نویسنده: راضیه کوه پیمانی

کربن اکتیو قویترین تصفیه کننده آب

کربن اکتیو قویترین تصفیه کننده آب


برای حذف مواد آلی از آب و پساب تصفیه شده روش های فیزیکی و شیمیایی مختلفی وجود دارد که هر یک دارای مزیت ها و معایب خاص خود هستند و معمولاً براساس نوع نیاز سیستم مورد نظر برگزیده می شوند. یکی از موثرترین روش ها استفاده از بسترهای کربن اکتیو و فیلتر کربنی است. از آنجایی که تمام مواد آلی موجود در آب یا پساب تصفیه شده دارای ساختار کربنی می باشند، کربن اکتیو بهترین ماده جاذب برای این نوع مواد به شمار می آید. امروزه کربن اکتیو یا زغال فعال پرکاربردترین ماده ای است که در سیستم های تصفیه آب مورد استفاده قرار می گیرد. 


وبسایت تصفیه آب آبین مجموعه کاملی از انواع فیلترهای کربنی و مواد شیمیایی مانند کربن فعال با برندهای معتبر برای دسترسی راحت تر مشتریان عزیز گردآوری کرده است. در این مقاله قصد داریم با کربن اکتیو و ویژگی های مهم آن بپردازیم. 


کربن فعال (Activated carbon)


کربن یک عنصر شیمیایی غیر فلزی چهار ظرفیتی با عدد اتمی 6 است که در فرمول ها و واکنش های شیمیایی با نماد C نشان داده می شود. نام این عنصر در واقع از واژه لاتین "کربو" به معنی زغال سنگ اقتباس شده است. کربن از لحاظ فراوانی، پانزدهمین عنصر در پوسته زمین است و پس از هیدروژن، هلیم و اکسیژن چهارمین عنصر در جهان محسوب می شود. کربن از نظر جرمی نیز پس از اکسیژن، دومین عنصر موجود در بدن انسان می باشد که حدود 18.5 درصد از جرم بدن را به خود اختصاص داده است. اتم های کربن می توانند به شکل های مختلف با یکدیگر پیوند داده و دگرشکل ها یا آلوتروپ های متنوعی از کربن را به وجود آورند. معروف ترین دگرشکل های کربن، گرافیت، الماس و کربن توپی هستند. 


ذرات کربن فعال اصولاً مساحت بیشتری نسبت به حجم خود دارند. ساختار میکروسکوپی این ذرات دارای شبکه متخلخلی است که فرایند جذب سطحی در آنها اتفاق می افتد. از هر ماده ای با درصد کربن بالا می توان به عنوان ماده خام اولیه در تولید آن استفاده نمود. کربن فعال، نوعی کربن است که بار الکتریکی مثبت به آن القا شده و به این دلیل قادر است که برخی یون های منفی ناخالصی موجود در سیال را جذب کند.


ویژگی های مهم کربن اکتیو


کربن فعال یا کربن اکتیو به نام زغال فعال نیز شناخته می شود. نوع متداول این کربن دارای ویژگی های جذبی، الکتروشیمیایی و کاتالیستی مفیدی است که به عنوان جاذب قوی برای ناخالصی های محلول در گازها و مایعات نیز عمل می کند. از جمله مهمترین ویژگی های کربن فعال می توان به موارد زیر اشاره نمود:


•    ساختمان متخلخل و سطح فعال بالا
•    توانایی جذب بالا
•    قابلیت بازیافت و استفاده مجدد
•    میزان هدایت الکتریکی بالا
•    پایداری زیاد
•    هزینه پایین و مقرون به صرفه


انواع کربن فعال


یکی از مهمترین موادی به طور گسترده در تصفیه آب آشامیدنی در تصفیه خانه ها و منازل استفاده می شود، کربن فعال یا زغال اکتیو (activated carbon) است. کربن اکتیو معمولاً به شکل پودری (نرم) و گرانول (سخت و ساچمه ای) برای استفاده وجود دارد. توجه به این نکته ضروری است که در انتخاب کربن فعال مناسب باید به خواص فیزیکی و شیمیایی ماده آلاینده توجه ویژه شود. کربن فعال را به طور کلی می توان براساس ویژگی های سطحی، رفتار فیزیکی و شیمیایی و روش تولید به انواع کربن فعال قرصی (pellet)، کربن اکتیو پودری، گرانول و میله ای طبقه بندی کرد. اما متداول ترین فرم کربن اکتیو نوع پودری، گرانول و میله ای (کبریتی) است که در ادامه به بررسی آنها می پردازیم:


•    کربن فعال پودری (Powdered Active Carbon)

کربن اکتیو پودری دارای سایز 1 میلی متر و قطر متوسط 0.15 تا 0.25 میلی متر می باشد. مزیت مهم این نوع کربن فعال نسبت سطح به حجم بالای آن است، با این وجود به دلیل اندازه ریز ذرات در هنگام استفاده افت فشار بالایی ایجاد خواهد کرد. اصطلاح "مش" که معمولاً برای تعیین ویژگی های فیزیکی کربن بکار می رود، به معنی توزیع اندازه ذرات کربن اکتیو می باشد.


کربن فعال پودری در واقع به صورت ذرات کربن اکتیو باقی مانده بر روی غربال مش 50 یعنی ذراتی با قطر 0.297 میلیمتر گفته می شود. این تعریف به این معنی است که 95 تا 100 درصد از ذرات کربن پودری ریزتر یا آسیاب شده هستند و از غربال ذکر شده عبور می کنند. بر طبق استاندارد آمریکایی ASTM، ذراتی که از غربال مش 80 (ذراتی با قطر 0.177 میلیمتر) عبور می کنند نیز در این دسته طبقه بندی می شود.

•    کربن فعال دانه ای (Granular Actived Carbon)

کربن فعال دانه ای یا گرانولی نسبت به کربن پودری دارای ذراتی با نسبتاً بزرگتر و درنتیجه سطح خارجی کوچکتر است. این نوع کربن اکتیو به دلیل سرعت نفوذ بالا، به منظور جذب گازها و بخارها مناسب می باشد. کاربردهای عمده کربن اکتیو گرانول برای تصفیه آب، بوزدایی و جداسازی مواد موجود در جریان ها و به ویژه در حوضچه های اختلاط سریع است. از کربن فعال سایزهای 20*8، 40*20، 30*8 معمولاً برای فاز مایع و سایزهای 6*4، 8*4، 10*4 برای فاز بخار استفاده می گردد. کربن اکتیو گرانول سایز 40*20 به این معنی است که از ذراتی در محدوده مش 20 تا 40 تشکیل شده است که از مش شماره 20 (ذراتی با قطر 0.84 میلیمتر) عبور کرده اما بر روی غربال استاندارد آمریکایی (ASTM) شماره 40 باقی می ماند.  

•    کربن فعال میله ای یا کبریتی (Extruded Activated Carbon) 


کربن فعال میله ای یا مدادی به شکل استوانه ای با قطری بین 0.8 تا 130 میلیمتر می باشد. برای تهیه این نوع کربن اکتیو، کربن پودری را با یک پیوند دهنده به یکدیگر متصل کرده و در یک بسته استوانه ای قرار می دهند. کربن فعال میله ای دارای ویژگی هایی مانند افت فشار پایین، قدرت مکانیکی بالا و مقدار غبار کم است و از آن به طور  عمده جهت جذب در فاز گازی استفاده می شود.

انواع کربن فعال


مهمترین کاربردهای کربن اکتیو


کربن فعال در صنایع تصفیه آب معمولاً جهت حذف ترکیبات آلی، مواد آلی شیمیایی مصنوعی و از بین بردن رنگ، بو و مزه نامطبوع از آب استفاده می شود. کربن اکتیو همچنین قادر است که کلیه ناخالصی های حل شده در آب و محصولات ناشی از فرایند گندزایی که ممکن است طعم نامطبوعی به آب ببخشد را کاملاً از آب خارج کند. کاربردهای عمده کربن اکتیو را به منظور تصفیه آب و مواد شیمیایی در صنایع مختلف را می توان در موارد زیر برشمرد:


•    تصفیه پساب پتروشیمی و پالایشگاه های نفت 
•    کاتالیست ها
•    تصفیه آب شهری 
•    حذف ترکیبات حاوی کلر 
•    صنایع دفاع
•    دستگاه های تصفیه آب خانگی و صنعتی 
•    به عنوان افزودنی به خوراک دام
•    ماسک های گاز و تنفسی (ازجمله N95)
•    حذف رنگ و مواد آلی از آب و فاضلاب
•    پیش تصفیه سیستم اسمز معکوس
•    خالص سازی داروها
•    تولید روغن خوراکی و صنعتی
•    تصفیه محلول آبکاری فلزات
•    در صنایع قند و رنگ زدایی از قند و شکر 
•    در سیستم های تصفیه هوا و گاز
•    تولید فیلتر کربنی و مولتی مدیا (فیلتر شنی و کربنی)
•    استفاده در صنایع لاستیک سازی به صورت دوده صنعتی


فرایند جذب سطحی (Adsorption)


پدیده جذب سطحی فرایند جداسازی یا جذب اتم ها یا مولکول های موجود در یک مایع یا گاز است که با سطح جامدی در تماس باشد. بنابراین در طی در فرایند برخی از اجزای فاز سیال (گاز یا مایع) به سطح جاذب سطحی جامد منتقل می گردد. در فرایند جذب سطحی معمولاً ذرات ریز جاذب در بستری ثابت نگه داشته شده و سیال نیز پیوسته از میان بستر عبور داده می شود. جذب سطحی را در واقع می توان به تمایل مولکول های سیال برای چسبیدن به سطح جامد نیز تعریف نمود. در این فرایند فاز جامد ماده ای جذاب و متخلخل است که منافذی با سطح بسیار بالا ایجاد می کند. هر چه سطح ماده جاذب بیشتر شود، ظرفیت جذب نیز افزایش خواهد یافت. 


جذب سطحی کربن فعال


اگرچه جذب سطحی ناشی از دو نیروی موثر در خاصیت حلال گریزی و تمایل ویژه ماده حل شونده به سطح ماده جاذب است و به سه نوع جذب سطحی تبادلی، جذب سطحی فیزیکی و شیمیایی تقسیم می شود. اما تنها دو نوع آخر ( جذب سطحی فیزیک و شیمیایی) در فرایند جذب سطحی توسط کربن اکتیو موثر است که در ادامه به بررسی آنها می پردازیم:


•    جذب فیزیکی یا واندروالس (Physical adsorption) 


این جذب سطحی در اثر نیرو ضعیف واندروالس ایجاد می شود. قدرت این نیرو به طور کلی با فاصله دو ذره رابطه عکس دارد. از مشخصه های جذب فیزیکی انرژی جذب پایین و برگشت پذیری این فرایند است. در این جذب سطحی، با کاهش دما، بازده جذب افزایش می یابد، زیرا در دمای پایین این نوع جذب سطحی غالب است. نمونه ای از این جذب فیزیکی به طور ویژه در جذب سطحی توسط ذرات کربن فعال رخ می دهد.

•    جذب شیمیایی یا جذب سطحی فعال شده (Chemical adsorption)


در این نوع جذب سطحی، بین جز جذب شونده و سطح ماده جاذب یک واکنش شیمیایی رخ می دهد و این فرایند از نوع برگشت ناپذیر است، زیرا واکنش معکوس نیازمند انرژی زیادی است. برخلاف جذب فیزیکی در نوع جذب سطحی با افزایش دما، سرعت جذب بیشتر می شود. استفاده از جذب فیزیکی در مهندسی محیط زیست نسبت به جذب شیمیایی رایج تر است.


عوامل موثر در قدرت جذب


قدرت جذب سطحی هر ماده تابعی از عوامل زیر است:


•    نوع ماده جذب شونده
•    نوع ماده جاذب
•    حالت فیزیکی ماده جاذب
•    حالت فیزیکی ماده جذب شونده
•    ترکیب و غلظت آلودگی
•    دما و PH آب
•    مقدار جریان و سطح تماس آب با کربن فعال


مکانیزم جذب توسط کربن فعال


کربن اکتیو توسط جذب فیزیکی، مواد آلاینده را از جریان های مایع و گازی جداسازی می کند. نسبت سطح به حجم بالای کربن سبب می شود تا آلودگی ها به آسانی به سطح آن بچسبد. عملکرد جذب سطحی توسط کربن به این صورت است که به دلیل مساحت سطح داخلی بالای کربن، نیروهای جذابی ایجاد می شود که قادر است مولکول های دیگر را به خود جذب کند. در این فرایند مواد جاذب حل شده در محلول به کانال تخلخل هدایت شده تا به سطحی قوی برسند. از آنجایی که نیروی جاذبه سطح کربن از نیروی مولکولی بیشتر است، مواد آلودگی جذب به ذرات کربن اکتیو می شوند. مواد آلاینده آلی معمولاً جرم مولکولی بالایی داشته و از نظر الکتریکی خنثی (غیر قطبی) هستند. ازآنجایی که این مواد دارای ماهیت شیمیای هستند به آسانی به کربن اکتیو جذب می شوند. برای اینکه مواد آلوده کننده آلی بتوانند از تخلخل های کربن فعال کوچکتر شده و از آنها عبور کنند، باید هر دو به صورت محلول در آب باشند. علاوه بر جذب فیزیکی، ممکن است واکنش های شیمیایی نیز در سطح کربن اکتیو انجام شود. یکی از این واکنش ها، حذف کلرین از آب در اثر واکنش شیمیایی کلرین با کربن و درنتیجه تولید یون های کلراید فعال است.

 
فروشگاه تصفیه آب آبین بزرگترین عرضه کننده ماده پرکاربرد کربن فعال و انواع فیلترهای کربنی با برندهای معتبر در بازار ایران است که با ارائه مشاوره رایگان مشتریان خود را در انتخاب مناسب یاری می دهد. 

نظرات کاربران

نظرات خود را ارسال نمایید

لطفا اطلاعات زیر را تکمیل و سپس ارسال نمایید