活性炭在有機合成中的作用

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活性碳是一種黑色粉狀，粒狀或丸狀的無定形具有多孔的碳，主要成分為碳，還含少量氧、氫、硫、氮、氯。也具有石墨那樣的精密構造，只是晶粒較小，層層間不規(guī)則堆積。具有較大的表面積(500～1000米2/克)，有很強的吸附性能，能在它的表面上吸附氣體、液體或膠態(tài)固體；關于氣體、液體，吸附物質的質量可接近于活性炭本身的質量。其吸附作用具有選擇性，非極性物質比極性物質更易于吸附。在同一系列物質中，沸點越高的物質越容易被吸附，壓強越大溫度越低濃度越大，吸附量越大。反之，減壓，升溫有利于氣體的解吸。常用于氣體的吸附、別離和提純，溶劑的回收，糖液、油脂、甘油、藥物的脫色劑，飲用水及冰箱的除臭劑，防毒面具中的濾毒劑，還可用作催化劑或金屬鹽催化劑的載體。早期生產活性炭的原料為木材、硬果殼或獸骨，后來主要采用煤，經干餾、活化處置后失掉活性碳生產辦法有：
1、蒸汽、氣體活化法。應用水蒸氣或二氧化碳在850～900℃將碳活化。
2、化學活化法。應用活化劑放出的氣體，或用活化劑浸漬原料，在低溫處置后都可失掉活性炭。活性炭具有微晶構造，微晶排列完全不規(guī)則，晶體中有微孔（半徑小于20［埃］＝10-10米）、過渡孔（半徑20～1000）、大孔（半徑1000～100000），使它具有很大的內表面，比表面積為500～1700米2／克。這決議了活性炭具有良好的吸附性，可以吸附廢水和廢氣中的金屬離子、有害氣體、有機污染物、色素等。

活性炭是有機合成實驗中常用的物質之一，主要用來給化合物脫色除雜。根據化學基礎實驗書上講，活性炭的標準使用方法是在重結晶前熱濾脫色，其實活性炭還有其它用法，巧妙的利用活性炭的性質，區(qū)分其優(yōu)缺點，將給有機合成實驗帶來許多便利。活性炭在有機合成中的作用主要有脫色、吸附和助濾，通常在活性炭的一次操作過程中，主要表現其中一個方面，其它方面的作用是次要的。
1. 脫色作用
活性炭最常見的作用是脫色，根據與極性分析，活性炭可以視為非極性物質，可以用來吸附非極性和小極性色素，適合在大極性溶劑中使用。物質中含有的色素大多屬于非極性或小極性色素，所以在常用脫色劑中最常用的就是活性炭，最常用的溶劑是水和醇類。一般在需要脫色時，不需要考慮色素的極性，直接以活性炭脫色，通過觀察溶液在脫色前后的變化來判斷脫色效果。
一般的操作過程如下：
待脫色物質加入到一定量溶劑中，加熱全溶，加入一定量活性炭，攪拌一段時間，熱濾，濾液濃縮。
待脫色物質為含有可見色素的固體或液體，以固體居多；溶劑量一般為3-10倍，太少不易操作，在熱濾時損失大；太多成本過高，也沒有必要；溶劑一般為大極性溶劑，甲醇、乙醇和水等，如果脫色后需要結晶，一般需要篩選出最適合的溶劑；活性炭加入量一般為溶質（即待脫色物質）的5-10%，視情況可以增減；攪拌時間一般在30分鐘到2小時不等，視情況可以增減；濾液視情況處理，如果脫色前后外觀顏色變化不大，可以再加活性炭重復脫色；如果需要重結晶，直接冷卻結晶或適當濃縮后冷卻結晶；如果待脫色物質是液體，一般濃縮至干。
2. 除雜
這里的雜質主要指不溶物，如無機鹽、灰塵和物理雜質等，活性炭脫色其實也屬于除雜，只是脫色除的是有機可見光吸收雜質。除雜的過程非常簡單，和脫色過程類似，全溶后加活性炭攪拌后直接過濾，濃縮。單純除雜其實可以不加活性炭，直接全溶過濾即可，加活性炭主要是利用其有助濾的作用，對過濾有利。
3. 吸附
吸附主要針對焦油和粘性雜質，這一類物質如果不加活性炭，直接過濾則堵塞過濾介質，以活性炭吸附后一般作用明顯。主要利用吸附作用時，活性炭可以用硅膠或硅藻土代替，區(qū)別不大。通常在活性炭的使用過程中，活性炭同時表現出脫色、除雜和吸附三種作用，有色雜質進入活性炭分子內部，焦油和粘性雜質存在于活性炭顆粒之間，在過濾時活性炭助濾了不溶雜質的過濾過程。三種作用不可割裂來看。

活性炭是一種由80%-90%以上碳元素組成的無定形碳，外觀分別為黑色的粉末狀、蜂窩狀、顆粒狀或塊狀。具有很大的比表面積，對氣體、溶液中的無機或有機物質及膠體顆粒等都有良好的吸附能力。活性炭脫色能力在水中最強，在強極溶劑中使用效果也不錯，在非極性溶劑中效果較差。活性炭的脫色能力對PH值和溫度的因素決定的。活性炭脫色能力在PH值為3-6的條件下使用較好，使用溫度是75-80℃，一般加入0.1—3％（W／V），攪拌30～60分鐘，而活性炭的粒度對脫色時間也有影響。而且不同生產廠家，不同加工方法生產的活性炭，脫色效果相差很大。
在使用活性炭時，切不可在沸騰的溶液中加入活性炭，那樣會有暴沸的危險。用活性炭脫色要待固體物質完全溶解后才加入，因為有色雜質雖可溶于沸騰的溶劑中，但當冷卻析出結晶體時，部分雜質又會被結晶吸附，使得產物帶色，所以在使用活性炭脫色時，要待固體物質完全溶解后才加入。活性炭在水中脫色效果最強，在有機溶劑中脫色效果較弱。攪拌30分鐘至60分鐘后，活性炭的粒徑影響脫色時間，不同廠家、不同加工方法生產的活性炭脫色效果差異較大:
1.活性炭的一般使用溫度是75到80度。
2.活性炭在水中脫色效果最強，在強極性溶劑中也較好，在非極性溶劑中脫色效果較差。
3.一般在pH3到6使用比較好；
4.一般添加量為1/1000至3；
5.脫色時間一般為30~60分鐘；
6.活性炭的種類和型號很多，比如糖用炭、油用炭等。選擇適合使用的活性炭。

活性炭脫色的注意事項:
1.不要在沸騰的溶液中加入活性炭，因為會有沸騰的危險；
2.只有在固體物質完全溶解后，才應加入活性炭脫色。雖然有色雜質可以溶解在沸騰的溶劑中，但當冷卻析出晶體時，一些雜質會被晶體吸附，使產品產生顏色。因此，只有在固體物質完全溶解后，才應添加活性炭脫色。
活性炭脫色原理及步驟:
      (1)活性炭的使用溫度一般在75-80度之間;
      (2)活性炭在水中脫色效果最強，在強極性溶劑中脫色效果也較好，在非極性溶劑中脫色效果較差;
      (3)一般在pH 3-6的條件下使用效果較好;
      (4)一般情況下，添加量為千分之一到三分之一(或五分之一);
      (5)脫色時間一般為30-60分鐘;
      (6)活性炭的種類很多，如糖用活性炭和油用活性炭。
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