کربن فعال (Activated Carbon) یا اکتیو کربن نوعی کربن است که طوری فرآوری شده است که دارای منافذ کوچک و کم حجم باشد. این عمل باعث می‌شود تا سطح تماس کربن افزایش یابد و بتواند در فرایندهای جذب یا واکنش‌های شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد.
کاربردهای کربن فعال
اکتیو کربن یک ماده جاذب قدرتمند و همه کاره است که کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف دارد.در اینجا به برخی از مهم‌ترین کاربردهای آن اشاره می‌کنیم:
تصفیه آب و هوا
کربن فعال نقش مهمی در تصفیه هوا و حذف آلاینده‌های مضر از آن ایفا می‌کند. این ماده می‌تواند آلاینده‌های گازی و بخارات سمی، گرد و غبار، بوهای نامطبوع و آلاینده‌های بیولوژیکی را از هوا جذب و حذف کند.
تصفیه فاضلاب
از این ماده همچنین به‌طور گسترده برای تصفیه آب و فاضلاب از آلاینده‌های مختلف مانند مواد آلی، کلر، فلزات سنگین و سموم استفاده می‌شود و می‌تواند آلاینده‌های موجود در آب را به طور موثر جذب و حذف کند و به این ترتیب، کیفیتی مطلوب برای آب آشامیدنی و مصارف صنعتی فراهم نماید.
برخی از کاربردهای خاص آن در تصفیه آب و فاضلاب عبارتند از:
- حذف طعم و بوی نامطبوع
- حذف رنگ از آب
- حذف کلر و ترکیبات کلردار
- حذف فلزات سنگین مانند سرب، جیوه و کادمیوم از آب
- حذف سموم و آفت‌کش‌ها
- تصفیه فاضلاب‌های صنعتی
استخراج فلزات
از اکتیو کربن برای استخراج فلزات گرانبها مانند طلا و نقره از محلول‌هایشان استفاده می‌شود. این فرآیند به عنوان “استخراج با جذب” شناخته می‌شود و بر اساس تمایل بالای این ماده به جذب فلزات گرانبها از محلول‌هایشان عمل می‌کند.
دارو و پزشکی
کربن فعال در زمینه پزشکی کاربردهای مختلفی دارد، از جمله:
- سم‌زدایی بدن: می‌تواند سموم و مواد مضر را از بدن جذب و دفع کند و در موارد مسمومیت غذایی، مصرف بیش از حد دارو و… کاربرد دارد.
- تصفیه داروها: از این ماده برای تصفیه برخی از داروها و جداسازی ناخالصی‌ها از آنها استفاده می‌شود.
- دیالیز: در روش دیالیز از کربن فعال برای جذب و حذف مواد زائد از خون بیماران کلیوی استفاده می‌شود.
صنعت غذایی
این ماده در صنایع غذایی نیزمصارف مختلفی دارد، مانند:
- تصفیه روغن‌ها: می‌تواند ناخالصی‌ها و اسیدهای چرب آزاد را از روغن‌ها جذب و حذف کند و به این ترتیب، کیفیت و ماندگاری روغن‌ها را افزایش دهد.
- شفاف‌سازی نوشیدنی‌ها: برای شفاف‌سازی نوشیدنی‌هایی مانند آبمیوه، شراب و… و حذف رنگدانه‌ها و ناخالصی‌های موجود در آنها از این ماده استفاده می‌کنند.
- حذف بو و طعم نامطبوع از مواد غذایی: کربن فعال می‌تواند بو و طعم نامطبوع برخی از مواد غذایی مانند تخم مرغ، گوشت و… را جذب و حذف کند.
صنعت شیمی
از کربن فعال برای جداسازی و خالص‌سازی مواد شیمیایی نیز استفاده می‌شود.
انواع کربن فعال
- پودری: این نوع، دارای سطح تماس بالایی است و برای تصفیه آب و هوا و همچنین در کپسول‌های اکتیو کربن برای درمان مسمومیت استفاده می‌شود.
- گرانولی: این نوع کربن فعال از ذرات بزرگ‌تر تشکیل شده است و برای تصفیه فاضلاب و همچنین در فیلترهای هوا و آب استفاده می‌شود.
- اکسترودشده: این نوع از اکتیو کربن به شکل استوانه‌های توخالی ساخته می‌شود و برای تصفیه گازها و بخارات استفاده می‌شود.
- پوشیده‌شده: نوع پوشیده‌شده در واقع با یک لایه نازک از مواد دیگر پوشیده شده است تا خواص آن را بهبود بخشد.
مشخصات فیزیکی
- سطح تماس: مهم‌ترین مشخصه فیزیکی این ماده، سطح تماس آن است. سطح تماس به مقدار فضای داخلی کربن فعال که برای جذب مولکول‌ها در دسترس است اشاره دارد. سطح تماس این ماده می‌تواند به بیش از 3000 متر مربع در هر گرم برسد.
- حجم منافذ: حجم منافذ کربن فعال به مقدار فضای خالی داخل آن اشاره دارد. حجم منافذ این ماده می‌تواند بر ظرفیت جذب آن تأثیر بگذارد.
- دانسیته توده: دانسیته توده اکتیو کربن به وزن آن در واحد حجم اشاره دارد.
- سختی: سختی این ماده به مقاومت آن در برابر خراش و سایش اشاره دارد.
- محتوای خاکستر: محتوای خاکستر کربن فعال به مقدار مواد معدنی غیرقابل‌احتراق در آن اشاره دارد.
روش‌های تولید کربن فعال
کربن فعال، ماده‌ای متخلخل با سطح وسیع و شبکه‌ای از منافذ میکروسکوپی است که به دلیل خاصیت جذب سطحی، کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف دارد. این ماده از طریق فرآوری مواد اولیه غنی از کربن مانند زغال سنگ، چوب، پوسته نارگیل و زغال سنگ نارس به دست می‌آید. به‌طور کلی، دو روش اصلی برای تولید این ماده وجود دارد:
روش فیزیکی
در این روش، ماده اولیه ابتدا در دمای بالا و در محیطی با اکسیژن کم (معمولاً در حدود 400 تا 900 درجه سانتی‌گراد) کربن‌سازی می‌شود. در این فرآیند، ترکیبات فرار از ماده اولیه جدا شده و فقط ساختار کربنی باقی می‌ماند. سپس، زغال حاصل از فرآیند کربن‌سازی، که به آن “ذغال خام” یا “شارکول” هم می‌گویند، برای افزایش سطح و حجم منافذ آن، فرآیندی به نام “فعال‌سازی” را طی می‌کند. در این فرآیند، ساختار زغال به‌گونه‌ای اصلاح می‌شود که شبکه‌ای از منافذ ریز و میکروسکوپی در آن ایجاد می‌شود. این منافذ، مساحت سطح زغال را به‌طور قابل‌توجهی افزایش می‌دهند و به آن خاصیت جذب سطحی بالایی می‌بخشند.
دو روش رایج برای فعال‌سازی عبارتند از:
فعال‌سازی شیمیایی: در این روش، از مواد شیمیایی مانند اسیدها، بازها و گازها برای ایجاد منافذ بیشتر در ساختار کربن استفاده می‌شود.
فعال‌سازی فیزیکی: در این روش، از گازها یا بخارات در دمای بالا برای ایجاد منافذ در ساختار کربن استفاده می‌شود.
روش شیمیایی
در این روش، از مواد شیمیایی برای سنتز مستقیم کربن فعال از ترکیبات آلی مانند متان، اتانول و فورفورال استفاده می‌شود. این روش معمولاً برای تولید کربن فعال با ساختار و خواص مشخص به کار می‌رود.
انتخاب روش مناسب برای تولید این ماده به عوامل مختلفی مانند نوع ماده اولیه، کاربرد مورد نظر و خواص دلخواه کربن فعال نهایی بستگی دارد.
عوامل موثر بر کیفیت کربن فعال
- نوع ماده اولیه: مختلف بودن مواد اولیه می‌تواند منجر به تولید کربن فعال با ساختار و خواص متفاوت شود.
- شرایط کربن‌سازی: دمای کربن‌سازی، زمان کربن‌سازی و میزان اکسیژن موجود در محیط کربن‌سازی بر کیفیت کربن فعال نهایی تاثیرگذار است.
- شرایط فعال‌سازی: نوع ماده فعال‌کننده، دمای فعال‌سازی و زمان فعال‌سازی بر سطح و حجم منافذ و همچنین خواص جذب سطحی کربن فعال نهایی تاثیرگذار است.
دیدگاهتان را بنویسید