اصلاح سطحی کربن فعال توسط پلاسمای سرد و تاثیر آن در جذب سطحی بخارات تولوئن

Abstract

زمینه و هدف: هوای پاک به عنوان یکی از نیاز های اساسی برای سلامت و رفاه انسان مطرح می باشد. با این حال، به موازات رشد و توسعه اقتصادی، حمل و نقل، زندگی شهرنشینی و مصرف انرژی نیز افزایش یافته و نگرانی های زیادی از قبیل آلودگی هوا را فراهم نموده که نیازمند توجه فوری و گسترده است. منابع آلودگی هوا عمدتاً شامل: ذرات معلق، ترکیبات آلی فرار، مونوکسید کربن، آمونیاک، اکسید گوگرد، دی اکسید کربن و غیره می باشند. در این میان، ترکیبات آلی فرار، بدلیل اثرات قابل توجه و جبران ناپذیر برسلامتی انسان و حجم بالای تولید، از مهمترین آلاینده های جوامع محسوب می شود. جذب سطحی از موثرترین روشهای کنترلی و کربن فعال به عنوان یکی از پرکاربردترین جاذبهای مورد استفاده در این زمینه می باشد. از این رو هدف پژوهش حاضر، ایجاد تغییرات قابل توجه در ویژگی های ساختاری جاذب با بکارگیری روش پلاسما بعنوان تکنیک نوظهور دانش کنترل آلودگی هوا بمنظور افزایش کارایی آن تعیین گردیده است. روش بررسی: در این تحقیق، ابتدا نمونه های گرانول کربن فعال توسط فرایند پلاسما متاثر از 4 متغیر: دما (℃40،70،100،130)، هواگذر جریان ( Lpm75/0، 50/0، 25/0، 12/0)، زمان مواجهه با پلاسما (min 1،2،3،4) و ولتاژ مصرفی (kV 2/1 ،1 ،8/0 ،6/0) مورد اصلاح قرار گرفته شدند. سپس نمونه های گرانول کربن فعال اصلاح شده توسط بخار تولوئن در غلظت 200 ppm مورد جذب سطحی قرار گرفتند و زمان شکست جذب و ظرفیت جذب سطحی هر بستر بطور مجزا تعیین و محاسبه گردید. نمونه های با بیشترین ظرفیت جذب سطحی بمنظور بررسی سطح ویژه، قطر منافذ و مورفولوژی گرانول کربن فعال بعنوان مهمترین ویژگی های سطح جاذب، توسط آنالیز SEM و BET مورد بررسی قرار گرفتند. همچنین به منظور تعیین ارتباط متغیر های فرایند اصلاح (دما، هواگذر، زمان مواجهه و ولتاژ مصرفی) با زمان شکست جذب و ظرفیت جذب سطحی، از آنالیز واریانس نرم افزار Minitab استفاده گردید. یافته ها: نتایج نشان می دهد بعد از اصلاح در دمای ℃130، هواگذر 75/0، زمان مواجهه min 1 و ولتاژ 1 بیشترین میزان ظرفیت جذب سطحی کربن فعال را خواهیم داشت که 56% نسبت به جاذب اصلاح نشده افزایش یافته است. این در حالی است که اثر قابل توجهی در نتایج حاصل از تست های (سطح ویژه، حجم مخصوص و قطر منافذ کربن فعال) مشاهده نشد و دلیل تغییرات جزئی مورد مشاهده نیز مربوط به تاثیر فرایند پلاسما روی سطح جاذب می باشد که منجر به تخریب و یا مسدود شدن برخی از منافذ گردیده است. ضمن اینکه تصاویر ، بیانگر تغییرات کمی در مقیاس میکرو و نانو روی سطح جاذب اصلاح شده نسبت به نمونه های اولیه می باشد. نتیجه گیری: پلاسمای سرد، بعنوان روشی نوین و سازگار با محیط زیست منجر به ایجاد تغییرات فیزیکی و شیمیایی گرانول کربن فعال می گردد. که مهمترین دلیل افزایش ظرفیت جذب سطحی مربوط به تغییرات شیمیایی بوقوع پیوسته روی سطح جاذب، تحت تاثیر فرایند اصلاح می باشد.