Cơ chế hấp phụ của than hoạt tính

Than hoạt tính ngày càng được ứng dụng nhiều trong cuộc sống bởi có khả năng hập phụ cực kỳ tốt. Vậy khả năng hập phụ là gì? Cơ chế hấp phụ của than hoạt tính như thế nào? hãy cùng ActivatedCarbon.vn tìm hiểu trong bài viết này nhé.

Khả năng hấp phụ là gì?

Hấp phụ, trong hóa học là quá trình xảy ra khi một chất khí hay chất lỏng bị hút trên bề mặt một chất rắn xốp hoặc là sự gia tăng nồng độ của chất này trên bề mặt chất khác. Chất khí hay hơi được gọi là chất bị hấp phụ (adsorbate), chất rắn xốp dùng để hút khí hay hơi gọi là chất hấp phụ (adsorbent) và những khí không bị hấp phụ gọi là khí trơ. Quá trình ngược lại của hấp phụ gọi là quá trình giải hấp phụ hay nhả hấp phụ.

Có 2 quá trình hấp phụ: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.

Giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học thật ra khó phân biệt, có khi nó tiến hành song song, có khi chỉ có giai đoạn hấp phụ vật lý tuỳ thuộc tính chất của bề mặt của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, tuỳ thuộc vào điều kiện quá trình (nhiệt độ, áp suất...)

Tính chất của than hoạt tính

Than hoạt tính được tạo ra từ việc đốt các nhiên liệu giàu cacbon như gỗ, than đá, gáo dừa, tre ở nhiệt độ cao từ 600 đến 900 độ C trong điều kiện yếm khí. Quá trình đốt này tạo ra các lỗ rỗng nhỏ trong than, làm tăng diện tích bề mặt của than lên gấp nhiều lần.

Thành phần chính của than hoạt tính là carbon. Ngoài ra, than hoạt tính còn có thể chứa một số tạp chất khác như hydro, lưu huỳnh, oxy và các khoáng chất khác. Các tạp chất này có thể ảnh hưởng đến tính chất của than hoạt tính, chẳng hạn như khả năng hấp thụ của than.

Cấu trúc của than hoạt tính rất phức tạp, bao gồm nhiều lỗ rỗng nhỏ có kích thước phân tử. Các lỗ rỗng này được tạo ra bởi các vết nứt bề mặt và các mao quản nhỏ bên trong than.

Diện tích bề mặt

Diện tích bề mặt của than hoạt tính là một trong những tính chất quan trọng nhất của than. Diện tích bề mặt càng lớn thì khả năng hấp thụ của than càng cao. Diện tích bề mặt của than hoạt tính có thể lên tới hàng nghìn mét vuông trên một gam than.

Khả năng hấp thụ

Than hoạt tính có khả năng hấp thụ nhiều chất khác nhau, bao gồm các chất khí, chất lỏng và chất rắn. Khả năng hấp thụ của than hoạt tính phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm kích thước và hình dạng của lỗ rỗng, loại chất được hấp thụ và điều kiện môi trường.

Than hoạt tính thường được sử dụng để hấp thụ các chất độc hại, các chất gây ô nhiễm và các mùi khó chịu.

Khả năng phản ứng hóa học

Than hoạt tính cũng có thể phản ứng hóa học với một số chất. Khả năng phản ứng hóa học của than hoạt tính phụ thuộc vào thành phần của than và điều kiện môi trường.

Than hoạt tính thường được sử dụng để phản ứng với các chất độc hại để loại bỏ chúng khỏi môi trường.

Cơ chế hấp phụ của than hoạt tính

Than hoạt tính là một danh cacbon vô định hình được sản xuất bằng cách hoạt hóa những nguyên liệu có hàm lượng cacbon cao như: (tre, trấu, gỗ, gáo dừa...) trong điều kiện yếm khí, áp suất lớn, nhiệt độ cao. Nhờ đó mà cấu trúc của than trở lên xốp, xơ rỗng, gồm hàng ngàn lỗ rỗng li ti, kích thước nhỏ giúp gia tăng diện tích bề mặt tiếp xúc trong các phản ứng. Diện tích bề mặt than hoạt tính càng lớn thì lực hút càng mạnh.

Đối với nước: Khi dòng nước khi qua bề mặt than hoạt tính các tạp chất, bụi bẩn, ion kim loại và các chất gây ô nhiễm như Clo, Benzen, dầu mỡ... sẽ bám dính trên bề mặt carbon. Vì thế ngoài tác dụng lọc nước than hoạt tính còn có tác dụng khử màu.

- Trong máy lọc nước gia đình đều có các lõi lọc bằng than hoạt tính, sau một thời gian sử dụng cần thay thế lõi lọc để đảm bảo chất lượng nước tốt nhất.
- Trong sản xuất công nghệp, cơ chế hập phụ cũng được sử dụng để xử lý nước thải công nghiệp hoặc một số công đoạn trong sản xuất.

Đối với không khí: Khi luồng khí đi qua bề mặt than hoạt tính, các bụi và khí độc hại như SO2, CO2, H2S ... sẽ bị giữ lại, đầu ra là các khí không thể hấp phụ như Ô xy, Ni-tơ.... Chính vì thế nên than hoạt tính được sử dụng trong máy lọc không khí.

Chỉ số iodine là gì?

Chỉ số iodine có nhiều tên gọi khác nhau như chỉ số IOD, chỉ số IOT. Đây là chỉ số quan trọng đặc trưng cho diện tích bề mặt lỗ xốp và khả năng hấp phụ của than hoạt tính.
Chỉ số iodine được tính bằng khối lượng iodine có thể được hấp phụ bởi một đơn vị khối lượng của than (mg/g), biểu thị sự hấp phụ lớp đơn phân tử iodine trên bề mặt của than.
Giá trị của chỉ số iodine trong than hoạt tính gáo dừa dao động từ 500–1200 mg/g, và giá trị này càng lớn thì mức độ hoạt hóa của than càng cao. 

Công thức tính chỉ số iod than hoạt tính:
Chỉ số iod = [1,269 x (b – a)]/ P

Trong đó:
a là số ml dung dịch natri thiosulfat 0, 1 N (CĐ) đã dùng trong mẫu thử;
b là số ml dung dịch natri thiosulfat 0, 1 N (CĐ) dùng trong mẫu trắng;
p là lượng chế phẩm đem thử (g).

Từ giá trị của chỉ số iot có thể tính ra được diện tích bề mặt riêng của than.