في علم المواد، يُستخدم مصطلحا "الكربون المسامي" و"الفحم المسامي" غالبًا بالتبادل. ومع ذلك، فهما يشيران إلى فئات مختلفة من المواد تختلف في نطاقها المفاهيمي، وطرق تحضيرها، وتطبيقاتها. يكمن الاختلاف الرئيسي بينهما في تعريفي "الكربون" و"الفحم". ببساطة، يُعدّ الفحم المسامي فئة فرعية من الكربون المسامي. بينما يُمثل الكربون المسامي فئة أوسع من المواد. فيما يلي، نُفصّل الاختلافات بينهما.
1. التعريفات الأساسية: خصوصية "الفحم" مقابل اتساع "الكربون"
يشير مصطلح "الفحم المسامي" (أو المادة الكربونية المسامية) تحديدًا إلى المواد المسامية المشتقة من مواد عضوية أولية غنية بالكربون - مثل الكتلة الحيوية، والفحم، والراتنجات، أو نفايات البلاستيك - من خلال عملية التحلل الحراري أو الكربنة. تتضمن هذه العملية عادةً تسخين المادة الأولية إلى درجة حرارة تتراوح بين 400 و1000 درجة مئوية في جو خامل لإزالة العناصر غير الكربونية (مثل الأكسجين، والهيدروجين، والنيتروجين) مع الحفاظ على هيكل الكربون.
تشمل الخصائص الرئيسية للفحم المسامي ما يلي: سلائف عضوية. الاعتماد على الكربنة. نقاء كربوني أقل عادةً من 100% (قد يحتوي على ذرات متغايرة متبقية أو رماد، على سبيل المثال، يحتوي فحم الكتلة الحيوية على آثار من البوتاسيوم أو الكالسيوم). بنية دقيقة تهيمن عليها بلورات دقيقة غير متبلورة أو غرافيتية (تبلور منخفض).
يشير الكربون المسامي عمومًا إلى جميع المواد الكربونية ذات البنية المسامية. لا تشمل هذه الفئة الفحم المسامي فحسب، بل تشمل أيضًا المواد المُنتجة بطرق غير كربنة. غالبًا ما تتميز هذه المواد بنقاء كربون أعلى وبنية بلورية أكثر تخصصًا.
من أهم مميزات الكربون المسامي: عدم الاعتماد بشكل صارم على المواد الأولية العضوية أو الكربنة. يتوفر بمجموعة متنوعة من الأشكال، تشمل الكربون غير المتبلور، والكربون الجرافيتي، وأنابيب الكربون النانوية، والمواد المسامية القائمة على الجرافين. نقاء الكربون يقارب 100% (مثل الكربون الجرافيتي المسامي عالي النقاء).
2. طرق التحضير: كيف تحدد العمليات المادة
تعتبر طريقة التحضير هي الطريقة الأكثر مباشرة للتمييز بين هذه المواد:
| وجه | الفحم المسامي | الكربون المسامي |
| العملية الرئيسية | يتطلب الكربنة (التحلل الحراري لإزالة العناصر غير الكربونية) | قد يتضمن طرق الكربنة أو عدم الكربنة (على سبيل المثال، تركيب القالب، التجميع الذاتي) |
| السلائف النموذجية | الكتلة الحيوية (القش، نشارة الخشب)، الفحم، الراتنجات الفينولية، النفايات البلاستيكية | الفحم المسامي، أنابيب الكربون النانوية، الجرافين، الكربون النشط، الكربون المسامي المتوسط |
| إعداد المثال | الفحم الحيوي من التحلل الحراري للكتلة الحيوية؛ الفحم القائم على الفحم من التحلل الحراري للفحم | الكربون المسامي المتوسط عبر تركيب القالب؛ هلام الجرافين الهوائي عبر التجفيف بالتجميد |
أمثلة على الحالات:
أ. الفحم المسامي: نشارة الخشب المتفحمة عند درجة حرارة 800 مئوية تحت تأثير النيتروجين.
ب. الكربون المسامي (المشتق من الفحم): كربون مسامي متوسط الحجم مصنوع باستخدام قالب السيليكا وكربنة السكروز.
ج. الكربون المسامي (طريق غير الكربنة): مادة مسامية تعتمد على الجرافين يتم تجميعها عن طريق التجفيف بالتجميد.
3. البنية والخصائص: النقاء، والتبلور، والأداء
تؤدي الاختلافات في التحضير إلى هياكل مجهرية وخصائص مجهرية مميزة:
| ملكية | الفحم المسامي | الكربون المسامي |
| نقاء الكربون | متوسط-منخفض (80–95%، مع ذرات غير متجانسة/رماد) | عالية (تصل إلى 99.9%، وخاصة في الطرق غير الكربنة) |
| البنية البلورية | غير متبلور في الغالب؛ بلورات ميكروجرافيتية محدودة (منخفضة الترتيب) | قابلة للضبط (غير متبلورة، أو جرافيتية، أو عالية الجرافيت، أو تعتمد على الجرافين) |
| التحكم في المسام | معتدل (يتم تعديل توزيع المسام عن طريق درجة الحرارة/التنشيط) | عالية (التحكم الدقيق في حجم المسام/شكلها عبر القوالب أو التجميع الذاتي) |
| الموصلية الكهربائية | متوسط (فقير في الكربون غير المتبلور؛ قد يتطلب التنشيط) | عالية (يمكن للكربون المسامي الجرافيتي أو القائم على الجرافين أن يقترب من الموصلية المعدنية) |
| الاستقرار الكيميائي | وسط (قد تتسبب الذرات غير المتجانسة المتبقية في الأكسدة/التآكل) | عالية (يوفر الكربون النقي مقاومة للأحماض والقلويات والأكسدة ذات درجات الحرارة العالية) |
4. التطبيقات: من الأساسيات منخفضة التكلفة إلى الوظائف المتطورة
تعكس تطبيقات هذه المواد خصائص أدائها:
التطبيقات الرئيسية للفحم المسامي: سيناريوهات وظيفية أساسية ومنخفضة التكلفة.
تعديل التربة: يعمل الفحم الحيوي على تحسين احتباس الماء وتوافر العناصر الغذائية.
معالجة مياه الصرف الصحي: امتصاص المعادن الثقيلة والمواد الملوثة العضوية بتكلفة منخفضة.
حامل الأسمدة: هيكل مسامي يسمح بتوصيل الأسمدة ببطء.
التطبيقات الرئيسية للكربون المسامي: سيناريوهات عالية الجودة وعالية القيمة
تخزين الطاقة: أقطاب كهربائية لبطاريات الليثيوم أيون والمكثفات الفائقة (الموصلية العالية ومساحة السطح تعمل على تعزيز السعة وأداء المعدل).
التحفيز: دعم المحفز لخلايا الوقود (ثبات عالي وبنية مسام دقيقة).
الامتزاز عالي الجودة: تنقية الغاز فائق النقاء في مجال الفضاء والإلكترونيات (لا يوجد إطلاق للشوائب، انتقائية قوية للامتصاص).
الطب الحيوي: هياكل توصيل الأدوية وهندسة الأنسجة (التوافق الحيوي العالي، غير سامة).
الفحم المسامي هو نوع من الكربون المسامي، يُنتَج تحديدًا عن طريق كربنة المواد العضوية الأولية. أما الكربون المسامي فهو مصطلح عام يشمل جميع المواد المسامية القائمة على الكربون، بما في ذلك الفحم المسامي، بالإضافة إلى المواد عالية النقاء والأكثر تعقيدًا هيكليًا.
نبذة عن Epic Powder
مطاحن نفث بواسطة مسحوق ملحمي تُعد خيارًا ممتازًا لطحن مواد الكربون المسامية. فهي توفر توزيعًا موحدًا لحجم الجسيمات مع الحفاظ على بنيتها المسامية، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات عالية النقاء والأداء، مثل تخزين الطاقة، والتحفيز، والامتصاص المتقدم.
بينما يغطي الكربون المسامي مجموعة واسعة من المواد الكربونية، يشير الفحم المسامي تحديدًا إلى المواد المشتقة من كربنة المواد العضوية الأولية. يتميز الفحم المسامي غالبًا بنقاء أقل وبنية مجهرية أقل تنظيمًا مقارنةً بأشكال الكربون المسامية الأخرى، مثل الكربون المسامي المُصنّع باستخدام قوالب أو المواد القائمة على الجرافين. تتميز مطاحن Epic jet متعددة الاستخدامات لمعالجة كلا النوعين بكفاءة، مما يضمن طحنًا مثاليًا لتلبية مختلف الاحتياجات الصناعية.