کربن اکتیو گرانولی و پودری
- مقدمه
کربن فعال (زغال فعال) – کربن اکتیو یا کربن بلک (Activated Carbon) که از پوسته نارگیل ،زغال سنگ ،چوب سخت و نرم تهیه می شود ،شکلی از کربن است که بر اثر عملیات پردازش، پوکی و سطح داخلی آن افزایش می یابد. 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 جاذب های غیرآلی مانند زئولیت، ماده ی منحصر به فردی می باشد. این ماده، در حقیقت شکل غیرگرافیتی کربن با فضاهای داخلی متخلخل و میکروکریستالی است.
کربن فعال بعنوان 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 ،جذب فلزات سنگین و آلاینده های خطرناک ، و در جذب از فاز گاز به استفاده در ماسک های گاز و سیستم های بازیافت حلال اشاره نمود.
- کاربردهای مختلف کربن فعال:
به مرور زمان و استفاده از زغال فعال شده , سطح آن از مواد آلاینده اشباع می شود. زغال فعال شده یک محصول گران است و در عین حال میتواند در چرخه بازیافت قرار گیرد و مجددا مورد استفاده قرار گیرد. بازیافت زغال فعال شده , هزینه کمی نسبت به تولید اولیه دارد و دارای قیمت ارزانتری نیز می باشد.
- مصرف در فاز گاز که کربن در این حالت سخت و گرانول است.
- مصرف در فاز مایع که در این حالت کربن به صورت پودر نرم و سبک است.
- کاربرد کربن فعال در فاز گاز
در این حالت از کربن فعال که دارای سطحی بین 1000-2000 مترمربع بر گرم است استفاده می شود. کربن فعال ساخته شده برای آن منظور دارای ذرات بزرگتر و متراکم ومستحکم تری است. خواص مطلوب در جاذب های خوب گازی شامل ظرفیت بالای جذب در واحد حجم، ظرفیت نگهداری بالا، جذب بالاتر حجمی گازها در مجاورت رطوبت، استحکام بالا و رهاسازی مواد جذب شده با افزایش دما و کاهش فشار است.
- کاربرد کربن فعال در فاز مایع
حدود 85 درصد کربن فعال تولیدی برای مصارف فاز مایع به شکل پودری می باشد. موارد اصلی استفاده از کربن فعال پودری عبارت است از :
- جداسازی رنگ، بو، مزه و دیگر ناخالصی ها از محلول
- بازیافت ماده خاصی از یک محلول
عملیات فاز مایع توسط کربن فعال پودری به صورت منقطع صورت می گیرد. محلولی که باید مورد استفاده قرار گیرد معمولا با مقدار محاسبه شده ای از کربن فعال مخلوط گردیده و در صورت لزوم برای کاهش ویسکوزیته به آن مقداری حرارت داده و به هم زده می شود. پس از تکمیل این عملیات توسط ته نشینی یا فیلتراسیون کربن را از محلول جدا می کنند. استفاده از کربن فعال پودری رو به کاهش است به این دلیل که کربن فعال دانه ای دارای مزایایی مانند راحتی حمل و نقل و سهولت در فیلتراسیون است.
یک گرم کربن فعال می تواند مساحت سطحی بیش از m2 500 داشته باشد که این عدد میتواند به m2 1500هم برسد. با استفاده از میکروسکوپ الکترونی، ساختارهای با سطح بالای کربن های فعال قابل مشاهده هستند.
از نظر فیزیکی، کربن فعال از طریق نیروهای واندروالس یا نیروهای پراکندگی لاندن به سایر مواد متصل می شود. این ترکیب با الکل ها، دی اُل ها، اسیدها و بازهای قوی، فلزات و اکثر ترکیبات معدنی مثل لیتیم، سدیم، آهن، سرب، آرسنیک، فلوئور و بوریک اسید پیوندهای خوبی ایجاد نمی کند؛ اما یُد (I2) را خیلی خوب جذب می کند. به همین منظور برای تعیین مساحت سطح کربن فعال از ظرفیت یدی استفاده میشود.
- نحوه عملکرد کربن فعال
زغال فعال شده مواد ارگانیک را از محیط اطرافش جذب می‌کند، که عمل انتقال آلاینده از فاز مایع (آب) به فاز جامد (کربن) صورت می‌گیرد. نیروی جاذبه‌ای باعث تشکیل یک پیوند بین آلاینده و کربن و چسبیدن آن‌ها به هم میشود. علاوه بر این باکتری‌هایی به سطح خارجی زغال فعال شده می‌چسبند و بخشی از آلاینده‌ها را جذب و مصرف می‌کنند. جذب منجر به پخش یک گاز یا ترکیب در شبکه متخلخل زغال فعال شده می‌گردد، جایی که یک واکنش شیمیایی یا یک ثبات فیزیکی روی می‌دهد. به عنوان مثال ازن (O3)در قسمتی که جذب میشود، قسمتی از زغال فعال شده را اکسید می‌کند، و O3 به O2 تبدیل میشود و ازن در ساختار کربن اندوخته و گردآوری نمی‌شود.
- انواع کربن فعال
- کربن فعال پودری (PAC)
- کربن فعال گرانولی(GAC)
- کربن فعال کروی
- کربن تزریق شده
- کربن روکش شده با پلیمرها
- عوامل موثر روی کارایی کربن فعال
این عوامل به غلظت کربن فعال، زمان تماس، محل تزریق، نحوه اختلاط و کیفیت آلاینده ها بستگی دارد. بطوریکه لازم است در هر شرایطی به کمک آزمایشات در مقیاس نیمه صنعتی تصمیم گیری نمود در غیر این صورت یا میزان کربن فعال بیشتر از حد لازم به کار می رود که بار مالی اضافی به تصفیه خانه تحمیل می کند یا غلظت آلاینده باقی مانده در حد خطرناکی خواهد بود بطوریکه آفت کش ها و علف کش ها، ترکیبات آروماتیک و حلال های آروماتیک توسط کربن فعال جذب شده و از جریان آب تصفیه خانه خارج می شود.