شیمی در تمام زمینه های زندگی روزمره ما وجود دارد و مواد شیمیایی در همه جا یافت می شوند. در بسیاری از این فرآیندهای شیمیایی، کربن فعال می تواند در بسیتر از موارد از جمله دستیابی به بازیابی مواد با ارزش، تمیز کردن فاضلاب و هوا مورد استفاده قرار گیرد و در به حداقل رساندن تأثیر بر محیط زیست کمک کند.
کربن یا زغال چوب فعال عنصر متخلخلی است که ترکیبات، عمدتاً آلی، موجود در گاز یا مایع را به دام می‌اندازد. این کار را به قدری مؤثر انجام می دهد که پرکاربردترین عامل تصفیه کننده توسط انسان است. به خواندن این مطلب ادامه دهید تا از نحوه عملکرد کربن اکتیو و کاربردهای اصلی آن مطلع شوید.
کربن اکتیو چیست؟
کربن فعال یک محیط جذبی کربن دار و بسیار متخلخل است که ساختار پیچیده ای دارد که عمدتاً از اتم های کربن تشکیل شده است. شبکه های منافذ موجود در کربن های فعال کانال هایی هستند که در اسکلت سختی از لایه های بی‌نظم اتم های کربن ایجاد می‌شوند، که توسط پیوندهای شیمیایی به هم متصل شده‌اند، به طور ناهموار روی هم چیده شده و ساختار بسیار متخلخلی از گوشه‌ها و شکاف‌ها را بین لایه‌های کربن ایجاد می‌کنند.
کربن اکتیو از پوسته نارگیل، ذغال سنگ نارس، چوب سخت و نرم، زغال سنگ، زغال سنگ قیر، چاله های زیتون و مواد مختلف کربن دار تولید می شوند. کربن فعال یک محیط جذب است، وظیفه آن جذب مولکول های آلی در منافذ ریز آن است. این ماده توسط فرآیندهای حرارتی یا شیمیایی فعال می شود تا ظرفیت جذب خود را افزایش دهد (برای ایجاد منافذ). جذب فرآیندی است که در آن از یک جامد برای حذف یک ماده محلول از آب استفاده می شود.
در این فرآیند کربن فعال ماده جامد است که به طور خاص تولید می شود تا به یک سطح داخلی بسیار بزرگ (بین 500 – 1500 متر مربع / گرم) دست یابد. این سطح داخلی بزرگ، کربن اکتیو را برای جذب ایده آل می کند. این ماده معمولا در دو نوع موجود است: پودری (PAC) و دانه ای (GAC) و کاربردهای فراوانی دارد از جمله:
تصفیه آب
کربن آفت‌کش ها، گریس و روغن، مواد شوینده، محصولات جانبی ضدعفونی کننده، سموم، ترکیبات رنگ ساز، ترکیبات ناشی از تجزیه جلبک‌ها و گیاهان یا متابولیسم حیوانات را حفظ می‌کند.
بو زدایی و تصفیه هوا
به عنوان مثال: در ماسک‌های کارتریجی، سیستم های گردش هوا در فضاهای عمومی، دریچه های تخلیه و تصفیه خانه‌های آب، غرفه های کاربرد رنگ، فضاهایی که حلال‌های آلی را ذخیره یا اعمال می‌کنند.
درمان افراد مبتلا به مسمومیت حاد
زغال چوب فعال “جهانی ترین پادزهر” در نظر گرفته می شود و در اورژانس ها و بیمارستان ها استفاده می شود.
تصفیه شکر
زغال چوب پروتئین هایی را که به آب رنگ می دهند، حفظ می کند. هدف اساسی این فرآیند جلوگیری از تخمیر و فاسد شدن شکر است.
بازیابی طلا
طلایی که با فرآیندهای شناورسازی از مواد معدنی جدا نمی شود، در سیانید سدیم حل شده و روی کربن فعال جذب می شود.
انواع کربن اکتیو
کربن اکتیو را می توان به صورت تجاری به صورت گرانولی، میله ای و پودری تولید کرد. اندازه های مختلف برای کاربردهای مختلف تعریف شده است. به عنوان مثال، در تصفیه هوا یا گاز، محدودیت جریان وارداتی است و بنابراین از ذرات درشت برای به حداقل رساندن افت فشار استفاده می شود. در تصفیه مایع، جایی که فرآیند حذف کندتر است، از ذرات ریزتر برای بهبود سرعت یا سینتیک فرآیند تصفیه استفاده می گردد.
- کربن اکتیو گرانولی در بسترهای فیلتر ثابت، با عبور هوا، گاز یا مایع با زمان (یا تماس) مشخص از آن استفاده می‌شود. در طی این تماس، مواد آلی ناخواسته حذف شده و پساب تصفیه می شود. این ماده در کیک، بستنی، ماسک صورت، خمیر دتدان و موارد دیگر کاربرد دارد. تبدیل ضایعات پلاستیک به گرانول یکی از مزیت ها به حساب می آید برای اطلاع بیشتر بخوانید.
- کربن اکتیو میله ای در فرایندهای فاز گازی به علت فعالیت و سطح ویژه بالا کاربردی است. این کربن فعال از زغال چوب، پوسته نارگیل، بامبو و زغال سنگ تهیه شده و جذب بسیار بالایی دارد.
- کربن فعال پودری (PAC) برای تصفیه آب آشامیدنی استفاده می شود، با افزودن مقدار مورد نیاز به طور مستقیم به آب و سپس جداسازی مواد انعقادی حاصل (و همچنین سایر مواد جامد) قبل از ارسال آب تصفیه شده به شبکه. تماس با مواد آلی موجود باعث جذب آن ها و تصفیه آب می گردد.
نوعی کربن فعال وجود دارد به نام کربن اکتیو خوراکی که یکی از مهم ترین موادی است که در صنایع تصفیه و جداسازی ناخالصی های گازها و مایعات مورد استفاده قرار می گیرد. این ماده از نوع میله ای و استوانه ای موجود می باشد و نقش بسزایی در حذف ناخالصی های گلاب تولید شده در دستگاه های گلابگیری دارد. همچنین در ازبین بردن رنگ، مزه و بوی بد در مواد خوراکی کمک می کند و در تهیه ماسک کاربرد دارد.
ساخت کربن اکتیو
دو روش مختلف برای ساخت کربن فعال وجود دارد (روش فعال سازی با بخار و روش شیمیایی). فعال سازی با بخار پرکاربردترین فرآیند است زیرا عموماً برای فعال کردن کربن های پوسته نارگیل و زغال سنگ استفاده می شود و فعال سازی شیمیایی به طور کلی برای تولید کربن اکتیو از خاک اره، چوب یا ذغال سنگ نارس است.
اما در این مقاله روش کارآمدتری را در اختیار شما قرار می دهیم که کربن اکتیو با کیفیت بالاتر و خالص تر ایجاد می کند. این ماده با قرار دادن در یک مخزن بدون اکسیژن و قرار دادن آن در دمای بسیار بالا، 600-900 درجه سانتیگراد ساخته می شود. پس از آن، کربن در معرض مواد شیمیایی مختلف، معمولاً آرگون و نیتروژن قرار گرفته و دوباره در یک مخزن قرار می گیرد و از 600 تا 1200 درجه سانتیگراد فوق گرم می شود. بار دوم که کربن در مخزن حرارتی قرار می گیرد، در معرض بخار و اکسیژن قرار خواهد گرفت. از طریق این فرآیند، ساختار منفذی ایجاد می شود و سطح قابل استفاده کربن به شدت افزایش می یابد.