Các dạng thù hình carbon và carbon hoạt tính

1


NỘI
DUNG

I. Các Dạng Thù Hình Carbon
Kim Cương
Than Chì
Graphene

II. Carbon Hoạt Tính

2


I. Các Dạng Thù Hình Carbon
1. KIM CƯƠNG
Cấu trúc tứ diện đều

54
1
,
0
nm

Liên cộng hoá
trị

Cấu trúc tinh thể kim cương
3

1. KIM CƯƠNG

- Tinh thể có cấu trúc lập phương nên có tính đối xứng cao và
chứa những nguyên tử cacbon bậc 4 bền vững rất cứng.
-Kim cương là vật chất cứng nhất trong tự nhiên.
-Kim cương có rất nhiều màu sắc: không màu, xanh lá
cây, cam, đỏ, tím, hồng,…vì do trong kim cương chứa một
lượng nhỏ tạp chất,
4


1. KIM CƯƠNG

- Kim cương được tạo thành từ những khoáng vật có
chứa cacbon ở nhiệt độ cao và áp suất rất lớn.
-Áp suất khoảng 5- 6 gigaatm và nhiệt độ 900oC -1300oC
-Đa số kim cương hiện nay là kim cương nhân tạo
5


ỨNG DỤNG CỦA KIM CƯƠNG

• Kim cương tự nhiên thường dùng để làm trang sức.
• Kim cương nhân tạo thường dùng : CN cắt, khoan...
• Ngoài ra thì kim cương nhân tạo được thêm một ít Bo
để tạo thành vật liệu bán dẫn.

6

ỨNG DỤNG CỦA KIM CƯƠNG

7


2. THAN CHÌ

0,34nm

Cấu trúc lớp

0,142nm

Cấu trúc tinh thể than chì

Liên kết yếu
giữa các lớp


2. THAN CHÌ

Trong cấu trúc tinh thể của graphit, mỗi nguyên tử
cacbon chiếm một obitan của lai hóa sp2 . Các điện
tử obitan phân bố ngang qua cấu trúc lục giác của
nguyên tử cacbon góp phần vào tính dẫn điện của
graphit.
9

2. THAN CHÌ
- Than chì là khoáng vật có nhiều ở Trung quốc , Ấn độ , Brazil.
-Khi khai thác thì ngoài than chì còn có các khoáng vật khác
như thạch anh, canxit, mica, sắt, meteorit, và tourmalin.
-Than chì là một chất dẫn điện là vật liệu để làm các điện
cực của đèn hồ quang.

10


Ứng dụng trong công nghiệp
 Sự liên kết yếu giữa các tấm trong than chì tính quan
trọng trong các ngành công nghiệp khác - bột graphit
được sử dụng như chất bôi trơn dạng khô.
 Than chì không được dùng ở dạng nguyên chất như là
vật liệu có cấu trúc vì tính dễ vỡ của nó, thuộc tính cơ
học của các composit sợi cacbon và gang đúc xám chịu
ảnh hưởng rất mạnh của than chì
 Graphit cũng được sử dụng như là vỏ bọc (khuôn) và
phần điều tiết trong các lò phản ứng nguyên tử.
 Được sử dụng làm điện cực, ngòi bút chì, nguyên liệu
đầu quan trọng để tổng hợp kim cương nhân tạo


Quy trinh sản xuất bút chì

12

2. GRAPHENE
- Graphene được phát hiện bởi Andre Geim and Kostya
Novoselov vào năm 2004 .
- Graphene là tấm phẳng dày bằng một lớp nguyên tử của
các nguyên tử carbon với liên kết sp2 tạo thành dàn tinh
thể hình tổ ong.
- Chiều dài liên kết C-C là 0,142 nm.

13


2. GRAPHENE
Graphen là phần tử cấu trúc cơ bản của một số thù
hình bao gồm : Than chì, ống nanô carbon và fulleren.

14


2. GRAPHENE
• Graphene là vật liệu có nhiều tính chất đặc biệt như dẫn
nhiệt, dẫn điện tốt, độ cứng rất lớn, trong suốt.
• Tính chất cơ:
– Graphene có cấu trúc bền vững ngay cả ở nhiệt độ bình
thường.
– Độ cứng của graphene lớn hơn rất so với các vật liệu
khác (Cứng hơn cả kim cương và gấp khoảng 200 lần so
với thép)
• Tính chất điện và nhiệt:
– Ở dạng tinh khiết, graphene dẫn điện nhanh hơn bất cứ
chất nào khác ở nhiệt độ bình thường.

– Graphene có thể truyền tải điện năng tốt hơn đồng gấp 1
triệu lần
15


2. GRAPHENE
 Tổng hợp graphene
•
•
•
•
•
•

Phương pháp cắt vi cơ
Phương pháp sử dụng băng keo
Phương pháp bóc tách pha lỏng
Phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học
Phương pháp lắng đọng pha hơi nhiệt hóa học
Phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học tăng cường
plasma
• Phương pháp Epitaxy chùm phân tử

16


2. GRAPHENE

Sơ đồ tổng hơp Graphene

17


Ứng Dụng Của Graphen

18


Ứng Dụng Của Graphen

19


II. Carbon Hoạt Tính
• Carbon hoạt tính chủ yếu là nguyên tố carbon (85-90%)
ở dạng vô định hình (bột), một phần có dạng tinh thể
vụn than chì. Ngoài carbon thì phần còn lại thường
là tàn tro,chủ yếu là các kim loại kiềm và vụn cát).

20


• Carbon được xử lý hoạt hóa ở nhiệt độ hơi nước 900 –
1000 0C ở môi trường yếm khí, tạo ra một carbon có cấu
trúc mao mạch rất lớn làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc,
khối lượng riêng thấp là carbon hoạt tính.
• Than hoạt tính có diện tích bề mặt rất lớn 500 đến
2500m2/g nên được ứng dụng như một chất lý tưởng
để lọc hút nhiều loại hóa chất.

21


Những thông số của than hoạt tính
 Chỉ số iot :Chỉ số cơ bản của than hoạt tính đặc trưng
cho diện tích bề mặt của lỗ xốp và khả năng hấp phụ
.Chỉ số iot càng lớn thì mức độ hoạt hóa và khả năng
hấp phụ cao.
 Độ cứng : Là khả năng chống chịu mài mòn của than
hoạt tính.
 Phân bố kích thước hạt :. Kích thước càng nhỏ thì khả
năng tiếp cập càng dễ và quá trình hấp thụ diễn ra càng
nhanh.

22


Ứng dụng:

23


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.
24


Nhu cầu và Sản xuất than hoạt tính:
 Nhu cầu than hoạt tính thế giới tăng khoảng 10% 25%/năm trong giai đoạn từ 2013 - 2017.
 Hiện tại, sản xuất than hoạt tính của thế giới khoảng 1,2
triệu tấn/năm, mà nhu cầu than hoạt tính có thể đạt tới 1,9
triệu tấn trong năm 2016, 2,3 triệu tấn trong năm 2017 .
 Châu Âu, Mỹ, Ấn Độ và Trung Quốc, có sản lượng sản
xuất lớn và các quốc gia khác trên toàn cầu.
 Các dạng chế biến chủ yếu:

Dạng mịn

Dạng ống

Dạng viên

25