همه چیز درباره کربن فعال | کاربردها، انواع و عملکرد

به گزارش گروه بازارخبرگزاری علم وفناوری آنا،کربن فعال یکی از پرکاربردترین مواد جاذب در صنایع مختلف از جمله تصفیه آب، صنایع غذایی، پزشکی و شیمیایی است. این ماده به دلیل سطح ویژه بالا و توانایی بالای جذب آلاینده ها، در فرآیندهای مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد. در این مقاله، به بررسی دقیق کربن فعال، روش های  تولید، انواع، کاربردها، عوامل مؤثر بر عملکرد و روش های  احیای آن پرداخته می شود.

کربن فعال چیست و چگونه کار می کند؟

کربن فعال (Activated Carbon) نوعی ماده کربنی متخلخل با سطح ویژه بالا است که از موادی مانند زغال سنگ، چوب و پوست نارگیل تولید می شود. این ماده با ساختار متخلخل خود، توانایی جذب آلاینده های گازی و مایع را از طریق جذب فیزیکی (نیروهای واندروالسی) و جذب شیمیایی (واکنش با سطح کربن) دارد. به همین دلیل، در تصفیه آب، تصفیه هوا، صنایع غذایی، پزشکی و محیط زیست کاربرد گسترده ای دارد.

Top of Form

مکانیسم جذب در کربن فعال

کربن فعال از طریق دو مکانیسم اصلی جذب فیزیکی و جذب شیمیایی آلاینده ها را به دام می اندازد:

1. جذب فیزیکی: نیروهای واندروالسی باعث جذب مولکول‌ های آلاینده بر سطح متخلخل کربن می شوند  که این فرآیند برگشت پذیر و وابسته به دما و فشار است.
2. جذب شیمیایی: واکنش های  شیمیایی بین ترکیبات آلاینده و سطح کربن فعال رخ می‌ دهد که معمولاً پیوند های قوی تری ایجاد کرده و حذف آلاینده ها را پایدارتر می کند.

ترکیب این دو مکانیسم باعث کارایی بالای کربن فعال در تصفیه آب، هوا و سایر فرآیندهای صنعتی می شود.

روش های  تولید کربن فعال

کربن فعال معمولاً از مواد اولیه‌ ای مانند زغال سنگ، چوب، پوست نارگیل و سایر مواد کربنی تولید می شود. فرآیند تولید شامل دو مرحله اصلی است:

  کربونیزاسیون

• ماده اولیه (زغال سنگ، چوب، پوست نارگیل و سایر مواد کربنی) در دمای بالا و بدون اکسیژن تجزیه می شود.
• این فرآیند باعث از بین رفتن مواد فرار و باقی ماندن ساختار پایه کربنی می شود.

  فعال سازی

• در این مرحله، ساختار متخلخل کربن ایجاد می شود تا مساحت سطحی آن افزایش یابد.
• فرآیند فعال سازی  می تواند به صورت فیزیکی (با استفاده از بخار داغ) یا شیمیایی (با استفاده از مواد شیمیایی مانند اسیدها یا بازها) انجام شود.
• این مرحله کربن فعال با ظرفیت جذب بالا و سطح متخلخل وسیع تولید می کند.

انواع روش های فعال سازی کربن

فعال سازی فیزیکی

در این روش، کربن از طریق حرارت دهی در حضور بخار یا گازهای خنثی فعال می شود. این فرآیند باعث ایجاد تخلخل های بیشتر در ساختار کربن می شود.

فعال سازی شیمیایی

در این روش، مواد شیمیایی مانند اسیدها یا نمک های  خاص برای افزایش تخلخل و بهبود خواص جذب به کار می روند.

فعال سازی بیولوژیکی

برخی فرآیندهای زیستی نیز برای افزایش کارایی کربن فعال استفاده می شوند که شامل استفاده از آنزیم ها یا فرآیندهای بیولوژیکی است.

تفاوت کربن فعال پودری، گرانولی و میله ای

عوامل تأثیرگذار بر عملکرد کربن فعال

•  اندازه و توزیع حفرات: ساختار متخلخل باعث افزایش ظرفیت جذب می شود.
•  pH محیط: میزان جذب آلاینده ها تحت تأثیر pH محیط قرار می گیرد.
•  دمای محیط: دماهای بالاتر ممکن است راندمان جذب را کاهش دهند.
•  نوع آلاینده: ترکیبات آلی، فلزات سنگین و ترکیبات شیمیایی مختلف تأثیر متفاوتی بر کارایی جذب دارند.

کاربردهای صنعتی کربن فعال

1. تصفیه آب و فاضلاب:

یکی از مهم ترین کاربردهای کربن فعال در تصفیه آب و فاضلاب است. این ماده به ویژه برای حذف مواد آلی، کلر، ترکیبات آلی فرار (VOCها)، نیترات و فلزات سنگین استفاده می شود. در سیستم های تصفیه آب خانگی و صنعتی، کربن فعال به طور گسترده برای بهبود کیفیت آب و حذف طعم و بوهای نامطلوب به کار می رود.

1. صنایع غذایی و نوشیدنی:

کربن فعال در صنایع غذایی برای تصفیه و تصفیه شربت ها، روغن های گیاهی، شکر، آب میوه ها، و حتی در تولید نوشیدنی هایی مانند آب میوه های صنعتی به کار می رود. این ماده برای حذف ناخالصی ها، رنگ ها و طعم های نامطلوب از این محصولات استفاده می شود.

1. صنعت داروسازی:

در داروسازی، کربن فعال برای تصفیه مواد دارویی و تولید داروهای خالص و بدون آلودگی استفاده می شود. همچنین از آن برای درمان مسمومیت ها و اوردوزهای دارویی استفاده می شود.

1. صنایع شیمیایی و نفتی:

کربن فعال در صنایع نفت و شیمیایی برای تصفیه گازها و مایعات آلوده به مواد شیمیایی و ترکیبات مختلف به کار می رود. این ماده می تواند به عنوان جاذب برای گازهای مضر در تصفیه هوای آلوده به کار  رود و همچنین در فرآیندهای تولید سوخت و روغن ها برای حذف ناخالصی ها استفاده می شود.

1. تصفیه هوا و فاضلاب صنعتی:

در صنایع مختلف، کربن فعال در فیلترهای هوا برای جذب مواد آلاینده گازی مانند ترکیبات آلی فرار (VOCs)، بخارات شیمیایی، بوی نامطلوب و آلودگی های دیگر به کار  می رود. این ماده در سیستم های تصفیه هوای کارخانه ها و محیط های صنعتی برای حفظ کیفیت هوا استفاده می شود.

1. صنعت الکترونیک:

در صنعت الکترونیک، از کربن فعال برای جذب رطوبت از فضای داخل دستگاه های الکترونیکی، به ویژه در تولید باتری ها و قطعات حساس استفاده می شود تا از آسیب های ناشی از رطوبت جلوگیری کند.

1. صنعت نفت و گاز:

در صنعت نفت و گاز، از کربن فعال برای حذف آلاینده ها، سموم و مواد نفتی از گازهای خروجی از پالایشگاه ها و خطوط تولید استفاده می شود. این ماده به عنوان  جاذب برای پاکسازی گازهای آلوده به ترکیبات شیمیایی و ترکیبات آلی فرار به کار  می رود.

روش های احیای کربن فعال

  احیای حرارتی:

• سوزاندن آلاینده ها در دمای بالا بدون اکسیژن
• تجزیه آلاینده ها و بازسازی ساختار متخلخل کربن

  احیای شیمیایی:

• استفاده از محلول های خاص مانند اسیدها، بازها یا محلول‌های نمکی
• حذف آلاینده ها از سطح کربن فعال

  احیای بیولوژیکی:

• استفاده از میکروارگانیسم ها و باکتری ها
• تجزیه آلاینده ها روی سطح کربن فعال

جدول مقایسه‌ روش های احیای کربن فعال

مزایای کربن فعال

1. حذف مواد آلی مضر
2. جذب و فیلتر کردن بو و طعم نامطبوع
3. حذف کلر و مواد شیمیایی
4. کاهش آلودگی‌ های میکروبی
5. استفاده در سیستم‌ های تصفیه فاضلاب
6. کاهش فلزات سنگین در آب
7. کمک به فرآیندهای تصفیه آب صنعتی
8. افزایش عمر مفید فیلترهای تصفیه آب
9. استفاده در ذخیره‌ سازی و تصفیه آب‌ های شور

خرید کربن فعال

شرکت آب سازه به‌ عنوان تأمین‌ کننده پیشرو کربن فعال، این محصول را برای تصفیه آب و فاضلاب و بقیه مصارف با کیفیت عالی ارائه می‌ دهد. انتخاب نوع مناسب کربن فعال و استفاده از روش‌های احیا و بازیافت آن می‌ تواند هزینه‌ های عملیاتی را کاهش داده و به بهبود عملکرد سیستم‌ های تصفیه کمک کند. برای خرید کربن فعال و مشاوره تخصصی، با کارشناسان گروه صنعتی آب سازه تماس بگیرید.