Về vật liệu lọc lọc nước: sự khác biệt giữa than hoạt tính truyền thống và than hoạt tính sợi

Than hoạt tính là vật liệu lọc được sử dụng phổ biến nhất, hiệu quả nhất và trưởng thành nhất trong ngành lọc nước. Vì vậy, chúng ta hãy xem than hoạt tính hấp thụ các chất có hại trong nước và không khí như thế nào. Nguyên liệu thô giữa than hoạt tính là gì và có sự khác biệt trong hiệu ứng hấp phụ?

Than hoạt tính là gì?

Trước hhết, cần biết than hoạt tính có thành phần như thế nào và cấu tạo của than hoạt tính ra sao? Than hoạt tính còn được gọi là than hoạt tính đen. Nó là cacbon vô định hình dạng bột màu đen hoặc khối lớn, dạng hạt, hình tổ ong và cũng có các cacbon tinh thể được sắp xếp đều đặn. Ngoài nguyên tố cacbon, than hoạt tính còn chứa hai loại phụ gia: một loại là các nguyên tố kết hợp hóa học, chủ yếu là oxy và hydro, tồn tại trong carbon do quá trình cacbon hóa không hoàn toàn; loại phụ gia còn lại là tro, đó là phần vô cơ; bột tro than hoạt tính là nguyên nhân chính gây ô nhiễm thứ cấp do than hoạt tính.

Than hoạt tính có cấu trúc vi tinh thể nhưng sự sắp xếp hoàn toàn không đều. Chiều cao của tinh thể là 0,9 ~ 1,2 nm; chiều rộng khoảng 2,0 ~ 2,3 nm. Kích thước của chúng tăng lên đáng kể do xử lý ở nhiệt độ cao. Thông thường, than hoạt tính tạo ra các vi lỗ, lỗ chân lông chuyển tiếp hoặc các lỗ lớn trong quá trình kích hoạt.

Nguyên lý hấp phụ của than hoạt tính là gì?

1. Cấu trúc lỗ rỗng

Cấu trúc bên trong than hoạt tính dạng lỗ, với số lượng lớn micropores không thể nhìn thấy được bằng mắt thường. Diện tích bề mặt của 1 gram vật liệu than hoạt tính có thể lên tới 800-1500 mét vuông, và thậm chí cao hơn. Chính những cấu trúc lỗ chân lông phát triển cao này, giống như mao mạch của con người, mang lại đặc tính hấp phụ tuyệt vời cho than hoạt tính.

2. Lực hấp phụ lẫn nhau giữa các phân tử

Các phân tử có lực hút lẫn nhau, còn gọi là “lực hấp dẫn Vanderwaals”. Khi một phân tử bị các lỗ bên trong của than hoạt tính bắt giữ và đi vào các lỗ của than hoạt tính, do lực hút lẫn nhau giữa các phân tử sẽ tiếp tục bị hút nhiều phân tử hơn cho đến khi các lỗ trên than hoạt tính được lấp đầy.

Các loại than hoạt tính

Phân loại nguyên liệu than hoạt tính có thể được chia thành hai loại:

• Than hoạt tính gốc than (than hoạt tính được làm từ các loại than, dầu mỏ và các sản phẩm chế biến từ chúng) : Than hoạt tính làm từ than thường được hoạt hóa bằng hơi nước hoặc khí carbon dioxide. Hình dạng của sản phẩm chủ yếu là dạng hạt, phân bố kích thước lỗ rỗng. Hầu hết chúng là các vi lỗ, thích hợp hơn cho việc hấp phụ các chất có đường kính phân tử nhỏ hơn. Ưu điểm là chi phí sản xuất tương đối thấp;
• Than hoạt tính bằng gỗ (than hoạt tính gáo dừa, than hoạt tính vỏ trái cây, than bột gỗ, v.v.) : Than hoạt tính được làm từ mùn cưa làm nguyên liệu thô thường được kích hoạt bằng phương pháp hóa học. Hình dạng của sản phẩm chủ yếu là dạng bột, kích thước lỗ rỗng. sự phân bố có thể được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh công thức của các chất kích
  hoạt hóa học. Nó tương đối linh hoạt để kiểm soát. Nó có thể tạo ra các sản phẩm có hầu hết là micropores hoặc các sản phẩm có tỷ lệ mesopores lớn hơn (phạm vi hấp phụ rộng hơn) nhưng so với than-; dựa trên than hoạt tính, chi phí sản xuất cao hơn.

Phân loại bề ngoài than hoạt tính có thể được chia thành bốn loại sau:

• Than hoạt tính dạng bột (PAC): Than hoạt tính dạng bột có ưu điểm là tốc độ lọc nhanh, hiệu suất hấp phụ tốt, khả năng khử màu và khử mùi mạnh, tiết kiệm và bền bỉ. Sản phẩm được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm, đồ uống, y học, nước máy, đường, dầu. và các ngành công nghiệp khác. Tuy nhiên, có hai yếu tố chính hạn chế việc ứng dụng than hoạt tính dạng bột trong xử lý nước: Khó phân tách, tái chế và tái sinh riêng biệt sau khi sử dụng và So với than hoạt tính dạng hạt thì đắt hơn;
• Than hoạt tính dạng hạt (GAC): Than hoạt tính dạng hạt chủ yếu được làm từ than gốc than và xuất hiện dưới dạng các hạt vô định hình màu đen; có cấu trúc lỗ rỗng phát triển , hiệu suất hấp phụ tốt, độ bền cơ học cao, dễ tái sinh và giá thành thấp; một loạt các sản phẩm Được sử dụng trong xử lý nước uống , nước công nghiệp, xử lý khí thải, khử màu, lọc khí và các lĩnh vực khác.
• Thanh than hoạt tính (CTO): Thanh than hoạt tính được xử lý và nén trên cơ sở than hoạt tính dạng hạt để tạo thành thanh carbon, có tác dụng tăng cường khả năng loại bỏ mùi hôi còn sót lại trong nước, đồng thời có khả năng hấp phụ nhanh và mạnh hơn. CTO được sử dụng trong các thiết bị xử lý nước để loại bỏ clo dư, thuốc trừ sâu hóa học, màu sắc, mùi hôi bất thường và lọc các tạp chất mịn trong nước. CTO được đặt tên theo hình dạng của nó và có một số quy trình đúc bao gồm ép đùn, nén và thiêu kết:
• Than hoạt tính ép đùn: Sau khi trộn than hoạt tính và nhựa nóng chảy thông thường, nó được đưa vào máy đùn trục vít để gia nhiệt và ép đùn, loại than này có chi phí sản xuất thấp và sản lượng cao. Tuy nhiên, trong quy trình sản xuất này, bề mặt than hoạt tính được bao bọc bởi nhựa nóng chảy, nóng chảy ở nhiệt độ cao, chặn các vi lỗ của than hoạt tính và mất hoàn toàn tác dụng hấp phụ.
• Than hoạt tính nén: Vật liệu bột than hoạt tính và chất kết dính lỏng vô cơ được trộn lẫn, đổ vào khuôn đặc biệt, được nén và đúc bằng máy ép ở áp suất cao, sấy khô sau khi ra khỏi khuôn, quá trình này có hàm lượng than hoạt tính cao hơn và tốt hơn; tác dụng lọc. Tuy nhiên, khi sử dụng vật liệu liên kết vô cơ, cần phải đúc áp suất cao và khó kiểm soát sự phân bố kích thước lỗ chân lông, điều này ảnh hưởng đến việc sử dụng nó.
• Than hoạt tính thiêu kết: Được tạo ra bằng cách trộn vật liệu bột than hoạt tính và vật liệu tạo lỗ chân lông nóng chảy polymer, đổ vào khuôn đặc biệt và thiêu kết ở nhiệt độ cao 200-300 ° C vì vật liệu liên kết polymer này có thể hình thành lỗ chân lông; trong quá trình thiêu kết Sau khi trộn với than hoạt tính, nó duy trì các đặc tính về diện tích bề mặt riêng lớn của bột than hoạt tính, độ xốp tuyệt vời và hiệu quả lọc tốt hơn do công nghệ xử lý phức tạp và năng lực sản xuất hạn chế.
• Sợi than hoạt tính (ACF): Than hoạt tính truyền thống là than hoạt tính xốp, ở dạng bột hoặc dạng hạt, trong khi sợi than hoạt tính là dạng sợi, sợi được bao phủ bởi các vi lỗ xốp nên khả năng hấp phụ đối với khí hữu cơ cao hơn so với than hoạt tính dạng hạt. trong không khí từ vài lần đến hàng chục lần, trong dung dịch nước cao hơn từ 5 đến 6 lần và tốc độ hấp phụ nhanh hơn từ 100 đến 1000 lần. ACF là thế hệ thứ ba của vật liệu hấp phụ mới sau than hoạt tính dạng bột và than hoạt tính dạng hạt (than hoạt tính nén) được sử dụng rộng rãi.

Sự khác biệt giữa sợi than hoạt tính (ACF) và than hoạt tính nói chung là gì?

• Cấu trúc sợi than hoạt tính (ACF): Đường kính của sợi than hoạt tính là 5 ~ 20μm, diện tích bề mặt riêng khoảng 1300 ~ 2200m2 / g và đường kính lỗ rỗng trung bình là 1,0 ~ 4,0nm. Không có macropores trong sợi than hoạt tính, chỉ có một số lượng nhỏ lỗ rỗng chuyển tiếp có bán kính 2nm-50nm và một số lượng lớn micropores có bán kính nhỏ hơn 2nm phân bố đều trên bề mặt sợi. So với than hoạt tính, sợi than hoạt tính có nhiều lỗ xốp đồng đều hơn, khả năng hấp phụ lớn, tốc độ hấp phụ nhanh và tiếp xúc đồng đều với các chất bị hấp phụ nên có thể tận dụng tối đa vật liệu bị hấp phụ.
• So sánh chức năng hấp phụ ACF: Than hoạt tính dạng bột (Pac) < Thanh than hoạt tính thiêu kết (CTO) < Than hoạt tính dạng hạt (GAC) < Sợi carbon (ACF)
• So sánh giá thành sợi than hoạt tính ( ACF): Giá sợi than hoạt tính trên thị trường khoảng 400.000/tấn, gấp hơn chục đến hàng chục lần so với than hoạt tính (giá than hoạt tính gốc than khoảng 1.000-10.000 đồng)/tấn, giá than hoạt tính gáo dừa khoảng 1.000-10.000/tấn.