کربن اکتیو یکی از مواد پرکاربرد در حوزه‌های صنعتی و محیط‌زیستی است که به دلیل ویژگی‌های ساختاری منحصربهفرد، در فرآیندهای جذب و پالایش نقش مؤثری ایفا میکند. شناخت این ماده می‌تواند به انتخاب بهینه در کاربردهای مختلف کمک کند.
کربن فعال یا کربن اکتیو چیست؟
کربن فعال یا زغال فعال (Activated Carbon) گروهی از مواد کربنی با ساختار بسیار متخلخل و سطح ویژه بالا هستند که توانایی جذب فوق‌العاده‌ای دارند. این ماده به‌دلیل ویژگی‌های جذبی منحصربهفرد خود در صنایع متعددی از جمله تصفیه آب و فاضلاب، تصفیه هوا، صنایع داروسازی، آرایشی و بهداشتی، و شیمیایی کاربرد گسترده‌ای دارد.
مواد اولیه مورد استفاده برای تولید کربن فعال می‌تواند شامل پوست نارگیل، چوب، پوست گردو و سایر منابع کربنی باشد. در این مقاله از سایت سحر آب صنعت به بررسی روش‌های تولید و فعالسازی، انواع و کاربردهای کربن فعال میپردازیم. با ما همراه باشید.
کربن فعال از چه چیزی ساخته میشود؟
کربن اکتیو می‌تواند از انواع مواد اولیه‌ی غنی از کربن تولید شود. یکی از متداول‌ترین این مواد، پوست نارگیل است. کربن فعال تهیه‌شده از پوست نارگیل، ساختاری متراکم و سطح ویژه‌ی بالایی دارد که آن را برای جداسازی و پالایش مواد محلول در آب بسیار مناسب می‌سازد. به همین دلیل، این نوع کربن فعال در صنایع تصفیه آب و تصفیه فاضلاب کاربرد گسترده‌ای دارد.
چوب نیز یکی دیگر از مواد خام رایج برای تولید کربن اکتیو است. به دلیل داشتن ساختار متخلخل درشت‌تر، کربن فعال چوبی بیشتر در کاربردهایی با حجم بالا مانند صنایع کشاورزی و تصفیه آب صنعتی استفاده میشود.
علاوه بر این، زغال‌سنگ، قیر، کک نفتی، پوسته های آجیل، خاک‌اره و سایر ضایعات کشاورزی نیز به‌عنوان منابع اولیه‌ی مقرون‌به‌صرفه برای تولید کربن فعال به کار می‌روند.
نوع ماده‌ی اولیه، تأثیر مستقیم بر اندازه‌ی منافذ، ساختار فیزیکی و شیمیایی، و ظرفیت جذب کربن فعال نهایی دارد؛ بنابراین انتخاب ماده‌ی اولیه باید بر اساس نوع کاربرد نهایی انجام شود.
نحوه تولید کربن اکتیو و مراحل فعالسازی آن
تبدیل کربن موجود در ماده خام اولیه به کربن فعال به روش‌های فیزیکی و شیمیایی صورت میگیرد. در ابتدا فرآیند تولید کربن یا کربن سازی (Carbonization) و بعد از آن فرآیند فعالسازی کربن (Activation) انجام میگیرد تا ساختار آن را به سطحی متخلخل و با قدرت جذب تبدیل کند.
روش‌های فعالسازی کربن اکتیو
1- فعالسازی فیزیکی
در روش فعال سازی فیزیکی ابتدا ماده‌ی خام (مانند پوست نارگیل، چوب یا زغال‌سنگ) طی فرآیندی به نام پیرولیز، در دمایی بین 600 تا 900 درجه‌ی سانتی‌گراد، در شرایط کنترل‌شده و بدون حضور اکسیژن یا اکسیژن کم حرارت داده میشود. این فرآیند که بعنوان کربن سازی یا کربونیزاسیون شناخته میشود، منجر به تولید کربن خام می‌گردد. در این روش، کربن خام حاصل از مرحله‌ی اول در معرض بخار آب، هوا یا دی‌اکسید کربن (CO₂)، در دمای بالا بین 800 تا 1100 درجه‌ی سانتی‌گراد مجدداً حرارت داده میشود. این فرآیند منافذ ریز را در ساختار کربن ایجاد کرده یا گسترش میدهد و سطح ویژه و قدرت جذب آن را افزایش میدهد.
2- فعالسازی شیمیایی
در این روش، ماده‌ی خام با مواد شیمیایی مانند روی کلرید، پتاسیم کربنات یا هیدروکسید پتاسیم آغشته میشود. سپس در دمای پایین‌تری (بین 400 تا 600 درجه‌ی سانتی‌گراد) حرارت داده میشود. این فرآیند باعث ایجاد ساختار متخلخل و بهبود ویژگی‌های جذب سطحی میشود. فعالسازی شیمیایی معمولاً انرژی‌بر کمتری دارد و برای مواد اولیه‌ای مانند چوب، ضایعات برنج و پوست گردو کاربرد دارد.
انواع کربن فعال
کربن اکتیو از نظر کاربرد، اندازه ذرات، مشخصات ظاهری و ساختار فیزیکی به انواع مختلفی تقسیم میشوند. هرکدام از انواع کربن فعال برای مصارف خاصی استفاده میشوند و کاربرد اختصاصی خود را در صنعت دارند. در زیر به رایج‌ترین انواع کربن فعال اشاره میکنیم:
1. کربن فعال پودری (Powdered Activated Carbon – PAC)
این نوع از کربن اکتیو به صورت پودری میباشد و ریزترین ذرات با اندازه کمتر از 0.18 میلی‌متر و قطر بین 15 تا 30 میکرون را دارد. به دلیل اندازه کوچک و قدرت جذب بالا در فیلتر کربنی تصفیه آب و تصفیه فاضلاب، تصفیه و صنایع دارویی و غذایی استفاده میشود. برخی از پودرهای کربن فعال در رده خوراکی هستند که به آنها پودر کربن فعال خوراکی گفته می شود.
2. کربن فعال گرانولی (Granular Activated Carbon – GAC)
نوع گرانولی زغال فعال از دانه‌های درشت تری نسبت به مدل پودری آن برخوردار است و اندازه ای بین 0.2 تا 5 میلی متر دارد. این مدل نسبت به نوع پودری از قدرت جذب و سطح تماس کمتری برخوردار است ولی مقاومت و پایداری آن بالاتر است. این مدل از کربن فعال در تصفیه آب، بوزدایی، مقاومت در برابر عبور آلاینده های موجود در سیالات استفاده میشود. این نوع کربن فعال قابلیت بازیابی دوره ای دارد و در هر بازیابی حدود 5 الی 15 درصد از حجم خود را از دست میدهد.
3. کربن فعال میله ای یا اکسترود (Extruded Activated Carbon – EAC)
این نوع کربن فعال به شکل استوانه‌ای و یکپارچه تولید میشود و معمولاً برای کاربردهایی مثل جذب بخارات، گازهای سمی و تصفیه هوا استفاده میشود. EAC مقاومت مکانیکی بالایی دارد و در فیلترهای صنعتی، خصوصاً در صنایع پتروشیمی، بسیار پرکاربرد است. این نوع کربن در شکل استوانه و با قطر حدودا 0.8 تا 130 میلی‌متر موجود میباشد. به دلیل مقاومت مکانیکی بالا، افت فشار کم و میزان گرد و غبار اندک در حیطه جذب گازی استفاده میشود. علاوه بر این در صنایع تصفیه آب، تصفیه فاضلاب، صنایع پتروشیمی، خودروسازی و تصفیه هوا هم کاربرد دارد.
مقایسه انواع کربن اکتیو
| نوع کربن فعال | شکل فیزیکی | اندازه ذرات (میلی‌متر) | سطح ویژه (m²/g) | حجم منافذ (cm³/g) | چگالی توده (g/cm³) | نفوذپذیری | مقاومت مکانیکی | میزان خاکستر (%) | کاربرد اصلی |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| پودری (PAC) | پودر ریز | کمتر از 0.18 | 800 – 1500 | 0.5 – 1.0 | 0.4 – 0.6 | بالا | پایین | 3 – 10 | تصفیه مایعات، صنایع دارویی و غذایی |
| گرانولی (GAC) | دانه‌ای | 0.2 – 5 | 700 – 1100 | 0.3 – 0.6 | 0.45 – 0.75 | متوسط | بالا | 3 – 12 | تصفیه آب و هوا، جذب گاز، بو زدایی |
| اکسترود شده یا میله ای(EAC) | میله‌ای فشرده | 0.8 – 130 | 500 – 800 | 0.4 – 0.7 | 0.65 – 0.85 | پایین | خیلی بالا | 3 – 15 | جذب گازها و بخارات سمی |
کاربردهای کربن فعال (کربن اکتیو) در صنایع مختلف
کربن اکتیو امروزه به یکی از مواد شیمیایی پر مصرف در صنایع مختلف تبدیل شده است که برای حذف آلاینده‌ها، رنگ، بو، عناصر سنگین، ترکیبات آلی و مواد سمی استفاده میشود. باتوجه به نوع نیاز و مصرف هریک از انواع ذغال فعال استفاده میشود. در زیر برخی از کاربردهای کربن فعال در صنایع مختلف را بیان میکنیم:
1. کاربرد کربن اکتیو در تصفیه آب و فاضلاب
کربن اکتیو در فرآیند تصفیه آب و فاضلاب با استفاده از فیلتر کربنی برای حذف مواد آلی مثل قارچ‌ها و ویروس‌ها، ناخالصی‌ها، فلزات سنگین، بو و طعم نامطبوع از آب یا پساب استفاده میشود. استفاده از کربن فعال در صنعت تصفیه آب و فاضلاب امروزه بسیار پر کاربرد شده است.
2. کاربرد کربن اکتیو در صنایع غذایی و نوشیدنی
از این ماده در صنایع غذایی و نوشیدنی به منظور بهبود طعم و رنگ آبمیوه، قندهایی مانند لاکتوز و فروکتوز استفاده میشود. همچنین در تولید آبمیوه، ماءالشعیر، روغن و قند وحذف ناخالصی‌ها نیز کاربرد دارد.
3.کاربرد کربن فعال در داروسازی و پزشکی
کربن فعال در پزشکی برای درمان مسمومیت‌ها و جذب سموم در دستگاه گوارش کاربرد دارد. همچنین در صنایع داروسازی برای تصفیه مواد اولیه، حذف ناخالصی‌ها و بهبود طعم و رنگ داروها استفاده میشود. در پزشکی نیز به عنوان جاذب در ماسک‌های تنفسی، درمان و کاهش علائم نفخ کاربرد دارد. این ماده به دلیل جذب بالا، نقش مهمی در تولید داروهای باکیفیت ایفا میکند.
4. کاربرد کربن اکتیو درصنایع آرایشی و بهداشتی
یکی دیگر از کاربردهای جالب و متفاوت کربن فعال استفاده از آن در تولید محصولات پوستی است. کربن فعال به دلیل خاصیت جذب کنندگی بالا، قابلیت پاکسازی پوست از آلودگی‌ها و چربی‌ها را دارا میباشد. از کربن فعال در تولید خمیر دندان و سایر محصولات لایه بردار نیز استفاده میشود.
5.کاربرد زغال فعال در تصفیه هوا و گاز
کربن فعال در تصفیه هوا و گاز نقش کلیدی دارد و در فیلترهای صنعتی، خانگی و ماسک‌های گاز برای جذب گازهای سمی (اکسید کربن، سولفور دی اکسید و نیتروژن اکسید)، آلاینده‌های هوایی و ترکیبات شیمیایی خطرناک استفاده میشود. ساختار متخلخل و سطح جذب بالای آن باعث شده در صنایع پتروشیمی، بیمارستان‌ها و محیط‌های آلوده کاربرد گسترده‌ای داشته باشد.
6. کاربرد کربن اکتیو در کشاورزی
از کربن اکتیو برای اهداف متنوعی در صنعت کشاورزی استفاده میشود. از تصفیه آب آبیاری گرفته تا جذب گازهای سمی تولید شده توسط گیاه، حذف ناخالصی در آفت کش‌ها، بهبود کیفیت خاک با حذف سموم باقی مانده و در نهایت افزایش کیفیت محصول.
7. زغال اکتیو برای آکواریوم
استفاده از کربن فعال در آکواریوم‌های آب شور و شیرین بسیار رایج است. از کربن فعال برای جذب مواد آلی محلول و ناخالصی‌های آب، بهبود بو و رنگ آب و در نهایت ساخت بستری مناسب و با کیفیت برای رشد ماهی‌ها و گیاهان استفاده میشود.
برندهای معتبر و شناخته‌شده کربن اکتیو
-
۱. Jacobi (سوئد)
یکی از قدیمی‌ترین و معتبرترین تولیدکنندگان کربن فعال بر پایه پوست نارگیل، با تنوع بالا در محصولات شامل پودری، گرانولی، قالبی و کروی. به‌خاطر کیفیت و تطبیق‌پذیری در صنایع «تصفیه آب شرب»، «امداد سم»، «صنایع غذایی» و «صنایع نفت و گاز» شناخته شده است.
-
۲. Norit (هلند)
برند پیشرو اروپایی که از سال 1918 فعال است. محصولاتش، به‌خصوص در گریدهای پودری و گرانولی، برای صنایع غذایی، دارویی و تصفیه آب/هوا محبوب‌اند .
-
۳. Calgon Carbon (ایالات متحده)
یکی از پیشگامان جهانی در صنعت کربن فعال که اولین محصولات این شرکت کربن استخراج شده از زغال‌سنگ قیری است. محصولات این برند در زمینه تصفیه آب وفاضلاب و تصفیه هوا استفاده میشود.
-
4. Adler (اتریش)
برند Adler یکی از برندهای معتبر اروپایی در حوزه تولید کربن فعال است و به دلیل کیفیت بالا، ثبات عملکرد و دقت در تولید شناخته میشود. کربن فعال ادلر عمدتاً در قالب‌های دانه‌ای (GAC) و پودری (PAC) ارائه میشود و برای استفاده در تصفیه آب خانگی و صنعتی، حذف آلاینده‌های آلی و بوی نامطبوع و فیلتراسیون هوا بسیار محبوب است.
-
5. پارس رفسنجان (RPAC)
شرکت کربن فعال پارس رفسنجان (RPAC) به عنوان یکی از پیشگامان تولید کربن اکتیو ایرانی شناخته میشود که با استفاده از پوست پسته با روش فیزیکی کربن فعال تولید میکند. این شرکت با بهره‌گیری از فناوری پیشرفته و رعایت استانداردهای بین‌المللی، محصولات با کیفیتی را برای بازار داخلی و جهانی تولید میکند. کربن فعال پارس رفسنجان به دلیل کیفیت بالا و تنوع محصولاتش، در صنایع مختلف کاربرد گسترده‌ای دارد.
کربن فعال از کجا بخریم؟
اگر قصد خرید کربن فعال را دارید با توجه به تنوع بالای انواع کربن فعال در بازار و تفاوت در کیفیت و قیمت آنها، در ابتدا باید از کیفیت و برند محصول مطمئن شوید و پس از آن از سایت های معتبر تامین کننده اقدام به خرید نمایید.
آخرین دیدگاه‌ها