کربن فعال

کربن فعال چیست :

کربن فعال از پیرو لیز مواد کربنی از قبیل چوب ,زغال سنگ , هسته یا پوسته میوه ها مانند : پوسته نارگیل حاصل می گردد

و در مراحل بعدی تحت عملیات فعال سازی قرار  می گیرد . هنگامی که زغال در دمای بسیار زیادی تحت فشار قرار می گیرد

کربن اکتیو به وجود می آید .چرا که در دمای بالا ،ساختار داخلی کربن تغییر می کند .به صورتی که اندازه منافذ آن کاهش

می یابد و سطح انرژی آن افزایش پیدا می کند . در نتیجه این تغییرات کربن اکتیو به وجود می آید که منافذ بیشتری نسبت به زغال معمولی دارد

پیرولیز مواد کربنی , بدون حضور هوا باعث تخریب مولکول های غیر آلی می شود . که یک ماده پودری یا گرانولی کربنی از آن ایجاد خواهد شد

کربن فعال ماده ای با خاصیت بسیار است که حتی در گذشته به عنوان یک پادزهر جهانی شناخته می شود .

امروزه این ماده در صنایع مختلف مورد کاربرد قرار می گیرد .

برای مثال کربن اکتیو در صنعت تصفیه آب و تصفیه هوا در داخل فیلتر های متعددی کاربرد دارد

فرآیند ساخت کربن فعال :

به طور کلی این ماده از مواد زیر تشکیل می شود

ساخت زغال اکتیو از زغال سنگ

ساخت کربن بلک از چوب

کک نفتی

قیر

قطران زغال سنگ

ضایعات کشاورزی از جمله ( پوست میوه ها – هسته میوه ها ،مانند هسته هلو -گردو – زیتون و … )

پوسته نارگیل

چگونه با پوست نارگیل کربن اکتیو ساخته می شود ؟؟؟

به طور کلی کربن ساخته شده با این ماده به دلیل عدد ید بسیار بالا این نشان دهنده مساحت سطحی زیاد و قدرت جذب بالاست . کربن فعال ساخته شده با این نوع دارای گرد و غبار کمتر و دارای درجه سختی بالا می باشد . همچنان طول عمر مصرف آن به نسبت کربن فعال های ساخته شده با هسته میوه ها بسیار طولانی تر می باشد مقاومت و کربنی که با استفاده از پوست نارگیل ساخته می‌شود، گرد و غبار کمتری داشته و به خاطر اینکه حفره های ریزی دارد، برای جذب شیمیایی مواد آلی مناسب است. از دیگر ویژگی‌های این روش، می‌توان به مقاومت و درجه سختی بالای این کربن اکتیو اشاره کرد. همچنین برای عملیات تصفیه آب بسیار مناسب بوده و در این زمینه می‌توان از ان استفاده کرد.

تولید کربن بلک به این روش از طریق فرایند زیر انجام می‌شود:

برای فعال سازی کربن، کربنیزه کردن پوست، از طریق حدود دو سوم مواد فرار پوسته نارگیل انجام می‌شود. و به این دلیل است که توده کربن تولید شده دارای حفرهای ریز است.

2.این ماده کربنی می‌تواند در دمای بالا در بخار آب فعال شود. کل فرایند فعال‌سازی، باعث می‌شود که خصوصیات کربن فعال شکل بگیرد. ذکر این نکته لازم است که دمای فعال‌سازی و مقدار زمان آن، یکی از عوامل مهم برای به وجود آمدن شبکه‌های حفره داخلی است.

پیرولیز مواد کربنی بدون هوا، باعث می‌شود که مولکول‌های غیر آلی از بین بروند و سپس یک ماده پودری کربنی از آن تولید شود. این عنصر، سطح ویژه و تخلخل بسیار بالایی دارد.

انواع کربن فعال :

کاربرد کربن فعال منجر به ساخت آن در اشکال و مدل های گوناگون شده است.

در هر صنعتی با توجه به نوع فعالیت از درجه بندی و شکل خاصی از این ماده شیمیایی استفاده میشود.

اشکال مختلف در کاربرد کربن فعال عبارتند از:

کربن اکتیو پودری : رایج ترین نوع کربن اکتیو همین نوع است که بیشترین سطح فعال را دارد.

کربن اکتیو گرانولی : این نوع از کربن اکتیو دارای ذرات بزرگتری است و برای جذب گاز و بخار مناسب هستند.

کربن اکتیو قالبی : همان کربن اکتیو پودری است که از قالب های مخصوصی با فشار عبور داده میشود تا شکل مخصوصی بدست آورد.

کربن بافته شده :یکی از فناوری های جدید در ساخت کربن است که برای بافت لباس استفاده می شود.

کربن اکتیو دانه ای : این ماده از قیر به دست می آید و شکلی تقریبا شبیه کربن اکتیو قالبی دارد.

اما کاربرد آن برای فیلتراسیون آب است.

انواع کربن فعال :

کربن اکتیو یا فعال از نظر شکل ظاهری به سه گروه تقسیم بندی می شوند

که عبارتند از: کربن فعال گرانولی،کربن فعال پودری، کربن فعال میله ای. در گذشته شناخت و آگاهی نسبت به کربن اکتیو و ویژگی های آن وجود نداشت. با گذشت زمان، ویژگی های این ماده شناخته شد و به مرور در صنایع مختلف به خصوص تصفیه آب خانگی، تصفیه آب و فاضلاب، دستگاه تصفیه آب و فیلتر تصفیه آب مورد استفاده قرار گرفت. به گونه ای که امروزه این ماده جزء پرکاربردترین مواد شیمیایی محسوب می شود

ذغال اکتیو پودری (PAC)

اندازه ذرات کربن فعال پودری (PAC) از ۰.۱۸ میلی‌متر کمتر است. کربن اکتیو پودری عمدتاً به صورت مایع و برای تصفیه گازهای دودکش استفاده می‌شود. ذرات کربن فعال پودری از کربن فعال دانه‌ای میلی‌متری آسیاب می‌شوند و در مقایسه با کربن‌هایی با اندازه ذرات بزرگ‌تر، سریع‌تر عمل کرده و ظرفیت بیشتری برای حذف آلاینده‌ها دارند.

کربن اکتیو پودری را می‌توان برای مواردی مانند پاکسازی شکوفایی جلبک‌ها و نشت‌های صنعتی که آب‌های ورودی شهری را آلوده می‌کند، استفاده کرد. برای حذف این آلاینده‌ها کربن اکتیو پودری را به واحد ته‌نشینی فرآیند شفاف‌سازی اضافه می‌کنند. همچنین از این کربن اکتیو می توان در  ساخت فیلتر کربنی استفاده کرد.

کربن اکتیو گرانولی (GAC)

کربن اکتیو گرانولی دارای ذرات نامنظم با اندازه‌های 0.2 تا 5 میلی‌متر است. این نوع در هر دو فاز مایع و گاز استفاده می‌شود. نسخه GAC بیشتر در تصفیه آب استفاده می‌شود و مواد محلول در آب را جذب می‌کند.

کربن اکتیو گرانولی آلاینده‌ها با غلظت کمتر از حد تشخیص تحلیلی را حذف می‌کند و در مقایسه با پودر، تنها به حدود یک چهارم مقدار کربن نیاز است.

گرانول‌های کربن بسیار بزرگ برای کنترل سولفید هیدروژن فاضلاب شهری و سایر بوها استفاده می‌شود. این اشکال نسبتاً بزرگ کربن فعال، جریان‌های گاز را قادر می‌سازد تا بدون ممانعت از بسترهای کربنی عبور کنند. این باعث کاهش استفاده از فن‌ها و انرژی لازم برای دمیدن جریان‌های گاز در بسترهای تنگ می‌شود. همچنین کربن‌های معمولی و کاتالیزوری برای کنترل بوی هیدروژن سولفید استفاده می‌شوند. کربن‌های کاتالیزوری با اکسیداسیون، سولفید هیدروژن را به اسید سولفوریک تبدیل می‌کنند. اسید سولفوریک روی این کربن کاتالیزوری با آب شسته شده و بارها مورد استفاده قرار می‌گیرد .

کربن فعال میله ای یا کبریتی  (EXTRUDED ACTIVATED CARBON )

ذرات کربن اکتیو اکسترود شده استوانه‌ای شکل با قطرهای ۰.۸ تا ۵ میلی‌متر هستند. به دلیل افت فشار کم، استحکام مکانیکی بالا و محتوای گردوغبار کم استفاده می‌شوند. لازم به ذکر است که کاربرد کربن فعال استوانه ای در فاز گازی است.

مزایای استفاده از کربن فعال در صنعت تصفیه آب و هوا :

زغال فعال به عنوان یک ماده اصلی در ساخت فیلتر کربن اکتیو برای یکی از مراحل سیستم فیلتراسیون دستگاه‌ تصفیه آب صنعتی، خانگی و تصفیه هوا شناخته می‌شود. این فیلتر یکی از کاربردی‌ترین فیلترهای مورد استفاده در صنعت و دستگاه‌ تصفیه آب و هوا است. فیلتر کربن فعال به منظور حذف بو، مزه و رنگ نامطلوب از آب یا هوای ورودی به سیستم تصفیه استفاده می‌شود. از جمله مزایای استفاده از این فیلتر در دستگاه‌ تصفیه هوا می‌توان به موارد زیر اشاره کرد :

حذف گاز های مضر و سرطان زا  از هوا

جذب بخار های شیمیایی موجود در هوا

حذف ترکیبات آلی فرار موجود در رنگ ها که در واقع عامل اصلی بوی رنگ در هوا است

بالابردن کیفیت هوای مناسب برای افراد با ریه حساس

از کربن فعال در انواع فیلتر های تصفیه آب استفاده می شود به چند مورد از مزیت های آن اشاره می شود :

بالا بردن کیفیت آب

بالا بردن کیفیت آب

نگهداری آسان و قیمت کمتر نسبت به سایر فیلترهای دستگاه تصفیه آب

حذف مواد دارویی و آفت کش‌ها از آب حذف یا کاهش عناصری که باعث ایجاد بو، مزه یا رنگ نامطلوب در آب می‌شوند.

حذف و کنترل مواد آلی طبیعی در آب مثل (NOMs) که باعث ایجاد بو، رنگ و مزه نامطلوب شده و محصولات جانبی که از

ترکیب این مواد آلی با کلر یا سایر مواد موجود در سیستم تصفیه آب تولید می‌شوند.

خرید کربن فعال برای دستگاه های تصفیه آب و هوا:

اطمینان حاصل نمایید که زغال فعال حتما از پوسته نارگیل تهیه شده باشد .
بررسی اندازه ذرات یا مش کربن فعال و حجم منافذ
دقت و میزان جذب فیلتر
PH مجاز
چگالی و میزان حلالیت در آب

موارد استفاده کربن فعال :

بازیافت طلا – تصفیه هوا و گاز فشرده – حذف بخارات روغن ، بو و دیگر هیدرو کربن ها از هوا

تصفیه آب ( آب شرب ،آب آکواریوم ها ،آب های صنعتی ) از نظر رنگ ، بو ،طعم و مزه

تصفیه هوا : دستگاه های تصفیه کننده هوا ، خوشبو کننده ها ، تصفیه کننده های صنعتی – اندازه گیری غلظت رادون در هوا

رنگ بری از قند و شکر – بهسازی رنگ و طعم در نوشیدنی ها و آبمیوه ها

استفاده در ماسک های گاز

فیلتر های هوای فشرده

روش جذب کربن فعال :

کربن فعال سطح بالایی نسبت به حجم دارد و آلودگی ها به راحتی به سطح آن می چسبند. در فرآیند جذب سطحی مواد جاذب حل شونده به سمت کانال تخلخل هدایت می شوند و به سطح قوی می رسند. مواد آلی جرم مولکولی بالایی دارند و از نظر الکتریکی خنثی هستند. این مواد ماهیت شیمیایی دارند، به همین دلیل به آسانی جذب کربن اکتیو می شوند. برخی از مواد به صورت جذب فیزیکی از آب حذف شده، ولی برخی دیگر با واکنش شیمیایی می شوندو به عنوان مثال کلراین با کربن واکنش داده و یون های کلراید فعال تولید می کند.

دلایل کاربرد کربن اکتیو در پتروشیمی :

در صنعت پتروشیمی از کربن فعال برای جذب گاز استفاده می شود  و با قرار دادن آنها در دمای بالا امکان دفع گاز را فراهم می کند ،این فرایند برای ذخیره سازی گاز هم کاربرد دارند

بسیاری از مواد شیمیایی تصفیه آب و غیره از مواد نفتی و گازهای طبیعی استخراج شده و به همین دلیل ترکیبات متعددی در روند تولید محصولات آنها بوجود می آیند. برخی از این ترکیبات که حاوی اکسیژن، نیتروژن و کربن می باشند، ممکن است برای استفاده و تنفس خطرناک بوده و کیفیت محصولات نهایی را کاهش دهند. به همین دلیل فرآیند تصفیه در آنها اهمیت زیادی داشته و به شیوه های مختلف انجام میشود. کاربرد کربن اکتیو در صنایع پتروشیمی به دلیل قدرت واکنش پذیری بالا و جذب سطحی ذرات و گازهای موجود در محیط با بر منفی می باشد.

علاوه براین، در صنایع شیمیایی و پتروشیمی گاز و ترکیبات جانبی که در روند تصفیه تولید میشوند اهمیت بسیار زیادی دارند. چون احتمال تولید ترکیبات خطرناک و سمی و حتی منفجره وجود دارد. کربن اکتیو از جمله مواد شیمیایی می باشد که تنها قادر به جذب ترکیبات با بار منفی بوده و محصول جانبی تولید نمی کند. ذرات متصل شده به کربن اکتیو تنها در شرایطی امکان جداسازی را دارند که در حرارت بسیار بالا قرار گیرند. به همین دلیل نگرانی بابت تولید محصولات جانبی خطرناک و ورود آنها به محیط اطراف وجود نخواهد داشت.

از دیگر موارد بسیار مهمی که منجر به کاربرد زیاد کربن فعال در صنایع پتروشیمی میشود، قیمت ارزان و دسترس پذیری آسان آنها است. کربن فعال از چوب و پوست میوه ها و درختان تولید شده و قیمت ارزانی دارد و محدودیتی در تولید آنها وجود نخواهد داشت.

ذخیره سازی گاز توسط کربن فعال :

یکی از اصلی ترین موارد استفاده از کربن فعال در صنایع پتروشیمی، ذخیره سازی گاز با صرف کمترین هزینه می باشد. یکی از کارهای بسیار مهمی که در صنایع پتروشیمی انجام میشود، ذخیره سازی گاز و استفاده از آنها در زمان مناسب می باشد. روش های مختلفی برای این منظور ارائه شده اند که قیمت گرانی داشته و توجیه اقتصادی ندارند. کربن فعال قدرت بالایی در جذب گازهای اطراف داشته و تنها در شرایط حرارت دهی می تواند آنها را آزاد کند.

این ویژگی کربن اکتیو باعث میشود در صنایع پتروشیمی ابتدا گازها توسط کربن فعال ها جذب و ذخیره شوند. در شرایطی که به این گازها نیاز باشد، کافیست حرارت دهی انجام شود.

مهار واحد تصفیه پساب توسط کربن فعال :

پساب های تولید شده در بخش های مختلف صنایع پتروشیمی از قبیل خطوط تولید و شستشوی سطوح و غیره حاوی مواد آلاینده بسیار خطرناکی می باشند. با تصفیه این پساب ها می توان از آنها در سایر بخش ها استفاده نمود و مدیریت آب بهتری را اجرا کرد. برای این منظور می توان بخشی از آلاینده ها را به کمک کربن فعال ها جمع آوری و حذف کرد. البته در صنایع پتروشیمی از روش های ترکیبی متعددی برای تصفیه استفاده شده و تنها بخشی از آلاینده ها با کربن قابل حذف می باشد.