کربن فعال یک نسخه فراوری شده و متخلخل از کربن است که کاربردهای مختلفی دارد. برای درک بهتر اینکه کربن اکتیو چگونه کار میکند، در ابتدا باید درباره منبع کربنی، فرآیند تولید و ساختار کربن فعال بیشتر بدانیم.
کربن فعال یک فرم حفره دار از کربن است که از مواد اولیه کربنی مختلف مانند چوب کاج، پوست نارگیل، زغال‌سنگ، اوکالیپتوس، توربه، ترکیبات چوبی، پوست برنج، لیگنیت و غیره تولید می‌شود.
منبع کربنی کربن فعال می‌تواند از مواد کربنی مختلفی بیاید که در فرآیند تولید تبدیل به کربن فعال میشوند. این منابع معمولاً شامل موارد زیر میشوند:
پوست هسته‌داران: پوست هسته‌داران مانند هسته‌های نارگیل و هسته‌های سبزیجات می‌توانند منبع کربنی برای تولید کربن فعال باشند.
زغال چوب: زغال چوب یکی از منابع اصلی کربن برای تولید کربن فعال است. چوب در فرآیند کربنیزه سازی و سپس فعالسازی به کربن فعال تبدیل می‌شود.
مواد آلی دیگر: علاوه بر موارد فوق، مواد آلی دیگری مانند پوست گردو، پوست بادام، و غیره نیز می‌توانند به عنوان منابع کربنی برای تولید کربن فعال استفاده شوند.
زغال سنگ: زغال سنگ نیز می‌تواند به عنوان منبع کربنی برای تولید کربن فعال استفاده شود. این منبع به طور خاص در تولید کربن فعال برای کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد.
اولین قدم بعد از انتخاب منبع کربنی فرآیند کربنیزه شدن یا کربوناسیون است. در این فرآیند مواد آلی غنی از کربن به کربن خالص تبدیل می شوند.
ابتدا، مواد آلی مانند چوب در یک محیط بدون اکسیژن قرار می‌گیرند. در این محیط حرارت و فشار بالایی روی ماده اعمال می شود که منجر به خروج عناصر غیر کربنی مانند هیدروژن و اکسیژن به صورت گازی می شود که این خود باعث توسعه منافذ داخلی کربن خالص می شود. به این فرآیند گرمایشی که از تکنیکی باستانی برای ساخت ذغال استفاده میکند، پیرولیز گفته می شود.
از ماده اولیه ای که داخل کوره می رود و تحت دمای بالای 2000 درجه سلسیوس قرار میگیرد، تنها 20 الی 30 درصد وزن اولیه ماده باقی میماند که بیشتر آن کربن و کمی هم خاکستر معدنی می باشد.
هنگامی که شکل متخلخل کربن تولید می‌شود، نیاز به اکسیداسیون دارد تا بتواند جذب کننده باشد. این می‌تواند به یکی از دو روش انجام شود: درمان گازی یا شیمیایی.
فعالسازی کربن می‌تواند به صورت مستقیم از طریق گرمایش در یک اتاقی که در حال پر شدن با گاز است، انجام شود. این کار کربن را در معرض اکسیژن قرار میدهد تا اکسیداسیون صورت گیرد. بعد از اکسیدشدن، این کربن فعال حساس به جذب می‌شود. جذب فرآیندی است که در آن مواد شیمیایی به صورت سطحی به یکدیگر متصل میشوند و دقیقا همین ویژگی است که کربن فعال را برای تصفیه مایعات و گازها از مواد شیمیایی سمی مناسب می سازد.
برای درمان گازی فیزیکی، فرآیند پیرولیز کربوناسیون باید در یک محیط غیرفعال در دمای 600-900 درجه سانتیگراد انجام شود. سپس، گاز اکسیژنه شده به محیط پمپ می‌شود و بین 900 و 1200 درجه سانتیگراد گرم می شود، که باعث می‌شود اکسیژن به سطح کربن متصل شود.
ساختار حفره ای کربن اکتیو
این فرآیند کمی با فرآیند فعالسازی گازی متفاوت است. برای مثال، کربوناسیون و فعالسازی شیمیایی به صورت همزمان رخ می‌دهند. یک حوضچه اسید، باز یا مواد شیمیایی دیگر آماده می‌شود و مواد در آن غرقاب میشوند. سپس حوضچه تا دماهای 450-900 درجه سانتیگراد گرم می‌شود که از گرمایی که برای فعالسازی گازی نیاز بود بسیار کمتر است. ماده کربنی، کربنیزه و متخلخل می‌شود و سپس فعال می‌شود و همگی با سرعتی بسیار سریعتر از فعالسازی گازی اتفاق می افتند. با این حال، برخی از فرآیندهای گرمایشی باعث میشوند که عناصر کمیاب از حوضچه به کربن جذب شوند، که می‌تواند منجر به کربن فعال ناخالص یا ناکارآمد شود.
ساختار حفره ای کربن اکتیو
بعد از اکسیداسیون، کربن‌های فعال می‌توانند برای مصارف مختلفی، با ویژگی های بسیار متفاوتی، پردازش شوند. به عنوان مثال، کربن فعال گرانولی (GAC) محصولی ماسه مانند است که دانه های آن از کربن فعال پودری درشت تر است و هرکدام کاربردهای متفاوتی دارند. انواع دیگری هم مانند کربن (impregnated carbon) وجود دارد که شامل عناصر گوناگونی مثل نقره و یا و کربن هایی با پوشش پلیمری است.
در فرآیند فعالسازی، تعداد و ابعاد منافذ افزایش می‌یابد و از این رو دارای مساحت سطح داخلی بزرگی است. به دلیل ساختار منافذ خوب و مساحت سطح داخلی بزرگ، کربن فعال چه در حالت پودری یا گرانولی، ظرفیت جذبی فوق العاده ای دارد.
حفره ها براساس اندازه به سه دسته تقسیم می شوند:
منافذ بزرگ به عنوان ورودی مولکول‌های آلاینده به کربن فعال استفاده میشوند، منافذ متوسط برای انتقال و منافذ کوچک برای جذب مولکول‌ها استفاده میشوند. مولکول‌های پخش شده به منافذ کربن فعال منتقل میشوند و به سطوح داخلی چسبیده میشوند. همچین به دلیل اندازه منافذ و نحوه منتشر شدن مولکولی ها بر روی سطح، میزان جذب حفره ها با یکدیگر متفاوت است.
ساختار حفره ای کربن اکتیو
شرکت آب رو پالایش پایدار
