অভিন্ন বর্জ্য জলের জন্য বিবর্ণকরণ কর্মক্ষমতা 3-গুণ পরিবর্তিত হয়: ছিদ্র-আকারের বন্টন মূলটি ধরে রাখে

বাণিজ্যিকভাবে উপলব্ধ অ্যাক্টিভেটেড কার্বনকে প্রধানত কাঁচামালের উৎস দ্বারা তিনটি শ্রেণীতে ভাগ করা হয়: নারকেল-খোসা-ভিত্তিক, কয়লা-ভিত্তিক এবং কাঠ-ভিত্তিক সক্রিয় কার্বন। বিভিন্ন কাঁচামাল বিভিন্ন উত্পাদন প্রক্রিয়ার দিকে পরিচালিত করে এবং চূড়ান্ত পণ্যগুলি ব্যাপকভাবে বিভিন্ন কর্মক্ষমতা বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে।বর্জ্য জল চিকিত্সার জন্য সক্রিয় কার্বনএই তিনটি প্রধান গ্রেড কভার করে, এবং সঠিক গ্রেড নির্বাচন সরাসরি চিকিত্সার দক্ষতা নির্ধারণ করে।

নারকেল-খোলস-ভিত্তিক সক্রিয় কার্বন ফিডস্টক হিসাবে নারকেলের খোসা ব্যবহার করে। এটি 600-900 ডিগ্রিতে কার্বনাইজেশনের মধ্য দিয়ে যায় এবং তারপরে 800-1000 ডিগ্রিতে উচ্চ-তাপমাত্রার বাষ্প সক্রিয়করণ হয়। ছোট আকারের বাষ্পের অণুগুলি কার্বন ম্যাট্রিক্সকে খোদাই করে এবং প্রচুর মাইক্রোপোর তৈরি করে, যা মাইক্রোপোর দ্বারা প্রভাবিত একটি ছিদ্র কাঠামো গঠন করে। কয়লা-ভিত্তিক অ্যাক্টিভেটেড কার্বন বেশিরভাগ অ্যানথ্রাসাইট বা বিটুমিনাস কয়লা থেকে উচ্চ-তাপমাত্রা বাষ্প বা ফ্লু-গ্যাস অ্যাক্টিভেশনের মাধ্যমে তুলনীয় অ্যাক্টিভেশন পদ্ধতির সাথে উত্পাদিত হয়। কয়লায় উচ্চ অন্তর্নিহিত কার্বন উপাদান এবং ছাই উপাদান স্বাভাবিকভাবেই মেসোপোর কাঠামো গঠনের পক্ষে। কাঠ-ভিত্তিক অ্যাক্টিভেটেড কার্বন একটি স্বতন্ত্র উত্পাদন রুট বৈশিষ্ট্যযুক্ত। শারীরিক সক্রিয়করণ ছাড়াও, ফসফরিক-অ্যাসিড রাসায়নিক সক্রিয়করণ ব্যাপকভাবে গৃহীত হয়। ফসফরিক অ্যাসিড শুধুমাত্র 300-500 ডিগ্রিতে ছিদ্র তৈরির প্রতিক্রিয়া শুরু করে, বাষ্প সক্রিয়করণের জন্য প্রয়োজনীয় তাপমাত্রার অনেক কম। অধিকন্তু, ফসফরিক অ্যাসিড ফুলে যাওয়া এবং ছিদ্র-প্রশস্তকরণের প্রভাব প্রদান করে, সহজাতভাবে প্রচুর মেসোপোর এবং ম্যাক্রোপোর সহ কাঠ-ভিত্তিক সক্রিয় কার্বন প্রদান করে।

 

 

I. ছিদ্র-আকারের বন্টন: তিনটি কার্বন গ্রেডের মধ্যে প্রকৃত বিভাজন রেখা

IUPAC (ইন্টারন্যাশনাল ইউনিয়ন অফ পিওর অ্যান্ড অ্যাপ্লায়েড কেমিস্ট্রি) সক্রিয় কার্বন ছিদ্রকে তিনটি গ্রুপে শ্রেণীবদ্ধ করে: মাইক্রোপোরস (< 2 nm), mesopores (2‑50 nm), and macropores (>50 এনএম)। সাধারণ প্যারামিটার ডেটা তিনটি কার্বন প্রকারের মধ্যে ছিদ্র-আকারের পার্থক্যকে চিত্রিত করে, যা পিছনে মূল নীতিসক্রিয় কার্বন শোষণ.

নারকেলের খোসা-ভিত্তিক সক্রিয় কার্বনে সাধারণত 70% এর বেশি মাইক্রোপোর থাকে, যার একটি নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল 900 থেকে 1200 m²/g। এটির মোট ছিদ্রের পরিমাণ তুলনামূলকভাবে ছোট কিন্তু প্রচুর পরিমাণে ছিদ্র - একটি বহুতল ভবনের সাথে তুলনীয় যা একজন বাসিন্দার জন্য অসংখ্য ছোট ছোট বগিতে ভরা। কয়লা-ভিত্তিক সক্রিয় কার্বন 40% মেসোপোর ভগ্নাংশের বেশি পৌঁছাতে পারে এবং 600‑900 m²/g এর একটি নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল বৃহত্তর ছিদ্রের ভলিউম - কম কম্পার্টমেন্টের সাথে বৃহত্তর পৃথক স্থান প্রদান করে। কাঠ-ভিত্তিক অ্যাক্টিভেটেড কার্বন মেসোপোর এবং ম্যাক্রোপোরে সমৃদ্ধ, অন্য দুটি প্রকারের তুলনায় স্পষ্টভাবে উচ্চতর ম্যাক্রোপোর অনুপাত এবং 400‑800 m²/g - কম অংশ কিন্তু সবচেয়ে প্রশস্ত অভ্যন্তর একটি নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল।

 

💡 মূল ​​অন্তর্দৃষ্টি

বৃহত্তর নির্দিষ্ট পৃষ্ঠ এলাকা শক্তিশালী শোষণ ক্ষমতা সমান নয়।নির্দিষ্ট পৃষ্ঠ এলাকা শুধুমাত্র প্রচুর "অভ্যন্তরীণ প্রাচীর এলাকা" প্রতিফলিত করে। শোষণকারী অণুগুলি অভ্যন্তরীণ ছিদ্রগুলিতে প্রবেশ করতে পারে কিনা তা নির্ভর করে ছিদ্রের আকার এবং আণবিক মাত্রার মধ্যে মিল ডিগ্রির উপর, যা এর মূল যুক্তিসক্রিয় কার্বন শোষণ. 1.5 এনএম একটি রঞ্জক অণু একটি 0.8 এনএম মাইক্রোপোর খোলার মধ্যে প্রবেশ করতে পারে না; নির্দিষ্ট পৃষ্ঠ এলাকা যত বড়ই হোক না কেন, শোষণ ঘটবে না।

 

 

২. ল্যাব-টেস্ট প্রমাণ: একই বর্জ্য জলের জন্য 3-গুণ ডিরকোরাইজেশন গ্যাপ

টেক্সটাইল প্রিন্টিং-ডাইং প্ল্যান্ট থেকে রঞ্জক বর্জ্য জলে প্রাথমিকভাবে প্রতিক্রিয়াশীল রঞ্জক এবং 2 nm থেকে 5 nm পর্যন্ত আণবিক ব্যাস সহ বিচ্ছুরিত রং থাকে। একই অবস্থার অধীনে তিনটি সক্রিয় কার্বন গ্রেডের সাথে সমান্তরাল ল্যাব পরীক্ষা করা হয়েছিল: কার্বন ডোজ 1 g/L, 30‑মিনিট অ্যাজিটেটেড শোষণ। এই ল্যাব ট্রায়ালগুলির জন্য আদর্শ মূল্যায়ন পদ্ধতিবর্জ্য জল চিকিত্সার জন্য সক্রিয় কার্বন. পরীক্ষার ফলাফল নীচে দেখানো হয়েছে:

• নারকেল-খোলস-ভিত্তিক সক্রিয় কার্বন শুধুমাত্র ~30% বিবর্ণকরণ হার অর্জন করেছে। বেশিরভাগ 2-5 nm রঞ্জক অণু বৃহদায়তন দ্বারা অবরুদ্ধ ছিল< 2 nm micropore inlets and could not penetrate into pores.
• কয়লা-ভিত্তিক সক্রিয় কার্বন প্রায় 60-70% বিবর্ণকরণ হারে পৌঁছেছে; এর মেসোপোরের আকার সঠিকভাবে ডাই অণুর অংশের সাথে মিলে যায়।
• কাঠ-ভিত্তিক অ্যাক্টিভেটেড কার্বন 90% এর বেশি বিবর্ণকরণ হারে সরবরাহ করে। সু-উন্নত মেসো-ম্যাক্রোপোর চ্যানেলগুলি রঞ্জক অণুগুলির নিরবচ্ছিন্ন প্রসারণের অনুমতি দেয়।

এটি 3-গুণ কর্মক্ষমতা ব্যবধানের জন্য দায়ী। এটি কার্বন পণ্যগুলির একটি গুণগত ত্রুটি নয়, তবে ছিদ্র এবং লক্ষ্য অণুর মধ্যে মাত্রিক মিলের বিষয়।

 

III. ছিদ্র-আকারের মিলের নীতি: শোষণ বিশুদ্ধ মাত্রার চেয়ে মাত্রিক সামঞ্জস্যের উপর নির্ভর করে

শোষণ বিজ্ঞানে একটি ভাল-নথিভুক্ত অভিজ্ঞতামূলক নিয়ম বলে: শোষণের আণবিক ব্যাস সক্রিয় কার্বন ছিদ্রের আকারের 1/3 থেকে 3 গুণ হওয়া উচিত।

• যদি 1/3 এর কম হয়: অণুগুলির ছিদ্রের ভিতরে খুব কম থাকার সময় থাকে এবং দুর্বলভাবে আবদ্ধ থাকে।
• যদি 3 বারের বেশি হয়: অণুগুলি sterically বাধাগ্রস্ত হয় এবং ছিদ্রে প্রবেশ করতে পারে না।

শুধুমাত্র এই "গোল্ডেন রেঞ্জ" এর মধ্যেই অণুগুলি কার্যকরভাবে ছিদ্র চ্যানেলে প্রবেশ করতে পারে এবং স্থিতিশীলতার জন্য পর্যাপ্ত ভ্যান ডের ওয়ালস বাহিনী তৈরি করতে পারে।সক্রিয় কার্বন শোষণ.

উদাহরণস্বরূপ, অবশিষ্ট ক্লোরিন (HOCl, আণবিক ব্যাস ~ 0.3 nm) এবং পানীয় জলে ক্লোরোফর্ম (~ 0.6 nm) এর মতো ছোট জৈব অণুগুলি নারকেল-বাসিড কার্বনের 0.5-1.5 nm মাইক্রোপোর পরিসরের মধ্যে পুরোপুরি ফিট করে। তাই নারকেলের খোসা-ভিত্তিক কার্বন পানীয়-জল পরিশোধনে চমৎকারভাবে কাজ করে। বিপরীতে, প্রতিক্রিয়াশীল রঞ্জক অণু (2-5 nm) মুদ্রণ-রঞ্জক বর্জ্য জলের জন্য কাঠ-ভিত্তিক কার্বন দ্বারা প্রস্তাবিত 2-10 nm মেসোপোর চ্যানেলের প্রয়োজন হয়।

 

💡 ব্যবহারিক কার্বন-নির্বাচন স্মৃতিসংক্রান্ত

ছোট-আকারের অণু → মাইক্রোপোরস → নারকেল-খোসা-ভিত্তিক কার্বন মাঝারি-আকারের অণু → মেসোপোরস → কয়লা-ভিত্তিক কার্বন বড় আকারের অণু → মেসো-ম্যাক্রোপোরস → কাঠ-ভিত্তিক কার্বন

এই নির্দেশিকা অনুসরণ করা মূলত এর জন্য অনুপযুক্ত কার্বন-গ্রেড নির্বাচন এড়ানো যায়বর্জ্য জল চিকিত্সার জন্য সক্রিয় কার্বন.

 

 

IV বিভিন্ন বর্জ্য জলের স্রোতের জন্য মিলিত কার্বন গ্রেড

ব্যবহারিক প্রকৌশলে, প্রভাবশালী দূষণকারীর আণবিক মাত্রা অনুযায়ী কার্বন নির্বাচন করা সবচেয়ে সাশ্রয়ী সমাধান প্রমাণ করে। প্রিন্টিং-ডাইং বর্জ্য জলে বৃহৎ রঞ্জক অণুর আধিপত্য রয়েছে। কাঠ-ভিত্তিক কার্বন ফসফরিক-অ্যাসিড-উত্পাদিত ছিদ্র কাঠামো থেকে উপকার করে এবং বিকল্প কার্বনের তুলনায় অনেক বেশি বিবর্ণকরণ দক্ষতা অর্জন করে। এদিকে কাঠ-ভিত্তিক পাউডার অ্যাক্টিভেটেড কার্বনের খরচ নারকেল-খোলস-ভিত্তিক কার্বনের মাত্র 1/3-1/2, যা অসামান্য খরচ-কর্মক্ষমতা প্রদান করে।

ইলেক্ট্রোপ্লেটিং বর্জ্য জলে মাঝারি আকারের ভারী-ধাতু কমপ্লেক্স রয়েছে (1-3 এনএম)। কয়লা-ভিত্তিক কার্বনের মেসোপোর কাঠামো উপযুক্ত মাত্রিক মিল সরবরাহ করে। উপরন্তু, কয়লা-ভিত্তিক দানাদার সক্রিয় কার্বন উচ্চ যান্ত্রিক শক্তি এবং ভাল পুনরুত্থানযোগ্যতা বৈশিষ্ট্যযুক্ত, এটিকে ক্রমাগত স্থায়ী-বেড অপারেশনের জন্য উপযুক্ত করে তোলে।

উন্নত পানীয়-জল পরিশোধন লক্ষ্যমাত্রা ক্ষুদ্র আণবিক মাত্রা সহ জৈব এবং অবশিষ্ট ক্লোরিন সনাক্ত করে। নারকেল-খোসা-ভিত্তিক কার্বনের মাইক্রোপোর সুবিধাগুলি অপরিবর্তনীয়, যা ব্যাখ্যা করে যে কেন পরিবারের জল-বিশুদ্ধকারী কার্তুজগুলি নারকেল-খোসা-ভিত্তিক কার্বনে অত্যধিকভাবে ভরা থাকে।

মনে রাখবেন যে বাস্তব-বিশ্বের বর্জ্য জল সাধারণত মিশ্র-দূষণকারী সিস্টেম গঠন করে। উদাহরণস্বরূপ, ফার্মাসিউটিক্যাল বর্জ্য জলে ছোট-অণু দ্রাবক এবং বড়-অণু অ্যান্টিবায়োটিক উভয়ই থাকে। একক কার্বন গ্রেড প্রায়ই সমস্ত অপসারণের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে পারে না। শিল্প অনুশীলন সিরিয়াল বা মিশ্রিত কার্বন সমাধান গ্রহণ করে: সামনের পর্যায়ে কাঠ-ভিত্তিক কার্বন বড়-অণু ক্রোমোফোরকে সরিয়ে দেয়, যখন পিছনের পর্যায়ে নারকেল-শেল-ভিত্তিক কার্বন অবশিষ্ট ছোট-অণু দূষকগুলিকে পালিশ করে, প্রতিটি কার্বন গ্রেড তার ডিডি ফাংশন সম্পাদন করে।

 

V. প্রধান ভুল ধারণা: উচ্চ মূল্য ভাল কর্মক্ষমতা গ্যারান্টি দেয় না

সক্রিয় কার্বন নির্বাচন করার আগে তিনটি মূল প্রশ্নের উত্তর দিতে হবে:

1. কোন পদার্থ শোষণ করা প্রয়োজন?
2. লক্ষ্য দূষকগুলির আনুমানিক আণবিক আকারগুলি কী কী?
3. কোন কার্বন গ্রেড সেই অণুগুলিকে মিটমাট করার জন্য উপযুক্ত ছিদ্র-আকারের বন্টন ধারণ করে?

কোনো সার্বজনীন-উদ্দেশ্য সক্রিয় কার্বন নেই, শুধুমাত্র প্রয়োগ-মিলিত গ্রেড।

• নারকেল-খোসা-ভিত্তিক কার্বন: ছোট-অণু অপসারণের জন্য ঘন মাইক্রোপোর
• কয়লা-ভিত্তিক কার্বন: মাঝারি-অণু অপসারণের জন্য ভালভাবে উন্নত মেসোপোর
• কাঠ-ভিত্তিক কার্বন: বৃহৎ-অণু বিবর্ণকরণের জন্য প্রচুর মেসো-ম্যাক্রোপোর

মূল্য মূল্যায়ন করার আগে ছিদ্র-আকার বিতরণকে অগ্রাধিকার দিন। ব্যয়বহুল কার্বন অকার্যকর হয়ে পড়ে যদি ছিদ্রের মাত্রা লক্ষ্য দূষণকারীর সাথে মেলে না।