فیلتر کربن فعال را بهتر بشناسیم!

فیلتر کربن اکتیو یا کربن فعال یکی از روش های رایج در تصفیه سیستم‌های آب و فاضلاب است که بر اساس جذب مواد آلی آب توسط کربن فعال است. از بین بردن بو، طعم و کدر بودن آب از وظایف اصلی فیلترهای کربن فعال است و به همین دلیل در سیستم های تصفیه آب خانگی، استخرها و حتی تصفیه فاضلاب صنعتی کاربرد زیادی دارد. اما این ماده خاص با پیشرفت روز به روز صنعت، کاربردهای گسترده‌تری پیدا کرده و در فیلتر کابین خودروها و اتومبیل‌ها نیز جای خود را باز کرده است. برای دریافت اطلاعات بیشتر در مورد کربن اکتیو با ما همراه باشید. این راهنمای نسبتا کامل به بررسی دقیق‌تر فیلترهای کربن فعال، از جمله تعریف آن‌ها، نحوه عملکرد، مزایا و موارد دیگر می‌پردازد.

کربن اکتیو یا زغال فعال چیست؟

کربن فعال زغال حاصل از موادی مثل: زغال سنگ، پوست نارگیل، پوست بامبو، پوست پسته و گردو است که طی عملیات خاصی در اثر حرارت، فشار و شستشو ، اصطلاحا فعال می شود. یعنی با ایجاد حفره هایی ، سطح تماس آن و در نتیجه توانایی جذب سطحی آن زیاد می شود. فیلتر کربن فعال قطعه‌ای جامد از کربن بسیار متخلخل است که معمولاً به صورت بلوک پودری یا دانه‌ای وجود دارد. فیلترهای کربن فعال دارای سطح بسیار بزرگی هستند – یک گرم از این ماده به طور متوسط دارای سطحی معادل ۵۰۰ متر مربع است. این ویژگی به فیلتر کربن فعال اجازه می‌دهد تا نسبت به فیلترهای معمولی، آلاینده‌های بسیار بیشتری را جذب کند.

جذب (Adsorption) زمانی رخ می‌دهد که ترکیبات آلی موجود در آب یا هوا (بسته به نوع استفاده از فیلتر) با محیط کربنی واکنش شیمیایی داده و به سطح آن متصل می‌شوند. هرچه میزان تخلخل کربن فعال بیشتر باشد، توانایی جذب آلودگی‌ها بیشتر خواهد بود.

تفاوت زغال آنتراسیت و کربن اکتیو در تصفیه آب

۱. آنتراسیت

زغال سخت برای حذف کدورت

یکی از مواد جاذب استفاده شده در تصفیه آب آنتراسیت است. آنتراسیت یک نوع زغال سخت است که برای حذف کدورت و مواد رنگی در آب استفاده می‌شود. این نوع زغال سخت با ساختار پرمنفذی که دارد، ذرات معلق و رنگ‌دهی را جذب می‌کند. استفاده از آنتراسیت به عنوان جاذب در تصفیه آب باعث بهبود شفافیت و کاهش کدورت آب می‌شود.

۲. کربن اکتیو

حذف کلر، طعم و بو

کربن اکتیو نیز یکی از مواد جاذب استفاده شده در تصفیه آب است. این ماده از پوسته‌های کربنی به دست می‌آید و برای حذف کلر، طعم و بوی ناخواسته در آب استفاده می‌شود. کربن اکتیو با خاصیت جاذبی بسیار بالا، مواد آلی و ترکیبات آلاینده را جذب می‌کند. استفاده از کربن اکتیو در تصفیه آب باعث بهبود کیفیت آب و حذف ناخواسته‌های آن می‌شود.

آنتراسیت و کربن اکتیو هر دو به عنوان جاذب در تصفیه آب استفاده می‌شوند، اما تفاوت‌هایی با یکدیگر دارند:

– منشاء: آنتراسیت یک ماده معدنی طبیعی است در حالی که کربن اکتیو به صورت مصنوعی تولید می‌شود.

– ساختار: آنتراسیت دارای ساختار متخلخل است در حالی که کربن اکتیو سطح ویژه بالایی دارد.

– جذب: آنتراسیت بیشتر برای جذب ترکیبات آلی و کربن اکتیو برای جذب ترکیبات معدنی به کار می‌رود.

– هزینه: کربن اکتیو گران‌تر از آنتراسیت است.

– ماندگاری: ماندگاری و عمر مفید آنتراسیت کمتر از کربن اکتیو است.

– بازیابی: آنتراسیت قابلیت بازیافت کمتری نسبت به کربن اکتیو دارد.

– pH: آنتراسیت در pH بالاتری نسبت به کربن اکتیو کارایی دارد.

در کل، انتخاب بین این دو بستگی به نوع آلاینده‌ها، هزینه و شرایط سیستم تصفیه آب دارد.

مراحل تولید کربن فعال

تولید کربن فعال شامل دو مرحله اصلی است:

1. کربناسیون: در این مرحله، ماده اولیه مانند پوست نارگیل یا بامبو با حرارت دادن در حضور گاز بی‌اثر (مانند ازت) و بدون حضور اکسیژن به زغال تبدیل می‌شود.
2. فعال‌سازی (اکتیواسیون): این مرحله به منظور افزایش سطح تماس کربن با ایجاد تخلخل انجام می‌شود.

• فعال‌سازی شیمیایی: در این روش، کربن در اسید فسفریک یا کلرید روی فرو برده و تا دمای 800 درجه سانتی‌گراد حرارت داده می‌شود. این فرآیند باعث ایجاد منافذ درشت برای جذب مولکول‌های بزرگ می‌شود.
• فعال‌سازی با بخار آب: در این روش، کربن در معرض بخار آب در دمای 800 تا 1100 درجه قرار می‌گیرد. نتیجه این فرآیند ایجاد منافذ ریز است که برای جذب مولکول‌های کوچک مناسب هستند.

نکته: روش فعال‌سازی کربن بستگی به هدف نهایی دارد. برای مثال، می‌توان کربن را به گونه‌ای فعال کرد که توانایی حذف مؤثر فلزات سنگین مانند سرب از آب را نیز داشته باشد.

شاخص تعیین میزان فعالیت (فعال بودن) کربن چیست؟

میزان جذب‌کنندگی کربن فعال با شاخصی به نام عدد یدی

(Iodine Number) تعیین می‌شود. این شاخص با واحد میلی‌گرم بر گرم ید (mg/g I2) اندازه‌گیری می‌شود. عدد ید معمولاً در بازه 500 تا 1200 قرار دارد. هرچه این عدد بالاتر باشد، کربن دارای منافذ بیشتر و سطح تماس وسیع‌تری است که باعث افزایش توانایی آن در جذب گازها و سایر ناخالصی‌ها می‌شود.

عوامل موثر بر راندمان کربن فعال

1. عدد ید (Iodine Number): مقدار جذب ید توسط کربن که میزان فعال بودن آن را نشان می‌دهد. هرچه این عدد بالاتر باشد، قدرت جذب کربن بیشتر است.
2. سطح تماس (Surface Area): این شاخص تخمین‌گر میزان سطح تماس کربن است و با اندازه‌گیری جذب نیتروژن محاسبه می‌شود. واحد آن متر مربع بر گرم (m2/g) است. یک گرم کربن فعال با راندمان بالا می‌تواند حدود 3000 متر مربع سطح تماس داشته باشد، یعنی سه گرم کربن تقریباً به اندازه یک زمین فوتبال سطح تماس فراهم می‌کند.
3. اندازه دانه‌بندی (Particle Size): این ویژگی معمولاً بر حسب میلی‌متر یا میلی‌متر مربع اندازه‌گیری می‌شود. هرچه دانه‌های کربن ریزتر باشند، سطح تماس بیشتر شده و توانایی جذب سطحی آن افزایش می‌یابد.
4. درصد خاکستر (Ash Content): این درصد نشان‌دهنده میزان ناخالصی‌های موجود در کربن است. به عنوان مثال، کربن حاصل از زغال‌سنگ حاوی فلزات سنگین است، در حالی که کربن‌های گیاهی عمدتاً دارای املاح آلی هستند.

فیلترهای کربن فعال چگونه کار می‌کنند؟

کربن فعال با داشتن حفره‌های متعدد و ریز، ناخالصی‌ها را در خود جذب می‌کند. ذرات کوچک‌تر در حفره‌های ریز به دام می‌افتند، در حالی که ذرات بزرگ‌تر در منافذ با قطر بیشتر گیر می‌کنند. این فرآیند به عنوان جذب سطحی شناخته می‌شود. به طور خلاصه، کربن فعال شبکه‌ای از حفره‌ها است که هنگام عبور آب یا گاز از میان دانه‌های آن، ناخالصی‌ها را در این منافذ به دام می‌اندازد.
کربن فعال دارای میلیون‌ها منفذ است که به آن سطح بسیار گسترده‌ای می‌بخشد؛ به طوری که 3 گرم کربن فعال می‌تواند سطحی به اندازه یک زمین فوتبال را فراهم کند. این ویژگی زمانی اهمیت پیدا می‌کند که گازها و سایر ناخالصی‌ها در این منافذ گیر بیفتند. در تصفیه آب و هوا، فیلترهای کربن فعال برای حذف بو، طعم نامطبوع و ماندگی استفاده می‌شوند. هر چه تعداد منافذ بیشتر باشد، سطح تماس گسترده‌تر می‌شود و توانایی بیشتری برای جذب ناخالصی‌ها ایجاد می‌کند.

نتیجه این فرآیند این است که آب یا هوای خروجی از سیستم بسیار پاک‌تر است، زیرا از آلاینده‌هایی که بر طعم یا بو تأثیر می‌گذارند، مانند کلر و گازهای آلاینده، عاری شده است. اگر فیلتر کربن فعال با سایر مراحل فیلتراسیون همراه شود، می‌تواند از آسیب به فیلترهای دیگر توسط ذرات بزرگ مانند گرد و غبار جلوگیری کند.

آلاینده‌هایی که فیلترهای کربن فعال حذف می‌کنند

فیلترهای کربن فعال می‌توانند آلاینده‌های زیر را از آب حذف کنند:

• کلر
• کلرامین
• ترکیبات آلی فرار
• آفت‌کش‌ها
• نیترات‌ها
• سولفید هیدروژن

در هوا، فیلترهای کربن فعال هدف حذف آلاینده‌های زیر را دارند:

• ترکیبات آلی فرار
• بخارهای شیمیایی
• آلرژن‌ها
• گازها
• بوها

طراحی فیلتر کربن فعال تعیین می‌کند که این فیلتر کدام آلاینده‌ها را حذف کند و چقدر در این کار مؤثر است.

انواع کربن فعال

کاربردهای فیلترهای کربن فعال

دو مورد از رایج‌ترین کاربردهای فیلترهای کربن فعال عبارتند از:

• در تصفیه‌کننده‌های هوا: فیلترهای کربن فعال برای حذف بوها و آلاینده‌ها از هوا و بهبود کیفیت هوای داخلی استفاده می‌شوند.
• در فیلترهای آب: فیلترهای کربن فعال همچنین در فیلترهای آب مانند فیلترهای پارچ و زیر سینک برای بهبود طعم و کیفیت آب آشامیدنی یافت می‌شوند.

استفاده‌های بزرگ‌مقیاس از فیلترهای کربن فعال شامل تصفیه فاضلاب، پایان‌دهی به فلزات، شیمی تحلیلی، فرآیندهای دارویی، تصفیه نوشیدنی‌های تقطیری و بازیابی آب زیرزمینی است.

مزایای فیلتراسیون با کربن فعال

برخی از بزرگ‌ترین مزایای فیلتراسیون با کربن فعال عبارتند از:

• محیط فیلتر طبیعی: کربن فعال از مواد طبیعی مانند پوسته نارگیل و چوب ساخته می‌شود و هیچ مواد یا شیمیایی اضافی نیاز ندارد. این بدان معناست که آب یا هوا می‌تواند به‌طور کاملاً ایمن و طبیعی فیلتر شود.
• نگهداری آسان و کم‌هزینه: کربن فعال یکی از ارزان‌ترین مواد فیلتراسیون است و نیاز به نگهداری محدودی دارد. وقتی فیلتر کربن فعال به ظرفیت خود برسد، تنها کافی است که تعویض شود.
• حذف طعم‌ها و بوهای نامطبوع: هیچ تکنیک فیلتراسیون ارزانی به اندازه کربن فعال در حذف طعم‌ها و بوهای نامطبوع از هوا و آب آشامیدنی مؤثر نیست.
• مقابله با طیف وسیعی از آلودگی‌ها: علاوه بر طعم و بو، کربن فعال به‌طور مؤثر دیگر مواد شیمیایی آلی، آلاینده‌ها، گازها و میکروارگانیسم‌ها را نیز بسته به کاربرد خود فیلتر می‌کند.

معایب فیلتراسیون با کربن فعال

برخی از مشکلات فیلتراسیون با کربن فعال عبارتند از:

• قادر به حذف همه آلاینده‌ها نیست: کربن فعال در حذف گروه مشخصی از آلاینده‌ها بسیار مؤثر است، اما نمی‌توان از آن برای تصفیه کامل آب و هوا استفاده کرد. برخی از مواد شیمیایی و آلاینده‌ها به محیط کربنی جذب نمی‌شوند و نیاز به تکنیک‌های فیلتراسیون دیگر دارند.
• عمر کوتاه: فیلتر کربن فعال دارای حداکثر ظرفیت فیلتراسیون است (بیشترین مقدار آلاینده‌هایی که می‌توانند در محیط فیلتر محبوس شوند تا زمانی که کاملاً مسدود شوند). وقتی این ظرفیت به حداکثر برسد، فیلتر از کار می‌افتد و باید تعویض شود. عمر متوسط یک فیلتر کربن فعال بین ۲ تا ۶ ماه است، بسته به اندازه فیلتر و آلاینده‌های موجود در آب یا هوای تصفیه شده.
• نیاز به زمان تماس طولانی: هر چه مدت تماس فیلتر با آب یا هوا بیشتر باشد، فیلتراسیون مؤثرتر خواهد بود. این ممکن است به معنای انتظار چند دقیقه‌ای برای نتایج فیلتراسیون باشد.
• احتمال رشد باکتری‌ها: کربن فعال نمی‌تواند ویروس‌ها و باکتری‌ها را حذف کند و در واقع این نوع فیلتر به رشد باکتری‌ها شناخته شده است. تولیدکنندگان می‌توانند با افزودن مقادیر کمی از موادی مانند نقره به محیط فیلتر، از رشد باکتری‌ها جلوگیری کنند.

متغیرهای فیلتر کربن فعال

در حالی که همه فیلترهای کربن فعال توانایی بیشتری در حذف آلودگی‌ها نسبت به فیلترهای معمولی دارند، اما همه این فیلترها به یک شکل طراحی نشده‌اند.

فیلترهای مختلف کربن فعال دارای مقادیر متفاوتی از کربن فعال هستند و سطح‌های متفاوتی دارند. هرچه فیلتر مقدار بیشتری کربن فعال داشته باشد و سطح آن بزرگ‌تر باشد، آلودگی‌های بیشتری را می‌تواند حذف کند و عمر طولانی‌تری خواهد داشت.

اندازه منافذ فیلتر نیز بر سرعت جذب تأثیر می‌گذارد. هرچه منافذ کوچک‌تر باشند، فرآیند جذب سریع‌تر خواهد بود. برخی از فیلترهای کربن فعال امروزه با موادی مانند اکسید منیزیم یا اکسید مس تقویت می‌شوند تا فرآیند فیلتراسیون را بهبود بخشند.

فیلتر تصفیه آب کربن گرانولی پایس

فیلتر کربن گرانولی پایس یکی از اجزای حیاتی در فرآیند تصفیه آب است که نقش مهمی در حذف آلاینده‌های شیمیایی و بهبود طعم و بوی آب ایفا می‌کند. این فیلتر تصفیه آب با استفاده از ذرات ریز کربن فعال، توانایی جذب ترکیبات آلی، کلر و گازهای محلول را داراست. ساختار گرانولی این فیلتر به آب اجازه می‌دهد تا با سرعت مناسبی از میان ذرات کربن عبور کند و در عین حال آلاینده‌ها جذب شوند.

از ویژگی‌های قابل توجه فیلتر کربن گرانولی پایس می‌توان به طراحی بهینه جهت حفظ سرعت جریان آب، کاهش افت فشار و افزایش عمر مفید فیلتر اشاره کرد. این فیلتر به گونه‌ای طراحی شده است که هم نصب آن آسان بوده و هم نیاز به نگهداری مکرر ندارد. همچنین، استفاده از کربن‌های فعال با کیفیت بالا در ساخت این فیلتر موجب می‌شود تا عملکرد آن در جذب آلاینده‌های شیمیایی به بهترین نحو عمل کند.

فیلتر تصفیه آب کربن بلاک پایس

فیلتر کربن بلاک پایس از دسته فیلترهای کربنی است که در مرحله میانی تصفیه آب نقش مهمی ایفا می‌کند. این فیلتر تصفیه آب به دلیل ساختار فشرده و متراکم خود از بلوک‌های کربن فعال، قابلیت جذب بالایی در حذف ترکیبات آلی، کلر و سایر مواد شیمیایی مضر دارد. ساختار بلاک به گونه ای طراحی شده است که سطح تماس بیشتری بین آب و کربن فراهم شود و در نتیجه عملکرد جذب و تصفیه افزایش یابد.

در سیستم‌های تصفیه آب پایس، فیلتر بلاک به عنوان یک پل ارتباطی بین مرحله 1 و 2 و فیلتر ممبران عمل می‌کند. پس از حذف ذرات معلق توسط فیلترهای اولیه، آب به این فیلتر وارد شده و ترکیبات شیمیایی و بوهای ناخوشایند جذب می‌شوند. این فرآیند باعث بهبود طعم و کیفیت آب می‌گردد و همچنین از تشکیل محصولات جانبی ناشی از کلر جلوگیری می‌کند.

از مزایای فیلتر کربن بلاک پایس می‌توان به طول عمر بالا، کارایی مؤثر در جذب آلاینده‌ها و نگهداری ساده اشاره کرد. استفاده از کربن فعال با کیفیت در ساخت این فیلتر، باعث می‌شود تا عملکرد آن در طول زمان کاهش نیابد و نیاز به تعویض مکرر کاهش یابد.

نتیجه‌گیری

فیلترهای کربن فعال جزو مؤثرترین ابزارها برای تصفیه هوا و آب هستند. اگرچه کربن فعال یک تکنیک تصفیه محسوب نمی‌شود، اما در حذف آلودگی‌هایی که بر طعم و بو تأثیر می‌گذارند، نسبت به فیلترهای دیگر برتری دارد. فیلترهای کربن فعال کاربردهای زیادی دارند، اما این فیلترها بیشتر در فیلترهای آب و تصفیه‌کننده‌های هوا استفاده می‌شوند.