کربن فعال چیست ؟

کربن فعال یا به اختصار زغال فعال یک کربن ریز دانه با سطح داخلی بزرگ است که به عنوان جاذب در شیمی، پزشکی، تصفیه آب و فاضلاب و همچنین فن آوری تهویه و تهویه مطبوع استفاده می شود. از کربن اکتیو به صورت دانه بندی شده یا فشرده به شکل قرص کربن استفاده می شود.
 

خواص

کربن فعال عمدتاً از کربن (معمولاً بیش از 90٪) با ساختار بسیار متخلخل تشکیل شده است. منافذ مانند یک اسفنج به هم متصل هستند. سطح داخلی بین 300 تا 2000 متر مربع بر گرم زغال سنگ است. سطح داخلی 2 گرم زغال فعال تقریباً با مساحت یک زمین فوتبال مطابقت دارد. چگالی کربن اکتیو بین 200 تا 600 کیلوگرم بر متر مکعب است. توزیع اندازه منافذ ریز منافذ (<1nm)، مزوپورها (1-25nm) و درشت منافذ (>25nm) خواص جذب را تعیین می کند.

 

استخراج

کربن فعال از مواد گیاهی، معدنی یا پتروشیمی ساخته می شود. چوب، ذغال سنگ نارس، پوسته مهره، زغال سنگ یا زغال سنگ سخت یا پلاستیک ، پوسته پسته و نارگیل از جمله این مواد هستند .

عموماً از طریق تصفیه با عوامل کم آب (کلرید روی، اسید فسفریک) در دمای 500 تا 900 درجه سانتیگراد یا تقطیر خشک تولید می شود. کربن فعال خام به دست آمده از این طریق با اکسیداسیون در دمای 700-1000 درجه سانتیگراد با بخار یا دی اکسید کربن و در برخی موارد نیز با هوا فعال می شود.

برای برخی اهداف، کربن فعال با سایر مواد شیمیایی تصفیه می شود (آغشته می شود) تا اثر جداسازی را بهبود بخشد. فیلتر کربن فعال برای فیلترهای تنفسی در ماسک‌های گاز با نمک‌های فلزی پوشانده شده است که اثر جداسازی بسیاری از سموم شیمیایی را بهبود می‌بخشد.

زمینه های کاربردی

کربن اکتیو در درجه اول به عنوان یک جاذب برای حذف رنگ، طعم و بوی ناخواسته از گازها، بخارات و مایعات استفاده می شود. مزیت اصلی زغال اکتیو توانایی آن برای فعال شدن مجدد حرارتی است. کربن فعال عمدتاً به شکل گرانول، پودر یا گلوله استفاده می شود. پارچه های کربن فعال نیز در بازار موجود است.

به عنوان مثال، کربن اکتیو قادر به حذف موارد زیر می باشد :

کلر، ازن و سایر مواد مختل کننده طعم و بو و همچنین باکتری های آب، شیرین کننده ها، گلیسیرین و مایعات شیمیایی
حذف رنگ (رنگبری) و ناخالصی های جریان مایع در صنایع شیمیایی یا غذایی
مواد سمی از هوا (فیلترها در ماسک های NBC و سیستم های تهویه در مخازن و پناهگاه ها)
هگزا فلوراید اورانیوم هوابرد در فناوری هسته ای
بخارات بنزین از هوای خروجی از سیستم های مخزن خارج می شود
هیدروکربن های کلر از هوای خروجی و گازهای خروجی
نسبت قیر حاصل از دود سیگار در فیلترهای سیگار
حذف رنگ و بو از نوشیدنی های الکلی و غیر الکلی (تصفیه عرق با کربن فعال)
بوی عرق در کفش (به دلیل کفی های حاوی کربن فعال)
طعم دهنده ها در کشت شاهدانه (خنثی سازی بو)
محصولات فرعی تخمیر مانند روغن های بدنه و استرهای آبجو
آلاینده های موجود در فیلترهای آکواریوم و استخر


از مهمترین کاربرد های کربن اکتیو ، کاربرد کربن فعال در تصفیه آب می باشد . کربن اکتیو در تصفیه فاضلاب برای حذف ترکیبات فاضلاب قابل جذب و محلول از آب استفاده می شود. این مرحله فرآیند معمولاً تنها زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که روش های ارزان تر مانند فرآیندهای بیولوژیکی، بارش و لخته سازی به نتیجه مطلوب منجر نشوند. همچنین می توان از این روش برای پاکسازی جریان های جزئی در صنعت با هدف بازیابی پسماندها استفاده کرد. از این رو به کربن فعال ، کربن تصفیه آب یا تصفیه فاضلاب می گویند .

یکی دیگر از کاربرد های مهم کربن فعال در فیلترهای هوای کابین برای صنعت خودروسازی است. این کلاس فیلتر از اواسط دهه 1990 در سیستم های تهویه مطبوع مورد استفاده قرار گرفت. فیلترهای به اصطلاح ترکیبی (این یک کلاس فیلتر هوای کابین خاص است) حاوی لایه ای از زغال فعال است که گازهای مضر هوا را فیلتر می کند و در نتیجه از مسافران در برابر این آلاینده ها محافظت می کند. سالانه بیش از 5000 تن کربن فعال در سراسر جهان برای این کاربرد پردازش می شود.

تصفیه آب همچنین از جذب روی کربن فعال برای تمیز کردن آب خام استفاده می کند.

به دلیل ظرفیت جذب بالای آن، کربن فعال می تواند در پمپ های جذب برای تولید خلاء نیز استفاده شود.

زغال اکتیو فقط ظرفیت بارگیری محدودی دارد. بازسازی معمولاً با حرارت دادن به چند صد درجه سانتیگراد انجام می شود. از یک طرف، بخشی از بار تبخیر می شود (به عنوان مثال حلال های آلی)، اما بخشی دیگر نیز می تواند کک کند، در این صورت کربن فعال باید مانند فرآیند تولید با بخار دوباره فعال شود.

زغال فعال در بسته های حرارتی نیز یافت می شود.

 

کاربرد پزشکی

در پزشکی، زغال فعال عمدتاً برای حذف سموم از دستگاه گوارش استفاده می شود. در بیماری های اسهالی بی ضرر و آنفولانزای گوارشی (گاستروانتریت) ، از قرص های زغال معمولا استفاده می شود. در مواقع اضطراری مسمومیت، از زغال فعال به مقدار زیاد برای حذف سموم خوراکی بلعیده شده در دستگاه گوارش یا در معرض گردش خون روده ای از ارگانیسم استفاده می شود. دوز در چنین مواردی 0.5 تا 1 گرم زغال چوب به ازای هر کیلوگرم وزن بدن برای یک انسان بالغ است.