Bagaimanakah Karbon Teraktif Memerangkap Bahan Pencemar?

Karbon teraktif ialah bahan karbon berliang yang diproses untuk meningkatkan sifat penjerapannya. Liang-liang halusnya menghasilkan permukaan dalaman yang sangat luas. Apabila air atau gas bersentuhan dengan karbon itu, sesetengah molekul bergerak ke dalam liang lalu berkumpul pada permukaan. Proses ini dipanggil penjerapan, bukan penyerapan.

Bukan sekadar arang biasa

Karbon teraktif boleh dihasilkan daripada bahan kaya karbon seperti kayu, arang batu, lignit atau tempurung kelapa. Bahan itu menjalani pengaktifan fizikal atau kimia yang membentuk atau membesarkan sistem liang, dengan pengkarbonan sebagai langkah berasingan atau serentak mengikut kaedah. IUPAC mentakrifkan karbon teraktif sebagai bahan karbon berliang yang telah bertindak balas dengan gas, kadangkala dengan bahan kimia tambahan, untuk meningkatkan sifat penjerapannya.

Jadi perkataan teraktif tidak bermaksud karbon itu sentiasa menjalani tindak balas kimia aktif. Ia merujuk kepada pemprosesan yang menjadikannya adsorben yang lebih berkesan.

Mengapa liang sangat penting?

Sebiji granul karbon kelihatan kecil dari luar, tetapi permukaan yang boleh berinteraksi dengan molekul tidak terhad kepada bahagian luarnya. Rangkaian liang membawa molekul ke permukaan dalaman. IUPAC mengelaskan karbon mikropori sebagai bahan yang sebahagian besar keliangannya terdiri daripada liang kurang daripada 2 nanometer lebar.

Lebih banyak permukaan yang boleh dicapai bermakna lebih banyak tapak berpotensi untuk penjerapan. Namun luas permukaan sahaja tidak menentukan keberkesanan terhadap setiap bahan pencemar, dan nilai luas permukaan bagi bahan mikropori bergantung pada kaedah dan model pengukuran.

Penjerapan bukan penyerapan

Dalam penjerapan, bahan terkumpul pada antara muka atau permukaan bahan lain. Dalam penyerapan pula, bahan memasuki isi padu fasa lain secara pukal. Karbon teraktif bukan span mikroskopik yang rongganya diisi air kotor. Proses rawatan boleh diterangkan dalam tiga langkah umum: pencemar bergerak ke permukaan luar, meresap ke dalam struktur liang, kemudian terjerap pada permukaan.

Apakah yang menahan molekul pada permukaan?

Penjerapan pada karbon teraktif tidak mempunyai satu mekanisme tunggal untuk semua bahan. Interaksi boleh melibatkan daya antara molekul dan, bergantung pada kimia permukaan, interaksi yang lebih khusus. Kumpulan fungsi seperti karbonil dan karboksil boleh hadir pada permukaan karbon dan mempengaruhi interaksi dengan bahan terjerap.

Saiz dan bentuk liang juga penting kerana molekul perlu dapat mencapai tapak yang sesuai. Sebab itu dua karbon teraktif dengan jisim sama tidak semestinya mempunyai kapasiti yang sama terhadap satu bahan. pH, suhu, komposisi air, bahan organik lain dan kadar aliran turut mempengaruhi prestasi. Contohnya, keberkesanan karbon teraktif berbutir terhadap PFAS bergantung pada jenis karbon, kedalaman lapisan, kadar aliran, jenis PFAS dan suhu, dan PFAS berantai lebih pendek tidak terjerap sebaik sesetengah yang berantai lebih panjang.

Ke manakah pencemar itu pergi?

Dalam penjerapan biasa, pencemar dipindahkan daripada air atau udara ke permukaan karbon dan tidak semestinya dimusnahkan secara kimia. Karbon terpakai perlu dikendalikan dengan betul. Bergantung pada pencemar dan aplikasi, ia mungkin dijana semula, diaktifkan semula, diganti atau dilupuskan mengikut kaedah yang sesuai.

Mengapa penapis akhirnya perlu diganti?

Permukaan karbon mempunyai kapasiti terhad. Apabila semakin banyak tapak yang sesuai diduduki, keupayaan karbon menyingkirkan pencemar tambahan menurun. Dalam turus karbon, keadaan akhirnya dicapai apabila pencemar mula muncul pada aliran keluar pada kepekatan yang tidak lagi memenuhi sasaran rawatan. Oleh itu, penapis yang masih kelihatan hitam tidak semestinya masih berfungsi dengan baik, kerana warna karbon bukan ukuran kapasiti yang tinggal.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?