کربن فعال ، کربن اکتیو

استحصال طلا به روش سيانوراسيون(عوامل موثر در حلاليت طلا)
اردیبهشت ۲۳, ۱۳۹۸
پیش بینی تداوم روند صعودی شاخص تا آخر تابستان
اردیبهشت ۲۵, ۱۳۹۸

آذر ققنوس

زغال از مدت‌ها قبل به عنوان عامل حذف بو و طعم به کار رفته و اولین صافی ذغالی در ۱۹۱۰ توسط mager مورد استفاده قرار گرفت و در ۱۹۲۸ 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 به‌دلیل مساحت داخلی قابل توجه، ساختار پوک و منفذی، ظرفیت جذب بالا، قابلیت فعال‌سازی مجدد سطح و همچنین قیمت پائین در مقایسه با جاذب‌های غیرآلی مانند زئولیت یک ماده منحصربه‌فرد می‌باشد. کاربرد مهم و قابل اهمیت آنها در جداسازی بو، رنگ، مزه‌های غیردلخواه از آب در عملیات‌ خانگی و صنعتی، بازیافت حلال، تصفیه هوا به‌ویژه در رستوران‌ها، صنایع غذائی و شیمیائی می‌باشد.

زغال فعال از پیرولیز موادکربنی 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.

نحوه جذب کربن فعال

جذب در زغال فعال شده دارای ۳ 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 بوجود آمدن یک پیوند برگشت ناپذیر

این ۳ 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، آب‎های صنعتی)، از نظر رنگ و بو و طعم
  • رنگزدایی از قند و شکر
  • بازیافت طلا
  • به‌سازی رنگ و طعم در نوشیدنی‌ها و آب میوه‌ها
  • استفاده در دستگاه‌هایی مثل: تصفیه کننده‌های هوا، خوشبوکننده‌ها، تصفیه‌کننده‌های صنعتی و …
  • تولید زغال فعال شده
  • تولید دارو

کاربردهای کربن فعال در صنعت آب و فاضلاب

  • برای از بین بردن رنگ
  • حذف ترکیبات کلردار
  • حذف بو و مزه غیردلخواه 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 ی صنعتی امروز نیست. به عنوان مثال سطح زغال چوب پودر شده به طور قابل ملاحظه ای کمتر از کربن فعال است( ۲-۴ مترمربع برگرم در مقابل ۳۰۰-۱۰۰۰مترمربع 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 اکسترودر 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 ۴۰۰-۵۰۰ 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 ۸۰۰-۱۰۰۰ 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 هیدراتها، 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 ۱۰۰۰-۲۰۰۰ 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 ۸۵ 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 عملیت 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 ۱۰-۶۰ 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.

منبع: طراحی وراهبری جامع تاسیسات آب- دکتر ترابیان

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *