Комбинированным методом очистки этилового спирта является его обработка древесным углем. Этот исключительно действенный способ очистки растворов предложил русский химик, фармацевт, академик Петербургской АН Ловиц Товий (Иоганн Тобиас) Егорович. В 1875 г. он открыл адсорбцию108 растворённых веществ древесным углем и предложил использовать его для очистки водки от сивушных масел [19].
Предназначенный для этих целей древесный уголь проходит специальную обработку [45]. Сначала берёзовые или буковые чурбаки обугливают при температуре около 900оС в течение 12 час. Затем уголь измельчают до размеров рисового зерна, просеивают и нагревают с водяным паром при температуре 950оС в течение 7 час. Это чрезвычайно важный процесс, примерно в 5 раз повышающий сорбционную способность угля, называют активацией угля, а уголь после такой обработки — активным (иногда активированным) углем. Активация удаляет из угля смолистые вещества и создаёт разветвлённую сеть пор, обладающих высокоразвитой поверхностью. Например, при размере пор 0,001 микрона удельная поверхность достигает 1000 м2 на грамм угля109.
Кроме того, процесс активации сопровождается существенным увеличением концентрации кислорода в угле. Поэтому на содержащиеся в водно-спиртовой смеси примеси уголь действует не только как адсорбент, избирательно поглощающий отдельные примеси, но и как катализатор, способствующий их окислению с образованием новых веществ.
В результате при пропускании через подготовленный таким образом уголь водного раствора неочищенного этилового спирта крепостью 50о в нём происходят положительные качественные и количественные изменения. Находящийся на угле кислород действует окисляющим образом на высшие спирты, из которых состоят сивушные масла, превращая их в кислоты, сразу же переходящие в более устойчивые эфиры. Но большая часть примесей — до 92% сложных эфиров и 86% сивушных масел [27] задерживается на угле за счёт адсорбции на его чрезвычайно развитой пористой поверхности. На это указывает неприятный специфический запах, который исходит от проработавшего некоторое время угольного фильтра.
Поглотительная способность угля зависит от концентрации этилового спирта в водно-спиртовом растворе. С её уменьшением эффективность очистки углем значительно повышается. Поэтому перед пропусканием через угольный фильтр спирт разбавляют водой до крепости 45—50о.
Не менее важную роль играет и длительность контакта водно-спиртовой смеси с углем. Она имеет некоторый предел, после которого качество очистки начинает ухудшаться. Критическая длительность контакта зависит как от качества угля, так и от загрязнённости спирта примесями и в каждом конкретном случае устанавливается опытным путём.
В домашних условиях для очистки спирта лучше всего использовать угольный фильтр вместе со специальным кувшином из комплекта имеющихся в продаже бытовых фильтров для очистки водопроводной воды. Предварительно через фильтр нужно пропустить небольшое количество чистой воды — иначе из-за выделяющегося тепла (что указывает на хорошее качество угля) пластмассовый корпус фильтра может сильно разогреться, покоробиться и потерять герметичность. Практика показывает, что при использовании такого фильтра положительный эффект достигается после 2—3-х кратного пропускания через него 45о спирта.
Если используется самодельная угольная колонка, то после выработки ресурса и заметном ухудшении работы уголь в ней можно регенерировать. Для этого его высыпают из колонки и на 1,5 часа заливают водным раствором марганцовокислого калия, затем промывают в проточной воде, сушат и прокаливают на чистой сковороде с антипригарным покрытием. Можно просто прокалить уголь, но только не на противне в духовке с газовой горелкой, т.к. при большом количестве адсорбированных сивушных масел возможно их возгорание или взрыв.
Очищенная древесным углем водка обладает характерными присущими только ей «букетом» и послевкусием, которых и помине нет у разбавленного водой спирта-ректификата из пищевого сырья и, тем более у водного раствора синтетического спирта. Но виноградную водку, полученную описанным выше способом, не стоит чистить ни перманганатом калия, ни углем. Содержащийся в ней в незначительных количествах метиловый спирт легко устраняется щедрым отделением хвостовой фракции на первой перегонке и головной — на второй, а остальных примесей в ней меньше, чем в марочном коньяке.
108
Поглощение какого-либо вещества из газообразной среды или раствора поверхностным слоем (в данном случае) твёрдого тела. При адсорбции концентрация примеси в растворе уменьшается, а на поверхности твёрдого тела —
109
Для сравнения — размер самой большой в мире городской площади — Тяньаньмэнь в Пекине, на которой власти Китая на благо нации раз и навсегда разобрались со своими диссидентами, равен 440 тыс. кв. м. Такой поверхностью обладает примерно фунт (0,453 г) активного угля.