10 نکته مهم برای انتخاب کربن اکتیو با کیفیت و مرغوب می تواند نقش مهمی برای سیستم و صنعت شما داشته باشد. هر چقدر کیفیت کربن اکتیو گرانولی بالاتر و بهتر باشد خروجی صنعت شما کیفیت بهتری خواهد داشت. از این رو بهتر است قبل از خرید کربن فعال گرانولی حتما باید به این نکات مهم توجه داشته باشید و با آگاهی آنها را انتخاب کنید.

فهرست مطالب

• سختی و سایش کربن اکتیو
• توجه به ویژگی های جذب
• بررسی چگالی ظاهری
• رطوبت کربن فعال
• محتوای خاکستر کربن اکتیو
• بررسی PH
• بررسی اندازه ذرات کربن اکتیو
• عدد یدی زغال فعال 
• میزان منافذ – حجم و قطر منافذ
• مساحت سطح

10 نکته مهم برای انتخاب کربن اکتیو با کیفیت و مرغوب

بررسی هر کدام از این نکات مهم به روشنی مشخص می کند آیا کربن فعال گرانولی برای صنعت مورد نیاز شما مناسب هست یا نه؟ برخی از این نکات مهم عبارتند از:

• سختی و سایش کربن اکتیو

توجه به پارامتر میزان سختی و سایش عدد سختی کربن فعال می تواند استقامت کربن اکتیو را مشخص کند. عدد سختی به عنوان یک  شاخص برای میزان یکپارچگی و میزان شکنندگی کربن اکتیو است. عدد سایش در واقع میزان استحکام ساختار کربن فعال گرانولی را مشخص می کند. بدین معنا که که در برابر نیروهای برشی ، مالشی چقدر می توانند مقاومت داشته باشند. این شاخصه به عنوان یک پارامتر مهم برای انتخاب کربن اکتیو با کیفیت و مرغوب اهمیت زیادی دارد زیرا در اغلب کاربردهای تصفیه آب نیاز به کربن های فعال با استقامت بالا است. کربن های فعال پایه پوسته نارگیل بالاترین درجه سختی را نسبت به سایر کربن های فعال دارند.

• توجه به ویژگی های جذب

ویژگی های جذب در واقع فرآیندی است که طی آن یک سطح جامد می تواند ملکول های سیال را نگه دارد و جذب کند. این اتفاق بر اثر نیروی واندروالس می افتد که باعث جاذبه بین ملکول ها می شود. در این نمونه کربن فعال به عنوان ماده جذاب بدون تغییر باقی می ماند. اما توجه داشته باشید در برخی مواقع جذب شیمیایی اتفاق می افتد. در چنین فرآیندی نیروی های قدرتمندی تری شکل می گیرند. در اصل میزان نیروی جذب به تعداد صفحات کربن در برابر ملکول های جاذب بستگی دارد.

نیروهای جذب در کربن فعال فقط زمانی قابل توجه هستند که میزان تخلخل (حفره ها ) موجود در ساختار کربن کمتر از چهار یا پنج لایه مولکولی باشد. توجه به ویژگی های جذب کربن فعال شامل پارامترهای مهمی همچون ظرفیت جذب، سرعت جذب و کارکرد کلی کربن اکتیو است. مد نظر داشته باشید سرعت جذب به عوامل مختلفی مانند میزان سطح کربن فعال، دما، فشار، و نوع مواد مورد جذب بستگی دارد. با توجه به کاربرد کربن فعال در صنایع مختلف مایع یا گاز این موضوع با بررسی عدد یدی، مساحت سطح و CTC سنجیده می شود و می تواند یک عامل تاثیر گذار برای انتخاب کربن اکتیو با کیفیت و مرغوب باشد.

ارزیابی با تتراکلرید کربن (CTC)

تتراکلرید کربن (CCL4) به عنوان یک ماده آلی به منظور اندازه گیری و ارزیابی میزان جذب در سطح کربن مورد استفاده قرار می گیرد. توجه داشته باشید این ماده در کربن اکتیو باقی مانده و شما با اندازه‌گیری مقدار تتراکلرید کربن باقی‌مانده در محلول و میزان مصرف شده، می‌توانید ظرفیت جذب کربن فعال را محاسبه کنید. امروزه به دلیل ممنوعیت تتراکلرید کربن، تست فعالیت بوتان (ASTM D5742) جایگزین فعالیت تتراکلرید کربن شده است.

• بررسی چگالی ظاهری

چگالی ظاهری یا چگالی حجمی از تقسیم وزن کل کربن فعال به حجم کل آن بدست می آید. معمولاً با واحد گرم بر سانتیمتر مکعب (g/cm³) یا کیلوگرم بر لیتر (kg/L) بیان می‌شود. این پارامتر مهم برای تشخیص میزان استفاده کربن فعال در یک فضای مشخص یا برای فرآیندهای تصفیه آب و هوا کمک کننده است.

• رطوبت کربن فعال

یکی دیگر از شاخص های انتخاب کربن اکتیو با کیفیت و مرغوب بررسی میزان رطوبت کربن فعال است. به صورت معمول کربن فعال را تا درجه 150 درجه سانتیگراد حرارت می دهند و بعد از آن وزن کربن اندازه گیری می شود. اما کربن اکتیو به دلیل ماهیت جذب بالا در طول حمل و نقل و نگهداری وزن آن افزایش می یابد. یک کربن فعال خوب و با کیفیت باید میزان رطوبتی در حدود 3-6٪ داشته باشد.

• محتوای خاکستر کربن اکتیو

خاکستر کل معیاری برای اندازه گیری درجه خلوص کربن فعال است. توجه داشته باشید  زمانی که کربن فعال تولید می شود مقداری مواد معدنی مانند سیلیس و آلومینیوم در مواد اولیه کربن تشکیل می شوند و به عنوان خاکستر در کربن فعال شناخته می شوند. این ماده می تواند بر اساس منبع اولیه کربن فعال متفاوت باشد. هر چقدر این میزان کمتر باشد کیفیت و مرغوبیت کربن اکتیو بالاتر است.

جدول میزان تقریبی خاکستر در کربن فعال

• بررسی PH

در بسیاری از کاربردهای تصفیه آب نیاز است مشخصه pH کربن فعال سنجیده شود که می تواند اسیدی یا بازی باشد.زیرا PH می تواند تاثیر مستقیمی بر روی فرآیند جذب در حالت مایع داشته باشد. در PH پایین سطح دارای بار مثبت می باشد از این رو، جذب کاتیون ها به دلیل، الکترواستاتیک، پایین خواهد بود. مقدار pH اغلب برای پیش بینی تغییرات و اندازه گیری آنها در طول فرآیند ها، بخصوص در کاربردهای مایع مهم است. کربن فعال پایه نارگیل معمولاً دارای pH با محدوده 9 الی 11 است.

• بررسی اندازه ذرات کربن اکتیو

 اندازه ذرات رابطه مستقیمی با سرعت جذب در کربن اکتیو دارد. اگر ذرات کربن اکتیو ریزتر باشند احتمال دسترسی به سطح و سرعت افزایش پیدا میکند. این مساله در سیستم های فاز بخار برای میزان افت فشار مهم است زیرا می تواند هزینه شما را تحت تاثیر قرار دهد. در بحث اندازه ذرات کربن فعال، توجه به توزیع دقیق اندازه ذرات می تواند عملکرد کربن را در کاربردهای مختلف افزایش دهد. به عنوان مثال استفاده از کربن فعال برای استخراج طلا اندازه ذرات باید در محدوده 3.35-1.4 میلی متر (0.1320.055 اینچ) باشد. زیرا کربن فعال با اندازه ذرات کمتر از 1 میلی متر برای شستشو مناسب نیستند.

برای کربن فعال گرانولی (GAC) اندازه ذرات به صورت غربالگری مشخص می شوند.  واحد این ذرات بر حسب میلی‌متر یا مش  بندی بیان می‌شوند. هر چقدر میزان مش بندی کربن فعال بیشتر باشد یعنی اندازه ذرات بزرگتر و هر چقدر میزان مش بندی کمتر باشد یعنی ذرات و حفره ها کوچک تر هستند. برای خرید کربن فعال باید به درجه مش بندی توجه ویژه ای داشته باشید.

• عدد یدی زغال فعال

عدد یدی در کربن اکتیو نشان دهنده سطح موجود بر حسب متر مربع بر گرم کربن خالص است. این شاخصه به عنوان یک پارامتر کنترل کیفیت (QC) در تولید و فعال سازی مجدد کربن فعال مورد استفاده قرار می گیرد. هر چقدر عدد یدی بیشتر باشد یعنی ظرفیت جذب کربن فعال نسبت به آلاینده ها و مواد آلی بیشتر است.

• میزان منافذ – حجم و قطر منافذ

منافذ زغال فعال حفره های بسیار کوچک با شکل هایی پرپیچ و خم به داخلی هستند که تخلخل زیادی دارند. این منافذ بر اساس درصد در محدود 0 تا 100 قرار می گیرند. زغال فعال با استفاده از شاخص هایی مانند مساحت سطح و حجم منافذ مشخص می‌شوند. آزمون هایی برای تخمین حجم منافذ وجود دارند که عبارتند از: آزمون (Stephen’s Stain Test) و آنالیز (Porosimetry) که هر کدام از این روش ها می تواند میزان تقریبی حجم منافذ زغال فعال را مشخص کند.

مقدار نیتروژن جذب شده در بالاترین فشار نسبی و حجم ریز منافذ از ایزوترم های جذب نیتروژن با استفاده از معادله دوبینین-رادوشکویچ محاسبه می شود.

جدول طبقه بندی زغال فعال بر اساس منافذ

• مساحت سطح

مساحت سطح کربن‌های فعال معمولاً با استفاده از روش BrunauerEmmett-Teller (BET) اندازه‌گیری می‌شود که از جذب نیتروژن در فشارهای مختلف در دمای نیتروژن مایع استفاده می‌کند. واحد مساحت AC m2/g می باشد.

برای تخمین مساحت سطح کربن فعال، می‌توان از روش‌های مختلف آزمایشگاهی و نیز مدل‌سازی‌های ریاضی استفاده کرد. چند روش معمول برای تخمین مساحت سطح کربن فعال عبارتند از:

• آنالیز از طریق آزمون‌های جذب BET (Brunauer–Emmett–Teller) که بر اساس داده‌های جذب گازها، به تخمین مساحت سطح کربن فعال پردازش می شود.
• آنالیز از طریق میکروسکوپی الکترونی روبشی (SEM): این روش با استفاده از تصاویر با بزرگنمایی بالا از سطح کربن فعال، می‌تواند مساحت سطح را تخمین بزند.
• آنالیز از طریق آزمون‌های آنالیز سطح (Surface Analysis): این شامل روش‌هایی مانند XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) و AES (Auger Electron Spectroscopy) است که می‌توانند محتوای عناصر مختلف و مساحت سطح را ارزیابی کنند.
• استفاده از مدل‌سازی ریاضی: از مدل‌های ریاضی مانند مدل BET برای تخمین مساحت سطح کربن فعال استفاده می‌شود که بر اساس داده‌های جذب گازها و تعیین ظرفیت‌های جذب، مساحت سطح محاسبه می شود.

منبع: chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://nitsri.ac.in/Department/Chemical%20Engineering/BRTL11.pdf