الكربون النشط هو شكل من أشكال الكربون الذي تم معالجته لجعله مساميًا للغاية ، وبالتالي يكون لديه مساحة كبيرة جدًا متاحة للادمصاص والتفاعلات الكيميائية.
أهمية الكربون النشط:
يعتبر الكربون النشط أنجح المواد الممتزة بسبب:
- قدرتة العالية علي الامتزاز للملوثات مثل الأصباغ ، المعادن الثقيلة ، المستحضرات الدوائية والفينولات.
- مساحة السطح الكبيرة.
- المجموعات الوظيفية المختلفة علي السطح، والتي تشمل الكربوكسيل والكربونيل والفينول والكوينون واللاكتون والمجموعات الأخرى المرتبطة بحواف طبقات الجرافيت.
لذلك ، فهو يعتبر من الممتزات الجيدة سواء للملوثات السائلة أوالغازية. الموارد الكربونية الأكثر استخدامًا لتصنيع الكربون النشط هي الفحم والخشب وقشرة جوز الهند. هذه الأنواع من الموارد باهظة التكاليف وغالبا ما تستورد في العديد من البلدان ؛ مما يجعل من الضروري ، بالنسبة للبلدان النامية ، إيجاد مصدر رخيص ومتاح لإنتاج الكربون النشط .
المساحة السطحية للكربون النشط:
يتم علاجها فيزيائياً أو كيميائيا لتوليد microfissures التي ترفع بشكل كبير مساحة سطح الامتزاز. المساحة السطحية الكبيرة (بين 500 و 1500 م 2 / جم) والشحنة الكهربائية تمتز بنجاح مجموعة واسعة من المركبات القطبية ، خاصة الفينولات ومشتقاتها.
أمثلة لتفعيل تطبيقات الكربون:
- تنقية مياه الشرب.
- معالجة مياه الصرف الصحي.
- تصنيع الجليسرين.
- إزالة الصبغة.
- يزيل اللون النبيذ.
- نظم إزالة الرائحة.
تعد أنظمة إزالة الروائح بإستخدام الكربون النشط ذات قيمة كبيرة، ولكنها قد تؤدي أيضًا إلى إزالة مركبات النكهة المطلوبة.
مصادر بديلة:
لتقليل تكلفة إنتاج الكربون النشط ، اقترحت بعض المنتجات الخضراء في الآونة الأخيرة مثل: 8
- قشر البطاطا
- قشر الموز
- قشر الرمان
- أوراق الأشجار
التلوث البيئي:
يمكن تعريف التلوث البيئي حيث أن تلوث المكونات الفيزيائية والبيولوجية لنظام الأرض / الغلاف الجوي إلى هذا المستوى الطبيعي من العمليات البيئية يتأثر بشدة. يؤدي وجود الملوثات في البيئة إلى الإضرار بالبشر أو الكائنات الحية الأخرى. ويتم تصنيف التلوث البيئي إلي ثلاث مجموعات رئيسية:
- تلوث الهواء.
- تلوث المياه.
- تلوث التربة
الكتلة الحيوية الليجنوسيلولوزية:
إن الكتلة الحيوية المشتقة من النباتات ، والتي تسمى الكتلة الحيوية الليجنوسيلولوزية ، هي الكتلة الحيوية المتجددة على الأرض. المكونات الرئيسية للنباتات الخشبية ، وكذلك الأعشاب والبقايا الزراعية هي:
ثلاث بوليمرات :
- اللجنين (10-25 ٪) ،
- هميسيلوز (20-30 ٪)
- السليلوز (40-50 ٪).
بالإضافة إلي : البروتينات والكلوروفيل والرماد والشموع والتانينات (في حالة الخشب) والبكتين (في معظم الألياف).
على وجه التحديد ، تعتبر المخلفات الليجنوسيلولوزية مصدر الكربون الطبيعي منخفضة التكلفة لإنتاج مواد مختلفة بما في ذلك الكربون النشط.ويعتبر اللجنين هو المصدر الرئيسي لإنتاج الكربون النشط ، ويتم تحقيق خصائص مثل حجم المسام المتوسط مقابل الحجم المسامي المحدد من قبل جميع مكونات المنشئ مهما كان وزنه.
إنتاج الكربون النشط:
إنتاج الكربون النشط من مواد lignocellulosic في مرحلتين:
- الكربنة في درجات حرارة منخفضة (700-800 كلفن) ، في غياب الأكسجين ، للقضاء على المواد المتطايرة.
- التنشيط اللاحق في درجات حرارة أعلى (1100-1300 كلفن) لزيادة المسامية ومساحة سطح المادة الصلبة.
عملية التنشيط:
يمكن إجراء عملية التنشيط بطرق مختلفة:
- التنشيط الكيميائي باستخدام المواد الكيميائية مثل (KOH ، H3PO4 ، ZnCl2)
- التنشيط الفيزيائي / الحراري باستخدام أول أكسيد الكربون أو الهواء أو بخار الماء.
- الطريقة الثالثة تجمع بين الطريقتين السابقتين.
مزايا التنشيط الحراري الفيزيائي:
- عملية منخفضة التكلفة مع انخفاض الأثر البيئي
مزايا التنشيط الكيميائي:
- تحسين المسامية (قدرة الامتزاز) للمادة النهائية
العوامل المؤثرة على خواص الكربون المنشط:
تؤثر شروط تحضير المواد الكربونية على الخواص الفيزيائية الكيميائية للمواد المنتجة مثل:
- مساحة السطح.
- توزيع حجم المسام.
عامل مهم آخر هو الخصائص الفيزيائية الكيميائية للمنشأ نفسه ؛ اعتمادا علي:
- احوال الطقس.
- طرق الحصاد.
- الموسم الذي تم جمعها فيه.
- الرطوبة الأولية ومحتوى الأوكسجين.
- مكوناته من السليلوز ، هيميسيلولوز والليجنين.
بقلم / أحمد محمد هشام
ماجستير كيمياء تحليلية بيئية
