کربن فعال Activated carbon
 
آراکس بیتومین -آراکس معدن Arax mine-gilsonite
فروش گیلسونایت قیر طبیعی مستقیم از معدن مشارکت اکتشاف و استخراج GILSONITE-NATURAL BITUMEN
 
 

توجه به اندازه منفذ و توزیع اندازه دارای کاربردهای گسترده و ویژهای میباشند. در این مقاله مراحل تولید کربن فعال و ساختار منفذی انواع کربن فعال مورد بررسی قرار میگیرد.


کربن فعال به گروهی از مواد اطلاق میشود که مساحت سطح داخلی بالا، تخلخل و قابلیت جذب گازها و مایعات شیمیائی را دارند. کربنهای فعال بهعنوان جاذبهای حیاتی در صنایع شناخته شدهاند و کاربردهای گستردهای با توجه به قابلیت جذب گازها و مایعات مزاحم دارند و میتوان از آنها برای تصفیه و پاکسازی و حتی بازیافت موادشیمیائی استفاده نمود. کربنهای فعال بهدلیل ویژگیهای منحصربه فرد و همچنین قیمت پائین در مقایسه با جاذبهای غیرآلی مانند زئولیت از اهمیت ویژهای برخوردار میباشند. کربنهای فعال شده بهدلیل مساحت گسترده آنها، ساختار منفذی، ظرفیت جذب بالا و قابلیت فعالسازی مجدد سطح، یک ماده منحصربهفرد میباشند. کاربرد مهم و قابل اهمیت آنها در جداسازی بو، رنگ، مزههای غیردلخواه از آب در عملیاتهای خانگی و صنعتی، بازیافت حلال، تصفیه هوا بهویژه در رستورانها، صنایع غذائی و شیمیائی میباشد، همچنین با موادغیرآلی بهعنوان کاتالیست نیز استفاده میشوند. در داروسازی نیز برای مبارزه با یک نوع باکتری خاص مورد استفاده قرار میگیرند و بهعنوان جداکننده اسیدهای آروماتیک از حلال در داخل اسیداستیک نیز میتوان از کربن فعال استفاده کرد.کربنهای فعالشده محصولات پیچیدهای میباشند و به تبع طبقهبندی براساس رفتار، مشخصات سطح و روش آمادهسازی آنها مشکل میباشد، هر چند یکسری طبقهبندی براساس مشخصات فیزیکی آنها انجام شده است.

۱. کربن فعال پودری (دارای اندازهای کمتر از ۱۰۰ نامومتو و میانگین قطری بین ۱۵ تا ۲۵ میکرومتر)
۲. کربن فعال گرانولی (دارای اندازهای بزرگتر از کربن فعال شده پودری میباشد)
۳. کربن فعال کروی
۴. کربن تزریق شده
۵. کربن روکش شده با پلیمرها

استاندارد جذب برای کربن فعال مورد استفاده این است که بتواند تا حدود ۲۰% وزنی گاز GB و یا سیانوژن کلراید جذب نماید. اگر کربن فعال تازه باشد و در معرض رطوبت قرار نگرفته باشد خواهد توانست تا ۴۰% وزنی GB جذب نماید. تعداد زیادی از گازهای سمی را میتوان با گذراندن از کربن فعال شده از هوا جدا کرد، این خاصیت برای مواد شیمیائی با وزن مولکولی بالا از قبیل مواد شیمیائی GB مؤثر میباشد، گازهای سبک از قبیل کربن یا سیانوژن کلراید را نمیتوان بهراحتی سایر گازها جدا نمود، منواکسید کربن یکی از موادی است که به سختی میتوان به کمک کربن فعال جذب نمود ولی میتوان با استفاده از تزریق یکسری از موادشیمیائی به کربن فعال، قابلیت جذب اینگونه مواد را در کربن فعال ایجاد نمود و قدرت بازدارندگی کربن فعال را بالا برد. موادیکه بدین منظور میتوان استفاده نمود نمکهای نقره، مس و کرم میباشد.

● مراحل تولید

کربن فعال شده از پیرولیز موادکربنی از قبیل چوب، زغالسنگ و هسته میوه ها یا پلیمرهای مصنوعی از قبیل ریون، پلیاکریلونیتریل یا فنولیک حاصل میگردد و در مراحل بعدی تحت عملیات فعالسازی قرار میگیرد. پیرولیز موادکربنی، بدون حضور هوا، باعث تخریب مولکولهای غیرآلی میشود که یک ماده قیری شکل حاوی موادگازدار خواهد بود و در نهایت یک جسم جامد کربنی از آن ایجاد خواهد شد. جسم تولیدشده دارای تعداد زیادی حفرههای بزرگ و دارای سطح ویژهای در حد چندین مترمربع برگرم میباشد.

۱. موادخام

از نظر اقتصادی، ترجیحاً موادی با کربن بالا و موادآلی کم برای تولید کربن فعال شده انتخاب میشود، ماده تشکیل شده جامد حاصل از عملیات پیرولیز باید دانسیته بالا و همچنین دارای گازهای فرار کافی باشند، آزادسازی گازهای فرار در مرحله پیرولیز باعث ایجاد منافذ در کربن میشود. دانسیته بالا باعث میشود کربن از استحکام و ساختار محکمی برخوردار گردد موادخام مورد استفاده به ترتیب اهمیت آنها از نظر ظرفیت تولید کربن متخلخل، مشخصات نهائی و مقدار مصرف عبارتند از: چوب، زغالسنگ، سیگمنت (نوعی زغالسنگ)، پوست نارگیل و تورب.

۲. کربونیزاسیون

در حین کربونیزاسیون اجزاء غیرکربنی از قبیل هیدروژن و اکسیژن بهصورت گاز از مواداولیه خارج میشوند و کربنهای آزاد نیز بهصورت گروهی، بلورهای گرافیت تشکیل میدهند. بهدلیل وجود منافذ در بین بلورها آرایشیافتگی بلورها از دو طرف بهصورت نامنظم میباشد. این فرآیند معمولاً در درجه حرارتی زیر ۸۰۰ درجه سانتیگراد در یک محیط حاوی یک جریان ورودی از اتمسفر صورت میگیرد، پارامترهای مهم تعیینکننده کیفیت محصول تولید شده عبارتند از:

1.نرخ حرارت دادن
۲.دمای خیساندن
۳. مدت زمان خیساندن

ساختار ریز منافذ کربن در دمای در حدود ۵۰۰ درجه سانتیگراد شکل میگیرد. بعضی از این منافذ بهوسیله ماده قیری آزاد شده در حین فرآیند پیرولیز مسدود میشود که میتوان با حرارت دادن مجدد در ۸۰۰ درجه سانتیگراد دوباره این منافذ را ایجاد کرد. افزایش دما تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد و بیش از آن باعث سخت شدن ساختار کربن و کاهش درجه تخلخل میشود.

۳. فعالسازی

کربنها را با توجه به آرایشیافتگی بلورهای آن بهصورت گرافیت یا غیرگرافیت تعریف کردهاند. کربنهای گرافیتی دارای بلورهائی با سه بعد یکسان میباشند در صورتیکه در کربنهای غیرگرافیتی اینگون نمیباشد. براساس توضیحات داده شده، در حین کربونیزاسیون سه فضای خالی در کربن ایجاد میوشد که در حین کربونیزاسیون بهوسیله کربنهای غیرآرایشیافته ”آمورف“ مسدود میشود. محصولات مرحله کربونیزاسیون دارای ظرفیت جذب خیلی کمی میباشند و احتمالاً این مسئله بهدلیل کربونیزاسیون در دمای پائین و وجود ماده قیری باقیمانده در منافذ بین بلورها و روی سطح آنها میباشد. بعضی از محصولات کربونیزه شده را میتوان با خارج ساختن موادقیری بهوسیله حرارت دادن در بخار یا تحت گاز و یا عمل خالصسازی به کمک حلال و یا واکنشهای شیمیائی فعال کرد. عمل فعالسازی باعث بزرگ شدن قطر حفرههائی میشود که در حین فرآیند کربونیزاسیون ایجاد شدهاند و همچنین باعث ایجاد یکسری حفره ریز نیز خواهد شد و بدینگونه میتوان به یک ساختار حفرهای با مساحت سطح داخلی بالا دست پیدا کرد. پدیده فعالسازی به دو روش انجام میشود.
الف ـ فعالسازی شیمیائی: در ابتدا ماده خام با یک محلول غلیظ از مواد فعالکننده اشباع میشود و با این عمل، مواد سلولزی از بین میروند و تحت عملیات حرارتی در دمای بین ۴۰۰ تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد قرار میگیرند، مواد پرولیز شده سرد میشوند و به منظور خارج ساختن مواد فعالکننده، تحت عملیات شستشو قرار میگیرند و سپس مواد فعالکننده عبارتند از: اسید فسفریک، کلرید روی، اسید سولفوریک و یدید پتاسیم.
ب ـ فعالسازی فیزیکی: در این فرآیند به کمک محصولات کربونیزه شده، ابعاد و ساختار مولکولی منافذ گسترش مییابد و مساحت سطحی آنها افزایش مییابد، این عملیات در دمائی بین ۸۰۰۰ الی ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد با حضور مواد گازی اکسیدکننده مناسب مانند دیاکسید کربن و هوا انجام میگیرد.
 

 

C+H2O=Co+H2           (29 kca

C+Co2=2Co             (39 kcal

Co+H2O=H2            (10 kcal

مولکول آب کوچکتر از مولکول دیاکسیدکربن میباشد و در نتیجه سرعت نفوذ آن بهداخل منافذ کربن بیشتر میباشد و سرعت واکنش با بخار بیشتر از سرعت واکنش با گاز دیاکسیدکربن میباشد.

● ساختار منافذ کربن

منافذ در کربنهای فعال شده دارای اندازه و شکلهای متفاوتی میباشند. منافذ براساس اندازه آنها به سه دسته تقسیمبندی میشوند.
۱. ماکرومنافذ: دارای میانگین قطری بیشتر از ۵۰ نانومتر میباشند.
۲. مزومنافذ: دارای قطری برابر با ۲ الی ۵۰ نانومتر میباشند.
۳. میکرومنافذ: دارای قطری کمتر از ۲ نانومتر میباشند که خود نیز به سوپر و آلترا میکرو تقسیم میشوند.
بعضی از کربن فعالها با توجه به نوع موادخام مصرفی، شکل منفذ موجود در کربن فعال تولید شده متفاوت میباشد.

● جذب بهوسیله کربن فعال شده

جذب عبارت است از قرارگیری لایهای مولکولهای گاز یا مایع از یک فاز در حال حرکت بر روی سطح یک جسم جامد به کمک نیروی جاذبه مولکولی واندروالس. اتمهای سطحی جسم جامد کربن فعال در مقایسه با اتمهای داخلی دارای انرژی موازنه نشدهای میباشند و مولکولهای خارجی سعی بر موازنه کردن این انرژی دارند و بر سطح جذب میشوند این مولکولها لایه تکی روی سطح جسم جامد را تشکیل میدهند.

● کربنهای فعال پیشرفته

علاوه بر کاربردهای عمومی کربنهای فعال، کربنهای فعال پیشرفتهای با کنترل مخصوص بر روی ساختار منافذ در چند دهه اخیر برای کاربردهای خاص، ایجاد شدهاند.

۱. غربالکنندههای مولکولی کربنی (CMS)


غربالهای کربنی یک کلاس ویژه از کربنهای فعال میباشند که دارای منفد با اندازه کوچک و با یک محدوده توزیع کوچک در حدود میکرو منافذ میباشند.این کربنها برای جداسازی و جذب گاز و مایع در محیطهائی با غلظتهای خیلی کم مورد استفاده قرار میگیرند. مشابه جذب گاز اتیلن برای تازه نگهداشتن میوه و سبزیجات، اغلب کاربرد کربنهای CMS در سیستمهای جداسازی گاز میباشد. اندازه منفذ در کربنهای CMS با اندازه مولکولهای جذبشونده نیتروژن و هیدروژن قابل مقایسه میباشد. دمای جذب نیز سرعت جذب یک گاز را تحتتأثیر خود قرار میدهد، در دمای بالا سرعت جذب نیز بالاتر میباشند. کربنهای CMS برای جداسازی نیتروژن و اکسیژن مورد استفاده قرار میگیرند.

۲. الیاف کربن فعال

تکنولوژی تولید الیاف کربن فعال شده ترکیبی از تولید الیاف کربن بهعلاوه مراحل فعالسازی آن میباشد. تا هنگامیکه خصوصیات مکانیکی بالا مورد نیاز نباشد ترجیح داده میشود که الیاف کربن با ساختار آمورف تولید شود. بنابراین فرآیند تولید الیاف کربن فعال شده شامل توسعه الیاف کربن آمورف در دمائی در حدود ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد صورت میگیرد. در الیاف کربن حاصل از قیر میتوان بالاترین مساحت ویژهای در حدود ۲۵۰m^۲/g و بیشترین حجم میکرو منافذ در حدود ۶۱/۱ ml/g را بهدست آورد
كربن فعال در مقايسه با كربن معمولي از مساحت سطح داخلي، تخلخل و قابليت بيشتري براي جذب گازها و مايعات شيميايي برخوردار است. اين گروه از مواد به عنوان جاذبهاي حياتي در صنايع شناخته شدهاند و با توجه به اينكه قابليت ويژهاي در جذب گازها و مايعات مزاحم دارند، در زمينههاي مختلفي مورد استفاده قرار ميگيرند و ميتوان از آنها براي تصفيه و پاكسازي و حتي بازيافت مواد شيميايي استفاده كرد.

كربن فعال به دليل مساحت گسترده، ساختار منفذي، ظرفيت جذب بالا و قابليت فعالسازي مجدد سطح به عنوان يك ماده منحصر به فرد شناخته شده است و به دليل چنين ويژگيهاي منحصر به فرد و همچنين قيمت پايين در مقايسه با جاذبهاي غيرآلي مانند زئوليت، اهميت ويژهاي در صنايع مختلف دارد.

جداسازي بو، رنگ و مزههاي غيردلخواه از آب در عملياتهاي خانگي و صنعتي، بازيافت حلال، تصفيه هوا بويژه در رستورانها، صنايع غذايي و شيميايي از مهمترين زمينههاي كاربرد اين ماده است. علاوه بر اينكه كربن فعال در تركيب با مواد غيرآلي به عنوان كاتاليست استفاده ميشود، در داروسازي نيز براي مبارزه با يك نوع باكتري خاص به كار ميرود و به عنوان جداكننده اسيدهاي آروماتيك از حلال در داخل اسيداستيك نيز ميتوان از آن استفاده كرد.

كربنهاي فعالشده محصولات پيچيدهاي هستند و به همين دليل طبقهبندي آنها براساس رفتار، مشخصات سطح و روش آمادهسازي اغلب مشكل خواهد بود. استاندارد جذب براي كربن فعال مورد استفاده جذب حدود 20 درصد وزني گاز GB يا سيانوژن كلرايد است.

اگر كربن فعال تازه و در معرض رطوبت قرار گرفته باشد، ميتواند تا 40 درصد وزني GB را جذب كند. تعداد زيادي از گازهاي سمي را ميتوان با گذراندن از كربن فعالشده از هوا جدا كرد.

اين ويژگي درخصوص مواد شيميايي با وزن مولكولي بالا مانند GB موثر است، اما گازهاي سبك مانند كربن يا سيانوژن كلرايد را نميتوان به راحتي ديگر گازها جدا كرد. براي مثال منواكسيد كربن يكي از موادي است كه بهسختي ميتوان آن را به كمك كربن فعال جذب كرد.

اين در حالي است كه ميتوان با استفاده از تزريق يك سري از مواد شيميايي به كربن فعال، قابليت جذب اين گونه مواد را نيز در كربن فعال ايجاد كرده و قدرت بازدارندگي كربن فعال را افزايش داد. براي اين كار ميتوان از نمكهاي نقره، مس و كرم استفاده كرد.

همچنين فيلترهاي كربن فعال خاصيت جذب مواد آلي و بعضي از فلزات سنگين محلول در آب را دارند و رنگ، بو، كلر و تركيبات كلر را از آب جذب ميكنند. از آنجا كه بستر كربن فعال نيز مانند فيلترهاي زرين، محيط مناسبي را براي تغذيه و بستر باكتريها بهوجود خواهد آورد، گندزدايي و تصفيه ميكروبي از مراحل بعدي ضروري در تصفيه آب خواهد بود.

اساس تهيه كربن فعال داراي دو مرحله اصلي كربونيزاسيون و فعالسازي است. كربن فعالشده از پيروليز (تغيير شيميايي در اثر حرارت) مواد كربني از قبيل چوب، زغالسنگ و هسته ميوهها با پليمرهاي مصنوعي از قبيل ريون، پلياكريلونيتريل يا فنوليك به دست ميآيد و در مراحل بعدي تحت عمليات فعالسازي قرار ميگيرد.

پيروليز مواد كربني، بدون حضور هوا، باعث تخريب مولكولهاي غيرآلي ميشود كه يك ماده قيريشكل حاوي مواد گازدار خواهد بود و در نهايت يك جسم جامد كربني از آن ايجاد خواهد شد. جسم توليدشده داراي تعداد زيادي حفرههاي بزرگ و داراي سطح ويژهاي در حد چندين مترمربع بر گرم خواهد بود. از نظر اقتصادي ترجيحا موادي با كربن بالا و مواد آلي كم براي توليد كربن فعال شده انتخاب ميشود. ماده جامد تشكيل شده حاصل از عمليات پيروليز بايد دانسيته بالا داشته و داراي گازهاي فرار كافي باشد.

آزادسازي گازهاي فرار در مرحله پيروليز باعث ايجاد منافذي در كربن ميشود. دانسيته بالا باعث ميشود كربن از استحكام و ساختار محكمي برخوردار شود. چوب، زغالسنگ، سيگمنت (نوعي زغالسنگ)، پوست نارگيل و تورب مواد خامي هستند كه به ترتيب از نظر ظرفيت توليد كربن متخلخل، مشخصات نهايي و مقدار مصرف اهميت آنها افزايش خواهد يافت.

در حين كربونيزاسيون اجزاي غيركربني مانند هيدروژن و اكسيژن به صورت گاز از مواد اوليه خارج ميشوند و كربنهاي آزاد نيز به صورت گروهي، بلورهاي گرانيت را تشكيل ميدهند. به دليل وجود منافذ در ميان بلورها، آرايش بلورها از 2 طرف به صورت نامنظم خواهد بود.

اين فرآيند معمولا در درجه حرارتي كمتر از 800 درجه سانتيگراد در يك محيط حاوي يك جريان ورودي از اتمسفر انجام ميشود. ساختار ريز منافذ كربن در دماي حدود 500 درجه سانتيگراد شكل ميگيرد. برخي از اين منافذ به وسيله ماده قيري آزاد شده در حين فرآيند پيروليز مسدود ميشود كه ميتوان با حرارت مجدد حدود 800 درجه سانتيگراد، مجددا اين منافذ را ايجاد كرد. افزايش دما تا 100 درجه سانتيگراد پيش از آن باعث سخت شدن ساختار كربن و كاهش درجه تخلخل ميشود.
در حال حاضر در پالايشگاه هاي تصفيه ي گاز، كربن هاي فعال پس از مصرف در يك دوره ي شش ماهه، به صورت دور ريز در اطراف پالايشگاه ها رها مي شوند كه اين امر از نظر اقتصادي و مسايل زيست محيطي مشكلاتي را در پي خواهد داشت. در كشورهاي توسعه يافته، به وسيله ي تكنولوژي هاي خاص، پارامترهاي اساسي اين ماده در چند مرحله بازيابي و مجدداً در سيستم هاي جذب مورد استفاده قرار مي گيرند. اصلي ترين هدف در اين مقاله، بررسي امكان استفاده ي مجدد كربن هاي فعال مصرف شده است.
يكي از تكنولوژي هاي اصلي و مهم در صنعت گاز براي حذف مواد شيميايي آلاينده با غلظت كم، استفاده از پديده ي جذب سطحي در بسترهاي كربن فعال است. امروزه اين فناوري، جايگزين بسياري از روش هاي جدا سازي شده است. پس از جذب مواد آلاينده، بسترهاي حاوي كربن بايستي تحت عمل احياء قرار گرفته و مواد جذب شده از بسترها دفع شوند. روش هاي متفاوتي به منظور احياء بسترهاي كربني وجود دارند كه هر يك داراي محدوده ي عملكردي و نقاط ضعف و قوت خاص خود مي باشند.در اين مقاله روشهاي مختلف بازيابي كربنهاي فعال مصرفي در پالايشگاه هاي گاز و انتخاب روش مناسب بازيافت بر اساس مطالعات انجام شده و نيز انجام آزمايشات بازيابي با استفاده از سيستم Set-up مطرح شده و سپس به بررسي فني - اقتصادي موضوع مي پردازيم. روش هاي احياء و بازيافت كربن هاي فعال به طور كلي بر اساس دفع و يا تجزيه استوار هستند. در روش هاي دفع (Regeneration)، افزايش دما و استفاده از يك حلال، بدون اين كه ساختمان كربن را تخريب كنند، موجب خارج كردن آلاينده ها از آن مي شوند. در صورتي كه روش هاي تجزيه و يا فعال سازي مجدد (Reactivation)، در دماهاي بسيار بالا انجام گرفته و در آن ها مواد آلاينده تخريب ميگردند و بدين ترتيب كربن مجدداً فعال مي شود.روش هاي گوناگوني كه از آن ها براي احياء كربن ها استفاده مي شود عبارتند از : حرارتي (توسط گاز بي اثر، بخار آب يا آب داغ)، غير حرارتي (استخراج به وسيله ي حلال هاي شيميايي، عوامل فعال كننده ي سطحي و استخراج فوق بحراني)و تجزيه (شيميايي به صورت كاتاليستي يا حرارتي، ميكروبي يا الكتروشيميايي). احياء يا فعال سازي مجدد فوق را مي توان در محل مصرف كربن ها و يا خارج از محل انجام داد. انتخاب هر يك از اين راه ها بستگي به مقدار مصرف كربن، نوع مواد آلاينده، نوع كربن و ديگر پارامترهاي تاثير گذار دارد. در نهايت فاكتورهاي اقتصادي فرايند، تعيين كننده بوده و در برخي موارد دور ريختن كربن ها بهترين گزينه است.

بازيافت حرارتي كربن فعال
بازيافت يا احياء حرارتي كه در اين بخش مورد بررسي قرار مي گيرد، يكي از مهمترين و قابل انعطاف ترين تكنيك ها براي بازيابي كربن هاي فعال مصرف شده در فرايند تصفيه است. اصولاً در صورتي كه مخلوطي از مواد شيميايي آلي جذب كربن شده باشند روش هايي غير از روش حرارتي به اندازه ي كافي موثر واقع نمي شوند. در ساير روش ها فقط بخشي از مواد جذب شده توسط يك حلال خاص، گاز داغ يا ماده ي شيميايي حذف مي شوند . بدين ترتيب كارايي كربن به طور پيوسته طي بازيافت هاي مكرر كاهش يافته و پس از چند مرحله بازيابي، بايد كربن را دور ريخت. از آنجا كه در اكثر سيستم هاي استفاده از بسترهاي كربني به خصوص فرايندهاي تصفيه ي گاز، مخلوط پيچيده اي از مواد آلي و تركيبات ديگر با نقاط جوش بالا جذب بستر كربني مي شوند، لذا روش بازيافت حرارتي بالاترين راندمان بازيافت را خواهد داشت.
در احياء يا بازيافت حرارتي، فرايند خشك كردن، دفع حرارتي و بازيابي در دماهاي بالا در حضور گازهاي بي اثر يا مقادير جزيي از گازهاي اكسيد كننده مانند بخار آب، دي اكسيد كربن و هوا انجام مي پذيرد. به دليل وجود دماهاي بالا، اين عمل را معمولاً در محل انجام نمي دهند. به همين دليل نياز به حمل كربن هاي مصرفي به واحدهاي بازيابي هست. اين واحدها شامل كوره هاي چند طبقه يا كوره هاي دوار با تجهيزات جانبي هستند. بازيافت در دماهاي بالا معمولاً منجر به كاهش 5 تا 15 درصدي ظرفيت جذب و سطح فعال كربن ها و نيز هدر رفتن حدود 10 درصد در هر مرحله ي بازيابي مي شود. به همين دليل ساختمان كربن ها به مرور ضعيف تر شده و برخي از روزنه هاي ريزتر نيز در دماهاي بالا مسدود مي شوند.از اين رو عمل بازيافت حرارتي معمولاً بيش از دو تا سه مرحله بر روي يك نوع كربن مصرف شده انجام نمي گيرد. جهت مطالعه ي عملكرد بازيافت حرارتي روي كربن هاي فعال مصرف شده از روش هاي آناليز وزني حرارتي (TGA) و دفع حرارتي برنامه ريزي شده (TPD) همراه با آناليز وزني يا طيف سنجي جرمي استفاده مي شود . در فرايند بازيافت حرارتي از كوره هاي چند طبقه، دوار، بستر ثابت، بستر متحرك و بستر سيال استفاده مي شود، انتخاب نوع كوره بستگي به پارامترهاي گوناگوني چون مقدار كربن مصرفي، هزينه هاي ساخت و نصب، فضاي مورد نياز، مصرف سوخت، خوردگي و ساير عوامل عملياتي دارد.

بازيابي شيميايي كربن فعال
عليرغم اين كه در حال حاضر بازيابي حرارتي متداول ترين روش بازيافت كربن فعال است، اين روش با چالش هايي نيز همراه شده كه از مهمترين آن ها مي توان به حدود 5 تا 10 درصد اتلاف كربن ناشي از اكسايش و سايش و نيز هزينهي مصرف انرژي بالا براي اين نوع بازيابي است. از سوي ديگر انتقال كربن فعال مستعمل از محل استفاده به محل بازيافت، كه معمولاً همان واحدهاي ساخت كربن فعال هستند، مستلزم صرف هزينه ي قابل توجهي است.
يكي از روش هايي كه به عنوان جايگزين روش بازيافت حرارتي كربن فعال پيشنهاد شده است، بازيافت شيميايي آن است. در اين روش ماده ي جذب شده، در اثر يك واكنش شيميايي يا يك بر هم كنش شيمي فيزيكي، سطح كربن فعال را ترك مي كند. روش بازيافت شيميايي داراي اين مزيت است كه تقريباً هيچ اتلافي در كربن ايجاد نمي كند. همچنين در اغلب موارد در دماي محيط انجام مي شود، بنابراين مصرف انرژي ناچيزي دارد و عمل بازيافت در محل استفاده، روي مي دهد.

بازيافت كربن فعال با سيال فوق بحراني
يكي از نخستين كاربردهايي كه براي سيال فوق بحراني در نظر گرفته شد، بازيافت كربن فعال بود. روش استخراج با سيال فوق بحراني بر اين اصل استوار است كه با توجه به اين كه اغلب مواد آلي در سيال فوق بحراني قابل حل هستند، با عبور جرياني از اين سيال، اين مواد از كربن فعال دفع و در فاز سيال فوق بحراني حل مي شوند . مزاياي استفاده از سيال فوق بحراني براي بازيافت كربن فعال نسبت به روش بازيابي حرارتي عبارت است از :
- مصرف انرژي كمتر براي عمليات بازيابي
- اتلاف كمتر كربن فعال در خلال بازيابي
معيارهاي انتخاب روش بهينه در بازيافت كربنهاي فعال
بر اساس مطالعات انجام شده و مقايسه ي روش هاي مختلف بازيابي كربن فعال تحت شرايط متفاوت و نيز كاربردهاي آن مي توان به موارد زير اشاره كرد.
- احياء (Regeneration) در محل (on-site) با استفاده از بخار آب
- احياء در محل توسط گاز خنثي داغ (نيتروژن)
- احياء در محل توسط حلال هايي نظير متانول، اتانول، اسيد استيك و اسيد فرميك
- احياء در محل توسط نوسانات فشار
- بازيابي (Reactivation) در محل (on-site) يا خارج از محل (off-site)
- بازيابي در محل يا خارج از محل توسط كوره هاي چند مرحله اي
- بازيابي در محل يا خارج از محل توسط كوره هاي چند مرحله اي الكتريكي

روش هاي پيشنهادي فوق بر اساس نوع كربن و موارد مصرف، در فرايندهاي مختلف مورد استفاده قرار مي گيرند. مهمترين فاكتور در انتخاب روش، شناخت تركيبات جذب شده روي بسترهاي كربني و نيز فرايند مورد نظر است؛ چرا كه بر حسب خواص تركيبات جذب شده و نيز ساختار اين مواد بايد از روش هاي مناسب استفاده كرد تا از راندمان بازيابي مناسب برخوردار شويم. در مورد خاص كربن فعال مورد مصرف در فرايند هاي تصفيه ي گاز توسط محلول آمين كه تركيبات مختلفي موجب غير فعال شدن كربن مي شوند شرايط متفاوت است.
مجموعه موادي كه جذب بستر كربن مورد استفاده در فرايند تصفيه با آمين قرار مي گيرند به دو دسته تقسيم مي شوند، دسته ي اول موادي هستند كه فرّار بوده و امكان دفع يا خارج كردن آن ها از بستر كربني از طريق روش هاي احياء در محل ( نظير استفاده از بخار آب و گاز داغ و يا شستشوي با حلال ) وجود دارد. اين روش به درصدي از بازيابي سطح كربن خواهد رسيد. دسته ي دوم را تركيباتي با نقاط جوش بالا تشكيل مي دهند كه از آن جمله مي توان به تركيبات ناشي از تجزيه ي آمين و يا مواد افزودني به سيستم اشاره كرد. حذف اين تركيبات با استفاده از روش هاي احياء در محل امكان پذير نبوده، لذا بايد از روش هاي بازيابي (Reactivation) در خارج از محل با استفاده از كوره هاي خاص و تحت شرايط عملياتي پيش بيني شده استفاده كرد. با بهره گيري از اين روش مي توان به راندمان بازيابي مطلوب دست يافت.

شرح مختصر يك واحد صنعتي بازيافت كربن فعال
از آنجا كه مبناي روش انتخاب شده، بازيابي حرارتي با استفاده از كوره ي دوار و خارج از محل مي باشد به عنوان بخش پاياني، در مورد عمليات بازيابي در يك واحد صنعتي توضيحاتي به شرح زير ارايه مي شود. همانطوري كه در شكل نشان داده شده، كربن فعال مصرف شده به صورت پيوسته يا ناپيوسته همراه با جريان آب وارد سيلوهاي مخصوص خوراك (Spent Carbon Storage) و از آن جا وارد سيستم تزريق خوراك (Furnace Feed Tank) مي شود كه در ارتفاع بالاتري نسبت به كوره بازيابي قرار گرفته است. سپس از طريق ظرف تفكيك كننده ي كربن و آب (Dewatering screw) وارد كوره ي دوار ( كه قسمت اصلي سيستم است ) مي شود .
كوره ي دوار شامل يك استوانه ي فولادي است كه دو انتهاي آن توسط پوشش هاي ثابت بسته شده و روي دو تا سه سري محور نصب شده است. جريان خوراك به صورت متقابل با بخار و گازهاي محترق كننده در طول كوره جريان دارند. كوره داراي شيب ملايم از ورودي به سمت خروجي است تا جريان خوراك ورودي به سمت خروجي هدايت شود. ضمناً سرعت دوران كوره از طريق چرخ دنده هاي تعبيه شده روي پوسته قابل كنترل است كه تغيير در زمان ماند يا زمان بازيابي را موجب مي شود. كربن فعال شده از قسمت انتهايي به سمت مجرا، به تانك خاص (Quench Tank) كه از آب پر شده وارد و از آن جا وارد مخزن نگهداري كربن فعال مي شود.گازهاي خروجي ابتدا وارد After burner و سپس scrubber مي شوند تا تركيبات مضر حذف گردند.

تولید کربن فعال از ساقه خوشه انگور:

ايران با توليد ساليانه 3 ميليون تن انواع انگور هفتمين توليد كننده بزرگ انگور در دنياست . در همين حال استان فارس با %13 كل توليد كشور , بعنوان اولين توليد كننده انگور كشور محسوب مي شود . ساقه خوشه انگور از جمله ضايعات توليد كنندگان به شمار مي رود كه در مقادير فراوان در دسترس مي باشد . در حال حاضر بهترين كاربرد آن به صورت مكمل خوراك دام كاربرد مي باشد . در اين مقاله به بررسي فرايندهاي فيزيكي و شيميايي توليد كربن فعال از ضايعات مهم باغي كشور با تاكيد بر خوشه انگور پرداخته مي شود . در اين راستا دو روش فعال سازي فيزيكي و شيميايي كه مورد توجه اغلب محققين مي باشد مورد بررسي قرار مي گيرد . در روش فيزيكي ابتدا كربونه كردن در دماي حدود 500 oC و در اتمسفر خنثي انجام مي شود . زغال توليدي جهت بهينه سازي عملكرد و حذف قابل توجه خاكستر در معرض فرايند اسيدشويي قرار مي گيرد . مرحله پاياني توليد، شامل فعال سازي با بخار آب مي باشد . در روش شيميايي كه در دمايي بالاتر از 530 oC صورت مي پذيرد خوشه با محلول اسيد فسفريك به نسبت هاي مختلف اشباع شده و سپس خوشه اسيدي شده در معرض فرايند حرارتي قرار مي گيرد . كربن فعال حاصله در بيشتر موارد از ديدگاه عملكردي بخصوص خواص سطحي قابل رقابت با مواد اوليه ديگر است . با توجه به توليد قابل توجه انگور در ايران، همچنين مصر ف بسيار زياد كربن فعال در صنايع مختلف بخصوص صنايع نفت و پتروشيمي، در صورت م وفقيت در توليد اقتصادي اين محصول ضمن ايجاد ارزش افزوده در بخش كشاورزي از خروج مبالغ قابل توجه ارز از كشور جلوگيري مي شود .
 


نظرات شما عزیزان:

نام :
آدرس ایمیل:
وب سایت/بلاگ :
متن پیام:
:) :( ;) :D
;)) :X :? :P
:* =(( :O };-
:B /:) =DD :S
-) :-(( :-| :-))
نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه:



درباره وبلاگ


آراکس بیتومین فروش بیتومین گیلسونایت قیر طبیعی معادن گیلسونایت آراکس Arax mine-Arax bitumen اکتشاف و استخراج معادن bitumen3000@yahoo.com تماس با ما: تلفن:3229383 -0835 موبایل:09181348149
آخرین مطالب
نويسندگان


خبرنامه وب سایت:





آمار وب سایت:  

بازدید امروز : 35
بازدید دیروز : 82
بازدید هفته : 35
بازدید ماه : 4032
بازدید کل : 4933
تعداد مطالب : 352
تعداد نظرات : 8
تعداد آنلاین : 1