BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU
VIỆN KỸ THUẬT - KINH TẾ BIỂN

BARIA VUNGTAU
UN1VERSITY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TÁI CHẾ THAN PHẾ THẢI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN
LỐP XE THÀNH THAN HOẠT TÍNH

Trình độ đào tạo

Đại học

Ngành

Công nghệ kỹ thuật hóa học

Chuyên ngành

Hóa dầu

Sinh viên thực hiện

Lê Hoàng Nguyên

Mã số sinh viên

13030387

Lớp

DH13HD

Giảng viên hướng dẫn ThS. Diệp Khanh

Bà Rịa-Vũng Tàu, tháng 5 năm 2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU
VIỆN KỸ THUẬT - KINH TẾ BIỂN

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI
ĐỒ ÁN/ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
(Đính kèm Quy định về việc tổ chức, quản lý các hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ ban hành
kèm theo
Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày 16/7/2013 của Hiệu trưởng Trường Đại học BR-VT)

Họ và tên sinh viên

: Lê Hoàng Nguyên

Ngày sinh:19/10/1994

MSSV

:13030387

Lớp: DH13HD


Địa chỉ

: Ấp 8, Xã Nguyễn Phích, Huyện U Minh, Tỉnh Cà Mau.

E-mail

:

Trình độ đào tạo

: Đại học

Hệ đào tạo

: Chính quy

Ngành

: Công nghệ kỹ thuật hóa học

Chuyên ngành

: Hóa dầu

1. Tên đề tài: TÁI CHẾ THAN PHẾ THẢI TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN LỐP
XE THÀNH THAN HOẠT TÍNH.

2. Giảng viên hướng dẫn: ThS. Diệp Khanh
3. Ngày giao đề tài: 7/2/2016
4. Ngày hoàn thành đồ án/ khoá luận tốt nghiệp: 22/6/2016

Bà Rịa- Vũng Tàu, ngày..... tháng
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)

năm

SINH VIÊN THỰC HIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỞNG NGÀNH

VIỆN TRƯỞNG

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)


Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo Diệp
Khanh đã giao đề tài và nhiệt tình giúp đỡ, truyền đạt cho em những kiến thức quí
báu trong quá trình nghiên cứu.
Cảm ơn các phòng thí nghiệm trong Viện kỹ Thuật - Kinh Tế Biển - Trường
Đại học Bà Rịa Vũng Tàu đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình làm thực
nghiệm.
Chân thành cảm ơn các bạn sinh viên làm việc trong phòng thí nghiệm đã
giúp đỡ tôi trong quá trình tìm tài liệu và hoàn thiện đồ án tốt nghiệp.
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, ngoài sự nỗ lực tìm tòi, nghiên cứu của
bản thân, sự giúp đỡ của những người xung quanh, đặc biệt là những người thầy,
gia đình đã đóng góp một phần không nhỏ trong nghiên cứu này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Vũng Tàu, tháng 5 năm 2017

Sinh viên thực hiện

Lê Hoàng Nguyên


Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân, được xuất phát
từ ý tưởng khai thác tiềm năng ứng dụng của than hoạt tính để hình thành hướng
nghiên cứu. Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng tuân thủ theo đúng quy định. Kết quả
trình bày trong đồ án được thu thập trong quá trình nghiên cứu là trung thực và
chưa từng công bố trước đây.

Vũng Tàu, tháng 5 năm 2017
Sinh viên thực hiện

Lê Hoàng Nguyên


MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.......................................................................... iv
DANH MỤC BẢNG.................................................................................................. v
DANH MỤC HÌNH.................................................................................................. vi
LỜI MỞ ĐẦU............................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN...................................................................................... 4
1.1 Lịch sử hình thành và Phát triển của than hoạt tính [17]............................4
1.2 Giới thiệu chung về than hoạt tính và Cấu trúc của than hoạt tính.............5
1.2.1 Giới thiệu chung về than hoạt tính [6;18]........................................5
1.2.2 Cấu trúc của than hoạt tính [1]........................................................7

1.3 Phân loại than hoạt tính...............................................................................8
1.3.1 Phân loại theo Misec [18]................................................................ 8
1.3.2 Phân loại Meclenbua [18]................................................................ 9
1.3.3 Phân loại theo Đu-Bi-Nin [18].......................................................10
1.4 Tái sinh than hoạt tính [18]........................................................................11
1.4.1 Tái sinh bằng nhiệt [18]..................................................................11
1.4.2 Tái sinh bằng hơi nước [18]...........................................................12
1.5 Ứng dụng của than hoạt tính [19]..............................................................13
1.6 Điều chế than hoạt tính...............................................................................15
1.6.1 Than hóa [6]....................................................................................15
1.6.2 Hoạt hóa..........................................................................................15
1.7 Giới thiệu về xanh methylene.....................................................................18


1.7.1 Lịch sử nghiên cứu [21].................................................................18
1.7.2 Tính chất hoá lí ..............................................................................19
1.8 Lý thuyết về hấp phụ............................................................................... 21
1.8.1 Khái niệm và Phân loại hấp phụ [1]..............................................21
1.8.2 Các dạng đường hấp phụ đẳng nhiệt [1]........................................24
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM............................................................................... 29
2.1 Đối tượng nghiên cứu................................................................................ 29
2.2 Mục tiêu nghiên cứu..................................................................................29
2.3 Hóa chất, Dụng cụ, Thiết bị phục vụ nghiên cứu......................................29
2.3.1 Hóa chất......................................................................................... 29
2.3.2 Dụng cụ.......................................................................................... 30
2.3.3 Thiết bị........................................................................................... 31
2.4 Cách thức tiến hàn h ...................................................................................31
2.4.1 Biến tính bả phế thải [23]..............................................................31
2.5 Các phương pháp nghiên cứu....................................................................34
2.5.1 Phương pháp đo quang phổ hấp phụ Uv-Vis [20].........................34

2.5.2 Phương pháp nhiểu xạ tia X (XRD) [20]...................................... 35
2.5.3 Phương pháp phân tích quang phổ hồng ngoại IR [20].................36
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................ 39
3.1 Kết quả phân tích cấu trúc của than..........................................................39
3.1.1 Kết quả nhiễu xạ tia X (XRD).......................................................39
3.1.2 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại IR ..........................................42
3.2 Hoạt hoá than phế thải............................................................................... 45
3.2.1 Xây dựng đường chuẩn................................................................ 45


3.3 Kết quả khảo sát hấp phụ xanh methylene của than hoạt hoá................. 46
3.3.1 Tính toán độ hấp phụ.....................................................................46
3.3.2 Khảo sát khả năng hấp phụ của xanh methylene khi thay đổi nồng
độ chất bị hấp phụ.................................................................................................... 46
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................. 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 54


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
UV-VIS: Ultraviolet-visible spectrometer (Tử ngoại khả kiến).
XRD: X-Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X).
IR: Infrared (Hồng ngoại).
BCF: Chỉ số nồng độ sinh học.


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần của than hoạt tính.................................................................6
Bảng 2.1: Hoá chất thí nghiệm................................................................................29
Bảng 2.2: Dụng cụ thí nghiệm.................................................................................30
Bảng 2.3:Thiết bị thí nghiệm....................................................................................31

Bảng 2.4: Thành phần của than phế thải.................................................................31
Bảng 2.5: Độ đo quang (A) của than hoạt hoá bằng axít HNO3.............................32
Bảng 3.1: Số liệu xây dựng đường chuẩn...............................................................45
Bảng 3.2: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ xanh methylene của than hoạt hoá
bằng axít HNO3 7M trong 12h ở 70oC.....................................................................47
Bảng 3.3: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ xanh methylene của than hoạt hoá
bằng axít HNO3 3M trong 6h...................................................................................49


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Cấu trúc minh họa của than hoạt tính....................................................... 7
Hình 1.2: Than hoạt tính COCO AC đóng bao 25 kg..............................................13
Hình 1.3: Khẩu trang y tế ....................................................................................... 14
Hình 1.4: Mô hình bể lọc nước xử lý với than hoạt tính......................................... 14
Hình 1.5: Cấu tạo liên kết của xanh methylene.......................................................19
Hình 1.6: Quá trình hấp phụ vật lý......................................................................... 22
Hình 1.7: Năm loại đường hấp phụ theo Brunauer................................................ 24
Hình 1.8: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich.................................................. 25
Hình 1.9: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir C (P)........................................... 27
Hình 1.10: Dạng đồ thị đường đẳng nhiệt hấp phụ BET.........................................27
Hình 1.11: Đường đẳng nhiệt hấp phụ BET........................................................... 28
Hình 2.1: Quy trình hoạt hoá than phế thải.............................................................32
Hình 2.2: Quy trình xử lý nhiệt của than phế thải....................................................33
Hình 2.3: Than hoạt hoá nung 1h ở 900oC...............................................................33
Hình 2.4: Than hoạt hoá nung 2h ở 900oC...............................................................33
Hình 3.1: Giản đồ XRD của than chưa hoạt hoá................................................... 39
Hình 3.2: Giản đồ XRD của than hoạt hoá bằng HCl 5M trong 6h...................... 39
Hình 3.3: Giản đồ XRD của than hoạt hoá bằng H2SO4 5M trong 6h.................. 40
Hình 3.4: Giản đồ XRD của than hoạt hoá bằng HNO3 5M trong 6h................... 40
Hình 3.5: Giản đồ XRD của than hoạt tính.............................................................41

Hình 3.6: Phổ hồng ngoại (IR) của mẫu than chưa hoạt hoá..................................42
Hình 3.7: Phổ hồng ngoại (IR) của mẫu than hoạt hoá bằng HCl 5M trong 6h.....42
Hình 3.8: Phổ hồng ngoại (IR) của mẫu than hoạt hoá bằngH2SO4 5M trong 6h..43


Hình 3.9: Phổ hồng ngoại (IR) của mẫu than hoạt hoá bằngHNOs 5M trong 6h...43
Hình 3.10: Phổ hồng ngoại (IR) của mẫu than hoạt tính........................................44
Hình 3.11: Đường chuẩn của xanh methylene.........................................................45
Hình 3.12: Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của nồng độ chất bị hấp phụ đến độ hấp phụ
.................................................................................................................................. 47
Hình 3.13: Đồ thị thể hiện phương trình Langmuir của than hoạt hoá bằng axít
HNO3 7M trong 12h ở 70oc...................................................................................... 48
Hình 3.14: Đồ thị thể hiện phương trình Freundlich của than hoạt hoá bằng axít
HNO3 7M trong 12h ở 70oc...................................................................................... 48
Hình 3.15: Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của nồng độ chất bị hấp phụ đến độ hấp phụ
.................................................................................................................................. 49
Hình 3.16: Đồ thị thể hiện phương trình Langmuir của than hoạt tính bằng axít
HNO3 3M trong 6h.................................................................................................. 50
Hình 3.17: Đồ thị thể hiện phương trình của Freundlich than hoạt tính bằng axít
HNO3 3M trong 6h.................................................................................................. 50


LỜI MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài [18;19;24]
Than hoạt tính dạng bột mịn là loại có kích thước từ 20 - 50 gm, còn các loại
có kích thước 20 gm được gọi là than hoạt tính siêu mịn. Chúng được ứng dụng
trong một số lĩnh vực như:
- Y học: làm thuốc giải độc cho đường tiêu hóa, làm vật liệu lọc máu.
- Công nghiệp hóa mỹ phẩm: làm bột tiêu độc, tẩy trắng cho da, thay thế cho
chất oxy hóa gây tác dụng phụ.

- Công nghiệp xử lý nước: làm chất hấp phụ, màng lọc hấp phụ các chất gây ô
nhiễm hay kết hợp với polime sa lắng để xử lý nhanh nguồn nước bẩn.
- Quân sự: làm hệ sol khí ngụy trang, nghi trang, làm phụ gia composit chế tạo
vật liệu tàng hình, hay có thể được dùng làm chất mang, chất tiêu độc hoặc chất độc
tùy vào mục đích sử dụng chúng.
Ở trong nước, than hoạt tính dạng bột mịn được tẩm phủ lên vải để chế tạo
quần áo phòng da dạng hấp phụ hay sử dụng để sản xuất bao tiêu độc cho da. Trong
xử lý môi trường, một số loại than hoạt tính dạng bột có kích thước từ 40 - 120 gm
cũng đã được sử dụng để hấp phụ các hoá chất có tính nổ, là nguồn ô nhiễm trong
nước thải công nghiệp quốc phòng. Tuy nhiên, những kết quả nghiên cứu có tính hệ
thống về ảnh hưởng của kích thước hạt than hoạt tính đến khả năng và tốc độ hấp
phụ các chất hữu cơ lên than hoạt tính, cũng như đặc điểm quá trình hấp phụ trên
than hoạt siêu mịn được công bố rất hạn chế.
Hiện nay, nhiều công ty năng lượng tái tạo của Việt Nam đã lấy được dầu FO­
R cung cấp cho thị trường trong nước bằng quá trình nhiệt phân lốp xe cao su. Tuy
nhiên, quá trình nhiệt phân lốp xe cao su sinh ra một lượng lớn than trơ về mặt hóa
học, do đó vấn đề đặt ra là nếu có thể tái tạo nguồn nguyên liệu này thì chúng ta có
thể thu lại một lợi ích kinh tế rất lớn. Chẳng hạn Công Ty Cổ Phần Năng Lượng Tái
Tạo DVA đã đầu tư dây chuyền, công nghệ nhiệt phân cao su phế thải để thu hồi
dầu đốt lò FO-R, nhà máy đặt tại khu xử lý chất thải tập trung Tóc Tiên, xã Tóc
Tiên, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu với công suất xử lý 2400 tấn cao


su phế thải mỗi tháng, cung cấp ra thị trường trên 1000 tấn dầu đốt FO-R và 1000
tấn Carbon. Tuy nhiên lượng than thì công ty chưa tận dụng để tái tạo.
Với mục đích khai thác tiềm năng ứng dụng của than hoạt tính trong việc xử lý
nước sinh hoạt nên tôi đã chọn và thực hiện đề tài “TÁI CHẾ THAN PHẾ THẢI
TỪ QUÁ TRÌNH NHIỆT PHÂN LỐP XE THÀNH THAN HOẠT TÍNH”.
2. Tình hình nghiên cứu [18;19]
Than hoạt tính có nhiều ứng dụng trong tất cả các lĩnh vực đời sống, là nguồn

nguyên liệu cung cấp cho các quá trình xử lý nước thải, lọc nước, hấp phụ chất gây
mùi, màu nước. Than hoạt tính là nguồn nguyên liệu có thể tái tạo được. Than hoạt
tính đóng vai trò quan trọng trong đời sống con người.
Hiện nay trên thế giới cũng như trong nước, than hoạt tính đang được sử dụng
hết sức rộng rãi trong sản xuất và đời sống : y tế, công nghiệp thực phẩm (nhà máy
chế biến đường, đường gluco, dầu ăn, mỳ chính, mỳ sợi, rượu vang), trong xử lý
môi trường. Để có được than hoạt tính chất lượng cao sử dụng trong nghiên cứu
mang tính đồng bộ và kết quả thu được tốt hơn, chuẩn xác hơn một nội dung khác
cần đặt ra là nghiên cứu quy trình công nghệ, thiết kế chế tạo lò sản suất để có than
hoạt tính chất lượng cao vì trên thị trường hiện không có than hoạt tính chất lượng
cao.
Với lợi ích của than hoạt tính như trên thì để tạo ra than hoạt tính người ta
thường đi từ nhiều nguồn nguyên liệu trong tự nhiên như: gáo dừa, tre, vỏ trấu....
tất cả đều tốn chi phí. Hiện nay các nhà máy nhiệt phân lốp cao su để thu dầu FO-R
thì thải ra khoảng 40 - 50% carbon, mà chúng ta chưa biết tận dụng nguồn nguyên
liệu này.
3. Mục đích nghiên cứu
Mục đích đặc ra là thu lợi nhuận từ nguồn than này bằng cách biến tính nó trở
thành than hoạt tính như trên thị trường, ngoài ra chúng ta còn giúp giải quyết vấn
đề về môi trường hiện nay mà các công ty chưa đưa ra giải pháp khắc phục.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
Từ than phế thải chúng ta hoạt hoá thành than hoạt tính.


Khảo sát khả năng hấp phụ với xanh methylene.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thực hiện trong phòng thí nghiệm.
- Phương pháp thử chất hoạt động bề mặt của xanh methylene.
- Phương pháp định danh than bằng nhiễu xạ tia X (XRD).
- Phương pháp thống kê và xử lý số liệu.

- Phương pháp phân tích quang phổ hồng ngoại (IR).
- Thu thập, tổng hợp, nghiên cứu và phân tích các tài liệu, tư liệu, sách báo
trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài.
6. Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp
Chương 1. Tổng quan.
Chương 2. Thực nghiệm
Chương 3. Kết quả và thảo luận.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Than hoạt tính - Activated Carbon: là một chất gồm chủ yếu là nguyên tố
carbon ở dạng vô định hình (bột), một phần nữa có dạng tinh thể vụn grafit, 1 lượng
nhỏ tàn tro và các nguyên tố khác như hydro, nitơ, lưu huỳnh, oxi,...có sẵn trong
nguyên liệu ban đầu hoặc mới liên kết với carbon trong quá trình hoạt hóa.
Than hoạt tính được loài người sử dụng và sản xuất từ thời xa xưa. Vào thế kỷ
thứ 3 người Trung Hoa đã sản xuất ra mực tàu chất lượng cao. Trong thành phần
của mực này có muội than được sản xuất bằng cách đốt cháy dầu mỡ dưới bát sành
úp ngược. Trải qua nhiều thế kỷ với nhu cầu sử dụng cao.
Người Ai Cập sử dụng than gỗ để làm chất hấp phụ chữa bệnh.
Người Hin du cổ ở Ân Độ đã biết làm sạch nước uống bằng cách lọc qua than
gỗ.
Ken-xơ đã dùng than gỗ để hút mùi hôi ở những vết thương có tính hoại tử
(1793).
Silo đã quan sát và mô tả hiện tượng hấp phụ trên than gỗ (1773).
Phôn-tan-na đã đưa than nóng đỏ vào ống chứa khí úp ngược trên thủy ngân
và nhận thấy phần lớn khí trong ống bị than hút mất (1777).
Tô-vơlo-vit đã thấy than gỗ có thể tẩy màu nhiều dung dịch (1785).
Lip-man cũng thấy than gỗ tẩy màu tốt các dung dịch đường (1794).
Vào năm 1870 than hoạt tính đã có mặt trên thị trường thương mại, với nhu

cầu về sử dụng nó có tên gọi chung là “bồ hóng” nguyên liệu đầu để sản xuất là dầu
mỡ nhựa tinh chế.
Năm 1872 với sự ngiên cứu của các tác giả Haworth và Lamb, hai ông đã đưa
ra loại than hoạt tính sử dụng nguyên liệu đầu là khí tự nhiên được sản xuất nhiều ở
New Cumberlan, West Virginia (Mỹ).


Năm 1892 ở Mỹ đã sản xuất ra loại than hoạt tính gọi là than máng. Do sáng
chế của tác giả John MacNatte.
Năm 1916 Braun và Ulinger đã đưa ra phương pháp nhiệt phân để sản xuất
than hoạt tính.
Năm 1943 ở bang Texas than hoạt tính được sản xuất bằng phương pháp lò (lò
khí, lò lỏng) với tổ chức quy mô công nghiệp lớn hơn hiện đại hơn. Cho đến nay
các phương pháp sản xuất trên được áp dụng rộng rãi và sản xuất ra nhiều loại than
khác nhau đáp ứng nhu cầu sử dụng cho các nghành phục vụ trong nhiều lĩnh vực
khác nhau. Than hoạt tính được sản xuất với tổng sản lượng lớn nhất và quy mô
công nghiệp lớn nhất ở nước Mỹ. Sau đó than hoạt tính được biết đến các nước
phương tây, châu á và các châu lục khác.
Ngày nay trong cuộc sống của chúng ta có rất nhiều sản phẩm ứng dụng than
hoạt tính mà trong mỗi gia đình đều có sử dụng. Như máy lọc nước, máy hút khói
khử mùi bếp, lọc khử mùi máy lạnh, ngay trong một số sản phẩm làm đẹp cũng có
than hoạt tính.
1.2 Giới thiệu chung về than hoạt tính và Cấu trúc của than hoạt tính
1.2.1 Giới thiệu chung về than hoạt tính [6;18]
Gần đây, carbon được xem như là một nguyên tố tuyệt vời của cuộc cách
mạng khoa học vật liệu. Từ carbon chúng ta sẽ có được than hoạt tính, một chất hấp
phụ xốp rất tốt, với các đặc tính tuyệt vời, được ứng dụng rộng rãi trong công
nghiệp.
Than hoạt tính là một thuật ngữ thường được sử dụng cho một nhóm các chất
hấp phụ dạng tinh thể, có cấu trúc dạng mao quản làm cho diện tích bề mặt lớn, khả

năng hấp phụ tốt hơn.
Than hoạt tính có thành phần chủ yếu là carbon, chiếm từ 85 đến 95% khối
lượng. Phần còn lại là các nguyên tố khác như hydro, nitơ, lưu huỳnh, oxi,... có sẵn
trong nguyên liệu ban đầu hoặc mới liên kết với carbon trong quá trình hoạt hóa.


Tên nguyên to

Thành phần % khối
lượng

1

C (Carbon)

88,0

2

H (Hydrogen)

0,5

3

N (Nitrogen)

0,5

4


S (Sulfur)

1,0

5

O (Oxygen)

6,0-7,0

STT

r riA

1

r

Hàm lượng oxi có thể thay đổi từ 1 đến 20% tùy thuộc vào nguyên liệu và
cách điều chế than hoạt tính.
Than hoạt tính có diện tích bề mặt khoảng 800 - 1500 m2/g chủ yếu là do các
lỗ nhỏ có bán kính dưới 2 nm tạo ra, thể tích mao quản từ 0,2 - 0,6 cm3/g.
Mỗi năm khoảng 150 nghìn tấn than hoạt tính dạng bột được sản xuất, cùng
với khoảng 150.000 tấn than dạng hạt và 50.000 tấn dạng viên hoặc thanh.
Nhiều nguyên liệu khác nhau có thể được sử dụng như gỗ, nhựa, đá hay các
vật liệu tổng hợp để sản xuất than hoạt tính mà không cần đưa chúng về dạng
carbon, đồng thời vẫn có được hiệu quả tương tự. Than hoạt tính sau khi sử dụng có
thể được tái sinh (làm sạch hoặc giải hấp phụ) và có thể sử dụng hàng trăm, thậm
chí hàng ngàn lần.

Than hoạt tính được sản xuất từ các nguyên liệu tự nhiên bằng cách than hóa
và xử lý tiếp. Trong quá trình này, một vài thành phần chuyển hóa thành khí và bay
hơi khỏi nguyên liệu ban đầu tạo thành các lỗ trống xốp (mao quản).
Ở nước ta than hoạt tính bắt đầu được nghiên cứu từ những năm 60 của thế kỷ
20. Nghiên cứu đầu tiên là ở Viện Hoá học Công nghiệp với than hoạt tính từ
antraxit, gáo dừa, bã mía, tiếp đó là các nghiên cứu của Viện Hoá học Công nghiệp
và Trung tâm Nghiên cứu Than hoạt tính, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Các
kết quả nghiên cứu đã được triển khai ở quy mô pilot.


Hiện nay than hoạt tính đã được sử dụng rộng rãi trong hầu khắp mọi lĩnh vực
khoa học, quân sự và đời sống. Tùy theo mục đích sử dụng, hiện có một số loại than
hoạt tính như sau: Than lọc khí - hơi, than tẩy màu, than lọc nước, than trao đổi
ion,... ở dạng hạt dập, hạt ép hoặc dạng bột.
Hiện nay trên thị trường, than hoạt tính được bán dưới ba dạng:
- Than hoạt tính dạng bột
- Than hoạt tính dạng hạt
- Than hoạt tính cải tiến (dưới áp suất cao), thường là viên.
1.2.2 Cấu trúc của than hoạt tính [1]
a. Cấu trúc xốp
Than hoạt tính với sự sắp xếp ngẫu nhiên của các lớp vi tinh thể làm cho than
hoạt tính có cấu trúc lỗ xốp phát triển. Cấu trúc lỗ xốp được hình thành trong quá
trình carbon hóa và phát triển trong quá trình hoạt hóa, tạo thành các lỗ trống trong
mạng tinh thể than hoạt tính. Đồng thời quá trình hoạt hóa làm tăng thể tích và kích
thước lỗ xốp. Cấu trúc xốp của than được thể hiện thông qua các thông số: diện tích
bề mặt (Sr), thể tích lỗ mao quản. Các thông số này còn được tính riêng theo từng
kích cỡ hạt. Dựa vào kích thước hạt người ta chia làm 3 loại: lỗ bé hay còn gọi
micropore (d < 2 nm), lỗ trung bình hay còn gọi mesopore (2 nm < d < 50 nm) và lỗ
lớn hay còn gọi macropore (d > 50 nm) (hình 1.1). Trong đó các lỗ xốp micropore
quyết định phần lớn diện tích bề mặt than hoạt tính, phần còn lại là các lỗ xốp

mesopore và macropore.

Hình 1.1: Cấu trúc minh họa của than hoạt tính


b. Cấu trúc hóa học
Bên cạnh cấu trúc tinh thể và cấu trúc lỗ xốp, bề mặt than hoạt tính còn có cấu
trúc hóa học. Khả năng hấp phụ của than hoạt tính không chỉ quyết định bởi cấu
trúc xốp và vật lý mà còn bị ảnh hưởng bởi cấu trúc hóa học.
Cấu trúc hóa học: thành phần của than hoạt tính gồm carbon (chủ yếu), hydro,
oxy,...Và các nhóm chức giữa các nguyên tố hóa học liên kết được hình thành là
carboxyl, nhóm lactone, nhóm rượu, nhóm phenlic, hydroxyl,.. tùy thuộc vào nguồn
nguyên liệu và tác nhân hoạt hóa. Trong đó, những nhóm chức chức oxy là những
nhóm quan trọng nhất vì chúng làm ảnh hưởng tới đặc tính bề mặt than hoạt tính, cụ
thể tính hút ẩm, tính phân cực, tính axit, tính chất hóa lý.
1.3 Phân loại than hoạt tính
1.3.1 Phân loại theo Misec [18]
Có nhiều cách để phân loại than hoạt tính. Cách đơn giản nhất theo Misec là
phân loại theo hình dáng bên ngoài của nó. Theo cách này than hoạt tính được phân
thành hai nhóm:
a. Than bột
Nhóm này gồm than tẩy màu và than y tế. Vì độ khuếch tán trong dung
dịch nhỏ nên quá trình hấp phụ xảy ra trong dung dịch rất chậm. Để tăng cường độ
thiết lập cân bằng hấp phụ than được nghiền thành bột mịn.
b. Than hạt
Than hạt chủ yếu được dùng trong hấp phụ khí và hơi, vì vậy còn có tên gọi là
than khí. Đôi khi than hạt cũng được dùng trong môi trường lỏng, đặc biệt là để lọc
nước.
Than hạt có thể là dạng mảnh hoặc dạng trụ. Nguyên liệu được xay đến kích
thước nhất định và được hoạt hóa. Than hạt dạng trụ hoàn chỉnh được chế tạo theo

quy trình phức tạp hơn. Nguyên liệu được chuẩn bị ở dạng vữa, ép vữa thành sợi và
cắt thành hạt rồi tiếp tục các bước sản xuất khác.


1.3.2 Phân loại Meclenbua [18]
Meclenbua phân loại than hoạt tính theo mục đích sử dụng và vì vậy than gồm
nhiều loại.
a. Than tẩy màu
Đây là nhóm cơ bản, có ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp để
tẩy màu dung dịch. Ở đây, than hấp phụ chất bẩn có màu. Kích thước phân tử chất
màu thay đổi trong phạm vi rộng từ dạng phân tử thông thường tới dạng lớn và tới
các tiểu phân có độ phân tán keo.
Than tẩy màu còn gồm than kiềm, than axit và than trung tính,thường được
dùng ở dạng bột mịn có kích thước hạt khoảng 80 - 100 pm.
b. Than y tế
Than có khả năng hấp phụ các chất tan phân tán dạng keo trong dịch dạ
dày và ruột. Đây cũng là than tẩy màu, chỉ khác là có độ sạch cao. Trong quá
trình sản xuất không nên dùng những chất tẩm chứa nhiều cation độc như thiếc,
đồng, thủy ngân....
c. Than hấp phụ
Tùy vào chất lượng và mục đích sử dụng, than hấp phụ còn được chia thành ba
loại:
- Than ngưng tụ: Than được dùng để gom hơi các chất hữu cơ trong không
khí, chẳng hạn dùng để tách benzen khỏi các khí thiên nhiên nhằm quay vòng dung
môi dễ bay hơi trở lại quy trình sản xuất. Than có hoạt tính cao, độ bền cơ học cao,
trở lực lớp than đối với dòng khí nhỏ, khả năng lưu trữ chất bị hấp phụ thấp.
Thường than được sản xuất dưới dạng viên định hình hay dạng mảnh đường kính từ
2 - 8 mm, chiều dài khoảng 1,5 lần đường kính.
- Than xúc tác: cũng là một dạng than khí, có độ xốp lớn, có thể dùng làm chất
xúc tác trong tổng hợp nhiều chất vô cơ cũng như hữu cơ.



- Than khí: Than có khả năng hấp phụ chọn lọc khí và hơi. Có thể dùng than
này để tách các hợp phần khí hay hơi ra khỏi hỗn hợp của chúng. Than có ứng dụng
rộng rãi trong công nghệ dầu mỏ để làm sạch các chất thơm, không khí,...để làm
sạch n ư ớ c ,. Than được sản xuất dưới dạng mảnh hay hạt định hình với kích thước
tùy thuộc vào mục đích sử dụng.
1.3.3 Phân loại theo Đu-Bi-Nin [18]
Đu-bi-nin đã dựa vào cấu trúc xốp để phân loại than hoạt tính. Việc chia than
hoạt tính thành dạng thu hồi và dạng khí là không có ý nghĩa về đặc trưng cấu trúc.
Theo ông chia than thành ba dạng dưới đây là hợp lý:
a. Than hoạt tính hấp phụ khí
Dùng cho hấp phụ khí, hơi và các chất dễ bay hơi. Dạng than này thuộc chất
hấp phụ có cấu trúc xốp nhỏ loại I. Đặc trưng cấu trúc của dạng than này là khi tăng
thể tích hấp phụ trong lỗ xốp nhỏ làm dễ dàng cho sự hấp phụ đẳng nhiệt.
b. Than hoạt tính thu hồi
Dùng hấp phụ hơi các dung môi công nghiệp nhằm thu hồi và đưa chúng trở
lại chu trình sản xuất. Dạng than này thuộc chất hấp phụ có cấu trúc hỗn tạp. Dung
tích hấp phụ lớn nhưng khả năng lưu giữ chất bị hấp phụ thấp, nhất là trong điều
kiện khử hấp phụ bằng hơi quá nhiệt.
c. Than tẩy màu
Than tẩy màu dùng để tẩy màu và lọc sạch dung dịch, chất lỏng. Than chủ yếu
thuộc chất hấp phụ có cấu trúc loại II. Than chứa tỷ lệ lớn lỗ có kích thước đủ lớn
để hấp phụ các phân tử màu và các tạp chất khác có mặt trong pha lỏng. Khi cần
hấp phụ các chất có phân tử nhỏ khỏi dung dịch thì dùng than có cấu trúc loại I.
Sự phân loại than hoạt tính giúp chúng ta có định hướng dễ dàng trong sản
xuất và trong việc tìm loại than thích hợp cho mục đích sử dụng của mình. Than
hoạt tính được sản xuất từ các cơ sở khác nhau, tuy có nhãn hiệu và tên thành phẩm
khác nhau, nhưng có thể có tính chất hấp phụ giống nhau.



Nếu loại bỏ hết các tạp chất trong than hoạt tính đã sử dụng thì chúng có thể
được tái sinh và sử dụng lại. Sau khi tái sinh, than hoạt tính có thể phục hồi đến
80% hiệu quả sử dụng, mà trong thực tế là 100% vì ít khi sử dụng than hoạt tính đến
giới hạn của nó. Theo lý thuyết, việc này có thể thực hiện nhiều lần theo ý muốn.
Đối với các loại than hoạt tính mềm (than hoạt tính từ than bùn sẽ giảm chất lượng
khi tái sinh) thì các hạt sẽ trở nên nhỏ hơn sau mỗi lần tái sinh. Còn với các loại
than hoạt tính cứng hơn, như vỏ dừa hay than đá, sẽ vẫn giữ được chất lượng tốt và
có thể tái sinh khoảng vài trăm lần.
Có 2 cách để tái sinh than hoạt tính:
- Bằng nhiệt (tái sinh nhiệt).
- Bằng hơi nước (tái sinh hơi nước).
1.4.1 Tái sinh bằng nhiệt [18]
Tái sinh bằng nhiệt trong công nghiệp được thực hiện theo các bước sau:
- Than hoạt tính được sấy khô.
- Sau đó gia nhiệt để carbon hóa các tạp chất chứa trong các mao quản của
than hoạt tính.
- Than hoạt tính được hoạt hóa ở khoảng 700 - 1000°C. Ở nhiệt độ này các tạp
chất sẽ chuyển thành hơi và thoát ra khỏi than hoạt tính. Quá trình này được thực
hiện trong môi trường yếm khí để đảm bảo rằng than hoạt tính không bị đốt cháy.
Bằng cách này, các mao quản sẽ được hình thành một lần nữa và than hoạt tính
được tái sinh.
Cách này ít khi được sử dụng cho những người chưng cất rượu tại gia. Ở một
số vùng, tái sinh nhiệt được thực hiện theo các bước sau:
- Bắt đầu bằng việc đổ than hoạt tính vào sàng và rửa sạch với nước nóng từ
vòi. Nếu than hoạt tính có cỡ hạt 0,4 - 0,85 mm thì chúng sẽ chui qua được các lỗ


sàng thông thường khi rửa. Bạn có thể sàng với các loại lưới tốt hơn hoặc bỏ qua
hoàn toàn bước này.

- Sau đó đun sôi than hoạt tính trong nước 10 - 15 phút để hòa tan môt vài
rượu bậc cao (đã tái sinh được 15 - 20%). Đun đến khi bay hơi. Đun lại nếu cần
thiết.
- Than hoạt tính sau đó được sấy khô. Sau khi than đã khô, nó được đặt vào
một lò sấy điện.
- Bật lò ở 140 °C hoặc 150°C và nung than hoạt tính trong khoảng 2 - 3 giờ.
- Tắt lò và đợi cho than hoạt tính nguội. Bây giờ nó đã sẵn sàng để tái sử dụng
lại.
Các tạp chất khi bay hơi khỏi than hoạt tính trong quá trình đun nóng có mùi
rất tệ. Đồng thời, việc tái sinh than hoạt tính trong lò điện rất nguy hiểm vì nó có thể
cháy. Than hoạt tính làm từ gỗ và than bùn cháy ở khoảng 200°C còn than đá ở
khoảng 400°C. Than đá vẫn có thể tái sinh trong lò điện ở khoảng 300 - 350°C nếu
muốn.
1.4.2 Tái sinh bằng hơi nước [18]
Tái sinh bằng hơi nước là phương pháp thường được sử dụng trong công
nghiệp tinh chế cồn. Nó được thực hiện theo các bước sau:
- Lọc ngược dòng với nước nóng. Được thực hiện từ trên xuống. Trong các bộ
lọc than hoạt tính luôn luôn thực hiện từ dưới lên.
- Sau đó, hơi nước được cho đi qua than hoạt tính. Nó cũng được thực hiện từ
trên xuống. Hơi nước ở 120 - 130°C và than hoạt tính cũng được làm nóng đến
nhiệt độ tương tự. Tất cả các tạp chất và rượu tạp bay hơi khỏi các mao quản.
- Cuối cùng than hoạt tính được rửa ngược và sẵn sàng sử dụng lại.


Than hoạt tính ngoài khả năng hấp phụ tốt thì than hoạt tính còn có các ưu
điểm như: không độc hại, giá thành rẻ, sản xuất dễ dàng. Vì vậy than hoạt tính được
sử dụng rộng rãi trong cuộc sống và cho nhiều ứng dụng:
- Ứng dụng trong công nghiệp: một ứng dụng công nghiệp chính là xử lý kim
loại cuối. Nó được sử dụng rộng rãi trong tinh chế dung dịch mạ điện. Ví dụ, nó là
kỹ thuật tinh chế chính trong việc loại bỏ những tạp chất hữu cơ từ dung dịch mạ.

Nhiều chất hữu cơ được thêm vào dung dịch mạ để cải thiện tính bám dính và tăng
tính chất như độ sáng, nhẵn, tính uốn v.v... Sự truyền dòng điện trực tiếp và phản
ứng điện hóa của oxi hóa anot và khử catot, những phụ gia hữu cơ sinh ra những
sản phẩm phân hủy không mong muốn trong dung dịch. Sự sinh ra quá nhiều của
chúng có thể có hại cho chất lượng mạ và tính chất vật lý của kim loại. Sự xử lý
bằng than hoạt tính loại bỏ những tạp chất như vậy và trả lại hiệu suất mạ về mức
độ mong muốn.

Hình 1.2: Than hoạt tính COCO AC đóng bao 25 kg
- Ứng dụng trong y tế: than hoạt tính được sử dụng để xử lý chất độc và được
dùng qua đường miệng. Những viên hoặc nang than hoạt tính được sử dụng ở nhiều
nước như một thuốc không cần kê toa bác sĩ để xử lý bệnh tiêu chảy, chứng khó tiêu
và đầy hơi. Tuy nhiên, nó không hiệu quả cho nhiều sự ngộ độc của axít hoặc kiềm
mạnh, xianua, sắt, liti, arsen, methanol, ethanol hay ethylene glycol.


Hình 1.3: Khẩu trang y tế
- Ứng dụng hóa phân tích: than hoạt tính, hỗn hợp 50/50 khối lượng diatomit
và than hoạt tính được sử dụng như pha tĩnh trong sắc khí áp suất thấp cho
carbohydrate sử dụng dung dịch rượu (5-50%) như pha động trong chuẩn bị và phân
tích.
- Ứng dụng môi trường: Sự hấp phụ cacbon có nhiều ứng dụng trong loại bỏ
chất gây ô nhiễm từ không khí hay nước như:
+ Làm sạch dầu tràn.
+ Lọc nước ngầm.
+ Lọc nước uống.
+ Làm sạch không khí.
+ Giữ tạp chất hữu cơ không bay hơi từ màu vẽ, lọc khô, bay hơi xăng và
những quá trình khác.


Hình 1.4: Mô hình bể lọc nước xử lý với than hoạt tính