کربن فعال، زغال فعال

کربن فعال ( Activated carbon)، زغال فعال ماده‌ی است که توانایی از بین بردن مواد آلی محلول، ذرات معلق جامد، کلر و کلرآمین را دارد. از این رو بسیاری از صنایع از فیلترهای از جنس کربن برای تصفیه و پاکسازی آب استفاده می‌کنند. زغال‌ها به همان اندازه که می‌توانند برای پاکسازی محیط زیست مفید باشند، آلودگی‌هایی نیز ایجاد می کنند. از این رو بعضی از افراد مخالف استفاده از فیلترهای کربنی هستند.

سال‌هاست که انسان‌ها از زغال معمولی برای از بین بردن بو و طعم استفاده می‌کنند. اولین صافی زغالی در سال ۱۹۱۰ یعنی نزدیک به صدسال پیش مورد استفاده قرار گرفته است. بعدها زغال‌های فعال تولید و به سرعت جایگزین زغال‌های معمولی شدند.

کربن فعال چیست؟

زغال فعال یا اکتیو نوعی زغال گیاهی است که در دمای بالا سوزانده می‌شود.

کربن اکتیو حاصل سوزاندن نارگیل، پسته، پوسته‌ی میوه‌ها، پوسته‌ی اسپند، چوب، زغال سنگ، هسته زیتون و انواع مواد کربنی خالص است.

این ماده توسط اکسیژن فرآوری می‌شود و این فرآوری موجب می‌شود منافذ ریز بیشماری در میان اتم‌های زغال به وجود آید و همچنین سطح فعال کربن را افزایش دهد. تعداد زیاد این منافذ حالت پوکی و اسفنجی به زغال فعال می‌دهد. این ساختار اسفنجی پوک و فرآوری شده، باعث می‌شود کربن فعال بو، مواد آلی محلولی ، مواد شیمیایی و ذرات معلق موجود در مایعات وگازها به خود جذب کند و آن‌ها را در میان منافذ اسیر کند.

می‌توان اندازه و شکل منافذ موجود در کربن را تغییر داد که این عامل می‌تواند موجب کاربردهای متنوع زغال فعال در صنایع مختلف و به خصوص در تصفیه گازها و مایعات شود.

منافذ موجود در زغال اکتیو براساس سیستم IUPAC به سه دسته تقسیم می‌شود :

  • منافذ میکرو که اندازه‌ی بین ۰.۲ تا ۱ نانومتر دارند.
  • منافذ مزو که اندازه‌ی بین ۱ تا ۲۵ نانومتر دارند.
  • منافذ ماکرو که بزرگتر از ۲۵ نانومتر هستند.

در گذشته کربن‌های فعال بیشتر از سوزاندن چوب، زغال سنگ نارس و یا دیگر مشتقات سبزیجات تهیه می‌شدند. اما امروزه به دلیل دسترسی بیشتر و قیمت کمتر معمولاً از موادی چون لیگنیتف زغال سنگ طبیعی و حتی کک استفاده می‌شود.

ویژگی‌های زغال فعال

زغال فعال ویژگی‌های جذبی، کاتالیستی و الکتروشیمیایی کارآمدی دارد. از دیگر ویژگی‌های زغال اکتیو می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • جذب بالا
  • ساختار متخلخل
  • توانایی فعال‌سازی مجدد و بازیافت اتوماتیک
  • رسانای الکتریکی
  • پایداری بالا
  • قیمت مناسب
کربن اکتیو
بسیاری از صنایع از فیلترهای از جنس کربن برای تصفیه و پاکسازی آب استفاده می‌کنند.

کربن فعال گرانول Granular Activated Carbon

  • کربن اکتیو گرانول دارای دانه‌های بزرگتری از کربن نسبت به کربن اکتیو پودری است.
  • از ذرات بی نظم پس از آسیاب و الک شدن کربن تشکیل شده اند.
  • سطح فعال کربن فعال گرانول نسبت به کربن فعال پودری کوچکتر است.
  • به دلیل نفوذ پذیری با سرعت بالای گازها و مایعات، برای جذب بخار گزینه‌ی مناسبی است.
  • برای استفاده در فاز مایع در ابعاد ۲۰*۸، ۴۰*۲۰ و ۳۰* ۸ تولید می‌شود.
  • برای استفاده در فاز گاز در سایزهای ۶*۴، ۸*۴ و ۱۰*۴ ساخته می‌شود.
  • کربن فعال می‌تواند همواره بازیابی شود. زمان فعال سازی مجدد و فاصله بین دو بازیابی به طور میانگین ۱۸ ماه است.

مزایای کربن فعال گرانول 

  • سختی و مقاومت بیشتر
  • حمل آسانتر و تمیزتر از نوع پودری
  • قابلیت استفاده هم در فاز گاز و هم مایع
  • قابلیت استفاده در سیستم‌های ثابت و متحرک
  • قابلیت بازیابی زیاد و استفاده‌های مجدد
  • دارا بودن جریان کافی با افت فشار قابل قبول

انواع کربن فعال

کربن اکتیو دارای سه نوع متداول کربن فعال پودری، کربن فعال گرانول و کربن فعال کبریتی است:

کربن اکتیو پودری (Powdered Activated Carbon)

  • به کربن خرد یا آسیاب شده که تنها بین ۹۵ تا ۱۰۰ درصد آن از غربال عبور می‌کند، کربن فعال پودری گویند.
  • کربن فعال پودری قدرت جذب بسیار بالایی دارد.
  • کربن‌های فعال پودری بیشتر برای جذب فاز مایع مورد استفاده قرار می‌گیرند.
  • پس از جذب و تصفیه از بین می‌رود.
  • اندازه کربن اکتیو پودری کمتر از ۱ میلی متر و قطر آن معمولاً بین ۱۵ تا ۰.۲۵ میلی متر است.
  • مزیت کربن فعال پودری دارا بودن سطح فعال بالا، کم هزینه بودن تولید و انعطاف در کاربرد است.
  • افت فشار بالایی به دلیل اندازه ریز ذرات از معایب کربن فعال به شمار می‌رود.

کاربردهای کربن اکتیو پودری

کربن فعال پودری در ساخت فیلتر کربنی مورد استفاده قرار می‌گیرد. که فیلتر کربنی دارای کاربردهای زیر است:

  • صنایع غذایی
  • سیستم‌های تصفیه آب شهری و صنعتی
  • تصفیه فاضلاب
  • صنایع دارویی
بسیاری از صنایع از فیلترهای از جنس کربن برای تصفیه و پاکسازی آب استفاده می‌کنند.

انواع روش های احیا کربن اکتیو

تا به امروز محققین تحقیقات زیادی بر روی نحوه ی بازیابی کربن اکتیو یا کربن فعال انجام داده اند و روش های مختلفی از جمله روش های حرارتی، شیمیایی، الکتروشیمیایی، کاتالیزوری، بیولوژیکی، اولتراسونیک و سیالات بحرانی پیشنهاد شده است.

احیای کربن اکتیو به روش حرارتی

روش حرارتی اولین روشی است که جهت بازیابی و احیای کربن اکتیو استفاده شده است. بازیابی حرارتی علاوه بر مزایایی که دارد از معایبی نیز برخوردار می بشاد که انگیزه تحقیق و مطالعه برای یافتن روش های بهتر را افزایش می دهد. روش حرارتی برای ظرفیت کمتر از ۵۰۰۰۰۰ تن در سال مقرون به صرفه نیست و به دلیل انجام این فرآیند در دمای بالاتر از ۸۰۰ درجه سانتیگراد، مصرف انرژی افزایش می یابد.

احیای کربن اکتیو به روش شیمیایی

در احیای کربن اکتیو به روش شیمیایی در هر چرخه بازیابی ۵ یا ۱۰ درصد کربن از دست می رود. برای جایگزینی این روش تحقیقات زیادی توسط محققین انجام شده است. در روش بازیابی شیمیایی، برای بازیابی کربن اکتیو ها از حلال های شیمیایی استفاده می شود. روش شیمیایی برای ظرفیت های بالا مقرون به صرفه نیست زیرا حلال های شیمیایی عمدتاً گران هستند و افزایش تناژ کربن مستلزم افزایش مصرف حلال های شیمیایی است. در این روش عملیات بازیابی تابعی از دما است و کنترل دما بسیار مهم است.

کاربرد کربن فعال میله‌ای

  • پاکسازی گاز و هوا
  • بازیابی حلال
  • تصفیه آب
  • کنترل گازهای خروجی از ماشین‌ها

انواع کاربردهای کربن فعال

الف) کاربرد کربن اکتیو در فاز گاز:

برای عملکرد بهتر از فاز گازی باید از کربن‌ فعال هایی استفاده کرد که دارای شرایط زیر باشند:

* سطح فعالی بین ۱۰۰۰ تا ۲۰۰۰ مترمربع بر گرم

* دارای منافذ بسیار ریز برای به تله انداختن مولکول‌های گازی

* تراکم و استحکام بالا

* ظرفیت جذب و نگهداری بالایی در واحد حجم

* قابلیت جذب بالاتر حجمی گازهای موجود در بخار

* قابلیت رها سازی مواد جذب شده را با افزایش دما وکاهش فشار

ب) کاربرد کربن اکتیو در فاز مایع:

کربن اکتیوی که در فاز مایع استفاده می‌شود از منافذی با ۳ اندازه‌ی متفاوت تشکیل شده است. منافذ متوسط و بزرگ برای جذب مولکول‌های بزرگ کاربرد دارد و منافذ ریز نیز برای نفوذ مایع به کار می‌رود.

بیش از یک سوم کربن فعال مورد استفاده در فاز مایع از نوع کربن فعال پودری است که عملیات جذب را به صورت منقطع انجام می‌دهد.

کاربرد کربن اکتیو

  • پیش تصفیه و تصفیه تکمیلی آب
  • حذف بو
  • در سیستم‌های تصفیه آب خانگی
  • در فیلترهای کربن مورد استفاده در یخچال
  • جداسازی مواد موجود در محلول‌ها
  • حوضچه‌های اختلاط سریع

کربن فعال میله‌ای

  • به کربن فعال میله‌ای، کبریتی و یا مدادی نیز گفته می‌شود.
  • این کربن عمدتاً برای جذب در فاز گازی استفاده می‌شود.
  • نوع فرآیند اکستروژن و نوع مواد خام مورد مصرف، این نوع کربن فعال را بسیار مقاوم و مناسب برای کاربردهای سنگین کرده است.
  • کربن اکتیو میله‌ای ذرات استوانه‌ی شکل کربن با قطری بین ۰.۸ تا ۱۳۰ است.
  • در واقع از پیوند کربن فعال پودری در بسته‌بندی‌های استوانه‌ی شکل تشکیل شده است.
  • از مزیت‌های کربن فعال میله‌ی افت فشار کم، فعالیت در حجم زیاد و غبارزایی کم است.
بسیاری از صنایع از فیلترهای از جنس کربن برای تصفیه و پاکسازی آب استفاده می‌کنند.
بسیاری از صنایع از فیلترهای از جنس کربن برای تصفیه و پاکسازی آب استفاده می‌کنند.

موارد استفاده از کربن فعال

  1. حذف رنگ و بوی الکل
  2. تصفیه گاز، آب و فاضلاب
  3. حذف آلاینده‌ها، رنگ، طعم، بو و سختی از آب
  4. پیش تصفیه در سیستم‌های RO
  5. بازیافت حلال‌ها، مواد شیمیایی
  6. در صنعت قند و شکر جهت رنگ زدایی
  7. در صنایع غذایی جهت بهبود رنگ و طعم نوشیدنی‌ها
  8. در ماسک‌های تنفسی
  9. در سیستم‌های تصفیه هوای خانگی، بیمارستانی و کارخانه‌ی
  10. استفاده گسترده‌ی پزشکی
  11. استفاده در صنایع آرایشی و بهداشتی جهت تولید انواع ماسک‌های پوست و مو، شامپوها، صابون ها و خمیر دندان‌ها
  12. استخراج و آبکاری فلزات
  13. در صنایع دارویی جهت رنگ زدایی از داروها، تولید قرص‌ها
  14. از بین بردن کلر موجود در محلول‌ها
  15. حذف آلاینده‌ها در سیستم‌های تهویه خودرو
  16. تصفیه ی روغن‌ها خوراکی
  17. در صنایع کشاورزی جهت تولید سموم دفع آفت، مواد افزودنی خوراک دام و …
  18. تصفیه گاز اگزوز از آلاینده‌ها
  19. صنایع بسته بندی
  20. و….
کربن اکتیو جاکوبی اصل سوئد

برترین تولید کنندگان زغال اکتیو در دنیا

کربن اکتیو جاکوبی Jacobi

جاکوبی Jacobi از معتبر ترین و بزرگ ترین تولید کنندگان زغال اکتیو یا کربن اکتیو می باشد. جاکوبی کربن اکتیوهای خود را بر پایه پوسته نارگیل تولید می کند زیرا پوسته نارگیل از پایدارترین ماده خام جهت تولید کربن فعال می باشد. قابل ذکر است که این کمپانی کربن اکتیو بر پایه زغال سنگ، لیگینت و چوب نیز تولید و عرضه می نماید.

انواع کربن اکتیوها در اندازه های مختلف و  در شکل های ظاهری متفاوت مانند کربن اکتیو گرانولی، پودری، میله ای، نمدی و پارچه و کروی توسط جاکوبی Jacobi تولید می شوند.

جاکوبی Jacobi در اقسام نقاط جهان دارای نمایندگی های فروش خود می باشد و از تولید کنندگان بین المللی در زمینه تولیدات کربن اکتیو می باشد و دو کارخانه فعال در اروپا از برند جاکوبی در حال تولید زغال اکتیو می باشد.

جهت مشاوره رایگان و خرید زغال اکتیوهای جاکوبی Jacobi با کارشناسان فروشگاه صنعت آب و پمپ ایران تماس بگیرید.

کربن اکتیو کابوت نوریت Norit

کربن اکتیو کابوت Cabot

کمپانی کابوت Cabot، شرکت آمریکایی می باشد که در زمینه مواد شیمیایی و مواد عملکردی به صورت تخصصی در بیش از ۲۰ کشور دنیا، ۳۶ کارخانه تولیدی و ۲۸ دفتر فروش مشغول به فعالیت می باشد. دفتر مرکزی کابوت نوریت Norit واقع در بوستون، ماساچوست می باشد.

گروهی از پژوهشگران و محققان کابوت نوریت در سال ۱۹۹۳، فرایندی جهت اصلاح و بهبود زغال اکتیو تشکیل داده است که این فرصت به آن ها این اجازه را می دهد تا محصولات کربن اصلاح شده سطحی را به همراه مزایا و خصوصیت هایی که قبل از آن با مواد کربنی مرتبط نبوده اند، تولید کنند.

این فرایند موجب پیشرفت کمپانی کابوت شد و منجر به توسعه و گسترش محصولات جدیدی در نوریت Norit شده است. از سری محصولات جدید می توان به رنگ های جوهر افشان آبی که از آن ها جهت جوهر چاپگر اساس واحد تجاری استفاده می شود، اشاره کرد.

کابوت Cabot در سال ۲۰۰۳ فرایند تجاری سازی خود را گسترش داده و توانست شرایط تولید آئروژل ها را در شرایط محیطی مناسب به صورت مداوم فراهم کرده. کمپانی کابوت در سال ۲۰۱۲ بزرگ ترین تولید کننده کربن فعال ( نوریت Norit ) را به قیمت ۱.۱ میلیارد دلار خریداری کرد.

هدف کمپانی کابوت نوریت Norit از سال ۲۰۰۵ تا ۲۰۲۰ کاهش ۲۰ درصدی شدت انتشار گازهای گلخانه ای بوده است که در سال مالی ۲۰۱۱ مبلغی بیش از ۳۵ میلیون دلار در پروژه های مربوط به محیط زیست جهت اصلاح و بهبود کارایی و حفظ انطباق با مقررات سرمایه گزاری کرده است.

سابقه ایمنی Cabot

شرکت کابوت در پنج سال اخیر توانسته آمار صدمات و تلفات خود را به میزان ۲۵ درصد کاهش داده، اما با این وجود متاسفانه در سال ۲۰۱۱ این شرکت با دو مورد مرگ و میر مواجه شده است. زین پس این کمپانی به سبب شدت حوادث اتفاق افتاده تلاش کرده است تا به تمام نکات و جنبه های ایمنی در محل کار و در حین کار توجه بسزایی داشته باشد.