کاربرد کربن فعال در صنعت های مختلف

از اسامی مترداف کربن فعال می‌توان به زغال فعال، زغال اکتیو، کربن اکتیو اشاره نمود. این ماده به عنوان یکی از بهترین و منحصربه فردترین محصول جاذب در نوع خود به شماره می‌رود. دارای منافذ کوچک و کم حجم بوده و این منافذ دارای سطح ویژه‌ای برای جذب یا واکنش‌های شیمیایی می‌باشد.

درصد بالای منافذ و تخلخل‌های ریز موجود در کربن فعال، این امکان را محیا میسازد تا انواع ناخالصی‌های موجود در مایع و گازها را جذب نماید. صرفاً یک گرم از کربن فعال دارای سطحی بیشتر از 500 متر مربع می‌باشد است، که به این واسطه جذب ناخالصی‌های فاز گازی نیز حذف می‌گردد. ترکیب برخی مواد جاذب با کربن‌های فعال، سطح فعال‌سازی را برای انواع کاربردها افزایش می‌دهد و این میزان جذب بالا ناشی از سطح وسیع از آن می‌باشد. با این حال استفاده از مواد شیمیایی اغلب خواص جذبی را افزایش می‌دهد.

کربن فعال معمولاً از انواع زغال چوب و به طور فزاینده‌ای و با نوعی کود با تخلخل بالا به نام بیوچار به دست می‌آید. این دارو در فهرست داروهای ضروری سازمان جهانی بهداشت که فهرستی از مهم‌ترین داروهای مورد نیاز در یک سیستم بهداشتی پایه قرار دارد.

این ماده جاذب دارای میزان سطح باورنکردنی در واحد حجم است. همچنین کربن فعال دارای تعداد زیادی منافذ میکروسکوپی بوده که درون آنها جذب صورت می‌گیرد. عملکرد جذب کربن فعال با میزان جذب نیتروژن در یک محیط کنترل شده تعیین می‌شود. کیفیت جذب کربن فعال توسط ماهیت متخلخل کربن فعال مشخص می‌شود. به عنوان مثال آلاینده های آب به دلیل نیروهای جاذبه مولکولی با بسیاری از آلاینده‌ها تمایل به تجمع در این حفرات میکروسکوپی دارند.

کربن‌های فعال کاربردهای مختلفی اعم از استخراج فلزات، استخراج طلا، تصفیه آب، تصفیه هوا و گازها، داروسازی، تصفیه فاضلاب، فیلترینگ هوای فشرده، ماسک سازی، لاستیک‌سازی و جذب هیدروکربن دارند.

 خواص و کاربرهای عمده کربن فعال در انواع مختلف صنایع:

یکی از کاربردهای عمده صنعتی کربن فعال در زمینه تغییر سطح فلز است. کربن فعال به طور گسترده برای خالص سازی محلول‌های آبکاری استفاده می‌شود. به عنوان مثال این یک روش خالص‌سازی اصلی برای حذف ناخالصی‌های آلی از محلول‌های آبکاری نیکل براق است. انواع مواد شیمیایی آلی برای بهبود کیفیت رسوب آنها و برای افزایش خواصی مانند براق بودن، صافی، شکل پذیری و غیره به محلول‌های آبکاری اضافه می‌شود.

افزودنی‌های آلی به دلیل عبور جریان مستقیم و واکنش‌های الکترولیتی اکسیداسیون آندی و احیای کاتدی محصولات تجزیه شده ناخواسته در محلول تولید می‌کنند. تجمع بیش از حد آنها می‌تواند بر کیفیت آبکاری و خواص فیزیکی فلز رسوبی تاثیر منفی بگذارد. تصفیه به وسیله کربن فعال این گونه ناخالصی‌ها را حذف می‌کند و عملکرد آبکاری را به سطح مورد نظر باز می‌گرداند. خرید کربن فعال به منظور متفاوتی در صنایع گوناگون استفاده می‌شود، در زیر برخی از موارد خرید کربن فعال در صنایع مطرح شده است:

• کاربردهای پزشکی و آرایشی

کربن فعال برای درمان مسمومیت‌ها و نیز مصرف بیش از حد داروهای خوراکی استفاده می‌شود. برای تعدادی از مسمومیت‌ها از جمله مسمومیت با اسیدها یا بازهای قوی، آهن، لیتیوم، آرسنیک، متانول، اتانول یا اتیلن گلیکول موثر نیست. استفاده نادرست مثلاً در مورد ریه‌ها منجر به ورود کربن فعال به ریه‌ها می‌شود که در صورت عدم اقدام فوری درمان پزشکی می‌تواند گاهی کشنده باشد. استفاده از کربن فعال زمانی که ماده بلعیده شده اسید باز یا فرآورده نفتی باشد منع مصرف دارد.

کربن فعال به دلیل توانایی آن در پاک کردن سموم، کثیفی و چربی از روی پوست بدون ایجاد آسیب در محصولات آرایشی و بهداشتی استفاده می‌شود. همچنین خواص ضد باکتریایی استفاده در محصولات ضد پیری و درمان آکنه از دیگر مزایای کربن فعال است.

• کاربردهای شیمی تجزیه

 کربن فعال در ترکیب 50% وزنی با سلیت (پودری سفیدرنگ حاصل از بقایای فسیلی جلبک‌های کف رودخانه که دارای منافذ بسیار ریزی است) به عنوان فاز ثابت در جداسازی کروماتوگرافی کم فشار کربوهیدرات‌ها (مونو، دی-تری ساکاریدها) با استفاده از محلول های اتانول (5-50%) به عنوان فاز متحرک در پروتکل‌های تجزیه و تحلیل یا آماده سازی استفاده می‌شود.

• تصفیه گاز

فیلترهای دارای کربن فعال معمولاً در تصفیه هوا و گاز فشرده برای حذف بخارات روغن، بو، دی اکسید کرن و سایر هیدروکربن‌ها از هوا استفاده می‌شوند. رایج‌ترین طرح‌ها از اصل فیلتراسیون یک مرحله ای یا دو مرحله‌ای استفاده می‌کنند که در آن کربن فعال در داخل محیط فیلتر تعبیه شده است. این ماده همچنین در سیستم‌های پشتیبانی حیات اولیه لباس فضایی استفاده می‌شود. فیلترهای کربن فعال برای حفظ گازهای رادیواکتیو از کندانسور توربین راکتور آب جوش هسته‌ای به‌کار می‌رود. هوای خارج شده از کندانسور حاوی گازهای رادیواکتیو در بسترهای بزرگ زغال چوب این گازها را جذب می‌کند. در حالی که این گازها به سرعت به گونه‌های جامد غیر رادیواکتیو تجزیه می‌شوند آنها را نگه می‌دارد. مواد جامد در ذرات زغال سنگ محبوس می‌شوند در حالی که هوای فیلتر شده از آن عبور می کند.

• تصفیه آب

تصفیه آب آشامیدنی ترکیبی از انعقاد ته نشینی و فیلتراسیون را برای تامین آب سالم برای عموم به کار می‌برد. تصفیه آب یک عملکرد مهم کربن فعال است. در سیستم‌های تصفیه آب توسط فرآیند فیزیکی جذب باعث می شود ناخالصی‌ها به سطح ماده میچسبد. این ترکیبات شامل کلر، فلزات سنگین، مواد جانبی و سایر میکروارگانیسم‌های فرار است.

• تصفیه شیمیایی

در مقیاس آزمایشگاهی برای خالص سازی مولکول‌های محلول آلی حاوی ناخالصی‌های آلی رنگی ناخواسته استفاده می‌شود.

• جذب صدا

کربن فعال می تواند هوا و آب را فیلتر کند. انرژی‌های صوتی که در هوا و آب وجود دارد و از کربن فعال می‌توان برای جذب آن انرژی نیز استفاده کرد. انرژی صوت با درجه تخلخل بالا که در هر گرانول کربن فعال وجود دارد می‌تواند صدا را جذب نماید.

کربن فعال به شکل گرانول برای جذب محدوده فرکانس متوسط و بالا استفاده می‌گردد. از کربن فعال همچنین می‌توان در داخل فناوری جذب دیافراگمی برای افزایش سرعت جذب در جاذب دیافراگمی استفاده نمود.

• تصفیه عرقیجات

  فیلترهای کربن فعال را می‌توان برای فیلتر کردن ناخالصی‌های آلی و انواع عرق‌عای گیاهی استفاده نمود. در این فرآیند شفاف‌سازی، حذف رنگ، طعم و بو از مایع صورت می‌پذیرد.

• پالایش گاز جیوه

از کربن فعال آغشته به گوگرد یا ید به طور گسترده‌ای برای به دام انداختن و عدم انتشار جیوه از نیروگاه‌های زغال سنگ، کوره زباله سوزی پزشکی و گاز طبیعی در دهانه چاه استفاده می‌شود.

• صنایع غذایی

محصولات کربن فعال دارای کاربردهای گسترده‌ای در صنایع غذایی هستند. تا همواره محصولات غذایی را زیبا و با کیفیت جلوه دهند و دارای بو و طعم خوبی باشند. استفاده از کربن فعال در صنایع غذایی کمک می‌کند تا محصولات غذایی در تمام مراحل تولید از انواع آلاینده‌ها پاک شوند.

منابع: بازرگانی اسپوتا ، wikipedia