کربن فعال

دانلود کاتالوگ

شرح مراحل تولید کربن اکتیو:

1. آب گیری (Dehydration) :

طی این مرحله به کمک حرارت آب و رطوبت مواد اولیه گرفت می شود. مدت زمان آن بستگی به درصد رطوبت اولیه مواد خام دارد به طبع وجود رطوبت بیشتر در مواد اولیه نیازمند ماند بیشتر در این مرحله خواهد بود. دما در این مرحله تقریباً 170 درجه سانتی گراد می باشد. لازم بذکر است انجام دقیق و مناسب این مرحله بر سایر مراحل و در نهایت بر کیفیت کربن اکتیو تولیدی تاثیر خواهد گذاشت. درصد رطوبت زیاد محیط و هوا منطقه نیز بر این مرحله موثر است. لذا در مناطق خشک و کویری تولید بهتر صورت می گیرد.

2. کربنیزه کردن یا کربونیزاسیون (Carbonization):
در کربونیزاسیون تلاش می گردد که مواد اولیه تبدیل به کربن خالص گردد لذا اجزاء غیرکربنی مواد خام از قبیل هیدروژن و اکسیژن به‌ صورت گاز از حذف می‌شوند و کربن‌های آزاد، بلورهای گرافیت گروهی تشکیل می‌دهند. به‌دلیل وجود منافذ در بین بلورها کربن اکتیو آرایش بلورها از دو طرف به‌ صورت نا منظم می‌باشد.

درجه حرارتی کربنیزاسیون تولید کربن فعال در دمای زیر ۸۰۰ درجه سانتیگراد در محیطی با یک ورودی از هوا رخ می‌ دهد.

پارامترهای مهم تعیین ‌کننده کیفیت ذغال فعال تولید شده به شرح زیر است:

۱- مقدار حرارت عملیاتی
۲- دمای نهائی
۳- مدت آب گیری

فرآیند ایجاد حفرات و منتفذ در کربن اکتیو:

منافذ ریز در کربن اکتیو کارآیی اصلی دارند این منافذ در دمای حدود ۵۰۰ درجه سانتیگراد در کربن اکتیو شکل می‌گیرد.

در حین تولید کربن فعال، بعضی از این منافذ فوق به ‌وسیله ماده قیری آزاد شده در حین فرآیند پیرولیز کربن اکتیو مسدود می‌شود که می‌تواند سطح فعال کربن اکتیو را کم کند برای رفع این مشکل، دوباره کربن اکتیو تا ۸۰۰ درجه سانتیگراد حرارت داده می شود. که در نهایت دوباره این منافذ باز می شوند و همچنین از طرفی افزایش دما تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد و بیش از آن باعث سخت شدن ساختار کربن اکتیو می گردد ولی از طرف دیگر سبب کاهش درجه تخلخل محصول خواهد شد.

3. مرحله فعال ‌سازی کربن اکتیو:
فعال سازی کربن فعال به معنی افزایش کارایی آن می باشد. عمل فعال‌سازی باعث بزرگ شدن قطر حفره‌هایی می‌شود که در حین فرآیند کربونیزاسیون ایجاد شده‌اند و همچنین باعث ایجاد یک ‌سری حفره های ریز نیز خواهد شد لذا سبب افزایش مساحت سطح داخلی خواهد شد.

کربن‌ فعال را با توجه به آرایش‌ یافتگی بلورهای آن به‌صورت گرافیت یا غیرگرافیت تعریف می کنند. کربن‌های گرافیتی دارای بلورهایی با سه بعد یکسان می‌باشند در صورتی ‌که در کربن‌های غیرگرافیتی اینگونه نمی ‌باشد. براساس توضیحات داده شده، در حین کربونیزاسیون سه فضای خالی در کربن ایجاد می شود که در حین کربونیزاسیون به ‌وسیله کربن‌های غیرآرایش ‌یافته "آمورف" مسدود می‌ شود. محصولات مرحله کربونیزاسیون دارای ظرفیت جذب خیلی کمی می‌باشند و احتمالاً این مسئله به‌ دلیل کربونیزاسیون در دمای پائین و وجود ماده قیری باقیمانده در منافذ بین بلورها و روی سطح آنها می ‌باشد. بعضی از محصولات کربونیزه شده را می‌توان با خارج ساختن مواد قیری به ‌وسیله حرارت دادن در بخار یا تحت گاز و یا عمل خالص‌ سازی به کمک حلال و یا واکنش‌های شیمیائی فعال کرد.

پدیده فعال ‌سازی به دو روش انجام می‌شود.
الف ـ فعال‌سازی شیمیائی:

در این روش کربن اکتیو با کمک مواد فعال ‌کننده مثل اسید فسفریک، کلرید روی، اسید سولفوریک و یدید پتاسیم فعال می گردد.

به این صورت که ماده خام با یکی از محلولهای غلیظ فوق اشباع می‌شود مواد فعال کننده فوق سبب از بین رفتن مواد سلولزی کربن اکتیو می گردد سپس کربن فعال حاصل تحت عملیات حرارتی ۴۰۰ تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد قرار می‌گیرد و مواد پرولیز شده سرد می ‌شوند در انتها با عملیات شستشو مواد فعال کننده را خارج می کنند.

ب ـ فعال‌سازی فیزیکی (فعالسازی توسط بخار):

در این روش کربن اکتیو با کمک بخار فعال می گردد.و ذغال فعال تولید شده توسط این روش معمولا دارای منافذ ریزهستند و برای جذب مواد از مایعات و گازها مناسب تر می باشند.

این روش بیشتر برای موادهای اولیه ای چون چوب نیم سوخته، زغال سنگ و پوست نارگیل که زغالی شده اند به کار می رود. فعال سازی کربن فعال در بازه دمایی1100-800 درجه سانتیگراد و در حضور بخار انجام می شود.
در آغاز مواد زغالی با بخار به گاز تبدیل می شوند که به واکنش water-gas معروف است:

) C + H₂O→+ 175.440 (KJ/KgMole) ( CO + H₂

این واکنش گرماگیر است و گرمای مورد نیاز توسط سوختن ناقص CO و H₂ بصورت زیر تامین می شود:

( ₂2CO + O → ₂CO2 + (KJ/KgMole) 393.790 (

( ₂H2 + O₂ → + 396.650 (KJ/KgMole) ( 2H₂O

در ضمن هوا به مقدار مورد نیاز وارد واکنش می شود تا زغال نسوزد

تولید کربن اکتیو

پایه اصول تولید کربن فعال به شرح زیر است:

نوع ماده اولیه ( ماده خام)
مشخصات فیزیکی کربن اکتیو (زغال فعال)
مقدار جذبی ذغال فعال ( عدد یودی)

پیرولیز چیست:

قبل از شرح تولید کربن اکتیو مفهوم پیرولیز بیان می گردد.

پیرولیز واژه پیرولیز از ترکیب دو کلمه یوناpyro) ) به معنی آتش (lysis )به معنی شکافت و جداسازی ساخته شده‌است. پیرولیز فرآیندی است که در آن مواد آلی ( مثل پوست گردو، پوست نارگیل، چوب، پوشته پسته ، دانه زرذآلوو . . . بوسیله گرما و در محیط فاقد اکسیژن سوخته می‌شوند و نتیجه تولید زغال کربن اکتیو به همراه بخار آب، گازهای جدید، مواد فرار، قطران می باشد.

زغال، کربن اکتیو و همچنین مایعات آلی، گاز و آب با نسبت های متفاوتی از این فرآیند بدست می‌آیند و نسبت و مقدار آنها بستگی به دمای تولید، مدت گرمادهی، زمان ماند، ماده خام و درصد رطوبت مواد خام دارد. با افزایش دما و زمان ماند گازهای تولیدی بیشتر و کربن اکتیو تولیدی کیفیت بهتر خواهد بود.

کربن فعال از پیرولیز مواد کربنی مثل پوسته پسته؛ پوست نارگیل، پوست گردو، چوب، زغال ‌سنگ و هسته میوه‌ها یا قیر حاصل می‌گردد .و سپس فعال ‌سازی می گردد. پیرولیز موادکربنی، در غیاب اکسیژن، باعث تخریب مولکول‌های غیرآلی می‌شود و در نهایت یک جسم جامد کربنی از آن ایجاد خواهد شد. کربن اکتیوتولید شده دارای حفره‌های زیادی و سطح حفرات به ازاء هر گرم چندین مترمربع می‌باشد.
کربن اکتیو حاصل از عملیات پیرولیز باید خصوصیات زیر را دارا باشد: