کربن فعال – Activated carbon

کربن فعال شکلی از کربن است که منافذ فراوان و سطح ویژه بالایی دارد و به عنوان زغال فعال نیز شناخته می شود. زغال فعال دارای بالاترین قابلیت جذب فیزیکی است و انواع مختلفی از نظر شکل ظاهری مانند پودری، گرانولی، اکسترود شده، مهره ای و آغشته با پلیمر دارد که بسته به نوع کاربرد، مورد مصرف واقع می شوند. کربن فعال به مواد شیمیایی خاص مانند الکل ها، دی ال ها، اسیدها و بازهای قوی، فلزات و بسیاری از مواد معدنی مانند لیتیم، سدیم، آهن، آرسنیک، فلوئور و اسید بوریک و مونوکسید کربن متصل نمی شود ولی جاذب خیلی خوبی برای ید است.

سنتز کربن فعال

کربن فعال از پیرولیز منابع کربن مانند بامبو، پوسته نارگیل و گردو، زغال سنگ، لیگنیت، چوب و باقی مانده های نفت به دست می آید و طی مراحل خاصی فعال سازی می شود. فعال سازی با دو روش صورت می گیرد:

•  فعال سازی فیزیکی

در این روش مواد خام بدون حضور هوا با گازهای گرم مخلوط می شوند. سپس این مواد در دمای بین 600 تا 900 درجه سانتی گراد حرارت داده می شوند و معمولا محیط واکنش را با گازهای آرگون یا نیتروژن پر می کنند به این مرحله کربونیزاسیون گفته می شود. در ادامه برای فعال سازی و اکسیداسیون، این مواد تحت تاثیر اکسید کننده هایی مانند اکسیژن، دی اکسید کربن و یا بخار در دمای بین 600 تا 1200 درجه سانتی گراد اکسید می شوند. زغال های فعال شده با این روش معمولا دارای منافذ ریز هستند و برای جذب مواد از مایعات و گازها مناسب هستند.

• فعال سازی شیمیایی

مواد خام با مواد شیمیایی خاص مانند اسیدها، بازها، نمک ها (فسفریک اسید، پتاسیم هیدروکسید، سدیم هیدروکسید، کلسیم کلرید، کلرید آلومینیوم، کلرید روی) آغشته می شوند. سپس مواد در دمای 450 تا 900 درجه سانتی گراد کربونیزه می شوند. در این روش گرم کردن مواد در دمای بالا باعث تجزیه هیدرات ها، کربنات ها و دیگر ترکیبات شده و مواد خارج می شوند و ساختمان کربن بی شکل می شود و یک ساختمان متخلخل با سطح زیاد ایجاد می کند. کربن فعال شده با این روش دارای منافذ زیادی است و برای جذب مولکول های بزرگ مناسب است.

فعال سازی شیمیایی بهتر از فعال سازی فیزیکی است چون هم در دمای پایین تر و هم زمان کوتاه تری برای فعال کردن مواد صرف می شود.

کاربردهای کربن فعال

زغال فعال در تصفیه هوا، آب و فاضلاب برای حذف آلاینده هایی مانند بخارات روغن، بو و دیگر هیدروکربن ها به کار می رود. زغال فعال همچنین در از بین بردن کافئین، تصفیه طلا، تصفیه گاز، استخراج فلزات، داروسازی، سفید کردن دندان و در فیلترهای هوا در ماسک های گاز و تنفس استفاده می شود. از دیگر کاربردهای زغال فعال می توان به تصفیه محلول های آبکاری فلزات، کروماتوگرافی (به عنوان فاز ثابت)، رنگبری از قند و شکر، حذف بو و طعم از انواع نوشیدنی ها، ذخیره گاز طبیعی و هیدروژن، نگهداری گازهای رادیواکتیو و تصفیه محلول های مولکول های آلی که حاوی ناخالصی های آلی رنگی هستند اشاره کرد.

کربن فعال در تولید دام به عنوان آفت کش و در خوراک حیوانات به عنوان ضد عفونی کننده و در تولید شراب برای جذب رنگدانه های قهوه ای از آب انگور به کار می رود. در درمان اسهال، سوء هاضمه، استفراغ و مسمومیت استفاده می شود. با این حال برای برخی از مسمومیت ها مانند اسیدها و بازهای قوی، سیانور، آهن، آرسنیک، متانول، اتانول و اتیلن گلیکول بی اثر است.