Костяной уголь ( лат . carbo animalis ) — пористый, черный, гранулированный материал, получаемый путем обугливания костей животных . Его состав варьируется в зависимости от способа его получения; однако в основном он состоит из трикальцийфосфата (или гидроксиапатита ) 57–80%, карбоната кальция 6–10% и углерода 7–10%. [1] В основном он используется для фильтрации и обесцвечивания.
Производство
Костный уголь в основном производится из костей крупного рогатого скота и свиней; однако, чтобы предотвратить распространение болезни Крейтцфельдта-Якоба , череп и позвоночник больше не используются. [2] Кости нагреваются в герметичном сосуде при температуре до 700 °C (1292 °F); при этом концентрация кислорода должна поддерживаться низкой, так как это влияет на качество продукта, особенно на его адсорбционную способность. Большая часть органического материала в костях удаляется под воздействием тепла и исторически собиралась как масло Диппеля ; то, что не удаляется, остается в виде активированного угля в конечном продукте. Нагревание костей в богатой кислородом атмосфере дает костную золу , которая по химическому составу совершенно иная. [ необходимо разъяснение ] [ необходима цитата ]
Использованный костяной уголь можно регенерировать путем промывки горячей водой для удаления примесей с последующим нагреванием до 500 °C (932 °F) в печи с контролируемым количеством воздуха.
Использует
Очистка воды
Трикальцийфосфат в костяном угле может быть использован для удаления фторида [3] и ионов металлов из воды, что делает его полезным для обработки питьевых запасов. Костяной уголь является старейшим известным средством для дефторирования воды и широко использовался в Соединенных Штатах с 1940-х по 1960-е годы. [ 4] Поскольку его можно производить дешево и локально, он все еще используется в некоторых развивающихся странах, таких как Танзания . [5]
Костяной уголь обычно имеет меньшую площадь поверхности , чем активированный уголь , но обладает высокой адсорбционной способностью для определенных металлов, особенно из группы 12 ( медь , цинк и кадмий ). [6] Другие высокотоксичные ионы металлов, такие как ионы мышьяка [7] и свинца [8], также могут быть удалены. Практический пример использования костяного угля для очистки воды продемонстрирован на примере использования нанофильтрации в Танзании. [9]
Рафинирование сахара
Сахара (по часовой стрелке, начиная с верхнего левого угла): белый рафинированный, нерафинированный, необработанный тростниковый, коричневый
Исторически костяной уголь часто использовался при очистке сахара в качестве обесцвечивающего и обеззоливающего агента, особенно в тростниковом сахаре, поскольку он содержит больше окрашенных примесей.
Костяной уголь обладает низкой способностью к обесцвечиванию и должен использоваться в больших количествах, [10] однако он также способен удалять различные неорганические примеси, в первую очередь сульфаты и ионы магния и кальция. Удаление их полезно, так как снижает уровень образования накипи на поздних этапах процесса очистки, когда раствор сахара концентрируется. [11] Современные альтернативы костяному углю включают активированный уголь и ионообменные смолы . Однако небольшое количество компаний по-прежнему полностью или частично зависят от костяного угля для очистки сахара.
Черный пигмент
Эдуард Мане, «Музыка в Тюильри» , 1862 г.
Костяной уголь также используется в качестве черного пигмента для художественных красок , гравюр, каллиграфических и рисовальных чернил, а также для других художественных применений из-за его глубины цвета и превосходной тонирующей силы. Костяной черный и слоновая кость — это пигменты художников, которые использовались с исторических времен — как старыми мастерами, такими как Рембрандт и Веласкес , так и более современными художниками, такими как Мане и Пикассо . Черные платья и высокие шляпы джентльменов в «Музыке в Тюильри» Мане окрашены в цвет слоновой кости. [12] [13]
Раньше слоновую кость черного цвета получали путем измельчения обугленной слоновой кости в масле . В настоящее время слоновая кость черного цвета считается синонимом черной кости. Настоящая слоновая кость больше не используется из-за ее дороговизны и потому, что животные, являющиеся естественными источниками слоновой кости, подлежат международному контролю как исчезающие виды .
В XVIII и XIX веках костяной уголь, смешанный с жиром или воском (или и тем, и другим), использовался солдатами в полевых условиях для пропитки кожаного военного снаряжения, как для увеличения срока его службы, так и в качестве простейшего способа получения пигмента для черных кожаных изделий. Военные и гражданские лица использовали его в качестве крема для обуви и консерванта, в том числе для обуви с «грубой» стороной наружу. В справочных материалах того периода он упоминается как «черный шар».
Спутник ESA-NASA Solar Orbiter использует очищенную форму костяного угля, который наносится на его титановый теплозащитный экран. Это защищает его от яркого света и тепла солнца. Покрытие было разработано ирландской компанией Embio и использует ее технологию «CoBlast», изначально разработанную для покрытия титановых медицинских имплантатов. [14]
На этой фотографии изображен Solar Orbiter с его черным теплозащитным экраном, покрытым костяным углем.
В популярной культуре
Производство костяного угля было показано в сериале «Грязная работа » на канале Discovery Channel в 19-м эпизоде 5-го сезона «Черная кость», первоначально транслировавшемся 9 февраля 2010 года. [2]
Человеческий костный уголь, называемый «костным углем», упоминается в романе Томаса Пинчона «Выкрикивается лот 49» . Кости принадлежат американским солдатам, погибшим в боях во время Второй мировой войны и похороненным в озере в Италии, а уголь используется для фильтров в сигаретах.
Человеческий костный уголь, называемый «костяным углем», упоминается в романе Ярослава Гашека «Бравый солдат Швейк» . В произведении есть ссылка на то, что солдаты не умирают напрасно, потому что их кости будут использованы для изготовления костяного угля (« spodium ») для сахарных заводов, а главный герой получает дисциплинарное взыскание от своего командира за то, что задался вопросом, продается ли уголь из костей офицеров на заводы по более высокой цене, чем уголь из костей обычных рядовых.
^ Fawell, John (2006). Фтор в питьевой воде (1-е изд.). Женева: ВОЗ. стр. 47. ISBN 9241563192.
^ ab "Руководство по эпизодам Dirty Jobs: Сезон 5 Эпизод "Bone Black"". Архивировано из оригинала 13 ноября 2010 года.
^ Медельин-Кастильо, Наум А.; Лейва-Рамос, Роберто; Окампо-Перес, Рауль; Гарсиа де ла Круз, Рамон Ф.; Арагон-Пинья, Антонио; Мартинес-Росалес, Хосе М.; Герреро-Коронадо, Роза М.; Фуэнтес-Рубио, Лаура (декабрь 2007 г.). «Адсорбция фторида из водного раствора на костном угле». Исследования в области промышленной и инженерной химии . 46 (26): 9205–9212. дои : 10.1021/ie070023n.
^ Горовиц, Х.С.; Майер, Ф.Дж.; Лоу, Ф.Е. (ноябрь 1967 г.). «Частичное дефторирование коммунального водоснабжения и флюороз зубов». Public Health Reports . 82 (11): 965–72. doi :10.2307/4593174. JSTOR 4593174. PMC 1920070. PMID 4964678.
^ Mjengera, H.; Mkongo, G. (январь 2003 г.). «Соответствующая технология дефторирования для использования в флюоротических районах Танзании». Физика и химия Земли, части A/B/C . 28 (20–27): 1097–1104. Bibcode : 2003PCE....28.1097M. doi : 10.1016/j.pce.2003.08.030.
^ Ко, Дэнни CK; Портер, Джон Ф.; Маккей, Гордон (декабрь 2000 г.). «Оптимизированные корреляции для адсорбции ионов металлов на неподвижном слое костного угля». Chemical Engineering Science . 55 (23): 5819–5829. Bibcode :2000ChEnS..55.5819K. doi :10.1016/S0009-2509(00)00416-4.
^ Чэнь, Юнь-Нэнь; Чай, Ли-Юань; Шу, Ю-Дэ (декабрь 2008 г.). «Исследование адсорбции мышьяка(V) на костном угле из водного раствора». Журнал опасных материалов . 160 (1): 168–172. Bibcode : 2008JHzM..160..168C. doi : 10.1016/j.jhazmat.2008.02.120. PMID 18417278.
^ Дейдье, Эрик; Гийе, Ричард; Шаррок, Патрик (июль 2003 г.). «Полезное использование остатков сгорания мяса и костной муки: «эффективный недорогой материал для удаления свинца из водных стоков»". Журнал опасных материалов . 101 (1): 55–64. Библиографический код : 2003JHzM..101...55D. doi : 10.1016/S0304-3894(03)00137-7. PMID 12850320.
^ "Водный нанофильтр". gongalimodel.com .
^ Асади, Мосен (2006). Справочник по сахару из свеклы . Хобокен: John Wiley & Sons. стр. 333. ISBN9780471790983.
^ Chung Chi Chou, ред. (2000). Справочник по переработке сахара: руководство по проектированию и эксплуатации предприятий по переработке сахара . Нью-Йорк: Wiley. С. 368–369. ISBN9780471183570.
^ Бомфорд Д., Кирби Дж., Лейтон Дж., Рой А., Искусство в процессе создания: импрессионизм . National Gallery Publications, Лондон, 1990, стр. 112-119
^ Эдуард Мане, «Музыка в саду Тюильри», ColourLex
^ "Доисторический пещерный пигмент защитит Solar Orbiter ESA". ESA.int .
.jpg/1280px-MANET_-_M%C3%BAsica_en_las_Tuller%C3%ADas_(National_Gallery,_Londres,_1862).jpg)
