活性炭在有机合成中的作用

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活性碳是一种黑色粉状，粒状或丸状的无定形具有多孔的碳，主要成分为碳，还含少量氧、氢、硫、氮、氯。也具有石墨那样的精密构造，只是晶粒较小，层层间不规则堆积。具有较大的表面积(500～1000米2/克)，有很强的吸附性能，能在它的表面上吸附气体、液体或胶态固体；关于气体、液体，吸附物质的质量可接近于活性炭本身的质量。其吸附作用具有选择性，非极性物质比极性物质更易于吸附。在同一系列物质中，沸点越高的物质越容易被吸附，压强越大温度越低浓度越大，吸附量越大。反之，减压，升温有利于气体的解吸。常用于气体的吸附、别离和提纯，溶剂的回收，糖液、油脂、甘油、药物的脱色剂，饮用水及冰箱的除臭剂，防毒面具中的滤毒剂，还可用作催化剂或金属盐催化剂的载体。早期生产活性炭的原料为木材、硬果壳或兽骨，后来主要采用煤，经干馏、活化处置后失掉活性碳生产办法有：
1、蒸汽、气体活化法。应用水蒸气或二氧化碳在850～900℃将碳活化。
2、化学活化法。应用活化剂放出的气体，或用活化剂浸渍原料，在低温处置后都可失掉活性炭。活性炭具有微晶构造，微晶排列完全不规则，晶体中有微孔（半径小于20［埃］＝10-10米）、过渡孔（半径20～1000）、大孔（半径1000～100000），使它具有很大的内表面，比表面积为500～1700米2／克。这决议了活性炭具有良好的吸附性，可以吸附废水和废气中的金属离子、有害气体、有机污染物、色素等。

活性炭是有机合成实验中常用的物质之一，主要用来给化合物脱色除杂。根据化学基础实验书上讲，活性炭的标准使用方法是在重结晶前热滤脱色，其实活性炭还有其它用法，巧妙的利用活性炭的性质，区分其优缺点，将给有机合成实验带来许多便利。活性炭在有机合成中的作用主要有脱色、吸附和助滤，通常在活性炭的一次操作过程中，主要表现其中一个方面，其它方面的作用是次要的。
1. 脱色作用
活性炭最常见的作用是脱色，根据与极性分析，活性炭可以视为非极性物质，可以用来吸附非极性和小极性色素，适合在大极性溶剂中使用。物质中含有的色素大多属于非极性或小极性色素，所以在常用脱色剂中最常用的就是活性炭，最常用的溶剂是水和醇类。一般在需要脱色时，不需要考虑色素的极性，直接以活性炭脱色，通过观察溶液在脱色前后的变化来判断脱色效果。
一般的操作过程如下：
待脱色物质加入到一定量溶剂中，加热全溶，加入一定量活性炭，搅拌一段时间，热滤，滤液浓缩。
待脱色物质为含有可见色素的固体或液体，以固体居多；溶剂量一般为3-10倍，太少不易操作，在热滤时损失大；太多成本过高，也没有必要；溶剂一般为大极性溶剂，甲醇、乙醇和水等，如果脱色后需要结晶，一般需要筛选出最适合的溶剂；活性炭加入量一般为溶质（即待脱色物质）的5-10%，视情况可以增减；搅拌时间一般在30分钟到2小时不等，视情况可以增减；滤液视情况处理，如果脱色前后外观颜色变化不大，可以再加活性炭重复脱色；如果需要重结晶，直接冷却结晶或适当浓缩后冷却结晶；如果待脱色物质是液体，一般浓缩至干。
2. 除杂
这里的杂质主要指不溶物，如无机盐、灰尘和物理杂质等，活性炭脱色其实也属于除杂，只是脱色除的是有机可见光吸收杂质。除杂的过程非常简单，和脱色过程类似，全溶后加活性炭搅拌后直接过滤，浓缩。单纯除杂其实可以不加活性炭，直接全溶过滤即可，加活性炭主要是利用其有助滤的作用，对过滤有利。
3. 吸附
吸附主要针对焦油和粘性杂质，这一类物质如果不加活性炭，直接过滤则堵塞过滤介质，以活性炭吸附后一般作用明显。主要利用吸附作用时，活性炭可以用硅胶或硅藻土代替，区别不大。通常在活性炭的使用过程中，活性炭同时表现出脱色、除杂和吸附三种作用，有色杂质进入活性炭分子内部，焦油和粘性杂质存在于活性炭颗粒之间，在过滤时活性炭助滤了不溶杂质的过滤过程。三种作用不可割裂来看。

活性炭是一种由80%-90%以上碳元素组成的无定形碳，外观分别为黑色的粉末状、蜂窝状、颗粒状或块状。具有很大的比表面积，对气体、溶液中的无机或有机物质及胶体颗粒等都有良好的吸附能力。活性炭脱色能力在水中最强，在强极溶剂中使用效果也不错，在非极性溶剂中效果较差。活性炭的脱色能力对PH值和温度的因素决定的。活性炭脱色能力在PH值为3-6的条件下使用较好，使用温度是75-80℃，一般加入0.1—3％（W／V），搅拌30～60分钟，而活性炭的粒度对脱色时间也有影响。而且不同生产厂家，不同加工方法生产的活性炭，脱色效果相差很大。
在使用活性炭时，切不可在沸腾的溶液中加入活性炭，那样会有暴沸的危险。用活性炭脱色要待固体物质完全溶解后才加入，因为有色杂质虽可溶于沸腾的溶剂中，但当冷却析出结晶体时，部分杂质又会被结晶吸附，使得产物带色，所以在使用活性炭脱色时，要待固体物质完全溶解后才加入。活性炭在水中脱色效果最强，在有机溶剂中脱色效果较弱。搅拌30分钟至60分钟后，活性炭的粒径影响脱色时间，不同厂家、不同加工方法生产的活性炭脱色效果差异较大:
1.活性炭的一般使用温度是75到80度。
2.活性炭在水中脱色效果最强，在强极性溶剂中也较好，在非极性溶剂中脱色效果较差。
3.一般在pH3到6使用比较好；
4.一般添加量为1/1000至3；
5.脱色时间一般为30~60分钟；
6.活性炭的种类和型号很多，比如糖用炭、油用炭等。选择适合使用的活性炭。

活性炭脱色的注意事项:
1.不要在沸腾的溶液中加入活性炭，因为会有沸腾的危险；
2.只有在固体物质完全溶解后，才应加入活性炭脱色。虽然有色杂质可以溶解在沸腾的溶剂中，但当冷却析出晶体时，一些杂质会被晶体吸附，使产品产生颜色。因此，只有在固体物质完全溶解后，才应添加活性炭脱色。
活性炭脱色原理及步骤:
      (1)活性炭的使用温度一般在75-80度之间;
      (2)活性炭在水中脱色效果最强，在强极性溶剂中脱色效果也较好，在非极性溶剂中脱色效果较差;
      (3)一般在pH 3-6的条件下使用效果较好;
      (4)一般情况下，添加量为千分之一到三分之一(或五分之一);
      (5)脱色时间一般为30-60分钟;
      (6)活性炭的种类很多，如糖用活性炭和油用活性炭。
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