کربن فعال یا زغال فعال یکی از مدیاهای مهم تصفیه شیمیایی است که در فیلتراسیون آکواریوم نقش بسیار مهمی بازی می‌کند. تاریخ استفاده از زغال به بیش از 5500 سال قبل بازمی‌گردد و بشر در تمامی مراحل پیشرفت خود مدیون این ماده سیاه رنگ است. انسان اولیه برای گرمایش، پخت‌وپز و نگهداری غذا به آتش و زغال متکی بوده است.
در عصر فلز نیز انسان‌ها با قطع درختان و سوزاندن آن اقدام به تولید زغال کرده و به‌وسیله این زغال، از سنگ‌های معدنی فلزات را استخراج می‌کردند و به‌وسیله این فلزات اقدام به ساخت ابزارهای مختلف می‌کرده‌اند. زغال ماده‌ای سیاه‌رنگ، شکننده، سبک و متخلخل است که از سوختن ناقص گیاهان و جانوران به دست می‌آید و از آن در صنایع مختلف ازجمله صنایع فولاد، تجهیزات پزشکی، آشپزی و … مورداستفاده قرار می‌گیرد.
کربن فعال چیست؟
مواد در اثر سوختن مقدار زیادی از وزن خود را از دست داده و بافت کربنی آن‌ها باقی می‌ماند که این بافت دارای روزنه‌های میکروسکوپی در بافت خود هست. در گذشته برای ضدعفونی کردن آب مقداری زغال در آب می‌ریختند تا مواد سمی آب با عبور از کربن و حبس در این روزنه‌ها تصفیه گردد؛ با این روش از زغال برای تصفیه آب آشامیدنی مورداستفاده قرار می‌گرفت.
برای تهیه زغال درگذشته در فرایند سوختن روزنه‌های زغال به دلیل شرایط محیطی و واکنش‌های شیمیایی پر می‌شد و عملاً بازدهی آن را به طرز چشمگیری کاهش می‌یافت. با گذر زمان و پیشرفت علم شرایط کنترل‌شده تری برای سوختن مواد اولیه زغال فراهم شد و با فرآیندهای شیمیایی با گازهای بی‌اثر و استفاده از بخارآب سعی شد این روزنه‌ها تا حد توان حفظ و سطح کارایی زغال افزایش یابد.
کربن فعال یا زغال فعال گونه‌ای از کربن است که در فرِآیند تهیه آن تلاش می‌شود روزنه‌های میکروسکوپی در بافت آن حفظ شود به همین منظور مواد اولیه شامل زغال چوب، پوست نارگیل، زغال‌سنگ و … را در چند مرحله و طی فرایند شیمیایی به کربن فعال تبدیل می‌شود. تفاوت زغال با زغال فعال در حجم روزنه‌های موجود در بافت و روش ساخت آن است.
برای تهیه کربن فعال روش‌های متعددی وجود دارد که با توجه به‌ضرورت استفاده از کربن فعال برای تصفیه آب در این مقاله به نحوه تولید زغال فعال برای این صنعت خواهیم پرداخت.
طرز تهیه کربن فعال
برای ساخت کربن فعال ابتدا مواد غنی از کربن مانند زغال چوب، پوست نارگیل و زغال‌سنگ را در یک محیط خلأ در دمای 600 الی 900 درجه سانتی‌گراد حرارت داده و بلافاصله کربن را در معرض مواد شیمیایی مانند نیتروژن و آرگون قرار می‌دهند. مجدد زغال را در محیط خلأ در دمای 900 الی 1200 درجه حرارت داده و برای ایجاد تخلخل و حفره در زغال آن را در معرض اکسیژن و بخار آن قرار می‌دهند.
کیفیت کربن اکتیو بستگی به نحوه ساخت آن کربن فعال و روزنه‌های موجود در آن دارد و هرچه تخلخل، قدرت جذب، مقدار خاکستر آن، مساحت سطحی و … کربن بیشتر باشد از کیفیت بالاتری برخوردار است. زغال فعال تهیه‌شده از زغال‌سنگ به دلیل داشتن تخلخل و روزنه‌های بیشتر توانایی بالاتری در جذب مواد زائد و سمی داشته و به همین دلیل مرغوبیت بیشتری نسبت به سایر زغال‌های اکتیو دارد.
عملکرد کربن فعال
در صنایع مختلف از کربن اکتیو به دلیل خاصیت کاتالیزوری و الکتروشیمیایی در مسیر جریان گازی یا مایع با شدت بالا استفاده می‌شود با این کار مواد سمی در حفره‌های آن حبس شده و جریان گازی یا مایع تصفیه‌شده از طرف دیگر خارج می‌شود؛ به همین دلیل مدیای زغال فعال آکواریوم در سیستم فیلتراسیون قرار داده می‌شود و مواد سمی، ترکیبات نیتروژن، نوتریشن‌های آب و داروها پس از عبور از زغال فعال در حفره‌های آن حبس و آب آکواریوم تصفیه می‌شود.
نحوه عملکرد، سطح پراکندگی و تخلخل بالای زغال فعال همانند ریه انسان است؛ ریه انسان مملو از کیسه‌های هوایی است که با مویرگ‌ها در ارتباط بوده و از این طریق این مویرگ‌ها بدن اکسیژن جذب و دی‌اکسیدکربن را دفع می‌کند؛ به دلیل همین عملکرد است که از زغال فعال در ماسک‌های شیمیایی، صنایع تصفیه آب و صنایع دارویی نیز استفاده می‌شود.
انواع کربن فعال و کاربرد زغال فعال
زغال اکتیو در شکل‌ها و اندازه‌های مختلفی تولید و عرضه می‌شود. با توجه به کاربرد و چگالی زغال فعال در صنایع این ماده را به شکل‌های قرص، پودر، خرده شده و استوانه‌ای و گرانول‌های کوچک تولید می‌کنند که دارای با توجه به کیفیت قیمت آن نیز متغیر است.
به دلیل ویژگی‌های جذبی، کاتالیزوری و الکتروشیمیایی زغال فعال در صنایع از آن به‌عنوان جذب‌کننده برای مواد محلول در مایعات و فاز گازی استفاده می‌شود. کربن فعال در اندازه و شکل‌های مختلفی شامل: پودر، قرص، شکسته، گرانول و تکه‌های بزرگ تولید می‌شود.
چگالی زغال اکتیو بسیار بالا بوده به همین دلیل در صنایعی که کربن اکتیو با اجسام سخت برخورد داشته و یا دچار سایش می‌شود از کربن فعال با چگالی بالا و سخت استفاده می‌شود ولی در سایر صنایع مانند آرایشی و بهداشتی، داروسازی و … از سایر اشکال آن استفاده می‌شود. در صنایعی که از زغال غیر سایشی استفاده می‌کنند برای تهیه کربن از پوست گردو، بادام، هسته هلو آلو استفاده می‌شود.
کاربرد زغال اکتیو در صنعت تصفیه آب: در صنعت تصفیه آب از کربن اکتیو برای حذف مواد آلی آلاینده، اسیدها، پروتئین، مواد شیمیایی و … می‌شود.
کاربرد زغال اکتیو در آکواریوم: در سیستم فیلتراسیون آکواریوم از مدیای زغال فعال برای از بین بردن بو نامطبوع، رنگ قهوه‌ای و زرد آب استفاده می‌شود و به‌وسیله آن آب آکواریوم شفاف و کریستالی می‌شود.
کاربرد زغال اکتیو در صنعت داروسازی و پزشکی: در داروسازی از کربن فعال را به‌صورت قرص و پودر استفاده می‌شود و از آن برای درمان مسمومیت‌های ناشی از اوردوز، کاهش نفخ، کاهش کلسترول و ساخت ماسک استفاده می‌شود.
کاربرد زغال اکتیو در صنایع غذایی: در صنایع غذایی برای حذف رنگ و بهبود مزه انواع مواد غذایی از کربن فعال استفاده می‌شود.
کاربرد زغال اکتیو در صنایع بهداشتی و زیبایی: در صنایع آرایشی و بهداشتی نیز از کربن اکتیو برای ساخت انواع شامپو، ماسک، خمیردندان و مسواک به‌صورت گسترده مورداستفاده قرار می‌گیرد. استفاده از زغال فعال علاوه برجذب چربی پوست بدن می‌تواند نقش مهمی در جذب اسیدها و ترکیبات سمی بر روی مو، دهان و دندان داشته باشد.
نحوه استفاده از زغال فعال در فیلتراسیون آکواریوم
برای استفاده از زغال فعال کافی است مقدار موردنظر خود را در کیسه‌ای ریخته و با آب آکواریوم (اب بدون کلر) خیس کرده و کمی شستشو دهید تا خاکستر آن شسته شده سپس کیسه حاوی زغال را در آخرین بخش تصفیه شیمیایی فیلتراسیون آکواریوم قرار دهید.
خاکستر موجود بر روی کربن فعال حاوی آهن و اکسید کلسیم است که باعث کاهش کارایی آن و افزایش PH آب می‌شود. توصیه می‌کنیم در صورت استفاده از زغال اکتیو از برندهای معتبر استفاده کنید زیرا برندهای متفرقه از درصدهای متفاوتی از نقره در فرآیند تولید زغال استفاده می‌کنند رده که می‌تواند که برای موجودات زنده آکواریوم مضر هست.
در برخی از زغال‌های اکتیو از مواد کربنی نامرغوب در فرآیند تولید زغال استفاده می‌شود که به‌مرورزمان این زغال‌ها در آب پودر شده و علاوه بر آلودگی آب آکواریوم موجب نفوذ در بدن ماهی‌ها و مرگ آن‌ها شود. با خروج زغال فعال این ترکیبات از آکواریوم خارج‌شده و موجب تمیزی و پاک‌سازی آب آکواریوم می‌شود.
احیای زغال اکتیو
توصیه می‌کنیم از احیای زغال اکتیو اجتناب کنید ولی برای این کار می‌توانید آن را در آب جوش ریخته و حرارت دهید. با جوشاندن زغال مواد جذب‌شده در منافذ زغال تا حدودی از آن خارج خواهد شد. در صنایع برای احیای کربن فعال صنعتی از سه روش استفاده می‌شود که به شرح زیر است.
احیای کربن فعال با حرارت: در این روش زغال اکتیو را به همراه گازهای بی‌اثر و بخارآب تا دمای 800 درجه سانتی‌گراد گرم می‌کنند.
احیای کربن با مواد شیمیایی: در این روش زغال را در انواع مواد شیمیایی و حلال‌ها شستشو می‌دهند.
احیای زغال فعال به روش بیولوژیکی: در این روش زغال اکتیو به‌وسیله میکروارگانیسم‌ها پاک‌سازی و احیا می‌شوند.
نکاتی که در استفاده از زغال اکتیو باید به آن توجه کنید
- در هنگام بیماری موجودات زنده آکواریوم و استفاده از دارو برای درمان آن ها زغال اکتیو را از آب خارج کنید در غیر این صورت داروها توسط زغال فعال از آب تصفیه خواهد شد. پس از درمان و ضدعفونی آب به‌منظور حذف دارو و مواد ضدعفونی‌کننده آب مدیا زغال اکتیو را در آکواریوم قرا دهید تا باقیمانده این مواد را از آب آکواریوم تصفیه نماید.
- از زغال اکتیو بعد از تصفیه مکانیکی شامل ابر و اسفنج استفاده نماید زیرا در صورت قرارگیری نادرست این مدیا علاوه بر پر شدن روزنه‌های آن با ذرات معلق و درشت اب، املاح بر این مدیا رسوب می‌کنند و همین امر باعث کاهش عمر مفید و کارایی آن خواهد شد.
- زغال فعال ترکیبات کلر، آهن، منگنز، مولبیدن، روی، کادیوم و دی‌اکسیدکربن و برخی عناصر کمیاب آب را جذب می‌کند به همین دلیل بهتر از پس از خارج نمودن زغال اکتیو با کود دهی عناصر ضروری را به آب آکواریوم اضافه کنید.
- در فیلترهای داخلی که دارای چند سبد برای نصب مدیا هستند در وسط تصفیه مکانیکی محلی برای قرار دادن سایر مدیاها پیش‌بینی‌شده است لذا برای نصب مدیای کربن فعال از این بخش استفاده کنید.
- در فیلترهای داخلی سعی کنید زغال فعال را در بالاترین بخش فیلتر که به پمپ نزدیک‌تر است نصب کنید تا آب با فشار بیشتری به سمت زغال کشیده شده و ترکیبات شیمیایی بیشتری به‌وسیله آن تصفیه شود.
- از زغال اکتیو پس از تصفیه بیولوژیکی استفاده کنید زیرا این مدیا ترکیبات نیتروژن آب را که مواد غذایی باکتری‌های نیتروژن خوار در چرخه نیتروژن است را جذب کرده و با این کار به چرخه نیتروژن آب آسیب وارد می‌کند.
- برای کارایی و عملکرد درست زغال فعال بایستی از آن در مسیر جریان آب استفاده شود و استفاده از آن در زیر بستر و یا گوشه آکواریوم کارایی آن را کاهش خواهد داد.
- زمان و مقدار موردنیاز زغال اکتیو بر روی بسته‌بندی آن نوشته است ولی به‌طورمعمول برای تعویض آن سه الی چهار ماه یک‌بار اقدام نمایید.
با سپاس از اینکه سایت تنگیتو را برای مطالعه این مقاله انتخاب کردید