کربن اکتیو (ذغال فعال charcoal) و کاربرد های آن

کربن فعال که زغال (ذغال) فعال نیز نامیده می‌شود، نوعی کربن است که معمولاً برای فیلتر کردن آلاینده‌ها از آب و هوا، در میان بسیاری از مصارف دیگر استفاده می‌شود. برای داشتن منافذ کوچک و کم حجم که سطح  موجود برای جذب یا واکنش‌های شیمیایی را افزایش می‌دهد، پردازش می‌شود (فعال می‌شود) که می‌توان آن را به عنوان یک ساختار "اسفنجی" میکروسکوپی در نظر گرفت. (جذب، فرآیندی است که در آن اتم ها یا مولکول ها به یک سطح می چسبند). فعال سازی مشابه ساخت ذرت بو داده از دانه های ذرت خشک است: پاپ کورن سبک، کرکی است و دانه های آن نسبت سطح به حجم بالایی دارند. 

از آنجایی که در مقیاس میکروسکوپی بسیار متخلخل است، یک گرم کربن فعال دارای سطحی بیش از 3000 متر مربع (32000 فوت مربع) است، که توسط جذب گاز تعیین می شود. برای زغال چوب، رقم معادل قبل از فعال سازی حدود 2-5 متر مربع است. روش های شیمیایی بیشتر اغلب خواص جذب را افزایش می دهد.

کربن فعال معمولاً از مواد زائد مانند پوسته نارگیل به دست می آید. زباله های کارخانه های کاغذ نیز به عنوان منبع مورد مطالعه قرار گرفته است. این منابع حجیم قبل از فعال شدن به زغال چوب تبدیل می شوند. هنگامی که از زغال سنگ مشتق می شود، به عنوان زغال سنگ فعال شناخته می شود. کک فعال از کک مشتق شده است.

کاربرد

کربن فعال در ذخیره سازی متان و هیدروژن، تصفیه هوا، دییونیزاسیون خازنی، جذب نوسانی فوق خازنی، بازیافت حلال، کافئین زدایی، تصفیه طلا، استخراج فلز، تصفیه آب، دارو، تصفیه فاضلاب و فیلتر هوا استفاده می شود. در ماسک‌ها، فیلترها در هوای فشرده، سفید کردن دندان‌ها، تولید هیدروژن کلرید، لوازم الکترونیکی خوراکی، و بسیار موارد دیگر کاربرد دارد

صنعتی

یکی از کاربردهای صنعتی عمده شامل استفاده از کربن فعال در تکمیل فلزات برای خالص سازی محلول های آبکاری است. به عنوان مثال، این روش اصلی تصفیه برای حذف ناخالصی های آلی از محلول های آبکاری نیکل درخشان است. انواع مواد شیمیایی آلی به محلول های آبکاری برای بهبود کیفیت رسوب آنها و برای افزایش خواصی مانند روشنایی، صافی، شکل پذیری و غیره اضافه می شود. به دلیل عبور جریان مستقیم و واکنش های الکترولیتی اکسیداسیون آندی و احیای کاتدی، افزودنی های آلی محصولات شکست ناخواسته تولید می کنند. در محلول تجمع بیش از حد آنها می تواند بر کیفیت آبکاری و خواص فیزیکی فلز رسوبی تأثیر منفی بگذارد. تصفیه کربن فعال چنین ناخالصی ها را حذف می کند و عملکرد آبکاری را به سطح مورد نظر باز می گرداند.

پزشکی

کربن فعال برای درمان مسمومیت ها و مصرف بیش از حد خوراکی ها استفاده می شود. قرص ها یا کپسول های کربن فعال در بسیاری از کشورها به عنوان داروی بدون نسخه برای درمان اسهال، سوء هاضمه و نفخ استفاده می شود. با این حال، زغال فعال هیچ اثری بر گاز روده و اسهال نشان نمی دهد، معمولاً اگر مسمومیت ناشی از مصرف مواد خورنده، اسید بوریک یا فرآورده های نفتی باشد، از نظر پزشکی بی اثر است و به ویژه در برابر مسمومیت با اسیدها یا بازهای قوی، سیانید، آهن، لیتیوم بی اثر است. کربن فعال مانع از جذب این مواد شیمیایی در بدن انسان نمی شود. این دارو در فهرست داروهای ضروری سازمان بهداشت جهانی قرار دارد.

استفاده نادرست (مثلاً در ریه ها) منجر به آسپیراسیون ریوی می شود که گاهی اوقات در صورت عدم شروع درمان فوری می تواند کشنده باشد.

شیمی تجزیه

کربن فعال، در ترکیب 50 درصد وزنی بر وزن با سلیت، به عنوان فاز ثابت در جداسازی کروماتوگرافی کم فشار کربوهیدرات ها (مونو، دی، تری ساکاریدها) با استفاده از محلول های اتانول (5-50 درصد) به عنوان فاز متحرک در پروتکل های تحلیلی یا آماده سازی به کار می رود.

کربن فعال برای استخراج داروهای ضد انعقاد مستقیم خوراکی (DOACs) مانند دابیگاتران، آپیکسابان، ریواروکسابان و ادوکسابان از نمونه های پلاسمای خون مفید است. برای این منظور، آن را به صورت "قرص های کوچک" ساخته اند که هر کدام حاوی 5 میلی گرم کربن فعال برای درمان نمونه های 1 میلی لیتری DOAC است. از آنجایی که این کربن فعال هیچ تاثیری بر فاکتورهای انعقاد خون، هپارین یا اکثر داروهای ضد انعقاد خون ندارد، این اجازه می دهد تا نمونه پلاسما را برای ناهنجاری هایی که در غیر این صورت تحت تاثیر DOAC ها قرار می گیرند، تجزیه و تحلیل کنند.

محیطی

جذب آربن کاربردهای متعددی در حذف آلاینده‌ها از هوا یا جریان‌های آب هم در مزرعه و هم در فرآیندهای صنعتی دارد، مانند:

پاکسازی نشت

اصلاح آب های زیرزمینی

تصفیه آب آشامیدنی

تصفیه فاضلاب

تصفیه هوا

در طول اجرای اولیه قانون آب آشامیدنی ایمن در سال 1974 در ایالات متحده، مقامات EPA قانونی را ایجاد کردند که در آن سیستم‌های تصفیه آب آشامیدنی را ملزم به استفاده از کربن فعال دانه‌ای می‌کرد. به دلیل هزینه بالای آن، قانون به اصطلاح GAC با مخالفت شدید صنعت تامین آب در سراسر کشور، از جمله بزرگترین شرکت های آب در کالیفرنیا مواجه شد. از این رو، آژانس این قاعده را کنار گذاشت. فیلتراسیون کربن فعال به دلیل ماهیت چند عملکردی آن یک روش تصفیه آب موثر است. انواع خاصی از روش ها و تجهیزات فیلتراسیون کربن فعال وجود دارد که بسته به آلاینده های درگیر، نشان داده شده است.

کربن فعال همچنین برای اندازه گیری غلظت رادون در هوا استفاده می شود.

کشاورزی

کربن فعال (زغال چوب) یک ماده مجاز است که توسط کشاورزان ارگانیک هم در تولید دام و هم در شراب سازی استفاده می شود. در تولیدات دامی از آن به عنوان آفت کش، افزودنی خوراک دام، کمک فرآوری، مواد غیر کشاورزی و ضدعفونی کننده استفاده می شود. در شراب سازی ارگانیک، کربن فعال برای استفاده به عنوان یک عامل پردازش جهت جذب رنگدانه های قهوه ای از کنسانتره انگور سفید مجاز است. گاهی اوقات به عنوان بیوچار استفاده می شود.

تصفیه مشروبات الکلی مقطر

فیلترهای کربن فعال (فیلترهای AC) را می توان برای فیلتر کردن ودکا و ویسکی از ناخالصی های آلی استفاده کرد که می تواند روی رنگ، طعم و بو تأثیر بگذارد. عبور یک ودکای ناخالص ارگانیک از طریق فیلتر کربن فعال با سرعت جریان مناسب، منجر به تولید ودکای با محتوای الکل یکسان و افزایش قابل توجهی خلوص آلی می‌شود که بر اساس بو و مزه قضاوت می‌شود.

ذخیره سازی سوخت

تحقیقاتی برای آزمایش توانایی کربن‌های فعال مختلف برای ذخیره گاز طبیعی و گاز هیدروژن انجام می‌شود. این ماده متخلخل مانند یک اسفنج برای انواع مختلف گازها عمل می کند. گاز از طریق نیروهای واندروالس به مواد کربن جذب می شود. برخی از کربن ها قادر به دستیابی به انرژی های اتصال 5-10 کیلوژول بر مول بوده اند. گاز ممکن است پس از قرار گرفتن در دمای بالاتر و یا برای انجام کار احتراق یا در مورد گاز هیدروژن استخراج شده برای استفاده در پیل سوختی هیدروژن دفع شود. ذخیره‌سازی گاز در کربن‌های فعال یک روش ذخیره‌سازی گاز جذاب است زیرا گاز را می‌توان در محیطی با فشار کم، جرم و حجم کم ذخیره کرد که بسیار امکان‌پذیرتر از مخازن فشار سنگین در خودروها است. وزارت انرژی ایالات متحده اهداف خاصی را مشخص کرده  که باید در زمینه تحقیق و توسعه مواد کربنی متخلخل نانویی محقق شود.

تصفیه گاز

فیلترهای دارای کربن فعال معمولاً در تصفیه هوا و گاز فشرده برای حذف بخارات روغن، بو و سایر هیدروکربن ها از هوا استفاده می شوند. فیلترهای کربن فعال برای حفظ گازهای رادیواکتیو در هوای خلاء از کندانسور توربین راکتور آب جوش هسته ای استفاده می شود. بسترهای بزرگ زغال چوب، این گازها را جذب می کنند و در حالی که به سرعت به گونه های جامد غیر رادیواکتیو تجزیه می شوند، آنها را حفظ می کنند. مواد جامد در ذرات زغال سنگ محبوس می شوند، در حالی که هوای فیلتر شده از آن عبور می کند.

تصفیه شیمیایی

کربن فعال معمولاً در مقیاس آزمایشگاهی برای خالص‌سازی محلول‌های آلی حاوی ناخالصی استفاده می‌شود.

فیلتراسیون کربن فعال در فرآیندهای شیمیایی و دارویی در مقیاس بزرگ به همین منظور استفاده می شود. کربن یا با محلول مخلوط می‌شود و سپس فیلتر می‌شود، یا در فیلتر ثابت می‌شود.

شستشوی جیوه

کربن فعال، که اغلب با گوگرد یا ید تزریق می شود، به طور گسترده ای برای به دام انداختن انتشار جیوه از نیروگاه های زغال سنگ، زباله سوزهای پزشکی و گاز طبیعی در دهانه چاه استفاده می شود. با این حال، علیرغم اثربخشی، استفاده از کربن فعال گران است. 

از آنجایی که اغلب بازیافت نمی شود، کربن فعال مملو از جیوه یک معضل دفع را ایجاد می کند. مشکل دفع کربن فعال مملو از جیوه منحصر به ایالات متحده نیست. در هلند، این جیوه تا حد زیادی بازیابی می شود و کربن فعال با سوختن کامل دفع می شود و دی اکسید کربن (CO2) تشکیل می شود.

افزودنی مواد غذایی

زغال چوب فعال در سال 2016 به یک روند غذایی تبدیل شد و به عنوان یک افزودنی برای ایجاد طعم "کمی دودی" و رنگ تیره به محصولاتی از جمله هات داگ، بستنی، پایه پیتزا و شیرینی استفاده می شود. به افرادی که دارو مصرف می کنند، از جمله قرص های ضدبارداری و داروهای ضد افسردگی، توصیه می شود که از خوردن غذاها یا نوشیدنی های جدید که از رنگ زغال فعال استفاده می کنند، اجتناب کنند، زیرا می تواند دارو را بی اثر کند.

فیلتراسیون سیگار کشیدن

کربن اکتیو در فیلترهای سیگار استفاده می شود. به عنوان راهی برای کاهش محتوای قطران و سایر مواد شیمیایی موجود در دود، که در نتیجه احتراق است، که در آن مشخص شده است که مواد سمی ناشی از دود تنباکو، به ویژه رادیکال های آزاد را کاهش می دهد.

ساختار کربن فعال

هری مارش و فرانسیسکو رودریگز-رینوسو بیش از 15 مدل را برای سازه کربن اکتیو در نظر گرفتند، بدون اینکه به نتیجه قطعی برسند که کدام یک درست است. کار اخیر با استفاده از میکروسکوپ الکترونی نشان می‌دهد که کربن‌های فعال ممکن است ساختاری مشابه ساختار فولورن‌ها با حلقه‌های کربنی پنج ضلعی و هفت‌ضلعی داشته باشند.

تولید

کربن فعال کربنی است که از مواد منشا کربن دار مانند بامبو، پوسته نارگیل، ذغال نارس بید، چوب، زغال سنگ و زمین نفتی تولید می شود. می توان آن را با یکی از فرآیندهای زیر تولید (فعال کرد):

فعال سازی فیزیکی: ماده منبع با استفاده از گازهای داغ به کربن فعال تبدیل می شود. سپس هوا وارد می شود تا گازها را بسوزاند و شکلی از کربن فعال درجه بندی شده، غربال شده و غبار زدایی ایجاد می کند. این به طور کلی با استفاده از یک یا چند فرآیند زیر انجام می شود:

کربن‌سازی: مواد با محتوای کربن در دمای 600 تا 900 درجه سانتی‌گراد، معمولاً در یک اتمسفر بی‌اثر با گازهایی مانند آرگون یا نیتروژن، پیرولیز می‌شوند.

فعال سازی/اکسیداسیون: مواد خام یا مواد کربنیزه در دمای بالاتر از 250 درجه سانتیگراد، معمولاً در محدوده دمایی 600 تا 1200 درجه سانتیگراد، در معرض شرایط اکسید کننده (اکسیژن یا بخار) قرار می گیرند. فعال سازی با حرارت دادن نمونه به مدت 1 ساعت در یک کوره صدا خفه کن در دمای 450 درجه سانتی گراد در حضور هوا انجام می شود.

فعال سازی شیمیایی: مواد کربنی به مواد شیمیایی خاصی آغشته می شوند. این ماده شیمیایی معمولاً یک اسید، باز قوی، یا یک نمک است (اسید فسفریک 25٪، هیدروکسید پتاسیم 5٪، هیدروکسید سدیم 5٪، کربنات پتاسیم 5٪، کلرید کلسیم 25٪). و کلرید روی 25 درصد. سپس کربن در معرض دمای بالا (250-600 درجه سانتیگراد) قرار می گیرد. اعتقاد بر این است که دما در این مرحله کربن را به باز شدن و داشتن منافذ میکروسکوپی بیشتر فعال می کند. فعال‌سازی شیمیایی به دلیل دماهای پایین‌تر، ثبات کیفیت بهتر و زمان کوتاه‌تر مورد نیاز برای فعال‌سازی مواد، به فعال‌سازی فیزیکی ترجیح داده می‌شود.

شرکت هلندی Norit NV، بخشی از شرکت Cabot، بزرگترین تولید کننده کربن فعال در جهان است. Haycarb، یک شرکت مستقر در زمینه صنعت پوسته نارگیل سریلانکا، 16٪ از سهم بازار جهانی را در اختیار دارد.

طبقه بندی

کربن‌های فعال محصولات پیچیده‌ای هستند که طبقه‌بندی آنها بر اساس رفتار، ویژگی‌های سطحی و سایر معیارهای اساسی دشوار است. با این حال، برخی از طبقه بندی های گسترده برای اهداف کلی بر اساس اندازه، روش های آماده سازی و کاربردهای صنعتی آنها ساخته شده است.

کربن فعال پودری (PAC)

به طور معمول، کربن‌های فعال (R1) به صورت ذرات به صورت پودر یا دانه‌های ریز با اندازه کمتر از 1.0 میلی‌متر با قطر متوسط بین 0.15 تا 0.25 میلی‌متر ساخته می‌شوند. بنابراین آنها نسبت سطح به حجم بزرگی را با فاصله انتشار کم ارائه می دهند. کربن فعال (R 1) به عنوان ذرات کربن فعال باقی مانده در الک 50 مش (0.297 میلی متر) تعریف می شود.

مواد کربن فعال پودری (PAC) مواد ریزتری هستند. PAC از ذرات کربن خرد شده یا آسیا شده تشکیل شده است که 95 تا 100 درصد آن از یک غربال مشبک مشخص شده عبور می کند. ASTM ذرات عبوری از یک الک 80 مش (0.177 میلی متر) و کوچکتر را به عنوان PAC طبقه بندی می کند.

کربن فعال گرانولی (GAC)

کربن فعال گرانولی (GAC) دارای اندازه ذرات نسبتا بزرگتری در مقایسه با کربن فعال پودری است و در نتیجه، سطح خارجی کوچکتری را ارائه می دهد. بنابراین انتشار مواد جذب شده یک عامل مهم است. این کربن ها برای جذب گازها و بخارات مناسب هستند، زیرا مواد گازی به سرعت پخش می شوند. کربن های گرانوله برای تصفیه هوا و تصفیه آب و همچنین برای بو زدایی عمومی و جداسازی اجزاء در سیستم های جریان و در حوضه های مخلوط سریع استفاده می شود. GAC را می توان به صورت دانه ای یا اکسترود شده به دست آورد. GAC با اندازه هایی مانند 8×20، 20×40، یا 8×30 برای کاربردهای فاز مایع و 4×6، 4×8 یا 4×10 برای کاربردهای فاز بخار مشخص می شود. یک کربن 20×40 از ذراتی ساخته شده است که از یک الک استاندارد ایالات متحده با اندازه مش شماره 20 (0.84 میلی متر) عبور می کند (به طور کلی 85٪ عبور مشخص می شود) اما روی الک با اندازه مش استاندارد ایالات متحده شماره 40 (0.42 میلی متر) باقی می ماند. ) (به طور کلی به عنوان 95٪ حفظ شده مشخص می شود). AWWA (1992) B604 از الک 50 مش (0.297 میلی متر) به عنوان حداقل اندازه GAC استفاده می کند. محبوب‌ترین کربن‌های فاز آبی، اندازه‌های 12×40 و 8×30 هستند، زیرا دارای تعادل خوبی در اندازه، سطح و ویژگی‌های افت سر هستند.

کربن فعال اکسترود شده (EAC)

کربن فعال اکسترود شده (EAC) کربن فعال پودری را با یک ماده ترکیب می‌کند که با هم ذوب شده و در یک بلوک کربن فعال استوانه‌ای شکل با قطرهای 0.8 تا 130 میلی‌متر اکسترود می‌شوند. اینها عمدتاً برای کاربردهای فاز گاز به دلیل افت فشار کم، استحکام مکانیکی بالا و محتوای گرد و غبار کم استفاده می شوند. همچنین به عنوان فیلتر CTO (کلر، طعم، بو) فروخته می شود.

کربن فعال مهره ای (BAC)

کربن فعال مهره ای (BAC) از زمین نفتی ساخته شده و در قطرهای تقریباً 0.35 تا 0.80 میلی متر عرضه می شود. مشابه EAC، به دلیل افت فشار کم، استحکام مکانیکی بالا و محتوای گرد و غبار کم، اما با اندازه دانه کوچک‌تر نیز مورد توجه قرار گرفته است. شکل کروی آن باعث می شود برای کاربردهای بستر سیال مانند فیلتراسیون آب ترجیح داده شود.

کربن آغشته شده

کربن های متخلخل حاوی چندین نوع اشباع معدنی مانند ید و نقره. کاتیون هایی مانند آلومینیوم، منگنز، روی، آهن، لیتیوم و کلسیم نیز برای کاربردهای خاص در کنترل آلودگی هوا به ویژه در موزه ها و گالری ها تهیه شده اند. به دلیل خواص ضد میکروبی و ضد عفونی، کربن فعال نقره به عنوان یک جاذب برای تصفیه آب خانگی استفاده می شود. آب آشامیدنی را می توان از آب طبیعی با تصفیه آب طبیعی با مخلوطی از کربن فعال و هیدروکسید آلومینیوم (Al(OH)3) که یک عامل لخته ساز است، بدست آورد. کربن های آغشته شده نیز برای جذب سولفید هیدروژن (H2S) و تیول ها استفاده می شود. نرخ جذب برای H2S تا 50 درصد وزنی گزارش شده است. 

کربن با پوشش پلیمری

این فرآیندی است که در آن یک کربن متخلخل را می توان با یک پلیمر زیست سازگار پوشاند تا پوششی صاف و قابل نفوذ بدون مسدود کردن منافذ ایجاد کند. کربن حاصل برای همپرفیوژن مفید است. همپرفیوژن یک روش درمانی است که در آن حجم زیادی از خون بیمار از روی یک ماده جاذب عبور داده می شود تا مواد سمی از خون خارج شود.

کربن بافته شده

فناوری تبدیل الیاف مصنوعی به پارچه کربن فعال برای فیلتر کربن وجود دارد. که می توان از آن در طیف گسترده ای از کاربردها (ابر خازن ها، جاذب های بو، صنایع دفاعی CBRN و غیره) استفاده کرد.

خواص

یک گرم کربن فعال می تواند مساحتی بیش از 500 متر مربع (5400 فوت مربع) داشته باشد که 3000 متر مربع (32000 فوت مربع) به راحتی قابل دستیابی است. آئروژل های کربنی اگرچه گران تر هستند، اما سطح بالاتری دارند و در کاربردهای خاص مورد استفاده قرار می گیرند.

زیر یک میکروسکوپ الکترونی، ساختارهای سطح بالای کربن فعال آشکار می شوند. ذرات منفرد به شدت در هم پیچیده هستند و انواع مختلفی از تخلخل را نشان می دهند. ممکن است نواحی زیادی وجود داشته باشد که سطوح مسطح مواد گرافیت مانند به موازات یکدیگر قرار داشته باشند، که تنها با چند نانومتر یا بیشتر از هم فاصله دارند. این ریز منافذ شرایط فوق‌العاده‌ای را برای انجام جذب فراهم می‌کنند، زیرا مواد جاذب می‌توانند به طور همزمان با بسیاری از سطوح تعامل داشته باشند. 

جیمز دوار، دانشمندی که دیوار (فلاسک خلاء) به نام او نامگذاری شده است، زمان زیادی را صرف مطالعه کربن فعال کرد و مقاله ای در مورد ظرفیت جذب آن در مورد گازها منتشر کرد. او کشف کرد که خنک کردن کربن تا دمای نیتروژن مایع به آن اجازه می‌دهد تا مقادیر قابل‌توجهی از گازهای هوای متعدد را جذب کند، که می‌توان آن‌ها را به سادگی با گرم کردن دوباره کربن به دست آورد و کربن مبتنی بر نارگیل برای آن برتری داشت. تاثیر. او از اکسیژن به عنوان مثال استفاده می کند، که در آن کربن فعال معمولاً غلظت اتمسفر (21٪) را در شرایط استاندارد جذب می کند، اما اگر کربن ابتدا تا دمای پایین خنک شود، بیش از 80٪ اکسیژن آزاد می کند.

از نظر فیزیکی، کربن فعال با نیروی واندروالس یا نیروی پراکندگی به مواد متصل می شود.

کربن فعال به مواد شیمیایی خاصی از جمله الکل ها، دیول ها، اسیدها و بازهای قوی، فلزات و اکثر مواد معدنی مانند لیتیوم، سدیم، آهن، سرب، آرسنیک، فلوئور و اسید بوریک به خوبی متصل نمی شود.

کربن فعال ید را به خوبی جذب می کند. ظرفیت ید، mg/g، (آزمایش روش استاندارد ASTM D28) ممکن است به عنوان نشانه ای از سطح کل استفاده شود.

مونوکسید کربن به خوبی توسط کربن فعال جذب نمی شود. این باید به ویژه برای کسانی که از مواد در فیلترهای ماسک‌ها، هودهای بخار یا سایر سیستم‌های کنترل گاز استفاده می‌کنند، نگران‌کننده باشد، زیرا گاز برای حواس انسان غیرقابل تشخیص، برای متابولیسم سمی است.

کربن فعال می تواند به عنوان بستری برای کاربرد مواد شیمیایی مختلف برای بهبود ظرفیت جذب برخی از ترکیبات معدنی (و آلی مشکل ساز) مانند سولفید هیدروژن (H2S)، آمونیاک (NH3)، فرمالدئید (HCOH)، جیوه (Hg) و ید رادیواکتیو-131 (131I) استفاده شود. این خاصیت به جذب شیمیایی معروف است.

عدد ید

بسیاری از کربن ها ترجیحاً مولکول های کوچک را جذب می کنند. عدد ید اساسی ترین پارامتری است که برای مشخص کردن عملکرد کربن فعال استفاده می شود. این معیاری برای سطح فعالیت است (تعداد بالاتر نشان‌دهنده درجه بالاتر فعال‌سازی ) است که اغلب بر حسب میلی‌گرم در گرم گزارش می‌شود (محدوده معمولی 500-1200 میلی‌گرم بر گرم). این معیار استاندارد برای کاربردهای فاز مایع است.

عدد ید به عنوان میلی گرم ید جذب شده توسط یک گرم کربن تعریف می شود که غلظت ید در فیلتر باقیمانده در غلظت 0.02 نرمال (یعنی 0.02N) باشد. اساساً، عدد ید معیاری از ید جذب شده در منافذ است و به این ترتیب، نشان دهنده حجم منافذ موجود در کربن فعال مورد نظر است. به طور معمول، کربن های تصفیه آب دارای اعداد ید هستند که از 600 تا 1100 متغیر است. اغلب، از این پارامتر برای تعیین درجه فرسودگی کربن در حال استفاده استفاده می شود. با این حال، این عمل باید با احتیاط مورد توجه قرار گیرد، زیرا فعل و انفعالات شیمیایی با ماده جاذب ممکن است بر جذب ید تأثیر بگذارد و نتایج نادرستی به همراه داشته باشد. بنابراین، استفاده از عدد ید به عنوان معیار درجه فرسودگی یک بستر کربن تنها در صورتی می‌تواند توصیه شود که نشان داده شده باشد که فاقد برهم کنش شیمیایی با مواد جاذب است و اگر همبستگی تجربی بین عدد ید و درجه فرسودگی وجود داشته باشد، برای کاربرد خاص تعیین شده است.

ملاس

برخی از کربن ها در جذب مولکول های بزرگ مهارت بیشتری دارند. تعداد ملاس یا بازده ملاس معیاری از میزان مزوپور کربن فعال (بیشتر از 20 Å یا بزرگتر از 2 نانومتر) با جذب ملاس از محلول است. یک عدد ملاس بالا نشان دهنده جذب بالای مولکول های بزرگ (محدوده 95-600) است. کارامل dp (عملکرد رنگ زدایی) مشابه عدد ملاس است. راندمان ملاس به صورت درصد (محدوده 40% تا 185%) و عدد ملاس معادل (600 = 185%، 425 = 85%) گزارش شده است. عدد ملاس اروپایی (محدوده 525 تا 110) با عدد ملاس آمریکای شمالی رابطه معکوس دارد.

شماره ملاس معیاری برای درجه رنگ زدایی محلول ملاس استاندارد است که در برابر کربن فعال استاندارد رقیق شده و استاندارد شده است. با توجه به اندازه بدنه های رنگی، عدد ملاس نشان دهنده حجم منافذ بالقوه موجود برای گونه های جاذب بزرگتر است. از آنجایی که ممکن است تمام حجم منافذ برای جذب در یک کاربرد فاضلاب خاص در دسترس نباشد، و از آنجایی که مقداری از جذب ممکن است وارد منافذ کوچکتر شود، معیار خوبی برای ارزش یک کربن فعال خاص برای یک کاربرد خاص نیست.

اغلب، این پارامتر در ارزیابی یک سری از کربن‌های فعال برای نرخ جذب آنها مفید است. با توجه به دو کربن فعال با حجم منافذ مشابه برای جذب، کربنی که دارای تعداد ملاس بالاتر است، معمولاً دارای منافذ تغذیه‌کننده بزرگ‌تری است که منجر به انتقال مؤثرتر جذب به فضای جذب می‌شود.

تانن

تانن ها مخلوطی از مولکول های بزرگ و متوسط هستند. کربن ها با ترکیبی از درشت منافذ و مزوپورها تانن ها را جذب می کنند. توانایی کربن برای جذب تانن ها در غلظت قسمت در میلیون (محدوده ppm 200-362 ppm) گزارش شده است.

متیلن بلو

برخی از کربن ها دارای ساختار مزوپور (20 تا 50 Å یا 2 تا 5 نانومتر) هستند که مولکول های اندازه متوسط مانند رنگ متیلن بلو را جذب می کند. جذب متیلن بلو بر حسب گرم در 100 گرم (محدوده 11 تا 28 گرم در 100 گرم) گزارش شده است.

دکلره

برخی از کربن ها بر اساس طول نیمه عمر دکلره ارزیابی می شوند که کارایی حذف کلر کربن فعال را اندازه گیری می کند. طول نیمه ارزش دکلره، عمق کربن مورد نیاز برای کاهش غلظت کلر تا 50 درصد است. طول نیم ارزش کمتر نشان دهنده عملکرد برتر است.

چگالی ظاهری

چگالی جامد یا اسکلتی کربن‌های فعال معمولاً بین 2000 تا 2100 کیلوگرم بر متر مکعب (125 تا 130 پوند بر فوت مکعب) است. با این حال، بخش بزرگی از نمونه کربن فعال شامل فضای هوایی بین ذرات خواهد بود، و چگالی واقعی یا ظاهری آن کمتر خواهد بود، معمولاً 400 تا 500 کیلوگرم بر متر مکعب (25-31 پوند/ فوت مکعب).

چگالی بالاتر فعالیت حجم بیشتری را فراهم می کند و به طور معمول نشان دهنده کربن فعال با کیفیت بهتر است. ASTM D 2854 -09 (2014) برای تعیین چگالی ظاهری کربن فعال استفاده می شود.

شماره سختی / سایش

این معیاری از مقاومت کربن فعال در برابر ساییدگی است. این یک شاخص مهم کربن فعال برای حفظ یکپارچگی فیزیکی و مقاومت در برابر نیروهای اصطکاک است. بسته به مواد خام و سطوح فعالیت (تخلخل) تفاوت زیادی در سختی کربن‌های فعال وجود دارد.

محتوای خاکستر

خاکستر فعالیت کلی کربن فعال و راندمان فعال سازی مجدد را کاهش می دهد. مقدار آن به طور انحصاری به مواد خام پایه مورد استفاده برای تولید کربن فعال (به عنوان مثال، نارگیل، چوب، زغال سنگ و غیره) بستگی دارد. اکسیدهای فلزی (Fe2O3) می توانند از کربن فعال خارج شده و منجر به تغییر رنگ شوند. محتوای خاکستر محلول در اسید/آب از محتوای خاکستر کل مهم تر است. محتوای خاکستر محلول می تواند برای آکواریوم ها بسیار مهم باشد، زیرا اکسید آهن می تواند رشد جلبک ها را تقویت کند. برای جلوگیری از مسمومیت با فلزات سنگین و رشد بیش از حد گیاه/جلبک باید از کربنی با محتوای خاکستر محلول کم برای مخازن دریایی، ماهی های آب شیرین و صخره ها استفاده کرد. ASTM (آزمون روش استاندارد D2866) برای تعیین میزان خاکستر کربن فعال استفاده می شود.

توزیع اندازه ذرات

هرچه اندازه ذرات یک کربن فعال ریزتر باشد، دسترسی بهتر به سطح و سرعت سینتیک جذب سریعتر خواهد بود. در سیستم های فاز بخار این باید در مقابل افت فشار در نظر گرفته شود که بر هزینه انرژی تأثیر می گذارد. توجه دقیق به توزیع اندازه ذرات می تواند مزایای عملیاتی قابل توجهی را ارائه دهد. با این حال، در مورد استفاده از کربن فعال برای جذب مواد معدنی مانند طلا، اندازه ذرات باید در محدوده 3.35-1.4 میلی متر (0.132-0.055 اینچ) باشد. کربن فعال با اندازه ذرات کمتر از 1 میلی متر برای شستشو (برداشتن مواد معدنی از کربن فعال) مناسب نخواهد بود.

اصلاح خواص و واکنش پذیری

اسید-باز، اکسیداسیون-کاهش و ویژگی های جذب خاص به شدت به ترکیب گروه های عاملی سطح وابسته هستند.

سطح کربن فعال معمولی واکنش‌پذیر است و می‌تواند توسط اکسیژن اتمسفر و پلاسمای اکسیژن اکسید شود.

اکسیداسیون در فاز مایع توسط طیف وسیعی از معرف‌ها (HNO3، H2O2، KMnO4) ایجاد می‌شود.

از طریق تشکیل تعداد زیادی از گروه های بازی و اسیدی بر روی سطح کربن اکسید شده به جذب و خواص دیگر می تواند به طور قابل توجهی با اشکال اصلاح نشده متفاوت باشد.

کربن فعال را می توان توسط محصولات طبیعی یا پلیمرها یا پردازش کربن با معرف ها نیتروژنه کرد.

کربن فعال می‌تواند با کلر، برم و فلوئور تعامل داشته باشد.

سطح کربن فعال، مانند سایر مواد کربنی را می توان با استفاده از پراکسید (در هر) فلوئوروپلی اتر در فاز مایع، یا با طیف وسیعی از مواد فلوئوارگانیک به روش CVD، فلورالکیله کرد. چنین موادی آبگریزی و پایداری شیمیایی بالا را با رسانایی الکتریکی و حرارتی ترکیب می‌کنند و می‌توانند به عنوان ماده الکترود برای ابرخازن‌ها استفاده شوند.

گروه های عاملی اسید اولفونیک را می توان به کربن فعال متصل کرد تا "استاربن" تولید کند که می تواند برای کاتالیز انتخابی استری شدن اسیدهای چرب استفاده شود.تشکیل چنین کربن‌های فعال از پیش‌سازهای هالوژنه، کاتالیزور مؤثرتری می‌دهد که گمان می‌رود نتیجه هالوژن‌های باقی‌مانده در بهبود پایداری باشد. 

برخی از خواص شیمیایی کربن فعال به وجود پیوند دوگانه کربن فعال سطحی نسبت داده شده است.

نظریه جذب پلیانی روشی محبوب برای تجزیه و تحلیل جذب مواد آلی مختلف به سطح آنها است.

نمونه هایی از جذب

کاتالیز ناهمگن

رایج‌ترین شکل جذب شیمیایی در صنعت، زمانی رخ می‌دهد که یک کاتالیزور جامد با یک ماده اولیه گازی، واکنش‌دهنده ها، برهم‌کنش می‌دهد. جذب واکنش دهنده به سطح کاتالیزور یک پیوند شیمیایی ایجاد می کند که چگالی الکترون را در اطراف مولکول واکنش دهنده تغییر می دهد و به آن اجازه می دهد تا تحت واکنش هایی قرار گیرد که معمولاً در دسترس آن نیستند.

فعال سازی مجدد و بازسازی

فعال‌سازی مجدد یا بازسازی کربن‌های فعال شامل بازیابی ظرفیت جذب کربن فعال اشباع شده با جذب آلاینده‌های جذب‌شده روی سطح کربن فعال است.

فعال سازی مجدد حرارتی

متداول ترین تکنیک بازسازی که در فرآیندهای صنعتی به کار می رود، فعال سازی مجدد حرارتی است. فرآیند بازسازی حرارتی به طور کلی سه مرحله را دنبال می کند:

خشک کردن جاذب در حدود 105 درجه سانتیگراد (221 درجه فارنهایت)

دفع و تجزیه در دمای بالا (500-900 درجه سانتیگراد (932-1652 درجه فارنهایت)) تحت یک جو بی اثر

تبدیل به گاز آلی باقیمانده توسط یک گاز غیر اکسید کننده (بخار یا دی اکسید کربن) در دماهای بالا (800 درجه سانتیگراد (1470 درجه فارنهایت))

مرحله عملیات حرارتی از ماهیت گرمازایی جذب استفاده می کند و منجر به دفع، ترک خوردگی جزئی و پلیمریزاسیون مواد آلی جذب شده می شود. مرحله نهایی با هدف حذف بقایای آلی زغالی تشکیل شده در ساختار متخلخل در مرحله قبل و بازنمایی ساختار کربن متخلخل با بازسازی ویژگی‌های سطح اصلی آن است. پس از فعال سازی مجدد، می توان از ستون جذب مجدد استفاده کرد. در هر چرخه بازسازی حرارتی-جذب بین 5 تا 15 درصد وزنی بستر کربن سوزانده می شود که منجر به از دست دادن ظرفیت جذب می گردد. بازسازی حرارتی یک فرآیند انرژی بالا به دلیل دماهای مورد نیاز بالا است که آن را هم از نظر انرژی و هم از نظر تجاری گران قیمت می کند. گیاهانی که به بازسازی حرارتی کربن فعال متکی هستند، قبل از اینکه از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد، باید از اندازه معینی برخوردار باشند. در نتیجه، برای سایت‌های کوچک‌تر تصفیه زباله معمول است که هسته‌های کربن فعال خود را برای بازسازی به مراکز تخصصی ارسال کنند.

سایر تکنیک های بازسازی

هزینه های بالای بازسازی حرارتی کربن فعال سبب انجام تحقیقات بسیاری در زمینه روش‌های بازسازی جایگزین جهت کاهش اثرات زیست‌محیطی شده است. اگرچه تعدادی از تکنیک‌های بازسازی ذکر شده حوزه‌های تحقیقاتی کاملاً آکادمیک باقی مانده‌اند، برخی از جایگزین‌های سیستم‌های بازسازی حرارتی در صنعت به کار گرفته شده‌اند.