کربن اکتیو ( زغال فعال ) چیست ؟

بسیاری از مواد مایع و گازها دارای مقادیری مواد ناخواسته و ناخالصی هستند.در برخی موارد این ناخالصی ها شامل میکروب ، باکتری ، مواد سمی و آلوده کننده های دیگر می باشند که باوجود درصد بسیار کم ، عملا شرایط نامطلوبی را ایجاد می کنند، بطوریکه  طعم ، بو ، رنگ  و خواص دیگر را تغییر می دهند. برای رسیدن به شرایط دلخواه  در این گو نه مایعات و گازها  بایستی ناخالصیها حذف شوند. یکی از بهترین روشهای حذف ناخالصیها  ، حذف آنها به شیوه جذب سطحی می باشد. حتی در بسیاری مواقع تنها شیوه موثر نیز می باشد.زغال فعال یک نوع جاذب قوی با  جذب سطحی فوق العاده می باشد و در هیچ حلال شناخته شده ای حل نمی شود و برجسته ترین مشخصه آن  حذف انتخابی آلاینده هاست و در برخی موارد برای بازیافت مواد نیز بکار می رود.میزان جدب زغال فعال به اندازه ساختار منافذ کربن و توزیع  اندازه منافذ و همچنین اندازه و  شکل مولکولهای آلاینده بستگی دارد.شکل مقابل پدیده جذب و ساختار درونی زغال فعال را نشان می دهد.بعد از پیرولیز حرارتی مواد  سلولزی گیاهی تحت عملیات فعال سازی با بخار آب  قرار گرفته  وکربن اکتیو بدست می آید.با توجه به تنوع مصرف و تنوع مواد اولیه  انواع زیادی با مشخصات خاص کربن فعال تولید می شود که هر کدام برای مصارف خاصی ساخته می شوند.

پدیده جذب در سطوح داخلی سوراخهای کربن اکتیو بدلیل وجود انرژی موازنه نشده ای است که بین اتمهای سطحی و اتمهای داخلی سطوح سوراخها وجود دارد ، می باشد. این انرژی به کمک جاذبه مولکولی واندروالس بر اثر شکسته شده پیوند C-C ایجاد شده است و سطح داخلی سوراخها برای موازنه انرژی مولکولهای ناخالصی را جذب می کنند.


خصوصیات کربن اکتیو

با توحه به تنوع مواد اولیه و روش های تولیدگوناگون ، کربن اکتیو های مختلفی تهیه می شود که برای انتخاب صحیح ،  توجه به خصوصیات آن مهم می باشد.از آنجائیکه کنترل کیفی محصول بسیار حائز اهمیت است ، شرکت شیمی پژوهان آزمایشهای لازم برای تعیین خواص کربن اکتیو را طبق استاندارد  ASTMانجام می دهد.

سطح مخصوص : با استفاده ازمعادله Brunauer – Emmet – Teller و نیز بهره گیری ازگاز نیتروژن ، مساحت حفره ها در شبکه کربن فعال بدست می آید. هر چه مساحت این حفره ها بیشتر باشد ، تعداد مکانهای جذب بیشتر خواهد بود. کربن فعال های گوناگون دارای مقادیر سطح ویژه مختلف از800 – 2500 m2/gr می باشند.

تخلخل : هرچقدر منافذ کربن اکتیو بیشتر باشد ، کربن اکتیو فعالتر است. اندازه و شکل سوراخهای کربن اکتیو نیزدر پدیده جذب موثراست. قطر سوراخهای کربن اکتیو شامل منافذ ریز ( قطر منافذ کمتر از 20 A˚ ) منافذ متوسط ( قطر منافذ 20-50 A˚ ) و منافذ درشت( قطر منافذ بزرگتر از 50 A˚ )  می باشد . کربن اکتیو با منافذ ریز برای فاز گازی و با منافذ متوسط و درشت برای فاز مایع بکار می رود.منافذ درشت بعنوان ورودی ،منافظ متوسط بعنوان مجاری انتقال و منافذ ریز بعنوان محل جذب عمل می کنند .

دانه بندی : کربن فعال درسایزهای مختلفی تولید می شود. ذرات کوچکتر عملکرد بهتری دارند ولی باعث افت فشار می شوند. به همین علت ، انتخاب با مقایسه بین کوچکترین ذرات ممکن و کمترین  افت فشار مجاز انجام می شود.

بطور کلی کربن اکتیو بصورت پودر ،گرانول و اشکال خاص می باشد.

سختی : سخت بودن کربن اکتیو مطلوب مشتری است.کربن های نرم به سادگی درحمل و نقل فرسوده می شوند. جریان طبیعی مایع و سیکلهای پس زدن آن ، سبب خرد شدن کربن اکتیو و در نتیجه باعث افت فشار در فیلتر و نیز صدمه به پمپ و تجهیزات می شود.

PH : یکی از خصوصیات کربن فعال میزان PH  آن می باشد. PH در پدیده جذب و نگهداری مواد جذب شده موثر می باشد. شرکت شیمی پژوهان  کربن اکتیو با PH    سفارشی نیز تولید می نماید.

وزن مخصوص :  این مشخصه بستگی به ماده اولیه دارد. در مواردی که به روش غوطه وری از کربن اکتیو استفاده می شود وزن مخصوص حائز اهمیت است. بهتر است در بعضی موارد قبل از استفاده ، برای بالا بردن وزن مخصوص ، کربن اکتیو خیس گردد.

Iodine Number  : عدد یدی بیانگر میزان تخلخل کربن فعال می باشد که بوسیله جذب ید از محلول حاوی آن اندازه گیری می شود، و بصورت میلی گرم عنصر ید جذب شده به ازاء هر گرم از کربن فعال بیان می شود. با توجه به اندازه مولکول های ید می توان دریافت که ، هر چه عدد یدی بالاتر باشد فعالیت کربن فعال بویژه در جذب مواد با وزن مولکول کمتر و با قطر کمتر از 20 آنگستروم بیشتر می باشد.

البته برای انتخاب کربن اکتیو ، فاکتورهای دیگری مانند توانائی جذب انتخابی ،عدد یدی، رطوبت و ... مهم است.