کربن فعال ، همچنین به عنوان ذغال فعال یا کاراکتر فعال شناخته می شود. این ماده کربن پودری سیاه یا دانه ای است. کربن فعال یک کربن متخلخل با چگالی بسته بندی کم و سطح خاص و زیاد به دلیل چیدمان نامنظم کربن میکروکریستالی و وجود منافذ بین اتصالات متقاطع است که می تواند در هنگام فعال سازی باعث نقص ساختار کربن شود. این ماده همچنین ماده اصلی ساخت فیلترها است.
تولید کربن فعال
مواد اولیه اصلی برای کربن فعال شده تقریباً می تواند باشد که تمام مواد آلی از نظر کربن از جمله ذغال سنگ ، چوب ، پوسته های میوه ، پوسته های نارگیل ، پوسته های گردو ، پوسته های زردآلو ، پوسته های یوجوب و غیره محتوای زیادی دارند. در طی این فرآیند فعال سازی ، یک سطح عظیم سطح و ساختار منافذ پیچیده به تدریج شکل می گیرد و فرآیند جذب به اصطلاح در این منافذ و روی سطح رخ می دهد. اندازه منافذ موجود در کربن فعال شده دارای اثر جذب انتخابی بر جاذب است ، زیرا مولکولهای بزرگ نمی توانند وارد منافذ کربن فعال شده که از منافذ آن کوچکتر هستند وارد شوند. کربن فعال شده یک جاذب آبگریز است که توسط کربن سازی درجه حرارت بالا و فعال سازی مواد که عمدتا حاوی کربن به عنوان مواد اولیه هستند ، تولید می شود. کربن فعال شده حاوی تعداد زیادی میکروپور است و دارای سطح فوق العاده بزرگی است که می تواند به طور موثری رنگ و بو را از بین ببرد. همچنین می تواند بیشتر آلاینده های آلی و برخی از مواد معدنی خاص ، از جمله فلزات سنگین سمی را از پساب ثانویه حذف کند.
اصل کربن فعال شده
1. اصل فیلتر
فیلتر کربن فعال فرایند رهگیری آلاینده های معلق در آب است و مواد جامد معلق رهگیری شده شکاف بین کربن های فعال را پر می کند. اندازه منافذ و تخلخل لایه فیلتر با اندازه ذرات مواد کربن فعال افزایش می یابد. هرچه اندازه ذرات کربن فعال شده درشت تر باشد ، فضایی که می تواند مواد جامد معلق را در خود جای دهد ، بزرگتر است. این امر به عنوان توانایی فیلتر پیشرفته ، افزایش ظرفیت نگهدارنده آلاینده و ظرفیت رهگیری بیشتر عمل می کند. در همان زمان ، هرچه منافذ در لایه فیلتر کربن فعال بزرگتر باشد ، مواد جامد معلق در آب می توانند به لایه بعدی لایه فیلتر کربن فعال منتقل شوند. با ضخامت محافظ کافی ، مواد جامد معلق بیشتر را می توان رهگیری کرد و به لایه های میانی و پایین لایه فیلتر اجازه می دهد تا نقش رهگیری را بهتر بازی کنند و ظرفیت رهگیری واحد را افزایش دهند.
به طور کلی ، توانایی کربن فعال شده در رهگیری مواد جامد معلق از سطح سطح تأمین شده توسط کربن فعال است. هنگامی که سرعت جریان کم باشد ، ظرفیت تصفیه واحد عمدتاً از اثر غربالگری کربن فعال می شود ، در حالی که وقتی سرعت جریان سریع است ، ظرفیت تصفیه از اثر جذب بر روی سطح ذرات کربن فعال ناشی می شود. در طی فرآیند تصفیه ، سطح ذرات که توسط کربن فعال شده فراهم می شود ، بیشتر چسبندگی به مواد جامد معلق در آب قوی تر می شود.
5. اصل جذب
با توجه به نیروهای مختلف بین مولکول های کربن فعال و مولکول های آلاینده در طی فرآیند جذب ، جذب را می توان به دو دسته تقسیم کرد: جذب فیزیکی و جذب شیمیایی (همچنین به عنوان جذب فعال شناخته می شود). در طی فرآیند جذب ، هنگامی که نیروی تعامل بین مولکول های کربن فعال و مولکول های آلاینده نیروی ون در والس (یا جذب الکترواستاتیک) است ، به آن جذب فیزیکی گفته می شود. هنگامی که نیروی تعامل بین مولکول های کربن فعال و مولکول های آلاینده یک پیوند شیمیایی است ، به آن جذب شیمیایی گفته می شود. قدرت جذب جذب فیزیکی عمدتاً مربوط به خصوصیات فیزیکی کربن فعال است و ارتباط چندانی با خصوصیات شیمیایی کربن فعال ندارد. با توجه به نیروی ضعیف ون در والس ، تأثیر کمی در ساختار مولکول های آلاینده دارد. این نیرو شبیه به انسجام بین مولکولی است ، بنابراین جذب فیزیکی می تواند به عنوان یک پدیده تراکم باشد. خواص شیمیایی آلاینده ها در هنگام جذب فیزیکی بدون تغییر باقی می مانند.
با توجه به پیوندهای شیمیایی قوی ، جذب شیمیایی تأثیر معنی داری بر ساختار مولکول های آلاینده دارد. بنابراین ، جذب شیمیایی می تواند به عنوان یک واکنش شیمیایی در نظر گرفته شود ، که نتیجه تعامل شیمیایی بین آلاینده ها و کربن فعال است. جذب شیمیایی به طور کلی شامل به اشتراک گذاری جفت الکترون یا انتقال الکترون است ، نه آشفتگی ساده یا قطبش ضعیف ، و یک فرآیند واکنش شیمیایی برگشت ناپذیر است. تفاوت اساسی بین جذب فیزیکی و جذب شیمیایی در نیرویی که باعث ایجاد اوراق جذب می شود نهفته است.
فرآیند جذب فرایندی است که در آن مولکول های آلاینده بر روی یک سطح جامد جذب می شوند و انرژی آزاد مولکول ها کاهش می یابد. بنابراین ، فرآیند جذب یک فرآیند گرمازدایی است و گرمای آزاد شده به عنوان گرمای جذب آلاینده در این سطح جامد نامیده می شود. با توجه به نیروهای مختلف جذب فیزیکی و جذب شیمیایی ، آنها تفاوت های خاصی در گرمای جذب ، میزان جذب ، انرژی فعال سازی جذب ، دمای جذب ، انتخاب ، لایه های جذب و طیف های جذب نشان می دهند.
از فناوری جذب کربن فعال شده برای پالایش و تجزیه در صنایعی مانند داروسازی ، مواد شیمیایی و مواد غذایی در چین استفاده می شود. در دهه 1970 برای تصفیه فاضلاب صنعتی استفاده شد. عمل تولید نشان داده است که کربن فعال شده دارای خواص جذب عالی برای آلاینده های آلی در آب است و اثرات جذب خوبی بر فاضلاب صنعتی مانند چاپ و رنگ آمیزی نساجی ، صنایع شیمیایی رنگ ، فرآوری مواد غذایی و صنایع شیمیایی آلی دارد. به طور کلی ، ترکیبات آلی که توسط شاخص های جامع مانند BOD و COD در فاضلاب مانند رنگهای مصنوعی ، سورفاکتانتها ، فنل ها ، بنزن ها ، ارگانوکلرین ، سموم دفع آفات و محصولات پتروشیمی ارائه می شوند ، قابلیت حذف منحصر به فرد دارند. بنابراین ، جذب کربن فعال به تدریج به یکی از اصلی ترین روش ها برای تصفیه ثانویه یا سوم فاضلاب صنعتی تبدیل شده است.
جذب یک فرآیند آهسته است که در آن یک ماده به سطح ماده دیگری می چسبد. جذب یک پدیده بین سطحی است که مربوط به تغییر در تنش سطح و انرژی سطح است. دو نیروی محرکه وجود دارد که باعث جذب می شوند ، یکی نیروی دافع آب حلال بر روی مواد آبگریز و دیگری جذابیت میل به مواد جامد به املاح است. جذب در تصفیه فاضلاب بیشتر نتیجه عمل ترکیبی این دو نیرو است. سطح خاص و ساختار منافذ کربن فعال به طور مستقیم بر ظرفیت جذب آن تأثیر می گذارد. هنگام انتخاب کربن فعال ، باید از طریق آزمایشات بر اساس کیفیت آب فاضلاب مشخص شود. توصیه می شود ذغال را با منافذ انتقال به خوبی توسعه یافته برای چاپ و رنگ آمیزی فاضلاب انتخاب کنید. علاوه بر این ، محتوای خاکستر نیز تأثیر دارد ، هرچه محتوای خاکستر کوچکتر باشد ، عملکرد جذب نیز بهتر می شود. هرچه اندازه مولکولهای جاذب به قطر منافذ کربن نزدیکتر باشد ، جذب آن آسان تر است. غلظت جاذب نیز در ظرفیت جذب کربن فعال تأثیر دارد. در یک محدوده غلظت مشخص ، ظرفیت جذب با افزایش غلظت جاذب افزایش می یابد. علاوه بر این ، دمای آب و مقدار pH نیز مرتبط است. ظرفیت جذب با افزایش دمای آب کاهش می یابد.
