کربن فعال دانه دار مبتنی بر زغال سنگ

کربن فعال گرانولی مبتنی بر زغال سنگ چیست؟

GAC مبتنی بر زغال سنگ نوعی کربن فعال است که به طور خاص از زغال سنگ (معمولاً بیتومینی یا زیربیتومینی) ساخته شده و به ذرات درشت و گرانولی تبدیل می‌شود تا پودر ریز. این ذرات عموماً بزرگتر از 0.4 میلی‌متر هستند و برای استفاده در فیلترها و راکتورهای بستر ثابت ایده‌آل هستند.

شکل «گرانولی» به آن سطح داخلی بالایی می‌دهد، در حالی که فضاهای خالی بین ذرات ایجاد می‌کند که به مایع اجازه می‌دهد با حداقل افت فشار عبور کند. این یک تفاوت کلیدی با پودر است که برای اختلاط و ته نشینی طراحی شده است.

چگونه ساخته می‌شود؟

این فرآیند مشابه سایر کربن‌های فعال است اما برای زغال سنگ بهینه شده است:

1. انتخاب مواد خام: زغال سنگ با درجه بالا خرد شده و با یک چسب مخلوط می‌شود.

2. بریکت‌سازی و گلوله‌سازی: مخلوط زغال سنگ و چسب به شکل‌های خاصی (گلوله‌ها، بریکت‌ها) در می‌آید تا اندازه گرانولی و استحکام مکانیکی مورد نظر ایجاد شود.

3. کربن‌سازی: زغال سنگ شکل‌داده شده در یک کوره کم‌اکسیژن در دماهای بالا (600-700 درجه سانتی‌گراد) گرم می‌شود تا اجزای فرار خارج شده و یک ساختار کربن ثابت ایجاد شود.

4. فعال‌سازی: سپس ماده کربن‌سازی شده در معرض یک عامل اکسید کننده (معمولاً بخار) در دمای 800-1100 درجه سانتی‌گراد قرار می‌گیرد. این فرآیند شبکه‌ی وسیعی از ریزمنفذها و مزومنفذها را «حکاکی» می‌کند و سطح وسیعی را ایجاد می‌کند.

5. غربالگری: محصول نهایی غربال شده و به توزیع اندازه‌ی ذرات خاص (به عنوان مثال، 8x20، 12x40 مش) برای کاربردهای مختلف مرتب می‌شود.

ویژگی‌های کلیدی

• ساختار منفذ: GAC مبتنی بر زغال سنگ معمولاً دارای مخلوطی از ریزمنفذها و مزومنفذها است. این باعث می‌شود که در جذب طیف وسیعی از آلاینده‌ها، از مولکول‌های کوچک گرفته تا ترکیبات آلی بزرگ، بسیار خوب عمل کند.

• سختی بالا و مقاومت در برابر سایش: کربن‌های مبتنی بر زغال سنگ به دلیل استحکام مکانیکی و دوام خود شناخته شده‌اند که در سیستم‌هایی که کربن دائماً تحت فشار، شستشوی معکوس و حرکت قرار دارد، حیاتی است. این امر منجر به گرد و غبار کمتر و تلفات کمتر می‌شود.

• چگالی بالا: ظرفیت جذب بیشتری را در واحد حجم در یک بستر فیلتر فراهم می‌کند.

• تمایل طبیعی به مواد آلی: به ویژه در حذف کلر، کلرامین‌ها و طیف وسیعی از مواد شیمیایی آلی مؤثر است.

کاربردهای اصلی GAC مبتنی بر زغال سنگ

این نوع کربن، اسب بارکش فیلتراسیون صنعتی و شهری است. مزیت اصلی آن نسبت به پودر (PAC) این است که می‌توان از آن در یک بستر فیلتر محصور برای تصفیه مداوم و در مقیاس بزرگ استفاده کرد.

1. تصفیه آب و فاضلاب

• تصفیه آب آشامیدنی شهری: در فیلترهای بستر ثابت برای حذف استفاده می‌شود:

  • محصولات جانبی ضدعفونی (DBPs) مانند تری‌هالومتان‌ها (THMs) و اسیدهای هالو استیک (HAAs).

  • مواد آلی طبیعی (NOM) که باعث ایجاد رنگ، طعم و بو می‌شود.

  • آفت‌کش‌ها و علف‌کش‌ها از رواناب‌های کشاورزی.

  • کلر و کلرامین‌ها.

• تصفیه فاضلاب صنعتی: آب را از کارخانه‌های شیمیایی، تولیدکنندگان دارویی و تأسیسات فرآوری مواد غذایی با جذب ترکیبات آلی سمی، حلال‌ها و رنگ‌ها قبل از تخلیه یا استفاده مجدد تصفیه می‌کند.

2. تصفیه هوا و گاز

• کنترل ترکیبات آلی فرار (VOC): در فیلترهای فاز بخار در کارخانه‌های تولیدی، غرفه‌های رنگ‌پاشی و تأسیسات چاپ برای جذب بخارات حلال استفاده می‌شود.

• کنترل بو: در سیستم‌های تهویه تأسیسات تصفیه فاضلاب، تأسیسات کمپوست‌سازی و سایت‌های صنعتی برای حذف سولفید هیدروژن و سایر گازهای بدبو نصب می‌شود.

• بازیابی گازهای دفن زباله: گاز متان استخراج شده از محل‌های دفن زباله را تصفیه می‌کند تا بتوان از آن به عنوان منبع انرژی استفاده کرد.

3. صنعت غذا و نوشیدنی

• رنگ‌زدایی: برای حذف ناخالصی‌های رنگی از محصولاتی مانند شربت‌های قندی، شیرین‌کننده‌های ذرت و اسید سیتریک استفاده می‌شود.

• تصفیه: در مراحل نهایی پولیش محصولاتی مانند مشروبات الکلی و روغن‌های خوراکی برای اطمینان از خلوص و حذف طعم‌های نامطبوع استفاده می‌شود.

4. سایر کاربردهای تخصصی

• اصلاح آب‌های زیرزمینی: در سیستم‌های پمپاژ و تصفیه برای حذف حلال‌های صنعتی (به عنوان مثال، TCE، PCE) و محصولات نفتی از آب‌های زیرزمینی آلوده استفاده می‌شود.

• پشتیبانی از کاتالیزور: سطح وسیع آن، آن را به یک ماده پشتیبانی عالی برای کاتالیزورها در فرآیندهای شیمیایی مختلف تبدیل می‌کند.

•