Than hoạt tính là gì?

Than hoạt tính là một chất hấp phụ độc đáo được đánh giá cao nhờ cấu trúc cực kỳ xốp cho phép nó bắt và giữ vật liệu một cách hiệu quả. Được sử dụng rộng rãi trong một số ngành công nghiệp để loại bỏ các thành phần không mong muốn khỏi chất lỏng hoặc khí, than hoạt tính có thể được áp dụng cho một số ứng dụng đòi hỏi loại bỏ các chất gây ô nhiễm hoặc các vật liệu không mong muốn từ nước và không khí, xử lý đất.

Than hoạt tính là gì?

Than hoạt tính là một vật liệu gốc carbon đã được xử lý để tối đa hóa các đặc tính hấp phụ, tạo ra một vật liệu hấp phụ cao cấp.

Than hoạt tính có cấu trúc lỗ rỗng ấn tượng khiến nó có diện tích bề mặt rất cao để thu và giữ vật liệu, đồng thời có thể  được sản xuất từ ​​một số vật liệu hữu cơ giàu carbon, bao gồm:

• Vỏ dừa
• Gỗ
• Than đá
• Than bùn
• …

Tùy thuộc vào nguyên liệu gốc và các phương pháp xử lý được sử dụng để sản xuất than hoạt tính, các đặc tính vật lý và hóa học của sản phẩm cuối cùng có thể khác nhau đáng kể. Điều này tạo ra các khả năng thay đổi trong các loại carbon. Do đó, cácbon hoạt hóa được sản xuất thương mại có tính chuyên môn hóa cao để đạt được kết quả tốt nhất cho một ứng dụng nhất định.

Mặc dù có sự khác biệt như vậy, nhưng có ba loại than hoạt tính chính được sản xuất:

Than hoạt tính dạng bột (PAC)

Cacbon hoạt hóa dạng bột thường nằm trong khoảng kích thước hạt từ 5 đến 150 Å, với một số kích thước bên ngoài có sẵn. PAC thường được sử dụng trong các ứng dụng hấp phụ pha lỏng và giảm chi phí xử lý và tính linh hoạt trong vận hành. Thường được sử dụng để lọc mùi, lọc một số chất màu và cả chất béo hòa tan trong nước. Tuy nhiên do tính chất dễ bị rửa trôi và không ổn định, nên than hoạt tính dạng bột chủ yếu được sử dụng dưới dạng bổ trợ ở các hệ thống lọc nước công nghiệp lớn.

Than hoạt tính dạng hạt (GAC)

Cacbon hoạt hóa dạng hạt thường có kích thước hạt từ 0,2 mm đến 5 mm và có thể được sử dụng trong cả ứng dụng pha khí và pha lỏng. GAC phổ biến vì chúng mang lại khả năng xử lý sạch sẽ và có xu hướng tồn tại lâu hơn PAC. GAC là một vật liệu hấp phụ xốp có diện tích bề mặt bên trong cực lớn, giống như muối hạt hoặc đường hạt. Than hoạt tính dạng hạt được làm từ các nguyên liệu hữu cơ thô có hàm lượng cacbon cao như gáo dừa, than đá, than bùn và gỗ.

Ngoài ra, chúng cung cấp độ bền (độ cứng) được cải thiện và có thể được tái tạo và tái sử dụng.

Than hoạt tính ép đùn (EAC)

Cacbon hoạt tính ép đùn là một sản phẩm dạng viên hình trụ có kích thước từ 1 mm đến 5 mm. Thường được sử dụng trong các phản ứng pha khí, EAC là một loại than hoạt tính nặng do quá trình ép đùn. Các hạt than hoạt tính ép đùn kết hợp PAC với chất liên kết, tạo ra một hạt cứng, hình trụ hoặc hình cầu. Do giảm áp suất thấp, hàm lượng bụi thấp và độ bền cơ học tốt, EAC chủ yếu được sử dụng trong ứng dụng pha khí. Các hạt EAC được sử dụng trong bộ lọc CTO, loại bỏ clo, vị và mùi.

Các loại khác

Các loại than hoạt tính khác bao gồm:

• Hạt than hoạt tính
• Carbon ngâm tẩm
• Polymer phủ carbon
• Vải than hoạt tính
• Sợi than hoạt tính

Tính chất của than hoạt tính

Khi chọn than hoạt tính cho một ứng dụng cụ thể, cần xem xét nhiều đặc điểm:

Cấu trúc lỗ

Cấu trúc lỗ của than hoạt tính khác nhau và phần lớn là kết quả của nguyên liệu nguồn và phương pháp sản  xuất. Cấu trúc lỗ, kết hợp với lực hấp dẫn, là điều cho phép sự hấp phụ xảy ra.

Độ cứng / mài mòn

Độ cứng / mài mòn cũng là một yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn. Nhiều ứng dụng sẽ yêu cầu than hoạt tính phải có cường độ hạt cao và khả năng chống tiêu hao (sự phân hủy vật liệu thành các hạt nhỏ). Than hoạt tính được sản xuất từ ​​gáo dừa có độ cứng cao nhất trong các loại than hoạt tính.

Thuộc tính Adsorptive

Các đặc tính hấp thụ của than hoạt tính bao gồm một số đặc điểm như khả năng hấp phụ, tốc độ hấp phụ và hiệu quả tổng thể của than hoạt tính.

Tùy thuộc vào ứng dụng (chất lỏng hoặc khí), các đặc tính này có thể được chỉ ra bởi một số yếu tố, bao gồm số lượng iốt, diện tích bề mặt và Hoạt tính Carbon Tetrachloride (CTC).

Mật độ

Trong khi mật độ biểu kiến ​​ không ảnh hưởng đến sự hấp phụ trên một đơn vị trọng lượng, nó sẽ ảnh hưởng đến sự hấp phụ trên một đơn vị thể tích.

Độ ẩm

Lượng ẩm vật lý chứa trong than hoạt tính nên nằm trong khoảng 3-6%.

Hàm lượng tro

Hàm lượng tro của than hoạt tính là thước đo phần trơ, vô định hình, vô cơ và không sử dụng được của vật liệu. Hàm lượng tro lý tưởng càng thấp càng tốt, vì chất lượng của than hoạt tính tăng lên khi hàm lượng tro giảm.

Giá trị pH

Giá trị pH thường được đo để dự đoán sự thay đổi tiềm năng khi thêm than hoạt tính vào chất lỏng.

Kích thước hạt

Kích thước hạt có ảnh hưởng trực tiếp đến động học hấp phụ, đặc tính dòng chảy và khả năng lọc của than hoạt tính.

Sản xuất than hoạt tính

Than hoạt tính được sản xuất thông qua hai quá trình chính: cacbon hóa và hoạt hóa.

Cacbon hóa

Trong quá trình cacbon hóa, nguyên liệu thô bị phân hủy nhiệt trong môi trường trơ, ở nhiệt độ dưới 800 ºC. Thông qua quá trình khí hóa, các nguyên tố như oxy, hydro, nitơ và lưu huỳnh được loại bỏ khỏi nguyên liệu nguồn.

Hoạt hoá

Vật liệu cacbon hóa, hoặc than đá được kích hoạt để phát triển đầy đủ cấu trúc lỗ. Điều này được thực hiện thông qua quá trình oxy hóa than đá ở nhiệt độ từ 800-900 ºC trong điều kiện có không khí, carbon dioxide hoặc hơi nước.

Tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu, quá trình sản xuất than hoạt tính có thể được thực hiện bằng cách sử dụng hoạt hóa nhiệt (vật lý / hơi nước) hoặc hoạt hóa hóa học. Trong cả hai trường hợp, lò quay có thể được sử dụng để xử lý vật liệu thành than hoạt tính.

Tái kích hoạt than hoạt tính

Một trong những ưu điểm của than hoạt tính là khả năng tái hoạt hoá nhưng không phải loại than hoạt tính nào cũng có thể tái sử dụng.

Quá trình tái sinh thường được thực hiện trong lò quay và liên quan đến việc giải hấp các thành phần đã được hấp phụ bởi than hoạt tính trước đó. Sau khi được khử hấp thụ, cacbon đã bão hòa được tái sử dụng.

Ứng dụng than hoạt tính

Than hoạt tính được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Các ứng dụng chính của than hoạt tính được liệt kê dưới đây. Xin lưu ý rằng đây không phải là một danh sách đầy đủ, mà chỉ là những ứng dụng nổi bật.

Lọc nước

Than  có thể được sử dụng để kéo các chất gây ô nhiễm từ nước, nước thải hoặc nước uống. Do đó, đây là một công cụ vô giá giúp bảo vệ nguồn tài nguyên quý giá nhất của Trái đất. Lọc nước có một số ứng dụng phụ, bao gồm xử lý nước thải đô thị, bộ lọc nước gia đình, xử lý nước từ các khu chế biến công nghiệp, xử lý nước ngầm, v.v.

Thanh lọc không khí

Tương tự, than có thể được sử dụng trong việc xử lý không khí. Điều này bao gồm các ứng dụng trong khẩu trang, hệ thống lọc không khí, khử mùi và loại bỏ các chất ô nhiễm có hại từ khí thải tại các khu chế biến công nghiệp.

Phục hồi kim loại

Than là một công cụ có giá trị trong việc thu hồi các kim loại quý như vàng và bạc.

Thực phẩm và đồ uống

Than được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống để thực hiện một số mục tiêu. Điều này bao gồm khử caffein, loại bỏ các thành phần không mong muốn như mùi, vị hoặc màu, v.v.

Thuốc

Than có thể được sử dụng để điều trị nhiều loại bệnh và ngộ độc.