TÁI SỬ DỤNG VÀ TÁI SINH THAN HOẠT TÍNH

Than hoạt tính, một vật liệu tự nhiên đơn giản nhưng có khả năng tái sinh mạnh mẽ, đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau. Qua bài viết này cùng Tín Thành tìm hiểu rõ hơn về “Tài sử dụng và Tái sinh than hoạt tính”

Thế nào là tái sinh than hoạt tính?

Tái sinh than hoạt tính liên quan đến việc khôi phục hiệu suất hấp phụ của than hoạt tính bằng cách loại bỏ các chất hấp phụ trên bề mặt than hoạt tính – xử lý vật lý, hóa học và sinh học chất thải than hoạt tính đã mất khả năng hấp phụ.
Tái sinh được sử dụng theo nghĩa tương tự như hoạt động giải hấp và đề cập đến việc loại bỏ các chất bị hấp phụ vật lý thuận nghịch bằng cách sử dụng năng lượng lớn hơn năng lượng hấp phụ. Tái sinh đề cập đến trường hợp các điều kiện xử lý tương đối nhẹ nhàng như rửa ngược, giải hấp nhiệt và xử lý hóa học. Điều này đề cập đến phương pháp kích hoạt ở nhiệt độ cao trong trường hợp hấp phụ chất lỏng có nhiều hấp phụ ngược hoặc khi hấp phụ ở pha khí được lặp lại nhiều lần và hiệu suất hấp phụ suy giảm nhanh chóng.
Sự suy giảm hiệu suất của than hoạt tính trong quá trình tái sinh khác nhau tùy thuộc vào loại than hoạt tính và chất hấp phụ, điều kiện tái sinh,… nhưng sẽ suy giảm trong mọi trường hợp. Khi chất hữu cơ hấp phụ trên bề mặt than hoạt tính bị carbon hóa, hàm lượng carbon hóa của than hoạt tính về cơ bản tăng lên so với than hoạt tính ban đầu và trọng lượng của nó cũng tăng theo. Tuy nhiên, do bột carbon có thể đã đóng các lỗ của than hoạt tính nên hiệu suất hấp phụ không thể được phục hồi như cũ.
Nói chung, khi số lần tái sinh tăng lên, hàm lượng tro của than hoạt tính tăng lên, kích thước hạt nhỏ hơn một chút, độ bền cơ học và độ cứng giảm, cấu trúc lỗ rỗng thay đổi để phóng to kích thước lỗ rỗng thông qua một số phản ứng khí hóa và thể tích lỗ rỗng tăng lên làm than hoạt tính dạng bột làm tăng hàm lượng tro do tái hoạt động và các hạt trở nên mịn hơn, làm giảm khả năng lọc.

Bảng 1. So sánh các thông số đặc trưng của than hoạt tính trước và sau khi hoàn nguyên.

Mục	Than hoạt tính mới	Than hoạt tính thải
Mục	Than hoạt tính mới	Trước khi hoàn nguyên	Sau khi hoàn nguyên
Độ ẩm (%)	1,2	41,2	2 – 3
Độ cứng (%)	95,7	89,4	92
Hàm lượng tro (%)	12,8	13,8	12 – 17
pH	8,9	6,7	7 – 9
Diện tích bề mặt riêng (m²/g)	1.055	515	1.010
Khả năng khử màu xanh methylen (mL/g)	250	60	200
Khả năng hấp phụ iod (mg/g)	1.075	620	950
Năng suất tái sinh (%)			70 – 80

Cơ sở lý thuyết của công nghệ tái sinh than hoạt tính

Cơ sở lý thuyết của công nghệ tái sinh vật lý và hóa học là sử dụng cơ chế giải hấp làm đảo ngược cơ chế hấp phụ của than hoạt tính. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ của than hoạt tính khác nhau tùy thuộc vào chất bị hấp phụ và loại than hoạt tính, ngoài các tính chất vật lý và hóa học của than hoạt tính (diện tích bề mặt, cấu trúc bên trong hạt, tính chất hóa học của bề mặt bên trong các lỗ rỗng,…), độ hòa tan của chất bị hấp phụ, độ phân cực, nồng độ ion hydro, tốc độ ion hóa, số lượng chất bị hấp phụ, kích thước phân tử, nồng độ, cấu trúc phân tử và sức căng bề mặt, nhiệt độ và nồng độ của các chất cùng tồn tại ảnh hưởng rất lớn đến khả năng hấp phụ. Ở đây, công nghệ tái sinh hóa lý được thiết kế để tối đa hóa hiệu quả tái sinh bằng cách kết hợp pH, dung môi và nhiệt độ, những yếu tố này đóng vai trò quyết định trong quá trình hấp phụ và giải hấp. Nói cách khác, các điều kiện tái sinh vật lý và hóa học được đặt thành 2% NaOH, 20% Ethanol và nhiệt độ khoảng 100°C, từ đó tìm ra các điều kiện tối ưu để tăng hiệu quả tái sinh.

Đặc điểm công nghệ tái sinh vật lý và hóa học

Công nghệ tái sinh than hoạt tính được sử dụng đến nay là lò tái sinh nhiệt độ cao (900 – 1.000°C) tương tự như quy trình sản xuất than hoạt tính, nếu lắp đặt cơ sở tái sinh tại chỗ thì tổng chi phí cơ sở và chi phí bảo trì là 40 – 50% trở lên. Ngay cả trong trường hợp tái sinh lô hàng, chi phí này chỉ bằng khoảng 70% giá than hoạt tính mới. Trong hoàn cảnh như nước ta, dịch vụ tái sinh than hoạt tính còn khó khăn và thiếu công nghệ vận hành, bảo trì hoặc nhân lực thì cần phát triển một quy trình tái sinh than hoạt tính tiết kiệm, dễ vận hành để thay thế tái sinh nhiệt và một nguyên mẫu của quy trình tái sinh than hoạt tính. Công nghệ tái sinh hóa lý có thể được xây dựng cho mục đích này. Nó cho thấy quá trình tái sinh bằng cách trộn nước thích hợp, 20 ~ 50% dung môi (Ethanol) và 2 ~ 4% NaOH với than hoạt tính tái chế ở nhiệt độ 100°C hoặc thấp hơn.
Hoạt động của quá trình tái sinh than hoạt tính mới này bao gồm các quá trình phản ứng tái sinh, giải hấp, làm sạch và thu hồi. Hiệu quả tái sinh của quá trình này cho thấy tỷ lệ thu hồi từ 83 đến 97% so với than hoạt tính và than mới, phương pháp tái sinh đơn giản, dễ vận hành, độ hao hụt than tái sinh thấp, dễ dàng bổ sung vào chất hấp phụ hiện có. Ngoài ra, nó còn tiết kiệm và rẻ hơn 10% so với than mới, đồng thời có một số ưu điểm như yêu cầu tái tạo nhiệt khoảng 15 đến 20%.