نحوه تولید کربن اکتیو از پلی استایرن یکی از فرآیندهایی است که به تازگی مورد توجه قرار گرفته اند. پایه ساخت کربن اکتیو می تواند از مواد معدنی، بیولوژیکی یا مصنوعی باشد. اما مهم ترین نکته ای که قابل توجه است استفاده از زباله های پلاستیکی و منابع مصنوعی برای تهیه کربن فعال است زیرا سالانه میلیون ها تن زباله پلاستیکی دور ریخته می شود یا سوزانده و یا در محل های دفن زباله ریخته می شوند که می تواند آسیب های زیادی به محیط زیست وارد کند. محققان اخیراً تلاش های زیادی برای استفاده از این ضایعات به‌عنوان ماده اولیه برای تولید محصولات با ارزش تر مانند سوخت‌ها، کربن‌های با ارزش افزوده بالا (مثلاً نانولوله‌های کربنی) یا کربن‌های سطح بزرگ انجام داده اند. یکی از تحقیقات قابل توجه در این زمینه تولید کربن اکتیو از پلی استایرن است که از زباله های پلاستیکی انجام می شود و نتیجه آن کربن اکتیو با سطح وسیع و حجم منافذ بالا می باشد.
پلی استایرن یا PS نوعی ماده پلاستیکی فروان است که حجم قابل توجهی از زباله ها از این ماده می باشند. به عنوان مثال، سالانه حدود 2.95 میلیون تن، زباله پلی استایرن تولید می شود. زباله های پلی استایرن در انواع مختلف جامد و فوم تولید می شود و برای کاربردهای مختلف از جمله فوم پلی استایرن منبسط شده (EPF)، بسته بندی برای کالاهای مختلف استفاده می شود. مهم ترین مشکل مواد پلی استایرن بازیافت آنها می باشد. بازیافت مواد پلی استایرن به دلیل دشوار بودن و بازده اقتصادی پایین استقبال چندانی ندارد.
اما جالب است بدانید اشکال مختلفی از پلی استایرن برای تولید کربن‌های فعال استفاده شده است، نه به‌عنوان ماده اولیه، بلکه به‌عنوان قالب سخت قربانی برای به‌دست‌آوردن کربن توخالی، یا به‌عنوان یک لایه نازک روی اکسید منیزیم برای به دست آوردن یک فیلم کربن متخلخل، یا یک عامل کپی رولیز همراه با زیست توده و یا به عنوان پشتیبان کاتالیزور استفاده می شود. به صورت کلی، کربن‌های فعال کابردهای زیادی در صنایع دارند یکی از کاربردهای مهم کربن‌های فعال در صنایع و معادن استخراج طلا با کربن اکتیو است که باید از کربن‌های خاص در این زمینه استفاده شود.
نحوه تولید کربن اکتیو از پلی استایرن
تولید کربن اکتیو از پلی استایرن در طی یک مطالعه، طبق یک فرآیند معمولی ساده دو مرحله ای انجام شد. در اولین مرحله ذغال سنگ از فوم های پلی استایرن ضایعاتی (PF) تحت فشار Ar تولید شدند تا ترکیبات فرار آنها از بین برود.سپس، زغال به دست آمده با فعال سازی شیمیایی به منظور سطح بسیار بزرگ و ظرفیت جذب بالا تولید می شود. در نهایت، ACهای تولید شده با چندین تکنیک مشخص شدند و ظرفیت جذب آنها با استفاده از متیلن بلو (MB) به عنوان مولکول مدل اندازه‌گیری شدند. همچنین، عملکرد الکتروشیمیایی این مواد برای کاربرد آنها به عنوان الکترود در ابرخازن‌ها مورد آزمایش قرار گرفت. به صورت کلی، کربن‌های فعال از پلی استایرن با خواص بسیار قابل‌توجه بدست آمدند، که یک راهکار موثر و جایگزین جدید برای بازیافت این پسماندهای ناسازگار با محیط زیست محسوب می شود.
چرا تولید کربن اکتیو از پلی استایرن جذاب است؟
طبق تحقیقات انجام شده مساحت سطح کربن های فعال تولید شده از PF در دمای 800 درجه سانتی گراد از 2700 مترمربع در گرم بر 1 فراتر رفت و ریز تخلخل نسبتاً وسیع و مزو تخلخل کوچک ایجاد شد که توانایی زیادی برای جذب مولکول‌های آلی مانند MB (1042 میلی گرم در گرم بر گرم ) نشان داد. به صورت کلی، مواد پلی استایرن به طور موفقیت آمیزی برای تولید کربن فعال با عملکرد بالا، محتوای خاکستر کم، ظرفیت جذب بالا و استحکام مکانیکی قابل توجه، پتانسیل زیادی برای ساخت پیدا کرده اند.
مزایای کربن اکتیو از پلی استایرن
با توجه به اینکه زباله های ناشی از مواد پلیمرهای ترموپلاستیک، یعنی پلی پروپیلن، پلی اتیلن، پلی وینیل کلراید، پلی استایرن، پلی آمید و غیره بسیار زیاد هستند و سالانه بیش از 25 میلیون تن زباله پلاستیکی در کشورهای اروپایی تولید می شود. این مساله باعث نگرانی زیست محیطی قابل توجهی شده است. زیرا تخریب زباله های پلاستیکی کار دشوار و زمان بری خواهد بود که ممکن است برای قرن ها ادامه داشته باشد. در نتیجه، استفاده از این زباله ها برای تهیه محصولات با ارزش‌تر مانند کربن‌های فعال به منظور کاهش اثرات منفی بر محیط زیست و کاهش هزینه‌های دفع یا تصفیه زباله بسیار جذاب است. علاوه بر این، کربن های فعال تولید شده از مواد پلی استایرن به دلیل عملکرد بالا، قدرت مکانیکی خوب، ظرفیت جذب موثر توانسته اند جایگزین مناسبی برای نمونه های دیگر کربن فعال باشند.
یکی از مزایای مهم ساخت کربن اکتیو از پلی استایرن منبع جایگزین مناسب است. زیرا کربن های فعال بیشتر از منابع طبیعی مانند چوب و زغال سنگ تهیه می شوند که با استفاده از این روش می توانیم میزان مصرف در منابع طبیعی را کمتر کنیم. کربن تولید شده از پلی‌استایرن دارای سطح بالایی هستند و قابلیت جذب عالی برای مواد شیمیایی فلزات سنگین و ترکیبات آلی را دارند. همچنین، ضایعات پلی استایرن به عنوان مواد اولیه هزینه کمتری نسبت به مواد اولیه دیگر دارند و باعث می‌شوند کربن فعال اقتصادی‌تر و ارزان‌تر در بازار عرضه شود.
معایب کربن اکتیو پایه پلی استایرن
خوب اجازه بدید معایب کربن فعال پایه پلی استایرن را نیز مورد بررسی قرار دهیم تا شما با چالش های این مساله هم آشنا شوید. فرآیند تولید کربن فعال پایه پلی استایرن پرهزینه است. زیرا نیاز به تجهیزات پیچیده و پیشرفته دارد. از طرفی این روش، باعث انتشار گازهای سمی می شود. زیرا فرآیند تجزیه و تحلیل پلی استایرن، باعث انتشار و آزاد شدن گازهای خطرناک استایرن و سایر هیدروکربن‌های آروماتیک می‌شود که نیازمند به مدیریت و استفاده از سیستم‌های فیلتراسیون پیشرفته دارد. در برخی از کاربردها باید از روش های اصلاحی استفاده شود مانند وشش دهی با مواد دیگر که می تواند هزینه و زمان زیادی داشته باشد. به همین دلیل، ساخت و تولید کربن فعال پایه استایرن در سطح صنعتی و نه آزمایشگاهی می تواند دارای پیچیدگی و قیمت بالا باشد.
چشم انداز کربن فعال پایه پلی استایرن
اگر بخواهیم چشم انداز کربن فعال پایه پلی استایرن را مورد بررسی قرار دهیم بسیار عالی و خوب است. اما در حال حاضر، تولید کربن فعال از ضایعات پلی‌استایرن بیشتر در مراحل تحقیقاتی و آزمایشگاهی انجام می‌شود و هنوز به صنعتی برای تولید انبوه انجام نشده است. با توجه به رشد جمعیت و افزایش روز افزون زباله های پلاستیکی در جهان، استفاده از این روش پتانسیل بسیار زیادی دارد. بسیاری از محققان و پژوهشگران بر روی این مساله به منظور پیدا کردن راهکارهای بهینه و علمی کار می کنند.
نتیجه گیری:
استفاده از ضایعات پلی‌استایرن برای تولید کربن فعال، یک روش مفید برای محافظت ار محیط زیست و تولید کربن فعال با کیفیت است. اما چالش برانگیز نیز هست. زیرا نیازمند تجهیزات پیشرفته، هزینه بالا و مدیریت گازهای مضر دارد. این روش نیاز به تحقیق و بررسی بیشتر دارد تا به عنوان یک روش جایگزین موثر بتواند در آینده ای نزدیک مورد استفاده قرار بگیرد.
