کربن اکتیو یا ذغال فعال چیست؟

کربن اکتیو یا ذغال فعال یک جاذب بسیار مفید است. این ماده به دلیل مساحت سطحی بالا، ساختار منفذی (میکرو، مزو و ماکرو) و درجه بالایی از واکنش‌پذیری سطحی می‌تواند برای تصفیه، کلرزدایی، بوزدایی و رنگ‌زدایی در مایعات و گازها استفاده گردد. بنابراین معمولاً از این ماده برای بسیاری از صنایع مانند تصفیه آب آشامیدنی شهری، فرآوری محصولات غذایی و نوشیدنی، آرایشی و بهداشتی، کاربردهای خودرو، تصفیه گاز صنعتی، کنترل آلودگی صنعتی، پالایش نفت و بازیافت فلزات گران‌بها همچون طلا به کار گرفته می‌شود. کربن فعال از مواد اولیه کربن‌دار مانند نارگیل، پوست آجیل، ذغال سنگ، ذغال سنگ نارس و چوب تولید می‌گردد.

انواع کربن‌های اکتیو یا ذغال فعال

برای آشنایی با کربن اکتیو ابتدا در این بخش به انواع مختلف آن می‌پردازیم.

کربن فعال مبتنی بر پوسته نارگیل

کربن فعال مبتنی بر پوسته نارگیل، نوعی کربن اکتیو یا ذغال فعال است که دارای سطح داخلی بسیار بزرگ و ریزمنافذ زیادی می‌باشد. این نوع کربن فعال سختی بالایی دارد و گردوغبار کمی تولید می‌کند. بنابراین از آن به‌ویژه برای کاربردهای آب‌وهوای حیاتی و همچنین فیلترهای نقطه‌ای و ماسک‌ها جذاب استفاده می‌نمایند.

کربن فعال مبتنی بر زغال‌سنگ

کربن فعال مبتنی بر زغال‌سنگ، نوعی فیلتر نسبتاً کم‌هزینه برای کاربردهای گازی و مایع به شمار می‌آید که تقاضا برای آن معمولاً زیاد است. کربن فعال مبتنی بر زغال‌سنگ دارای سطح بالایی می‌باشد که با مزوپورها و ریزمنافذ مشخص می‌شود. از دیگر مشخصه‌های آن می‌توان به چگالی ثابت، سخت بودن با حداقل تولید گردوغبار و مقرون به‌صرفه بودن اشاره کرد.

کربن فعال بر پایه چوب

ویژگی‌های عملکردی متفاوت این نوع کربن اکتیو یا ذغال فعال همچون چگالی نسبتاً کم و تجدیدپذیر بودن آن را برای کاربردهای صنعتی مناسب کرده است. کربن فعال مبتنی بر چوب دارای سطح بالایی می‌باشد که با مزوپورها و ریزمنافذ مشخص می‌شود و به دلیل تخلخل‌سنجی مشخصه خود دارای خواص بی‌رنگ‌کنندگی عالی است.

کربن فعال مبتنی بر کاتالیزور

کربن کاتالیزوری دسته‌ای از کربن فعال است که برای حذف کلرامین‌ها و سولفید هیدروژن از آب آشامیدنی استفاده می‌شود. این ماده تمام ویژگی‌های جذب کربن فعال معمولی و همچنین توانایی تحریک واکنش‌های شیمیایی را دارد. کربن کاتالیزوری با مواد شیمیایی سوزاننده آغشته نشده است. از آنجایی که کربن‌های کاتالیزوری فاقد مواد آغشته‌کننده هستند، نگرانی برای کاهش ظرفیت بوی آلی یا پتانسیل آتش‌سوزی بیشتر کربن‌های آغشته به بستر وجود نخواهد داشت.

کاربردهای کربن اکتیو یا ذغال فعال

کربن اکتیو یا ذغال فعال از نظر ظاهری شامل انواع مختلفی همچون کربن فعال گرانول، کربن فعال گلوله‌شده، کربن فعال پودری، کربن فعال آغشته‌شده و کربن فعال کاتالیزوری می‌باشد. هر کدام از انواع کربن‌های فعال برای کاربردهای تخصصی مختلف مناسب هستند. زیرا هر کاربرد خاص به درجه و اندازه کربن فعال بستگی دارد. در واقع انتخاب صحیح محصول کربن فعال و اندازه منافذ، وابسته به کاربرد و آلاینده‌هایی است که قصد حذف آن وجود دارد. کاربردهای رایج و معمولی کربن فعال عبارتند از:

• ترکیبات آلی فرار مانند بنزن، TCE و PCE را حذف می‌کند.
• سولفید هیدروژن (HS) و گازهای زائد را دفع می‌نماید.
• از اشباع‌شده آن به‌عنوان بازدارنده باکتری در فیلترهای آب آشامیدنی استفاده می‌شود.
• طعم و بو ترکیبات ایجادکننده مانند MIB و ژئوسمین را از بین می‌برد.
• برای بازیابی طلا استفاده می‌گردد.
• برای حذف کلر و کلرامین به کار گرفته می‌شود.

طراحی یک سیستم فیلتراسیون کربن فعال مناسب با زمان تماس کافی، افت فشار و اندازه ظرف مهم است. همچنین خصوصیات فیزیکی و شیمیایی کربن اکتیو یا ذغال فعال نقش مهمی در حذف مؤثر آلاینده‌ها دارد. بنابراین، آزمایش مواد ضروری است و روش‌های آزمایش ASTM مانند فعالیت بوتان، مساحت سطح، چگالی و محتوای آب (رطوبت) را می‌توان برای یافتن بهترین ماده مناسب برای کاربرد موردنظر انجام داد.

عملکرد کربن‌های اکتیو یا ذغال فعال

کربن فعال مواد شیمیایی آلی را از جریان بخار و مایع جذب می‌کند، نگه می‌دارد و آن‌ها را از مواد شیمیایی ناخواسته پاک می‌نماید. اگرچه این ماده ظرفیت زیادی برای نگه‌داشتن مواد شیمیایی ندارد، اما برای تصفیه حجم زیادی از هوا یا آب با غلظت‌های رقیق آلودگی بسیار مقرون به‌صرفه می‌باشد. به‌عنوان مثال، زمانی که افراد مواد شیمیایی مصرف می‌نمایند یا مسمومیت غذایی را تجربه می‌کنند، به آن‌ها تجویز می‌شود که مقدار کمی کربن اکتیو یا ذغال فعال بنوشند تا سموم را جذب نماید و از بین ببرد.

فرآیند جذب توسط نیروهای پراکندگی، نوعی نیروی واندروالس که بین مولکول‌ها وجود دارد، ایجاد می‌شود. این نیرو دارای عملکردی شبیه به نیروهای گرانشی بین سیارات است. نیروهای پراکندگی، برد بسیار کوتاهی دارند و بنابراین به فاصله بین سطح کربن عفال و مولکول جذب‌شده حساس هستند. همچنین این نیرو افزودنی می‌باشد، بدین معنی که نیروی جذب مجموع همه برهمکنش‌های بین همه اتم‌ها است. بنابراین برد کوتاه و ماهیت افزودنی این نیروها منجر به این می‌شود که کربن فعال دارای قوی‌ترین نیروهای جذب فیزیکی نسبت به هر ماده‌ای باشد که برای بشر شناخته‌شده است.

جمع‌بندی

کربن اکتیو یا ذغال فعال شکل خامی از گرافیت است و تفاوت آن با گرافیت در داشتن سطحی با ریز منافذ می‌باشد. اندازه و ساختار منافذ و درجه واکنش‌پذیری سطحی، به این کربن اجازه می‌دهد طیف وسیعی از ترکیبات را جذب کند. از این رو، کربن فعال قوی‌ترین نیروهای جذب فیزیکی یا بالاترین حجم تخلخل جذب را در بین مواد شناخته‌شده برای بشر دارد.

منابع

📌 مطالب پیشنهادی :

• آنتی اسکالانت چیست و کاربرد آن
• آنتی اسکالانت بویلر چیست و کاربرد آن
• رزین میکس بد چیست