کربن فعال چیست؟
کربن فعال که با نام زغال فعال نیز شناخته می شود، یک پودر سیاه رنگ است که از ترکیباتی همچون چوب، پوسته نارگیل، زغال سنگ نارس یا خاک اره تشکیل می شود. زغال فعال به عنوان یک جاذب عمومی دارای سطح وسیع و قابلیت جذب عالی در محیط های آبی می باشد. از این رو، از کربن فعال در زمینه های مختلفی از جمله به منظور دفع سمومی همچون مایکوتوکسین ها به صورت افزودنی خوراک دام و طیور استفاده می شود.
برای تهیه کربن فعال کارآمد باید بسیاری از عوامل مانند دمای پیرولیز، زمان کربنیزیشن و نسبت اشباع (در روش فعال‌سازی شیمیایی) بهینه شوند تا سطح BET مناسبی را ایجاد کنند. زغال فعال ظرفیت جذب بالایی را نسبت به طیف وسیعی از مایکوتوکسین‌ها در شرایط آزمایشگاهی و همچنین نسبت به برخی ویتامین‌ها و مواد معدنی نشان می دهد؛ لذا در استفاده از دوز مصرفی آن باید دقت به عمل آورد.
فرآیند تولید کربن فعال
تولید کربن فعال معمولاً شامل چندین مرحله است:
- کربنیزیشن: مواد خام کربن دار مانند چوب، پوسته نارگیل یا زغال سنگ در غیاب هوا تا دمای بالا (معمولاً بین 400-600 درجه سانتی گراد) حرارت داده می شوند تا به زغال تبدیل شوند.
- فعال سازی: زغال ایجاد شده از مرحله قبل با گاز یا عوامل شیمیایی مانند بخار یا دی اکسید کربن تصفیه می شود تا منافذ ریز در ذغال ایجاد شود که به طور قابل توجهی سطح آن را افزایش می دهد. این فرآیند فعال سازی نامیده می شود.
- شستشو و خشک کردن: کربن فعال ایجاد شده به طور کامل شسته و خشک می شود تا هرگونه ناخالصی یا آلاینده ای که ممکن است در مراحل پردازش قبلی وارد شده باشد حذف شود.
- فرآوری: برخی از محصولات کربن فعال ممکن است تحت فرآیندهای پس از تصفیه قرار گیرند تا خواص جذب آن ها اصلاح و افزایش یابد. این فرآیندها ممکن است شامل تیمارها با اسید یا باز، آغشته کردن به مواد شیمیایی خاص، یا عملیات گرمایش یا سرمایش باشد.
- ساختار نهایی: در نهایت، فرآیندهای مختلفی جهت تولید کربن فعال به شکل های پودری، گرانول و سایر انجام می شود.
روش های فرآوری کربن فعال
تولید کربن فعال بر پایه ماده اولیه و کاربرد مدنظر، به دودسته طبقه بندی می شود: فعال سازی حرارتی و فعال سازی شیمیایی. به طور کلی، فعال سازی حرارتی شامل حرارت دادن در دماهای بالا می باشد، در حالی که فعال سازی شیمیایی در دماهای پایین تر صورت می گیرد.
فرآیند فعال سازی حرارتی
این روش طی دو مرحله صورت می گیرد. 1- زغالی کردن 2- فعال سازی ماده ی زغالی شده
در مرحله ی زغالی کردن، هیدروژن و اکسیژن از درون ماده ی اولیه خارج می شوند تا ساختار متخلخل اولیه کربنی تشکیل گردد. در مرحله ی فعال سازی، از طریق بخار آب و حذف محصولات فرار، حجم خلل و فرج و همچنین مساحت سطح ذره افزایش می یابد. فعال سازی فیزیکی اغلب در کوره هایی با دماهای بالا در حدود ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد انجام می شود.
فرآیند فعال سازی شیمیایی
در فرایند فعال سازی شیمیایی ابتدا پیش ماده با یک عامل فعال شیمیایی که اغلب کلرید روی، پتاسیم هیدروکسید و یا فسفریک اسید است تحت تیمار قرار گرفته و سپس تا دمای ۷۰۰-۴۵۰ درجه سانتی گراد حرارت داده می شود. سپس زغال حاصل با آب شسته می شود تا اسید از کربن خارج شده و خشک می گردد.
اشکال مختلف کربن فعال
- 1. کربن فعال پودری (PAC) : PAC از طریق پودر کردن کربن فعال به شکل ریز تولید می شود. ابتدا؛ کربن فعال از طریق روش های ذکر شده در قسمت بالا تولید می شود، سپس خرد یا آسیاب شده و به اندازه ذرات کوچکتر می رسد. معمولاً PAC در کاربردهای فاز مایع یا جایی که به سرعت جذب سریع نیاز است استفاده می‌شود.
- 2. کربن فعال گرانولی (GAC) : GAC با خرد کردن کربن فعال به دانه های کوچکتر و سپس غربال کردن آن ها تولید می شود. اندازه گرانول ها معمولاً بین 2/0 میلی متر تا 4 میلی متر (بزرگتر از PAC) است که اغلب کاربرد آن در فیلتر کردن آب یا حذف طعم و بو است.
- 3. کربن فعال کروی (SAC) : SAC با تجمع پودر کربن فعال ریز به ذرات کروی با استفاده از یک بایندر (رزین) تولید می شود. سپس این مخلوط حرارت داده شده تا بایندر خشک شود و در نتیجه ذرات کروی با قطر بین 1 تا 4 میلی متر ایجاد می شود. از SAC برای تصفیه آب آشامیدنی و در لباس های حفاظت شیمیایی استفاده می شود.
در نهایت می توان گفت، انتخاب نوع شکل کربن فعال معمولاً به کاربرد و میزان جذب مورد نیاز بستگی دارد.
اهمیت منبع کربن فعال
مطالعات نشان داده اند منبع کربن فعال به عنوان توکسین بایندر مهم است؛ زیرا خواص و ویژگی های کربن فعال نظیر اندازه منافذ، سطح و خواص شیمیایی بسته به منبع آن می تواند متفاوت باشد که می‌تواند بر توانایی آن ها برای اتصال به سموم تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، کربن فعال مبتنی بر پوسته نارگیل دارای مساحت سطح بالاتر و منافذ ریز بیشتری نسبت به انواع دیگر کربن فعال است، که ممکن است آن را به عنوان یک اتصال دهنده برای انواع خاصی از سموم موثرتر کند. در مقابل، کربن فعال مبتنی بر زغال سنگ ممکن است حجم منافذ بزرگتری داشته باشد که می تواند امکان اتصال آن را به سایر مولکول های بزرگتر که در بدن حیاتی هستند ممکن سازد. بنابراین، در نظر گرفتن منبع و کاربرد زغال فعال به عنوان توکسین بایندر باید مورد توجه قرار گیرد.
بدون دیدگاه