Than hoạt tính là gì?

Có nhiều định nghĩa khác nhau về than hoạt tính.

Than hoạt tính là một chất gồm chủ yếu là nguyên tố carbon ở dạng vô định hình (bột), một phần nữa có dạng tinh thể vụn grafit. Ngoài carbon thì phần còn lại thường là tàn tro, mà chủ yếu là các kim loại kiềm và vụn cát. Than hoạt tính có diện tích bề mặt ngoài rất lớn nên được ứng dụng như một chất lý tưởng để lọc hút nhiều loại hóa chất. (Nguồn: Wikipedia)

Theo cách khác đơn giản hơn, thì than hoạt tính là than đã được hoạt tính hóa ở nhiệt độ cao trong điều kiện không có oxi. Than sau khi được hoạt tính có cấu trúc xốp, rỗng, diện tích tiếp xúc lớn, có tác dụng hấp thu cặn bẩn và hóa chất, được ứng dụng trong các lĩnh vực xử lý nước, lọc vàng, xử lý nước thải, khí độc và nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác.

Than hoạt tính có cấu tạo như thế nào?

Diện tích bề mặt của than hoạt tính khoảng 500-2500 m²/g. Phần lớn các vết rỗng – nứt vi mạch được tạo ra do quá trình hoạt hóa, đều có tính hấp thụ rất mạnh và chúng đóng vai trò các rãnh chuyển tải (kẽ nối). Than hoạt tính thường được tự nâng cấp (ví dụ, tự rửa tro hoặc các hóa chất tráng mặt), để lưu giữ lại được những thuộc tính lọc hút, để có thể thấm hút được các thành phần đặc biệt như kim loại nặng.

Một thuộc tính khá quan trọng của than hoạt tính là than hoạt tính không độc (kể cả một khi đã ăn phải nó). Hơn nữa, Chất thải của quá trình chế tạo than hoạt tính dễ dàng được tiêu hủy bằng phương pháp đốt. Nếu như các chất đã được lọc là những kim loại nặng thì việc thu hồi lại, từ tro đốt, cũng rất dễ. Phần lớn than hoạt tính có mặt trong đời sống được làm từ gỗ bằng cách đốt cháy thân cây rồi phun nước lên thân cây đang cháy(loại này còn có tên là than hoa) hoặc nung thân gỗ trong môi trường yếm khí.

Các thông số kỹ thuật của than hoạt tính:

1. Kích thước, thể tích lỗ xốp và diện tích bề mặt riêng:

Kích thước của lỗ xốp được tính bằng khoảng cách giữa hai cạnh của rãnh hoặc đường kính của ống xốp. Theo tiêu chuẩn của IUPAC thì kích thước lỗ xốp được chia ra làm 3 loại: micro pore có kích thước bé hơn 2 nm, meso pore có kích thước từ 2-50 nm và macro pore có kích thước từ 50 nm trở lên. (1 nm=10^-9m).

Diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính được đo bằng m2/g và là một thông số hết sức quan trọng đối với than, cho biết khả năng hấp phụ của than hoạt tính. Bề mặt riêng của than được xác định bằng phương pháp BET do đó gọi luôn BET là bề mặt riêng của than (3 chữ cái đầu tiên của tên 3 nhà khoa học Stephen Brunauer, Paul Hugh Emmett, and Edward Teller đưa ra vào năm 1938). BET là một thông số hết sức quan trọng đối với than, cho biết khả năng hấp thụ của than hoạt tính. 95% diện tích bề mặt riêng của than là diện tích của các lỗ xốp micro, lỗ xốp meso đóng góp không quá 5%, còn các lỗ xốp macro đóng góp không đáng kể vào BET.

2. Chỉ số iot của than hoạt tính

Là chỉ số cơ bản của than hoạt tính, đặc trưng cho diện tích bề mặt của lỗ xốp cũng như khả năng hấp phụ của than.

Chỉ số iot được tính bằng số mg iot được hấp thụ bởi 1g than. Chỉ số iot càng lớn thì diện tích bề mặt riêng (BET) càng cao, mức độ hoạt hóa càng cao. Chỉ số iot thường dao động khoảng 500–1200 mg/g. Từ giá trị của chỉ số iot có thể tính ra được diện tích bề mặt riêng của than.

Tuy nhiên, nguyên tử iot có kích thước lớn nên khó chui sâu vào các lỗ xốp micro do đó các nhà khoa học phải có hệ số chuyển đổi sang BET phù hợp.

3. Độ cứng của than hoạt tính

Là khả năng chống chịu mài mòn của than hoạt tính. Đây là một thông số quan trọng bởi vì trong quá trình sử dụng, than hoạt tính còn phải chịu những tác động vật lý như: bị đặt dưới dòng chảy lỏng hoặc khí, dưới tác động của áp suất, do đó than cần phải đảm bảo được những yếu tố về độ cứng nhằm giữ được nguyên vẹn cấu trúc trong quá trình sử dụng và phục hồi. Độ cứng của than phụ thuộc rất nhiều vào nguyên liệu đầu vào, cấu trúc và diện tích bề mặt riêng của than cũng như mức độ quá trình hoạt hóa.

4. Phân bố kích thước hạt than hoạt tính

Kích thước hạt ảnh hưởng lớn đến khả năng tiếp cận của chất được hấp phụ tới bền mặt của than. Kích thước càng nhỏ thì khả năng tiếp cập càng dễ và quá trình hấp thụ diễn ra càng nhanh. Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi hấp thụ trong hệ khí có áp suất thấp. Tính toán kỹ được phân bố kích thước hạt giúp chúng ta có thể chọn lựa được những thông số áp suất tối ưu để giảm thiểu tối đa mức tiêu thụ năng lượng.

Kích thước hạt ảnh hưởng lớn đến khả năng tiếp cận của chất được hấp phụ tới bề mặt của than. Kích thước càng nhỏ thì khả năng tiếp cập càng dễ và quá trình hấp thụ diễn ra càng nhanh. Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi hấp thụ trong hệ khí có áp suất thấp. Tính toán kỹ được phân bố kích thước hạt giúp chúng ta có thể chọn lựa được những thông số áp suất tối ưu để giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng.