الكربون المنشط عبارة عن مادة ذات بنية مسامية للغاية ومساحة سطح محددة كبيرة، ولها قدرة امتصاص ممتازة وتفاعل كيميائي. قبل فهم كيفية عمل الكربون المنشط، من الضروري أولاً فهم مفاهيم الامتزاز وخصائص السطح.
الامتزاز هو العملية التي يتم من خلالها امتصاص الغاز أو السائل أو المادة المذابة من وسط (مثل الماء والهواء) على سطح صلب. يمنح الهيكل المسامي للكربون المنشط مساحة سطحية أكبر، مما يوفر مساحة تلامس كبيرة للمواد الممتصة.
يمكن تلخيص مبدأ عمل الفحم المنشط في الجوانب التالية:
1. الامتزاز المادي: يمتص الكربون المنشط الجزيئات الموجودة على سطحه من خلال الامتزاز المادي. ويرجع ذلك إلى المساحة السطحية العالية للغاية والعدد الكبير من المسام الصغيرة والهياكل المتوسطة المسام للكربون المنشط. عندما تلامس جزيئات الغاز أو المواد المذابة سطح الكربون المنشط، سيتم امتصاصها في مسام الكربون المنشط بسبب قوة الجذب والقوة الموجودة على سطح المادة المازة.
2. الامتزاز الكيميائي: بالإضافة إلى الامتزاز الفيزيائي، يمكن للكربون المنشط أيضًا التقاط الجزيئات عن طريق الامتزاز الكيميائي. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن بعض المجموعات الكيميائية الوظيفية (مثل الهيدروكسيل والكربوكسيل وما إلى ذلك) الموجودة على سطح الكربون المنشط يمكن أن تتفاعل كيميائيًا مع أنواع معينة من الجزيئات. هذا الامتزاز الكيميائي يمكن أن يعزز قدرة امتصاص الكربون المنشط لبعض المواد العضوية.
3. خصائص السطح: سطح الكربون المنشط له خصائص شحن معينة. يمكن لهذه الشحنات السطحية أن تتفاعل كهروستاتيكيًا مع الأيونات أو الجزيئات المشحونة في المحلول. اعتمادًا على الخواص الكيميائية والبنية الفيزيائية لسطح الكربون المنشط، يمكن امتصاص أو استبعاد المواد ذات الخصائص الكهربائية المحددة بشكل انتقائي.
يمكن تصميم أنواع مختلفة من الكربون المنشط لأنواع مختلفة من الملوثات. على سبيل المثال، بعض الكربون المنشط أفضل في امتصاص المركبات العضوية المتطايرة (VOCs) أو المواد ذات الرائحة، في حين أن البعض الآخر لديه قدرة امتصاص انتقائية أعلى لمواد مثل أيونات المعادن الثقيلة أو بقايا المبيدات الحشرية.
يرتبط أداء الكربون المنشط ارتباطًا وثيقًا بخصائصه الفيزيائية والكيميائية وظروف التطبيق. تشمل العوامل التي تؤثر على أداء امتصاص الكربون المنشط توزيع حجم المسام، ومساحة السطح المحددة، وحجم المسام، وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، تتأثر قدرة وكفاءة الكربون المنشط أيضًا بعوامل مثل درجة الحرارة والرطوبة وتركيز المذاب ووقت التلامس. .
بشكل عام، يمكن للكربون المنشط أن يمتص الغازات أو السوائل أو المواد المذابة على سطحه من خلال آليات الامتزاز الفيزيائي والامتزاز الكيميائي من خلال هيكله المسامي ومساحة سطحه الضخمة المحددة. وتعتمد العملية على قوى التفاعل بين المواد وخصائص أسطح الكربون المنشط. مبدأ عمل الكربون المنشط هو أن هيكله وخصائصه الفريدة تجعله مادة ماصة فعالة تستخدم على نطاق واسع في معالجة المياه وتنقية الهواء والتطبيقات البيئية الأخرى.
