تحضير كربون منشط من قشور جوز الهند والمواد المضافة ( النايلون 6.6) بوساطة الكربنة الإنصهارية الجافة في الوسط القاعدي

1. تحضير الكربون المنشط :-

مجموعة تكنولاب البهاء جروب

عميد دكتور

بهاء بدر الدين محمود

استشارى كيميائى

01229834104

أ . تهيئة المادة الأولية :

أخذت المادة الأولية من ( قشور جوز الهند ) بهيئتها الطبيعية الجافة ، ثم طحنت وحولت إلى مسحوق لتتفاعل مع المادة المكربنة بالكامل وللحصول على نتائج جيدة .

ب. عملية الكربنة الابتدائية :

توضع المادة الأولية المهيئة بشكل مسحوق في وعاء من الفولاذ المقاوم للصدأ ثم تضاف المادة المكربنة ( هيدروكسيد الصوديوم ) والمادة الرابطة ( مادة النايلون الصناعية ) بنسب (0.1 : 2 : 1 ) ، ( 0.2 : 2 : 1 ) ، ( 0.3 : 2 : 1) ، (0.4 : 2 : 1 ) على التوالي ويتم مجانسة الخليط جيدا وبعد ذلك يسخن إلى درجة حرارة (300) 5م لمدة نصف ساعة مع التحريك المستمر .

جـ. عملية الكربنة النهائية والتنشيط :

بعد إتمام الكربنة الابتدائية لقشور جوز الهند ترفع درجة الحرارة إلى( 5505م + 25) 5م لمدة ساعة ونصف أخرى بحيث يصبح الزمن الكلي للعمليتين ساعتين لغرض إتمام عملية الكربنة وتنشيط نماذج الكاربون المحضرة بعدها يبرد إلى درجة حرارة المختبر .

د. تنقية الكاربون المنشط :

يغسل الكاربون المنشط عدة مرات بالماء المقطر من اجل الحصول على نماذج خالية من المادة القلوية ثم يغسل بمحلول (%10) حامض الهيدروكلوريك لإزالة أي اثر للايونات ، يغسل بعدها بالماء المقطر ثانية لحين التأكد من خلوه من الآثار الحامضية ، يجفف النموذج عند درجة حرارة ( 110) 5م ويسحق جيدا وبعد ذلك يحفظ بمعزل عن الهواء .

2. القياسات الخاصة بتعيين فعالية الكاربون المنشط :-

أ. قياس المساحة السطحية الداخلية بطريقة إمتزاز اليود من محلوله المائي :(15)

تعد هذه الطريقة من الطرق المعروفة والشائعة لإعطاء معلومات عن المساحة السطحية الداخلية للكاربون المنشط ويعبر عنها بعدد الملغرامات من اليود الممتزة من المحلول بوساطة (1) غم من الكاربون المنشط إذ يؤخذ (1) غم من الكاربون

المنشط ويضاف إليه (10مل) من محلول (%5) HCl ثم يسخن لمدة نصف ساعة بعدها يبرد إلى درجة حرارة المختبر ويضاف إليه ( 100مل ، 0.1 N ) من محلول اليود ويرج لمدة نصف ساعة بوساطة جهاز الرج الكهربائي ثم يرشح ويؤخذ (50 مل) من الراشح ويسحح مع محلول (0.1 N ) ثايوسلفات الصوديوم اللامائية بوجود دليل النشأ ويحسب حجم ثايوسلفات الصوديوم من السحاحة .

ويتم حساب الرقم اليودي (I.N.) من خلال المعادلات الآتية :-

X = A- [2.2B * V]
A = N1*12693
B = N2 * 126.93

إذ أن :-

X= وزن اليود( مقاسا بالملغرامات) الممتز من قبل الكاربون المنشط .
V = حجم ثايوسلفات الصوديوم من السحاحة .
N1 =التركيز ألعياري لمحلول اليود ( 0.1N ).
N2= التركيز ألعياري لمحلول ثايوسلفات الصوديوم ( 0.1N ) .

ويتم حساب الرقم اليودي من المعادلة الآتية :-

I.N. =X/M .D

إذ أن :-

M = وزن نموذج الكاربون المنشط المستخدم.
D =معامل التصحيح( قيمة قريبة من الواحد) .

ب . قياس المساحة السطحية الخارجية بطريقة إمتزاز صبغة المثيلين الزرقاء من محلولها المائي :-

تعد هذه الطريقة أيضا من الطرق الشائعة وتتضمن وزن (0.1 ) غم من الكاربون المنشط الذي تم تحضيره يوضع في دورق مخروطي ويضاف إليه كمية معلومة من تركيز (20ppm) من محلول الصبغة ثم يوضع في جهاز الرج الكهربائي لمدة (24 ساعة ) في درجة حرارة المختبر يلاحظ اختفاء لون الصبغة وعند ملاحظة ثبات لون الصبغة يفصل المحلول بطريقة التركيد ثم يؤخذ المحلول الرائق ويوضع في خلية امتصاص وتقاس الامتصاصية عند طول موجي (665) نانوميتر ، ثم يتم حساب تركيز الصبغة الممتزة من قبل الكاربون المنشط من خلال المنحني القياسي المعد بأخذ عدة تراكيز مختلفة من صبغة المثيــلين الزرقـاء ( 5 , 10 , 15 , 20 , 25ppm ) وتم قيــاس الامتصاصية لها عند نفس الطول ألموجي المذكور أعلاه ورسم خط بياني بين قيم الامتصاصية والتركيز ، ثم يتم إسقاط قيم الامتصاصية لمحاليل الصبغة الممتزة من قبل الكاربون المنشط .
3. إجراء بعض القياسات على نماذج الكاربون المنشط :-

أ‌. قياس محتوى الرطوبة :-

تتضمن هذه الطريقة تعريض الكاربون المنشط لجو المختبر لمدة (24) ساعة ثم يجفف بدرجة حرارة (110)5م لمدة ساعتين ، ثم يبرد ويوزن ومن خلال فرق الأوزان تم حساب محتوى الرطوبة على هيئة نسبة مئوية .

ب . قياس النسبة المئوية للرماد :-

يؤخذ(1) غم من نموذج الكاربون المنشط ويوضع في جفنة خزفية ثم يتم تسخينه في فرن درجة حرارته ( 1000) 5م لمدة ساعة ، يبرد بعد ذلك إلى درجة حرارة المختبر في حاوية مجففة (desicator) ويحسب وزن النموذج المتبقي الذي يمثل وزن الرماد وتحسب من خلالها النسبة المئوية له .

جـ . قياس كثافة الكاربون المنشط :-

توضع كمية معينة من الكاربون المنشط في قنينة حجمية سعتها (5) مل وتدك المادة بلطف ودقة لغرض التخلص من المسامات بين الجزيئات بحيث يشغل الكاربون المنشط حجمها معملاحظة جعل دقائق الكاربون بمستوى واحد عند حد العلامة ثم يتم وزن الكاربون الموجود في القنينة بميزان حساس وتحسب الكثافة كما يلي :-

الكثافة = الكتلة\ الحجم (غم\ سم3)

النتائج والمناقشة

إن معظم العمليات والطرق التي تم اعتمادها في الأدبيات لتحضير وإنتاج الكاربون المنشط من مواد أولية مناسبة عن طريق كربنتها بعوامل الكربنة المعروفة مثل الكبريت وحامض الكبريتيك وحامض البيركلوريك وغيرها أو بواسطة الأملاح المكربنة مثل خلات الصوديوم وبعض القواعد كهيدروكسيد الصوديوم وكافة طرق الكربنة كانت تعتمد على مبدأ إزالة الهيدروجين من المواد الكاربونية في أوساط تحتوي على مذيبات وفي دراستنا هذه تم كربنة المادة الأولية (قشور جوز الهند ) ذات المحتوى اللكنيني العالي عن طريق خلطها وهي جافة بهيدروكسيد الصوديوم لغرض إزالة الهيدروجين على هيئة ماء والتخلص منه حراريا أي إن عملية الكربنة في هذه الحالة هي عملية صهر اندماجي يعقبها عملية فقد للماء والغازات الأخرى حيث تم الحصول على كتلة سوداء يتم غسلها وتنشيطها بالحوامض المعدنية ويوضح الجدول الآتي القياسات التي تم إجراؤها على نماذج الكاربون المنشط التي تم تحضيرها :

Humidity
% Density
gm / cm3 Ash
% Methylene Blue
mg /gm Iodine NO.
mg/gm Ratio of wood :
NaOH:
Nylon: Samples
7.5 0.09 0.42 25.1 650.2 1 : 2 : 0.1 A
7.1 0.12 0.53 36.3 673.1 1 : 2 : 0.2 B
7.8 0.11 0.49 39.5 710.0 1 : 2 : 0.3 C
8.1 0.08 0.51 47.3 740.7 1 : 2 : 0.4 D
0.8 0.325 3.2 90 908 B.D.H

لقد اعتمدت فكرة الكربنة في الجدول أعلاه على إضافة مادة رابطة بنسب قدرها( % 40 – 10 ) من النايلون (6.6) نسبة إلى المادة الأولية واعتمد في ذلك على فكرة تفكك النايلون وإزالة الهيدروجين من النظام الكربوني تحت الدراسة ثم إعادة ربط الأجزاء المتكونة بثنائي الأمين الحر أو ثنائي الحامض على شكل ملح ونعتقد هنا إن عملية الكربنة حدثت بفعل هيدروكسيد الصوديوم ولكن بفعل أملاح الصوديوم الثنائية لحامض الاديبيك أيضا ولوحظ أن المسامات الخارجية ذات الحجوم الكبيرة في سطح الكاربون تزداد برفع كمية النايلون المضافة وهي على عكس البولي اثيلين في دراسة سابقة أما إمتزاز اليود قيمة لا بأس بها تقدر بثلثي النموذج التجاري من شركة ( BDH ) المعروفة وبدأت بالزيادة حتى وصلت إلى ثلاثة أرباع النموذج التجاري عند النموذج ( D ) في الجدول.

ويمكن القول إن استخدام النايلون وتنشيطه وارتباطه بالوحدات التركيبية للكاربون المنشط وإذا ما نظرنا إلى الكثافة نجد انه يزداد تدريجيا ويتذبذب أحيانا ويعود السبب في ذلك إلى صعوبة الفصل بين المجاميع والوسط الناقل لها ، أما محتوى الرطوبة لها فازداد تدريجيا مما يدل على الفاعلية ، ومحتواها من الرماد كان شبه ثابت لان تغيره كان ضمن مدى واطئ ،ويمكن ملاحظة ذلك في الأشكال ( 5 - 1 ) .

إذا ما قارنا بين الأنواع المنتجة بالطرق التقليدية واستخدامها في إزالة الغازات في الأقنعة ومادة ساندة للحفازات بالكاربون المنشط الذي تم تحضيره في هذه الدراسة ونعتقد انه يصلح لكافة الأغراض التي يستخدم فيها الكاربون المنشط بالطريقة أعلاه اخذين بنظر الاعتبار الوقت والكلفة في الإنتاج أي السهولة في إنتاجه ، فضلا عن إن هذه الأنواع من الكاربون المنشط التي حضرت تكون خالية من الكبريت والنتروجين والمواد السامة المختلفة وقد تكون ذو فائدة كبيرة عند استخدامها مع المواد الصيدلانية أو الصناعات الغذائية وسيتم في دراسة لاحقة استخدام الحامض لوحده أو الأمين لوحده لملاحظة قابلية الكاربون المنشط ونقاوته وخلوه من المواد السامة والطيارة لكي يمكن استخدامه طبيا .