کربن اکتیو چیست ؟

کربن فعال، که به عنوان کربن اکتیو نیز شناخته می شود ، پودر یا دانه هایی سیاه رنگ می باشد. زغال فعال یا همان فعال نسبت به کربن دارای دو نوع افزودنی می باشد: یکی عناصر ترکیبی شیمیایی، عمدتاً اکسیژن و هیدروژن، این عناصر به دلیل کربن شدن ناقص ، در کربن باقی می مانند، یا در فرآیند فعال سازی، عناصر غیر کربنی خارجی به صورت شیمیایی با یکدیگر ترکیب می شوند. به عنوان مثال، هنگامی که توسط بخار آب فعال می شود، سطح زغال فعال توسط بخار آب اکسید می شود. نوع دیگری از مواد افزودنی خاکستر است که قسمت غیر آلی کربن فعال است؛ خاکستر به راحتی ایجاد می شود.

کربن فعال که آن را زغال فعال نیز می نامند ، یک جاذب صنعتی با کاربردهای وسیع است که از زغال چوب، پوسته میوه های مختلف و زغال سنگ مرغوب تولید شده و از روش های فیزیکی و شیمیایی برای خرد کردن، غربال کردن، فعال کردن کاتالیزور، شستشو و خشک کردن استفاده می کند.

مواد با یک سری فرآیندها مانند غربالگری پردازش و تولید می شود. از زمان ظهور کربن فعال در سال 1900، این کربن دو رویداد مهم را در فرآیند کاربرد خود تجربه کرده است: یکی در جنگ جهانی اول در دهه 1920 که از آن برای ساخت ماسک های گاز استفاده می شد و دیگری در دهه 1940، که صدها ماسک فعال شد.
کربن برای حذف بو در فرایندهای آب استفاده می شود. جذب کربن اکتیو از ساختار مولکولی منحصر به فرد آن نشات می گیرد.در داخل کربن فعال منافذ زیادی وجود دارد.اگر منافذ داخلی هر گرم کربن فعال باز شود می تواند به 500 تا 1700 متر مربع برسد.

کربن اکتیو طیف وسیعی از کاربردها مانند رنگ‌زدایی قند، ماسک‌های گاز نظامی، فیلتر سیگار، دستگاه‌های تصفیه هوا، تصفیه‌خانه‌های آب، تصفیه آب آشامیدنی، سم‌زدایی، درمان آلودگی عناصر رادیواکتیو، کاهش باقی‌مانده آفت‌کش‌ها و… را دارد. بهبود خواص خاک، کنترل فرمالدئید داخلی، تازه نگه داشتن سبزیجات و غیره از کاربرد های کربن در خاک می باشد .

انواع کربن فعال بر اساس ویژگی ها مختلف

با توجه به منابع مختلف مواد اولیه، روش‌های ساخت، شکل‌های ظاهری و کاربردها، کربن فعال انواع مختلفی دارد و تاکنون هیچ ماده آماری دقیقی وجود ندارد و حدود هزار نوع آن وجود دارد.

انواع زغال فعال بر اساس منبع مواد اولیه

• کربن فعال بر پایه چوب
• استخوان حیوانات
• مواد خام معدنی
• بر پایه پوسته نارگیل و پسته
• پوسته میوه ها
• کربن فعال بازسازی شده

انواع کربن اکتیو بر اساس شکل ظاهری

• کربن فعال پودری (PAC)
• گرانولی (GAC)
• اکسترود شده (EAC)
• کربن فعال استوانه ای
• کربن فعال مهره ای (BAC)

ویژگی ها و خواص کربن فعال

روش جذب کربن اکتیو روشی برای حذف یک یا چند ماده در آب با جذب سطح زغال فعال با استفاده از کربن فعال متخلخل است که اجسام حذف شامل مواد آلی محلول، مواد شوینده مصنوعی، میکروارگانیسم ها، ویروس ها و مقدار معینی از فلزات سنگین است. و می تواند هوا را بی رنگ، خوشبو و تصفیه کند.

خواص فیزیکی

کربن اکتیو، زغال سنگ سولفونه، زئولیت، کک و غیره همگی جاذب های رایجی هستند که برای تصفیه آب استفاده می شوند. ظرفیت جذب موثر منافذ کربن اکتیو به طور کلی 1-10000 نانومتر، شعاع منافذ کوچک زیر 2 نانومتر، شعاع منافذ انتقال عموماً 2-100 نانومتر و شعاع ماکرو منافذ 100-10000 نانومتر است. حجم منافذ کوچک به طور کلی 0.15 – 0.90 mL/g، مساحت منافذ انتقالی به طور کلی 0.02 – 0.10 mL/g ؛ حجم منافذ بزرگ به طور کلی 0.2 – 0.5 mL/g است.

کربن فعال یک ذره کربن بسیار ریز با سطح بزرگ است و حتی منافذ ریزتری در ذرات کربن وجود دارد. این نوع مویرگی دارای ظرفیت جذب قوی است و به دلیل سطح زیاد ذرات کربن می تواند به طور کامل با گاز (ناخالصی ها) تماس پیدا کند. هنگامی که این گازها (ناخالصی ها) به مویرگ می رسند و جذب می شوند، در تصفیه نقش دارند. تحقیق بر روی سطح کربن فعال بسیار مهم است، داده های تشخیص سطح ویژه کربن فعال تنها در صورتی می تواند درست و قابل اعتماد باشد که نتیجه با روش BET شناسایی شود. ابزارهای داخلی بسیاری وجود دارند که می توانند فقط با روش مقایسه مستقیم آزمایش شود. در حال حاضر، آزمون سطح ویژه در داخل و خارج از کشور، روش BET چند نقطه‌ای را به طور یکنواخت اتخاذ می‌کند. استانداردهای اندازه‌گیری سطح ویژه که در داخل و خارج از کشور توسعه یافته‌اند، همگی بر اساس روش آزمون BET هستند.

خواص شیمیایی

جذب کربن فعال فقط جذب فیزیکی نیست، بلکه جذب شیمیایی نیز می باشد. خواص جذب کربن اکتیو به ساختار منافذ و ترکیب شیمیایی بستگی دارد. کربن فعال نه تنها حاوی کربن است، بلکه حاوی مقدار کمی اکسیژن و هیدروژن است که از نظر شیمیایی دارای گروه‌های عاملی مانند کربونیل، کربوکسیل، فنل‌ها، لاکتون‌ها، کینون‌ها، اترها هستند. برخی از اکسیدها و کمپلکس‌های موجود در این سطوح از مواد خام و برخی از اثر هوا یا بخار آب در حین و پس از فعال‌سازی تولید می‌شوند. سولفیدها و کلریدهای سطحی نیز گاهی تشکیل می شوند. در حین فعال سازی، مواد معدنی موجود در مواد اولیه در کربن فعال متمرکز شده و به خاکستر تبدیل می شوند، اجزای اصلی خاکستر نمک های فلزات قلیایی و فلزات قلیایی خاکی مانند کربنات ها و فسفات ها هستند.

روش های فعال سازی کربن زغال فعال

زغال چوب، زغال سنگ پوسته، زغال سنگ و سایر مواد خام ، دانه بندی شده و سپس با بخار، دی اکسید کربن و گاز در دمای 1000 درجه سانتیگراد فعال می شوند.
مواد خام خشک شده با محلول کلرید آغشته می شوند، مخلوط می شوند، در دمای 500 ~ 700 درجه سانتیگراد گرم شده و فعال می شوند که به آن روش فعال سازی شیمیایی می گویند.
پس از اینکه قدرت جذب کربن اکتیو کم شد، می توان آن را بازسازی کرد. کربن فعال را در ظرفی قرار می دهند، تحت فشار معینی بخار می کنند و سپس در حضور مقدار مشخصی اکسیژن تا دمای 400 درجه سانتیگراد حرارت می دهند تا مواد جذب شده روی سطح حذف شوند.

کاربرد کربن اکتیو در تصفیه آب

جذب کربن اکتیو به طور گسترده در تصفیه فاضلاب شهری، تصفیه آب آشامیدنی و فاضلاب صنعتی استفاده می شود. از این جهت به آن کربن تصفیه آب نیز می گویند . کربن فعال گرانولی اغلب برای جذب مولکول ها استفاده می شود. کربن‌های فعال دانه‌ای مبتنی بر پوسته نارگیل عمدتاً ریز منافذ هستند که فقط برای حذف مولکول‌های کم مناسب هستند.

کربن‌های فعال دانه‌ای که توسط مواد شیمیایی فعال می‌شوند، بسیار متخلخل هستند، عمدتاً در محدوده ریز منافذ و مزوپور، با این حال، سطوح منافذ کربن‌های فعال فعال شده توسط بخار آب و کربن‌های فعال توسط مواد شیمیایی، آبگریز کمتری دارند و بار منفی‌تری دارند. کربن فعال گرانولار ، اکسترود شده و خرد شده را به عنوان مثال در نظر بگیرید: زغال اکتیو اکسترود شده مبتنی بر ذغال سنگ نارس را می توان به انواع مختلفی با توزیع اندازه منافذ مختلف تبدیل کرد. انواع مبتنی بر کربن فعال ریز متخلخل عمدتاً برای بازیافت طلا در کاربردهای فاز گاز استفاده می شود. هر دو نوع ریز متخلخل و مزوپور بیشتر در کاربردهای فاز مایع، مانند جذب ناخالصی‌های کوچک و ماکرومولکولی در تصفیه آب استفاده می‌شوند.

شاخص های اصلی عملکرد شیمیایی زغال فعال دانه ای عبارتند از: مقدار PH، خاکستر، رطوبت، نقطه اشتعال، سولفید، کلرید، سیانید، سولفات، محلول در اسید، محلول در الکل، محتوای آهن، محتوای روی، محتوای سرب، محتوای آرسنیک، کلسیم. و محتوای منیزیم، محتوای فلزات سنگین، فسفات و غیره. شاخص های اصلی عملکرد جذب زغال اکتیو عبارتند از: مقدار جذب متیلن بلو، مقدار جذب ید، مقدار جذب فنل، مقدار جذب تتراکلرید کربن، مقدار جذب سولفات کینین، ظرفیت گوگرد اشباع، ظرفیت گوگرد نفوذی، ظرفیت آب نافذ، زمان حفاظت، مقدار ABS و …

موارد استفاده از کربن فعال

1. تصفیه فاضلاب شهری

برخی از مواد آلی موجود در فاضلاب به سختی توسط میکروارگانیسم‌ها یا روش‌های اکسیداسیون عمومی تجزیه می‌شوند، مانند فنل، بنزن، نفت و فرآورده‌های آن، آفت‌کش‌ها، مواد شوینده، رنگ‌های مصنوعی، ترکیبات آمینی و بسیاری از مواد آلی مصنوعی که به‌صورت بیوشیمیایی تصفیه می‌شوند. برآورده کردن استانداردهای تخلیه در بدنه های آبی با نیاز به تخلیه بالا دشوار است و همچنین استفاده مجدد از فاضلاب را به طور جدی تحت تأثیر قرار می دهد. بنابراین تصفیه پیشرفته مورد نیاز است.
با توجه به ظرفیت جذب زیاد کربن فعال برای مواد آلی، به طور گسترده ای در تصفیه فاضلاب پیشرفته استفاده می شود.

2. کاربرد کربن فعال در تصفیه آب آشامیدنی

جذب کربن فعال بر اساس تصفیه آب معمولی ایجاد می شود و به طور کلی پس از فیلتراسیون شن و ماسه تنظیم می شود. در فرآیند تصفیه پیشرفته آب آشامیدنی با جذب کربن اکتیو، مشخص شد که تعداد زیادی میکروارگانیسم روی مواد فیلتر کربن اکتیو رشد می‌کنند که باعث بهبود کیفیت پساب و طولانی‌تر شدن بازسازی می‌شود.بنابراین یک بیولوژیکی اقتصادی و موثر کربن فعال برای حذف ریز آلاینده ها در آب ایجاد شده است که فرآیند آن آب خام – (افزودن منعقد کننده) – شفاف سازی – فیلتراسیون (افزودن ازن) و سپس با استفاده از جذب کربن فعال و در نهایت پساب است.

3. دیگر کاربرد های کربن اکتیو

• تصفیه هوا
• بو زدایی مبلمان
• بو زدایی خودروها
• پیش تصفیه آب نیروگاه
• پیش تصفیه بازیافت فاضلاب
• تصفیه فاضلاب سمی
• گوگرد زدایی بدون قلیایی پتروشیمی
• بازیافت حلال
• تصفیه گاز اگزوز خودرو و …
• کربن فعال درتصفیه عرق ها (عرقیجات گیاهی) نیز کاربرد دارد .

فیلتر کربن فعال

فیلتر پست کربن چیست؟ این فیلتر پست کربن فیلتری است که برای تمیز کردن آب آشامیدنی شما تا حد امکان استفاده می شود. نگرانی بسیاری از صاحبان خانه این است که آبی که از شیر آب می آید هنوز مملو از مواد شیمیایی و سموم مختلف است. کلر بیش از حد یک نگرانی رایج است و فلزات مختلف هنوز می توانند وجود داشته باشند. به همین دلیل است که گاهی اوقات می گوییم آب طعم «فلزی» دارد.

دو نوع فیلتر کربن فعال وجود دارد: فیلترهای پیش و پس از کربن. هر دو می توانند با هم کار کنند و تفاوت هایی بین این دو وجود دارد. هر دوی آنها از گرانول های کربن فعال برای تمیز کردن آب استفاده می کنند. آنها کلر، ترکیبات آلی فرار (VOC) را حذف می کنند و مزه ها و بوهای خنده دار را از آب حذف می کنند.