کربن اکتیو جاکوبی

کربن اکتیو جاکوبی فعال یا زغال فعال یک ماده جاذب با ساختار پراگناتیک است که در آن روزنه‌های زیادی وجود دارد. این روزنه‌ها و ساختار پوششی زغال فعال به آن امکان جذب مواد آلاینده را از محیط فراهم می‌کند. زغال فعال به دلیل داشتن سطح داخلی بسیار بزرگ، می‌تواند مقدار زیادی از مواد آلاینده را جذب کند و از محیط آب، هوا یا محیط‌های دیگر پاکسازی کند.کربن اکتیو( کربن فعال ) چیست؟

کربن فعال یا همان زغال فعال (Activated Carbon)، یک جاذب فوق‌العاده قوی و کارآمد است که به طور گسترده در صنایع مختلف، از جمله تصفیه آب و هوا، صنایع دارویی، صنایع غذایی، و صنایع شیمیایی استفاده می‌شود.

زغال فعال از جمع آوری مواد زیستی مانند پوست هسته‌دارها، چوب، پوست میوه‌ها، و غیره، و یا مواد معدنی مانند لیگنیت تولید می‌شود. سپس این مواد تحت فرایندی به نام فعال‌سازی یا فعال‌کردن قرار می‌گیرند که در این فرایند، با اعمال دما و یا احتیاج به اکسیداسیون شیمیایی، سطح داخلی زغال فعال با روزنه‌های بسیار کوچک و پراکنده افزایش می‌یابد. این روزنه‌ها و ساختار داخلی زغال فعال به وسیله جاذبیت فیزیکی و شیمیایی، قدرت جذب بسیار بالایی را برای آلاینده‌ها و مواد آلی و غیرآلی از خود نشان می‌دهد.

با توجه به ساختار داخلی زغال فعال و روزنه‌های آن، این جاذب می‌تواند گازها، مواد آلی و شیمیایی، عناصر سنگین، و حتی بوی نامطبوع را از محیط جذب و حذف نماید. به همین دلیل، کربن فعال به عنوان یک جاذب بسیار موثر در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

کربن اکتیو جاکوبی فعال دارای کاربردهای زیادی است, از جمله مصارف آن:

کربن فعال واکنش‌پذیری بسیار زیادی دارد و به عنوان یک جاذب چندمنظوره در مصارف مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخی از کاربردهای مهم کربن فعال عبارتند از:

• تصفیه آب: کربن فعال در فرآیند تصفیه آب برای حذف ذرات آلی، مواد شیمیایی، بو و طعم نامطبوع، و رنگ از آب استفاده می‌شود. این فرآیند می‌تواند آب را مناسب برای مصارف خوراکی و آشامیدنی کند.
• رنگزدایی از قند و شکر: در صنایع غذایی، کربن فعال برای جذب و حذف رنگزایی از مواد مانند قند و شکر استفاده می‌شود تا بهبود رنگ و شفافیت محصولات را ایجاد کند.
• بازیافت طلا: کربن فعال در فرآیند بازیافت طلا از محلول‌های شیمیایی و استخراج معدنی استفاده می‌شود.
• بهسازی رنگ و طعم: در صنایع غذایی و نوشیدنی، کربن فعال برای اصلاح و بهسازی رنگ و طعم محصولات مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• استفاده در دستگاه‌های تصفیه هوا: در دستگاه‌های تصفیه هوا، کربن فعال به عنوان یک جاذب بو و ذرات معلق در هوا مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• استفاده در دستگاه‌های تصفیه هوا: در دستگاه‌های تصفیه هوا، کربن فعال به عنوان یک جاذب بو و ذرات معلق در هوا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کربن فعال به عنوان یک ماده چند منظوره، در این کاربردها و بسیاری دیگر بهبود موثری را به فرآیندها و محصولات ارائه می‌دهد.

 

تولید کربن اکتیو جاکوبی یا زغال فعال شده

اصول و فنون گوناگونی در ساخت و تولید زغالهای فعال وجود دارد که به 3 اصل بستگی دارد:

تولید زغال فعالیک فرآیند پیچیده است که بستگی به سه عامل اصلی دارد:

• نوع ماده اولیه:
  – نوع و نسبت مواد اولیه مورد استفاده در تولید زغال فعال تأثیر بسزایی در خواص نهایی آن دارد. مواد اولیه معمولاً از منابع طبیعی مانند چوب، پوسته‌های گردو، پوسته‌های بادام، پوسته‌های جوانه‌دار، پوسته‌های نخل، پوسته‌های برنج و یا حتی پوسته‌های کنجد استخراج می‌شود.
• مشخصات فیزیکی:
  – مشخصات فیزیکی کربن اکتیو جاکوبی شامل اندازه ذرات، سطح و حجم منافذ، چگالی، و فشار سنتز می‌شود. این مشخصات بستگی به کاربردهای نهایی زغال فعال دارد. برای مثال، در برخی موارد اندازه ذرات زغال فعال باید بسیار ریز باشد تا سطح واکنش با مواد محلول بیشتر شود.
• مشخصات جذبی:
  – مشخصات جذبی زغال فعال شده به عنوان یک جاذب چندمنظوره بسیار مهم است. این ویژگی‌ها شامل ظرفیت جذب گازها، رطوبت، مواد آلی، رنگدانه‌ها، بو، و ذرات معلق در هوا می‌شود. هر کدام از این مشخصات برای کاربردهای خاص خود نیازمند است.

با توجه به این سه عامل، فرآیند تولید کربن اکتیو جاکوبی باید با دقت و بر اساس استانداردهای مشخص انجام شود تا زغال فعال مطابق با نیازهای مشتری و کاربردهای مختلف باشد و بهترین عملکرد را ارائه دهد.

شیوه های فعالسازی که بیشتر در تولیدات تجاری بکار میرود عبارتند از:

فعال‌سازی شیمیایی و فعال‌سازی توسط بخار دو روش مهم برای تولید زغال فعال می‌باشند. این دو روش به طور گسترده در صنایع مختلف برای تولید زغال فعال استفاده می‌شوند.

فعال‌سازی شیمیایی کربن اکتیو جاکوبی

– در این روش، مواد اولیه مانند چوب یا زغال سنگ نارس، با یک عامل شیمیایی آغشته می‌شوند تا به ماده‌ای خمیری تبدیل شوند. این عوامل ممکن است شامل اسیدها مانند اسید فسفریک یا ترکیبات کلریدی باشند.
– سپس، ماده خمیری در دمای بالا، معمولاً در بازه ۵۰۰ تا ۸۰۰ درجه سانتیگراد، حرارت داده می‌شود تا کربن فعال شود.
– زغال فعال حاصل از این فرآیند دارای منافذ باز بسیار زیادی است که برای جذب مولکول‌های بزرگ بسیار مناسب می‌باشد.

فعال‌سازی توسط بخار کربن اکتیو جاکوبی

– در این روش، مواد اولیه با استفاده از بخار آب و در دماهای بالا فعال‌ می‌شوند. این روش معمولاً برای تولید زغال فعال از موادی مانند پوسته‌های میوه‌ها، پوسته‌های گردو و سایر زندگی گیاهی استفاده می‌شود.
– بخار آب در این فرآیند به عنوان یک عامل فعال‌سازی عمل می‌کند و باعث تبدیل مواد اولیه به زغال فعال می‌شود.
– این روش معمولاً در دماهای پایین‌تر از روش فعال‌سازی شیمیایی انجام می‌شود و برای موادی با ساختار و خواص خاص مورد استفاده قرار می‌گیرد.

هر یک از این روش‌ها مزایا و معایب خود را دارند و بستگی به نوع مواد اولیه، خواص نهایی زغال فعال مورد نظر و همچنین استفاده مورد نظر، انتخاب می‌شوند.

.

ویژگی های جذبی و فیزیکی کربن اکتیو جاکوبی

گونه های مختلفی از کربن اکتیو جاکوبی با ویژگی های مشخص وجود دارند که خصوصیات هر یک از آنها بستگی به مواد اولیه و فنون موجود در تولید آنها بستگی دارد. در انتخاب یک گونه کربن اکتیو جاکوبی, برای بهبود  به فرایندها, نیاز به شناخت دقیق ویژگی های فیزیکی و جذبی مواد داریم.

ویژگی‌های جذبی و فیزیکی کربن فعال یا کربن اکتیو جاکوبی بستگی به فرآیندهای تولیدی و مواد اولیه آن دارد. اما برخی از ویژگی‌های مهم جذبی و فیزیکی زیر می‌تواند مورد توجه قرار گیرد:

1. سطح: سطح کربن فعال  معیار مهمی برای اندازه‌گیری کارایی جذب مواد آلاینده است. سطح بیشتر به این معنی است که منافذ جاذب بیشتری برای جذب مواد آلاینده وجود دارد.

2.اندازه منافذ: کربن فعال  ممکن است شامل منافذ میکروپور (با قطر کمتر از 1 نانومتر)، مزوپور (بین 1 تا 25 نانومتر) و ماکروپور (بیشتر از 25 نانومتر) باشد. اندازه منافذ تأثیر زیادی بر عملکرد جذب دارد؛ به طور کلی، منافذ کوچکتر برای جذب مواد آلاینده کوچکتر مفیدتر هستند.

3. تخلخل: تخلخل کربن فعال  نشان‌دهنده میزان حجم خالی و فضای باز داخل ساختار آن است. تخلخل بیشتر به معنی حجم بیشتر برای جذب مواد آلاینده و دسترسی به منافذ بیشتر است.

این ویژگی‌ها باعث می‌شوند که کربن فعال جاکوبی یک جاذب بسیار موثر برای تصفیه هوا، آب و سایر محیط‌ ها باشد.

ویژگی های جذبی:

– 1 سطح: با استفاده از N2 حدود منافذ سطحی کربن اکتیو جاکوبی را اندازه می گیرند.هر چه سطح زغال فعال شده بیشنر باشد, قسمتهای جاذب نیز بیشترند.

– 2 اندازه منافذ: تعیین اندازه های یک کربن اکتیو جاکوبی میتواند راهی مناسب برای تشخیص خصوصیات آن باشد.که در IUPAC منافذ بر اساس اندازه به صورت زیر دسته بندی شده اند:
Micropores r<1nm
Mesopores r 1-25nm
Micropores r>25
که mesopore ها برای جا به جایی و Micropore ها برای جذب مواد هستند.

– 3 تخلخل: یکی از راههای اندازه گیری میزان تخلخل در توده ای از زغال فعال شده , استفاده از میزان جذب CCl4 خالص در حالت گازی می باشد.

 

ویژگیهای فیزیکی کربن اکتیو جاکوبی

1 – سختی و مقاومت در برابر حررت و فشار : کربن اکتیو جاکوبی دارای سختی های متفاوتی هستند که مربوز به مواد اولیه وشیوه تهیه آنها می باشد. بنا به درجه سختی, هر یک از آنها کاربردهای متفاوتی دارند.
-2 چگالی

-3 اندازه ذرات: هر چقدرکه اندازه ذرات کربن اکتیو جاکوبی کوچکتر باشد, سرعت جذب بیشتر است.

زغال فعال را به سه شکل دانه ای , پودر و استوانه ای میسازند.

 کربن اکتیو جاکوبی چگونه کار می کند؟

این زغال مواد اورگانیک را از محیط اطرافش جذب می کند , تا عمل انتقال آلاینده از فاز مایع ( آب) به فاز جامد ( کربن) صورت گیرد.نیروی جاذبه ای باعث تشکیل یک پیوند بین آلاینده و کربن و جدب آنها به هم می شود.
علاوه بر این باکتری هایی به سطح خارجی کربن اکتیو جاکوبی جذب و بخشی از آلاینده ها را  مصرف می کنند.
جذب منجر به پخش یک گاز یا ترکیب در شبکه متخلخلکربن اکتیو جاکوبی می گردد , جایی که یک واکنش شیمیایی یا یک ثبات فیزیکی روی می دهد. به عنوان مثال ازن O3 در قسمتی که جذب می شود , قسمتی از زغال فعال شده را اکسید میکند, و 3O به O2 تبدیل می شود و ازن در ساختار کربن اندوخته و گردآوری نمی شود.

 

جذب در زغال کربن اکتیو جاکوبی فعال شده دارای 3 مرحله است:

درست است. فرآیند جذب آلاینده‌ها در زغال فعال در واقع یک فرآیند چند مرحله‌ای است این مراحل عبارتند از:

تماس ذرات آلاینده با ذرات زغال فعال شده:
در این مرحله، ذرات آلاینده محلول در مایع (مانند آب) با ذراتکربن اکتیو جاکوبی در مخلوط قرار می‌گیرند. این تماس اولیه میان ذرات آلاینده و زغال فعال، ابتدایی‌ترین مرحله در فرآیند جذب است.

پخش ذرات آلاینده در شبکه متخلخل کربن اکتیو جاکوبی:
پس از تماس اولیه، ذرات آلاینده درکربن اکتیو جاکوبی پخش می‌شوند و در داخل شبکه متخلخل زغال فعال پخش می‌گردند. این فرآیند باعث افزایش فرصت برای تعامل بین ذرات آلاینده و زغال فعال می‌شود.

جذب ذرات آلاینده به کربن اکتیو جاکوبی و ایجاد پیوند برگشت‌ناپذیر:
در این مرحله، ذرات آلاینده به ذرات زغال فعال  جذب می‌شوند و یک پیوند برگشت‌ناپذیر بین آنها ایجاد می‌گردد. این پیوند، ذرات آلاینده را به زغال فعال متصل می‌کند و جلوگیری می‌کند که آلاینده‌ها دوباره به محیط آب بازگردند.

این سه مرحله همزمان رخ می‌دهند و تجمعات آلاینده‌ها در زغال فعال  را کاهش می‌دهند، که این امر باعث بهبود کیفیت آب می‌شود.

به مرور زمان و استفاده از کربن اکتیو جاکوبی , سطح آن از مواد آلاینده اشباع می شود. زکربن اکتیو جاکوبی یک محصول گران است و در عین حال میتواند در چرخه بازیافت قرار گیرد و مجددا مورد استفاده قرار گیرد. بازیافت زغال فعال , هزینه کمی نسبت به تولید اولیه دارد و دارای قیمت ارزانتری نیز می باشد