کربن فعال چیست؟

کربن‌ فعال دسته‌ای از کربن‌ھا است که تحت فرآيند خاصی توليد می‌گردند، حجم کمی از اين کربن‌ھا دارای سطح زياد و ھمچنين توانايی جذب سطحی يا واکنش شيميايی بالائی ھستند. با توجه به اينکه دارای حفرات خيلی ريزی ھستند با محاسباتی که از طريق جذب سطحی گاز صورت گرفته است يک گرم از آنها دارای سطحی در حدود 3000 متر مربع می‌تواند باشد. عمليات شيميايی بر روی کربن فعال می‌تواند باعث افزايش خواص جذب گردد. کربن فعال معمولاً از ذغال بدست می‌آيد و زمانی که از ذغال استخراج شود آن را ذغال فعال می‌نامند.کک فعال نيز از کک تھيه می‌شود.

کاربردهای کربن فعال

کربن فعال دارای موارد استفاده زيادی است که به تعدادی از آنھا می‌توان اشاره نمود:

• ذخيره متان و ھيدروژن
• خالص سازی ھوا
• بازيافت حلال
• استخراج کافئين
• استفاده در ماسک‌ھای تنفسی
• استفاده در فيلتر کمپرسور ھوا
• تھيه کلريد ھيدروژن
• خالص سازی طلا
• استخراج فلزات
• تصفيه آب
• حوزه‌ھای پزشکی
• تصفيه فاضلاب
• سفيد کردن دندان‌ھا

کاربرد در صنعت

يکی از کاربردھای کربن فعال خالص سازی محلول آبکاری می‌باشد، به عنوان مثال از بين بردن ناخالصی‌ھای ارگانيک برای خالص سازی محلول نيکل جھت آبکاری

کاربرد در صنايع داروئی

جھت درمان مسموميت و عوارض ناشی از مصرف بيش از حد دارو در سيستم گوارشی انسان استفاده می‌گردد.

کاربرد در آزمايشگاه شيمی

ترکيب کربن فعال و سيليت (نوعی خاک) به نسبت 50 درصد وزنی در کروماتوگرافی فشار پايين کربوھيدرات‌ھا استفاده می‌شود.

کاربرد در محيط زيست

کربن‌ھای فعال کاربرد وسيعی در زدايش آلاينده‌ھا از جريان ھوا و آب‌ھا در محيط زيست دارند. مثل خارج کردن ترکيبات سبک آلی از نقاشی و رنگ کاری، آب‌ھای سطحی، آب آشاميدنی، ھوا.

کاربرد در دامداری و کشاورزی

کربن فعال در شکل ارگانيک آن در مکمل‌ھای خوراک دام استفاده می‌شود.

تقطير نوشابه‌ھا

استفاده به عنوان فيلتر برای نوشيدنی‌ھا جھت از بين بردن ناخالصی‌ھای ارگانيکی که می‌تواند ايجاد بو و مزه و رنگ نامطلوب داشته باشد.

پاکسازی جيوه

ترکيب کربن فعال با گوگرد و يد در بسياری از نقاط مثل گازھای خروجی از نيروگاه‌ھای با سوخت ذغال سنگ، زباله سوز پسماندھای پزشکی، گازھای طبيعی سرچاھی جھت جذب جيوه مخلوط در سيال خروجی از اين نقااط استفاده می‌گردد.

منابع و فرآيند ساخت کربن فعال

کربن فعال از منابع مختلفی مثل: پوست و الياف نارگيل، چوب، ذغال سنگ، ذغال چوب و پسماندھای نفت که دارای کربن ھستند تھيه می‌گردد. ھمچنين دو نوع فرآيند برای ساخت وجود دارد:

• فرآيند فيزيکی
• فرآيند شيميايی

طبقه بندی کربن‌ھای فعال

• پودری (RI)

ذراتی با ابعاد کمتر از 1mm با قطر متوسط بین 0.15–0.25mm ھستند با فاصله توزيعی کوچک که سطح بزرگی نسبت به حجم را دارا می‌باشند.

• گرانول(GAC)

اين مدل کربن فعال بزرگ‌تر از مدل پودری ھستند و جھت جذب سطحی سيالات گازی مناسب ھستند و بيشتر جھت پيش تصقيه آب استفاده می‌گردند. سايزھای استفاده شونده برای گازها 4×10، 4×8، 4×6 سایزهای استفاده شونده در مایعات 8×30، 20×40، 8×20 هستند.

• اکسترود شده (EAC)

جهت ساخت این مدل پودر کربن فعال را به ھمراه يک منعقد کننده از دستگاه اکسترود کننده عبور می‌دھند و به صورت استوانه‌ای با ابعاد 0.8 mm تا 130 mm شکل دهی می‌کنند اين مدل به جھت افت فشار کم، مقاومت مکانيکی بالا، ايجاد ذرات غبارآلود کننده کم، بيشتر برای فاز گازی کاربرد دارند.

• بستر (BAC)

از قير يا پسماندھای نفتی ساخته می‌شود شبيه به مدل اکسترود شده است با اين تفاوت که اندازه اين مدل ازمدل اکسترود شده کوچک‌تر است. اندازه اين مدل 0.35mm تا 0.8mm است.

• آغشته شده

کربن‌های حفره داری هستند که توسط مواد غیر ارگانیکی مثل ید، نقره، کاتیون‌هایی مثل Ca، Zn، Li، Mn و Al القاح می‌شوند و برای پاکسازی هوا در موزه‌ها و گالری‌ها کاربرد دارند. همچنین برای جذب سولفید هیدورژن و تیول‌ها استفاده می‌گردند.

• پوشش داده شده

اين مدل از شکل دھی يک پوشش ازجنس پليمر زيست سازگار روی کربن برای ايجاد يک سطح ھموار و نفوذ پذير، بدون گرفتگی حفرات تھيه می‌گردد، که جھت فيلتراسيون خون استفاده می‌شود.

• بافته شده

دراين مدل توسط تکنولوژی خاصی کربن به صورت پارچه بافته می‌شود. دارای سطح مخصوص 500 الی 1500 مترمربع به ازای ھر گرم است. حجم حفرات نيز 0.3 تا 0.8 سانتیمترمربع به ازای ھر گرم است.

پارامترهای مؤثر در قدرت عمل کربن اکتیو

• عدد يدی

عدد يدی معيارری است برای بررسی ميزان جذب و ھمچنين فعال بودن کربن فعال، بالا بودن اين عدد به معنی بالا بودن قابليت جذب است. اغلب با واحد ميلی گرم بر گرم سنجش صورت می‌گيرد.کربن‌ھای پيش تصفيه آب دارای عدد يدی با رنج 600 تا 1100 ھستند.

• عدد مولاسس

برخی از کربن‌ھا تمايل بالايی برای جذب مولکول‌ھای بزرگ دارند. عدد مولاسس يا راندمان مولاسس معياری است از ظرفيت حفرات متوسط در کربن فعال (بزرگ‌تر از 20 آنگستروم) جھت جذب مولاسس از محلول. عدد مولاسس زياد نمايانگر جذب بالای مولکول‌ھای بزرگ است (بين 95 تا 600).

• تانن

تانن‌ھا متشکل از مولکول‌ھای متوسط و بزرگ ھستند. کربن‌ھایی که دارای حفرات متوسط و بزرگ ھستند قابليت جذب تانن‌ھا را دارند. توانایی جذب تانن توسط يک کربن با واحد ppm گزارش می‌گردد. بازه این غلظت از 200 ppm تا 362 ppm است.

• متيلن آبی

برخی از کربن‌ها دارای حفرات متوسط (بين 20 تا 50 آنگستروم) ھستند که می‌توانند با ساختاری که دارند مولکول‌ھای سايز متوسط متيلن آبی را جذب کنند. جذب اين ماده با واحد gr/100gr گزارش می‌شود. بازه این تغییرات آن بین 11 تا 28 است.

• دانسيته ظاھر

دانسيته ساختار کربن‌ھای فعال بين 2000 تا 2100 کيلوگرم به ازای ھر متر مکعب است. اما با در نظر گرفتن فضای خالی بين ذرات که ھوا در آن وجود دارد دانسيته کمتر می‌شود و به مقداری بين 400 تا 500 کيلوگرم به ازای ھر متر مکعب می‌رسد. بالا بوده دانسيته نشان دھنده ميزان فعال بودن و کيفيت بھتر کربن است.

• عدد سختی

اين عدد معياری است برای بررسی ميزان مقاومت در برابر سايش و اصطکاک.

• ميزان خاکستر

وجود خاکستر باعث کاھش فعاليت و ھمچنين کاھش راندمان جھت فعال کردن مجدد کربن می‌شود. ومقدار خاکستر

منحصراً وابسته به مواد اوليه ساخت کربن می‌باشد.

• فعاليت تترا کلريد کربن

ميزان تخلخل کربن فعال توسط جذب بخار تترا کلريد کربن اشباع سنجيده می‌شود. اندازه ذرات توزيع شده اندازه خوب و مناسب ذرات در يک بستر کربن می‌تواند باعث سرعت بھتر جذب و واکنش گردد. به عنوان مثال جھت جذب مواد طبيعی مثل: طلا اندازه ذرات بايستی بين 1.4 تا 3.35 ميليمتر باشد.

• کلر زدائی

برخی از کربن‌ھا به وسيله طول نيمه عمر کلر زدائی ارزيابی می‌گردند. کمترين مقدار کربن مورد نياز جھت زدايش کلر از جريانی با غلظت 5 ppm و 3.5 ppm  طول حجم نیمه کلر زدائی گفته می‌شود. طول حجم نيمه کمتر نشان دھنده کارائی بيشتر کربن است.

احيا کردن کربن فعال غير فعال شده

1. خشک کردن جاذب در دمای تقريبی 105 درجه سانتیگراد
2. دفع و تجزيه در محيط خنثی و دمای بين 500 الی 900 درجه سانتیگراد
3. تبديل کردن مواد ارگانيک باقی مانده به گاز توسط يک گاز غير اکسيد کننده (بخار يا دی اکسيد کربن) در محدوده دمایی 800 درجه سانتیگراد

احيا مجدد توسط عمليات دمائی به دليل استفاده از دمای بالا مصرف انرژی زيادی را در برمی‌گيرد. ھمچنين بين 5 الی 15 درصد از ظرفيت جذب کربن از بين می‌رود.

فنون ديگر جھت احيا کردن

• احيا توسط محلول شيميائی
• احيای ميکروبی
• احيا الکترو شيميائی
• احيا اولتراسونيک
• اکسيد کردن با ھوای مرطوب

سوالات متداول