کربن فعال یا کربن اکتیو | انواع و کاربرد ها | راهنمای خرید

کربن فعال یا کربن اکتیو یک زغال جامد سیاه رنگ و متخلخل است. ساختار این ماده، شبکه‌هایی از عناصر کربن است که سازمان یافته هستند. در شرایط مختلف، نحوه قرارگیری اتم‌های کربن در این ماده متفاوت خواهد بود و به همین خاطر است که در گروه مواد جاذب دسته بندی می شود.

کربن اکتیو و نانو لوله های کربنی هر دو، جامد پودری سیاه رنگ هستند؛ اما تفاوت اصلی آنها در ساختار و اندازه ذرات است. این ماده جامد، پرکاربردترین عامل جاذب در صنایع کاتالیست و تصفیه محسوب می شود. کربن فعال می تواند ترکیبات آلی و برخی از عناصر فلزی را به دام بیندازد. کربن اکتیو از طریق جذب سطحی این کار را انجام می دهد.

خواص شیمیایی و فیزیکی کربن فعال

مکانیزم عملکرد کربن اکتیو چیست و چه مزایایی دارد؟

کربن فعال یک محیط جذب محسوب می‌شود و وظیفه آن جذب مولکول های آلی در ریز منافذ است. با استفاده از فرآیندهای حرارتی یا شیمیایی، با هدف افزایش ظرفیت جذب آن، سطح کربن، فعال سازی می شود. این منافذ، محل مناسبی در به دام انداختن سایر اتم ها یا مولکول ها است.

هر ذره کربنی، قابلیت جذب دارد. فعال کردن کربن شامل متخلخل ساختن آن برای افزایش ظرفیت جذب است. یک گرم کربن دارای مساحتی در حدود ۵۰ متر مربع است. با فرآیند فعال سازی، این اندازه به ۶۰۰ یا ۸۰۰ متر مربع افزایش پیدا می کند؛ یعنی بین ۱۲ تا ۱۶ برابر افزایش می یابد.

ساختار اتم ها در کربن اکتیو

اتم‌های کربن، جامدی را تشکیل می‌دهند که ما آن را «کربن فعال» می‌نامیم، و توسط پیوندهای کووالانسی به یکدیگر متصل می‌شوند. هر اتم، یک الکترون خود را با چهار اتم کربن دیگر به اشتراک می گذارد.

اتم هایی که روی یک سطح قرار نگرفته اند و دارای زاویه از سطح هستند، چهار پیوند را در جهات مختلف توزیع می کنند. اتم های روی سطح، فضای کمتری دارند بنابراین یک عدم تعادل نیروهای بین اتم ها در سطح و خارج از سطح ایجاد می شود. این عدم تعادل، همان چیزی است که کربن اکتیو را قادر می سازد تا مولکول ها یا اتم های دیگر را به دام بیندازد.

روش تولید کربن فعال

از نظر تئوری هر ذره کربنی می تواند فعال شود و کربن اکتیو را تولید کند. با این حال اگر کربن، ساختار بسیار منظمی داشته باشد، چیزی شبیه به الماس یا گرافیت، حذف برخی اتم های کربن برای ایجاد منافذ و تخلخل دشوار است.

یکی از مهمترین فرایندهای صنعتی برای تغییر ساختار در کربن ها بر اساس “درجه کک شدن”، ترتیب اتم های کربن آن است. هرچه این عدد کمتر باشد، سختی کربن کمتر خواهد بود و به راحتی می توان آن را به کربن اکتیو تبدیل کرد.

به طور کلی، از پوسته نارگیل، زغال چوب و زغال سنگ معدنی میتوان کربن اکتیو را تولید کرد. چوب های نرم مانند چوب کاج، کربن های معدنی مانند زغال سنگ، قیر و آنتراسیت، پوسته یا استخوان های گیاهی، پوسته نارگیل، تفاله‌های زیتون یا هلو، یا پوست گردو برای این موارد به کار می روند.

انواع کربن فعال که از زغال سنگ معدنی تهیه می شود، دارای تخلخل و منافذ متعددی است و کاربردهای گوناگونی را ارائه می دهد. این نوع کربن اکتیو می تواند موادی را جذب کند که اندازه مولکولی متفاوت دارند. اگر این نوع ماده، منافذ کوچک تری داشته باشد، بیشتر در تصفیه گازها، یا تصفیه آب خروجی از چاه ها به کار می رود.

انواع کربن فعال

کربن اکتیو را می توان به صورت پودر، گرانول یا گلوله های استوانه ای تولید کرد. در روش تولید کربن فعال، زغال سنگ در یک مخزن ریخته می شود و سپس از طریق حرکت دوار تیغه‌ها و خرد کردن، ماده به تکه های بسیار ریز تبدیل می شود.

در ادامه، مواد از داخل یک فیلتر مناسب عبور می کنند و به این ترتیب یک دانه بندی حاصل می گردد. پودر جامد تولید شده کربنی، بر اساس اندازه ذرات یا عدد مش مشخص و طبقه بندی می شود. هر کدام از دانه بندی ها در یک صنعت برای کاربردهای تصفیه، جذب یا جداسازی به کار می روند.

برای تصفیه آب، کربن اکتیو به دو شکل اصلی وجود دارد:

• کربن فعال پودری (PAC): مواد پودر شده که در آن بیشتر ذرات دارای قطر کمتر از ۰.۱۸ میلی متر (۸۰ مش) هستند.
• کربن فعال گرانولی (GAC): این نوع کربن جامد دارای شکل نامنظم و قطر معمولی بین ۰.۲ تا ۱.۵ میلی متر است.

در فرآیند تصفیه آب، مقدار معینی از کربن فعال پودری به آب افزوده می شود و یا آب از بستر کربن فعال گرانولی عبور می کند تا فرآیند جذب صورت بگیرد.

کربن فعال پودری در تصفیه خانه های آب برای کنترل طعم و بو یا برای از بین بردن مواد آلی استفاده می شود. این ماده هم به صورت پودر خشک و هم به شکل یک دوغاب به کار می رود.

حالت پودر خشک کربن اکتیو، برای کاربردهایی با کم دوز و برای موارد بسیار خاص و نادر استفاده می شود. از دوغاب در شرایطی استفاده می شود که به دوزهای بالا نیاز است. برای این کار معمولاً از پمپ ها مجهز به سیستم اندازه گیری استفاده می شود.

از کربن فعال گرانولی عمدتاً به عنوان پس از یک عملیات فیلتراسیون، یا به صورت ماده بستر جاذب در داخل یک فیلتر دانه متوسط استفاده می شود. این روش فیلتراسیون عمدتاً نتایج بسیار خوبی دارد.

ظرفیت جذب کربن فعال چقدر است؟

ظرفیت کربن فعال برای جذب و حفظ یک ماده معین، نه تنها با مساحت سطح آن مشخص می‌شود، بلکه به نسبت منافذی که اندازه مناسبی دارند نیز بستگی دارد؛ یعنی یک کربن اکتیو مناسب، قطری بین یک تا پنج برابر مولکول جذب شده مورد نظر خواهد داشت.

مهم ترین کاربردهای کربن فعال چیست؟

تصفیه آب

کربن فعال می تواند سایر ترکیبات از جمله آفت‌کش‌ها، چربی‌ها، روغن‌ها، مواد شوینده، محصولات جانبی ضد عفونی، سموم، ترکیبات رنگ ‌ساز، ترکیبات تولید شده از تجزیه جلبک‌ها، سبزیجات یا متابولیسم حیوانات را جذب و حذف کند.

بو زدایی و تصفیه هوا

از این ماده جاذب در ماسک‌های کارتریجی، سیستم‌های گردش هوا در فضاهای عمومی، دریچه‌های زهکشی و تصفیه‌خانه‌های آب، اتاقک رنگ، فضای ذخیره‌سازی یا در استفاده از حلال‌های آلی استفاده می شود تا بوهای نامطبوع را حذف کند.

درمان افراد مبتلا به مسمومیت حاد

کربن فعال یک “پادزهر جهانی” است و در اورژانس ها و بیمارستان ها استفاده می شود.

تصفیه شکر

زغال سنگ، پروتئین هایی را در خود حفظ می کند که موجب تغییر رنگ آب می شوند. هدف اصلی این فرآیند جلوگیری از تخمیر و فاسد شدن شکر است.

حذف رنگ در روغن گیاهی

کربن اکتیو می تواند رنگ را از روغن نارگیل، گلوکز ذرت و سایر مایعات مورد استفاده در صنایع غذایی پاک کند.

بازیابی طلا

طلا که با فرآیند شناورسازی از مواد معدنی جدا نمی شود، در سیانید سدیم حل شده و روی کربن فعال، جذب می شود.

کدام نوع کربن اکتیو برای تصفیه آب مناسب است؟

آلاینده های متداول در آب چاه معمولاً وزن مولکولی کم دارند و برای این موارد، مناسب ترین جاذب، کربن با تخلخل بالا و منافذ ریز است. کربن اکتیوهایی که به بهترین وجه این شرایط را برآورده می سازند، اولاً کربن های تولید شده از پوسته نارگیل و یا مواد معدنی قیری هستند.

چه نوع کربن جاذب برای تصفیه هوا و گازها مناسب است؟

تمام آلاینده ها در حالت گازی دارای قطر مولکولی کمتر از ۲ نانومتر هستند. این شرایط بدان معنا است که آنها در ریز منافذ، جذب می شوند. کربن با منشأ پوسته نارگیل، دارای بیشترین تخلخل یا منافذ ریز هستند و بنابراین کاربردهای زیادی در تصفیه هوا و گازها دارند.

کربن‌های فعال اصلاح ‌شده نیز وجود دارد و زمانی استفاده می‌شوند که کربن اکتیو استاندارد نتواند سایر ترکیبات غیر آلی را حذف کند.

مزایای استفاده کربن فعال در تصفیه آب و فاضلاب

تصفیه آب با کربن فعال، یک فرآیند جذب است که در آن ناخالصی ها با جذب سطحی ذرات کربن به دام می افتند. راندمان جذب به موارد مختلفی بستگی دارد. از جمله: اندازه مولکول ها، اندازه منافذ، سطح، غلظت ذرات، دما، زمان تماس و سایر پارامترها.

فرآیند جذب سطحی روی کربن اکتیو:

جذب سطحی، پدیده ای فیزیکی است و با غلظت مولکول ها یا ذرات در سطح یک جامد ارتباط دارد. “جاذب” می تواند هر ماده جامدی باشد که دارای محل اتصال بوده و ماده جاذب می تواند به آن متصل شود.

در تصفیه آب، فیلتراسیون با کربن فعال برای موارد زیر استفاده می شود:

• از بین بردن طعم و بوی آب
• کاهش خطرات سلامتی
• جلوگیری از آسیب به غشاهای اسمز معکوس و رزین های تبادل یونی
• تصفیه فاضلاب در مرحله سوم
• پیش تصفیه آب صنعتی و …

انواع مختلف کربن اکتیو، طیف وسیعی از آلاینده ها را از بین می برند. این موارد به صورت زیر هستند:

• کلر باقی مانده از فرآیندهای ضد عفونی: کلر یا کلرامین ها، برخی از محصولات جانبی ضد عفونی (DBP)، مانند تری هالومتان ها (THM).
• ترکیبات آلی: از جمله حلال ها، آفت کش ها، زباله های صنعتی و ….
• برخی فلزات سنگین: مانند سرب و کادمیوم

با این حال، فیلترهای کربنی، باکتری ها، ویروس ها و نمک های معدنی را از بین نمی برند. کربن فعال، آبگریز است و تمایل زیادی به جذب ترکیبات آلی و آلاینده های غیر قطبی دارد. نیروهای واندروالس، مسئول فرآیند جذب سطحی هستند.

نکات ایمنی (MSDS) ذخیره، نگهداری و حمل و نقل کربن فعال

• این ماده باید در یک ظرف محکم درب بسته، در یک منطقه خنک، خشک و با تهویه نگهداری شود. از آسیب فیزیکی کیسه ها یا بسته ها جلوگیری کنید.
• بسته بندی ها را به دور از رطوبت و اکسید کننده ها نگهداری کنید. از پخش گرد و غبار آن در هنگام کار، جلوگیری کنید.
• کربن اکتیو مرطوب، اکسیژن هوا را به شدت جذب می کند و بنابراین ممکن است به طرز خطرناکی، اکسیژن محل ذخیره این ماده، پایین باشد.
• تمام هشدارها و اقدامات احتیاطی ذکر شده برای محصول را رعایت کنید.
• این ماده جامد در شرایط عادی استفاده و نگهداری، پایدار است.
• در اثر حریق و آتش، باعث تشکیل دی اکسید کربن و مونوکسید کربن می شود.
• پلیمریزاسیون خطرناک، اتفاق نخواهد افتاد.
• مواد ناسازگاری با جاذب کربنی شامل اکسید کننده های قوی مانند ازن، اکسیژن مایع، کلر، پرمنگنات و غیره است که احتمالاً منجر به احتراق سریع می شوند.
• از تماس این ماده با اسیدهای قوی جلوگیری کنید.

بسته بندی کربن فعال

بسته بندی کربن فعال به صورت کیسه های ۱۰ کیلوگرمی یا ۲۰ کیلوگرمی وجود دارد. برای گریدهای آزمایشگاهی، این ماده در ظروف پلاستیکی و مقاوم با وزن ۱ کیلوگرمی و یا ۵۰۰ گرمی به فروش می رسد.

خرید و فروش کربن فعال در بازار

خرید و فروش کربن اکتیو در مقادیر متنوع، مورد نیاز مشتریان از طریق بهترین کارخانجات تولید کربن فعال در ایران و یا نمایندگی های فروش، و حتی شرکت های فروش مواد شیمیایی صنعتی انجام می گیرد. شما می توانید برای خرید کربن فعال از طریق وبسایت شیمیکو، تأمین کنندگان برتر جاذب کربنی در ایران را شناسایی کرده و به طور مستقیم با آنها تماس بگیرید.

منابع:

https://www.parchem.com

https://cropaia.com/

https://www.carbotecnia.info/