کربن فعال

زغال اکتیو چیست؟

کربن اکتیو یا کربن فعال ( Activated carbon) شامل کربن است و دارای جذب و تخلخل بالای می باشد. ساختار پیچیده آن از اتم های کربن به وجود آمده است. این نوع شبکه ی حفره ای در کربن بلک مجموع کانال های است که در درون اسکلتی محکم از لایه های نامنظم اتم های کربن قرار دارد  با پیوندهای شیمیایی به یکدیگر متصل می باشند. این نوع ترکیب به صورت ناموازی روی سطح قرار می گیرد و یک ساختار از شکاف ها، ترک ها و برآمدگی ها با تخلخل بالا در بین لایه های کربن به وجود می آورد.

کربن اکتیو چیست؟،شبکه ای حفره ای در ساختار شبکه ای زغال فعال با مکانیزمی مانند جذب سطحی امکان از بین بردن ناخالصی ها را از مواد گازی و مایع دارد. این ماده به عنوان از بین برنده رنگ، بو و طعم، بهسازی رنگ و طعم در نوشیدنی ها و آب میوه ها, تصفیه فاضلاب, تصفیه کننده های صنعتی, تصفیه کننده های هوا شناخته می شود. همچنین از زغال فعال در تهیه خمیردندان، برای پاکسازی دندان و پوست و تولید انواع ماسک زغال (ذغال) استفاده می شود.

کربن فعال از چی ساخته شده است؟

کربن فعال شده در اشکال گوناگون کربن گرانولی، پودری و دیگر اشکال وجود دارند. این ماده از مواد آلی که دارای محتوای کربن زیاد است تشکیل می شود. از این مواد می توان به موارد زیر اشاره کرد؛ که لازم به ذکر است هر کدام از این مواد تاثیر زیادی بر کارکرد و خصویات کربن بلک دارد. مواد تشکیل دهتده کربن اکتیو شامل موارد زیر است:

• ساخت کربن اکتیو از ذغال سنگ، تورب
• ساخت کربن بلک از چوب
• ساخت کربن اکتیو از پوست سخت چوبی نارگیل
• ساخت کربن اکتیو از فندق، بادام و پوست گردو
• تولید کربن فعال با پوست پسته

در این میان دو روش تولید آن را توضیح می دهیم.

شیوه تولید و ساخت کربن فعال با پوست نارگیل

کربنی که از این ماده ساخته می شود دارای گرد و غبار کمتری است. و به خاطر داشتن حفره های ریز، برای جذب شیمیایی مواد آلی مناسب است. اکتیو کربن در این بسیار مقاوم و دارای درجه سختی بالای است. از این رو برای عملیات تصفیه آب بسیار مناسب تر است.
برای تولید کربن بلک به این روش از طریق فرایند زیر صورت می گیرد:

1. برای فعال سازی کربن، کربنیزه کردن پوست از طریق حدود دو سوم مواد فرار پوسته نارگیل انجام می شود. و به این دلیل توده کربنی با حفرات ریز به وجود می آید.
2. این ماده کربنی در دمای بالا در بخار آب فعال می شود. کل فرایند فعال سازی موجب شکل گیری خصوصیات کربن فعال می شود. از این رو دمای فعال سازی و مقدار زمان آن بریا به وجود آمدن شبکه های حفره داخلی مهم است.

ویژگی های ساخت کربن اکتیو بر پایه چوب

Min/Max	Unit	ITEM
۸۵۰-۱۱۰۰	Mg/g	Iodine number
۲۰۰	Mg/g	Methylene Blue No
Max 4	%	Total Moisture
Max 4	%	Total Ash
۶-۸	–	PH

انواع کربن اکتیو

زغال فعال دارای انواع گوناگونی است. این تقسیم بندی براساس خصوصیاتی مانند ساختار شیمیایی و فیزیکی آن، سطح و تخلخل آن و روش تهیه اش می باشد. در حالت کلی انواع کربن فعال دارای سه فرم و شکل رایج است که در ادامه به معرفی آن پرداخته ایم.

کربن اکتیو پودری (PAC)

پودر کربن فعال دارای ویژگی های چون اندازه کمتر از یک میلی متر است. این نوع کربن فعال به شکل ذرات کربن بلک باقی مانده بر روی غربال مش ۵۰ می باشد. این دسته از مواد ریزتر کربن خرد و آسیاب شده عبور می کند و به دست می آید. از مزیت مهم این نوع می توان به مقدار بالای سطح فعال در واحد حجم اشاره کرد. اما بخاطر اندازه ریز ذرات آن افت فشار بالایی را به وجود می آورد. کربن اکتیو پودری هلند از برندهای معروف آن است.
کربن اکتیو پودری دارای هزینه پایین تولید و انعطاف پذیری در زمان کاربرد دارد. کربن فعال پودری هلند برای جذب فاز مایع استفاده می کنند. کربن پودری در فرایند دسته ای مورد استفاده قرار می گیرد و به مایعی که قصد تصفیه آن را دارید اضافه می شود و بعد از مخلوط شدن طی فرایند ته نشینی و فیلتراسیون حذف می شود.

زغال فعال اکسترود (کربن اکتیو میله ای یا مدادی)

کربن فعال (EAC) به مدل استونه ای می باشد که قطری تا ۱۳۰ میلی متر دارد. برای به وجود آوردن این نوع، کربن فعال پودری را با یک پیوند دهنده به هم متصل می کنند و در یک بسته استوانه ای شکل می گذارند. کربن فعال مدادی یا میله ای دارای افت فشار کم، میزان غبار پایین، قدرت مکانیکی بالا می باشد. کاربرد آن برای جذب در فاز گازی، بازیایی حلال و کنترل گازهای خروجی از اتو مبیل است. این ماده به دلیل مقاومت بالا، افت فشار کم و فعالیت در حجم بالا موجب می شود تا در تمام طول عمر وسیله از آن استفاده کرد.

کربن اکتیو گرانولی (GAC)

این مدل در مقایسه با نوع پودری دارای سطح خارجی کوچک تر و سایز ذرات نسبتا بزرگ تری است. کربن فعال گرانولی بعد از آسیاب شدن و الک کردن به وجود می آید. از مزیت این مدل می توان به سرعت نفوذ گازها و مایعات برای جذب و بخار، سختی و مقاومت بالا اشاره کرد. از کاربردهای آن نیز می توان به بوزدایی، جداسازی مواد موجود در جریان، جداسازی در حوضچه های اختلاط و تصفیه آب اشاره کرد؛ پس از کربن گرانول در مواد مایع و در مواد گازی برای سیستم های ثابت و متحرک به وجود می آید.
برای کاربردهای فاز مایع، این ماده در برج ها و ستون های که ماده مایع از بین آن ها عبور می کند و فشرده می شود. کربن فعال گرانول شده برای تولید یا تصفیه یک ماده به طور مداوم در حجم بالا مورد مصرف قرار می گیرد. برای کاربردهای فاز گازی، داشتن جریان کافی با افت فشار قابل قبول در زمینه کربن است.
با توجه به این خصوصیات قیمت کربن فعال گرانولی نسبت به بقیه انواع خود کمی گران تر است. همچنین این نوع کربن بلک می تواند دوباره بازیابی شود و مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع فعال سازی تقریبا در طول دوره زمانی ۱۸ ماه صورت می گیرد.

کربن فعال زغال چوب (ACC)

این نوع در شکل های خاص مانند الیاف و پارچه وجود دارد.

کربن اکتیو در سایز ۴۰*۲۰ از ذراتی به وجود آمده است که دارای مش ۲۰ تا ۴۰ می باشند ولی با این وجود روی غربال آمریکایی می مانند و رد نمی شوند. در این میان کربن فاز آبی در سایز های ۸*۳۰ و ۱۲*۴۰ به عنوان محبوب ترین کربن این گروه شناخته می شوند زیرا دارای ویژگی چون داشتن تعادل بین مساحت، افت فشار و سایز خود است.

مراحل فعال سازی کربن فعال

پیرولیزد مواد کربنی بدون هوا موجب از بین رفتن مولکول های غیر آلی می شوند که در نهایت یک ماده پودری کربنی از آن به دست می آید. این عنصر شامل سطحی ویژه و تخلخل بسیار بالای است. فعالسازی کربن اکتیو در سه مرحله ایجاد می شود که شامل:

• فعال سازی با بخار (ماده اولیه آن چوب نیم سوخته، پوست نارگیل و زغال سنگ است).
• فعال سازی با دی اکسید کربن
• فعال سازی شیمیایی (ماده اولیه آن چوب یا زغال سنگ نارس است).

از این سه روش، فعال سازی با بخار به دلیل مسائل زیست محیطی و اقتصادی بهترین روش است. در حالی که از این بین روش شیمیایی بیشترین سطح و تخلخل را به وجود می آورد و دو روش فعال سازی توسط بخار و شیمیایی بیشتر در تولیدات تجاری مورد استفاده قرار می گیرد.

کاربرد زغال فعال (زغال اکتیو)

این نوع کربن به دلیل داشتن ساختار شیمیایی و فیزیکی خود در صنایع گوناگون قابل استفاده هستند. در این قسمت از سایت آرا سنگ الوند به توضیح کامل در مورد خواص و کاربردهای این عنصر باارزش پرداخته ایم.

• تصفیه گاز
• جدا کردن روغن از هوای فشرده در مجتمع های صنعتی
• جدا کردن آلاینده ها از سیستم های تهویه
• کربن اکتیو در ماسک (به عنوان لایه ای روی ماسک n95)
• فیلتر سیگار
• ماسک های گازی
• در کاتالیست به عنوان یک محیط عامل
• جداسازی آلاینده ها از سیستم خودرو و اگزوز برای حذف ناخالصی ها
• جداسازی آلاینده های دودکش ها در کارخانه های زباله سوزی
• از بین بردن بو از هوای خروجی هود آشپزخانه ها و فیلتر یخچال
• تصفیه گاز های طبیعی H25و BTX

کربن فعال در تصفیه آب و تصفیه فاضلاب

برای مصارف تصفیه آب از دو نوع پودری و گرانول آن استفاده می شود. در قدیم از این ماده برای حذف کلر آب و مواد ایجاد کننده بو و رنگ در آب ها کمک می گرفتند ولی امروزه از این عنصر برای تصفیه آب های زیرزمینی و آشامیدنی کمک می گیرند. همچنین از آن برای تصفیه پساب بیولوژیکی برای از بین بردن باکتری ها در آب استفاده می شود. همچنین از این ماده در واحدهای صنعتی پساب و در مرحله سوم برای افزایش کیفیت تصفیه استفاده می کنند. آنتراسیت نیز ماده ای مشابه به این محصول است که در تصفیه آب نقش دارد.

کربن اکتیو خوراکی

از کربن فعال شده در صنایع غذایی به عنوان یک رنگ زدا از آب میوه ها و عصاره میوه استفاده می شود. جدای از رنگ زدایی از کربن فعال خوراکی در فیلترهای بستر ثابت که ترکیب های آلی محلول را حذف می کند،

• رنگ زدایی
• رنگ زدایی از قند و شکر
• رنگ زدایی از محصولات داروسازی
• رنگ زدایی ادویه ها
• تصفیه کننده انواع روغن های حیوانی و گیاهی
• ازبین بردن رنگ و بوی ژلاتین
• رنگ بری از گلسیرین، وکس، مواد شیمیایی با خلوص بالا و آنزیم
• تمیز کردن حمام گالوانیزاسیون
• رنگ بری محلول های تولید کننده گلوگز و نشاسته

کربن اکتیو برای پوست

از این ماده برای ساخت انواع ماسک های مانند ماسک سیاه و ماسک زغال (ذغال) در صنعت دارو استفاده می شود. پس ماسک زغال فعال موجب خارج کردن ذرات آلوده از منافذ پوست می شود که در طول روز تحت تاثیر گرد و غبارهای محیط قرار گرفته اند. این تاثیر فوق العاده موجب تازگی و و افزایش طراوت در پوست می شود و با حذف مواد مضر از روی پوست پیری آن را به تعویق می اندازد. قرص زغال فعال برای معده نیز موجود است. شما برای اطلاع از قیمت قرص، پودر، ماسک و کپسول زغال فعال در داروخانه به مراکز معتبر خرید و فروش این محصول مراجعه کنید.
همچنین موجب ایجاد تعادل چربی پوست می شود. این ماده چربی و روغن اضافی پوست را خارج می کند ولی استفاده زیاد از آن موجب خشک شدن پوست می شود. شما می توانید برای داشتن موهای درخشان و پرحجم از شامپوهای حاوی کربن بلک استفاده کنید که گرد و غبار مو را از بین می برد. زغال فعال برای معده، پوست، مو ،سفیدی دندان، صورت و در تهیه خمیر دندان نیز بسیار پر استفاده است. در ضمن شما می توانید در منزل اقدام به طرز تهیه ماسک زغال فعال با چسب چوب، ژلاتین، عسل برای پوست و برای مو خود کنید.

پارچه کربن اکتیو

این نوع پارچه ها دارای درصد های متفاوتی از زغال اکتیو هستند. پارچه های ۱۰۰ درصد کربن فعال دارای ظرفیت و سرعت حذب بالاتری می باشند و با توجه به ساختار متخلخل شان دارای سطحویژه بسیار بالایی است. این نوع پارچه ها برای اولین بار در لباس های شیمیایی وزارت دفاع بریتانیا تولید شد. یک گرم پارچه کربن اکتیو دارای مساحت بیش از نیمی از زمین فوتبال است و امروزه از این پارچه در صنعت، مصارف پزشکی و دفاعی قابل استفاده هستند و برای جذب انواع مایعات و گازها از آن استفاده می کنند.

کربن فعال در تولید ماسک های تنفسی (کاربردبهداشتی)

از کاربردهای بهداشتی آن می توان به تهیه انواع ماسک های تنفسی فیلتر دار N95 اشاره کرد؛ که می توان ماسک های زیر را نام برد. تمامی آن ها ماسک تنفسی تولید ایران هستند که ماسک های کربن فعال دارای عملکرد بسیار بهتر و بالاتر برای از بین بردن ویروس (ویروس کرونا)، گرد و غبار و … نسبت به ماسک های معمولی هستند.

• ماسک کربن اکتیو میعاد،دلتا، میلاد
• ماسک تنفسی شش لایه
• ماسک تنفسی الکترونیکی nfk
• ماسک سه لایه نانو
• ماسک تنفسی سوپاپ دار کربن اکتیو spc
• ماسک n99
• ماسک اسفنجی
• ماسک جراحی
• ماسک ffp3
• ماسک نانو بدون سوپاپ
•  ماسک apollo ffp2
• ماسک hy8222
• ماسک hy8226 ffp2
• ماسک هیرو
• ماسک ضد گرد و غبار
• Ffp3 ماسک نمدی فیلتردار
• ماسک هفت لایه
• ماسک jfy
• ماسک fnpa

بهترین برندهای پراستفاده کربن اکتیو در ایران

کربن فعال شده که با نام های زغال فعال، زغال اکتیو و کربن بلک شناخته می شود. این ماده دارای خصوصیات جذبی، کاتالیستی و الکتروشیمیایی است و برای جذب در مواد محلول در گازها و مایعات عمل می کند. ان محصول در برندهای متفاوت با قیمت های گوناگون موجوداست که در ادامه به معرفی کربن فعال ایرانی و خارجی می پردازیم که انواع آن با کربن فعال پایه پسته، پایه گردو و پایه گردو ساخته می شود. نمونه های این محصولات در بازار ایران قابل خریداری هستند.

این محصولات شامل موارد زیر است:

• کربن فعال چینی ( کربن فعال نوریت چینی)
• کربن فعال و کربن اکتیو جاکوبی یا ژاکوبی(Jacobi) چینی
• کربن اکتیو جاکوبی سوئد
• کربن اکتیو رفسنجان ( کربن فعال پارس رفسنجان)
• زغال فعال اصفهان زغال اکتیو هندی
• کربن فعال آلمانی

در این میان شرکت های زیادی در ایران هستند که اقدام به واردات کربن در جه یک می کنند. قیمت هر کیلو کربن فعال صنعتی و پودری در بازار ایران با توجه به این که تولید کدام کشور باشد و میزان کیفیت آن متفاوت است. در بین کل انواع مارک های زغال فعال شده می توان کربن فعال ژاکوبی یا جاکوبی سوئد را نام برد. این شرکت از شرکت های بزرگ تولید کننده کربن اکتیو خارجی در اروپاست. این محصول در گریدهای متفاوت ساخته می شود که در ایران گریدهای AQUA 1000 و AQUA 2000 پرکاربرد است.

کارخانه کربن اکتیو نوریت Norit))

به طور کلی کربن فعال نوریت، تولیدی شرکت cabot است. این مجموعه یک شرکت معروف در تولید مواد شیمیایی و عملکردی جهانی است که در بوستون و ماساچوسه ایالات متحده فعالیت دارد. این شرکت در صنایع کلیدی مانند محیط زیست، مصرف کننده خدمات، حمل و نقل و زیر ساخت ها فعالیت دارد. از محصولات تولیدی cabot می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• لاستیک
• کربن فعال
• کربن های تخصصی
• آرگل
• فوم های فلزی اکسید کننده
• گرافن ها
• مادر بردها
• ترکیبات رسانا
• رنگ های جوهر افشان

به طور کلی این مجموعه به عنوان کارخانه کربن اکتیو در زمینه از بین بردن آلاینده ها، آلوده کننده های اب و سایر ناخالصی ها از آب و هوا، مواد غذایی و نوشیدنی و دارویی موثر است. کارخانه کربن نوریت به طور گسترده در زمینه تولید کربن فعال پودری، زغال اکتیو گرانول و کربن فعال اکسترودر شده با درجه کیفیت بالا فعالیت گسترده ای دارد.

فروش کربن اکتیو در جه یک و مرغوب

با وجود انواع مختلف از برندهای کربن بلک شما با این سوال که زغال فعال یا کربن فعال از کجا بخریم روبرو می شوید. زغال فعال شده نوعی کربن است که با هدف تخلخل های کوچک و کم حجم برای جذب سطحی یا واکنش شیمیایی فرآوری می شود و کاربردهای گوناگونی دارد. لازم به ذکر است قیمت کربن اکتیو خارجی بالاتر از نمونه های ایرانی این محصول است.

کربن فعال (Activated Carbon)

کربن فعال (Activated Carbon) یا اکتیو کربن نوعی کربن می‌باشد که طوری فراوری شده است که دارای منافذ کوچک و کم حجم باشد. این عمل باعث می‌شود تا سطح تماس کربن افزایش یابد تا بتواند در فرایندهای جذب یا واکنش‌های شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد. گاهی کلمه Active جای کلمه Activated را می‌گیرد.

در این مقاله میخوانید:

آشنایی با کربن فعال ( Introduction to Activated Carbon)

کاربردهای کربن فعال (Activated Carbon Applications)

انواع کربن فعال (Types Of Activated Carbon)

مشخصات فیزیکی اکتیو کربن (Physical Properties Of Activated Carbon)

روش های تولید اکتیو کربن (Activated Carbon Production Methods)

کربن فعال (Activated Carbon) چیست؟

همانطوری که گفته شد، کربن فعال (Active Carbon) یا اکتیو کربن یا زغال فعال نوعی کربن می‌باشد که طوری فراوری شده است که دارای منافذ کوچک و کم حجم باشد. این عمل باعث می‌شود تا سطح تماس کربن افزایش یابد تا بتواند در فرایندهای جذب یا واکنش‌های شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد.

به دلیل تعداد حفرات بسیار بالای اکتیو کربن، یک گرم از آن بیش از ۳۰۰۰ متر مربع سطح تماس دارد. بسیاری از فرایندها، ممکن است تنها در شرایط وجود سطح تماس بالا انجام گیرند که این امکان توسط این ماده فراهم است.

کربن فعال معمولا از زغال چوب (Charcoal) و بعضاً به عنوان biochar (زغال تهیه شده از زیست توده‌های گیاهی و ضایعات کشاورزی) استفاده می‌شود. همچنین زمانی که از زغال سنگ یا ذرت مشتق شود، به عنوان زغال فعال شناخته می‌شود. (واژه زغال را بعضا به صورت ذغال نیز می‌نویسند).

کاربردهای کربن فعال

از این ماده در موارد و فرایندهای زیر استفاده می‌شود:

ذخیره سازی متان و هیدروژن

تصفیه هوا

احتراق

تصفیه طلا

استخراج فلز

تصفیه آب

دارو

تصفیه فاضلاب

فیلترهای هوا در ماسک های گاز و دستگاه تنفس

فیلترهای موجود در هوا فشرده

سفید کردن دندان‌ها

تولید کلرید هیدروژن در تاریکی

و بسیاری از کاربردهای دیگر

کاربردهای کربن فعال در صنعت

یکی از کاربردهای عمده صنعتی که از اکتیو کربن استفاده می‌شود، در فرایند افزایش دوام فلزات (Metal Finishing) به منظور تصفیه محلول‌های آبکاری شده است. به عنوان مثال، این فرایند، تکنیک اصلی تصفیه برای حذف ناخالصی‌های محلول‌های آبکاری شده نیکل روشن می‌باشد. استفاده از اکتیو کربن این ناخالصی‌ها را از بین می‌برد و فرآیند آبکاری را به حد مطلوب خود میرساند.

کاربردهای کربن فعال در پزشکی

از اکتیو کربن برای درمان مسمومیت‌ها و اوردوز مواد شیمیایی استفاده می‌شود. قرص‌ها و کپسول‌های اکتیو کربن در بسیاری از کشورها به عنوان یک داروی بدون نسخه برای درمان بیماری‌های اسهال، سوء هاضمه و نفخ استفاده می‌شود.

با این وجود، زغال چوب فعال (Activated Charcoal) هیچگونه اثری از گاز روده و اسهال را نشان نمی‌دهد و هنگامی که مسمومیت ناشی از خوردن مواد خورنده نظیر قلیاها و اسیدهای قوی، آهن، اسید بوریک، لیتیم، فراورده‌های نفتی یا الکل باشد، به طور معمول و از نظر پزشکی بی اثر است. لازم به ذکر است اکتیو کربن از جذب شدن این مواد شیمیایی درون بدن انسان جلوگیری نمی‌کند.

به ویژه اکتیو کربن 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 ریه‌ها) منجر به آسپیراسیون ریوی می‌شود که در صورت عدم شروع درمان فوری، گاهی اوقات میتواند کشنده باشد.

کاربردهای کربن فعال در شیمی تجزیه

اکتیو کربن با درصد وزنی ۵۰ با Celite به عنوان فاز ساکن در کروماتوگرافی فشار پایین جداسازی کربوهیدرات‌ها استفاده می‌شود. همچنین این ماده برای استخراج ضد انعقادهای خوراکی مستقیم (DOACs) از نمونه‌های پلاسمای خون مفید است.

کاربردهای زیست محیطی

خاصیت جذب کربن کاربردهای بسیاری در حذف آلاینده‌ها از هوا یا آب هم در محیط‌های عادی و هم در فرایندهای صنعتی همانند موارد زیر دارد:

پاکسازی نشت مواد شیمیایی (Spill Cleanup)

اصلاح آب های زیرزمینی

فیلتراسیون آب های آشامیدنی

تصفیه هوا

جذب ترکیباتی آلی فرار

بازیابی ترکیبات آلی فرار (سیستم های بازیابی حلال یا SRU)

تصفیه اکتیو کربن به دلیل ماهیت چند منظوره، یک روش موثر برای تصفیه آب می‌باشد. روش‌ها و تجهیزات متنوعی از تصفیه اکتیو کربن وجود دارد که بسته به نوع آلودگی انتخاب می‌شوند. همچنین از این ماده برای اندازه‌گیری غلظت رادون در هوا نیز استفاده می‌شود.

کاربردهای کشاورزی

از کاربردهای دیگر کربن فعال استفاده از آن در بخش کشاورزی بخصوص در پرورش دام است. به عنوان مثال از این ماده به عنوان کشنده آفات، مواد افزودنی خوراک دام، کمک به فراوری و ضدعفونی کننده استفاده می‌شود.

ذخیره سوخت

تحقیقاتی در زمینه توانایی های اکتیو کربن برای ذخیره سازی گاز طبیعی انجام شده است. مواد متخلخل به عنوان جاذب برای گازهای متنوع عمل می‌کند. گاز مورد نظر به ماده کربنی به وسیله نیروهای واندروالسی جذب می‌شود. سپس گاز جذب شده زمانی که در معرض دمای بالاتر قرار گیرد امکان دفع دارد. 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 است. زیرا گاز میتواند در فشار کم، جرم کم، حجم کم محیط که بسیار مقرون به صرفه تر از مخازن بزرگ تحت فشار میباشد، ذخیره شود.

خالص سازی گاز

فیلترهای اکتیو کربن معمولا در هوای فشرده و خالص سازی گاز مورد استفاده قرار می‌گیرند تا بخارات نفتی، بو و دیگر هیدروکربن‌های را از آن حذف کنیم. رایج‌ترین طرح‌ها استفاده اولیه از فیلتراسیون ۱ یا ۲ مرحله‌ای که در آن کربن فعال در فیلتر مدیا تعبیه شده است، می‌باشند.

تصفیه شیمیایی

اکتیو کربن معمولا در مقیاس آزمایشگاهی برای خالص سازی محلولات از مولکول‌های آلی که شامل ناخالصی‌های آلی رنگی ناخواسته است مورد استفاده قرار می‌گیرد. عمل فیلتراسیون مواد بر روی کربن فعال در مقیاس بزرگ آزمایشگاهی در صنایع شیمیایی و داروی به همین منظور مورد استفاده قرار می‌گیرد.

انواع کربن فعال

کربن فعال‌ها ترکیبات پیچیده‌ای هستند که طبقه بندی آن‌ها بر اساس رفتار، مشخصات سطحی و سایر معیارهای اساسی آن‌ها دشوار است. با این وجود، تعدادی طبقه بندی گسترده بر اساس اندازه، روش‌های آماده سازی و کاربردهای صنعتی وجود دارند.

کربن فعال پودری (Powder Activated Carbon)

معمولا، اکتیو کربن‌ها (R 1) در فرم‌های خاص به صورت پودری یا گرانول‌های ریز با اندازه کمتر از ۱mm و قطر میانگین بین ۰/۱۵-۰/۲۵ میلیمتر ساخته می‌شوند. بنابراین این نوع اکتیو کربن‌ها دارای نسبت سطح به حجم بالا به همراه فاصله نفوذ کم می‌باشند.

اکتیو کربن های پودری ذراتی ریزتر هستند. این مواد از طریق خرد کردن یا له کردن ذرات کربن بدست می‌آیند که ۹۵-۱۰۰ درصد آنها از یک مش مشخص عبور می‌کنند. به دلیل هدر رفت انرژی بالای این محصول، نگهداری آنها در یک ظرف خاص رایج نیست. در عوض، این ماده عموما به طور مستقیم به واحدهای فرآیندی دیگر که مربوط به جداسازی و ته نشینی مواد موجود در آب می‌باشد، اضافه می‌شود.

کربن فعال گرانولی (Granular Activated Carbon)

اندازه ذرات کربن فعال گرانولی (دانه‌ای) نسبت به کربن فعال پودری نسبتا بزرگتر است، به همین دلیل مقدار سطح تماس کمتری دارد. این نوع کربن‌ها برای فرایند جذب گازها و بخارات مفید هستند زیرا به سرعت نفوذ پیدا می‌کنند.

کربن فعال‌های گرانولی برای تصفیه آب، بوزدایی و جداسازی ذرات در سیستم‌های جاری و همچنین استفاده در حوضچه‌های اختلاط سریع مورد استفاده قرار می‌گیرند. کربن فعال گرانولی میتواند هم به شکل گرانول و هم به شکل اکسترود شده باشند.

از دیگر انواع کربن فعال میتوان به کربن فعال اکسترود شده، اکتیو کربن ساچمه‌ای، کربن فعال آغشته شده، کربن فعال با پوشش پلیمری و اکتیو کربن بافتی اشاره کرد.

مشخصات فیزیکی اکتیو کربن

همانطوری که در ابتدا گفته شد، یک گرم اکتیو کربن میتواند سطح تماس بیش از ۵۰۰ متر مربع و حتی بالاتر (۳۰۰۰ متر مربع) داشته باشد. آئروژل‌های کربنی گرچه گران تر هستند، دارای سطح تماس بیشتری نیز هستند که در موارد خاص از آنها استفاده می‌شود. پارامترهای متفاوتی برای طبقه بندی اکتیو کربن‌ها وجود دارد. در قسمت قبل به انواع اکتیو کربن‌ها (پودری، گرانولی و …) اشاره شد. در ادامه به برخی مشخصات فیزیکی اکتیو کربن اشاره می‌شوند.

عدد یدی (Iodine Number)

یکی از مشخصات فیزیکی اکتیو کربن عدد یدی می‌باشد. عدد یدی در واقع مقدار ید مصرفی توسط ۱۰۰ یا یک گرم از یک ماده می‌باشد. از این عدد اغلب برای محاسبه میزان غیر اشباعیت در اسیدهای چرب و هیدروکربن‌ها استفاده می‌شود. این عدد برای کربن فعال نشانه میزان فعالیت این ماده و دسترسی حفرات آن برای جذب مواد می‌باشد به طوری که هر چه مقدار آن بالاتر باشد سطح فعالیت ماده بیشتر است.

این عدد معمولا به صورت mg/g گزارش می‌شود و محدوده‌ای بین ۱۲۰۰-۵۰۰ برای اکتیو کربن دارد. به عنوان مثال برای صنایع تصفیه آب عدد یدی بهتر است در بازه mg/gr 600-1100 باشد.

سختی (Hardness)

معیاری برای بیان مقدار مقاومت کربن فعال در برابر خراش و سایش می‌باشد. بسته به مواد اولیه سازنده، میزان سختی نیز متفاوت خواهد بود.

متیل آبی (Methyl Blue)

برخی از کربن‌ها دارای ساختار مزوپور (نیمه متخلخل) هستند که برخی از مولکول‌های با اندازه متوسط نظیر جوهر متیل بلو را جذب می‌نمایند. این پارامتر با واحدهای مختلفی همانند mg/g بیان می‌شوند. این پارامتر برای کربن فعال ۲۸۰-۱۱۰ mg/gr گزارش شده است.

میزان خاکستر (Ash Content)

از پارامترهای مهم مشخصات فیزیکی اکتیو کربن “مقدار خاکستر” است. وجود خاکستر میزان فعالیت کربن فعال را کاهش می‌دهد. مقدار آن انحصارا بستگی به ماده سازنده مورد استفاده برای تولید کربن فعال (به عنوان مثال نارگیل، چوب، زغال سنگ و …) دارد. برخی از کربن‌های دارای ساختار مزوپور (نیمه متخلخل) هستند که برخی از مولکول‌های با اندازه متوسط نظیر جوهر متیل بلو را جذب می‌نمایند. این پارامتر با واحدهای مختلفی همانند mg/g بیان می‌شوند. این پارامتر برای کربن فعال ۲۸۰-۱۱۰ mg/gr گزارش شده است.

فعالیت کربن تتراکلراید (CTC)

برای اندازه گیری میزان تخلخل کربن فعال از تست (Carbon Tetrachloride Activity) یا به اختصار CTC استفاده می‌کنند. در این روش با اندازه گیری میزان جذب بخارات کربن تتراکلراید از صحت و درستی نحوه تولید کربن فعال اطمینان پیدا می‌کنند.

توزیع اندازه ذرات (Particle Size Distribution)

هرچه اندازه ذرات کربن فعال ریزتر باشد، دسترسی به سطح تماس بهتر و سرعت جذب نیز سریع‌تر خواهد بود. در سیستم‌های با فاز بخار این مورد باید برخلاف افت فشار در نظر گرفته شود، که روی هزینه انرژی تاثیرگذار خواهد بود.

توجه دقیق به توزیع اندازه ذرات میتواند بر بهبود فرایند تاثیر قابل توجهی بگذارد. با این حال، در مواقعی که از کربن فعال برای جذب مواد معدنی نظیر طلا استفاده می‌کنیم، اندازه ذرات بایستی در حدود ۳٫۳۵-۱٫۴ میلیمتر باشد. کربن فعال با اندازه ذرات کمتر از یک میلیمتر برای تصفیه مناسب نیست

سایر مشخصات فیزیکی اکتیو کربن

پارامترهای دیگری نیز برای طبقه بندی اکتیو کربن‌ها وجود دارند. از این پارامترها میتوان به سطح تماس (Surface Area)، دانسیته توده (Bulk Density)، حجم حفره (Pore Volume)، اشاره کرد. در زیر به نمونه‌ای از دیتاشیت کربن فعال اشاره شده است.

روش های تولید اکتیو کربن

کربن فعـال کربنی است که از مواد منبع کربنی نظیر بامبو، پوست نارگیل، چوب، الیاف پوست نارگیل، زغال قهوه‌ای، زغال سنگ و قیر ساخته شده است. در ادامه با روش های تولید اکتیو کربن با زغال سنگ و پوست نارگیل آشنا می‌شویم.

روش تولید اکتیو کربن با پوست نارگیل (Coconut Shell-based Activated Carbon)

یکی از روش های تولید اکتیو کربن استفاده از پوست نارگیل می‌باشد. اکتیو کربن ساخته شده توسط این منبع دارای گرد و غبار کمتری‌ خواهد بود. به دلیل داشتن حفره‌های ریز، بسیار برای جذب شیمیایی مواد آلی مناسب می‌باشند. اکتیو کربن ساخته شده بدین روش دارای سختی بیشتری نسبت به سایر روش های تولید کربن فعال دارد که این عمل موجب تولید کربنی ایده‌آل‌تر برای صنایع تصفیه آب خواهد شد.

اکتیو کربن از پوست نارگیل طی دو مرحله زیر تولید می‌شود:

مرحله اول) قدم اول برای فعالسازی کربن، کربنیزه کردن پوست با راندن حدود دو سوم مواد فرار از پوست نارگیل می‌باشد. بدین طریق یک توده کربنی با حفرات ریز ایجاد می‌شود.

مرحله دوم) در مرحله دوم، این پایه کربنی در دمای بالا (حدود ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد) در بخار آب، فعال می‌شود. دمای فعالسازی و مقدار زمان فعال شدن برای ایجاد شبکه‌های حفره داخلی مهم است. در حقیقت، کل فرایند فعالسازی، مشخصات منحصر کربن اکتیو تولید شده را مشخص می‌کند.

روش تولید کربن فعال با زغال (Coal-based Activated Carbon)

یکی از روش های تولید اکتیو کربن 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 فعالسازی را ایفا می‌کند و بدین ترتیب بر روی سطح کربن میلیون‌ها منفذ ایجاد می‌شود. کربن فعال تولید شده از زغال در کاربردهای تصفیه فاز گاز، تصفیه آب‌های آشامیدنی و تصفیه فاضلاب بسیار مورد توجه است.