Karbon aktif, juga dikenal sebagai arang aktif atau char aktif. Ini adalah zat karbon bubuk atau granular hitam. Karbon aktif adalah karbon berpori dengan kepadatan pengemasan rendah dan luas permukaan spesifik yang besar karena susunan karbon mikrokristalin yang tidak teratur dan adanya pori -pori antara koneksi silang, yang dapat menyebabkan cacat struktur karbon selama aktivasi. Ini juga merupakan bahan utama untuk membuat filter.
Produksi karbon aktif
Bahan baku utama untuk karbon aktif dapat berupa semua bahan organik memiliki kandungan besar dalam karbon, seperti batu bara, kayu, kerang buah, cangkang kelapa, kerang kenari, cangkang aprikot, cangkang jujube, dll. Bahan yang mengandung karbon ini diubah menjadi karbon aktif melalui pirolisis pada suhu tinggi dan tekanan tertentu dalam tungku aktivasi. Selama proses aktivasi ini, luas permukaan yang besar dan struktur pori yang kompleks secara bertahap terbentuk, dan proses adsorpsi yang disebut terjadi di pori-pori ini dan di permukaan. Ukuran pori -pori dalam karbon aktif memiliki efek adsorpsi selektif pada adsorbat, karena molekul besar tidak dapat memasuki pori -pori karbon aktif yang lebih kecil dari pori -pori. Karbon aktif adalah adsorben hidrofobik yang diproduksi oleh karbonisasi suhu tinggi dan aktivasi zat yang terutama mengandung karbon sebagai bahan baku. Karbon aktif mengandung sejumlah besar mikropori dan memiliki luas permukaan yang sangat besar, yang secara efektif dapat menghilangkan warna dan bau. Ini juga dapat menghilangkan sebagian besar polutan organik dan zat anorganik tertentu, termasuk logam berat beracun, dari limbah sekunder.
Prinsip karbon aktif
1. Prinsip penyaringan
Filter karbon aktif adalah proses mencegat polutan tersuspensi dalam air, dan padatan tersuspensi yang dicegat mengisi celah antara karbon yang diaktifkan. Ukuran pori dan porositas lapisan filter meningkat dengan ukuran partikel bahan karbon aktif. Semakin kasar ukuran partikel karbon aktif, semakin besar ruang yang dapat mengakomodasi padatan tersuspensi. Ini berkinerja sebagai peningkatan kemampuan penyaringan, peningkatan kapasitas penahanan polutan, dan kapasitas intersepsi yang lebih besar. Pada saat yang sama, semakin besar pori -pori di lapisan filter karbon aktif, padatan tersuspensi yang lebih dalam dalam air dapat diangkut ke lapisan berikutnya dari lapisan filter karbon aktif. Dengan ketebalan pelindung yang cukup, padatan yang lebih tersuspensi dapat dicegat, memungkinkan lapisan tengah dan lebih rendah dari lapisan filter untuk lebih memainkan peran intersepsi dan meningkatkan kapasitas intersepsi unit.
Secara umum, kemampuan karbon aktif untuk mencegat padatan tersuspensi berasal dari luas permukaan yang disediakan oleh karbon aktif. Ketika laju aliran rendah, kapasitas filtrasi unit terutama berasal dari efek skrining karbon aktif, sedangkan ketika laju aliran cepat, kapasitas filtrasi berasal dari efek adsorpsi pada permukaan partikel karbon aktif. Selama proses penyaringan, semakin besar luas permukaan partikel yang disediakan oleh karbon aktif, semakin kuat adhesi pada padatan tersuspensi dalam air.
2. Prinsip adsorpsi
Menurut kekuatan yang berbeda antara molekul karbon aktif dan molekul polutan selama proses adsorpsi, adsorpsi dapat dibagi menjadi dua kategori: adsorpsi fisik dan adsorpsi kimia (juga dikenal sebagai adsorpsi aktif). Selama proses adsorpsi, ketika gaya interaksi antara molekul karbon aktif dan molekul polutan adalah gaya van der Waals (atau tarik elektrostatik), itu disebut adsorpsi fisik; Ketika gaya interaksi antara molekul karbon aktif dan molekul polutan adalah ikatan kimia, ia disebut adsorpsi kimia. Kekuatan adsorpsi adsorpsi fisik terutama terkait dengan sifat fisik karbon aktif, dan tidak ada hubungannya dengan sifat kimia karbon aktif. Karena gaya van der Waals yang lemah, ia memiliki sedikit efek pada struktur molekul polutan. Gaya ini mirip dengan kohesi antarmolekul, sehingga adsorpsi fisik dapat dianalogikan sebagai fenomena kondensasi. Sifat kimia polutan tetap tidak berubah selama adsorpsi fisik.
Karena ikatan kimia yang kuat, adsorpsi kimia memiliki dampak yang signifikan pada struktur molekul polutan. Oleh karena itu, adsorpsi kimia dapat dianggap sebagai reaksi kimia, yang merupakan hasil dari interaksi kimia antara polutan dan karbon aktif. Adsorpsi kimia umumnya melibatkan berbagi pasangan elektron atau transfer elektron, daripada gangguan sederhana atau polarisasi yang lemah, dan merupakan proses reaksi kimia yang tidak dapat diubah. Perbedaan mendasar antara adsorpsi fisik dan adsorpsi kimia terletak pada kekuatan yang menghasilkan ikatan adsorpsi.
Proses adsorpsi adalah proses di mana molekul polutan diadsorpsi ke permukaan padat, dan energi bebas molekul berkurang. Oleh karena itu, proses adsorpsi adalah proses eksotermik, dan panas yang dilepaskan disebut panas adsorpsi polutan pada permukaan padat ini. Karena kekuatan yang berbeda dari adsorpsi fisik dan adsorpsi kimia, mereka menunjukkan perbedaan tertentu dalam panas adsorpsi, laju adsorpsi, energi aktivasi adsorpsi, suhu adsorpsi, selektivitas, lapisan adsorpsi, dan spektrum adsorpsi.
Teknologi adsorpsi karbon aktif telah digunakan untuk pemurnian dan dekolorisasi di industri seperti obat -obatan, bahan kimia, dan makanan di Cina selama bertahun -tahun. Itu mulai digunakan untuk pengolahan air limbah industri pada tahun 1970 -an. Praktik produksi telah menunjukkan bahwa karbon aktif memiliki sifat adsorpsi yang sangat baik untuk melacak polutan organik dalam air, dan memiliki efek adsorpsi yang baik pada air limbah industri seperti pencetakan dan pewarnaan tekstil, industri kimia pewarna, pengolahan makanan, dan industri kimia organik. Secara umum, senyawa organik yang diwakili oleh indikator komprehensif seperti BOD dan COD dalam air limbah, seperti pewarna sintetis, surfaktan, fenol, benzen, organoklorin, pestisida, dan produk petrokimia, memiliki kemampuan penghapusan yang unik. Oleh karena itu, adsorpsi karbon aktif telah secara bertahap menjadi salah satu metode utama untuk pengolahan sekunder atau tersier air limbah industri.
Adsorpsi adalah proses yang lambat di mana suatu zat melekat pada permukaan zat lain. Adsorpsi adalah fenomena antarmuka yang terkait dengan perubahan tegangan permukaan dan energi permukaan. Ada dua kekuatan pendorong yang menyebabkan adsorpsi, satu adalah kekuatan menjijikkan dari air pelarut pada zat hidrofobik, dan yang lainnya adalah daya tarik afinitas padatan pada zat terlarut. Adsorpsi dalam pengolahan air limbah sebagian besar merupakan hasil dari aksi gabungan dari kedua kekuatan ini. Luas permukaan spesifik dan struktur pori karbon aktif secara langsung mempengaruhi kapasitas adsorpsi. Saat memilih karbon aktif, itu harus ditentukan melalui percobaan berdasarkan kualitas air air limbah. Dianjurkan untuk memilih arang dengan pori-pori transisi yang dikembangkan dengan baik untuk mencetak dan mewarnai air limbah. Selain itu, konten abu juga memiliki dampak, semakin kecil kadar abu, semakin baik kinerja adsorpsi; Semakin dekat ukuran molekul adsorbat dengan diameter pori karbon, semakin mudah diadsorpsi; Konsentrasi adsorbat juga berdampak pada kapasitas adsorpsi karbon aktif. Dalam kisaran konsentrasi tertentu, kapasitas adsorpsi meningkat dengan meningkatnya konsentrasi adsorbat. Selain itu, suhu air dan nilai pH juga terkait. Kapasitas adsorpsi berkurang dengan meningkatnya suhu air.
