انواع کربن فعال دسته بندی منشاء کربن

تولید کربن فعال از پوسته برنج

سپتامبر 24, 2024
admin

مقدمه

کربن فعال (Activated Carbon) ماده ای با کاربردهای گسترده در صنایع مختلف است که به دلیل ساختار متخلخل و سطح ویژه بالا، توانایی جذب بالایی دارد. این ماده در تصفیه آب و هوا، صنایع غذایی، پزشکی و حتی استخراج فلزات گرانبها استفاده می شود. یکی از روش های نوین و پایدار برای تولید کربن فعال، استفاده از پوسته برنج به عنوان ماده اولیه است. پوسته برنج که معمولاً به عنوان ضایع کشاورزی دور ریخته می شود، می تواند به یک محصول باارزش تبدیل شود. در این مقاله، مراحل تولید کربن فعال از پوسته برنج، مزایای آن و کاربردهایش را بررسی می کنیم.

پوسته برنج: یک ماده اولیه ارزان و فراوان

برنج یکی از مهم ترین غلات جهان است و سالانه میلیون ها تن پوسته برنج به عنوان ضایعات تولید می شود. این پوسته ها معمولاً سوزانده شده یا در طبیعت رها می شوند که باعث آلودگی محیط زیست می شود. اما با تبدیل پوسته برنج به کربن فعال، نه تنها مشکل دفع ضایعات حل می شود، بلکه یک محصول با ارزش اقتصادی تولید می گردد.

ترکیبات پوسته برنج

پوسته برنج عمدتاً از سلولز، همی سلولز، لیگنین و سیلیس تشکیل شده است. درصد بالای کربن در این ماده، آن را به گزینه ای ایده آل برای تولید کربن فعال تبدیل می کند.

مراحل تولید کربن فعال از پوسته برنج

تولید کربن فعال از پوسته برنج به دو روش اصلی انجام می شود: فعال سازی فیزیکی و فعال سازی شیمیایی.

1. فعال سازی فیزیکی

در این روش، پوسته برنج ابتدا در دمای بالا و در محیطی بدون اکسیژن (کربونیزاسیون) به زغال تبدیل می شود و سپس با استفاده از گازهای فعال کننده مانند بخار آب یا دی اکسید کربن، تخلخل آن افزایش می یابد.

مراحل اصلی:

  • شستشو و خشک کردن: پوسته برنج شسته و خشک می شود تا ناخالصی ها حذف شوند.

  • کربونیزاسیون: پوسته در دمای 400-600 درجه سانتیگراد در کوره های بدون اکسیژن به زغال تبدیل می شود.

  • فعال سازی: زغال حاصل در معرض بخار آب یا CO₂ در دمای 800-1000 درجه سانتیگراد قرار می گیرد تا سطح ویژه و تخلخل آن افزایش یابد.

2. فعال سازی شیمیایی

در این روش از مواد شیمیایی مانند اسید فسفریک (H₃PO₄)، هیدروکسید پتاسیم (KOH) یا کلرید روی (ZnCl₂) برای افزایش تخلخل استفاده می شود.

مراحل اصلی:

  • آغشته سازی: پوسته برنج با ماده شیمیایی (مثلاً اسید فسفریک) مخلوط می شود.

  • کربونیزاسیون: مخلوط در دمای 400-700 درجه سانتیگراد حرارت داده می شود.

  • شستشو و خنثی سازی: کربن فعال تولید شده شسته می شود تا مواد شیمیایی باقیمانده حذف شوند.

مزایای تولید کربن فعال از پوسته برنج

  1. کاهش آلودگی محیط زیست: استفاده از پوسته برنج به جای سوزاندن یا دفن آن، از انتشار گازهای گلخانه ای جلوگیری می کند.

  2. هزینه پایین تولید: پوسته برنج به عنوان یک ضایعات کشاورزی، ماده اولیه ارزان و در دسترس است.

  3. کیفیت بالا: کربن فعال تولید شده از پوسته برنج سطح ویژه بالایی دارد و برای جذب مواد آلاینده بسیار مؤثر است.

  4. استفاده بهینه از منابع: تبدیل ضایعات به محصولی با ارزش، الگویی از اقتصاد چرخشی است.

کاربردهای کربن فعال تولید شده از پوسته برنج

  1. تصفیه آب و فاضلاب: جذب فلزات سنگین، رنگ ها و آلاینده های آلی.

  2. تصفیه هوا: حذف بوها و گازهای سمی مانند فرمالدهید.

  3. صنایع غذایی: رنگبری و خالص سازی شکر و روغن های خوراکی.

  4. پزشکی و داروسازی: استفاده در ماسک های تنفسی و دستگاه های دیالیز.

  5. استخراج طلا: جذب یون های طلا از محلول های معدنی.

چالش ها و راهکارها

  • میزان سیلیس بالا: پوسته برنج حاوی سیلیس است که ممکن است بر کیفیت کربن فعال تأثیر بگذارد. برای حل این مشکل می توان از روش های شستشوی اسیدی یا تنظیم دما استفاده کرد.

  • بهینه سازی فرآیند: تحقیقات بیشتر برای بهبود بازده تولید و کاهش هزینه ها ضروری است.

نتیجه گیری

تولید کربن فعال از پوسته برنج یک راه حل پایدار و اقتصادی برای مدیریت ضایعات کشاورزی و تولید ماده ای با ارزش افزوده بالا است. با توسعه فناوری های مناسب، می توان این روش را به صورت صنعتی گسترش داد و همزمان به حفظ محیط زیست کمک کرد. صنایع مختلف می توانند از این محصول برای تصفیه آب و هوا، صنایع غذایی و حتی استخراج فلزات گرانبها استفاده کنند. با سرمایه گذاری در این زمینه، می توان به سمت اقتصاد سبز و استفاده بهینه از منابع طبیعی حرکت کرد.

کلمات کلیدی: کربن فعال، پوسته برنج، تصفیه آب، ضایعات کشاورزی، فعال سازی شیمیایی، فعال سازی فیزیکی، محیط زیست، بازیافت.

این مقاله به صورت جامع به بررسی تولید کربن فعال از پوسته برنج پرداخته و می تواند به عنوان یک محتوای آموزشی و ترویجی در سایت شما منتشر شود. در صورت نیاز به ویرایش یا اضافه کردن بخش های دیگر، می توان آن را توسعه داد.

چکیده

جذب توسط کربن فعال پتانسیل زیادی برای بهبود حذف مواد آلی طبیعی (NOM) از آب دارد. با این حال، هزینه های بالای تولید و بازسازی، کاربرد گسترده آن را محدود می کند. برای رفع این محدودیت ها، تلاش های تحقیقاتی بر روی یافتن مواد کم هزینه ای متمرکز شده است که می توانند به کربن فعال تبدیل شوند.
پوسته برنج یکی از این مواد مورد توجه تحقیقاتی است، به ویژه در کشورهای در حال توسعه که بیش از 96 درصد پوسته برنج در سطح جهانی تولید می شود. اگرچه تحقیقات متعددی در مورد تولید کربن فعال از پوسته برنج انجام شده است، اطلاعات علمی موجود هنوز به طور گسترده در ادبیات پراکنده باقی مانده است.
علاوه بر این، اطلاعات علمی در مورد عملکرد کربن فعال پوسته برنج در طول حذف NOM از آب هنوز مستند ضعیفی باقی مانده است. بنابراین، این مقاله مروری اطلاعات کافی در مورد تلاش‌های محققان مختلف در مورد تولید کربن فعال از پوسته برنج و عملکرد جذب آن در رابطه با حذف NOM از آب ارائه می‌کند. خواص و پیش تصفیه پوسته برنج در رابطه با تولید کربن فعال مورد بحث قرار می گیرد.
فعال‌سازی پوسته برنج با روش‌های فیزیکی و شیمیایی در شرایط متعدد بررسی می‌شود. عوامل موثر بر جذب NOM توسط کربن فعال به طور خلاصه مورد بحث قرار می گیرند. عملکرد جذب کربن فعال پوسته برنج نیز با توجه به حذف NOM از آب، و در صورت امکان در مقایسه با سایر کربن‌های فعال مشتق شده از منبع بررسی می‌شود. داده های ادبیات نشان داد که حذف NOM توسط کربن فعال پوسته برنج می تواند به اندازه کربن فعال تجاری موثر باشد. در نتیجه، کربن فعال پوسته برنج پتانسیل آن را دارد که به عنوان جایگزینی برای کربن فعال تجاری عمل کند.
کربن فعال پودری (Powdered Activated Carbon)

مقدمه

ماده آلی طبیعی (NOM) ماتریس پیچیده ای از مواد آلی ناهمگن است که در تمام آب های طبیعی وجود دارد (Matilainen et al., 2010). از گیاهان خشکی در حال پوسیدگی و به عنوان محصول جانبی باکتری ها، جلبک ها و گیاهان آبزی به دست می آید (چو و همکاران، 2008). می توان آن را به عنوان ذرات ذرات آلی، حفظ شده توسط یک  فیلتر 0.45 میکرومتر، یا مواد آلی محلول که NOM از  فیلتر 0.45 میکرومتر عبور می کند طبقه بندی کرد (Szymczycha et al., 2017). NOM از طریق فعل و انفعالات بین چرخه هیدرولوژیکی، بیوسفر و ژئوسفر در منابع آب معرفی می شود (Matilainen و همکاران، 2010). مقدار و ویژگی های NOM با منبع، سطح تخریب، فصل، آب و هوا و زمین شناسی متفاوت است (Golfinopoulos, 2000, Owen et al., 1995, So et al., 2017, Wei et al., 2008, Szymczycha et al., 2017).
برای درک بهتر نقش NOM در تصفیه آب، شناسایی NOM در آب خام ضروری است. تکنیک های ساده ای مانند رنگ، کربن آلی کل (TOC)، کربن آلی محلول (DOC)، نیاز شیمیایی به اکسیژن (COD)، pH، کدورت و جذب اشعه ماوراء بنفش (UV 254 ) معمولاً توسط تأسیسات تصفیه آب در کنترل کیفیت آنها استفاده می شود. چاو و همکاران، 2008). با این حال، اینها اطلاعاتی در مورد توزیع وزن مولکولی و آبگریزی آنها نمی دهند. درعوض، آنالیز کروماتوگرافی حذف با اندازه عملکرد بالا (HPSEC) اغلب برای تعیین توزیع وزن مولکولی NOM استفاده می شود (چو و همکاران، 2008).
از سوی دیگر، تکنیک های شکنش برای تعیین بخش های آب دوست و آبگریز NOM استفاده می شود (شارپ و همکاران، 2006، سو و همکاران، 2008، سویتلیک و همکاران، 2004). جذب خاص اشعه ماوراء بنفش (SUVA 254 ) همچنین می تواند برای تعریف آبگریزی NOM (Matilainen et al., 2010)، و همچنین ویژگی معطر آن (Cheng et al., 2005, Chow et al., 2008) استفاده شود. SUVA 254 به عنوان جذب UV 254 تقسیم بر غلظت DOC نمونه به دست می آید و در واحدهای L(mg-m) -1 گزارش می شود (چنگ و همکاران، 2005، چو و همکاران، 2008، متسامورونن و همکاران. ، 2014). مقدار SUVA 254 (> 4) نشان می دهد که NOM عمدتاً از ترکیبات آلی آبگریز و با جرم مولکولی بالا تشکیل شده است، در حالی که مقدار SUVA 254 کم (<2) نشان می دهد که NOM عمدتاً از ترکیبات آلی آبدوست با جرم مولکولی کم تشکیل شده است (ادزوالد و توبیاسون). ، 1999). NOM آبگریز عمدتاً از اسیدهای هیومیک و فولویک (مواد هیومیک) تشکیل شده است (Parson et al., 2004, Swietlik et al., 2004) که سرشار از کربن معطر، ساختارهای فنلی و پیوندهای مزدوج هستند (Bhatnagar and Sillanpä17ä, 20). از سوی دیگر، NOM آبدوست از نسبت های بالاتری از کربن آلیفاتیک و ترکیبات نیتروژن دار، مانند اسیدهای کربوکسیلیک، کربوهیدرات ها و پروتئین ها تشکیل شده است (Matilainen et al., 2010).

وجود NOM مشکلات متعددی را در سیستم های تصفیه و توزیع آب ایجاد می کند.

NOM با مواد ضدعفونی کننده ای که محصولات جانبی ضد عفونی مضر را تشکیل می دهند (DBPs) تعامل دارد (Golea et al., 2017, Rao et al., 2011, Tubić et al., 2013)، کیفیت آب را با ایجاد بو، طعم و رنگ نامطبوع در نوشیدنی خام کاهش می دهد. آب، تولید مثل باکتری ها و تشکیل بیوفیلم را در سیستم های توزیع آب آشامیدنی ترویج می کند (Korotta-Gamage و Sathasivan، 2017، Metsämuuronen و همکاران، 2014)، حلالیت فلزات سنگین را به دلیل کمپلکس شدن با یون های فلزی و مواد معدنی افزایش می دهد (Iriarte-Velasco et al. .، 2008، Rao و همکاران، 2011)، باعث ایجاد رسوب در غشاها می شود (Drikas et al., 2011, Zularisam et al., 2010)، راندمان تصفیه آب را در طول لخته سازی/انعقاد کاهش می دهد (Rao et al., 2011)، افزایش می دهد.
دوز منعقد کننده و ضد عفونی کننده، که در نتیجه باعث افزایش حجم لجن و تولید DBPs می شود. مورد اخیر نگرانی های بهداشت عمومی متعددی را برای شرکت های آب ایجاد می کند، زیرا مصرف آنها در آب آشامیدنی با ایجاد سرطان های مختلف و انواع پیامدهای نامطلوب تولید مثلی مرتبط است (سینگر، 1999).
این امر آژانس های نظارتی بین المللی بزرگ مانند آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (US EPA) و سازمان بهداشت جهانی (WHO) را بر آن داشته است تا تعدادی مقررات برای DBPs مانند تری هالومتان ها (THMs) و اسیدهای هالواستیک (HAAs) تهیه کنند.
به عنوان مثال، آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (US EPA) کل THM ها و مجموع پنج HAA در تصفیه آب آشامیدنی را به ترتیب به 80 و 60  میکروگرم در  لیتر به عنوان مرحله 1 محصول جانبی ضد عفونی کننده / ضد عفونی محدود می کند (D/ قانون DBP) (US EPA، 1998). در مرحله 2، این محدودیت ها به ترتیب برای کل THMs و مجموع پنج HAA به 40 و 30 میکروگرم در لیتر نصف می شود (نجم و همکاران، 1998). سازمان بهداشت جهانی (WHO) مقدار راهنما را برای DBPs در آب آشامیدنی تعیین کرد که از 100 میکروگرم در لیتر تجاوز نکند (گوردون و همکاران، 2008).
جامعه اروپا (EC) همچنین استاندارد کیفیت کل THMs در آب آشامیدنی را 100 میکروگرم در لیتر در لیتر تعیین کرد (EECD، 1997). با این حال، گاهی اوقات در برخی از تصفیه خانه های آب آشامیدنی از این حداکثر میزان آلاینده فراتر می رود (گارسیا و مورنو، 2009، گلفینووپولوس، 2000، کالیبالا، 2007). برای کاهش خطرات تشکیل DBP در تصفیه آب آشامیدنی، TOC و SUVA 254 نباید به ترتیب قبل از ضدعفونی اولیه با استفاده از کلر از 2.0 mg L -1 و 2.0 L (mg-m) -1 تجاوز کنند (US EPA، 2012).

روش های متعددی برای حذف NOM از آب موجود است،

مانند انعقاد (Heiderscheidt et al., 2016, Tubić et al., 2013)، جداسازی غشایی (Metsämuuronen و همکاران، 2014)، تبادل یونی (Heijman et al., 1999) ، فرآیندهای اکسیداسیون بیولوژیکی پیشرفته (AOPs) (Matilainen and Sillanpää، 2010)، جذب (یان و بای، 2005) یا ترکیبی از این روش ها (Humbert et al., 2008, Joseph et al., 2012). هر یک از روش ها مزایا و کاستی های خاص خود را دارد که در جاهای دیگر گزارش شده است (Bhatnagar and Sillanpää, 2017, Dewil et al., 2017, Rao et al., 2011, Ribau Teixeira et al., 2017, Zhao et al., 2014). انعقاد و لخته سازی و به دنبال آن رسوب گذاری/فلوتاسیون و فیلتراسیون رایج ترین و از نظر اقتصادی امکان پذیرترین فرآیند برای حذف NOM از آب است (Bhatnagar and Sillanpää, 2017, Ghernaout, 2014, Sillanpää et al., 2015).
با این حال، کسر آب دوست و ترکیبات با جرم مولی کم NOM با انعقاد کمتر از کسر آبگریز و ترکیبات با جرم مولی بالا NOM حذف می شوند (جانسون و همکاران، 2016). در نتیجه، کسر NOM با کارایی کمتر حذف شده به تشکیل DBPs و سایر مشکلات مرتبط در تصفیه آب شرب کمک می کند. برای رفع این نگرانی ها، تلاش های تحقیقاتی متعددی برای افزایش میزان حذف NOM از طریق افزایش انعقاد انجام شده است (لیو و همکاران، 2012، هونگ و همکاران، 2009)، که در آن دوز منعقد کننده به طور قابل توجهی افزایش می یابد، همراه با تنظیم pH به محدوده های بهینه به عنوان مثال، مطالعه ای توسط لیو و همکاران. (2012) نشان داد که انعقاد افزایش یافته به طور بالقوه تشکیل کل THMs را 24.8٪ کاهش می دهد.
مطالعه ای توسط هندریکس (2006) نشان داد که حدود 40 تا 60 درصد از مواد هیومیک را می توان در آب محیط ورودی با انعقاد افزایش یافته حذف کرد. مطالعه ای توسط هونگ و همکاران. (2009)، نشان داد که انعقاد افزایش یافته به طور بالقوه 10 تا 30 درصد بیشتر از DOC را نسبت به انعقاد معمولی کاهش می دهد. در کارخانه تصفیه آب آشامیدنی Boaco در منطقه مرکزی نیکاراگوئه، 50٪ NOM با انعقاد افزایش یافته حذف شد (گارسیا و مورنو، 2009). علیرغم نتایج امیدوارکننده در مورد بهبود حذف NOM از طریق انعقاد افزایش یافته، برخی از تصفیه خانه‌های آب ممکن است همچنان به حذف NOM اضافی نیاز داشته باشند تا با مقررات سخت‌گیرانه‌تر DBP حتی پس از انعقاد افزایش یافته مطابقت داشته باشند (دستغیب و همکاران، 2004، سیلانپا و همکاران، 2015).
جذب به عنوان یک روش امیدوارکننده برای حذف کسر NOM که از طریق انعقاد ضعیف حذف می شود در نظر گرفته شده است (جانسون و همکاران، 2016، هونگ و همکاران، 2009). به طور خاص، جذب توسط کربن فعال نه تنها به دلیل سطح داخلی بسیار توسعه یافته، تخلخل، و در نتیجه ظرفیت جذب زیاد، بلکه به دلیل سادگی در طراحی و سهولت عملیات آن بیشتر ارجحیت دارد (Bhatnagar and Sillanpää, 2017). . با این حال، کربن‌های فعال تجاری گران هستند (دیاس و همکاران، 2007)، و معمولاً از مواد تجدید ناپذیر مانند زغال سنگ، آنتراسیت، لیگنیت و ذغال سنگ نارس به دست می‌آیند (Ali et al.,2012).

علاوه بر اینکه با محیط زیست غیر دوستدار است، هزینه های بالای تولید و بازسازی مرتبط با کربن فعال تجاری، استفاده گسترده از آنها را در کارخانه های تصفیه آب در مقیاس بزرگ محدود می کند (علی و همکاران، 2012، لین و جوانگ، 2009).

در نتیجه، این امر تلاش‌های تحقیقاتی متعددی را با هدف یافتن مواد جایگزین کم‌هزینه و سازگار با محیط زیست که می‌توانند به کربن‌های فعال کم‌هزینه تبدیل شوند، برانگیخته است. چنین مواد کم‌هزینه‌ای شامل استخوان‌های حیوانات (Cechinel و همکاران، 2014)، ضایعات بامبو (وانگ، 2012)، لجن (Bjorklund and Li، 2017)، لاستیک‌های زباله (Betancur et al., 2009)، پوسته نارگیل (Iriarte-) است. ولاسکو و همکاران، 2008)، پوسته برنج (احمدنا و همکاران، 2000، چن و همکاران، 2011، فو و حمید، 2011، لیو و وو، 2009)، باگاس نیشکر (Gonçalves و همکاران، 2016)، خاکستر باگاس نیشکر (Kaushik et al., 2017)، ملاس (Gonçalves et al., 2016)، پوست بادام (Omri et al., 2014) و پوست پرتقال (Hashemian et al., 2014). چندین ماده کم هزینه دیگر در جای دیگر فهرست شده است (علی و همکاران، 2012، بهاتناگار و همکاران، 2015، دیاس و همکاران، 2007، گریس و همکاران، 2016، پولارد و همکاران، 1992، تران و همکاران، 2015). از این میان، پوسته برنج کمترین استفاده را دارد (Quispe و همکاران، 2017)، و بنابراین در کشورهای در حال توسعه به وفور در دسترس است، جایی که بیش از 96 درصد پوسته برنج در سطح جهانی تولید می شود (FAO، 2015). حدود 20 درصد وزن شلتوک را پوسته برنج تشکیل می دهد (Kumagai et al., 2007) که به معنای تولید بیش از 148 میلیون تن پوسته برنج در سطح جهان در سال است.
از این تعداد، حدود 17٪ در سال کاربرد پیدا می کنند، که نشان می دهد که حجم بسیار زیادی از پوسته برنج تبدیل به زباله می شود (Ankur، 2010). اینها معمولاً یا به طور آشکار ریخته می شوند یا صرفاً در فضای باز سوزانده می شوند و باعث آلودگی محیطی می شوند. علاوه بر این، با افزایش 65 درصدی (7/3 میلیارد) جمعیت جهان تا سال 2050 (والاس، 2000)، انتظار می‌رود که اگر تقاضای جمعیت برای غذا به اندازه کافی برآورده شود، تولید برنج جهانی افزایش خواهد یافت. این امر چالش های دفع پوسته برنج را در کشورهای در حال توسعه تشدید می کند، زیرا حتی با تولید شلتوک فعلی، پوسته برنج معمولاً بیش از هر کاربرد محلی است.

بنابراین تبدیل پوسته برنج به کربن فعال ارزش اقتصادی قابل توجهی را به محصولی که تا به حال ضایعات در نظر گرفته می شد اضافه می کند

به کاهش هزینه دفع زباله کمک می کند و از همه مهمتر جایگزینی بالقوه ارزان برای کربن های فعال تجاری موجود برای کاربردهای متعدد از جمله تصفیه آب فراهم می کند.چنین مواد کم‌هزینه‌ای شامل استخوان‌های حیوانات (Cechinel و همکاران، 2014)، ضایعات بامبو (وانگ، 2012)، لجن (Bjorklund and Li، 2017)، لاستیک‌های زباله (Betancur et al., 2009)، پوسته نارگیل (Iriarte-) است. ولاسکو و همکاران، 2008)، پوسته برنج (احمدنا و همکاران، 2000، چن و همکاران، 2011، فو و حمید، 2011، لیو و وو، 2009)، باگاس نیشکر (Gonçalves و همکاران، 2016)، خاکستر باگاس نیشکر (Kaushik et al., 2017)، ملاس (Gonçalves et al., 2016)، پوست بادام (Omri et al., 2014) و پوست پرتقال (Hashemian et al., 2014). چندین ماده کم هزینه دیگر در جای دیگر فهرست شده است (علی و همکاران، 2012، بهاتناگار و همکاران، 2015، دیاس و همکاران، 2007، گریس و همکاران، 2016، پولارد و همکاران، 1992، تران و همکاران، 2015).

از این میان، پوسته برنج کمترین استفاده را دارد (Quispe و همکاران، 2017)، و بنابراین در کشورهای در حال توسعه به وفور در دسترس است

جایی که بیش از 96 درصد پوسته برنج در سطح جهانی تولید می شود (FAO، 2015). حدود 20 درصد وزن شلتوک را پوسته برنج تشکیل می دهد (Kumagai et al., 2007) که به معنای تولید بیش از 148 میلیون تن پوسته برنج در سطح جهان در سال است. از این تعداد، حدود 17٪ در سال کاربرد پیدا می کنند، که نشان می دهد که حجم بسیار زیادی از پوسته برنج تبدیل به زباله می شود (Ankur، 2010). اینها معمولاً یا به طور آشکار ریخته می شوند یا صرفاً در فضای باز سوزانده می شوند و باعث آلودگی محیطی می شوند. علاوه بر این، با افزایش 65 درصدی (7/3 میلیارد) جمعیت جهان تا سال 2050 (والاس، 2000)، انتظار می‌رود که اگر تقاضای جمعیت برای غذا به اندازه کافی برآورده شود، تولید برنج جهانی افزایش خواهد یافت.
این امر چالش های دفع پوسته برنج را در کشورهای در حال توسعه تشدید می کند، زیرا حتی با تولید شلتوک فعلی، پوسته برنج معمولاً بیش از هر کاربرد محلی است. بنابراین تبدیل پوسته برنج به کربن فعال، ارزش اقتصادی قابل توجهی را به محصولی که تاکنون به عنوان ضایعات در نظر گرفته می شد، می افزاید، به کاهش هزینه دفع زباله کمک می کند و مهمتر از همه، جایگزینی بالقوه ارزان برای کربن های فعال تجاری موجود برای کاربردهای متعدد، از جمله تصفیه آب، فراهم می کند.چنین مواد کم‌هزینه‌ای شامل استخوان‌های حیوانات (Cechinel و همکاران، 2014)، ضایعات بامبو (وانگ، 2012)، لجن (Bjorklund and Li، 2017)، لاستیک‌های زباله (Betancur et al., 2009)، پوسته نارگیل (Iriarte-) است.
ولاسکو و همکاران، 2008)، پوسته برنج (احمدنا و همکاران، 2000، چن و همکاران، 2011، فو و حمید، 2011، لیو و وو، 2009)، باگاس نیشکر (Gonçalves و همکاران، 2016)، خاکستر باگاس نیشکر (Kaushik et al., 2017)، ملاس (Gonçalves et al., 2016)، پوست بادام (Omri et al., 2014) و پوست پرتقال (Hashemian et al., 2014).
چندین ماده کم هزینه دیگر در جای دیگر فهرست شده است (علی و همکاران، 2012، بهاتناگار و همکاران، 2015، دیاس و همکاران، 2007، گریس و همکاران، 2016، پولارد و همکاران، 1992، تران و همکاران، 2015). از این میان، پوسته برنج کمترین استفاده را دارد (Quispe و همکاران، 2017)، و بنابراین در کشورهای در حال توسعه به وفور در دسترس است، جایی که بیش از 96 درصد پوسته برنج در سطح جهانی تولید می شود (FAO، 2015). حدود 20 درصد وزن شلتوک را پوسته برنج تشکیل می دهد (Kumagai et al., 2007) که به معنای تولید بیش از 148 میلیون تن پوسته برنج در سطح جهان در سال است.
از این تعداد، حدود 17٪ در سال کاربرد پیدا می کنند، که نشان می دهد که حجم بسیار زیادی از پوسته برنج تبدیل به زباله می شود (Ankur، 2010). اینها معمولاً یا به طور آشکار ریخته می شوند یا صرفاً در فضای باز سوزانده می شوند و باعث آلودگی محیطی می شوند. علاوه بر این، با افزایش 65 درصدی (7/3 میلیارد) جمعیت جهان تا سال 2050 (والاس، 2000)، انتظار می‌رود که اگر تقاضای جمعیت برای غذا به اندازه کافی برآورده شود، تولید برنج جهانی افزایش خواهد یافت. این امر چالش های دفع پوسته برنج را در کشورهای در حال توسعه تشدید می کند، زیرا حتی با تولید شلتوک فعلی، پوسته برنج معمولاً بیش از هر کاربرد محلی است.
بنابراین تبدیل پوسته برنج به کربن فعال ارزش اقتصادی قابل توجهی را به محصولی که تا به حال ضایعات در نظر گرفته می شد اضافه می کند، به کاهش هزینه دفع زباله کمک می کند و از همه مهمتر جایگزینی بالقوه ارزان برای کربن های فعال تجاری موجود برای کاربردهای متعدد از جمله تصفیه آب فراهم می کند.این به معنای تولید بیش از 148 میلیون تن پوسته برنج در جهان در سال است. از این تعداد، حدود 17٪ در سال کاربرد پیدا می کنند، که نشان می دهد که حجم بسیار زیادی از پوسته برنج تبدیل به زباله می شود (Ankur، 2010). اینها معمولاً یا به طور آشکار ریخته می شوند یا صرفاً در فضای باز سوزانده می شوند و باعث آلودگی محیطی می شوند.
علاوه بر این، با افزایش 65 درصدی (7/3 میلیارد) جمعیت جهان تا سال 2050 (والاس، 2000)، انتظار می‌رود که اگر تقاضای جمعیت برای غذا به اندازه کافی برآورده شود، تولید برنج جهانی افزایش خواهد یافت. این امر چالش های دفع پوسته برنج را در کشورهای در حال توسعه تشدید می کند، زیرا حتی با تولید شلتوک فعلی، پوسته برنج معمولاً بیش از هر کاربرد محلی است.
بنابراین تبدیل پوسته برنج به کربن فعال ارزش اقتصادی قابل توجهی را به محصولی که تا به حال ضایعات در نظر گرفته می شد اضافه می کند، به کاهش هزینه دفع زباله کمک می کند و از همه مهمتر جایگزینی بالقوه ارزان برای کربن های فعال تجاری موجود برای کاربردهای متعدد از جمله تصفیه آب فراهم می کند.این به معنای تولید بیش از 148 میلیون تن پوسته برنج در جهان در سال است. از این تعداد، حدود 17٪ در سال کاربرد پیدا می کنند، که نشان می دهد که حجم بسیار زیادی از پوسته برنج تبدیل به زباله می شود (Ankur، 2010). اینها معمولاً یا به طور آشکار ریخته می شوند یا صرفاً در فضای باز سوزانده می شوند و باعث آلودگی محیطی می شوند.
علاوه بر این، با افزایش 65 درصدی (7/3 میلیارد) جمعیت جهان تا سال 2050 (والاس، 2000)، انتظار می‌رود که اگر تقاضای جمعیت برای غذا به اندازه کافی برآورده شود، تولید برنج جهانی افزایش خواهد یافت. این امر چالش های دفع پوسته برنج را در کشورهای در حال توسعه تشدید می کند، زیرا حتی با تولید شلتوک فعلی، پوسته برنج معمولاً بیش از هر کاربرد محلی است. بنابراین تبدیل پوسته برنج به کربن فعال ارزش اقتصادی قابل توجهی را به محصولی که تا به حال ضایعات در نظر گرفته می شد اضافه می کند، به کاهش هزینه دفع زباله کمک می کند و از همه مهمتر جایگزینی بالقوه ارزان برای کربن های فعال تجاری موجود برای کاربردهای متعدد از جمله تصفیه آب فراهم می کند.

علیرغم تحقیقات متعددی که در مورد تولید کربن فعال از پوسته برنج انجام شده است

بررسی های موجود بیشتر به کاربرد کربن فعال پوسته برنج برای حذف فلزات سنگین مربوط می شود (چوآه و همکاران، 2005، کومار و باندیوپادیای، 2006، موهان و سریلاکشمی، 2008، سبحاناردکانی و همکاران، 2013)، آفت کش ها (فو و حمید، 2010، نجوکو و همکاران، 2014)، و رنگ ها (گوو و همکاران، 2005، مالیک، 2003) از آب و فاضلاب. تا جایی که ما می دانیم، هیچ بررسی برای مستندسازی تحقیقات متعدد توسط محققان مختلف در مورد تولید کربن فعال از پوسته برنج و کاربرد بالقوه آنها برای حذف NOM از آب انجام نشده است. بنابراین هدف این مقاله مروری ارائه اطلاعات کافی در مورد تلاش‌های محققان مختلف در مورد تولید کربن فعال از پوسته برنج و عملکرد جذب آن در رابطه با حذف NOM از آب است. خواص و پیش تصفیه پوسته برنج در رابطه با تولید کربن فعال مورد بحث قرار می گیرد.
فعال‌سازی پوسته برنج با روش‌های فیزیکی و شیمیایی در شرایط متعدد بررسی می‌شود. عوامل موثر بر جذب NOM توسط کربن فعال مورد بحث قرار گرفته است. عملکرد جذب کربن فعال پوسته برنج نیز با توجه به حذف NOM از آب، و در صورت امکان در مقایسه با سایر کربن‌های فعال مشتق شده از منبع بررسی می‌شود. به طور خاص، حذف NOM از آب بر حذف مواد هیومیک (اسیدهای هیومیک و فولویک) متمرکز شده است، زیرا اینها غلظت بالایی از DBPs در آب تولید می کنند (سینگر، 1999)، که بیش از 50٪ از محتوای TOC در آب را تشکیل می دهد. Matilainen و همکاران، 2010).

قطعات بخش

روش شناسی

مقالات پژوهشی اصلی، مقالات مروری، گزارش‌ها و کتاب‌ها از منابع مختلفی مانند Scopus، Google Scholar و موتورهای جستجوی ناشر خاص به‌ویژه ScienceDirect، Taylor و Francis، American Chemical Society و Royal Society of Chemistry جستجو شدند. عملگر Boolean “AND” همچنین برای گنجاندن چندین کلمه کلیدی در یک جستجو استفاده شد. عبارت‌های جستجو شامل ویژگی‌های NOM بود. اندازه گیری NOM؛ مکانیسم حذف NOM؛ کربن فعال؛ مشکلات NOM در آب آشامیدنی

خواص پوسته برنج به عنوان پیش ساز

پوسته برنج دارای خواص فیزیکی و بیوشیمیایی است که به عنوان یک پیش ساز بالقوه در تولید کربن فعال مناسب است. این یکی از زیست توده های لیگنوسلولزی است که از لیگنین، سلولز و همی سلولز تشکیل شده است (Liou and Wu, 2009, Olupot et al., 2016). از این میان، لیگنین جزء اصلی تشکیل زغال سنگ است که مسئول فرآیند جذب است (سوهاس و همکاران، 2007). از سوی دیگر، سلولز و همی سلولز بخش های فراری هستند که در طی پیرولیز حذف می شوند و

پیش تصفیه پوسته برنج

پوسته برنج به طور غیرمعمولی دارای محتوای خاکستر بالایی است که 76 تا 99 درصد وزن کل آن سیلیس است (SiO 2 )، در حالی که بقیه ناخالصی های فلزی در غلظت های پایین وجود دارند. مشابه خواص پوسته برنج، خواص خاکستر پوسته برنج نیز ممکن است با موقعیت جغرافیایی رشد متفاوت باشد (Benassi et al., 2015)، همانطور که در جدول 2 مشخص شده است. محتوای خاکستر بالا در پوسته برنج در آماده سازی مطلوب نیست. کربن فعال، زیرا مانع از توسعه منافذ می شود، که در نتیجه منجر به

فعال سازی پوسته برنج

به طور کلی، کربن فعال از پوسته برنج قبلاً از طریق فعال سازی فیزیکی (Alvarez et al., 2014, Kumagai et al., 2009, Malik, 2003) یا فعال سازی شیمیایی تهیه شده است (Isoda et al., 2014, Liou and Wu, 209). مونیاندی و همکاران، 2014). اگرچه ترکیبی از این روش ها (فعال سازی فیزیکوشیمیایی) برای فعال کردن زیست توده لیگنوسلولزی مانند بامبو به طور موفقیت آمیزی به کار گرفته شده است (Hameed et al., 2007)، تأثیر آن بر پوسته برنج هنوز تا حد زیادی مطالعه نشده باقی مانده است. موارد زیر

مکانیسم حذف NOM توسط کربن فعال

به طور کلی، جذب NOM توسط کربن فعال تنها زمانی اتفاق می افتد که کل انرژی آزاد جذب (ΔG ads ) کمتر از صفر باشد (Newcombe and Drikas, 1997). طیف وسیعی از انرژی‌هایی که به تبلیغات ΔG کمک می‌کنند عبارتند از: (i) سهم الکترواستاتیکی (ΔG elec ) که ممکن است شامل برهمکنش‌های کولمبی و دوقطبی باشد، و (ب) سهم ویژه ( مشخصات ΔG ) که شامل همه برهم‌کنش‌های خاص برای این سیستم شامل فعل و انفعالات آبگریز و نیروهای واندروالسی در میان سایرین است. اینها

عوامل موثر بر جذب NOM توسط کربن فعال

مطالعات متعددی برای تعیین عوامل موثر بر حذف NOM توسط کربن فعال انجام شده است (Bjelopavlic et al., 1999, Newcombe, 2006). عوامل مربوط به خواص فیزیکوشیمیایی کربن فعال، ویژگی های NOM، گونه های آلی رقیب و شرایط محلول آبی است (Fettig, 1999, Newcombe, 1999). درک بیشتر این عوامل در حصول اطمینان از کاربرد موثر جاذب مفید است. هر یک از عوامل فوق به اختصار بیان شده است

حذف NOM با استفاده از پوسته برنج خام و پیرولیز شده

حتی به صورت خام، پوسته برنج بدون فعال‌سازی گزارش شده است که 24/98 درصد اسید هیومیک را از محلول آبی حذف می‌کند (نسای عباس و عباس، 2014). در مقابل، آزمایشات اولیه انجام شده توسط Imyim و Prapalimrungsi (2010) نشان داد که پوسته برنج به شکل خام خود توانایی جذب اسیدهای هیومیک را ندارد، بنابراین نیاز به فعال سازی دارد. همچنین گزارش شده است که پوسته برنج تنها با NaOH و اسید سیتریک بدون کربنیزاسیون تیمار شده، 60 تا 70 درصد از مواد هیومیک را از رواناب باتلاق ذغال سنگ نارس حذف می کند (لی و همکاران

جذب NOM توسط کربن فعال پوسته برنج

از آنجایی که انعقاد ممکن است تنها بخش محدودی از NOM را در آب آشامیدنی حذف کند، کربن فعال اغلب برای تکمیل انعقاد از طریق افزایش حذف NOM استفاده می‌شود و در نتیجه پتانسیل تشکیل DBPs را کاهش می‌دهد (El-demerdash et al., 2015, Najm et al., 1998). ). به طور کلی، دو نوع کربن فعال را می توان برای حذف NOM از آب به کار برد. کربن فعال پودری (PAC) و کربن فعال دانه ای (GAC) (Newcombe, 2006, Parsons et al., 2014). اگرچه عملکرد

چشم اندازهای آینده

داده‌های حاصل از ادبیات بررسی شده مجدداً بر اجماع به‌دست‌آمده تا به امروز تأکید می‌کند، که روش‌های متعارف تصفیه آب، NOM را به طور کامل از آب حذف نمی‌کنند و مشکلات متعددی را در تصفیه آب ایجاد می‌کنند. برای بهبود حذف NOM از آب، روش‌های متداول تصفیه آب را می‌توان در ترکیب با روش‌های دیگر مانند جذب، جداسازی غشایی، تبادل یونی و فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته به کار برد. از بین این موارد، حذف NOM با جذب با استفاده از کربن فعال ترجیح داده می شود.

نتیجه گیری

یک بررسی کلی در مورد تولید و کاربرد بالقوه کربن فعال پوسته برنج برای حذف NOM از آب انجام شده است. خواص پوسته برنج، پیش تصفیه، میزان فعال‌سازی و روش فعال‌سازی بر خواص جذب کربن فعال پوسته برنج تأثیر می‌گذارد. داده های ادبیات بر نیاز به حذف خاکستر از پوسته برنج قبل از فعال سازی برای بهبود خواص جذب کربن فعال پوسته برنج تاکید می کند. با این حال، ظرفیت جذب کربن است

تضاد منافع

هیچ تضاد منافعی بین نویسندگان وجود ندارد.

قدردانی

این تحقیق تحت حمایت مالی بنیاد فولکس واگن تحت “برنامه کمک هزینه تحصیلی پسادکتری برای محققان آفریقایی در علوم مهندسی (گرنت 90014)” قرار گرفت.
کربن اکتیو در تماس با آب، ایجاد حباب میکند کربن فعال پودری (Powdered Activated Carbon) کربن فعال پودری (Powdered Activated Carbon)