کربن اکتیو

کربن اکتیو که با عنوان کربن فعال یا زغال فعال نیز شناخته می شود، یک ماده کربن دار مصنوعی است. ماده که مسلماَ غنی از کربن میباشد. معمولاً این ماده صنعتی از چوب ساخته می شود. اما می توان کربن اکیتو را با استفاده از:

• چوب بامبو،
• پوسته نارگیل،
• ذغال سنگ نارس و
• سایر منابع کربن‌دار

نیز تهیه کرد.

کربن های فعال دانه ای، گروهی از جاذب های بسیار متنوع هستند که قابلیت جذب انتخابی هزاران ماده آلی و غیر آلی خاص را دارند. از همین رو در فرآیندهای تصفیه آب نقش گسترده و کارآمدی را ایفا می کنند.

ساختار کربن فعال

ساختار منافذ کربن فعال را می توان با میکروسکوپ الکترونی مشاهده کرد. میکروسکوپ ها، سطحی را نشان می دهند که حفره های لانه زنبوری و برآمدگی هایی دارند. این منافذ کوچک و کم حجم باعث افزایش ظرفیت جذب می شوند و امکان واکنش های بیشتری را بین کربنها و سایر محیط ها فراهم می کنند. بنابراین کربن فعال در:

• فیلتر کردن آب و دیگر سیالات،
• پروسه های بوزدایی،
• کاربرد های پزشکی و
• ساخت و فیلتر عناصر شیمیایی،

بسیار ارزشمند واقع شده اند. زیرا اکثر آلایند ‌ها به راحتی به آن متصل می شوند و در ساختار کربن محبوس می مانند.

از آنجایی که کربنها از طریق یک سری فرآیند های فعال سازی نسبتا ارزان و ساده تولید می شوند، به طور گسترده ای برای کاربرد های مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. با این حال بلحاظ بهداشتی، کربن اکتیو باید دائماً تغییر کند. زیرا با آلاینده ها، آب مسدود می شود و پس از یک زمان معین به محل پرورش میکروارگانیسم های خطرناک تبدیل می شود.

محصول مرتبط: سختی گیر

نحوه ساخت کربن اکتیو

فرآیند تولید کربن اکتیو یا فعال سازی کربن به دو صورت انجام می پذیرد. یک منبع کربنی مانند چوب، زغال سنگ، ذغال یا هر ماده کربن آلی کربنیزه می شود. به این معنی که کربنهای خالص با روش گرمایشی به نام پیرولیز استخراج می شوند. هنگامی که مواد کربنیزه شدند، باید با قرار گرفتن در معرض CO2 یا بخار یا با یک عملیات شیمیایی:

• اسید – باز اکسید
• یا با اکسیژن،

تصفیه شوند. بخش های زیر به اختصار این فرآیند ها را شرح می دهند.

انواع کربن اکتیو

در یک دسته بندی کلی این ماده شیمیایی را میتوان به زغال فعال، کربن فعال پودری، گونولی، اکسترود شده، مهره ای، کربن اکتیو دارای پوشش پلیمری و نهایتا نمونه‌های اشباع شده تقسیم بندی نمود.

زغال فعال

زغال فعال یک اصطلاح مترادف با کربن فعال است و می توانند به جای یکدیگر استفاده شوند. توجه به این نکته مهم است که:

فقط اصطلاح “زغال” اصطلاحی کاملا منحصر به فرد از کربن است. زیرا زغال به مواد کربنی مشتق شده از پختن چوب و مواد آلی که هنوز حاوی هیدروژن، اکسیژن و سایر عناصر غیر کربنی هستند، اشاره می کند. این در حالیست که در واژه «کربن»، به کربنهای عنصری و خالص اشاره می کند.

کربن فعال پودری (PAC)

Pac یا کربن فعال پودری به صورت دانه های منفرد کمتر از 1.0 میلی متر می باشند. مدلهای صنعتی PAC یک ماده ظریف است که از اکثر بستر های مشبک، مورد استفاده قرار می گیرد. جریان عبوری کربنهای فعال پودری به طور قابل توجهی کمتر از کربن اکتیو دانه بندی شده (GAC) است. درنتیجه باعث می شود آن را در:

• ورودی آب های خام،
• فیلتر های گرانشی و
• سایر کاربرد ها که در آن حداکثر جذب آلاینده‌ ها مفید واقع می شوند،

استفاده نمود.

گرانول کربن فعال (GAC)

کربن فعال گرانولی (یا GAC) دارای اندازه ذرات بزرگ تر از کربنهای اکتیویته فعال پودری می باشد. گاز ها و بخارات با سهولت بیشتری به کربنهای گرانولی جذب می شوند. زیرا فضای بیشتری بین ذرات کربنهای دانه بندی شده برای عبور گاز وجود دارد. با این حال، سطح داخلی کمتری نیز در GAC وجود دارد که منجر به:

• ایجاد تعادل لازم بین اندازه دانه
• و ظرفیت جذب،

می شود. گرانول کربن فعال معمولاً برای تصفیه آب در دستگاه تصفیه آب صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. یعنی علاوه بر دفع نسبی آلودگیها، عملیات بوزدایی و جداسازی اجزاء نیز در سیستمهای جریان مایع انجام می‌گیرد.

کربنهای اکتیو اکسترود شده (EAC)

دانه های کربنهای فعال پودری ذوب می شود. و سپس در بلوک های استوانه ای شکل به قطر 0.8 میلی متر تا 130 میلی متر اکسترود می شود. نهایتاَ کربن اکتیو اکسترود شده (EAC) را تشکیل می دهد. مزیت کربنهای اکتیویته اکسترود شده دارای:

• افت فشار کم،
• استحکام مکانیکی بالا و
• همچنین دارای اشکال دانه ای استاندارد

می باشد. EAC در کاربرد های فاز گاز و مکان هایی که گرد و غبار زیاد است، کاربرد قابل توجهی دارد. ضمناَ در انواع فیلتر کربنی، جهت حذف طعم و بوی آب مورد استفاده قرار می گیرد.

کربن فعال مهره ای (BAC)

مواد کربن فعال مهره ای (BAC) به دانه های کروی 0.35-0.8 میلی متری تبدیل می شود. یعنی درست همانند کربنهای اکتیو اکسترود شده. این نوع «active carbon» نیز دارای:

• افت فشار کم و
• استحکام مکانیکی بالا،

به عنوان کربن اکتیو اکسترود شده مورد استفاده و بهره وری قرار می گیرد. اما اندازه دانه های آن کوچک تر است و در زمینه هایی کاربرد دارد که آب به راحتی می تواند در اطراف شکل کروی خود جریان یابد. انتخاب بین کربنهای اکتیو اکسترودشده و مدلهای فعال مهره ای، معمولاً بر اساس نوع جریان مشخص می شود. برای سیستم های مایع با جریان بالا و سایش زیاد، کربن فعال مهره ای گزینه مناسب تری می باشد.

کربن اکتیو دارای پوشش پلیمری

هنگامی که کربن متخلخل با یک پلیمر زیست سازگار پوشش داده می شود، به کربنهای پوشش داده شده با پلیمر تبدیل می شود. این نوع کربن اکتیو دارای:

• منافذ صاف و
• قابل نفوذ (بدلیل سطح تخلخل بالا)

می باشد و از آن برای کاربردهای پزشکی استفاده می کنند.

کربن فعال اشباع شده

کربن فعال اشباع شده، همانطور که از نامشان پیداست، کربن فعال متخلخلی است که با مواد معدنی (معروف به مواد اشباع) مانند:

• نقره (AG)،
• کاتیون ها (Al، منگنز، روی، لی، کلسیم، و …)،
• ید

و موارد دیگر آغشته شده است. ترکیبات ویژه کربنهای اشباع شده معمولاً برای افزایش ظرفیت فیلتر کربن استفاده می شود. چراکه به آن اجازه می دهد سایر آلاینده ها نظیر:

• آلودگی هوا،
• سموم معدنی

و موارد دیگر را جذب کند.

موارد استفاده کربن اکتیو

علاوه بر استفاده به عنوان فیلتر، کربن اکتیو برای کاربرد های مختلف دیگری نیز مورد استفاده قرار میگیرد. چنانکه می تواند:

• حلال ها و مواد با ارزش را از سیالات مختلف بازیابی کند،
• بو ها را از بین ببرد و
• طعم گاز ها و مایعات را تغییر دهد.

همچنین کاربرد های پزشکی چشمگیری دارد و می تواند به درمان بیمارانی که سم خورده اند، کمک کند. برخی از ویژگیهای فیلتراسیونی این دستگاه، شبیه به انواع فیلتر شنی می باشد.

نقش کربن اکتیو در فیلتراسیون

درمیان سایر کاربرد ها، کربن فعال اغلب برای فیلتر کردن آلاینده ها از آب آشامیدنی استفاده می شود. پس از آزمایش آب، از فرایند فیلتراسیون می توان برای حذف آلاینده‌های خاص از آب استفاده نمود. بطور کلی، فیلتر کربنی برای از بین بردن ترکیبات آلی مفید می باشد. بطوریکه اغلب باعث تغییر در طعم، بو و ظاهر آب می‌شوند. از آنجایی که ترکیبات آلی از هیدروژن و کربنها تشکیل شده‌اند، فیلتر های کربنی با این نوع آلاینده ها به خوبی کار می کنند. فیلتراسیون با این فیلتر ها می تواند مواد شیمیایی مضری مانند:

• تری هالومتان ها (THMs)،
• آفت کش ها،
• بی فنیل های پلی کلرین (PCB) و
• هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای (PAHs)

را از بین ببرد. توجه نمایید که اگر این مواد شیمیایی در مقادیر بالاتر از استانداردهای تعیین‌شده وجود داشته باشد، آب برای نوشیدن خطرناک می‌باشد.

علیرغم توانایی فیلتر کربن در حذف انواع مختلفی از مواد شیمیایی مضر، در حذف همه آلاینده ها موثر نمی باشد. به‌بیان دقیقتر، فلزات سنگین مانند سرب را می توان با استفاده از فیلتر کربن حذف کرد. ولی نیاز به فیلترهای خاصی دارند. نمونه هایی از آلاینده هایی هستند که با استفاده از فیلتر کربنی نمی توان آنها را به طور مؤثر فیلتر کرد، عبارتند از:

• میکروب‌ها،
• نیترات‌ها و
• فلوراید.

بسیاری از ترکیبات آلی که فیلتر کربن آن ها را حذف نمی کند، حضور برخی باکتری ها را تشدید می کند. باکتری های مضر بیماری‌زا، مانند وبا و حصبه، از باکتری هایی تغذیه می کنند که یک فیلتر کربن نمی تواند آن ها حذف کند.

درون سیستمهای عمومی، آب قبل از تصفیه باید از لحاظ باکتری‌های بیماری زا، کاملاَ پاکسازی شده باشد. بنابراین آبی که وارد خانه می شود ، بعید است که حاوی چنین باکتری هایی باشد. (آبی که به عنوان آب آشامیدنی عمومی استفاده می شود).

تعویض فیلتر کربنی

با این حال، معمولاً تعداد زیادی از باکتری های غیر بیماری‌زا در داخل فیلتر کربن تجمع می کنند. اگر چه این نوع باکتری ها به طور مستقیم باعث بیماری نمی شوند. اما بهتر است فیلتر را به طور منظم تعویض و یا تمیز نمایید. قرار گرفتن آب در معرض باکتری ها به این معنی است که سیستم ایمنی بدن انسان برای محافظت در برابر باکتری های اساسی به خوبی مجهز است. ولی کسانی که سیستم ایمنی ضعیف تری دارند، برای عوامل بیماری­زا مستعدتر هستند. درهر صورت، تمیز کردن منظم فیلتر در حفظ یک سیستم تصفیه موثر آب، نقش مهمی دارد.

کاربردهای صنعتی و شیمیایی active carbon

انواع کربن اکتیو در کاربردهای صنعتی برای:

• حذف ناخالصی های آلی از محلول های درخشان آبکاری نیکل و
• البته برای تصفیه و استخراج فلزات گرانبها مانند طلا،

استفاده می شود. هنگام آبکاری، اپراتور ها انواع مختلفی از مواد آلی را به محلول های آبکاری اضافه می کنند؛ تا خواص فلزی خاص را بهبود بخشند. اما این ترکیبات می توانند در معرض جریان الکتریکی، تجزیه شوند. active carbon برای حذف این ناخالصی ها و بازگرداندن محلول های آبکاری به کارایی بهینه خود اضافه میشود.

در صنایع شیمیایی، کربن اکتیو بمنظور:

• اندازه گیری سطوح خاصی از ترکیبات در محلول ها
• و همچنین استخراج محیط های خاصی از بستر ها

استفاده می شود. همچنین برای فیلتر کردن و خالص سازی نمونه های شیمیایی خاص، چه به عنوان کربن فعال معمولی یا به عنوان کربن آغشته شده برای آلاینده های خاص، استفاده می شود.

کربن های اکتیو در کاربردهای پزشکی

همانطور که قبلاً گفته شد، از کربنها با پوشش پلیمری در همپرفیوژن برای پاکسازی خون از مواد سمی بهره گرفته می شود. با این حال، کربن اکتیو می تواند به شکل قرص برای درمان مسمومیت مصرف شود. زغال فعال همچنین یک داروی OTC برای ناراحتی های گوارشی است. هرچند که شواهد علمی کمی وجود دارد که نشان دهنده اثربخشی آن در این نقش باشد. فهرست داروهای ضروری سازمان جهانی بهداشت، زغال فعال را یکی از ایمن ترین و مؤثرترین دارو های مورد نیاز در یک سیستم پزشکی می داند.

محصول پیشنهادی: دستگاه ازن ساز

کاربردهای زیست محیطی و کشاورزی کربنهای فعال

کربن فعال (به ویژه کربن اشباع شده) برای حذف آلاینده های هوا و آب مانند:

• آلاینده هایی که در آب های زیر زمینی،
• آب آشامیدنی،
• هوا،
• کارخانه های ترکیبات آلی فرار (VOC) و
• سایر منابع آلودگی یافت می شوند،

استفاده می شود. از کربن فعال برای اندازه گیری غلظت رادون در هوا نیز استفاده می شود.

کربنهای اشباع‌شده با گوگرد و یا با ید، به طور گسترده در انواع کاربری هایی نظیر:

• نیروگاه های زغال سنگ،
• زباله سوز های پزشکی و
• سر چاه های متان برای به دام انداختن انتشار جیوه،

استفاده می شود. در محیط های کشاورزی، کربن فعال یک آفت کش، یک افزودنی خوراک دام، یک کمک فرآوری، یک ضد عفونی کننده و یک کود بسیار عالی به حساب می آید.