AKTİF KARBON NEDİR ?

AKTİF KARBON NEDİR ?

TANIMI

Aktif karbon çok gelişmiş bir gözenek yapısına ve çok büyük iç yüzey alanına sahip karbonlaşmış bir malzemedir.

Bu nitelikler aktif karbona çok güçlü adsorpsiyon özellikleri kazandırır.

AKTİF KARBON NEDİR ?

HAM MADDELER

Aktif karbon esas olarak;

• Kömürden
• Hindistan cevizi kabuklarından
• Ağaçtan

üretilir. Hammaddenin cinsine bağlı olarak aktif karbon üretim verimi %15-35 arasında değişir.

Kömürün verimi daha yüksekken(%30-35), hindistan cevizi kabuğunda verim düşüktür(%15-20).

Değişik hammaddelerin karbon içerikleri Tablo-1’de görülmektedir.

Tablo-1: Hammaddelerin yaklaşık karbon içerikleri

AKTİF KARBON ÜRETİMİ

Aktif karbon iki kademede üretilir.

• Hammaddenin karbonlaştırılması
• Karbonlaşmış ürünün yüksek sıcaklıkta buharla veya kimyasal yöntemlerle aktivasyonu

Karbonizasyon

Bu kademede havanın bulunmadığı bir ortamda yaklaşık 600^oC’da hammadde karbonlaştırılır, hammaddenin içindeki uçucu maddeler ve nem uzaklaştırılır. Bu kademe sonunda küçük çaplı gözeneklere sahip bir ara ürün ele geçer.

Hammaddenin uçucu madde içeriği %15’in altına düşer.

Aktivasyon

Bu kademede ara ürün 900-1100^oC’da aktive edilir.Küçük çaplı gözeneklerin içindenbir miktar karbon uzaklaştırılarak çok gözenekli bir ürün elde edilir.

Buharla İşleme

Kömürden ve hindistan cevizi kabuğundan aktif karbon elde etmede 800-1000^oC’da uygulanır.

Buharla işlemenin ardından son ürünün kül içeriğini azaltmak için aktif karbon asitle yıkanır.

Kimyasal Aktivasyon

Ağaçtan veya turba’dan(çok genç bir kömür şekli) aktif karbon elde etmede uygulanır.

Selüloz yapıyı açmak ve gözenekli bir yapı elde etmek için ara ürün aktive edici kimyasalla(fosforik asit, çinko klorür gibi) karıştırılır.

Bu tür aktivasyon sonucunda daha başka bir işleme gerek kalmaksızın çok düzgün bir gözenek yapısı elde edilir.

İÇ YÜZEY ALANI

GÖZENEK BÜYÜKLÜĞÜ DAĞILIMI

Aktif karbonun adsorpsiyon özelliği esas olarak bu iki faktör tarafından belirlenir:

İç Yüzey alanı

Aktif karbonun iç yüzey alanı N₂(azot gazı) adsorpsiyonu yöntemiyle tayin edilir ve m²/g olarak ifade edilir. Aktif karbonun adsorpsiyon yapan yüzeyinin ölçüsüdür.

İç yüzey alanı 500-1800 arasında değişir.

Gözenek Büyüklüğü Dağılımı

(por = gözenek)

Mikro gözenekler(mikropores) 0-20 ^oA

Meso gözenekler(mesopores) 20-50 ^oA

Makro gözenekler(macropores) >50 ^oA

Mikro ve meso gözenekler adsorpsiyonda en etkili olan gözeneklerdir ve gözeneklerin %80-90’ını oluştururlar.

Gözenek büyüklüğünün dağılımı hammaddenin cinsine bağlıdır.

Hindistan cevizi kabuklarından yapılan aktif karbonda gözeneklerin büyük çoğunluğu mikro gözenektir(yaklaşık %90).

Kömür bazlı aktif karbonlarda ise gözenek büyüklüğü dağılımı daha geniştir(mikro gözenek/meso gözenek oranı yak %60/30).

Ağaç ve turba bazlı aktif karbonlarda ise makro gözeneklerin oranı çok yüksektir(%40-50).

AKTİF KARBONU KARAKTERİZE EDEN ANA PARAMETRELER

• İyot sayısı(mg/g)
• Yüzey alanı B.E.T.(m2/g)
• Metilen mavisi adsorpsiyonu(g/100g)
• Dökme yoğunluk(kg/dm3)
• Nem(5)
• Kül oranı(%)
• Sertlik(%)
• Fenol adsorpsiyonu(g/L)
• Tane büyüklüğü dağılımı(%-mesh)

AKTİF KARBONUN ADSORPSİYON ÖZELLİĞİNİ ETKİLEYEN FAKTÖRLER

• Aktif karbonun cinsi(hammadde, gözenek büyüklüğü dağılımı, tane büyüklüğü)
• Aktif karbon tarafından tutulan maddenin cinsi(molekül ağırlığı, kimyasal yapısı, başka bileşiklerin varlığı)
• Tutulacak maddenin derişimi
• Akışkan fazın sıcaklığı
• Akışkan fazın nemi(gaz akışında)

ADSORPSİYON İSOTERMİ

“Her aktif karbonun her tutulacak maddeye karşı belli bir adsorpsiyon kapasitesi vardır”

“Spesifik adsorpsiyon isotermi” ile belirlenir veya tayin edilen bu kapasite bir aktif karbonun bir akışkandan(sıvı veya gaz) belli bir maddeyi uzaklaştırma-tutma kapasitesini temsil eder.

Bu kapasite

“aktif karbonun yüklenme kapasitesi”

olarak adlandırılır ve X/M ile ifade edilir. X/M’de;

X tutulan maddenin ağırlığı(g)

M Aktif karbonun ağırlığı(g)

dır ve

“aktif karbonun birim ağırlığı başına adsorbe edilen maddenin birim ağırlığı”

olarak tarif edilir.

AKTİF KARBON’UN KULLANIM SAHALARI

Aktif karbonun kullanım sahaları şöyle özetlenebilir:

Su Arıtma

• İçme suyu arıtması
• Endüstriyel atık su arıtması
• Şehirsel atık su arıtması

Gazların Arıtılması

• Endüstriyel emisyonların arıtılması( çöp yakma tesisleri, uçucu organik maddelerin uzaklaştırılması, çözücülerin geri kazanılması
• Hava arıtılması

Endüstriyel Uygulamalar

• Farmasötik uygulamalar
• Gıda uygulamaları
• Enolojik endüstri

GAZLARIN ARITILMASI

SU ARITMA

ENDÜSTRİYEL İŞLEMLER

AKTİF KARBON FİLTRE TASARIMI

Dikkate alınacak parametreler şunlardır:

• Temas(contakt) süresi
• Lineer(çizgisel) filtrasyon hızı

Temas Süresi

Suyun filtreye girişi ile çıkışı arasında geçen süredir. Genellikle filtre boş kabul edilerek hesap yapılır ve bu süre Boş Yatak Temas Süresi-BYTS(empty bed contact time)olarak adlandırılır.

FİLTRENİN HACMİ(M³)

BYTS = ————————————-

GİRİŞ AKIŞ HIZI(M³/SAAT)

İçme suyu ve atık su uygulamaları için öneriler temas süresi 10-15 dakikadır.

Eğer yüzey aktif bir madde mevcutsa önerilen temas süresi 45-60 dakikadır.

Filtrasyon Hızı

Akış hızı ile filtre kesit alanı arasındaki oran olarak tarif edilir.

GİRİŞ AKIŞ HIZI(M³/SAAT)

L.F.H. = —————————————-

FİLTRENİN KESİT ALANI(M²)

Lineer filtrasyon hızı aktif karbonun tane büyüklüğüne, müsade edilen basınç kaybına ve suyun sıcaklığına göre değişir.

Lineer filtrasyon hızı genellikle 7-12 m/saat arasında değişir.

FİLTRE TASARIMI

Parametreler

AKTİF KARBONUN CİNSİ YV 100

Akış hızı 150 m³/saat

Boş yatak temas süresi(BYTS) 15 dakika

Filtrasyon hızı 12 m/saat

Tutulacak maddenin derişimi 5 g/m³

Yüklenme kapasitesi(X/M) %10

Aktif karbonun dökme yoğunluğu 450 kg/m³

Gerekli Aktif Karbon Miktarı

Akış hızı = 300 m³/saat / 60 dakika = 5 m³/dakika

Eğer BYTS 15 dakika ise

Aktif karbonun hacmi = 5 m³/dakika X 15 dakika = 75 m³ olur.

Aktif karbon miktarı ise = 75 m³ X 450 kg/m³ = 33.750 kg olacaktır.

Aktif Karbonun Ömrü

Tutulacak maddenin günlük miktarı = 5 g/m³ X 150 m³/saat X 24 saat = 18.000 g/gün

Karbonun yüklenme kapasitesi %10 olduğundan 33.750 kg aktif karbon

33.750 kg X %10 = 3.375 kg madde tutar.

O halde aktif karbonun ömrü = 3.375 kg/18 kg/gün = 187,5 gün olacaktır.

Bu süre sonunda aktif karbon artık adsorpsiyon yapamaz hale gelir ve rejenere edilmesi veya yenilenmesi gerekir.