فیلترهای هوای کربن فعال شده: هر آنچه باید بدانید
به گزارش استدیو مرینا، در این مقاله به فناوری تصفیه هوا با استفاده از کربن فعال شده، و فناوری جدیدی که حتی از آن پیشی گرفته است پرداخته می گردد.
کربن فعال شده دارای خواص ویژه ای است که به آن اجازه می دهد ترکیبات آلی فرار (volatile organic compounds) (VOC) ، بوها و سایر آلاینده های گازی را از هوا بزداید. این کار را به روشی انجام می دهد که متفاوت از سایر دستگاه های تصفیه هوا مانند دستگاه تصفیه مکانیکی HEPA است که فقط آلودگی ذرات را از هوا فیلتر می نمایند. فیلترهای هوای کربنی مولکول های گاز را روی بستر زغال گیر می اندازند، فرایندی که به طرز شگفت انگیزی تاریخچه پر رنگی دارد. در این جا شما به عمق نحوه کار آنها فرو خواهید رفت. سپس می توانید با آنالیز مزایا و معایب آن، در نظر بگیرید که آیا استفاده از فیلتر هوای کربنی احتیاجهای شما را برآورده می نماید یا نه.
برخلاف فیلترهای کربنی، فناوری اکسیداسیون الکتروشیمیایی نوری Molekule (PECO) به جای جمع آوری آنها، آلاینده های عبوری از فیلتر را از بین می برد. سرفصل مطالبی که مطرح می کنیم: فیلترهای هوای کربن فعال شده چیست؟ تاریخچه رنگارنگ فیلتراسیون کربن. فیلترهای هوای کربن چگونه آلاینده های گازی را به دام می اندازند؟ نحوه استفاده مؤثر از فیلتر هوای کربن. کربن فعال شده برای چه کاری خوب است؟ چه اشکالاتی در استفاده از کربن فعال شده وجود دارد؟ آیا باید از فیلتر هوای کربنی بهره ببرید؟ راه چاره ما.
فیلترهای هوای کربن فعال شده چیست؟
فیلترهای هوای کربنی فیلترهایی هستند که بیشتر برای حذف گازها استفاده می شوند. آنها برای فیلتر کردن گازها به وسیله بستر کربن فعال (که به آن زغال فعال نیز گفته می گردد) طراحی شده اند و معمولاً برای مقابله با ترکیبات آلی فرار (VOC) آزاد شده از محصولات معمول خانگی استفاده می شوند. بعلاوه اغلب از آنها برای از بین بردن بوهایی از هوا، مانند بوی دود تنباکو، استفاده می گردد. آنها نمی توانند ذرات ریز مانند کپک، گرد و غبار یا گرده را از هوا پاک نمایند.تاریخچه رنگارنگ فیلتراسیون کربن
تصویر: هزاران سال است که انسان ها برای تصفیه آب - البته گاهی به طور تصادفی - از این فیلترهای کربنی استفاده می نمایند.
کربن فعال شده، کربنی است که برای بهتر شدن در به دام انداختن مولکول های گاز، پردازش اضافی روی آن انجام شده باشد.
زغال یا کربن چیست
این اصطلاحاتِ قابل تعویض، به بقایای یک احتراق ناقص اشاره دارد. قطعه چوب زغال شده را که پس از آتش سوزی به جای مانده است تصور نمایید. در این قطعه، فقط موادی از چوب که به راحتی قابل احتراقند سوزانده شده اند، که این امر یا به علت گرمای ناکافی یا تأمین کم اکسیژن انجام شده است. زغال سنگ سیاهی که باقی می ماند بیشتر کربن است. فرآیند صنعتی فراوری زغال چوب با گرم کردن ماده ای در یک محفظه خلأ، که تمام ترکیبات فرار را آزاد می نماید و تمام کربن را باقی می گذارد، به نتیجه می رسد. برای تهیه زغال معمولاً از چوب استفاده می گردد اما از پوسته نارگیل و زغال سنگ نیز برای این کار استفاده می گردد. هر ماده ای نوع متفاوتی از زغال را ایجاد می نماید.کربن چگونه فعال می گردد
کربن فعال شده، کربنی است که برای بهتر شدن در به دام انداختن مولکول های گاز، پردازش اضافی روی آن انجام شده باشد. ابتدا با هوای گرم، دی اکسیدکربن یا بخار تزریق می گردد که باعث ایجاد شبکه ای از منافذ ریز در کربن می گردد و این کار، سطح آن را بسیار افزایش می دهد. این کار، مکان های بیشتری را برای به دام انداختن مولکول ها ایجاد می نماید و باعث می گردد که کربن به عنوان یک محیط فیلتر، بسیار مؤثرتر باشد. مقاله ای از آژانس حفاظت از محیط زیست اوهایو خاطر نشان می نماید که یک گرم کربن فعال شده می تواند صدها متر مربع سطح داخلی داشته باشد. اغلب، بعلاوه روی کربن فعال شده با ماده ای شیمیایی کار می گردد تا توانایی آن در فیلتر کردن آلاینده های خاص افزایش یابد.تاریخچه رنگارنگ استفاده از فیلتراسیون کربن
چگونه انسان ها فهمیدند که کربن می تواند در فیلتر کردن آلاینده ها مؤثر باشد؟ به احتمال زیاد اولین استفاده از آن برای پاک کردن ناخالصی های موجود ناشی از فلز گداخته شده برای ساخت برنز بوده است. به نظر می رسد مصری ها اولین کسانی بوده باشند که از آن به یک روش پزشکی برای از بین بردن بوهای مرتبط با عفونت استفاده کردند. ما می دانیم که ملوانان در قرن 16 تا 18 اغلب آب آشامیدنی خود را در بشکه هایی ذخیره می کردند که داخل آنها نیم سوز یا با زغال آغشته شده بودند تا آب را در سفرهای طولانی تازه نگه دارند.دستگاه های تصفیه مکانیکی هوا که فقط می توانند ذرات را فیلتر نمایند نمی توانند بوی نامطبوع را از بین ببرند.در جنگ جهانی اول، ماسک های گاز از زغال برای فیلتر کردن برخی از گازهای مهلک مورد استفاده علیه نیروها، استفاده می کردند، اما آنها فقط در برابر برخی از سموم مؤثر بودند. فراوری و استفاده از کربن فعال شده فقط پس از جنگ جهانی دوم به طرز چشمگیری رشد کرد و در نهایت منجر به فراوری فیلترهای مدرن هوا و آب با کربن فعال شده گشت.
فیلترهای هوای کربنی چگونه آلاینده های گازی را به دام می اندازند
تصویر: نموداری از خصوصیات جذب فیلترهای هوای کربن فعال شده - سایپرز، باشگاه دانش. جذب سطحی بسیار متفاوت از جذب است. مواد شیمیایی گازی موجود در هوا (به ویژه مواد شیمیایی آلی فرار یا VOCها) به سطح فیلترهای هوای کربنی تا جایی می چسبند که سطح فیلتر کاملاً اشباع گردد.
فیلترهای هوای کربنی با فرایندی که به عنوان جذب سطحی شناخته می گردد، آلاینده ها را از هوا خارج می نمایند. توجه داشته باشید که این با جذب فرق دارد. در جذب، ماده ای که می خواهید حذف کنید (مثلاً آب) در ساختار جاذب (مثلاً اسفنج) جذب می گردد، اما در سطح مولکولی تبدیل به بخشی از جاذب نمی گردد. بنابراین، وقتی آب را با اسفنج جذب می کنید، آب از نظر شیمیایی به اسفنج متصل نمی گردد، و فقط فضای داخل آن را پر می نماید.
از طرف دیگر، فیلترهای کربن از جذب سطحی استفاده می نمایند نه از جذب. تفاوت کلیدی در این جا این است که در طول جذب سطحی، آلاینده ها به قسمت بیرونی کربن می چسبند. در حالی که در جذب، آلاینده ها در داخل ساختاری مانند اسفنج جذب می شوند.
زغال خالص شبکه ای از اتم های کربن است که به یکدیگر متصل شده اند. فرایند فعال سازی بسیار مهم است زیرا افزایش سطح باعث می گردد گازها فضای بیشتری برای چسبیدن داشته باشند. هنگامی که یک مولکول ماده ای گازی به میان کربن وارد می گردد، می تواند، به شرط وجود یک محل باز جذب سطحی، به سطح بستر بچسبد.
کربن بسته به اندازه استفاده زیاد و اندازه آلاینده هایی که در معرض آن قرار گرفته است، اشباع می گردد. فرایند جذب سطحی باعث می گردد فیلترهای هوای کربنی مواد شیمیایی آلی (گازها) را از هوا فیلتر نمایند. مشکل بستر کربن فعال شده این است که با گذشت زمان، آلاینده های گازی به گونه ای فزاینده محل های جذب سطحی کربن فعال شده را پر می نمایند. پس از اشباع بستر، فیلتر دیگر نمی تواند آلاینده ها را به دام بیندازد. در واقع، موادی شیمیایی با میل ترکیبی بیشتر برای یک محل جذب سطحی، می توانند جایگزین موادی با میل ترکیبی کمتر در این محل شوند، و میل ترکیبی یک ماده شیمیایی خاص برای جاذب بسیار به شرایط محیطی مانند دما و رطوبت نسبی بستگی دارد. بنابراین، با تغییر شرایط، ممکن است مواد شیمیایی مختلفی از فیلتر خارج شوند. وقتی یک فیلتر هوای کربنی اشباع شد، ممکن است متوجه ساطع شدن بوی عجیبی از آن شوید. این یک شاخص قوی است که زمان آن رسیده است که فیلتر کربن خود را عوض کنید.
نحوه استفاده مؤثر از یک فیلتر هوای کربنی
فیلترهای هوای کربنی می توانند قسمت مهمی در سیستم تصفیه هوای منزل شما باشند، اما باید از آنها به درستی استفاده گردد.اطمینان حاصل کنید که فیلتر، از کربن کافی استفاده می نماید
در خصوص برخی از فیلترها ادعا می گردد که فیلترهای کربن فعال شده هستند اما در آنها فقط از اثری از کربن استفاده می گردد. اینها مؤثر نخواهند بود زیرا تقریباً بلافاصله اشباع می شوند. یک دستور العمل خشن این است که در یک فیلتر هوای کربن فعال شده خوب از حداقل پنج پوند کربن استفاده می گردد - البته همه کربن ها یکسان نیستند و برخی از آنها ممکن است از محل های اتصال (و ظرفیت اشباع) بیشتری نسبت به بقیه برخوردار باشند. اما، به طور کلی، هرچه کربن بیشتری استفاده گردد، می تواند مؤثرتر باشد زیرا در آن صورت، مکان های جذب بیشتری برای چسبیدن وجود خواهد داشت.جریان هوا حیاتی است
برای زدودن بیشترین آلاینده های ممکن از هوا، هوا باید حداکثر زمان ممکن را صرف عبور از کربن کند. در صنعت فیلتر هوا، این به عنوان زمان ماند شناخته می گردد. فیلتری با میزان کافی کربن با ضخامت کافی و زمان ماند زیاد، بسیار کارآمدتر از فیلتری با لایه ای نازک از کربن است.فیلتر کربن خود را عوض کنید
وقتی کربن اشباع شد، تمام کارایی خود به عنوان فیلتر هوا را از دست می دهد. لازم است که وقتی این اتفاق می افتد آن را با یک فیلتر کربن تازه عوض کنید. مسئله این است که روش کاملی برای دانستن زمان اشباع کربن وجود ندارد. برخی اوقات متوجه بو می شوید و برخی وقت ها متوجه نمی شوید. شما می توانید دستور العمل های کارخانه سازنده فیلتر را دنبال کنید و آن را به طور منظم مطابق با دستور العمل عوض کنید، گر چه این فقط یک تخمین تقریبی است. کربن بسته به اندازه استفاده زیاد و اندازه آلاینده هایی که در معرض آن قرار گرفته است، اشباع می گردد. تعویض فیلترهای کربن یک سرمایه گذاری پر هزینه است، اما برنامه تعویض ماهانه نقطه آغاز خوبی است.کربن فعال شده دارای خواص ویژه ای است که به آن اجازه می دهد ترکیبات آلی فرار (volatile organic compounds) (VOC) ، بوها و سایر آلاینده های گازی را از هوا بزداید.لطفاً توجه داشته باشید که طبق رهنمودEPA ، فیلترهای فاز گاز، مانند کربن فعال شده، نمی توانند منوکسیدکربن را به راحتی از بین ببرند، و برای اجتناب از قرار گرفتن در معرض این گاز، باید از مراحل مهم دیگر، مانند داشتن ردیاب مونوکسید کربن، استفاده گردد.
اکنون که می دانید چگونه از فیلتر کربن به خوبی بهره ببرید، قدم بعدی این است که یاد بگیرید برای چه شرایطی می توان از آن به طور مؤثر استفاده کرد.
استفاده از کربن فعال شده، برای چه کاری خوب است؟
استفاده از فیلترهای هوای کربن فعال شده در چند حوزه می تواند مفید باشد.ترکیبات آلی فرار (VOCها)
فیلترهای هوای کربنی می توانند در فیلتر کردنVOC ها از هوا مؤثر باشند. این ها موادی گازی هستند که بیشتر فیلترهای مکانیکی دیگر مانند فیلترهای HEPA (که در آنها از پشم شیشه و پوشال استفاده می گردد) نمی توانند آنها را لمس نموده و به دام اندازند. برخی از گازهای موجود در دود سیگار یا گازهایی که در اثر خشک کردن رنگ یا محصولات تمیز نماینده خارج می شوند، می توانند به وسیله فیلتر کربن از هوا جدا شوند. بنزن، تولوئن، زایلن و برخی از ترکیبات کلر از جمله ترکیباتی هستند که ممکن است به وسیله فیلترهای کربن حذف شوند.بوها
دستگاه های تصفیه مکانیکی هوا که فقط می توانند ذرات را فیلتر نمایند نمی توانند بوی نامطبوع را از بین ببرند. بنابراین مردم اغلب از فیلترهای کربنی برای از بین بردن بوها استفاده می نمایند، و البته مسلماً آنها نمی توانند همه بوها را پاک نمایند.اشکالاتی که در استفاده از کربن فعال وجود دارد
تعویض فیلتر
جایگزینی فیلترهای کربنی اشباع شده ممکن است ناخوشایند و گران باشد. بعلاوه مشخص این که چه زمانی فیلتر کربن شما احتیاج به تعویض دارد سخت است زیرا هیچ علامت قابل مشاهده ای در هنگام اشباع کامل وجود ندارد. شما فقط باید زمان آن را حدس بزنید یا به توصیه های زمان جایگزینی ارائه شده به وسیله سازنده اعتماد کنید.فیلتری با میزان کافی کربن با ضخامت کافی و زمان ماند زیاد، بسیار کارآمدتر از فیلتری با لایه ای نازک از کربن است.نمی تواند آلودگی های ذره ای را مرتفع کندفیلترهای هوای کربنی، بسیاری از ترکیبات آلی را از هوا خارج می نمایند، اما همان طور که در بالا ذکر شد، آنها نمی توانند آلاینده های ذره ای را رفع نمایند. این ذرات ممکن است شامل مواد حساسیت زایی مانند گرد و غبار و گرده گل، یا حتی آنهایی باشند که از دود دست دوم یا آتش سوزی ناشی می شوند - که مورد اخیر می تواند به ویژه در کوتاه مدت خطرناک باشد.
آیا باید از یک فیلتر هوای کربنی بهره ببرید
شاید شما بخواهید از فیلتر کربنی برای از بین بردن بوها در کوتاه مدت، مثلاً در یک آتش سوزی یا در زمان بازسازی خانه بهره ببرید. یا شاید شما نگران آزاد شدنVOC های ناشی از محصولات خانگی یا مصالح ساختمانی (مانند فرمالدئید) در خانه باشید. در این موارد استفاده از فیلتر کربن گزینه قابل قبولی است.با این حال، برای طولانی مدت، فیلتر کربنی از نظر هزینه ممکن است برترین سرمایه گذاری نباشد، زیرا شما باید یک فیلتر با میزان زیادی کربن درون فیلتر بخرید، دائماً اندازه اشباع فیلتر را کنترل نموده و هر زمان که لازم بود آن را تعویض کنید. به علاوه، از آن جا که ذراتی را که نوع عمده ای از آلاینده های هوای داخل ساختمان را تشکیل می دهند از بین نمی برد، شما فقط بخشی از مشکل آلودگی هوای داخل را با آن رفع می کنید. به همین دلایل، ممکن است عاقلانه باشد که به جای آن در یک راه چاره قوی تر سرمایه گذاری نمایید. دستگاه های هیبریدی یا ترکیبی تصفیه هوا وجود دارند که حاوی یک فیلتر کربنی و بعلاوه یک فیلتر مکانیکی مانند HEPA هستند.
راه چاره ما
گزینه دیگر، فناوری جدیدی به نام اکسیداسیون الکتروشیمیایی نوری (Photo Electrochemical Oxidation) (PECO) است که در دستگاه تصفیه هوای Molekule از آن استفاده می گردد. دستگاه Molekule قادر است گازهایی مانند ترکیبات آلی فرار را بردارد، اما بر خلاف فیلتر کربنی، آنها را از بین می برد و امکان باز نشر آنها مثلاً به وسیله فرایند گازدهی یا دی گسینگ دیگر وجود نخواهد داشت. بنابراین، خطر آزاد شدن دو باره این گازها در هوا بر اثر اشباع فیلتر وجود ندارد. فیلتر هوای کربن فعال شده می تواند یک گزینه برای استفاده کوتاه مدت باشد، اما در طولانی مدت، Molekule می تواند راه چاره بهتری برای احتیاجهای فیلترینگ هوای آلوده باشد.فرایند فعال سازی بسیار مهم است زیرا افزایش سطح باعث می گردد گازها فضای بیشتری برای چسبیدن داشته باشند.تست های آزمایشگاهی به وسیله آزمایشگاه کالیبراسیون ذرات دانشگاه مینه سوتا در دستگاه تصفیه هوا Molekule انجام شده است. در یک آزمایش، PECO یا اکسیداسیون الکتروشیمیایی نوری در برابر فیلتر کربنی آزمایش شد. فیلتر هوای کربنی قادر بودVOC ها را به وسیله جذب سطحی فیلتر از هوا خارج کند. با این حال، هنگامی که هوای تازه به محفظه وارد شد، گازهای به دام افتاده دو باره به هوا آزاد شدند (این اصطلاحاً خارج شدن گاز یا آوت گسینگ نامیده می گردد). در مقابل، فناوری Molekule قادر به از بین بردنVOC ها و حذف آنها از هوا، بدون خطر آوت گسینگ، بود.
دستگاه های تصفیه هوای Molekule چگونه با فیلترهای کربن مقایسه می شوند
فیلترهای کربنی می توانند برخی از مواد شیمیایی موجود در هوا را جذب نمایند، که به آنها ترکیبات آلی فرار (VOC) گفته می گردد. VOC ها می توانند برای سلامتی مضر باشند و غالباً از مصالح ساختمانی، محصولات تمیز نماینده و سایر منابع ناشی می شوند. فیلترهای کربنی، همان طور که به وسیله EPA توصیف شده است، مخصوص فیلتر کردن یک یا تعداد محدودی از آلاینده های گازی هستند. این فیلترها غلظتVOC هایی را که برای آنها طراحی نشده اند کاهش نمی دهند. برخلاف فیلترهای کربنی، فناوری اکسیداسیون الکتروشیمیایی نوری Molekule (PECO) به جای جمع آوری آنها، آلاینده های عبوری از فیلتر را از بین می برد. هنگامی که فیلتر PECO به وسیله نور تحریک می گردد، رادیکال های آزاد، ساختار مولکولی هر ترکیب آلی، از جمله VOC ها، را در یک عبورمنفرد، در هم می شنمایند.توانایی کربن در تصفیه آب و هوا سابقه چشمگیری دارد. پس از آنالیز نحوه کار فیلترهای هوای کربنی و کارآیی آنها، می توانید تصمیم بگیرید کدام نوع دستگاه تصفیه هوا مناسب شرایط و بودجه شماست.
مواد شیمیایی گازی موجود در هوا (به ویژه مواد شیمیایی آلی فرار یا VOCها) به سطح فیلترهای هوای کربنی تا جایی می چسبند که سطح فیلتر کاملاً اشباع گردد.منبع: فیلیپ دی مایرز ، جونیور ، PhD ، PE | مهندس اصلی تحقیقات ، molecule science
منبع: راسخون