کربن فعال چیست؟

---

کربن فعال چیست؟

در این مقاله به مبحث ” کربن فعال چیست؟ ” می‌پردازیم. کربن فعال شکل بسیار متخلخلی از کربن است که برای تبدیل آن به یک ماده جاذب، پردازش می‌شود. 

زغال اکتیو از طریق فرایندی به نام فعال سازی ایجاد می‌گردد که در آن مواد کربنی مانند زغال سنگ، چوب یا پوسته نارگیل در دمای بالا در غیاب اکسیژن حرارت می‌بینند.

کربن فعال دارای ساختار پیچیده‌ از شبکه‌ منافذ و شکاف در سطح میکروسکوپی تشکیل می‌گردد. این منافذ در طول فرایند فعال سازی ایجاد می‌شوند. قیمت کربن فعال بر حسب نوع آن متفاوت می‌باشد.

ویژگی اولیه زغال فعال، توانایی آن در جذب ناخالصی‌ها و آلاینده‌های مختلف است. ساختار متخلخل این ماده نقاط متعددی را برای برهمکنش شیمیایی فراهم می‌کند و طیف وسیعی از آلاینده‌ها از جمله ترکیبات آلی، گازها و مواد محلول را جذب و حفظ می‌نماید.

ظرفیت جذب کربن اکتیو تحت تاثیر عواملی مانند ماهیت ناخالصی‌ها، زمان تماس، دما و خواص مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کربن فعال به دلیل ویژگی‌های جذب استثنایی خود در صنایع و بخش‌های مختلف کاربرد دارد. برخی از کاربردهای متداول عبارتند از تصفیه آب و فاضلاب، تصفیه هوا، تصفیه فاز گاز و مایع، حذف ترکیبات آلی فرار (VOCs)، کنترل بو و در صنایع دارویی و غذایی برای اهداف تصفیه.

مشخصات فنی کربن فعال

مشخصات	توضیحات
مساحت سطح	مساحت سطح بالا، معمولاً 500-1500 متر مربع/ گرم
توزیع اندازه منافذ	میکروپورها (<2 نانومتر)، مزوپورها (2-50 نانومتر)، درشت منافذ (> 50 نانومتر)
چگالی حجمی	0.25 – 0.55 g/cm³
عدد یدی	900
پایداری	خوب
ترکیب شیمیایی	عمدتاً کربن
دوام	عالی
قابلیت احیا	با حرارت

تفاوت کربن فعال با کربن یا زغال معمولی

در ادامه مبحث کربن فعال چیست؟ به تفاوت اشکال مشابه می‌پردازیم. کربن فعال، کربن معمولی و زغال چوب اشکال متمایز کربن با خواص و کاربردهای متفاوت به دلیل تمایز در ساختار، فرایندهای تولید و کاربرد هستند.

کربن اکتیو در دسته مواد شیمیایی تصفیه آب قرار دارد. این ماده شکل بسیار متخلخلی از کربن است که با حرارت دادن مواد غنی از کربن ایجاد می‌شود. 

زغال فعال برای کاربردهای خاص با کنترل عواملی مانند اندازه منافذ، مساحت سطح و خواص شیمیایی تولید می‌گردد. 

کربن معمولی شامل اشکال مختلفی از کربن می‌باشد که به طور طبیعی یافت می‌شود یا از طریق روش‌های استاندارد پدید می‌آید. معمولاً از کربن به شکل عنصری خود، بدون عملیات اضافی برای افزایش خواص جذبی استفاده می‌کنند.

این شکل از کربن معمولاً در مواد روزمره مانند گرافیت، الماس و برخی محصولات صنعتی رویت می‌گرد اما فاقد ظرفیت جذب بالا و مساحت سطح کربن فعال است. 

زغال چوب یک ماده غنی از کربن است که از حرارت دادن مواد آلی مانند چوب، زغال سنگ نارس، پوسته نارگیل یا زغال سنگ در محیطی با اکسیژن کم به دست می‌آید. محصول به دست آمده یک ماده سیاه و متخلخل و عمدتاً از کربن تشکیل می‌شود. 

زغال چوب به دلیل محتوای کربن بالا به طور گسترده برای پخت و پز، گرم کردن و سایر کاربردهای مشابه مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما فرآیند فعال سازی مشابه کربن فعال بر روی آن انجام نمی‌پذیرد. بنابراین این ماده قابلیت جذب کمتری دارد.

انواع کربن فعال

در ادامه مبحث کربن فعال چیست؟ به ارائه توضیح درباره انواع آن می‌پردازیم. کربن فعال انواع مختلفی دارد که هر کدام (پودری، گرانولی و میله‌ ای) برای کاربردهای خاص بر اساس فاکتورهایی مانند اندازه منافذ، مساحت سطح و روش فعال سازی طراحی می‌شوند. 

کربن اکتیو گرانولی

زغال فعال گرانولی شامل گرانول‌هایی با اندازه‌های مختلف است که تعادلی بین سطح و سرعت جریان ایجاد می‌کند.

GAC معمولاً در سیستم‌های تصفیه آب و هوا برای حذف ناخالصی‌هایی مانند کلر، ترکیبات آلی فرار (VOCs) و مواد ایجاد کننده طعم و بو استفاده می‌شود. کربن فعال گرانولی همچنین در کاربردهای فاز گاز مانند تصفیه هوا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کربن اکتیو میله ای 

زغال اکتیو میله ای از طریق فرآیند اکستروژن به اشکال استوانه‌ای یکنواخت تبدیل می‌شود. این نوع کربن اکتیو استحکام و دوام مکانیکی بهبود یافته‌ای را ارائه می‌دهد. لذا این نوع برای کاربردهای فاز گازی که نیاز به عملکرد فشار بالا یا جابجایی مکرر دارند ایده‌آل می‌باشد. 

کربن فعال استوانه‌ای یا اکسترود شده در تصفیه هوای صنعتی، بازیافت حلال و فرآیندهای تصفیه گاز استفاده می‌گردد.

کربن اکتیو پودری

زغال اکتیو پودری از ذرات ریز آسیاب شده تشکیل می‌شود که باعث افزایش سطح و واکنش پذیری مواد می‌گردد. 

PAC معمولاً در کاربردهای فاز مایع مانند تصفیه آب و فاضلاب به دلیل ظرفیت جذب بالا و سینتیک سریع کاربرد دارد. کربن فعال پودری در از بین بردن آلاینده‌های آلی، رنگ‌ها و بوها از محلول‌های آبی موثر است.

ویژگی ها و خواص کربن فعال

در ادامه مبحث کربن فعال چیست؟ به ویژگی‌های این ماده می‌پردازیم:

1. مساحت سطح بالا: کربن فعال به دلیل ساختار متخلخل، سطح وسیعی دارد. این مساحت سطح بالا با ایجاد مکان‌های کافی برای اتصال مولکول‌ها یا واکنش با سطح کربن، جذب را تسهیل می‌کند.

2. ساختار متخلخل: این ماده حاوی شبکه‌ای از منافذ شامل ریز منافذ، مزوپورها و درشت منافذ است.

3. ظرفیت جذب: کربن اکتیو ظرفیت جذب بالایی دارد. 

4. جذب انتخابی: زغال فعال می‌تواند به طور انتخابی مولکول‌ها یا ترکیبات خاصی را بر اساس اندازه، شکل یا خواص شیمیایی آنها جذب کند و برای حذف هدفمند آلاینده‌ها در کاربردهای تخصصی مفید باشد.

5. توانایی بازسازی: زغال اکتیو را می‌توان از طریق عملیات حرارتی احیا کرد تا پس از اشباع، ظرفیت جذب خود را بازیابی کند. 

6. پایداری شیمیایی: این ماده پایداری شیمیایی خوبی از خود نشان می‌دهد، در برابر تخریب یا واکنش با اکثر مواد شیمیایی مقاومت می‌کند.

7. محتوای خاکستر کم: کربن اکتیو معمولاً محتوای خاکستر پایینی دارد که تداخل با فرآیندهای جذب را به حداقل می‌رساند و در کاربردهایی که نیاز به جاذب با کیفیت بالا دارند خلوص را تضمین می‌نماید.

8. محتوای رطوبت کم: این ماده رطوبت کم را برای جلوگیری از تخریب عملکرد و حفظ راندمان جذب حفظ می‌کند. سطوح پایین رطوبت در پایداری و ذخیره سازی طولانی مدت مواد تاثیر دارد.

9. سختی بالا: زغال فعال دارای سختی بالایی است که هنگام جابجایی و استفاده در برابر سایش و ساییدگی مقاوم می‌باشد. 

فعال سازی کربن فعال

در ادامه مبحث کربن فعال چیست؟ به روش فعال‌سازی این ماده می‌پردازیم. مواد کربنی شده از طریق فرایند حرارت دادن با عوامل فعال کننده شیمیایی مانند اسید فسفریک، هیدروکسید پتاسیم یا کلرید روی آغشته می‌شود.

سپس این مواد در معرض دماهای بالا (معمولاً بین 600-900 درجه سانتی‌گراد) در یک محیط کنترل شده مانند کوره قرار می‌گیرد. 

این عملیات حرارتی عوامل اشباع کننده را تجزیه می‌کند و منافذ را فعال می‌نماید. بنابراین ساختاری بسیار متخلخل ایجاد می‌گردد که سطح موجود برای جذب را افزایش می‌دهد.

پس از فعال شدن، کربن فعال به طور کامل شسته می‌شود تا مواد شیمیایی و ناخالصی‌های باقی‌مانده از بین برود. خنثی سازی همچنین ممکن است برای تنظیم PH کربن اکتیو و اطمینان از پایداری آن انجام پذیرد.

در متد دیگر، مشابه فعال سازی شیمیایی ماده خام از طریق حرارت دادن در یک محیط کنترل شده بدون اکسیژن کربنیزه می‌شود تا زغال با ساختار غنی از کربن ایجاد گردد. کربن‌سازی اجزای فرار را از بین می‌برد و ماتریکس کربنی را پشت سر می‌گذارد.

زغال کربن شده با استفاده از بخار یا دی اکسید کربن در دماهای بالا فعال می‌شود. فعال سازی بخار شامل قرار دادن زغال در معرض بخار با دمای بالا است در حالی که فعال سازی CO2 از گاز دی اکسید کربن برای ایجاد منافذ درون مواد استفاده می‌کند.

زغال فعال شده در دماهای بین 800 تا 1100 درجه سانتی‌گراد تحت عملیات حرارتی قرار می‌گیرد تا ساختار متخلخل خود را توسعه دهد. متعاقباً زغال فعال به تدریج خنک می‌شود تا ساختار آن تثبیت شود.

نحوه استفاده از کربن فعال

در ادامه مبحث کربن فعال چیست؟ به نحوه استفاده از این ماده می‌پردازیم:

1. نوع مناسب کربن فعال یعنی پودری، گرانولی یا کربن فعال میله ای را بر اساس الزامات کاربردی خاص مانند نوع جذب، سرعت جریان و ظرفیت جذب مورد نیاز انتخاب کنید.

2. در صورت استفاده از نوع گرانولی قبل از استفاده از شستشوی مناسب با آب تمیز برای حذف گرد و غبار و ناخالصی‌ها اطمینان حاصل شود. 

3. بسته به اینکه کربن اکتیو در یک فرآیند دسته‌ای (هم زدن، اختلاط یا تکان دادن) یا یک سیستم جریان پیوسته (ستون‌های جذب، بسترهای ثابت) استفاده شود روش کاربرد را انتخاب نمایید.

4. زغال اکتیو را به مقدار مناسب بر اساس ظرفیت جذب و زمان تماس به محیطی که نیاز به تصفیه دارد (آب، هوا، محلول مایع) اضافه کنید.

5. از زمان تماس کافی بین کربن اکتیو و محیط اطمینان حاصل نمایید تا امکان جذب آلاینده‌ها فراهم شود. 

6. زغال فعال را با استفاده از فیلتراسیون، ته نشینی یا سایر تکنیک‌های جداسازی از محیط تیمار شده جدا کنید تا محیط خالص شده از ذرات کربن جدا گردد.

7. کربن اکتیو مصرف شده را مطابق با مقررات برای دفع یا بازیافت مناسب مواد مصرف شده در نظر بگیرید.

8. به طور منظم عملکرد سیستم کربن فعال را با آزمایش محیط تصفیه شده برای آلاینده‌ها یا ناخالصی‌ها کنترل کنید. 

9. همیشه هنگام کار با کربن اکتیو احتیاط‌های ایمنی را رعایت نمایید از جمله پوشیدن تجهیزات حفاظت فردی مناسب (PPE) مانند دستکش و ماسک. از استنشاق گرد و غبار و تماس با پوست یا چشم خودداری شود.

نحوه عملکرد کربن فعال

در ادامه مبحث کربن فعال چیست؟ به نحوه عملکرد این ماده می‌پردازیم:

1. جذب: کربن فعال با جذب آلاینده‌ها روی سطح متخلخل خود عمل می‌کند و ناخالصی‌ها را در ساختار خود به دام می‌اندازد.

2. ساختار منافذ: ساختار منافذ داخلی ماده سطح وسیعی را برای چسبیدن مولکول‌ها فراهم می‌نماید و ظرفیت جذب را افزایش می‌دهد.

3. جذب انتخابی: کربن اکتیو به طور انتخابی مولکول‌های خاصی را بر اساس اندازه، شکل و خواص شیمیایی جذب می‌کند و امکان حذف هدفمند آلاینده‌ها را فراهم می‌نماید.

4. بازسازی: می‌توان این ماده را از طریق حرارت دادن احیا کرد تا ناخالصی‌های جذب شده را حذف کند و طول عمر قابل استفاده خود را افزایش دهد.

5. کاربردهای چند منظوره: زغال فعال در تصفیه آب، تصفیه هوا، فیلتراسیون گاز و فرآیندهای مختلف صنعتی برای حذف موثر آلاینده‌ها استفاده می‌شود.

نحوه تهیه کربن فعال

شرکت مبنا شیمی وارد کننده اصلی کربن اکتیو در ایران مفتخر است که طیف متنوعی از محصولات کربن فعال را از برندهای معتبر و معروف ارائه می‌کند. با موجودی وسیع و قیمت‌های رقابتی ما می‌توانید محصول مورد نظر خود را که متناسب با نیازهایتان می‌باشد، بیابید.

ما کربن اکتیو خود را از برندهای معتبری که به دلیل کیفیت و رعایت استانداردهای صنعتی شناخته می‌شوند تامین می‌کنیم. 

هر نام تجاری ممکن است ویژگی‌های منحصر به فرد خود را داشته باشد مانند توزیع اندازه منافذ، ظرفیت جذب و مناسب بودن کاربرد خاص. این تنوع محصول در سامانه ما تضمین می‌کند که می‌توانید محصول بهینه را برای نیازهای خاص خود انتخاب کنید.

کاربرد کربن اکتیو 

در ادامه مبحث کربن فعال چیست؟ به ذکر کاربردهای این ماده می‌پردازیم:

1. تصفیه آب و فاضلاب: کربن فعال آلاینده‌های آلی، ناخالصی‌ها و بوی نامطبوع آب را حذف می‌کند.

2. تصفیه هوا: فیلترهای کربن اکتیو ترکیبات آلی فرار (VOCs)، بوها و آلاینده‌های هوا را جذب می‌نمایند و کیفیت هوای داخل خانه را بهبود می‌بخشند.

3. فیلتراسیون فاز گاز و مایع: این ماده به طور موثر ناخالصی‌ها، آلاینده‎ها و رنگ‌ها را از گازها و مایعات حذف می‌کند.

4. حذف کلر و کلرامین: فیلترهای زغال فعال برای حذف کلر و کلرامین از آب لوله کشی و افزایش طعم و بو استفاده می‌شوند.

5. حذف فلزات سنگین: این ماده می‌تواند فلزات سنگین مانند سرب و جیوه را از آب و پساب‌های صنعتی جذب کند.

6. اصلاح زیست محیطی: کربن اکتیو برای تصفیه آ‌ب‌های زیرزمینی و مکان‌های آلوده با جذب آلاینده‌های مختلف استفاده می‌شود.

7. تصفیه در صنایع دارویی و غذایی: این ماده برای حذف ناخالصی‌ها، رنگ‌ها و طعم‌های ناخواسته از مواد دارویی و محصولات غذایی کاربرد دارد.

8. تصفیه شیمیایی و گاز: فیلترهای کربن فعال برای جذب و حذف ناخالصی‌ها و گازهای فرار در فرآیندهای شیمیایی و سیستم‌های تصفیه گاز استفاده می‌شود.

9. کاتالیز: اشکال خاصی از کربن اکتیو خواص کاتالیزوری از خود نشان می‌دهند و به عنوان کاتالیزور در واکنش‌های شیمیایی مختلف استفاده می‌گردند.

10. بازیابی طلا: زغال اکتیو در استخراج و بازیابی طلا از محلول‌های معدنی از طریق جذب مورد استفاده قرار می‌گیرد.

انواع برند کربن فعال

1. Jacobi: جاکوبی نام تجاری شناخته شده برای محصولات کربن فعال با کیفیت و قابل اعتماد.

2. Jacoba: جاکوبا نام تجاری معتبر متخصص در تولید زغال فعال کارآمد.

3. Adler: آدلر نام تجاری قابل اعتماد ارائه دهنده کربن اکتیو با کیفیت برتر که به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده می‌شود.

4. Baiyun: بایون نام تجاری قابل اعتماد که به دلیل ظرفیت جذب بالا و خواص تصفیه عالی شناخته می‌گردد.

5. FIC: نام تجاری قابل اعتمادی که به دلیل محصولات زغال فعال با کیفیت بالا معروف است.

6. Hudson: هادسون نام تجاری معتبر در صنعت زغال فعال، ارائه دهنده کیفیت و قابلیت اطمینان استثنایی.

7. Norit: نوریت نام تجاری معتبر متخصص در تولید کربن اکتیو با خلوص بالا و خواص جذب عالی.

مزایای کربن فعال

در ادامه مبحث کربن فعال چیست؟ به ذکر مزایای این ماده می‌پردازیم:

1. جذب موثر: کربن فعال دارای مساحت سطح بالا و ساختار متخلخل است که به طور موثر ناخالصی‌ها و آلاینده‌ها را از هوا، آب و سایر مواد جذب و حذف می‌کند.

2. کاربرد چند منظوره: این ماده در تصفیه آب و هوا، تصفیه گاز و مایعات، فرآوری مواد غذایی و آشامیدنی، داروسازی و اصلاح محیط زیست کاربرد گسترده دارد. 

3. حذف بو و طعم: این ماده به طور موثر بوها و طعم‌های نامطبوع را از آب، هوا و مواد مختلف حذف می‌کند. 

4. عاری از مواد شیمیایی و ایمن: زغال فعال یک ماده طبیعی و غیر سمی است که برای استفاده در کاربردهایی که تصفیه بدون مواد شیمیایی و ایمن مورد نیاز است مناسب می‌باشد.

5. حذف ترکیبات آلی: این ماده به طور موثر ترکیبات آلی فرار (VOCs) و مواد شیمیایی مضر را جذب و حذف می‌کند. 

6. کاهش فلزات سنگین: فیلترهای کربن فعال می‌توانند سطوح فلزات سنگین مانند سرب، جیوه و آرسنیک را از آب و سایر مایعات کاهش دهند.

8. اندازه ذرات پرکاربرد: زغال فعال در اندازه ذرات مختلف وجود دارد که امکان انتخاب بر اساس کاربرد خاص را فراهم می‌کند. 

9. بهبود طعم، رنگ و ظاهر: زغال اکتیو می‌تواند کیفیت بصری نوشیدنی‌ها و سایر مواد مصرفی را با حذف طعم‌ها، رنگ‌ها و ناخالصی‌های ناخواسته افزایش دهد.

معایب کربن فعال

1. تجزیه فیزیکی: با گذشت زمان، ذرات کربن فعال می‌توانند تجزیه گردند. در نتیجه گرد و غبار یا قطعات کوچکی ایجاد شوند که ماده یا سیستم تصفیه را آلوده کند.

2. افت فشار بالا: فیلترهای زغال فعال می‌توانند باعث افت فشار قابل توجهی گردند که به طور بالقوه به انرژی و تجهیزات اضافی برای حفظ نرخ جریان مطلوب نیاز دارند.

3. رقابت جذب: در کاربردهایی با آلاینده‌های متعدد اگر ترکیبات مختلف برای مکان‌های جذب رقابت کنند، اثر کربن اکتیو کاهش می‌یابد و بر کارایی کلی تصفیه تأثیر می‌گذارد.

4. راندمان جذب تحت تاثیر شرایط: راندمان جذب زغال فعال ممکن است بسته به عواملی مانند دما، غلظت و PH متفاوت باشد که نیاز به بهینه سازی دقیق برای کاربردهای خاص دارد.

5. ملاحظات دفع: هنگام دفع کربن اکتیو استفاده شده به ویژه اگر مواد خطرناک یا سمی جذب شده باشد، باید از روش‌های دفع مناسب پیروی کرد.

نکات ایمنی استفاده از کربن فعال

1. تجهیزات حفاظت فردی (PPE): از PPE مناسب مانند دستکش و عینک برای محافظت در برابر تماس احتمالی پوست یا چشم با کربن فعال استفاده کنید.

2. جابجایی صحیح: روش‌های حمل و نقل ایمن را دنبال نمایید از جمله اجتناب از استنشاق مستقیم گرد و غبار کربن اکتیو و به حداقل رساندن تماس با پوست برای جلوگیری از تحریک احتمالی.

3. تهویه کافی: از تهویه مناسب در مناطقی که زغال فعال استفاده می‌شود برای جلوگیری از تجمع گرد و غبار یا دود مضر بالقوه اطمینان حاصل کنید.

4. اجتناب از بلعیدن: برای جلوگیری از بلع تصادفی در مناطقی که کربن اکتیو وجود دارد غذا نخورید، ننوشید یا سیگار نکشید.

5. ذخیره سازی مناسب: زغال اکتیو را در جای خشک و خنک و دور از نور مستقیم خورشید، منابع گرما و مواد ناسازگار نگهداری کنید تا اثربخشی و پایداری آن حفظ گردد.

6. تست سازگاری: تست‌های سازگاری را قبل از استفاده از کربن اکتیو با مواد انجام دهید تا مطمئن شوید که واکنش نشان نمی‌دهد یا اثرات نامطلوب ایجاد نمی‌کند.

7. نظارت بر ظرفیت جذب: به طور منظم ظرفیت جذب زغال فعال را کنترل کنید و در صورت نیاز آن را جایگزین یا احیا نمایید تا راندمان تصفیه بهینه حفظ شود.

8. ایمنی در برابر آتش: این ماده به طور کلی غیر قابل اشتعال است اما در صورت آتش سوزی، بسته به مواد اطراف درگیر از روش‌های اطفای مناسب استفاده کنید.

همچنین می توانید برای کسب اطلاعات بیشتر درباره کربن فعال اینجا کلیک نمایید.