פחמן מופעל, המכונה גם פחם מופעל או Char. זהו חומר פחמן אבקתי שחור או גרגירי. פחמן מופעל הוא פחמן נקבובי עם צפיפות אריזה נמוכה ושטח פנים ספציפי גדול כתוצאה מהסידור הלא סדיר של פחמן מיקרו -גבישי ונוכחות נקבוביות בין חיבורים צולבים, מה שעלול לגרום למומים במבנה הפחמן במהלך ההפעלה. זה גם החומר העיקרי לייצור פילטרים.
ייצור פחמן פעיל
חומרי הגלם העיקריים לפחמן מופעל יכולים להיות כמעט לכל החומרים האורגניים בעלי תוכן גדול בפחמן, כמו פחם, עץ, קליפות פירות, קליפות קוקוס, קליפות אגוז, פגזי משמש, פגזי ג'וג'ובה וכו '. במהלך תהליך הפעלה זה נוצרים בהדרגה שטח פנים ענק ומבנה נקבוביות מורכב, ותהליך הספיחה שנקרא מתרחש בנקבוביות אלה ובשטח. לגודל הנקבוביות בפחמן מופעל יש השפעה ספיחה סלקטיבית על הספיגה, מכיוון שמולקולות גדולות אינן יכולות להיכנס לנקבוביות הפחמן המופעל הקטנות מהנקבוביות שלה. פחמן מופעל הוא ספיגה הידרופובית המיוצרת על ידי פחמימות בטמפרטורה גבוהה והפעלה של חומרים המכילים בעיקר פחמן כחומרי גלם. פחמן מופעל מכיל מספר גדול של מיקרופוריות ובעל שטח פנים גדול להפליא, שיכול להסיר ביעילות צבע וריח. זה יכול גם להסיר את מרבית המזהמים האורגניים וחומרים אורגניים מסוימים, כולל מתכות כבדות רעילות, משפכים משניים.
העיקרון של פחמן פעיל
1. עקרון סינון
פילטר פחמן מופעל הוא תהליך של יירוט מזהמים תלויים במים, והמוצקים התלויים המופרים ממלאים את הפערים בין פחמימות מופעלות. גודל הנקבוביות והנקבוביות של שכבת המסנן גדלים עם גודל החלקיקים של חומר הפחמן המופעל. ככל שגודל החלקיקים גס יותר של פחמן מופעל, כך השטח שיכול להכיל מוצקים תלויים גדול יותר. הוא מתפקד כעובדי סינון משופרת, יכולת אחזקה של מזהמים מוגברת ויכולת יירוט גדולה יותר. במקביל, ככל שהנקבוביות גדולות יותר בשכבת פילטר הפחמן המופעלת, ניתן להעביר את המוצקים המושעים העמוקים יותר במים לשכבה הבאה של שכבת פילטר הפחמן המופעלת. בעובי מגן מספיק, ניתן ליירט מוצקים מושעים יותר, מה שמאפשר לשכבות האמצעיות והתחתונות של שכבת המסנן כדי למלא טוב יותר את תפקיד היירוט ולהגדיל את יכולת היירוט של היחידה.
באופן כללי, יכולתו של פחמן פעיל ליירט מוצקים תלויים מגיעה משטח הפנים המסופק על ידי פחמן מופעל. כאשר קצב הזרימה נמוך, יכולת הסינון של היחידה נובעת בעיקר מאפקט המיון של פחמן מופעל, ואילו כאשר קצב הזרימה מהיר, יכולת הסינון מגיעה מהשפעת הספיחה על פני חלקיקי הפחמן המופעלים. במהלך תהליך הסינון, ככל ששטח הפנים של החלקיקים המסופק על ידי פחמן מופעל, כך הדבקה חזקה יותר למוצקים תלויים במים.
2. עקרון הספיחה
על פי הכוחות השונים בין מולקולות פחמן מופעלות ומולקולות מזהמות במהלך תהליך הספיחה, ניתן לחלק את הספיחה לשתי קטגוריות: ספיחה פיזית וספיחה כימית (הידועה גם בשם ספיחה פעילה). במהלך תהליך הספיחה, כאשר כוח האינטראקציה בין מולקולות פחמן מופעלות ומולקולות מזהמים הוא כוח ואן דר וואלס (או משיכה אלקטרוסטטית), זה נקרא ספיחה פיזית; כאשר כוח האינטראקציה בין מולקולות פחמן מופעלות ומולקולות מזהמות הוא קשר כימי, זה נקרא ספיחה כימית. חוזק הספיחה של ספיחה פיזית קשור בעיקר לתכונות הפיזיקליות של פחמן מופעל, והוא לא קשור מעט לתכונות הכימיות של פחמן מופעל. בשל כוח הכוח החלש של ואן דר וואלס, יש לו השפעה מועטה על מבנה מולקולות המזהם. כוח זה דומה ללכידות בין -מולקולרית, ולכן ניתן לספיחה פיזית כתופעת עיבוי. התכונות הכימיות של המזהמים נותרו ללא שינוי במהלך ספיחה פיזית.
בשל קשרים כימיים חזקים, לספיחה כימית משפיעה משמעותית על מבנה מולקולות המזהם. לפיכך, ניתן לראות בספיחה כימית כתגובה כימית, שהיא תוצאה של האינטראקציה הכימית בין מזהמים לפחמן מופעל. ספיחה כימית כוללת בדרך כלל שיתוף זוגי אלקטרונים או העברת אלקטרונים, במקום הפרעה פשוטה או קיטוב חלש, והיא תהליך תגובה כימי בלתי הפיך. ההבדל הבסיסי בין ספיחה פיזית לספיחה כימית טמון בכוח המייצר קשרי ספיחה.
תהליך הספיחה הוא התהליך בו מולקולות המזהם נספגות על משטח מוצק, והאנרגיה החופשית של המולקולות פוחתת. לפיכך, תהליך הספיחה הוא תהליך אקסותרמי, והחום המשתחרר נקרא חום הספיחה של המזהם על משטח מוצק זה. בשל הכוחות השונים של ספיחה פיזית וספיחה כימית, הם מראים הבדלים מסוימים בחום הספיחה, קצב הספיחה, אנרגיית הפעלת ספיחה, טמפרטורת ספיחה, סלקטיביות, שכבות ספיחה וספקטרום ספיחה.
טכנולוגיית ספיחת פחמן מופעלת שימשה לזיקוק ולדיקה בתעשיות כמו תרופות, כימיקלים ומזון בסין במשך שנים רבות. זה החל לשמש לטיפול בשפכים תעשייתיים בשנות השבעים. תרגול הייצור הראה כי פחמן פעיל יש תכונות ספיחה מצוינות עבור מזהמים אורגניים עקבים במים, ויש לו השפעות ספיחה טובות על שפכים תעשייתיים כמו הדפסת טקסטיל וצביעה, תעשיית כימיקלים של צבע, עיבוד מזון ותעשייה כימית אורגנית. באופן כללי, לתרכובות אורגניות המיוצגות על ידי אינדיקטורים מקיפים כמו BOD ו- COD בשפכים, כמו צבעים סינטטיים, פעילי שטח, פנולים, בנזנים, אורגנוכלורין, חומרי הדברה ומוצרים פטרוכימיים, יש יכולות הסרה ייחודיות. לפיכך, ספיחת פחמן מופעלת הפכה בהדרגה לאחת השיטות העיקריות לטיפול משני או שלישוני בשפכים תעשייתיים.
ספיחה היא תהליך איטי בו חומר דבק לפני השטח של חומר אחר. ספיחה היא תופעה ממשקית הקשורה לשינויים במתח השטח ובאנרגיה פני השטח. ישנם שני כוחות מניעה הגורמים לספיחה, האחד הוא הכוח הדוחה של מים ממסים על חומרים הידרופוביים, והשני הוא אטרקציה הזיקה של מוצקים על מומסים. ספיחה בטיפול בשפכים היא בעיקר תוצאה של הפעולה המשולבת של שני כוחות אלה. שטח הפנים הספציפי ומבנה הנקבוביות של הפחמן המופעל משפיעים ישירות על יכולת הספיחה שלו. בבחירת פחמן מופעל, יש לקבוע אותו באמצעות ניסויים על בסיס איכות המים של שפכים. רצוי לבחור פחם עם נקבוביות מעבר מפותחות להדפסה ולצביעת שפכים. בנוסף, לתוכן אפר יש גם השפעה, ככל שתכולת האפר קטנה יותר, כך ביצועי הספיחה טובים יותר; ככל שגודל מולקולות הספיגה קרוב יותר לקוטר הנקבוביות של הפחמן, כך קל יותר לספוג; לריכוז Adsorbate יש גם השפעה על יכולת הספיחה של פחמן מופעל. בטווח ריכוז מסוים, יכולת הספיחה עולה עם העלייה בריכוז הספיגה. בנוסף, טמפרטורת המים וערך ה- pH קשורים גם הם. יכולת הספיחה פוחתת עם עליית טמפרטורת המים.
