استفاده از پوسته پسته برای تولید کربن فعال
کربنهای فعال، جاذبههای کربنی ریز متخلخلی هستند که تاریخ آنها به 1600 سال قبل از میلاد، هنگامیکه مصریان از زغال چوب برای مقاصد پزشکی استفاده میکردند، میرسد. کربن فعال به عنوان یک جاذب دارای کاربردهای مهم و حیاتی میباشد. این ماده از پیرولیز مواد گیاهی حاوی کربن تولید میشود و تحت عملیات فعال سازی قرار میگیرد. ضایعات پوسته پسته، ظرفیت تبادلی کاتیون خاک را افزایش میدهد مطالعاتی که در زمینه بررسی اثرات استفاده از ضایعات دستگاه پوست کنی پسته بر خصوصیات شیمیایی و حاصل خیزی خاک صورت گرفت، مشخص کرد ضایعات پوسته پسته باعث افزایش ظرفیت تبادل کاتیونی و غلظت نیتروژن، فسفر، پتاسیم و ازت خاک میشوند. از هر 100 گرم پسته 52 گرم مربوط به مغز پسته و 48 گرم مربوط به پوسته پسته میباشد (9).
بررسی کلی پیرولیز پوست سخت پسته
در اثر حرارت دادن پوسته سخت پسته، تا دمای کمی بالاتر از 100، تجزیه گرمایی آن آغاز میشود. تجزیه شدیدتر، در دماهای بالای 250 درجه سانتیگراد روی میدهد و برای کاربردهای صنعتی این، این دما تا 500 میرسد در دماهای بالاتر از 270 درجه سانتیکراد تجزیه گرمایی نیازی به منبع حرارتی ندارد، چون در این دما فرایند تجزیه، گرمازاست. در طی قرن نوزدهم، تقطیر چوب بصورت محلی و به منظور تولید انواع مواد شیمیایی از قبیل متانول، اسید استیک، ترابانتین، فنولها و قطران چوب عملی میشد. در آن دوران، این محصولات، توام با چوب و زغال از جمله نیازهای مهم جوامع بودند. با آنالیز مواد حاصل از پیرولیز پوسته سخت پسته بوسیله دستگاه گاز کروماتوگرافی جرمی1 مشخص گردید که کیفیت مواد استخراجی بسیار بالاتر از پیرولیز چوب میباشد (9).
استخراج کربن فعال از پوست پسته توسط کلرید روی و هیدروکسید پتاسیم و بررسی شرایط اتمسفری و دمای فعالسازی آن
کربن فعال یکی از جاذب های مستعد است به علت خصوصیات جذبی خوبی که دارد میتواند از مواد سطحی کربن دار مختلف همانند زغال سنگ و بسیاری از تودههای ضایعات کشاورزی که در این مورد مطالعات وسیعی بر روی پوسته پسته انجام گرفته شده تولید شود. تولید محصول پسته جهان برطبق نشریات کشاورزی خارجی سازمان ایالات متحده کشاورزی در سال ۱۹۹۹، ۲۱ میلیون تن بوده است که مقدار زیادی از پوسته پسته به عنوان سوخت بویلرها مورد استفاده قرار گرفته بود که بر طبق این آمار برای استفاده بهینه از این ضایعات پسته، خصوصاً پوسته پسته استفاده آن ها به عنوان ماده اولیه فراوری کربن فعال پیشنهاد شده بود که هم به علت کربن بالای آنها و همچنین محتویات خاکستر پایین آنها بود (14 و 15).
ویژگیهای کربن فعال حاصل از پوسته پسته بوسیله کلرید روی و هیدروکسید پتاسیم فعال سازی تحت اتمسفر نیتروژنی و شرایط خلاء
به طور کلی کربن فعال به دو روش شیمیایی یا فیزیکی می تواند آماده شود. در روش شیمیایی، مواد اولیه ابتدا با یک عامل شیمیایی همچون کلرید روی، اسید سولفوریک یا هیدروکسید پتاسیم اشباع شده، که این عوامل خصوصیات آبگرایی دارند و بر تجزیه پیرولیکی تاثیر گذارند و باعث کند کردن شکل قیر در طول فرایند زغالی شدن میشوند و احیاء انرژی در تولید کربن فعال هزینهبر است. فعال سازی شیمیایی بوسیله هیدروکسید پتاسیم در ابتدا در سال ۱۹۷۰ توسط شرکت AMOCO گزارش شده بود. تا کنون برای شناسایی ساختار و بافت پر خلل و فرج کربن فعال از روشهای مختلفی استفاده شده است که از آنها میتوان به تکنیک های تجزیهای جذب توسط ازت، تجزیه حرارتی ویسکوزیته2 ، طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز3 و اشعه ایکس4 اشاره نمود (14 و15 و 16).
کربنهای فعال بدست آمده از پوسته پسته به روش شیمیایی و با استفاده از کلرید روی تحت اتمسفر نیتروژنی و شرایط خلاء دارای ساختاری پرخلل و فرج میباشند. پارامترهای آماده سازی تاثیر قابل توجهی بر این ساختمان پرخلل و فرج میگذارد که این پارامترها طی مطالعهای مورد بررسی قرار گرفته بودند و مشاهده شد، کربنهای فعال بدست آمده در شرایط خلاء از آنهایی که تحت اتمسفر نیتروژنی حاصل شده بودند، مناسبتر بودند. سرعت اشباع، دمای فعال سازی و زمان نگهداشت فعال سازی از پارامترهای مهمی بودند که بر ویژگی های کربن فعال موثر بودند (2). کیفیت و خصوصیات کربن های فعال به خواص شیمیایی و فیزیکی مواد اولیه و روشهای بکار رفته بستگی داشت. مطالعات بسیاری در نشریات، در مورد آماده سازی کربن های فعال بدست آمده از ضایعات کشاورزی موجود است. در این مطالعه از پوسته پسته به عنوان ماده اولیه برای آماده سازی کربن فعال استفاده شد زیرا پوسته پسته دارای محتویات کربن و مواد فرار بالا، محتویات خاکستر پایین و خواص سختی خوب و قابل توجهی است (17).
بر طبق سازمان ایالات متحده کشاورزی، محصول پسته جهانی در سال ۲۰۰۲، ۰/۵۳ میلیون تن بوده است. در فرایندهای فعال سازی شیمیایی در ابتدا مواد اولیه بوسیله یک عامل شیمیایی برای مثال کلرید روی، اسید فسفریک یا هیدروکسید پتاسیم اشباع می شوند (14) که اینها عوامل دهیدراته کنندهای هستند که بر تجزیه پیرولیکی تاثیر گذاشته و آرایش قطران (قیرها) را در طول فرایند زغالی شدن (تقطیر تخریبی) به تاخیر میاندازند. فرایند به طور طبیعی و عادی در یک دمای پایین تر از دمای که در فرایند فعال سازی فیزیکی استفاده می شود، رخ می دهد و پیشرفت منافذ در ساختمان کربن به طور چشم گیری بهبود مییابد. فعال سازی شیمیایی با کلرید روی برای مواد کربن دار مختلف بوسیله بسیاری از محققین برای رسیدگی به اثرات شرایط مختلف روی ویژگیهای کربن فعال مورد مطالعه قرار گرفته بود. فعال سازی شیمیایی تحت شرایط خلاء در طول فرایند دمایی بندرت گزارش شده بود. طبیعت شیمیای کربن فعال روی خصوصیات جذبی، الکتروشیمیایی، کاتالیکی و دیگر خصوصیات آن موثر میباشد (14 و17).
اثر دمای فعال سازی بر بازده دانسیته، پیشرفت خلل وفرج کربن فعال بررسی شده است، مشاهده شده برای افزایش ساختار پر خلل و فرج دمای نسبتاً بالایی مورد نیاز است که بر ساختار میکروپرزها و مزوپرزها و ماکروپرزها موثر است. طبق نتایج بدست آمده از اشعه ایکس، در دمای بالا ساختار آمورفی کربن فعال به یک ساختار کریستالی بزرگ تبدیل شده همچنین نتایج طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز نشان داده که حضور گروههای مختلف اکسیژنی و الیفینی و ساختارهای آروماتیکی کربن در پوسته خام بعد از اعمال دمای بالا تغییر کرده و گروههای اکسیژنی کاهش یافته بود (14 و 15). در روش فعال سازی با استفاده از کلرید روی به طور نسبی حداکثر دمای C°۴۰۰ برای پیشرفت خلل و فرج کافی بود و دمای خیلی بالاتر از این دما میتوانست منجر به کلوخه سازی و فراریت و انقباض ساختار کربن شود (16).
1 GC/Mass
2 Thermo Gravimetric Analysis (TGA)
3 Fourier transform infrared (FTIR)
4 X-ray (XRD)
—————
————————————————————
—————
————————————————————
1