Teknik

Aktif Karbonun Ana Karakteristik Özellikleri

Yazan: John Lever - Jacobi Carbons
Çeviren: Hakan Damyan - Jacobi Carbons

Aktif karbonun bütün tipleri dışarıdan bakıldığında siyah, katı bir malzeme olarak gözükse de, bir tip yerine birçok tipte ve özellikte aktif karbon ürünleri mevcuttur. Farklı hammaddelerden üretilmekle beraber bu hammaddeler;

•    Hindistan cevizi
•    Buhar ile aktive edilmiş odun
•    Kimyasal aktive edilmiş odun
•    Doğrudan aktive edilmiş kömür
•    Aglomere kömür
•    Linyit vb’dir.

Her aktif karbon tipi kendine has özelliklere sahiptir. Bu özellikler aktif karbonun hammaddesine ve aktivasyon tipine göre değişkenlik göstermektedir.
Bu sebeple her aktif karbon farklı parametrelere göre değişkenlik göstermektedir. Bu farklılıkların doğru anlaşılması gerekmektedir. Çünkü bir aktif karbon tipi, karakteristik özelliğine bağlı olarak bir uygulamada verimli ve fizibl olabilirken, diğer tip aktif karbon düşük verim ya da hiçbir verim göstermeyebilir.

Gözenekliliği (Porosity)
Belirten Parametreler
Adsorpsiyon bir yüzey olgusudur, bu sebeple gözenekli yapıların varlığı önem arz etmektedir.  Adsorbant malzemenin (aktif karbon) ana fiziksel özellikleri, onun gözenek yapısının çeşidi ile ilişkilidir.
Mevcutta birçok parametre mevcuttur ve her parametre gözenekliliğin bir açısını değerlendirmektedir:

•    Bet Yüzey Alanı
•    Iyot numarası
•    Metilen mavisi indeksi
•    Melas numarası (Molasses Number)

Aktif karbonun her uygulamasında uygulamanın kendine has ölçüm parametresi kullanılmaktadır. Aktif karbon seçiminde doğru olan, giderilmek istenen kirliliği en iyi temsil edecek parametre ile aktif karbon verimi ölçülmelidir.
BET Yüzey Alanı: BET yüzey alanı testi standardize olmuş (ASTM), kantitatif bir analizdir. Test sonucu bize gaz moleküllerinin aktif karbon içerisindeki ulaşılabilen gözeneklerinin miktarı hakkında bilgi verir. BET yüzey alanının yüksek olması, bize aktif karbonun daha fazla gözenekli bir yapıda olduğunu gösterir. BET Yüzey alanı ayrıca aktif karbondaki mikroporların dağılımı ve miktarı hakkında bilgi verir. Her tip aktif karbon için gözenek dağılımı farklı olmaktadır.
Buna rağmen BET yüzey alanı testinden elde edilen sonuç, pratik uygulamanın sonucuna sınırlı bir temsiliyet göstermektedir. Çünkü pratikte adsorbe olan moleküller aktif karbonun küçük gözeneklerinde tutulmasına ve difüzyonuna imkan vermeyecek büyüklüktedir. Ancak BET yüzey alanında yüksek basınç altında aktif karbona beslenen azot ya da diğer moleküller aktif karbonun bütün gözeneklerine derinlemesine penetre eder.
BET yüzey alanı pratik uygulama ile olan uzak temsil ilişkisi, uzun ve pahalı bir test metodu olmasından dolayı aktif karbon seçiminde çok önem arz eden bir parametre değildir.
İyot Numarası: Su arıtım uygulamalarında sıkça kullanılan bir parametre olan iyot numarası, aktif karbonun aktivasyon seviyesini gösteren parametrelerdendir. Basit, hızlı ve pahalı olmayan bir test metodudur. İyot numarası standardize olmuş bir analiz olup (Amerika’da AWWA, Avrupa’da EN 12902), 0,02 N iyot çözeltisinin dengedeki konstantrasyonunun 0,02 N olduğu çözeltiden 1 g aktif karbonun adsorbe ettiği iyot miktarıdır (mg). Bu sebeple aktif karbonun iyot adsorpsiyon kapasitesini göstermektedir. Yüksek iyot numarası, aktif karbonun yüksek MİKROPOR gözeneklere sahip olduğunu göstermektedir. Bu parametre mikroporları temsil ettiğinden küçük boyutlu kirleticilerin adsorpsiyonu için temsil göstermektedir. Ancak pratikte ham su içerisinde küçük moleküllerin yanında genellikle büyük boyutlu (molekül ağırlıklı) organik moleküller bulunmaktadır. Jacobi Carbons Vierzon-Fransa laboratuvarlarında yapılan test sonuçlarına göre iyot numarası ile organik madde giderim verimi arasında bir ilişki görülmemektedir.
Metilen Mavisi: Metilen Mavisi indeksi için birçok farklı birimde sonuç veren farklı test metotları bulunmakla beraber, bunların hiçbirisi standardize olmamış (ASTM ya da EN tarafından) test metotlarıdır.
CEFIC (Fransa) tarafından önerilen test metoduna göre 0,1 g aktif karbonun standart metilen mavisi çözeltisinin rengini giderdiği ml miktarı cinsinden sonuç vermektedir. Metilen mavisi testi genellikle daha büyük mikropor gözenekleri (>15 angstrom) ve küçük mezoporları (<100 angstrom) temsil eden bir test metodudur. Tıpkı iyot numarasında olduğu gibi metilen mavisi ile aktif karbonun organik madde giderim verimi arasında herhangi bir doğru ilişki bulunmamaktadır. Başka bir deyişle, yüksek metilen mavisi organik moleküllerin daha fazla giderileceği anlamına gelmemektedir.
Melas Numarası (Molasses Number): Melas Numarasını tayin eden birçok test metodu bulunmakla beraber yine bu testlerden hiçbirisi standardize (ASTM, EN vb.) edilmemiştir. Aktif karbonun standart melas çözeltisinin rengini gidermesini (melas moleküllerinin adsorpsiyonu) ölçmektedir. Molasses testinin Avrupa’da kullanılan Molasses EU değeri, Kuzey Amerika’da kullanılan Molasses US değeri ile ters ilişki içerisindedir. Daha düşük Molasses EU değeri aktif karbonun daha yüksek adsorpsiyon kapasitesine sahip olduğunu gösterir. Melas numarası aktif karbonun mezopor ve makropor gözeneklerinin miktarını temsil etmektedir. Bu sebeple büyük boyutlu moleküllerin adsorpsiyonunu mümkün kılan aktif karbonu gösterir. Adsorpsiyon kapasitesinin yanında aktif karbonun gözenek yapısının kirleticilerin aktif karbon içerisine difüzyonu üzerinde de etkisi vardır. Başka bir deyişle mezo/makropor gözeneklere sahip aktif karbon daha yüksek reaksyion (Adsorpsiyon) kinetiğine sahiptir. Melas Numarası mezopor ve makroporların göstergesi olup, bu da genellikle ham su içerisinde bulunan büyük moleküllü organik bileşiklerin adsorpsiyon göstergesi olduğundan, Molasses EU değeri ile organik madde giderimi arasında iyi bir ilişki mevcuttur. Başka bir deyişle melas numarası organik madde giderim uygulamalarında metilen mavisi ve iyot numarasındansa daha fazla gözönünde bulundurulması gereken bir değerdir.
Sonuç olarak, kullanılacak aktif karbon tipinin seçimi, uygulamadaki giderilmesi hedeflenen kirliliklerin molekül yapısına ve bunun yanında aktif karbon tarafından adsorblanacak diğer moleküllerin de varlığına göre yapılmalıdır. Bu sebeple bu uygulamayı temsil eden test yöntemi seçilmelidir. Örnek olarak yüzey suyu, nehir suyu gibi ham suların arıtımında kullanılacak aktif karbon seçiminde yalnızca iyot numarası değeri mikropor gözenekleri gösterdiğinden, sudaki diğer büyük moleküllerin adsorpsiyonu hakkında bilgi vermemektedir.


Geri
share on twitter share on facebook