درمورد کربن اکتیو بیشتر بدانید

عملکرد زغال اکتیو چگونه است ؟

کربن اکتیو نوعی ماتریس کربن خنثی به همراه میلیون ها ریز متخلخل با سطح داخلی بسیار بزرگ (700 تا 1500 متر مربع بر گرم) می باشد.  سطح داخلی زغال اکتیوها بسیار مناسب و ایده آل جهت عمل جذب می باشد. زغال اکتیوها از موادی مانند چوب، زغال سنگ، ذغال سنگ نارس و پوسته نارگیل ساخته می شوند. این کربن از طریق یک فرآیند حرارتی تشکیل می شود که در آن اجزای فرار از مواد مملو از کربن (مواد خام) در حضور اکسیژن حذف می شوند.

جریان گاز از کربن فعال عبور می کند، جایی که اجزای حذف شونده از طریق جذب با کربن فعال پیوند می خورند تا زمانی که اشباع شود. پس از رسیدن به سطح اشباع کربن فعال، جایگزین یا بازسازی می شود. در صورت تعویض، کربن فعال اشباع شده به طور معمول به تامین کننده بازگردانده می شود، که آن را به عنوان زباله (شیمیایی) دفع می کند یا آن را بازسازی می کند.

اگر شرکت خود کربن فعال را احیا کند، به آن جذب احیا کننده می گویند.

نحوه بیان سطح اشباع کربن اکتیو

در اکثر مواقع میزان سطح اشباع بر حسب گرم بر کیلوگرم اندازه گیری می شود. این میزان سطح اشباع از طریق میزان غلظت در هوا مشخص می شود. فشار جزئی یک جزء با غلظت جزء در گاز و فشار گازهای دودکش تعیین می شود. با غلظت های بیشتر و فشار بیشتر، فشار جزئی جزء افزایش می یابد.

کربن فعال ها دارای ایزوترم در حالت خطی می باشند. ظرفیت زغال اکتیو ها در فشارهای جزئی بالا، به مراتب افزایش پیدا می کند. این مسئله سبب می شود  تا در یک دمای معین، کربن فعال ظرفیت جذب بالاتری در غلظت های ورودی بالا نسبت به غلظت های ورودی پایین داشته باشد. با این حال، در دماهای بالاتر ظرفیت جذب کاهش می یابد.

در حالت کلی چیزی در حدود 20 تا 25 گرم حلال در 100 گرم از کربن اکتیو می تواند در طول جذب موثر، جذب شود. اگر جزء جاذب ضعیفی باشد، دما یا رطوبت هوا افزایش می یابد، ظرفیت کاهش می یابد. این مقدار مرجع برای کربن فعال آغشته شده، جایی که فرآیند از طریق جذب شیمیایی انجام می شود، قابل اعمال نیست .

فرایند جذب

عملکرد جذب اکثرا در محیطی از کربن اکتیو (کربن فعال) انجام می شود. در ادامه ناحیه ای جذب در بستر به وجود می آید که موقع اشباع شدن بستر از ورودی هوا به خروجی حرکت می کند. هوا با 100 درصد غلظت ورودی وارد ناحیه اشباع شده و در حالت تعادل با کربن فعال در کمترین فشار بخار ممکن از منطقه خارج می شود.

محیط پیش  از منطقه جذب به صورت کامل اشباع شده است و تقریباً هیچ جذبی بعد از منطقه جذب صورت نگرفته است. زمانی که ناحیه ای که در آن جذب صورت گرفته به انتهای بستر می رسد، فیلتر زغال اکتیو اشباع می شود و یا نیاز به جایگزینی بستر با کربن فعال جدید یا به بازسازی بستر دارد.

کربن فعال آغشته شده

زغال اکتیوها را جهت به کارگیری آن ها در کاربردهای خاص و بهبود راندمان حذف به صورت شیمیایی تصفیه و یا اشباع می کنند. کربن اکتیو آغشته به دست آمده این گونه عمل می کند که اجزای خاصی را در اندازه کافی جذب و حفظ می کنند تا ماده شیمیایی با آلاینده واکنش نشان دهد (جذب شیمیایی صورت گیرد).

قابل به ذکر است که هدف از طراحی و ساخت زغال اکتیو آغشته شده جهت جمع آوری اجزای شیمیایی که عمل جذب آن ها توسط کربن فعال استاندارد سخت و دشوار است می باشد.

کاربرد کربن اکتیو آغشته شده

• با اکسیدان ها، به عنوان مثال کربن فعال آغشته به KMnO4 جهت حذف بو
• با ترکیبات گوگرد آغشته به کربن فعال، جهت از بین بردن موثرتر فلزات سنگین مانند جیوه (جیوه) از طریق تشکیل سولفیدها.
• آغشته به KI (یدید پتاسیم) جهت افزایش ظرفیت جذب H2S، به موجب آن H2S به SO2 اکسید می شود.
• آغشته به اسیدی مانند اسید سولفوریک برای جمع آوری اجزای باز مانند NH3
• آغشته کردن به یک باز (به عنوان مثال NaOH) برای جمع آوری اجزای اسیدی مانند H2S.

تمامی فرایند های جذب موجب ایجاد گرما می شوند ، به این حالت که انرژی و گرما در طول فرایند جذب در بستر رها می شوند. کربن اکتیو و یا فلزات موجود در زغال اکتیو ها می توانند منجر به اکسیداسیون کاتالیزوری VOC در بستر شوند، که این موضوع خود موجب ایجاد گرمای شدیدی می شود که حتی می تواند موجب ایجاد احتراق خود به خودی در بستر شود و یا بخشی از نتیجه را از بین برد. اگر کل بستر از بین نرود، در اثر دماهای بالا (تغییر اندازه منافذ) خواص کربن فعال در بقیه بستر تغییر می کند.

قابل به ذکر است که این موضوع در درجه اول نوعی خطر برای هیدروکربن های خاصی مانند کتون و سقز می باشد. نکته جالب اینجاست که کربن اکتیوها برای غلظت های بالا حتی در گازهای در دمای اتاق، موجب ایجاد نقاط داغ در نتیجه کاهش عملکرد جذب و یا سوختن بیشتر می شود.

جهت جلوگیری و خودداری از احتراق خود به خودی می توان هوا را به صورت مرطوب نگه داشت، اما دقت داشته باشید که مرطوب کردن هوا مشکلی در کاهش کارایی کربن اکتیو ایجاد نکند.

پس از اشباع، کربن فعال باید بازسازی یا جایگزین شود. استفاده از کربن فعال با موارد زیر تعیین می شود:

غلظت آلاینده

 استفاده بیشتر درغلظت آلاینده بالاتر. با این حال، بار خاص افزایش می یابد. به عبارت دیگر، جهت جمع آوری یک مقدار آلاینده خاص، به کربن فعال کمتری نیاز است.

نوع آلاینده

دمای گاز: دمای بالاتر منجر به استفاده بیشتر می شود.

رطوبت گاز: سطح رطوبت بالاتر منجر به استفاده بیشتر می شود

فشار: فشار بیشتر منجر به مصرف کمتر می شود

جنبه های زیست محیطی

زغال اکتیو های استفاده شده حتما باید احیا شوند و یا از بین بروند (سوخته شوند). در بیشتر موارد، کربن فعال استفاده شده را می توان با هزینه اضافی به تامین کننده کربن فعال بازگرداند. در بیشتر موارد، این نیز از نظر اقتصادی مقرون به صرفه ترین راه حل است.

اگر بازسازی در محل انجام شود، کربن‌های فعال زمان قرارگیری طولانی‌تری دارند و ضایعات کمتری تولید می‌کنند.

مزایای کربن اکتیو

• راندمان بالا در حذف VOC
• تکنولوژی ساده و قوی
• مناسب برای فرآیندهای ناپیوسته
• ساده در نگهداری
• آسان برای قرار دادن

معایب کربن اکتیو

• گرد و غبار می تواند منجر به انسداد شود
• مخلوط کردن اجزا ممکن است منجر به نقص اولیه شود
• برای گازهای دودکش مرطوب مناسب نیست (برای کربن فعال آغشته شده کمتر مهم است)
• خطر احتراق خود به خود در بستر (کتون، سقز و …)
• خطر پلیمریزاسیون برای هیدروکربن های غیراشباع روی کربن فعال (گرمازایی و باعث انسداد می شود)

برنامه های کاربردی کربن اکتیو

جذب کربن فعال به طور گسترده برای موارد زیر قابل استفاده است:

• حذف حلال ها و VOC ها در چاپ، رنگ آمیزی اسپری …
• حذف دیوکسین ها، فلزات سنگین مانند جیوه و سایر انتشارات باقیمانده در زباله سوز.
• بو زدایی، تهویه مطبوع
• تمیز کردن گازهای فرآیندی مانند گازهای مصنوعی، هیدروژن، گاز طبیعی، دی اکسید کربن، گاز از دفن زباله و بازیابی حلال.
• بازیابی بخارات پرکلرواتیلن در تمیز کردن خشک
• حذف VOC در ریخته گری