کربن فعال

از کربن فعال یا کربن اکتیو، به منظور حذف رنگ و بوی آب استفاده می شود. از این ماده شیمیایی در فیلتر کربنی که یکی از مهمترین و پرکاربردترین تجهیزات تصفیه آب می باشد، استفاده می شود. در تصفیه آب، کربن فعال با چسباندن آلاینده ها به بخود، موجب می شود آب عاری از آلودگی ناشی از آنها گردد. همچنین در فیلترهای کربنی برای حذف ذرات معلق و تصفیه بهتر آب، همزمان از بسترهای سیلیس نیز استفاده می گردد. در ادامه با ما همراه باشید تا با این محصول بیشتر آشنا شوید.

کربن فعال چیست؟

کربن اکتیو یا کربن فعال (Activated Carbon)، از ذغال سنگ نارس، کک نفتی، ذغال سنگ یا خاک اره ساخته شده است. هنگامی که ذغال در دمای بسیار زیادی تحت فشار قرار می‌گیرد، کربن اکتیو به وجود می‌آید. این موجب افزایش مساحت سطحی و تماس سطح می شود.  چراکه در دمای بالا، ساختار داخلی کربن تغییر می‌کند. به صورتی که اندازه منافذ آن کاهش می‌یابد و سطح آن افزایش پیدا می‌کند. در نتیجه این تغییرات، کربن فعال به وجود می‌آید که منافذ بیشتری نسبت به ذغال معمولی دارد.

کربن اکتیو پس از تولید با مواد افزودنی دیگری مانند نمک های کلرید ترکیب می شود تا ساختاری متخلل ایجاد شود. مواد اضافی آن با یک محلول اسیدی رقیق شسته می شود تا کربن خالص باقی بماند. با قرار گرفتن در معرض گازهای اکسیدکننده مانند بخار یا دی اکسید، کربن بیشتر پردازش شود، تخلخل و سطح ویژه آن افزایش پیدا می کند. این ماده به‌ دلیل مساحت داخلی قابل توجه، ساختار پوک و متخلخل، ظرفیت جذب بالا، قابلیت فعال ‌سازی مجدد سطح و همچنین قیمت کم در مقایسه با جاذب‌های غیرآلی مانند زئولیت، ماده­‌ی بهتری می‌باشد. این ماده، در حقیقت شکل غیرگرافیتی کربن با فضاهای داخلی متخلخل و میکروکریستالی می باشد.

روش تولید کربن اکتیو

کربن اکتیو از پیرولیز مواد کربنی از قبیل چوب، زغال سنگ، هسته یا پوسته میوه‌ها مانند پوسته نارگیل به وجود می آید. هنگامی که زغال (charcoal) در دمای بالا و در محیط خلأ و بدون اکسیژن حرارت داده می‌شود، توسط گرمادهی با گاز اکسید کننده یا مواد شیمیایی دیگر فعال شده و به پودری سیاه رنگ در می آید که همان کربن خالص است. زغال حاصل در مراحل بعدی تحت عملیات فعال‌سازی قرار می‌گیرد. پیرولیز موادکربنی، بدون حضور هوا، باعث تخریب مولکول‌های غیرآلی می‌شود که یک ماده پودری کربنی از آن ایجاد خواهد شد. جسم تولید شده دارای سطح ویژه و تخلخل بالایی می باشد.

در نتیجه فعال شدن این زغال، توانایی های آن افزایش پیدا یافته و می‌تواند مواد گوناگونی را جذب کند. کاربرد مهم و قابل اهمیت آنها در جداسازی بو، رنگ، مزه‌های غیردلخواه از آب در عملیات‌های خانگی و صنعتی، بازیافت حلال، تصفیه هوا به‌ویژه در رستوران‌ها، صنایع غذائی و شیمیایی می‌باشد.

به دلیل از بین رفتن ویژگی تصفیه کنندگی زغال، بعد از مدتی مشخص شما باید نسبت به تعویض فیلتر اقدام نمایید. زیرا زغال موجود در فیلتر دستگاه شما دیگر قابلیت تصفیه آب را نخواهد داشت.

تهیه کربن فعال با روش شیمیایی

در این روش به موادی با پایه کربنی مانند زغال سنگ یا زغال چوب نیاز داریم تا آنها را با مواد شیمیایی مخصوص ترکیب کرده و در نهایت نوعی خمیر ایجاد کنیم. پس از تهیه خمیر، لازم است در محیطی با دمای 500 تا 800 درجه سانتی گراد به آنها حرارت داده شود. اصلی ترین ویژگی کربن فعال تولید شده در این روش، ایجاد حفره های درشت روی سطح زغال می باشد، چراکه در سایر روش های تولید کربن اکتیو منافذ ریزتری ایجاد می شوند. نوع مواد شیمیایی و فعال ساز به کار گرفته شده در این روش ممکن است اسیدی یا قلیایی باشد، مانند اسید سولفوریک و کربنات پتاسیم و سدیم که با توجه به نوع زغال اولیه می توان گزینه های مناسب را انتخاب کرد.

تهیه کربن فعال با روش فیزیکی

از رایج ترین روش های تهیه کربن فعال می توان به روش های فیزیکی اشاره نمود که در آن ابتدا زغال اولیه ایجاد می گردد. برای فعالسازی کربن این مواد لازم است در دمای 800 تا 1100 درجه سانتی گراد همراه با بخار و اکسیژن هوا به آنها حرارت داده شود. پس از حرارت دهی زغال در این شرایط دمایی، حفرات و منافذ ریزی روی سطح آن ایجاد میگردد که در جذب مواد آلاینده موجود در آب بسیار موثر می باشند. لازم به ذکر است که مرغوب ترین نوع کربن اکتیو برای تصفیه آب، موادی هستند که به روش فیزیکی فعال سازی در آنها صورت گرفته است.

انواع کربن فعال در تصفیه آب و فاضلاب

نوع کاربرد کربن فعال در تصفیه آب و فاضلاب براساس شکل ظاهری و ساختار کلی کربن انتخاب می گردد. در حالت کلی کربن اکتیوهای مورد استفاده در تصفیه آب به دو گروه پودری و گرانولی تقسیم می شوند که هر یک دارای خواص و ویژگی های خاصی هستند که در ادامه به آنها اشاره شده است و روش تولید آنها در ویدئو زیر آمده است.

کربن فعال پودری PAC

همان طور که از نام این دسته از کربن اکتیوها مشخص است، شکل ظاهری آنها به صورت پودر می باشد. ابعاد ذرات موجود در این نوع کربن اکتیو حدود 0.18 میلیمتر بوده و گزینه ای مناسب برای تصفیه آب توسط فیلتر کربنی به شمار می روند. از مهم ترین خصوصیات این نوع کربن فعال در تصفیه آب می توان به قدرت جذب بسیار بالای مواد آلاینده در آنها نسبت به نوع گرانولی اشاره نمود. همچنین لازم به ذکر است که این نوع کربن فعال نه تنها در تصفیه آب به کار می رود، بلکه در تصفیه هوا، صنایع غذایی و کارخانجات تولید مواد آرایشی و بهداشتی و داروسازی نیز به دلایل مختلف از آن استفاده می شود.

کربن فعال گرانولی  GAC

کربن فعال گرانولی یا بلاکی به دانه های درشت از کربن های فعال شده به روش های شیمیایی و فیزیکی گفته می شود که در اثر تماس ذرات آب با آن، بسیاری از آلاینده های موجود در آب حذف می شوند. به عبارت دیگر، این نوع کربن فعال می تواند نقش فیلتر را در تصفیه آب ایفا کند. در برخی از مواقع ذرات و بلاک های کربن شبیه به میله هستند و کاربردی مشابه با نوع گرانولی دارند. علاوه بر کاربرد کربن فعال در تصفیه آب، می توان از آن برای گند زدایی و تصفیه فاضلاب نیز استفاده نمود.

چه آلاینده هایی توسط کربن اکتیو حذف نمی شوند؟

با وجود آنکه فیلترهای کربن فعال می توانند بیش از 70 نوع آلاینده را حذف نمایند، اما موارد دیگری نیز وجود دارند که قادر به حذف آن ها نیستند و برای از بین بردن آن ها باید از روش های دیگری استفاده کرد. این موارد عبارتند از:

• باکتری ها
• ویروس ها
• آلاینده های معدنی نظیر آرسنیک و آزبست
• منیزیم، پتاسیم، سدیم و کلسیم
• نمک ها یا فلزات آهن

مزایای استفاده از فیلترهای کربن اکتیو

• سهولت و آسانی تصفیه
• تعمیر و نگهداری کم
• راندمان جذب آلاینده ها بعضا تا ۹۰ درصد
• مقرون به صرفه و اقتصادی بودن
• هزینه های عملیاتی و محدود به جایگزینی فیلتر
• قابل اعتماد و کارآمد
• بهترین راه برای حذف مولکول های بزرگ آلی
• قابل استفاده در خانوارها و در تصفیه خانه های فاضلاب
• به طور موثر کلر، طعم بد و بو را از بین می برد.

نحوه عملکرد کربن فعال در تصفیه آب

با توجه به اینکه در فرآیند تصفیه آب از چه تجهیزاتی استفاده می شود، شیوه حذف آلاینده ها توسط کربن فعال در آنها متفاوت است. از مرسوم ترین تجهیزات به کار رفته در صنعت تصفیه آب می توان به فیلتر کربنی اشاره کرد، که بر اساس جذب مواد آلاینده توسط ذرات کربن اکتیو عمل می کند. عبور آب از فیلتر کربنی باعث می شود تا آلاینده هایی که باعث تغییر رنگ و بوی آب شده اند به بدنه فیلتر بچسبند و آب تصفیه شده از آن خارج گردد.

در تصفیه خانه های بزرگ در اغلب موارد از بستر کربنی استفاده می شود. عبور آب از روی بستر کربنی باعث می شود تا مواد آلاینده و ترکیبات آلی با یون منفی به سمت کربن های دارای بارالکتریکی مثبت جذب شوند و روی سطح کربن قرار گیرند. به همین دلیل حجم زیادی از مواد آلاینده موجود در آب حذف می شوند. لازم به ذکر است که کربن فعال در تصفیه آب باعث می شود تا میکروارگانیسم هایی که منجر به تغییر رنگ و بوی آب می شوند حذف شوند.

عدد یدی (ید نامبر) چیست؟

برای تشخیص یک کربن فعال خوب از بد باید به عدد یدی یا ید نامبر آن توجه کرد. عدد یدی اساسی ترین پارامتر مورد استفاده برای عملکرد جذب کربن فعال است. این یک پارامتر سنجش سطح فعالیت با مفهوم میزان جذب ید بر حسب میلی گرم بر لیتر می باشد. هر چه این عدد بالاتر باشد ظرفیت جذب بیشتر است.

عدد یدی یک کربن فعال مناسب برای استفاده در فیلتر کربن تصفیه آب حدود 700 تا 1200 می باشد.

با کارکرد کربن فعال در سیستم تصفیه ید نامبر کربن فعال کاهش می یابد و سپس به یک میزان مشخصی رسیده و نمودار کاهش خطی می گردد. با کاهش عدد یدی، عملکرد و راندمان تصفیه با فیلتر کربنی کاهش پیدا می کند.

سوالات متداول کربن فعال – کربن اکتیو

منبع: آبسازه absaze.com