قد يظنُّ البعض أن الفحم الفعال هو ذاته الفحم المُستخدم لإشعال النار، فبالرغم من انتشار استخدامه بكثرةٍ لا بُدَّ وأن الجميع قد استخدموه دون معرفة ذلك خاصةً بما يتعلق بأمور الصحة وعلاج بعض الأمراض الخفيفة؛ لذلك سنقدم الإجابة لكل من يسأل نفسه ما هو الفحم الفعال ومجالات استخدامه؟

تعريف الفحم الفعال (Activated Charcoal)

ويُدعى أيضًا بالكربون الفعّال أو النشط (Activated Carbon) وهو أحد أشكال الكربون التي تجري مُعالجتها لتُصبح مادةً مساميةً، وبالتالي تزيد مساحة السطح المتاح القادر على امتصاص مختلف المواد والقيام بالتفاعلات الكيميائية، حيث يتميز الفحم الفعال بامتلاكه قوى امتزاز هي الأقوى بين بقية المواد، أو بمعنى آخر حجم السطح ذي المسامية والقادر على الامتصاص أعلى منه لدى تلك المواد؛ فقد يزيد سطح الفحم الفعال عن 1000 ميلليمتر مربع لكل غرامٍ واحدٍ؛ أي أن وجود 3 غرامات من الفحم الفعال سيعطي مساحة تفاعلٍ تعادل سطح كرة قدم.1

عادةً ما يُستخدم الفحم كمادةٍ للحصول على الفحم الفعال ذو الأهمية الكبيرة في مجالاتٍ عديدةٍ كتنقية الغاز والماء واستخراج المعادن.2

خصائص الفحم الفعال

بالنسبة لخصائص الفحم الفعال يُمكن معرفتها من خلال التعرّف على مدى فعاليته، والاطلاع على خصائصه الفيزيائية:

الفعاليّة

تتأثر فعالية الفحم الفعال ونشاطه في طريقة توزيع المسامات ذات الأحجام المختلفة، والذي يُظهر وُجود المسامات وفق ثلاث مناطقَ تبعًا لحجمها، وهي:

  • منطقة المسامات الدقيقة Micropore وتكون أقل من 100 أنغستروم.
  • منطقة المسامات المتوسطة Mesopore وتكون بين 100-1000 أنغستروم.
  • منطقة المسامات الكبيرة Macropore وتكون أكبر من 1000 أنغستروم.

تُعتبر خصائص وميزات توزيع المسامات وفقًا لأحجامها أمرًا هامًّا فيما يتعلّق بقدرة الكربون على إزالة الشوائب من الماء، التي تكون في الحالة الغازية أصغر حجمًا منها في الحالة السائلة، لذلك تتركز أغلب مسامات غاز الكربون في منطقة المسامات الصغيرة، بينما يكون توزّع المسامات بأحجامها المختلفة أوسع في حالة الكربون السائلة، ليتمكن من إزالة الأجسام الملوّنة والمواد العضوية الأكبر مع الإبقاء على بعض المسامات الصغيرة لإزالة المُركّبات المسؤولة عن الرائحة والطعم.

الخصائص الفيزيائية

تتضمن خصائص الفحم الفعال الفيزيائية مساحة السطح وكثافة المادة وقياس الشبكة ومقاومة السحج ونسبة محتوى الرماد، ويمكن معرفة خصائص الكربون من خلال تحديد الأمور التالية:

  • عدد اليود Iodine Number: يُجرى اختبارٌ نموذجيٌ لتحديد مساحة سطح الكربون الفعّال وذلك عن طريق قياس امتزاز اليود ضمن شروطٍ نموذجيةٍ مُحددةٍ؛ تُقاس بالميليغرام لكل غرام كربون.
  • مساحة السطح: يُمكن قياس مساحة السطح المُتاح للامتزاز بالنسبة لكتلةٍ مُحددةٍ من الكربون من خلال استخدام تقنياتٍ مُحددة.
  • كثافة المادة: يُمكن الحصول على عددٍ من الخصائص المتاحة مثل الكثافة الظاهرية، التي تدل على كثافة الكربون ضمن اكبر قدرٍ يمكن تعبئته منه، وتُقاس بالغرام/السنتيمتر المُكعّب.
  • قياس الشبكة: هو قياس المدى الجزيئي للمادة الناتجة الحُبيبية، وعادةً ما يُشار إليه على أنه مدى فتحات الغربال.
  • مستوى محتوى الرماد: هو قياس المحتوى غير الكربوني الموجود في الفحم الفعال حيث تحتوي كافة المواد القاعدية على محتوى رماد محددٍ يختلف من مادةٍ لأخرى.3

طرق صناعة الفحم الفعال

يُصنع الفحم الفعال من موادٍ ذات طبيعةٍ كربونيةٍ كالقشور والأخشاب والفحم وذلك من خلال الطرق التالية:

  • إعادة التنشيط الفيزيائي: خلال هذه الطريقة يتحوّل المولد الطليعي إلى الفحم الفعّال باستخدام بعض الغازات وفقًا لإحدى الطرق التالية:
    • التكربن Carbonization: هي عمليةٌ كيميائيةٌ حراريةٌ تُستخدم لتحليل المواد ذات الطبيعة الكربونية للحصول على الفحم الفعال وذلك من خلال تعريضها لدرجاتِ حرارةٍ تتراوح بين 600 و900 درجة سيلسيوس دون وجود الهواء والاستعاضة عنه بجوٍ يحتوي على الغازات الخاملة (الغازات النادرة) كغاز الأرجوان أو النتروجين.
    • الأكسدة Oxidation: خلال هذه الطريقة تُعرّض المواد الأولية أو تلك المكربنة لأجواء مؤكسِدة تحتوي على ثاني أكسيد الكربون أو الأكسجين أو البخار ضمن درجات حرارةٍ تتراوح بين 600 و1200 درجة سيلسيوس.
  • إعادة التنشيط الكيميائي: خلال هذه الطريقة يُعالج المولد الطبيعي بموادٍ كيميائيّةٍ ليتشرّبها؛ تكون عادةً أحماضًا كحمض الفوسفوريك، وأحيانًا تكون موادًا قاعديةً مثل هيدروكسيد البوتاسيوم أو هيدروكسيد الصوديوم أو بعض الأملاح مثل كلوريد الزنك، ثمّ بعد ذلك تُجرى عملية الكربنة في درجاتِ حرارةٍ تتراوح بين 450- 900 درجة سيلسيوس، حيث يُعتقد أن طريقة التنشيط ثم الكربنة تجري بشكلٍ متزامنٍ مع التنشيط الكيميائي.
    • بالرغم من أن هذه الطريقة قد تتضمن بعض المشاكل، فقد تظهر أحيانًا آثارٌ من مادة الزنك التي لم تستجب للتفاعلات في المركب الناتج؛ إلا أنها تُعتبر أفضل بكثيرٍ من طريقة التنشيط الفيزيائي نظرًا لانخفاض درجة الحرارة المُستخدمة وقصر الوقت اللازم لتنشيط المواد مُقارنةً مع الطريقة الفيزيائية.4

أشكال الفحم الفعال

يتواجد الفحم الفعال بأشكالٍ تجاريةٍ مُتعددةٍ تُستخدم في مجالاتٍ مختلفةٍ:

  • الكربون النشط الفعّال: يُستخدم في محطات معالجة مياه الصرف الصحي ومياه الشرب.
  • مسحوق الكربون النشط: عادةً ما يُستخدم لمعالجة مواد مُركبة ذات تأثيرٍ مُحددٍ، وفي بعض الحالات الخطرة كحدوث تسريبٍ للمواد الكيماوية أو لانتشار الطحالب.
  • الفحم النشط المبثوق: يمكن الحصول عليه على هيئة كتلةٍ من خلال مسحوق الكربون النشط، حيث يُستخدم في كلورة المياه لتنقيتها، وفي عمليات الإزالة الكيميائية.5

المراجع

  • 1 ، Activated Carbon، من موقع: www.chemviron.eu، اطّلع عليه بتاريخ 11/11/2019
  • 2 ، Activated carbon، من موقع: www.newworldencyclopedia.org، اطّلع عليه بتاريخ 11/11/2019
  • 3 ، What Is Activated Carbon?، من موقع: tigg.com، اطّلع عليه بتاريخ 11/11/2019
  • 4 ، Activated carbon، من موقع: www.newworldencyclopedia.org، اطّلع عليه بتاريخ 11/11/2019
  • 5 ، What Is Activated Carbon?، من موقع: www.fluencecorp.com، اطّلع عليه بتاريخ 11/11/2019