نویسنده: راضیه کوه پیمانی

اندازه گیری سطح ویژه کربن فعال 

اندازه گیری سطح ویژه کربن فعال 


کربن فعال شده با کاربرد گسترده ای که در فرایندهایی نظیر حذف رنگ، بو و طعم نامطبوع از آب در عملیات خانگی و صنعتی، تصفیه هوا در اماکن عمومی به ویژه در رستوران ها، کاربرد در صنایع غذایی و شیمیایی دارد، مهمترین ماده در تصفیه گازها، آب و سایر مایعات محسوب می شود.


کربن اکتیو به دلیل دارا بودن سطح جذب، حجم منافذ میکرونی (کمتر از 2 نانومتر) و پایداری شیمیایی بالا در محیط های اسیدی و قلیایی، متداول ترین ماده جاذبی است که به منظور جذب سطحی آلاینده ها در فاز آبی یا گازی استفاده می شود. تاکنون مطالعات زیادی انجام شده که نشان می دهند که عملکرد جذب سطحی کربن اکتیو به ویژگی های بافتی آن (ساختار منافذ و سطح ویژه) بستگی دارد. این پدیده بدین علت است که پس از تولید کربن فعال، نانوحفره هایی در سطح کربن تشکیل می شود که مساحت سطحی آن را افزایش داده و سبب افزایش فعالیت کاتالیستی و قدرت جذب آن می گردد. 


سایت تصفیه آب آبین عرضه کننده انواع کربن فعال مرغوب و با کیفیت از برندهای مختلف است که با گردآوری مجموعه خود انتخاب را برای مصرف کننده خود راحت نموده است.


مساحت سطحی (سطح موثر) کربن فعال 


سطح ویژه (Specific surface area) در توصیف خواص مواد جامد و به ویژه مواد جاذب سطحی بکار می رود و برابر است با سطح ماده جامد بر واحد جرم آن. این پارامتر در انتخاب نوع ماده جاذب یا کاتالیزور در واکنش های شیمیایی اهمیت بالایی دارد و معمولاً برحسب واحد m2/g گزارش می شود.


برای تولید کربن فعال از هر ماده ای با درصد بالای کربن می توان استفاده کرد. از هر روشی برای تولید کربن اکتیو استفاده شود، محصول نهایی مساحت سطحی بالایی نسبت به حجم خود دارد و دارای شبکه ای از تخلخل های میکروسکوپی است که فرایند جذب توسط آنها انجام می شود. بنابراین هر چه مساحت این تخلخل ها (حفره ها) در کربن بیشتر باشد، مکان های بیشتری برای جذب خواهد داشت.


کربن های فعال دارای ساختار پیچیده ای هستند و انواع گوناگون آن دارای مقادیر سطح موثر مختلف در محدوده 800 تا 2500m2/g می باشند. با این وجود می توان گفت که یک گرم کربن فعال تقریبا دارای سطح ویژه ای در حدود 3000 مترمربع است. باید توجه داشت که سطح موثر کربن اکتیو به میزان بالایی به روش تولید و دمایی که در فعال سازی صورت می گیرد، بستگی دارد. بر این اساس نیز سطح موثر کربن می تواند از 240 تا 472m2/g می تواند متغیر باشد. 

مساحت سطی کربن فعال


اندازه گیری مساحت سطحی (BET)


میزان مساحت سطحی کربن برای جذب معمولاً برحسب مقدار مشخصی از جرم آن سنجیده می شود. این ویژگی کربن را اصطلاحاً سطح ویژه آن می گویند که اندازه گیری آن توسط روش هایی مانند جذب نیتروژن BET و برحسب واحد m2/g امکان پذیر است. این روش براساس تئوری بیر لامبرت BET و بر مبنای جذب و واجذب گاز طراحی شده است و برای اندازه گیری سطح ویژه و تخلخل ماده نمونه استفاده می گردد. در واقع یکی از کاربردهای مهم این روش توصیف رفتار مولکول های گاز در فرایند جذب سطحی بر روی سطح جامد است، بنابراین از این روش به ویژه به منظور اندازه گیری سطح موثر (ویژه) مواد جاذب سطحی استفاده می شود. نام تئوری BET از حرف اول نام سه دانشمند به نام های استیون برونار (Stephen Brunauer)، پاول هیوج ایمت (Paul Hugh Emmett) و ادوارد تلر (Edward Teller) که روش BET را در سال 1938 ارائه دادند، اقتباس شده است. 


در اندازه گیری سطح ویژه به روش BET، لایه از مولکول های ماده جذب شده بر روی سطح تشکیل می شود که با دانستن ضخامت میانگین مولکولی می توان به آسانی سطحی که توسط یک مولکول اشغال می شود را محاسبه کرد. در نهایت می توان براساس ماده جذب شده مساحت سطحی ماده مورد نظر را اندازه گیری نمود. در این روش علاوه بر سطح موثر و تخلخل می توان ویژگی های دیگر نمونه نظیر قطر، حجم و توزیع اندازه حفره های نمونه و نیز جذب فیزیکی و شیمیایی را محاسبه کرد. روش BET برای نمونه های پودری مناسب است و پس از اندازه گیری هیچ گونه آسیبی به ماده وارد نمی شود. از این روش در صنایعی مانند صنایع غذایی، دارویی، کاتالیست ها، نانومواد، مواد جاذب و ... نیز استفاده می گردد. سیستم آنالیز BET براساس تئوری لانگمویر برای جذب تک لایه بنیان گذاری شده است. براساس این تئوری جذب چند لایه توسط فرضیه های زیر عمل می کند:


•    مولکول های گاز می توانند در بی نهایت لایه، توسط سطح جامد جذب شوند.
•    مولکول های گاز می توانند با لایه های مجاور واکنش ایجاد کنند.
•    در هر لایه می توان تئوری لانگمویر را اعمال نمود.


نحوه اندازه گیری آنالیز BET


برای انجام این آنالیز، ابتدا نمونه خشک ماده مورد نظر را از کلیه گازها تخلیه نموده و آن را تا دمای ثابت نیتروژن مایع  (77 کلوین یا 196- درجه سانتیگراد) سرد می شود. در این دما معمولاً گازهای بی اثری نظیر آرگون، نیتروژن و کریپتون توسط سطح نمونه جذب می گردند. این فرایند جذب در حقیقت یک معیان برگشت پذیر با لایه بندی مولکول ها بر سطح نمونه محسوب می شود که در حین واکنش مقدار گرما آزاد می گردد. نیتروژن جهت اندازه گیری سطح موثر و توزیع اندازه تخلخل ها گازی ایده آل محسوب می شود.


جذب متیلن آبی (MB)


روش دیگری که برای تعیین خواص مهم کربن فعال استفاده می شود، روش جذب متیلن آبی است. این روش در فاز مایع، به طور وسیعی به منظور اندازه گیری سطح ویژه برای مواد جامد طبیعی متنوع مورد استفاده قرار می گیرد. آبی متیلن رنگ نوعی کاتیون است که بارهای منفی سطح را به خود جذب می کند، بنابراین جهت تعیین سطح ویژه سطوحی که بار منفی دارند، مناسب است و با تعیین مقدار متیلن آبی جذب شده می توان سطح ویژه ماده نمونه را تخمین زد. در این روش سطح ویژه نمونه توسط تعداد مولکول های جذب شده به صورت تک لایه و تئوری لانگمیر اندازه گیری می شود. این مولکول های به شکل های مختلفی می تواند روی سطح قرار بگیرد، اما به طور کلی مساحتی اشغال شده توسط یک مولکول آبی متیلن برابر 130 آنگستروم مربع در نظر گرفته می شود.  


مجموعه تصفیه آب آبین تامین کننده انواع کربن اکتیو اصلی و اورجینال است که توسط مشاوره رایگان و تخصصی خود مشتریان را در انتخاب نوع کربن فعال مناسب یاری می دهد.

نظرات کاربران

نظرات خود را ارسال نمایید

لطفا اطلاعات زیر را تکمیل و سپس ارسال نمایید