Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ nguyên liệu trấu và khảo sát khả năng xử lý nước thải

.....

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN SONG HÀO

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THAN HOẠT TÍNH TỪ
NGUYÊN LIỆU TRẤU VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG
XỬ LÝ NƯỚC THẢI

LUẬN VĂN THẠC SỸ CƠNG NGHỆ HỐ HỌC

HÀ NỘI -2007


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN SONG HÀO

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THAN HOẠT TÍNH TỪ
NGUYÊN LIỆU TRẤU VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG
XỬ LÝ NƯỚC THẢI

CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CÁC CHẤT VÔ CƠ

LUẬN VĂN THẠC SỸ CƠNG NGHỆ HỐ HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LÊ XUÂN THÀNH

HÀ NỘI - 2007


1

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi, các số liệu trong
luận văn là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và không sao
chép ở bất cứ một tài liệu khoa học nào.
Học viên
Nguyễn Song Hào


2

LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian thực hiện tại bộ môn Công nghệ các chất Vô cơ, bản
luận văn tốt nghiệp đã được hồn thành. Để có được thành cơng này, tơi xin
được bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc của mình đối với thầy giáo, TS. Lê Xuân
Thành, người hướng dẫn khoa học. Thầy đã giúp đỡ tận tình trong suốt q
trình nghiên cứu và hồn thiện bản luận văn.
Tơi xin chân thành cảm ơn các thầy cô và các anh chị phịng thí
nghiệm trong bộ mơn cơng nghệ các chất vô cơ, đã tạo mọi điều kiện thuận
lợi giúp đỡ tơi hồn thành cơng trình này.
Cũng nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm Đào tạo sau
đại học - Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã quan tâm tạo điều kiện trong thời
gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn.

Hà Nội, ngày … tháng 11 năm 2007

Học viên
Nguyễn Song Hào


3

MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU

5

Chương 1: TỔNG QUAN

8

1.1. Giới thiệu về than hoạt tính và trấu

8

1.2 Các phương pháp chế tạo than hoạt tính

15

1.2.1. Nguyên liệu dùng sản xuất than hoạt tính

15

1.2.2. Than hoá nguyên liệu thực vật

15

1.2.3. Hoạt hoá nguyên liệu

18

1.2.3.1. Phương pháp Hóa học và tác nhân hoạt hố ZnCl2

20

1.2.3.2. Phương pháp Hoá lý

22

1.3. Phương pháp hấp phụ xử lý nước thải

28

1.3.1. Phương pháp hấp phụ

28

1.3.2. Cân bằng hấp phụ (Preundlich, Langmuir, BET)

29

1.3.2.1. Phương trình đẳng nhiệt Langmuir

30

1.3.2.2. Phương trình đẳng nhiệt Freundlich

31

1.3.2.3. Phương trình BET

32

1.3.3. Phương pháp hấp phụ trong môi trường nước

33

1.4. Giới thiệu về nước thải nhà máy nhuộm PangRim Việt Trì của

34

Cơng ty Hữu Hạn PangRim Neotex
Chương 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

40

2.1. Nguyên liệu, hoá chất sử dụng nghiên cứu

40

2.2. Phương pháp phân tích nhiệt DSC

40

2.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM

42

2.4. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng EDS

43

2.5. Phương pháp xác định bề mặt riêng BET

43


4

2.6. Phương pháp đo chỉ số Iốt

44

2.7. Phương pháp xác định đường đẳng nhiệt hấp phụ Phenol đỏ

44

(C19H14O5S)
2.8. Phương pháp đo tổng chất rắn hồ tan

46

2.9. Mơ tả kỹ thuật chế tạo than hoạt tính

46

Chương 3: THỰC NGHIỆM
3.1. Khảo sát sự biến đổi của nguyên liệu trấu theo nhiệt độ bằng

49
49

phương pháp phân tích nhiệt (DSC)
3.2. Khảo sát nhiệt độ và thời gian than hố mẫu trấu khơng có

51

chất hoạt hoá
3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian khi nung mẫu trấu ở 400oC

51

3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian khi nung mẫu trấu ở 500oC

52

3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian khi nung mẫu trấu ở 600oC

53

3.3. Chế tạo than hoạt tính từ ngun liệu trấu có chất hoạt hố

54

3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung

54

3.3.2.Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nung

55

3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ZnCl2

55

3.4. Dạng hình học và cỡ hạt của than hoạt tính chế tạo

56

3.5. Thành phần hố học có trong than hoạt tính chế tạo

57

3.6. Diện tích bề mặt riêng và kích thước lỗ

59

3.7. Xác định khả năng hấp phụ phenol đỏ (C19H14O5S) của than

59

hoạt tính chế tạo
3.8. Khảo sát khả năng hấp phụ của than hoạt tính chế tạo được

61

trong việc xử lý nước thải nhà máy nhuộm PangRim Việt Trì
KẾT LUẬN

63

TÀI LIỆU THAM KHẢO

65

PHỤ LỤC

67


5

MỞ ĐẦU
Than hoạt tính có thành phần hóa học chủ yếu là Cacbon, sự khác biệt
giữa chúng là độ xốp, diện tích bề mặt riêng, hệ thống mao quản, mật độ của
nhóm chức bề mặt và thành phần các nguyên tố. Ngồi thành phần chính là
cacbon, than hoạt tính cịn một lượng tro nhất định, đó là hỗn hợp ơxít của
các kim loại.
Tính chất của than hoạt tính liên quan chặt chẽ với nguồn nguyên liệu
ban đầu và quá trình hoạt hoá chúng. Các nghiên cứu cho thấy rằng, cấu trúc
mạng cacbon trong than hoạt tích được giữ nguyên dạng cấu trúc của nguyên
liệu ban đầu. Điều đó chứng tỏ cấu trúc mạng cacbon, tính chất của than
hoạt tính và sự phân bố kích thước mao quản của chúng phụ thuộc vào
nguyên liệu ban đầu. Nguyên liệu dùng sản xuất than hoạt tính rất phong

phú và đa dạng, bao gồm các nguyên liệu chứa cacbon như: Than đá, than
bùn, than nâu; các chất có nguồn gốc xenlulo như: Gỗ, tre nứa, mùn cưa, bã
mía, gáo dừa, lõi ngơ, trấu, vỏ lạc …
Than hoạt tính là một trong những vật liệu hấp phụ có ứng dụng rộng
rãi nhất, điều này có được là do cấu trúc xốp của bề mặt vật liệu. Than hoạt
tính được sử dụng trong các ngành cơng nghiệp: Hóa chất, dầu mỏ, cơng
nghiệp thực phẩm, Y dược, làm sạch khơng khí, thu hồi vàng và các kim loại
quý, xử lý nước, khử màu, loại chất độc hữu cơ và các ion kim loại nặng,
làm chất mang xúc tác. Phạm vi sử dụng của than hoạt tính rất rộng, là một
vật liệu không thể thiếu được đối với nhiều ngành cơng nghiệp, than hoạt
tính được sử dụng vào nhiều khâu sản xuất quan trọng, quyết định đến sự ổn
định của chất lượng sản phẩm và môi trường sinh thái.
Các nước như Mỹ, Nhật, Tây Âu sử dụng than hoạt tính rất nhiều,
cũng là những nước sản xuất và xuất nhập khẩu nhiều than hoạt tính nhất. Ở


6

Việt Nam, phổ biến là dùng than hoạt tính vào việc tẩy mầu cho dung dịch
đường mía, đường glucoza, dung dịch bán thành phẩm trong sản xuất mỳ
chính, tẩy màu và mùi cho dầu thực vật, … Theo tiến trình phát triển công
nghiệp, yêu cầu về sự nâng cao mức sống của con người, lượng than hoạt
tính được sử dụng ngày càng nhiều và phạm vi sử dụng càng rộng rãi và
chắc chắn than hoạt tính sẽ được sử dụng rộng rãi để làm sạch nước uống,
xử lý nước thải kể cả làm sạch mơi trường khơng khí. Chính vì vậy nhu cầu
về than hoạt tính ngày càng tăng lên.
Hàng năm nước ta phải nhập từ nước ngoài một lượng rất lớn (khoảng
2.000 tấn/năm) các loại than hoạt tính chủ yếu là than hoạt tính tẩy màu để
phục vụ cho nhu cầu sản xuất và nghiên cứu.
Vấn đề đặt ra ở đây là nước ta có một nguồn nguyên liệu dồi dào để

sản xuất than hoạt tính rất đa dạng và phong phú như các loại than khoáng,
các phế liệu do các công ty chế biến nông, lâm sản thải ra. Việt Nam sản
xuất được 33÷34 triệu tấn thóc, trong đó chỉ sử dụng khoảng 8 triệu tấn cho
xuất khẩu, còn lại là tiêu thụ trong nước và bổ sung dự trữ quốc gia. Trấu
chiếm khoảng 20% khối lượng hạt thóc, do vậy mỗi năm lượng trấu có
khoảng 6 triệu tấn là một con số rất lớn. Nhiều nhà máy, xí nghiệp đang phải
đối mặt với việc xử lý lượng phế thải khổng lồ trên. Thế nhưng hiện nay
Việt Nam chưa tận dụng được điều kiện thuận lợi này, ta cần phải sử dụng
nguồn nguyên liệu này để sản xuất than hoạt tính, trước hết có thể cung cấp
được cho thị trường trong nước, sau đó có thể tính đến thị trường xuất khẩu,
đặc biệt là trong thời kỳ công nghiệp hố hiện nay, vấn đề xử lý ơ nhiêm môi
trường đang là một trong các vấn đề cần được chú trọng, mang tính thời sự
tồn cầu. Vấn đề xử lý hiệu quả nước thải nhuộm là một vấn đề đang được
quan tâm đặc biệt ở nhiều nước trên thế giới, cũng như ở Việt Nam hiện nay.
Lý do chủ yếu là do loại nước thải này có độ màu cũng như hàm lượng COD


7

cao, có chứa mỡ từ sợi, một phần nhỏ các chất lignin, hydrat cacbon và các
chất tẩy, có thể có các hợp chất clo hữu cơ rất độc, các chất nhuộm màu và
một số lượng hoá chất như Na2CO3, KOH, NaOH, các muối thiosulphit,
thiosulphat, axit axetic, các hoá chất khác sử dụng làm ổn định màu.
Nước thải nhuộm nếu không được xử lý trước khi thải vào mơi trường
thì nó có thể phá hủy mơi trường sống của thủy sinh và khả năng tự làm sạch
của nguồn tiếp nhận. Cụ thể nước thải của nhà máy nhuộm PangRim Việt
Trì thuộc Công ty Hữu Hạn PangRim Neotex. Sử dụng than hoạt tính để khử
mầu, loại bỏ tạp chất trong nước thải hiện nay là phương pháp rất thơng
dụng và có hiệu quả cao trong thực tiễn. Nhưng ở nước ta, sự dụng than hoạt
tính vào mục đích xử lý nước chưa phát triển, chưa có những nghiên cứu hệ

thống.
Mong muốn dùng nguyên liệu Trấu để xử lý chất thải nông nghiệp
đồng thời chế tạo ra sản phẩm có tính năng xử lý một số chỉ tiêu ơ nhiễm
mơi trường, góp phần vào công cuộc bảo vệ môi trường, trong bản luận văn
này chúng tôi nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ
nguyên liệu trấu và khảo sát khả năng xử lý nước thải”.
Nhiệm vụ của luận văn cụ thể như sau:
* Nghiên cứu điều kiện thích hợp trong việc chế tạo than hoạt tính từ
nguyên liệu trấu.
* Khảo sát khả năng sử dụng than hoạt tính chế tạo được trong việc xử
lý nước thải Nhà máy Nhuộm PangRim Việt Trì của Cơng ty Hữu Hạn
PangRim Neotex.
Với những nội dung nghiên cứu trên, chúng tôi hy vọng bản luận văn
này sẽ góp phần trong việc xác định điều kiện thích hợp trong việc chế tạo
than hoạt tính từ Trấu và sử dụng than hoạt tính chế tạo được vào mục đích
xử lý nước thải bảo vệ mơi trường.


8

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về than hoạt tính và trấu.
Nhiều ngành sản xuất trong cơng nghiệp hố học, công nghiệp thực
phẩm, công nghiệp dược … dùng lượng lớn chất hấp phụ chất hấp phụ rắn
để tẩy màu, tẩy mùi, tách khí khỏi hỗn hợp, thu hồi các dung môi hữu cơ
quý, làm khô, làm chất xúc tác, chất mang xúc tác … Trong các chất hấp
phụ rắn thì than hoạt tính là chất có vị trí quan trong và phạm vi ứng dụng
rộng rãi. Vì than hoạt tính có khả năng hút giữ mạnh khí, hơi cũng như chất
tan, chính hiện tượng hấp phụ trên vật rắn được phát hiện đầu tiên đã xảy ra
trên than gỗ.

Ngay từ thời xa xưa than gỗ không những được dùng làm nhiên liệu
mà còn được dung cả trong y học nữa. Than gỗ được dùng để chữa trị một
số bệnh trong thời Hy-Pơ-Crat và Ply-ny. Khi lồi người cịn chưa biết rõ
hiện tượng hấp phụ thì năm 1793 Ken xơ đã dùng than gỗ để hút mùi hôi ở
những vết thương có tính hoại thư.
Hiện tượng hấp phụ như ngày nay ta hiểu được khám phá vào năm
1773, vinh dự khám phá hiện tượng này thuộc về Sai-lơ, người vào năm
1773 đã quan sát và mô tả hiện tượng hấp phụ trên than gỗ. Bốn năm sau,
năm 1777 Phôn-tan-na đã đưa than nóng đỏ vào ống chứa khí úp ngược trên
thuỷ ngân và nhận thấy phần lớn khí trong ống bị than hút mất.
Trong lĩnh vực dung dịch, những tài liệu về hấp phụ xuất hiện đầu tiên
vào năm 1785, khi Viện sĩ hàn lâm khoa học Nga Tô-vơ Lơ-vit nhận thấy
than gỗ có thể tẩy mầu nhiều dung dịch và đề nghị dung than gỗ tẩy màu
dung dịch trong sản xuất axit tactric tinh thể.
Mấy năm sau, năm 1794 Lip-man cũng nhận thấy than gỗ tẩy màu tốt
các dung dịch đường mía và năm 1805 Gu-li-on đã dùng than gỗ để tẩy màu
trong công nghiệp đường.


9

Năm 1811 Phi-ghi-ê chỉ ra việc dùng than xương tẩy màu dung dịch
đường tốt hơn than gỗ và rất nhanh chóng than xương được áp dụng cả trong
cơng nghiệp đường mía lẫn cơng nghiệp đường củ cải. Lúc đầu than xương
được dùng xong là bỏ đi, nhưng về sau việc cung cấp than xương có khó
khăn người ta cịn tìm cách tái sinh than đã dùng để dùng lại.
Suốt thời gian tiếp theo của thế kỷ 19 đã có nhiều cố gắng nhằm chế
tạo than tẩy màu từ các dạng nguyên liệu khác nhau. Năm 1856 Sten-hao đã
chế tạo than tẩy màu bằng các nung hỗn hợp gồm bột, hắc ín và MgCO3.
Năm 1863 Li lại chế tạo than tẩy màu bằng cách cho hơi nước q nhiệt và

khơng khí tác dụng lên than bùn. Năm 1868 Uyn-xơ và Suyn-đen đã nung bã
thải của công nghiệp giấy với Phốt phát cũng chế tạo được than tẩy màu.
Sang đầu thế kỷ 20 vào năm 1922 Bi-si mới thành công trong việc chế
tạo than màu có khả năng hấp phụ cao. Khả năng tẩy màu gấp 20 ÷ 50 lần
than xương, than này được chế tạo bằng cách trộn máu với pôtat, nung, rửa
và sấy. Than máu lập tức được dung rộng rãi trong cơng tác nghiên cứu tại
các phịng thí nghiệm và vẫn giữ nguyên vị trí hàng đầu trong các loại than
tẩy màu cho đến khi sản xuất được than hoạt tính hiện đại. Bi-si cũng tìm
các tăng cường khả năng hấp phụ của các loại than khác nhau bằng nhiều
biện pháp khác nhau. Tuy nhiên, những cố gắng vừa kể trên nói chung đều
nằm trong phạm vi nghiên cứu chế tạo và ứng dụng than tẩy màu trong kỹ
nghệ đường.
Đối với than khí thì từ khi Ssin khám phá ra hiện tượng hấp phụ năm
1773 và những thử nghiệm đầu tiên của Phôn-tan-na năm 1777, phải mãi 40
năm sau mới xuất hiện than gỗ. Cơng trình của Đơ-sốt-xuya về vấn đề này
được công bố năm 1812, theo tác giả thì than gỗ hút khí khá nhanh, nhanh
hơn các vật xốp khác, độ hấp phụ các chất trên than không những phụ thuộc
bản chất hóa học mà cịn phụ thuộc trạng thái vật lý của nó nữa. Than cục


10

hấp phụ tốt hơn than bột, than chắc, xốp nhỏ hấp phụ tốt hơn than xốp lớn.
Than đã hấp phụ bão hịa một khí vẫn có khả năng hấp phụ thêm một khí
khác, độ bão hịa hầu như phụ thuộc vào quan hệ tương hỗ giữa hai khí.
Nhưng sau cơng trình này ta lại phải chờ hơn 40 năm nữa mãi năm 1854,
mới xuất hiện cơng trình của Sten-hao dùng than gỗ lọc khí trong mặt nạ
phịng độc, cơng trình được cơng bố trong: “Các cơng trình của hội hồng
gia Tô Cách Lan năm 1854”. Tiếp theo là các công trình của Sa-phuyt và
Giu-Lanh các cơng trình này một mặt xác nhận kết quả của Đơ-Sôt-xuya,

mặt khác nghiên cứu thêm sự phụ thuộc hiện tượng hấp phụ vào áp suất và
nhiệt độ.
Vi-ơ-let đã nghiên cứu than hóa gỗ ở 300 oC và nhận thấy hiệu xuất
than cũng như tính chất của than đều phụ thuộc loại gỗ, đối với một loại gỗ
thì phụ thuộc các phần khác nhau của cây.
Người đầu tiên nghiên cứu than sọ dừa là Han-sơ, năm 1872 Han-sơ
nghiên cứu khả năng than sọ dừa hấp phụ N2, H2, NH3 và HCN ở khoảng
nhiệt độ 0 oC ÷ 70 oC thấy HCN được hấp phụ tốt hơn NH3, N2 và H2.
Năm 1904 Đi-oa nghiên cứu khả năng hấp phụ của sọ dừa đối với H2,
N2, O2, Ar và He ở những nhiệt độ thấp và đi đến kết luận là có thể dùng
than sọ dừa kết hợp với phương pháp thâm lạnh để tách phân đoạn các khí
khỏi hỗn hợp.
Thí nghiệm về hấp phụ các chất phóng xạ trên than sọ dừa được thực
hiện vào năm 1909. Boi-lơ đã chứng tỏ than sọ dừa hấp phụ êmanaxi radi và
thori tốt hơn than động vật, còn than động vật thì tốt hơn than gỗ. Rơ-dơ-pho
thì xác định định lượng ở 10 oC một gam than sọ dừa hấp phụ 0,03 mm3
êmanaxi radi, còn ở ~ 40 oC là gần 0,06 mm3.
Nhiều tác giả khác cũng nghiên cứu hiện tượng hấp phụ trên than sọ
dừa. Hom-fray nghiên cứu khả năng hấp phụ trong khoảng - 190 oC÷100 oC


11

ở những áp suất thay đổi từ mấy milimet đến áp suất khí quyển. Cũng năm
đó xuất hiện cơng trình của Ti-tốp, kết quả do Ti-tốp thu được phù hợp với
Hom-fray chỉ khác là than của Ti-tốp thì khơng được rửa vì vậy độ hấp phụ
CO2 cao hơn.
Be-gơ-tơ nghiên cứu kỹ hơn hiện tượng hấp phụ trên than sọ dừa và
lưu ý đến điều kiện thí nghiệm. Tác giả chứng minh rằng muốn thu được kết
quả trùng nhau của cùng một mẫu thí nghiệm phải nung mẫu đến 550 oC,

cịn việc nghiền nhỏ than không ảnh hưởng đến độ hấp phụ khí, trừ những
phút đầu tiên của thí nghiệm.
Năm 1912 Hem-pen và Pha-te chứng tỏ rằng nhiệt độ tốt nhất để hoạt
hóa sọ dừa là 600 oC, nung ở 1360 oC khả năng hấp phụ bị giảm đột ngột.
Vấn đề này liên hệ đến hiện tượng graphit hóa than, tác giả cũng đưa ra nhận
xét rằng than động vật hấp phụ mạnh các khí, đây là lần đầu tiên đề cập tới
việc dùng than động vật hấp phụ khí.
Tiếp theo là sự xuất hiện những mô tả ngắn về chế tạo than để tinh chế
các chất lỏng như rượu nguyên liệu, cacbua hydro ... than được chế tạo bằng
cách trộn bụi than với chất vô cơ rồi nung hoặc cho than bão hịa oxy rồi
nung trong mơi trường khơng có khơng khí.
Như vậy là cho đến đầu thế kỷ 20 việc nghiên cứu chế tạo, tính chất
và ứng dụng chất hấp phụ dạng cacbon đã có một lịch sử kéo dài gần 150
năm. Nhiều cơng trình nghiên cứu đã được cấp bằng sáng chế phát minh,
nhưng tất cả những thành tựu đó vẫn chưa đủ để có thể sản xuất than hoạt
tính ở quy mơ thương phẩm.
Năm 1900 và 1901 hai bằng sáng chế của Ot-strê-kô (bằng sáng chế
do Anh cấp số 14224 và 18040 năm 1900 và do Đức cấp số 135.792 năm
1901) mới mở đường cho việc phát triển than hoạt tính thương phẩm hiện
đại. Trong cơng trình đầu tác giả mơ tả q trình cơ bản sản xuất than hoạt


12

tính theo phương pháp clorua kẽm: Tẩm nguyên liệu thực vật bằng dung
dịch muối clorua kẽm rồi nung ở nhiệt độ thích hợp. Cơng trình kia thì mơ tả
quy trình hoạt hóa than bằng dioxyt cacbon ở nhiệt độ cao.
Chín năm sau than hoạt tính thương phẩm đầu tiên sản xuất theo
phương pháp Ot-strê-kô mang nhẵn hiệu Epônit ra đời ở Châu Âu (1909).
Còn than mang nhãn hiệu Norit sản xuất tại Đức theo cùng phương pháp thì

xuất hiện năm 1911. Hai loại than này đã nhanh chóng được áp dụng rộng
rãi.
Trong những năm đầu của thế kỷ 20 ngoài kỹ nghệ đường một số
ngành khác cũng đã có nhu cầu về than hoạt tính, nhưng khối lượng sử dụng
cịn nhỏ bé. Việc phát triển sản xuất than hoạt tính như là đang bị chững lại
thì bỗng một sự kiện làm rung chuyển thế giới và chính sự kiện này đã đưa
than hoạt tính lên vị trí được chú ý đặc biệt. Ngày 22/4/1915 lần đầu tiên
trong lịch sử nhân loại quân Đức dùng hơi ngạt và hơi độc vào chiến tranh,
với vũ khí hóa học qn Đức đã giành những chiến thắng quyết định, gây
nhiều thương vong trên mặt trận Đức - Pháp - Nga. Vấn đề đặt ra là phải gấp
rút tìm phương tiện bảo vệ binh lính.
Những khám phá của Sxin và Phơn-tan-na về hấp phụ khí và hơi trên
than từ thế kỷ 18, sáng chế của Sten-hao về mặt nạ phòng độc dùng than gỗ
ở thế kỷ 19 đã bị quên lãng, nay được các nhà hóa học ở thế kỷ 20 đem ra
ứng dụng.
Ngay trong giai đoạn đầu của đại chiến thế giới I nhiều quốc gia đã
thành lập các hội đồng, các ủy ban phịng độc. Nhiều đại biểu ưu tú của
ngành Hóa lý đã làm việc trong các hội đồng này. Nhiều thông tin quan
trọng về lý thuyết, sản xuất và ứng dụng than hoạt tính được tập hợp bước
đầu. Riêng ở Đức chỉ trong một năm rưỡi cuối đại chiến I đã sản xuất 100
triệu mặt nạ, dùng tới 6000 tấn than hoạt tính lọc khí. Khoảng thời gian giữa


13

đại chiến I và II, song song với việc nghiên cứu chế tạo các chất hấp phụ
hữu hiệu chuẩn bị cho những cuộc chiến tranh mới, khoa học còn phải giải
quyết chất hấp phụ cho các ngành công nghiệp đang phát triển vũ bão như
cao su, tơ sợi nhân tạo, chất rẻo, phim ảnh ... Than hoạt tính được dùng
nhiều trong các ngành này để thu hồi các dung môi quý, dễ làm chất mang

xúc tác, chất xúc tác ... Than hoạt tính trở thành dạng chất hấp phụ quan
trọng nhất, có ứng dụng rộng rãi nhất, địi hỏi được nghiên cứu một cách
tồn diện và có hệ thống.
Tuy nhiên, do có nhiều loại nguyên liệu có thể dùng sản xuất than
hoạt tính, có nhiều phương pháp kỹ thuật sản xuất than hoạt tính, có nhiều
chủng loại than khác nhau, sâu sắc về tính chất và ứng dụng, phạm vi ứng
dụng của than hoạt tính lại rất rộng, nên việc nghiên cứu chi tiết và tồn diện
gặp khó khăn. Cho đến những năm đại chiến thế giới II còn xuất hiện nhiều
tài liệu nghiên cứu và sáng chế mâu thuẫn nhau. Rõ ràng không phải chỉ kỹ
thuật sản xuất mà chính phương pháp nghiên cứu, thiết bị nghiên cứu cũng
chưa được khảo sát đầy đủ.
Từ sau đại chiến II đã có nhiều cơng trình nhằm xây dựng quan niệm
hiện đại về than hoạt tính, về phương pháp sản xuất và ứng dụng chúng.
Ngày nay công nghiệp sản xuất than hoạt tính đã có quy mơ rất lớn,
dẫn đầu về sản xuất dạng chất hấp phụ này ở Châu âu là công ty Norit của
Đức, rồi đến công ty Acticarbon của Pháp, Anh cũng là nước sản xuất nhiều
than hoạt tính. Than của Đức, Pháp và Anh bán khắp các thị trường thế giới.
Liên Xô cũng sản xuất những lượng lớn và nhiều chủng loại than hoạt
tính, nhưng chủ yếu là để phục vụ nhu cầu các mặt của công nghiệp và quốc
phịng của mình. Tiệp Khắc thì chủ yếu là sản xuất than tẩy màu nhãn hiệu
Carboraffin. Ý thì sản xuất than có hàm lượng sắt thấp dùng xử lý rượu
vang. Tiếp theo phải kể đến Ba Lan, Hunggari, Nam Tư.


14

Cũng cần nói rằng Mỹ là nước sản xuất nhiều than hoạt tính từ nhiều
loại nguyên liệu khác nhau, nhưng chính Mỹ là nước tiêu thụ nhiều nên
lượng xuất khẩu rất nhỏ. Than hoạt tính cịn được sản xuất ở Trung Quốc,
Mêhicô, Braxin ...

Ở nước ta, từ những năm đầu thập kỷ 60 một số cán bộ Hóa lý đã
tham gia nghiên cứu chế tạo than hoạt tính dùng cho mặt nạ phòng độc, phục
vụ cho cuộc kháng chiến chống chiến tranh hóa học của đế quốc Mỹ. Bên
cạnh đó cũng đã nghiên cứu chế tạo các dạng than phục vụ nhu cầu phát
triển công nghiệp, những kết quả nghiên cứu đã từng bước được áp dụng vào
sản xuất than hoạt tính từ các nguồn ngun liệu khác nhau. Có nhiều nguồn
nguyên liệu dùng cho sản xuất khác nhau trong đó có trấu. Mà Việt Nam là
nước xuất khẩu gạo đứng thứ hai trên thế
giới, có hai vùng trồng lúa chính là đồng
bằng sơng Hồng ở phía bắc và đồng bằng
sông Cửu Long ở miền Nam, hàng năm sản
xuất của cả nước đạt 33÷34 triệu tấn thóc,
trong đó chỉ sử dụng khoảng 8 triệu tấn cho
xuất khẩu, còn lại là tiêu thụ trong nước và

Hình 1.1. Cây lúa

bổ sung dự trữ quốc gia. Trấu chiếm khoảng 20% khối lượng hạt thóc, do
vậy mỗi năm lượng trấu có khoảng 6 triệu tấn là một con số rất lớn. Nhiều
nhà máy, xí nghiệp mà chủ yếu ở phía Nam
đang phải đối mặt với việc xử lý lượng phế
thải khổng lồ trên (không đủ mặt bằng kho
chứa và thiếu đầu ra...). Chẳng hạn, một nhà
máy xay xát có cơng suất trung bình 100
tấn/ca, 1 giờ sẽ thải ra 2,5 tấn trấu, 1 ngày là
60 tấn và 1 tháng là 1.800 tấn.Nguồn

Hình 1.2. Trấu nguyên liệu

15

nguyên liệu trấu rất dồi dào, sử dụng nguồn nguyên liệu này để sản xuất than
hoạt tính mang ý nghĩa thực tiến rất cao.
1.2. Các phương pháp chế tạo than hoạt tính.
Tính chất than hoạt tính rõ ràng phụ thuộc ba yếu tố là:
- Tính chất của nguyên tử cacbon trong tập hợp phức tạp cacbon của
than hoạt tính.
- Sự có mặt các tạp chất trong tập hợp cacbon trên bề mặt than.
- Trạng thái vật lý của bề mặt than.
Chính đặc điểm thứ ba đã là nguyên nhân dẫn tới việc than hoạt tính
có nhiều chủng loại, khác nhau sâu sắc về tính chất hấp phụ, về ứng dụng và
về phương pháp chế tạo. Cịn ngun liệu thì có thể có ảnh hưởng về cả ba
đặc điểm kể trên.
1.2.1. Nguyên liệu dùng sản xuất than hoạt tính:
Than hoạt tính được sản xuất từ than đá, than bùn, các vật liệu có
nguồn gốc thực vật (gỗ, bã mía, rơm, rạ, xương quả, vỏ hạt, hạt quả …), các
vật liệu có nguồn gốc động vật (xương, máu, xác các loài động vật …). Than
máu chỉ được chế tạo ở quy mô nhỏ phục vụ cơng tác ở phịng thí nghiệm.
Giai đoạn đầu của quá trình phát triển sản xuất hầu hết các quốc gia
đều đi từ nguyên liệu có nguồn gốc thực vật: Gỗ, các phế liệu dạng gỗ.
Quy trình cơng nghệ sản xuất được nghiên cứu nhiều ngay trong thời
gian đại chiến I, với nguyên liệu có nguồn gốc thực vật quy trình cơng nghệ
gồm hai cơng đoạn: Than hố và hoạt hoá than.
1.2.2. Than hoá nguyên liệu thực vật
Từ lâu người ta đã sản xuất than nguyên liệu thực vật để phục vụ cho
các nhu cầu sinh hoạt, để làm nhiên liệu trong công nghiệp luyện kim. Sau


16

này than nguyên liệu thực vật còn dùng để sản xuất than hoạt tính. Ngay từ
năm 1933 Liên Xơ đã xây dựng những xí nghiệp lớn để sản xuất than
nguyên liệu thực vật. Ngày nay thì có cả một hệ thống xí nghiệp với thiết bị
sản xuất gián đoạn cũng như sản xuất liên tục. Nhiều nước khác cũng sản
xuất mặt hàng này, trình độ sản xuất rất khác nhau.
Nguyên tắc của quá trình sản xuất than nguyên liệu thực vật là dùng
nhiệt phân huỷ nguyên liệu trong điều kiện khơng có khơng khí. Dưới tác
dụng của nhiệt từ nhiệt độ thường đến 170 oC gỗ bị khô đều, từ 170 oC ÷ 280
o

C gỗ bị phân huỷ theo những quá trình thu nhiệt, ở đây các hợp phần của

nguyên liệu bị biến tính giải phóng oxyt cacbon khí cacbonic, axit axêtic …
Tiếp theo, từ 280 oC ÷ 380 oC xảy ra sự phân huỷ phát nhiệt giải phóng
methanol, hắc ín … Q trình cacbon hố được xem như kết thúc ở khoảng
400 oC ÷ 600 oC.
Sản phẩm rắn thu được là than nguyên liệu thực vật độ chắc của than
giảm nhiều so với ngun liệu, nhưng hình dạng ngồi và cấu trúc dạng sợi
thì vẫn dữ được.
Thành phần nguyên tố của than nguyên liệu thực vật ít phụ thuộc
thành phần vật liệu và điều kiện than hoá mà chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ
cuối của quá trình chưng khơ ngun liệu. Khi nhiệt độ than hố tăng thành
phần cacbon trong than nguyên liệu thực vật tăng, thành phần cacbon phụ
thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ càng tăng hàm lượng hyđro và oxy càng giảm
than thu được càng giàu cacbon, từ hiện tượng đó q trình cịn có tê là q
trình cacbon hố. Sự phụ thuộc hàm lượng cacbon trong than vào nhiệt độ
than hoá được biểu diễn bằng đường cong nằm phía trên cùng của hình 1,
cịn đường lõm nằm phía dưới cùng thì biểu diễn sự phụ thuộc lượng than
nguyên liệu thực vật thu được vào nhiệt độ than hoá. Dần theo sự tăng nhiệt

độ lượng chất dễ bay hơi càng bị đẩy đi nhiều lượng than còn lại giảm, nếu


17

nhiệt độ than hóa được chọn trong khoảng 400 oC ÷ 600 oC thì hiệu xuất thu
hồi than nằm trong khoảng 27% ÷ 36%. Hiệu xuất than phụ thuộc vào
nguyên liệu, thành phần chính của nguyên liệu gồm xenluloza và litnhin.
%
90
80
70
60
50
40
30

Hàm lượng các bon

0,5

Lượng ẩm bị hấp phụ
Khối lượng
0,4
Thể tích
Hiệu xuất than

20
10
0

0,3
0,2

200

400

600

800 1000 1200 1400 1600

Hình 1.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ than hóa lên thành phần và tính chất
của than
Để xác định ảnh hưởng của thành phần chủ yếu vừa kể trên lên hiệu
xuất than Ot-mét đã nghiên cứu q trình nhiệt phân các cấu tử chính và hỗn
hợp của chúng. Kết quả thu được (hình 1.2) cho thấy hiệu xuất than tăng đều
khi tỷ lệ litnhin tăng.
Hiệu xuất than cịn phụ thuộc tốc độ than hóa, tốc độ than hóa thấp
hiệu xuất thu hồi than cao và ngược lại. Theo tài liệu của Kô-rôp-Kin /36/
hiệu xuất than phụ thuộc vào tốc độ than hóa như sau:

Than %

80
60
40
20
Litnhin %
Xenluloza

20
80

40
60

60
40

80
20

100
0


18

Hình1.2: Sự phụ thuộc hiệu xuất than vào hàm lượng xenluloza và litnhin
Có thể là khi tốc độ than hóa lớn, phân tử khơng bị phân hủy hồn
tồn, “Mảnh” các phân tử nhanh chóng thốt khỏi vùng phản ứng khơng kịp
phân hủy tiếp để giải phóng cacbon mà chuyển thẳng vào nhựa.
Điều đáng chú ý đối với than là độ xốp sơ cấp do q trình than hóa
tạo ra. Theo chỉ tiêu quan trọng để đánh giá về mặt này là độ hấp phụ oxy từ
khơng khí, vì nó liên quan đến khả năng tự bốc cháy của than. Khả năng này
đạt được cực đại ở 435 oC, các lò than hoá thường hoạt động xung quanh
nhiệt độ này.
Trong quá trình than hố các ngun tử cacbon được giải phóng tập
hợp thành tinh thể cơ bản dạng graphit và tập hợp thành than. Tuy nhiên sự

xếp sắp tinh thể trong mạng lưới than khơng hồn tồn đều đặn như trong
graphit mà có những khe, rãnh và những khoảng trống trong than, tổng
không gian rỗng được tạo ra trong than trong q trình than hố chính là độ
xốp sơ cấp của than.
Tuy than đã có độ xốp nhưng các sản phẩm nhiệt phân như: Cacbon
khơng có tổ chức, hắc ín … lại lấp đầy hay ít nhất là nằm trên mặt ngồi của
than che kín miệng các mao quản (Du-bi-nin và Sung-tốp /37/ đã khử được
mằng này bằng dung mơi thích hợp). Vì vậy than chỉ có khả năng hấp phụ
yếu, dung tích hấp phụ nhỏ, muốn có dung tích hấp phụ lớn cần phải hoạt
hóa nó.
1.2.3. Hoạt hóa than nguyên liệu:
Q trình hoạt hố trong sản xuất than hoạt tính có ý nghĩa rất lớn, vì
vậy người ta đã tập trung nhiều cố gắng để nghiên cứu khâu này.
Trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển sản xuất, than hoạt tính
được sản xuất chủ yếu từ nguyên liệu thực vật. Công tác nghiên cứu tập


19

trung vào việc thiết lập mối quan hệ giữa cấu trúc nguyên liệu và sản phẩm
than hoạt tính được chế tạo từ nguyên liệu đó. Việc chọn nguyên liệu một
mặt dựa vào quy mô sản xuất, mặt khác dựa vào “nguyên liệu thích hợp tự
nhiên cho một loại sản phẩm nhất định”: Xương động vật cho than tẩy màu,
sọ dừa cho than rắn chắc thích hợp để sản xuất than hấp phụ khí và hơi …
Thời gian về sau cơng tác nghiên cứu đi sâu vào cấu trúc xốp của
than, người ta đã nhận thấy phương pháp than hoá tuy không ảnh hưởng lên
thành phần nguyên tố của than, nhưng ảnh hưởng rõ rệt lên cấu trúc xốp của
than, ảnh hưởng mạnh lên việc hình thành các sản phẩm do than hố tạo ra
như hắc ín, than vơ định hình … từ đó ảnh hưởng lên q trình hoạt hố và
ảnh hưởng lên tính chất than thành phẩm.

Theo Ac-lếch-xep-ski việc chọn nguyên liệu cho than hoạt tính phải
dựa vào thành phần các hợp chất hữu cơ của nguyên liệu. Nguyên liệu tốt là
loại chứa các hợp chất hữu cơ bị phân huỷ ở nhiệt độ không cao và khi bị
nhiệt phân không tạo ra cacbua no phân tử lớn, mà loại phân tử này lại chỉ bị
phân huỷ ở nhiệt độ cao tạo ra cacbon graphit hố.
Q trình nhiệt phân phải được thực hiện nhanh làm giảm thời gian
tiếp xúc giữa cacbon mới được hình thành và sản phẩm của q trình nhiệt
phân. Tiếp theo q trình than hố là q trình hoạt hố. Mục đích của hoạt
hố là giải phóng độ xốp sơ cấp đã có sẵn trong than, đồng thời tạo thêm độ
xốp thứ cấp làm cho than có hoạt tính cao.
Riêng về hoạt hố có thể phân chia một cách có điều kiện thành hai
phương pháp:
- Phương pháp hoạt hoá hoá học.
- Phương pháp hoạt hoá hoá lý.
Phương pháp hoạt hoá hoá lý dùng các chất oxy hoá như hơi nước,
dioxyt cacbon … làm tác nhân tác dụng với than nguyên liệu, khi mức độ


20

hoạt hố chưa cao (độ xém cịn thấp) tác nhân hoạt hố tác dụng với cacbon
vơ định hình và cacbua mạch cao nằm trên bề mặt than giải phóng độ xốp sơ
cấp đã có sẵn trong than. Tiếp theo là chúng tác dụng với khung than làm
cháy một phần cacbon tinh thể tạo thêm độ xốp cho than.
1.2.3.1. Phương pháp Hóa học và tác nhân hoạt hoạt hố ZnCl2 .
Trong các muối vơ cơ thì chất có tác dụng hoạt hoá mạnh là ZnCl2,
đây là chất khử hydrat hoá mạnh, đồng thời là chất bảo vệ cho than không bị
cháy. Dạng muối phổ biến của kẽm clorua khi làm bay hơi dung dịch là
ZnCl2.4H2O tan mạnh trong nước, độ tan của kẽm clorua trong nước là 31,8
mol/lít ở 25oC. Kẽm clorua bay hơi dung dịch thu được ZnCl2 khan có nhiệt

độ nóng chảy là 262oC và nhiệt độ sơi 756oC. Trong nước ZnCl2 thuỷ phân
tạo mơi trường axít:
Zn2+ + H2O

→

Zn(OH)+ + H+

Do hút ẩm mạnh và tạo muối trong axít dung dịch ZnCl2 đậm đặc có
khả năng phân huỷ các vật liệu xenlulozơ, một số kết quả về việc nghiên cứu
sử dụng ZnCl2 làm tác nhân hoạt hoá để chế tạo than hoạt tính.
Du-bi-nin và Sê-mêno-va đã nghiên cứu tác dụng hoạt hoá của các
muối ZnCl2; CaCl2 và hỗn hợp hai muối này đối với nguyên liệu gỗ thông
mộc. Những sản phẩm chế tạo được đều có hoạt tính cao đối với hấp phụ hơi
benzene và tẩy màu mêtin xanh.
Ta thấy nói chung khả năng hoạt hố của CaCl2 trong chế tạo than khí
cũng như than tẩy màu đều thấp hơn của ZnCl2. Nhưng đối với than khí
(35% so với 59%). Cịn với than tẩy màu sự khác nhau khơng lớn (81,8% so
với 88,7%). Đáng chú ý là tác dụng hoạt hoá của hỗn hợp hai muối ZnCl2 và
CaCl2, việc thay một phần ZnCl2 bằng CaCl2 làm giảm hoạt tính hấp phụ hơi


21

benzene nhưng lại làm tăng hoạt tính hấp phụ màu. Vậy có thể dung CaCl2
theo tỷ lệ thích hợp thay ZnCl2 trong chế tạo than hoạt tính tẩy màu.
Vai trị các tác nhân có thể đã là làm thối biến các phân tử xeluloza,
bằng phản ứng khử nước, phản ứng oxy hoá … các tác nhân hoá học đã phá
vỡ các liên kết ngang, làm cho các phân tử xenluloza khử đồng phân hố,
thậm chí làm thay đổi bản chất hoá học của xeluloza.

Tác dụng quan trọng nhất của các tác nhân hoạt hoá hoá học là khử
hydrat, tạo điều kiện cho các hợp chất hữu cơ dễ dàng bị phân huỷ dưới tác
dụng của nhiệt đồng thời ngăn quá trình nhiệt phân tạo ra sản phẩm khơng bị
cacbon hố như hắc ín.
Cơng nghệ chế tạo than hoạt tính theo phương pháp hoạt hoá hoá học
gồm tẩm tác nhân hoạt hố vào ngun liệu sau đó nung ngun liệu đã tẩm
bằng lị nung trong điều kiện khơng có khơng khí. Độ đậm đặc của dung
dịch tẩm, tỷ lệ giữa lượng chất dung làm tác nhân hoạt hoá đối với nguyên
liệu, nhiệt độ nung và thời gian nung cần được xác định cho thích hợp đối
với từng trường hợp một. Sau khi đã tham gia q trình hoạt hố tác nhân
hoạt hố lại được tách khỏi sản phẩm và quay vịng tham gia vào q trình
sản xuất tiếp theo.
Thơng thường hoạt hoá hoá học được thực hiện ở những nhiệt độ 400
o

C ÷ 1000 oC, đối với ZnCl2 thì nhiệt độ tối ưu là 500 oC ÷ 700 oC. Tỷ số

giữa khối lượng chất hoạt hoá hoá học đối với lượng khơ vật liệu được tẩm
có ảnh hưởng lớn lên độ xốp của than thành phẩm. Có thể hình dung cụ thể
rằng thể tích muối vơ cơ nằm trong vật liệu bị than hố chính là thể tích lỗ
xốp do muối để lại sau khi nó bị hồ tan để tách đi. Độ tẩm được coi như
thước đo mức độ hoạt hoá hoá học giống độ sém trong hoạt hoá hoá lý.


22

1.2.3.2. Phương pháp hoá lý:
Từ lâu người ta đã nhận thấy thành phần khí nằm trong khơng gian
cacbon hố và khơng gian hoạt hố có ảnh hưởng nhiều đến tính chất của
than thành phẩm. Cũng bằng con đường thực nghiệm từ lâu đã nhận thấy hơi

nước tỏ ra có tác dụng hoạt hoá tốt. Những nhận xét này là xuất phát ban đầu
cho phương pháp hoạt hoá hoá lý.
Rup, một trong những người đầu tiên đã đi sâu vào vấn đề này, ơng đã
nghiên cứu tác dụng hoạt hố của nhiều khí và hơi. Để đảm bảo sự đồng
nhất và nhiệt độ tại tất cả các điểm của lớp than cần hoạt hoá, tác giả đã xây
dựng thiết bị hoạt hố quay. Lị gồm lị điện thơng thường đặt nằm ngang
dùng làm bộ phận cấp nhiệt, ống hoạt hoá đặt trong lị điện và có hai đầu hẹp
phần nằm trong lị có đường kính lớn hơn dung làm khơng gian hoạt hố,
ống hoạt hố có thể quay từ 4 ÷ 10 vịng/phút, hai đầu ống nối với hệ dẫn
khí và hơi qua thuỷ ngân.
Với thiết bị hoạt hoá xây dựng được, tác giả đã hoạt hố than với các
khí và hỗn hợp khí khác nhau.
Ta thấy các khí và hơi có tác dụng hoạt hố tốt nhất là: NH3, CO2,
H2O và SO2. Tác giả cho rằng hơi nước có tác dụng hoạt hoá tốt nhất ở
những nhiệt độ 800 oC ÷ 900 oC, nếu hoạt hố ở 500 oC thì phản ứng chỉ tạo
ra CO2 và H2, hydro lại bị hấp phụ trên than, kết quả là sản phẩm có hoạt
tính thấp.
Rúp cũng đã nghiên cứu tác dụng hoạt hố của CO2 và kết luận rằng
hoạt tính của than được hoạt hố bằng CO2 tăng theo lượng than bị khí hố
(độ sém). Các khí khác như NH3 và SO2 tuy có tác dụng hoạt hố nhưng
khơng có giá trị ứng dụng.
Phản ứng khử dioxyt cacbon CO2 và phản ứng cacbon phân huỷ nước
H2O không những quan trọng đối với quá trình hoạt hố than mà cịn là


23

những q trình kỹ thuật rất phổ biến. Đã có nhiều cơng trình hoặc nghiên
cứu riêng rẽ từng phản ứng C + H2O và C + CO2 hoặc nghiên cứu sự xảy ra
đồng thời cả hai phản ứng này C + H2O + CO2.

a) Hoạt hoá than bằng hơi nước:
Đề cập đến hoạt hoá than bằng hơi nước trước hết phải nói đến những
cơng trình của Ga-lu-kơ. Tác giả đã nghiên cứu phản ứng C + H2O với nồng
độ hơi nước từ 0 ÷ 100% ở những nhiệt độ từ 800 ÷ 1050 oC. Từ kết quả thu
được tác giả đã thiết lập rằng trong tác dụng giữa hơi nước và cacbon xảy ra
phản ứng với một phân tử nước và một phản ứng chuyển hoá CO.
C

+ H 2O

=

CO

+ H2

CO + H2O

=

CO2

+ H2

Bly-hon-đơ thì thiết lập cơ chế của phản ứng C + H2O gồm 6 giai
đoạn:
1. Hấp phụ cân bằng hơi nước trên bề mặt than.
H2 O

⇄

+ C

H2Ohp

+ C

2. Hình thành phức chất hấp phụ bề mặt.
⇄

H2Ohp + C

C xOy

+ H2 hp

3. Phân huỷ phức chất bề mặt do va chạm với phân tử pha khí:
C xOy

+ H 2O ⇄

COhp + H2

4. Nhiệt phân phức chất bề mặt:
⇄

C xOy

COhp + Cx-1

5. Khử hấp phụ cân bằng oxyt cacbon.
COhp ⇄

CO

6. Khử hấp phụ cân bằng hydro:
H2hp ⇄

H2