عدد ید کربن فعال چند است؟

عدد ید به عنوان یک متغیر برای ارزیابی ظرفیت عملیاتی کربن‌های فعال دانه‌ای (یا پلت‌شده).

در بیشتر کاربردها، کربن فعال برای جذب مولکول‌های تشکیل‌شده توسط نسبت بالایی از پیوندهای کووالانسی استفاده می‌شود: مانند پیوندهای کربن-کربن یا کربن-هیدروژن ترکیبات آلی. کربن فعال همچنین به عنوان یک معرف یا کاتالیزور استفاده می شود، همانطور که در کلر زدایی آب اتفاق می افتد، که یکی از رایج ترین کاربردهای کربن فعال در مکزیک است. واکنش دکلره (حذف کلر آزاد برای تبدیل آن به یون کلرید) به صورت زیر است:

HOCl (l) + C (s) ➜ CO * + H + (l) + Cl – ( l)
در جایی که HOCl (l) اسید هیپوکلرو است، C (s) کربن فعال است، و CO * نشان دهنده یک اکسید کربن است که ممکن است به سطح کربن فعال متصل شود یا ممکن است در محلول به عنوان اسید کربنیک حل شود.

واکنش فوق تنها واکنشی نیست که هنگام تخلیه آب با کربن فعال رخ می دهد. موارد دیگری وجود دارد که کربن به عنوان یک معرف یا به عنوان یک کاتالیزور در آنها شرکت می کند.

بیایید بگوییم که “ظرفیت عملیاتی” یک کربن فعال مقدار سیالی (گاز یا مایع) است که می تواند برای رسیدن به یک کیفیت معین تحمل کند. این کیفیت را می توان بر حسب نیاز شیمیایی اکسیژن (COD)، رنگ، عطر، کلر آزاد یا برخی ترکیبات خاص یا خانواده ترکیبات اندازه گیری کرد. “نقطه شکست” در نقطه ای اتفاق می افتد که پساب خروجی از تجهیزات حاوی کربن فعال کیفیت غیرقابل قبولی دارد. در این مرحله، کربن باید جایگزین شود زیرا طول عمر آن به پایان رسیده است. کربن استفاده شده باید دفع یا دوباره فعال شود.

تنها راهی که از طریق آن می توان ظرفیت عملیاتی کربن فعال دانه ای را به طور دقیق ارزیابی کرد، در میدان است.

تولیدکنندگان و کاربران کربن‌های فعال دانه‌ای به دنبال متغیرهای فیزیکوشیمیایی هستند که اندازه‌گیری آن‌ها ساده باشد و ظرفیت عملیاتی کربن را منعکس کند. این متغیرها شامل ظرفیت جذب ید، فنل، متیلن بلو، ملاس، تتراکلرید کربن، بوتان و غیره است.

متغیری که بیشتر از لحاظ تجاری پذیرفته شده است، عدد ید (شاخص ید) است که مربوط به میلی گرم ید است که یک گرم کربن (به صورت خشک) جذب می کند، زمانی که غلظت باقیمانده ید در محلول 02/0 نیوتن باشد.

چرا زغال سنگ با تعداد ید بیشتر قیمت های بالاتری دارد؟
تعداد ید آنقدر پذیرفته شده است که قیمت اکثر کربن‌های فعال استاندارد در بازار تا حد زیادی به ارزش آنها بستگی دارد. دو دلیل وجود دارد که چرا عدد ید به خوبی به عنوان متغیری برای ارزیابی کربن پذیرفته شده است: (الف) برای انواع خاصی از کربن که تحت شرایط خاصی فعال می شوند، نشان داده شده است که عدد ید نسبتاً متناسب با سطح کربن است. (منطقه تعیین شده توسط جذب نیتروژن)؛ و (ب) مواد و معرفهای اندازه گیری عدد ید ارزان هستند و زمان لازم برای انجام آنالیز نسبتاً کوتاه است.

متأسفانه، واقعیت این است که عدد ید به دور از منعکس کننده مساحت سطح کربن فعال و ظرفیت عملیاتی آن است. به حدی که در حوزه علم از عدد ید به عنوان متغیری برای ارزیابی کربن استفاده نمی شود.

آیا عدد ید ظرفیت جذب کربن فعال را تعیین می کند؟

1. عدد ید تنها با مساحت سطح چند کربن فعال متناسب است.
در تعیین عدد ید، مولکولی که روی کربن جذب می شود یون تری یدید است: I 3 -1 . از آنجایی که این یک آنیون است، اکسیدهای سطحی موجود در کربن فعال آن را دفع می کنند. بنابراین، هرچه یک کربن فعال حاوی اکسیدهای سطح بیشتری باشد، تعداد ید آن کمتر خواهد بود، اگرچه مساحت سطح آن تغییر نمی کند.

2. حتی اگر عدد ید متناسب با سطح هر کربن فعال باشد، ظرفیت جذب ید متناسب با ظرفیت جذب سایر مولکول ها نیست.

این به دو دلیل است:

2.1 ظرفیت جذب کربن فعال به رابطه بین اندازه شکل مولکولی که باید حفظ شود و توزیع اندازه منافذ کربن بستگی دارد.

مولکول های بزرگتر از قطر منافذ وارد آن نمی شوند. و مولکول های بسیار کوچکتر از قطر منافذ، با نیروی کمتری جذب می شوند و در نتیجه کارایی کمتری دارند.

2.2 ظرفیت جذب کربن فعال به ساختار شیمیایی مولکولی که باید حفظ شود و شیمی سطح کربن بستگی دارد.

به همین دلیل، تعداد بالاتر ید لزوماً با ظرفیت جذب بالاتر مولکول (یا خانواده مولکول‌ها) که می‌خواهیم جذب کنیم، مطابقت ندارد. یافتن نمودارهایی مانند زیر در ادبیات رایج است:

3. در بیشتر کاربردهای کربن‌های فعال دانه‌ای، ظرفیت عملیاتی آن‌ها نه تنها به ظرفیت جذب آن‌ها بستگی دارد (به‌طور صحیح‌تر «ظرفیت جذب تعادلی» یا «ظرفیت جذب در صورت رسیدن به تعادل»)، بلکه به سینتیک (سرعت) آن نیز بستگی دارد. آنها کار میکنند.

سینتیکی که کربن فعال دانه ای با آن کار می کند به موارد زیر بستگی دارد:

3.1 توزیع اندازه منافذ آن و همچنین قطر منافذ غالب. هرچه قطر منافذ بزرگتر باشد، سینتیکی که کربن فعال با آن کار می کند بیشتر است.

3.2 توزیع اندازه ذرات کربن فعال دانه ای. هرچه اندازه ذرات کوچکتر باشد، سینتیک کربن فعال دانه ای بالاتر است.

یکی از راه‌های نشان دادن دومی از طریق طرح زیر است، که در آن دو ستون کربن فعال دانه‌ای، با همان محلول، جریان لحظه‌ای یکسان، همان نوع و مقدار کربن فعال تغذیه می‌شوند. تنها تفاوت بین این دو ستون این است که اندازه متوسط ​​ذرات کربن در ستون سمت راست کوچکتر است. اگر عمق بستر کربنی را که فرآیند جذب در آن انجام می‌شود اندازه‌گیری کنید (عمقی که «منطقه انتقال جرم»، MTZ نامیده می‌شود)، متوجه می‌شوید که هرچه اندازه ذرات کوچک‌تر باشد، ارتفاع MTZ کمتر می‌شود. و از آنجایی که MTZ برای کربن با اندازه ذرات کوچکتر کمتر است، نقطه شکست دیرتر رخ می دهد و این کربن ظرفیت عملیاتی بالاتری خواهد داشت.

نتیجه:

از مطالب فوق می توان نتیجه گرفت که عدد ید متغیری نیست که با آن بتوان ظرفیت کربن برای جذب مولکولی غیر از یون تری یدید را مستقیماً اندازه گیری کرد. و بسیار کمتر، می تواند متغیری باشد که با آن می توان ظرفیت عملیاتی یک کربن فعال دانه ای را پیش بینی کرد.

آنچه ممکن است در پیش‌بینی ظرفیت عملیاتی باقی‌مانده یک کربن فعال در حال استفاده مفید باشد، اندازه‌گیری عدد ید در زمان وقوع نقطه شکست و استفاده از این داده‌ها برای پیش‌بینی زمان تقریبی نقطه شکست برای چرخه‌های عملیاتی آینده است. تا زمانی که از همان کربن فعال گرانولی تجاری استفاده شود، و تا زمانی که ترکیب محلول تحت درمان با کربن فعال به طور اساسی تغییر نکند.