cacbon hoạt tính và ứng dụng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Bộ mơn: Hố Keo

Than hoạt tính và ứng
dụng
START

HÀ NỘI 2021


Mục lục
• Sơ lược về than hoạt tính
• Điều chế than hoạt tính
• Phân loại
• Cấu trúc than hoạt tính
• Tính chất than hoạt tính
• Biến tính của than hoạt tính
• Ứng dụng than hoạt tính
• Sản lượng tồn cầu và Việt Nam
• So sánh


Sơ lược về than hoạt tính
Định nghĩa
Than hoạt tính là một dạng của cacbon đã được xử
lý để mang lại một cấu trúc rất xốp, do đó có diện
tích bề mặt rất lớn

1

www.companyname.com


Sơ lược về than hoạt tính
Đăc tính
Là chất hấp phụ quý và linh hoạt

Ứng dụng y học, để loại bỏ các độc tố
và vi khuẩn

2

Sử dụng rộng rãi cho nhiều mục đích

Sử dụng trong lĩnh vực luyện kim để thu
hồi Au, Ag, kim loại khác

Sách “Than hoạt tính và ứng dụng” của tác giả Mai Thanh Phong

www.companyname.com


Sơ lược về than hoạt tính
Cấu trúc

Thành phần
Cacbon
85% - 95%

0.5% Hidro
Nguyên tố
khác

1% Lưu huỳnh

•

Cấu trúc dạng tổ ong đặc trưng, diện tích bề mặt
rất lớn khoảng 800-1500m2/g

•

Than hoạt tính chủ yếu là do các lỗ nhỏ có bán
kính dưới 2nm tạo ra, thể tích mao quản từ 0.20.6cm3/g

•

Khả năng hấp phụ được quyết định bởi cấu trúc
vật lí và lỗ xốp của chúng nhưng cũng bị ảnh
hưởng mạnh bởi cấu trúc hóa học.

6 -7% Oxi
0.5% Nito

3

www.companyname.com

Điều chế than hoạt tính
Nguyên lí chung

Nhiệt phân nguyên liệu thơ C
ở nhiệt độ

4

Q Trình Than Hố

Sự Hoạt Hố

Sách “Than hoạt tính và ứng dụng” của tác giả Mai Thanh Phong

www.companyname.com


Q trình than hố
Là dùng nhiệt để phân hủy ngun liệu (< 800 0C) đưa về dạng cacbon, đồng thời làm bay hơi một số hợp chất
hữu cơ nhẹ và tạo xốp ban đầu cho than.
Quá trình phải đảm bảo mơi trường kị khí hay hạn chế tối đa sự có mặt và lưu thơng của oxi trong mơi trường
than hóa. Để tạo mơi trường trơ sử dụng phương pháp :

SiO2 / Hạt Sỏi

Khí Nito
Thổi liên tục dịng khí nito vào
để đuổi Oxi
5

Phủ SiO2 /Hạt sỏi lên nguyên liệu
để chiếm chỗ trống đuổi Oxi

Khí CO2/ Hơi Nước
Thổi liên tục dịng khí CO2 /Hơi
nươc vào để đuổi Oxi

Sách “Than hoạt tính và ứng dụng” của tác giả Mai Thanh Phong

www.companyname.com


Q trình hoạt hố
Hoạt hóa là q trình bào mịn mạng lưới tinh thể cacbon dưới tác dụng của nhiệt và tác nhân hoạt
hóa tạo độ xốp cho than bằng một hệ thống lỗ có kích thước khác nhau, tạo các tâm hoạt động trên bề
mặt.
Mục đích của giai đoạn hoạt hóa là phát triển mạnh bề mặt riêng của than thu được sau giai đoạn than
Hoạt Hố
hóa.
Hoạt hố vật lý
Sử dụng tác nhân nhiệt độ để thay đổi
cấu túc bề mặt than. Hoạt hóa vật lý ln
đi kèm giai đoạn than hóa, ở nhiệt độ cao
vật liệu bị dehydrat hóa, đồng thời xảy ra
q trình tái cấu trúc bề mặt than, kết quả
làm tăng cấu trúc xốp của bề mặt kéo
theo sự tăng diện tích bề ặt riêng của
than.

6

Hoạt hố hố học
Dựa vào phản ứng hóa học của chất
hoạt hóa với bề mặt than để thay đổi
cấu trúc bề mặt than.
Hoạt hóa hóa học tiến hành sau giai
đoạn than hóa. Xảy ra phản ứng ăn
mịn bề mặt, kết quả làm tăng cấu trúc
xốp của bề mặt than.

Sách “Than hoạt tính và ứng dụng” của tác giả Mai Thanh Phong

www.companyname.com


Q trình hoạt hố
•

Ưu điểm :

Hiệu quả hoạt hóa cao hơn, hay nói cách khác hoạt hóa hóa học cho than hoạt tính có diện tích về mặt
riêng lớn hơn, nhiệt độ hoạt hóa thấp hơn
•

Nhược điểm

Hoạt hóa hóa học tiến hành phức tạp hơn, tiêu tốn hóa chất và thường gây ô nhiễm môi trường trong
các công đoạn nung, rửa sản phẩm.

7

Sách “Than hoạt tính và ứng dụng” của tác giả Mai Thanh Phong

www.companyname.com


Phân loại
Phân loại Carbon hoạt tính dựa trên những đặc tính vật lý của chúng.
Ví dụ: Bột carbon hoạt tính (R1) (PAC), Cacbon hoạt tính dạng hạt (GAC), Carbon hoạt
tính dạng sợi, Tấm ép than hoạt tính (EAC), Carbon Bead kích hoạt (BAC), Cacbon đã được
ngâm tẩm .
Dạng bột (PAC)

Dạng hạt (GAC)

Carbon Bead kích hoạt
(BAC)

8


Cấu trúc
than hoạt tính
Khả năng hấp phụ quyết định bởi cấu trúc
vật lý và lỗ xốp nhưng cũng bị ảnh hưởng
mạnh bởi cấu trúc hóa học.


Cấu trúc xốp của bề mặt than hoạt tính
Các lỗ xốp của bề mặt than hoạt tính được chia thành 3 nhóm:

Bán kính hiệu dụng
lớn hơn 50nm

Lỗ lớn (Macopore)

Lỗ trung (Mesopore)

Lỗ nhỏ (Microporec)

Cịn gọi là lỗ vận chuyển có
bán kính hiệu dụng từ 2 đến
50 nm

Có kích thước cỡ phân
tử, bán kính hiệu dụng
nhỏ hơn 2nm

Than hoạt tính
12
9

Sách “Than hoạt tính và ứng dụng” của tác giả Mai Thanh Phong

www.companyname.com


Cấu trúc vật lý của than hoạt tính
•
•

•

Các lỗ nhỏ trong cấu trúc của than hoạt tính cho phép nước đi qua giúp loại bỏ các hạt, chất thải gây ô nhiễm
môi trường.
Phân tử bề mặt than hoạt tính sẽ hút hóa chất, tạp chất hịa tan trong nước và giữ chúng bên trong lõi.
Cấu trúc của than hoạt tính có thể xác định trực tiếp bằng kính hiển vi điện tử và có thể đánh giá gián tiếp qua
lượng đầu mà than hoạt tính hấp phụ.

Bộ lọc than hoạt tính

Nguồn nước
cần lọc

Nước sau
khi lọc

Chất Bẩn
10

Hố chất

Sách “Than hoạt tính và ứng dụng” của tác giả Mai Thanh Phong

www.companyname.com


Cấu trúc hố học của bề mặt
•

Cấu trúc tinh thể của than có tác động đáng kể đến hoạt tính hóa học.

•

Than hoạt tính hầu hết được liên kết với một lượng có thể xác định oxy và hydro. Các nguyên tử khác loại
này được tạo ra từ nguyên liệu ban đầu và trở thành một phần cấu trúc hóa học.

•

Thành phần quyết định của lực hấp phụ lên bề mặt than là thành phần không tập trung của lực Van der
Walls.

Bảng thành phần các nguyên tố hóa học một số loại than hoạt tính
11

Sách “Than hoạt tính và ứng dụng” của tác giả Mai Thanh Phong

www.companyname.com


Tính chất than hoạt tính
Tính chất vật lý
•

1g carbon hoạt tính có diện tích bề mặt rất lớn Sbm>500m2

•

Những phần riêng biệt xoắn mạnh tạo nhiều cấu trúc lỗ
xốp hoặc nhiều vùng, gồm các bề mặt phẳng có cấu trúc
tương tự graphite song song với nhau,cách nhau chỉ một

vài nanomet.

•

Các hạt than sơ khai thường có cấu trúc khối cầu hoặc gần
với khối cầu. Chúng nằm bên nhau trong hỗn hợp phản
ứng lại liên kết với nhau làm tăng kích thước của hạt để
giảm năng lượng tự do bề mặt và tạo thành các chuỗi. 

12

Sách “Than hoạt tính và ứng dụng” của tác giả Mai Thanh Phong

www.companyname.com


Tính chất của than hoạt tính
Tính chất hố học
•

Sự có mặt các nhóm phân cực trên bề mặt than hoạt tính là yếu tố quyết định
khả năng tác dụng hóa học, lý học với các nhóm phân cực, liên kết đơi có trong
mạch đại phân tử.

•

Khả năng hấp phụ do cấu trúc vật lý và lỗ xốp nhưng bị ảnh hưởng bởi cấu trúc
hoá học.
Do sự phức tạp của cấu trúc vi tinh thể, sự có mặt của các lớp graphit cháy hoàn
toàn gây ra sự biến đổi về sự sắp xếp các e → tạo ra các e độc thân và hố trị

khơng bão hồ ảnh hưởng đến đặc điểm hấp phụ

•

13

Sách “Than hoạt tính và ứng dụng” của tác giả Mai Thanh Phong

www.companyname.com


Tính chất của than hoạt tính
Tính chất hố học

Carbon hoạt tính khơng
liên kết tốt với alcohot,
glycol,acid; base mạnh,
kim loại, các chất vơ
cơ…

14

Carbon hoạt tính hấp phụ rất
tốt iod.Khả năng hấp phụ iod
(mg/g) sử dụng làm chỉ thị cho
tổng diện tích bề mặt.

Carbon monoxide khơng hấp
phụ tốt bởi carbon hoạt tính.
Liên quan đến màng lọc cho

mặt nạ phòng độc, tủ hút; hệ
thống kiểm sốt khí

Sách “Than hoạt tính và ứng dụng” của tác giả Mai Thanh Phong

Carbon hoạt tính có thể được sử
dụng để làm chất nền cho nhiều
hóa chất khác nhau để cải thiện
khả năng hấp phụ các chất vô cơ.

www.companyname.com


Biến tính
của than hoạt tính
•

Biến tính bề mặt than hoạt tính

•

Biến tính than hoạt tính bằng cách tẩm

•

Biến tính than hoạt tính bằng N 2 , halogen

•

Sự lưu huỳnh hố

Biến tính bề mặt than hoạt tính
•

Than hoạt tính là bề mặt có thể biến tính thích hợp để thay đổi đặc điểm hấp phụ và trở nên thích hợp hơn
trong các ứng dụng đặc biệt.

•

Sự biến tính bề mặt than hoạt tính có thể được thực hiện bằng sự tạo thành các dạng nhóm chức bề mặt khác
nhau. Các nhóm chức bao gồm nhóm 9 chức oxy - cacbon được tạo thành khi oxy hóa bề mặt than với các khí
hoặc các dung dịch oxy hóa

•

Các nhóm chức này liên kết và được giữ ở cạnh và góc của lớp vịng thơm, thành phần các cạnh và góc này
chủ yếu là bề mặt hấp phụ
Biến tính than hoạt tính sẽ thay đổi đặc trưng hấp phụ và tương tác hấp phụ của các
than hoạt tính

15

Sách “Than hoạt tính và ứng dụng” của tác giả Mai Thanh Phong

www.companyname.com


Biến tính than hoạt tính bằng cách tẩm
•

Cacbon hoạt tính được tẩm KL và các oxit của chúng đã phân tán ở dạng các hạt nhỏ được sử dụng rộng rãi
trong một vài phản ứng pha khí cả trong cơng nghiệp và để bảo vệ con người chống lại các khí và hơi độc

•

Việc mang các kim loại lên các vật liệu có cacbon làm giảm các đặc điểm khí hóa; thay đổi cấu trúc lỗ của
các sản phẩm cacbon cuối cùng.
Vì vậy, việc mang các chất lên than hoạt tính như vậy cũng được sử dụng để thu được than
hoạt tính có một cấu trúc vi lỗ xác định

16

Sách “Than hoạt tính và ứng dụng” của tác giả Mai Thanh Phong

www.companyname.com


Ứng dụng than hoạt tính

Tích trữ nhiên liệu

17

Các ứng dụng về mơi trường

Ứng dụng trong hóa học phân tích.

Ứng dụng về y tế

Chưng cất, tinh chế đồ uống có cồn

Các ứng dụng thực tiễn trong
đời sống


Ứng dụng về y tế
• Điều chế thuốc có tác dụng hỗ trợ điều trị những
trường hợp cấp tính
• Carbon hoạt tính khơng có nhiều tác dụng đối với
những trường hợp nhiễm độc kéo dài
• Dùng để sản xuất mặt nạ phòng độc và khẩu trang y tế
Cơ chế giải độc của than hoạt tính :
+ Liên kết với chất độc ngăn cản sự hấp thụ vào dạ dày
và đường tiêu hóa
+Làm gián đoạn sự chuyển hóa của thuốc/chất độc trong
cơ thể

18

Sách “Than hoạt tính và ứng dụng” của tác giả Mai Thanh Phong

www.companyname.com


Ứng dụng về mơi trường
•
•

Sự hấp phụ của carbon có những ứng dụng rộng rãi trong việc loại bỏ những chất gây ơ nhiễm và cịn rất nhiều

ứng dụng khác.
Ngồi ra, Carbon hoạt tính cũng được sử dụng để đo nồng độ Radon trong khơng khí.

Ứng dụng lọc nước

Lọc Hóa chất

19

Loại bỏ Thủy ngân

Lọc Khí

Sách “Than hoạt tính và ứng dụng” của tác giả Mai Thanh Phong

www.companyname.com


Cơ chế hoạt động của than hoạt tính
•

Lọc cơ học vật lý: Giúp loại bỏ các hạt, tạp chất bẩn
trong nước khi đi qua lõi lọc nhờ các lỗ nhỏ li ti trong
cấu trúc than.

•

Lọc hút bám: Bề mặt phân tử than sẽ thu hút các chất
hóa học, tạp chất hòa tan trong nước và giữ chúng
nằm lại bên trong lõi lọc.

20

Sách “Than hoạt tính và ứng dụng” của tác giả Mai Thanh Phong

www.companyname.com


Ứng dụng thực tiễn đời sống
Than hoạt tính cịn phát ra tia hồng ngoại có khả năng kháng khuẩn nên còn được ứng dụng trong rất nhiều sản
phẩm tiêu dùng hằng ngày :

Trong các sản phẩm làm đẹp

Trong sản phẩm chăm sóc
giấc ngủ

Ứng dụng trong cơng nghiệp

Trong thực phẩm

Trong y dược

21

Trong sản phẩm tiêu dùng cá
nhân

Sách “Than hoạt tính và ứng dụng” của tác giả Mai Thanh Phong

www.companyname.com