خواص و کاربردهای کربن فعال یا کربن اکتیو

در این ادامه به بررسی خواص و کاربرد های کربن فعال یا فعال میپردازیم و نقش آن را در صنایع مختلف و محیط زیست مورد بررسی قرار میدهیم.

خواص کربن فعال

1. سطح وسیع و تخلخل بالا

کربن فعال در واقع بدلیل ساختار تخلخل‌ دار خود سطح بسیار بالایی دارد. این سطح وسیع امکان جذب مولکول‌ های مختلف را فراهم می نماید و سبب میشود کربن فعال در جذب گاز ها و مایعات کارایی بالایی داشته باشد.

2. توانایی جذب بالا

یکی از با اهمیت ترین خواص کربن فعال توانایی جذب نمودن بالای آن میباشد. این خاصیت به دلیل وجود تعداد زیادی تخلخل در ساختار کربن فعال است که مولکول‌های مختلف می‌توانند در آن جای بگیرند.

3. قابلیت احیا

کربن اکتیو پس از اشباع شدن می‌ تواند مجددا احیاء شده و مورد استفاده قرار گیرد. این خاصیت اقتصادی و محیط‌زیستی بسیار مهمی هست زیرا کاهش مصرف مواد و هزینه‌ های تولید را به همراه دارد.

کاربرد های کربن اکتیو

1. تصفیه آب

کربن فعال بطور گسترده در تصفیه آب‌ آشامیدنی و صنعتی استفاده می‌ شود. این ماده قادر میباشد مواد آلی، کلر و ترکیباتی که سبب بو و طعم نامطبوع آب شده اند را جذب نموده و حذف نماید. همچنین در فرآیند های حذف آلاینده‌ های شیمیایی همانند ترکیبات آلی فرار (VOC) و مواد آلی محلول (TOC) نقش بسزایی دارد.

2. تصفیه هوا

از جمله کاربرد های مهم کربن فعال ، تصفیه هوا می باشد. این ماده می‌تواند گازهای مضر مثل دی‌ اکسید کربن، دی‌ اکسید نیتروژن و بخارات آلی را جذب نماید. استفاده کردن از کربن اکتیو در سیستم‌ های تصفیه هوا به بهبود کیفیت هوا در محیط‌ های صنعتی و شهری کمک می‌ کند.

3. صنایع غذایی و نوشیدنی

امروزه در صنایع غذایی و نوشیدنی کربن فعال برای حذف رنگ‌، بو و ناخالصی‌ ها از محصولات مختلف استفاده میگردد. این ماده بخصوص در تولید شکر، روغن‌ های خوراکی و نوشیدنی‌ استفاده می شود.

4. صنایع داروسازی

در صنایع داروسازی نیز کربن فعال بعنوان یک جاذب برای حذف ناخالصی‌ ها از مواد اولیه و محصولات نهایی استفاده می‌ شود. این ماده همچنین در تولید انواع دارو های ضدسم که برای جذب سموم از دستگاه گوارش استفاده میشوند ، کاربرد دارد.

5. صنایع شیمیایی

در صنایع شیمیایی مختلف کربن اکتیو برای تصفیه مواد شیمیایی و جداسازی ترکیبات مختلف از مخلوط‌ها استفاده می‌شود. این ماده می‌ تواند بعنوان کاتالیست یا حامل کاتالیست نیز عمل کند و در واکنش‌های شیمیایی مختلف مورد استفاده قرار بگیرد.

6. ماسک‌ تنفسی و فیلتر ها

کربن فعال در تولید ماسک‌ های تنفسی و فیلترها برای جذب گازهای مضر و ذرات معلق استفاده میشود. این ماسک‌ ها در محیط‌ های صنعتی و بیمارستانی برای حفاظت کردن از دستگاه تنفسی افراد مورد استفاده قرار میگیرند.

تاثیرات محیط زیستی کربن فعال

1. کاهش آلاینده‌ ها

استفاده نمودن از کربن اکتیو در تصفیه آب و هوا می‌تواند به کاهش آلاینده‌ های محیط زیستی کمک کند. این ماده با جذب آلاینده‌ ها و کاهش انتشار آن‌ ها به محیط زیست نقش مهمی در حفظ کیفیت آب و هوا دارد.

2. بازیافت و احیا

قابلیت احیا کردن کربن فعال سبب میشود که این ماده پس از اشباع شدن دوباره قابل استفاده باشد. این خاصیت به کاهش ضایعات و افزایش بهره‌وری مواد کمک می‌ کند و اثرات مثبت زیست‌ محیطی دارد.

فرآیند تولید کربن فعال

1. فعال‌ سازی حرارتی

در این روش مواد اولیه کربنی همانند زغال‌سنگ یا چوب تحت دماهای بالا و در حضور یک گاز فعال‌ کننده (مثل بخار آب یا دی‌ اکسید کربن) قرار می‌ گیرند. این فرآیند باعث ایجاد تخلخل‌های زیاد در ساختار کربن می‌ شود.

2. فعال‌ سازی شیمیایی

در این روش، مواد اولیه کربنی با یک ماده شیمیایی فعال‌کننده (همانند فسفریک اسید یا پتاسیم هیدروکسید) ترکیب شده و سپس تحت دماهای بالا قرار میگیرند. این روش معمولا در دما های پایین‌تر از فعال‌ سازی حرارتی انجام می‌ شود و به تولید کربن فعال با تخلخل‌ های ریز تر منجر میشود.

روش‌ های احیای کربن فعال

کربن فعال پس از مدتی استفاده شدن ممکن است اشباع بشود و توانایی جذب خود را از دست بدهد. به همین دلیل احیای کربن فعال برای بازگرداندن توانایی جذب آن بسیار مهم میباشد. در این بخش نیز روش‌ های مختلف احیای کربن فعال را مورد بررسی قرار می‌ دهیم.

1. احیای حرارتی

احیای حرارتی یکی از رایج‌ ترین و اصلی ترین روش‌ ها برای بازگرداندن قابلیت جذب کربن فعال است. این روش شامل چند مرحله میباشد:

مراحل احیای حرارتی:

• گرمایش در دما های بالا: کربن فعال در دما های بالا (بین 600 تا 900 درجه سانتی‌گراد) در یک محیط خنثی یا کاهنده (اغلب با استفاده از بخار یا گاز نیتروژن) گرم خواهد شد. این فرآیند باعث تبخیر مواد جذب‌شده و بازسازی تخلخل‌های کربن فعال می‌ شود.
• خنک‌سازی: پس از گرمایش کربن اکتیو یا فعال به آرامی خنک خواهد شد تا به دمای محیط برسد.
• شستشو: کربن فعال احیا شده ممکن است نیاز به شستشو داشته باشد تا هر گونه نا خالصی باقی‌ مانده از فرآیند احیا حذف بشود.

2. احیای شیمیایی

در این روش نیز کربن اکتیو با استفاده از مواد شیمیایی خاص احیا می‌شود. این مواد شیمیایی اغلب شامل اسید ها، باز ها یا حلال‌های آلی هستند که می‌ توانند مواد جذب‌شده را حل کرده و از سطح کربن فعال جدا کنند.

مراحل احیای شیمیایی:

• آغشته‌سازی: کربن فعال در یک محلول شیمیایی قرار داده می‌ شود که میتواند مواد جذب‌شده را حل کند.
• شستشو: پس از آغشته‌ سازی ، کربن فعال به خوبی شستشو داده شده تا تمام مواد شیمیایی و مواد جذب‌ شده از آن جدا شوند.
• خشک‌سازی: کربن فعال شسته شده سپس خشک می‌شود تا برای استفاده مجدد آماده بشود.

3. احیای بیولوژیکی

احیای بیولوژیکی یکی دیگر از روش‌ های احیا کربن فعال میباشد که شامل استفاده از میکروارگانیسم‌ها برای تجزیه مواد جذب‌ شده بر روی سطح کربن می‌ باشد.

مراحل احیای بیولوژیکی:

• آغشته‌ سازی در محیط کشت: کربن فعال در یک محیط کشت مناسب قرار می‌ گیرد که حاوی میکرو ارگانیسم‌های خاصی است که قادر به تجزیه مواد آلی جذب‌شده هستند.
• انکوباسیون: این فرآیند در دما مناسب و شرایط بهینه انجام می‌شود تا میکروارگانیسم‌ها بتوانند بطور موثر مواد جذب‌شده را تجزیه نمایند.
• شستشو و خشک‌سازی: پس از انکوباسیون ، کربن فعال شسته و خشک می‌ شود تا برای استفاده مجدد آماده بشود.

4. احیای فیزیکی

احیا فیزیکی شامل استفاده از فرآیند های مکانیکی برای جدا نمودن مواد جذب‌ شده از سطح کربن فعال است. این روش اغلب در ترکیب با دیگر روش‌های احیا استفاده میشود.

مراحل احیای فیزیکی:

• شستشو با آب: کربن فعال ممکن است با آب شسته بشود تا مواد قابل حل در آب از آن جدا بشوند.
• استفاده از فشار و حرارت: در برخی موارد استفاده کردن از فشار بالا و حرارت می‌تواند به جدا شدن مواد جذب‌شده کمک نماید.
• خشک‌ سازی: پس از شستشو و اعمال فشار کربن فعال خشک خواهد شد تا برای استفاده شدن مجدد آماده گردد.

کربن اکتیو از تصفیه آب و هوا گرفته تا صنایع غذایی، داروسازی و شیمیایی، این ماده نقش مهمی در بهبود کیفیت محصولات و کاهش آلاینده‌ ها ایفا میکند.