توسط : کربن اکتیو چیست؟ نقش کربن اکتیو در تصفیه آب چیست؟ ما در این پست از مجله حقایق آب قصد داریم به ارزیابی و بررسی کربن فعال برای تصفیه آب بپردازیم. نقش کربن فعال در تصفیه آب بسیار مهم است و از آن به عنوان یک ماده جذب‌کننده برای حذف آلاینده‌های آب مورد استفاده قرار می گیرد. کربن فعال یک جاذب قوی برای مواد آلی، شیمیایی، و گازهای خاکستری است که در آب وجود دارند. این ماده می تواند از پسماند و فراوری مواد غذایی مانند پوسته‌های نارگیل، پوسته‌های جوانه‌های برنج، یا پوسته‌های جوانه‌های سیب‌زمینی و … بدست آید.
کربن فعال چیست؟
کربن فعال یا همان “کربن اکتیو” یک ماده دانه ای است که عمدتاً از گرمادهی زغال چوب از پوسته نارگیل یا زغال سنگ در دمای 800 تا 1000 درجه سانتیگراد برای “فعال کردن” آن تولید می شود. ناخالصی ها با اسید شویی حذف می شوند. به طور معمول، اندازه منافذ آن از 500 تا 1000 نانومتر و سطحی در حدود 1000 متر مربع در گرم است. شکل بسیار خالص‌تری از کربن فعال با پیرولیز کردن دانه‌های پلیمری تولید می‌شود.
در فرآیند فعال‌سازی، کربن فعال تحت شرایط خاصی از جمله دما و فشار بالا و یا در معرض مواد شیمیایی قرار می‌گیرد که باعث افزایش تعداد و اندازه تخلخل ها می شود. به طور کلی، کربن فعال یکی از روش‌های موثر و گسترده برای تصفیه آب است که به صورت گسترده در صنایع آب و فاضلاب، تصفیه آب شهری، و حتی در تصفیه آب خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرد. فرآیند فعال‌سازی کربن باعث ایجاد تخلخل و سوراخ‌های میکروسکوپی در ساختار مولکولی کربن می‌شود که باعث افزایش سطح آن می شود. این تخلخل ها و سوراخ‌ها به کربن فعال اجازه می‌دهند که به طور فعال مواد آلی و آلاینده‌های شیمیایی را در خود جذب کند.به بیان ساده تر کربن فعال برای تصفیه آب می تواند باعث حذف طعم و بوی بد، رنگ، مواد آلی، مواد آلاینده‌های آلی و شیمیایی، باکتری‌ها و ویروس‌ها شود.
انواع کربن فعال در تصفیه آب
- کربن فعال گرانولی (GAC)
- کربن فعال پودری (PAC)
- کربن فعال میله ای و اکسترود شده
هر کدام از این کربن های فعال در زمینه خاصی مورد استفاده قرار می گیرند.
کربن فعال برای تصفیه آب چگونه کار می کند؟
کربن فعال برای تصفیه آب کلر آزاد را به کلرید و دی اکسید کربن کاهش می دهد. همچنین با یک واکنش کاتالیزوری نسبتا آهسته کلرامین ها را تجزیه می کند و آمونیاک، نیتروژن و کلرید تولید می کند. ترکیبات آلی در منافذ ماتریکس کربن جذب می شوند. سطح بزرگ کربن فعال، مقادیر قابل توجهی از مواد آلی را قادر می سازد تا از طریق نیروهای یونی، قطبی و واندروالس جذب شوند. با توجه به این فرآیند سطح بسیار بزرگ کربن های فعال، مناطق رشد ایده آلی را برای باکتری ها فراهم می کند. برای به حداقل رساندن این اثر از افزودن یک باکتری‌کش مانند نقره استفاده می شود، اما این مساله در مورد کارتریج‌های کربن فرق می کند و باید آنها مرتباً تعویض شوند تا بتوان از تجمع باکتری جلوگیری کرد.
مزایای کربن فعال چیست؟
کاربرد عمده کربن اکتیو برای تصفیه در مرحله پیش تصفیه به منظور حذف کلر آزاد و کلرامین قبل از اسمز معکوس است. این مساله بیشتر به منظور جلوگیری از آسیب ممبران ها در اثر اکسیداسیون می باشد. کربن فعال به سرعت با کلر آزاد موجود در آب واکنش می دهد و کلرید تولید می کند.
کربن فعال با درجه خلوص بالا یک جاذب بسیار موثر برای ترکیبات آلی است و برای حذف ترکیبات آلی باقیمانده در آب باید از روش های دیگر مانند رزین های تبادل یونی استفاده شود.
بیشتر بخوانید: انواع روش های تصفیه آب
انواع کلاس بندی کربن اکتیو برای تصفیه آب
به نقل از وب سایت ncbi.nlm.nih.gov
EPA (1978c) ترکیبات آلی موجود در آب آشامیدنی را به پنج کلاس مختلف طبقه بندی کرده است. هر طبقه دارای ویژگی‌های متفاوتی است و می تواند برای افرادی که در زمینه تصفیه آب نیازمند اطلاعات کامل هستند مورد استفاده قرار بگیرد.
- کلاس I: ترکیبات آلی که باعث ایجاد مشکلات طعم و بو یا رنگ می شوند.
- کلاس II: مواد شیمیایی آلی مصنوعی که در آبهای منبع از تخلیه یا رواناب بالادست وجود دارد.
- کلاس III: ترکیبات آلی (پیش سازها) که با مواد ضد عفونی کننده واکنش می دهند و “محصولات جانبی ضد عفونی” تولید می کنند.
- کلاس IV: مواد شیمیایی آلی که خود محصول فرعی ضدعفونی هستند.
- کلاس V: ترکیبات آلی طبیعی (غیر کلاس III) که اهمیت سم شناسی مستقیم کمی دارند.
امروزه بسترهای GAC در تصفیه خانه های آب ایالات متحده برای حذف ترکیبات کلاس I وجود دارد. استفاده از کربن اکتیو گرانولی (GAC) برای حذف ترکیبات کلاس II، III و IV موثر هستند. ترکیبات کلاس V مورد توجه هستند زیرا ممکن است برای مکان‌های جذب رقابت کنند و در نتیجه حذف سایر ترکیبات را کاهش دهند.
بیشتر بخوانید: روش های تصفیه آب چیست؟
عوامل موثر برای راندمان جذب کربن اکتیو
راندمان جذب در کربن‌های فعال به میزان زیادی به ویژگی‌ها و ساختار هر نمونه کربن فعال بستگی دارد. در عمل، کربن‌های فعال مختلف برای کاربردها و شرایط متنوع ممکن است بهترین راندمان را داشته باشند. برخی از عواملی که بر راندمان جذب تأثیر می‌گذارند عبارتند از:
- ساختار متخلخل در کربن های فعال :
ساختار متخلخل کربن فعال تأثیر زیادی بر راندمان جذب دارند. زیرا همین ساختارها و سوراخ‌ها در کربن فعال به جذب مواد آلاینده اجازه می‌دهند. سطح بیشتر و تخلخل بزرگتر می‌توانند راندمان جذب را افزایش دهند.
نوع آلاینده:
هر نمونه کربن فعال ممکن است برای حذف آلاینده‌های خاصی بیشترین راندمان را داشته باشد. برخی از کربن‌های فعال آمینه شده بهترین جواب را در حذف خاصیت‌های خاصی نشان می‌دهند.
اندازه ذرات:
اندازه ذرات کربن فعال (گرانولی، پودری، نانو و میله ای و …) نیز می توانند تاثیر زیادی بر راندمان داشته باشند. اندازه‌های کوچکتر ممکن است به سرعت جذب بیشتر کمک کنند.
فعال‌سازی:
نوع فعال سازی کربن اکتیو نیز مهم است. کربن فعال به صورت فعال شده (فعال‌سازی) معمولاً راندمان جذب بالاتری دارد. در فرآیند فعال‌سازی، کربن تحت شرایط دما و فشار بالا قرار می گیرد که به این مدل فرآیند فیزیکی می گویند و در روش دیگر فعال سازی از مواد شیمیایی استفاده می شود که به آن فرآیند شیمیایی می گویند.
منشأ و نوع کربن:
کربن‌های فعال از طریق منابع مختلف تامین می شوند و می توانند خصوصیات متفاوتی داشته باشند. برخی از منابع معروف شامل پوسته‌های نارگیل، گردو، برنج، هسته های زردآلو، هلو و … یا فعال سازی زغال سنگ باشند. هر کدام به دلیل ساختا رمتفاوت می توانند عملکرد متفاوتی داشته باشند. به عنوان مثال، کربن‌های فعال گرانولی برای کاربردهای تصفیه آب شهری به خوبی مورد استفاده قرار می‌گیرند، در حالی که کربن‌های فعال پودری برای فرآیندهای صنعتی با سرعت جذب بالا ممکن است موثرتر باشند. برای انتخاب کربن فعال توجه به نیازها و کاربردهای مورد استفاده می تواند بهترین انتخاب را پیش رو بگذارد.
نتیجه گیری:
کربن فعال به دلیل ماهیت متخلخل و سطح جذب بالا یک ماده موثر برای حذف آلاینده ها در آب می باشد. کربن اکتیو در تصفیه آب بخصوص در زمینه تصفیه آب شرب اهمیت زیادی دارد. به همین دلیل باید برای انتخاب کربن فعال در این صنعت دقت لازم را انجام دهید. توجه به برند، ساختار متخلخل که بتواند نیازهای مهم برای تصفیه آب از جمله: حذف رنگ، بو، مواد معدنی، آلاینده ها و … را انجام دهد مهم است. توجه داشته باشید کربن های فعال از منابع مختلف طبیعی و مصنوعی تولید و تهیه می شوند که هر کدام می تواند مزایا و معایب خاصی داشته باشد. علاوه بر این، نحوه فعال سازی کربن های فعال می توانند نقش موثری در راندمان بازدهی آنها داشته باشد. طبق تحقیقات انجام شده کربن های فعال حاصل از فرآیندهای شیمیایی عملکرد بهتری دارند.
