ساخت کربن فعال

---

ساخت کربن فعال

ساخت کربن فعال شامل چندین مرحله برای ایجاد یک ماده بسیار متخلخل با سطح بزرگ که برای کاربردهای مختلف مانند تصفیه آب، فیلتر کردن هوا، جداسازی گاز و غیره می‌باشد.

اولین گام در ساخت کربن فعال انتخاب ماده خام است. مواد خام رایج شامل چوب، پوسته نارگیل، زغال سنگ نارس و زغال سنگ قیری می‌شود. انتخاب ماده خام به خواص مطلوب محصول نهایی کربن فعال بستگی دارد.

برای تهیه و خرید کربن فعال باید آن را بطور کامل شناخت. ماده خام انتخاب شده در غیاب هوا یا اکسیژن برای تبدیل آن به کربن، تحت فرآیند کربونیزاسیون قرار می‌گیرد.

این مرحله معمولاً در یک کوره دوار، کوره عمودی یا کوره در دمای بالا بین 600 تا 1200 درجه سانتی‌گراد انجام می‌پذیرد. در طی این فرآیند اجزای فرار مانند آب، قطران و گازها به بیرون رانده می‌شوند و یک ماده کربنی باقی می‌ماند.

برای ساخت کربن فعال پس از کربن سازی، ماده کربنی شده برای ایجاد منافذ و افزایش سطح آن فعال می‌شود. دو روش اصلی فعال سازی وجود دارد:

 آ. فعال سازی شیمیایی: در این روش تولید کربن فعال مواد کربن شده با مواد شیمیایی مانند اسید فسفریک، کلرید روی یا هیدروکسید پتاسیم تصفیه می‌شود. 

ب. فعال سازی فیزیکی: فعال سازی فیزیکی شامل قرار دادن مواد کربنی شده در دمای بالا (800-1000 درجه سانتی‌گراد) در حضور گازهایی مانند دی اکسید کربن یا بخار است.

سپس کربن اکتیو شسته می‌شود تا هرگونه ناخالصی یا مواد شیمیایی باقی‌مانده از فرآیند فعال سازی حذف گردد. 

ویژگی های کربن فعال 

در ادامه مبحث ” ساخت کربن فعال ” به ذکر ویژگی‌‌های این ماده پرداخته می‌شود:

1. تخلخل: تولید کربن فعال به دلیل ویژگی‌های آن است. کربن اکتیو ساختاری بسیار متخلخل با شبکه‌ای از منافذ میکروسکوپی دارد. این ساختار منافذ گسترده، سطح وسیعی را برای جذب آلاینده‌ها فراهم می‌کند.

2. سطح بالا: به دلیل ماهیت متخلخل، زغال اکتیو دارای سطح فوق العاده بالایی است. این سطح بزرگ جذب مولکول‌ها را بر روی سطح کربن تسهیل می‌کند.

3. ظرفیت جذب: کربن اکتیو ظرفیت جذب بالایی دارد. در نتیجه طیف وسیعی از آلاینده‌ها مانند ترکیبات آلی، مواد شیمیایی و گازها را جذب و حفظ می‌کند. 

4. بی اثری شیمیایی: کربن فعال از نظر شیمیایی بی اثر است. به این معنی که با اکثر مواد شیمیایی یا موادی که در طی فرآیندهای جذب با آنها تماس پیدا می‌کند واکنش نشان نمی‌دهد. 

5. قابلیت احیاء: یکی از مزایای کربن فعال تجدید پذیری آن است. بسته به نوع آلاینده‌های جذب‌شده، کربن فعال اغلب با جذب آلاینده‌ها از طریق فرایندهایی مانند گرم کردن یا شستشو، احیا می‌شود.

6. جذب انتخابی: این ماده جذب انتخابی را نسبت به انواع خاصی از مولکول‌ها یا ترکیبات بر اساس اندازه، شکل یا خواص شیمیایی آنها دارد. 

7. تطبیق پذیری: کربن فعال یک ماده چند منظوره است که در طیف گسترده‌ای از کاربردها از جمله تصفیه آب، تصفیه هوا، درمان‌های پزشکی، جداسازی گاز، پردازش شیمیایی و غیره استفاده می‌شود.

مواد اولیه ساخت کربن فعال

ساخت کربن فعال یا تولید کربن فعال شامل فرایندهای کربونیزاسیون و فعال سازی با استفاده از مواد اولیه مختلف است. این ماده از مواد شیمیایی تصفیه آب می‌باشد:

1. پوسته نارگیل: پوسته نارگیل یک ماده خام محبوب برای تولید کربن فعال است. این منبع تجدید پذیر به دلیل محتوای کربن بالا، محتوای خاکستر کم و ساختار منافذ نسبتاً یکنواخت به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. 

2. چوب: چوب یکی دیگر از مواد خام رایج مورد استفاده برای ساخت کربن فعال می‌باشد. کربن فعال مبتنی بر چوب از خاک اره، تراشه‌های چوب یا سایر بقایای چوب به دست می‌آید. 

3. زغال سنگ: انواع مختلف زغال سنگ مانند لیگنیت و آنتراسیت می‌توانند به عنوان مواد اولیه برای کربن فعال استفاده شوند. 

4. زغال سنگ نارس: زغال سنگ نارس یک ماده آلی نیمه تجزیه شده که در تالاب‌ها یافت می‌شود. همچنین یک ماده خام برای کربن فعال می‌باشد. 

5. بامبو: بامبو به دلیل سرعت رشد سریع، تجدید پذیری و ساختار منحصر به فردش به طور فزاینده به عنوان ماده خام برای کربن فعال مورد استفاده قرار می‌گیرد. 

6. هسته میوه و پوسته میوه: محصولات جانبی کشاورزی مانند هسته میوه (به عنوان مثال هسته هلو، هسته زردآلو) و پوست آجیل (مانند پوست گردو، پوست بادام) گاهی اوقات به عنوان مواد خام برای کربن فعال استفاده می‌شود. 

دلایل تولید کربن فعال

برخی دلایل ساخت کربن فعال عبارتند از:

کربن فعال به ویژه کربن فعال پودری به دلیل سطح وسیع و ساختار متخلخل، ظرفیت جذب بالایی دارد. لذا به طور موثر ناخالصی‌ها، آلاینده‌ها، بوها را از گازها، مایعات و محلول‌ها به دام انداخته و حذف می‌کند. 

یکی از کاربردهای اولیه کربن اکتیو در تصفیه آب و فاضلاب است. زغال فعال ترکیبات آلی، کلر، فلزات سنگین و سایر آلاینده‌ها را از آب حذف می‌نماید و آن را برای مصرف، فرآیندهای صنعتی و تخلیه محیطی ایمن می‌کند. ساخت کربن فعال نیاز حیاتی به منابع آب پاک و ایمن را پشتیبانی می‌نماید.

همچنین این ماده در فرآیندهای جداسازی گاز برای حذف ناخالصی‌ها و دستیابی به جریان‌های گاز با خلوص بالا استفاده می‌شود. در کاربردهایی مانند فرآوری گاز طبیعی، تصفیه هیدروژن و جداسازی هوا که در آن خواص جذب انتخابی کربن فعال به جداسازی و جذب موثر گازهای خاص کمک می‌کند، استفاده می‌گردد.

کربن اکتیو با حذف آلاینده‌ها از خاک، آب‌های زیرزمینی و هوا نقش حیاتی در تلاش‌های اصلاح محیط زیست ایفا می‌کند. همچنین در تجهیزات محافظ شخصی، ماسک‌ها، دستگاه‌های پزشکی و محصولات دارویی به دلیل توانایی آن در جذب سموم، مواد شیمیایی و ناخالصی‌ها استفاده می‌گردد. 

این ماده کاربردهای گسترده‌ای در فرآیندهای صنعتی مانند فرآوری مواد غذایی و آشامیدنی، تولید دارو، تولید مواد شیمیایی و عملیات معدنی دارد. برای فرآیندهای رنگ زدایی، بو زدایی، تصفیه و جداسازی به منظور بهبود کیفیت، کارایی و انطباق با استانداردهای نظارتی محصول استفاده می‌شود.

هزینه ساخت کربن فعال

هزینه ساخت کربن فعال بسته به عوامل مختلفی مانند مواد خام مورد استفاده، روش‌های تولید، فرآیندهای فعال سازی و استانداردهای کیفیت متفاوت می‌باشد. 

انتخاب مواد خام به طور قابل توجهی بر هزینه ساخت کربن فعال تاثیر می‌گذارد. معمولاً از مواد خام مانند پوسته نارگیل، چوب و زغال سنگ استفاده می‌شود که قیمت‌ها تحت تاثیر عواملی مانند در دسترس بودن، تغییرات فصلی، هزینه‌های حمل و نقل و تقاضای بازار تعیین می‌گردد. 

برخی از مواد خام ممکن است گران‌تر باشند یا به مراحل پردازش اضافی نیاز داشته باشند که بر هزینه کلی تولید تأثیر می‌گذارد.

فرآیندهای کربونیزاسیون و فعال سازی مربوط به ساخت کربن فعال نیازمند انرژی، تجهیزات و نیروی کار است. روش فعال‌سازی (شیمیایی یا فیزیکی) انتخاب شده نیز بر هزینه‌ها تأثیر می‌گذارد. فعال‌سازی شیمیایی معمولاً به دلیل استفاده از عوامل فعال‌کننده گران‌تر است. 

هزینه‌های انرژی برای گرم کردن و خشک کردن در طول فرایند نیز بر مقرون به صرفه بودن کلی ساخت کربن فعال تأثیر می‌گذارد.

تجهیزات تخصصی مانند کوره‌ها و راکتورهای فعال سازی برای ساخت کربن فعال مورد نیاز است. سرمایه گذاری اولیه در این تجهیزات به هزینه کلی تولید می‌افزاید. 

رعایت استانداردهای کیفیت و گواهینامه‌های ساخت کربن فعال شامل هزینه‌های اضافی برای آزمایش، اقدامات کنترل کیفیت و الزامات انطباق می‌باشد. 

رعایت استانداردهای صنعتی مانند مشخصات بین المللی ASTM یا گواهینامه‌های NSF/ANSI هزینه‌های اضافی را متحمل می‌کند که بر هزینه کلی تولید تاثیر می‌گذارد.

روش های ساخت کربن فعال

ساخت کربن فعال یا تولید کربن فعال شامل چندین روش کلیدی است که هر کدام برای ایجاد ماده‌ای با خواص مطلوب مانند کربن فعال گرانولی برای کاربردهای خاص ضروری است. 

1. کربن سازی

    – فرایند تولید با انتخاب یک ماده خام مناسب مانند پوسته نارگیل، چوب، زغال سنگ یا سایر منابع غنی از کربن آغاز می‌شود.

   – ماده خام به طور معمول خشک می‌گردد تا رطوبت از بین برود و برای فرآیند کربن سازی آماده گردد.

   – ماده خام خشک شده در غیاب اکسیژن در معرض دماهای بالا قرار می‌گیرد (پیرولیز). 

2. فعال سازی

   – در فعال سازی فیزیکی، مواد کربن شده با یک عامل فعال کننده مانند بخار یا دی اکسید کربن در دماهای بالا تصفیه می‌شود. 

   – فعال سازی شیمیایی شامل آغشته کردن مواد کربنی شده با مواد شیمیایی مانند اسید فسفریک، هیدروکسید پتاسیم یا کلرید روی است. 

3. شستشو و خشک کردن

   – پس از فعال سازی، کربن فعال شسته می‌شود تا عوامل فعال کننده و ناخالصی‌های اضافی حذف گردد.

4. کوره فعال سازی:

  – در برخی از تاسیسات تولیدی از کوره‌های دوار برای فعال سازی استفاده می‌گردد. کوره دوار یک فرآیند مداوم برای فعال کردن کربن فراهم می‌کند و امکان کنترل دمای بالا و فعال سازی کارآمد را فراهم می‌نماید.

  – یکی دیگر از کوره‌های فعال سازی رایج، کوره چند اجاقی است که از لایه‌های متعدد اجاقی تشکیل شده که فرآیندهای کربونیزاسیون و فعال سازی به صورت متوالی انجام می‌شود.

ساخت کربن فعال از پوست گردو

تولید کربن فعال یا ساخت کربن فعال از پوست گردو شامل مراحل مختلفی است که از خواص منحصر به فرد پوسته گردو به عنوان ماده خام استفاده می‌کند. 

اولین مرحله شامل جمع آوری پوست گردو از تأسیسات یا مزارع فرآوری گردو است. پوست گردو به دلیل محتوای کربن بالا و ساختار متخلخل، یک انتخاب مواد خام محبوب برای تولید کربن اکتیو می‌باشد.

پوست گردو جمع آوری شده را تمیز می‌کنند تا ناخالصی‌ها از بین برود و سپس به قطعات کوچکتر خرد می‌شوند یا به صورت پودر ریز آسیاب می‌گردند. 

پوست گردو خرد شده را خشك مي‌نمایند تا از رطوبت كاسته شود و براي كربونيزه شدن آماده شود. پوست گردوی خشک شده در محیطی کنترل شده با اکسیژن محدود در معرض دمای بالا قرار می‌گیرد. 

فرآیند کربن‌سازی یا پیرولیز با حذف ترکیبات فرار، پوست گردو را به مواد غنی از کربن تبدیل می‌کند. زغال پوست گردو معمولاً با استفاده از یک عامل فعال کننده مانند اسید فسفریک، هیدروکسید پتاسیم یا کلرید روی به صورت شیمیایی فعال می‌شود. 

در روش دیگر می‌توان از فعال سازی بخار برای فعال کردن پوسته‌های کربن‌دار گردو استفاده کرد. در این روش بخار در دماهای بالا به مواد وارد شده و باعث ایجاد منافذ و افزایش سطح کربن فعال می‌گردد.

کربن فعال حاصل از پوست گردو شسته می‌شود تا باقیمانده عوامل فعال کننده، ناخالصی‌ها و محتوای خاکستر از بین برود. این مرحله شستشو خلوص و کیفیت کربن فعال را تضمین می‌کند.

ماده شسته شده برای از بین بردن رطوبت و تثبیت مواد قبل از پردازش یا بسته بندی بیشتر خشک می‌شود.

ساخت کربن فعال با زغال قیری

زغال سنگ قیری به دلیل محتوای کربن بالا، تخلخل مناسب و در دسترس بودن به عنوان ماده خام انتخاب می‌شود. زغال سنگ معمولاً از معادن تامین می‌گردد و برای تولید کربن فعال باید استانداردهای کیفی را رعایت کند.

زغال سنگ خام قیری خرد شده و به صورت ذرات کوچک آسیاب می‌گردد تا سطح آن افزایش یابد و فرآیند کربونیزاسیون بعدی تسهیل شود. 

ذرات زغال سنگ خرد شده برای حذف رطوبت قبل از کربن شدن خشک می‌شوند. خشک کردن تضمین می‌نماید که زغال سنگ بدون تولید بخار یا گاز بیش از حد تحت کربونیزاسیون کارآمد قرار می‌گیرد.

زغال سنگ خشک شده را در محیطی بدون اکسیژن در معرض دماهای بالا جا می‌دهند. این عملیات حرارتی زغال سنگ را به مواد غنی از کربن تجزیه می‌کند و اجزای فرار را به شکل گازها از بین می‌برد.

عامل فعال کننده به زغال سنگ کربن‌دار آغشته می‌شود و سپس تا دمای بالا گرم می‌گردد. این فرآیند شیمیایی منافذی را در ماده ایجاد می‌کند و کربن فعال با سطح و ظرفیت جذب بالا را تشکیل می‌دهد.

به طور متناوب بخار به عنوان یک عامل فعال کننده برای تولید کربن فعال از زغال سنگ کربن استفاده می‌شود. سپس کربن فعال حاصل از زغال سنگ قیری شسته و خشک می‌شود. 

ساخت کربن فعال در خانه

ساخت کربن فعال یا تولید کربن فعال در خانه شامل یک فرآیند ساده و در عین حال موثر است که از مواد و تجهیزات به راحتی در دسترس استفاده می‌شود:

مواد مورد نیاز

از پوسته نارگیل، قطعات چوبی یا هر ماده‌ای با محتوای کربن بالا به عنوان ماده اولیه خود استفاده کنید. پوسته نارگیل معمولا برای تولید خانگی استفاده می شود.

ظرف فلزی را انتخاب کنید که بتواند در برابر دمای بالا برای فرآیند کربونیزاسیون مقاومت کند. از اجاق گاز گریل در فضای باز می‌توان برای تامین گرمای مورد نیاز برای کربن سازی استفاده کرد.

از اقلام رایج خانگی مانند جوش شیرین یا کربنات پتاسیم به عنوان عامل فعال کننده استفاده نمایید. آب، انبر، دستکش و تجهیزات ایمنی را برای ایمنی و راحتی در طول فرآیند در دسترس داشته باشید.

کربن سازی

مواد خام (مثلاً پوسته نارگیل) را خرد کنید تا سطح آن افزایش یابد. مواد خام خرد شده را در ظرف فلزی قرار دهید. ظرف را با مواد خام روی منبع حرارتی در یک مکان با تهویه مناسب گرم کنید.

به تدریج دما را به حدود 600-900 درجه سانتی‌گراد (1112-1652 درجه فارنهایت) افزایش دهید و آن را برای چند ساعت حفظ کنید تا مواد کربنی شوند. این مرحله ترکیبات فرار را حذف می‌کند و زغال را پشت سر می‌گذارد.

فعال سازی

عامل فعال کننده (مثلاً جوش شیرین) را در آب حل کنید تا محلولی ایجاد شود. پس از خنک شدن زغال، آن را به مدت چند ساعت یا یک شب در محلول عامل فعال کننده خیس کنید. مطمئن شوید که زغال اکتیو کاملاً در آب فرو رفته است.

زغال را از محلول خارج کرده و اجازه دهید کاملا خشک شود. این کار را می‌توان با پهن کردن آن در سینی در مکانی با تهویه مناسب یا استفاده از فر با حرارت کم انجام داد.

شستشو و فیلتر کردن

کربن فعال را با آب بشویید تا عامل فعال کننده اضافی و ناخالصی‌ها از بین برود. فرآیند شستشو را تکرار کنید تا آب شفاف شود.

برای جدا کردن زغال اکتیو از آب از یک الک مشبک یا کاغذ صافی استفاده کنید. اجازه دهید کربن فعال کاملا خشک شود.

ساخت کربن فعال با پوست نارگیل

تولید کربن فعال از پوسته نارگیل شامل یک سری مراحل برای تبدیل مواد خام به یک ماده جاذب بسیار متخلخل است. 

پوسته‌های نارگیل به دلیل محتوای کربن بالا و ساختار متخلخل به عنوان ماده اولیه انتخاب می‌شوند. پوسته‌های نارگیل برای حذف ناخالصی‌های خارجی تمیز می‌شوند و سپس خرد یا آسیاب می‌گردند تا سطح برای کربونیزاسیون افزایش یابد.

پوسته‌های خرد شده نارگیل برای حذف رطوبت و آماده سازی آنها برای فرآیند کربن سازی خشک می‌شوند.

پوسته‌های خشک شده نارگیل تا دمای بالا در محیطی بدون اکسیژن گرم می‌گردند.

در فعال سازی فیزیکی مواد کربن‌دار پوسته نارگیل در دمای بالا در معرض یک عامل فعال کننده مانند بخار یا دی اکسید کربن قرار می‌گیرند. 

از طرف دیگر فعال‌سازی شیمیایی شامل آغشته کردن پوسته‌های کربن‌دار نارگیل با عوامل فعال‌کننده مانند اسید فسفریک، هیدروکسید پتاسیم یا کلرید روی است. 

زغال اکتیو حاصل از پوسته نارگیل به طور کامل شسته می‌شود تا باقیمانده عوامل فعال کننده، ناخالصی‌ها و محتوای خاکستر از بین برود. شستشوی مناسب خلوص و کیفیت کربن فعال را تضمین می‌کند. 

کربن فعال شسته شده برای از بین بردن رطوبت و تثبیت مواد قبل از پردازش یا بسته بندی بیشتر خشک می‌شود. سپس این ماده تحت پردازش اضافی برای دستیابی به توزیع اندازه ذرات مورد نظر قرار می‌گیرد. تکنیک‌های خرد کردن، آسیاب کردن یا غربال کردن برای کنترل اندازه ذرات کربن فعال استفاده می‌گردد.

ساخت کربن فعال صنعتی

ساخت کربن فعال صنعتی مانند کربن فعال میله ای شامل چندین فرآیند برای ایجاد یک ماده بسیار متخلخل با سطح داخلی بزرگ است که برای قابلیت‌های جذب گسترده آن ضروری می‌باشد. 

اولین مرحله در تولید کربن اکتیو شامل کربن سازی مواد خام غنی از کربن مانند چوب، پوسته نارگیل، زغال سنگ نارس یا زغال سنگ است.

این فرآیند شامل حرارت دادن مواد خام در محیطی با اکسیژن کم، حذف ترکیبات فرار و باقی ماندن پسماندهای غنی از کربن می‌باشد. سپس ماده کربنی شده در معرض فعال سازی قرار می‌گیرد تا ساختار متخلخل مشخصه کربن فعال ایجاد شود. 

پس از فرآیند فعال‌سازی، زغال فعال حاصل اغلب شسته و تصفیه می‌گردد تا هرگونه مواد شیمیایی، خاکستر یا ناخالصی‌های باقیمانده را از بین ببرد. 

در گام بعدی این ماده خرد، غربال شده و گلوله می‌شود تا به اندازه و شکل ذرات مورد نظر برای کاربردهای صنعتی خاص دست یابد.

در طول فرایند تولید، اقدامات کنترل کیفیت برای اطمینان از اینکه محصول نهایی با مشخصات مورد نیاز برای مساحت سطح، توزیع اندازه منافذ و سایر خواص کلیدی مطابقت دارد، اجرا می‎شود.

این امر شامل آزمایش‌های فیزیکی و شیمیایی برای تایید عملکرد و ویژگی‌های کربن فعال می‌باشد. شرکت مبنا شیمی از واردکنندگان اصلی انواع کربن اکتیو در ایران است.

نحوه ساخت کربن فعال

1. یک ماده خام را انتخاب کنید: یک ماده غنی از کربن مانند پوسته نارگیل، چوب، زغال سنگ نارس یا زغال سنگ را انتخاب کنید.

2. کربونیزاسیون: مواد خام را در محیطی با اکسیژن کم حرارت دهید تا ترکیبات فرار را از بین ببرد و مواد کربنی را پشت سر بگذارد.

3. فعال سازی: دو روش فعال سازی رایج وجود دارد. فعال سازی شیمیایی مواد کربنی شده را با مواد شیمیایی مانند اسید فسفریک برای ایجاد منافذ و افزایش مساحت سطح آغشته می‌نمایند.

در فعال‌ سازی فیزیکی مواد کربنی شده را در دمای بالا در حضور گازهایی مانند بخار یا دی اکسید کربن حرارت دهید تا منافذ ایجاد شود.

4. شستشو و خشک کردن: این ماده را بشویید تا هرگونه مواد شیمیایی یا ناخالصی‌های باقیمانده را از بین ببرید. سپس آن را کاملا خشک کنید.

5. سایز بندی و بسته بندی: کربن اکتیو را خرد یا آسیاب کنید تا به اندازه ذرات مورد نظر برسید و آن را برای نگهداری یا فروش بسته بندی کنید.

برای کسب اطلاعات بیشتر درباره کربن فعال می توانید روی مقاله مرتبط کلیک نمایید.

سوالات متداول 

کربن فعال چگونه ساخته می‌شود؟

زغال فعال از طریق فرایند کربن‌سازی و فعال‌سازی مواد خام غنی از کربن برای ایجاد یک ماده بسیار متخلخل با قابلیت‌های جذب گسترده ساخته می‌شود.

مواد اولیه ساخت کربن فعال چیست؟

مواد خام برای ساخت زغال اکتیو شامل چوب، پوسته نارگیل، زغال سنگ نارس، زغال قیری است.