کربن فعال (Activated Carbon) به گروهی از مواد کربنی متخلخل گویند که به دلیل مساحت داخلی زیاد، ساختار متخلخل و منفذی، ظرفیت جذب بالا و با قابلیت فعال سازی مجدد سطح هستند. اصطلاح زغال فعال شده یا کربن اکتیو نشان دهنده یک سری از مواد جذب کننده سطحی با جنسی زغالی و شکلی کریستالی است که در ساختار داخلی آن روزنه های زیادی دیده می شود. این محصول دارای قیمت پایین در مقایسه با جذب کننده های غیر آلی مانند زئولیت است. کاربرد مهم آن در جداسازی بو، رنگ و مزه های غیر دلخواه از آب، بازیافت حلال، تصفیه هوا به ویژه در رستوران ها، صنایع غذایی و شیمیایی می باشد.
تولید کربن فعال
کربن فعال کربنی است که از منابع کربنی نظیر بامبو، پوست نارگیل، چوب، زغال قهوه ای، زغال سنگ و قیر ساخته شده است. یکی از روش های تولید آن استفاده از زغال سنگ یا زغال چوب است. در این روش ماده مورد نظر را از به صورت های مختلف نظیر پودری یا گرانولی درمی‌آورند. در این روش بخار آب با گذر از روی این مواد عمل فعال سازی را ایفا می‌کند. بدین ترتیب بر روی سطح کربن میلیون ها منفذ ایجاد می‌می گردد. کربن فعال تولیدی از زغال در کاربرد های تصفیه فاز گاز، تصفیه آب های آشامیدنی و تصفیه فاضلاب بسیار مورد توجه می باشد.
انواع کربن فعال
این محصول را به دسته ها و انواع گوناگون تقسیم می کنند که در ادامه به توضیح آنها می پردازیم.
پودری
کربن فعال پودری یا پودر کربن فعال، سایز کمتر از ۱ میلی متر و قطر متوسط بین ۰/۱۵ – ۰/۲۵ میلی متر دارد. مزیت مهم این نوع از کربن مقدار بالای سطح فعال در واحد حجم آن است، اما به دلیل اندازه ریز ذرات افت فشار بالایی را ایجاد می کند.
اکسترود یا میله ای
نوع میله ای یا مدادی به شکل استوانه است و قطری بین ۰/۸ تا ۱۳۰ میلیمتر دارد. برای تهیه این نوع، شکل پودری را با یک پیوند دهنده به هم متصل می کنند و درون یک بسته استوانه ای شکل قرار می دهند.
گرانول
کربن فعال گرانول در مقایسه با نوع پودری آن سایزی نسبتاً بزرگتر و در نتیجه سطح خارجی کوچکتر دارد. به دلیل سرعت بالای نفوذ گازها و مایعات، این نوع کربن برای جذب بخارات مناسب است. از این نوع برای تصفیه آب، بوزدایی و جداسازی مواد موجود در جریان ها و نیز در حوضچه های اختلاط سریع کاربرد دارد. کربن فعال گرانول را برای استفاده در فاز مایع و نیز در فاز بخار می سازند.
کاربرد کربن فعال
کربن فعال با توجه به انواع خاصی که دارد، کاربرد های گوناگونی را نیز دارا می باشد. در ادامه به شرح انواع کاربرد های این محصول خواهیم پرداخت.
در صنعت
یکی از کاربرد های عمده صنعتی که از این ترکیب استفاده می شود، در فرایند افزایش دوام فلزات به منظور تصفیه محلول های آبکاری شده است. این فرایند، تکنیک اصلی تصفیه برای حذف ناخالصی محلول های آبکاری شده نیکل روشن می باشد. با استفاده از این ترکیب، ناخالصی ها از بین می روند و فرآیند آبکاری را به حد مطلوب خود می رساند.
در پزشکی
از کربن فعال برای درمان مسمومیت ها و اوردوز مواد شیمیایی استفاده می شود. قرص‌ها و کپسول های آن در بسیاری از کشورها دارویی بدون نسخه برای درمان بیماری های اسهال، سوء هاضمه و نفخ مصرف دارند. کربن فعال در برابر مسمومیت اسیدها و بازها قوی، سیانید، آهن، لیتیم، آرسنیک، متانول، اتانول یا اتیلن گلایکول بی اثر است. استفاده نادرست (به عنوان مثال در ریه ها) منجر به آسپیراسیون ریوی می گردد که در صورت عدم شروع درمان فوری، گاهی اوقات می تواند کشنده باشد.
در محیط زیست
تصفیه این ماده به دلیل ماهیت چند منظوره، یک روش موثر برای تصفیه آب می‌باشد. روش‌ها و تجهیزات متنوعی از تصفیه وجود دارد که با توجه به نوع آلودگی انتخاب می گردند. این محصول کاربرد های بسیاری در حذف آلاینده ها از هوا یا آب همانند موارد زیر دارا می باشد.
- پاکسازی نشت مواد شیمیایی
- اصلاح آب های زیرزمینی
- فیلتراسیون آب های آشامیدنی
- تصفیه هوا
- جذب ترکیباتی آلی فرار
- اندازه گیری غلظت رادون در هوا
در کشاورزی
از دیگر کاربرد های این محصول استفاده از آن در بخش کشاورزی بخصوص در پرورش دام است. از این ماده به عنوان کشنده آفات، مواد افزودنی خوراک دام، کمک به فراوری و ضدعفونی کننده بهره می برند.
در ذخیره سازی سوخت
پژوهش هایی در زمینه توانایی های این محصول برای ذخیره سازی گاز طبیعی در حال انجام است. مواد متخلخل به عنوان جذب کننده برای گاز های متنوع عمل می کنند. گاز مورد نظر به ماده کربنی به وسیله نیروهای واندروالسی جذب می شود. سپس گاز جذب شده زمانی که در معرض دمای بالاتر قرار گیرد امکان دفع فراهم می شود یا اینکه برای تولید کار یا به منظور استخراج گاز هیدروژن برای استفاده در پیل های سوختی هیدروژنی سوزانده شود. ذخیره سازی گاز در کربن فعال یک روش ذخیره سازی جالب و عجیب است. زیرا گاز می تواند در فشار کم، جرم کم، حجم کم محیط که بسیار مقرون به صرفه تر از مخازن بزرگ تحت فشار است، ذخیره شود.
سوالات متداول کربن فعال
1- كربن فعال برای حذف چه مواردی كاربرد دارد؟
مواد شیمیایی آلی به راحتي جذب کربن فعال می شوند اما تعداد بسیار کمی از مواد شیمیایی معدنی توسط اين ماده حذف می شوند. وزن مولکولی، قطبیت، حلالیت در آب، دمای جریان سیال و غلظت در جریان همه عواملی هستند که بر ظرفیت کربن فعال برای حذف مواد تاثیر می گذارند. بنزن، تولوئن، زایلن، روغنها و برخی ترکیبات کلردار، مواد شیمیایی رایجی هستند که با استفاده از کربن حذف می شوند. از دیگر کاربردهای مهم اين ماده حذف بو و آلودگی رنگ است.
2- روش توليد كربن فعال چيست؟
در اين روش کربن در یک مخزن بدون اکسیژن در دمای بسیار بالا، 600-900 درجه سانتیگراد ساخته می شود. پس از آن، کربن در معرض مواد شیمیایی مختلف، معمولاً آرگون و نیتروژن قرار می گیرد و دوباره در مخزن از 600 تا 1200 درجه سانتیگراد گرم می شود. بار دوم که کربن در مخزن حرارتی قرار می گیرد، در معرض بخار و اکسیژن قرار می گیرد. از طریق این فرآیند، ساختار منفذی در سطح آن ایجاد می شود و سطح قابل استفاده کربن به شدت افزایش می یابد.
3- طول عمر يا تاريخ انقضای کربن فعال چقدر است؟
طول عمر مواد شیمیایی داراي كربن فعال به وزن مولکولی ماده شیمیایی، غلظت ماده شیمیایی در جریان تحت كربن دار شدن، دمای عملیاتی سیستم و قطبیت مواد شیمیایی بستگی دارد.
4- ظرفیت جذب کربن فعال به چه چيز بستگی دارد؟
ظرفیت جذب کربن فعال برای حذف یک ماده معین، نه تنها به مساحت سطح آن، بلکه به نسبت منافذی که اندازه مناسبی دارند نیز بستگي دارد. یک کربن فعال مناسب دارای قطری بین یک تا پنج برابر مولکولی ماده ای است که بایستی جذب كربن شود.
5- کدام نوع کربن فعال برای تصفیه آب مناسب است؟
ترکیباتی که معمولاً در آب چاه وجود دارند، معمولاً وزن مولکولی کمی دارند. برای حذف آلاینده های آب، مناسب ترین نوع، کربنی با تخلخل ریز و زياد لازم است. کربنهایی که این خصوصیات را برآورده می کنند، اولاً کربنهای پوسته نارگیل و متعاقباً مواد معدنی قیری هستند.