कार्बन, सक्रियित : वायू, बाष्पे, कलिलावस्थेतील (अतिसूक्ष्म कण लोंबकळत असलेल्या द्रव मिश्रणाच्या अवस्थेतील) व विद्रुतावस्थेतील (विरघळलेल्या अवस्थेतील) पदार्थ यांचे अधिशोषण (पृष्ठभागावर होणारे शोषण) करण्याचा गुण प्रकर्षाने यावा या दृष्टीने संस्कारित केलेल्या कार्बनाला सक्रियित (अधिक क्रियाशील केलेला) कार्बन किंवा सक्रियित (लोणारी) कोळसा म्हणतात.
इतिहास : साखर पांढरी स्वच्छ करण्यासाठी १८१५ साली प्रथमच अस्थिजन्य कार्बन (हाडापासून बनविलेला कोळसा) वापरण्यात आला. फोन ओस्ट्रेज्को यांनी १९०० सालापूर्वी असा शोध लावला की, जर लोणारी कोळसा रक्तोष्ण तापमानापर्यंत (लालभडक होईपर्यंत) पाण्याच्या वाफेच्या किंवा कार्बन डाय-ऑक्साइडाच्या वातावरणात काही काळ तापविला तर त्याची अधिशोषकता वाढते. तापमान ३००° ते ४५०° से. ठेवून ऑक्सिजनाच्या वातावरणात तोच परिणाम होतो, परंतु विक्रियेवर नियंत्रण ठेवणे अवघड जाते.
साखर धंद्यातील अधिशोषणासाठी अस्थिजन्य कार्बनाचा उपयोग १९१० मध्ये मागे पडून वनस्पतिजन्य कार्बनाचा उपयोग वाढला, कारण अस्थिजन्य कार्बनाच्या १/१३ इतका वनस्पतिजन्य कार्बन तेवढेच अधिशोषणाचे कार्य करू शकतो असे आढळून आले. पहिल्या महायुद्धात एन्‌. के. चेनी यांनी असा शोध लावला की, जर लिग्नाइट, बिट्युमेनी किंवा अँथ्रॅसाइट दगडी कोळसा काळजीपूर्वक जाळला आणि त्यावर पाण्याच्या वाफेची विक्रिया केली तर तो सक्रियित कार्बन बनतो. आर्थिक दृष्ट्या हा सक्रियित कार्बन अस्थिजन्य किंवा वनस्पतिजन्य सक्रियित कार्बनापेक्षा फायदेशीर होतो.
सक्रियित कार्बन सच्छिद्र व अस्फटिकी असून त्यात अनेक पदार्थ मिश्रित असतात. त्याचे पृष्ठक्षेत्र आकारमानाशी तुलना केली असता जास्त असते व त्याचा पृष्ठभाग अधिशोषणाच्या दृष्टीने अतिशय कार्यक्षम असतो. ही कार्यक्षमता काही संस्कार करून वाढविलेली असते. सक्रियित कार्बनाच्या निर्मितीकरिता वनस्पतिज, प्राणिज किंवा खनिज पदार्थ वापरता येतात. उदा., नारळाच्या करवंट्या, लाकूड, हाडे, हलक्या दर्जाचा दगडी कोळसा इत्यादी. पुष्कळ वेळा टाकाऊ व निरुपयोगी कार्बनी वस्तूंपासूनही सक्रियित कार्बन बनविला जातो.
उत्पादन पद्धती : सक्रियित कार्बन तयार करण्याच्या पुढील दोन प्रमुख पद्धती आहेत. (१) सरळ पद्धती : या पद्धतीत ज्या पदार्थापासून सक्रियित कार्बन तयार करावयाचा असतो, तो पदार्थ लोखंडी बकपात्रामध्ये ठेवुन १,०००० से. तापमानाला २–६ तासांपर्यंत तापविला जातो. यासाठी तो पदार्थ एकटाच किंवा त्यामध्ये डांबर, खनिज तेल इ. मिसळून व थोडा दाब देऊन त्याचे गोळे किंवा विटा करून घेतात. हे गोळे किंवा विटा लोखंडी भट्टीत तापवितात. तापविण्याने कार्बनाव्यतिरिक्त इतर वायुरूप व द्रवरूप द्रव्ये कर्बनापासून अलग होतात. कार्बनी पदार्थ अशा रीतीने कबपात्रात तापविताना त्यामध्ये हवा राहू दिल्यास, कार्बनी पदार्थातील कार्बन जळून जाईल. याकरिता पाण्याची वाफ किंवा कार्बन डायऑक्साईड किंवा त्यांचे मिश्रण करून त्या वातावरणात तापविण्याची क्रिया केली जाते. या क्रियेमुळे कार्बनाची सच्छिद्रता फार मोठ्या प्रमाणावर वाढते. साधारणपणे मूळ कार्बनी पदार्थाच्या १०–१४% सक्रियित कार्बन मिळतो. (२) रासायनिक पदार्थ : या पद्धतीमध्ये कार्बन सक्रियित करण्यापूर्वी त्याचे झिंक क्लोराईड, सल्फ्यूरिक अम्ल, फॉस्फोरिक अम्ल वगैरेंसारख्या निर्जलीकारकांबरोबर (कोरडे करणाऱ्या पदार्थांबरोबर) मिश्रण करतात व हे मिश्रण ३००० से. तापमानाला थोडा वेळ तापवितात. यावेळी मुख्यतः निर्जलीकरणाची क्रिया होते. नंतर हे निर्जलित मिश्रण 1000° सें तापमानाला तापविले जाते. तापविण्याची क्रिया वर दिलेल्या सरळ पद्धतीप्रमाणेच असते. तयार झालेला कार्बन स्वच्छ धुतला जातो व नंतर पुन्हा ३००० से. तापमानाला तापविला जातो. शेवटी निर्वात अवस्थेत तापवून त्यात असलेले वायुरूप पदार्थ काढून टाकले जातात.
गुणधर्म : साध्या कार्बनाचे वि. गु. २·२ असते, तर सक्रियित कार्बनाचे वि. गु. ०·२ ते ०·४ असते. सक्रियित कार्बन बारीक पूड, बारीक गोळ्या, त्यापेक्षा मोठ्या आकारमानाच्या वड्या व गोळ्या अशा निरनिराळ्या स्वरूपांत वापरतात. अशा कार्बनाची अधिशोषणाची क्षमता कमी तापमानाला जास्त असते व वाढत्या तापमानाबरोबर ती कमी होते. तापमान जर ३००० से. पेक्षा अधिक असेल तर अधिशोषणक्षमता पूर्णपणे नष्ट होते इतकेच नव्हे तर पूर्वी अधिशोषित केलेली सर्व द्रव्ये कार्बनापासून अलग होतात. सक्रियित कार्बनाची अधिशोषणक्षमता त्याच्या पृष्ठक्षेत्रावर अवलंबून असते व जेवढे पृष्ठक्षेत्र मोठे असेल तेवढी अधिशोषणक्षमता अधिक असते. अशा कार्बनाकडून होणारे अधिशोषण भौतिक व रासायनिक अशा दोन्ही स्वरूपांचे असते. विवेचक (काही निवडक पदार्थांच्या बाबतीत होणाऱ्या) अधिशोषणाच्या बाबतीत होणारे अधिशोषण मात्र रासायनिक स्वरूपाचे असते. तसेच सक्रियित कार्बनाचे कार्य शोषणात्मक आणि अधिशोषणात्मक अशा दुहेरी स्वरूपाचे असते असे आढळून आले आहे.
कार्बनाकडून होणाऱ्या अधिशोषणाच्या क्रियेमध्ये कार्बनामधील छिद्रांचा व्यास ही एक महत्त्वाची बाब आहे. विषारी वायूपासून संरक्षण देणाऱ्या संरक्षक मुखवट्यामध्ये वापल्या जाणाऱ्या नारळाच्या करवंटीपासून तयार केलेल्या सक्रियित कार्बनमधील छिद्रांचा व्यास १२A०-२००A० असतो (A० म्हणजे अँगस्ट्रॉम = १०–८ सेंमी.), तर द्रवरूप पदार्थांमध्ये वापरण्यात येणाऱ्या कार्बनामधील छिद्रांचा व्यास १०००A० पर्यंत असतो.
सक्रियित कार्बनाप्रमाणेच अनेक सच्छिद्र पदार्थ अधिशोषणाचे कार्य करू शकतात. पण कार्बनावर भौतिक किंवा रासायनिक क्रियांचे विशेष परिणाम होत नसल्याने इतर पदार्थांपेक्षा तो जास्त सरस ठरतो. तो तयार करण्याची क्रियाही त्यामानाने सुलभ आहे.
एकदा उपयोगात आणलेला सक्रियित कार्बन पुनःपुन्हा वापरता येतो. वापरलेल्या सक्रियित कार्बनावरून पाण्याची वाफ प्रवाहित केली म्हणजे त्यात पुन्हा अधिशोषकता येते. अस्थिजन्य कार्बन मात्र रक्तोष्ण तापमानापर्यंत तापवावा लागतो.
सक्रियित कार्बनाच्या अधिशोषन क्षमतेचे मूल्यमापन खालीलप्रमाणे केले जाते.
(१) कार्बन टेट्राक्लोराइडाच्या बाष्पाने ०० से. तापमानास संतृप्त केलेल्या (कार्बन टेट्राक्लोराइडाच्या बाष्पाचे कमाल प्रमाण असलेल्या) कोरड्या हवेत सक्रियित कार्बनचा नमुना ठेवतात व त्याने २५० से. तापमानास किती ग्रॅम कार्बन टेट्राक्लोराइड अधिशोषित केला ते ठरवितात व त्यावरून अधिशोषनाचे वजनी शेकडा प्रमाण निश्चित करतात.
(२) आयोडिनच्या विद्रावात जर सक्रियित कार्बन टाकला तर तो विद्रावातील आयोडीन अधिशोषित करतो नंतर तो कार्बन गाळून घेतात व त्याने आयोडिनचे किती प्रमाण अधिशेषित केले आहे ते मोजतात आणि त्यावरून त्याची अधिशोषणक्षमता ठरवितात.
उपयोग : सक्रियित कार्बनामध्ये अधिशोषनाचा विशेष गुणधर्म असल्यामुळे तो निरनिराळ्या वायुरूप पदार्थांचे किंवा विद्रावात असलेल्या पदार्थांचे अधिशोषण करू शकतो. या त्याच्या गुणधर्मामुळे द्रव पदार्थांना अशुद्धतेमुळे आलेला वास व रंग काढून टाकण्यासाठी सक्रियित कार्बन वापरतात. त्याचे विविध उपयोग पुढीलप्रमाणे आहेत : (१) विषारी वायूपासून संरक्षण मिळविण्याकरिता वापरण्यात येणाऱ्या संरक्षक मुखवट्यामध्ये अधिशोषक म्हणून, (२) निरनिराळ्या वायूंचे शुद्धीकरण करण्यासाठी, (३) जवळजवळ संपूर्ण निर्वात स्थिती मिळविण्यासाठी, (४) पांढरी शुभ्र साखर मिळविण्यासाठी, (५) वनस्पतीजन्य तेले वर्णहीन व गंधहीन करण्यासाठी, (६) पिण्याचे पाणी शुद्ध करणे, हवा शुद्ध करणे वगैरेंसाठी, (७) द्रवरूप ॲसिटिलीन शुद्ध करून त्याची स्थिरता वाढविण्यासाठी, (८) रासायनिक प्रक्रियेमध्ये महाग विद्रावक (विरघळविणारा पदार्थ) वापरला असल्यास त्याचे बाष्प सक्रियित कार्बनावरून जाऊ देऊन अधिशोषणाच्या क्रियेने तो परत मिळविण्याकरिता, (९) खनिज तेलाच्या शुद्धिकरणाकरिता इ. सक्रियित कार्बनाच्या आणखी काही उपयोगासंबंधी संशोधन चालू आहे
भारतीय उत्पादन : दुर्गापूर येथील नॅशनल इंडस्ट्रियल डेव्हलपमेंट कॉर्पोरेशनने १९६३ पासून सक्रियित कार्बनासाठी दगडी कोळशाच्या गॅस कोकचे उत्पादन सुरू केले. भारतातील सक्रियित कार्बनाचे १९६१ मघील उत्पादन ५०९ टन होते, पण त्याची १९६५ ची मागणी ४०,००० टन होती.
संदर्भ : 1. Hassler, J.W. Activated Carbon, New York, 1963.
2. Partington, J.R. General and Inorganic Chemistry, London. 1966.
केसकर, व. र.