Carbon hoạt hóa, còn được gọi là than hoạt tính hoặc Char hoạt hóa. Nó là một chất bột màu đen hoặc chất carbon hạt. Carbon hoạt hóa là một carbon xốp có mật độ đóng gói thấp và diện tích bề mặt riêng lớn do sự sắp xếp không đều của carbon vi tinh thể và sự hiện diện của lỗ chân lông giữa các kết nối chéo, có thể gây ra khiếm khuyết cấu trúc carbon trong quá trình kích hoạt. Nó cũng là vật liệu chính để làm bộ lọc.
Sản xuất carbon hoạt hóa
Các nguyên liệu thô chính cho carbon hoạt hóa có thể là hầu hết tất cả các vật liệu hữu cơ đều có hàm lượng lớn carbon, như than, gỗ, vỏ trái cây, vỏ dừa, vỏ quả óc chó, vỏ mơ, vỏ Jujube, v.v ... Những vật liệu chứa carbon này được chuyển thành carbon hoạt tính thông qua nhiệt phân ở nhiệt độ cao và áp suất cao trong một lò kích hoạt. Trong quá trình kích hoạt này, một diện tích bề mặt khổng lồ và cấu trúc lỗ rỗng phức tạp dần hình thành, và cái gọi là quá trình hấp phụ xảy ra trong các lỗ chân lông này và trên bề mặt. Kích thước của các lỗ chân lông trong carbon hoạt hóa có tác dụng hấp phụ chọn lọc trên chất hấp phụ, bởi vì các phân tử lớn không thể đi vào lỗ chân lông của carbon hoạt hóa nhỏ hơn lỗ chân lông của nó. Carbon hoạt hóa là một chất hấp phụ kỵ nước được sản xuất bởi cacbon hóa nhiệt độ cao và kích hoạt các chất chủ yếu chứa carbon làm nguyên liệu thô. Carbon hoạt hóa chứa một số lượng lớn các micropores và có diện tích bề mặt cực kỳ lớn, có thể loại bỏ hiệu quả màu sắc và mùi. Nó cũng có thể loại bỏ hầu hết các chất ô nhiễm hữu cơ và một số chất vô cơ nhất định, bao gồm cả kim loại nặng độc hại, từ nước thải thứ cấp.
Nguyên tắc carbon hoạt hóa
1. Nguyên tắc lọc
Bộ lọc carbon hoạt hóa là quá trình chặn các chất ô nhiễm lơ lửng trong nước và các chất rắn lơ lửng bị chặn lấp đầy các khoảng trống giữa các nguyên tử cacbon được kích hoạt. Kích thước lỗ rỗng và độ xốp của lớp lọc tăng theo kích thước hạt của vật liệu carbon được kích hoạt. Kích thước hạt của carbon hoạt hóa càng thô, không gian có thể chứa chất rắn lơ lửng lớn hơn. Nó thực hiện như khả năng lọc nâng cao, tăng khả năng giữ chất ô nhiễm và khả năng đánh chặn lớn hơn. Đồng thời, các lỗ chân lông trong lớp lọc carbon được kích hoạt càng lớn, các chất rắn lơ lửng sâu hơn trong nước có thể được vận chuyển đến lớp tiếp theo của lớp lọc carbon được kích hoạt. Với độ dày bảo vệ đủ, có thể chặn được nhiều chất rắn lơ lửng hơn, cho phép các lớp lớp lọc giữa và thấp hơn để đóng vai trò đánh chặn tốt hơn và tăng khả năng đánh chặn của đơn vị.
Nói chung, khả năng của carbon hoạt hóa để chặn các chất rắn lơ lửng đến từ diện tích bề mặt được cung cấp bởi carbon hoạt hóa. Khi tốc độ dòng chảy thấp, khả năng lọc của thiết bị chủ yếu đến từ hiệu ứng sàng lọc của carbon hoạt hóa, trong khi tốc độ dòng chảy nhanh, khả năng lọc đến từ hiệu ứng hấp phụ trên bề mặt của các hạt carbon được kích hoạt. Trong quá trình lọc, diện tích bề mặt hạt lớn hơn được cung cấp bởi carbon được kích hoạt, độ bám dính của chất rắn lơ lửng trong nước càng mạnh.
2. Nguyên tắc hấp phụ
Theo các lực khác nhau giữa các phân tử carbon được kích hoạt và các phân tử chất ô nhiễm trong quá trình hấp phụ, sự hấp phụ có thể được chia thành hai loại: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học (còn được gọi là hấp phụ hoạt động). Trong quá trình hấp phụ, khi lực tương tác giữa các phân tử carbon được kích hoạt và các phân tử chất ô nhiễm là lực van der Waals (hoặc điểm thu hút tĩnh điện), nó được gọi là hấp phụ vật lý; Khi lực tương tác giữa các phân tử carbon được kích hoạt và các phân tử chất ô nhiễm là một liên kết hóa học, nó được gọi là hấp phụ hóa học. Sức mạnh hấp phụ của sự hấp phụ vật lý chủ yếu liên quan đến các tính chất vật lý của carbon hoạt hóa và ít liên quan đến các tính chất hóa học của carbon hoạt hóa. Do lực Van der Waals yếu, nó ít ảnh hưởng đến cấu trúc của các phân tử ô nhiễm. Lực này tương tự như sự gắn kết giữa các phân tử, do đó sự hấp phụ vật lý có thể được tương tự như một hiện tượng ngưng tụ. Các tính chất hóa học của các chất ô nhiễm vẫn không thay đổi trong quá trình hấp phụ vật lý.
Do các liên kết hóa học mạnh, sự hấp phụ hóa học có tác động đáng kể đến cấu trúc của các phân tử ô nhiễm. Do đó, sự hấp phụ hóa học có thể được coi là một phản ứng hóa học, đó là kết quả của sự tương tác hóa học giữa các chất ô nhiễm và carbon được kích hoạt. Sự hấp phụ hóa học thường liên quan đến việc chia sẻ cặp electron hoặc chuyển điện tử, thay vì nhiễu loạn đơn giản hoặc phân cực yếu, và là một quá trình phản ứng hóa học không thể đảo ngược. Sự khác biệt cơ bản giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học nằm ở lực tạo ra các liên kết hấp phụ.
Quá trình hấp phụ là quá trình trong đó các phân tử chất ô nhiễm được hấp phụ trên một bề mặt rắn và năng lượng tự do của các phân tử giảm. Do đó, quá trình hấp phụ là một quá trình tỏa nhiệt và nhiệt giải phóng được gọi là nhiệt hấp phụ của chất gây ô nhiễm trên bề mặt rắn này. Do các lực khác nhau của hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học, chúng thể hiện sự khác biệt nhất định về nhiệt hấp phụ, tốc độ hấp phụ, năng lượng kích hoạt hấp phụ, nhiệt độ hấp phụ, tính chọn lọc, lớp hấp phụ và phổ hấp phụ.
Công nghệ hấp phụ carbon hoạt hóa đã được sử dụng để tinh chế và khử màu trong các ngành công nghiệp như dược phẩm, hóa chất và thực phẩm ở Trung Quốc trong nhiều năm. Nó bắt đầu được sử dụng để xử lý nước thải công nghiệp vào những năm 1970. Thực hành sản xuất đã chỉ ra rằng carbon hoạt hóa có đặc tính hấp phụ tuyệt vời đối với các chất ô nhiễm hữu cơ theo dõi trong nước và nó có tác dụng hấp phụ tốt đối với nước thải công nghiệp như in dệt và nhuộm, ngành công nghiệp hóa chất thuốc nhuộm, chế biến thực phẩm và ngành công nghiệp hóa chất hữu cơ. Nói chung, các hợp chất hữu cơ được biểu thị bằng các chỉ số toàn diện như BOD và COD trong nước thải, như thuốc nhuộm tổng hợp, chất hoạt động bề mặt, phenol, benzen, organochlorine, thuốc trừ sâu và các sản phẩm hóa dầu, có khả năng loại bỏ độc đáo. Do đó, sự hấp phụ carbon được kích hoạt đã dần trở thành một trong những phương pháp chính để xử lý thứ cấp hoặc cấp ba của nước thải công nghiệp.
Hấp phụ là một quá trình chậm trong đó một chất tuân thủ bề mặt của một chất khác. Hấp phụ là một hiện tượng giao thoa có liên quan đến những thay đổi về sức căng bề mặt và năng lượng bề mặt. Có hai động lực gây ra sự hấp phụ, một là lực đẩy của nước dung môi trên các chất kỵ nước, và cái còn lại là sức hấp dẫn của chất rắn trên các chất hòa tan. Sự hấp phụ trong xử lý nước thải chủ yếu là kết quả của hành động kết hợp của hai lực này. Diện tích bề mặt cụ thể và cấu trúc lỗ rỗng của carbon được kích hoạt ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hấp phụ của nó. Khi chọn carbon kích hoạt, nó nên được xác định thông qua các thí nghiệm dựa trên chất lượng nước của nước thải. Nên chọn than với lỗ chân lông chuyển tiếp phát triển tốt để in và nhuộm nước thải. Ngoài ra, hàm lượng tro cũng có tác động, hàm lượng tro càng nhỏ, hiệu suất hấp phụ càng tốt; Kích thước của các phân tử hấp phụ càng gần với đường kính lỗ rỗng của carbon, nó càng dễ dàng được hấp phụ; Nồng độ hấp phụ cũng có tác động đến khả năng hấp phụ của carbon hoạt hóa. Trong một phạm vi nồng độ nhất định, khả năng hấp phụ tăng theo sự gia tăng nồng độ hấp phụ. Ngoài ra, nhiệt độ nước và giá trị pH cũng có liên quan. Khả năng hấp phụ giảm khi tăng nhiệt độ nước.
