Cấu Trúc Than Hoạt Tính - Activated Carbon Structure

Cấu Trúc Than Hoạt Tính - Activated Carbon Structure

Than hoạt tính là một chất có cấu tạo chủ yếu  là các nguyên tố cacbon ở dạng vô định hình (bột), một phần nữa có thể ở dạng tinh thể vụn grafit. Ngoài cacbon 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 cực lớn nên được ứng dụng như một vật chất lý tưởng để lọc, hút (hấp phụ) nhiều loại hóa chất khác nhau

Hình ảnh than hoạt tính được hoạt hóa cao 

- Cấu tạo với Cacbon (85-90%) đã được xử lý để loại bỏ các chất nhựa và tạo ra các lỗ xốp trong cấu trúc.

 - Được sản xuất từ nguyên liệu là các loại than hoa (than gỗ, than tre lường, than gáo dừa...) bằng cách hoạt hóa chúng bởi các tác nhân hóa lý.

 - Than hoạt tính khác với than hoa thông thường ở diện tích bề mặt lớn gấp nhiều lần do được hoạt hóa cao tạo cấu trúc có nhiều lỗ xốp ( trong khi diện tích bề mặt của than hoa thông thường vào khoảng vài chục m2/g than, với than hoạt tính cao hơn rất nhiều :từ vài trăm đến hàng ngàn m2/g). Độ hấp phụ và các thông số kỹ thuật khác cũng cao hơn nhiều lần so với than thông thường, do đó than hoạt tính có những đặc tính kỹ thuật  vượt trội mà than hoa thông thường không có được.

Diện tích bề mặt của than hoạt tính nếu tính ra đơn vị khối lượng thì là từ 500 đến 2500 m2/g tùy thuộc vào mức độ hoạt hóa và nguyên liệu chế tạo (lấy một ví dụ cụ thể để so sánh thì một sân quần vợt có diện tích rộng khoảng chừng 260 m2). 

Activated Carbon Structure

Bề mặt riêng rất lớn này là hệ quả của cấu trúc xơ rỗng mà chủ yếu là do thừa hưởng từ nguyên liệu có xuất xứ từ hữu cơ, qua quá trình chưng khô (sấy) ở nhiệt độ cao trong điều kiện yếm khí. Phần lớn các vết rỗng - nứt vi mạch, 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.

Những Thông Số Của Than Hoạt Tính

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.

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. 95% diện tích bề mặt riêng của than là diện tích của những lỗ xốp micro. Những lỗ xốp meso có diện tích bề mặt chiếm không quá 5% tổng diện tích bề mặt của than. Những lỗ xốp kích thước lớn không có nhiều ý nghĩa trong hoạt tính của than vì diện tích bề mặt riêng của chúng không đáng kể.

Than hoạt tính cao cấp ứng dụng trong lõi lọc nước nano

Chỉ số iot
Đây là một 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 khối lượng iot có thể được hấp phụ bởi một đơn vị khối lượng của than (mg/g). Nguyên lý của phương pháp đo dựa trên sự hấp phụ lớp đơn phân tử iot trên bề mặt của than. Chỉ số iot càng lớn thì mức độ hoạt hóa càng cao. Giá trị của chỉ số iot rơi vào khoảng 500–1200 mg/g. Từ giá trị của chỉ số iot có thể tính ra được diện tích bề mặt riêng của than

Độ cứng

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 cũng như mức độ quá trình hoạt hóa.

Phân bố kích thước hạt
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.

Ứng dụng
Trong y tế (Carbo medicinalis – than dược): để tẩy trùng và các độc tố sau khi bị ngộ độc thức ăn...
Trong công nghiệp hóa học: làm chất xúc tác và chất tải cho các chất xúc tác khác...
Trong kỹ thuật, than hoạt tính là một thành phần lọc khí (trong đầu lọc thuốc lá, miếng hoạt tính trong khẩu trang); tấm khử mùi trong tủ lạnh và máy điều hòa nhiệt độ...
Trong xử lý nước (hoặc lọc nước trong gia đình): để tẩy các chất bẩn vi lượng, diệt khuẩn và khử mùi....v.v.v.
Tác dụng tốt trong phòng tránh tác hại của tia đất.

Tóm lại: Với cấu trúc đặc biệt và được sản xuất bởi quy trình công nghệ tiên tiến, than hoạt tính được ứng dụng rộng dãi trong ngành công nghệ xử lý nước nano do có khả năng loại bỏ hàng trăm hợp chất hóa học có thể gây hại cho con người. Than hoạt tính loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước bằng cách hấp phụ, khi nước chảy qua bề mặt than, các chất độc hại sẽ bị lưu giữ lại trong các khoảng không gian rỗng của mạng lưới. Vì mạng lưới cấu trúc rỗng của than hoạt tính rất lớn nên khả năng hấp phụ của than hoạt tính rất mạnh và lưu giữ tốt đối với các chất khí, chất lỏng và các phân tử hữu cơ khác.