Than hoạt tính (AC) là vật liệu có hàm lượng cacbon cao có độ xốp và khả năng hấp phụ cao được sản xuất từ gỗ, vỏ dừa, than đá, nón, v.v. AC là một trong những chất hấp phụ thường được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau để loại bỏ nhiều chất ô nhiễm khỏi các nguồn nước và không khí. Vì AC được tổng hợp từ các sản phẩm nông nghiệp và chất thải, nên nó đã chứng tỏ là một giải pháp thay thế tuyệt vời cho các nguồn không tái tạo và đắt tiền theo truyền thống. Để tạo ra AC, người ta sử dụng hai quy trình cơ bản là cacbon hóa và hoạt hóa. Trong quy trình đầu tiên, các tiền chất được xử lý ở nhiệt độ cao, từ 400 đến 850°C, để đẩy hết các thành phần dễ bay hơi ra ngoài. Nhiệt độ cao sẽ loại bỏ tất cả các thành phần không phải cacbon khỏi tiền chất như hydro, oxy và nitơ dưới dạng khí và hắc ín. Quy 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 tổng hợp trước đó. Sự gia tăng kích thước lỗ chân lông trong quá trình hoạt hóa có thể được phân loại thành ba loại: mở các lỗ chân lông trước đây không thể tiếp cận, phát triển lỗ chân lông mới bằng cách hoạt hóa có chọn lọc và mở rộng các lỗ chân lông 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 hoạt hóa than 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 ưa chuộng hơn vì bản chất tinh khiết, dễ xử lý và quá trình hoạt hóa có thể kiểm soát được ở khoảng 800°C. Có thể đạt được độ đồng đều lỗ rỗng cao khi hoạt hóa carbon dioxide so với hơi nước. Tuy nhiên, đối với hoạt hóa vật lý, hơi nước được ưa chuộng hơn nhiều so với carbon dioxide vì có thể tạo ra AC với diện tích bề mặt tương đối cao. Do kích thước phân tử nước nhỏ hơn nên quá trình khuếch tán của nước trong cấu trúc than diễn ra hiệu quả. Quá trình hoạt hóa bằng hơi nước được phát hiện cao hơn khoảng hai đến ba lần so với carbon dioxide với cùng mức độ chuyển đổi.
Tuy nhiên, phương pháp hóa học liên quan đến việc trộn tiền chất với các tác nhân hoạt hóa (NaOH, KOH và FeCl3, v.v.). Các tác nhân 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 tương đối 300-500°C so với phương pháp vật lý. Do đó, nó ảnh hưởng đến quá trình phân hủy nhiệt phân và sau đó, dẫn đến sự mở rộng của cấu trúc xốp được cải thiện và năng 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 cộng sự đề xuất [1] theo đó các miền vi mô hình cầu khác nhau chịu trách nhiệm hình thành các lỗ vi mô được tìm thấy trong AC. Mặt khác, các lỗ trung bình được phát triển trong các vùng liên miền vi mô. Về mặt thực nghiệm, họ đã hình thành than hoạt tính từ nhựa gốc phenol bằng cách hoạt hóa hóa học (sử dụng KOH) và hoạt hóa vật lý (sử dụng hơi nước) (Hình 1). Kết quả cho thấy AC tổng hợp bằng hoạt hóa KOH có diện tích bề mặt cao là 2878 m2/g so với 2213 m2/g bằng hoạt hóa hơi nước. Ngoài ra, các yếu tố khác như kích thước lỗ, diện tích bề mặt, thể tích lỗ vi mô và chiều rộng lỗ trung bình đều được phát hiện là tốt hơn trong điều kiện hoạt hóa bằng KOH so với hoạt hóa bằng hơi nước.
Sự khác biệt giữa AC được chế tạo từ hoạt hóa hơi nước (C6S9) và hoạt hóa KOH (C6K9) được giải thích theo mô hình cấu trúc vi mô.
Tùy thuộc vào kích thước hạt và phương pháp chế tạo, nó có thể được phân loại thành ba loại: AC chạy bằng điện, AC dạng hạt và AC dạng hạt. AC chạy bằng điện được hình thành từ các hạt mịn có kích thước 1 mm với phạm vi đường kính trung bình từ 0,15-0,25 mm. AC dạng hạt có kích thước tương đối lớn hơn và diện tích bề mặt ngoài nhỏ hơn. AC dạng hạt được sử dụng cho nhiều ứng dụng pha lỏng và pha khí khác nhau tùy thuộc vào tỷ lệ kích thước của chúng. Loại thứ ba: AC dạng hạt thường được tổng hợp từ nhựa dầu mỏ có đường kính từ 0,35 đến 0,8 mm. Nó được biết đến 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: 18-06-2022