فیلتر کربن فعال

استفاده از فیلتر کربن فعال در ماسک صنعتی اگرچه فناوری جدیدی نیست، اما راهی است که بسیاری از برند ها در تلاش برای شکست دادن رقبای خود و متمایز کردن ماسک خود هستند. با تعداد باور نکردنی ماسک‌ های جدیدی که به بازار می ‌رسند، برند های زیادی به دنبال کسب مزیت‌ های رقابتی هستند. این بدان معنی است که همیشه فناوری های جدیدی در این زمینه در حال پیاده سازی هستند.

با این حال، اگرچه همه این ماسک ها دارای فیلتر کربن هستند، تعداد بسیار کمی از آنها در واقع مزایا یا معایب استفاده از چنین فیلتری را توضیح می دهند. با این اوصاف، در این مقاله قصد داریم به بررسی دقیق آنچه که فیلتر کربن فعال در ماسک انجام می دهد، بپردازیم. همچنین مروری بر اصول اولیه فیلتر های کربن، مکانیسم فیلتراسیون آنها، میزان موثر بودن آنها و مواردی که این دسته از فیلتر ها کاربردی ندارند، خواهیم داشت.

کربن فعال چیست؟

کربن فعال به دلیل میزان جذب بالای خود مشهور است و اغلب در فیلتر های آب، دارو ها و تصفیه کننده های هوا استفاده می شود. کربن فعال کربنی است که دارای ساختار میکرو متخلخل می باشد که باعث افزایش سطح و جذب شده و به عنوان یک سیستم فیلتراسیون حتی موثرتر می شود. معمولاً به صورت پودر و گرانول استفاده می شود و برای محافظت در برابر حملات شیمیایی و گاز های سمی کاربرد دارد.

به دلیل افزایش سطح، آلاینده‌ ها، گاز ها، ویروس‌ ها و باکتری‌ ها را سریع‌تر و مؤثرتر جذب می‌کند. علاوه بر این، ویروس‌ ها و باکتری ‌ها به سمت آن کشیده می‌ شوند، به این معنی که در ماسک باقی می‌مانند، نه در راه‌ های هوایی.

کربن فعال بالاترین میزان جذب را در بین سایر مواد روی کره زمین دارد. به دلیل ساختار متخلخل خود، نیروهای واندروالس را ایجاد می کند، که جاذبه ای است که بین مولکول ها وجود دارد. مولکول‌های کربن ذرات، ویروس‌ ها و باکتری‌ های ورودی را جذب می‌ کنند که درون رشته‌ های متخلخل به دام می‌ افتند.

فیلتر های کربن از اشکال مختلف کربن ساخته می شوند. در تولید آنها معمولاً از زغال چوب استفاده می شود. با این حال، فیلترهای کربن می توانند از اشکال مختلف دیگری مانند پوسته، چوب، زغال سنگ و نفت تولید شوند.

هنگامی که یک ماده منبع پیدا شد، کربن باید فعال شود. این کار با سوزاندن کربن بدون اکسیژن و در نتیجه زغال کردن انجام می شود. این فرایند ادامه می یابد و منافذ به هم پیوسته (اغلب منافذ ریز متخلخل که اندازه آنها کمتر از 2 نانومتر است) در داخل کربن ایجاد می‌شود.

کربن را می توان با عوامل مختلفی فعال کرد. استفاده از عوامل مختلف منجر به عملکرد و کاربرد متفاوت کربن خواهد شد. عامل یا با کربن مخلوط می شود یا آغشته می شود (عاملی که در داخل کربن قرار می گیرد). آغشته کردن اغلب برتر در نظر گرفته می شود زیرا به کربن اجازه می دهد تا سطح خود را حفظ کند و جذب بالاتری را فراهم کند.

فرآیند فعال سازی سطح کربن را تا حد زیادی افزایش می دهد. در واقع، با سطح بافت ناهموار و منافذ زیاد، یک گرم کربن فعال می تواند سطح جذبی 3000 متر مربع داشته باشد. به طور خلاصه، کربن فعال قادر به جذب سطحی مقادیر زیادی گاز است. گازها در واقع به سطح کربن فعال می چسبند. به همین دلیل است که سطح کربن فعال بسیار حیاتی است.

منظور از جذب سطحی، چسبیدن اتم‌ها، یون‌ها و یا مولکول‌های جذب شونده بر روی سطح جذب کننده می باشد. در این فرآیند، لایه ی نازکی از ماده جذب شده بر روی سطح ماده ی جذب کننده ایجاد می شود. تفاوت میزان جذب سطحی با جذب این است که در فرآیند جذب، سیال (جذب شونده) از طریق نفوذ به جسمی مایع یا جامد (جذب کننده) حل می‌شود. فرآیند جذب، حجم ماده را درگیر می‌کند در حالی‌که فرآیند جذب سطحی پدیده‌ای است که در سطح جسم اتفاق می‌افتد.

فیلتر کربن فعال چیست؟

همانطور که در بالا ذکر شد، کربن فعال هنگام فیلتر کردن مواد شیمیایی آلی بهترین عملکرد را دارد. به طور خاص، کربن فعال در برابر ترکیباتی که دارای وزن مولکولی بالا و حلالیت کم هستند به دلیل داشتن کربن فعال دارای وزن مولکولی بالا موثرتر است.

شایان ذکر است که فیلتر های کربن آلودگی ذرات (از جمله آلرژن ها مانند گرد و غبار و گرده) را فیلتر نمی کنند. برای این، یک رسانه فیلتر فیبری مورد نیاز خواهد بود. ماسک های نانوکسین علاوه بر فیلتر کربن، دارای لایه ای برای فیلتراسیون ذرات هستند.

کربن فعال در فیلتر کردن ترکیبات آلی فرار و بو ها مؤثر است. برخی از VOCهای رایج عبارتند از اتانول، بوتانول، استون، فرمالدئید و بنزن. با این حال، اکثر ماسک ها این ترکیبات را به طور کامل فیلتر نمی کنند، بلکه فقط تا حدی فیلتر می کنند. علاوه بر این، اگر ماسک به درستی نصب نشود، فیلتراسیون به درستی اتفاق نمی افتد.

علاوه بر این، فیلترهای کربن فعال در فیلتر کردن بوها موثر هستند. این ویژگی به ویژه در ماسک تنفسی بسیار مفید است. مطالعات نشان داده است که ماسک هایی که شامل فیلتر کربن (و همچنین فیلتر ملت بلون می شوند) در فیلتر کردن آلاینده های رایج بزرگراه ها مانند کربن، نیتروژن و اکسید های گوگرد مفیدتر هستند.

چرا در ماسک صنعتی از فیلتر کربن استفاده می شود؟

کربن فعال (که زغال فعال نیز نامیده می شود) برای جذب گازهای هوا استفاده می شود. در فیلتر کردن ترکیبات آلی فرار و بو ها موثر است. به طور کلی، کربن فعال فقط مواد شیمیایی آلی (مبتنی بر کربن) را فیلتر می کند و در برابر مواد شیمیایی غیر ارگانیک بی اثر است.

کربن فعال برای صد ها هدف مختلف در دنیای مدرن استفاده می شود. دارای قابلیت فیلتراسیون بسیار خوبی است و به همین دلیل اغلب برای تصفیه آب، فیلتراسیون آلودگی، تصفیه گاز و غیره استفاده می شود. علاوه بر این، کربن فعال به طور کلی ایمن در نظر گرفته می شود و خطرناک نیست.

از آنجایی که اکثر ماسک ها فقط فیلتر ذرات را ارائه می دهند، فیلتر کربن یک افزودنی مفید است. در حالی که این کار به هیچ وجه ماسک را در برابر گازها موثر نمی کند، اما یک لایه محافظ بیشتر اضافه می کند که مورد استقبال قرار می گیرد. علاوه بر این، می‌ تواند در کاهش بو هایی که به پوشنده می‌رسد بسیار مؤثر باشد.

به دلیل ماهیت فیلتراسیون (از طریق جذب)، فیلتر کربن فعال دارای طول عمر محدودی است و پس از پر شدن سطح، دیگر قادر به حذف آلاینده ها از هوا نخواهند بود. کربن را می توان دوباره فعال کرد اما زمانی که آنها در فیلتر یا ماسک قرار می گیرند، معمولا این کار غیرممکن است.

نحوه کارکرد فیلتر کربن فعال

هنگامی که فیلتر کربن فعال در ماسک صنعتی استفاده می شود، طی یک فرآیند ساده اما بسیار موثر عمل می کند. منافذ و سطح فیلتر کربن مواد شیمیایی و آلاینده ها را حذف می کند. در همان زمان، ترکیبات هوا با کربن واکنش می دهند و به آن اجازه می دهند به سطح بچسبند. با ورود هوا و برخورد آن به سطح ماسک تنفسی، ذرات در لایه اول محبوس می شوند و بخارات آلی فیلتر نشده به سمت فیلتر ماسک صنعتی جذب می شوند. کربن فعال بخارات را در سطح مولکولی جذب می کند و ویروس ها، باکتری ها، بو ها و گاز ها را زیر حد مجاز از بین می برد.

این بدان معنا است که هوایی که وارد ریه های خود می کنید تمیزتر است و به معنای قرار گرفتن کمتر در معرض مواد شیمیایی مضر و احتمال ابتلا به بیماری است. این دسته از ماسک های صنعتی همچنین برای کسانی که در اطراف مواد بدبو کار می کنند که نه تنها بوی بدی دارند، بلکه می توانند با قرار گرفتن در معرض طولانی مدت باعث سرگیجه، سردرد و سرگیجه شوند، بسیار مفید بوده و به ویژه برای کسانی که در جوشکاری کار می کنند صادق است.

کربن فعال در چه مواردی کاربرد ندارد؟

همانطور که قبلا ذکر شد، عوامل زیادی نیز وجود دارد که کربن فعال آنها را فیلتر نمی کند. کربن فعال معمولا فقط در برابر ترکیبات آلی موثر است و ترکیبات معدنی (ترکیبی که فاقد پیوند کربن-هیدروژن هستند)، فیلتر نمی شوند.

با این حال، استثنا هایی در این مورد وجود دارد. برخی از ترکیبات معدنی می توانند جذب شوند، اما معمولاً با راندمان کمتری نسبت به ترکیبات آلی جذب می شوند. بنابراین، بدون پرداختن به جزئیات، ایمن تر است که فرض کنیم کربن فعال ترکیبات معدنی را فیلتر نمی کند.

همچنین همانطور که در بالا ذکر شد، کربن فعال ذرات را فیلتر نمی کند. به همین دلیل است که فیلتر کربن فعال معمولاً بین سایر لایه ‌های فیلتر کننده قرار می‌گیرند که برای فیلتر کردن ذرات در نظر گرفته شده‌ اند. مهمتر از همه، فیلترهای کربن فعال مونوکسید کربن را فیلتر نمی کنند. این گاز بسیار خطرناک تحت تأثیر فیلتر کربن فعال قرار نمی گیرد و سایر اقدامات فیلتراسیون برای محافظت مورد نیاز است.

آیا ماسک تنفسی با فیلتر کربن فعال بهتر است؟

ماسک دارای فیلتر کربن مزایایی دارند و برخی از آلاینده ‌های بالقوه خطرناک را فیلتر می ‌کند با این حال، در همه موارد برتری ندارد. علاوه بر این، نمی توان به ماسک های پارچه ای معمولی با فیلترهای کربنی اعتماد کرد. در صورت عدم تناسب ماسک بر روی صورت، مهر و موم یک ماسک هرگز کامل نخواهد بود و این به این معنی است که به هر حال به طور کامل از آلاینده ها محافظت نخواهید شد.

ماسک های با فیلتر کربن فعال می توانند سطح بالاتری از جذب را فراهم کنند. به عبارت دیگر، محافظت اضافی با کمی هزینه بیشتر حاصل می شود. فیلتر کربن فعال معمولا مقاومت تنفسی کمی ایجاد می کند.

شاید یک مزیت واقعی‌ تر برای ماسک ‌های دارای فیلتر کربن این باشد که می‌ توانند به حذف بو از هوا کمک کنند. به عنوان مثال بوی دود تنباکو تا حد زیادی قبل از رسیدن به کاربر خنثی می شود.

در نتیجه، افزودن فیلتر کربن فعال به ماسک یا دستگاه تنفسی تاثیر کاملا مثبتی دارد و هیچ نقطه ضعف آشکاری وجود ندارد. این فیلتر ما را در مقابل آلاینده ‌های بیشتر محافظت می‌کند و در عین حال مقاومت کمی در تنفس ایجاد می‌کند. با این حال، فیلتر های کربن موجود در ماسک های پارچه ای نباید برای محافظت کامل در برابر چنین موادی مورد اعتماد قرار گیرند.

انواع ماسک با فیلتر کربن فعال

بسته به شرایطی که در آن از ماسک استفاده می‌کنید، می‌ توانید بین ماسک ‌های قابل استفاده مجدد با فیلتر، ماسک‌های تنفسی FFP3 و ماسک‌ سوپاپ دار یا ماسک بدون سوپاپ، یکی را انتخاب کنید. اگر در صنعت جوشکاری کار می کنید، استفاده از ماسک FFP3 سوپاپ دار با لایه فیلتراسیون کربن فعال داخلی بهترین انتخاب است. سوپاپ گرما و رطوبت داخل ماسک را کاهش می دهد، به خصوص زمانی که مواد داغ در محیط اطراف وجود دارند.

استفاده از فیلتر کربن فعال همراه با حفاظت از ذرات توصیه می شود. این کار از هوایی که تنفس می‌کنید در برابر ذرات وارد شده به ریه‌ ها محافظت می‌ کند و بخارات سطح مزاحم را مانند هنگام جوشکاری فولاد گالوانیزه فیلتر می ‌کند.

هنگام انتخاب ماسک صنعتی، ضروری است که بهترین سیستم فیلتراسیون ممکن را انتخاب کنید که از شما در برابر هرگونه گرد و غبار، آلرژن، دود، ویروس، باکتری، گاز یا بوی بد محافظت کند. به همین دلیل است که ماسک های نانوکسین از فیلتر کربن فعال منحصر به فرد استفاده می کند تا محافظت بهینه را به مشتریان خود ارائه دهد.

منابع:

https://breathesafeair.com/activated-carbon-filters/

https://thefacemaskstore.co.uk/blog/activated-carbon-filter-in-masks-/

سوالات متداول

چرا ماسک ها دارای فیلتر کربن فعال هستند؟

بسیاری از ماسک ها از فیلترهای کربن فعال برای محافظت بیشتر در برابر آلاینده های آلی مانند ترکیبات آلی فرار استفاده می کنند. فیلتر های کربن همچنین می توانند بو ها را از بین ببرند و از رسیدن (یا کاهش) بوهایی مانند دود سیگار جلوگیری کنند.

چه ماسک هایی دارای فیلتر کربن هستند؟

بسیاری از ماسک ها دارای فیلتر کربن هستند. ماسک FFP3 نانوکسین یکی از معروف ترین ها است.

کربن فعال چه چیزی را فیلتر نمی کند؟

فیلترهای کربن فعال در برابر ذرات (مانند PM2.5 یا PM10) موثر نیستند. آنها همچنین در برابر اکثر ترکیبات معدنی مؤثر نیستند و به طور کلی فیلتر های کربنی در برابر آلاینده های مبتنی بر کربن مؤثرتر هستند.

آیا فیلترهای کربن مضر هستند؟

فیلتر های کربن فعال ایمن در نظر گرفته می شوند و کربن فعال در بسیاری از زمینه های مختلف از تصفیه آب گرفته تا دارو کاربرد دارد.

چه زمانی فیلتر کربن را تعویض کنیم؟

هیچ راه قابل مشاهده ای برای تشخیص زمان نیاز به تعویض فیلتر کربن وجود ندارد. با این حال، گاهی اوقات بوی قوی از فیلتر می آید. اگر چنین باشد، ممکن است نیاز به تعویض داشته باشد. در غیر این صورت بهتر است دستورالعمل های سازنده را دنبال کنید.