کربن فعال در صنایع مختلف چه کاربردی دارد؟
کربن اکتیو به دلیل ساختار ویژه ای که دارد امروزه کاربرد های فراوانی به‌خصوص در صنایع یافته است. کاربرد کربن فعال در صنایع کمک می‌کند تا بسیاری از فرآیند های صنعتی آسان تر و بدون آسیب به محیط زیست صورت پذیرند. مصارف کربن فعال در صنایع مختلف مانند پزشکی و داروسازی و کشاورزی دیده می‌شود. از مهم ترین ویژگی و فواید کربن فعال در صنایع تخلخل بسیار بالای آن است. این تخلخل به گونه ای است که نسبت سطح به حجم در آن بسیار بالاست. قیمت کربن فعال در صنایع مختلف متفاوت است. درواقع قیمت کربن فعالی که در پزشکی استفاده می‌شود با کربن اکتیو که در کشاورزی مصرف می‌شود متفاوت خواهد بود. به دلیل مصرف و کاربرد کربن فعال در صنایع خرید و فروش آن در جهان رونق فراوانی دارد. در ادامه این مقاله به مزایا مصرف کربن فعال در صنعت می پردازیم. با ما همراه باشید.
نشریه علمی جهان شیمی فیزیک قبلا به بررسی کاربرد کربن فعال پرداخته است. در ادامه این مقاله به کاربرد کربن اکتیو در صنایع مختلف خواهیم پرداخت. با ما در نشریه جهان شیمی فیزیک همراه باشید.
درباره کربن فعال
کربن اکتیو یا کربن بلک یکی از اشکال کربن است که با عملیات پردازش، سطح داخلی آن افزایش یافته است. از خواص کربن فعال در صنایع مختلف استفاده می شود. این خواص شامل مساحت داخلی قابل توجه، ساختار پر منفذ، ظرفیت جذبی بالا، توانایی و قابلیت فعال سازی دوباره و قیمت پایین در مقایسه با سایر جاذب هاست.
کربن فعال به عنوان یک جاذب با ظرفیت جذب بالا و قیمت پایین، کاربردهای بسیاری در صنایع داراست. کربن فعال در صنایع برای فرآیند های جذب از فاز مایع و یا فاز گاز استفاده می شود.
کاربرد کربن فعال در صنایع در فاز مایع
- رنگ‌بری از محلول شکر
- تصفیه آب آشامیدنی
- تصفیه پساب
کاربرد کربن فعال در فاز گاز
- استفاده در ماسک های گاز
- سیستم های بازیافت حلال
تولید کربن فعال در صنایع
ساخت کربن فعال در صنایع به روش های گوناگونی صورت می پذیرد. ترکیبات مختلفی را می توان به عنوان ماده خام جهت ساخت کربن اکتیو به کار گرفت. مواد خام سلولزی مانند چوب، پوست نارگیل، هسته میوه ها و سایر ضایعات کشاورزی، مواد خام کربنی مانند زغال سنگ، کک نفتی، قیر قطران زغال سنگ و مواد خام پلیمری را می توان اشاره نمود.
فواید کاربرد کربن فعال در صنایع
کاربرد کربن فعال در صنایع موجب شده است تا استفاده از این ماده باارزش در فرآیندهای صنعتی بیشتر و بیشتر شود. درواقع کربن فعال از رایج ترین شکل های کربن بوده و دارای حفراتی کوچک و با حجم پایین است. این حفره ها درواقع سطح در دسترس برای جذب را افزایش می دهند. بنابراین عملکرد افزایش می یابد.
مقدار یک گرم از زغال فعال سطحی بیش از ۳۰۰۰ متر مربع دارد. و این در نوع خود بی نظیر است. این سطح بالا موجب جذب بالای کربن اکتیو در صنایع و فرآیندهای صنعتی شده و خواص جذبی بی نظیری را فراهم می سازد. جهت ساخت کربن فعال در صنایع بسته به مورد استفاده موادی مانند زغال سنگ، پوست نارگیل، گردو و … به کار می رود.
کاربرد کربن فعال
- استخراج فلز
- تصفیه گاز
- زیست محیطی
- کشاورزی
- صنایع غذایی
- کاربرد در صنایع شیمیایی
- صنایع نفت گاز
- پتروشیمی
- کاربردهای پزشکی و دارویی
کاربرد کربن فعال در صنایع غذایی
کاربرد کربن فعال در صنایع مانند صنایع غذایی بسیار صورت می پذیرد. رنگ بری از قند و شکر از مهم ترین کاربرد این ماده است. استفاده از کربن فعال در صنایع بهترین ماده جهت رنگ زدایی از انواع آب میوه و بهبود طعم آن ها است. البته اگر کیفیت زغال فعال استفاده شده پایین باشد، آلایندگی محصولات خوراکی را به خوبی برطرف نخواهد شد. این ماده باید به گونه ای فرآوری شده باشد که قادر باشد ترکیبات آلی محلول را حذف نموده و موجب کنترل بو و مزه قندی مانند لاکتوز و فروکتوز شود. این موارد از کاربردهای کربن فعال در صنایع خوراکی است.
کربن فعال در صنایع تصفیه آب و هوا
خواص منحصر به فرد کربن اکتیو در صنایع مختلف کاربرد دارد. خواص بی نظیر این ماده منجر به استفاده گسترده در صنعت تصفیه آب و هوا شده است. بنابراین می توان از کربن فعال جهت جذب و حذف آلاینده ها استفاده نمود.
تصفیه هوا
از کربن فعال در ماسک سربازان در جنگ جهانی دوم جهت حفاظت در برابر آلاینده ها و راحت تر شدن تنفس استفاده می شد. این استفاده منجر به کاربرد های گسترده تری شد. امروزه از این ماده برای از بین بردن بوی نامطبوع، حذف ترکیبات آلی فرار، حذف دی اکسید کربن، گازهای مضر و… در فیلترهای کربنی دستگاه های تصفیه هوا استفاده می شود.
تصفیه آب
برای حذف آلاینده های موجود در آب از فیلترهای کربن اکتیو استفاده می شود. فیلترهای کربنی در دستگاه های تصفیه آب خانگی موجب حذف بو و طعم، حذف برخی فلزات سنگین، مواد شیمیایی سرطان زا و… می شوند. انواع مختلفی از فیلتر های کربن عرضه می شوند.
کربن فعال در تصفیه فاضلاب به صورت صنعتی هم کارایی بالایی داراست. البته کیفیت کربن اکتیو در صنایع تصفیه آب از مهم ترین عوامل موثر برای خرید این ماده معجزه گر است.
کربن فعال در صنایع شیمیایی
در صنایع شیمیایی از کربن فعال برای جداسازی کربوهیدرات ها، تولید ماسک و فیلترهای هوای فشرده استفاده می شود. کربن فعال در ماسک های ضد گاز شیمیایی منجر به حذف گازهای شیمیایی شده و آلاینده های هوا را حذف می کند.
کاربرد کربن فعال در صنایع پتروشیمی
در صنایع پتروشیمی از کربن فعال برای جذب انواع گاز استفاده می شود. برای دفع گاز از کربن فعال هم آن را در دمای بالا قرار می دهند. این فرایند جهت ذخیره سازی گاز صرف اقتصادی بالایی دارد. به همین دلیل است که کاربرد کربن اکتیو در این صنعت بالاست.
از طرفی فیلترهای کربن فعال جهت خالص سازی گاز هم کاربردهایی دارد. با به کار بردن آن می توان بخارات نفتی، بو و سایر هیدروکربن ها را نیز حذف نمود.
کاربرد زغال اکتیو در صنایع تصفیه طلا (استخراج)
خاصیت جذب بالای کربن اکتیو موجب شده است تا از آن برای بازیافت طلا بسیار استفاده شود. برای این کار ابتدا کربن فعال سیانید را حذف می کند. در نهایت هم کربن با کاربرد محلول ۱ درصد سدیم هیدروکسید و سیانید از طلا جدا خواهد شد. بازیایی طلا با روش های دیگری مثل پودر روی نیز میسر است. اما کاربرد کربن فعال در صنایع استخراج از موثرترین و مقرون به صرفه ترین روش هاست.
کاربرد کربن اکتیو در صنایع کشاورزی
کربن اکتیو جاذبی با ظرفیت جذب فوق العاده بالاست. بعلاوه قیمت پایینی هم داراست. بنابراین استفاده از آن در حوزه های گوناگون رواج دارد. کاربرد کربن اکتیو در صنایع کشاورزی در زمینه های زیر صورت می پذیرد.
- به عنوان افزودنی به خوراک دام
- استفاده به عنوان آفت کش
- استفاده از آن در کنسانتره انگور سفید برای جذب رنگدانه های رنگ قهوه ای
کاربرد کربن اکتیو در صنعت داروسازی
کاربرد کربن فعال در صنایع دارویی بسیار دیده می شود. استفاده از این ماده به صورت گسترده ای در کرم های لایه بردار مشاهده می شود. ماسک های صورت معروف به بلک ماسک یا ماسک سیاه در بازار به عنوان یک معجزه در پوست معرفی می گردند. پوست انسان در طول روز در معرض انواع آلودگی و گرد و غبار قرار می گیرد. با کاربرد کربن اکتیو در کرم های لایه بردار و انواع ماسک صورت می توان این آلودگی ها را از سطح پوست پاک نمود.
از طرفی استفاده از این ماده برای متعادل کردن چربی پوست نیز تاثیر به سزایی دارد. کربن بلک روغن اضافی پوست را جذب کرده و از ایجاد جوش و آکنه پیشگیری می شود. استفاده از این ماده معجزه ای در زیبایی پوست است.
شامپوهای حاوی کربن فعال در صنایع بهداشتی تولید شده و موجب پاک کنندگی و از بین بردن گرد و غبار از روی مو و حجم دهندگی به آن می شوند. همچنین از کربن بلک در تهیه خمیردندان ها استفاده شده و سلامت دهان و دندان تضمین می گردد.
انواع روش های ساخت کربن فعال
هدف از فعال سازی کربن ایجاد ساختار متخلخل و کربنی است که سطح زیاد با جذب بالا داراست. فنون گوناگونی در ساخت کربن فعال در صنایع مختلف وجود دارد. این روش ها به ۳ اصل بستگی دارند.
- ماهیت و نوع ماده اولیه
- مشخصات فیزیکی نهایی برای محصول
- مشخصات جذبی نهایی جهت کاربرد های صنعتی مختلف
روش های تولید کربن فعال
- فعال سازی فیزیکی
- روش فعال سازی شیمیایی
فعال سازی فیزیکی
در این روش نخست ماده خام در محیطی بدون هوا کربونیزه می شود. بدین ترتیب پایه کربنی اولیه تشکیل می گردد. در شرایط خلأ ترکیبات سلولزی و پلیمری ماده خام به زغال تبدیل شده و مواد خامی مانند زغال سنگ هم ترکیبات فرار خود را از دست خواهند داد. در ادامه پایه کربنی به دست آمده در معرض عامل فعالسازی گازی در دمای بالا قرار می گیرد. عوامل فعال ساز می تواند بخارآب، کربن دی اکسید، اکسیژن یا مخلوطی از آن ها باشند. عامل فعال ساز قادر است در دمای بالا با بخشی از کربن موجود در ماده واکنش داده و آن را به شکل عوامل گازی مونوکسید کربن یا کربن دی اکسید خارج سازد. بدین ترتیب عامل فعال ساز پس از حذف بخشی از کربن ساختمانی، درنهایت به ساخت کربن فعال در صنایع با تخلخل مناسب منجر خواهد شد.
مقدار و اندازه تخلخل کربن اکتیو به عوامل متعددی وابسته است. نوع ماده خام، شرایط کربونیزاسیون آن، ماهیت عامل فعال ساز، دما و زمان فعال سازی از عوامل موثر بر تخلخل و کیفیت کربن اکتیو تولید شده هستند. زغال فعال های تولید شده با این روش معمولاً دارای منافذ ریزی بوده و برای جذب مواد آلاینده از مایعات و گازها استفاده می شوند.
فعال سازی کربن اکتیو در صنایع به روش شیمیایی
روش فعال سازی شیمیایی روشی به عنوان روشی تک مرحله ای برای ساخت کربن فعال در صنایع به شمار می آید. در این روش ماده خام را با محلولی غلیظ از عاملی فعالساز مخلوط می کنند. سپس مخلوط حاصل را پس از خشک شدن در کوره ای در شرایط اتمسفر بی اثر حرارت می دهند. ترکیبات فلزات قلیایی یا قلیایی خاکی نظیر هیدروکسید پتاسیم، کربنات پتاسیم، کربنات سدیم، کلرید منیزیم و برخی اسیدها همانند اسید فسفریک، اسید سولفوریک، کلرید آلومینیوم و کلرید روی از مهم ترین عوامل فعال ساز در این روش بشمار می آیند.
نقش عامل فعال ساز
- حذف آب از ساختار ماده اولیه
- پایین آوردن دمای لازم برای کربونیزاسیون
- ممانعت از تشکیل قطران در حین انجام فرآیند
- و در نهایت ایجاد یک ساختار متخلخل در محصول
عوامل موثر بر تولید کربن فعال در صنایع به روش شیمیایی
- مشخصات ماده خام نظیر نوع و ابعاد دانه های آن
- نوع عامل فعال ساز
- نسبت اختلاط ماده خام با عامل فعال ساز
- شرایط خشک کردن و گرمایش در کوره
- کربن فعال به دست آمده در این روش، دارای منافذ باز زیادی بوده و برای جذب مولکول های بزرگ بسیار مناسب است.
لازم به ذکر است که انتخاب روش فعال سازی بر چگونگی تخلخل محصول تاثیر گذار است. ثابت شده است که روش فعال سازی فیزیکی موجب ایجاد حفره هایی به شکل مخروط شده، به شکلی که قاعده مخروط در بالا قرار دارد. این در حالی است که روش فعال سازی شیمیایی منجر به تشکیل حفره هایی به شکل بطری خواهد شد.
قیمت کربن فعال در صنایع مختلف
قیمت کربن اکتیو تا حد زیادی به نوع آن وابسته است. معمولا کربن اکتیو در صنعت غذایی قیمتی بالاتر از مصارف دیگر آن داراست. زیرا این صنعت به کربن اکتیو با کیفیت تری نیاز دارد. شرکت تولید و یا وارد کننده نیز می تواند بر قیمت کربن اکتیو موثر باشد. معمولا نمونه های وارداتی قیمت های بالاتری دارند. حتی روش ساخت کربن فعال نیز بر قیمت آن موثر است. انواع مختلفی از کربن اکتیو در بازار خرید و فروش وجود داشته و با توجه به نیاز صنایع قابل تهیه و مصرف هستند.
سخن آخر
قبلا در نشریه جهان شیمی فیزیک به بررسی کربن اکتیو و خواص بی نظیرش پرداخته ایم. در این مقاله نیز کاربرد های صنعتی این ماده با ارزش مورد بررسی قرار گرفته اند. کربن اکتیو ماده ای با ارزش است که کاربرد های صنعتی مختلفی داراست.
