بخشی از مقاله
چکیده
برای تولید کربن فعال مواد اولیهی گوناگونی مورد استفاده قرار میگیرند در این تحقیق از قیر طبیعی که معادن آنها به وفور در استان کرمانشاه یافت میشود و از مواد ارزان قیمت و در دسترس هستندبه عنوان مواد اولیه استفاده شده است. با اعمال فعالسازی شیمیایی - با اسید فسفریک - بر این مواد، کربن فعال تولید شد و سپس خواص جذبی هر یک از محصولات، مورد بررسی قرار گرفت. بدین ترتیب نمونههایی با سطح ویژه بیش از 730 m 2/gr و میزان جذب ید 900 mg/gr تولید شد. علاوه بر این اثر هر یک از متغیرهای فرایند نظیر نوع ماده اولیه، نسبت آغشتگی، غلظت عامل فعال ساز شیمیایی، دمای تصفیه پایین، زمان اقامت در دمای پایین، دمای فعال سازی و زمان اختلاط بر خواص جذبی و بازده تولید کربن فعال مورد بررسی قرار گرفت و بر اساس نتایج حاصل شرایط عملیاتی بهینه تولید، تعیین گردید.
کلمات کلیدی:کربن فعال، قیر طبیعی، روش شیمیایی، دمای تصفیه پایین، دمای تصفیه بالا
.1 مقدمه
کربن فعال یک اسم کلی برای گروهی از کربنهای خلل و فرج دار می باشد. کربن فعال یک جامد بی شکل - آمورف - با سطح ویژه بالا و حجم بالای خلل و فرج می باشد. این ویژگی منحصر به فرد باعث ایجاد خواص جذبی بالا در کربن فعال میگردد..[1] از جمله کاربردهای این ماده می توان استفاده در صنایع دفاعی، نظامی، تصفیه آب و پساب، رنگبری از محلول شکر، استفاده در ماسکهای گاز و سیستمهای بازیافت حلال اشاره نمود. مواد اولیه مختلفی را می توان بعنوان ماده خام برای تولید این محصول بکار گرفت که از میان آنها مواد خام سلولزی نظیر چوب، پوست نارگیل، هسته میوه ها و سایر ضایعات کشاورزی، مواد خام کربنی نظیر زغال سنگ، کک نفتی، قیر قطران زغال سنگ و مواد خام پلیمری شامل ضایعات انواع لاستیکها و پلاستیکها را می توان نام برد[2]، [3]، [4]، [5]، .[6]
تولید کربن فعال با استفاده از دو روش فعالسازی فیزیکی و فعالسازی شیمیایی امکان پذیر است. هدف از فعالسازی، ایجاد یک ساختار متخلخل کربنی با سطح آزاد زیاد در ماده خام است. در روش فعالسازی فیزیکی، ماده خام نخست در محیطی بدون حضور هوا کربونیزه می شود تا پایه کربنی اولیه تشکیل شود. در این شرایط، ترکیبات سلولزی و نیز پلیمری موجود در ماده خام به زغال تبدیل شده و مواد خامی نظیر زغال سنگ, کلیه ترکیبات فرار خود را از دست می دهند. سپس پایه کربنی بدست آمده در معرض یک عامل فعالساز گازی در دمای بالا قرار می گیرد. چگونگی تخلخل محصول بدست آمده به عوامل متعددی نظیر نوع ماده خام، شرایط کربونیزاسیون، نوع عامل فعالساز، دما و زمان فعال سازی بستگی دارد.[7]
در روش فعال سازی شیمیایی که یک روش تک مرحله ای برای تولید کربن فعال به شمار می آید، ماده خام با محلولی غلیظ از یک عامل فعال ساز مخلوط شده و مخلوط حاصل پس از خشک شدن، در شرایط اتمسفر بی اثر در یک کوره حرارت می بیند. از جمله مهمترین موادی که به عنوان عامل فعال ساز مورد استفاده قرار می گیرند می توان به ترکیبات فلزات قلیائی یا قلیائی خاکی نظیر هیدروکسید پتاسیم، کربنات پتاسیم، کربنات سدیم، کلرید منیزیم و برخی اسیدها نظیر اسید فسفریک، اسید سولفوریک، کلرید آلومینیوم و کلرید روی اشاره کرد. در اینجا نقش عامل فعال ساز، حذف آب از ساختار ماده اولیه و پائین آوردن دمای لازم برای کربونیزاسیون و ممانعت از تشکیل قطران در حین انجام فرآیند است که به ایجاد یک ساختار متخلخل در محصول کمک می کند.[8] در این روش مشخصات ماده خام نظیر نوع و ابعاد دانه های آن، نوع عامل فعال ساز، نسبت اختلاط ماده خام با عامل فعال ساز - درصد تلقیح - ، شرایط خشک کردن و گرمایش در کوره، بر مشخصات و خواص محصول نهایی تاثیر قابل ملاحظه ای خواهد داشت.[9]
در این مقاله از روش فعالسازی شیمیایی به این دلیل که یک روش تک مرحله ای و دارای راندمان بالایی می باشد و تولید خاکستر کمتری می کند استفاده شده است. از قیر طبیعی بعلت داشتن کربن بالا نسبت به منشاء سلولزی، فراوانی، قابلیت دسترسی آسان، بعنوان ماده اولیه منشاء کربنی استفاده شده است. اسید فسفریک به این دلیل که باعث کاهش قابل توجه دمای لازم برای فعالسازی و افزایش سرعت واکنش ها می شود بعنوان عامل فعالساز استفاده شده است. اسیدفسفریک یک عامل قوی دهیدراسیون است لذا حضور آن میتواند باعث گسسته شدن و سپس انجام واکنشهای حلقوی شدن با مکانیسم یونی شود. اسید فسفریک یکی از مواد رایج مصرفی جهت تولید کربن فعال می باشد.
.2 مواد و روش ها
.1-2 مواد اولیه مواد اولیه مورد استفادهکه در سنتز کربن فعال مستقیماً مورد استفاده قرار گرفته اند شامل قیر طبیعی، اسید فسفریک با گرید خوارکی و آب مقطر می باشد که در جداول زیر مشخصات شیمی فیزیکی آنها آورده شده است. همچنین نیترات سرب، تیوسولفات سدیم، نشاسته، یدید پتاسیم، محلول ید 0/1 نرمال که همگی مرک هستند و ملاس چغندر قند کارخانه قند بیستون کرمانشاه - جدول - 3 موادی هستند که جهت تعیین خصوصیات جذبی کربن فعال سنتز شده مورد استفاده قرار گرفته اند.
