Nghiên cứu cải tiến quá trình than hóa trong sản xuất than hoạt tính từ vỏ hạt điều

Than hoạt tính là một vật liệu dạng cacbon đã được xử lý để tạo ra cấu trúc xốp, mang lại diện tích bề mặt lớn. Thành phần chính của than hoạt tính là cacbon, chiếm khoảng 85-95%, cùng với các nguyên tố khác như hidro, nitơ, lưu huỳnh và oxi. Cấu trúc xốp của than hoạt tính được hình thành trong quá trình carbon hóa và hoạt hóa, tạo ra các lỗ trống trong mạng tinh thể. Diện tích bề mặt và thể tích lỗ mao quản là những thông số quan trọng để đánh giá chất lượng của than hoạt tính. Cấu trúc hóa học của than hoạt tính cũng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ, với các nhóm chức như carboxyl và hydroxyl đóng vai trò quan trọng trong tính chất bề mặt. Việc hiểu rõ về cấu trúc và tính chất của than hoạt tính là cần thiết để cải tiến quy trình sản xuất.

Quy trình sản xuất than hoạt tính bao gồm hai giai đoạn chính: than hóa và hoạt hóa. Quá trình than hóa diễn ra trong môi trường không có oxy, thường sử dụng khí nitơ hoặc cát để đuổi oxy ra khỏi thể tích phản ứng. Giai đoạn hoạt hóa giúp phát triển lỗ xốp và tăng diện tích bề mặt của than. Có hai phương pháp hoạt hóa chính: hoạt hóa vật lý và hoạt hóa hóa học. Hoạt hóa vật lý thường sử dụng hơi nước hoặc CO2, trong khi hoạt hóa hóa học sử dụng các tác nhân như KOH hoặc H3PO4. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu suất của than hoạt tính. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Nghiên cứu cải tiến quá trình than hóa từ vỏ hạt điều tập trung vào việc kiểm soát tốc độ chuyển hóa của hemicellulose và cellulose. Quá trình than hóa được chia thành ba giai đoạn với các tốc độ gia nhiệt khác nhau, giúp tối ưu hóa hiệu suất sản xuất than hoạt tính. Hơi nước được sử dụng làm tác nhân hoạt hóa ở nhiệt độ 850°C, cho phép tạo ra sản phẩm than hoạt tính có chất lượng tốt hơn so với các nghiên cứu trước đó. Kết quả cho thấy diện tích bề mặt riêng đạt 1170 m2/g, cho thấy sự kiểm soát hiệu quả trong quá trình sản xuất. Điều này không chỉ nâng cao chất lượng than hoạt tính mà còn mở ra cơ hội cho việc sản xuất quy mô công nghiệp.

Than hoạt tính từ vỏ hạt điều có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như dược phẩm, lọc nước và xử lý môi trường. Việc sản xuất than hoạt tính từ nguyên liệu rẻ tiền như vỏ hạt điều không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế cao mà còn góp phần giảm ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu này không chỉ giải quyết vấn đề ô nhiễm từ vỏ hạt điều mà còn nâng cao giá trị kinh tế của nguyên liệu này. Sản phẩm than hoạt tính chất lượng cao có thể cạnh tranh trên thị trường, mở ra cơ hội cho các doanh nghiệp trong ngành công nghiệp chế biến và sản xuất than hoạt tính.