کربن فعال، که به نیز گفته می شود، نوعی کربن فرآوری شده است که منافذ کوچک و کم حجمی دارد و این موضوع باعث افزایش مساحت سطح در دسترس برای جذب مواد دیگر یا وجود سطح فعال برای واکنش های شیمیایی می شود. به دلیل وجود حفرات ریز موجود در کربن فعال، این ماده دارای مساحتی بیش از ۳۰۰۰ متر مربع در هر یک این مساحت سطح توسط جذب گاز نیتروژن انجام می شود. کربن فعال عموما از ذغال یا تمامی موادی که امکان تولید کربن دارند، طی فرآیند هایی خاص تولید می شود. از کربن فعال شده در ذخیره سازی متان و هیدروژن، تصفیه هوا، بازیابی حلال، کافئین زدایی، پالایش طلا، استخراج فلزات، تصفیه آب، دارو، تصفیه فاضلاب، فیلتر های هوا در ماسک های گاز و تنفس، فیلتر های هوای فشرده، سفید کردن دندان ها، تولید کلرید هیدروژن در تاریکی و بسیاری از کاربردهای دیگر استفاده می شود. پس از رایج شدن استفاده از کربن فعال،محققان در ساخت نمونه های دیگر کربن فعال با سایز حفرات متفاوت اقدام کردند. نوعی از کربن فعال وجود دارد که به دلیل حفرات بزرگ تر، توانایی جذب مولکول های بزرگ تر را دارد. عدد مولاس یا راندمان ملاس یک معیار اندازه گیری است که میزان جذب مولکول های بزرگ را روی کربن فعال بیان می کند. اگر دو فیلتر کربنی داشته باشید که هر یک حفرات یکسانی داشته باشند، فیلتر کربنی بهینه و کارمد است که عدد مولاس کارآمدتر داشته باشد.
از کربن فعال برای ساخت فیلتر های کربنی با مصارف متفاوت استفاده می شود.
فیلتر کربنی
فیلتر کربنی روشی برای فیلتر کردن است که از بستر کربن فعال استفاده می کند تا ناخالصی ها را از یک مایع با استفاده از فرآیند جذب خارج کند. فیلتر کربن بر اساس جذب کار می کند، که در آن آلاینده های موجود در مایع و یا گاز، در حفرات فیلتر کربنی به دام می افتند و در نهایت مایع و یا گاز فیلتر شده، درصد آلاینده کمتری نسبت به سیال اولیه دارد. بستر از بسیاری از گرانول های کربن ساخته شده است که هر یک از آن ها بسیار متخلخل است. در نتیجه این تخلخل بالا، مساحت سطح افزایش یافته و میزان جذب آلاینده بالا می رود. مساحت سطح هر یک گرم کربن فعال مورد استفاده در فیلتر کربنی، ۳۰۰۰ متر مربع است. از فیلتر کربن معمولاً برای تصفیه آب، فیلتر هوا و فرآوری گاز صنعتی . به عنوان مثال برای حذف سیلوکسان ها و سولفید هیدروژن از بیوگاز استفاده می شود. همچنین در تعدادی کاربرد دیگر از جمله ماسک های تنفسی، فیلترهای سیگار، EVAP در اتومبیل ها، تصفیه نیشکر و در بازیابی فلزات گران بها به ویژه طلا نیز استفاده می شود. هنگام فیلتر کردن آب، فیلتر کربنی ذغال در از بین بردن کلر، ذرات رسوب مانند، ترکیبات آلی فرار (VOC)، طعم و بو موثر است. البته توجه داسته باشید که فیلتر کربنی در از بین بردن مواد معدنی، نمک ها و مواد معدنی محلول در بدن مؤثر نیست. اندازه ذرات معمولی که با فیلترهای کربن قابل حذف هستند، بین ۰.۵-۵۰ میکرومتر است. کارایی فیلتر کربن نه تنها به اندازه ذرات آن بستگی دارد، بلکه به سرعت عبور جریان سیال از فیلتر نیز بستگی دارد.
فرآیند جذب دستگاه فیلتر کربن
دستگاه فیلتر کرین بکی از دستگاه های تصفیه آب است. جذب در دستگاه فیلتر کربن فرایندی است که در آن از یک جامد برای از بین بردن مواد محلول در آب استفاده می شود. در فیلتر کربنی، این جامد، کربن فعال است. کربن فعال به طور خاص تولید می شود تا به یک مساحت سطح داخلی بسیار بزرگ (بین ۵۰۰ تا ۳۰۰۰ مترمربع در گرم) برسد. این سطح داخلی بزرگ کربن فعال را برای جذب ایده آل می کند. کربن فعال در دو نوع پودر کربن فعال شده (PAC) و گرانول کربن فعال شده (GAC) یافت می شود.
نسخه فیلتر کربنی گرانول کربن فعال شده یا GAC بیشتر در تصفیه آب مورد استفاده قرار می گیرد و می تواند مواد محلول زیر را جذب کند:
۱- جذب مواد آلی و غیر قطبی ( نامحلول در آب) مانند:
– روغن معدنی
– BTEX
– هیدروکربن های پلیمری آروماتیک (PACs)
– کلرید فنل
۲- مواد هالوژنه شده:
– کلر، فلوئور، ید و برم و تمامی مواد حاوی این عناصر
۳- بو، مزه، مخمر ها و محصولات مختلف تخمیر
۴- مواد غیر قطبی (موادی که در آب محلول نیستند):
نمونه هایی از مصرف فیلتر کربنی فعال در فرآیندهای مختلف:
۱- تصفیه آب زیرزمینی
۲- دفع کلر موجود در آب فرآوری شده
۳- دفع کلر زدایی آب فرآوری شنا
۴- حذف آلاینده های محلول از پساب ها
شرح فرآیند:
آب در ستونی که حاوی کربن فعال است پمپ می شود و در مدت زمان مشخصی از این ستون عبور می کند. فعالیت ستون کربن فعال به دما و ماهیت مواد بستگی دارد. آب به طور مداوم از ستون عبور می کند، که باعث تجمع مواد در فیلتر می شود. به همین دلیل فیلتر باید به صورت دوره ای جایگزین شود. یک فیلتر استفاده شده به روش های مختلفی قابل بازسازی است، با اکسیداسیون ماده آلی، کربن گرانول به راحتی بازسازی می شود. بخش کوچکی از کربن فعال در طی فرآیند احیا از بین می رود و باید جایگزین شود.
توضیحات جذب:
مولکول های نا خواسته فاز گاز یا فاز مایع به روش فیزیکی به یک سطح متصل می شوند، در این حالت سطح جاذب در فیلتر کربنی از کربن فعال است. روند جذب در سه مرحله انجام می گیرد:
عبور ماکرو: حرکت مواد آلی از طریق سیستم ماکرو در منافذ کربن فعال (منافذ ماکرو> 50 نانومتر)
عبور میکرو: حرکت مواد آلی از طریق سیستم مافذ مزو و منافذ میکرو کربن فعال (میکرو منافذ <2nm؛ meso-pore 2-50nm)
جذب: پیوست و بر قراری پیوند فیزیکی مواد آلاینده موجود در آب بر روی سطح کربن فعال در منافذ مزو و منافذ میکرو کربن موجود در فیلتر کربنی است. فعالیت جذب در گرو غلظت ماده در آب، دما و قطبی بودن یا نبودن ماده است. یک ماده قطبی (ماده ای که در آب به خوبی حل می شود) توسط کربن فعال نمی تواند به خوبی جذب شود و از بین برود اما یک ماده غیر قطبی را می توان کاملاً توسط کربن فعال از بین برد.
فیلتر کربنی چگونه کار می کند؟
فیلتر کربنی، از کربن فعال ساخته شده است و بدین منظور کربن در معرض اکسیژن قرار داده شده است تا منافذ زیادی پیدا کند. فیلتر کربنی باری عملکرد خوب از یک بستر استفاده می کند. هر گرانول کربن سطح فعال زیادی فراهم می کند و آب پس از عبور از بستر حاوی این گرانول ها، بخش زیادی از آلاینده های خود را از دست می دهد. این نکته باید مد نظر باشد که کربن فعال نمی تواند همه آلاینده ها را حذف کند و این گستره محدود است. فیلتر کربنی در از بین بردن کلر، رسوب، مواد آلی فرار، ترکیبات (VOC)، طعم و بو، مواد معدنی و نمک ها موثر است.
ویژگی کربن فعال شده
کربن فعال عموما از هر منبعی که بتواند کربن فعال تولید کند، ساخته می شود. انتخاب ماده اولیه برای ساخت کربن فعال به میزان بودجه و تجهیزات بستگی دارد. کربن فعال ماحت سطحی معادل ۳۰۰۰ متر مربع بر هر گرم دارد که به خودی خود، سطح بالایی است. از خصوصیات دیگر کربن فعال می توان به چگالی کم آن اشاره کرد. از نظر شیمیایی می توان به عدم مقاومت نسبی آن در مقابل تغییرات pH اشاره کرد. pH باید برای کربن فعال خنثی باشد. کربن فعال می تواند مواد آلی مانند متیلن بلو و فنل را جذب کند. کربن فعال، تخلخل بالایی دارد که باعث می شود این ماده به صورت گسترده به عنوان جاذب و کاتالیز گر استفاده شود. کربن فعال قابل بازیابی است و می توان با اعمال حرارت به آن بخشی از آن را بازیابی کرد. بخش دیگر کربن فعال که از بین می رود هر از چند گاهی باید شارژ شود.
روش های تهیه کربن فعال
کربن فعال کربنی است که از موادی که توانایی تولید کربن دارند مانند بامبو، پوسته نارگیل، ذغال سنگ، بید، چوب، کوار، لیگنین و نفت توسط یکی از مراحل زیر تولید می شود:
ماده منبع با استفاده از گازهای داغ به کربن فعال تبدیل می شود. سپس هوا برای سوزاندن گاز ها ایجاد می شود و به صورت کلی کربن فعال شده، درجه بندی شده و ایجاد می شود. این عمل به طور کلی با استفاده از یک یا چند فرآیند زیر انجام می شود:
۱- کربن زدایی: ماده با محتوای کربن در دمای ۶۰۰-۹۰۰ درجه سانتیگراد، معمولاً در اتمسفر بی اثر با گاز هایی مانند آرگون یا نیتروژن تجزیه می شود.
۲- فعال سازی / اکسیداسیون: مواد اولیه در دمای بالاتر از ۲۵۰ درجه سانتیگراد، معمولاً در محدوده دمای ۶۰۰-۱۲۰۰ درجه سانتیگراد، در معرض هوا به عنوان اکسید کننده (اکسیژن یا بخار) قرار می گیرند.
۳- فعال سازی شیمیایی: مواد کربنی با مواد شیمیایی خاصی آغشته می شوند. این ماده شیمیایی به طور معمول یک اسید یا یک نمک است. (عموما اسید فسفریک ۲۵٪ ، هیدروکسید پتاسیم ۵٪ ، هیدروکسید سدیم ۵٪ ، کلرید کلسیم ۲۵٪ و کلرید روی ۲۵٪). کربن سپس در دمای پایین تر (۲۵۰-۶۰۰ درجه سانتیگراد) قرار می گیرد. اعتقاد بر این است که قرار گرفتن در دمای بالا منافذ کربن فعال باز می شوند و کربن در این مرحله فعال می شود. فعال سازی شیمیایی به دلیل پایین تر بودن درجه حرارت، سازگاری با کیفیت بهتر و زمان کمتری که برای فعال کردن مواد لازم است، از فعال سازی حرارتی ایده آل تر است.
فرآیند فعال سازی شیمیایی
فرآیند فعال سازی کربن فعال به صورت شیمیایی:
فعال سازی کربن فعال از طریق روش های شیمیایی، با استفاده از اسید های قوی و حرارت متوسط صورت می گیرد. محبوب ترین ماده شیمیایی فعال سازی اسید فسفریک است، اگرچه کلرید روی هنوز هم توسط برخی تولید کنندگان مورد استفاده قرار می گیرد اما اسید فسفریک ارزان تر و بهتر است. هر چند آسیب زیادی به محیط زیست وارد می کند.
فرآیند فعال سازی حرارتی
فرآیند فعال سازی حرارتی رایج ترین شیوه فعال سازی کرین فعال در طی سالیان سال است.
در ابتدا فرآیند خشک شدن جاذب با دمای تقریبا ۱۰۵ درجه سانتی گراد رخ می دهد. سپس کربن فعال در یک محیط بی اثر همچون نیتروژن و یا آرگون قرار می گیرد و تا دمای ۵۰۰ تا ۹۰۰ درجه سلسیوس گرم می شود. برای اینکه اگر مواد آلی در کربن فعال وجود دارد از بین برود، کربن تا دمای ۸۰۰ درجه سلسیوس گرم می شود. فعال سازی حرارتی بر اساس شکستن و از بین بردن پیوند های برقرار شده بین مواد و کربن فعال عمل می کند. در هر چرخه فعال سازی حرارتی حدوا بین ۰.۵ تا ۵ درصد از کربن فعال موجود از بین می رود که با توجه به این موضوع، باید فیلتر کربنی را مجددا شارژ کرد.
فرآیند فعال سازی مجدد کربن فعال
فعال شدن مجدد یا احیای کربن فعال شامل بازگرداندن ظرفیت جاذب کربن فعال اشباع شده با دفع آلودگی های جاذب بر روی سطح کربن فعال می باشد.
فعال شدن حرارتی:
این شیوه عضو روش ها و شیوه های مرسوم فعال سازی مجدد کربن فعال است. طی این مرحله همان طور که در مراحل قبلی نیز بیان شد، ابتدا جاذب در دمایی معادل ۱۰۵ درجه سانتی گراد یا همان ۲۲۱ درجه فارنهایت خشک می شود. در مرحله بعدی، درجه حرارت بالا بین ۵۰۰ درجه تا ۹۰۰ درجه سانتی گراد بر روی کربن فعال اعمال می شود. این عملیات تحت شرایط بی اثر رخ می دهد تا بخشی از آلاینده ها از کربن فعال خارج شوند. در مرحله بعدی برای اطمینان از حذف تمام آلاینده های آلی، کربن تا ۸۰۰ درجه سانتی گراد گرم می شود. این عملیات پیوند های بین کربن فعال و مواد آلاینده را می شکند. در نهایت کربن فعال شده در آون باقی می ماند.
روش شیمیایی فعال سازی فیلتر کربنی و کربن فعال نیز بدین صورت است که کربن اکتیو در موادی همچون اسید فسفریک قرار می گیرد و آلایند های آن از بین می روند.
روش های دیگر فعال سازی کربن فعال، به جهت کاهش هزینه ها، بالا رفتن راندمان و مناسب بودن بر اساس تجهیزات در دسترس انتخاب شده اند.
باز سازی شیمیایی توسط حلال، بازسازی الکتروشیمیایی، باز سازی از طریق به کار گرفتن میکرو ارگانیسم ها، باز سازی با کمک دستگاه اولتراسونیک، اکسیداسیون هوای مرطوب و … از جمله روش های مورد استفاده استفاده برای باز یابی کربن فعال هستند.
مواد اولیه برای تهیه کربن فعال
فیلتر کربنی از کربن فعال تشکیل شده است. کربن فعال مورد استفاده در فیلتر کربنی، کربنی است که از موادی مانند بامبو، پوسته نارگیل، ذغال سنگ نارس بید، چوب، کوار، لیگنین، زغال سنگ و نفت تولید می شود. همچنین کربن فعال از هر ماده دیگری که بتواند کربن تشکیل بدهد نیز ساخته می شود اما این موضوع وابستگی زیادی به میزان هزینه ها و تجهیزات آزمایشگاهی در دسترس دارد.
کاربرد دستگاه فیلتر کربن
کاربرد های فیلتر کربن فعال در صنایع مختلف بسیار متفاوت است. از استفاده های کلاسیک فیلتر کربن اکتیو می توان، تصفیه آب شهری و از استفاده های امروزی فیلتر های کربنی، می توان به جذب آلاینده ها اشاره کرد.
چگونه می توان از یک فیلتر کربن فعال استفاده کرد؟
فیلتر کربنی عموما یک دستگاه است که به خروجی شیر آب متصل می شود و فقط کافیست این فیلتر را تهیه کنید تا آب بدون آلاینده های موجود داشته باشید. در صورتی که نیاز است از فیلتر کربن برای مصارف دیگری همچون، گرفتن بو، تصفیه هوا و غیره استفاده شود، نحوه کار با آن ها متفاوت است.
به جهت دریاف مشاوره و خرید فیلتر کربنی، می توانید با متخصصین شرکت تصفیه فاضلاب اوژن تماس حاصل فرمایید.
چگونه می توان فیلتر کربن فعال را تمیز کرد؟
یک فیلتر کربنی قابل شستشو نیست. کربن از نظر شیمیایی به راحتی با مواد شیمیایی مختلف پیوند می دهد. آب توانایی از بین برن پیوند شیمیایی این مواد را با فیلتر کربنی ندارد. اگر قاب فیلتر کربن ۱۰۰٪ فلز باشد و توسط بعضی از پلاستیک های مرسوم روکش نشده باشد، می توان با دادن حرارت بالایی به آن، می توان آلاینده های موجود در فیلتر کربنی را از بین برد و مجددا همان فیلتر کربنی را استفاده کرد. در صورتی که تمایل به استفاده از حرارت بالا نداشتید، استفاده از روش های شیمیایی نیز برای فعال سازی کربن مناسب است. کربن فعال پس از قرار گرفتن در محیط اسیدی که عموما اسید فسفریک است مجددا فعال سازی می شود. پس از حرارت دهی به جهت فعال سازی مجدد، بخشی از کربن از بین می رود، به همین جهت باید پس از مدتی آن را مجددا شارژ کرد.
با برقراری تماس با شرکت تصفیه فاضلاب اوژن، در راستای تهیه تجهیزات تصفیه آب و پساب، از جمله فیلتر کربنی تماس حاصل فرمایید.
