6 طرق لتجديد الكربون المنشط

في عملية الاستخدام ، يمكن تشبع الكربون المنشط ويفقد قدرته على الامتصاص. يمكن استخدام الكربون عدة مرات قبل أن يحتاج إلى الاستبدال.

يُعد تجديد الكربون المنشط الطريقة الأكثر فاعلية لزيادة عمر الكربون المنشط. لا توفر لك هذه الطريقة المال على المدى الطويل فحسب ، بل إنها تقلل أيضًا من انبعاثات الكربون. باستخدام كمية أقل من الكربون البكر ، فأنت تساهم في كوكب أكثر خضرة.

ما هو تجديد الكربون المنشط

يمكن استخدام التجديد لتنظيف الكربون النشط الملوث وأيضًا لإطالة عمر الكربون. تجديد الكربون النشط هو عملية تزيل المواد الممتصة من الكربون المنشط دون تدمير الهيكل الأصلي للكربون.

قبل اختيار طريقة تجديد الكربون المنشط ، من المهم أن يكون لديك فهم واضح للكائن المعالج وحجم العلاج.

أسس تجديد الكربون المنشط هي كما يلي:

التسخين الخارجي للكربون المنشط لرفع درجة الحرارة لتغيير ظروف التوازن ، حيث تقل كمية الكتلة الممتصة - مع زيادة درجة الحرارة ، وبالتالي امتصاص الكتلة الممتصة.
تغيير الخواص الكيميائية للممتزات.
هذه طريقة شائعة لإزالة مادة كثيفة من السطح. يتم استخلاص المادة الممتزجة بمذيب له صلة قوية به. يمكن القيام بذلك عن طريق غسل السطح بالمذيب أو بتمرير المذيب فوق السطح.
أحد الخيارات لتجديد الكربون المنشط المستخدم هو استبدال المادة الممتزة بمادة ذات صلة عالية بالكربون. بعد امتصاص المادة البديلة ، يمكن إعادة توليد الكربون المنشط. يمكن تكرار هذه العملية عدة مرات لإطالة عمر الكربون.
لخفض تركيز (أو ضغط) المذاب في المذيب ، يمكن استخدام مجموعة متنوعة من الطرق مثل التبخر أو التقطير أو الاستخلاص. من خلال القيام بذلك ، يتم امتصاص theadsorbate من سطح المادة الماصة ، ويتم تقليل تركيز المذاب في المحلول.
يمكن إزالة المواد العضوية من الأسطح عن طريق التحلل أو الأكسدة. التحلل هو تحلل المواد العضوية إلى أجزاء أصغر ، بينما الأكسدة هي تفاعل كيميائي للمادة العضوية مع الأكسجين. يمكن استخدام كلتا العمليتين لإزالة المواد العضوية من أسطح الكربون المنشط.

طرق تجديد الكربون المنشط

هناك طرق مختلفة لتجديد الكربون المنشط ، مثل طريقة التجديد الحراري ، وطريقة التجديد البيولوجي ، وطريقة الأكسدة الرطبة ، وطريقة تجديد المذيبات ، وطريقة التجديد الكهروكيميائي ، وطريقة الأكسدة الرطبة الحفزية ، وما إلى ذلك. كل طريقة تجديد لها مزاياها وعيوبها ، لذا فإن الاختيار يجب أن يعتمد أسلوب التجديد للكربون المنشط على الحالة المحددة. إذا كان الكربون المنشط ملوثًا بشدة ، فقد يحتاج إلى التجديد بشكل متكرر ، لذلك يفضل استخدام طريقة تجديد أقل استهلاكا للوقت وأكثر فعالية.

طريقة التجديد الحراري

تعد طريقة التجديد الحراري إحدى أكثر طرق تجديد الكربون النشط نضجًا في الصناعة. الميزة الرئيسية لهذه الطريقة هي بساطتها وقلة تكلفتها. ومع ذلك ، فهي أيضًا واحدة من أكثر الطرق كثافة في استخدام الطاقة ، ويمكن أن تلحق الضرر بالكربون المنشط.

مرحلة التجفيف هي إزالة الرطوبة في الكربون المنشط عن طريق التسخين ، ومرحلة الكربنة ذات درجة الحرارة العالية هي تسخين الكربون النشط المجفف إلى درجة حرارة معينة لتحلل المادة العضوية وجعل سطح الكربون المنشط أكثر مسامية. مرحلة التنشيط هي استخدام عامل مؤكسد لزيادة أكسدة سطح الكربون المنشط عالي الحرارة ، بحيث تصبح مساحة السطح المحددة للكربون المنشط أكبر وتكون سعة الامتصاص أقوى.

في مرحلة التجفيف لإنتاج الكربون المنشط ، تتم إزالة المكونات المتطايرة بشكل أساسي. يتم ذلك عن طريق تسخين الكربون المنشط إلى درجة حرارة حوالي 600 درجة مئوية. هذا يزيل الماء والأكسجين والمكونات المتطايرة الأخرى ، تاركًا وراءه الكربون.

تعد مرحلة الكربنة ذات درجة الحرارة العالية جزءًا مهمًا من عملية إنتاج الكربون المنشط. في هذه المرحلة ، يتم امتصاص جزء من المادة العضوية على الدمامل الكربونية المنشط ، ويتبخر ويمتص ، بينما تبقى المكونات المتبقية في مسام الكربون المنشط لتكون كربونًا ثابتًا. لتجنب أكسدة الكربون المنشط ، تتم العملية عادة في ظل فراغ أو جو خامل.

هذا هو مفتاح عملية التجديد بأكملها. في المرحلة التالية من التنشيط ، يتم إدخال ثاني أكسيد الكربون أو ثاني أكسيد الكربون أو H2 أو بخار الماء في المفاعل لتنظيف المسام الدقيقة للكربون المنشط واستعادة أداء الامتصاص.

التجديد الحراري هو طريقة لاستعادة الحرارة المهدرة تستخدم الحرارة المهدرة بدرجة حرارة عالية لتجديد مادة ماصة لاستخدامها مرة أخرى. تتطلب عملية التجديد الحراري عادةً طاقة إضافية للتدفئة ، مما قد يؤدي إلى زيادة تكاليف الاستثمار والتشغيل. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة لها مزايا كفاءة التجديد العالية والتطبيق الواسع.

المعدات المستخدمة في هذه العملية هي فرن تجديد الكربون المنشط الكهربائي وفرن تجديد الكربون المنشط الذي يعمل بالغاز. تستخدم هذه العملية درجات حرارة عالية لإزالة الملوثات من الكربون المنشط.

طريقة التجديد البيولوجي

هذه الطريقة هي استخدام البكتيريا المستأنسة لحل المادة العضوية الممتصة على الكربون المنشط ثم هضمها وتحللها إلى H2O و CO2. يُطلق على إعادة تنشيط الكربون المستخدم بهذه الطريقة طريقة التجديد البيولوجي للكربون المنشط. تتمثل ميزة هذه الطريقة في أنها يمكن أن تحقق الغرض من تجديد الكربون المنشط مع تقليل تكلفة التخلص من النفايات.

حجم مسام الكربون المنشط صغير جدًا ، وعادة ما يكون فقط بضعة نانومترات. هذا يعني أن الكائنات الحية الدقيقة لا يمكن أن تدخل المسام ، وأن التحلل الذاتي للخلية (التدمير الذاتي للخلية) يحدث أثناء عملية التجديد. تتدفق الإنزيمات إلى الفضاء خارج الخلية ، والكربون المنشط له تأثير امتزاز على الإنزيمات ، ويشكل مركزًا إنزيميًا على سطح الكربون. هذا يحفز تحلل الملوثات ويحقق الغرض من التجديد.

الطريقة البيولوجية للكربون المنشط بسيطة وسهلة التنفيذ ، مع انخفاض تكاليف الاستثمار والتشغيل. ومع ذلك ، فإنها تستغرق وقتًا طويلاً وتتأثر بشكل كبير بجودة المياه ودرجة حرارتها.

طريقة تجديد الأكسدة الرطبة

تعتبر طريقة تجديد الأكسدة الرطبة خيارًا شائعًا لتجديد الكربون المنشط. تحت درجة الحرارة والضغط المرتفعين ، يتم استخدام الأكسجين أو الهواء لأكسدة وتحلل المادة العضوية الممتصة على الكربون المنشط. ثم يتم إخراج الكربون المنشط من المفاعل وغسله. تتحلل المادة العضوية تمامًا ويعاد الكربون المنشط إلى وحدة الامتزاز. تكتمل العملية برمتها في دورة.

أفضل ظروف تجديد للكربون المنشط هي كما يلي: درجة حرارة التجديد 230 درجة مئوية ، وقت التجديد ساعة واحدة ، أكسجة PO 20.6 ميجا باسكال ، إضافة الكربون 15 جرام ، إضافة الماء 300 مل. وصلت كفاءة التجديد إلى 45 ± 5٪ ، وبعد 5 دورات من التجديد ، انخفضت كفاءة التجديد بنسبة 3٪ فقط.

تعتبر الأكسدة الجزئية للمسام الدقيقة على سطح الكربون المنشط السبب الرئيسي لانخفاض كفاءة التجديد. تنخفض كفاءة تجديد الكربون المنشط حيث يتأكسد الكربون جزئيًا. السبب الرئيسي للأكسدة الجزئية للكربون المنشط هو وجود الأكسجين في جو التجديد.

طريقة تجديد المذيبات

طريقة تجديد الكربون المنشط بالمذيب هي عملية كسر توازن الامتزاز عن طريق تغيير درجة الحرارة وقيمة الأس الهيدروجيني للمذيب وغيرها من الشروط لامتصاص المادة الممتصة من الكربون المنشط. تستخدم هذه الطريقة توازن الطور بين الكربون المنشط والمذيبات والمواد الممتزة لصالحها. عن طريق تغيير درجة الحرارة وقيمة الأس الهيدروجيني للمذيب ، تُجبر المادة الممتصة على ترك الكربون المنشط وتجميعها في المذيب.

تتمثل مزايا طريقة تجديد الكربون المنشط بالمذيب في أن الفصل الدراسي للتجديد قصير ، وكفاءة الامتصاص عالية ، ولا ينتج عنه تلوث ثانوي. تتمثل العيوب الرئيسية في أن تكلفة التجديد مرتفعة ، والعملية معقدة ، وزيادة التكلفة الإجمالية لمعالجة المياه.

طريقة تجديد الكربون المنشط بالمذيب أكثر ملاءمة لتلك الامتزاز العكسي ، مثل امتزاز مياه الصرف العضوية ذات التركيز العالي ونقطة الغليان المنخفضة. إنه أكثر استهدافًا ، وغالبًا ما يمكن للمذيب فقط أن يمتص بعض الملوثات ، في حين أن عملية معالجة المياه لمجموعة واسعة من الملوثات ، متغيرة ، وبالتالي فإن تطبيق مذيب معين يكون ضيقًا.

طريقة التجديد الكهروكيميائية

طريقة تجديد الكربون المنشط الكهروكيميائي هي نوع جديد من تكنولوجيا تجديد الكربون المنشط. في هذه الطريقة ، يُملأ الكربون المنشط بين قطبين رئيسيين ، ويضاف مجال كهربائي للتيار المستمر إلى الإلكتروليت. تحت تأثير الأكسدة الكهروكيميائية والاختزال ، تتحلل أو تتحلل المادة العضوية الممتصة على الكربون المنشط ، ويتجدد الكربون المنشط. ميزة طريقة التجديد هذه أنه يمكن إجراؤها في وقت قصير ، وتحسين كفاءة استخدام الكربون المنشط. هذه الطريقة هي أيضًا صديقة للبيئة أكثر من طرق التجديد الأخرى ، لأنها لا تنتج أي منتجات ثانوية ضارة.

يتم استقطاب الكربون المنشط تحت تأثير المجال الكهربائي ، حيث يكون أحد طرفيه هو الأنود والطرف الآخر كاثود ، مكونًا خلية التحليل الكهربائي الدقيق.

طريقة تجديد الكربون المنشط الكهروكيميائي سهلة التشغيل ولها كفاءة عالية واستهلاك منخفض للطاقة ، ويخضع كائن معالجتها لقيود أقل ، وإذا كانت عملية المعالجة مثالية ، فيمكن تجنب التلوث الثانوي.

طريقة الأكسدة الرطبة التحفيزية

تتميز طريقة الأكسدة الرطبة التقليدية لتجديد الكربون المنشط بكفاءة منخفضة نسبيًا ولكنها تستهلك طاقة كبيرة. السبب الرئيسي لانخفاض كفاءة التجديد هو درجة حرارة التجديد. ومع ذلك ، فإن زيادة درجة حرارة التجديد ستزيد أيضًا من أكسدة السطح للكربون المنشط ، وبالتالي تقليل كفاءة التجديد.