اصل جذب کربن فعال

معرفی کربن فعال

کربن فعال یک پودر سیاه یا ماده کربن دانه ای است. به دلیل آرایش نامنظم کربن ریز کریستالی در ساختار کربن فعال، منافذی بین اتصالات متقابل-وجود دارد و در حین فعال سازی، نقص ساختار کربن ایجاد می شود، بنابراین نوعی کربن متخلخل با چگالی ظاهری کم است. سطح ویژه بزرگ مواد اصلی فیلتر.

تولید کربن فعال

ماده خام اصلی کربن فعال می تواند تقریباً همه مواد آلی غنی از کربن باشد، مانند زغال سنگ، چوب، پوسته میوه، پوست نارگیل، پوست گردو، پوسته زردآلو، پوست عناب و غیره. این مواد کربن دار به کربن فعال توسط تجزیه در اثر حرارت در دمای بالا و فشار معین در یک کوره فعال سازی. در طی این فرآیند فعال‌سازی، یک سطح بزرگ و یک ساختار منافذ پیچیده به تدریج تشکیل می‌شود و به اصطلاح فرآیند جذب درون و روی این منافذ انجام می‌شود. اندازه منافذ موجود در کربن فعال یک اثر جذب انتخابی بر روی ماده جاذب دارد که به این دلیل است که ماکرومولکول ها نمی توانند کوچکتر از منافذ آن وارد منافذ کربن فعال شوند. کربن فعال یک جاذب آبگریز است که از مواد اولیه- کربنی ساخته شده است که در دمای بالا کربنیزه شده و فعال می شوند. کربن فعال حاوی تعداد زیادی ریز منافذ است و دارای سطح وسیعی است که می تواند به طور موثر رنگ و بو را حذف کند و می تواند اکثر آلاینده های آلی و برخی مواد معدنی موجود در پساب ثانویه از جمله برخی فلزات سنگین سمی را حذف کند.

اصل کربن فعال

1) اصل فیلتر کردن

فیلتر کربن فعال فرآیندی برای رهگیری آلاینده ها در حالت معلق در آب است و مواد معلق رهگیری شده شکاف بین کربن های فعال را پر می کند. اندازه منافذ و تخلخل لایه فیلتر با افزایش اندازه ذرات ماده کربن فعال افزایش می یابد. یعنی هرچه اندازه ذرات کربن فعال درشت تر باشد، فضایی که می تواند جامدات معلق را در خود جای دهد بزرگتر می شود. این به صورت افزایش ظرفیت فیلتراسیون، افزایش ظرفیت نگهداری کثیفی و افزایش شنود کثیفی آشکار می شود. در عین حال، هر چه منافذ لایه فیلتر کربن فعال بزرگتر باشد، مواد جامد معلق در آب را می توان به لایه بعدی فیلتر کربن فعال عمیق تر منتقل کرد. در شرایط ضخامت حفاظتی کافی، جامدات معلق را می توان بیشتر نگه داشت و لایه های میانی و پایینی فیلتر را کارآمدتر کرد. عملکرد رهگیری به خوبی اعمال می شود و میزان رهگیری آلاینده واحد افزایش می یابد.

به بیان دقیق، ظرفیت نگهداری کربن فعال برای جامدات معلق از سطحی است که توسط کربن فعال ارائه می شود. هنگامی که نرخ جریان کم است، ظرفیت فیلتراسیون واحد عمدتاً از اثر غربالگری کربن فعال ناشی می شود و زمانی که سرعت جریان سریع است، ظرفیت فیلتراسیون از اثر جذب سطح ذرات کربن فعال ناشی می شود. هر چه چسبندگی قوی تر باشد.

2) اصل جذب

با توجه به نیروهای مختلف بین مولکول های کربن فعال و مولکول های آلاینده در طول فرآیند جذب، جذب را می توان به دو دسته تقسیم کرد: جذب فیزیکی و جذب شیمیایی (که به عنوان جذب فعال نیز شناخته می شود). در فرآیند جذب، زمانی که نیروی بین مولکول‌های کربن فعال و مولکول‌های آلاینده نیروی واندروالسی (یا جاذبه الکترواستاتیکی) باشد، جذب فیزیکی نامیده می‌شود. وقتی نیروی بین مولکول‌های کربن فعال و مولکول‌های آلاینده پیوندهای شیمیایی باشد، جذب شیمیایی نامیده می‌شود. . قدرت جذب جذب فیزیکی عمدتاً به خواص فیزیکی کربن فعال مربوط می شود و ارتباط چندانی با خواص شیمیایی کربن فعال ندارد. از آنجایی که نیروی واندروالس ضعیف است، تأثیر کمی بر ساختار مولکول های آلاینده دارد. این نیرو همان نیروی پیوستگی بین مولکولی است، بنابراین جذب فیزیکی را می توان با پدیده تراکم مقایسه کرد. خواص شیمیایی آلاینده ها پس از جذب فیزیکی بدون تغییر باقی می ماند.

به دلیل پیوند شیمیایی قوی، تأثیر زیادی بر ساختار مولکول های آلاینده دارد، بنابراین جذب شیمیایی را می توان به عنوان یک واکنش شیمیایی در نظر گرفت که نتیجه برهم کنش شیمیایی بین آلاینده ها و کربن فعال است. جذب شیمی به طور کلی شامل اشتراک جفت الکترون یا انتقال الکترون است، نه اغتشاش ساده یا قطبش ضعیف، و یک فرآیند واکنش شیمیایی برگشت ناپذیر است. تفاوت اساسی بین جذب فیزیکی و جذب شیمیایی در نیرویی است که پیوند جذب را ایجاد می کند.

فرآیند جذب فرآیندی است که در آن مولکول های آلاینده به سطح جامد جذب می شوند و انرژی آزاد مولکول ها کاهش می یابد. بنابراین فرآیند جذب یک فرآیند گرمازا است و گرمای آزاد شده را گرمای جذب آلاینده در سطح جامد می گویند. با توجه به نیروهای مختلف جذب فیزیکی و جذب شیمیایی، تفاوت‌های خاصی را در گرمای جذب، سرعت جذب، انرژی فعال‌سازی جذب، دمای جذب، انتخاب‌پذیری، تعداد لایه جذب و طیف جذب نشان می‌دهند.

فناوری جذب کربن فعال سال‌هاست در چین در پالایش و رنگ‌زدایی صنایع دارویی، شیمیایی و غذایی استفاده می‌شود. از دهه 1970 برای تصفیه فاضلاب صنعتی استفاده می شود. عمل تولید نشان می دهد که کربن فعال دارای جذب عالی برای ردیابی آلاینده های آلی در آب است و اثر جذب خوبی بر پساب های صنعتی مانند چاپ و رنگرزی پارچه، صنایع شیمیایی رنگ، صنایع غذایی و صنایع شیمیایی آلی دارد. در شرایط عادی، دارای توانایی منحصر به فردی برای حذف ترکیبات آلی است که با شاخص های جامعی مانند BOD و COD در فاضلاب، مانند رنگ های مصنوعی، سورفکتانت ها، فنل ها، بنزن ها، کلرهای آلی، آفت کش ها و محصولات پتروشیمی نشان داده می شوند. بنابراین جذب کربن فعال به تدریج به یکی از روش های اصلی تصفیه ثانویه یا ثالثی پساب های صنعتی تبدیل شده است.

جذب، فرآیند کند-عملکرد یک ماده به سطح ماده دیگر است. جذب یک پدیده سطحی است که با تغییرات کشش سطحی و انرژی سطحی مرتبط است. دو قابلیت حرکتی وجود دارد که باعث جذب می شود، یکی دفع آب حلال به مواد آبگریز و دیگری جذب میل ترکیبی جامدات به املاح است. بیشتر جذب در تصفیه فاضلاب نتیجه اثر ترکیبی این دو نیرو است. سطح ویژه و ساختار منافذ کربن فعال به طور مستقیم بر ظرفیت جذب آن تأثیر می گذارد. هنگام انتخاب کربن فعال، باید از طریق آزمایش با توجه به کیفیت فاضلاب تعیین شود. برای چاپ و رنگرزی فاضلاب، گونه های کربنی با منافذ انتقال توسعه یافته باید انتخاب شوند. علاوه بر این، محتوای خاکستر نیز تأثیر دارد. هرچه مقدار خاکستر کوچکتر باشد، عملکرد جذب بهتر است. هرچه اندازه مولکول جاذب به قطر منافذ کربن نزدیک‌تر باشد، جذب آن آسان‌تر است. غلظت جذب شده نیز بر ظرفیت جذب کربن فعال تأثیر می گذارد. در محدوده غلظت معین، ظرفیت جذب با افزایش غلظت جاذب افزایش می یابد. علاوه بر این، دمای آب و pH نیز نقش دارند. ظرفیت جذب با افزایش دمای آب کاهش یافت.