الكربون المنشط ، المعروف أيضًا باسم الفحم المنشط أو شار المنشط. إنها مادة كربون سوداء أو حبيبية. الكربون المنشط هو كربون يسهل اختراقه مع كثافة التعبئة المنخفضة ومساحة سطح محددة كبيرة بسبب الترتيب غير المنتظم للكربون الصبغ الدقيق ووجود المسام بين الاتصالات المتقاطعة ، والتي يمكن أن تسبب عيوب بنية الكربون أثناء التنشيط. وهي أيضًا المادة الرئيسية لصنع المرشحات.
إنتاج الكربون المنشط
يمكن أن تكون المواد الخام الرئيسية للكربون المنشط تقريبًا جميع المواد العضوية تحتوي على محتوى كبير في الكربون ، مثل الفحم والخشب وقذائف الفاكهة وقذائف جوز الهند وقذائف الجوز وقذائف المشمش وقذائف Jujube ، إلخ. خلال عملية التنشيط هذه ، تتشكل مساحة سطح ضخمة وهيكل مسام معقدة تدريجياً ، وتحدث ما يسمى بعملية الامتزاز في هذه المسام وعلى السطح. يحتوي حجم المسام في الكربون المنشط على تأثير امتصاص انتقائي على امتصاصات ، لأن الجزيئات الكبيرة لا يمكن أن تدخل مسام الكربون المنشط أصغر من مسامه. الكربون المنشط هو امتصاص مسعور مسعور ينتج عن غربنة عالية الحرارة وتفعيل المواد التي تحتوي بشكل رئيسي على الكربون كمواد خام. يحتوي الكربون المنشط على عدد كبير من micropores وله مساحة سطح كبيرة بشكل لا يصدق ، والتي يمكن أن تزيل اللون والرائحة بشكل فعال. يمكن أيضًا إزالة معظم الملوثات العضوية وبعض المواد غير العضوية ، بما في ذلك المعادن الثقيلة السامة ، من النفايات السائلة الثانوية.
مبدأ الكربون المنشط
1. تصفية مبدأ
مرشح الكربون المنشط هو عملية اعتراض الملوثات المعلقة في الماء ، والمواد الصلبة المعلقة المعلقة تملأ الفجوات بين الكربونات المنشطة. يزداد حجم المسام ومسامية طبقة المرشح مع حجم الجسيمات للمواد الكربونية المنشطة. كلما كان حجم الجسيمات الخشن للكربون المنشط ، زادت المساحة التي يمكن أن تستوعب المواد الصلبة المعلقة. إنه يؤدي قدرة التصفية المحسنة ، وزيادة قدرة الحجز الملوث ، وقدرة اعتراض أكبر. في الوقت نفسه ، كلما زادت المسام في طبقة مرشح الكربون المنشطة ، يمكن نقل المواد الصلبة المعلقة في الماء إلى الطبقة التالية من طبقة مرشح الكربون المنشط. مع سماكة وقائية كافية ، يمكن اعتراض المواد الصلبة المعلقة أكثر ، مما يسمح للطبقات الوسطى والسفلية لطبقة المرشح للعب دور الاعتراض بشكل أفضل وزيادة قدرة اعتراض الوحدة.
بشكل عام ، فإن قدرة الكربون المنشط على اعتراض المواد الصلبة المعلقة تأتي من مساحة السطح التي يوفرها الكربون المنشط. عندما يكون معدل التدفق منخفضًا ، تأتي سعة الترشيح للوحدة بشكل أساسي من تأثير فحص الكربون المنشط ، بينما عندما يكون معدل التدفق سريعًا ، تأتي سعة الترشيح من تأثير الامتزاز على سطح جزيئات الكربون المنشطة. أثناء عملية الترشيح ، كلما زادت مساحة سطح الجسيمات التي توفرها الكربون المنشط ، كلما كان الالتصاق أقوى للمواد الصلبة المعلقة في الماء.
2. مبدأ الامتزاز
وفقًا للقوى المختلفة بين جزيئات الكربون المنشطة وجزيئات الملوثات أثناء عملية الامتزاز ، يمكن تقسيم الامتزاز إلى فئتين: الامتزاز المادي والامتصاص الكيميائي (المعروف أيضًا باسم الامتصاص النشط). أثناء عملية الامتزاز ، عندما تكون قوة التفاعل بين جزيئات الكربون المنشطة وجزيئات الملوثات ، قوة فان دير (أو الجذب الإلكتروستاتيكي) ، فإنه يطلق عليه الامتزاز المادي ؛ عندما تكون قوة التفاعل بين جزيئات الكربون المنشطة وجزيئات الملوثات رابطة كيميائية ، فإنها تسمى الامتزاز الكيميائي. ترتبط قوة الامتزاز في الامتزاز الفيزيائي بشكل رئيسي بالخصائص الفيزيائية للكربون المنشط ، وليس لها علاقة كبيرة بالخصائص الكيميائية للكربون المنشط. بسبب قوة فان دير وال الضعيفة ، يكون لها تأثير ضئيل على بنية جزيئات الملوثات. تشبه هذه القوة التماسك الجزيئي ، لذلك يمكن أن يكون الامتزاز المادي مقظمًا كظاهرة تكثيف. لا تزال الخواص الكيميائية للملوثات دون تغيير أثناء الامتزاز الفيزيائي.
بسبب الروابط الكيميائية القوية ، يكون للامتصاص الكيميائي تأثير كبير على بنية جزيئات الملوثات. لذلك ، يمكن اعتبار الامتزاز الكيميائي بمثابة تفاعل كيميائي ، وهو نتيجة للتفاعل الكيميائي بين الملوثات والكربون المنشط. يتضمن الامتزاز الكيميائي عمومًا مشاركة زوج الإلكترون أو نقل الإلكترون ، بدلاً من الاضطراب البسيط أو الاستقطاب الضعيف ، وهي عملية تفاعل كيميائية لا رجعة فيها. يكمن الفرق الأساسي بين الامتزاز الفيزيائي والامتصاص الكيميائي في القوة التي تولد روابط الامتزاز.
عملية الامتزاز هي العملية التي يتم فيها امتصاص جزيئات الملوثات على سطح صلب ، وتنخفض الطاقة الحرة للجزيئات. لذلك ، فإن عملية الامتزاز هي عملية طاردة للحرارة ، وتسمى الحرارة التي تم إطلاقها بحرارة امتصاص الملوث على هذا السطح الصلب. نظرًا لقوى الامتزاز الفيزيائي والامتصاص الكيميائي المختلفة ، فإنها تظهر بعض الاختلافات في حرارة الامتزاز ، ومعدل الامتزاز ، وطاقة تنشيط الامتزاز ، ودرجة حرارة الامتزاز ، والانتقائية ، وطبقات الامتزاز ، وأطياف الامتزاز.
تم استخدام تكنولوجيا امتصاص الكربون المنشط لتكرير وإنزال اللون في الصناعات مثل الأدوية والمواد الكيميائية والغذاء في الصين لسنوات عديدة. بدأ استخدامه لمعالجة مياه الصرف الصناعية في السبعينيات. أظهرت ممارسة الإنتاج أن الكربون المنشط له خصائص امتصاص ممتازة للملوثات العضوية النزرة في الماء ، ولها آثار جيدة الامتزاز على مياه الصرف الصناعية مثل طباعة النسيج والصباغة ، وصناعة الكيميائية الصبغة ، ومعالجة الأغذية ، والصناعة الكيميائية العضوية. بشكل عام ، فإن المركبات العضوية التي تمثلها مؤشرات شاملة مثل BOD و COD في مياه الصرف الصحي ، مثل الأصباغ الاصطناعية ، السطحي ، الفينول ، البنزين ، كلوران كلور ، مبيدات الآفات ، والمنتجات البتروكيماوية ، لها قدرات فريدة من نوعها. لذلك ، أصبح امتصاص الكربون المنشط تدريجياً أحد الطرق الرئيسية للمعالجة الثانوية أو العليا لمياه الصرف الصناعية.
الامتزاز هو عملية بطيئة يلتزم بها المادة على سطح مادة أخرى. الامتزاز هو ظاهرة بينية ترتبط بالتغيرات في التوتر السطحي والطاقة السطحية. هناك نوعان من القوى الدافعة التي تسبب امتصاصا ، إحداها هي القوة المثيرة للاشمئزاز لمياه المذيبات على المواد الكارهة للماء ، والآخر هو جذب تقارب المواد الصلبة على المذيبات. الامتزاز في معالجة مياه الصرف الصحي هو في الغالب نتيجة للعمل المشترك لهاتين القوات. تؤثر مساحة السطح المحددة وهيكل المسام للكربون المنشط بشكل مباشر على قدرتها على الامتزاز. عند اختيار الكربون المنشط ، يجب تحديده من خلال التجارب بناءً على جودة المياه في مياه الصرف الصحي. يُنصح باختيار الفحم مع مسام انتقالية متطورة للطباعة وصباغة مياه الصرف الصحي. بالإضافة إلى ذلك ، يكون لمحتوى الرماد أيضًا تأثيرًا ، وكلما كان محتوى الرماد أصغر ، كان أداء الامتزاز بشكل أفضل ؛ كلما كان حجم جزيئات امتصاصات أكبر هو قطر المسام للكربون ، كلما كان من السهل أن يتم امتصاصه ؛ تركيز الامتصاص أيضا تأثير على قدرة امتصاص الكربون المنشط. ضمن نطاق تركيز معين ، تزداد قدرة الامتزاز مع زيادة تركيز امتصاص. بالإضافة إلى ذلك ، ترتبط درجة حرارة الماء وقيمة الرقم الهيدروجيني أيضًا. تنخفض قدرة الامتزاز مع زيادة درجة حرارة الماء.
