препараты на основе кремния обладают хорошей сорбционной способностью, но имеют существенный недостаток: вызывают запоры, а также содержат консерванты и подсластители, поэтому иногда вызывают аллергические реакции.  

• Органические. Органические сорбенты получают из природных источников: наземные растения, морские водоросли, ракообразные. Одними из самых эффективных органических сорбентов является пектин. Важное достоинство пектина в том, что он связывает и тяжелые металлы лучше других сорбентов. Являясь пищевым волокном пектин стимулирует перистальтику кишечника, поэтому не вызывает запоров.  

«Жидкий уголь» – безопасный сорбент нового поколения, который можно применять при самых разных заболеваниях у взрослых и детей: отравлениях, кишечных инфекциях, аллергии, дисбактериозе, а также для профилактики интоксикации и очищения организма. В серии два препарата – «Жидкий уголь» и «Жидкий уголь для детей».
Препарат относится к группе органических сорбентов, содержит только натуральные компоненты: яблочный пектин, инулин, янтарную кислоту и таурин. Благодаря пребиотику инулину «Жидкий уголь» восстанавливает микрофлору кишечника, что способствует правильному пищеварению, помогает устранить побочные явления при приеме антибиотиков, антипаразитарных и антигельминтных средств.
Попадая в организм, «Жидкий уголь» выполняет сразу несколько функций: выступает как сорбент и пребиотик. Благодаря наличию в составе пектина и инулина, а также жидкой форме препарата, его прием не только не вызывает запора, а наоборот, способствует росту бифидо- и лактобактерий, тем самым нормализует пищеварение.
Для детей с 3 лет лучше выбрать «Жидкий уголь для детей». Его состав усилен природным спазмолитиком – экстрактом фенхеля, который обладает ветрогонным действием, уменьшает вздутие и дискомфорт в животе. 

НЕ ЯВЛЯЕТСЯ РЕКЛАМОЙ. МАТЕРИАЛ ПОДГОТОВЛЕН ПРИ УЧАСТИИ ЭКСПЕРТОВ.

Действие активированного угля на организм человека

29 августа 2018

Активированный уголь относится к мощным абсорбентам естественного (природного) происхождения. Его получают из различных органичных веществ (торф, уголь из шахт, древесины и т. д.), а после специальной тепловой обработки происходит образование пористой стр

Активированный уголь относится к мощным абсорбентам естественного (природного) происхождения. Его получают из различных органичных веществ (торф, уголь из шахт, древесины и т. д.), а после специальной тепловой обработки происходит образование пористой структуры.

Что такое адсорбент?

Это вещество со способностью впитывания большого количества ядовитых компонентов. Благодаря применению угля их можно быстро и эффективно вывести из организма. Таблетки используют в качестве вспомогательного средства дезинтоксикации при наличии простудных, инфекционных заболеваний, а также при различных специальных диетах (с очистительной целью).

Полезные свойства активированного угля

Уголь – простое и действенное средство, отлично фильтрующее воду. Известно, что он поглощает ряд тяжелых металлов, включая ртуть и свинец. При этом полезным для организма минералам вред не наносится. С помощью угля можно эффективно очищать спирт или водку домашнего приготовления с дальнейшим безопасным ее применением для изготовления лечебных настоек.

Адсорбирующее действие активированного угля способствует:

• Выведению токсинов, газов и различных органических соединений (без влияния на кислоты и щелочи).
• Лечению нарушений работы ЖКТ, диареи, метеоризма, пищевых отравлений от испорченных продуктов, лекарственных препаратов, алкоголя и солей тяжелых металлов (двадцать-тридцать граммов порошка на стакан воды – при отравлении, одну-три таблетки три раза в сутки при метеоризме).
• Борьбе с аллергией и рядом тяжелых опасных заболеваний – гастритом, колитом, тифом, дизентерией, холерой.
• Снижению кислотности желудочного сока.

Активированный уголь назначают для лечения хронической почечной недостаточности, цирроза печени и бронхиальной астмы, при повреждениях костей, для препятствования инфекционным, гнойным и легочным осложнениям.

Общепринятая доза – одна таблетка на десять килограмм веса. Принимать не более десяти дней.

Социальная сеть аптек Столички реализует большой перечень различных адсорбентов по самым низким ценам. Смотрите каталог на сайте.

Почему активированный уголь запрещен в Европе — Мир новостей

Почему активированный уголь запрещен в Европе

Казалось бы, от такого старого и проверенного средства, как активированный уголь, который есть в аптечке практически у каждого, ничего плохого ожидать не следует. А вот поди ж ты!

«Волшебная диета на основе активированного угля!», «Сбросьте лишние килограммы с помощью природного адсорбента!» — сейчас подобными рецептами обретения стройности кишит весь интернет. Всего и делов-то — ешь от пуза, но не забывай при этом принимать ударную дозу хорошо известного уголька. С утра — три черные таблетки, в обед — парочку, на ночь — еще три штуки. Диета длится 10 дней, а после перерыва ее можно повторить.

Не скроем, диета многим и вправду помогает избавиться от пары-другой килограммов лишнего веса. Что, впрочем, немудрено — адсорбент, коим является активированный уголь, выводит из организма все лишнее. Но! Почему-то после такой безвредной диеты у большинства «пациенток» начинаются проблемы со здоровьем. Или начнутся через некоторое время — это к гадалке не ходи.

«За неделю на активированном угле я сбросила два килограмма, за следующую неделю ушел еще килограмм. Я решила не останавливаться на достигнутом и продолжила принимать уголь, увеличив дозу до 15 таблеток в день, чтобы ускорить процесс сжигания жиров, — рассказывает Татьяна Коробейникова из Москвы. — Но через некоторое время меня стали мучить вздутие живота, запоры, начал побаливать желудок. А через три недели такого «очищения» организма появился кашель, будто бы я пыли наглоталась. И еще возникла слабость, прямо с ног валилась от усталости».

Пришлось Татьяне идти к врачу, который рассказал ей много интересного. Например, о том, что, если принимать активированный уголь в больших дозах и долгое время, как это делала она, он непременно вызовет запоры.

Да что там запоры — дело может кончиться даже заворотом кишок! Во время разжевывания таблеток мелкие частички угля могут попадать в легкие — вот откуда у нее появился кашель.

ВАЖНО
Из-за побочного действия при длительном применении уголь, как и анальгин, запрещен в ряде стран Европы.

Разберемся, что такое активированный уголь. Это губчатое вещество, которое добывают из различных природных углеродсодержащих материй. Изготавливают его при высоких температурах (около 1000оС), в итоге получается практически чистый углерод — вещество черного цвета, схожее по составу с графитом. Большое количество пор обеспечивает высокие адсорбирующие и каталитические свойства активированного угля, благодаря этому его и используют для очищения организма от вредных веществ. Активированный уголь считается хорошим противоядием: он вбирает в себя весь яд и токсины, выводит из организма соли тяжелых металлов, которые никаким другим способом вывести невозможно. Об этих свойствах угля известно давно, не случайно его использовали в лечебных целях еще в Древнем Риме и Египте.

Среди показаний к его применению также числятся тяжелые инфекционные заболевания, алкогольная интоксикация, поносы, метеоризм, легкая форма аллергии. Сходными свойствами обладают такие препараты, как энтеросгель, полифепан, смекта. Кстати, во время ОРВИ и гриппа уголь назначают редко, а зря! Ведь вирусы, как и другие патогенные микроорганизмы, загрязняют наш организм своими продуктами жизнедеятельности, а после гибели отравляют его.

При всех полезных свойствах активированный уголь не особенно разбирается, что конкретно адсорбировать из организма, а значит, в «канализацию» попадает все подряд, включая полезные вещества: бифидобактерии, витамины, минералы, необходимые для пищеварения ферменты. А отсюда и дисбактериоз, и авитаминоз, и нарушение обмена веществ, и снижение иммунитета, и сопутствующая этим состояниям слабость. Кроме того, при длительном применении активированный уголь «вычищает» из крови полезные минеральные вещества — калий и магний (пострадает в первую очередь сердечная мышца) и кальций (он принимает активное участие в клеточном обмене веществ).

КАК ПРАВИЛЬНО ПРИНИМАТЬ АКТИВИРОВАННЫЙ УГОЛЬ

— Никогда не принимайте активированный уголь во время, до или сразу после еды. Должен пройти как минимум час до (после) приема пищи. Если уголь не встретится с пищей, то и полезные вещества из нее не утащит.

— То же правило касается приема других лекарств на фоне приема активированного угля — между ними должен быть минимум часовой перерыв.

— Постоянно принимать активированный уголь нельзя — это средство скорой помощи. Как правило, его назначают на два-три дня при отравлениях (доза может доходить до 10 таблеток в сутки). Пьют уголь или утром натощак (всю суточную дозу), или три раза в день между приемами пищи.

— Если вы страдаете запором, уголь вам нужно принимать в «компании» со слабительным средством (либо налегать во время лечения на свеклу или чернослив).
— Если вы страдаете заболеваниями ЖКТ или сердечно-сосудистой системы, активированный уголь вам противопоказан.

Ну и еще активированный уголь «эвакуирует» из организма ценные пищевые вещества — белки, жиры и углеводы. При дефиците белков снижается иммунитет, стареет кожа, портятся волосы и ногти; при нехватке жиров нарушаются обменные процессы, ну а удаление из крови глюкозы чревато гипогликемией, проявляющейся в виде внезапных приступов слабости, дрожания конечностей, холодного пота.

— Активированный уголь совсем не безвреден, — говорит врач-терапевт столичной клиники Марина Лейкина. — И для похудения его использовать весьма опасно, во многих странах это лекарство даже запрещено к продаже. Принимать его рекомендуется кратковременно и лишь при отравлениях. А после его применения желательно очистить желудочно-кишечный тракт клетчаткой. Ведь уголь забивает ворсинки тонкого кишечника, и хотя частично он выводится из организма вместе с токсинами, большая его часть оседает на стенках кишечника. Потом на него «налипают» все вредные вещества, которые мы потребляем с пищей: нитраты, консерванты, пестициды… Вот и возникают проблемы со вздутием живота, где-то колет, и мы не знаем, откуда это взялось…

— Похудение с помощью активированного угля само по себе неэффективно, — говорит диетолог Клиники питания НИИ питания РАМН Альфред Богданов. — Это не просто какая-то безопасная и инертная таблетка, это лекарственный препарат, к применению которого существуют четкие показания и противопоказания. Показания связаны с детоксикацией и связыванием токсинов желудочно-кишечного тракта при пищевых токсикоинфекциях и отравлениях. Ожирение не является показанием для использования активированного угля. Хотя, надо отметить, при его приеме может произойти некоторое снижение калорийности продуктов за счет адсорбции и выведения из пищи жиров. Но одновременно с этим связывается и выводится много необходимых веществ — витаминов, микроэлементов, минералов. В итоге пищевая ценность потребляемых продуктов снижается, но общая калорийность снижается не настолько сильно, чтобы привести к похудению. А зачем тогда обеднять пищу?

Доктор Богданов напоминает и о том, что, как и любое другое лекарство, активированный уголь имеет противопоказания. А именно: эрозии желудочно-кишечного тракта, язва желудка, хронический холецистит, панкреатит, гастрит — эти заболевания при приеме активированного угля могут обостриться. «Любые лекарства надо использовать по назначению. Гораздо правильнее и эффективнее нормализовать питание, поменять образ жизни, ограничить себя в калорийных продуктах, сохранив нормальный режим приема пищи, — тогда вы похудеете без вреда для здоровья», — заключает диетолог.

МАРМЕЛАД ЗАМЕНИТ УГОЛЬ?

Достойную конкуренцию активированному углю может составить обычный… мармелад. Шведские ученые пришли к выводу, что это лакомство, как и варенье, и фруктовое желе, очищает организм и выводит из него тяжелые металлы!

Причина в том, что в составе этих сладостей есть пектин — углерод растительного происхождения, способный связывать тяжелые металлы. Свойства пектина подробно изучили шведы: его вводили отравленным свинцом крысам. В итоге концентрация тяжелого металла в организме крыс падала, а увеличенная из-за отравления печень уменьшалась. Выяснилось даже, что абсорбирующие свойства пектина выше, чем у активированного угля! Пектин содержится не только в ягодах и фруктах, но и в свекле, моркови, перце, тыкве, баклажанах. Так что ешьте варенье с мармеладом, наслаждайтесь и попутно очищайте свой организм!

Арина Петрова

ЮНИЭНЗИМ® C МПС — поликомпонентный препарат для устранения нарушений пищеварения

Одной из причин дискомфорта является метеоризм — избыточное скопление газа в пищеварительном тракте вследствие его повышенного образования или нарушения выведения. Большинство больных гастроэнтерологического профиля предъявляют жалобы на метеоризм, эпизодически он возникает у практически здоровых людей при переедании, употреблении продуктов, переваривание которых вызывает повышенное газообразование (что значительно снижает качество жизни пациентов). Нарушение пищеварения как следствие функциональной недостаточности ферментных систем может сопровождать гастрит, дуоденит, панкреатит, холецистит, гепатит. Одной из причин метеоризма может быть нарушение микробиоценоза толстой кишки. При нарушении баланса между продукцией газа и его выведением возникает метеоризм. Кишечные газы представляют собой пену, состоящую из мелких пузырьков, каждый из которых окружен слоем вязкой слизи. Она покрывает слизистую оболочку кишки, что обусловливает затруднение пристеночного пищеварения и процессов всасывания, снижает активность пищеварительных ферментов, при этом происходит усугубление метеоризма.

ЮНИЭНЗИМ^® с МПС — препарат разностороннего действия, который устраняет диспепсию различной этиологии, применяется при нарушении процесса всасывания питательных веществ в пищеварительном тракте. Препарат незаменим для лечения и профилактики метеоризма, в том числе в послеоперационный период. Также ЮНИЭНЗИМ^® с МПС является эффективным средством для подготовки пациента к ультразвуковому исследованию органов брюшной полости. Препарат применяют как лечебное и профилактическое средство при отрыжке и тошноте, обусловленной непривычной пищей или перееданием, а также при ощущении переполнения желудка.

ЮНИЭНЗИМ^® с МПС содержит ферменты растительного происхождения — грибковую диастазу, полученную из культуры Aspergillus oryzae, a также папаин.

Грибковая диастаза имеет ряд отличий от панкреатической. Этот фермент, полученный при выращивании штамма культуры Aspergillus oryzae, состоит из двух видов: альфа- и бета-амилазы, обладающей выраженными ферментативными свойствами в отношении расщепления крахмала. Степень способности к расщеплению крахмала у грибковой диастазы в таблетках ЮНИЭНЗИМ^® c МПС составляет 1:800, другими словами — 1 часть грибковой диастазы способна расщепить 800 частей крахмала.

Папаин — это протеолитический фермент, полученный из сока незрелых плодов Carica papaya. Он состоит в основном из смеси папаина и химопапаина, способных расщеплять белки, при этом его действие сходно с таковым природного фермента пепсина. Преимущество папаина перед пепсином состоит в том, что он активен в широком диапазоне значений рН (3–10,5) в сравнении с пепсином, который неактивен при значении рН выше 4,5. Таким образом, папаин активен как в кислотной, так и в щелочной среде, вследствие чего используется как при гипоацидных, так и при гиперацидных состояниях.

Растительные ферменты максимально эффективны при рН 5 (уровень кислотности сразу после приема пищи), что обусловливает их активность не только в кишечнике, но и в желудке.

Клиническое применение симетикона (метилполисилоксан — МПС) основано на его противовспенивающей активности. Уменьшая поверхностное натяжение, симетикон устраняет пузырьки газа, образующиеся в кишечнике при метеоризме. Освобожденный газ адсорбируется и/или удаляется естественным путем. Симетикон физиологически инертен. Он не абсорбируется в пищеварительном тракте, а также не влияет на желудочную секрецию и абсорбцию питательных веществ. Симетикон используется в сочетании с ферментами именно для облегчения симптомов скопления газов, вздутия кишечника и отрыжки. Он применяется в составе комплексной терапии при лечении многих заболеваний, сопровождающихся такими явлениями метеоризма, как аэрофагия, функциональная диспепсия, спазмы толстого кишечника или дивертикулез.

Активированный уголь является энтеросорбентом. Его пористая поверхность адсорбирует газы, уменьшая их объем. В результате этого облегчаются симптомы метеоризма и вздутия в брюшной полости, что в комплексе с ферментами и симетиконом повышает эффективность препарата. Активированный уголь применяется для уменьшения скопления газов в кишечнике, при диарее и боли в кишечнике, обусловленных нарушением пищеварения и сопутствующими спазмами.

Никотинамид входит в комплексную группу витаминов В. Он используется организмом как источник ниацина. В организме никотинамид превращается в никотинамидадениндинуклеотид (НАД) или в никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ). НАД и НАДФ — физиологически активные формы, выполняющие жизненно важную роль в обмене веществ (как коферменты для многих видов белков, катализирующих окислительно-восстановительные реакции, чрезвычайно необходимые для дыхания тканей). Никотинамид также действует как кофермент при обмене углеводов, способствует улучшению перистальтики кишечника, необходим для жизнедеятельности нормальной кишечной микрофлоры.

Необходимо отметить, что никотинамид не обладает фармакологической активностью, сходной с никотиновой кислотой, и не вызывает характерных для нее побочных эффектов (покраснение кожи с ощущением покалывания и жжения, головокружение, гипотензия, обострение пептической язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, снижение толерантности к глюкозе, диарея, рвота, аритмия).

Быстрорастворимая оболочка препарата обеспечивает перемешивание пищеварительных ферментов с пищей уже в желудке, что способствует более быстрому и лучшему расщеплению продуктов питания.

Изложенное выше позволяет сделать вывод о том, что ЮНИЭНЗИМ^® с МПС включает все необходимые ингредиенты, способствующие нормализации процессов переваривания основных питательных веществ. Кроме этого, комплексное действие обусловливает облегчение симптомов, сопутствующих нарушению пищеварения, — вздутия, диспепсии, отрыжки, ощущения переполненности и скопления газов в брюшной полости. Ввиду сбалансированности компонентов ЮНИЭНЗИМ^® с МПС хорошо переносится. Препарат рекомендуется принимать по 1 таблетке 1–2 раза в сутки после еды.

Таким образом, ЮНИЭНЗИМ^® с МПС имеет выраженную клиническую эффективность и является препаратом выбора для лечения пациентов с метеоризмом, выраженной диспепсией и абдоминальным дискомфортом. Препарат обеспечивает улучшение процессов переваривания и всасывания, нормализацию стула, а также уменьшает проявления метеоризма.

ЮНИЭНЗИМ^® с МПС является оптимальным лекарственным препаратом по соотношению стоимость/эффективность, поскольку содержит удачную комбинацию активных компонентов и доступен по цене. o

Николай Черкасский

Алыча — полезные свойства

Наверняка многим из нас знаком такой фрукт как алыча. Мы готовим из этих маленьких желтых и ароматных плодов вкусные компоты, варенье, насыщенные джемы, кисели и прочие вкусности.

Родиной алычи считается Закавказье, где ее называют «ткемали» или вишнесливой и до сих пор используют для приготовления одного из самых популярных в мире соусов. Несмотря на отменные вкусовые качества, достаточно долгое время людей интересовал вопрос, полезна ли алыча. На самом деле, плоды вишнесливы обладают множеством целебных свойств. Именно о них мы вам сейчас расскажем.

Польза алычи для здоровья человека

Одно из основных достоинств ткемали — это малое количество сахаров в мякоти, что позволяет употреблять алычу при диабете, нарушенном обмене веществ и ожирении. К тому же этот продукт содержит всего 34 ккал на 100 г плодов, что делает его пригодным для диетического питания при похудении.

Полезные свойства алычи также заключаются в большом наборе необходимых для нашего организма веществ — это витамины группы В, витамин Е, РР, провитамин А. Кроме этого, алыча считается кладезем аскорбиновой кислоты. Также немало в ней содержится и минералов: К, Mg, Ca, N, Fe, Р, благодаря чему, алыча приносит пользу детям, пожилым людям, беременным и кормящим женщинам. Из-за повышенного содержания витаминов С и А желтая слива является мощнейшим антиоксидантным средством в борьбе со старением. Она помогает улучшить состояние кожи и защитить организм от влияния вешних негативных факторов.

В желтых плодах содержится немалое количество яблочной и лимонной органических кислот. Поэтому компоты и отвары из алычи хорошо помогают при гастритах с пониженной кислотностью, улучшая аппетит и налаживая пищеварительные процессы в организме. Многих интересует вопрос относительно того, крепит алыча или слабит. Как и все остальные сливы, она дает слабительный эффект, поэтому если у вас запор, можете смело употреблять вишнесливу. Кроме этого, имея богатый запас клетчатки и пектина, алыча помогает организму избавиться от радионуклидов и прочих вредных веществ.

Также полезные свойства алычи заключаются и в противопростудном потогонном эффекте. Сок алычи помогает при кашле, и является идеальным жаждоутоляющим средством. Свежие плоды рекомендуют употреблять для профилактики таких болезней как: цинга и куриная слепота. Даже цветки ткемали служат исцеляющим снадобьем при заболеваниях почек, печени, кишечника и мужской мочеполовой системы.
Одно из самых полезных свойств алычи – способность укреплять кровеносные сосуды и сердечную мышцу и предотвращать аритмию. Все это происходит благодаря высокому содержанию калия в мякоти слив. Он же оказывает благотворное влияние на состояние нервной системы, помогает успокоиться и расслабиться. В народной медицине даже существует рецепт как при помощи алычи улучшить состояние при повышенном давлении. Нужно все на всего съесть 200 г плодов и станет легче уже спустя 40-50 минут.

Полезными свойствами в алыче обладают и косточки. Мы привыкли их выбрасывать, хотя на самом деле этот продукт является замечательным источником жирного масла, которое по своим целебным свойствам очень похоже на миндальное масло. Его обычно применяют в парфюмерной промышленности и берут за основу в изготовлении медицинского мыла. А из скорлупы ткемали человечество научилось изготавливать активированный уголь.

Предостережения

Обо всей пользе алычи для человека мы уже сказали, теперь перейдем к ее негативным свойствам. Среди них нет ничего такого, что могло бы сильно навредить здоровью. Однако стоит воздержаться от употребления вишнесливы тем, кто страдает болезнями желудка, в том числе язвой, гастритом с повышенной кислотностью и прочими заболеваниями, причиной которых является повышенная секреция желудочного сока.

Основы адсорбции активированным углем

Активированный уголь используется более чем в 2500 коммерческих продуктах. Большинство очистных сооружений используют уголь для очистки воды и воздуха, покидающих предприятие. Однако вы не найдете их характеристик и свойств, охватываемых «формальным» образованием. Вы узнаете о них на работе.

Активированный уголь — это инертный твердый адсорбент, обычно используемый для удаления различных растворенных загрязнителей из воды и технологических газофазных потоков.Он сделан практически из любого сырья, содержащего углерод, в том числе из скорлупы кокосовых орехов и членов семейства угольных, как многие читатели уже знают.

Адсорбция — это накопление газа или жидкости на поверхности жидкого или твердого субстрата, в отличие от абсорбции, при которой проникающее вещество проникает в объем или объем субстрата.

Активированный уголь пористый, недорогой и легко доступный для использования в качестве адсорбентов, обеспечивая большую площадь поверхности для удаления загрязнений. У него больше полезной поверхности на грамм, чем у любого другого материала, доступного для физической адсорбции. На самом деле чайная ложка активированного угля имеет большую площадь поверхности, чем футбольное поле.

Физические явления

Благодаря своим редким характеристикам активированный уголь обладает исключительной способностью улавливать растворенные в воде загрязняющие вещества, в том числе вещества, вызывающие вкус, запах, цвет и токсичность. Удаление происходит за счет явлений адсорбции, основанных на поверхностных взаимодействиях между загрязнителями и поверхностями углеродных графитовых пластинок.

Эти взаимодействия загрязнителя с поверхностью углерода происходят через силы Ван-дер-Вааля и индуцированные дипольные взаимодействия. Графитовые пластинки с активированным углем индуцируют нейтральные органические молекулы во внутримолекулярные диполи. Индуцированные диполи заставляют молекулы притягиваться друг к другу и слипаться, поэтому они выпадают из раствора в наноразмерные поры или адсорбционные пространства углерода. Это называется преждевременной конденсацией, чему способствует активированный уголь.

Рисунок 1.На этих изображениях изображен активированный уголь из дерева, скорлупы кокосовых орехов и битуминозного угля. Все изображения любезно предоставлены PACS Activated Carbon.

Производители активированного угля используют различное сырье и технологические параметры, чтобы сделать доступным разнообразие размеров пор. Правильный выбор структуры пор необходим для решения проблем с водной и газовой фазами с активированным углем.

На рисунке 1 показаны реалистичные изображения активированного угля, изготовленного из дерева, скорлупы кокосовых орехов и битуминозного угля.Эти типы угля продаются и используются в различных формах: порошок, гранулы, гранулы, блоки и композиты. Разница видна в размере графитовых пластинок, представленных жирными черными линиями, и в том, насколько близко они расположены друг к другу, как показано на рисунке.

Активированный уголь в порошке

Порошкообразные частицы активированного угля микронного размера измельчаются из гранулированного активированного угля миллиметрового размера и демонстрируют более быструю кинетику и большую способность к удалению загрязнений по сравнению с углями с более крупными частицами.

Активированный уголь в порошке можно использовать при спорадических эпизодах загрязнения, таких как цветение водорослей и промышленные разливы, которые загрязняют городские сточные воды. Порошок может быть добавлен в отстойник процесса осветления для удаления этих загрязнений с помощью активированного угля. Он также может защитить неподвижные слои активированного гранулированного угля от внезапного входящего загрязнения.

Растения могут использовать порошок вместо этого, если у них нет инфраструктуры для использования гранулированного активированного угля или если у них нет достаточного количества гранулированного угля между притоком и сточными водами для экономичного использования для удаления в спорадических эпизодах загрязнения.Одноразовый порошкообразный активированный уголь используется как периодический процесс для удаления загрязняющих веществ до приемлемых регулируемых максимальных уровней загрязнения (MCL), но не обязательно до нулевого или необнаруженного загрязнения.

Гранулированный активированный уголь

Гранулированный активированный уголь миллиметрового размера может удалять загрязняющие вещества до концентраций ниже аналитических пределов обнаружения, и по сравнению с порошком для него требуется лишь около четверти количества углерода между входящим потоком и стоком.

Однако заводу необходима соответствующая инфраструктура для установки свежего угля и удаления отработанного гранулированного активированного угля для реактивации печи.Реактивированный активированный уголь стоит примерно вдвое дешевле, чем свежий или неиспользованный гранулированный активированный уголь. Использование гранулированного активированного угля — это непрерывный процесс, и это продукт многоразового использования, основанный на термической реактивации. Термическая реактивация позволяет классифицировать углерод как «зеленую химию».

Там, где вероятность промышленного загрязнения относительно высока, должно быть доступно больше активированного угля на случай возможных чрезвычайных ситуаций. Его можно хранить в стационарных емкостях между притоком и стоком, также необходимо больше порошкообразного углерода.

Наконец, гранулы или очень большие гранулы углерода используются для контроля парообразной фазы сероводорода городских сточных вод и других запахов. Эти относительно большие формы активированного угля позволяют потокам газа беспрепятственно проходить через угольные слои. Это снижает использование вентиляторов и энергии, необходимой для продувки газовых потоков через плотные слои. Обычный и каталитический уголь используются для контроля запаха сероводорода.

При обычном углероде подвижный сероводород окисляется до иммобилизованной серы, которая накапливается на поверхности углерода.Использование элементарной серы на рабочем углероде позволяет определить, когда необходимо заменить углерод новым в лабораториях. Каталитические угли превращают сероводород в серную кислоту путем окисления. Серную кислоту на этом каталитическом угле можно смыть водой с использованного угля и многократно использовать на месте.

Рис. 2. Конфигурация горизонтального слоя выглядит следующим образом, тогда как вертикальные слои используют гравитационный поток.

Зона массообмена

При применении в водной и газовой фазах образуется движущаяся зона массопереноса загрязнителей (MTZ) по мере прохождения более загрязненной воды или газа через слой.Угольные слои обычно имеют глубину от 3 до 10 футов и состоят из слоистого активированного угля, где частицы меньшего размера находятся наверху рабочего слоя углерода, а частицы самого большого размера находятся на дне.

Не смешивайте использованный и неиспользованный уголь в процессе. MTZ, показанный на рисунке 2, имеет конфигурацию горизонтального слоя, но слои обычно вертикальные, чтобы использовать преимущества гравитационного потока. После обратной промывки необходимо поддерживать стратификацию слоя, чтобы удалить твердые частицы, которые могут скапливаться на поверхности слоя.

Активированный уголь удаляет водорастворимые органические вещества и твердые вещества из воды путем обратной промывки. У этого МТЗ три рабочие зоны:

1. Зона 1 (между A и B, часть общей длины углеродного слоя) полностью используется и больше не удаляет водорастворимые загрязнения.
2. Зона 2 (между B и C) удаляет разное количество загрязняющих веществ. Форма этой кривой будет отражать профиль концентрации загрязняющих веществ, покидающих углеродный слой при прорыве.В водных системах обычно гораздо больше MTZ-расстояние между B и C, чем в газофазных приложениях, которые обычно имеют гораздо меньшие MTZ. Форма MTZ может быть острой или широкой в ​​зависимости от того, насколько сильно углерод адсорбирует адсорбаты.
3. Зона 3 (между C и D) — это неиспользованный активированный уголь. По мере увеличения срока службы кровати и воздействия загрязняющих веществ расстояние между A и B увеличивается, а между C и D уменьшается. Расстояние МТЗ от Б до С постоянно.

Повышение производительности

Для повышения производительности и экономии типичная конфигурация при работе с несколькими слоями активированного угля представляет собой последовательную серию. Несколько слоев в серии позволяют полностью использовать углеродный слой за счет прорыва, где входящие и выходящие потоки эквивалентны по концентрациям загрязняющих веществ. Это связано с тем, что в процессе эксплуатации любые оставшиеся резервные кровати в серии запускают еще один MTZ по мере необходимости.

Эта конфигурация слоя свинца и запаздывания позволяет обрабатывать максимальное количество галлонов воды на фунт активированного угля перед заменой отработанного угля свежим.

Рабочая цель — питьевая вода высокого качества по минимальной цене.Последние слои активированного угля в последовательной серии завершают полировку, чтобы удалить следы загрязнений и обеспечить безопасную качественную питьевую воду. Заменяя ранее полностью истощенные углеродные слои свежим углеродом (когда концентрации входящего и выходящего потока равны), более поздние слои функционируют дольше в качестве последнего полировщика и обеспечивают запас прочности.

При отборе проб для определения профиля углеродного слоя их следует брать сверху, посередине и снизу. Отбор проб этого типа позволяет более точно определить местонахождение МТЗ и оставшееся время обслуживания углеродного слоя.

Уголь активированный отработанный

Активированный уголь не вечен. Требуется периодическая замена на свежий первичный или активированный уголь. Поры или физические адсорбционные пространства, которые представляют собой объемы нанометрового размера между графитовыми пластинками, в конечном итоге заполняются и больше не способны удалять адсорбаты. Углеродные поры неоднородны и различаются по энергии адсорбции от сильной до слабой. Обратите внимание на расстояние между графитовыми пластинами на рисунке 1. Углеродные графитовые пластинки, расположенные близко друг к другу, обеспечивают высокую потенциальную энергию адсорбции, а широкие расстояния между пластинами имеют относительно низкую энергию адсорбции.

У заводов по производству питьевой воды есть два основных варианта замены: покупка первичного или неиспользованного углерода или использование реактивированного угля. После нескольких циклов реактивации эффективность реактивированного угля снизится, и его необходимо будет заменить свежим, чистым углеродом.

Иногда расширение распределения пор по размеру при реактивации полезно, особенно для более крупных молекул и адсорбатов с более высокой молекулярной массой. Однако водорастворимые низкомолекулярные соединения в следовых концентрациях, такие как тригалометаны, могут не так легко адсорбироваться и могут образовывать более длительный MTZ при использовании с активированным углем с более широким распределением пор по размерам.

Дальнейшее обсуждение этой темы будет охватывать методы испытаний, которые помогут персоналу водохозяйственных предприятий выбрать лучший активированный уголь для конкретного применения и контролировать эффективность и жизненный цикл угля до его окончательной утилизации.

Генри Новицки, Ph.D. и MBA, президент и старший научный сотрудник PACS Activated Carbon Services. С ним можно связаться по адресу henry@pacslabs. com, 724-457-6576 или pacslabs.com. Джордж Новицки — директор лаборатории PACS.С ним можно связаться по адресу [email protected]. Уэйн Шулигер, П.Е., читает краткий курс по проектированию, эксплуатации и устранению неисправностей адсорберов с активированным углем.

PACS Activated Carbon Services проводит Международную конференцию по активированному углю и учебные курсы по углеродным технологиям два раза в год в феврале в Орландо и в сентябре в Питтсбурге.

4 Взаимодействие химических агентов с активированным углем | Утилизация активированного угля из установок по удалению химических реагентов

Ниже приведен неисправленный машинно-читаемый текст этой главы, предназначенный для предоставления нашим собственным поисковым системам и внешним машинам богатого, репрезентативного для каждой главы текста каждой книги с возможностью поиска.Поскольку это НЕПРАВИЛЬНЫЙ материал, пожалуйста, рассматривайте следующий текст как полезный, но недостаточный прокси для авторитетных страниц книги.

4

Взаимодействие химических агентов с активированным углем.

Применение активированного угля и других адсорбентов также может быть привлечено функциональными группами на поверхности.
для удаления химических составляющих со стенок пор промышленного скругления адсорбента.Эти функциональные группы
и промышленные газовые потоки были широко распространены на поверхности во время процесса активации.
на многие десятилетия. Углерод используется в химических агентах и ​​значительно улучшает физическую адсорбцию. Они также
ранее подробно обсуждалось оборудование для захоронения, способствующее заполнению пор молекулами адсорбата при
Отчет Национального исследовательского совета (NRC, 1999). Это жидкие плотности. В отличие от физической адсорбции,
В главе объясняются некоторые основы адсорбции, а химическая адсорбция включает образование химических веществ.
известные реакции агентов на активированный уголь.связи между молекулами адсорбата и функциональными
Это предпосылки для понимания химических групп на поверхности адсорбента, взаимодействий, которые
судьбы и уровни нагрузки агентов на углерод. Также часто приводят к диссоциации молекул адсорбата.
В этой главе рассматривается возможность анализа таких взаимодействий — например, гидролиз водой
агент загрузки. адсорбируются на угле — важны для определения
понимание и понимание окончательной судьбы адсорбированных
агенты.ОСНОВЫ АДСОРБЦИИ
И равновесные процессы, и процессы скорости должны
Процессы адсорбции обычно включают в себя часть, которую следует учитывать для понимания процессов адсорбции.
введение химического растворенного вещества (например, агентов (Mattson and Mark, 1971; Weber and DiGiano, 1996).
здесь) между основной жидкой фазой (например, изотермы адсорбции воды количественно описывают равновесие
или воздух) и поверхность твердого адсорбирующего материала.минимальные нагрузки растворенных веществ на твердых адсорбентах в жидких
Газофазные применения адсорбции обычно включают в себя и газофазные приложения, соответственно, как функции
физическая адсорбция (физадсорбция) и химическая их концентрация в жидкой фазе или частичное давление
адсорбция (хемосорбция). Физическая адсорбция происходит при фиксированной температуре. Равновесие — это динамическое
притяжение молекул к поверхности через явление диспергирования, включающее адсорбцию молекул и
силы отталкивания, называемые лондонско-ван-дер-ваальскими силами, десорбируются одновременно с равной скоростью.Адсорбция
и водородная связь. Молекулы газовой фазы конденсируют смеси различных химических паров.
в этих силовых полях и адгезия к поверхностям осуществляется различными молекулами, конкурирующими за доступные
описан в терминах Леннард-Джонса и участков поверхности электростатического адсорбента и возможной замены
потенциалы (Mattson, Mark, 1971). Когда силы одних молекул адсорбируются другими, более
вовлечены относительно слабо, адсорбат (например,g., агент) сильно адсорбируется. В некоторых случаях адсорбция
молекулы остаются неповрежденными и находятся в непосредственной близости от молекул одного химического вещества, что может усилить
к адсорбирующим поверхностям. В микропористых адсорбентах такая адсорбция другого — например, адсорбция
как активированный уголь, молекулы, попадающие в микропоры низкомолекулярных спиртов, усиливаются адсорбированными

33

34 УТИЛИЗАЦИЯ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЕРОДА С ПОМЕЩЕНИЙ ПО УТИЛИЗАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ АГЕНТОВ

водяной пар. Такие кооперативные механизмы с участием поверхностей из активированного угля обычно используются
вода обычно встречается только с водорастворимыми химическими веществами по кислородсодержащим функциональным группам (например, OH,
адсорбируется при низких нагрузках. = O и — COOH). Эти группы формируются во время
Общие скорости адсорбции агентов при активированном процессе активации и последующем воздействии воздуха,
углерод включает как массоперенос, так и химические реакции, и они играют важную роль как в хемосорбции,
тарифы.Механизмы массопереноса, влияющие на адсорбцию и превращение адсорбата. Это пар-
Производительность процесса в адсорбционных слоях включает (1), в частности, случай адсорбции малых полярных молекул
внешний массообмен из основного потока текучей фазы при температуре окружающей среды во влажном воздухе. Преобразование-
прохождение через слой к внешним поверхностям реакций адсорбции, которые включают гидролиз, диссоциацию,
частицы, содержащиеся в слое, (2) внутричастичное массовое окисление, комплексообразование и кислотно-основные реакции,
перенос за счет диффузии флюидной фазы внутри поровых флюидов и / зависит в большой степени от молекулярных свойств
или диффузия адсорбированной фазы вдоль поверхностей стенок пор адсорбатов и свойств адсорбента
и (3) гидродинамическое осевое диспергирование прекурсора адсорбата и условия его активации (Bandosz и
через слой во внешней жидкой фазе. Аня, 2006).
длина фронта адсорбционной волны, которая является адсорбентом. Эти функциональные группы вызывают активированный кардан.
профиль концентрации жидкой фазы, проходящий через свободные поверхности, демонстрирует некоторую полярность, которая играет
слой углерода в адсорбере с неподвижным слоем характеризуется особой ролью в привлечении химических агентов, содержащих
в качестве активной зоны массообмена (Рисунок 4-1). Масса кислорода, серы, азота, галогенов и фосфора
Зона переноса по определению простирается от производительности до удержания воды.Присутствие
рассчитанная максимально допустимая концентрация воды в жидкой фазе в углеродных поровых системах имеет решающее значение для достижения
на самой большой глубине проникновения в слой к реакциям гидролиза, которые происходят на стенке поры.
концентрация немного меньше, чем поверхности концентрации корма. Значительное количество воды — загрузка
около входящего конца слоя (Вебер и ДиДжиано, до 70 весовых процентов — адсорбируются на чистом угле
1996). Когда волна прошла через слой на поверхности, когда относительная влажность превышает 50 процентов
указывают, что максимально допустимая концентрация сточных вод — (McCallum et al., 1999). Основные центры
достигнув конца слоя, «прорывом» адсорбции воды являются микропоры, в которых вода
слой с учетом заранее заданных ограничений по стоку привлекается к функциональным группам и / или образует кластеры
говорят, что произошло.за счет водородных связей, что приводит к конденсации

Массообмен
Зона агента перед неиспользованной кроватью
Вход
Концентрация

Агент
Направление газового потока
Концентрация

Прорвать
Концентрация

Глубина углеродного слоя
Вход-выход
РИСУНОК 4-1. Зона массопереноса в адсорбционном слое угля.Три кривые представляют фронт агента после прогрессивного периода.
ритмы времени. Концентрация прорыва обычно представляет собой максимально допустимую концентрацию стоков; однажды
была достигнута прорывная концентрация, срок службы фильтра подошел к концу, и его необходимо заменить.
ИСТОЧНИК: По материалам Holgate et al., 1993. РИСУНОК 4-1.eps.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ХИМИЧЕСКИХ АГЕНТОВ С АКТИВИРОВАННЫМ УГЛЕРОМ 35

ции (McCallum et al., 1999). На рис. 4-2 показаны косточки и скорлупа различных орехов. Выбор прекур-
S-образная изотерма, обычно проявляемая водным сортом, и процесс активации определяет размер пор
адсорбируется на древесных углях и углях. распределения, площади поверхности и химический состав поверхности
продукта активированного угля. Углерод, используемый в
Вывод 4-1.… Потому что влага всегда присутствует в адсорбционных фильтрах на заводе Chemical Materials
воздух, который постоянно проходит через объекты по утилизации химических агентов Агентства по углеродным слоям (CMA), является
на предприятиях по утилизации химических реагентов вода всегда производится из скорлупы кокосовых орехов. Активированный уголь произведен
доступные на угле для гидролиза адсорбированных химикатов из этого материала, как правило, имеют больше микропор на
кал агенты. единица массы (объемы <2 нм3), большая площадь поверхности, и более высокая прочность на раздавливание, чем у углерода, полученного из Наличие золы в активированных углях также встречается в более распространенных материалах, таких как битуминозный уголь и известно, что усиливает поверхностную реактивность, нанося катакат.Кроме того, они часто обладают большей адсорбцией. литические реакции (Hsu, Teng, 2001). Перед ними емкости для конкретных адсорбатов. Активированные угли обычно содержат от 2 до Как обсуждалось в главе 2, большая адсорбция углерода - 15 процентов неорганических веществ, таких как оксиды щелочей и фильтров на их основе, установленные при утилизации химических реагентов щелочноземельные элементы, другие оксиды, алюминий, железо, оборудование были произведены IONEX Research Cor- и кремний. Для многих приложений низкий уровень неработоспособности. Блоки содержат несколько блоков фильтровальных лотков.
ганические примеси в активированном угле желательны. Для последовательно, каждый из которых содержит IONEX 03-001 (ранее
однако для других применений более высокое содержание золы может быть C-800) Уголь из скорлупы кокосового ореха 8 Ö 16 меш, торговое название
полезно, потому что некоторые составляющие золы могут выделять кокосовый орех. Каждый фильтровальный лоток содержит два тонких слоя
последовательно хемосорбирует определенные типы металлов, неорганический углерод.Углерод IONEX обладает площадью поверхности
виды, и некоторые синтетические органические вещества, а также играют в 1150 м2 / г и насыпной плотности 520 кг / м3. В качестве
полезная роль, катализируя поверхностную реакционную способность. разработан, агент в первом углеродном банке
банковская система прорвется в следующий углерод
банк в серии после того, как первый банк подвергся воздействию
АДСОРБЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ АГЕНТОВ
количество адсорбата, достаточное для превышения его адсорбции
ПО НАГРЕВАНИЮ, ВЕНТИЛЯЦИИ И
емкость. В этом случае первый банк обеспечивает большую часть
КОНДИЦИОНЕР УГЛЕРОДА
удаление агента и следующий банк, как говорят, «полирует»
Активированный уголь производится из различных исходных продуктов.
сыры, включая нефтяные остатки, уголь, древесину, фрукты. Как показано в Таблице 4-1, все три химических агента —
GB, VX и HD — эффективно адсорбируются кокосом.
скорлупа активированного угля до примерно 30 весовых процентов.Однако, как обсуждается ниже, все агенты реагируют
с влагой на угле, чтобы сформировать ожидаемый
продукты гидролиза. В 2007 г. несколько образцов углерода
из пункта утилизации химических веществ в Аннистон
(ANCDF) были проанализированы на наличие остаточных нервно-паралитических агентов GB
и VX в лаборатории государственного и подрядного обеспечения

ТАБЛИЦА 4-1 — Нагрузки агента на активированный кокосовый орех
Углерод
Относительная влажность Максимальная нагрузка
Агент (%) (г агента / г углерода)
РИСУНОК 4-2 — Изотермы адсорбции воды на активированных
ГБ Сухой 0. 318
уголь из разных пород дерева (W, W1 и GB 66 0,383
W2) и угли (N, N1 и N2) при 25 ° C. Относительное давление VX Dry 0,298
— отношение фактического давления к давлению пара HD Dry 0,379
при температуре измерения и колеблется от 0 до 1. ИСТОЧНИК: По материалам Susan Ankrom, SAIC Task
ИСТОЧНИК: перепечатано с разрешения Bandosz et al., Manager, ANCDF, «Опубликованные значения для загрузки агента MDB.
1996 г.Авторское право 1996 г., Американское химическое общество. и PFS carbon », Презентация комитету, 6 июня 2008 г.

36 УТИЛИЗАЦИЯ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЕРОДА С ОБЪЕКТОВ ПО УТИЛИЗАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ АГЕНТОВ

ржи. Они включали (1) образцы углерода, взятые как при давлении, так и при летучести агентов, приведены в
Банк 1 и Банк 2 во время замены в декабре Таблица 2-5.) Поскольку давление пара VX очень
1 января 2006 г., после завершения всех агентов GB и VX ниже, чем у GB, только сравнительно меньше
ракетные и снарядные кампании, (2) количество углеродной пробы VX когда-либо находилось в газовой фазе и доступно
от фильтрации системы борьбы с загрязнением (PAS) для транспортировки через отопление, вентиляцию и
система (PFS), и (3) образец неиспользованного углерода в качестве системы кондиционирования воздуха (HVAC) для фильтров HVAC
контроль. На угле банка 2 агент не обнаружен. и, наконец, адсорбируется на угольных фильтрах в любом заданном
Аналитические результаты из временного интервала Эджвуд армии США. Химия адсорбированных агентов
Химико-биологический центр (ECBC) показан с водой на угле, подробно обсуждается в
Таблица 4-2 (Buettner et al., 2008). Объем Гб в следующем разделе.
которые должны были быть адсорбированы на углероде банка 1 во время анализа образцов углерода из ANCDF, описанных выше
обработка боеприпасов GB в демилитаре боеприпасов — происходит из объекта по утилизации химических агентов, который использует
Здание установки (MDB) обозначено 13-весовой технологией сжигания.На объектах утилизации, таких как
процент продукта гидролиза, изопропилметил — предприятие по утилизации химических веществ в Ньюпорте (NECDF),
фосфоновая кислота (IMPA), которая была обнаружена на угле VX, была разрушена путем химической нейтрализации.
с помощью твердотельного процесса ядерной реакции (гидролиза) с вращением под магическим углом (MAS). Когда химический агент
магнитный резонанс (ЯМР). Потому что молекула разрушается нейтрализацией (как это было в NECDF)
масса ГБ и IMPA примерно одинакова и вместо сжигания образуются продукты гидролиза
один моль IMPA образуется на каждый моль GB (ни один не образуется при сжигании).В NECDF
массовый процент IMPA приблизительно соответствует эквиваленту углерода HVAC, подвергнутого нейтрализации
к количеству ГБ, которому подвергся углерод. система вентиляции реактора на время NECDF
Метод ЯМР MAS был недостаточно чувствителен к операциям по утилизации, поэтому гидролиз летучих и термический
обнаружить следовые количества ГБ, если таковые остались. продукты разложения (90 ° C) VX адсорбировались на
Для сравнения, в дополнение к самому VX, только незначительное количество VX гидро- углерода HVAC.продукт лизиса, этилметилфосфоновая кислота (EMPA), Экстракционный анализ образцов углерода HVAC из
был обнаружен на углероде из банка 1. Это небольшое количество NECDF лабораторией Юго-Западного исследовательского института (SwRI)
продукта гидролиза объясняется низким показателем наличия летучих примесей VX.
летучесть VX в потоке окружающего воздуха. (Связки паров, побочные продукты гидролиза и продукты разложения

ТАБЛИЦА 4-2 — Аналитические результаты проб углерода HVAC и PFS, взятых из ANCDF в январе 2007 г.
Блок HVAC 1 Блок HVAC 2 PFS Carbon New Carbon
Анализ паров свободного пространства GB <1.5 Ö 10–5 мг / м3 То же, что и банк 1 Не проанализировано Не проанализировано VX <5,1 – 10–7 мг / м3 После термической десорбции GB <1,0–10–4 мг / м3 То же, что и банк 1 Не проанализировано Не проанализировано по данным ГХ / МС / FPDa VX <1,0–10–4 мг / м3 Твердофазный ЯМР, MAS 31P или GB <1500 ppm Без соединения фосфора Относительно большое Относительно небольшое MAS 1H VX <1500 ppm было обнаружено при обнаружении пиков воды. IMPA = 13 мас.%, Предел 1500 частей на миллион EMPA = Необнаружениеb Экстракция растворителем с последующей обработкой GBc Не анализировалась Не анализировалась Не анализировалась ГХ / МС VX <20 частей на миллиард Оставшаяся емкость фильтраd 12 процентов 100 процентов Не проанализировано 100 процентов (контроль) aТермодесорбция до 100 ° C и рабочий объем 1 л. FPD, пламенно-фотометрическое обнаружение.
b Образец также экстрагировали в CD3CN для разрешения пика IMPA в спектрах 31P ЯМР MAS. ЯМР-анализ жидкого экстракта показал 92%
IMPA, 7 процентов MPA (метилфосфоновая кислота, Ch4P (O) (OH) 2) и следы EMPA.
cАналитические процедуры и результаты для ГБ пересматриваются и проверяются.
dАдсорбционная способность была определена путем проведения испытаний прорыва DMMP (диметилметилфосфонат, Ch4P (O) (OCh4) 2) при 3000 мг / м3 DMMP.
концентрация и расход 0,016 м3 / мин.ИСТОЧНИК: По материалам Buettner et al., 2008.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ХИМИЧЕСКИХ АГЕНТОВ С АКТИВИРОВАННЫМ УГЛЕРОМ 37

группы аминотиолов. Эти связанные с VX адсорбаты Рекомендация 4-1. — банки 3-6 в Anniston
были экстрагированы в растворитель и стали потенциальным объектом по утилизации химических агентов.
характеристики газовой хроматографии (ГХ) / масс-спектрометрии подвергаются воздействию агента и могут быть утилизированы с использованием процедуры
проведенный трометрический (МС) анализ. Тем не менее, необходимо использовать неэкспонированный углерод.
анализ экстрактов с помощью ГХ / МС показал, что VX
быть ниже 95 частей на миллиард (ppb).
РЕАКЦИИ ХИМИЧЕСКИХ АГЕНТОВ
На момент подготовки настоящего отчета ни один МБР
ОБ АКТИВИРОВАННОМ УГЛЕ
Образец углерода HVAC, подвергнутый воздействию дистиллированной горчицы
агент HD из установки по удалению химических агентов. Как упоминалось выше, широко сообщалось, что
доступны для лабораторного анализа.Из адсорбированных в настоящее время химических агентов GB, VX и HD разлагаются
действующие объекты, только химический агент Tooele на активированном угле с течением времени (Brevett et al., 1998;
Пункт захоронения (TOCDF) уничтожил горчицу Karwacki et al., 1999; Wagner et al., 2001; МакГарви
боеприпасы путем сжигания, но Банк 1 и Банк 2 и др., 2003 г .; Columbus et al., 2006). Генератор деградации
угольные фильтры еще не были сняты. постоянно увеличивается по мере того, как относительная влажность пара
фаза увеличивается.Время достичь 50 процентов деграда-
Вывод 4-2. • Уровень продуктов разложения ГБ колеблется от нескольких дней до недель при температуре окружающей среды.
можно найти на пунктах утилизации химических веществ Anniston. В большинстве исследований использовалась непрямая термодесорбция.
Обогрев здания демилитаризации боеприпасов, методы ГХ / МС для измерения десорбированного агента
Система вентиляции и кондиционирования воздуха Банк 1 фильтрует концентрацию в паровой фазе (Karwacki et al.,
образцы демонстрируют, что фильтр был выставлен в 1999 г.). Однако продукты гидролиза и промежуточные продукты
к высоким уровням летучих ГБ, адсорбированных ГБ, реакции этих агентов на угле
и что вся или большая часть ГБ гидролизована до обычно ионных соединений, которые не обнаруживаются с помощью
продукты разложения. GC. Начиная с 1990-х гг. Реакция агентов на
углерод также был исследован твердотельным MAS
Нахождение 4-3. â € ‚На основе аналитических результатов методов ЯМР, которые могут идентифицировать и количественно определять агенты
Замена Anniston Chemical Agent Disposal и продуктов реакции агента на поверхности углерода
Установка обогрева здания по демилитаризации боеприпасов, напрямую и одновременно. Следующие разделы
система вентиляции и кондиционирования воздуха, банк 1, подытоживает эти прямые наблюдения ЯМР методом MAS.
фильтр, очень мало продуктов разложения VX, реакции этилметил-агента на влажном угле.фосфоновая кислота была обнаружена на образце углерода.
Таким образом, можно сделать вывод, что очень мало
Реакции ГБ
VX с низкой летучестью транспортируется нагревом, вен-
Система вентиляции и кондиционирования воздуха и адсорбция на рис. 4-3 показывают спектры ЯМР 31P MAS от
углерод во время обработки недавнего исследования боеприпасов VX. Выявлен профиль времени реакции для
на предприятии по утилизации химикатов в Аннистоне. 10 весовых процентов GB на влажном угле из скорлупы кокосового ореха
с содержанием воды 13% по массе при комнатной температуре.
Обнаружение 4-4.– Химического агента в литературе не наблюдалось. В исходном спектре только дублет GB
за пределами здания демилитаризации боеприпасов — пиковые температуры (´P = 27,5 и 18,8 ppm из-за расщепления P-F,
Система вентиляции, вентиляции и кондиционирования (банк 2) JPF = 1046 Гц).Спектры сняты на 6, 13,
фильтрующие блоки на складе химического агента Anniston и через 16 дней показывают снижение пиков GB и
Средство. Кроме того, замена банка 2 при появлении пика IMPA при ´P = 20,5 ppm (IMPA
1 декабря 2006 г. показал, что в нем сохранился адсорбент — основной продукт гидролиза ГБ). В 16 дней только
емкость, эквивалентная новому (неиспользованному) углероду, при небольшом количестве ГБ (плечо на основном IMPA
ссылаясь на то, что Банк 2 не подвергался каким-либо значительным
количество агента. Леонард Бюттнер, Джон Мал, Джордж Вагнер, Тара Сьюэлл,

и Николь Флетчер, все сотрудники Edgewood Chemical армии США и
Биологический центр и Дэвид Фрайдей, Houston Advanced Research
Брайан О’Доннелл, начальник отдела вторичных отходов, Центр соответствия требованиям закрытия, «Адсорбентный анализ утилизации химических агентов Anniston»
и оценки, CMA, «Решение NECDF об отгрузке углерода,» Образцы фильтров Facility MDB Bank 1 и Bank 2, »Презентация для
Представление комиссии 24 июля 2008 г.комитет, 23 июля 2008 г.

38 УТИЛИЗАЦИЯ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЕРОДА С ПОМЕЩЕНИЙ ПО УТИЛИЗАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ АГЕНТОВ

РИСУНОК 4-3 — Спектры ядерного магнитного резонанса (ЯМР) фосфор-31 с вращением под магическим углом (MAS) 10 мас.% Зарина
(GB) на увлажненном (13 мас.% Воды) активированном угле с течением времени: в начале и через 6, 13 и 16 дней, слева направо.
РИСУНОК 4-3.eps
ИСТОЧНИК: Леонард Бюттнер, Джон Мал, Джордж Вагнер, Тара Сьюэлл и Николь Флетчер, все из армии США в Эджвуде.
битовая карта
Химико-биологический центр и Дэвид Фрайдей, Хьюстонский центр перспективных исследований, «Адсорбентный анализ Энистон».
Установка по утилизации химических агентов MDB Bank 1 и Bank 2, образцы фильтров, «Презентация комитету, 23 июля 2008 г.
IMPA, изопропилметилфосфоновая кислота.

пик) остался. Известно, что ГБ реагирует с водой. При разработке текущего метода экстракции растворителем
формируют IMPA по следующему уравнению: для образцов углерода Anniston обнаружение GB
при концентрации, превышающей количество, которое было
Ch4P (O) (OiC3H7) F + h3O — ожидалось на углероде — в действительности, ложное срабатывание — было
GB аналогично тому, что Rohrbaugh et al.(2006) наблюдали
при анализе водных кислых проб, состоящих из ГБ
Ch4P (O) (OiC3H7) OH + HF (1)
продукты гидролиза. Кроме того, с улучшенным
IMPA
аналитическим методом, ГБ обнаружена в гидро-
лизат, когда pH гидролизата был отрегулирован
Следует отметить, что начальная реакция гидролиза ГБ
ниже 5 (Malloy et al., 2007)). Соответственно, когда
образование было относительно быстрым, потому что оно было катализатором
разработка методов анализа обнаженного углерода,
(образцы нового неиспользованного углерода добавлены в деионизированный
позволит очистить его до предела контроля за отходами
вода показала pH около 10). Как больше ГБ
(WCL) или концентрация соответствия разрешению (PCC)
адсорбируется и гидролизуется, pH адсорбированного
уровне, важно избегать условий, которые могут вызвать
фаза на угле была восстановлена ​​и катализируемая кислотой
ложное срабатывание обнаружения ГБ. Как ГБ на угле
скорость гидролиза была ниже, чем у катализируемого основанием
гидролизуется, pH снижается, потому что разложение
скорость гидролиза. Следовательно, гидролиз ГБ на
продукты являются кислотами, и скорость гидролиза становится
углерод уменьшился по мере того, как углерод стал более кислым.
помедленнее. Армия интерпретирует это как знак перестройки.
Согласно анализу SwRI, Anniston раскрыла
тион.На момент написания этого отчета было
Образцы банка 1 дали показания pH около 3,0, когда
не совсем понятно комитету из имеющихся данных
к деионизированной воде добавляли углерод.
происходило ли реформирование на самом деле.

Вывод 4-5. Разложение ГБ на углеродных
Измерения pH были предоставлены в личных сообщениях изопропилметилфосфоновой кислоты и гидро-
катион между Мэтью Блейсом, SwRI, и комитетом, плавиковой кислотой Марча.В водных растворах и при pH менее
17, 2009. чем 5, эти соединения могут замедлять скорость, с которой

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ХИМИЧЕСКИХ АГЕНТОВ С АКТИВИРОВАННЫМ УГЛЕРОМ 39

GB гидролизуется, как ранее сообщалось Malloy et al. близко к 0 и 24 дня ясно продемонстрировали, что VX
(2007). В таких условиях GB на угле может не реагировать быстро на влажном угле.полностью деградировать. Деградация VX произошла из-за автокаталога.
литическая цепочка. После небольшого количества начальной гидро-
продукт лизиса, EMPA, был произведен, прежде всего VX
VX реакции
реагировал с EMPA, давая дифосфонат
Как показано на рис. 4-4, реакция 10-весового соединения VX-пиро (уравнение 2) в качестве единственного наблюдаемого
% VX на влажном угле из скорлупы кокосового ореха, содержащем 13 исходных продуктов.VX-пиро, ангидрид EMPA,
массовый процент воды также контролировался с помощью 31P MAS, впоследствии реагировавшего с водой, адсорбированной на угле.
ЯМР при комнатной температуре (Karwacki et al., 1999; для получения большего количества EMPA (уравнение 3), который реагировал
Вагнер и др., 2001). В исходном спектре, как VX, с оставшимся VX, чтобы сформировать больше VX-пиро. Таким образом,
добавляли к углю, широкий пик VX при ´P = происходила автокаталитическая цепная реакция. Также,
49.4 ppm было снижено и заменено резким большим, потому что гидролиз VX-пиро (уравнение 3) был
пик продукта при ´P = 16,4 ppm, который был идентифицирован намного медленнее, чем его производство, VX-пиро накапливается
в виде диэтилдиметилпирофосфоната (VX-пиро). Указан как основной продукт в течение 24-дневного мониторинга.
второстепенный пик с широким плечом при ´P = 20 м. д. был положительным периодом. Эти наблюдения согласуются с
вызванные продуктом гидролиза EMPA (см. уравнения скоростей и механизмов реакции VX с менее чем
2 и 3).В окончательных спектрах, снятых через 24 дня, VX 10 мас.% Воды в основной органической фазе VX.
исчез и пик VX-пиро значительно увеличился (Yang et al., 1996). Следовательно, можно сделать вывод, что
ласково. Токсичный продукт гидролиза EA-2192 не находился на угле, основная реакция протекала в адсорбированной
обнаружен. Эта пара спектров записана в моменты времени реакции VX фазы, в которой было только небольшое количество воды.
настоящее время.РИСУНОК 4-4. Спектры ЯМР MAS для 10 мас.% Нервно-паралитического агента VX, абсорбированного на увлажненной (13 мас.% Воды)
углерод, слева направо: начальный и через 24 дня, показывающий РИСУНОК 4-4.eps
гетерогенный автокаталитический гидролиз VX в течение 24 дней, слева направо.
ИСТОЧНИК: Леонард Бюттнер, Джон Мал, Джордж Вагнер, Тара Сьюэлл и Николь Флетчер, все из армии США в Эджвуде.
битовая карта
Химико-биологический центр и Дэвид Фрайдей, Хьюстонский центр перспективных исследований, «Адсорбентный анализ Энистон».
Установка по утилизации химических агентов MDB Bank 1 и Bank 2, образцы фильтров, «Презентация комитету, 23 июля 2008 г.EMPA, этилметилфосфоновая кислота.

40 УТИЛИЗАЦИЯ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЕРОДА С ПОМЕЩЕНИЙ ПО УТИЛИЗАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ АГЕНТОВ

Ch4P (O) (OC2H5) (SCh3Ch3N (iC3H7) 2) + для разложения концентрации VX ниже уровня отходов
Предел контроля VX или разрешить соответствие концентрации.
Ch4P (O) (OC2H5) OH
Реакции на горчичный агент EMPA

â † ’[Ch4P (O) (OC2H5)] 2O + 13C MAS ЯМР углерода в нормальных изотопных
Изобилие VX-пиро недостаточно чувствительно для обнаружения мусора.
замедлитель HD и продукты его разложения на угле
ХСЧ3Ч3Н (iC3H7) 2 (2) напрямую. Однако, как сообщает Karwacki et al. (1999),
13C MAS ЯМР был использован для исследования реакции

[Ch4P (O) (OC2H5)] 2O + h3O â † ’соединения HD, обогащенного 13C (нагрузка 0,1 г / г) на
Уголь из скорлупы кокосового ореха VX-pyro, содержащий 13 мас.
воды. По мере уменьшения пиков HD, обогащенного 13C,
2 Ch4P (O) (OC2H5) OH (3) продукты гидролиза иприта хлоргидрин (CH), тиоди
EMPA гликоль (TG) и ион сульфония (CH-TG) были обнаружены
(см. Таблицу 4-3).Сообщенная реакция была медленной, с
После того, как большая часть VX преобразована в VX-пиро, 71 процент HD остается на угле после 115
который растворим в воде, этот продукт будет работать несколько дней при 30 ° C. Для сравнения, реакция того же 13C-
реагировать с водой, адсорбированной на углеродных поверхностях, обогащенных HD на углероде BPL, содержащем 38,8 вес.
чтобы в конечном итоге получить EMPA (уравнение 3), поскольку окончательный процент воды был завершен менее чем за 24 часа при
товар. Это было подтверждено в 2006 году исследованием температуры 50 ° C (McGarvey et al., 2003). Скорость деградации
реакция VX, адсорбированного на ряде образцов углерода, таким образом, по-видимому, заметно зависит от типа
(Columbus et al., 2006). Авторы сообщили, что используется уголь и температура.
Реакция VX завершилась менее чем за 20 дней. Когда адсорбированный HD реагирует на влажный уголь, основной
конечный образец углерода был экстрагирован этанолом, продуктами EMPA являются TG, соляная кислота и ряд
был обнаружен 31P ЯМР как единственные фосфорно-разветвленные ионы сульфония, полученные в результате реакции
содержащий продукт.HD с ТГ. Производство ионов сульфония
Следует отметить, что растворение VX в кислой воде указывает на то, что реакции разложения HD могут происходить в
но протонированный VX не реагирует с водой в смесях с высокими отношениями HD к воде.
кислый pH (Ян, 1999). Вышеуказанная деградация VX с тем же HD, обогащенным 13C, загруженным на влажную
реакция с водой происходит в диапазонах pH, близких к нейуглеродным волокнам, Brevett et al. (1998) определили другой
трал — от слабокислого до слабощелочного.Если водный линейный ион сульфония H-2TG, полученный в результате реакции
адсорбированный на углеродном образце сильно превращается в HD и TG (см. Таблицу 4-2). Эти сульфоний
кислый адсорбированный VX может легко растворяться в кислотных ионах, не содержит 2-хлорэтильных групп и, следовательно,
вода в порах, а протонированный VX в воде не имеет пузырьковых свойств. Авторы сообщили
фаза не будет ни гидролизоваться, ни вступать в реакцию через указанное выше, что скорость разложения HD на этих образцах углерода
механизм автокаталитических реакций (Yang, 1999).было намного быстрее, чем время деградации, о котором сообщает
Karwacki et al. (1999). Результаты Brevett показали, что
Обнаружение 4-6. «Хотя VX плохо растворяется в воде, примерно через 6 недель при комнатной температуре большая часть
он реагирует с образованием водорастворимого VX-пиро, который затем превращается в ТГ и Н-2ТГ.
реагирует в водной фазе с образованием этилметилфоса. Образование ионов сульфония CH-TG и H-2TG.
фоновая кислота.Первоначальное разложение VX на углероде указывает на то, что TG присутствовал в адсорбированной воде.
следует механизму автокаталитического гидролиза, эта фаза и была способна конкурировать с водой в реакции
происходит исключительно в объемной фазе VX. Этилметил-
фосфоновая кислота — единственная фосфорсодержащая
конечный продукт. Токсичный продукт гидролиза EA-2192 CH-TG был обнаружен только после того, как образец углерода был

не обнаружено. экстрагируют растворителем.BPL, товарный знак Calgon Carbon Corporation, является

гранулированный активированный уголь на основе битуминозного угля.
Рекомендация 4-2. «Химические материалы» Обратите внимание, что 50 ° C не является практической температурой для HVAC.
Агентство должно определить продолжительность времени, необходимого для воздуха на установке для захоронения химических агентов.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ХИМИЧЕСКИХ АГЕНТОВ С АКТИВИРОВАННЫМ УГЛЕРОМ 41

ТАБЛИЦА 4-3– Химические формулы горчичного агента и его открытие 4-8.â € ‚Аналитические исследования показали, что сульфо-
Продукты гидролиза ионы ниия мешают анализу следовых количеств
Аббревиатура Химическая формула горчицы в водных растворах.
HD ClCh3Ch3SCh3Ch3Cl
Рекомендация 4-4 CH ClCh3Ch3SCh3Ch3OH. Армия должна установить
TG HOCh3Ch3SCh3Ch3OH окончательно независимо от того, присутствует ли сульфо-
CH-TG HOCh3Ch3SCh3Ch3S + (Ch3Ch3OH) 2
Ионы ниия H-TG ClCh3Ch3SCh3Ch3S + (Ch3Ch3OH) 2 препятствуют анализу иприта на
H-2TG (HOCh3Ch3) 2S + Ch3Ch3SCh3Ch3S + (Ch3Ch3OH) 2 угл.Резюме исследований реакций агентов на углерод
Как обсуждалось выше, прямые измерения MAS ЯМР
с нерастворимым HD на границе раздела HD-вода. Sulfo- показали, что все три агента (GB, VX и горчичный)
Ионы nium часто наблюдаются в двухфазной фазе, они нестабильны на влажных углеродных поверхностях и разлагаются с
жидкие смеси HD и воды при относительно большом времени HD.В случае водорастворимого ГБ IMPA был
к воде (Yang et al., 1988). После получения обнаруживается только фосфорсодержащее соединение. За
они растворимы и относительно стабильны в воде, но вступают в реакцию с труднорастворимым VX и практически нерастворимыми.
быстрее, если присутствует NaOH (Yang et al., 1988). В HD более сложные продукты были получены из
предыдущие исследования, спонсируемые Aberdeen Chemical. Реакции с водой и начальные продукты гидролиза.
Средство по утилизации агентов, эти ионы сульфония присутствуют.Учитывая относительно высокие необходимые концентрации
в кислых водных растворах затрудняет обнаружение (приблизительно от 0,1 до 1,0% г / г)
что партии гидролизата HD имели требуемые уровни по данным твердотельного MAS ЯМР, неясно,
разрушения агента. Считается, что если достаточное количество HCl продолжается до завершения или следовые количества
присутствует во время экстракции растворителем, и последующий агент остается на образцах углерода. Чтобы определить
Анализ ГХ / МС, некоторые из основных уровней ионов сульфония в миллиардных долях обнаружения остаточных агентов на углероде,
такие как CH-TG могут разлагаться и реагировать с хлоридом при других аналитических подходах, таких как экстракция
ион с образованием HD.Было обнаружено, что партии гидролизата в адсорбированной фазе из углеродного образца, возможно
содержат менее 20 частей на миллиард HD только после водного NaOH с последующим анализом детектора ГХ / МС.
растворы добавляли к кислым гидролизатам. Это может Во время этого типа анализа следует проявлять осторожность.
следовательно, эти ионы сульфония и хлористоводородная кислота служат для проверки того, что агент не повторно образуется во время анализа.
кислота также вызывает проблемы с очисткой образцов углерода для калибровочного процесса, особенно когда образцы углерода
требуемый уровень WCL или PCC. кислый. На основании измерений ЯМР MAS
начальные стадии деградации, по оценке комитета,
Вывод 4-7. Экспериментальные данные показывают, что экстраполяцией требуется, что при комнатной температуре потребуется
от недель до месяцев при комнатной температуре для горчицы примерно через 1 месяц после снятия автомобиля.
углерод разлагаться. bon из блоков фильтров для GB и VX, чтобы деградировать до
минимальный уровень и несколько месяцев горчицы, чтобы
Рекомендация 4-3.â € ‚Химические материалы такие же. Конечно, эти реакции продолжаются даже тогда, когда
Агентство должно определить скорость разложения углерода во время операций по удалению.
горчица на угле при контролируемых постоянных условиях
с большей точностью, чтобы предсказать, когда и когда будет обнаружен результат 4-9. »Химические агенты VX, GB и
концентрация горчицы на угле будет минимальной, горчица полностью разлагается на влажном угле, с VX и GB
или ниже предела контроля за отходами, или допускать ухудшение соответствия требованиям быстрее, чем у горчицы. Все более быстрые темпы
концентрация. Например, любой приемлемый анализ разложения агента происходит при повышении температуры.
метод должен быть проверен по высокому уровню (температура и влажность около 80. Кроме того, конечные концентрации
процент или более) восстановления выброса агента. агентов на угле зависят от pH
вода, адсорбированная на угле. В кислых условиях
гидролиз ГБ находится под контролем равновесия, поэтому
Хотя WCL составляет 200 частей на миллиард, значение 20 частей на миллиард использовалось для
GB не может снижаться до предела контроля отходов или разрешать
обеспечить уничтожение до 99.Уровень 9999 процентов. Концентрация соответствия.

42 УТИЛИЗАЦИЯ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЕРОДА С ПОМЕЩЕНИЙ ПО УТИЛИЗАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ АГЕНТОВ

Рекомендация 4-5. Изотерма химических материалов известна, тогда концентрация адсорбированной фазы
Агентство должно определить время, необходимое для каждой операции, или загрузка может быть определена по газовой фазе.
из трех агентов (GB, VX и горчица) для снижения концентрации.Три проблемы, связанные с использованием
на углерод до минимальных значений и определите, нужно ли учитывать этот анализ свободного пространства для достижения
значение ниже соответствующих пределов контроля за отходами или надежного анализа загрузки агента на углерод. Во-первых,
разрешить соблюдение концентраций. Учитывая, что концентрация агента в газовой фазе иприта должна быть равной
является последним агентом, который планируется обработать в химическом либриуме с загрузкой агента 20 частей на миллиард при температуре окружающей среды, и
объектов для утилизации агентов, следует определить, могут ли даже умеренно повышенные температуры быть недо-
медленная скорость деградации HD на углероде будет влиять на обнаружение с помощью анализа свободного пространства.Во-вторых, адсорбционный
график закрытия объекта. изотерма будет необходима для корреляции нагрузок
с концентрацией в газовой фазе при загрузках агента около
20 частей на миллиард В-третьих, изотерма адсорбции чистых компонентов
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ
даже не применимо к реальной системе, которая
ЗАГРУЗКА АКТИВИРОВАННОГО УГЛЕРОДА
содержат соадсорбированные количества других компонентов, таких как
Доставка углерода, подвергшегося воздействию агентов, за пределы объекта в виде воды и продуктов разложения. на объектах для захоронения потребуется определение Как упоминалось ранее, несколько проб углерода из
загрузка агента (ов) на уголь на основе массы (масса ANCDF была проанализирована для остаточного GB и VX при
агента на общую массу углерода и всех адсорбатов). как государственные лаборатории, так и лаборатории по обеспечению подрядчиков в
Уровни, принятые в Resource Conservation 2007 за счет экстрагирования агента в растворитель. Образцы
и Закон о восстановлении разрешений для Pine Bluff Chemi — включал (1) образец углерода из замены
Cal Agent Disposal Facility (PBCDF), ANCDF, и 1 декабря 2006 г., банков 1 и 2 HVAC
TOCDF составляет 20 частей на миллиард для GB и VX и 200 частей на миллиард для блока фильтрации 102 после завершения всего агента GB.
горчица, где общая масса рассматривается как адсор- и ракетно-снарядная кампания VX, (2) PFS
изогнутый плюс все адсорбаты, включая воду и образец гидролизного углерода, и (3) неиспользованный образец углерода, как
sis продукты.Уровни, принятые на контроле. Опять же, на
Учреждение по утилизации химических агентов Umatilla (UMCDF) Банк 2 углерода.
составляют 16 частей на миллиард для GB и 13 частей на миллиард для VX, которые являются образцами углерода из банков HVAC 1 и 2.
практические количественные ограничения. проанализированы в SwRI, сначала путем экстракции растворителем (Envi-
Потому что каждый банк в блоках фильтров MDB HVAC ronmental Protection Agency [EPA] Метод SW-846
содержит 48 фильтровальных лотков с двумя слоями угля в 3571), а затем с помощью ГХ / МС (метод EPA SW-846
для каждого лотка необходим статистически надежный метод 8271) для определения уровней остатков GB и VX-
для выбора нескольких лотков от расположения на угле.Этот метод показал результаты для
самый высокий поток в каждом банке. Такой подход к отбору проб VX должен быть действительным и ниже WCL или PCC, но
было бы достаточно, чтобы определить максимальную нагрузку — результаты для GB на угле были неожиданно высокими.
Использование агента на углероде в каждом банке. В ANCDF Как описано ранее в этой главе, GB может реагировать с
было решено отобрать пробу воды на угле в нескольких разных местах для образования продуктов гидролиза.
внутри лотков, а затем смешайте образцы для получения IMPA и плавиковой кислоты (HF).В предыдущем исследовании
гомогенизированный стандартный образец, подход, найденный для (Malloy et al., 2007), эти продукты были приняты
быть приемлемым. чтобы иметь возможность реагировать с преобразованием ГБ в гидролизат ГБ
Анализ паров в свободном пространстве обеспечивает достоверную меру, когда pH образцов гидролизата был отрегулирован.
угрозы ингаляции от агентов. Однако использовать до менее 5. Для образцов углерода, содержащих эти продукты
этот метод для точного измерения нагрузки агента на каналы, предполагается, что повторное образование происходит в растворителе
углерод требует измерения концентрации в газовой фазе после экстракции.Таким образом, без изменений EPA SW-
в равновесии с углеродом, а также требует 846 Метод 3571 не смог определить фактическое
знание изотермы адсорбции для этого агента с концентрацией GB на угле на уровне 20 частей на миллиард.
при соответствующих условиях. В принципе, если адсорбция
Образец углерода PFS был проанализирован не методом SwRI, а
Мэтью Блейс, SwRI, «Углеродный анализ для ГБ», презентация ECBC; однако SwRI проанализировал образец из HVAC-банков.
Роберту Боде и Ю Чу Яну, членам комитета, 1 и 2 января с помощью ЯМР, результаты показали менее 1500 ppm для
13, 2008.GB и VX.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ХИМИЧЕСКИХ АГЕНТОВ С АКТИВИРОВАННЫМ УГЛЕРОМ 43

С августа 2008 г. CMA предприняла попытку усовершенствовать ТАБЛИЦУ 4-4 — Анализ GB и VX на углерод и
этот метод для предотвращения или минимизации повторного формирования ГБ. Пределы обнаружения метода (MDL) a
путем изменения условий, при которых тип агента извлечения
ция выполняется.Рабочая группа в составе сотрудников Carbon Detected
Образец агента Аналитический метод MDL (ppb) (ppb)
из SwRI, Battelle, ECBC и лабораторий в
ANCDF, UMCDF и PBCDF были созданы для решения проблемы GBb IMPA- и SwRI, модифицированного 5 (SwRI) —
Метод экстракции с HF-нагрузкой 4 (ECBC)
эта проблема и экспериментальные работы по модификации нового неиспользованного 3571 (являющегося
Метод 3571 был выполнен в SwRI. Потому что углерод подтвержден)
работа не была завершена, когда этот отчет готовился ANCDF. То же, что и выше — 129
письменный и отчет о проделанной работе был предоставлен Банку 1,
комитет только после того, как он завершил поиск фактов — стандарт
партия углерода
Кроме того, комитет не смог оценить,
VX Новое, неиспользованное извлечение SwRI 4 —
модифицированный метод может подтвердить, что углеродно-углеродный метод 3571 для VX
был ниже WCL для Великобритании.Однако комитет ANCDF
сообщает о предварительных результатах работы ANCDF SwRI. То же, что и выше — 17
группа ниже. Банк 1
В отличие от предыдущих анализов образцов из банка 1, стандарт
Образец Дарда из фильтра ANCDF Bank 1 был до-Новым, неиспользованным извлечением SwRI 14c —
по сравнению с SwRI. Этот стандартный образец представлял собой хорошо перемешанный углеродный образец 3571 для VX.
для NECDF
композитный образец углеродных проб, взятых из
Фильтр банка 1 в разных местах. Три копии NECDF То же, что и выше — 80
Банк 1
этот образец был проанализирован на ГБ, и результаты были углеродными
очень похожи, что указывает на то, что стандартный образец
a В то время, когда это
действительно была однородная выборка, и был подготовлен репрезентативный отчет.фильтра Банка 1. Этот шаг обеспечивает экспериментальный b. В новый, неиспользованный, загруженный углерод был добавлен GB.
воспроизводимость. c Для определения NECDF MDL использовали другую массу углерода.
тион.
Реформирование было минимизировано тщательным выбором
ИСТОЧНИК: Личное общение между Майклом Макнотоном, SwRI,
растворитель (дихлорметан), контроль pH (использование pH = 7
и Роберт Боде, председатель комитета, 15 января 2009 г. буфер), более длительное время экстракции (30 минут) и
добавление 1,0 М нитрата кальция, который секвестрирует
фторид-ионы. результаты показывают, что лей составляет около 5 частей на миллиард, но это
SwRI определил, что значение предела обнаружения метода еще не подтверждено.
(MDL) для этой процедуры 5 частей на миллиард. Это было сделано с помощью других методов, которые могут быть исследованы для определения
загрузка неиспользованного угля IMPA / HF для имитации концентрации агентов на угле, если экстрагированный
Углерод банка 1, добавление в него ГБ, а затем метод анализа не может быть подтвержден, чтобы показать приемлемый
это.восстановление агента. Однако прямые методы с участием
измерение концентраций в адсорбированной фазе
Обнаружение 4-10. Предел обнаружения метода 5 частей на миллиард не чувствителен к низким уровням агента. Косвенные методы
для ГБ, полученного Юго-Западным научно-исследовательским институтом в результате удаления адсорбатов с углерода
новые неиспользованные образцы углерода, содержащие изопропил, и их анализ отдельно могут быть исследованы:
метилфосфоновая кислота и фтористоводородная кислота являются лучшими. К ним относятся хроматография, твердожидкостная экстракция,
индикация степени повторного образования для текущей или термической / вакуумной десорбции (LeVan and Carta, 2007).рекомендуемые аналитические процедуры. Из хроматографических методов, в частности, элюирования
и вытесняющая хроматография — вытесняющая
Модифицированный метод 3571 проходит валидацию в
ECBC и лаборатории ANCDF, UMCDF и
PBCDF. Когда этот модифицированный метод применяется к 10Matthew Blais, SwRI, «Углеродный анализ для ГБ», презентация
Образец ANCDF Bank 1, он показывает, что концентрация Роберта Боде и Ю Чу Янга, членов комитета, январь
ГБ на углероде составляет 129 частей на миллиард (см. Таблицу 4-4).13 января 2008 г.

44 УТИЛИЗАЦИЯ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЕРОДА С ОБЪЕКТОВ ПО УТИЛИЗАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ АГЕНТОВ

хроматография дала бы наиболее убедительные результаты Бреветта, К., Б. Макивера, К. Самптера и Д. Рорбо. 1998. ССМАС
ЯМР-исследование HD, GD и VX в тканях с угольными фильтрами для салфеток,
измерение общего остаточного агента. В вытеснении ECBC-TN-035. Абердинский испытательный полигон, штат Мэриленд: Edgewood Chemical
хроматография, образец открытого углерода и Биологический центр.
быть помещенным в небольшую колонку, вероятно, после измельчения — Бюттнер, Л., Дж. Мал, Г. Вагнер, Т. Сьюэлл и Н. Флетчер. 2008. Ad-
сорбентный анализ установки по утилизации химических агентов Аннистон МДБ
и сильно адсорбирующийся растворитель («вытеснитель»)
Выборки фильтров Bank-1 и Bank-2 после завершения GB
прошел через колонну.Вытеснитель представляет собой адсорбированный агент и VX Rocket Campaign, ECBC-TR-XXX. Абердинское испытание
сильнее, чем любой из адсорбируемых агентов, и будет. Ground, Md .: Edgewood Chemical and Biological Center.
вытеснить агент из угля, так что весь Коламбус, И., Д. Уэйсборт, Л. Шмуели, И. Нир и Д. Каплан. 2006. Де-
состав адсорбированного VX на активированных углях исследован 31P MAS
адсорбированная фаза (весь десорбированный агент плюс часть ЯМР. Наука об окружающей среде и технологии 40 (12): 3952-3958.
вытесняющий растворитель) элюируется из колонки. Жидкость Холгейт, Х., Л. Шерер и А. Талиб. 1993. Оценка угольного фильтра.
Для этого можно использовать хроматографический аппарат System Performance. MTR 93W0000034. Маклин, Вирджиния: MITRE Cor-
порация.
для обеспечения желаемого низкого расхода. Отрывок из Сюй, Л., и Х. Тенг. 2001. Каталитическое восстановление NO с помощью Nh4 над углеродом.
колонка (адсорбаты плюс вытесняющий растворитель) может быть модифицирована кислотным окислением и пропиткой металлом и ее кинетической
быть проанализированы для определения концентрации агента в исследованиях. Прикладной катализ B: Окружающая среда 35 (1): 21-30.
Karwacki, C., J. Buchanan, J. Mahle, L. Buettner и G. Wagner. 1999 г.
обнаженный углерод.Это можно сделать либо временно
Влияние температуры на десорбцию и разложение горчицы
в процессе хроматографического вытеснения активированным углем. Ленгмюр 15: 8645-8650.
измерение зависящих от времени концентраций в качестве агента LeVan, M., and G. Carta. 2007. Адсорбция и ионный обмен. Перри
элюируется при условии, что детектор в достаточной степени соответствует Справочнику инженеров-химиков, 8-е издание.Д.В. Грин и Р.
Перри, ред. Нью-Йорк, Нью-Йорк: McGraw-Hill Professional.
чувствительный, или его можно проводить на аликвотных порциях Malloy, T.A., L. Dejarme, C. Fricker, J. Guinan, G. Lecakes и A. Shaffer.
экстракт (или весь экстракт) после завершения 2007 г. Лабораторная оценка гидролиза ГБ, TRRP # 02a, фаза II,
процесса. Таким образом, с измеренным выходным потоком агента Test report, Rev.0. Абердинский полигон, штат Мэриленд: руководитель программы.
для собранных альтернатив химическому оружию.
концентрация, проходящая через максимум и снижающуюся- Мэттсон, Дж., и Х. Б. Марк, мл. 1971. Активированный уголь: химия поверхности.
При нулевом значении его можно определить положительно путем вытеснения и адсорбции из раствора. Нью-Йорк: Marcel Dekker, Inc.
По данным хроматографии, агент был полностью составлен McCallum, C., Т. Бандош, С. МакГротер, Э. Мюллер и К. Губбинс. 1999 г.
Молекулярная модель адсорбции воды на активированном угле: Com-
сняли с обнаженного углерода.
сравнение моделирования и эксперимента. Ленгмюр 15 (2): 533-544.
Другая альтернатива для косвенного анализа, твердое тело-жидкость McGarvey, D., J. Mahle и G. Wagner. 2003 г.Гидролиз химического агента
экстракция (также называемая выщелачиванием) требует осторожного обращения с сухими и увлажненными адсорбентами, ECBC-TR-334. Абердинское испытание
полное приложение. Как и в случае жидкостно-жидкостной экстракции, The Ground, Md . : Edgewood Chemical and Biological Center.
NRC (Национальный исследовательский совет). 1999. Углеродная фильтрация для уменьшения
процесс обычно выполняется с несколькими выбросами от сжигания химического агента.Вашингтон, округ Колумбия: Na-
контактов в пакетном режиме, чтобы убедиться, что необходимое приложение Academy Press.
Фактически весь остаточный агент был извлечен из Rohrbaugh, D., G. Hondrogiannis и Y.C. Ян. 2006. Аналитический метод.
и исследования пределов обнаружения для обнаружения ГБ в гидролизате ГБ,
углерод для анализа. Как и вытесняющий хроматограф ECBC-TR-509.Абердинский испытательный полигон, штат Мэриленд: Edgewood Chemical
Рафи, лучшим растворителем будет тот, который адсорбируется и биологический центр.
сильнее, чем адсорбаты, так что по существу Wagner, G., B. MacIver, C. Karwacki, J. Buchanan и D. Rohrbaugh.
2001. Судьба горчицы на активированных углях. Часть 2: 13C MAS ЯМР.
вся адсорбированная фаза эффективно удаляется
Исследования, ADE4.Абердинский полигон, штат Мэриленд: Edgewood Re-
больше, чем несколько партий. Термодесорбция — еще один поисковый центр разработок и инжиниринга.
косвенный метод, который использовался ECBC как Weber, W., Jr. и F. DiGiano. 1996. Динамика процессов в окружающей среде
упомянутый выше. Однако нагревание образца может привести к системам. Нью-Йорк: Wiley InterScience.
Ян, Ю.1999. Химическая детоксикация нервно-паралитического агента VX. Счета
вызывают термическое разложение, и способ с использованием Chemical Research 32 (2): 109-115.
вакуум и улавливание жидким азотом могут доказать, что больше Ян, Й., Л. Шафранец, У. Бодри, Д. Рорбо, Л. Проселл и Дж.
многообещающий. Самуэль. 1996. Автокаталитический гидролиз нервно-паралитических агентов V-типа. Журнал
органической химии 61 (24): 8407-8413.Yang, L., Szafraniec, W. Beaudry, and J. Ward. 1988. Кинетика и меха-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ гидролиза 2-хлорэтилсульфидов. Журнал органических
Химия 53 (14): 3293-3297.
Bandosz, T., and C. Ania. 2006. Химия поверхности активированного угля и
его характеристика.Стр. 159-230 в Поверхности из активированного угля в окружающей среде
ronmental Remediation, 7, T.J. Бандош, изд. Оксфорд, Великобритания: Elsevier.
Bandosz, T., J. Jagiello, A. Krzyzanowski и J. Schwarz. 1996. Эффект
химии поверхности по сорбции воды и метанола на активированных
углерода. Ленгмюр, 12 (26): 6480-6486.

Влияние гибридизации на материалы с активированным углем с добавленной стоимостью

9.

Hameed BH, Din ATM, Ahmad AL (2007) Адсорбция метиленового синего на активированный уголь на основе бамбука: исследования кинетики и равновесия. J Hazard Mater 141 (3): 819–825

CAS
Статья

Google ученый

46.

Anadão P, Sato LF, Wiebeck H, Díaz FRV (2010) Полисульфоновые композитные мембраны с активированным углем. Mater Sci Forum 660–661: 1081–1086

Статья
CAS

Google ученый

92.

Singh B, Murad L, Laffir F, Dickinson C, Dempsey E (2011) Нанокомпозиты на основе Pt (моно / би / триметаллические), декорированные с использованием различных углеродных носителей для электроокисления метанола в кислых и основных средах. Наноразмер 3 (8): 3334–3349

CAS
Статья

Google ученый

МЕХАНИЗМ АДСОРБЦИИ ВИРУСА НА АКТИВИРОВАННОМ УГЛЕ НА JSTOR

Используя бактериофаг группы кишечной палочки в качестве вирусного материала, это исследование показывает, что вирусные аминогруппы адсорбируются на карбоксильные группы на угле за счет электростатического притяжения. Обсуждаются эффекты изменения pH и ионной силы.

Журнал AWWA публикует статьи о проблемах водного хозяйства, которые охватывают все виды деятельности и интересы AWWA. Он сообщает об инновациях, тенденциях, противоречиях и проблемах. Журнал AWWA также фокусируется на смежных темах, таких как планирование общественных работ, управление инфраструктурой, здоровье человека, защита окружающей среды, финансы и право. Журнал продолжает свою долгую историю публикации подробных и новаторских статей о защите надежности и отказоустойчивости наших систем водоснабжения, здоровья нашей окружающей среды и безопасности нашей воды.

Wiley — глобальный поставщик контента и решений для рабочих процессов с поддержкой контента в областях научных, технических, медицинских и научных исследований; профессиональное развитие; и образование. Наши основные предприятия выпускают научные, технические, медицинские и научные журналы, справочники, книги, услуги баз данных и рекламу; профессиональные книги, продукты по подписке, услуги по сертификации и обучению и онлайн-приложения; образовательный контент и услуги, включая интегрированные онлайн-ресурсы для преподавания и обучения для студентов и аспирантов, а также для учащихся на протяжении всей жизни. Основанная в 1807 году компания John Wiley & Sons, Inc. уже более 200 лет является ценным источником информации и понимания, помогая людям во всем мире удовлетворять их потребности и воплощать в жизнь их чаяния. Wiley опубликовал работы более 450 лауреатов Нобелевской премии во всех категориях: литература, экономика, физиология и медицина, физика, химия и мир.

Wiley поддерживает партнерские отношения со многими ведущими мировыми сообществами и ежегодно издает более 1500 рецензируемых журналов и более 1500 новых книг в печатном виде и в Интернете, а также базы данных, основные справочные материалы и лабораторные протоколы по предметам STMS.Благодаря растущему предложению открытого доступа, Wiley стремится к максимально широкому распространению и доступу к публикуемому нами контенту и поддерживает все устойчивые модели доступа. Наша онлайн-платформа, Wiley Online Library (wileyonlinelibrary.com), является одной из самых обширных в мире междисциплинарных коллекций онлайн-ресурсов, охватывающих жизнь, здоровье, социальные и физические науки и гуманитарные науки.

Выбор редакции — Обзор — Конструкция электрода из активированного угля: инженерный компромисс в отношении характеристик емкостной деионизации

Технология опреснения считается важным средством неограниченного снабжения пресной водой путем производства питьевой воды из морских и солоноватых источников. ^1,2 Интересно, что поставка опресненной воды не зависит от климатических условий. ³ В целом опреснение является высокоэнергетической технологией. Нехватка воды и энергии — две основные проблемы 21 века. ⁴ Тем не менее, инновации могут позволить нам обеспечить производство пресной воды с меньшими затратами и в то же время улучшить использование энергии. Разработано несколько технологий термического и мембранного опреснения. ⁵ На сегодняшний день обратный осмос (RO), многоступенчатая дистилляция (MED), многоступенчатое мгновенное опреснение (MSF) и электродиализ (ED) широко используются для опреснения морской воды и солоноватой воды в больших масштабах. В отличие от электродиализа (ED), другие технологии работают за счет удаления основного компонента (воды), а не второстепенного (соли или минералы), поэтому они становятся менее эффективными для опреснения солоноватой воды из-за низкой концентрации соли. ⁶

Емкостная деионизация (CDI) — это развивающаяся технология опреснения, извлекающая соли и минералы из соленой воды таким образом, что потребленные заряды во время зарядки электрода могут быть повторно захвачены во время разряда электрода, ⁷ , тем самым позволяя CDI быть энергией эффективная и менее дорогостоящая альтернативная технология опреснения соленой воды по сравнению с другими традиционными технологиями опреснения.Действительно, возврат части энергии был одним из ключевых аспектов технологии CDI. ⁸ Концепция CDI может быть описана как процесс электросорбции, который в основном можно объяснить на основе характеристик конденсатора с двойным электрическим слоем. Подобно суперконденсаторам, ионы обратимо накапливаются в двойном электрическом слое (EDL) в углеродных порах в CDI. ^9–11 Эта инновационная технология опреснения обладает рядом преимуществ, включая легкое удаление второстепенных продуктов из основного продукта за счет емкостного эффекта и фарадеевского взаимодействия при низком напряжении ячейки. ^9,12 Кроме того, он имеет другие приятные атрибуты, такие как энергосбережение, экологичность, ¹³ простота конфигурации и низкие эксплуатационные расходы. ¹⁴ В основном производительность CDI во многом зависит от электрода, но также и от конфигурации ячейки и рабочих параметров. ^12,15 Таким образом, повышение производительности может быть исследовано путем изготовления идеальных электродов, оптимизации рабочих параметров, разработки надежных конфигураций CDI и / или интеграции CDI с другими технологиями опреснения.

По статистике, публикации в области исследований CDI по большей части посвящены решающей роли электрода по сравнению с другими факторами, влияющими на характеристики CDI. ¹⁵ Другими словами, на электрод приходится львиная доля факторов, влияющих на работу систем CDI. Активированный уголь (AC) широко известен как первый и наиболее часто используемый материал для емкостных технологий. ^11,16 Большая площадь поверхности, электропроводность, химическая стабильность в широком электрохимическом окне, инертность, легко настраиваемая морфология пор и благоприятная изотерма адсорбции — все это указывает на то, что переменный ток является идеальным кандидатом для электродов CDI. ^4,17,18 Кроме того, AC является экологически чистым материалом и коммерчески доступен по относительно низкой цене. ¹⁹ Электрод CDI с идеальными емкостными характеристиками должен обладать большой удельной поверхностью, высокой проводимостью, хорошей смачиваемостью, химической стабильностью и соответствующей пористостью. ^{12–14,20–22} Однако было показано, что переменный ток имеет более низкую удельную емкость, чем ожидаемое теоретическое значение. ²¹ Следовательно, его всегда необходимо модифицировать и разрабатывать с использованием различных модификаторов (проводящих добавок, связующих, восстановителей, окислителей, псевдемкостных материалов, оксидов металлов, поверхностно-активных веществ, полимеров и т. Д.) для повышения производительности. По сути, рациональная конструкция электрода переменного тока имеет первостепенное значение для оптимальной работы CDI. ²³ Конструкция электродов переменного тока стала чуть ли не Святым Граалем исследований в области технологии CDI. Сообщалось о различных физических, химических и биологических методах модификации AC, ²⁴ , показывающих различные улучшения электрохимических характеристик. Однако большинство этих улучшений происходит за счет ухудшения некоторых свойств электродов.

Недавно было опубликовано несколько обзоров, касающихся электродных материалов CDI. Oladunni et al., ¹⁵ Liu et al., ¹⁷ Huang et al. ²⁵ и Тамилсельван и др. ²⁶ представил всесторонний обзор недавно разработанных углеродных нанокомпозитов для применения в процессе емкостной деионизации. Bhatnagar et al. ²⁴ сообщил обзор методов модификации переменного тока для применения в водоподготовке. Han et al. ¹² рассмотрены структура и функциональность новых углеродных и фарадеевских электродных материалов для высокоэффективной емкостной деионизации.Кроме того, Ratajczak et al. представил обзор емкостных технологий на основе углеродных материалов. ¹¹

В этом обзоре влияние модификаторов на производительность CDI очерчено в контексте инженерного компромисса. Обсуждаются полезные и вредные эффекты различных модификаторов на электрохимическую активность переменного тока, как показано на рис. 1. В целом представлена ​​всеобъемлющая классификация ячеек CDI, основанная на различных архитектурных аспектах со сравнительными характеристиками.Кроме того, была выяснена взаимозависимость между электродными аспектами и конфигурацией ячейки CDI. Наконец, был резюмирован краткий обзор разработки конструкции электродов переменного тока с некоторыми перспективными руководящими принципами исследований. Цель нашего обзора здесь — раскрыть влияние конструкции электродов переменного тока на характеристики CDI и как сбалансировать компромисс между свойствами электродов в процессе модификации. Он также вводит взаимозависимость между аспектами электродов и конфигурацией ячейки CDI.Зная это, он дает представление об аспектах модификации электродов без ущерба для электрохимических показателей. Кроме того, взаимозависимость электрода и ячейки CDI проливает свет на рациональную конструкцию, чтобы воспользоваться преимуществами модификации электродов при соответствующей конфигурации ячейки CDI.

Улучшение структуры

Структурные свойства электрода включают площадь поверхности, пористость (структура пор, распределение пор по размерам и извилистость) и текстуру.Накопительная емкость (заряд и накопление ионов) и кинетика сильно зависят от доступной площади поверхности и пористости электрода. ²⁷ Таким образом, CDI как межфазный процесс очень чувствителен к имеющейся поверхности и пористости электродного материала. Емкостное накопление ионов и кинетика электросорбции в матрице могут быть улучшены за счет физической и / или химической модификации электрода. Действительно, площадь поверхности и распределение пор по размерам играют решающую роль в конструкции углеродного электрода.Чтобы оптимизировать емкостные характеристики, много усилий было направлено на увеличение площади поверхности, а также на контроль размера пор. ²⁸ Lee et al. комбинированный AC с ограниченным количеством функционализированных углеродных нанотрубок (FCNT), при этом гомогенная дисперсия увеличивала удельную поверхность (SSA) электрода. ²⁹ В некотором смысле добавление FCNT предотвращает возникновение агломерации частиц и закупорки пор.

Физическая активация может расширять поры за счет мягкой газификации и увеличивать площадь поверхности по мере создания большего количества пор. ^30,31 Интересно, что AC, который намеренно дефункциональнализован водородной обработкой, демонстрирует увеличенный SSA, объем пор и средний размер пор, вызванный одновременным схлопыванием микропор и созданием большего количества мезопор, что улучшает характеристики CDI. ³² Villar et al. подвергали переменному току водородной обработке для получения электродного материала с высокой кажущейся SSA. Увеличение поверхности при обработке переменным током H ₂ при 400 ° C и увеличение среднего диаметра пор привело к более высокой зарядовой емкости. ³³ В этом отношении изменение расположения пор и распределения по размерам может привести к подходящей структуре пор для переноса ионов соли. Многие исследователи выяснили важность стратегического развития мезопористых и микропористых структур, которые могут способствовать оптимальной электросорбции. Действительно, электрохимическая характеристика выявляет различное емкостное поведение из-за различного соотношения мезопор и микропор. KOH и CO ₂ предназначены для увеличения регулируемого соотношения микропор и мезопор в AC соответственно. ³⁴

Кроме того, рациональная конструкция структуры переменного тока может улучшить как электросорбцию, так и накопление ионов. ^35,36 Несколько исследователей сообщили о роли микропор, мезопор и макропор в работе электродов. Микропоры увеличивают SSA и накопление заряда, что приводит к высокой удельной емкости. Мезопоры усиливают ионную проводимость, обеспечивая благоприятный и быстрый перенос ионов в матрице электрода, что улучшает кинетику электросорбции.Макропоры действуют как буферные резервуары для ионов. ^19,37 Следовательно, разработка упорядоченных углеродных электродов с контролируемым числом мезопористых и микропор является важной стратегией для оптимизации электродов. Большой SSA и укороченные пути диффузии ионов были приписаны трехмерным (3D) мезоструктурам и хорошо взаимосвязанным диффузионным путям материала электродов. Действительно, структура пор (упорядоченная или случайная) и распределение пор по размерам (мезопоры и микропоры) имеют большое влияние на характеристики электрода. ³⁸ Тем не менее, некоторые из них оправданы, поскольку преобладание микропор и сильная извилистость пор могут ограничивать характеристики CDI. Распределение переменного тока с широкими порами может вызвать серьезное снижение емкости в течение короткого времени утечки тока. ^39,40 Несколько композитов на основе AC, включая: восстановленный графен с AC (RG-AC), AC с оксидами металлов (AC-MO), AC с углеродными нанотрубками (AC-CNTS), AC с металлорганическими каркасами (AC -MOFs), мезопористый углерод с углеродными нанотрубками (MC-CNT), композит мезопористого с микропористыми AC (CAs-AC) и AC с углеродными нановолокнами (AC-CNFs) ^17,39,41 были широко разработаны, демонстрируя улучшенные структура межсоединений в матрице электрода.Например, Wouters et al. использовали оксиды металлов для модификации углеродного материала для удаления ионов. Углеродный материал с SSA намного ниже, чем у покрывающих ксерогелей оксидов металлов, показал увеличение SSA всего композита. Напротив, снижение SSA наблюдалось, когда ткань из активированного угля с высоким SSA покрыта ксерогелями из оксидов металлов. ⁴² Что касается влияния покрытий из оксидов металлов на углеродные материалы, SSA композитов зависит от природы углеродных материалов. Кроме того, Риу и Сео сообщили о тетраэдрической координации диоксида титана, диспергированного на поверхности ткани переменного тока для настройки структуры поверхности, наряду с уменьшением физической адсорбции, тем самым вызывая усиленную адсорбцию электрического поля. Модификация химического состава поверхности обеспечивает более доступную поверхность с увеличенным количеством адсорбционных центров за счет участия атомов титана. ⁴³

Song et al. сообщили о новом композитном электроде путем ультразвуковой сборки переменного тока с взаимосвязанной графеновой сетью (ICGN) для приложения CDI.Изготовленный электрод (AC / mPEAG) показал сверхвысокую электросорбционную способность 12,58 мг на г ^-1 по сравнению с 5,31 мг на г ^-1 исходного электрода переменного тока. Интеркаляция включенного mPEAG генерирует макропоры, которые благоприятны для буферизации ионов, тем самым сокращая расстояние диффузии от границы раздела до матрицы, тогда как мезопоры способствуют переносу ионов и электросорбции. ¹⁹ Извилистость электродов переменного тока может значительно повлиять на скорость ионной проводимости через электролит в электродной матрице.По сути, извилистость — это соотношение, которое характеризует извилистые пути диффузии жидкости и электропроводности в пористой среде. Здесь он описывает отношение микроскопической длины пути в порах, нормированное на декартово расстояние прохождения ионов между конечными точками пути. ⁴⁴ Таким образом, он влияет на динамику заряда электрода за счет эффективной ионной проводимости и ионной диффузии. ^44–46 Добавление макроскопических пор с низкой извилистостью увеличило ионную проводимость и улучшенную емкость при высоких скоростях развертки, а также макроскопические поры уменьшили эффективную извилистость, обеспечивая более прямые пути к емкостным интерфейсам. ⁴⁵ Tang et al. разработала углеродный материал с преобладанием макропор и микропор (HPAC) для суперконденсаторов и электродов CDI. ⁴ HPAC показал хорошо распределенные макропоры, которые могут обеспечивать буферные резервуары для ионов и мелких частиц, которые могут обеспечивать большую площадь внешней поверхности. Размер макропор и распределение размеров HPAC были меньше и плотнее, чем AC и MC. Кроме того, интрузионная порометрия выявила самый высокий средний диаметр пор (353,2 нм) HPAC по сравнению с AC (33.3 нм). Высокая емкость и адсорбционная способность HPAC обычно приписываются соседним стенкам пор (большой SSA), большому объему пор для искаженных ионов и структуре пор, которая вызывает короткий путь переноса ионов для более быстрой диффузии.

Кроме того, связующее влияет на распределение пор углеродных материалов по размерам. Использование различных связующих приводит к малой или большой пористости с большей доступной пористостью в мезопористой области. Се и его коллеги применили органически-неорганическое гибридное связующее для улучшения характеристик CDI. ⁴⁷ Предполагалось, что гибридное связующее улучшает структуру пор. Однако связующие могут блокировать поры в высокопористом угле. Более того, сообщалось, что некоторые гидрофильные связующие с разбуханием изменяют контакт частиц и, следовательно, изменяют пористость. ⁴⁸ Таким образом, конструкция электродов без связующего дает прекрасную возможность решить дилемму использования связующего. Кроме того, инертные газы (N ₂ и Ar) играют решающую роль в пиролизе, где они предотвращают закрытие пор, их разрушение или усадку. ⁴⁹ Графитизация легко происходит в атмосфере инертного газа с одновременным уменьшением извилистости. Кроме того, пиролиз в атмосфере инертного газа может увеличить испарение соединений, непригодных для образования пор.

Смачиваемость

Чем влажнее, тем лучше. ⁵⁰ Смачиваемость — один из важных факторов, который может повлиять на характеристики электрода. ⁵¹ Электроды CDI требуют высокой смачиваемости для их совместимости с водными средами. Действительно, лучшее смачивание электродного материала обеспечивает отличный межфазный контакт и массоперенос.Поверхность AC очень гидрофобна, поэтому она плохо взаимодействует с водой. ⁵² Несмотря на то, что переменный ток имеет отличную SSA, удельная емкость намного ниже ожидаемой. ⁵³ Низкая емкость частично объясняется плохой смачиваемостью, которая приводит к неблагоприятному контакту между поверхностью электрода и водным раствором; таким образом ионы в растворе не достигают внутренней части активного материала. Chang et al. синтезировали гидрофильное жидкое связующее для изготовления электродов переменного тока. ⁵⁴ В отличие от других полимерных связующих, это жидкое связующее обеспечивает улучшенную смачиваемость, таким образом демонстрируя превосходные характеристики CDI. Точно так же Парк и Чой изготовили угольные электроды с водорастворимым связующим вместо гидрофобных связующих. ⁵¹ Путем введения гидрофильных функциональных групп на углеродную поверхность химическими средствами значительно улучшается смачиваемость. Различные функциональные группы азота и кислорода, включая амины, сульфоны, карбоксилаты и карбонилы, могут значительно повысить гидрофильность, сопровождаемую улучшенной смачиваемостью углеродного материала. ⁵⁵ Некоторые окислители, такие как HNO ₃ , H ₂ O ₂ и KMnO4, также были использованы для введения кислородсодержащих групп (гидроксил, карбоксил, карбонил, лактон и хинин) на поверхность угольного электрода. , тем самым улучшая смачиваемость. ^39,56

Fic et al. изучили влияние поверхностно-активных веществ на емкостные свойства углеродного электрода. ⁵⁷ Значительное улучшение емкости было приписано уменьшению поверхностного натяжения и усиленному распространению заряда.Электрод с повышенной смачиваемостью обеспечивает большую полезную поверхность и снижает внутреннее сопротивление, что оказывает положительное влияние на электрохимические характеристики водных электролитов. Более того, проникновение электролита в поры электрода контролируется не только структурой пор, но и поверхностным натяжением. ⁵⁸ AC был модифицирован поверхностно-активным олеатом натрия для улучшения удельной емкости и накопления энергии в двойном электрохимическом слое (EDL). Повышение емкости в основном объясняется улучшением смачиваемости углеродного материала, что обеспечивает высокую полезную площадь поверхности и низкое внутреннее сопротивление.Безусловно, поверхностно-активные вещества могут глубоко улучшить емкость электрода с помощью их способности снижать поверхностное натяжение. ⁵⁹ Кроме того, Аслан и соавторы ⁶⁰ представили новую стратегию для использования улучшенной пористости без ущерба для способности и эффективности удаления соли CDI, ввиду ограниченного смачивания AC в водной среде. Также было показано, что смешивание гидрофобных и гидрофильных углеродов улучшает смачивание. Эти электроды из смешанного углерода показали высокую степень съема и хорошую эффективность заряда.Покрытия из оксидов металлов также могут увеличивать смачиваемость гидрофобных материалов из-за их гидрофильной природы. ⁴² SiO ₂ и γ -Al ₂ O ₃ / γ -AlOOH были использованы для модификации углеродного материала для применения CDI. Угольный электрод с покрытием показал повышенное удаление ионов по сравнению с углеродом без покрытия. Более того, гибридизация углеродсодержащего материала с закреплением неорганических материалов, таких как ZnO, SnO ₂ , ZrO ₂ и TiO ₂ , привлекла в последнее время внимание с целью преодоления некоторых недостатков AC в процессе CDI. ⁶¹ Композит переменного тока с азотом и TiO ₂ / ZrO ₂ был синтезирован с целью улучшения низкой емкости и смачиваемости переменного тока. ²³ В то время как электрод с покрытием TiO ₂ и чистый углеродный электрод показали одинаковую удельную емкость, система TiO ₂ , вероятно, улучшила эффективность опреснения из-за увеличенного переноса ионов и воды в пористую структуру более гидрофильной поверхности. ⁶²

Электрическая и ионная проводимость

Электропроводность определяет кинетику электрохимического процесса в электроде. Улучшая кинетику, можно улучшить скорость удаления солей и можно уменьшить размер CDI и / или повысить производительность. ⁶³ Хотя текстурные особенности непосредственно влияют на электрохимические характеристики угольного электрода, необходимо учитывать дополнительную роль проводимости. Увеличение проводимости улучшает кинетику, тем самым увеличивая электросорбционную способность, эффективное удаление солей и снижение внутреннего сопротивления. AC не является твердым веществом и заполнен миллионами микрокарманов (микроскопических отверстий и пор), которые делают его одним из самых пористых материалов из известных.Эти микрокарманы, заполненные воздухом, значительно снижают способность переменного тока проводить электричество. Кроме того, пористая природа переменного тока может напрямую влиять на перенос ионов, а также электронов, вызывая медленное удаление ионов и потерю проводимости. ³⁷

Чтобы преобразовать аморфную структуру углерода в графитовую структуру, AC подвергают пиролизу для получения углерода с более упорядоченной матрицей, связанной с высокой электропроводностью. В основном термическая обработка воздействует на кислородные и водородсодержащие окончания, составляющие каркас материалов.Однако последовательное увеличение графитовых доменов возможно только при температуре выше 2000 ° C в инертной атмосфере. ⁶⁴ Природа переноса электронов всегда пропорциональна степени кристалличности углеродных материалов. ⁶⁵ Ши и его сотрудники улучшили проводимость переменного тока и создали графитоподобный переменный ток путем каталитической графитизации с использованием плазмы N ₂ и загрузки железа. N ₂ легирование улучшает доступность поверхности AC, в то время как загрузка железа (III) способствует упорядоченному расположению зерен, таким образом увеличивая объемную долю кристаллов в обработанном AC. ⁶⁴ Sánchez et al. сообщили об улучшении электрохимических характеристик углеродного электрода после термообработки до 900 ° C, что в основном связано с одновременным увеличением проводимости. ⁶⁶ Кроме того, графитизация — это термодинамический процесс, который может преобразовывать аморфный углерод в хорошо упорядоченную трехмерную графитовую структуру. ⁶⁷

Кроме того, для увеличения проводимости электродов переменного тока широко используются различные добавки, такие как технический углерод, FCNT, графен и металлы. ^63,68 Alencherry et al. исследовали влияние увеличения электропроводности углеродных композитов на характеристики CDI за счет включения серебра (Ag) и FCNT в порошковый AC. Пропитка Ag привела к повышенной электропроводности электрода, возникающей в результате подходящего переноса заряда между частицами между частицами переменного тока. Кроме того, пропитка серебром снижает объемное удельное сопротивление, что приводит к увеличению накопления заряда, тем самым обеспечивая более высокие электродные потенциалы на границе раздела электрод-электролит. ⁶³ Кроме того, Wang et al. разработали трехмерный композит, загружая переменный ток в каркас из графитового войлока с высокой проводимостью для повышения электронной проводимости. ⁶⁹

Использование суспензионных электродов стало недавним дополнением к миру CDI. Однако неплотное соединение углеродных частиц в проточном электроде может привести к плохой проводимости, что может снизить производительность CDI. С другой стороны, улучшение связности за счет высокой массовой доли углерода в суспензии может привести к увеличению вязкости, что ограничивает текучесть.Cho et al. В электроды переменного тока были введены FCNT, которые создают проводящие мостики между частицами переменного тока, тем самым увеличивая удаление солей без необходимости использования высоконагруженных активных материалов. ⁷⁰ Аналогичным образом Lee et al. использовали FCNT в качестве проводящих агентов электрода CDI. Уменьшение удельного сопротивления в функционализированном переменном токе было приписано необычайной электропроводности FCNT с их углеродной структурой sp ² . ²⁹

Исмагилов и др. ⁷¹ и Hulicova-Jurcakova et al. ⁷² сообщил об увеличении электропроводности, генерируемой богатым электронами азотом, введенным в углеродную сеть, что может перемещать больше электронов в делокализованную π -систему. Кроме того, легирующие примеси азота вместе с наведенными пустотами или дефектами обеспечивают отличную проводимость и пути переноса, тем самым способствуя эффективному распространению электронов и ионов в пористый электрод. ⁷³ Более того, некоторые неионные соединения были приписаны создавать ионные каналы, которые могут облегчить перенос ионов на границе электрод-электролит, а также распространение заряда. ⁷⁴ Молекулы могут самоорганизовываться в структуры ионных путей, тем самым обеспечивая лучшее распространение заряда при самоорганизации электрода с поверхностным агентом. Влияние этих ионных каналов существенно для переноса ионов между границей раздела и мезопорами. При исследовании влияния поверхностно-активных веществ на емкость Fic et al. сообщили о влиянии поверхностно-активных веществ (Triton ^® X-100) на диффузию в процессе накопления заряда за счет более быстрого и стабильного распространения заряда.Кроме того, взаимодействие между гидрофобной структурой поверхностно-активных веществ и π электронов углеродной матрицы может привести к улучшению проводимости системы. ⁵⁷

Поверхностный заряд и потенциал смещения нулевого заряда

Поверхностный заряд и потенциал нулевого заряда являются очень важными свойствами угольных электродов для применения CDI. ⁷⁵ Недавние открытия показали, что высокое удаление солей в ячейке CDI требует правильного управления поверхностным зарядом на угольных электродах.В основном AC имеет инертную поверхность и очень благоприятен для неионных взаимодействий с органическими соединениями. Тем не менее, накопление заряда на поверхности переменного тока может способствовать адсорбции ионных соединений посредством ионного взаимодействия. Путем химической модификации чистый положительный или отрицательный поверхностный заряд может быть передан на электрод переменного тока, что может быть многообещающим решением для повышения стабильности работы. Gao et al. использовали угольные электроды с различным поверхностным зарядом для разработки новой конфигурации ячейки CDI, названной инвертированной емкостной деионизацией (i-CDI).В этой конфигурации ячейки химические заряды на поверхности электрода обеспечивают адсорбцию, когда ячейка закорочена. ⁷⁶ Промышленные угольные электроды, обработанные растворами этилендиамина и азотной кислоты, создают как положительные, так и отрицательные химические заряды на поверхности электрода. Улучшенное удаление солей в ячейке i-CDI было частично связано с увеличением химического заряда поверхности. ⁷⁵ AC был функционализирован поверхностно-активным веществом на основе четвертичных аминов (CTAB), которое создавало положительно заряженную поверхность для удаления нитратов без приложения внешнего потенциала. ⁷⁷ Кроме того, Wang et al. исследовали влияние поверхностного потенциала на емкостные характеристики при зарядке протонами и, в частности, адсорбированными ионами. ^78,79 Тот факт, что поверхностный потенциал может быть изменен кристаллической фазой оксидного материала, был дополнительно доказан. ⁸⁰

Процесс CDI при переменной поляризации также показал интересное влияние поверхностного заряда на удаление солей. При равном образовании положительно и отрицательно заряженных участков поверхности во время чередующейся поляризации электронные заряды более эффективно способствуют адсорбции ионов, что приводит к высокому значению адсорбции.В случае дисбаланса поверхностных зарядов на электроде, часть электронного заряда паразитирует на выравнивание дисбаланса поверхностных зарядов. Таким образом, управление поверхностным зарядом на угольных электродах было многообещающим путем для уменьшения потери электронного заряда из-за дисбаланса заряда. ⁸¹ Кроме того, введение поверхностного заряда на электрод может минимизировать эффект отталкивания коионов. Композит нафион-AC проявлял индуцированное ионное отталкивание, тем самым ослабляя коионный эффект. ⁸ Кроме того, совпадение внешнего приложенного потенциала с поверхностным зарядом электрода способствует электросорбции. ⁴² Другими словами, поверхностный заряд на электроде CDI обеспечивает улучшенную адсорбцию и быструю регенерацию противоположно заряженных ионов. По сути, катионы и анионы обычно переходят на электрод с отрицательным и положительным потенциалами соответственно. Во время регенерации эта тенденция может вызвать неполную регенерацию электрода CDI.Следовательно, противоположный поверхностный заряд может быть использован для решения этой проблемы путем предотвращения перехода ионов от одного электрода к другому. ^42,82

Расположение потенциала нулевого заряда (E _PZC ) над окном рабочего напряжения играет важную роль в электросорбции. ^83,84 Этот потенциал можно определить как переходную стадию поверхностного заряда. Другими словами, в E _PZC, начинается одновременная адсорбция катионов и десорбция анионов, когда приложенный потенциал отрицательно проходит через E _PZC и наоборот. ⁸⁵ Электрод E _PZC может сильно влиять на удаление солей, эффективность заряда и циклическую стабильность в CDI. ⁸⁶ Диапазон рабочего напряжения регулируется разностью потенциалов между E _PZC анода и E _PZC катода. Это распределение E _PZC играет важную роль в производительности CDI. Более того, состояние адсорбции электрода CDI можно предсказать на основании значения E _PZC и потенциала электрода (E). ⁸⁷ Одно и то же значение E _PZC и E подразумевает минимальный суммарный ионный заряд на электроде. Когда E больше, чем E _{, адсорбция анионов PZC} предпочтительна, тогда как большее значение E _PZC адсорбируется, чем катионы E. ⁸⁸ Другими словами, наименьшая адсорбция ионов приходится на область E _PZC . Из-за модификации поверхности положительно или отрицательно заряженные функциональные группы могут перемещать E _PZC в электроде переменного тока. Кислотная обработка, оксид металла ⁸⁹ , ⁹⁰ и сульфирование ⁹¹ использовались для положительного сдвига E _PZC в результате введения отрицательно заряженных частиц.Кватернизованный поли (4-винилпиридин), ⁸⁶ амины ⁹² могут вводить положительно заряженные группы и отрицательно сдвигать E _PZC катода. Несбалансированное распределение приложенного потенциала из-за постепенного окисления анода может привести к явлению инверсии, при котором десорбция коионов становится преобладающей во время зарядки и повторной адсорбцией при разрядке. ⁸⁵

Существует зависимость производительности CDI от смещения угольных электродов E _PZC при длительной эксплуатации.После продолжительного цикла происходит смещение E _PZC , а положительное смещение E _PZC происходит из-за медленного окисления анода. ^83,85 Развитие окисления положительного электрода может защитить область рабочего потенциала. Для симметричной ячейки CDI, работающей при постоянном напряжении, адсорбция ионов становится эффективной, когда пара электродов обладает чистым поверхностным зарядом, равным нулю. Коэн и соавторы использовали контролируемое окисление электродов переменного тока в растворе HNO ₃ для положительного сдвига E _PZC с целью развития более широкой области потенциала. ⁹³ Анод с положительным поверхностным зарядом в паре с катодом с отрицательным зарядом может усилить и расширить эффект напряжения CDI. Кроме того, промышленные углеродные электроды периодически окислялись для увеличения отрицательного заряда поверхности, тем самым создавая пару электродов с разными значениями E _PZC при коротком замыкании (E _o ). ^76,92 Gao и соавторы сообщили о более благоприятной адсорбции Cl ^— на аноде по сравнению с адсорбцией Na ⁺ на катоде, что может ограничивать характеристики CDI.Для создания отрицательного заряда углеродный электрод был модифицирован покрытием SiO ₂ и поверхностными группами –COOH от окисления. Эти модификации были использованы для корректировки местоположения E _PZC для катода, что привело к усилению адсорбции Na ⁺ и уменьшению отталкивания коионов. ⁸³

Стабильность

Циклическая стабильность — это отношение емкости в n-м цикле к максимальной способности удаления ионов, ⁹⁴ , и это важный фактор в оценке долговечности электрода для поддержания его максимальной производительности.Высокая стабильность считается одним из основных свойств идеального электрода. Естественно, электроды переменного тока демонстрируют затухание деионизации, вызванное исчезновением цикличности после нескольких циклов. Значительные усилия, направленные на смягчение химической деградации электродов CDI, привлекли значительное внимание сообщества CDI. Разработка электродов CDI с минимальным химическим разложением очень важна для увеличения срока службы. Коррозия анода в ячейках CDI является серьезной проблемой, которая вызывает плохую стабильность цикла во время процесса опреснения. ^9,85 Постепенное окисление анода приводит к несбалансированному распределению приложенного потенциала с одновременным повреждением пор, возникающим из-за образования окислительно-восстановительных продуктов на поверхности углерода.

Кроме того, непрерывная коррозия положительно поляризованного электрода при зарядке приводит к явлению, называемому «эффектом инверсии», который относится к десорбции ионов, пока ячейка все еще поляризована и заряжена. ⁸⁵ Были разработаны различные методы для сохранения стабильности во время длительных циклов.Модификация поверхности (покрытие, окисление / восстановление и легирование) считается эффективной стратегией снижения коррозии электродов. Srimuk et al. модифицированный AC с помощью диоксида титана, чтобы предотвратить участие кислорода в окислении углерода. Таким образом, гибрид AC-Titania продемонстрировал повышенную адсорбционную способность соли (SAC) и длительную стабильность при циклировании в насыщенных кислородом солевых средах. ⁹ В реальных условиях атмосферный кислород (21%) оказывает радикальное влияние на снижение стабильности CDI.Когда кислород диффундирует в воду и вступает в реакцию с углеродным электродом, это приводит к реакции восстановления кислорода с последующим выделением H ₂ O _2, , что вызывает разрушение электродов переменного тока. ⁹⁵ Структура пор и функциональность поверхности также влияют на стабильность. Было показано, что электрод с очень маленьким размером пор и большим количеством кислородных функциональных групп имеет сильно выраженную деградацию по мере увеличения числа циклов. ⁹⁶ Хотя кислородные функциональные группы улучшают смачиваемость поверхности, переменный ток с высоким содержанием кислородных функциональных групп должен работать при низком напряжении для сохранения стабильности.Альтернативно, использование инвертированной конфигурации CDI может решить проблему ограничений окислительно-восстановительной реакции.

Разработка мезоструктурированных углеродных электродов с упорядоченными и хорошо связанными мезоканалами обеспечивает стабильную циклическую смену характеристик CDI. ¹⁰ Активированный уголь, полученный из новолака, был деактивизирован путем обработки водородом. Было показано, что эта обработка увеличивает стабильность электрода, связанную с уменьшением количества карбоксильных групп на поверхности. ³² AC, модифицированный поверхностно-активными веществами, дополнительно сообщалось, что он демонстрирует превосходную стабильность цикла в широком диапазоне потенциалов, и это объясняется ингибированием побочных реакций на поверхности электрода. ^57,97 Кроме того, AC, модифицированный углеродными наноточек (C-точки), показал превосходную циклическую стабильность в течение многих тысяч последовательных циклов с отличным сохранением емкости. Способность C-точек переносить заряд и изменять интерфейс, по-видимому, указывает на то, что AC / C-точки могут быть полезным средством значительного повышения стабильности электродов. ⁹⁸

Инкапсуляция углеродных материалов — это новый подход к созданию более эффективного электрода с повышенной стабильностью.Посредством инкапсулирования электрод заделывают в химический субстрат, включающий УНТ или полимеры, для придания селективности или электрохимической стабильности (смягчения разложения электролита на поверхности электрода). Юнг и др. использовали цвиттерионные полимеры для покрытия переменного тока, чтобы обеспечить стойкий барьер для стабилизации структуры электрода. Полимерный слой препятствует реакции между угольным электродом и электролитом. Кроме того, инкапсуляция поверхности переменного тока также может увеличить количество центров ионной адсорбции и площадь поверхности, тем самым улучшая разделение зарядов и эффективность удаления ионов. ⁹⁹ Электроды переменного тока с превосходной электрохимической стабильностью и сверхвысокими характеристиками были синтезированы путем инкапсуляции ультратонким слоем Al ₂ O ₃ посредством осаждения атомных слоев. Эти замечательные характеристики были приписаны эффекту слоя Al ₂ O ₃ , защищающего кислородные функциональные группы от фарадеевских реакций. Другими словами, эти электроды переменного тока могли быть защищены от нежелательных реакций с электролитом. ¹⁰⁰ Кроме того, Zhao et al. применила стратегию инкапсуляции углерода на основе полианилина (PANI) для повышения удельной емкости сферических композитов на основе серы и крахмала. Улучшенные электрохимические характеристики были приписаны способности инкапсулированного AC (PANI-AC) действовать как амортизатор, а также как барьер для улавливания растворимых промежуточных продуктов во время процесса зарядки-разрядки. ¹⁰¹

Механическая прочность

Чтобы получить превосходную механическую стабильность и межфазную адгезию, связующие вещества являются необходимым компонентом при производстве электродов переменного тока. ⁴⁷ Связующие играют важную роль в связывании активных материалов с проводящими добавками и обеспечении стабильного прикрепления к токосъемнику. Несколько связующих веществ и их производных, в частности, поливинилидендифторид (PVDF), политетрафторэтилен (PTFE), поливиниловый спирт (PVA), полиметакриловая кислота (PMAA), сульфоянтарная кислота (SSA) ¹⁰² широко используются для связывания порошка AC с надлежащая механическая прочность. ПВДФ является наиболее широко используемым связующим благодаря своим выдающимся свойствам, включая высокую механическую прочность и термическую стабильность.¹⁰³ Asquith et al. изготовили электроды переменного тока с использованием сополимеров сульфированного поли (ариленэфирсульфона) в качестве связующего. Сополимер показал адекватное связывание углеродных частиц с хорошей адгезией углеродной сажи к AC. ¹⁰⁴ Органическое-неорганическое гибридное связующее было использовано при изготовлении прочного электрода переменного тока для высокоэффективного применения CDI. Подготовленный электрод переменного тока приобрел значительные механические свойства с желаемой гибкостью для создания компактного блока CDI с параллельными цилиндрами. ⁴⁷ Неорганико-органические связующие поддерживают хорошую термическую стабильность при значительном подавлении растрескивания и хрупкости.

Park et al. использовали связующее из поливинилового спирта (ПВС), поперечно сшитое глутаровой кислотой, в качестве нового гидрофильного связующего, которое могло бы обеспечить механическую прочность без ухудшения смачиваемости. ⁵¹ Использование полиуретанового эластомера в качестве нового связующего для электрода переменного тока привело к повышенной гибкости и ингибированию образования механических трещин, что позволило решить проблему, связанную с более жестким PVDF. ¹⁰⁵ Связующие на основе фенольной смолы (PR) и эпоксидной смолы (ER) демонстрируют выдающуюся стабильность при высоких температурах и давлении. Жидкое связующее, обозначенное как AA, было синтезировано с азодиизобутиронитрилом и акриловой кислотой для разработки электрода переменного тока в процессе CDI. По сравнению с другими связующими (ПТФЭ, PR и ER) AA показал высочайшую гибкость и долговечность. ⁵⁴ Кроме того, поливинилпирролидон (ПВП), смешанный с поливинилбутиралем (ПВБ), дает композитное связующее с хорошей механической стабильностью и водостойкостью, что делает его более привлекательным для изготовления электродов.¹⁰⁶ Cai et al. подготовили электрод переменного тока с нафионом в качестве связующего. Улучшенная адгезия и механические свойства были приписаны добавке Nafion. ⁸ Более того, AC, пропитанный азотом и серосодержащими веществами (дициандиамидом, мочевиной и тиомочевиной) при высокой температуре, привел к повышенной механической прочности. ¹⁰⁷

Псевдоемкостные свойства

Хотя переменный ток обладает большим SSA, который отвечает за превосходное накопление заряда на границе раздела, в ходе электрохимического циклирования сырой переменный ток страдает от относительно низкой удельной емкости по сравнению с его теоретической емкостью.¹⁰⁸ Чтобы повысить удельную емкость электродов переменного тока, некоторые исследовательские усилия были сосредоточены на псевдоемкостном поведении за счет создания поверхностных функциональных групп с помощью химической обработки, ¹⁰⁹ оксид металла (MnO ₂ , RuO ₂ , V ₂ O ₅ , MgO, ZnO и др.) Пропитка ^41,110 и легирование. ^41,111,112 Псевдоемкостный процесс — это обратимая окислительно-восстановительная реакция или процесс интеркаляции, связанный с переносом заряда.Псевдоемкостное накопление заряда достигается за счет обратимых фарадеевских реакций на поверхности электродного материала. ¹¹³ В отличие от электростатического накопления в двойных электрических слоях (EDL), псевдоконденсаторы накапливают заряд за счет обратимых окислительно-восстановительных реакций, которые могут быть немного более медленными. ¹¹⁴ Функциональные возможности, в основном карбоксильные, фенольные и лактоновые группы, могут обеспечивать дополнительную емкость за счет псевдоемкостного механизма. ^{25 115} MnO ₂ / AC и RuO ₂ / AC композитные электроды со смешанным емкостно-фарадеевским поведением были изготовлены для применений CDI.Высокие характеристики были приписаны смешанной емкостной функциональности, соответствующей EDL-заряду переменного тока и псевдемкостной окислительно-восстановительной реакции MnO ₂ или RuO ₂ соответственно. ¹¹⁶ Кроме того, осаждение атомного слоя (ALD) оксида ванадия (V ₂ O ₅ ) на поверхности переменного тока создало композитный электрод с улучшенным накоплением заряда и увеличенной емкостью из-за вклада псевдоемкости. ¹¹⁷

Гетероатомы вызывают больший интерес, поскольку они конкурируют с дорогими псевдоемкостными материалами, такими как RuO ₂ . ¹¹¹ Легирование обеспечивает псевдоемкостный вклад в общую емкость электрода, и, таким образом, углерод, легированный гетероатомом, демонстрирует как емкость двойного электрического слоя (EDLC), так и псевдоемкость. ¹¹⁸ Азот, сера и фосфор являются эффективными гетероатомами для обеспечения псевдемкостной функциональности. ¹¹⁹ Этот псевдоемкостный вклад возникает из-за фарадеевской окислительно-восстановительной реакции электроактивных частиц функциональных групп на поверхности угольных электродов. ¹²⁰ Процесс карбонизации, который позволяет передавать функциональные гетероатомы, был использован для придания псевдоемкости углеродистому материалу. Перенос исходных гетероатомов или легирования во время карбонизации вызывает EDLC и псевдоемкость углеродного материала. ¹¹⁸ Хотя легирование гетероатомами снижает SSA за счет эффекта выщелачивания, эти частицы наделяют электронодонорные характеристики и обеспечивают множество электрохимически активных центров для псевдоконкурентных реакций, ведущих к повышению способности аккумулировать ионы независимо от сниженного SSA.Для понимания роли окислительно-восстановительных переходов, индуцированных азотом, был синтезирован углеродный электрод, легированный азотом. Карбонизация с одновременным легированием азота при обработке аммонием вызывает замену атомов углерода гетероатомами азота при поддержании постоянного содержания кислорода. ¹²⁰ Редокс-потенциал в ходе окислительно-восстановительных реакций гетероатомов через обратимое присоединение / отщепление ионных частиц вызывает псевдоемкость. Следовательно, емкость углерода, содержащего гетероатом, оказывается более высокой по сравнению с углеродом, не содержащим гетероатомов.В каком-то смысле всегда присутствует псевдоемкостный вклад в общую емкость углеродного электрода от гетероатомов (азот, кислород, сера и т. Д.) Поверхностных функциональных групп. Эффективная настройка легирования гетероатомов азотом и кислородом, самодегировавшимся углеродом, привела к оптимальному псевдоемкостному вкладу даже при умеренном уровне азота. ¹¹³

Первоначальный AC, обработанный меламином и мочевиной, проявлял псевдоемкостное поведение, приписываемое содержанию азота и кислорода в поверхностных функциональных группах. ⁷² Моча использовалась в качестве предшественника углерода и гетероатомов для получения пористого углеродного электрода, легированного гетероатомами, с повышенной псевдоемкостью и EDLC. ¹¹⁹ Электроды переменного тока были модифицированы обработкой озоном с последующей пропиткой гидроксидом кобальта (II) для получения высокой емкости. Включение кислорода и оксидов переходных металлов приводит к дополнительным псевдоемкостным фарадеевским реакциям. Во время поляризации гидроксид кобальта (II) электрохимически превращается в оксид кобальта (Co ₃ O ₄ ), который отвечает за псевдоемкостный эффект. ¹²¹ He и соавторы ¹²² в своем исследовании емкостного механизма кислородных функциональных групп на поверхности углеродных электродов сообщили об улучшении емкости за счет псевдемкостного поведения кислородных функциональных групп. Псевдоемкость была приписана переносу электрона между кислородными функциональными группами и H ₃ O ⁺ в кислой среде, сопровождающимся разделением положительных и отрицательных зарядов. В щелочной среде псевдоемкость приписывалась реакции внедрения / удаления гидратированных ионов в пору.

Каталитическая активность (электрокатализ и фотокатализ)

Оксиды металлов, такие как TiO ₂ , MnO ₂ , NiCo ₂ O ₄ , Co ₃ O ₄ , Fe _O2 3 и Fe ₃ O ₄ проявляют каталитическую активность в отношении реакции восстановления кислорода (ORR), ^9,123,124 , которая может косвенно влиять на электрод CDI. Srimuk et al. использовали диоксид титана для химической модификации переменного тока с целью увеличения ORR, что можно было использовать в качестве механизма предотвращения участия кислорода в коррозии углеродного электрода.Гибриды AC-Titania показали превосходную стабильность в системах CDI, работающих в насыщенной кислородом соленой воде. Кроме того, каталитическая активность в отношении восстановления кислорода препятствует образованию пероксида водорода. ⁹ Материал фотоэлектрода был подготовлен для системы фотокатализа-CDI (PCS) с целью синергетического преобразования и удаления общих ионов хрома из водного раствора. Были использованы два противоположных электрода, положительный фотоэлектрод, МОФ MIL-53 (Fe) и отрицательный электрод электросорбции.Напряжение постоянного тока (DC) и видимый свет подавались на PCS для одновременного преобразования и удаления Cr, используя синергетический эффект фотокатализа и CDI. ¹²⁵

Селективность

Переменный ток, функционализированный ионоселективными функциональными группами, рассматривается как новое средство конкуренции по селективности, которая была уникальной для мембранной емкостной деионизации (MCDI). Удаление определенных ионов, а не удаление всех ионов из исходного раствора дает преимущество в виде снижения затрат на энергию. ²² Селективное удаление ионов объясняется в основном ионной валентностью, стерическими эффектами и взаимодействием между размером пор и радиусом гидратации. ⁸³ В основном электроды полагаются исключительно на механизм на основе электрического поля для накопления заряда в EDL, и, следовательно, стандартный CDI не обеспечивает какой-либо желаемой ионной селективности. Редокс-активные материалы представляют собой многообещающую платформу для контроля селективности по отношению к различным ионам на границе раздела окислительно-восстановительного электрода. Су и Хаттон сообщили, что электрод переменного тока, покрытый окислительно-восстановительным материалом (ПВФ / УНТ), показал интересную селективность, которая зависела от природы заряженных частиц. ¹²⁶ Oyarzun et al. функционализированные электроды переменного тока с цетилтриметиламмонийбромидом (CTAB) и противоэлектрод с додецилбензолсульфонатом натрия (SDBS) для селективного удаления нитрата (NO ₃ ^—) по хлориду (Cl ^—) в i-CDI. ⁷⁷ TiO ₂ наночастиц, привитых динатрий-4, 5-дигидрокси-1,3-бензолдисульфонатом (Tiron), наносили на AC для образования ионоселективного слоя в процессе CDI. Подготовленный композитный электрод переменного тока показал ионную селективность и пониженное отталкивание коионов. ⁵⁵ Анионообменная смола (смола BHP55) была использована при изготовлении нитрат-селективного углеродного электрода из смеси хлорид-, нитрат- и сульфат-ионов в ячейке CDI. ²² Wu et al. покрытый АС анион-селективным кватернизованным поли (4-винилпиридином) для гибридного применения CDI. ¹²⁷ Кроме того, исследование связи между электродными свойствами и электросорбционным поведением ионов выявило вклад отношения мезопористости / микропористости как средства управления селективностью по ионам. ²⁰ В последнее время селективность по ионам была достигнута путем применения ультрамикропористого углерода в процессе электросорбции на основе различий в гидратированном размере. ^128,129

Текучесть и реологические свойства FCDI

Текучесть и реологические свойства незаменимы по отношению к емкостным технологиям на основе текучих электродов. ¹³⁰ Реологические свойства очень важны для предотвращения засорения, пока электродная суспензия течет по узкому каналу. ^131,132 В основном, высокое содержание углерода обеспечивает улучшенную проводимость, что приводит к высокому току и, таким образом, более эффективному удалению солей. С другой стороны, высокое содержание углерода приводит к увеличению вязкости, что требует большого количества энергии для перекачивания. ¹³³ AC был модифицирован для улучшения характеристик потока и уменьшения вязкости (паразитной) углеродных суспензий, особенно в системах проточного электрода CDI (FCDI). Используя окисленный активный материал, Hatzell et al.продемонстрировали использование высокой плотности массы без увеличения потребности в энергии для накачки в FCDI. Более того, реология углеродных суспензий заметно изменяется из-за изменения поверхностных гетероатомов. Функционализация AC приводит к разделению частиц и поддерживает текучесть суспензии с большей диспергируемостью. Следовательно, уменьшение агрегации изменяет текучесть. ⁶ Park et al. модифицированная подвеска переменного тока с ионными головными группами для проточных электродов. АС, покрытый анионообменными или катионообменными полимерами, демонстрирует пониженную вязкость при высоком содержании углерода.Ионным функциональным группам на поверхности AC было приписано снижение характеристической вязкости за счет индуцированного электростатического отталкивания, что привело к желаемой дисперсии частиц AC без агрегации. ¹³¹

Ухудшение пористости и уменьшение площади поверхности

Пористость и площадь поверхности являются основными целями для улучшения EDLC. ¹³⁴ Тем не менее, большая часть улучшенных электрохимических характеристик электродов переменного тока достигается за счет уменьшения или закупорки пор и уменьшения SSA.Функционализация переменного тока с помощью HNO ₃ , H ₂ O ₂ , H ₂ SO ₄ , придают гетероатомы, которые могут улучшить емкость и стабильность электродов CDI. Однако обработка AC окислителями выявила уменьшенный объем пор из-за новых функций внутри или на входе в поры. Zhang et al. сообщили о разрушении структуры пор из-за технологии изготовления с введением гетероатома. ¹¹³ Кроме того, в контексте баланса масс все различные функциональные группы, введенные в AC, могут вызывать уменьшение доступной площади поверхности. ¹¹⁵

Данные BET показали низкую SSA композита переменного тока (AC / MnO ₂ ) по сравнению с исходным AC. Было приписано, что MnO ₂ блокирует некоторые поры и увеличивает сопротивление при уменьшении диаметра пор. ¹³⁵ Электрод переменного тока, покрытый γ -Al ₂ O ₃ в качестве анода и SiO ₂ в качестве катода в асимметричном CDI, продемонстрировал повышенную электросорбционную способность, но радикальное снижение SSA с 1630 мкм ² г ^{−1 от} до 1290 м ² г ⁻¹ с 1.7% SiO ₂ и с 1630 м ² г ^-1 до 1293 м ² г ^-1 с 0,35% γ -Al ₂ O ₃ . ⁴² Повышенная стабильность работы переменного тока с гибридными электродами из диоксида титана (AC / TiO ₂ ) во время процесса CDI в насыщенной кислородом соленой воде была достигнута за счет снижения SSA из-за закупорки пор из-за загрузки титана. ⁹ Кроме того, AC был покрыт оксидом ванадия для повышения емкости накопления электрохимического заряда за счет псевдочувствительного механизма.Однако добавление псевдоемкостных слоев привело к уменьшению доступных пор и емкости двойного слоя. ¹¹⁷

Поверхностно-активные вещества также влияют на площадь поверхности переменного тока и структуру пор. Измерения BET модифицированного AC показывают уменьшение SSA по сравнению с исходным AC, а также уменьшение объема пор как для микропор, так и для мезопор. Агрегация поверхностно-активных веществ в высокой концентрации приводит к замедлению транспорта ионов электролита из-за закупорки пор AC, уменьшения объема пор и уменьшения SSA. ^58,59 Кроме того, Alencherry et al. включены УНТ и серебро (Ag) для увеличения гидрофильности и электропроводности электродов переменного тока для CDI, в то время как эти модифицированные электроды показали значительную закупорку пор, связанную с уменьшением SSA, которое было приписано Ag и CNT соответственно. ⁶³ AC, обработанный силановым связующим для улучшения совместимости между AC, связующим и коллектором, также привел к уменьшению SSA и уменьшению диаметра пор. ²¹ Действительно, связующие или когезионные агенты неизбежно покрывают некоторые участки поверхности или поры угольных электродов. Следовательно, свойства связующих и их количество при изготовлении электродов влияют на электрохимические характеристики.

Перекрытие двойного электрического слоя

Перекрытие EDL, связанное с ограничивающим эффектом поровой структуры, может уменьшить как скорость массопереноса, так и количество ионов внутри пор в состоянии равновесия. ¹³⁶ Перекрытие EDL в микропорах AC происходит, когда средний размер пор, как правило, меньше длины Дебая. ¹⁶ Дисбаланс между эффектом перекрытия EDL и количеством участков электросорбции в микропористом переменном токе может значительно вызвать потерю емкостного опреснения. ¹³⁷ Yang et al. разработал модель EDL для прогнозирования электросорбции ионов из водных растворов угольными электродами. ¹³⁸ Электроды с большим количеством микропор показали значительное снижение электросорбционной способности из-за наличия пор с шириной меньше заданного значения (ширина поры отсечки), которые не влияют на общую емкость из-за перекрытия EDL .Кроме того, под действием электрического поля на электросорбцию в микропорах углеродных электродов может влиять как SSA, так и EDL перекрытие.

Изменение структуры пор во время модификации AC может привести к уменьшению ширины пор до значений, меньших, чем ширина поры отсечки; следовательно, эти поры не влияют на общую адсорбционную способность. Другими словами, модификация может вызвать потерю баланса между количеством электросорбтивных сайтов и перекрытием EDL. В электрическом поле, когда SSA увеличивается, эффект перекрытия EDL становится больше; следовательно, адсорбция ионов снижается.С другой стороны, когда SSA слишком низкое, электрод обеспечивает очень небольшое количество адсорбционных центров на поверхности, что приводит к снижению способности обессоливания. Наличие мезопор в углеродном электроде может ослабить эффект перекрытия EDL. ¹³⁹ Porada и соавторы сообщили о роли мезопор в уменьшении перекрытия EDL. ¹⁴⁰ Как правило, для приготовления электрода переменного тока требуются добавки, особенно сажа в качестве проводящей добавки, чтобы заполнить пустоты между частицами активного материала.Следовательно, неподходящее изменение мезопористой / микропористой фракции может препятствовать кинетике сорбции из-за искажения EDL. ²⁰ Pi et al. сообщил о преимуществах частично графитированного переменного тока с улучшенной проводимостью и неповрежденной иерархической пористой структурой в отсутствие проводящих агентов. ¹⁴¹

Электронное и ионное сопротивление

Электронное и ионное сопротивление в электродах CDI определяют перенос электронов и ионов соответственно в матрице электрода.Эти сопротивления способствуют падению напряжения, связанному с высоким потреблением энергии и затрудненной кинетикой адсорбции. ^63,142 Иерархическая структура пор в переменном токе играет важную роль в процессе электросорбции. Макропоры действуют как пути переноса ионов, в то время как микропоры являются хозяином образования EDL и хранения ионов. ¹⁴² Модификация переменного тока и добавление добавок могут повлиять на структуру переменного тока, что может привести к искажению маршрута и затруднению распространения электронов и ионов в матрице электрода.Хотя использование связующих веществ является обязательным для связывания порошка переменного тока с задним контактом, эти связующие могут препятствовать доступу ионов к порам ^{51, 143} и давать электроды с плохой электропроводностью. ^102,104 Более того, сополимерные связующие могут проявлять набухание, связанное с уменьшением путей переноса заряда между частицами углерода, тем самым уменьшая образование EDL в микропорах. Кроме того, функциональные возможности гетероатомов могут улучшать смачиваемость и придавать псевдоемкостное поведение.Однако у этих поверхностных функциональных групп есть некоторые недостатки, такие как уменьшение проводимости электрода, предотвращение проникновения ионов в поры из-за уменьшения объемов. ¹²² Кроме того, Min et al. сообщили об устойчивости к зарядке и уменьшенной ионной диффузии, происходящей из-за межфазного сопротивления углеродного электрода со слоем наночастиц TiO ₂ , привитых Тайроном. ⁵⁵

Гидрофобность

Функциональность поверхности — это параметр, определяющий смачиваемость угольного электрода. ¹⁴⁴ Сообщалось о дефункционализации как ущербе смачиваемости AC в водных средах. Ding et al. исследовали влияние функциональных групп на электрохимические характеристики электрода переменного тока. Хотя дефункциональность AC в атмосфере аргона и водорода при высокой температуре привела к относительно высокому SSA по сравнению с исходным AC, поверхность стала более гидрофобной, что сопровождалось плохой смачиваемостью. ¹¹⁵ Обработка AC с CO ₂ увеличивает SSA и улучшает пористость за счет декарбоксилирования.Следовательно, углеродные материалы становятся более гидрофобными, что затрудняет процесс смачивания. ⁶⁰ Villar et al. подвергали переменный ток различным видам обработки (обработка диоксидом углерода, обработка водородом и термическая обработка) с целью изменения пористости и химического состава поверхности. Интересно, что образец с большим количеством SSA и большим средним диаметром пор продемонстрировал меньшую адсорбционную способность, чем другие. Высокая гидрофобность, вызванная удалением поверхностных функциональных групп, была приписана затрудненной диффузии ионов в углеродную матрицу. ³³ Кроме того, для изготовления электродов переменного тока требуются полимерные связующие, а обычно используемые связующие являются гидрофобными, такими как поливинилиденфторид (ПВДФ) и политетрафторэтилен (ПТФЭ). Следовательно, эти связующие уменьшают смачиваемость электрода ^{, 104,} и создают дополнительную гидрофобность на углеродном электроде, что сопровождается снижением скорости диффузии электролита в углеродную структуру.

Жесткость и хрупкость

Использование связующих влияет на механические свойства угольных электродов и влияет на электрохимические характеристики. ¹⁴⁵ Жесткие связующие могут обеспечивать высокую механическую прочность, тогда как гибкие связующие обеспечивают низкую механическую прочность. Однако высокая механическая прочность может привести к уменьшению емкости, ¹⁰² , тогда как электрод с более низкой механической прочностью может вызвать потерю активного материала, который слабо связан, и выход из строя интерфейса электродов. PVDF обладает выдающейся механической, термической и химической стабильностью ^102,105 , что делает его наиболее широко используемым связующим при производстве электродов переменного тока.Однако его жесткость может привести к образованию трещин на поверхности электрода и, как следствие, к потере рабочих характеристик электрода. ^105,145 Асквит и его коллеги заменили ПВДФ гидрофильными сополимерами (сульфон эфира полиарилена) с пониженной механической прочностью. Достигнута улучшенная смачиваемость, но уменьшенная прочность и хрупкость, что приводит к потере углеродных частиц. ¹⁰⁴ Fang et al. использовала полиуретановый эластомер в качестве гибкого связующего, чтобы решить проблему жесткости электрода переменного тока.Несмотря на это достижение, проводимость и стабильность оказались неудовлетворительными по сравнению с ПВДФ. ¹⁰⁵

Коррозия и снижение стабильности

Несмотря на то, что введение псевдоемкостного материала в углеродный электрод может привести к увеличению накопления заряда, фарадеевские реакции могут препятствовать скорости переноса заряда, что сопровождается снижением стабильности электрода. ¹⁴⁶ Подобно аккумуляторным электродам, композитные электроды углерода с оксидами металлов часто имеют низкую стабильность. ^41,117,147 Кроме того, химическая обработка рассматривается как предпочтительный способ увеличения концентрации поверхностных функциональных групп. ⁷⁶ Однако эти поверхностные функциональные возможности могут участвовать в фарадеевских реакциях ¹⁶ и провоцировать накопление необратимых окислительно-восстановительных продуктов, осажденных в порах, что приводит к уменьшению емкости. С другой стороны, удаление поверхностных функциональных групп за счет восстановления Ar / H ₂ придает электроду переменного тока уменьшенное окно электрохимической стабильности (ESW), тем самым препятствуя более широкому рабочему диапазону напряжения. ¹¹⁵

В таблице I были суммированы положительные и отрицательные эффекты различных модификаторов на электрод переменного тока, а также возможные будущие достижения.

Таблица I.
Эффекты различных модификаторов переменного тока и будущие достижения рассматриваются здесь.

Во время электрохимической операции природа и конструкция электрода напрямую влияют на производительность ячейки CDI в данной конфигурации (расположение катода, анода, сепаратора и соленой воды вместе) и наоборот. Оптимизация свойств AC в направлении идеальности не может быть отделена от данной конфигурации ячейки CDI. Хотя электроды вносят существенный вклад в производительность CDI, они должны быть сконфигурированы таким образом, чтобы обеспечить высокую пропускную способность, высокую стабильность цикла, высокую скорость удаления и т. Д.Более того, выбор конфигурации ячейки CDI и правильное сочетание соответствующих электродов имеет важное значение для успеха этой технологии.

Существует взаимозависимость (рис. 8) между электродами, конфигурацией ячейки CDI и рабочими параметрами. ²⁵ Таким образом, важно выбрать конфигурацию ячейки CDI, которая учитывает конструкцию и свойства электродов. В качестве альтернативы характеристики электродов могут определять конструкцию данной ячейки. Кроме того, функция конкретной конфигурации ячейки CDI может быть передана обычной ячейке CDI посредством модификации электродов.Например, Мин и др. ⁵⁵ использовал неорганическую пористую пленку TiO ₂ с привитым железом на электроде переменного тока для получения свойств ионообменной эффективности и эффективности удаления солей MCDI (рис. 9a – 9c). Электрод показал хорошую ионообменную способность и пониженный эффект отталкивания коионов без использования ионообменной мембраны.

Приблизить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рис. 8. Упрощенная схематическая иллюстрация взаимозависимости в производительности CDI и тестировании.Электрод, конфигурация ячейки CDI и рабочие параметры подвергаются взаимозависимости, что оказывает ключевое влияние на общую производительность системы CDI. В то же время активность электрода определяется компромиссом между физическими, химическими и электрохимическими свойствами, присущими модификаторам в процессе проектирования.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ
Изображение высокого разрешения

Приблизить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рисунок 9. (a) Сравнение изменения проводимости (b) Скорости адсорбции, (c) Эффективность удаления солей, ⁵⁵ (d) Средняя скорость адсорбции соли (ASAR), ⁸⁶ (e) В FBCDI питающая вода проходит через сепаратор между электродами состоят из наноразмерных пор, которые увеличивают площадь поверхности, но предотвращают поток через электроды. (f) Поток в FTECDI, где питающая вода протекает непосредственно через электрод с иерархической пористостью, связанной с низким гидравлическим сопротивлением. ¹⁶¹

Загрузить рисунок:

Стандартный образ
Изображение высокого разрешения

Эффективность удаления солей в ячейке CDI с симметричными электродами зависит от баланса между отрицательными и положительными химическими зарядами на поверхности электрода. ¹⁵⁶ Другими словами, оптимальные характеристики были получены, когда чистый поверхностный заряд был равен нулю как для анода, так и для катода. Тем не менее, симметричная конфигурация более подвержена электрохимической деградации по сравнению с асимметричной конфигурацией, особенно при высоком рабочем напряжении. Таким образом, инкапсуляция электродов и использование IEM играют важную роль в уменьшении замирания цикличности в симметричном CDI. С другой стороны, асимметричный CDI основан на различении двух электродов для установления расширенного окна напряжения, которое может работать за пределами напряжения термодинамического разложения. ¹⁷⁴ Необходимые характеристики асимметричной конфигурации могут быть получены путем интеграции переменного тока с другими материалами. Выбирая материалы электродов или модифицируя эти материалы, можно повлиять на общую производительность системы CDI для данного сценария применения, а также повысить стабильность системы от разрушения при увеличении цикличности. ¹⁷⁵ Однако из-за большого выбора материалов электродов, которые подходят для заданного окна напряжения, выбранные пары анода и катода в асимметричных или гибридных конфигурациях становятся более сложными с точки зрения емкости, а также показателей производительности и эффективности.

Чтобы обойти рассогласование емкостей между положительными электродами на основе оксида и отрицательными электродами на основе углерода, гетероатомы азота и кислорода, легированные переменным током, были назначены для использования в качестве идеального отрицательного электрода в асимметричной конфигурации. ¹¹³ С другой стороны, симметричная конфигурация с пористыми углеродными материалами, богатыми азотом, имеет конкурентное преимущество перед асимметричной конфигурацией, поскольку позволяет избежать дисбаланса мощности на двух концах (анод и катод). ⁷³ Кроме того, за счет включения псевдоемкостных материалов в угольные электроды получают один с высокой емкостью, который может ослабить дисбаланс масс в асимметричной конфигурации. По сути, электроды используют свойство псевдоемкости, чтобы уменьшить несоответствие емкости и кинетики емкостного и фарадеевского электродов. Углеродные материалы, модифицированные озоном, являются подходящими кандидатами для изготовления отрицательных электродов; следовательно, для эффективной асимметричной конфигурации необходим положительный электрод с высоким перенапряжением для выделения кислорода.Кроме того, переменный ток, пропитанный оксидами переходных металлов или электроды на основе псевдочувствительной емкости, был назначен в качестве положительного электрода, чтобы расширить диапазон рабочего напряжения и избежать окислительной деградации . ^121,125 Как правило, гибридные или асимметричные конфигурации обеспечивают улучшенные электрохимические характеристики за счет стратегической конструкции. В частности, гибридные конфигурации позволяют комбинировать емкостный и фарадеевский электроды или псевдемкостный электрод в одной и той же ячейке CDI для увеличения емкости и скорости. ¹⁷⁶ Кроме того, емкость гибридной конфигурации частично определяется фарадеевским электродом; следовательно, конструкция электрода с высокой скоростью имеет решающее значение, поскольку фарадеевские реакции протекают медленно.

Работа конфигурации i-CDI зависит исключительно от химического заряда поверхности. Образование химического заряда на поверхности переменного тока делает его подходящим электродом для i-CDI по сравнению с MCDI или обычным CDI (рис. 9d). Путем модификации электрод переменного тока может управлять характеристиками новой конструкции CDI с другим рабочим режимом, чем у обычного элемента CDI.Кроме того, электроды переменного тока со смещенным E _PZC демонстрируют лучшие характеристики в i-CDI, чем обычные CDI. Максимальная движущая сила для адсорбции предотвращает любое вытеснение положительных коионов в i-CDI за счет смещения E _PZC анода из-за анодного окисления. ⁸⁶ Подобно обычному CDI, i-CDI также ограничен низким напряжением ячейки. Тем не менее, перемещение электрода E _PZC может увеличить окно рабочего напряжения i-CDI.

Режим потока в геометрии FTECDI в значительной степени определяется пористостью электрода.Кроме того, геометрия влияет на высокую скорость электроокисления положительно поляризованных электродов. ⁷ В основном, добавление макропор может уменьшить извилистость электрода переменного тока, тем самым увеличивая емкость и улучшая кинетику. Однако интегральный КПД этого электрода зависит от конкретной архитектуры ячейки. ⁴⁵ Поток сырья в FBCDI проходит через сепаратор (рис. 9e) между электродами, который часто состоит из нанопор размером менее 50 нм (высокое SSA), которые страдают от плохого потока из-за высокого гидравлического сопротивления. ¹⁶¹ Существует компромисс между SSA и распространением в FTECDI. Таким образом, при проектировании электродов следует учитывать режим потока в конкретной геометрии. Для FTECDI требуется высокопористый электрод с иерархической пористостью (рис. 9f), что обеспечивает как низкое гидравлическое сопротивление, так и высокую удельную емкость. Suss et al. сообщили о достоинствах углеродных электродов с бимодальной структурой пор, связанных с низким гидравлическим сопротивлением геометрии FTECDI.Использование макроскопического пористого электрода в FBCDI требует гораздо большего времени для зарядки и опреснения ячеек. ^158,161 Напротив, макроскопические пористые электроды в FTECDI позволяют значительно сократить время опреснения и опреснения при более высокой солености подачи на загрузку, ¹⁶¹ из-за преимуществ низкой извилистости, связанной с эффективным потоком. Для очень микропористого AC дальнейшая активация может создать больше мезопор, связанных с уменьшенным SSA. С другой стороны, переменный ток с высоким значением SSA может не иметь высокой емкости, если большая часть площади поверхности не участвует в электросорбции.

Кроме того, геометрия FCDI возникла с использованием текучих углеродных электродов, ¹⁷⁷ в которых вся поверхность может быть вовлечена в процесс опреснения, тем самым создавая высокую емкость. Однако проточные электроды страдают от относительно низкой проводимости из-за плохой связи частиц электродов переменного тока, что может снизить эффективность FCDI. По сути, высокая массовая нагрузка AC в суспензии приводит к одновременному увеличению связности и вязкости. ⁷⁰ Тем не менее, есть значительное улучшение характеристик за счет новой конструкции ячеек и оптимизации характеристик суспензии. ¹⁶⁰

Производительность CDI зависит от электродов, архитектуры ячейки и рабочих параметров. Идеально оптимизированные электроды могут обеспечить львиную долю производительности в системах CDI. Переменный ток был основным материалом для изготовления электродов CDI, и с помощью различных модификаторов были получены новые возможности для оптимизации электродов.Регулируя физические и химические свойства, переменный ток, который демонстрирует повышенную активность и универсальность в отношении электрохимических характеристик, может быть дополнительно улучшен для повышения производительности систем CDI. Однако следует предупредить, как мы предположили выше, некоторые попытки модифицировать электроды в отношении одной благоприятной характеристики могут повлиять на другую пагубным образом. Действительно, в нашу эпоху интенсивного использования модификаторов электродов существует потребность в рациональной конструкции без ущерба для некоторых критериев электрохимических характеристик.Что касается электрохимических характеристик, переменный ток обладает некоторыми внутренними недостатками, такими как гидрофобность и низкая проводимость, и поэтому можно рассмотреть возможность модификации электрода переменного тока материалами с превосходными электрохимическими свойствами.

На основе обсуждения было предложено несколько возможных будущих усовершенствований модификации переменного тока. Электропроводящие добавки с текстурой, аналогичной AC, могут поддерживать целостность поверхности и уменьшать наложение EDL. Кроме того, перед нанесением покрытия оксидами металлов необходимо определить характеристики текстуры переменного тока, чтобы контролировать размер пор в их композитах.Изготовление электродов без связующего или использование гидрофильных связующих с подходящей механической прочностью может снизить проблемы, связанные с использованием связующего. Эффективные электронные медиаторы могут повысить проводимость проточных электродов с желаемыми реологическими свойствами. Использование нескольких модификаторов может повысить улучшение емкости за счет использования их синергизма и / или сосуществования. Например, для увеличения емкости можно использовать совместное легирование нескольких гетероатомов. Кроме того, поверхностно-активные вещества могут влиять как на межфазное поведение, так и на электрохимические характеристики угольных электродов.Следовательно, мы можем постулировать, что усиление активности AC в смешанной системе поверхностно-активных веществ (синергизм) может быть намного лучше, чем использование одного поверхностно-активного вещества.

Однако, когда в состав электрода вводят несколько модификаторов, активность необходимо оценивать с учетом потенциальной опасности для здоровья. Другое предположение состоит в том, что при проектировании электродов переменного тока необходимо учитывать размеры. Путем переплетения переменного тока (нулевого измерения) с многомерными материалами можно улучшить характеристики электрода.Действительно, разработка переменного тока с одномерным (1D), двухмерным (2D) или трехмерным (3D) материалом с использованием материалов разной размерности в качестве шаблонов или комбинации разных размерностей в одном и том же электроде может быть подходом к расширению Область проектирования электродов переменного тока для повышения производительности. Кроме того, большинство конструкций электродов, описанных в литературе, представляют собой лабораторные исследования. Таким образом, полная оценка эффектов модификаторов в практическом контексте еще не утверждена в широком масштабе.Вообще говоря, знание влияния модификаторов на конструкцию электродов дает представление о рациональной конструкции.

По сути, настройка всей системы является необходимым условием для того, чтобы уравновесить компромисс между проводимостью-пористостью, функциональной групповой пористостью, механической прочностью-гибкостью, SSA-диффузией, проводимостью-текучестью, эффективностью опреснения-эффективностью заряда и т. Д. к настраиваемому поведению переменного тока, которое можно было бы доработать для повышения производительности.Адаптация физико-химических свойств переменного тока и гибридизация с другими материалами (с превосходной электрохимической активностью) по-прежнему открывает большие возможности для улучшения характеристик CDI. И последнее, но не менее важное: при выборе модификатора следует учитывать необходимые характеристики электродов для данной конфигурации CDI. Другими словами, конструкция электрода должна соответствовать заданным характеристикам конкретной конфигурации CDI, которая будет использоваться для данного приложения, чтобы воспользоваться преимуществами взаимозависимости.Благодаря неустанным усилиям оптимизация электродов переменного тока за счет рациональной конструкции будет оставаться колыбелью для дальнейших прорывов в развитии технологии CDI.

Мой блог — Pismo Beach, CA Dentist

Когда вы были ребенком, тарелка зеленой фасоли или моркови, вероятно, казалась менее привлекательной, чем горстка печенья или миска мороженого. Мама или папа, говорящие вам «ешьте овощи», были последним, что вы хотели услышать.

Надеюсь, вы подружились со свежими фруктами и овощами, когда выросли.Но даже если вы просто знакомы, эти продукты, тем не менее, необходимы для хорошего здоровья, особенно для ваших зубов и десен. Среди прочего, они богаты витаминами и минералами, которые помогают предотвратить кариес, заболевания десен или даже рак полости рта.

Вот образцы питательных микроэлементов, улучшающих здоровье зубов, и продукты, в которых вы их найдете.

Витамин C . Витамин С, содержащийся в различных фруктах и ​​овощах, укрепляет иммунную систему в борьбе с такими инфекциями, как кариес или заболевание десен.Это также антиоксидант, который снижает риск рака.

Кальций . Этот минерал, полученный из молочных продуктов, костной рыбы, зелени и бобовых, укрепляет зубы и кости. Он также может улучшить функцию нервов и мышц.

Витамин D . Этот витамин помогает зубам усваивать кальций, что снижает их склонность к кариесу. Вы можете найти этот незаменимый витамин в молочных продуктах, яйцах, жирной рыбе или солнечном свете.

Фосфор .Как и кальций, фосфор укрепляет зубы и кости. Вы найдете его в большом количестве в молочных продуктах и ​​мясе, особенно в морепродуктах и ​​птице.

Магний . Этот минерал помогает зубам и костям усваивать другие минералы, а также может помочь с функцией ферментов, необходимых для предотвращения болезней. Вы найдете его в орехах, бобовых, цельнозерновых, темно-листовой зелени, морепродуктах и ​​шоколаде.

Если вы думаете, что получаете недостаточно этих и других питательных веществ, вы можете получить их через пищевые добавки.Но будьте осторожны: Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) может удалить вредные добавки с рынка, но только после того, как их использование потребителями предоставит доказательства того, что они небезопасны. И вы не будете получать клетчатку или другие элементы, содержащиеся в обычных продуктах, которые необходимы вашему организму для здоровья и правильного функционирования.

Тем не менее, если вы считаете, что вам необходимо восполнить дефицит питательных веществ, сначала поговорите со своим врачом или стоматологом о том, что вам следует принимать. Однако, если это возможно, ешьте овощи — ваши зубы и десны, а также остальная часть вашего тела станут более здоровыми.

Если вам нужна дополнительная информация о роли питания в здоровье зубов, свяжитесь с нами или назначьте встречу для консультации. Вы также можете узнать больше об этой теме, прочитав статью журнала Dear Doctor «Витамины и диетические добавки».

Генерация электронов в воде под действием магнитного поля и ее влияние на концентрацию растворенного кислорода | Исследования в области устойчивого развития

Влияние расположения магнитов на параметры воды

Вода протекала под магнитами с обратной полярностью при расходе 0.1–0,5 мл s ^{— 1} показал в целом лучшее улучшение pH, ОВП и концентрации DO по сравнению с потоком при расположении магнитов с обратной полярностью. Процентные изменения pH, ОВП и концентрации DO для этой схемы составили + 3,5, — 4,2 и + 9,5% соответственно (рис. 3; таблица S1). Напротив, расположение магнитов с обратной полярностью дало меньшие процентные изменения, которые составили + 2,5, — 3,0 и + 5,0%, соответственно (Рис. 3; Таблица S1). Магнитный эффект, создаваемый не перевернутыми магнитными полюсами, был почти однородным по сравнению с его перевернутым аналогом, который генерировал сильно прерывистое поле [22, 23].Кроме того, магниты с перевернутой и не перевернутой конфигурацией также соответствовали различным формам волн магнитного поля, причем последние имели более однородную форму волны [24]. Тем не менее, Alabi et al. [25] утверждали, что целью использования любой магнитной конфигурации было создание однородного магнитного поля внутри прохода потока воды. Следовательно, наиболее существенно, ориентация магнитов должна быть такой, чтобы поток воды всегда был перпендикулярен (90 °) силовым линиям магнитного поля [26].

Рис. 3

Результаты измерения pH, ОВП и концентрации растворенного кислорода в воде после намагничивания с использованием различных магнитов

Влияние скорости потока на параметры воды

Результаты на рис. 4 и в таблице S2 показали, что когда вода протекала через магнитный эффект при самой низкой скорости потока, которая составляла 0,1–0,5 мл с ^{— 1} , было достигнуто лучшее улучшение pH, ОВП и концентрации DO. При этом процентные изменения pH, ОВП и концентрации DO после намагничивания составили +3.5, — 6,9 и + 5,6% соответственно. При увеличении расхода уменьшались процентные изменения параметров воды. Как показано на рис. 4, при дальнейшем увеличении расхода до 1,0–1,5 мл с ^{— 1} процентные изменения снизились до + 2,6, — 1,8 и + 4,8% соответственно. Впоследствии, когда была достигнута максимальная скорость потока (2,0–2,5 мл с ^{— 1} ), процентные изменения зафиксировали наименьшее значение, которое составило + 0,92, — 1,3 и + 2,9% соответственно. Аналогичные результаты были получены в исследовании, проведенном Кадхимом и Аль-Руфаем [27], где среднее изменение таких параметров воды, как pH, ОВП и электропроводность колодезной воды снизилось с +1, +16 и + 3% до 0, + 1 и + 1% соответственно при увеличении расхода от 0.От 1 до 1 л с ^{— 1} . Кроме того, сообщалось, что эффект намагничивания увеличивается при низкой скорости потока, что указывает на более длительное время воздействия на воду магнитного воздействия [28]. Следовательно, эти результаты могут показать, что более низкая скорость потока увеличивает время воздействия на воду магнитного эффекта, что приводит к общему улучшению параметров воды.

Рис. 4

Результаты pH, ОВП и концентрации DO воды после намагничивания при низком (0,1–0,5 мл с ^{— 1} ), среднем (1,0–1,5 мл с ^{— 1} ) и высоком (2.0–2,5 мл с ^{— 1} ) скорость потока, соответственно

Корреляция расчетов pH и ОВП

Как правило, исходя из экспериментальных данных, когда вода протекала под действием магнитного поля, ее pH и концентрация DO увеличивались, тогда как ее ОВП снижалось. {-} $$

(5)

Молекулы воды ионизируются с образованием ионов H ⁺ и OH ^— в условиях равновесия на основе уравнения.(4).

1. 1.

   Ток возникает, когда магнитный эффект нарушается механическим движением потока воды, который течет в направлении, перпендикулярном магнитному полю.

2. 2.

   Индуцированный ток будет способствовать прохождению электронов.

3. 3.

   Генерированный электрон имеет тенденцию связываться с катионом H ⁺ из ионизированной молекулы воды посредством метастабильной связи.

4. 4.

   Следовательно, pH воды увеличивается, и одновременно увеличивается концентрация аниона OH ^— .

5. 5.

   Когда имеется избыток аниона OH ^— из-за увеличения pH, химическое равновесие нарушается. В результате происходит последующее окисление аниона OH ^— с образованием O ₂ , H ₂ O и электрона (уравнение (5)) для восстановления химического равновесия на основе принципа Ле Шателье [32, 33] .

Присутствие электрона в воде было показано измерением ОВП.{+} \ right] $$

(6)

, где E , E °, R , T , n , F и [H ⁺ ] представляют измеренный потенциал (значение ОВП) в В, стандартное значение потенциала в V, газовая постоянная (8,31) в Дж · моль ^{— 1} K ^{— 1} , абсолютная температура в K, стехиометрическое число обмененных электронов в реакции, постоянная Фарадея (96490) в C · моль ^-1 и концентрация ионов водорода , соответственно.Окислительно-восстановительная активность, выраженная в значении E , может быть измерена датчиком ОВП по аналогии с электрохимической ячейкой, когда возникает разность потенциалов (перенос электронов) между инертным или индикаторным электродом (обычно платиновым) и серебром / хлоридом серебра ( Ag / AgCl) электрод сравнения. В этом исследовании можно предположить две возможные половинные реакции окислительно-восстановительных реакций, а именно: восстановление AgCl [35] и окисление OH ^— [36]. Они показаны в уравнениях. (7) и (8) соответственно.{-} $$

(8)

На основании теории электрохимии и стандартных значений потенциала электрода [35, 36], восстановление AgCl в датчике ОВП представляет собой катод с E ° = 0,222 В, тогда как окисление OH ^— из воды представляет собой анод с E ° = -0,401 В. Таким образом, общая E ° ячейки ( E ° _ячейка ) составляет 0,623 В, что рассчитывается на основе уравнения.{\ circ}} _ {анод} $$

(9)

Используя E ° = 0,623 В, экспериментальные и теоретические значения E могут быть рассчитаны на основе измеренных значений pH воды в этом исследовании с использованием уравнения. (6). Предполагается, что для каждого увеличения pH на 1,00 значение E или значение ОВП уменьшится на 0,015 В (Таблица S3; Рис. S1).

Генерация электронов в воде из-за магнитного эффекта

Из расчета корреляции pH и ОВП также можно оценить количество электронов, генерируемых в воде.Расчетное количество электронов, генерируемых в контрольных экспериментах и ​​экспериментах по намагничиванию на основе измерений pH и ОВП, было рассчитано, как показано в Таблице S4, а результаты сведены в Таблицу 2. Полученные результаты основаны на данных из оптимизированных переменных намагничивания, которые не являются — расположение магнитов с обратной полярностью в сочетании с минимальной скоростью потока (0,1–0,5 мл с ^{— 1} ).

Таблица 2 Расчетное количество электронов, генерируемых в воде с магнитным эффектом, на основе pH и ОВП

Таблица 2 показывает, что после того, как вода прошла через магнитный эффект, значения pH и ОВП изменяются соответственно.Число электронов могло увеличиваться с 1,6 × 10 ¹⁴ до 2,4 × 10 ¹⁴ по сравнению с контролем, который составлял от 1,5 × 10 ¹⁴ до 1,7 × 10 ¹⁴ при отсутствии магнитного эффекта. Между тем, эти данные подразумевают, что как увеличение pH, так и уменьшение ОВП связаны с количеством электронов, генерируемых в воде. Впоследствии, когда вода намагничивается, количество генерируемых электронов может составлять 8,0 × 10 ¹³ по сравнению с контролем, который может составлять только 2.0 × 10 ¹³ . Следовательно, это свидетельствует о том, что увеличение pH может привести к значительному увеличению электронной плотности и концентрации DO в воде из-за магнитного эффекта.

Спектральный анализ комбинационного рассеяния

На рис. 5а показаны спектры комбинационного рассеяния для немагниченной и намагниченной воды с волновым числом 2600–4000 см ^–1 . Как симметричные, так и асимметричные валентные колебания ОН воды расположены между 2900 и 3700 см ^{— 1} .

Рис.5

a Рамановские спектры (от 2600 до 4000 см ^{— 1} ) для немагниченной деионизированной воды и намагниченной деионизированной воды, образованной водой, протекающей со скоростью потока 0.1–0,5 мл с ^{— 1} ; и b Расчетные площади под кривой для спектров немагниченной деионизированной воды и намагниченной деионизированной воды соответственно

Li et al. [38] заявили, что типичные спектры комбинационного рассеяния воды состоят из пика около 3400 см ^–1 , интенсивного плеча около 3200 см ^–1 и слабого плеча около 3600 см ^–1 . Эти типичные характеристики наблюдаются в спектрах комбинационного рассеяния света. Как видно на рис. 5а, намагниченная вода имеет в целом большую интенсивность рамановского пика и плеч, чем у немагниченной воды, что согласуется с выводами Панга и Дэна [39].Это явление было связано с изменением молекулярных структур и кластеров воды, а также с переходом валентных, связанных электронов и электронов внутреннего слоя из-за магнитного эффекта [39]. Более высокая концентрация электронов в воде генерировала более высокую интенсивность комбинационного рассеяния из-за более высокого электронного перехода при возбуждении водой электромагнитным излучением (рамановским лазером) [40].

Кроме того, более высокая интенсивность рамановских валентных колебаний ОН воды может быть связана с более прочными межмолекулярными водородными связями воды [41].Это согласуется с выводами Toledo et al. [19], согласно которому магнитный эффект ослабляет внутрикластерные водородные связи воды, что способствует образованию более мелких кластеров воды с сильными межкластерными водородными связями. На основании открытия Chen et al. [12], электрон сыграл значительную роль в трансформации кластеров воды и изменении водородных связей. В частности, вода с восстановленными водородными связями посредством электронно-индуцированного механизма имела большую площадь пика в спектрах комбинационного рассеяния по сравнению с обычной деионизированной водой.Таким образом, результаты этого исследования, которые показали, что намагниченная вода имеет большую площадь пика комбинационного рассеяния по сравнению с немагниченной водой (рис. 5b), совпадают с литературными данными в отношении образования воды с повышенной электронной плотностью, уменьшением водородных связей и меньшим размером кластера. .

Значение исследования

Увеличение электронной плотности и концентрации DO в воде может указывать на потенциальные применения в важнейших отраслях промышленности, связанных с водой, особенно в борьбе с болезнями.Например, в самых последних литературных источниках подчеркивается, что повреждение свободными радикалами могло способствовать возникновению нового коронавируса SARS-CoV — 2, который вызывает тяжелую пандемию коронавируса наряду с другими респираторными инфекциями, такими как тяжелый острый респираторный синдром [42].