Activated Carbon Filter

ถ่านกัมมันต์(Activated Carbon)

ถ่านกัมมันต์ (Activated Carbon หรือ Activated Charcoal) เป็นวัสดุที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลัก เนื่องจากพื้นผิวถูกทำปฏิกิริยาด้วย ออกซิเจน ส่งผลให้เกิดรูพรุน(Porosity) ขนาดเล็ก และ มีพื้นที่ผิว (Surface Area) สูงมาก ซึ่งลักษณะเด่นนี้ส่งผลให้ Activated Carbon มีคุณสมบัติในการเป็นตัวดูดซับที่ดีและถูกนำไปใช้ในการกรองเอาสารประกอบอินทรีย์ต่างๆที่ไม่ต้องการออกจากของเหลวหรือก๊าซ เช่น การเตรียมน้ำดื่มบริสุทธิ อุตสาหกรรมต่างๆที่ต้องใช้น้ำบริสุทธิ์ การบำบัดน้ำเสีย ใช้ในการฟอกสีของเหลวต่างๆ การทดลองวิจัยในการแยกและเตรียมสารเคมี ทางการแพทย์นำไปใช้ในการกำจัดพิษ การฟอกเลือด และอื่นๆ ใช้กรองกลิ่นและก๊าซที่ไม่ต้องการ
รูพรุนขนาดเล็กเกิดขึ้นจํานวนมากและมีขนาดแตกต่างกันตั้งแต่ระดับไมโครเมตร จนถึงระดับนาโนเมตร ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวิธีการผลิตและวัตถุประสงค์ในการใช้งาน

 

 

รูปที่ 1 แสดงลักษณะของรูพรุนภายในของActivatedCarbon

 

กระบวนการผลิต (Production)

Activated Carbonมีหลายชนิดซึ่งมักเป็นพวกอินทรีย์สารที่ประกอบด้วยคาร์บอนและไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบส่วนใหญ่มักเป็นพวกเซลลูโลสที่มาจากพืชและต้นไม้เช่น ไม้ยางพารา ไม้ไผ่ เศษไม้เหลือทิ้ง และวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรเช่น
ขี้เลื่อย แกลบ กะลามะพร้าวโดยกระบวนการ
แอคทิเวต  Carbonนั้นแบ่งได้เป็น 2 ชนิดหลักๆดังนี้
1. Chemical Activationเป็นเทคนิคที่ใช้ในการแอคทิเวตวัตถุดิบประเภทไม้และถ่านพีตวัตถุดิบจำพวกนี้จะถูกทำให้อิ่มตัวด้วยสารDehydrating Agent ชนิดเข้มข้นจำพวกกรดฟอสเฟอริคหรือซิงค์ คลอไรด์ แล้วให้ความร้อนที่อุณหภูมิ500-800°C

2. Stream Activation เป็นเทคนิคที่ใช้ในการแอคทิเวตวัตถุดิบประเภทกะลามะพร้าวและถ่านหินในสภาวะที่เต็มไปด้วยไอน้ำที่อุณหภูมิ 800-1100°C

ทฤษฎีการดูดซับ (Principles of Adsorption)

ดังที่ได้กล่าวมาแล้วข้างต้นว่า Activated Carbon มีคุณสมบัติในการเป็นตัวดูดซับที่ดี ซึ่งกระบวนการ
ดูดซับนั้นเกิดจากการสร้างพันธะระหว่างแก๊สกับพื้นผิวของคาร์บอน โดยกระบวนการดูดซับถูกแบ่งออกได้เป็น 2 กระบวนการ คือกระบวนการดูดซับเชิงกล(Physical Adsorption)และกระบวนการดูดซับเชิงเคมี(Chemisorption)

1. Physical Adsorption)

Physical Adsorption Diffusion or Brownian Movement) /
2.กระบวนการดูดซับเชิงเคมี (Chemisorption)

Chemisorption Physical Adsorption
Activated Carbonที่ถูกสังเคราะห์ขึ้นจะปรากฏได้หลายรูปแบบ ไม่ว่าจะเป็นแบบผง (Powder), เม็ดกลม (Bead), เม็ดเล็กละเอียด (Granular) เมื่อเปรียบเทียบกับActivated Carbon แบบผง กับ Activated Carbon แบบเม็ดเล็กละเอียด พบว่า Activated Carbon แบบเม็ดเล็กละเอียด
เป็นที่นิยมใช้ในระบบการกรองอากาศมากกว่า เนื่องจากมีขนาดอนุภาคที่ใหญ่กว่าและมีพื้นผิวด้านนอกน้อยกว่า ทำให้โมเลกุลของแก๊สแพร่ผ่านได้ง่ายกว่า ส่งผลให้อัตราการแพร่เพิ่มมากขึ้น จึงนิยมใช้ในกระบวนการดูดซับไอต่างๆ

รูปที่ 2 แสดงภาพของ GranularActivated Carbon

ชนิดของ Activated Carbon Filter

ในระบบการกรองอากาศนั้นได้มีการนำ  Activated Carbon มาเป็นส่วนประกอบใน Filter ซึ่งสามารถแบ่งตามการผลิตได้เป็น 2 ชนิดหลักๆด้วยกันคือ
1. Granular Multi-Layer Carbon Filter

2. Bonded Carbon Filterดังแสดงในรูปที่ 3

 

 

 


รูปที่ 3 แสดงลักษณะโครงสร้างของ Granular Loose-Fill Filter และ Bonded Carbon Filter

      Granular Multi-Layer Carbon Filter ประกอบด้วย ชั้นของเนื้อใยกรองและชั้นของ Activated Carbon แบบเม็ดเล็กละเอียดวางตัวกันอยู่อย่างหลวมๆภายใน Filter โดย Filter ประเภทนี้จะคงคุณสมบัติเชิงกลและเชิงเคมีของ Activated Carbon ไว้อย่างครบถ้วน แต่ในกรณีของ Bonded Carbon Filter
จะเป็นการสร้างพันธะระหว่าง Activated Carbon กับเนื้อใยกรองโดยใช้กระบวนการทางเคมีต่างๆ สารที่ใช้สร้างพันธะหรือที่รู้จักกันดีในชื่อของ Bonding Agent สารที่ใช้สร้างพันธะนั้นส่วนใหญ่จะเป็นพวกเรซิน เช่น Polystyrene ปริมาณของสารที่ใช้สร้างพันธะจะมีผลโดยตรงต่อความสามารถในการดูดซับของ Activated Carbon เนื่องจากพื้นที่ผิวของ Activated Carbon จะถูกปกคลุมด้วยสารที่ใช้สร้างพันธะ ส่งผลให้ความสามารถในการดูดซับไอต่างๆลดลงชั่วคราวหรือถาวรก็เป็นได้ ปกติแล้ว Carbon Filter ประเภทนี้เป็นที่นิยมสำหรับระบบกรองอากาศ เนื่องจากมีความสะดวกมากกว่าและปราศจากปัญหาเรื่องฝุ่นผงที่มาจากตัวของ Activated Carbon เอง (dust-free) เพราะActivated Carbon ได้ถูกทำเป็นเนื้อเดียวกันกับเนื้อใยกรอง
แต่อย่างไรก็ตามเนื่องจากอนุภาคของ Activated Carbon นั้นเปราะง่าย อาจจะทำให้อนุภาคนั้นหลุดหรือถูกทำให้เสียหายได้ถ้าขนส่งและจัดเก็บไม่ดี

ข้อดีของ Activated Carbon Filter

    ลักษณะเด่นของ Activated Carbon Filter คือความสามารถในการกำจัดแก๊ส, สารเคมี, ควัน, รวมไปถึงกลิ่นไม่พึงประสงค์ต่างๆในอากาศ ซึ่งสารเคมีที่ใช้ในการผลิต (Treat) Activated Carbon ที่แตกต่างกัน จะส่งผลให้ Activated Carbon ที่ได้มีความสามารถในการดูดซับไอของแก๊สที่แตกต่างกันด้วย