Than hoạt tính và các ứng dụng trong đời sống

 

Than hoạt tính là gì

Than hoạt tính là một dạng của cacbon được xử lý để có những lỗ rỗng bé, thể tích nhỏ nhằm tăng diện tích bề mặt cho dễ hấp phụ hoặc tăng cường phản ứng hóa học. Do mức độ vi mao quản cao, chỉ một gram than hoạt tính có diện tích bề mặt vượt quá 800 – 1000m2, được xác định bởi phương pháp hấp phụ khí. Một mức độ hoạt hóa đủ cho ứng dụng có ích có thể đạt được duy nhất từ diện tích bề mặt cao, hơn nữa, sự xử lý hóa học thường làm tăng tính chất hấp phụ. Than hoạt tính thường thu từ than củi và thỉnh thoảng là than sinh học. Những loại thu được từ than đá hay than cốc thì được gọi là than đá hoạt tính hoặc cốc hoạt tính.

 

 

Về mặt hóa học gồm chủ yếu là nguyên tố cacbon ở dạng vô định hình (bột), một phần nữa có dạng tinh thể vụn grafit. Ngoài carbon thì phần còn lại thường là tàn tro, mà chủ yếu là các kim loại kiềm và vụn cát). Than hoạt tính có diện tích bề mặt ngoài rất lớn nên được ứng dụng như một chất lý tưởng để lọc hút nhiều loại hóa chất.

 

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 kền sáng. 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 oxy 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.

 

Ứng dụng y tế. Than hoạt tính được sử dụng để xử lý chất độc và sử dùng quá liệu 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 acid hoặc kiềm mạnh, cyanide, sắt, lithi, arsen, methanol, ethanol hay ethylene glycol.

 

Ứng dụng gián tiếp (ví dụ cho vào phổi) dẫn đến sặc hệ hô hấp, có thể gây chết người nếu không được xử lý y tế ngay lập tức.

 

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 định chuẩn chuẩn bị và phân tích.

 

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.

 

Trong hệ thống lọc nước, than hoạt tính ở cấp độ thứ tư (tính từ dưới lên)

Trong suốt đầu sự bổ sung của Luật nước uống an toàn 1974 ở Mỹ, EPA đã phát triển một điều luật đề xuất yêu cầu những hệ thống xử lý nước uống sử dụng than hoạt tính dạng hạt. Nhưng do giá quá cao, điều luật gọi là luật GAC gặp những phản đối mạnh mẽ trong cả nước từ công nghiệp cung cấp nước, bao gồm nhà máy nước lớn nhất ở California, nên luật đã bị bãi bỏ.

 

Than hoạt tính cũng được dùng để đo nồng độ Radon trong không khí.

 

Trong y tế (Carbo medicinalis – than dược): để tẩy trùng và các độc tố sau khi bị ngộ độc thức ăn...

Trong kỹ thuật, than hoạt tính là một thành phần lọc khí (trong đầu lọc thuốc lá, miếng hoạt tính trong khẩu trang); tấm khử mùi trong tủ lạnh và máy điều hòa nhiệt độ...

Trong xử lý nước (hoặc lọc nước trong gia đình): để tẩy các chất bẩn vi lượng, diệt khuẩn và khử mùi....v.v.v.

Tác dụng tốt trong phòng tránh tác hại của tia đất.

Ứng dụng trong nông nghiệp

Than hoạt tính (than củi) là một chất được phép sử dụng bởi nông dân hữu cơ trong cả chăn nuôi và nấu rượu. Trong chăn nuôi, nó được sử dụng như một loại thuốc trừ sâu, phụ gia thức ăn chăn nuôi, chất hỗ trợ chế biến, thành phần phi nông nghiệp và chất khử trùng. Trong sản xuất rượu hữu cơ, than hoạt tính được phép sử dụng như một chất chế biến để hấp phụ các sắc tố màu nâu từ chất cô đặc nho trắng. Nó đôi khi được sử dụng như than sinh học.

 

Than hoạt tính (bộ lọc AC) có thể được sử dụng để lọc vodka và rượu whisky của các tạp chất hữu cơ có thể ảnh hưởng đến màu sắc, mùi vị và mùi. Đưa vodka không tinh khiết hữu cơ qua bộ lọc than hoạt tính ở tốc độ dòng chảy thích hợp sẽ tạo ra vodka có nồng độ cồn giống hệt nhau và độ tinh khiết hữu cơ tăng lên đáng kể, được đánh giá bằng mùi và vị.

 

Nghiên cứu đang được thực hiện để kiểm tra khả năng lưu trữ khí tự nhiên và khí hydro của các cacbon hoạt hóa khác nhau. Vật liệu xốp hoạt động giống như một miếng bọt biển đối với các loại khí khác nhau. Khí bị hút vào vật liệu carbon thông qua lực Van der Waals. Một số nguyên tử cacbon có thể đạt được năng lượng liên kết từ 5–10 kJ trên mỗi mol. Sau đó, khí có thể bị khử hấp thụ khí chịu nhiệt độ cao hơn và bị đốt cháy để hoạt động hoặc trong trường hợp khí hydro được chiết xuất để sử dụng trong pin nhiên liệu hydro. Lưu trữ khí trong cacbon hoạt tính là một phương pháp lưu trữ khí hấp dẫn vì khí có thể được lưu trữ trong môi trường áp suất thấp, khối lượng thấp, thể tích thấp sẽ khả thi hơn nhiều so với các bình tích áp cồng kềnh trên xe. Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã chỉ rõ những mục tiêu nhất định cần đạt được trong lĩnh vực nghiên cứu và phát triển vật liệu carbon xốp nano. Tất cả các mục tiêu vẫn chưa được thỏa mãn nhưng nhiều tổ chức, bao gồm cả chương trình ALL-CRAFT, đang tiếp tục tiến hành công việc trong lĩnh vực đầy hứa hẹn này.

 

Bộ lọc bằng than hoạt tính thường được sử dụng trong khí nén và lọc khí để loại bỏ hơi dầu, mùi và các hydrocacbon khác khỏi không khí. Các thiết kế phổ biến nhất sử dụng nguyên tắc lọc 1 giai đoạn hoặc 2 giai đoạn, trong đó than hoạt tính được nhúng bên trong phương tiện lọc. Bộ lọc than hoạt tính được sử dụng để giữ lại các khí phóng xạ trong không khí được hút chân không từ bình ngưng tuabin phản ứng nước sôi hạt nhân. Các luống than lớn hấp thụ các khí này và giữ lại chúng trong khi chúng nhanh chóng phân hủy thành các dạng rắn không phóng xạ. Các chất rắn bị giữ lại trong các hạt than, trong khi không khí được lọc đi qua. 

Bộ lọc than hoạt tính trong máy lọc không khí

Ứng dụng trong làm sạch hóa học 

Than hoạt tính thường được sử dụng ở quy mô phòng thí nghiệm để làm sạch các dung dịch của các phân tử hữu cơ có chứa các tạp chất hữu cơ có màu không mong muốn. Lọc qua than hoạt tính được sử dụng trong các quy trình hóa chất và dược phẩm quy mô lớn với cùng mục đích. Carbon được trộn với dung dịch sau đó được lọc bỏ hoặc cố định trong một bộ lọc.

 

 

Than hoạt tính, thường được ngâm với lưu huỳnh hoặc iốt, được sử dụng rộng rãi để giữ khí thải thủy ngân từ các nhà máy nhiệt điện than, lò đốt y tế và từ khí tự nhiên ở đầu giếng. Carbon này là một sản phẩm đặc biệt có giá hơn US $ 4,00 mỗi kg. Vì nó thường không được tái chế nên than hoạt tính chứa nhiều thủy ngân gây ra tình thế khó xử lý. Nếu than hoạt tính chứa ít hơn 260 ppm thủy ngân, các quy định liên bang của Hoa Kỳ cho phép nó được ổn định (ví dụ, bị mắc kẹt trong bê tông) để chôn lấp. Tuy nhiên, chất thải chứa nhiều hơn 260 ppm được coi là ở mức cao - danh mục phụ thu ngân và bị cấm chôn lấp. Vật liệu này hiện đang tích tụ trong các nhà kho và trong các mỏ sâu bị bỏ hoang với tốc độ ước tính khoảng 100 tấn mỗi năm. Vấn đề xử lý than hoạt tính chứa nhiều thủy ngân không phải chỉ có ở Hoa Kỳ. Ở Hà Lan, phần lớn thủy ngân này được thu hồi và than hoạt tính được xử lý bằng cách đốt cháy hoàn toàn, tạo thành carbon dioxide (CO2).