Than hoạt tính - 4 cách phân loại và nguyên lý hoạt động

Than hoạt tính, một loại than nhân tạo, đã mang đến cho người dùng rất nhiều ứng dụng thú vị và hữu ích. Hôm nay, chúng ta sẽ cùng Tín Thành khám phá về than hoạt tính, từ định nghĩa, phân loại, cho đến nguyên lý hoạt động của nó qua bài viết này!

Than hoạt tính là gì?

Than hoạt tính là tổng hợp của carbon xốp đã trải qua quá trình kích hoạt bằng khí hoặc hóa chất sau khi “carbon hóa” các vật liệu dễ cháy thành than (Char, Charcoal).
Có thể nói là loại vật liệu có đặc tính hấp phụ/loại bỏ các chất hữu cơ, chất độc hại khác nhau nhờ lực hút Van der Waals và các nhóm chức trên bề mặt carbon cùng với sự phát triển của các lỗ xốp đó.

Nguồn gốc của than hoạt tính

Than được tạo ra thông qua quá trình carbon hóa các vật liệu dễ cháy (gáo dừa, gỗ, than bitum, than antracid, v.v.) ở khoảng 600°C. Khi các chất dễ bay hơi trong mô biến mất, các khoảng trống nhỏ được tạo ra để tạo ra các lỗ rỗng.
Khi than carbon hóa được sử dụng làm nguyên liệu thô và hơi nước được sử dụng ở nhiệt độ cao khoảng 900°C hoặc cao hơn để trải qua quá trình kích hoạt, trong đó các lỗ nhỏ rất phát triển, các lỗ nhỏ ở đơn vị nanomet cũng được phát triển bên trong và vượt qua qua vô số vi không gian để có diện tích bề mặt bên trong cao.

Phân loại

Được phân loại dựa vào 04 phạm trù cơ bản: hình dạng vật lý, nguyên liệu cấu thành, phương pháp kích hoạt và phân loại theo công dụng.

Bảng 1. Phân loại than hoạt tính.

Nguyên lý hoạt động

Mạng lưới lỗ rỗng trong cấu trúc mạng tinh thể của than hoạt tính loại bỏ các tạp chất có trong khí và chất lỏng thông qua quá trình hấp phụ.

Trong quá trình lọc nước qua than hoạt tính, các chất gây ô nhiễm bám vào bề mặt của các hạt carbon này hoặc bị mắc kẹt trong các lỗ nhỏ của than hoạt tính. Bộ lọc của than có hiệu quả để loại bỏ một số chất hữu cơ (chẳng hạn như mùi vị và mùi không mong muốn, chất ô nhiễm vi mô), clo, flo hoặc radon, khỏi nước uống hoặc nước thải. Tuy nhiên, nó không hiệu quả đối với các chất gây ô nhiễm vi sinh vật, kim loại, nitrate và các chất gây ô nhiễm vô cơ khác.

Các nguyên tắc lọc than hoạt tính hấp phụ cũng giống như các nguyên tắc của bất kỳ vật liệu hấp phụ nào khác. Chất gây ô nhiễm bị thu hút và giữ (hấp phụ) trên bề mặt của các hạt carbon. Các đặc tính của vật liệu carbon (kích thước hạt và lỗ xốp, diện tích bề mặt, tính chất hóa học bề mặt, v.v.) ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ.

Các đặc tính của chất gây ô nhiễm hóa học cũng rất quan trọng. Các hợp chất ít tan trong nước có nhiều khả năng bị hấp phụ vào chất rắn. Đặc điểm thứ hai là ái lực mà một chất gây ô nhiễm nhất định có với bề mặt carbon. Ái lực này phụ thuộc vào điện tích và cao hơn đối với các phân tử sở hữu ít điện tích hơn. Nếu một số hợp chất có mặt trong nước, các chất hấp phụ mạnh sẽ gắn vào carbon với số lượng lớn hơn những chất có khả năng hấp phụ yếu.

Ứng dụng của than hoạt tính

Than hoạt tính được sử dụng để làm sạch chất lỏng và khí cho nhiều ứng dụng, bao gồm xử lý nước đô thị, thực phẩm và đồ uống, khử mùi và tẩy màu, kiểm soát ô nhiễm công nghiệp, bộ lọc gia dụng, v.v.
Ví dụ, trong những ngôi nhà quen thuộc với chúng ta, nó được sử dụng làm chất khử mùi cho tủ lạnh, chất hấp thụ cho máy lọc không khí, bộ lọc cho máy lọc nước và giấy lọc để loại bỏ các chất có mùi và chất tạo màu từ không khí hoặc nước.
Nó có thể được sử dụng để loại bỏ các chất gây ô nhiễm từ nước, nước thải hoặc nước uống. Lọc nước có một số ứng dụng phụ, bao gồm xử lý nước thải đô thị, lọc nước sinh hoạt, xử lý nước tại các khu xử lý công nghiệp và lọc nước ngầm.
Tương tự như vậy, than hoạt tính có thể được sử dụng để xử lý không khí. Chúng bao gồm các ứng dụng trong khẩu trang, hệ thống thanh lọc trong nhà, giảm khử mùi và loại bỏ các chất ô nhiễm có hại từ khí thải tại các khu vực quy trình công nghiệp.
Ngoài ra, than hoạt tính được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống để đạt được nhiều mục tiêu khác nhau. Điều này bao gồm việc loại bỏ caffein, loại bỏ các thành phần không mong muốn như mùi, vị hoặc màu sắc.
Lĩnh vực được sử dụng rộng rãi nhất là xử lý nước (nước), sau đó là loại bỏ kim loại trong các nhà máy điện than.