Đồ án tốt nghiệp: Tái chế than phế thải từ quá trình nhiệt phân lốp xe thành than hoạt tính

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:67

Thêm vào BST

Báo xấu

31
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của đề tài 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. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Tái chế than phế thải từ quá trình nhiệt phân lốp xe thành than hoạt tính

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 : lenguyencm1994@gmail.com 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 năm GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) (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.
r riA 1 r Thành phần % khối STT Tên nguyên to 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 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.