کاربردهای کربن اکتیو

کربن فعال که به آن ذغال فعال نیز گفته می‎شود، نوعی کربن است که به دلیل داشتن منافذ کوچک و کم حجم، سطح موجود برای جذب یا انجام واکنش‎های شیمیایی، را افزایش می‎دهد و یک جاذب بسیار مفید است که توانایی جذب انتخابی هزاران ماده آلی و معدنی را دارد. یک گرم کربن فعال به دلیل درجه بالا تخلخل، مساحتی بیش از 3000 متر مربع (32000 فوت مربع) دارد. کربن فعال معمولاً از زغال چوب بدست می‎آید. وقتی از زغال سنگ مشتق می‎شود به آن ذغال فعال گفته می‌شود. کربن فعال یک جاذب موثر است زیرا ماده‎ی بسیار متخلخل است و سطح وسیعی برای جذب ایجاد می‎کند که آلودگی‎ها ممکن است به آن جذب شوند. کربن فعال از فرآیند جذب فیزیکی استفاده می‎کند که به موجب آن نیروهای جذاب ون در والس املاح را از محلول بیرون آمده و به سطح کربن فعال جذب می‎شوند.

کربن فعال یا کربن اکتیو در واقع یک پودر شیمیایی کاملا سیاه رنگ و بدون مزه و بو هست که از زغال یعنی مواد دارای کربن مثل چوب ساخته می‎شود. کربن فعال زغال حاصل از موادی مثل زغال سنگ، پوست نارگیل، پوست بامبو، پوست پسته و گردو است که طی عملیاتی خاص در اثر حرارت، فشار و شسشتو، اصطلاحاً فعال می‎شود. یعنی با ایجاد حفره‎هایی، سطح تماس آن و در نتیجه توانایی جذب سطحی آن زیاد می‎شود. کربن فعال به دو صورت پودری (PAC) و گرانوله (GAC) تولید می‎شود. کربن فعال گرانوله (GAC) از خوشه‎های کوچکی از اتم‎های کربن که روی یکدیگر انباشته شده‎اند، ساخته شده است و در اثر نبود اکسیژن ماده‎ای با محتوای کربن بالا تولید می‎کند، با حرارت دادن منابع کربن (ذغال سنگ، لیگنین، چوب، پوست نارگیل و پسته یا ذغال سنگ نارس) تولید می‎شود. کربن فعال گرانوله دارای یک ساختار متخلخل تصادفی است، شامل طیف گسترده‎ای از اندازه‎ها، منافذ یا شکاف‎ها قابل مشاهده تا ابعاد مولکولی می‎باشد. کربن فعال، از ساختار متخلخل خود برای حذف آلاینده‎های محلول در آب در فرآیندی که به عنوان جذب شناخته می‎شود، استفاده می‎کند. کربن‎های فعال از نظر اندازه، شکل و تنوع تخلخل منحصر به فرد هستند. کربن فعال دارای قوی‎ترین نیروهای جذب فیزیکی با بیشترین حجم تخلخل جاذب از هر ماده‎ای است که برای بشر شناخته شده است. کربن فعال می‎تواند سطح بیش از 1000 متر مربع در گرم داشته باشد. این بدان معناست که 5 گرم کربن فعال می‎تواند سطح یک زمین فوتبال را داشته باشد. کربن فعال را می‎توان از مواد کربنی تولید کرد. فرآیند تولید شامل دو مرحله کربن سازی و فعال سازی است. فرآیند کربن سازی شامل خشک کردن و سپس گرمایش برای جداسازی محصولات جانبی، از جمله تارها و سایر هیدروکربن‎ها، از مواد اولیه و همچنین برای دفع گازهای تولید شده است. فرآیند کربن شدن با حرارت دادن مواد در دمای 400-600 درجه سانتی‎گراد در شرایط کمبود اکسیژن، کامل می‎شود. ذرات کربنیزه با قرار گرفتن در معرض یک ماده فعال کننده مانند بخار در دمای بالا دوباره فعال می‎شوند. بخار باعث تجزیه محصولات تجزیه شده از مرحله کربن شدن می‎شود و یک ساختار شبکه گرافیتی سه بعدی متخلخل ایجاد می‎کند. هرچه مواد مدت زمان طولانی‎تری در معرض حرارت باشند اندازه منافذ بزرگتر می‎شود.

کربن فعال در بسیاری از برنامه‎های مختلف از استفاده شخصی در خانه گرفته تا سیستم‎های درمانی، صنعتی، تجاری و شهری یافت می‎شود. کربن فعال در تصفیه خانه‎های آب معمولاً به منظور حذف مواد آلی طبیعی، حذف طعم و بو ترکیبات و مواد شیمیایی آلی مصنوعی استفاده می‎شود. مولکول‎های مایع یا گاز به سطح کربن فعال جذب می‎شوند. همچنین کربن فعال میل بسیاری برای جذب ترکیبات فلز سیانید، از جمله محلول سیانید همراه با ترکیبات مس، آهن، نیکل و روی دارد. کربن فعال به عنوان یک فرآیند برای کاهش سطح سیانید مناسب است، در صورتی که غلظت اولیه سیانید کمتر از 5/1 میلی گرم در لیتر باشد. استفاده از کربن فعال یک فرایند ساده و موثر، مناسب برای کاربرد در مکان‎هایی که از کربن فعال در فرآیندهای متالورژی برای بازیابی فلزات گران بها، است. با استفاده از کربن فعال می‎توان آب‎های آلوده به سموم آفت‎کش را به راحتی پاکسازی کرد. همچنین برنامه‎های متنوعی وجود دارد که از کربن فعال برای تصفیه آب زیرزمینی با استفاده از PRB استفاده می‎کنند. با این حال، گونه‎های هدف به طور معمول آلاینده‎های آلی هستند.

Bansal, R. C., & Goyal, M. (2005). Activated carbon adsorption. CRC press. Marsh, H., & Reinoso, F. R. (2006). Activated carbon. Elsevier.