کربن اکتیو (پودر)250gr

کربن اکتیو ( زغال فعال ) چیست ؟

بسیاری از مواد مایع و گازها دارای مقادیری مواد ناخواسته و ناخالصی هستند.در برخی موارد این ناخالصی ها شامل میکروب ، باکتری ، مواد سمی و آلوده کننده های دیگر می باشند که باوجود درصد بسیار کم ، عملا شرایط نامطلوبی را ایجاد می کنند، بطوریکه  طعم ، بو ، رنگ  و خواص دیگر را تغییر می دهند. برای رسیدن به شرایط دلخواه  در این گو نه مایعات و گازها  بایستی ناخالصیها حذف شوند. یکی از بهترین روشهای حذف ناخالصیها  ، حذف آنها به شیوه جذب سطحی می باشد. حتی در بسیاری مواقع تنها شیوه موثر نیز می باشد.زغال فعال یک نوع جاذب قوی با  جذب سطحی فوق العاده می باشد و در هیچ حلال شناخته شده ای حل نمی شود و برجسته ترین مشخصه آن  حذف انتخابی آلاینده هاست و در برخی موارد برای بازیافت مواد نیز بکار می رود.میزان جدب زغال فعال به اندازه ساختار منافذ کربن و توزیع  اندازه منافذ و همچنین اندازه و  شکل مولکولهای آلاینده بستگی دارد.شکل مقابل پدیده جذب و ساختار درونی زغال فعال را نشان می دهد.بعد از پیرولیز حرارتی مواد  سلولزی گیاهی تحت عملیات فعال سازی با بخار آب  قرار گرفته  وکربن اکتیو بدست می آید.با توجه به تنوع مصرف و تنوع مواد اولیه  انواع زیادی با مشخصات خاص کربن فعال تولید می شود که هر کدام برای مصارف خاصی ساخته می شوند.

پدیده جذب در سطوح داخلی سوراخهای کربن اکتیو بدلیل وجود انرژی موازنه نشده ای است که بین اتمهای سطحی و اتمهای داخلی سطوح سوراخها وجود دارد ، می باشد. این انرژی به کمک جاذبه مولکولی واندروالس بر اثر شکسته شده پیوند C-C ایجاد شده است و سطح داخلی سوراخها برای موازنه انرژی مولکولهای ناخالصی را جذب می کنند.

خصوصیات کربن اکتیو

با توحه به تنوع مواد اولیه و روش های تولیدگوناگون ، کربن اکتیو های مختلفی تهیه می شود که برای انتخاب صحیح ،  توجه به خصوصیات آن مهم می باشد.از آنجائیکه کنترل کیفی محصول بسیار حائز اهمیت است ، شرکت شیمی پژوهان آزمایشهای لازم برای تعیین خواص کربن اکتیو را طبق استاندارد  ASTMانجام می دهد.

سطح مخصوص : با استفاده ازمعادله Brunauer – Emmet – Teller و نیز بهره گیری ازگاز نیتروژن ، مساحت حفره ها در شبکه کربن فعال بدست می آید. هر چه مساحت این حفره ها بیشتر باشد ، تعداد مکانهای جذب بیشتر خواهد بود. کربن فعال های گوناگون دارای مقادیر سطح ویژه مختلف از800 – 2500 m²/gr می باشند.

تخلخل : هرچقدر منافذ کربن اکتیو بیشتر باشد ، کربن اکتیو فعالتر است. اندازه و شکل سوراخهای کربن اکتیو نیزدر پدیده جذب موثراست. قطر سوراخهای کربن اکتیو شامل منافذ ریز ( قطر منافذ کمتر از 20 A˚ ) منافذ متوسط ( قطر منافذ 20-50 A˚ ) و منافذ درشت( قطر منافذ بزرگتر از 50 A˚ )  می باشد . کربن اکتیو با منافذ ریز برای فاز گازی و با منافذ متوسط و درشت برای فاز مایع بکار می رود.منافذ درشت بعنوان ورودی ،منافظ متوسط بعنوان مجاری انتقال و منافذ ریز بعنوان محل جذب عمل می کنند .

دانه بندی : کربن فعال درسایزهای مختلفی تولید می شود. ذرات کوچکتر عملکرد بهتری دارند ولی باعث افت فشار می شوند. به همین علت ، انتخاب با مقایسه بین کوچکترین ذرات ممکن و کمترین  افت فشار مجاز انجام می شود.

بطور کلی کربن اکتیو بصورت پودر ،گرانول و اشکال خاص می باشد.

سختی : سخت بودن کربن اکتیو مطلوب مشتری است.کربن های نرم به سادگی درحمل و نقل فرسوده می شوند. جریان طبیعی مایع و سیکلهای پس زدن آن ، سبب خرد شدن کربن اکتیو و در نتیجه باعث افت فشار در فیلتر و نیز صدمه به پمپ و تجهیزات می شود.

PH : یکی از خصوصیات کربن فعال میزان PH  آن می باشد. PH در پدیده جذب و نگهداری مواد جذب شده موثر می باشد. شرکت شیمی پژوهان  کربن اکتیو با PH    سفارشی نیز تولید می نماید.

وزن مخصوص :  این مشخصه بستگی به ماده اولیه دارد. در مواردی که به روش غوطه وری از کربن اکتیو استفاده می شود وزن مخصوص حائز اهمیت است. بهتر است در بعضی موارد قبل از استفاده ، برای بالا بردن وزن مخصوص ، کربن اکتیو خیس گردد.

Iodine Number  : عدد یدی بیانگر میزان تخلخل کربن فعال می باشد که بوسیله جذب ید از محلول حاوی آن اندازه گیری می شود، و بصورت میلی گرم عنصر ید جذب شده به ازاء هر گرم از کربن فعال بیان می شود. با توجه به اندازه مولکول های ید می توان دریافت که ، هر چه عدد یدی بالاتر باشد فعالیت کربن فعال بویژه در جذب مواد با وزن مولکول کمتر و با قطر کمتر از 20 آنگستروم بیشتر می باشد.

البته برای انتخاب کربن اکتیو ، فاکتورهای دیگری مانند توانائی جذب انتخابی ،عدد یدی، رطوبت و … مهم است.

زغال از مدت‌ها قبل به عنوان عامل حذف بو و طعم به کار رفته و اولین صافی ذغالی در 1910 توسط mager مورد استفاده قرار گرفت و در 1928 در شیکاگو برای حذف کلر باقیمانده آب آشامیدنی و در همان زمان در آلمان نیز برای حذف فنل آب رودخانه Rohn از زغال استفاده نمودند. نوع جدیدی از زغال به نام زغال فعال ( کربن فعال ) بعدها تهیه و به بازار عرضه شده که عملا جای زغال معمولی را گرفته است. این زغال اخیرا به دو صورت پودر و دانه‌ای در تصفیه آب مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کربن فعال (Activated carbon) به گروهی از مواد کربنی با پوکی و سطح داخلی بالا اطلاق می‌شود که به دلیل مساحت داخلی قابل توجه، ساختار پوک و منفذی، ظرفیت جذب بالا، قابلیت فعال‌سازی مجدد سطح و همچنین قیمت پایین در مقایسه با جاذب‌های غیر آلی مانند زئولیت یک ماده منحصربه‌فرد می‌باشد. کاربرد مهم و قابل اهمیت آنها در جداسازی بو، رنگ، مزه‌های غیر دلخواه از آب در عملیات خانگی و صنعتی، بازیافت حلال، تصفیه هوا به‌ویژه در رستوران‌ها، صنایع غذایی و شیمیائی می‌باشد.

کربن فعال

زغال فعال از پیرولیز مواد کربنی از قبیل چوب، زغال‌سنگ، هسته یا پوسته میوه‌ها مانند پوسته نارگیل حاصل می‌گردد و در مراحل بعدی تحت عملیات فعال‌سازی قرار می‌گیرد.

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.

کربن فعال

نحوه جذب کربن فعال

جذب در زغال فعال شده دارای 3 مرحله است:

1. تماس ذرات آلاینده محلول در مایع ( آب) با ذرات زغال فعال شده

2. پخش شدن ذرات آلاینده در شبکه متخلخل زغال فعال شده

3. جذب ذرات آلاینده به زغال فعال شده و به وجود آمدن یک پیوند برگشت ناپذیر

این 3 مرحله همزمان رخ می‌دهند.

انواع زغال فعال

• زغال فعال پودری (PAC)

• زغال فعال گرانولی(GAC)

• زغال فعال کروی

• کربن تزریق شده

• کربن روکش شده با پلیمرها

مصارف و کاربرد زغال فعال

زغال فعال دارای کاربردهای زیادی است، از جمله مصارف آن:

• تصفیه آب‌ها (آب شرب، آب آکواریوم‌ها، آب‎ها صنعتی)، از نظر رنگ و بو و طعم

• رنگ زدایی از قند و شکر

• بازیافت طلا

• به سازی رنگ و طعم در نوشیدنی‌ها و آب میوه‌ها

• استفاده در دستگاه‌هایی مثل: تصفیه کننده‌های هوا، خوشبو کننده ها، تصفیه کننده های صنعتی و …

• تولید زغال فعال شده

• تولید دارو

کاربردهای کربن فعال در صنعت آب و فاضلاب

• برای از بین بردن رنگ

• حذف ترکیبات کلر دار

• حذف بو و مزه غیر دلخواه از آب

• به عنوان پیش تصفیه‌ی RO

• تصفیه آب‌های معدنی

تولید کربن فعال

تهیه کربن فعال از مواد کربنی را اکتیواسیون گویند. و عبارت است از تهیه یک شکل کریستالی ریز از کربن فعال که مقدار بسیار زیادی تخلخل به شکل و اندازه های مختلف دارد. امروزه روش ساده پخت یا کربونیزه کردن مواد انجام می شود. ولی محصولات این روش جوابگوی احتیاجات جامعه صنعتی امروز نیست. به عنوان مثال سطح زغال چوب پودر شده به طور قابل ملاحظه ای کمتر از کربن فعال است( 2-4 مترمربع برگرم در مقابل 300-1000مترمربع برگرم کربن گرانولی).

روش های تهیه کربن فعال :

• روش حرارتی

• روش شیمیایی

روش حرارتی در تهیه کربن فعال :

در روش حرارتی ابتدا مواد خام خرد شده با یک ماده چسبی مخلوط شده، سپس این مخلوط توسط دستگاه اکسترو در یا دستگاههای مشابه به صورت دانه یا پلیت در می آید. قدم بعدی در این روش کربونیزه کردن است. کربونیزاسیون عبارت است از تشکیل زغال از مواد اولیه. کربونیزاسیون معمولا با گرم کردن در دمای 400-500 درجه سانتی گراد صورت می گیرد. و نتیجه آن دی هیدراسیون و جداسازی مواد فرار است. عمل تکمیلی در این روش، اکسیداسیون می باشد که برای بالا بردن سطح جداسازی و سطح ماده اولیه است. برای اکسیداسیون می توان از دمای بالا استفاده نمود که این فرآیند در دمای 800-1000 درجه سانتی گراد در حضور یک ماده اکسید کننده مناسب انجام می شود. لازم به ذکر هست که مراحل کربونیزاسیون و اکسیداسیون در کوره انجام می شود.

روش شیمیایی در تهیه کربن فعال :

در این روش ابتدا مواد خام با مواد شیمیایی که دارای اثرات دی هیدراسیون و اکسیدکنندگی هستند مخلوط می شوند. مرحله بعد کلسیناسیون است که در آن گرم کردن در دمای بالا باعث تجزیه هیدرات، کربناتها و دیگر ترکیبات شده و مواد خارج گشته و ساختمان کربن بی شکل می شود و یک ساختمان متخلخل با سطح زیاد ایجاد می شود.

کاربردهای مختلف کربن فعال:

• 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 و مستحکم 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 عملیات 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 حدود 10-60 دقیقه 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.

مطالعات انجام شده در ایالات متحده نشان دهنده این امر است که کربن فعال به صورت پودری یا دانه ای دارای قدرت جذب مواد آلی موجود در آب است. عوامل موثر روی کارایی آن 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.