کربن فعال

هر آن چه که باید در ارتباط با کربن اکتیو بدانید!!

این ماده ی شیمیایی، ماده ای است که به طور گسترده و معمول برای حفظ و بهبود کیفیت آب، برای مصارف انسانی و یا برای بهبود کیفیت آب آکواریوم های آب شور و آب شیرین مورد استفاده قرار می گیرد . از این ماده بیشتر از سایر مواد موجود در تصفیه خانه بهره برداری می گردد، زیرا همان طور که می دانید کتاب انجیل نیز با اشاره کردن به فراورده های چوبی، از این قابلیت سخن به میان می آورد که می توان با استفاده از فرآورده های چوبی طعم تلخ آب را به شیرینی نزدیک کرد.

این محصول به خودی خود از طریق فرآیند جذب سطحی (adsorption) ترکیبات آلی محلول در آب را حذف می کند و در این مسیر، از غربال مولکولی و فشار فیزیکی ضعیفی کمک می گیرد. (غربال مولکولی، موادی هستند که در آن منافذ ریز از اندازه دقیق و یکنواخت قرار دارند که به عنوان جاذب گازها و مایعات استفاده می شوند). فرآیند جذب سطحی(adsorption) با فیلتراسیون مکانیکی تفاوت دارد. در فیلتراسیون مکانیکی، عملکرد جذب (absorption) (ماده به آسانی در درون فراورده به دام می افتد) شبیه به اسفنجی است که آب را در درون منافذ وکانال های داخلی خود راه می دهد. درصورتی که قصد فعال کردن فراورده های اولیه از قبیل زغال سنگ قیری، زغال سنگ چوب نما (قهوه ای رنگ)، زغال سنگ نارس (تورب)، پوست میوه ها (پوست نارگیل و فندق و…) و چوب را دارید، بدون حضور هوا، آن ها را در معرض حرارت شدید آتش قرار داده تا اکسیژن و هیدروژن از محیط دور گردند. زغال چوب و یا زغال باقیمانده را به طور مجدد در معرض حرارت قرار داده و در حضور بخار، هوا و یا کربن دی اکسید، حرارت را به حداکثر برسانید تا هیدروکربن های باقیمانده حذف گردند و سپس با ایجاد منافذ بسیار ریز، گذرگاه ها و شکاف هایی در داخل و خارج از ذرات کربن ایجاد کنید که به فعال سازی کربن اکتیو بپردازند.

در طی این فرآیند، با تصفیه ی نمک های غیرآلی مانند مس، زینک، فسفات، سولفات و یا سیلیکات، مشخصات جذبی متفاوتی را می توان ارائه داد. پس از اتمام فرآیند فعال سازی، می توان با شست وشوی کربن با مواد اسیدی و یا قلیایی به دگرگونی مشخصات جذبی کربن وکاهش آلاینده های انحلال پذیری پرداخت که از صافی می گذرند و در نهایت از آن ها استفاده می شود. به منظور با اهمیت تر جلوه دادن ساختار ذرات کربن فعال، به آن به عنوان اسفنجی نگاه کنید که دارای سطح وسیع خارجی گسترده به همراه منافذ و شکاف هایی است که به داخل گذرگاه ها سوق داده شده است و منجر به کاهش کانال های ریزی می شوند که به وسیله ی آن ها می توان به اهمیت سطوح داخلی نسبت به سطوح خارجی پی برد. پس زمانیکه، موضوع مورد بحث شما کربن اکتیو است فراموش نکنید که منظور از مساحت سطح، مساحت سطوح داخلی می باشد نه مساحت سطوح خارجی آن. هرچه تعداد کانال های سطح داخلی بیشتر باشد، مساحت سطح نیز بیشتر خواهد بود و در نتیجه، فضای بیشتری برای حرکت مولکول ها و سایر مواد (مواد جذب شونده) به وجود خواهد آمد. با وجودی که، مساحت سطح کربن، عامل بسیار مهمی محسوب می شود، اندازه وحجم منافذی که ذرات را از خود عبور می دهند، از اهمیت بیشتری برخوردارند. منافذ بسیار ریز، تنها به ریز مولکول ها اجازه ی ورود می دهند، منافذی که دارای اندازه ی متوسط هستند به مولکول های پیچیده و درشت تر نیز اجازه ی ورود می دهند ولی منافذ بزرگتر نه تنها به مولکول های درشت اجازه ی ورود می دهند، بلکه مواد جامد معلق را نیز تعلیق می کنند.

در دهه ی ۸۰ و۹۰، کربن اکتیوی که از پوسته ی نارگیل به دست آمده بود، توجه مشتریان زیادی را به خود جلب کرد، اما پس از این که آکواریست ها متوجه شدند که این محصول در تصفیه هوا بهتر از تصفیه آب عمل می کند کند، محبوبیت این نوع کربن اکتیو تنزل یافت، زیرا این نوع کربن اکتیو دارای منافذ بسیار ریزی در حد macropore ها بود. (کمتر از ۴۰ انگستروم) (نکته:این خاصیت برای فراورده هایی نیز که از چوب بامبو تهیه شده بودند نیز همینگونه بود). در این گونه مصارف، به کربن اکتیوی که از زغال سنگ نارس (تورب) به دست آمده نیز نمی توان بسنده کرد، زیرا اندازه ی منافذ این نوع کربن اکتیو بسیار درشت است. ماده ای که پس از این همه آزمایش، امتحان خود را پس داده و عملکرد خوبی را از خود نشان داده است، زغال سنگ قیری (Bituminous) (که هنگام سوخت دود وخاکستر تولید می کند و به soft coal نیز معروف است.) نام دارد. این زغال سنگ دارای macrospore های بسیار درشتی به اندازه ی ۴۰-۵۰۰۰ انگستروم می باشد که این قابلیت را دارند که ترکیبات گوناگون با اندازه ی مختلف را از آکواریوم حذف کنند. یکی دیگر از اصطلاحات تخصصی، (حجم تخلخل) نام دارد و مربوط به میزان فضاهای خالی موجود در درون ذرات کربن می باشد. تا حدودی به این معناست که هرچه تعداد فضاهای خالی موجود در درون ذرات کربن بیشتر باشد، فضاهای بیشتری برای مولکول ها به وجود خواهد آمد. به طور کلی، می توان این گونه تصور کرد که هرچه میزان مساحت سطح داخلی بیشتر باشد، میزان گنجایش مواد نیز بیشتر خواهد بود. اکنون احتمالاً سوالات زیادی به ذهن شما خطور کرده است که دلیل استفاده ی ما از این ماده چیست؟ و یا آیا واقعاً استفاده از این ماده ضروری است؟ و اگر چنین است، چگونه می توانیم یک برند تجاری خوب از این نوع کربن را انتخاب کنیم؟ باتوجه به نحوه ی استفاده ی شما از کربن اکتیو، باید گفت که با استفاده از این ماده می توان آکواریوم ها را برای طولانی مدت پایدار نگه داشت، فقط گاهی ناخواسته آکواریوم ها پر از جلبک می شوند. علیرغم این که هیچ شکی نیست که با گذر زمان آکواریوم ها سرشار از مواد مغذی شوند و ظرفیت زیستی و ترکیبات کربن دار (DOC ها) تهیه شده از فرآیندهای موجود در آکواریوم افزایش یابند، اما پیش از این که مشکلی رخ دهد، باید تمامی مراحل را مورد بررسی قرار داد. به نظر من، هیچ راهی بهتر از این نیست که با بهره برداری از میزان اندکی کربن اکتیو از پیشامد مشکلات جلوگیری کرد.

(دلفیران نماینده انحصاری محصولات آکوا فارست)

البته، هنوز هم افرادی هستند که طرفدار آن روی سکه هستند و معتقدند که نیازی به استفاده از این محصول در آکواریوم نیست، زیرا این ماده به خودی خود مشکلات زیادی را به وجود می آورد. همانند سایر رویدادهایی که در دنیای مدرن رخ می دهد، همواره باید دو سوی قضیه را مورد بحث قرار داد. یکی از اصلی ترین مخالفت هایی که برخی از افراد برعلیه بهره برداری از کربن اکتیو دارند، این است که ممکن است منجر به بیماری تحلیل سر و خط جانبی یا (Head and lateral line erosion) در آبزیان شود، اما در واقع هیچ مدرکی در این باره در دست نیست. و یا افرادی معتقدند که ممکن است این ماده سبب حذف عناصر کمیاب شود که در اقیانوس ها کمتر از ۱ میلیونیوم گرم از آن هرگز استفاده نشده است مانند: کبالت، کروم، کادمیوم، سرب و زینک. برخی از عناصر کم مقدار مانند: ید، آهن و مولیبدن به سهولت از طریق ترکیبات نمکی و یا افزودنی ها تهیه می گردند .از این رو، به آسانی می توان با تعویض آب و استفاده از افزودنی ها، عناصر کمیاب را مجدداً تجدید کرد. بنابراین، عناصر کمیابی که با استفاده از کربن اکتیو از دست می روند مجدداً تجدید می گردند چون بسیار ناچیزند. یکی دیگر از عیوب این محصول این است که زمانی که کربن اشباع می گردد، پیوندهای مربوط به جذب سطحی نیز ضعیف می گردند و جذب سطحی و یا تراوش مواد جذب شونده نیز احتمالاً به حالت قبل بر می گردند. گرچه این مسئله صحیح است، اما باید در PH آب تغییری رخ دهد. مثلا رویداد عجیبی در آکواریوم رخ می دهد. اما پیشامد این اتفاق در فعالیت های روزانه ی آکواریومی امری غیرعادی است. از سوی دیگر، استفاده از کربن اکتیو برای حذف مواد مورد استفاده در درمان بیماری های آکواریومی بسیار موثر است. برای مثال، مس، داروهای سولفا و آنتی بیوتیک ها. بنابراین، روی هم رفته، این ماده، محصول بسیار ارزشمندی در میان سایر ابزار موجود در انبار آکواریست هاست تا بدین وسیله کیفیت آب را ارتقا دهند.

(آکواریوم آب شور دلفیران)

با فرا رسیدن زمان انتخاب یک برند تجاری، بیشتر کربن اکتیوها به عنوان کربن اکتیو گرانولی (Granular Activated که به اختصار با GAC نشان داده می شود) به فروش می رسند، زیرا فرم این کربن ها دانه ای می باشد و معمولاً دارای ذراتی بیشتر از mm 0.1 هستند. درشتی و خردی کربن اکتیو ها به تقاضای توزیع کنندگان و خرده فروشان بستگی دارد. پس از آن، به ظاهر، اندازه، شکل، شناور بودن و ایجاد صدای هیس در حین خیس شدگی و بسته بندی هایی که با فسفات آزاد هستند توجه می شود. به یاد داشته باشید که محصولاتی نیز وجود دارند که شبیه به کربن اکتیو هستند اما هرگز فعال نبوده اند. بنابراین، همیشه به واژه ی (فعال Active) موجود برروی بسته بندی ها توجه کنید. اگر محصولی فعال نباشد برای مصارف آکواریومی نامناسب و نامطلوب خواهد بود. حتی این نکته هنوز هم ضامن اکتیو بودن این محصول نیست، اماحداقل نقطه ی آغاز بسیار خوبی است. در صورتی که برند تجاری معروفی را خریداری می کنید، نگرانی بابت آن نداشته باشید و همین نکته (درج شدن کلمه فعال active) بر روی بسته بندی کافی خواهد بود و شما می توانید با اطمینان خاطر بیشتری از آن استفاده کنید، فقط از تهیه برندهای ارزان قیمت و ناشناخته بپرهیزید! سپس مواد اولیه آن را جستجو کنید و در صورت امکان محصولی را تهیه کنید که زغال سنگ Bituminus باشد. پس از آن، ذرات کدر سیاه رنگ را به ذرات شفاف سیاه رنگ ترجیح دهید، زیرا ذرات کدر کربن نسبت به ذرات شفاف کربن دارای سطح تخلخل بیشتری هستند. سطح کربن اکتیو باید اندکی نامنظم و ناصاف باشد وکل ذرات کربن باید دارای گوشه های گردی باشند که از این طریق با کاهش سطح جذب بتوانند از ورود جریان آب جلوگیری کنند. از آن جایی که اندازه ی فیزیکی ذرات تعیین کننده ی کارایی محصول است، در جست و جوی ذراتی باشید که اندازه ی تقریبیشان به اندازه ی سر یک سنجاق و یا اندکی بزرگتر است. به نظر می رسد که کربن پودر شده دارای سطح بیشتری است، گرچه این سطح مربوط به مساحت سطح خارجی می باشد و ذرات کوچکتر از جریان آب درونی جلوگیری می کنند. آن دسته از ذراتی که اندازه آن ها بیش از اندازه ی استاندارد است، جریان آب غیر یکنواختی در بستر کربن ایجاد می کنند و به طرز نامناسبی به نفوذ کامل ذرات می پردازند. گرچه ممکن است غیرعادی به نظر برسد ولی کربن باکیفیت کربنی است که کاملاً سبک باشد و به محض اینکه آب به درون منافذ آن راه می یابد صدای هیس مانندی از خود ساطع می کند و گذرگاه ها و حفره های داخلی را پر می کند. کربنی که سریعاً در آب فرو می رود (به دلیل سنگینی) و یا صدایی تولید نمی کند، آنچنان ایده آل و مطلوب نخواهد بود. باید با گفتن این جمله ادامه داد که محصول باید به عنوان فسفات آزاد برچسب گذاری شود و یا حداقل در آزمایش ها نشان داده شود که نباید نشت فسفات انجام شود. علاوه بر آن، من برندهای مختلفی را دیده ام که برچسب درجه آزمایشگاهی، درجه دارویی، درجه تحقیق و یا درجه مرغوبیت را داشتند. با این حال, به نظر می رسد که این اصطلاحات هیچ ارزشی برای کارآیی واقعی محصول ندارند. برخی ویژگی های تکنیکی و فنی وجود دارد که می توان از آن ها برای سنجیدن کیفیت آن محصول استفاده کرد. با این حال، تعداد کمی از برندها حاوی اطلاعات مورد نیاز برروی برچسب هایشان هستند، اما در عصر اینترنت یافتن این اطلاعات در صورت نیاز امکان پذیر است. مطالعات نشان داده اند که بهترین کربن اکتیو ها دارای یک مساحت سطحی کلی (TSA) از 450 تا 550 متر مربع بر سانتیمتر مکعب بوده و حجم حفره ها (PV) از 45/0 تا 60/0 میلی لیتر بر سانتی متر مکعب با یک نسبت ثابت TSA/PV از 700 تا 1000 است. اگر TSA بر اساس وزن داده شود، یک کربن با کیفیت بالا باید حداقل 1000 متر مربع بر گرم TSA داشته باشد. بنابراین هنگام انتخاب یک کربن اکتیو، همانی را انتخاب کنید که بیشترین حجم را برای وزن داده شده در نظر گرفته باشد. بخاطر داشته باشید که TSA و PV وزن نیستند، بلکه چیزی است که باید به دست آورده شود. در نهایت، قیمت بسته بندی با کارایی یا کیفیت محصول ارتباط ندارد، زیرا برخی از برندهای ارزان قیمت کیفیت بهتری نسبت به برندهای گران قیمت دارند. بنابراین فرآیند انتخاب می تواند گیج کننده باشد و اگر این گونه باشد فقط به نام تجاری معروف و توصیه های کلامی از طرف دیگر آکوآریست ها تکیه کنید. زمانی که یک محصول خوب انتخاب می شود, باید تصمیمی گرفته شود که چه مقدار از محصول مورد استفاده قرارگیرد و همچنین نحوه ی استفاده از آن محصول چطور خواهد بود. این موضوع باید با بررسی دقیق شرایط و وضعیت سیستم آکواریوم و شرایط زیست محیطی آن شروع شود. مطالب زیادی در مورد این که چه مقدار از مدیا باید مورد استفاده قرار گیرد وجود دارد. در رابطه با کاربرد محصول باید به خاطر داشته باشید که این یک محصول فیلتراسیون (تصفیه) شیمیایی است که حتی جریان آب هم در این محصول باید به درستی مورد استفاده قرار گیرد و به هدر نرود. احتمالاً موثرترین راه برای استفاده از این محصول در داخل فیلتر کنیستر (Canister filter) است جایی که کل آب در حال جریان است هرچند که در داخل مدیا باشد. کمترین تاثیر زمانی است که مدیا در داخل کیسه های توری در مکان مناسبی از سیستم آکواریوم قرار می گیرد، یعنی جایی که در آن آب می تواند به آرامی از آن عبور کند و یا روی آن جاری شود. کلمات کلیدی که باید در جمله قبل به آن توجه کنید, به کندی در میان آب, نه در سرتاسر آب و یا سریعاً در میان آب می باشد. به خاطر داشته باشید که جریان های زیاد آب، نیروهای برشی تولید میکنند که ممکن است به راحتی آلاینده ها را قبل از جذب شدن پاک کنند.

پس از آن روش جریان غیر فعال وجود دارد که در آن کیسه های کربن کاملا” در مناطقی قرار می گیرند که جریان آب راکد است. حتی برخی از عناصر به صورت فیزیکی به ذرات کربن خود جذب می شوند، نفوذ کامل ذرات کربن یا کل بستر کربن اکتیو ممکن است هرگز رخ ندهد. بدون شک کمترین راه موثر برای استفاده از این محصول وجود دارد. اما اگر از این کیسه ها استفاده می کنید بهتر است بیش از یک کیسه را در نظر داشته باشید و آن ها را در مکان های مختلف آکواریوم قرار دهید. دومین بستر کربن (محلی که کربن اکتیو در آن قرار می گیرد) آن موادی را که اولین بستر کربن از دست داده به خود جذب می کنند. با داشتن چند بستر کوچک کربن فعال و تغییر آن ها در یک بازه زمانی خاص، یعنی اولین بستر در 30 روز اول، دومین بستر در 30 روز بعدی و سپس به اولین بستر در عرض 30 روز بر می گردد که این امر نه تنها منجر به تاثیر کمتر در از دست دادن باکتری هایی می شود که آن ها را مستعمره کرده اند، بلکه عناصر کمیاب کمتری در این سیستم از بین می روند. همچنین به خاطر داشته باشید که قبل از استفاده از کربن باید گرد و غبار ذرات کربن را کاملاً بشویید. این امر به تاثیر آن بر PH کمک می کند. با توجه به مقدار مورد نیاز، متغیرهای زیادی در رابطه با سیستم فردی وجود دارد، چرا که برخی از سیستم ها نسبت به دیگر سیستم ها بهتر کنترل و نگهداری می شوند، یا به سادگی برخی از ساکنین آکواریوم، به آبی با درجه کیفی بالاتری نیازمند هستند. با این حال این تصمیمی است که شخص باید به تنهایی بگیرد و باید از آن در تمام سیستم ها استفاده شود، به نظر من، بهتر است همیشه با کمتر از حد معمول شروع کنید. به یاد داشته باشید که این موارد سخت و غیر قابل انجام نیستند، بلکه فقط اطلاعاتی از چندین سال تجربه هستند. در ابتدا من شروع به استفاده از یک قاشق چای خوری کربن اکتیو کردم که در حدود 8 گرم به ازای هر 5 گالن برای آکواریوم فقط ماهی است. برای آکواریوم های ریف، همان مقدار کربن به ازای هر 10 گالن استفاده می شود. تنها چیزی که در طی سال های گذشته برای من کارآمد و موثر بود، نگهداری از هر دو سیستم ساده و پیچیده بود. برای سیستم های ریف که شامل مرجان های سنگی است، استفاده بیش از حد از کربن اکتیو می تواند مرجان را در عرض چند ساعت سفید کند. قبلا هم این کار را انجام داده بودم و تجربه بسیار بدی از آن به دست آوردم. سوال دیگری که اغلب مطرح می شود این است که آیا باید از کربن اکتیو به طور مداوم و یا فقط در بخش خاصی از زمان استفاده شود، و من همیشه این پاسخ را داده ام که فیلتراسیون شیمیایی وسیله ای است که باید تمام وقت در آکواریوم باشد نه در زمان خاصی. تغییرات در bioload (اشاره به تمام آلاینده ها در ستون آب دارد) به راحتی دیده نمی شوند، پس چرا صبر کنیم تا مشکلی به وجود آید و سپس تلاش کنیم تا آن را برطرف کنیم! و هنگامی که نوبت به جایگزین کردن مدیاها می رسد، احتمالاً یک آزمایش کاغذ سفید می تواند این مشکل را حل کند. یک ورق کاغذ سفید ضد آب را داخل قسمتی از آب آکواریوم که نورخیلی خوبی دارد نگه دارید و تا جایی که ممکن است دور از چشمان خودتان قرارش دهید. حالا آن را با تکه کاغذ مشابه دیگری که در خارج از آب آکواریوم قرار داده اید مقایسه کنید، اگر رنگ سفید روی کاغذ اولیه در مقایسه با آن کاغذی که در بیرون از آکواریوم است کمی زرد به نظر برسد زمان آن رسیده است که بستر کربن اکتیو را تعویض کنید. با این وجود من توصیه میکنم, در هنگامی که بستر های کربن اکتیو به طور کامل مورد استفاده قرار می گیرند برای دوره طولانی تر از 60-45 روز نگهداری نشوند. گرچه افراد دیگری توصیه می کنند که آن ها را بیش از 30 روز نگهداری نکنید. البته در سیستم bioload و کیفیت محصول که هر دو از اهمیت زیادی برخوردارند، عوامل مختلفی نقش دارند. بنابراین, این یک تصمیم شخصی است که بر پایه یک ارزیابی قابل اطمینان از جزئیات موجود به عمل آمده است که می توان با استفاده از یک محصول باکیفیت و کاربرد مناسب آن دنبال شود. بدون شک در میان مدیاهای فیلترینگ شیمیایی از GAC (فیلتر کربن اکتیو گرانول) می توان به عنوان یک تصویه کننده مقرون به صرفه، کاربردی و اثبات شده یاد شود و می توانیم از آن در آکواریوم ها استفاده کنیم و استفاده از آن به شدت توصیه می شود.