Đề án thạc sĩ phân tích đặc trưng than hoạt tính làm vật liệu siêu tụ tại Đại học Khoa học 2025

Nghiên cứu phân tích đặc trưng than hoạt tính chế tạo từ hạt nhãn ứng dụng làm vật liệu điện cực siêu tụ, đánh giá cấu trúc xốp và tính chất điện hóa.

• Tác giả: Nguyễn Văn Hào
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Đình Vinh
• Trường học: Trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Hóa phân tích
• Đề tài: Phân tích các đặc trưng của than hoạt tính ứng dụng làm vật liệu siêu tụ
• Loại tài liệu: Đề án thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Tổng quan về than hoạt tính làm vật liệu siêu tụ năm 2025

Nghiên cứu vật liệu tích trữ năng lượng đang phát triển mạnh mẽ. Siêu tụ điện nổi lên như một thiết bị lưu trữ đầy hứa hẹn. Thiết bị này sở hữu mật độ công suất lớn. Tốc độ nạp và xả diễn ra chỉ trong vài giây. Tuổi thọ của siêu tụ đạt tới hàng triệu chu kỳ hoạt động. Hiệu suất vượt trội đó phụ thuộc trực tiếp vào vật liệu điện cực. Than hoạt tính là lựa chọn hàng đầu cho cấu trúc điện cực này. Vật liệu carbon sở hữu diện tích bề mặt rất rộng. Chi phí sản xuất từ nguồn sinh khối tương đối thấp. Độ dẫn điện và độ bền hóa học của than rất ổn định. Quá trình tích trữ điện tích diễn ra trên bề mặt tiếp xúc giữa điện cực và chất điện phân. Hiện tượng tích điện lớp kép tĩnh điện quyết định dung lượng lưu trữ. Đề án nghiên cứu năm 2025 tại Trường Đại học Khoa học tập trung khai thác các đặc tính này. Than hoạt tính biến tính giúp tối ưu hóa khả năng dẫn dòng. Thiết bị lưu trữ nhờ đó đạt hiệu suất làm việc cao và an toàn.

1.1. Cấu tạo và nguyên lý của siêu tụ điện lớp kép

Siêu tụ điện lớp kép tích trữ năng lượng thông qua cơ chế hấp phụ tĩnh điện. Quá trình này không gây ra phản ứng oxy hóa khử hóa học. Các ion dịch chuyển nhanh chóng đến bề mặt phân cách giữa điện cực và chất điện phân. Khi nạp điện, điện tích dương và điện tích âm tích tụ ở hai phía đối diện. Khoảng cách điện tích cực kỳ nhỏ tạo nên điện dung rất lớn. Quá trình phóng điện diễn ra theo chiều ngược lại với tốc độ cao. Cấu trúc đối xứng bảo vệ mạng tinh thể vật liệu khỏi bị phá vỡ. Do đó, thiết bị duy trì hoạt động bền bỉ qua hàng triệu chu kỳ nạp xả liên tục mà không suy giảm hiệu năng rõ rệt.

1.2. Tiềm năng ứng dụng của than hoạt tính sinh khối

Than hoạt tính có nguồn gốc sinh khối mang lại lợi thế kinh tế lớn. Nguồn nguyên liệu nông nghiệp dồi dào giúp giảm giá thành sản phẩm. Quy trình chế tạo tận dụng các phế phẩm để tạo ra vật liệu giá trị cao. Than sinh khối sở hữu cấu trúc mao quản tự nhiên phong phú. Mạng lưới kênh dẫn này tạo điều kiện thuận lợi cho ion khuếch tán. Ngoài ra, vật liệu có độ trơ hóa học cao trong nhiều hệ dung dịch điện phân. Bề mặt carbon dễ dàng biến tính để tăng cường nhóm chức hoạt động. Điều này giúp nâng cao điện dung riêng của điện cực. Các nghiên cứu hiện đại khẳng định tiềm năng thay thế vật liệu carbon thương mại đắt tiền.

II. Phân tích than hoạt tính làm vật liệu siêu tụ qua cấu trúc xốp

Cấu trúc mao quản quyết định trực tiếp đến hiệu quả tích trữ năng lượng của than hoạt tính. Một vật liệu có diện tích bề mặt lớn chưa chắc đã mang lại điện dung tối ưu. Yếu tố cốt lõi nằm ở sự tương thích giữa kích thước mao quản và kích thước ion điện phân. Vi mao quản dưới 2 nm đóng góp phần lớn vào tổng diện tích bề mặt tiếp xúc. Tuy nhiên, vi mao quản quá hẹp gây cản trở sự thâm nhập của ion solvat hóa. Hiện tượng nghẽn mao quản làm giảm tốc độ khuếch tán và gia tăng trở kháng nội của điện cực. Ngược lại, hệ thống trung mao quản từ 2 đến 50 nm đóng vai trò làm kênh dẫn truyền ion tốc độ cao. Dữ liệu thực nghiệm của mẫu than LS-AC ghi nhận tổng diện tích bề mặt đạt 1166.06 m2/g. Trong đó, diện tích bề mặt ngoài đạt tới 777.08 m2/g. Thể tích vi mao quản chiếm khoảng 0.0794 cm3/g. Cấu trúc mao quản hỗn hợp này giải quyết triệt để bài toán dung hòa giữa dung lượng tích trữ và tốc độ phóng nạp. Vật liệu hạn chế tối đa sự sụt giảm điện áp khi thiết bị vận hành ở mật độ dòng điện lớn.

2.1. Tác động của diện tích bề mặt và tỷ lệ mao quản

Diện tích bề mặt riêng là thông số kỹ thuật tiên quyết của vật liệu điện cực. Diện tích bề mặt càng lớn cung cấp càng nhiều vị trí tích tụ điện tích. Tuy nhiên, việc phát triển quá mức các vi mao quản kín có thể phản tác dụng. Dung dịch điện phân không thể thâm nhập sâu vào các hốc phân tử quá nhỏ. Ngược lại, tỷ lệ trung mao quản cao mở đường cho chất lỏng tiếp cận lõi vật liệu. Mô hình phân tích t-plot chứng minh cấu trúc mao quản phân cấp mang lại ưu thế vượt trội. Sự cân bằng giữa diện tích bề mặt ngoài và vi mao quản giúp tối ưu hóa dung lượng lưu trữ năng lượng.

2.2. Trở kháng tiếp xúc và động học chuyển dịch ion

Trở kháng nội trở là rào cản kỹ thuật chính đối với siêu tụ điện. Trở kháng cao gây suy giảm điện áp đột ngột trong quá trình phóng dòng lớn. Hiện tượng này phát sinh từ điện trở tiếp xúc giữa các hạt than hoạt tính và thanh góp dòng kim loại. Ngoài ra, tính chất hóa học bề mặt cũng ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng dẫn truyền ion. Điểm đẳng điện pHpzc và các nhóm chức chứa oxy trên bề mặt chi phối tính thấm ướt của dung dịch điện phân. Khi bề mặt carbon có tính thấm ướt tốt, ion dễ dàng tiếp cận sâu vào khung carbon. Động học chuyển dịch ion diễn ra thuận lợi giúp giảm triệt để tổn thất nhiệt do điện trở.

III. Giải pháp chế tạo than hoạt tính làm vật liệu siêu tụ tiên tiến

Chế tạo than hoạt tính hiệu năng cao đòi hỏi quy trình hoạt hóa hóa học nghiêm ngặt. Phương pháp sử dụng dung dịch axit photphoric H3PO4 mang lại hiệu quả cấu trúc vượt trội. Tác nhân này vừa đóng vai trò xúc tác khử nước vừa tạo khung mao quản ổn định. Quá trình xử lý hóa chất ngăn chặn hiện tượng co rút cấu trúc carbon ở nhiệt độ cao. Hóa chất H3PO4 kích thích sự hình thành các liên kết este photphat bền vững. Các hợp chất trung gian này phân hủy trong môi trường nhiệt phân để tạo ra hệ mao quản xốp phân cấp. Quy trình kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ lò nung và tỷ lệ khối lượng acid trên nguyên liệu thô. Nghiên cứu thực nghiệm xác lập điều kiện tối ưu nhằm đạt chỉ số hấp phụ iod và methylene blue cao nhất. Sau quá trình nhiệt phân, mẫu than được rửa sạch kỹ lưỡng để loại bỏ hoàn toàn acid dư thừa. Sản phẩm than hoạt tính thu được có độ xốp đồng đều, độ dẫn điện cao và hàm lượng tạp chất thấp. Đây là tiền đề vật liệu quan trọng để chế tạo màng điện cực siêu tụ đạt mật độ năng lượng cạnh tranh.

3.1. Kỹ thuật hoạt hóa hóa học bằng axit H3PO4

Axit H3PO4 là chất hoạt hóa phổ biến trong sản xuất carbon xốp. Tác nhân này kích thích phản ứng trùng ngưng và khử nước của polyme sinh khối tự nhiên. Hỗn hợp nguyên liệu được ngâm tẩm đồng đều với dung dịch axit ở nồng độ thích hợp. Quá trình tẩm giúp acid thấm sâu vào cấu trúc vi mô của tiền chất. Khi gia nhiệt, axit tạo màng bảo vệ ngăn ngừa sự thiêu kết và oxy hóa carbon. Các liên kết polyphotphat hình thành đóng vai trò làm khung tạo xốp. Sau phản ứng nhiệt phân, axit được thu hồi bằng dung dịch nước nóng. Quá trình rửa loại bỏ cặn phosphate, để lại hệ thống mao quản rỗng mở rộng tối ưu.

3.2. Kiểm soát nhiệt độ nung và tỷ lệ hoạt hóa tối ưu

Nhiệt độ nung ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền cơ học và dung tích lỗ xốp. Mức nhiệt độ hoạt hóa lý tưởng thường dao động từ 400 đến 600 độ C. Nếu nhiệt độ quá thấp, phản ứng phân hủy este diễn ra chưa hoàn toàn. Điều này khiến mao quản không đạt độ sâu cần thiết. Nếu nhiệt độ quá cao, khung carbon bị nung cháy và sụp đổ cấu trúc vi mô. Tỷ lệ khối lượng giữa acid và nguyên liệu cũng cần cân chỉnh chuẩn xác. Tỷ lệ tối ưu đảm bảo dung môi bao bọc toàn bộ bề mặt phản ứng. Sự cân bằng giữa hai thông số công nghệ này quyết định độ bền chu kỳ của vật liệu siêu tụ.

IV. Kết luận ứng dụng than hoạt tính làm vật liệu siêu tụ hiện đại

Nghiên cứu về than hoạt tính biến tính mang lại đóng góp khoa học thiết thực cho công nghệ năng lượng sạch. Vật liệu chế tạo từ đề án thạc sĩ năm 2025 tại Đại học Khoa học chứng minh các đặc tính hóa lý ưu việt. Hệ thống mao quản phân cấp vi mô và trung mô đáp ứng hoàn hảo tiêu chí vận hành của siêu tụ điện. Sự kết hợp giữa diện tích bề mặt lớn và độ dẫn điện cao cho phép thiết bị phóng nạp dòng điện cực đại trong thời gian ngắn. Kết quả này mở ra hướng tiếp cận bền vững nhằm thay thế nguồn vật liệu nhập khẩu đắt đỏ. Ứng dụng thực tiễn của siêu tụ điện carbon trải rộng trên nhiều lĩnh vực công nghiệp mũi nhọn. Trong ngành giao thông, siêu tụ đóng vai trò thu hồi năng lượng phanh tái sinh và hỗ trợ gia tốc trên xe điện. Trong ngành điện tử tiêu dùng, thiết bị cung cấp nguồn năng lượng xung tức thì cho camera và cảm biến thông minh. Sự đồng hành giữa siêu tụ và pin hóa học tạo nên giải pháp lưu trữ năng lượng hỗn hợp hoàn chỉnh. Đột phá nghiên cứu này góp phần thúc đẩy lộ trình phát triển kinh tế tuần hoàn và công nghệ xanh.

4.1. Tích hợp trên ô tô điện và hệ thống phanh tái sinh

Siêu tụ điện đóng vai trò phụ trợ chiến lược cho bộ pin xe điện. Khi xe phanh gấp, động năng cơ học chuyển hóa thành dòng điện rất lớn. Pin thông thường không thể hấp thụ dòng sạc nhanh này do giới hạn phản ứng hóa học. Siêu tụ điện giải quyết triệt để vấn đề bằng khả năng tiếp nhận điện tức thì. Năng lượng tái sinh được lưu trữ an toàn trong lớp điện kép tĩnh điện. Khi xe tăng tốc, siêu tụ phóng dòng điện lớn để trợ lực trực tiếp cho động cơ. Cơ chế phối hợp này giúp giảm áp lực xả sâu cho pin chính. Tuổi thọ pin kéo dài rõ rệt và hiệu suất vận hành toàn xe tăng cao.

4.2. Cung cấp nguồn điện xung cho vi mạch IoT và cảm biến

Thiết bị mạng vạn vật kết nối IoT đòi hỏi nguồn cấp xung điện định kỳ. Các mô-đun truyền phát dữ liệu không dây tiêu thụ dòng điện đột biến trong vài mili giây. Việc sử dụng pin độc lập dễ dẫn đến hiện tượng sụt áp hệ thống. Siêu tụ điện carbon đóng vai trò làm bộ đệm năng lượng hoàn hảo. Tốc độ phóng điện cực nhanh của siêu tụ đáp ứng trọn vẹn yêu cầu công suất đỉnh. Thiết bị duy trì tính liên tục của dữ liệu khi nguồn điện chính gặp sự cố ngắn hạn. Kích thước siêu tụ ngày càng thu nhỏ, thuận lợi cho việc tích hợp trực tiếp lên bo mạch điện tử vi mô hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Phân loại, cấu trúc, tính chất của AC 1. Khái niệm và phân loại AC (Activated Carbon, AC) là một loại vật liệu carbon xốp được xử lý đặc biệt nhằm tạo ra diện tích bề mặt rất lớn và hệ thống lỗ xốp phát triển, nhờ đó có khả năng hấp phụ cao đối với nhiều loại phân tử trong pha khí và pha lỏng. Đặc trưng nổi bật nhất của AC chính là diện tích bề mặt riêng có thể đạt từ 500–2500 m²/g, cao hơn nhiều so với các vật liệu thông thường.

Chính vì vậy, AC được ứng dụng rộng rãi trong xử lý môi trường, y tế, hóa học và năng lượng [1], [2]. Về phân loại, có nhiều tiêu chí khác nhau để phân loại AC: Theo hình dạng: AC dạng bột (Powdered Activated Carbon – PAC): kích thước hạt nhỏ (< 0,18 mm), diện tích bề mặt lớn, thường dùng trong xử lý nước cấp, nước thải và trong công nghiệp thực phẩm. AC dạng hạt (Granular Activated Carbon – GAC): kích thước hạt lớn hơn (0,2– 5 mm), cơ học bền, thường dùng trong cột lọc và các hệ thống xử lý khí, nước. AC dạng sợi (Activated Carbon Fiber – ACF): có cấu trúc sợi mảnh, diện tích bề mặt rất cao, tốc độ hấp phụ nhanh.

AC dạng khối (Monolithic Activated Carbon): chế tạo thành các khối rắn có hình trụ, khối hộp, thường ứng dụng trong lọc khí. Theo nguyên liệu: AC có thể chế tạo từ gỗ, than đá, than bùn, gáo dừa, vỏ quả (nhãn, chôm chôm, hạt mơ, hạt ôliu), tre nứa, polymer tổng hợp, hoặc các nguồn sinh khối khác. Theo phương pháp hoạt hóa: Hoạt hóa vật lý: sử dụng khí oxy hóa nhẹ như CO₂, hơi nước ở nhiệt độ cao (800–1000 °C). Hoạt hóa hóa học: sử dụng các tác nhân hóa học như H₃PO₄, ZnCl₂, KOH, NaOH ở nhiệt độ trung bình (400–700 °C).

4 Tùy theo nguồn gốc nguyên liệu và phương pháp chế tạo, AC sẽ có đặc điểm vi cấu trúc khác nhau, từ đó ảnh hưởng đến tính chất và ứng dụng cụ thể. Đặc điểm cấu trúc và tính chất của AC Cấu trúc xốp của AC Cấu trúc xốp là đặc điểm quan trọng nhất quyết định giá trị của AC. Vật liệu này được hình thành bởi một mạng lưới carbon vô định hình, trong đó xen kẽ các miền graphitic có trật tự cục bộ và hệ thống lỗ rỗng đa cấp. Theo phân loại của IUPAC, hệ thống lỗ xốp trong AC được chia thành ba loại chính [3], [4]: Micropore (vi lỗ, < 2 nm): chiếm phần lớn diện tích bề mặt và thể tích lỗ của AC, đóng vai trò chủ đạo trong quá trình hấp phụ các phân tử khí và dung chất có kích thước nhỏ.

Mesopore (trung lỗ, 2–50 nm): đóng vai trò như kênh dẫn khuếch tán, tạo điều kiện để các phân tử có kích thước trung bình tiếp cận vào sâu bên trong cấu trúc micropore. Macropore (đại lỗ, > 50 nm): tuy ít đóng góp trực tiếp vào diện tích bề mặt nhưng lại rất quan trọng trong việc vận chuyển khối, làm “cửa ngõ” cho các phân tử di chuyển vào mạng lưới xốp. Sự phân bố hài hòa giữa các loại lỗ này quyết định tính năng ứng dụng của từng loại AC. Ví dụ, AC có tỷ lệ micropore cao thường phù hợp cho lưu trữ khí hoặc xử lý các phân tử nhỏ, trong khi các vật liệu giàu mesopore lại thích hợp cho hấp phụ thuốc nhuộm, protein hay làm chất mang xúc tác.

Một điểm đáng chú ý là diện tích bề mặt riêng (specific surface area) của AC có thể đạt từ 500 đến 2500 m²/g, vượt xa nhiều vật liệu xốp khác. Điều này đồng nghĩa rằng, chỉ một gam AC có thể cung cấp diện tích tiếp xúc lớn hơn cả một sân bóng đá. Chính nhờ đặc tính này, AC có thể hấp phụ một lượng đáng kể chất ô nhiễm ngay cả khi nồng độ ban đầu rất thấp [1], [5]. 5 Cấu trúc nguyên tử và vi mô Ở cấp độ nguyên tử, AC chủ yếu bao gồm các nguyên tử carbon liên kết với nhau theo dạng mạng graphitic ngắn.

Tuy nhiên, do quá trình nhiệt phân và hoạt hóa tạo ra nhiều khuyết tật cấu trúc, mạng carbon này không hoàn toàn trật tự như graphite mà chứa nhiều vùng vô định hình, xen kẽ với các lớp graphitic ngắn và xoắn. Sự không đồng nhất này chính là nguyên nhân tạo nên tính chất bề mặt phong phú và khả năng gắn nhóm chức đa dạng. Ngoài ra, trong khung carbon còn tồn tại một lượng nhỏ các nguyên tố tạp như oxygen, hydrogen, nitrogen, sulfur. Các nguyên tố này hình thành các nhóm chức bề mặt, ảnh hưởng mạnh mẽ đến tính chất hóa học, độ ưa nước và khả năng xúc tác của vật liệu.

Trong một số trường hợp, AC còn được biến tính để tăng cường sự hiện diện của các nhóm chứa nitrogen nhằm cải thiện độ dẫn điện hoặc khả năng hấp phụ chọn lọc. Các tính chất đặc trưng của AC Khả năng hấp phụ: Đặc tính nổi bật nhất của AC là khả năng hấp phụ. Quá trình này có thể xảy ra thông qua hấp phụ vật lý (physical adsorption) dựa trên lực Van der Waals và tương tác bề mặt, hoặc hấp phụ hóa học (chemisorption) thông qua sự hình thành liên kết hóa học giữa bề mặt carbon và phân tử bị hấp phụ. Khả năng hấp phụ cao bắt nguồn từ diện tích bề mặt khổng lồ, hệ thống lỗ vi mô dày đặc, và sự hiện diện của các nhóm chức bề mặt có hoạt tính hóa học.

Diện tích bề mặt riêng lớn: Như đã đề cập, diện tích bề mặt riêng của AC có thể vượt quá 2000 m²/g. Đây là yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả trong các ứng dụng như lọc nước, xử lý khí thải và lưu trữ năng lượng. Bề mặt càng lớn thì khả năng tiếp xúc với các phân tử cần hấp phụ hoặc ion điện tích càng cao. Khả năng dẫn điện: Mặc dù không dẫn điện tốt như kim loại, AC vẫn có độ dẫn điện nhất định nhờ cấu trúc graphitic ngắn.

Tính chất này mở ra tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực năng lượng như SC, pin lithium-ion, pin natri-ion và pin nhiên liệu. Khi được biến tính bằng dopant nitrogen, sulfur hoặc phosphorus, độ dẫn điện và hoạt tính điện hóa của AC còn được cải thiện đáng kể. 6 Độ bền hóa học và cơ học: AC có độ bền hóa học cao, ổn định trong nhiều môi trường acid, base và dung môi hữu cơ. Điều này giúp vật liệu duy trì hiệu quả hấp phụ trong nhiều chu kỳ sử dụng.

Ngoài ra, dạng hạt và khối của AC cũng có độ bền cơ học khá cao, phù hợp cho các cột lọc quy mô công nghiệp. Tính kỵ nước và ưa hữu cơ: Bề mặt AC thường có tính kỵ nước, nhờ đó dễ dàng hấp phụ các hợp chất hữu cơ không phân cực. Tuy nhiên, bằng cách biến tính bề mặt để gắn các nhóm phân cực (–OH, –COOH), người ta có thể điều chỉnh tính chất này nhằm tăng cường khả năng hấp phụ ion kim loại nặng hoặc hợp chất phân cực trong dung dịch nước. Tính chất bề mặt hóa học: Sự tồn tại của các nhóm chức oxygen (carboxyl, carbonyl, hydroxyl, lactone, phenol) hay nitrogen (pyridinic N, pyrrolic N, quaternary N) trên bề mặt AC đóng vai trò quan trọng trong các phản ứng hóa học.

Các nhóm này quyết định tính acid–base bề mặt, ảnh hưởng đến ái lực với các chất bị hấp phụ, và trong một số trường hợp còn có tác dụng xúc tác cho phản ứng oxy hóa–khử. Các ứng dụng của AC AC đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ xử lý môi trường, y tế, công nghiệp hóa chất, thực phẩm, năng lượng đến công nghệ cao. Ứng dụng phổ biến nhất và cũng có ý nghĩa xã hội sâu rộng nhất của AC là xử lý môi trường nước và khí [6], [7]. Trong lĩnh vực xử lý nước, AC đóng vai trò quan trọng trong loại bỏ các hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học, thuốc nhuộm, dược phẩm, thuốc trừ sâu, các kim loại nặng và cả các hợp chất vi lượng hữu cơ (emerging contaminants) mà các phương pháp xử lý truyền thống khó loại bỏ triệt để.

Các hệ thống lọc nước uống thường sử dụng AC dạng hạt (GAC) để hấp phụ các chất gây mùi, vị như phenol, hợp chất clo hóa, đồng thời loại bỏ dư lượng thuốc trừ sâu và hóa chất nông nghiệp. Trong xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt là nước thải dệt nhuộm, in ấn, dược phẩm, nước rỉ rác… AC dạng bột (PAC) thường được bổ sung trực tiếp vào bể phản ứng nhằm tăng hiệu quả khử màu và giảm COD. Trong xử lý 7 khí, AC có vai trò đặc biệt quan trọng trong việc hấp phụ hơi dung môi hữu cơ dễ bay hơi (VOCs), hơi xăng dầu, các khí độc hại như H₂S, SO₂, NOx, cũng như hơi thủy ngân. Nhiều hệ thống lọc không khí công nghiệp, thiết bị bảo hộ cá nhân (mặt nạ phòng độc) hay thiết bị kiểm soát khí thải đều dựa vào AC như một lớp bảo vệ hiệu quả, do khả năng giữ lại và trung hòa nhiều phân tử khí độc hại ở nồng độ thấp.

Một lĩnh vực ứng dụng quan trọng khác là y học và dược phẩm, nơi AC được sử dụng chủ yếu nhờ khả năng hấp phụ nhanh và mạnh đối với nhiều hợp chất hữu cơ. AC y tế thường ở dạng bột mịn, được sử dụng trong điều trị ngộ độc cấp tính hoặc quá liều thuốc, nhờ khả năng hấp phụ các chất độc trong dạ dày và đường ruột, giảm hấp thu vào máu. Ngoài ra, AC còn được ứng dụng trong các chế phẩm lọc máu, khử độc trong các thiết bị y tế, hoặc trong các loại thuốc bôi ngoài da để khử mùi và hút dịch tiết. Trong nha khoa, AC còn được ứng dụng trong kem đánh răng với mục đích tẩy trắng răng và khử mùi hôi miệng, mặc dù hiệu quả thực tế vẫn còn nhiều tranh luận.

Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm, AC được sử dụng như một chất hấp phụ để tinh chế, tách và loại bỏ tạp chất. Một ứng dụng truyền thống là trong sản xuất đường, nơi AC giúp khử màu dung dịch đường mía, đường củ cải, tạo ra sản phẩm trong và tinh khiết hơn. Tương tự, trong sản xuất rượu và đồ uống, AC được sử dụng để loại bỏ các tạp chất gây mùi, vị không mong muốn, tạo ra sản phẩm có hương vị tinh khiết. Trong công nghiệp hóa dầu, AC tham gia vào quá trình tách khí, tinh chế dung môi và xúc tác hoặc chất mang xúc tác.

Đặc biệt, nhờ khả năng biến tính bề mặt và gắn thêm các nhóm chức, AC có thể được sử dụng như chất xúc tác hoặc chất mang xúc tác trong các phản ứng oxy hóa, hydro hóa, và phản ứng tổng hợp hữu cơ khác [4], [8].