ถ่านกัมมันต์ (Activated Carbon)

ลักษณะทั่วไป (Physical data)

ถ่านกัมมันต์ (Activated Carbon) หมายถึงผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการนำวัตถุดิบธรรมชาติ หรืออินทรีย์วัตถุซึ่งมีคาร์บอนและไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบหลัก มาผ่านกรรมวิธีก่อกัมมันต์ (Activated Process) จนได้โครงสร้างทีมีลักษณะเป็นรูพรุ่น มีพื้นที่ผิวสูง มีคุณสมบัติในการดูดซับสารต่างๆ ได้ดี วัตถุดิบที่ใช้ผลิตจะขึ้นอยู่กับกระบวนการผลิต ในอุตสาหกรรมระบบกรองน้ำ มีวัตถุดิบที่นำมาใช้ผลิตเป็นถ่านกัมมันต์ อยู่ 2 ชนิดใหญ่ๆ ได้แก่ กะลามะพร้าว (Coconut Shell) และถ่านหิน (Bituminous)

วิธีการผลิตถ่านกัมมันต์มีหลายวิธี วัตถุประสงค์หลักคือ กระตุ้นให้ถ่านมีพื้นที่ผิวมากขึ้น ในปัจจุบันมักใช้วิธีกระตุ้นด้วยไอน้ำที่ร้อนยิ่งยวด (Superheated steam) ทำปฏิกิริยากับถ่านที่อุณหภูมิสูง นอกจากนี้การกระตุ้นอาจใช้สารที่มีคุณสมบัติดูดน้ำ (Dehydrating agent) เช่น สังกะสีคลอไรด์ (Zinc Chloride) กรดฟอสฟอริก (H3PO4) เป็นต้น

ลักษณะของถ่านกัมมันต์ มีสีดำ โดยรูปแบบส่วนใหญ่ที่นำมาใช้ในระบบำบัดน้ำ มีอยู่ 2 แบบ คือชนิดผง และชนิดเม็ด

คุณสมบัติ (Advantages)

ถ่านกัมมันต์ (Activated Carbon) มีคุณสมบัติในการ ดูดติดผิว โดยใช้หลัก ดูดซับ (Adsorption) และดูดซึม (Absorption) การดูดซับจะเป็นการจับกันอย่างหลวมๆของสารอินทรีย์และคาร์บอนที่ผิวนอกของถ่านกัมมันต์ โดยยึดกันด้วยแรงแวนเดอวาล์ว ในทางทฤษฎีสารที่ถูกดูดซับ อาจจะถูกปล่อยกลับออกมาได้แต่ภาวการณ์ปล่อยกลับ ออกมานั้นเกิดขึ้นได้ยาก แบคทีเรียมักจะสร้างกลุ่มอยู่ที่ผิวของถ่านกัมมันต์และกินบางส่วนของสารอินทรีย์ที่ถูกดูดซับไว้ซึ่งจะเป็นการช่วยคืนรูพรุนของถ่านกัมมันต์บางส่วนและป้องกันการหลุดกลับของสารอินทรีย์ที่ถูกดูดซับไว้ ส่วนกระบวนการดูดซึมนั้นจะอาศัยหลักการแพร่ของก๊าซหรือสารประกอบเข้าไปในร่างแหรูพรุน ภายในเม็ดถ่านซึ่งภายในจะเกิดปฏิกิริยาเคมี หรือเกิดการจับยึดโดยความเป็นร่างแหยึดเหนี่ยวไว้ ยกตัวอย่างการเกิดปฏิกิริยาเคมี เช่นโอโซนถูกดูดซึมเข้าไปและถูกคาร์บอนรีดิวซ์เป็นออกซิเจนซึ่งตัวโอโซนหรือออกซิเจนไม่ได้ไปสร้างหรือถูกจับไว้โดยถ่านกมมันต์แต่อย่างใด ส่วนกระบวนการดูดซึมอีกประเภทคือการถูกดูดซึมเข้าไปแล้วเกิดปฏิกิริยาที่ย้อนกลับไม่ได้สร้างพันธะที่หนาแน่นกับคาร์บอนของถ่านกัมมันต์ โดยทั่วไปแล้วสารที่มีโมเลกุลใหญ่จะถูกดูดซึม/ซับได้ช้ากว่าสารที่มีโมเลกุลขนาดเล็กนอกจากนี้ อัตราการดูดซึม/ซับจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของน้ำ pH ความเค็ม กล่าวโดยสรุป คือ ถ่านกมมันต์มีคุณสมบัติในการกรองสี กลิ่น รส สารอินทรีย์ และสารแขวนลอยที่ปนมากับน้ำ

การใช้งาน (Applications)

ถ่านกัมมันต์นำมาใช้ในอุตสาหกรรมรมได้หลากหลายรูปแบบเช่น

1. ใช้ในระบบกรองน้ำ เพื่อการทำน้ำให้บริสุทธิ์ (Water Treatment System)

- กำจัดสี กลิ่น รส ซึ่งเกิดจากสาร อินทรีย์ เช่น กรดฮิวมิค เเละ กรดฟัลวิค

- กำจัดคลอรีนในน้ำ

2. ใช้ในการบำบัดน้ำเสีย (Wastewater Treatment System)

- กำจัดโลหะหนักต่างๆ ถังคาร์บอนแบบเกล็ดสามารถ กำจัดปรอทและเงินได้หมด และสามารถลดความเข้มข้นของโลหะ อื่นๆ เช่น ตะกั่ว ทองเเดง ฯลฯ

- กำจัดยาฆ่าแมลง (PESTICIDE) ด้วยวิธี โคแอกกูเลซัน แบบธรรมดา แล้วตกตะกอน มักไม่สามารถกำจัดยาฆ่าเเมลงชนิดต่างๆ ยกเว้น ดีดีที ซึ่งอาจถูกกำจัดได้เพียงบางส่วน แต่การนำแอ็คติเว็ตเต็ดคาร์บอน ทั้งสองแบบมาช่วยในการกำจัดร่วมด้วยจะสามารถกำจัดยาฆ่าเเมลงชนิดต่างๆ ได้อย่างดี โดยเฉพาะแบบผง

- กำจัดผงซักฟอก ระบบบำบัดน้ำเสียแบบทั่วไปจะกำจัดผงซักฟอกออกจากน้ำได้น้อยมาก การใช้ผงคาร์บอนเติมก่อนการตกตะกอนจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการกำจัดผงซักฟอกในน้ำเสียได้ประมาณ 50% เเต่ถ้าต้องการกำจัดผงซักฟอกได้ถึง 90% หรือมากกว่า จะต้องใช้คาร์บอนแบบเกล็ด ซึ่งบรรจุเป็นถังเเละให้น้ำไหลผ่าน

- กำจัดฟีนอลเเละสารประกอบฟีนอล โดยทั่วไปคาร์บอนจับฟีนอลต่างๆ ได้ดี เเม้กระทั่งคาร์บอนที่ใช้กำจัดสารอินทรีย์จนเสื่อมเเล้ว ก็ยังสามารถจับฟีนอลได้ ถ้าต้องการกำจัดฟีนอลให้หมดต้องใช้คาร์บอนแบบเกล็ด

- กำจัดสารไฮโดรคาร์บอน คาร์บอนเหมาะสำหรับกำจัด SATURATED CHAIN HYDROCARBON

3. ใช้เป็นสารกรองก๊าซ และ หน้ากากกรอง ใช้กรองอากาศ (Air Filter System)

4. ใช้ในการสกัดโลหะ (เช่น ทองคำ)