7 روش احیای کربن فعال که می تواند برای بازسازی کربن و استفاده مجدد مناسب باشد. کربن فعال با داشتن تخلخل و ظرفیت جذب بالا در بسیاری از صنایع به منظور حذف آلاینده ها استفاده می شود که به مرور زمان اشباع شده و ظرفیت جذب آن کاهش می یابد. برای احیا کربن فعال می توانیم از روش های مختلفی استفاده کنیم که در ادامه برخی از روش های مهم مورد بررسی قرار گرفته اند.

7 روش احیای کربن فعال

• روش احیا کربن فعال با حرارت
• روش احیا کربن اکتیو با بیولوژیکی
• روش احیا کربن فعال با اکسیداسیون مرطوب
• روش بازسازی کربن فعال با بازسازی حلال
• روش بازسازی کربن اکتیو الکتروشیمیایی
• روش احیا کربن اکتیو با اکسیداسیون مرطوب کاتالیزوری
• روش احیا کربن فعال با بخار

احیا کربن فعال یکی از موثرترین روش ها برای افزایش طول عمر کربن فعال است. این روش باعث صرفه جویی در هزینه ها و حفظ محیط زیست می شود.

احیا کربن فعال چیست؟

احیا کربن فعال به فرآیندی گفته می شود که در آن مواد جذب شده توسط کربن فعال بدون تخریب ساختاری در کربن اکتیو حذف می شوند.

تولید کربن فعال می تواند از مواد خام متفاوتی باشد ( کربن اکتیو بر پایه نارگیل ، کربن اکتیو پایه پوسته برنج و …)  و تحت تأثیر عوامل مختلف قرار گیرد از جمله اندازه ذرات در کربن فعال ، دما و سرعت گرمایش سنتز AC و روش های فعال سازی مختلف از جمله  فعال سازی فیزیکی، فعال سازی شیمیایی یا ترکیبی از هر دو باشد. در اصل کربن اکتیو با کیفیت و مرغوب وابسته به همه این عوامل است.

• روش احیا کربن فعال با استفاده از حرارت:

یکی از روش های بازسازی کربن فعال که در صنعت بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد روش حرارتی است. نحوه سوزاندن کربن فعال می تواند به صورت های مختلف باشد به روش های اکسید کننده با کسیژن و یا بخار که یکی از روش های حرارتی است.

مزایای اصلی این روش سادگی و کم هزینه بودن آن است. در روش احیا حرارتی حذف رطوبت در کربن فعال به وسیله حرارت و دمای بالا باعث می شود مواد آلی در کربن تجزیه شوند و کربن به حالت متخلخل برگردد.

در این روش با استفاده از یک عامل اکسید کننده برای اکسیداسیون بیشتر به همراه دمای بالا می توان سطح کربن فعال را افزایش داد و ظرفیت جذب آن را بیشتر کرد. در فرآیند خشک کردن که در دمای 600 درجه سانتی گراد اتفاق می افتد مواد فرار شامل آب، اکسیژن و … از کربن فعال حذف می شوند. به منظور  جلوگیری از اکسیداسیون کربن فعال، این فرآیند باید در خلاء یا اتمسفر بی اثر انجام شود.

توجه داشته باشید روش احیا کربن فعال با روش حرارتی معمولاً به انرژی زیادی نیاز دارد و می تواند هزینه های سرمایه گذاری را در یک کوره چند گانه افزایش دهد و باعث تلفات کربن زیاد شود. با این وجود این روش احیا کربن اکتیو بازدهی خوب و گسترده ای دارد. مهم ترین تجهیزات مورد استفاده برای این روش احیا می تواند کوره احیا کربن اکتیو الکتریکی و کوره احیا کربن فعال با سوخت گاز باشد هر دو این کوره ها از دمای بالا برای حذف آلاینده های کربن استفاده می کنند.

• روش احیا کربن اکتیو با فرآیند بیولوژیکی

در این روش از باکتری های خاص به منظور جداسازی و تجزیه مواد آلی جذب شده در کربن فعال و تبدیل آنها به مواد H2O و CO2 استفاده می شود که این فرایند را بازسازی بیولوژیکی کربن فعال می نامند.این روش بازسازی هم می تواند باعث صرفه جویی در هزینه ها شود و هم زباله های ناشی از کربن اکتیو را کاهش دهد.

در این روش به دلیل کوچک بودن منافذ کربن فعال باکتری ها نمی توانند به داخل منافذ راه پیدا کنند و فقط آنزیم ها می توانند به فضای خارجی مواد دسترسی داشته باشند که همین مساله می تواند باعث خود تخریبی و تجزیه آلاینده ها شود و کربن فعال را احیا کند. این روش بازسازی کربن اکتیو ساده با قابلیت اجرایی راحت است که سرمایه و هزینه کمی نیاز دارد. اما مدت زمان بازسازی کربن در این روش کند می باشد و تحت شرایط دما و کیفیت آب می تواند متغیر باشد.

• روش احیا کربن فعال با اکسیداسیون مرطوب

در روش فرایند اکسیداسیون مرطوب با استفاده از اکسیژن یا هوا (به منظور اکسید کردن و تجزیه مواد آلی) در دمای بازسازی 230 درجه سانتی گراد تحت زمان یک ساعت با فشار بالا و اکسیژن رسانی PO 20.6 مگاپاسکال با افزودن کربن 15 گرم و آب 300 میلی لیتر احیا انجام می شود. راندامان احیا در این شرایط چیزی حدود 5±45 درصد است و بعد از 5 دوره بازسازی راندمان فقط 3 درصد کاهش می یابد.

در مرحله آخر کربن اکتیو از راکتور خارج شده و شستشو داده می شود تا باقی مانده ذرات از آن جدا شوند. در این روش راندمان احیا کربن اکتیو با اکسید شدن جزئی کاهش می یابد و دلیل اصلی ان را می توان در وجود اکسیژن در جو بازسازی دانست.

• روش بازسازی کربن فعال با بازسازی حلال

در روش بازسازی حلال با استفاده از تغییر شرایط دما، مقدار pH حلال و سایر شرایط برای حذف مواد جذب شده در کربن می توان اقدام کرد. به بیان ساده تر با تغییر شرایط تعادل در جذب بین مواد حلال و مواد جذب شده می توان احیا کربن فعال را انجام داد که در این شرایط، دما و مقدار ph باعث تغییر در تعادل می شوند.

از مزایای این روش بازسازی مدت زمان کمتر با راندمان جذب بالاتر است. اما هزینه بازسازی این روش بالا و پیچیده است.این روش برای مواد جذبی برگشت پذیر مانند پساب‌های آلی با غلظت بالا و نقطه جوش پایین مناسب تر هستند. از طرفی مواد حلال فقط می توانند آلاینده های خاصی را حذف کنند این در حالی است که کربن فعال در تصفیه آب مواد آلاینده زیادی را جذب می کند به همین دلیل این روش برای حذف یک ماده خاص مورد استفاده قرار می گیرد.

• روش بازسازی کربن اکتیو الکتروشیمیایی

روش احیا کربن اکتیو با استفاده از فرایند الکتروشیمیایی به این صورت است که کربن فعال بین دو الکترود اصلی پر می شود و میدان الکتریکی DC به الکترولیت اضافه می گردد. به گونه ای که تحت اثر میدان الکتریکی یک سر آن آند و سر دیگر آن کاتد می شود در این زمان با استفاده از عمل اکسیداسیون و احیا الکتروشیمیایی، ماده آلی جذب شده در کربن فعال تجزیه می شود. از مزایای احیا الکتروشیمیایی کربن فعال بازسازی در زمان کمتر و راندمان بالاتر است. این روش به دلیل پایداری و حفظ محیط زیست نسبت به سایر روش های بازسازی بیشتر مورد توجه قرار گرفته است.

• روش احیا کربن اکتیو با اکسیداسیون مرطوب کاتالیزوری

روش احیا کربن اکتیو با اکسیداسیون مرطوب کاتالیزوری دارای راندمان کم و مصرف انرژی زیاد است. یکی از مهم ترین علت های بازدهی کمتر در این روش دما می باشد زیرا با افزایش دما، اکسیداسیون سطحی در کربن فعال نیز افزایش می یابد و همین امر بر روی راندمان و بازدهی تاثیر می گذارد.

• روش احیا کربن فعال با بخار

در روش احیا کربن اکتیو با استفاده از بخار، کربن فعال تحت شرایط دما و فشار خاصی قرار می گیرد و مواد آلی آن حذف می شوند. مراحل این روش به ترتیب عبارتند از: مرحله آماده سازی که در این مرحله کربن در یک محفظه قرار می گیرد و بعد از آن بخار آب با استفاده از حرارت و فشار باعث جداسازی مواد از سطح کربن می شوند. در مرحله بعدی لازم است مواد آلی جداشده از سیستم دفع شوند.

نکات مهم در انتخاب روش احیا کربن فعال

میزان مصرف کربن اکتیو در ایران و جهان به دلیل دستیابی به پساب تصفیه شده با کیفیت بهتر به منظور بازیابی مجدد و یا ایمن سازی در محیط زیست افزایش پیدا کرده است. همین مساله می تواند باعث تخریب محیط زیست و تولید زباله های کربن شود که بهترین روش احیا و بازسازی مجدد کربن فعال است. اما برای انتخاب بهترین روش بازسازی کربن اکتیو لازم است نکات مهمی را مد نظر داشته باشید که عبارتند از:

• میزان کربن فعالی که باید بازسازی شود. این مساله در زمانیکه از روش گرمادهی استفاده می کنید اهمیت بیشتری دارد.
• بررسی میزان تلفات کربن اکتیو در هر یک از روش ها
• مدت زمان حذف آلاینده ها از کربن اکتیو و بررسی کارایی و بازدهی آن
• بررسی هزینه های راه اندازی و نصب تجهیزات بازیابی کربن اکتیو، خرید مواد شیمیایی و روش های دیگر

در نظر گرفتن این پارامترها در همان ابتدا به شما کمک می کند بهترین انتخاب را برای بازیابی کربن اکتیو داشته باشید و از خطا و اشتباهات احتمالی دوری کنید. البته پیشنهاد می شود حتماً از یک متخصص در این زمینه بهره ببرید.

نتیجه گیری:

روش های مختلف زیادی برای بازسازی کربن فعال وجود دارد که از جمله روش احیا کربن فعال با حرارت روش احیا با بیولوژیکی روش احیا با اکسیداسیون مرطوب، روش بازسازی کربن فعال با بازسازی حلال، روش بازسازی با الکتروشیمیایی، روش احیا با اکسیداسیون مرطوب کاتالیزوری، روش احیا با بخار که هر کدام از این روش ها دارای معایب و مزایایی هستند و می توانند بر اساس نوع مواد آلی جذب شده  و موارد مصرف مناسب باشند. اگر کربن فعال در شرایط خاصی (آلودگی زیاد)  قرار بگیرد که دائماً نیاز به بازسازی داشته باشد بهتر است از روش های احیایی استفاده شود که نیازمند زمان کوتاه تر با راندمان بالاتر باشند.

منبع:kindle-tech.com