کربن فعال (زغال اکتیو) چیست و چه ویژگی ها و انواعی دارد و چگونه ساخته می شود

کربن فعال برای تصفیه مایعات و گاز ها در بسیاری از کاربرد ها شامل ، تصفیه آب شرب شهری ، فرآیند تهیه غذا و نوشیدنی ، بو زدایی ، کنترل آلودگی های صنعتی ، و فیلتر های تصفیه آب برای شیر های خانگی مورد استفاده قرار می گیرد.

افزایش سطح آگاهی مردم و نگرانی ها در مورد نوشیدن آب آشامیدنی سالم باعث شده است مردم فیلتر های کربنی خانگی را روی شیرهای آب خود نصب کنند تا آب شرب خود را بیشتر تصفیه کنند . بسیاری از این فیلتر های تصفیه آب خانگی از کربن فعال استفاده می کنند تا ناخالصی های حل شده در آب و محصولات جانبی فرآیند گندزدایی که ممکن است طعم بدی به آب بدهند را به طور موثر از آن خارج کنند

کربن فعال چیست ؟

کربن فعال یا همان زغال اکتیو مساحت سطح بسیار وسیعی به نسبت حجمش دارد ، و شبکه ای از تخلخل های میکروسکوپی که فرایند جذب سطحی در آن ها رخ می دهند را در خود جای داده است . انواع کربن فعال و زغال اکتیو از مواد حاوی کربن ساخته می شوند . ماده ی اولیه خام استفاده شده برای ساخت کربن فعال می تواند هر ماده ی با درصد بالایی از کربن باشد . ماده با پایه کربنی از طریق یک فرایند اصلاح فیزیکی و واپاشی حرارتی در کوره تحت اتمسفر و فشار کنترل شده به کربن فعال تبدیل می شود . محصول نهایی مساحت سطح بالایی به نسبت واحد حجم خود داشته و حاوی شبکه ای از تخلخل های میکروسکوپی خواهد بود که فرآیند جذب سطحی در آن ها رخ می دهد .

کربن فعال چه ویژگی هایی دارد ؟

محصول نهایی کربن فعال با میزان فعال بودن و خواص فیزیکی اش سنجیده می شود. ویژگی های مربوط به فعالیت شامل نحوه ی پخش تخلخل ها با اندازه های مختلف هستند که میزان حجم تخلخل در دسترس برای یک کربن را برای سه منطقه با اندازه های مختلف تخلخل نشان می دهد : مناطق دارای میکروتخلخل ، مزوتخلخل ، و ماکروتخلخل :

منطقه ی میکروتخلخل : کمتر از 100 آنگستروم

منطقه ی مزو تخلخل : بین 100 تا 1000 آنگستروم

منطقه ی ماکروتخلخل : بیشتر از 1000 آنگستروم

پراکندگی اندازه ی تخلخل ها ویژگی اصلی کربن فعال است و توانایی آن برای از بین بردن مواد آلوده کننده ی ( مواد جاذب ) آب را نشان می دهد . مولوکول هایی که در فرم گازی هستند معمولا اندازه ی کوچکتری به نسبت مولکول های فاز مایع دارند . از این رو ، اکثر تخلخل های کربن فاز گازی باید در منطقه ی میکروتخلخل باشند .

دامنه ی وسیعی از اندازه تخلخل ها باید در یک کربن فعال موجود باشند تا مواد جاذب بتوانند به راحتی درون تخلخل های کربن حرکت کنند و ذرات با اندازه مولکولی خاصی جذب شوند . کربن فاز مایع معمولا شامل بازه ی وسیع تری از پراکندگی اندازه ی تخلخل است زیرا این ماده باید ذرات رنگ و مواد ارگانیک بزرگ را از آب جدا کند ، در حالی که باید تعداد میکروتخلخل برای جداسازی طعم و بو نیز در آن وجود داشته باشند .

ویژگی های فیزیکی شامل مساحت سطح ، چگالی محصول ، اندازه ی مش ، مقاومت به جذب و میزان خاکستر هستند .

ویژگی های کربن که معمولا اندازه گرفته می شوند شامل موارد زیر هستند :

عدد ید

 تست استاندارد که برای تخمین مساحت سطح کربن فعال با استفاده از اندازه گیری میزان جذب سطحی ید که در وضعیت استاندارد گرفته می شود. این عد میزان I2 جذب شده را بر حسب میلی گرم به ازای هر گرم کربن نشان می دهد .

مساحت سطح

 میزان سطح موجود برای جذب به ازای میزان مشخصی از جرم کربن . این مساحت با استفاده از تکنیک هایی مانند جذب نیتروژن BET محاسبه می شود و با واحد m2/g گزارش می شود .

چگالی محصول

چگالی ظاهری که چگالی کربن در بالاترین بازده تراکم است با واحد های g/cc یا Ibs/cf گزارش می شود .

اندازه ی مش

 این ویژگی دامنه ی اندازه ی ذره محصول گرانوله را نشان می دهد که معمولا به صورت یک دامنه از اندازه ی حفره ی غربال بیان می شود، مانند 12x40 که برای کربنی بیان می شود که از صفحه ی غربال با اندازه مش 12 عبو می کند ، اما از غربال با اندازه ی مش 40 عبور نمی کند . این اندازه مش میزان کربنی که روی غربال بزرگتر می ماند یا از غربال کوچکتر عبور می کند را نیز مد نظر قرار می دهد . پایه این کار بر استفاده از عدد سایش اندازه غربال های US است، که نشان دهنده ی توانایی کربن برای مقاومت دربرابر سایش است . این ویژگی مهم به افراد اجازه می دهد تا بدانند میزان تحمل کربن در فرآیند هایی که پشت شویی در آن ها مورد نیاز است چقدر است . در چنین فرآیند هایی کربن زیاد جابه جا می شود یا سرعت تصفیه از حد متوسط بالاتر است .

سطح خاکستر

این ویژگی میزان مواد غیر از کربن درون کربن فعال را اندازه می گیرد ، همه ی مواد پایه دارای مقداری محتوای خاکستر هستد . میزان خاکستر در مواد مختلف متفاوت است ، به عنوان مثال ، کربن پوسته ی نارگیل دارای فلزات قلیایی خاکی بیشتری است در حالی که کربن های بر اساس زغال دارای فلزات سنگین بیشتری هستند .

چرا انواع متفاوتی از کربن های فعال شده وجود دارد ؟

دلیل تفاوت کربن های فعال در نوع ماده ی خام اولیه و روش تولید است . این مواد خام اولیه ویژگی های کلی کربن فعال را مشخص می کنند و تفاوت ها در محصول نهایی بروز پیدا می کنند .

بیشتر کربن ها به طور خانگی از زغال تهیه می شوند . ماده ی خام پایه و گام های اولیه قبل از فعال کردن کربن می توانند بسیاری از خواص فیزیکی و میزان فعال بودن کربن فعال را تحت تاثیر قرار دهند . این ویژگی های متفاوت باعث می شوند بعضی از کربن های فعال برای کاربرد های خاص از انواع دیگر مناسب تر باشند . برای مشاهدۀ روش ساخت کربن فعال خانگی این مطلب را ببینید

کربن های فعال ساخته شده از زغال قیری دامنه ی وسیعی از تخلخل ها با اندازه های متفاوت دارند . این کربن ها شامل هر دو نوع تخلخل با اندازه ی کوچک و بزرگ هستند . از این رو برای فرآیند هایی مانند کلرزدایی و جداسازی مجموعه ی وسیعی از مواد آلوده کننده ی آلی ، شامل ذرات بزرگ تر رنگ ، از آب مناسب هستند.

کربن فعال پوست نارگیل

کربن ساخته شده از نارگیل دارای میکروتخلخل های بیشتری است و بیشتر برای جداسازی مواد آلی رقیق در آب شرب مناسب است . با مقایسه ی تعداد ید روی کربن فعال می توان به این ویژگی پی برد . کربن هایی که عدد ید بالاتری داشته باشند مساحت سطح بزرگتری دارند . بنابراین ، ظرفیت بالاتری برای مواد آلی با جذب ضعیف دارند . این در حالی است که کربن های با عدد ید کمتر ممکن است تخلخل های بزرگتری داشته باشند که برای جداسازی مولکول های آلی بزرگ مناسب تر است. کاربرد هایی وجود دارند که در آن ها جداسازی رنگ با استفاده از کربن دوباره فعال شده در مقایسه با کربن با عدد ید بالا بهتر انجام می پذیرد .

کربن فعال چطور کار می کند ؟

کربن فعال با استفاده از جذب فیزیکی مواد آلوده کننده را از جریان های مایع یا گازی جدا می کند . مساحت سطح بالای کربن به ازای واحد جرم آن باعث می شود که مواد آلوده کننده به سطحش بچسبند . در کاربرد های تخصصی در انواع دستگاه ها و تجهیزات آزمایشگاهی درون فیلترهای مصرفی از کربن فعال استفاده می شود

مساحت سطح درونی بالای کربن باعث به وجود آمدن چندین نیروی جذاب می شود که دیگر مولکول ها را به سطح آن جذب می کنند . این نیرو به نیروی گرانش شباهت دارد ، پس مواد آلوده کننده ی آب به دلیل تفاوت در غلظت مواد جاذب درون محلول و حفره های کربن به سطح کربن جذب می شوند ( یا به آن می چسبند ) .

مواد آلوده کننده ی آلی جرم مولکولی بالایی دارند و خنثی یا غیر قطبی هستند . این مواد به دلیل طبیعت شیمیایی شان به راحتی به کربن فعال جذب می شوند . برای جذب شدن ، مواد آلوده کننده ی آلی و کربن فعال هر دو باید در آب حل شده باشند تا اندازه ی مواد آلوده کننده از تخلخل های کربن فعال کوچک تر شده و بتوانند از این تخلخل ها عبور کرده و جمع شوند .

علاوه بر جذب فیزیکی ، واکنش های شیمیایی هم ممکن است روی سطح کربن فعال رخ دهند . یکی از این واکنش های شیمیایی می تواند حذف کلرین از آب پس از انجام واکنش شیمیایی کلرین با کربن و تولید یون های کلراید باشد.

کربن فعال جاکوبی چیست ؟

جاکوبی دارای متنوع ترین انواع کربن های فعال در صنعت است . این شرکت صد ها محصول استاندارد در فرم های گرانوله ، پودری و اکسترود شده دارد که از مواد خام متنوعی شامل پوسته ی نارگیل ، گرید های مختلف زغال و چوب ساخته شده اند .