کربن فعال به عنوان یکی از مهم ترین مواد جاذب در فرآیند های تصفیه آب و هوا به شمار می رود و توانایی بالای آن در حذف آلاینده ها از این محیط ها، موجب توجه ویژه ای به این ماده شده است. با گذشت زمان و استفاده مکرر از کربن فعال، ظرفیت جذب آن کاهش یافته و نیاز به احیای این ماده به یک ضرورت تبدیل می شود.
روش های مختلفی برای احیای کربن فعال وجود دارد که هر یک به نوع آلاینده و کاربرد مورد نظر بستگی دارد. در این مقاله، به بررسی روش های متداول احیای کربن فعال، از جمله احیای حرارتی، شیمیایی و الکتروشیمیایی خواهیم پرداخت و مزایا و معایب هر یک را تحلیل خواهیم کرد تا بتوانیم به بهترین شیوه برای حفظ کارایی و طول عمر کربن فعال دست یابیم.
کربن فعال چیست؟
کربن فعال ماده ای شیمیایی است که از موادی مانند چوب، پوست نارگیل یا گردو تولید می شود. برای تهیه آن، مواد اولیه را در کمبود اکسیژن می سوزانند تا هیدروکربن ها تولید شود. سپس این زغال را در معرض گاز های اکسید کننده قوی قرار می دهند تا ساختار آن متخلخل شود.
زغال تولید شده دارای سطح جذب بالایی است و به صورت گرانول، پودری و میله ای عرضه می شود که هر کدام کاربرد خاصی دارند. کربن فعال در صنایع مختلف، به ویژه در تصفیه آب و فاضلاب، به کار می رود و می تواند آلاینده هایی مانند بو، طعم، رنگ، فلزات سنگین و کلر را حذف کند.
این ماده در برند ها و مدل های مختلف موجود است. برند های شناخته شده مانند کربن جاکوبی از بهترین نمونه ها هستند، اما قیمت آن ها نسبت به سایر برند ها بالاتر است. احیای کربن فعال از لحاظ اقتصادی اهمیت زیادی دارد. در ادامه، به بررسی روش های مختلف احیای کربن فعال خواهیم پرداخت.
شاید برایتان مفید باشد: فیلتر کربن فعال
احیای کربن فعال چگونه انجام می شود؟
کربن فعال در اشکال مختلفی مانند پودری، گرانولی و میله ای وجود دارد و تمامی این اشکال دارای منافذ ریز و درشت هستند. به دلیل توانایی بالای این مواد در واکنش پذیری و تبادل یون، مواد آلاینده مختلف در آب به سطح کربن می چسبند و به مرور زمان کارایی آن ها کاهش می یابد. بنابراین، برای احیای کربن فعال از روش های مختلفی استفاده می شود.
روش های احیای کربن فعال
- احیای کربن فعال با حرارت دهی
احیای کربن فعال با حرارت دهی ، روشی است که در دمای بالای 800 درجه سانتی گراد انجام می شود. در این فرایند، مواد موجود بر روی کربن فعال به دلیل دمای بالا حذف می شوند. اگرچه این روش رایج است، اما به علت مصرف بالای انرژی، برای ظرفیت های کمتر از 5 تا 6 تن در روز از نظر اقتصادی توجیه پذیر نیست و برای ظرفیت های زیر 500,000 تن در سال، صرفه اقتصادی ندارد.
- احیای کربن فعال با کاتالیست اکسید منگنز
روش دیگر، احیا با کاتالیست اکسید منگنز است. این روش یکی از روش های نوین برای احیای کربن فعال به شمار می آید و بیشتر در آزمایشگاه ها استفاده می شود و کاربرد صنعتی زیادی ندارد.
- احیای کربن فعال با تبخیر کربن اکتیو
احیای کربن فعال با تبخیر کربن اکتیو به فرآیندی اشاره دارد که در آن کربن های فعال از روی بخار آب عبور داده می شوند تا آلاینده های سطح آن ها پاک شود. اما این روش دارای معایبی است؛ به طور مثال، احیای کامل کربن فعال ممکن نیست و نمی توان تمام آلاینده ها را با بخار آب حذف کرد. این باعث می شود که زمان بیشتری برای احیا نیاز باشد که به کاهش حجم کربن و افزایش هزینه های اقتصادی منجر می شود. بنابراین، این روش امروزه در صنعت کاربرد چندانی ندارد.
- احیای کربن فعال به روش شیمیایی
در این روش از حلال های شیمیایی برای بازیابی کربن فعال استفاده می شود. یکی از معایب این روش این است که در هر سیکل بازیابی، ۵ تا ۱۰ درصد کربن از بین می رود و برای ظرفیت های بالا از لحاظ اقتصادی به صرفه نیست، زیرا حلال های شیمیایی عمدتاً گران هستند.
در این روش، کنترل دما بسیار اهمیت دارد و بسیاری از آلاینده ها بر روی سطح کربن با موادی مانند اتانول و متانول قابل حذف هستند و کارایی کربن را بازیابی می‌کنند. سرعت احیا در این روش بسیار بالا بوده و تماس با کربن منجر به خوردگی یا تحلیل رفتن آن نمی شود.
- احیای کربن فعال با الکترولیز
در این روش، از کاتالیست ها در محیط های کوچک صنعتی استفاده می شود. به دلیل استفاده از سیالات فوق بحرانی که کشش سطحی آن ها صفر است، مواد انباشته شده در سطح متخلخل کربن حل می شوند. راه اندازی این روش نیاز به تجهیزات متعددی دارد و از این نظر به بودجه بالایی نیاز دارد.
- احیای کربن فعال با روش بیولوژیکی
احیای بیولوژیکی کربن فعال به معنای استفاده از میکروارگانیسم ها برای کاهش آلاینده ها از روی کربن فعال است. برخی میکروارگانیسم ها قادر به تجزیه مواد آلی هستند و این قابلیت می تواند در احیای کربن فعال به کار گرفته شود.
برای این کار، کربن فعال در یک محفظه توری مقاوم قرار می‌گیرد و برای چند روز در یک بیور آکتور نگهداری می شود. در این مدت، باکتری ها مواد آلی موجود روی کربن را تجزیه کرده و کارایی آن را بهبود می بخشند. این روش از نظر اقتصادی به صرفه نیست و همچنین زمان بر می باشد.
به صرفه ترین روش احیای کربن فعال چیست؟
به صرفه ترین روش احیای کربن فعال استفاده از بخار آب و تجزیه حرارتی است. در این روش، کربن فعال پس از استفاده، در دما های بالا (بین ۷۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد) به کمک بخار آب یا گاز های دیگر مانند دی اکسید کربن قرار می‌گیرد. این فرآیند موجب حذف آلاینده ها و مواد جذب شده از روی سطح کربن می شود و در نتیجه کارایی آن را باز می‌گرداند.
علاوه بر این، این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است، زیرا نیاز به انرژی کمتری نسبت به دیگر روش های احیا دارد و به بهینه سازی مصرف منابع کمک می‌کند. به عنوان یک مزیت دیگر، احیای کربن فعال با استفاده از بخار آب تأثیر کمتری بر محیط زیست دارد و به حفظ پایداری منبع کربن کمک می‌کند.
هزینه احیای کربن فعال
در سال های اخیر، به دلیل وارداتی بودن بسیاری از محصولات کربن فعال و نوسانات ارز، قیمت این محصولات در بازار ایران به شدت تغییر کرده است. به همین دلیل، بسیاری از واحد های صنعتی بزرگ به دنبال احیای کربن فعال با استفاده از روش های مناسب هستند.
با توجه به روش های معمول احیای کربن فعال و بررسی مزایا و معایب هر کدام، ضروری است که احیای کربن در هر پروژه ای توجیه اقتصادی داشته باشد. برای مثال، روش های حرارتی تنها برای بازیابی 5 تا 6 کیلوگرم کربن فعال در روز از حیث اقتصادی به صرفه اند و در غیر این صورت، استفاده از سایر روش ها توصیه می شود. همچنین، در صورتی که حجم مخزن و میزان کربن استفاده شده در آن زیاد نباشد، تعویض بستر کربن فعال به عنوان بهترین گزینه مطرح می شود.
