کربن اکتیو چیست و چه کاربردی دارد

کربن اکتیو carbon active یا زغال چوب فعال که به آن زغال فعال نیز می گویند عنصر متخلخلی است که ترکیبات عمدتاً آلی موجود در گاز یا مایع را به دام می اندازد. این کار را با چنان اثربخشی انجام می دهد که پرکاربردترین عامل تصفیه کننده توسط انسان است.

ترکیبات آلی از متابولیسم موجودات زنده به دست می آیند و ساختار اصلی آنها از زنجیره ای از اتم های کربن و هیدروژن تشکیل شده است. از جمله تمام مشتقات دنیای نباتی و جانوری از جمله روغن و ترکیبات حاصل از آن است.

خاصیت یک جامد برای چسبیدن یک مولکول در حال جریان به دیواره های خود را “جذب” adsorption می گویند. جامد را “جاذب” adsorbent و مولکول “جاذب” adsorbate نامیده می شود. پس از فیلتراسیون ( که برای حفظ جامدات موجود در یک سیال در نظر گرفته شده است ) هیچ فرآیند خالص سازی با کاربردهای بیشتر از کربن فعال وجود ندارد.

کربن فعال چیست

کربن به اشکال مختلف وجود دارد. یکی از آنها به عنوان کربن فعال شناخته می شود – یا زغال چوب فعال یا زغال سنگ. هنگامی که کربن “فعال” می شود، یک ماده ریز متخلخل است. این بدان معناست که منافذ بسیار ریز زیادی دارد که وقتی کشیده می‌شوند، حجم فوق‌العاده‌ای از سطح را ایجاد می‌کنند. طبق ویکی پدیا، یک گرم از این ماده دارای مساحت باورنکردنی 5400 فوت مربع است.1.)

کربن فعال از چه ساخته می شود؟

کربن فعال حاوی مواد کربنی است که از زغال چوب به دست می آید. کربن فعال از تجزیه در اثر حرارت مواد آلی با منشاء گیاهی تولید می شود. این مواد عبارتند از زغال سنگ، پوسته نارگیل و چوب، باگاس نیشکر، پوسته سویا و پوست آجیل. در مقیاس محدود، کودهای حیوانی نیز برای تولید کربن فعال استفاده می شود. استفاده از این ماده برای حذف فلزات از فاضلاب رایج است، اما استفاده از آن برای تثبیت فلز در خاک های آلوده رایج نیست.

کربن اکتیو حاصل از کود مرغی دارای ظرفیت اتصال فلزی عالی است. این ماده اغلب به دلیل ساختار متخلخل، سطح وسیع و ظرفیت جذب بالا برای پاکسازی آلاینده ها در خاک و آب استفاده می شود. این ماده فلزات (Ni, Cu, Fe, Co, Cr) را از محلول از طریق رسوب به عنوان هیدروکسید فلز و جذب روی کربن فعال حذف می کند.  مشتق از پوسته بادام به طور موثر نیکل را از فاضلاب H2SO4 حذف می کند.2.)

روش های تولید کربن فعال

کربن فعال از طریق دو فرآیند اصلی کربن سازی و فعال سازی تولید می شود. در روش کربن سازی، در طی کربنیزاسیون، ماده خام در یک محیط بی اثر، در دمای کمتر از 800 درجه سانتیگراد، به صورت حرارتی تجزیه می شود. از طریق تبدیل به گاز، عناصری مانند اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن و گوگرد از ماده منبع حذف می‌شوند.

در روش فعال سازی، مواد کربنیزه یا زغال سنگ باید فعال شود تا ساختار منافذ به طور کامل توسعه یابد. این کار از طریق اکسید کردن ذغال سنگ در دمای بین 800 تا 900 درجه سانتیگراد در حضور هوا، دی اکسید کربن یا بخار انجام می شود. بسته به ماده منبع، فرآیند تولید کربن فعال می‌تواند با استفاده از فعال‌سازی حرارتی (فیزیکی/بخار) یا فعال‌سازی شیمیایی انجام شود. در هر صورت، می توان از یک کوره دوار برای پردازش مواد به کربن فعال استفاده کرد.

یکی از مزایای فراوان کربن فعال قابلیت فعال شدن مجدد آن است. در حالی که همه کربن‌های فعال مجدداً فعال نمی‌شوند، اما آن‌هایی که هستند باعث صرفه‌جویی در هزینه‌ها می‌شوند زیرا نیازی به خرید کربن تازه برای هر بار استفاده ندارند.

بازسازی معمولاً در یک کوره دوار انجام می شود و شامل دفع اجزایی است که قبلاً توسط این ماده جذب شده بودند. پس از دفع، کربن یک بار اشباع شده دوباره فعال در نظر گرفته می شود و آماده است تا دوباره به عنوان یک جاذب عمل کند.3.)

کربن فعال بر پایه چوب چیست؟

کربن فعال بر پایه چوب از انواع منتخب چوب و خاک اره تولید می شود. این نوع کربن از طریق بخار یا فعال سازی اسید فسفریک تولید می شود. بیشتر منافذ کربن بر پایه چوب در ناحیه مزو و ماکرو منافذ است که برای رنگ‌زدایی مایعات و آب ایده‌آل است. کربن پایه چوب عمدتاً در فیلترهای آب های سطحی و فاضلاب برای حذف ناخالصی های آلی و حذف موثر ساختارهای مولکولی بزرگتر مانند MIB (2-Methylisoborneol) و Geosmin استفاده می شود.

فعال‌سازی اسید فسفریک پایه چوب می‌تواند کربنی با سطح بسیار بالا تولید کند که از ۱۵۰۰ تا ۲۵۰۰ متر مربع در گرم متغیر است. این محصول به صورت دانه ای، گلوله ای یا پودری موجود است. تفاوت قابل توجه بین نوع چوب و نوع نارگیل اندازه منافذ بزرگ است که آن را برای ماکرومولکول ها مناسب می کند.4.)

کربن فعال پوسته نارگیل

کربن فعال پوسته نارگیل رایج ترین نوع این ماده در جهان امروزی است. مقرون به صرفه است و در دسترس بودن بالایی دارد. این ماده دارای سطح بالایی بوده و دارای سختی و گرد و غبار کم است که آن را برای تصفیه آب و هوا مناسب می کند. دارای ریز منافذی است که می تواند به عنوان بهترین فیلتر عمل کند. آنها از نظر خلوص عالی هستند و فقط 3-5٪ خاکستر دارند. از آنجایی که آنها سبز هستند و به راحتی از درختان در دسترس هستند، نوع خوبی از ماده را تولید می کنند.

کربن فعال بر پایه زغال سنگ

این نوع کربن معمولاً برای کاربردهای فیلتر گاز و مایع استفاده می شود. کربن فعال مبتنی بر زغال سنگ دارای مساحت سطح بالایی است که می تواند هم حفره های مزوپور و هم ریز منفذ داشته باشد. در چگالی آن یکنواختی دارد. مواد سخت و تمیز با حداقل تولید گرد و غبار است. کربن اکتیو مبتنی بر زغال سنگ معمولاً در سیستم های آب سطح صنعت استفاده می شود. برای فیلترهای بزرگ و سریعتر کاملا مقرون به صرفه و کاربردی است.

کربن فعال مبتنی بر کاتالیزور

این نوع کربن عمدتاً برای حذف کلرامین و سولفید هیدروژن از آب آشامیدنی استفاده می شود. این ماده دارای خواص کربن فعال مانند سایر انواع دیگر از جمله توانایی تحریک واکنش های شیمیایی است. با تغییر ساختار سطحی کربن ایجاد می شود. این می تواند یک راه حل اقتصادی برای جذب H2S و تبدیل آن به اسید سولفوریک و اسید سولفوریک باشد.5.)

تصفیه آب با کربن فعال

این ماده آفت‌کش‌ها، چربی‌ها، روغن‌ها، مواد شوینده، محصولات جانبی ضدعفونی، سموم، ترکیبات تولید کننده رنگ، ترکیبات تولید شده از تجزیه جلبک‌ها، سبزیجات یا متابولیسم حیوانات را حفظ می‌کند. فیلتر با کربن فعال دانه ای (GAC) یک گزینه اثبات شده برای حذف برخی از مواد شیمیایی، به ویژه مواد شیمیایی آلی، از آب است.

فیلترهای GAC همچنین می توانند برای حذف مواد شیمیایی که به آب بو یا مزه نامطلوب می دهند مانند سولفید هیدروژن (بوی تخم مرغ فاسد) یا کلر استفاده شوند. با این حال، مواد شیمیایی دیگر، مانند آهن و نیترات، جذب کربن نمی شوند و حذف نمی شوند و ممکن است به نوع دیگری از فیلتر مانند اسمز معکوس (RO) یا ماسه سبز نیاز باشد. فیلترهای RO همچنین برخی از مواد شیمیایی آلی را حذف می کنند. این اطلاعات فقط به فیلترهای GAC می پردازد.6.)

کربن فعال و تصفیه هوا

از کربن فعال در تصفیه هوا استقاده می شود. در ماسک‌های کارتریجی، سیستم‌های گردش هوا در فضاهای عمومی، دریچه های زه کشی و تصفیه خانه های آب، غرفه‌های رنگ یا استفاده از حلال‌های آلی. اگر به دنبال فیلتر هوای کربن فعال برای خلاص شدن از شر بوهای شدید یا گازهای مضر در خانه خود هستید، به مکان مناسبی آمده اید تا تمام جزئیات را به دست آورید.

در مورد اینکه چرا مردم از تصفیه کننده هوای کربنی استفاده می کنند، اینکه آیا آنها کار می کنند و آیا باید از آن برای فیلتر هوای خانه خود استفاده کنید، بیشتر بدانید. کربن فعال دارای خواص ویژه ای است که به آن اجازه می دهد تا ترکیبات آلی فرار (VOCs)، بوها و سایر آلاینده های گازی را از هوا حذف کند.

این کار را به گونه ای انجام می دهد که با سایر تصفیه کننده های هوا مانند HEPA که فقط آلودگی ذرات موجود در هوا را فیلتر می کنند متفاوت است. فیلترهای هوای کربن، مولکول‌های گاز را روی بستری از زغال سنگ به دام می‌اندازند، فرآیندی که تاریخچه شگفت‌آوری رنگارنگی دارد.7.)

درمان افراد مبتلا به مسمومیت حاد با کربن اکتیو

کربن فعال یک “پادزهر جهانی”universal antidote در نظر گرفته می شود و در اورژانس ها و بیمارستان ها استفاده می شود. در مواردی که سم زدایی از طریق دستگاه گوارش نشان داده می شود، باید سوسپانسیون خوراکی زغال فعال را در نظر گرفت. زغال فعال زمانی بیشترین تاثیر را دارد که ظرف یک ساعت پس از مصرف سم داده شود.

قبل از درمان با زغال فعال باید موارد منع مصرف را با دقت در نظر گرفت. این فعالیت کاربردهای مشخص شده برای زغال چوب فعال را پوشش می دهد و به همان اندازه مهم، موقعیت هایی را که مناسب نیست بررسی می کند. این فعالیت نقش تیم بین حرفه ای را در مراقبت از بیمارانی که ممکن است از زغال فعال بهره مند شوند برجسته می کند.8.)

تصفیه شکر با زغال فعال

این ماده پروتئین هایی را حفظ می کند که به آب نیشکر می دهند. هدف اصلی این فرآیند جلوگیری از تخمیر و فاسد شدن شکر است که به تصفیه شکر منجر می شود. زغال شکر خالص ترین نوع کربن بی شکل است و از حل کردن شکر با اسید سولفوریک غلیظ (conc) به دست می آید. در نتیجه جذب آب قند توسط اسید، بقایای سیاه کربنی باقی می ماند.

زغال شکر به دلیل خواص منحصر به فردش که می تواند قند را به مینای دندان بچسباند، به عنوان یک عامل بی رنگ کننده موثر دیده می شود. این می تواند به حذف رنگ و سایر ناخالصی ها از شکر کمک کند و در نتیجه شکل خالص و بدون هیدروژن قند را به وجود بیاورد. زغال شکر قابلیت جذب بالایی دارد زیرا می تواند علاوه بر شکر، ناخالصی های مختلفی را نیز جذب کند.

این ترکیب که به ویژه در صنایع و مصارف خانگی مفید است، برای تصفیه شکر ایده آل است. از این فناوری می توان برای حذف رنگ، بو و سایر ناخالصی ها از شکر استفاده کرد، در حالی که ظرفیت جذب آن حفظ می شود. این یک عامل رنگ‌زدایی برای شکر و سایر شیرین‌کننده‌ها است که ناخالصی‌ها را از بین می‌برد. زغال چوب به دلیل خواص منحصر به فردش، ماده ای است که در صنعت شکر بسیار مورد توجه است.

این ماده رنگ‌برنده نه تنها برای از بین بردن آلودگی‌های ناخواسته استفاده می‌شود، بلکه برای رنگ‌زدایی پوست نیز استفاده می‌شود. در نتیجه برای تولید قند خالص و بدون هیدروژن مورد نیاز است. این ماده علاوه بر قابلیت حذف ناخالصی ها از طیف وسیعی از محصولات غذایی و آشامیدنی، در صنایع غذایی و آشامیدنی کاربرد فراوانی دارد. در نتیجه، زغال چوب قند یک ماده مفید و همه کاره برای تصفیه شکر و سایر شیرین کننده ها است.9.)

رفع بو با کربن فعال

کربن فعال بوهای ناخواسته را با عمل به عنوان یک جاذب که بو را در خود به دام می اندازد و آن را حفظ می کند، از بین می برد. نارگیل فعال و کربن زغال سنگ یک جاذب عالی به دلیل سطح وسیع آن هستند. این ماده در از بین بردن بوهای ناخواسته و مضر، آلاینده ها و VOC ها با جذب و جذب عالی است.

این ماده در از بین بردن بو بسیار ماهر است زیرا دارای منافذ میکرو و ماکرو است تا با جذب مولکول ها را به درون خود بکشد و همچنین مولکول ها را جذب کرده و با جذب مولکول ها را روی سطح خود نگه می دارد. فرآیند “فعال کردن” کربن برای به حداکثر رساندن نسبت سطح به جرم طراحی شده است.10).

استخراج طلا با کربن فعال

طلایی که با فرآیند شناورسازی از مواد معدنی جدا نمی شود، در سیانید سدیم حل شده و به کربن فعال جذب می شود. فرآیند سیانیداسیون طلا یک روش اولیه برای استخراج طلا است. کربن فعال یک جزء حیاتی در بهینه سازی سنگ معدن طلا است که به دلیل توانایی آن در بازیابی طلا از مجموعه طلا-سیانید، امکان وقوع این فرآیند گسترده را فراهم می کند.

بسته به ذخایر، برخی از سنگ‌های نقره نیز ممکن است از طریق سیانیداسیون پردازش شوند. در اینجا نیز این ماده کاتالیزور بازیابی این فلز گرانبها است.

FEECO از سال 1951 در پردازش حرارتی متخصص بوده است. ما می توانیم کوره های دوار سفارشی سنگین و قابل اعتماد برای بازسازی این ماده ارائه دهیم.11).

کربن فعال را از کجا بخریم

می توانید کربن فعال را مستقیماً از آرکا شیمی گستر سپیدار خریداری کنید. این مجموعه اقدام به فروش کربن اکتیو در بسته بندی 25 کیلوگرمی و با گرید غذایی می نماید.

کاربرد های کربن فعال 

کربن فعال یک محیط جذب است، وظیفه آن جذب مولکول های آلی در ریز منافذ آن است. با استفاده از فرآیندهای حرارتی یا شیمیایی برای افزایش ظرفیت جذب آن فعال می شود. هر ذره کربنی قابلیت جذب دارد. به همین دلیل است که برخی افراد برای از بین بردن بوها، کربن را در یخچال قرار می دهند. اگر کربن را در یک ظرف آب قرار دهید، همین امر صادق است: رنگ، طعم و بو را از بین می برد.

فعال کردن کربن شامل متخلخل ساختن آن برای افزایش ظرفیت جذب آن است. یک گرم کربن دارای مساحتی در حدود 50 متر مربع است. با فرآیند فعال سازی به 600 یا 800 متر مربع می رسد. یعنی بین 12 تا 16 برابر افزایش می یابد. کربن توسط پیوندهای کووالانسی به یکدیگر متصل می‌شوند. هر اتم یک الکترون با چهار اتم کربن دیگر به اشتراک می گذارد.

اتم هایی که روی سطح نیستند، چهار پیوند خود را در همه جهات توزیع می کنند. اما اتم های سطحی، اگرچه به چهار اتم دیگر متصل هستند، در فضای کمتری مجبور به انجام این کار می شوند و عدم تعادل نیروها در آنها باقی می ماند. این عدم تعادل همان چیزی است که آنها را به به دام انداختن مولکولی از مایعی که کربن را احاطه کرده است، سوق می دهد.12).

شکل فیزیکی کربن فعال چیست؟

کربن را می توان به صورت پودر، گرانول یا گلوله های استوانه ای تولید کرد. ذرات کوچک زعال فعال فقط در تصفیه مایعات استفاده می شود. زغال سنگ در یک مخزن با هم زدن دوز می شود و سپس با استفاده از یک فیلتر مناسب برای حفظ ذرات کوچک (مانند فیلتر پرس) از مایع جدا می شود.

این ماده در اندازه ذرات مختلفی تولید می شود که بر اساس اندازه ذرات یا عدد مش مشخص می شود. به عنوان مثال، مش 4، مشکی است که در هر اینچ خطی چهار سوراخ دارد. آنها هم در تصفیه مایعات و هم در گازها کاربرد دارند. گلوله ها معمولاً در تصفیه گاز استفاده می شوند، زیرا شکل استوانه ای آنها افت فشار کمتری ایجاد می کند.13).

کربن چگونه فعال می شود؟

کربن را می توان با فرآیندهای حرارتی یا شیمیایی فعال کرد. فرآیندهای حرارتی شامل تحریک اکسیداسیون جزئی کربن، برای رسیدن به تشکیل منافذ، اما اجتناب از گاز شدن و از دست دادن کربن بیشتر از حد لازم است. این در دماهای بین 600 تا 1100 درجه سانتیگراد (1112 درجه فارنهایت و 2012 درجه فارنهایت) و در اتمسفر کنترل شده (که با تزریق مقدار مناسبی از بخار آب یا نیتروژن حاصل می شود) رخ می دهد.

فرآیندهای شیمیایی از مواد خام قبل از کربن شدن شروع می شود. این معرف ها عوامل کم آب کننده (مانند اسید فسفریک) هستند که پیوندهایی را که زنجیره های سلولزی را به یکدیگر متصل می کنند، می شکنند.

پس از این مرحله، مواد در دمای نسبتاً پایین (حدود 550 درجه سانتیگراد یا 1022 درجه فارنهایت) کربنیزه می شوند و سپس برای حذف بقایای معرف و سایر محصولات جانبی شسته می شوند. کوره هایی که در آنها کربن به صورت حرارتی فعال می شود یا کربنی که قبلاً با یک ماده شیمیایی کربنیزه شده است، می توانند دوار یا عمودی (مرحله ای) باشند.14).

زغال فعال در دکلره

دکلره یک مکانیسم پیچیده است که می تواند مسیرهای واکنش مختلفی را دنبال کند که در آن کربن فعال می تواند به عنوان یک واکنش دهنده یا یک کاتالیزور دخالت کند. کلر آزاد را می توان به صورت گاز کلر، محلول هیپوکلریت سدیم یا جداول هیپوکلریت کلسیم (گرانول) به آب اضافه کرد. در هر یک از این موارد، کلر به شکل اسید هیپوکلرو (HOCl) حل می شود، اسید ضعیفی که تمایل به تجزیه جزئی دارد.

توزیع بین اسید هیپوکلروس و یون هیپوکلریت به pH و غلظت این گونه ها بستگی دارد. هر دو شکل مولکولی به عنوان کلر آزاد تعریف می شوند. هر دو اکسیدان قوی هستند که وقتی به آب اضافه می‌شوند تقریباً بلافاصله با ناخالصی‌های آلی و معدنی واکنش نشان می‌دهند و اثر بیوسیدال روی میکروارگانیسم‌ها دارند. کلری که واکنش نشان می دهد و آن که در این مرحله از گندزدایی مداخله می کند، آزاد نمی ماند و ترکیب می ماند و آزاد نمی ماند.

هنگامی که این مرحله به پایان رسید، لازم است کلر آزاد باقیمانده را با استفاده از کربن فعال دانه ای حذف کنید. هنگامی که کربن در معرض کلر آزاد قرار می گیرد، واکنش هایی رخ می دهد که در آن HOCl یا OCl به یون کلرید کاهش می یابد. این کاهش نتیجه مسیرهای مختلف واکنش های ممکن است.15).

کربن فعال برای سفیدی دندان

امروزه استفاده از خمیردندان کربن فعال رو به فزونی است. اما آیا استفاده از این محصولات برای دندان ها مناسب است؟ پاسخ کوتاه به این سوال این است که نه، زغال فعال راه خوبی برای سفید کردن دندان ها نیست. در واقع، طبق مجله Pharmaceutical، هیچ مطالعه علمی که مزایای تبلیغاتی زغال چوب برای سفید کردن دندان ها را ثابت کرده باشد، وجود نداشته است.

آنچه ممکن است ابتدا به عنوان دندان های سفیدتر ظاهر شود، واقعاً می تواند اولین نشانه های فرسایش مینای دندان باشد. زغال چوب یک ماده فوق‌العاده ساینده است و شن‌کشی آن، اگرچه به عنوان پاک‌کننده لکه‌های سطحی شناخته می‌شود، اما در واقع مینای سطح دندان‌ها را از بین می‌برد.

کربن فعال و pH آب 

هنگامی که یک کربن از نظر شیمیایی فعال می شود، حذف تمام مواد شیمیایی استفاده شده از محصول نهایی برای سازنده غیرعملی و غیر ضروری است. بنابراین، اگر ماده شیمیایی یک اسید باشد، pH اولین لیتر آبی را که با کربن تماس پیدا می کند، کاهش می دهد. اگر ماده شیمیایی مورد استفاده قلیایی باشد برعکس اتفاق می افتد.

در مورد کربن فعال حرارتی (بدون وجود مواد شیمیایی غیر از بخار آب و گازهای حاصل از احتراق)، pH اولین لیتر آب تصفیه شده با آن افزایش می یابد.

زیرا همه سبزیجات دارای مقادیر قابل توجهی سدیم، پتاسیم، کلسیم و سایر کاتیون ها هستند که در فرآیند کربنیزاسیون، به شکل اکسید در کربن باقی می مانند.

این اکسیدها در تماس با آب به هیدروکسید تبدیل می شوند و در آب حل می شوند و PH آن را افزایش می دهند. هنگامی که PH اولین لیتر آبی که با کربن تماس پیدا می کند تغییر نمی کند، می تواند یک کربن با pH تنظیم شده یا یک کربن فوق خالص (بدون محلول) باشد.17).

خرید کربن اکتیو

برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد فروش زغال فعال میتوانید با کارشناسان ما با شماره های 02144182743 و 09026715830 تماس حاصل فرمایید. همچنین می توانید برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد این ماده به مقاله کاربرد های کربن فعال مراجعه نمایید.