Than hoạt tính (AC) là vật liệu có hàm lượng cacbon cao, độ xốp và khả năng hấp phụ cao, được sản xuất từ gỗ, vỏ dừa, than đá, nón thông, v.v. AC là một trong những chất hấp phụ được sử dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp để loại bỏ nhiều chất ô nhiễm khỏi nguồn nước và không khí. Vì AC được tổng hợp từ các sản phẩm nông nghiệp và chất thải, nó đã chứng tỏ là một giải pháp thay thế tuyệt vời cho các nguồn không thể tái tạo và đắt tiền được sử dụng truyền thống. Để điều chế AC, người ta sử dụng hai quy trình cơ bản: cacbon hóa và hoạt hóa. Trong quy trình đầu tiên, các tiền chất được nung ở nhiệt độ cao, từ 400 đến 850°C, để loại bỏ tất cả các thành phần dễ bay hơi. Nhiệt độ cao loại bỏ tất cả các thành phần phi cacbon khỏi tiền chất như hydro, oxy và nitơ dưới dạng khí và nhựa đường. Quá trình này tạo ra than có hàm lượng cacbon cao nhưng diện tích bề mặt và độ xốp thấp. Tuy nhiên, bước thứ hai liên quan đến việc hoạt hóa than đã được tổng hợp trước đó. Việc tăng kích thước lỗ xốp trong quá trình hoạt hóa có thể được phân loại thành ba loại: mở các lỗ xốp trước đây không thể tiếp cận, phát triển lỗ xốp mới bằng cách hoạt hóa chọn lọc và mở rộng các lỗ xốp hiện có.
Thông thường, có hai phương pháp, vật lý và hóa học, được sử dụng để hoạt hóa nhằm đạt được diện tích bề mặt và độ xốp mong muốn. Hoạt hóa vật lý bao gồm việc hoạt hóa than đã cacbon hóa bằng các khí oxy hóa như không khí, carbon dioxide và hơi nước ở nhiệt độ cao (từ 650 đến 900°C). Carbon dioxide thường được ưu tiên sử dụng vì tính chất tinh khiết, dễ xử lý và quá trình hoạt hóa có thể kiểm soát được ở khoảng 800°C. Độ đồng nhất lỗ xốp cao hơn có thể đạt được với hoạt hóa bằng carbon dioxide so với hơi nước. Tuy nhiên, đối với hoạt hóa vật lý, hơi nước được ưu tiên hơn nhiều so với carbon dioxide vì có thể tạo ra than hoạt tính có diện tích bề mặt tương đối cao. Do kích thước phân tử của nước nhỏ hơn, sự khuếch tán của nó trong cấu trúc than diễn ra hiệu quả. Hoạt hóa bằng hơi nước được chứng minh là cho hiệu quả cao hơn khoảng hai đến ba lần so với carbon dioxide với cùng mức độ chuyển hóa.
Tuy nhiên, phương pháp hóa học bao gồm việc trộn tiền chất với các chất hoạt hóa (NaOH, KOH, FeCl3, v.v.). Các chất hoạt hóa này hoạt động như chất oxy hóa cũng như chất khử nước. Trong phương pháp này, quá trình cacbon hóa và hoạt hóa được thực hiện đồng thời ở nhiệt độ thấp hơn (300-500°C) so với phương pháp vật lý. Kết quả là, nó tác động đến quá trình phân hủy nhiệt phân, dẫn đến sự mở rộng cấu trúc xốp được cải thiện và hiệu suất cacbon cao. Những lợi ích chính của phương pháp hóa học so với phương pháp vật lý là yêu cầu nhiệt độ thấp, cấu trúc vi xốp cao, diện tích bề mặt lớn và thời gian hoàn thành phản ứng được giảm thiểu.
Tính ưu việt của phương pháp hoạt hóa hóa học có thể được giải thích dựa trên mô hình do Kim và các cộng sự đề xuất [1], theo đó nhiều vi miền hình cầu chịu trách nhiệm hình thành các vi lỗ được tìm thấy trong AC. Mặt khác, các lỗ trung bình được phát triển trong các vùng giữa các vi miền. Về mặt thực nghiệm, họ đã tạo ra than hoạt tính từ nhựa gốc phenol bằng cách hoạt hóa hóa học (sử dụng KOH) và vật lý (sử dụng hơi nước) (Hình 1). Kết quả cho thấy AC được tổng hợp bằng cách hoạt hóa KOH có diện tích bề mặt cao là 2878 m2/g so với 2213 m2/g bằng cách hoạt hóa bằng hơi nước. Ngoài ra, các yếu tố khác như kích thước lỗ, diện tích bề mặt, thể tích vi lỗ và chiều rộng lỗ trung bình đều tốt hơn trong điều kiện hoạt hóa bằng KOH so với hoạt hóa bằng hơi nước.
Sự khác biệt giữa AC được điều chế bằng phương pháp hoạt hóa hơi nước (C6S9) và hoạt hóa bằng KOH (C6K9) được giải thích dựa trên mô hình cấu trúc vi mô.
Tùy thuộc vào kích thước hạt và phương pháp điều chế, than hoạt tính có thể được phân loại thành ba loại: than hoạt tính dạng bột, than hoạt tính dạng hạt và than hoạt tính dạng viên. Than hoạt tính dạng bột được tạo thành từ các hạt mịn có kích thước 1 mm với đường kính trung bình từ 0,15-0,25 mm. Than hoạt tính dạng hạt có kích thước lớn hơn và diện tích bề mặt ngoài nhỏ hơn. Than hoạt tính dạng hạt được sử dụng cho nhiều ứng dụng pha lỏng và pha khí tùy thuộc vào tỷ lệ kích thước của chúng. Loại thứ ba: than hoạt tính dạng viên thường được tổng hợp từ nhựa đường dầu mỏ với đường kính từ 0,35 đến 0,8 mm. Nó nổi tiếng với độ bền cơ học cao và hàm lượng bụi thấp. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng tầng sôi như lọc nước do cấu trúc hình cầu của nó.
Thời gian đăng bài: 18/06/2022