کربن فعال

کربن فعال یا کربن اکتیو، که به آن زغال اکتیو نیز گفته می‌ شود، ماده‌ ای با سطح متخلخل بالا است که به دلیل قدرت جذب بالایش در صنعت تصفیه آب و فاضلاب بسیار کاربرد دارد. این ماده در انواع پودری و گرانولی تولید می‌ شود و در فرآیند های تصفیه آب، حذف رنگ و بوی آب، و همچنین در فیلترهای کربنی برای پاکسازی آب و هوا استفاده می‌ شود. کربن اکتیو در صنایع مختلف از جمله تصفیه گازها و حتی در محصولات بهداشتی و دارویی مانند سفید کننده های دندان‌ کاربرد دارد. در این صفحه، با انواع کربن فعال و نحوه استفاده از آن‌ ها در تصفیه آب و فاضلاب بیشتر آشنا خواهید شد.

کربن فعال چیست؟

کربن اکتیو یا کربن فعال (به انگلیسی: 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 می‌ گیرد، کربن اکتیو به وجود می‌ آید. این موجب افزایش مساحت سطحی و تماس سطح می شود.  چراکه در دمای بالا، ساختار داخلی کربن تغییر می‌ کند. به صورتی که اندازه منافذ آن کاهش می‌ یابد و سطح آن افزایش پیدا می‌ کند. در نتیجه این تغییرات، ذغال فعال به وجود می‌ آید که منافذ بیشتری نسبت به ذغال معمولی دارد.

کربن فعال 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 اکسید کننده 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 جاذب‌ های غیرآلی مانند زئولیت، ماده­‌ی بهتری می‌ باشد. این ماده، در حقیقت شکل غیرگرافیتی کربن با فضاهای داخلی متخلخل و میکروکریستالی می باشد.

انواع کربن فعال در تصفیه آب و فاضلاب

۱. کربن فعال پودری (Powdered Activated Carbon – PAC)
۲. کربن فعال گرانولی (Granular Activated Carbon – GAC)
۳. کربن فعال اکسترود شده (Extruded Activated Carbon – EAC)
۴. کربن فعال اشباع شده (Impregnated Activated Carbon)
۵. کربن فعال کروی (Spherical Activated Carbon – SAC)
6. کربن فعال فیبری (Fibrous Activated Carbon – FAC)

۱. کربن فعال پودری (PAC)

ویژگی‌ ها:
ذغال فعال پودری دارای ذرات بسیار ریز (قطر کمتر از ۰.۱ میلی‌ متر) است که سطح تماس بالایی با آلاینده‌ ها دارد و در فرآیند های تصفیه آب، تصفیه هوا و حذف مواد آلی کاربرد گسترده‌ ای دارد.

کاربردها:

• استفاده در ساخت فیلتر کربنی و تصفیه آب آشامیدنی برای حذف ترکیبات آلی، بو و مزه نامطبوع
• استفاده در صنایع غذایی برای تصفیه شکر و روغن
• حذف آلاینده‌ های آلی از پساب‌ های صنعتی
• استفاده در داروسازی برای جذب سموم و ناخالصی‌ ها

مزایا:

• سطح تماس بالا و جذب سریع آلاینده‌ ها
• مقرون‌ به‌ صرفه برای استفاده در تصفیه آب
• مناسب برای فرآیند های شیمیایی و فیزیکی

معایب:

• سختی در بازیافت و احیا
• ایجاد مشکل در فیلتراسیون به دلیل اندازه کوچک ذرات
• نیاز به تجهیزات خاص برای تزریق به آب

۲. کربن فعال گرانولی (GAC)

ویژگی‌ ها:
ذغال فعال گرانولی دارای ذرات درشت‌ تر (قطر ۰.۲ تا ۵ میلی‌ متر) نسبت به PAC است و به دلیل ماندگاری بیشتر، در سیستم‌ های فیلتراسیون صنعتی و خانگی استفاده می‌ شود.

کاربردها:

• تصفیه آب آشامیدنی و صنعتی
• حذف کلر، مواد آلی و ترکیبات فرّار از آب
• تصفیه فاضلاب صنعتی و شهری
• استفاده در دستگاه‌ های تصفیه خانگی و صنعتی

مزایا:

• طول عمر بیشتر نسبت به PAC
• قابلیت احیا و استفاده مجدد
• کاهش بوی نامطبوع و رنگ آب

معایب:

• سرعت جذب کمتر نسبت به PAC
• نیاز به حجم بیشتر برای تأثیرگذاری موثر
• هزینه اولیه بالاتر نسبت به کربن اکتیو پودری

۳. کربن فعال اکسترود شده (EAC)

ویژگی‌ ها:
این نوع کربن به‌ صورت قرص‌ ها یا استوانه‌ های فشرده‌ شده تولید می‌ شود و به دلیل ساختار مکانیکی قوی، در سیستم‌ های فیلتراسیون هوا و گازهای صنعتی استفاده می‌ شود.

کاربردها:

• فیلتراسیون هوا در صنایع شیمیایی و پتروشیمی
• بازیابی فلزات گران‌ بها مانند طلا
• جذب آلاینده‌ های گازی از محیط‌ های صنعتی
• استفاده در ماسک‌ های ایمنی برای حذف گازهای سمی

مزایا:

• استحکام مکانیکی بالا
• مقاومت در برابر شکستن و خورد شدن
• امکان استفاده در دما و فشار بالا

معایب:

• هزینه تولید بالا
• نیاز به تجهیزات خاص برای فیلتراسیون

۴. کربن فعال اشباع شده (Impregnated AC)

ویژگی‌ ها:
در این نوع کربن، ترکیبات شیمیایی خاصی مانند نقره، پتاسیم پرمنگنات یا فسفات به ساختار آن اضافه می‌ شود تا قدرت جذب خاصی برای آلاینده‌ های خاص داشته باشد.

کاربردها:

• حذف جیوه و آمونیاک از گازهای صنعتی
• استفاده در ماسک‌ های تنفسی برای جذب گازهای سمی
• تصفیه هوا در محیط‌ های حساس مانند بیمارستان‌ ها و آزمایشگاه‌ ها

مزایا:

• قابلیت جذب آلاینده‌ های خاص که کربن فعال معمولی قادر به حذف آن‌ ها نیست
• استفاده در محیط‌ های صنعتی و نظامی برای حذف گازهای سمی

معایب:

• هزینه بالا
• بسته به نوع ماده شیمیایی اضافه‌ شده، می‌ تواند محدودیت کاربرد داشته باشد

۵. کربن فعال کروی (SAC)

ویژگی‌ها:
ذغال فعال کروی دارای دانه‌ های کروی‌ شکل است که باعث افزایش سطح تماس و جذب بهتر آلاینده‌ ها می‌ شود.

کاربردها:

• فیلتراسیون گازهای صنعتی
• استفاده در صنایع داروسازی
• تصفیه آب در سیستم‌ های پیشرفته

مزایا:

• توزیع یکنواخت‌ تر جریان سیال
• مقاومت مکانیکی بالا

معایب:

• قیمت بالاتر نسبت به انواع دیگر
• نیاز به فرآیندهای تولید پیچیده‌ تر

۶. کربن فعال فیبری (FAC)

ویژگی‌ها:
زغال فعال فیبری دارای ساختار فیبرمانند است که قابلیت جذب بسیار بالایی دارد و در سیستم‌ های فیلتراسیون بسیار دقیق استفاده می‌ شود.

کاربردها:

• حذف آلاینده‌ های آلی از گازهای صنعتی
• استفاده در صنایع الکترونیک برای تصفیه مواد شیمیایی حساس
• کاربرد در تجهیزات پزشکی و تصفیه خون

مزایا:

• جذب بسیار بالا و سریع آلاینده‌ ها
• مقاومت شیمیایی بالا

معایب:

• هزینه تولید بالا
• نیاز به تجهیزات خاص برای استفاده صنعتی

نکته مهم:
“در تصفیه آب و فاضلاب، تنها کربن فعال پودری (PAC) و کربن فعال گرانولی (GAC) به طور گسترده استفاده می‌ شوند. سایر انواع کربن اکتیو مانند EAC، Impregnated AC، SAC و FAC بیشتر در تصفیه هوا، صنایع شیمیایی و پزشکی کاربرد دارند.”

فرآیند تولید و ساخت کربن فعال

کربن فعال از طریق فرآیند خاصی به نام فعال‌ سازی تولید می‌ شود. ابتدا مواد اولیه غنی از کربن مانند چوب، زغال سنگ، پوسته نارگیل یا پودر زغال تحت فرآیند کربنیزاسیون قرار می‌ گیرند که در آن مواد تحت دمای بالا و در محیط فاقد اکسیژن قرار می‌ گیرند تا ساختار اصلی کربن شکل بگیرد. سپس این مواد کربنی در دمای بسیار بالا (بین ۸۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سلسیوس) با بخار آب یا گازهایی مانند نیتروژن یا دی‌ اکسید کربن واکنش می‌ دهند تا سطح آن باز و متخلخل شود. این فرآیند باعث ایجاد منافذ ریز و ظرفیت جذب بالایی در کربن فعال می‌ شود. در نهایت، کربن فعال به شکل‌ های مختلف مانند پودری، گرانولی یا اکسترود شده تبدیل می‌ شود.

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 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.

برای مشاهده فرآیند دقیق تولید کربن فعال گرانولی، ویدئو زیر را مشاهده کنید.

جدول مقایسه انواع کربن فعال

کاربردهای کربن فعال در صنایع

کربن فعال به دلیل ساختار متخلخل و ظرفیت جذب بالا، در بسیاری از صنایع و کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ادامه برخی از کاربردهای اصلی آن را توضیح می‌ دهیم:

1. تصفیه آب آشامیدنی و فاضلاب

کربن فعال یکی از مؤثرترین روش‌ ها برای حذف آلاینده‌ ها، بو ها و مزه‌ های نامطبوع از آب است. این ماده می‌ تواند کلر، ترکیبات آلی فرّار (VOCs)، مواد شیمیایی صنعتی و برخی از فلزات سنگین را جذب کند.

• در فیلترهای خانگی: حذف کلر، بو و مزه نامطلوب از آب شرب.
• در تصفیه‌ خانه‌ های شهری: حذف آلاینده‌ های شیمیایی، بو و رنگ از آب آشامیدنی و پساب‌ ها.
• در تصفیه فاضلاب صنعتی: کمک به حذف ترکیبات آلی و سمی از پساب‌ های صنعتی، به‌ ویژه در صنایع پتروشیمی، داروسازی و غذایی.

2. صنعت داروسازی و پزشکی

کربن فعال در پزشکی به‌ عنوان یک عامل جذب‌ کننده سموم و مواد مضر در بدن کاربرد دارد.

• در درمان مسمومیت‌ ها: به‌ عنوان یک آنتی‌ دوت برای جذب سموم و مواد شیمیایی خطرناک که از طریق گوارش وارد بدن شده‌ اند.
• در همودیالیز: برای تصفیه خون بیماران کلیوی و جذب سموم در دستگاه‌ های دیالیز.
• در تولید داروها: برای حذف ناخالصی‌ ها در فرآیند های تولید دارویی.

3. صنایع غذایی و نوشیدنی

کربن فعال در صنایع غذایی برای حذف بوها، رنگ‌ ها و ناخالصی‌ های نامطلوب استفاده می‌ شود.

• در تولید شکر سفید: حذف رنگدانه‌ های طبیعی و ناخالصی‌ ها از عصاره نیشکر یا چغندر.
• در تصفیه روغن‌ های خوراکی: حذف ترکیبات نامطلوب و ناخالصی‌ ها از روغن‌ های گیاهی.
• در تولید نوشیدنی‌ ها: تصفیه آب مورد استفاده در تولید نوشیدنی‌ های الکلی و غیرالکلی.

4. تصفیه هوا و گازهای صنعتی

کربن فعال در سیستم‌ های فیلتراسیون هوا و تصفیه گاز برای حذف آلاینده‌ ها و بوهای نامطلوب کاربرد دارد.

• در ماسک‌ های شیمیایی و گازهای سمی: حذف مواد خطرناک از هوای استنشاقی.
• در تصفیه هوای فضاهای بسته: کاهش میزان VOCs و سایر آلاینده‌ های گازی در محیط‌ های صنعتی و تجاری.
• در صنعت پتروشیمی: جذب ترکیبات آلی فرّار و جلوگیری از انتشار آلاینده‌ های خطرناک در هوا.

5. صنایع معدنی و فلزات

• بازیابی طلا و فلزات گران‌ بها: در فرآیند های استخراج طلا از سنگ معدن، کربن فعال برای جذب یون‌ های طلا و سایر فلزات استفاده می‌ شود.
• حذف سیانید از پساب‌ های معدنی: برای تصفیه فاضلاب صنایع معدنی که حاوی سیانید هستند.

6. استفاده در آکواریوم‌ ها و استخرها

کربن فعال در سیستم‌ های تصفیه آب آکواریوم‌ ها و استخرها برای حذف کلر، مواد آلی و بوی نامطبوع به کار می‌ رود.

7. صنایع نساجی و رنگ‌ سازی

• حذف رنگ از فاضلاب‌ های صنعتی: در صنایعی که از رنگ‌ های شیمیایی استفاده می‌ کنند، کربن فعال به حذف رنگ و کاهش آلاینده‌ ها کمک می‌ کند.

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

کربن فعال تاریخچه‌ ای طولانی در استفاده‌ های مختلف دارد. نخستین بار در مصر باستان، از کربن برای تصفیه آب و بهبود کیفیت غذا استفاده می‌ شد. این ماده در قرن ۱۸ میلادی در صنعت داروسازی و پزشکی به‌ طور گسترده‌ تری شناخته شد، زمانی که از آن برای جذب سموم و مواد سمی در بدن استفاده می‌ کردند. در قرن ۱۹ و ۲۰، کربن فعال به عنوان یک فیلتر شیمیایی در فرآیند های تصفیه آب و فاضلاب معرفی شد. در دهه‌ های اخیر، استفاده از کربن فعال در صنایع مختلف، از جمله تصفیه گازها، تصفیه آب، تولید مواد شیمیایی و حتی در صنایع غذایی و دارویی به‌ طور چشمگیری گسترش یافته است.

منبع: “History and Development of Activated Carbon,” ScienceDirect, Link.

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.

خرید کربن فعال یا کربن اکتیو

خرید کربن فعال با کیفیت بالا، یکی از مهم‌ ترین اقدامات برای تضمین عملکرد مناسب سیستم‌ های تصفیه آب و فاضلاب است. کربن فعال پودری و گرانولی به طور گسترده‌ ای در فیلترهای آب، تصفیه هوا و حتی صنایع غذایی استفاده می‌ شود. اگر به دنبال خرید کربن فعال با بهترین قیمت و کیفیت هستید، گروه صنعتی آب سازه ارائه‌ دهنده انواع کربن فعال با تضمین کیفیت و قیمت مناسب می‌ باشد. برای اطلاع از قیمت کربن فعال و نحوه خرید آن، می‌ توانید با کرشناسان ما تماس بگیرید.

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