Aktif karbon
Aktif karbon (veya aktifleştirilmiş karbon, aktif kömür), adsorpsiyon (yüzeye tutunma) veya kimyasal reaksiyonlar için kullanılabilir yüzey alanını artırmak amacıyla işlenmiş, gözenekli bir karbon formudur.[1]
Genellikle odun, kömür, hindistan cevizi kabuğu, turba veya petrol kaynaklı karbonlu materyallerden üretilir.[2] Üretim sürecinde uygulanan fiziksel veya kimyasal işlemler, materyal içinde mikroskobik boyutlarda çok sayıda gözenek oluşmasını sağlar. Bu gözenekli yapı sayesinde aktif karbonun bir gramı, 3.000 m²'yi aşan bir yüzey alanına sahip olabilir.[3]
Aktif karbon; su arıtma, hava filtreleme, endüstriyel kimya, gıda işleme ve tıpta zehirlenme tedavileri gibi geniş bir kullanım alanına sahiptir.[4]
Üretim
[değiştir | kaynağı değiştir]Aktif karbon, karbon içeren hammaddelerin "aktivasyon" adı verilen işlemlerle gözenekli hale getirilmesiyle elde edilir. Bu süreç temel olarak iki yöntemle gerçekleştirilir:
Fiziksel Aktivasyon
[değiştir | kaynağı değiştir]Hammadde, sıcak gazlar kullanılarak aktive edilir. Bu yöntem genellikle iki aşamadan oluşur:
- Karbonizasyon: Karbon içerikli materyal, 600–900 °C sıcaklıkta, oksijensiz bir ortamda (genellikle argon veya azot atmosferinde) piroliz işlemine tabi tutulur.
- Aktivasyon/Oksidasyon: Karbonize edilmiş malzeme veya hammadde, 600–1200 °C sıcaklıkta su buharı, karbon dioksit veya oksijen gibi oksitleyici gazlara maruz bırakılır. Bu işlem, karbon yapısında yeni gözeneklerin açılmasını ve mevcut gözeneklerin genişlemesini sağlar.[5]
Kimyasal Aktivasyon
[değiştir | kaynağı değiştir]Hammadde, karbonizasyon işleminden önce belirli kimyasallarla (fosforik asit, potasyum hidroksit, sodyum hidroksit, çinko klorür vb.) doyurulur. Ardından malzeme 250–600 °C sıcaklıkta ısıtılır. Kimyasal aktivasyon, fiziksel aktivasyona göre daha düşük sıcaklıklarda ve daha kısa sürede gerçekleşmesi nedeniyle endüstriyel üretimde sıklıkla tercih edilir.[6]
Sınıflandırma
[değiştir | kaynağı değiştir]Aktif karbonlar, partikül boyutlarına, fiziksel formlarına ve üretim yöntemlerine göre sınıflandırılır:
Toz Aktif Karbon (PAC)
[değiştir | kaynağı değiştir]Genellikle 0.15–0.25 mm aralığında partikül boyutuna sahip, ince öğütülmüş karbonlardır. Geniş yüzey/hacim oranı sayesinde difüzyon mesafesi kısadır. Çoğunlukla sıvı fazdaki uygulamalarda, örneğin atık su arıtma tesislerinde doğrudan işlenecek suya eklenerek kullanılır.[7]
Granül Aktif Karbon (GAC)
[değiştir | kaynağı değiştir]Toz karbona kıyasla daha büyük partikül boyutuna sahiptir. Gazların ve sıvıların içinden geçebilmesi için daha uygundur. Bu nedenle sürekli akışın olduğu filtre yataklarında, su arıtma sistemlerinde ve hava filtrelerinde tercih edilir. Sıvı faz uygulamaları için genellikle 8×30 veya 12×40 mesh boyutları kullanılır.
Ekstrüde (Silindirik) Karbon (EAC)
[değiştir | kaynağı değiştir]Toz halindeki aktif karbonun bir bağlayıcı ile karıştırılıp silindir şeklinde preslenmesiyle (ekstrüzyon) üretilir. 0.8 mm ile 130 mm arasında değişen çaplarda olabilir. Düşük basınç kaybı, yüksek mekanik dayanıklılık ve düşük tozlanma özelliği nedeniyle gaz fazı uygulamalarında (örneğin otomotiv kanisterleri, gaz maskeleri) yaygın olarak kullanılır.
Emprenye Karbon
[değiştir | kaynağı değiştir]Belirli inorganik kirleticileri tutmak veya antimikrobiyal özellik kazandırmak amacıyla çeşitli kimyasallarla yüklenmiş (emprenye edilmiş) karbonlardır.
- Gümüş yüklü karbonlar: İçme suyu arıtımında bakteriyel büyümeyi engellemek için kullanılır.
- Kükürt veya İyot yüklü karbonlar: Cıva buharı ve hidrojen sülfür (H₂S) gibi gazların tutulmasında kullanılır.[8]
Özellikler ve Parametreler
[değiştir | kaynağı değiştir]Aktif karbonun performansını ve kullanım alanını belirleyen temel kalite parametreleri şunlardır:
- İyot Sayısı (Iodine Number): Karbonun mikrogözenek (0–2 nm çaplı gözenekler) kapasitesini gösteren temel parametredir. Genellikle mg/g cinsinden ifade edilir ve 500–1200 mg/g aralığındadır. Yüksek iyot sayısı, yüksek derecede aktivasyonu işaret eder.[9]
- Melas Sayısı (Molasses Number): Karbonun mezogözenek (2–50 nm çaplı gözenekler) kapasitesini gösterir. Renk giderimi gibi büyük moleküllerin adsorpsiyonu gereken işlemler için önemlidir.
- Sertlik/Aşınma Sayısı: Aktif karbonun fiziksel bütünlüğünü koruma ve sürtünme kuvvetlerine karşı dayanıklılığını ifade eder.
- Kül Miktarı: Karbonun ham maddesinden gelen inorganik kısımdır. Yüksek kül miktarı aktiviteyi düşürebilir.
Kullanım Alanları
[değiştir | kaynağı değiştir]Tıbbi Kullanım
[değiştir | kaynağı değiştir]
Aktif karbon, oral yolla alınan zehirlerin, ilaç aşırı dozlarının ve toksinlerin gastrointestinal sistemden emilimini azaltmak amacıyla acil tıpta kullanılır. Toksinleri yüzeyine bağlayarak (adsorbe ederek) kana karışmadan dışkı yoluyla vücuttan atılmasını sağlar. Dünya Sağlık Örgütü'nün Temel İlaçlar Listesi'nde yer alan bir antidottur.[10]
Bununla birlikte, aktif karbonun etkili olmadığı maddeler şunlardır:[11]
- Alkoller (etanol, metanol, etilen glikol)
- Güçlü asitler ve bazlar
- Demir, lityum, arsenik gibi metaller
- Siyanür
- Petrol ürünleri
Çevre ve Su Arıtma
[değiştir | kaynağı değiştir]
Karbon adsorpsiyonu, kirleticilerin giderilmesinde yaygın bir yöntemdir:
- İçme Suyu Arıtımı: Sudaki koku, tat, klor ve organik bileşiklerin giderilmesinde kullanılır.
- Atık Su Arıtımı: Endüstriyel atık sulardaki boyar maddelerin, fenollerin ve ilaç kalıntılarının temizlenmesinde biyolojik arıtma sonrası ileri arıtma basamağı olarak kullanılır.[12]
- Hava ve Gaz Temizleme: Uçucu organik bileşikleri (VOC), endüstriyel baca gazlarını ve havalandırma sistemlerindeki kötü kokuları filtrelemek için kullanılır. Ayrıca nükleer santrallerde radyoaktif gazların tutulmasında da rol oynar.
Endüstriyel Uygulamalar
[değiştir | kaynağı değiştir]- Altın Madenciliği: Altın cevherinin siyanürleme işlemiyle çözeltiye alınmasının ardından, altının çözeltiden geri kazanılması (Carbon-in-Pulp / Carbon-in-Leach prosesleri) için aktif karbon kullanılır.
- Gıda ve İçecek: Şeker şuruplarının renginin giderilmesi, bitkisel yağların saflaştırılması, kafeinsiz kahve üretimi ve alkollü içeceklerin (votka, viski) filtrasyonunda organik safsızlıkları gidermek için kullanılır.
- Gaz Depolama: Metan ve hidrojen gazlarının düşük basınçta depolanması için yüksek yüzey alanlı karbon malzemeler üzerine araştırmalar sürmektedir.[13]
Diğer Kullanımlar
[değiştir | kaynağı değiştir]- Kişisel Bakım: Diş macunlarında ve cilt bakım ürünlerinde kir ve yağları adsorbe etmesi amacıyla kullanılır.
- Tarım: Toprak düzenleyici olarak ve pestisit kalıntılarının etkisini azaltmak amacıyla kullanılır.
Reaktivasyon (Geri Kazanım)
[değiştir | kaynağı değiştir]Kullanım ömrünü tamamlamış (doygunluğa ulaşmış) aktif karbon, ekonomik ve çevresel nedenlerle yeniden kullanılabilir hale getirilebilir. Termal reaktivasyon en yaygın yöntemdir; kullanılmış karbon fırınlarda 800–900 °C sıcaklıkta ısıtılarak gözeneklerinde birikmiş organik kirleticiler yakılır ve uzaklaştırılır.[14]
Ayrıca bakınız
[değiştir | kaynağı değiştir]Kaynakça
[değiştir | kaynağı değiştir]- ^ "What is Activated Carbon?". Puragen. Erişim tarihi: 9 Ekim 2025.
- ^ Soo, Yuchoong (2013). "Adsorbed Methane Film Properties in Nanoporous Carbon Monoliths". Bulletin of the American Physical Society. 58.
- ^ Dillon, Edward C (1989). "Large surface area activated charcoal and the inhibition of aspirin adsorption". Annals of Emergency Medicine. 18 (5): 547-552.
- ^ Chalmpes, Nikolaos (2024). "Ultrahigh Surface Area Nanoporous Carbons". ACS Nano.
- ^ Mohan, Dines (2001). "Kinetics of mercury adsorption from waste water using activated carbon derived from fertilizer waste". Colloids and Surfaces A.
- ^ Nwankwo, I. H. (2018). "Production And Characterization Of Activated Carbon From Animal Bone". American Journal of Engineering Research. 7.
- ^ "Powdered activated carbon".
- ^ Bourke, Marta (1989). "Activated Carbon for Mercury Removal".
- ^ Mianowski, A. (2007). "Surface Area of Activated Carbon Determined by the Iodine Adsorption Number". Energy Sources.
- ^ The selection and use of essential medicines 2023. World Health Organization. 2023.
- ^ "Charcoal, Activated". The American Society of Health-System Pharmacists.
- ^ Reungoat, J. (2012). "Ozonation and biological activated carbon filtration of wastewater treatment plant effluents". Water Research.
- ^ Romanos, J. (2014). "Engineered Porous Carbon for High Volumetric Methane Storage". Adsorption Science & Technology.
- ^ Bagreev, A. (2001). "Thermal regeneration of a spent activated carbon adsorbent". Carbon. 39.
| Alanlar | |
|---|---|
| Kavramlar | |
| Tedaviler | |
| Olaylar | |
| Diğer | |
