Huy TH TECH
Thành Viên [LV 0]
rích dẫn Martin O’Brien, Rebecca DiStefano and Andrew Harris.
Hiểu biết về các loại sản phẩm than hoạt tính khác nhau, đặc tính cụ thể của chúng và cách sử dụng tốt nhất là điều cần thiết để thiết kế các quy trình xử lý môi trường hiệu quả
Than hoạt tính là một loại vật liệu carbon sản xuất được sử dụng cho nhiều quy trình hấp phụ, bao gồm xử lý nước uống, hoạt động công nghiệp, xử lý môi trường và nhiều ứng dụng khác. Các báo cáo cho thấy than hoạt tính thô đã được sử dụng theo nhiều cách khác nhau trong nhiều thiên niên kỷ, ví dụ như bởi người Ai Cập và La Mã cổ đại để làm thuốc hoặc lọc nước, nhưng khoa học về than hoạt tính hiện đại hiệu quả hơn đã liên tục phát triển trong nhiều thập kỷ. Các sản phẩm than hoạt tính ngày nay bao gồm các vật liệu sản xuất tiên tiến rất quan trọng đối với cơ sở hạ tầng năng lượng và nước của xã hội, cũng như ngành công nghiệp hiện đại. Than hoạt tính cung cấp một giải pháp môi trường để đảm bảo không khí sạch và nước uống và góp phần sản xuất hiệu quả nhiều sản phẩm công nghiệp. Việc hiểu các loại sản phẩm than hoạt tính khác nhau, các đặc tính cụ thể của chúng và các phương pháp sử dụng tốt nhất là rất quan trọng để thiết kế các quy trình xử lý hiệu quả.
.png)
Than hoạt tính phổ biến vì nó là vật liệu hấp phụ linh hoạt với khả năng tách và giữ lại các thành phần của nhiều chất lỏng và khí (Hình 1). Trong một hạt than hoạt tính, diện tích bề mặt riêng lớn tạo điều kiện cho sự hấp phụ vật lý của các phân tử lên bề mặt cacbon. Trái ngược với sự hấp thụ, trong đó chất lỏng xâm nhập vào khu vực bên trong của vật liệu, khiến nó giãn nở, sự hấp phụ là một hiện tượng mô tả cách các phân tử bám dính vật lý vào bề mặt. Sự hấp phụ vật lý lên than hoạt tính xảy ra thông qua các lực liên phân tử yếu được gọi là lực Van der Waals trong diện tích bề mặt bên trong của cacbon, thường được gọi là các lỗ xốp của cacbon, giúp cho than hoạt tính có khả năng hấp phụ và giữ lại các hợp chất hữu cơ đặc biệt. Sự hấp phụ của than hoạt tính là không đặc hiệu và các đặc tính của chất bị hấp phụ góp phần vào khả năng thực tế đối với một chất gây ô nhiễm nhất định. Cường độ hấp phụ của hợp chất lên than hoạt tính tăng theo trọng lượng phân tử và độ thơm, và có thể bị ảnh hưởng bởi các nhóm chức. Khả năng hấp phụ này cho phép than hoạt tính được sử dụng trong nhiều quy trình phân tách. Một số yếu tố phổ biến ảnh hưởng đến sự hấp phụ được trình bày chi tiết trong Bảng 1.
Cách sản xuẩt than hoạt tính?
Than hoạt tính được sản xuất bằng cách cacbon hóa một vật liệu giàu cacbon và sau đó tạo ra diện tích bề mặt mới bên trong gọi là quá trình hoạt hóa. Loại quy trình kích hoạt được sử dụng và nguyên liệu thô được chọn sẽ tạo ra các sản phẩm than hoạt tính hoàn chỉnh với các đặc tính khác nhau.
Có hai loại quy trình kích hoạt được sử dụng để tạo ra diện tích bề mặt bên trong: kích hoạt vật lý, sử dụng khí ở nhiệt độ cao, chẳng hạn như H2O hoặc CO2, để phản ứng với carbon nhằm tăng diện tích bề mặt; hoặc kích hoạt hóa học, tạo ra diện tích bề mặt bằng phản ứng của các nguồn carbon với một hóa chất được thêm vào, chẳng hạn như HP3O4. Kích hoạt vật lý bằng hơi H2O là quy trình kích hoạt phổ biến nhất được thực hiện trong công nghiệp, nhưng kích hoạt hóa học được sử dụng để sản xuất một số sản phẩm than hoạt tính đặc biệt.
Trên toàn thế giới, nhiều nguyên liệu thô được sử dụng để sản xuất than hoạt tính, nhưng nguồn than hoạt tính quan trọng nhất về mặt công nghiệp là than, từ than cấp thấp như than non, đến bitum và than antraxit cấp cao hơn, cũng như các nguồn dựa trên sinh khối, chẳng hạn như như gỗ và vỏ dừa. Nguyên liệu thô tương ứng được sử dụng sẽ tạo ra than hoạt tính với một số tính chất kế thừa từ nguyên liệu thô, bao gồm các đặc tính hấp phụ, chẳng hạn như cấu trúc lỗ rỗng (hoặc phân bố lỗ rỗng), cũng như các đặc tính vật lý như các thành phần khoáng vô cơ, được gọi là hàm lượng tro, và độ cứng của than hoạt tính thu được. Nguồn carbon được chọn ảnh hưởng đến các đặc tính vật lý và hấp phụ của sản phẩm than hoạt tính đã hoàn thành, tạo ra các loại carbon khác nhau phù hợp cho các ứng dụng khác nhau. Gáo dừa và than chất lượng cao, chẳng hạn như vật liệu bitum, tạo ra than hoạt tính đặc hơn, cứng hơn và có hàm lượng tro thấp với cấu trúc lỗ xốp vi mô hơn. Nguyên liệu gỗ và than cấp thấp, chẳng hạn như than non, tạo ra các loại than hoạt tính mềm hơn với cấu trúc xốp và vĩ mô hơn. Vật liệu cơ bản thường có thể có tác động lớn đến hiệu suất carbon đối với một ứng dụng nhất định. Ví dụ, than hoạt tính được sản xuất từ nguồn than bitum hấp thụ các chất per- và poly-fluoroalkyl (PFAS) tốt hơn so với cacbon được sản xuất theo thông số kỹ thuật tương tự từ nguồn gáo dừa.
Các sản phẩm than hoạt tính có thể được sản xuất ở dạng than hoạt tính dạng hạt (GAC), trong phạm vi kích thước hạt milimet, ở dạng than hoạt tính dạng bột (PAC), thường bao gồm các hạt có kích thước dưới 44 micromet (μm) hoặc ở các dạng khác, chẳng hạn như dạng viên và vải. Hình 2 cho thấy các định dạng khác nhau và cung cấp các thuộc tính cụ thể cho từng định dạng.
Thuộc tính và thông số kỹ thuật. Việc xác định các thuộc tính cho than hoạt tính là rất quan trọng, bởi vì các thông số kỹ thuật đảm bảo rằng sản phẩm carbon sẽ hoạt động như mong đợi cho ứng dụng dự định của nó và sản phẩm có chất lượng ổn định. Vì than hoạt tính được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm xử lý nước, lọc không khí và chế biến thực phẩm và đồ uống, nên các thông số kỹ thuật tạo ra sản phẩm carbon tối ưu có thể khác nhau tùy theo ứng dụng. Bảng 2 mô tả một số thông số kỹ thuật tiêu biểu cho than hoạt tính.
Mời bạn đọc đọc tiếp phần 2 Than hoạt tính hoạt động như thế nào?
Hiểu biết về các loại sản phẩm than hoạt tính khác nhau, đặc tính cụ thể của chúng và cách sử dụng tốt nhất là điều cần thiết để thiết kế các quy trình xử lý môi trường hiệu quả
Than hoạt tính là một loại vật liệu carbon sản xuất được sử dụng cho nhiều quy trình hấp phụ, bao gồm xử lý nước uống, hoạt động công nghiệp, xử lý môi trường và nhiều ứng dụng khác. Các báo cáo cho thấy than hoạt tính thô đã được sử dụng theo nhiều cách khác nhau trong nhiều thiên niên kỷ, ví dụ như bởi người Ai Cập và La Mã cổ đại để làm thuốc hoặc lọc nước, nhưng khoa học về than hoạt tính hiện đại hiệu quả hơn đã liên tục phát triển trong nhiều thập kỷ. Các sản phẩm than hoạt tính ngày nay bao gồm các vật liệu sản xuất tiên tiến rất quan trọng đối với cơ sở hạ tầng năng lượng và nước của xã hội, cũng như ngành công nghiệp hiện đại. Than hoạt tính cung cấp một giải pháp môi trường để đảm bảo không khí sạch và nước uống và góp phần sản xuất hiệu quả nhiều sản phẩm công nghiệp. Việc hiểu các loại sản phẩm than hoạt tính khác nhau, các đặc tính cụ thể của chúng và các phương pháp sử dụng tốt nhất là rất quan trọng để thiết kế các quy trình xử lý hiệu quả.
TABLE 1: COMMON FACTIORS THAT AFFECT ADSORPTION | |||
| Property | Effect on Liquid phase adsorption | Property | Effect on vapor phase adsorption |
| Solubility | The higher the solubility, the more difficult to adsorb/ Độ hòa tan càng cao thì càng khó hấp phụ | Concentration | Wt.% loading on carbon increases as inlet species concentration increases |
| Concentration | Wt.% loading on carbon increases as inlet species concentration increases/ công suất hấp phụ tăng khi nồng độ đầu vào tăng | Saturation pressure | The closer to saturation pressure the more strongly adsorbed/ gần áp suất bão hòa thì hấp phụ mạnh hơn. |
| Molecular weight | The higher the molecular weight, the better adsorbed/ KL phân tử lớn thì hấp phụ tốt hơn | Relative humidity | RH above 50% interferes with adsorption efficiency-lower adsorbed capacity/ rất nhạy cảm với độ ẩm cao |
| Functional groups | More complex structures adsorb more strongly/ cấu trúc phức tạp thì hấp thụ mạnh hơn | Temperature | Higher temperatures result in lower wt.% loading/ nhiệt độ cao hấp thụ kém hơn |
Than hoạt tính được sản xuất bằng cách cacbon hóa một vật liệu giàu cacbon và sau đó tạo ra diện tích bề mặt mới bên trong gọi là quá trình hoạt hóa. Loại quy trình kích hoạt được sử dụng và nguyên liệu thô được chọn sẽ tạo ra các sản phẩm than hoạt tính hoàn chỉnh với các đặc tính khác nhau.
Có hai loại quy trình kích hoạt được sử dụng để tạo ra diện tích bề mặt bên trong: kích hoạt vật lý, sử dụng khí ở nhiệt độ cao, chẳng hạn như H2O hoặc CO2, để phản ứng với carbon nhằm tăng diện tích bề mặt; hoặc kích hoạt hóa học, tạo ra diện tích bề mặt bằng phản ứng của các nguồn carbon với một hóa chất được thêm vào, chẳng hạn như HP3O4. Kích hoạt vật lý bằng hơi H2O là quy trình kích hoạt phổ biến nhất được thực hiện trong công nghiệp, nhưng kích hoạt hóa học được sử dụng để sản xuất một số sản phẩm than hoạt tính đặc biệt.
Trên toàn thế giới, nhiều nguyên liệu thô được sử dụng để sản xuất than hoạt tính, nhưng nguồn than hoạt tính quan trọng nhất về mặt công nghiệp là than, từ than cấp thấp như than non, đến bitum và than antraxit cấp cao hơn, cũng như các nguồn dựa trên sinh khối, chẳng hạn như như gỗ và vỏ dừa. Nguyên liệu thô tương ứng được sử dụng sẽ tạo ra than hoạt tính với một số tính chất kế thừa từ nguyên liệu thô, bao gồm các đặc tính hấp phụ, chẳng hạn như cấu trúc lỗ rỗng (hoặc phân bố lỗ rỗng), cũng như các đặc tính vật lý như các thành phần khoáng vô cơ, được gọi là hàm lượng tro, và độ cứng của than hoạt tính thu được. Nguồn carbon được chọn ảnh hưởng đến các đặc tính vật lý và hấp phụ của sản phẩm than hoạt tính đã hoàn thành, tạo ra các loại carbon khác nhau phù hợp cho các ứng dụng khác nhau. Gáo dừa và than chất lượng cao, chẳng hạn như vật liệu bitum, tạo ra than hoạt tính đặc hơn, cứng hơn và có hàm lượng tro thấp với cấu trúc lỗ xốp vi mô hơn. Nguyên liệu gỗ và than cấp thấp, chẳng hạn như than non, tạo ra các loại than hoạt tính mềm hơn với cấu trúc xốp và vĩ mô hơn. Vật liệu cơ bản thường có thể có tác động lớn đến hiệu suất carbon đối với một ứng dụng nhất định. Ví dụ, than hoạt tính được sản xuất từ nguồn than bitum hấp thụ các chất per- và poly-fluoroalkyl (PFAS) tốt hơn so với cacbon được sản xuất theo thông số kỹ thuật tương tự từ nguồn gáo dừa.
Các sản phẩm than hoạt tính có thể được sản xuất ở dạng than hoạt tính dạng hạt (GAC), trong phạm vi kích thước hạt milimet, ở dạng than hoạt tính dạng bột (PAC), thường bao gồm các hạt có kích thước dưới 44 micromet (μm) hoặc ở các dạng khác, chẳng hạn như dạng viên và vải. Hình 2 cho thấy các định dạng khác nhau và cung cấp các thuộc tính cụ thể cho từng định dạng.
Thuộc tính và thông số kỹ thuật. Việc xác định các thuộc tính cho than hoạt tính là rất quan trọng, bởi vì các thông số kỹ thuật đảm bảo rằng sản phẩm carbon sẽ hoạt động như mong đợi cho ứng dụng dự định của nó và sản phẩm có chất lượng ổn định. Vì than hoạt tính được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm xử lý nước, lọc không khí và chế biến thực phẩm và đồ uống, nên các thông số kỹ thuật tạo ra sản phẩm carbon tối ưu có thể khác nhau tùy theo ứng dụng. Bảng 2 mô tả một số thông số kỹ thuật tiêu biểu cho than hoạt tính.
Mời bạn đọc đọc tiếp phần 2 Than hoạt tính hoạt động như thế nào?
