بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله حاصل بررسیهای آزمایشگاهی انجام گرفته در زمینه ساخت کربن فعال بر روی کربن فعال ساخته شده و کربن فعال تجاری ارائه شده است. روش مورد استفاده فعال سازی شیمیایی پوسته درخت نخل خرما توسط عامل فعال ساز اسید فسفریک بوده است. دراین بررسیها مشخص گردید که سطح ویژه حفرات کربن فعال تهیه شده از پوسته نخل خرما بیش تر از کربن فعال تجاری بدست آمد، همچنین حجم گاز نیتروژن جذب شده توسط کربن فعال تجاری بالاتراز کربن فعال پوسته نخل خرما ارائه شد و برای مشاهده میزان تأثیر عملیات فعال سازی بر ایجاد حفرات و منافذ روی سطح پوسته خرما، تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از پوسته نخل خرما بعد از فعال سازی با اسید فسفریک ارائه گردید، این تصاویر به وضوح بافت متخلخل این ماده خام را که ناشی از ساختار سلولی آن می باشد آشکار ساخت.
واژه های کلیدی : کربن فعال، فعال سازی شیمیایی، جذب سطحی، جاذبها
– 1 مقدمه
کربن فعال، از قوی ترین نیروی جذب سطحی فیزیکی و از بیشترین حجم جذب توسط تخلخل ها،در مقایسه با موادی که تا به حال شناخته شده برخوردار ا ست. خوا صی چون واکنش پذیری بالای سطح جذب، م ساحت سطح بالا و ظرفیت جذب بالا، باعث کاربرد گسترده کربن فعال برای حذف فلزات سنگین شده است .[1] براساس مواد خام اولیه،میزان فعالیت شیمیایی و خصوصیات فیزیکی، هر نوع از کربن فعال،کاربردهای خاص خودش را دا شته و دارای مزایا و معایب ذاتی خود می با شد.[2] با تبدیل ضایعات صنایع مختلف به کربن فعال،علاوه بر کاهش هزینه دفع ضایعات می توان گزینه ای بالقوه برای تهیه این ماده با هزینه پایین تر را ایجاد نمود.کارایی اقت صادی تبدیل ضایعات به کربن فعال ب ستگی به خ صو صیات کربن فعال تولیدی و جرم از د ست رفته در حین فرایند تولید دارد.با احتساب هزینه های جاری مورد نیاز برای این کار می توان به توجیه اقتصادی بای این روش رسید.
تولید کربن فعال با استفاده از دو روش فعال سازی فیزیکی و فعال سازی شیمیایی امکان پذیر است. هدف از فعال سازی، ایجاد یک ساختار متخلخل کربنی با سطح آزاد زیاد در ماده خام است. در روش فعال سازی 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 فعال ساز گازی در دمای بالا قرار می گیرد. عامل فعال سازعموماً بخار آب، دی اکسید کربن، اکسیژن یا مخلوط آنها می باشد که قادر است در دمای بالا با بخشی از کربن موجود در ماده واکنش دهد و آنرا بصورت عوامل گازی مونواکسید کربن یا دی اکسید کربن خارج سازد. بدین ترتیب پس از حذف بخشی از کربن ساختمانی توسط عامل فعال ساز، محصول باقیمانده ساختاری متخلخل خواهد داشت. چگونگی تخلخل این محصول به عوامل متعددی نظیر نوع ماده خام، شرایط کربونیزاسیون، نوع عامل فعال ساز، دما و زمان فعال سازی بستگی دارد.[3]
دروش فعال سازی شیمیایی که معمولاً برای مواد خام رزینی استفاده می شود، در آغاز ماده اولیه با نسبت مشخصی با محلولی غلیظ از عوامل فعال ساز آغشته می شود، که باعث تجزیه و شکسته شدن مواد سلولزی می شود.ماده آغشته شده در شرایط خاص و تحت دمای معین گذاشته و یا هم زده می شود، تا عامل فعال ساز به درون ساختمان آن نفوذ کند. توزیع اندازه حفرات در محصول نهایی کربن تا حد زیادی وابسته به میزان آغشته سازی می باشدمعمولاً. با افزایش میزان اغشته سازی قطر حفرات افزایش می یابد. سپس ماده آغشته به مواد شیمیایی در محدوده دمایی 400 و 800 تحت اتمسفر معینی پیرولیز می شود. محصول حاصل از پیرولیز سرد شده و برای زدودن عامل شیمیایی فعال ساز که مجداً بازیابی می شود، مورد استفاده قرار می گیرد. مواد فعال کننده عبارتند از: اسید فسفریک، کلرید روی، اسید سولفوریک و یدید پتاسیم 4]،.[2 در این مقاله شرایط و خواص محصول بدست آمده از فعال سازی شیمیایی پوسته درخت خرما بعنوان ماده خام توسط عامل فعال ساز اسید فسفریک ارائه شده است.
-2 روش تحقیق
در این تحقیق از عامل فعال ساز شیمیایی اسید فسفریک %85 - محصول مرک آلمان - به منظور فعال سازی استفاده می شود. در اینجا نقش عامل فعال ساز، حذف آب از ساختار ماده اولیه و پایین 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.در این روش مشخصات ماده خام نظیر نوع و ابعاد داته 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 ملاحظهای خواهد داشت. در این تحقیق از روش شیمیایی به منظور تولید کربن فعال استفاده شده است. ابتدا جاذب های طبیعی که شامل پوسته نخل خرما می باشد را با آب شهری سپس با آب مقطر دو بار تقطیر ش ست شو داده و دو هفته در معرض نور خور شید قرار می دهیم تا کاملاً خ شک شود.
سپس نمونه ها را آ سیاب ، و در مرحله بعد به و سیله شیکر الک دار نمونه ها را الک کرده و ذرات جاذب بین مش 20 و 30 را انتخاب کرده در ادامه مقدار 500 از هر کدام را بردا شته و با 1000 محلول فعال ساز ا سید ف سفریک %85 - ن سبت - 1:2 مخلوط می کنیم و مخلوط را هم می زنیم تا محصول آغشته ای بدست آید و این مخلوط را درون آون به مدت 5 ساعت در دمای 100°C قرار می دهیم، آنگاه بشر حاوی جاذب خشک شده را از آون خارج کرده، در ادامه برای انجام فرآیند های کربونیزاسیون فعال سازی، مخلوط آغشته را درون قایقک های سرامیکی می ریزیم و قایقک های سرامیکی را درون لوله - تیوپ - کوارتز قرار داده و لوله کوارتز را درون کوره قرار می دهیم وهوای درون سیلندر را مکش می کنیم دمای کوره را روی 500°C تنظیم کرده به محض رسیدن دمای کوره به دمای 500°C به مدت 90 دقیقه، با سرعت گرم کردن 10 دمای کوره را در این دما نگه می داریم و به مدت 8 تا 9 ساعت صبر می کنیم دمای تیوپ تا دمای محیط سرد شود، سپس پس از خروج لوله کوارتز از کوره، جاذب ها را از قایقک خارج کرده و برای زدودن عامل شیمیایی و بازیابی مجدد با آب مقطر دو بار تقطیر گرم که دمای آن نزدیک به دمای جوش ا ست، چندین بار ش ست شو داده تا آن به 7 برسد. در ادامه جاذب ها را درون آون به مدت 24 ساعت در دمای 100°C قرار می دهیم تا جاذب ها خشک شوند. در پایان کربن فعال ساخته شده را بین مش 20 و 30 با استفاده از دستگاه شیکر الک دار الک می کنیم.نمونه های کربن فعال بدست آمده تحت آزمایشهای جذب نیتروژن در دمای 77K به منظور تعیین سطح آزاد به روش BET قرار گرفته اند. شکل - 1 - منحنی همدمای جذب نیتروژن برای پوسته نخل خرما و شکل - 2 - این منحنی را برای کربن فعال تجاری نشان می دهد.
