Quy trình sản xuất than hoạt tính

Quy trình sản xuất than hoạt tính thường bao gồm giai đoạn cacbon hóa tiếp theo là giai đoạn hoạt hóa vật liệu chứa cacbon có nguồn gốc thực vật. Cacbon hóa là quá trình xử lý nhiệt ở nhiệt độ 400-800°C, chuyển đổi nguyên liệu thô thành cacbon bằng cách giảm thiểu hàm lượng chất dễ bay hơi và tăng hàm lượng cacbon trong vật liệu. Điều này làm tăng độ bền của vật liệu và tạo ra cấu trúc xốp ban đầu, cần thiết để hoạt hóa than. Điều chỉnh các điều kiện cacbon hóa có thể ảnh hưởng đáng kể đến sản phẩm cuối cùng. Nhiệt độ cacbon hóa cao hơn làm tăng khả năng phản ứng, nhưng đồng thời làm giảm thể tích lỗ rỗng. Thể tích lỗ rỗng giảm là do sự ngưng tụ của vật liệu tăng lên ở nhiệt độ cacbon hóa cao hơn, dẫn đến tăng độ bền cơ học. Do đó, việc lựa chọn nhiệt độ xử lý phù hợp dựa trên sản phẩm cacbon hóa mong muốn trở nên rất quan trọng.

Các oxit này khuếch tán ra khỏi cacbon dẫn đến quá trình khí hóa một phần, làm mở các lỗ rỗng trước đây bị đóng kín và phát triển thêm cấu trúc xốp bên trong của cacbon. Trong quá trình hoạt hóa hóa học, cacbon được phản ứng ở nhiệt độ cao với chất khử nước để loại bỏ phần lớn hydro và oxy khỏi cấu trúc cacbon. Hoạt hóa hóa học thường kết hợp bước cacbon hóa và hoạt hóa, nhưng hai bước này vẫn có thể được thực hiện riêng biệt tùy thuộc vào quy trình. Diện tích bề mặt cao, vượt quá 3.000 m2/g, đã được tìm thấy khi sử dụng KOH làm chất hoạt hóa hóa học.

Than hoạt tính từ các nguyên liệu thô khác nhau.

Ngoài việc là chất hấp phụ được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, than hoạt tính có thể được sản xuất từ ​​nhiều loại nguyên liệu thô khác nhau, khiến nó trở thành một sản phẩm vô cùng linh hoạt có thể được sản xuất ở nhiều khu vực khác nhau tùy thuộc vào nguyên liệu thô sẵn có. Một số nguyên liệu này bao gồm vỏ cây, hạt trái cây, vật liệu gỗ, nhựa đường, cacbua kim loại, muội than, chất thải phế liệu từ nước thải và phế liệu polyme. Các loại than khác nhau, vốn đã tồn tại ở dạng cacbon với cấu trúc lỗ xốp phát triển, có thể được xử lý thêm để tạo ra than hoạt tính. Mặc dù than hoạt tính có thể được sản xuất từ ​​hầu hết mọi nguyên liệu thô, nhưng việc sản xuất than hoạt tính từ vật liệu phế thải là tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường nhất. Than hoạt tính được sản xuất từ ​​vỏ dừa đã được chứng minh là có khối lượng vi lỗ xốp cao, khiến chúng trở thành nguyên liệu thô được sử dụng phổ biến nhất cho các ứng dụng cần khả năng hấp phụ cao. Mùn cưa và các vật liệu phế thải gỗ khác cũng chứa cấu trúc vi lỗ xốp phát triển mạnh, rất tốt cho việc hấp phụ từ pha khí. Việc sản xuất than hoạt tính từ hạt ô liu, mận, mơ và đào tạo ra các chất hấp phụ đồng nhất cao với độ cứng đáng kể, khả năng chống mài mòn và thể tích vi lỗ lớn. Phế liệu PVC có thể được hoạt hóa nếu loại bỏ HCl trước đó, và tạo ra than hoạt tính có khả năng hấp phụ tốt đối với xanh metylen. Than hoạt tính thậm chí còn được sản xuất từ ​​phế liệu lốp xe. Để phân biệt giữa nhiều loại tiền chất có thể có, cần phải đánh giá các tính chất vật lý thu được sau khi hoạt hóa. Khi lựa chọn tiền chất, các tính chất sau đây rất quan trọng: diện tích bề mặt riêng của các lỗ xốp, thể tích lỗ xốp và phân bố thể tích lỗ xốp, thành phần và kích thước của hạt, và cấu trúc/đặc tính hóa học của bề mặt than.

Việc lựa chọn tiền chất phù hợp cho ứng dụng cụ thể là rất quan trọng vì sự đa dạng của vật liệu tiền chất cho phép kiểm soát cấu trúc lỗ xốp của carbon. Các tiền chất khác nhau chứa lượng lỗ xốp lớn (> 50 nm) khác nhau, điều này quyết định khả năng phản ứng của chúng. Những lỗ xốp lớn này không hiệu quả cho quá trình hấp phụ, nhưng sự hiện diện của chúng tạo ra nhiều kênh hơn để hình thành các lỗ xốp nhỏ trong quá trình hoạt hóa. Ngoài ra, các lỗ xốp lớn cung cấp nhiều đường dẫn hơn cho các phân tử chất hấp phụ tiếp cận các lỗ xốp nhỏ trong quá trình hấp phụ.