کربن فعال

کاربرد کربن فعال

کربن فعال معمولاً در سیستم های فیلتراسیون برای تصفیه آب و برای اهداف جذب استفاده می شود. کربن فعال ماده ای منحصر به فرد است که در عین حال که آبگریز است خواص آمفوتری نیز دارد و این امر قابلیت جذب مواد نامطلوب از محلول های آبی را میسر می سازد. یون هایی مانند: آرسنیک، کادمیوم، کروم، کبالت، مس، طلا، سرب، مولیبدن، نیکل، فسفاتها، نقره به راحتی توسط کربن فعال جذب می شوند.

در تصفیه خانه های فاضلاب، توجه ویژه ای به حذف مواد معدنی خطرناک مانند فلزات سنگین، از جمله جیوه، کروم، مولیبدن، کبالت، نیکل، مس، کادمیوم، سرب، اورانیوم، طلا، آرسنیک، باریم، آهن و وانادیوم می شود. مسئله اصلی جذب یونها از یک ماده آبی، درک مکانیسم اتصال گونه های یونی به سطح کربن است. به طور کلی از کربن فعال در این حوزه ها استفاده می شود: کاربرد صنعتی، استفاده پزشکی، کاربردهای شیمی تحلیلی، برنامه های کاربردی زیست محیطی، كاربرد كشاورزي، ذخیره سوخت، تصفیه گاز، تصفیه شیمیایی.

•  حذف بو و رنگ و مواد آلاینده در تصفیه آب
•  تصفیه آب زیرزمینی
• فیلتر آب آشامیدنی
•  تصفیه هوا
•  بازیابی ترکیبات آلی فرار (سیستم های بازیابی حلال) و تصفیه رنگ
•  جداسازی کربوهیدرات ها در صنایع شیمیایی

خصوصیات کربن

یک گرم کربن فعال می تواند مساحتی بیش از ۵۰۰ متر مربع داشته باشد و تا ۳۰۰۰ متر مربع به راحتی قابل دستیابی است. آئروژل های کربنی گرچه گران ترند، سطح آنها حتی بیشتر است و در کاربردهای خاص مورد استفاده قرار می گیرند.
از نظر فیزیکی، کربن فعال با نیروی واندروالس یا نیروی پراکندگی لاندن، مواد را متصل می کند. به برخی مواد شیمیایی از جمله الکلها، دی اولها، اسیدهای قوی و بازها، فلزات و اکثر مواد معدنی مانند لیتیوم، سدیم، آهن، سرب، آرسنیک، فلوئور و اسید بوریک متصل نمی شود و می تواند به عنوان بستری برای کاربرد مواد شیمیایی مختلف برای بهبود ظرفیت جذب برخی از ترکیبات غیر آلی مانند سولفید هیدروژن (H2S)، آمونیاک (NH3)، فرمالدئید (HCOH)، و جیوه استفاده شود.

جذب رنگ ها توسط کربن فعال
جذب در کربن فعال به صورت سطحی بوده و این ویژگی باعث می شود که از کربن فعال برای حذف رنگ، کلر، بو و سایر مواد از آب استفاده شود.

فیلتر کربن فعال

فیلترهای کربن فعال به طور کلی در فرآیند حذف ترکیبات آلی و یا استخراج کلر آزاد از آب استفاده می شوند، در نتیجه آب را برای تخلیه یا استفاده در فرایندهای تولید مناسب می کند. از بین بردن مواد آلی موجود در آب آشامیدنی، مانند اسید هیومیک و فولویک، از واکنش شیمیایی کلر در آب با اسیدها و تشکیل تری هالومتان ها، دسته ای از سرطان زاهای شناخته شده جلوگیری می کند.
فیلتراسیون کربن فعال، مانند هر روش تصفیه آب، قادر به از بین بردن هر نوع آلاینده احتمالی نیست. به عنوان مثال، سدیم، میکروب ها، فلوراید و نیترات ها را نمی توان با فیلتراسیون کربن فعال حذف کرد.

انواع کربن فعال

بسته به نوع کاربرد، از کربن فعال ممکن است به صورت پودر، دانه، استوانه ای یا حتی به شکل مایع استفاده شود. ممکن است به تنهایی استفاده شود، یا با فن آوری های مختلف مانند ضد عفونی کننده UV همراه باشد. سیستم های تصفیه آب معمولاً از کربن فعال گرانول یا پودری استفاده می کنند.

کربن های فعال شده محصولات پیچیده ای هستند که طبقه بندی آنها بر اساس رفتار، ویژگی های سطح و سایر معیارهای اساسی دشوار است. با این حال، برخی از طبقه بندی های گسترده برای اهداف کلی بر اساس اندازه، روش های آماده سازی و کاربردهای صنعتی انجام می شود.
کربن فعال پودری
کربن فعال پودری یا پودر کربنی سایز کمتر از ۱ میلی متر و قطر متوسط بین ۱۵/۰ – ۲۵/۰ میلی متر دارد. مزیت مهم نوع پودری مقدار بالای سطح فعال در واحد حجم است، اما به دلیل اندازه ریز ذرات افت فشار بالایی را ایجاد می کند.
کربن فعال پودری به صورت ذرات کربن فعال باقی مانده بر روی غربال مش ۵۰ (۲۹۷/۰ میلی متر) تعریف می شوند. این گروه کربن از مواد ریزتر کربن خرد یا آسیاب شده که ۹۵%-۱۰۰% آن از غربال ذکر شده عبور می کنند، ساخته شده اند. ASTM ذراتی که از غربال مش ۸۰ (۱۷۷/۰ میلی متر) عبورمی کنند را در این گروه طبقه بندی می کند.
از کربن فعال پودری در تصفیه آب برای کنترل طعم و بو و اطمینان از حذف مواد شیمیایی آلی استفاده می شود. کربن‌های فعال پودری در اوایل فرآیند تصفیه اضافه می شوند تا یک دوره زمان تماس تنها قبل از افزودن سایر مواد شیمیایی تصفیه به جریان آب امکان پذیر شود. قبل از اینکه زمان کافی برای تماس با جریان آب در نظر گرفته شود، نباید آنها را با مواد شیمیایی تصفیه آب دیگر پوشش داد (به طور معمول کربن‌های فعال پودری حداقل به ۱۵ دقیقه زمان تماس با جریان آب نیاز دارند). از همه مهمتر، کربن‌های فعال پودری هرگز نباید هم زمان با کلر یا پرمنگنات پتاسیم اضافه شوند زیرا اینگونه مواد شیمیایی تصفیه آب به سادگی توسط پودر کربن فعال جذب می شوند.

کربن فعال گرانول
کربن فعال گرانول در مقایسه با پودری سایز ذرات نسبتا بزرگتر و در نتیجه سطح خارجی کوچکتر دارند. به دلیل سرعت بالای نفوذ گازها و مایعات این نوع کربن برای جذب و بخار مناسب می باشد. کربن گرانول برای تصفیه آب، بوزدایی و جداسازی مواد موجود در جریانها و نیز در حوضچه های اختلاط سریع استفاده می شوند. کربن فعال گرانول در سایزهای ۲۰×۸، ۴۰×۲۰، ۳۰×۸ برای استفاده در فاز مایع و سایزهای ۶×۴، ۸×۴، ۱۰×۴ برای استفاده در فاز بخار ساخته میشوند.
کربن فعال گرانول سایز ۴۰×۲۰ از ذراتی تشکیل شده است که در محدوده مش ۲۰ تا ۴۰ هستند و از مش شماره ۲۰ (۸۴/۰ میلی متر) عبور می کنند اما بر روی غربال استاندارد آمریکایی شماره ۴۰ (۴۲/۰ میلی متر) باقی می مانند و عبور نمی کنند. محبوبترین نوع کربن فاز آبی، سایزهای ۳۰×۸ و ۴۰×۱۲ هستند که به دلیل ایجاد تعادل مناسب بین پارامترهای سایز، مساحت و افت فشار در این نوع کربن گرانول می باشد.
در سیستم های تصفیه مدرن، اغلب استفاده از کربن فعال گرانول برای فرآیندهای تصفیه مداوم ترجیح داده می شود. علیرغم تضمین سرمایه گذاری هزینه اولیه بالاتر از کربن فعال پودری، کربن‌های فعال هزینه عملیاتی بسیار کمتری دارند زیرا می توان برای بازیابی خصوصیات جذب از نظر حرارتی مجددا آنها را بازسازی کرد.

کربن فعال استوانه ای (EAC)
کربن فعال استوانه ای (EAC) کربن فعال پودری را با یک چسب ترکیب می کند، که با هم ذوب شده و به یک بلوک کربن فعال استوانه ای شکل با قطرهای ۸/۰ تا ۱۳۰ میلی متر اکسترود می شود. اینها به دلیل افت فشار کم، مقاومت مکانیکی زیاد و محتوای غبار کم عمدتا برای کاربردهای فاز گاز استفاده می شوند. به عنوان فیلتر CTO (کلر، طعم، بو) نیز فروخته می شود.

کربن فعال دانه ای (BAC)
قطر کربن فعال دانه ای (BAC) تقریباً از ۰.۳۵ تا ۰.۸۰ میلی متر است. به دلیل افت فشار کم، مقاومت مکانیکی زیاد و محتوای کم گرد و غبار، و با اندازه دانه کمتر از EAC مورد توجه قرار گرفته است. شکل کروی آن را برای کاربردهای بستر سیال مانند فیلتراسیون آب ارجح است.