کربن فعال Activated carbon
کربن فعال (زغال فعال) – کربن فعال Activated carbon شکلی از کربن است که بر اثر عملیات پردازش، پوکی و سطح داخلی آن افزایش می‌یابد. این ترکیب به دلیل مساحت داخلی قابل توجه، ساختار پوک و منفذی، ظرفیت جذب بالا، قابلیت فعال سازی مجدد سطح و همچنین قیمت پائین در مقایسه با جاذب‌های غیرآلی مانند زئولیت، ماده‌ی منحصر به فردی می‌باشد. این ماده، در حقیقت شکل غیرگرافیتی کربن با فضاهای داخلی متخلخل و میکروکریستالی است.
کربن فعال به عنوان یک جاذب با ظرفیت جذب بالا و قیمت پائین، کاربردهای بسیار فراوانی را در فرآیندهای جذب از فاز مایع و یا فاز گاز یافته است. از جمله کاربردهای این ماده در جذب از فاز مایع می توان به رنگ‌بری از محلول شکر، تصفیه آب آشامیدنی، تصفیه پساب و در جذب از فاز گاز به استفاده در ماسک های گاز و سیستم های بازیافت حلال اشاره نمود. مواد اولیه مختلفی را می‌توان به عنوان ماده خام برای تولید این محصول بکار گرفت که از میان آنها مواد خام سلولزی نظیر چوب، پوست نارگیل، هسته میوهها و سایر ضایعات کشاورزی، مواد خام کربنی نظیر زغال سنگ، کک نفتی، قیر قطران زغال سنگ و مواد خام پلیمری شامل ضایعات انواع لاستیک‌ها و پلاستیک‌ها را می‌توان نام برد.
کربن فعال Activated carbon
کربن فعال از پیرولیز موادکربنی از قبیل چوب، زغال سنگ، هسته یا پوسته میوهها مانند پوسته نارگیل حاصل می‌گردد.
زمانی که زغال یا همان charcoal در دمای بالا و در محیط خلأ و بدون اکسیژن حرارت داده می‌شود، توسط گرمادهی با گاز اکسید کننده یا مواد شیمیایی دیگر فعال شده و به پودری سیاه رنگ تبدیل می‌شود که همان کربن خالص است. زغال به دست آمده در مراحل بعدی تحت عملیات فعال‌سازی قرار می‌گیرد. پیرولیز موادکربنی، بدون حضور هوا، باعث تخریب مولکول‌های غیرآلی می‌شود که یک ماده پودری کربنی از آن ایجاد خواهد شد. جسم تولید شده دارای سطح ویژه و تخلخل بالایی است.
در نتیجه فعال شدن این زغال، قابلیت‌های آن افزایش پیدا می‌کند و می‌تواند مواد گوناگونی را جذب کند. کاربرد مهم و قابل اهمیت آنها در جداسازی بو، رنگ، مزه‌های غیردلخواه از آب در عملیات‌های خانگی و صنعتی، بازیافت حلال، تصفیه هوا به‌ویژه در رستوران‌ها، صنایع غذائی و شیمیائی می‌باشد.
به دلیل از بین رفتن خاصیت تصفیه کنندگی زغال بعد از مدتی مشخص شما باید نسبت به تعویض فیلتر اقدام نمایید. چرا که دیگر زغال موجود در فیلتر دستگاه شما قابلیت تصفیه آب را نخواهد داشت.
فرآیندهای فعال سازی کربن
سه فرایند اصلی که برای فعال‌سازی کربن در نظر گرفته می‌شود عبارتند از:
- فعال‌سازی با بخار
- فعال‌سازی با دی اکسید کربن
- فعال‌سازی شیمیایی
در میان سه روش بالا فعال‌سازی با بخار بهترین گزینه به لحاظ زیست محیطی و اقتصادی است درحالی‌که فعال‌سازی شیمیایی بیشترین سطح و تخلخل را حاصل می‌کند.
خصوصیات کربن اکتیو
با توحه به تنوع مواد اولیه و روش‌های تولیدگوناگون، کربن اکتیوهای مختلفی تهیه می‌شود که برای انتخاب صحیح، توجه به خصوصیات آن مهم است.
سطح مخصوص:
با استفاده ازمعادله Brunauer – Emmet – Teller و نیز بهره‌گیری ازگاز نیتروژن، مساحت حفره‌ها در شبکه کربن فعال بدست می‌آید. هر چه مساحت این حفره‌ها بیشتر باشد، تعداد مکان‌های جذب بیشتر خواهد بود. کربن فعال‌های گوناگون دارای مقادیر سطح ویژه مختلف از۸۰۰ – ۲۵۰۰ m۲/gr می‌باشند.
تخلخل:
هر چقدر منافذ کربن اکتیو بیشتر باشد، کربن اکتیو فعال‌تر است. اندازه و شکل سوراخ‌های کربن اکتیو نیزدر پدیده جذب موثراست. قطر سوراخ‌های کربن اکتیو شامل منافذ ریز (قطر منافذ کمتر از ۲۰ A˚ ) منافذ متوسط ( قطر منافذ ۲۰-۵۰ A˚ ) و منافذ درشت ( قطر منافذ بزرگتر از ۵۰ A˚ ) می‌باشد. کربن اکتیو با منافذ ریز برای فاز گازی و با منافذ متوسط و درشت برای فاز مایع بکار می‌رود. منافذ درشت به عنوان ورودی، منافظ متوسط به عنوان مجاری انتقال و منافذ ریز به عنوان محل جذب عمل می‌کنند .
دانه بندی:
کربن فعال درسایزهای مختلفی تولید می‌شود. ذرات کوچک‌تر عملکرد بهتری دارند ولی باعث افت فشار می‌شوند. به همین علت، انتخاب با مقایسه بین کوچک‌ترین ذرات ممکن و کمترین افت فشار مجاز انجام می‌شود.
به طور کلی کربن اکتیو به صورت پودر،گرانول و اشکال خاص می‌باشد.
سختی:
سخت بودن کربن اکتیو مطلوب مشتری است.کربن‌های نرم به سادگی درحمل و نقل فرسوده می‌شوند. جریان طبیعی مایع و سیکل‌های پس زدن آن، سبب خرد شدن کربن اکتیو و در نتیجه باعث افت فشار در فیلتر و نیز صدمه به پمپ و تجهیزات می‌شود.
PH :
یکی از خصوصیات کربن فعال میزان PH آن می‌باشد. PH در پدیده جذب و نگهداری مواد جذب شده موثر می‌باشد.
وزن مخصوص:
این مشخصه بستگی به ماده اولیه دارد. در مواردی که به روش غوطه‌وری از کربن اکتیو استفاده می‌شود وزن مخصوص حائز اهمیت است. بهتر است در بعضی موارد قبل از استفاده، برای بالا بردن وزن مخصوص، کربن اکتیو خیس گردد.
Iodine Number:
عدد یدی بیانگر میزان تخلخل کربن فعال است که بوسیله جذب ید از محلول حاوی آن اندازه گیری می‌شود، و به صورت میلی‌گرم عنصر ید جذب شده به ازاء هر گرم از کربن فعال بیان می‌شود. با توجه به اندازه مولکول‌های ید می‌توان دریافت که، هر چه عدد یدی بالاتر باشد فعالیت کربن فعال بویژه در جذب مواد با وزن مولکول کمتر و با قطر کمتر از ۲۰ آنگستروم بیشتر می‌باشد.
البته برای انتخاب کربن اکتیو، فاکتورهای دیگری مانند توانائی جذب انتخابی، عدد یدی، رطوبت و … مهم است.
کاربردهای کربن فعال
کربن فعال بعنوان یک جاذب با ظرفیت جذب بالا و قیمت پایین، کاربردهای بسیار فراوانی یافته است. کاربرد مهم و قابل اهمیت آن عبارت است از:
- استخراج فلز (بازیافت طلا)
- تصفیه گاز (تصفیه هوا و گاز فشرده؛ حذف بخارات روغن، بو و دیگر هیدروکربن‌ها از هوا)
- زیست محیطی (تصفیه آب ( آب شرب، آب آکواریوم‌ها، آب‌های صنعتی) از نظر رنگ و بو و طعم؛ تصفیه هوا (استفاده در دستگاه‌هایی مثل تصفیه کننده های هوا، خوشبوکننده‌ها، تصفیه کننده‌های صنعتی )؛ اندازه گیری غلظت رادون در هوا)
- کشاورزی (آفت کش؛ افزودنی خوراک دام؛ جذب رنگدانه‌های رنگ قهوهای از کنسانتره انگور سفید)
- صنایع غذایی (رنگ‌بری از قند و شکر؛ بهسازی رنگ و طعم در نوشیدنی‌ها و آب میوهها)
- صنایع شیمیایی (جداسازی کربوهیدارت‌ها؛ استفاده در ماسکهای گاز؛ فیلترهای هوای فشرده)
- صنایع نفت، گاز و پتروشیمی ( جاذب؛ کاتالیست)
- کاربردهای پزشکی و دارویی:
کربن فعال برای درمان مسمومیت دارویی یا سموم خوراکی در ساعات اولیه پس از مصرف بکار می‌رود. قرص یا کپسول کربن فعال در بسیاری از کشورها به عنوان یک دارو برای درمان اسهال، سوء هاضمه و نفخ استفاده می‌شود.
- تهیه برخی از خمیردندان های سفید کننده دندان
- کم‌شدنِ گاز معده
- کاهش سطح کلسترول خون
- درمان سوء مصرف مواد مخدر
- تهیه برخی از محصولات زیبایی و آرایشی
فرایندهای فعال‌سازی کربن
سه فرایند اصلی برای فعال‌سازی کربن در نظر گرفته می‌شودکه عبارتند از:
- فعال‌سازی با بخار
- فعال‌سازی با دی‌اکسید کربن
- فعال‌سازی شیمیایی
