کربن فعال در واقع همان زغال معمولی است که بر پایه عناصر به هم پیوسته کربن بنا شده است و در اثر برخی واکنشها تبدیل به کربن فعال شده است. فعال شدن کربن به معنای داراشدن برخی ویژگیهای جدید من جمله متخلخل شدن ذرات به هم پیوسته کربن است که به آن ویژگیهای خاصی میدهد.
در ادامه بیشتر با این ماده شگفت انگیز آشنا خواهیم شد…
ارسال رایگان به سراسر کشور
مشاوره گیاه پزشکی رایگان
پرداخت اقساطی بدون اعمال بهره
کربن فعال چیست؟
کربن فعال یا زغال چوب فعال ماده متخلخلی است که ترکیبات، عمدتاً آلی، موجود در گاز یا مایع را به دام میاندازد و این کار را به قدری مؤثر انجام میدهد که پرکاربردترین عامل تصفیه کننده توسط انسان است.
اتمهای کربنی که ماده جامدی را تشکیل میدهند که ما آن را «کربن» مینامیم، توسط پیوندهای کووالانسی در کنار هم نگه داشته میشوند. هر اتم یک الکترون با چهار اتم کربن دیگر به اشتراک میگذارد.
اتم هایی که روی سطح نیستند، چهار پیوند خود را در همه جهات توزیع میکنند. اما اتمهای بیرونی، اگرچه به چهار اتم دیگر متصل هستند، در فضای کوچکتر مجبور به انجام این کار هستند و هنوز هم عدم تعادل نیرو در آنها وجود دارد. این عدم تعادل همان چیزی است که باعث می شود مولکول مایع اطراف کربن را به دام بیاندازند.
قیمت کربن فعال
| عناوین | مقادیر |
|---|---|
| کربن اکتیو پودری صنعتی | هر کیلو ۱۷۵۰۰۰ تومان |
| زغال فعال سوئدی | هر کیلو ۳۵۰۰۰۰ تومان |
| زغال فعال مرک آلمان | هر کیلو ۱۸۵۰۰۰۰ تومان |
انواع کربن فعال
۱. کربن فعال پودری
به طور معمول، کربنهای فعال به صورت ذرات به صورت پودر یا دانههای ریز با اندازه کمتر از 1.0 میلیمتر با قطر متوسط بین 0.15 تا 0.25 میلیمتر ساخته میشوند. بنابراین آنها نسبت سطح به حجم بزرگی را با فاصله انتشار کم ارائه می دهند. کربن فعال به عنوان ذرات کربن فعال باقی مانده در الک 50 مش (0.297 میلی متر) تعریف میشود.
در واقع اگر بخواهیم به حرفمان معنی ببخشیم میتوانیم اشاره کنیم که حدود ۵ گرم از کربن فعال پودری میتواند مساحتی برابر یک زمین فوتبال بزرگ داشته باشد.
۲. کربن فعال اکسترود
کربن فعال اکسترود شده (EAC) کربن فعال پودری را با یک بایندر ترکیب میکند که با هم ذوب شده و در یک بلوک کربن فعال استوانهای شکل با قطرهای 0.8 تا 130 میلیمتر اکسترود میشوند. اینها عمدتاً برای کاربردهای فاز گاز به دلیل افت فشار کم، استحکام مکانیکی بالا و محتوای گرد و غبار کم استفاده میشوند.
۳. کربن با پوشش پلیمری
این فرآیندی است که در آن یک کربن متخلخل را میتوان با یک پلیمر زیست سازگار پوشاند تا پوششی صاف و قابل نفوذ بدون مسدود کردن منافذ ایجاد کند. کربن حاصل برای همپرفیوژن مفید است. همپرفیوژن یک روش درمانی است که در آن حجم زیادی از خون بیمار از روی یک ماده جاذب عبور داده می شود تا مواد سمی از خون خارج شود.
مانند اتفاقی که در غشاهای دیالیزی میافتد و خون سیاهرگی تبدیل به خون صاف سرخرگی میشود. در واقع یکی از معظلات اصلی جهان ما جداسازی موادی است که از قبل هم جدا بودهاند و طی فرایندهای تولید به هم پیوسته شدهاند و اکنون برای بازگرداندن آنها به طبیعت ضروری است که آنها را از هم جدا کنیم.
نحوه تولید ذغال فعال
زغال سنگ را میتوان با فرآیندهای حرارتی یا شیمیایی فعال کرد. فرآیندهای حرارتی برای فعال کردن زغال سنگ شامل اکسیداسیون جزئی زغال سنگ است، به طوری که منافذ ایجاد میشود، اما از تبدیل شدن به گاز و از دست دادن زغال سنگ بیش از حد لازم جلوگیری میشود. این فرایند در دمای بین 600 تا 1100 درجه سانتیگراد و در یک اتمسفر کنترل شده (با تزریق مقدار مناسب بخار آب یا نیتروژن حاصل می شود) اتفاق میافتد.
فرآیندهای شیمیایی از مواد خام قبل از کربن شدن شروع میشود. این معرفها عوامل کم آب کننده (مانند اسید فسفریک) هستند که پیوندهایی را که زنجیرههای سلولزی را به یکدیگر متصل میکنند، میشکنند. پس از این مرحله، مواد در دمای پایین (حدود 550 درجه سانتیگراد) کربنیزه شده و سپس برای حذف بقایای معرف و سایر محصولات جانبی شسته میشوند.
کوره هایی که در آنها زغال سنگ از نظر حرارتی فعال میشود یا در آنها زغال سنگ با پیش تصفیه با یک ماده شیمیایی کربنیزه میشود، میتوانند چرخشی یا عمودی (مرحله ای) باشند.
کربن فعال چگونه کار میکند؟
کربن فعال در واقع یک محیط جاذب است و وظیفه آن جذب مولکولهای آلی در منافذ ریز آن است. این ماده توسط فرآیندهای حرارتی یا شیمیایی فعال میشود تا ظرفیت جذب خود را افزایش دهد (برای ایجاد منافذ) تا بتواند بهتر وظیفهای را که برای انجام آن تولید شده است را انجام دهد. در تصویر زیر شما میتوانید مکانسیم عملکرد یک کربن فعال را مشاهده کنید.
کاربردهای کربن فعال
کربن به طور بالقوه ماده اصلی سازنده جهان ماست و اگر بخواهیم برای آن کاربرد خاصی را متصور شویم دچار اشتباه هستیم. حال بشر توانسته کربن را با فرایندهایی فعال کند و منجر به تولید مادهای جدید شود که کاربردهای منحصر به فردی دارد.
۱. صنعتی
کربن فعال کاربردهای مهمی در صنعت دارد، به طور مثال از کربن فعال در محلولهای آبکاری فلزات استفاده میشود. به عنوان مثال، این روش اصلی تصفیه برای حذف ناخالصی های آلی از محلول های آبکاری نیکل درخشان است. در واقع انواع مواد شیمیایی آلی به محلولهای آبکاری برای بهبود کیفیت رسوب آنها و برای افزایش خواصی مانند روشنایی، صافی، شکل پذیری و غیره اضافه میشود.
به دلیل عبور جریان مستقیم و واکنشهای الکترولیتی اکسیداسیون آندی و احیای کاتدی، افزودنیهای آلی محصولات شکست ناخواسته تولید میکنند. در محلول تجمع بیش از حد آنها میتواند بر کیفیت آبکاری و خواص فیزیکی فلز رسوبی تأثیر منفی بگذارد. تصفیه کربن فعال چنین ناخالصی ها را حذف میکند و عملکرد آبکاری را به سطح مورد نظر باز میگرداند.
۲. پزشکی
کربن فعال برای درمان مسمومیت ها و مصرف بیش از حد مصرف خوراکی استفاده میشود. قرصها یا کپسولهای کربن فعال در بسیاری از کشورها به عنوان داروی بدون نسخه برای درمان اسهال، سوء هاضمه و نفخ استفاده میشود.
با این حال، زغال فعال هیچ تاثیری بر گاز روده و اسهال ندارد و معمولاً از نظر پزشکی بیاثر است اگر مسمومیت ناشی از مصرف مواد خورنده، اسید بوریک یا فرآوردههای نفتی باشد و بهویژه در برابر مسمومیتهای اسیدها یا بازهای قوی، سیانید، بیاثر است.
۳. کروماتوگرافی
یکی از مواد مهم در فرایندهای کروماتوگرافی و جداسازی موارد که در شیمی و داروسازی اهمیت دارد کربن فعال است. کربن فعال ویژگیهای ساختاری خاصی دارد که از آن در فرایندهای مولکولی و جداسازی استفاده میکنند.
۴. تصفیه آب
کربن یکی از مهمترین مواد و عماصر سازنده سیستمهای تصفیه آب هستند، حتی در بسیاری از مواقع که میخواهیم سیستمهای تصفیه آب دستی بسازیم میتوانیم از زغال معمولی برای این کار استفاده کنیم. زعال میتواند رسوبات، شن و لای، ذرات زنگار، طعم و بوی نامطبوع را از آب حذف کند.
هنگامی که آب را از سطح کربن فعال عبور میدهیم مقادیر زیادی از آلایندهها و ذرات در فضای متخلل آن گیر میافتند و منجر به پاکسازی آب میشود. در نظر داشته باشید که سطح جذب ۵ گرم کربن فعال میتواند برابر با مساحت یک زمین فوتبال باشد و چنان خاصیت جذبی را ایجاد کند که آب را به طور کامل پاک کند.
۵. کشاورزی
کربن فعال کاربردهای بسیاری در کشاورزی دارد، به طور مثال کربن فعال میتواند در پوششدهی دانه و محافظت از آن در برابر آلودگیهای قارچی موثر باشد. همچنین کربن فعال نقش مهمی در علفکشها و آفتکشها دارد و همواره در فرایند تولید این دست از مواد نقش دارد.
۶. ذخیرهسازی سوخت
تحقیقاتی برای آزمایش توانایی کربنهای فعال مختلف برای ذخیرهسازی گاز طبیعی و گاز هیدروژن در حال انجام است. به نظر میرسد مواد متخلخل مانند یک اسفنج برای انواع مختلف گازها عمل میکند و آنها را جذب میکند. گاز از طریق نیروهای واندروالس به ماده کربن جذب می شود و به نوعی منجر به ذخیرهسازی انرژی میشود.
تحقیات و مطالعات پیرامون ذخیرهسازی انرژی در کربنها همچنان ادامه دارد و به نظر میرسد آیندهی روشنی در این زمینه وجود دارد.
۷. تصفیه گاز
فیلترهای دارای کربن فعال معمولاً در تصفیه هوا و گاز فشرده برای حذف بخارات روغن، بو و سایر هیدروکربنها از هوا استفاده میشوند. رایج ترین طرحها از اصل فیلتراسیون 1 مرحله ای یا 2 مرحله ای استفاده میکنند که در آن کربن فعال در داخل محیط فیلتر تعبیه شده است.
فیلترهای کربن فعال برای حفظ گازهای رادیواکتیو در هوای خلاء شده از کندانسور توربین راکتور آب جوش هسته ای استفاده میشود. بسترهای زغال چوب بزرگ این گازها را جذب میکنند و در حالی که به سرعت به گونه های جامد غیر رادیواکتیو تجزیه میشوند، آنها را حفظ میکنند. مواد جامد در ذرات زغال سنگ محبوس میشوند، در حالی که هوای فیلتر شده از آن عبور میکند.
۸. افزودنیهای غذایی
استفاده از کربن فعال به عنوان افزودنی غذایی مدتی است که رایج شده است و از آن برای ایجاد مزههای زغالی و یا دودی استفاده میشود. حتما تا به حال پیش آمده است که از بستنیهای زعالی بخورید، برای تهیه این بستنیها از همان کربن فعال خوراکی استفاده میشود.
به افرادی که از داروها، از جمله قرص های ضدبارداری و داروهای ضد افسردگی استفاده می کنند، توصیه میشود که از غذاهای جدید یا نوشیدنی هایی که از رنگ زغال فعال استفاده میکنند، اجتناب کنند، زیرا میتواند دارو را بی اثر کند.
منابع
ترجمه آزاد از carbotecnia.info و en.wikipedia.org