کربن فعال پوست بادام چگونه تهیه می شود؟ چه خواصی دارد؟ کربن فعال اغلب از ضایعات کشاورزی تهیه می شوند و پوست بادام با داشتن خواص ویژه، برای کربن فعال مناسب است. برخی از خواص پوست بادام عبارتند از: محتوای خاکستر کم (0.7-3.4 درصد وزنی خشک)، ترکیب کربن بالا (45.6-50.6 درصد) یا محتوای لیگنین بالا (23.7-32.7 درصد وزنی) که می تواند آن را برای کربن فعال موثر کند. برای فعال سازی پوست بادام می توان از فعال سازی فیزیکی یا شیمیایی استفاده کرد. بکارگیری هر کدام از این روش ها می تواند ساختار داخلی کربن فعال پوست بادام و میزان ظرفیت جذب آن را تحت تاثیر قرار دهد. در ادامه همه این موارد را مورد بررسی قرار داده ایم.

سنتز کربن فعال چیست؟

اگر بخواهیم سنتز کربن فعال را دسته بندی کنیم شامل دو مرحله است.

• مرحله اول: کربن سازی پیش ساز
• مرحله دوم فعال سازی کربن

توجه داشته باشید هر دو فرایند می توانند به صورت مستقل یا همزمان رخ دهند. در مرحله اول کربونیزاسیون شامل پیرولیز که همان احتراق در غیاب اکسیژن است اتفاق می افتد. در طی این فرایند ماده خام  مواد فرار خود را از دست می دهد و درنتیجه به ماده ای با تخلخل داخلی بالا از جنس کربن تبدیل می شود. اما در مرحله دوم که مرحله فعال سازی است کربن در دمای بالا با یک عامل اکسید کننده واکنش نشان می دهد و باعث افزایش سطح تخلخل می شود.  اغلب تولید کربن فعال با دو روش فعال سازی فیزیکی و شیمیایی انجام می شود. در برخی موارد از روش های دیگر نیز استفاده می شود از جمله روش های امواج مایکروویو، ترکیبی از روش های شیمیایی و فیزیکی و … که رایج نیستند.

فعال سازی شیمیایی شامل آغشته شدن کربن به مواد شیمیایی فعال کننده مانند H3PO4، H2SO4، HNO3، ZnCl2، NaOH می باشد و سپس حرارت دهی در دمای بالا (400-800 درجه سانتی‌گراد) در یک اتمسفر کنترل‌ شده است. مزیت فعال‌ سازی شیمیایی نسبت به فعال‌ سازی فیزیکی این است که کربن در معرض دماهای پایین‌ تر قرار می گیرد به همین دلیل می‌توان عملکرد بالاتر و سطح ویژه بالاتری ایجاد کرد. تنها مشکل این روش لزوم شستن کربن برای از بین بردن عامل فعال کننده است.

فعال سازی فیزیکی پوست بادام

فعال سازی فیزیکی دو مرحله ای با استفاده از co2 انجام شده که می تواند باعث سنتز کربن فعال پوست بادام با ظرفیت جذب بالا شود. کربن‌های فعال با درجه ریز تخلخل بالا و ظرفیت جذب بالای فلزات سنگین با فعال‌سازی فیزیکی CO2 به دست آمده‌اند. البته یکی دیگر از روش های فعال سازی فیزیکی استفاده از بخار برای فعال شدن پوسته بادام است. در چنین مواقعی کربن فعال پوست بادام مناسب برای کاربردهای جذب مواد دارویی و حلال‌ها هستند. اما به صورت کلی، فعال سازی فیزیکی با روش CO2 با SBET منجر به بهروری بهتر کربن فعال نسبت به روش بخار است. زیرا فعال سازی با CO2 منجر به تولید کربن‌ های فعال  با حداکثر مقدار 1820 m2/mg می شود. این در حالی است که کربن های فعال حاصل از بخار حداکثر مقدار 673 m2/mg را خواهند داشت. طبق تحقیقات انجام شده میزان چگالی کربن فعال وابسته به حرارت در طول مدت کربنیزاسیون است. دما و زمان می تواند بر روی انقباض جرم و پیوند متقابل در کربن تاثیر داشته باشد. همچنین، استفاده از روش های حرارتی دو مرحله ای ثابت کرده واکنش پذیری کربن بیشتر و چگالی آن بالاتر می رود. بهترین دما بر اساس نتایج بدست آمده برای فعال سازی فیزیکی پوسته بادام چیزی در محدوده 200 تا 700 درجه سانتی گراد است. البته دمای کمتر از 700 درجه سانتی‌گراد نیز کربن فعال با خواص جاذب خوب و مقاومت مکانیکی بالا و سطح داخلی بالا با ساختار ریز متخلخل را ایجاد می کند که این وابسته به منشا خود پوست بادام است.

بر اساس آزمایشات انجام شده فعال سازی فیزیکی کربن فعال پوست بادام با بخار نیز  وابسته به دو عامل دما و مدت عملیات حرارتی است. با توجه به تحقیقات فعال‌سازی پوسته‌های بادام با بخار در دمای 700 درجه، منجر به تولید کربن‌های فعالی می شود که توزیع اندازه منافذ گسترده‌ای را نشان می‌دهد و عمدتاً متخلخل هستند. در این روش می توان به دو صورت فعال سازی تک مرحله و فعال سازی دو مرحله ای کربن را حرارت داد. مقادیر سطح بین 188-574 m2/mg و 425-673 m2/mg برای فعال‌سازی بخار یک مرحله‌ای و دو مرحله‌ای متغیر است.

فعال سازی شیمیایی پوست بادام

فعال کردن پوسته بادام از نظر شیمیایی با مواد فعال کننده  H2SO4، NaOH و KOH، H3PO3، ZnCl2as طی یک مرحله می تواند منجر به کربن فعال پوست بادام با مقادیر سطح ویژه بالا شود. توجه داشته باشید در هر کدام از فعال سازی های شیمیایی عوامل مهمی می توانند در میزان تخلخل کربن فعال نقش مهمی ایفا کنند. به عنوان مثال، در فعال سازی شیمیایی با H3PO3 تا حد زیادی به نسبت اشباع در یک محدوده بستگی دارد. در فعال سازی با اسید فسفریک رابطه معکوسی بین نسبت اشباع و دمای فعال سازی برای پوسته بادام وجود دارد. به صورت کلی نتایج نشان می دهند در فعال سازی شیمیایی با تغییر غلظت ماده فعال کننده یا نسبت اشباع، انعطاف پذیری بالایی در توزیع منافذ ایجاد می شود. در فرآیندهای فعال سازی شیمیایی ماده فعال‌کننده به کربن وارد می‌شود و تغییرات فیزیکی و شیمیایی در ساختار داخلی آن ایجاد می‌کند که همین موضوع نیاز به دمای بالا برای ایجاد تخلخل را کاهش می‌دهد.

کربن‌های فعال به‌ دست‌ آمده حاصل از فعال‌سازی شیمیایی با اسید فسفریک، نسبت به کربن‌هایی که با فعال‌سازی فیزیکی با CO2 به‌دست می‌آیند، سطح بالاتر و بازدهی بیشتری دارند. علاوه بر این، نشان داده شده است که فعال سازی در حضور جو اکسید کننده، انعطاف پذیری بیشتری را در ساختار داخلی کربن فعال ایجادمی کند. کربن‌های فعال که از فعال سازی با اسید فسفریک در حضور  O2 حاصل می شوند عمدتاً با ساختار داخلی متخلخل هستند. به صورت کلی کربن های فعال پوست بادام حاصل از فعال سازی شیمیایی که می تواند با اسید سولفوریک، هیدروکسید پتاسیم، هیدروکسید سدیم باشد دارای سطح ویژه بالا و خواص جذب خوبی هستند.

عوامل وابسته به دما بر روی کربن فعال پوسته بادام

• ساختار کربن فعال یعنی میزان آبی که کربن فعال در دمای 30-200 درجه سانتیگراد از دست می دهد. در طی این فرایند که در دمای 200-500 درجه سانتیگراد رخ می دهد کربن کاهش جرم پیدا می کند و گازها و آب زیادی از دست می دهد. آزمایشات ثابت کرده تحکیم ساختار کربن در 500 درجه سانتیگراد بیشتر است. از این رو یکی از عوامل وابسته به دما که می تواند ساختار کربن فعال را تحت تاثیر قرار دهد همین مواد خام و مواد فرار کربن است. حذف مواد فرار ناشی از تجزیه سلولز و همی سلولز در محدوده دمایی 600-800 درجه سانتی‌ گراد و کاهش جرم بسته به دما انجام می‌شود.
• ترکیب لیگنوسلولزی و رفتار حرارتی هم می توانند وابسته به هم باشند. به گونه ای که در مقایسه مواد خام مختلف در درجه حرارتی یکسان طی یک فرآیند فعال سازی دو مرحله ای مشخص شد بازده جامد و مایع به ترتیب با محتوای لیگنین و سلولز + همی سلولز پیش ساز در طول کربن سازی متناسب است. در فرایند فعال سازی از دست دادن مواد فرار به دلیل تبخیر شدن ناشی از واکنش فعال‌سازی است که در تجزیه حرارتی برای پوست بادم به دلیل محتوای بالای همی سلولز در آنها منجر به ولید کربن‌های فعال با چگالی و ریز تخلخل بالا می شود. در نتیجه حرارت نقش مهمی در توسعه تخلخل برای پوسته بادام فعال شده با CO2 یا بخار دارد.

توجه داشته باشید در فعال سازی شیمیایی ارتباط مستقیم با ایجاد تخلخل ندارد. در اصل فعال سازی شیمیایی پوسته بادام ماده فعال کننده همراه با ساختار اصلی پیش ساز نقش مهمی در توزیع اندازه منافذ ایفا می کنند و میزان انعطاف پذیری نسبت به فعال سازی فیزیکی بیشتر است.

کاربرد کربن فعال پوسته بادام

ساختار کربن فعال پوسته بادام به گونه ای است که برای حذف آلاینده های آبی بسیار مناسب است. تحقیقات مختلف نشان داده که ترکیبات با ساختارهای شیمیایی در ابعاد و اندازه های مختلف قابل حذف شدن از کربن فعال پوسته بادام هستند. علاوه بر این رنگ‌های آلی که نیاز به توسعه مزوپورها دارند، توسط کربن‌های فعال پوسته بادام نیز جذب می‌شوند. در آزمایشات مختلف مشخص شده که کربن فعال پوسته بادم می تواند اثرات سمی ایجاد شده در محیط که در غلظت های بالاتر از حد مجاز در اکوسیستم های آبی هستند را حذف کند.

بررسی هزینه کربن فعال پوسته بادام

با توجه به اینکه کربن فعال پوست بادام به صورت کمتر تولید می شود. تولیدات و برندهای کمتری در این زمینه شناخته شده اند. از این رو  قیمت کربن فعال پوسته بادام بر اساس خواص و ویژگی های بدست آمده می تواند متغیر باشد. مجموعه تولیدی کربن پارس با تنوع تولید انواع کربن فعال خوراکی از جمله کربن فعال پوست بادام توانسته قیمت منطقی با استانداردهای خاص ارائه دهد. برای اطلاع از قیمت کربن فعال ایرانی پوسته بادام می توانید با کارشناسان ما در ارتباط باشید.

نتیجه گیری:

کربن فعال حاصل از پوست بادام به عنوان یک کربن فعال صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. از طرفی خواص کربن فعال پوسته بادام از نظر مساحت سطح، تخلخل و ظرفیت جذب مشابه محصولات موجود تجاری در بازار است. همچنین، انعطاف پذیری بالا در پارامترهای سنتز و فعال سازی امکان طراحی استراتژی های صنعتی با هدف کاهش هزینه ها و انرژی را فراهم می کند.