نحوه تولید کربن فعال از هسته زردآلو

نحوه تولید کربن فعال از هسته زردآلو  و بررسی خواص کربن فعال از این ماده به همراه بررسی مزایا و معایب به شما کمک می کند انتخاب بهتری برای کربن فعال خود  داشته باشید. با توجه به آمار و گزارشات، حدود 2 درصد از رنگ های به وجود آمده در صنایع مختلف از جمله: نساجی، لاستیک، پلاستیک، چاپ، چرم ، تولیدات آرایشی و … به سیستم آبی ریخته می‌شوند. از طرفی کربن تولید شده از ضایعات کشاورزی یا همان کربن فعال (AC) می تواند به عنوان یک جاذب موثر برای این امر مورد استفاده قرار بگیرد. علاوه بر این،کربن فعال می تواند در تصفیه آب و فاضلاب، تصفیه هوا و به عنوان کاتالیزور مورد استفاده قرار بگیرد.  در کشور عراق، بیشتر کربن فعال از کشورهایی مانند کره جنوبی، چین، ایران و … وارد می شود که این امر می تواند از پسماند کشاورزی و تولید داخلی کاهش پیدا کند.

هسته زردآلو با فعال سازی می تواند به عنوان یک جاذب موثر مورد استفاده قرار بگیرد. نحوه تولید کربن فعال از هسته زردآلو می تواند در خواص کربن فعال تاثیر زیادی داشته باشد از جمله اثر پارامترهای مختلف مانند pH، دوز جاذب، تماس زمان، و غلظت جذب بر ظرفیت حذف متیلن بلو. همچنین، سینتیک جذب ایزوترم ها که در ادامه بررسی شده اند.

نحوه تولید کربن فعال از هسته زردآلو

برای تولید کربن فعال از هسته زردآلو از روش های فعال سازی شیمیایی استفاده می شود. در ابتدا هسته زردآلو با آب مقطر شسته شده تا ناخالصی های آن از بین برود. سپس لازم است آن را خشک کنید که دمای 110 درجه سانتی گراد به مدت 12 ساعت این اتفاق می افتد. بعد از آن لازم است مواد خرد شوند و به ذرات حدود تا 2 میلی متر برسند. شرایط این کار بدین شکل است که با محلول H3PO4 آغشه شده و در دمای اتاق به نسبت وزنی 1.5:1 به مدت 24 ساعت قرار می گیرد، پس از آغشته شدن، باید کربن خشک شود. بعد از آن کربن فعال آغشته به اسید با سرعت 10 درجه سانتیگراد در دقیقه تا کربونیزاسیون نهایی حرارت داده شدند. دمایی بین 0 تا 600 درجه سانتی گراد به مدت 2-3 ساعت، کربنیزاسیون در یک کوره انجام شده و کربن، فعال می شود.

به صورت کلی نحوه تولید کربن فعال از هسته زردآلو بدین شکل است که هسته زردآلو در دمای 700 درجه سانتیگراد در اتمسفر گاز بی اثر کربنیزه می شود. سپس، محصول کربنی شده در کوره فعال سازی قرار می گیرد، جایی که تولید کربن فعال انجام می شود. عامل فعال کننده، یعنی مخلوط دی اکسید کربن و آب به کوره فعال سازی تحویل داده می شود. دمای فرآیند در بازه 700-850 درجه سانتیگراد حفظ می شود، مدت زمان فرآیند 1 ساعت است. کربن از کوره فعال سازی خارج می شود و به اندازه های لازم خرد
می شوند.

جدول زیر شرایط آماده سازی و بازده کربن فعال به دست آمده در دمای 700 درجه را نشان می دهد.

بازده (wt%)	چگالی ظاهری (g/cm)	وزن پس از شستشو و خشک کردن (گرم)	وزن پس از کربن سازی (گرم)	وزن پس از اشباع (گرم)	دمای کربنیزاسیون درجه سانتی گراد	میزان H3PO4 بر حسب درصد	نام کربن فعال
36	0.84	90	110	250	700	50	کربن فعال هسته زردآلو

 

تجزیه و تحلیل جذب کربن فعال هسته زردآلو

به طور کلی، کربن فعال دارای ذرات متخلخل (اندازه منافذ ~2 نانومتر) بیش از 95٪ از کل سطح است (El-Geundi، 1997). از این رو، کربن فعال به طور گسترده برای تصفیه آب کاربرد دارد. جدول زیر اثر زمان تماس بر حذف متیلن بلو توسط کربن فعال به دست آمده از هسته زردآلو را نشان می دهد. با توجه به جدول زیر، به طور جالبی جذب رنگ با گذشت زمان افزایش یافته است. بیشترین جذب در 30 دقیقه اول در طول زمان تماس بین جاذب و جاذب مشاهده شده است.

 

ظرفیت قابلیت استفاده مجدد کربن فعال (حذف متیلن بلو بر حسب درصد)

بعد از 90 دقیقه	بعد از 60 دقیقه	بعد از 30 دقیقه	رفتار
98.25	98.12	94.75	سیکل اول
99.62	98.50	95.13	چرخه دوم
98.25	98.50	92.50	چرخه سوم

 

برای حذف کامل، فرآیند تا 90 دقیقه با نشان دادن شیب کمتر ادامه یافت. به منظور تعیین ظرفیت قابلیت استفاده مجدد و عملکرد فعال، آزمایش‌ها با استفاده از کربن‌های فعال یکسان سه بار تکرار شد. پس از هر آزمایش، کربن‌های فعال حدود 48 ساعت در دمای اتاق خشک شدند. در مرحله اول، آب رنگی توسط کربن فعال برای فرآیند جذب به مدت 30 دقیقه، 60 دقیقه و 90 دقیقه قرار گرفت. به ترتیب حدود 94.75 درصد، 98.12 درصد و 99.25 درصد حذف رنگ را نشان داد.

همچنین، تصویر2 تصاویر ظاهری آب رنگی را پس از 30 دقیقه، 60 دقیقه و 90 دقیقه از چپ به راست نشان می دهد. مرحله دوم به ترتیب 95.13، 98.50 و 99.62 درصد حذف رنگ را برای 30 دقیقه، 60 دقیقه و 90 دقیقه نشان می دهند. در آزمایش نهایی، درصد جذب 92.50 در 30 دقیقه، 98.50 در 60 دقیقه و 99.25 در 90 دقیقه بود. حتی اگر قویاً اعتقاد بر این باشد که چرخه استفاده مجدد از کربن فعال که با استفاده از پوسته هسته زردآلو به دست آمده است به دلیل سطح بسیار زیاد بیشتر است، آزمایش پس از آزمایش سوم پایان یافت. غلظت اولیه رنگ کربن‌های فعال از طرفی، ظرفیت جذب کربن فعال در پایان 30 دقیقه پس از سومین سیکل تمیز کردن حدود 92٪ شروع به کاهش کرد، در حالی که تقریباً تمام عملکرد خود را در پایان 90 دقیقه پس از تمام چرخه‌ها حفظ کرد.

 

شکل 2. تصاویر الف) رنگ اولیه متیلن بلو ظاهری، ب) پس از 30 دقیقه، ج) 60 دقیقه و د) تیمار 90 دقیقه

 

 

 

 

تجزیه و تحلیل تخریب فوتوکاتالیستی

واکنش فوتوکاتالیستی به دلیل وجود N-dealkylation رنگ های حاوی گروه های آلکیلامین اکسوکرومیک در متیلن بلو صورت می گیرد. انتظار می رود در واکنش فتوکاتالیستی نهایی، متیلن بلو به H2O، CO2 و سایر مولکول های معدنی تجزیه شود. شکل 3b درصد تخریب در مقابل زمان متیلن بلو را در بازه های زمانی مختلف از پیش تعیین شده نشان می دهد. همانطور که در شکل مشاهده می شود، مشاهده می کنیم که تخریب متیلن بلو با گذشت زمان از 30 تا 90 دقیقه افزایش می یابد. که در به عبارت دیگر، بازده فوتونی با غلظت اولیه رنگ بالا کاهش می یابد. درصد تخریب متیلن بلو توسط فرآیند UVA/TiO2 طی 30 دقیقه، 60 دقیقه و 90 دقیقه به ترتیب 53/74، 01/88 و 75/94 درصد بود. نتایج فرآیند تخریب فوتوکاتالیستی نشان می‌دهد که ترکیب نانوپودرهای TiO2 و لامپ UV-A با 9 وات می‌تواند متیلن بلو را در حدود 94.75 درصد پس از 90 دقیقه زمان فرآیند تخریب کند.

 

شکل 3 قسمت B مقایسه درصد تخریب و جذب متیلن بلو را به ترتیب با استفاده از TiO2 و کربن فعال نشان می دهد. کاملاً مشخص است که کربن فعال تقریباً تمام مولکول‌های رنگ را در 30 دقیقه اول حذف کرد، با این حال TiO2 زیر نور UV در محفظه حدود 90 دقیقه برای نشان دادن عملکرد مشابه نیاز داشت. در تمام آزمایش‌های 30، 60 و 90 دقیقه‌ای، کربن فعال عملکرد بالاتری نسبت به TiO2 نشان داد. به طور خاص، تفاوت واضحی در پایان 30 دقیقه 74.53 درصد برای TiO2 در مقابل 94.75 درصد برای کربن فعال وجود دارد. علاوه بر این، کربن فعال نیازی به محفظه یا تجهیزات خاصی ندارد و TiO2 تنها با نور UV فعال می شود. از این رو، کربن فعال به نظر می رسد مزایای زیادی نسبت به فرآیند TiO2/UV دارد.

 

شکل 3. الف) منحنی کالیبراسیون متیلن بلو، ب) درصد حذف متیلن بلو در برابر زمان برای کربن فعال و TiO2، به ترتیب.

 

 

بررسی برند و قیمت کربن فعال در بازار جهانی

 

هسته های میوه هایی همچون زردآلو و هلو به عنوان یک ماده خام مناسب برای تولید کربن فعال از هسته زردآلو و هلو هستند و پتانسیل قابل توجهی دارند. با توجه به اینکه هسته هلو در 5 کشور پیشرو (ایتالیا، اسپانیا، یونان، فرانسه و ترکیه) وجود دارد. این میزان در حدود 310000 تن در سال ارزیابی شده است که اگر تنها 30 درصد آن استفاده مجدد شود، 20000 تا 30000 تن خواهد بود. همچنین برای هسته زردآلو و آلو، تولید پنج کشور پیشرو (صربستان، آلمان، لهستان، اسپانیا و فرانسه) 100000 تن در سال تخمین زده می شود که از این میزان با استفاده مجدد 30 درصد، 10000 تن در سال می توان کربن فعال تولید کرد. برای رومانی، کل هسته های میوه آلو، هلو و زردآلو که به نسبت مشابه مورد استفاده مجدد قرار می گیرند، حدود 1000 تا 2000 تن در سال امکان تولید کربن فعال وجود دارد.

از این رو، قیمت کربن فعال هسته زردالو ، آلو و هلو در کشورهایی با تولیدات انبوه مناسب تر خواهد بود. این مساله به دلیل ارزان تر بودن منابع اولیه تهیه کربن فعال و استفاده از پسماند کشاورزی برای تولیدات کربن اکتیو است. توجه داشته باشید برندهای معتبر همچون برند جاکوبی اغلب تولیدات خود را بر اساس کربن فعال پایه نارگیل تولید می کنند. برند “جاکوبی” (Jacobi) یکی از شرکت‌های معتبر است که از پسماند کشاورزی برای تولید کربن فعال استفاده می‌کند. شرکت Jacobi Carbons، که بخشی از گروه Jacobi است، یکی از پیشگامان جهانی در تولید کربن فعال محسوب می شود. این شرکت با استفاده از فناوری‌های پیشرفته و فرایندهای مدیریتی بهینه، از پسماندهای کشاورزی مانند پوست و ضایعات چوب میوه، پوست میوه‌ها و سایر منابع طبیعی، کربن فعال با کیفیت بالا تولید می‌کند. توجه داشته باشید قیمت کربن اکتیو جاکوبی به دلیل تولیدات مختلف در کشورهای گوناگون (چین، سوئد) و طیف تنوعی زیاد در بازارهای مختلف جهان متفاوت است.

 

نتیجه گیری

تقریباً 100 درصد آب در حدود نیم ساعت تنها با استفاده از کربن فعال به دست آمده از پوسته هسته زردآلو تمیز شد. این نشان داد که استفاده از کربن فعال که به وفور در ترکیه یافت می‌شود، می‌تواند پتانسیل زیادی برای تمیز کردن فاضلاب داشته باشد. خلاصه ای از این نتایج اضافی در زیر نشان داده شده است:کربن فعال بسیار کارآمدتر از فرآیند فوتوکاتالیستی TiO2-UV در نیم ساعت اول بود که برای صرفه جویی در زمان و کاهش هزینه مهم است. به احتمال زیاد به دلیل داشتن سطح ویژه بالا و حجم منافذ کربن فعال است که نقش مهمی در ظرفیت جذب بالا برای گونه های آلاینده در زمان کوتاه ایفا می کند.

به طور کلی، ظرفیت جذب کربن فعال به عوامل متعددی مانند ماهیت جاذب و ماده جاذب، شرایط محلول و … بستگی دارد. به صورت کلی نحوه تولید کربن فعال از هسته زرد آلو بسیار بیشتر از سایر مواد پسماند کشاورزی مانند نارگیل، بادام، پوست مغز، پوست گردو، بلال ذرت، هسته زیتون، ساقه برنج است که باعث به دست آوردن عملکرد بالا و قابلیت استفاده مجدد برای تصفیه آب در نتیجه تصفیه آب اقتصادی تر و موثرتر پیش بینی می شود. از سوی دیگر، کربن فعال تولید شده از پوسته هسته زردآلو می تواند در تصفیه گاز و پالایش، جداسازی مخلوط ها و فرآیندهای تصفیه در صنایع غذایی نیز استفاده شود. این مساله باعث تصفیه آب مقرون به صرفه تر و موثرتر خواهد شد.

منبع: dergipark.org.tr