Aktif karbon veya amorf karbon karbon elementinin bir allotropudur. Geniş gözenek hacmi ve yüksek yüzey alanı gibi karmaşık yapıya sahip olmasının yanısıra biçimsiz yüzey şekline ve yüksek oranda karbon birleşeni içermesinden dolayı en çok kullanılan adsorbanlardan biri haline gelmiştir [1].
Aktif karbon, karbonizasyon sürecinde oluşmaya başlayan mikrokristal bir yapıya sahiptir.Ancak tabakalar arası boşluklar bakımından aktif karbon grafitten farklıdır. Grafitte tabakalar arası boşluk 0,335 nm iken, aktif karbonda 0,34 ve 0,35 nm arasında değişmektedir. Mikrokristalit tabakalarının konumlanmaları da birbirinden farklıdır [2]. Aktif karbon grafite göre daha düzensiz bir yapıya sahiptir. Biscoe ve Warren, böyle yapılar için turbostratik terimini kullanmışlardır (Biscoe ve Warren, 1942). Mikrokristalit tabakalarındaki bu düzensizliğe oksijen, hidrojen gibi hetero atomlar ve aktif karbondaki boş kafes merkezleri gibi yapısal kusurlar sebep olmaktadır. Grafitin ve aktif karbonun yapısı Şekil 1’de karşılaştırılmıştır [2].
Şekil 1. (a) Üç boyutlu grafit yapısı ve (b) Aktif karbonun turbostratik yapısı
Aktif karbonların gözenek hacimleri genelde 0,2 mL/g‘dan daha büyük ve iç yüzey alanları 400 m2/g‘dan daha geniştir. Gözenek çapları 3 Å ile 1000 Å arasında değişebilmektedir. Aktif karbon, karbon içeriğine sahip tüm maddelerden üretilebilmektedir. Örneğin odun, kömür, portakal kabuğu, fındık kabuğu, ceviz kabuğu, hindistancevizi kabuğu, zeytin çekirdeği, kayısı çekirdeği, pamuk atığı ve çay attığı gibi maddelerin çeşitli işlemlerden geçirilmesiyle elde edilir. Aktif karbonun temel birleşimi %87-97 oranlarında karbon içermekte olup, geri kalan oranlarda hidrojen, oksijen, kükürt ve azot maddelerinden oluşmaktadır.
Aktif karbonların türleri, hazırlanma yöntemlerine ve kullanılan hammaddeye göre tipik olarak toz, granül, küresel ve pelet formda bulunmaktadır.
Toz Aktif Karbonlar: Toz aktif karbonlar, 1 mm’den daha küçük tanecik boyutuna sahip aktif karbonlardır. Ortalama yarıçapları 0,15–0,25 mm aralığındadır. Bu sebeple de geniş yüzey alanı ve küçük difüzyon mesafesine sahiptirler(Şekil 2).
Şekil 2. Toz Aktif Karbon
Granül Aktif Karbonlar: Granül aktif karbonlar toz aktif karbonlara kıyasla nispeten daha büyük tanecik boyutuna ve daha küçük dış yüzey alanına sahiptirler. Granül aktif karbonlar, 0,42-0,84 mm aralık boyutlardaki öğütülmüş karbonlardır (Şekil 3).
Şekil 3. Granül Aktif Karbon
Küresel Aktif Karbonlar: Katran, naftalin ve tetralin içerisinde eritilerek küresel aktif karbon elde edilmektedir. Bu küreler nafta çözücüsü ile temas ettirilmekte ve naftalin ekstrakte edilmektedir. Bu şekilde gözenek yapısı oluşturulmaktadır. Bu gözenekli küreler ağırlıkça %30 oksijen içeren oksidasyon gazlarının varlığında 373 – 673 K arasındaki bir sıcaklıkta ısıtılmaktadır. Katran küreler, oksijenin %10’unu kimyasal olarak adsorplar. Okside küreler, amonyak ile 423 – 973 K sıcaklıkları arasında ısıtılır. Daha sonra CO2 veya buharla aktive edilir(Şekil 4).
Şekil 4. Küresel Aktif Karbon
Pelet Aktif Karbonlar: Pelet aktif karbonlar, basınçla sıkıştırılmış ve 0,8–130 mm çapında silindirik yapıdaki aktif karbonlardır (Şekil 5).
Şekil 5. Pelet Aktif Karbon
Aktif karbon enerji, maden, sağlık, çevre, tarım, kozmetik ve savunma sanayi gibi pek çok alanda uygulama olsalığı bulunabilen stratejik öneme sahip bir malzemedir. Yüksek yüzey alanı, gelişmiş makro (> 50 nm), mezo (2-50 nm) ve mikrogözenek (< 1nm) yapısı ile yüzeyde çeşitli fonksiyonel grupların varlığı aktif karbonun birçok alanda kullanılabilir olmasını sağlayan özelliklerdir. Aktif karbon metan ve hidrojen depolanmasında, hava temizleme, kafeinsizleştirme, altın saflaştırma, metal özütleme, su arıtma, ilaç, kanalizasyon arıtma, gaz maskeleri ve solunum maskelerinde hava filtreleri, basınçlı hava filtreleri, diş beyazlatma işlemlerinde ve diğer birçok uygulamada kullanılmaktadır.
Endüstriyel alanda kullanımı, havadaki kirleticileri adsorplamak için maksimum adsorplama kapasitesine sahip olan aktif karbon havalandırma filtrelerinde kullanılmaktadır. Örneğin; barut, plastik, boya ve vernik endüstriyellerinden çıkan gazların, özellikle atmosfer için kirlilik yaratan bu gazların tutulmasında kullanılmaktadır. Atmosferdeki kirliliği kontrol için kullanılan aktif karbonlarda 10–500 ppm arasında değişen derişimlerde yüksek adsorpsiyon kapasitesine sahip aktif karbonlar tercih edilir.
Aktif karbonun bir diğer önemli kullanımı petrol rafinelerinde, petrokimyasal üretiminde, deterjan üretiminde, margarin üretiminde ve mineral ekstraksiyonunda meydana gelen atıksulardan yağların uzaklaştırılmasıdır. Atıksudaki yağ varlığı, biyolojik arıtımı engeller. Aktif karbon, kaynatma kazanlarından geri kazanılmış kondensatta bulunan yağların ve organik maddelerin uzaklaştırılmasında kullanılabilir.
Dünya Saglık Örgütü (WHO) tarafından aşırı doz veya zehirlenmelerin tedavisi için aktif karbon kullanımı onaylamıştır. Öncellikle, aktif karbon zehirli maddeye bağlanır ve kan dolaşımına girmesini engeller. Ancak her zaman en iyi bir seçenek değildir. Zehir yakın zamanda alınmamışsa, hasta uyanık ve farkında değilse tercih edilmemelidir. Son yapılan araştırmalarda, zehirlenmelerde mide-bağırsak emici olarak kullanımı göz önüne alındığında, bazı kişilerin ishal tedavisi için aktif karbon önerebileceği sonucu çıkarılmıştır.
İshal için aktif karbonun kullanımıyla ilgili son çalışmaların 2017 yılındaki bir makalede, araştırmacılar, ishale neden olabilecek bakteri ve ilaçların gözenekli, dokulu yüzeyinde hapsedilerek vücuda emilmesini önleyebileceği sonucuna vardı . Araştırmacılar ayrıca, aktif karbonun, özellikle yaygın ishal önleyici ilaçlarla karşılaştırıldığında, daha az yan etkiye sahip olduğuna dikkat çekmişlerdir.
Aktif karbon, sindirilmemiş toksinleri ve ilaçları filtreleyerek böbrek fonksiyonuna yardımcı olabilmektedir. Aktif karbon, protein sindiriminin ana yan ürünü olan üreden türetilen toksinlerin giderilmesinde özellikle etkili görünmektedir. Son yapılan bazı çalışmalarda, aktif karbonun kronik böbrek hastalığı olanlarda böbrek fonksiyonlarını iyileştirmeye ve gastrointestinal hasarı ve iltihabı azaltmaya yardımcı olabileceğini göstermiştir.
2013 yılında yapılan bir incelemeye göre, indüklenmiş, kronik böbrek hastalığı olan farelere, günde kilogram başına 4 gram (g) oral aktif karbon verilmiş ve araştırmacılar, hayvanların bağırsak iltihabı ve hasarında önemli azalmalar olduğunu göstermiştir.
Aktif karbonun toksin emici özelliğinden dolayı birçok diş beyazlatma ürünlerinde tercih edilmektedir. Bu konu üzerine 2017 yılında yapılan bir araştırmada, araştırmacılarca aktif karbonun diş beyazlatma veya ağız sağlığı için güvenliğini veya etkinliğini belirlemek için yeterli laboratuvar veya klinik veri olmadığı sonucuna varılmıştır.
Araştırmacılar aktif karbonun, kir, toz, kimyasallar, toksinler ve bakteriler gibi mikropartiküllerin cilt yüzeyine çekilmesine yardımcı olabileceğini ve bu sayede bunların çıkarılmasını kolaylaştırdığını bildirmişlerdir.
Alkollü içeçeklerin üretiminde kullanılan aktif karbon, istenmeyen tat ve kokuların giderilmesinde etkin olarak kullanılmaktadır. Viski ilk damıtıldığı zaman hiç de hoş olmayan bir tada sahipken, aktif karbon o hoş olmayan tadı veren maddelerin çoğunu uzaklaştırır ve sonuçta elde edilen içkinin depolanmasına da olanak saglamaktadır.
Görüldüğü gibi aktif karbon üretim şekillerine göre bir çok alanda kullanılmaktır.
Referans:
1. Kwiastkowksi M.,Broniek E.(2017)An analysis of porous structure of activated carbon obtained from hazelnut shells by various physical and chemical methods of activation, Colloids and Surfaces A:Pyhsicochemical and Engineering Aspects,443-453
2. Bansal R.C.,Goyal M.(2015),Activated Carbon Adsorption,CRC press, New York.
3.Medical News Today
