Than hoạt tính và công dụng tuyệt vời của than hoạt tính

Than hoạt tính là vật liệu giàu carbon được xử lý để phát triển hệ thống lỗ rỗng và tăng khả năng hấp phụ các phân tử trên bề mặt. Vật liệu này được dùng trong xử lý nước, lọc khí, khử mùi, chế biến thực phẩm, dược phẩm và một số ứng dụng công nghiệp. Hiệu quả của than hoạt tính lọc nước phụ thuộc vào nguyên liệu, kích thước lỗ, thời gian tiếp xúc, chất ô nhiễm mục tiêu và thời điểm thay hoặc tái sinh vật liệu.

Điểm cần phân biệt là “hấp phụ” không giống “hấp thụ”. Hấp phụ là quá trình chất ô nhiễm tập trung và giữ trên bề mặt chất rắn; than hoạt tính không kéo toàn bộ “độc tố” ra khỏi cơ thể và cũng không thay thế mọi công đoạn lọc hoặc khử trùng.

Than hoạt tính được tạo ra thế nào?

Nguyên liệu sản xuất than hoạt tính thường là gáo dừa, gỗ, than đá, lignite hoặc các vật liệu hữu cơ giàu carbon. EPA mô tả quy trình cơ bản gồm carbon hóa nguyên liệu trong môi trường ít hoặc không có oxy, sau đó hoạt hóa bằng phương pháp nhiệt – vật lý hoặc hóa học để tạo cấu trúc xốp. Vật liệu có thể tiếp tục được rửa, sàng, sấy và đóng gói trước khi sử dụng.epa

Carbon hóa và hoạt hóa

Carbon hóa là bước gia nhiệt nguyên liệu để loại bỏ phần chất bay hơi và tạo than nền. Hoạt hóa tiếp tục mở rộng hoặc phát triển các lỗ rỗng bằng hơi nước, carbon dioxide hoặc hóa chất hoạt hóa. Điều kiện nhiệt độ, thời gian, loại nguyên liệu và phương pháp hoạt hóa quyết định sự phân bố micropore, mesopore và macropore.

Không nên hiểu rằng nhiệt độ sản xuất càng cao thì mọi loại than đều có hiệu quả cao hơn. Than dùng cho chlorine, chất hữu cơ phân tử nhỏ, màu, dầu hoặc hơi dung môi có thể cần phân bố lỗ khác nhau. Việc lựa chọn cần gắn với chất cần xử lý, không chỉ dựa vào diện tích bề mặt quảng cáo.

Cấu trúc lỗ rỗng

Than hoạt tính có nhiều cấp lỗ:

• Micropore: lỗ rất nhỏ, thường phù hợp với các phân tử có kích thước nhỏ.

• Mesopore: hỗ trợ vận chuyển và hấp phụ các phân tử có kích thước trung bình.

• Macropore: tạo đường dẫn giúp dòng nước hoặc khí tiếp cận các vùng lỗ nhỏ hơn.

EPA cho biết than hoạt tính được dùng để loại bỏ chất ô nhiễm khỏi nước và không khí nhờ cơ chế hấp phụ, trong đó cấu trúc xốp tạo ra diện tích bề mặt lớn cho các phân tử bám vào. Tuy nhiên, diện tích bề mặt cao không tự động bảo đảm hiệu quả với mọi chất ô nhiễm.19january2021snapshot.epa

Chỉ số đánh giá và các dạng than

Chỉ số iodine

Iodine number là lượng iodine, tính theo mg, được hấp phụ bởi 1 g than trong điều kiện thử nghiệm quy định. Chỉ số này thường được dùng như một chỉ báo về thể tích micropore và mức độ hoạt hóa. EPA Ireland cho biết iodine number của nhiều loại GAC dùng trong xử lý nước thường nằm khoảng 600–1.100, nhưng đây chỉ là một trong các thông số cần xem xét.epa

Iodine number không cho biết trực tiếp thời gian sử dụng của than trong một hệ thống cụ thể. Nước có nhiều chất hữu cơ cạnh tranh, dầu, màu hoặc chất keo có thể làm than nhanh bão hòa dù chỉ số iodine ở mức cao. Khi chọn vật liệu, nên xem thêm độ cứng, độ tro, độ ẩm, kích thước hạt, methylene blue number hoặc molasses number tùy chất cần xử lý.

Than hoạt tính dạng bột PAC

PAC có kích thước hạt nhỏ và thường được châm trực tiếp vào dòng nước hoặc nước thải, sau đó tách ra bằng lắng, lọc hoặc màng. Dạng bột phù hợp với các tình huống cần bổ sung theo đợt, kiểm soát mùi – màu hoặc xử lý biến động chất hữu cơ.

PAC không thường được nạp tự do vào cột lọc áp lực vì hạt mịn có thể đi theo dòng nước, gây bụi và khó thu hồi. Khi sử dụng PAC, cần có thiết bị định lượng, bồn khuấy, kiểm soát bụi và phương án thu gom bùn chứa carbon.

Than hoạt tính dạng hạt GAC

GAC được dùng trong cột hấp phụ, bồn lọc hoặc thiết bị xử lý khí. EPA ghi nhận GAC được sử dụng rộng rãi để hấp phụ chất hữu cơ tự nhiên, hợp chất gây mùi – vị và một số hóa chất tổng hợp trong xử lý nước.epa

GAC cần được thiết kế theo lưu lượng, chiều cao lớp than và thời gian tiếp xúc rỗng. Công thức tham khảo:

EBCT (phút) = Thể tích lớp than rỗng (m³) ÷ Lưu lượng nước (m³/phút)

EPA Ireland cho biết EBCT là thông số thiết kế để hạn chế breakthrough của chất cần xử lý; nhiều ứng dụng yêu cầu từ khoảng 10 phút trở lên, nhưng giá trị cụ thể phụ thuộc chất ô nhiễm và mục tiêu xử lý.epa

Than dạng khối hoặc viên nén

Than khối được tạo bằng cách ép bột than cùng chất kết dính; than viên nén thường dùng trong lọc khí, thu hồi dung môi hoặc một số thiết bị xử lý chuyên dụng. Dạng tạo hình có thể giảm bụi và tổn thất vật liệu, nhưng hiệu quả vẫn phụ thuộc nguyên liệu, kích thước lỗ, độ bền và điều kiện dòng chảy.

Không nên gọi than khối là một công nghệ riêng có thể xử lý mọi chất. EPA từng ghi nhận carbon block có thể giảm chlorine và một số chất được thiết kế riêng, nhưng thường không loại bỏ đáng tin cậy nitrate, fluoride, vi sinh, hardness hoặc nhiều ion kim loại nếu không có vật liệu chức năng bổ sung.nepis.epa

Ứng dụng và giới hạn thực tế

Trong xử lý nước

Than hoạt tính lọc nước thường được bố trí sau lọc cặn hoặc sau công đoạn làm trong để giảm chlorine dư, mùi, màu và một phần chất hữu cơ hòa tan. Than cũng có thể được dùng trong xử lý nước ngầm, nước cấp, nước thải và tiền xử lý cho RO.

Than hoạt tính không thay thế màng RO, thiết bị làm mềm, khử sắt, khử nitrate hoặc khử trùng. Tài liệu của University of Nebraska cho biết GAC có thể giảm một số hợp chất hữu cơ, mùi vị và chlorine, nhưng không xử lý hiệu quả vi sinh, calcium, magnesium, fluoride, nitrate và nhiều chất vô cơ khác.extensionpubs.unl

Khi than đã bão hòa, chất ô nhiễm có thể breakthrough và xuất hiện ở đầu ra. EPA định nghĩa breakthrough là thời điểm nồng độ chất cần kiểm soát bắt đầu vượt mức chấp nhận được; GAC lúc đó cần được thay bằng than mới hoặc than đã tái hoạt hóa phù hợp.epa

Trong lọc khí và khử mùi

Than hoạt tính khử mùi hoạt động bằng cách hấp phụ các phân tử gây mùi hoặc hơi hữu cơ trên bề mặt vật liệu. GAC thường được sử dụng trong các bed cố định để xử lý VOC, hơi dung môi, H₂S và một số dòng khí công nghiệp. EPA mô tả hệ thống carbon adsorber cần theo dõi nồng độ đầu ra, lưu lượng, nhiệt độ, độ ẩm, chênh áp và tình trạng breakthrough.epa

Than không thể giữ vô hạn lượng chất ô nhiễm. Khi bed đạt giới hạn làm việc, có thể thay, tái sinh tại chỗ hoặc gửi đến đơn vị tái sinh chuyên môn. Với khí có độ ẩm cao, chất ô nhiễm cạnh tranh hoặc nồng độ dao động, cần tính toán riêng và có thể cần tiền xử lý.

Trong thực phẩm và công nghiệp

Than hoạt tính được dùng để giảm màu, mùi hoặc tạp chất trong một số quy trình thực phẩm, đồ uống, dược phẩm và hóa chất. Các ứng dụng khác gồm thu hồi dung môi, xử lý nước thải, tinh chế dầu, thu hồi kim loại quý và kiểm soát hơi công nghiệp. EPA ghi nhận các nhóm ứng dụng chính của than hoạt tính gồm nước, không khí, thực phẩm – đồ uống, dược phẩm và thu hồi kim loại quý.epa

Nếu than tiếp xúc với nước uống hoặc sản phẩm thực phẩm, cần kiểm tra cấp chất lượng, hồ sơ xuất xứ, chứng nhận phù hợp và quy trình rửa vật liệu. AWWA B604 mô tả yêu cầu đối với than hoạt tính dạng hạt và than ép dùng làm vật liệu lọc, còn NSF/ANSI/CAN 61 là một tiêu chuẩn liên quan đến vật liệu tiếp xúc với hệ thống nước uống tại một số thị trường. Không nên gắn chứng nhận của một sản phẩm cho tất cả loại than cùng tên thương mại.store.awwa+1

Trong mỹ phẩm và y tế

Than hoạt tính xuất hiện trong sữa rửa mặt, mặt nạ và xà phòng nhờ khả năng hấp phụ dầu hoặc chất bẩn trên bề mặt. Tuy nhiên, tổng quan da liễu trên PubMed cho biết bằng chứng lâm sàng về các tuyên bố trị mụn, chống lão hóa hoặc “detox da” còn hạn chế. Người có da nhạy cảm nên thử trên vùng nhỏ, ngừng sử dụng khi đỏ rát, ngứa hoặc sưng; nếu phản ứng kéo dài, nên gặp bác sĩ da liễu.pubmed.ncbi.nlm.nih

Kem đánh răng chứa charcoal cũng cần thận trọng. Một số nghiên cứu trong phòng thí nghiệm ghi nhận sản phẩm than có thể làm tăng độ mài mòn ngà hoặc men tùy công thức và cách chải. Than không thay thế kem đánh răng có fluoride, vệ sinh răng miệng đúng cách hoặc điều trị nha khoa.pmc.ncbi.nlm.nih+1

Trong y tế, activated charcoal có thể được dùng tại cơ sở y tế trong một số trường hợp ngộ độc cấp, khi chất đã nuốt có khả năng bị hấp phụ và người bệnh đáp ứng điều kiện an toàn. NCBI nêu các chống chỉ định hoặc tình huống cần tránh như đường thở không được bảo vệ, nguy cơ hít sặc, tắc ruột, xuất huyết hoặc thủng đường tiêu hóa, và các chất không được hấp phụ đáng kể như acid, alkali, kim loại, điện giải và alcohol.ncbi.nlm.nih

Không tự uống than hoạt tính để “detox”, giảm cân, giảm cholesterol hoặc xử lý ngộ độc tại nhà. Poison Control khuyến cáo không nên dùng sản phẩm này tại nhà để điều trị ngộ độc; người nghi ngờ phơi nhiễm cần liên hệ cấp cứu hoặc trung tâm chống độc. Than có thể làm giảm hấp thu một số thuốc. Người đang dùng thuốc, phụ nữ mang thai, trẻ em hoặc người có bệnh đường tiêu hóa nên hỏi bác sĩ trước khi sử dụng bất kỳ sản phẩm than uống nào.poison

SKY Envitech cung cấp vật liệu than hoạt tính, bồn lọc, cột hấp phụ, thiết bị lọc nước, hệ thống xử lý nước thải và giải pháp xử lý khí. Website SKY Envitech giới thiệu các loại than Trà Bắc, than dạng hạt – viên nén, hệ thống RO, UF, EDI, thiết bị đo và các giải pháp môi trường cho doanh nghiệp.skyenvitech

Khi lựa chọn than hoạt tính, SKY Envitech khuyến nghị doanh nghiệp xác định trước nguồn nước hoặc dòng khí, chất cần xử lý, lưu lượng, nồng độ đầu vào, yêu cầu đầu ra và kế hoạch thay vật liệu. Một mẫu than có chỉ số iodine cao nhưng không phù hợp kích thước phân tử, thời gian tiếp xúc hoặc điều kiện pH vẫn có thể cho hiệu quả hạn chế.

Câu hỏi thường gặp

Than hoạt tính có loại bỏ được vi khuẩn không?

Than hoạt tính không nên được xem là công đoạn khử trùng. Nó có thể giữ một phần hạt hoặc chất hữu cơ, nhưng không bảo đảm loại bỏ vi khuẩn, virus và ký sinh trùng. Nước dùng để uống cần có công đoạn khử trùng và kiểm nghiệm phù hợp.

Khi nào cần thay than hoạt tính?

Cần thay hoặc tái sinh khi chất ô nhiễm xuất hiện ở đầu ra, chất lượng nước hoặc khí suy giảm, chênh áp tăng, than bị bám bẩn hoặc đạt lưu lượng xử lý thiết kế. Thời gian thay không thể xác định chỉ bằng số tháng cố định.

Chỉ số iodine càng cao có phải càng phù hợp?

Không. Iodine number chủ yếu phản ánh khả năng hấp phụ iodine và đặc tính micropore. Việc chọn than cần xem thêm kích thước lỗ, độ cứng, độ tro, lưu lượng, EBCT và chất ô nhiễm mục tiêu.

Có thể tự làm than hoạt tính tại nhà không?

Không nên tự sản xuất để dùng cho nước uống hoặc xử lý khí. Carbon hóa và hoạt hóa cần nhiệt độ cao, kiểm soát oxy, khí thải và chất lượng vật liệu. Sản phẩm tự làm có thể chứa tro, tạp chất hoặc không đạt khả năng hấp phụ.

Than hoạt tính đã dùng xử lý hóa chất có thể đổ bỏ như rác thông thường không?

Chưa chắc. Than đã bão hòa có thể chứa chất ô nhiễm tích tụ và cần được phân loại theo nguồn dòng thải, thành phần hấp phụ và quy định quản lý chất thải. Một số trường hợp cần tái sinh hoặc bàn giao đơn vị xử lý chuyên môn.rcrapublic.epa

Tài liệu tham khảo

• U.S. EPA, Activated Carbon Supply Chain Profile.

• U.S. EPA, Citizen’s Guide to Activated Carbon Treatment.

• U.S. EPA, Activated Carbon Adsorber Monitoring and Control Technique.

• EPA Ireland, Water Treatment Manual: Filtration.

• AWWA, B604 Granular Activated Carbon.

• NCBI Bookshelf, Activated Charcoal – Clinical Use and Contraindications.

Meta Description

Than hoạt tính là gì? Tìm hiểu cấu tạo, chỉ số iodine, dạng PAC – GAC, ứng dụng lọc nước, khử mùi, xử lý khí và các giới hạn khi sử dụng.