Đ án chuyên ngành GVHD: ThS. Quách Th Ph ngồ ị ượ
Nhóm 3
Đ án chuyên ngành GVHD: ThS. Quách Th Ph ngồ ị ượ
M Đ UỞ Ầ
Than ho t tính t lâu đã đ c ch t o và s d ng cho nhi u m c đích khác nhau, t ng d ngạ ừ ượ ế ạ ử ụ ề ụ ừ ứ ụ
trong cu c s ng hàng ngày đ n các ng d ng trong công nghi p. Than ho t tính v i nh ng đ cộ ố ế ứ ụ ệ ạ ớ ữ ặ
tính tuy t v i c a mình có th làm s ch n c, không khí th m chí là tham gia vào các quá trìnhệ ờ ủ ể ạ ướ ậ
tinh ch các ch t hóa h c h u ích khác.ế ấ ọ ữ
Hi n nay trên th tr ng có r t nhi u lo i than ho t tính khác nhau, s n xu t theo nhi u ph ngệ ị ườ ấ ề ạ ạ ả ấ ề ươ
pháp và đi t các ngu n nguyên li u r t khác nhau nh khí thiên nhiên, bã th i nông nghi p hayừ ồ ệ ấ ư ả ệ
than bùn,… Tuy đa d ng v m t m u mã, ch ng lo i nh ng nh ng tính ch t c b n c a chúngạ ề ặ ẫ ủ ạ ư ữ ấ ơ ả ủ
không khác xa nhau.
V i m c đích hi u rõ h n v các lo i than ho t tính và nh ng tính ch t u vi t c a chúng, chúngớ ụ ể ơ ề ạ ạ ữ ấ ư ệ ủ
em quy t đ nh ch n đ tài nghiêm c u “T ng quan v than ho t tính. Nguyên li u và các ph ngế ị ọ ề ứ ổ ề ạ ệ ươ
pháp s n xu t. ng d ng than ho t tính trong tinh ch c n” làm đ tài đ án chuyên ngành cả ấ Ứ ụ ạ ế ồ ề ồ ử
nhân c a mình.ủ
Qua đ án này, ta s n m đ c nh ng khái ni m c b n v tính ch t, phân lo i, ng d ng c aồ ẽ ắ ượ ữ ệ ơ ả ề ấ ạ ứ ụ ủ
than ho t tính, cũng nh các ph ng pháp s n xu t than ho t tính t nhi u ngu n khác nhau.ạ ư ươ ả ấ ạ ừ ề ồ
Trong quá trình th c hi n, do th i gian có h n nên đ án còn nhi u thi u sót, chúng em mong cô vàự ệ ờ ạ ồ ề ế
các b n góp ý, b sung đ đ án c a chúng em hoàn thi n h n.ạ ổ ể ồ ủ ệ ơ
PH N 1: T NG QUAN V THAN HO T TÍNHẦ Ổ Ề Ạ
I – Gi i thi u chung v than ho t tínhớ ệ ề ạ
1. Đ nh nghĩaị
G n đây, cacbon đ c xem nh là m t nguyên t tuy t v i c a cu c cách m ng khoa h c v tầ ượ ư ộ ố ệ ờ ủ ộ ạ ọ ậ
li u. T cacbon chúng ta s có đ c than ho t tính, m t ch t h p ph x p r t t t, v i các đ c tínhệ ừ ẽ ượ ạ ộ ấ ấ ụ ố ấ ố ớ ặ
tuy t v i, đ c ng d ng r ng rãi trong công nghi p.ệ ờ ượ ứ ụ ộ ệ
Than ho t tính là m t thu t ng th ng đ c s d ng cho m t nhóm các ch t h p ph d ng tinhạ ộ ậ ữ ườ ượ ử ụ ộ ấ ấ ụ ạ
th , có c u trúc d ng mao qu n làm cho di n tích b m t l n, kh năng h p ph t t h n.ể ấ ạ ả ệ ề ặ ớ ả ấ ụ ố ơ
Than ho t tính có thành ph n ch y u là cacbon, chi m t 85 đ n 95% kh i l ng. Ph n còn l iạ ầ ủ ế ế ừ ế ố ượ ầ ạ
là các nguyên t khác nh hydro, nit , l u huỳnh, oxi,… có s n trong nguyên li u ban đ u ho cố ư ơ ư ẵ ệ ầ ặ
m i liên k t v i cacbon trong quá trình ho t hóa. Thành ph n c a than ho t tính thông th ng là:ớ ế ớ ạ ầ ủ ạ ườ
88% C; 0.5% H; 0.5% N; 1% S và 6-7% O. Hàm l ng oxi có th thay đ i t 1 đ n 20% tùy thu cượ ể ổ ừ ế ộ
vào nguyên li u và cách đi u ch than ho t tính.ệ ề ế ạ
Than ho t tính có di n tích b m t kho ng 800 – 1500 mạ ệ ề ặ ả 2/g ch y u là do các l nh có bán kínhủ ế ỗ ỏ
d i 2 nm t o ra, th tích mao qu n t 0.2 – 0.6 cmướ ạ ể ả ừ 3/g.
M i năm kho ng 150 nghìn t n than ho t tính d ng b t đ c s n xu t, cùng v i kho ng 150.000ỗ ả ấ ạ ạ ộ ượ ả ấ ớ ả
t n than d ng h t và 50.000 t n d ng viên ho c thanh.ấ ạ ạ ấ ạ ặ
Nhi u nguyên li u khác nhau có th đ c s d ng nh g , nh a, đá hay các v t li u t ng h p đề ệ ể ượ ử ụ ư ỗ ự ậ ệ ổ ợ ể
s n xu t than ho t tính mà không c n đ a chúng v d ng cacbon, đ ng th i v n có đ c hi uả ấ ạ ầ ư ề ạ ồ ờ ẫ ượ ệ
qu t ng t . Than ho t tính sau khi s d ng có th đ c tái sinh (làm s ch ho c gi i h p ph )ả ươ ự ạ ử ụ ể ượ ạ ặ ả ấ ụ
và có th s d ng hàng trăm, th m chí hàng ngàn l n.ể ử ụ ậ ầ
Than ho t tính đ c s n xu t t các nguyên li u t nhiên b ng cách than hóa và x lý ti p. Trongạ ượ ả ấ ừ ệ ự ằ ử ế
quá trình này, m t vài thành ph n chuy n hóa thành khí và bay h i kh i nguyên li u ban đ u t oộ ầ ể ơ ỏ ệ ầ ạ
thành các l tr ng x p (mao qu n).ỗ ố ố ả
Nhóm 3
Đ án chuyên ngành GVHD: ThS. Quách Th Ph ngồ ị ượ
Hi n nay trên th tr ng, than ho t tính đ c bán d i ba d ng:ệ ị ườ ạ ượ ướ ạ
- Than ho t tính d ng b tạ ạ ộ
- Than ho t tính d ng h tạ ạ ạ
- D ng than ho t tính c i ti n (d i áp su t cao), th ng là viênạ ạ ả ế ướ ấ ườ
2. L ch s hình thành và phát tri nị ử ể
Than ho t tính d ng than g đã đ c ho t hóa đã đ c s d ng t nhi u th k tr c:ạ ở ạ ỗ ượ ạ ượ ử ụ ừ ề ế ỉ ướ
- Ng i Ai C p s d ng than g t kho ng năm 1500 TCN đ làm ch t h p ph ch a b nh.ườ ậ ử ụ ỗ ừ ả ể ấ ấ ụ ữ ệ
- Ng i Hin du c n Đ đã bi t làm s ch n c u ng b ng cách l c qua than g .ườ ổ ở Ấ ộ ế ạ ướ ố ằ ọ ỗ
S n xu t than ho t tính trong công nghi p b t đ u t kho ng nh ng năm 1900, đ c s d ng đả ấ ạ ệ ắ ầ ừ ả ữ ượ ử ụ ể
làm v t li u tinh ch đ ng b ng cách than hóa h n h p các nguyên li u có ngu n g c t th cậ ệ ế ườ ằ ỗ ợ ệ ồ ố ừ ự
v t b ng h i n c ho c COậ ằ ơ ướ ặ 2.
Than ho t tính còn đ c s d ng trong các m t n phòng đ c trong th chi n th nh t.ạ ượ ử ụ ặ ạ ộ ế ế ứ ấ
- Năm 1793 Ken-xơ đã dùng than g đ hút mùi hôi nh ng vỗ ể ở ữ ết th ng có tính ho i t .ươ ạ ử
- Năm 1773 Silo đã quan sát và mô t hi n t ng h p ph trên than gả ệ ượ ấ ụ ỗ.
- Năm 1777 Phôn-tan-na đã đ a than nóng đ vào ng ch a khí úp ng c trên th y ngân và nh nư ỏ ố ứ ượ ủ ậ
th y ph n l n khí trong ng b than hút m t.ấ ầ ớ ố ị ấ
- Trong lĩnh v c dung d ch, năm 1785 Tô-v lo-vit đã thự ị ơ yấ than g có th t y màu nhi u dung d ch.ỗ ể ẩ ề ị
- Năm 1794 Lip-man cũng th y than g t y màu t t các dung d ch đấ ỗ ẩ ố ị ường mía và năm 1805 Gu-li-
on đã dung than g đ t y màu trong công nghi p đ ng.ỗ ể ẩ ệ ườ
- Sang đ u th k 20ầ ể ỷ , vào năm 1922 Bi-si m i thành công trong vi c ch t o than tớ ệ ế ạ ẩy màu.
-Than đ c ch t o b ng cách tr n than máu v i potdineeg r a và s y.ượ ế ạ ằ ộ ớ ử ấ
- Năm 1872 Han-x nghiên c u kh năng than s d a h p th Nơ ứ ả ọ ừ ấ ụ 2, H2 ,NH3 và HCN kho ng nhi tở ả ệ
đ t 0-70°C th y HCN đ c h p th t t h n NHộ ừ ấ ượ ấ ụ ố ơ 3, N2 , H2.
- n c ta t nh ng năm đâu th p k 60 đã nghiên c u m t s than ho t tính dung cho m t nỞ ướ ừ ữ ậ ỷ ứ ộ ố ạ ặ ạ
phòng đ c và ph c v nhu c u phát triộ ụ ụ ầ ển.
3. Phân lo iạ
3.1. Phân lo i theo Misecạ
Có nhi u cách đ phân lo i than ho t tính. Cách đ n gi n nh t theo Misec là phân lo i theo hìnhề ể ạ ạ ơ ả ấ ạ
dáng bên ngoài c a nó. Theo cách này than ho t tính đ c phân thành hai nhóm:ủ ạ ượ
a. Than b t: ộ
Nhóm này g m than t y màu và than y t . Vì đ khu ch tán trong dung d ch nh nên quá trình h pồ ẩ ế ộ ế ị ỏ ấ
ph x y ra trong dung d ch r t ch m. Đ tăng c ng đ thi t l p cân b ng h p ph than đ cụ ả ị ấ ậ ể ườ ộ ế ậ ằ ấ ụ ượ
nghi n thành b t m n.ề ộ ị
b. Than h tạ
Than h t ch y u đ c dùng trong h p ph khí và h i, vì v y còn có tên g i là than khí. Đôi khiạ ủ ế ượ ấ ụ ơ ậ ọ
than h t cũng đ c dùng trong môi tr ng l ng, đ c bi t là đ l c n c.ạ ượ ườ ỏ ặ ệ ể ọ ướ
Than h t có th là d ng m nh ho c d ng tr . Nguyên li u đ c xay đ n kích th c nh t đ nh vàạ ể ạ ả ặ ạ ụ ệ ượ ế ướ ấ ị
đ c ho t hóa. Than h t d ng tr hoàn ch nh đ c ch t o theo quy trình ph c t p h n. Nguyênượ ạ ạ ạ ụ ỉ ượ ế ạ ứ ạ ơ
li u đ c chu n b d ng v a, ép v a thành s i và c t thành h t r i ti p t c các b c s n xu tệ ượ ẩ ị ở ạ ữ ữ ợ ắ ạ ồ ế ụ ướ ả ấ
khác.
3.2. Phân lo i Meclenbuaạ
Meclenbua phân lo i than ho t tính theo m c đích s d ng và vì v y than g m nhi u lo i:ạ ạ ụ ử ụ ậ ồ ề ạ
a. Than t y màuẩ
Đây là nhóm c b n, có ng d ng r ng rãi trong nhi u ngành công nghi p đ t y màu dung d ch.ơ ả ứ ụ ộ ề ệ ể ẩ ị
đây, than h p ph ch t b n có màu. Kích th c phân t ch t màu thay đ i trong ph m vi r ngỞ ấ ụ ấ ẩ ướ ử ấ ổ ạ ộ
t d ng phân t thông th ng t i d ng l n và t i các ti u phân có đ phân tán keo.ừ ạ ử ườ ớ ạ ớ ớ ể ộ
Than t y màu dùng d ng b t m n có kích th c h t kho ng 80 – 100 µm.ẩ ở ạ ộ ị ướ ạ ả
Than t y màu còn g m than ki m, than axit và than trung tính.ẩ ồ ề
Nhóm 3
Đ án chuyên ngành GVHD: ThS. Quách Th Ph ngồ ị ượ
b. Than y tế
Than có kh năng h p ph các ch t tan phân tán d ng keo trong d ch d dày và ru t. Đây cũng làả ấ ụ ấ ạ ị ạ ộ
than t y màu, ch khác là có đ s ch cao. Trong quá trình s n xu t không nên dùng nh ng ch t t mẩ ỉ ộ ạ ả ấ ữ ấ ẩ
ch a nhi u cation đ c nh thi c, đ ng, th y ngân,…ứ ề ộ ư ế ồ ủ
c. Than h p phấ ụ
Tùy vào ch t l ng và đích s d ng, than h p ph còn đ c chia thành ba lo i:ấ ượ ử ụ ấ ụ ượ ạ
- Than ng ng t : Than đ c dùng đ gom h i các ch t h u c trong không khí, ch ng h n dùngư ụ ượ ể ơ ấ ữ ơ ẳ ạ
đ tách benzen kh i các khí thiên nhiên nh m quay vòng dung môi d bay h i tr l i quy trình s nể ỏ ằ ễ ơ ở ạ ả
xu t. Than có ho t tính cao, đ b n c h c cao, tr l c l p than đ i v i dòng khí nh , kh năngấ ạ ộ ề ơ ọ ở ự ớ ố ớ ỏ ả
l u tr ch t b h p ph th p. Th ng than đ c s n xu t d i d ng viên đ nh hình hay d ngư ữ ấ ị ấ ụ ấ ườ ượ ả ấ ướ ạ ị ạ
m nh đ ng kính t 2 – 8 mm, chi u dài kho ng 1.5 l n đ ng kính.ả ườ ừ ề ả ầ ườ
- Than xúc tác: cũng là m t d ng than khí, có đ x p l n, có th dùng làm ch t xúc tác trong t ngộ ạ ộ ố ớ ể ấ ổ
h p nhi u ch t vô c cũng nh h u c .ợ ề ấ ơ ư ữ ơ
- Than khí: Than có kh năng h p ph ch n l c khí và h i. Có th dùng than này đ tách các h pả ấ ụ ọ ọ ơ ể ể ợ
ph n khí hay h i ra kh i h n h p c a chúng. Than có ng d ng r ng rãi trong công ngh d u mầ ơ ỏ ỗ ợ ủ ứ ụ ộ ệ ầ ỏ
đ làm s ch các ch t th m, không khí,…; đ làm s ch n c,… Than đ c s n xu t d i d ngể ạ ấ ơ ể ạ ướ ượ ả ấ ướ ạ
m nh hay h t đ nh hình v i kích th c tùy thu c vào m c đích s d ng.ả ạ ị ớ ướ ộ ụ ử ụ
3.3. Phân lo i theo Đu-bi-ninạ
Đu-bi-nin đã d a vào c u trúc x p đ phân lo i than ho t tính. Chia than ho t tính thành d ng thuự ấ ố ể ạ ạ ạ ạ
h i và d ng khí là không có ý nghĩa v đ c tr ng c u trúc. Theo ông chia than thành ba d ng d iồ ạ ề ặ ư ấ ạ ướ
đây là h p lý:ợ
a. Than ho t tính h p ph khíạ ấ ụ
Dùng cho h p ph khí, h i và các ch t d bay h i. D ng than này thu c ch t h p ph có c u trúcấ ụ ơ ấ ễ ơ ạ ộ ấ ấ ụ ấ
x p nh lo i I. Đ c tr ng c u trúc c a d ng than này là khi tăng th tích h p ph trong l x pố ỏ ạ ặ ư ấ ủ ạ ể ấ ụ ỗ ố
nh làm d dàng cho s h p ph đ ng nhi tỏ ễ ự ấ ụ ẳ ệ
b. Than ho t tính thu h iạ ồ
Dùng h p ph h i các dung môi công nghi p nh m thu h i và đ a chúng tr l i chu trình s nấ ụ ơ ệ ằ ồ ư ở ạ ả
xu t. D ng than này thu c ch t h p ph có c u trúc h n t p. Dung tích h p ph l n nh ng khấ ạ ộ ấ ấ ụ ấ ỗ ạ ấ ụ ớ ư ả
năng l u gi ch t b h p ph th p, nh t là trong đi u ki n kh h p ph b ng h i quá nhi t.ư ữ ấ ị ấ ụ ấ ấ ề ệ ử ấ ụ ằ ơ ệ
c. Than t y màuẩ
Than t y màu dùng đ t y màu và l c s ch dung d ch, ch t l ng. Than ch y u thu c ch t h pẩ ể ẩ ọ ạ ị ấ ỏ ủ ế ộ ấ ấ
ph có c u trúc lo i II. Than ch a t l l n l có kích th c đ l n đ h p ph các phân t màuụ ấ ạ ứ ỷ ệ ớ ỗ ướ ủ ớ ể ấ ụ ử
và các t p ch t khác có m t trong pha l ng. Khi c n h p ph các ch t có phân t nh kh i dungạ ấ ặ ỏ ầ ấ ụ ấ ử ỏ ỏ
d ch thì dùng tan có c u trúc lo i I.ị ấ ạ
S phân lo i than ho t tính giúp chúng ta có đ nh h ng d dàng trong s n xu t và trong vi c tìmự ạ ạ ị ướ ễ ả ấ ệ
lo i than thích h p cho m c đích s d ng c a mình. Than ho t tính đ c s n xu t t các c sạ ợ ụ ử ụ ủ ạ ượ ả ấ ừ ơ ở
khác nhau, tuy có nhãn hi u và tên thành ph m khác nhau, nh ng có th có tính ch t h p phệ ẩ ư ể ấ ấ ụ
gi ng nhau.ố
4. C u trúc mao qu n c a than ho t tínhấ ả ủ ạ
Các mao qu n trong than ho t tính đ c chia thành ba lo i theo kích th c c a chúng:ả ạ ượ ạ ướ ủ
- Mao qu n micro (mao qu n nh ): nh ng mao qu n có bán kính nh h n 1 nm.ả ả ỏ ữ ả ỏ ơ
- Mao qu n meso (mao qu n trung): nh ng mao qu n có bán kính t 1-25 nm.ả ả ữ ả ừ
- Mao qu n macro (mao l n): nh ng mao qu n có bán kình trên 25 nm.ả ớ ữ ả
Nhóm 3
Đ án chuyên ngành GVHD: ThS. Quách Th Ph ngồ ị ượ
Hình 1. C u trúc mao qu n c a than ho t tínhấ ả ủ ạ
Than ho t tính có mao qu n l n th ng đ c s d ng đ v n chuy n ch t l ng còn vi c h pạ ả ớ ườ ượ ử ụ ể ậ ể ấ ỏ ệ ấ
ph th ng s d ng than ho t tính có các mao qu n v a và nh . Các mao qu n đ c hình thànhụ ườ ử ụ ạ ả ừ ỏ ả ượ
trong quá trình s n xu t, khi mà nguyên li u đ c ho t hóa. Các mao qu n này không đ c t o raả ấ ệ ượ ạ ả ượ ạ
b ng ph n ng hóa h c.ằ ả ứ ọ
Than ho t tính ch t o t than bùn có c mao qu n meso và micro. Trong quá trình s n xu t có thạ ế ạ ừ ả ả ả ấ ể
đi u khi n đ c quá trình hình thành mao qu n meso – micro và t o ra nhi u mao qu n meso choề ể ượ ả ạ ề ả
than ho t tính có nhi u ng d ng. Than ho t tính d ng b t có ch a nhi u mao qu n meso. Thanạ ề ứ ụ ạ ạ ộ ứ ề ả
ho t tính lo i này có các mao qu n meso kích th c 1-4 nm, cùng v i các mao qu n meso l n h n,ạ ạ ả ướ ớ ả ớ ơ
g n nh là d ng b t.ầ ư ạ ộ
Than ho t tính ch t o t than đá cũng có c mao qu n micro và meso và cũng đa ch c năng. M tạ ế ạ ừ ả ả ứ ộ
trong nh ng lo i than ph bi n nh t trên th tr ng có c h t kho ng 0.4-1.4 mm. M t lo i thanữ ạ ổ ế ấ ị ườ ỡ ạ ả ộ ạ
m i đ c s d ng và ngày càng đ c dùng nhi u có c h t nh h n, kho ng 0.4 – 0.85 mm.ớ ượ ử ụ ượ ề ỡ ạ ỏ ơ ả
Than ho t tính s n xu t t v d a ch có c u trúc mao qu n micro, kích th c d i 1 nm. N uạ ả ấ ừ ỏ ừ ỉ ấ ả ướ ướ ế
dùng lo i than ho t tính này đ tinh ch c n (th ng có r t nhi u t p ch t có kích th c kho ngạ ạ ể ế ồ ườ ấ ề ạ ấ ướ ả
2-10 nm) thì s có th gây ra t c ngh n mao qu n, k t qu là than ho t tính không th s d ngẽ ể ắ ẽ ả ế ả ạ ể ử ụ
đ c h t năng su t t i đa. Tuy nhiên v n có th thành công vì kh năng h p ph c a than ho tượ ế ấ ố ẫ ể ả ấ ụ ủ ạ
tính làm t d a cao g p 2-3 l n các lo i than ho t tính khác.ừ ừ ấ ầ ạ ạ
Than ho t tính ch t o b ng ho t hóa hóa h c có đ x p cao h n nhi u so v i vi c ho t hóa b ngạ ế ạ ằ ạ ọ ộ ố ơ ề ớ ệ ạ ằ
h i n c, t o ra đ c nhi u mao qu n micro và meso.ơ ướ ạ ượ ề ả
5. Tái sinh than ho t tínhạ
N u lo i b h t các t p ch t trong than ho t tính đã s d ng thì chúng có th đ c tái sinh và sế ạ ỏ ế ạ ấ ạ ử ụ ể ượ ử
d ng l i. Sau khi tái sinh, than ho t tính có th ph c h i đ n 80% hi u qu s d ng, mà trongụ ạ ạ ể ụ ồ ế ệ ả ử ụ
th c t là 100% vì ít khi s d ng than ho t tính đ n gi i h n c a nó. Theo lý thuy t, vi c này cóự ế ử ụ ạ ế ớ ạ ủ ế ệ
th th c hi n nhi u l n theo ý mu n. Đ i v i các lo i than ho t tính m m (than ho t tính t thanể ự ệ ề ầ ố ố ớ ạ ạ ề ạ ừ
bùn s gi m ch t l ng khi tái sinh) thì các h t s tr nên nh h n sau m i l n tái sinh. Còn v iẽ ả ấ ượ ạ ẽ ở ỏ ơ ỗ ầ ớ
Nhóm 3
