Tái sinh than hoạt tính như thế nào?

Tái sinh than hoạt tính nhằm mục đích tận dụng, giảm chi phí để sử dụng lại than hoạt tính khi than đã hết khả năng hấp phụ trong quá trình hoạt động. Tùy theo chất lượng than hoạt tính, yêu cầu về công nghệ, kỹ thuật mà có thể tái sinh than hoặc thu gom tập trung than nếu cần thiết. Navis Group xin trình bày sơ bộ về than hoạt tính cũng như tái sinh than hoạt tính hiệu quả nhất.

1. Thành phần cấu tạo của than hoạt tính

Than hoạt tính (Activated Carbon) là một loại vật liệu được ứng dụng phổ biến trong phương pháp hấp phụ. Thành phần chủ yếu là Carbon, chiếm từ 85 đến 98% khối lượng. Phần còn lại là các nguyên tố khác như Hydro, Nito, Lưu huỳnh, Oxy… có sẵn trong nguyên liệu ban đầu hoặc liên kết với Carbon trong quá trình hoạt hóa.

Than hoạt tính có cấu trúc mạng tinh thể với nhiều mao quản tạo ra diện tích bề mặt riêng lớn khoảng 600 -1500 m²/g, thể tích mao quản từ 0.2 – 0.6 cm³/g, khối lượng riêng khoảng 1800 – 2000 Kg/m³ đối với dạng hạt và 80 – 300 Kg/m³ đối với dạng bột.

Nguyên liệu cho sản xuất than hoạt tính thường là những loại có hàm lượng Carbon cao. Nguyên liệu thường được phân chia thành 3 nhóm chính như sau:

– Từ than đá, than bùn.

– Từ thực vật: Gỗ, gáo dừa, bã mía, rơm rạ, vỏ quả, hạt quả.

– Từ động vật: Xương, xúc tu các loại động vật.

Để đặc trưng cho khả năng hấp phụ cũng như diện tích bề mặt các lỗ xốp của than ta thường chỉ số Iodine. Chỉ số Iodine được tính bằng khối lượng Iodine có thể được hấp phụ bởi một đơn vị khối lượng của than (mg/g). Chỉ số Iodine càng lớn thì khả năng hấp phụ càng cao. Đối với than hoạt tính, chỉ số Iodine thường khoảng 500 – 1200 mg/g.

2. Quy trình sản xuất và ứng dụng của than hoạt tính

2.1. Quy trình sản xuất than hoạt tính

Than hoạt tính chủ yếu được sản xuất bằng cách nhiệt phân nguyên liệu thô có chứa carbon ở nhiệt độ cao, thường dưới 1000 ̊C. Quá trình sản xuất này gồm hai bước là than hóa và hoạt hóa.

Quá trình than hóa được diễn ra ở nhiệt độ cao khoảng 400 – 600 ̊C trong môi trường không có mặt  Oxy để các nguyên liệu giàu Carbon bị hydrat hóa tạo than có diện tích bề mặt riêng phát triển. Trong công nghiệp thường sử dụng hơi nước quá nhiệt để ngăn cách Oxy trong không khí khi than hóa.

Quá trình hoạt hóa là quá trình có tính quyết định đến việc sản xuất than hoạt tính. Mục đích của quá trình hoạt hóa là giải phòng độ xốp sơ cấp đã có sẵn trong than, đồng thời tạo thêm độ xốp thứ cấp làm cho than có hoạt tính cao . Quá trình này diễn ra ở nhiệt độ cao, khoảng 800 – 1000 ̊C tùy theo loại nguyên liệu đầu vào.

Quá trình hoạt hóa có thể thực hiện theo hai phương pháp là phương pháp hoạt hóa hóa học và phương pháp hoạt hóa nhiệt. Navis Group sẽ trình bày các phương pháp hoạt hóa than chi tiết ở một bài viết khác.

2.2. Ứng dụng của than hoạt tính

Với đặc điểm được sản xuất từ các vật liệu thiên nhiên, tận dụng từ quá trình sản xuất nông nghiệp mà than hoạt tính rất an toàn với môi trường và sức khỏe con người. Chính vì vậy than hoạt tính được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như:

– Ứng dụng trong công nghiệp: Xử lý khí thải, nước thải hay xử lý các chất thải rằn nguy hại.

– Ứng dụng trong y tế: Xử lý các chất độc, thành phần phụ trong một số loại thuốc.

– Ứng dụng trong dân dụng: Làm sạch nước uống, nước sinh hoạt, làm sạch không khí, loại bỏ độc tố trong thực phẩm…

3. Tái sinh than hoạt tính như thế nào?

Sau một thời gian sử dụng, khả năng hấp phụ của than hoạt tính sẽ hết. Tức là các lỗ mao quản của than sẽ bị lấp đầy bởi các chất thải. Do đó ta cần tái sinh than hoạt tính nhằm loại bỏ các chất thải ra khỏi lỗ mao than hoạt tính. Sau khi tái sinh, than hoạt tính có thể phục hồi đến 80% hiệu quả sử dụng và có thể thực hiện tái sinh nhiều lần tùy thuộc vào chất lượng của than

Thông thường, ở quy mô công nghiệp có hai cách để tái sinh than hoạt tính là tái sinh bằng nhiệt và tái sinh bằng hơi nước.

3.1. Tái sinh than hoạt tính bằng nhiệt

Than hoạt tính được sấy khô và gia nhiệt ở khoảng 200 – 400 ̊C trong môi trường không có Oxy. Ở nhiệt độ này các tạp chất sẽ chuyển thành hơi và thoát ra khỏi mao quản than. Các chất thải thoát ra ngoài tiếp tục được đốt nóng ở nhiệt độ cao để chuyển hóa thành CO₂ và H₂O (thường sử dụng phương pháp Oxy hóa nhiệt tái sinh – RTO).

3.2. Tái sinh than hoạt tính bằng hơi nước

Tái sinh bằng hơi nước là phương pháp thường được sử dụng trong công nghiệp do dễ thực hiện và hiệu quả cao. Nguyên lý cơ bản là đưa hơi nước bão hòa ở nhiệt độ khoảng 120 – 160 ̊C sục vào than, các tạp chất sẽ được cuốn theo hơi nước ra khỏi mao quản. Sau đó hỗn hợp này sẽ được ngưng tụ, các khí độc hại không ngưng tụ thường sẽ được xử lý bằng phương pháp Oxy hóa nhiệt tái sinh – RTO trước khi thải ra môi trường.

Đối với việc tái sử dụng than hoạt tính sẽ được thực hiện tùy thuộc vào giá trị của than hoạt tính, tối ưu chi phí hoặc cần thu hồi các cấu tử quý mà bị hấp phụ trong than. Nếu không tái sử dụng than hoạt tính ta có thể thu gom tập trung và chôn lấp để than hoạt tính phân hủy tự nhiên.