1
Giới thiệu lịch sử phát triển của
than hoạt tính
2
Phần I
Giới thiệu lịch sử phát triển của than hoạt tính
I-/ Giới thiệu chung.
Than hoạt tính được loài người sử dụng và sản xuất. Vào thế kỷ thứ 3
người Trung Hoa dã 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. 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
[245-2]. 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 sảnm
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 đế naycác 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 công nghiệp nói chung và ngành công nghiệp cao su nói riêng. Than
hoạt tính được sản xuất với tổng sản lượng lớn nhất và quy mô công nghiệp lớn
nhất ở nước Mỹ. Sau đó đến các nước phương tây. Các phương pháp sản xuất
chủ yếu ở Mỹ dùng ba phương pháp chính :
1_Phương pháp sản xuất than máng.
2_Phương pháp sản xuất nhiệt phân.
3_Phương pháp sản xuất lò.
Từ những phương pháp trên mà đưa ra rất nhiều loại than khác nhau với
các tính chất khác nhau, ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau.
Từ đó rút ra khái niệm chung của than hoạt tính :là sản phẩm cháy không
hoàn toàn của các hợp chất cácbua hydro.
3
Phần II
Tổng quan về tính chất hoá học, vật lý
của than hoạt tính
Than hoạt tính được sản xuất và bán trên thị trường quốc tế rất đa dạng.
Mỗi loại than đều có công dụng riêng biệt đáp ứng nhu cầu của công nghiệp nói
chung, công nghiệp gia công cao su nói riêng. Tuy nhiên xét về mặt hoá học và
đặc trưng kỹ thuật thì chúng có những đặc điểm chung quyết định đến khả năng
tăng cường lực cho cao su. Những luận điểm chung đó là [166-1].
*Cấu tạo hoá học.
*Mức độ phân tán.
*Cấu trúc của than.
*Khối lượng riêng của than.
Và các đặc trưng khác.
I-/ Những đặc trưng về tính chất vật lý.
1- Kích thước hạt và bề mặt riêng của than hoạt tính[167-1].
Trong quá trình sản xuất do có sự va chạm, khuấy trộn. Các hạt than sơ
khai thường có cấu trúc khối cầu hoặc gần với khối cầu. Các khối cầu nằm bên
nhau trong hỗn hợp phản ứng lại liên kết với nhau làm tăng kích thước của hạt
để giảm năng lượng tự do bề mặt và tạo thành các chuỗi. Những chuỗi thay đổi
này không những trong quá trình sản xuất than mà cả trong quá trình gia công
giữa than hoạt tính và cao su. Có các phương pháp sản xuất than hạot tính khác
nhau nên có các laọi than hoạt tính có tính chất khác nhau, hình dạng kích thước
hạt khác nhau. Nên trước khi đưa vào sử dụng cần xác định được các thông
số(kích thước hạt, diện tích riêng bề mặt hạt than.). Vì những thông số này là
một trong những nhân tố ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của cao su tăng
cường lực bằng than hoạt tính.
Người ta đã dùng hai phương pháp để xác định kích thước hạt than, diện
tích riêng bề mặt, đó là :
*Phương pháp kính hiển vi điện tử.
*Phương pháp hấp phụ lên bề mặt.
4
Vì các kích thước hạt, diện tích bề mặt của than khác nhau nên giá trị tính
toán thường lấy giá trị trunh bình
Phương pháp xác định trực tiếp bằng kính hiển vi điện tử cho ta giá trị
đường kính trung bình hạt than với các phương pháp sản xuất than khác nhau:
Ví dụ than máng đường kính hạt trung bình là 100-300A0.
Lò lỏng đường kính hạt trung bình là 180-600A0.
Lò khí đường kính hạt trung bình 400-800A0.
Phương pháp nhiệt phân đường kính hạt trung bình lớn nhất là 1400-
4000A0. Người ta đã đưa ra được công thức tính đường kính trung bình của hạt
than hoạt tính [245-2].
Σn*d
Dn = -----------
Σn
Trong đó n là số hạt.
d là đường kính hạt.
Kích thước hạt cũng xác định bằng phương pháp gián tiếp nhờ phương
pháp hấp phụ theo BET.
2 - Diện tích bề mặt riêng của hạt than hoạt tính:
*Phương pháp tính toán hình học, phương pháp tính tón theo lượng chất
lỏng phân tử thấp hoàn toàn trơ hoá học với than hoạt tính nhưng được hấp phụ
lên bề mặt của than hoạt tính. Theo phương pháp thứ nhất các kích thước hình
học của than hoạt tính được xác định bằng kính hiển vi điện tử. Nừu chấp nhận
các hạt than hoạt tính có dạng khối cầu về bề mắt các hạt than phẳng nhẵn tuyệt
đối. Diện tích bề mặt hình học riêng Sh được tính theo công thức Sh = 6/ρ.DA ;
[168-1]
Trong đó : ρ là khối lượng riêng của than hoạt tính.
D
A đường kính bề mặt trung bình hạt than.
Σn.d3
DA = ---------
Σn.d2
5
Trong đó n là số hạt, d là đường kính hạt.
Diện tích bề mặt riêng được xác định theo phương pháp này gọi là diện
tích bề mặt hình học riêng (Sh).
Theo phương pháp thứ hai diện tích bề mặt riêng được xác định theo
lượng chất lỏng phân tử thấp hoàn toàn trơ hoá học với than hoạt tính, nhưng
hấp phụ lên bề mặt than hoạt tính. Trong số chất lỏng phân tử thấp thường dùng
là Nitơ ở nhiệt độ sôi của nó, các dung dịch Iốt và Phênol. Diện tích riêng bề
mặt được tính toán bằng phương pháp này được gọi là diện tích hấp phụ riêng
Sp.
Giá. trị S
p cho mỗi chất lỏng hấp phụ khác nhau thì khác nhau, vì chất
lỏng có phân tử lượng lớn hơn càng kém hấp phụ bao phủ lên vết xước xủa hạt
than. Để đánh giá mức độ phẳng nhẵn bề mặt các cấu trúc than có thể sử dụng tỷ
số giưa diện tích hấp phụ riêng và diện tích bề mặt hình học riêng. Tỷ số này
càng lớn bề mặt tiếp xúc giữa hai pha Polyme - chất độn càng nhiều và mức độ
tăng cường lực càng cao. Ngược lại ở những vết xước khi các mạch đại phân tử
quá lớn không che phủ được toàn bộ bề mặt than các chất trong hệ thống lưu
hoá, phòng lão. Sẽ bị hấp phụ vào đó làm động học cũng như mức độ lưu hoá
cao su bị thay đổi nhiều. Tính chất cơ lý và tính năng sử dụng của vật liệu ít
được tăng cường.
3 - Cấu trúc vật lý của than hoạt tính [169-1].
Cấu trúc của than hoạt tính được đánh giá bằng mức độ phát triển cấu trúc
bậc nhất của nó. Mức độ phát triển cấu trúc chuối phụ thuộc vào phương pháp
sản xuất phụ thuộc vào nguyên liệu đầu đưa vào sản xuất than. Cấu trúc bậc nhất
phất triển mạnh nhất trong than sản xuất bằng phương pháp lò. Liên kết hoá học
C - C đảm bảo cho cấu trúc có độ bền cao. Số lượng các hạt than sơ khai có cấu
trúc dao động từ vài hạt đỗi với than có cấu trúc thấp đến 600 hạt đối với than có
cấu trúc cao. Trong thời gian bảo quản than hoạt tính các cấu trúc bậc nhất của
than tiếp xúc với nhau, liên kết lại với nhau tạo thành liên kết bậc hai của than
hoạt tính. Mức độ bền vững của cấu trúc bậc hai phụ thuộc vào độ bền liên kết
giữa các cấu trúc bậc nhất và dao động trong khoảng độ bền của liên kết
Vandecvan đến độ bền liên kết hydro có trong than. Cấu trúc bậc hai càng bền
vững khi các hạt than có kích thước càng nhỏ, mức độ nhám của bề mặt càng
lớn và hàm lượng các nhóm chứa oxy trên bề mặt than càng cao. Cấu trúc bậc
hai của than hạot tính bị phá huỷ hết khi hỗn luyện với cao su các cấu trúc này
