باوجود اینکه کربن فعال یکی از پرکاربردترین مواد در صنایع تصفیه آب، گاز و فرایندهای شیمیایی است، اما نکته ای که کمتر به آن توجه می شود، منابع تولید کربن فعال و تأثیر مستقیم آن ها بر کیفیت، ظرفیت جذب و طول عمر محصول است. انتخاب بین کربن فعال پایه نارگیل، پایه چوب و زغال فعال پایه زغال سنگ تنها یک ترجیح نیست؛ بلکه تصمیمی تخصصی است که باید بر اساس ساختار کربن اکتیو، مقاومت مکانیکی، سرعت جذب و نوع آلاینده های آب یا سایر آلاینده ها تعیین شود.
کربن اکتیو از چه منابعی تولید می شود؟
کربن فعال معمولاً از سه گروه اصلی ماده اولیه تولید می شود که عبارتند از پوسته نارگیل و سایر ضایعات کشاورزی با میزان کربن بالا، انواع چوب و دیگر منابع زیست توده و انواع زغال سنگ مانند بیتومینه، لینیته یا آنتراسیت که هرکدام ساختار تخلخل و کاربرد متفاوتی دارند. هرکدام از مواد اولیه تولید کربن فعال، تفاوت های قابل توجهی در ترکیب شیمیایی، میزان کربن ثابت، قابلیت فعال سازی و ساختار حفره های کربن اکتیو دارند که تاثیر زیادی بر عملکرد محصول نهایی می گذارند.
کربن فعال پایه نارگیل
کربن فعال پایه نارگیل یکی از محبوب ترین انواع کربن اکتیو در صنایع تصفیه آب و هوا است که از پوسته سخت نارگیل تولید می شود. ساختار این نوع کربن دارای میکروپور یا میکروتخلخل بسیار ریز است که باعث می شود توانایی بالایی در جذب ترکیبات آلی فرار، کلر، تری هالومتان ها، طعم و بو و فلزات سنگین داشته باشد.
از پوسته مرغوب نارگیل برای تولید انواع کربن فعال گرانولی (GAC)، پودری (PAC) و اکسترود شده (EAC) با استفاده از فرآیند پیشرفته فعال سازی با بخار استفاده می شود. یکی از اصلی ترین و مهم ترین مزیت این ماده خام، درصد بالای کربن ثابت و کمترین میزان خاکستر نسبت به سایر منابع تولید کربن فعال است. به همین دلیل، محصول نهایی خلوص بیشتری دارد و در تماس با آب، هیچگونه آلاینده ثانویه ای تولید نمی کند. کربن پایه نارگیل همچنین دارای سختی مکانیکی بالا است که آن را برای سیستم های تحت فشار مانند فیلترهای اسمزمعکوس و مخازن صنعتی مناسب می سازد.
با وجود تمام مزایای کربن فعال پایه نارگیل، قیمت بالاتر این ماده اولیه نسبت به منابع دیگر، وابستگی تأمین مواد اولیه تولید کربن فعال به فصل برداشت نارگیل و همچنین افت فشار قابل توجه در کربن فعال گرانولی از محدودیت های این ماده اولیه به حساب می آیند.
کربن فعال پایه چوب
کربن فعال پایه چوب از انواع چوب سخت و نرم از جمله چوب بلوط، بید، پنبه و با روش های فعال سازی شیمیایی یا بخار آب تولید می شود. زغال فعال پایه چوب دارای ماکروپورها (حفره های بزرگ با قطر بیش از 50 نانومتر) و مزوپورها (حفره های با قطر 2 تا 50 نانومتر) است که باعث می شود مولکول های بزرگ تر و پیچیده مانند رنگ ها، ترکیبات فنولی و سایر آلاینده های صنعتی به راحتی وارد ساختار کربن شده و جذب شوند.
این نوع کربن سطح ویژه بالا، ظرفیت جذب کلرین (CTC) بالا، سختی و پایداری مکانیکی مناسب، درصد خاکستر و ناخالصی پایین و مقاومت جریان کمی دارد. چنین خصوصیات ساختاری باعث می شود توزیع حفره ها در ساختار آن به راحتی قابل تنظیم باشد و ظرفیت جذب مطلوب برای آلاینده های مختلف ایجاد شود. در عمل، کربن چوبی به ویژه برای بازیابی حلال های آلی (VOCs) و کنترل بو در صنایع عملکرد بالایی دارد و با توجه به قابلیت جذب زیاد، از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه است.
کربن فعال پایه زغال سنگ
برای تولید زغال فعال پایه زغال سنگ از زغال سنگ بیتومینه یا آنتراسیت استفاده می شود و یکی از رایج ترین انواع کربن فعال در تصفیه آب شهری و صنعتی است. این نوع کربن ترکیبی متعادل از ساختار حفره های میکروپور و مزوپور دارد و در نتیجه برای جذب بازه گسترده ای از آلاینده ها عملکرد مناسبی خواهدداشت.
کربن فعال برپایه زغال سنگ به دلیل سختی مکانیکی بسیار بالا، مقاومت عالی در برابر خردشدگی و چگالی زیاد، در سیستم های تحت فشار و فیلترهای بستر عمیق عملکرد مطلوبی دارد. میزان خاکستر آن نسبت به کربن نارگیلی بیشتر است، اما مزیت مکانیکی و ظرفیت جذب مناسب آن را به گزینه ای اقتصادی و کاربردی تبدیل می کند.
مقایسه انواع زغال فعال
درک تفاوت و مقایسه انواع کربن فعال زمانی اهمیت پیدا می کند که بدانیم هر کدام از آن ها با ساختار، ظرفیت جذب و میزان پایداری متفاوتی ساخته می شوند. این ویژگی ها مستقیماً تعیین می کنند که کربن فعال در کدام کاربرد عملکرد بهتری داشته باشد. بررسی دقیق ظرفیت جذب، نوع و اندازه حفرات و مقاومت حرارتی و مکانیکی به شما کمک می کند تا تشخیص دهید کدام ماده اولیه مثل نارگیل، چوب یا زغال سنگ، برای تولید کربن مورد نیاز شما، مناسب تر است.
ظرفیت جذب
ظرفیت جذب کربن اکتیو درواقع توانایی آن در جذب و نگهداری ذرات آلاینده بر روی سطح یا منافذ متخلخل در ساختار آن است. این ظرفیت به عوامل مختلف فیزیکی و ساختاری از جمله مساحت سطح و توزیع اندازه و حجم منافذ، خواص شیمیایی، نوع ماده اولیه، روش فعال سازی و شرایط عملیاتی سیستم بستگی دارد. در جدول زیر ظرفیت جذب انواع کربن اکتیو را براساس مواد اولیه بررسی کرده ایم:
|
عملکرد بالا برای جذب آلاینده های کوچک و VOCها |
عملکرد خوب برای مولکول های بزرگ، رنگ ها و ترکیبات پیچیده |
عملکرد متعادل و مناسب برای طیف وسیع آلاینده ها |
تفاوت ها در ساختار حفرات
ساختار منافذ کربن فعال و میزان تخلخل آن در انواع مختلف میکروتخلخل (Micropores)، ماکروتخلخل (Macropores)، مزوتخلخل (Mesopores) تقسیم بندی می شود. این تفاوت در ساختار حفره های کربن اکتیو باعث می شود کاربرد متفاوتی در مصارف مختلف پیدا کنند. کربن اکتیو میکروتخلخل (Micropores) با منافذ کمتر از 2 نانومتر که سطح ویژه بالایی دارند و برای جذب مولکول های کوچک و گازها مناسب هستند، مزوتخلخل (Mesopores) با منافذ 2 تا 50 نانومتر که نفوذ مولکول های بزرگ تر و انتقال سریع تر مواد را امکان پذیر می کنند و معمولاً برای ترکیبات آلی سنگین یا رنگ ها استفاده می شوند. زغال فعال ماکروتخلخل (Macropores) با منافذ بیش از 50 نانومتر که عمدتاً به عنوان مسیر دسترسی به منافذ کوچک تر عمل می کنند و به تنهایی ظرفیت جذب بالایی ندارند اما عملکرد کلی کربن فعال را بهبود می بخشند. این تفاوت ها باعث می شود هیچ نوعی را نتوان "بهترین" دانست؛ بلکه باید بر اساس کاربرد تصمیم گرفت.
پایداری حرارتی و مکانیکی
کربن پایه زغال سنگ از جمله کربن اکتیو جاکوبی Aquasorb 1000 بالاترین مقاومت مکانیکی را ارائه می دهد و برای سیستم های تحت فشار، فیلترهای صنعتی و کارتریج هایی که چندین بار شستشو می شوند، بهترین عملکرد را دارد. زغال پایه نارگیل که از نظر دوام در جایگاه دوم قرار می گیرد، علاوه بر کاربرد گسترده در تصفیه آب شرب و استفاده در دستگاه های تصفیه آب RO، به دلیل میزان تخلخل بالایی که دارد در فرایندهای خاص مثل بازبافت فلزات گران بها نیز کاربرد دارد. کربن اکتیو جاکوبی مدل Goldsorb 6000 یکی از معروفترین و پرکاربردترین انواع زغال فعال برای استفاده در سیستم های بازیافت طلا و سایر فلزات باارزش است.
در مقابل، سایر مواد اولیه تولید کربن فعال مثل کربن پایه چوب به دلیل سختی کمتر، برای کاربردهایی که نیاز به فشار بالا یا سایش مداوم ندارند مناسب تر است. بنابراین، اختلاف در مقاومت مکانیکی و حرارتی یکی از اصلی ترین دلایلی است که تعیین می کند هر نوع کربن فعال در چه محیط و شرایط عملیاتی بیشترین کارایی را داشته باشد.
چرا پایه خام اولیه در کیفیت نهایی کربن فعال اهمیت دارد؟
مواد اولیه یا منابع اصلی تولید کربن فعال تعیین می کنند که محصول نهایی چه خصوصیات مولکولی، مکانیکی و حرارتی داشته باشد. نوع مواد اولیه تولید کربن فعال تاثیر زیادی روی نوع حفره های ایجاد شده در ساختار کربن، میزان خاکستر، درصد کربن ثابت و حتی واکنش کربن نسبت به فعال سازی دارد.
همانطور که پیش از این نیز بررسی کردیم، کربن فعال بسیاری از ویژگی های پایه ای خود را مستقیماً از منبع اولیه کربن به ارث می برد. بنابراین، کیفیت نهایی کربن فعال وابسته به این است که ماده اولیه چه میزان ناخالصی دارد، چگونه کربنیزه می شود، چگونه در برابر فشار مکانیکی و حرارت مقاومت می کند و در نهایت چه نوع آلاینده ای را می تواند جذب کند. به همین دلیل است که تولیدکنندگان معتبر جهانی، نوع ماده اولیه را به عنوان یک مشخصه حیاتی اعلام می کنند.
کدام نوع زغال اکتیو برای کدام کاربرد مناسب تر است؟
نتایج بدست آمده از مقایسه انواع کربن فعال نشان می دهد که برای تصفیه آب شرب و فیلترهای کربنی مورد استفاده در دستگاه های خانگی، کربن فعال پایه نارگیل به دلیل خلوص بالا و ساختار میکروپور بهترین عملکرد را دارد. همچنین برای تولید ماسک های تنفسی، حذف VOC و جذب گازهای سمی، باز هم کربن نارگیلی بهترین کارایی را خواهد داشت.
با این حال، در مصارف رنگ بری، صنایع غذایی و جهت جذب مولکول های بزرگ، کربن فعال پایه چوب گزینه مناسب تری است. زغال فعال پایه زغال سنگ به دلیل سختی و پایداری بالا، در تصفیه آب شهری، فاضلاب صنعتی و محیط های با فشارعملیاتی بالا بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.
فروشگاه آبین با ارائه مجموعه ای کامل از خدمات تخصصی در زمینه استفاده کربن اکتیو در سیستم های تصفیه آب، به کاربران کمک می کند تا عملکرد دستگاه خود را در بالاترین سطح نگه دارند. این خدمات شامل تعویض و شارژ به موقع فیلترهای کربن فعال برای حفظ کیفیت آب خروجی، مشاوره تخصصی جهت انتخاب نوع کربن مناسب بر اساس نوع دستگاه، کیفیت آب ورودی و نیاز کاربری و همچنین راهنمایی برای تشخیص علائم کاهش کارایی فیلترها است. برای خرید کربن اکتیو یا دریافت مشاوره در این زمنیه، به وب سایت آبین مراجعه کرده و با کارشناسان ما در تماس باشید.
نظرات
دیدگاهی برای این مقاله ثبت نشده است