Sản xuất than hoạt tính từ vỏ trấu

Sản xuất than hoạt tính từ vỏ trấu dùng để xử lý nước nhiễm sắt, nhiễm đá vôi đem lại hiệu quả kinh tế cao cho người nông dân

Với sản lượng lúa gạo thế giới đang có xu hướng tăng trong thời gian gần đây kéo theo đó là một lượng lớn vỏ trấu đang được tạo ra. Đây được xem là một nguồn nguyên liệu dồi dào không bao giờ cạn kiệt. Kết quả phân tích thành phần vỏ trấu cho thấy rằng: vỏ trấu chứa từ 13-15% SiO2 và 18-20% C cố định còn lại là ẩm và các chất bốc hữu cơ khác. Điều đó có nghĩa từ vỏ trấu chúng ta hoàn toàn có thể sản xuất được thạn hoạt tính. Vấn đề đặt ra là phải nghiên cứu tìm ra công nghệ sản xuất đem lại hiệu quả cao nhất với chi phí thấp nhất.

Hình thành cấu trúc than hoạt tính

Về cở bản công nghệ sản xuất than hoạt tính đều đi theo một cơ chế chung đó là: nguyên liệu đầu vào sẽ được xử lý nhiệt nhằm loại bỏ hết nước và những chất hữu cơ dễ bay hơi. Ở giai đoạn này, than đã có độ hoạt tính nhất định do nước và các chất hữu cơ dễ hóa hơi thoát ra để lại những khoảng trống trong cấu trúc của than. Ở giai đoạn tiếp theo, than được xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao hơn trong môi trường hơi nước, CO2 (hoạt hóa vật lý) hoặc sử dụng các muối kim loại khác nhau như K2CO3, Na2CO3, H3PO4, .. (hoạt hóa hóa học) nhằm nâng cao hoạt tính cho than. Ở giai đoạn này những tác nhân hoạt hóa sẽ phản ứng với nguyên tử carbon theo những phản ứng như sau:

C+CO2 – 2CO

M2CO3 –  M2O + CO2 ( M là kim loại Na hoặc K,..)

Mỗi một nguyên tử C mất đi để lại một lỗ trống trong cấu trúc của than và  góp phần nâng cao hoạt tính của than. Ngoài ra, hoạt tính của than cũng phụ thuộc vào lượng tạp chất, cấu trúc của nguyên liệu đầu vào, …

Công nghệ sản xuất than hoạt tính từ vỏ trấu

Việc sản xuất than hoạt tính từ vỏ trấu gặp phải một vấn đề đó là trong vỏ trấu chứa một lượng lớn Silic đioxit (SiO2) từ 12÷25% tùy thuộc vào trấu của từng vùng.  Silic đioxit là một tạp chất cần loại bỏ trong việc sản xuất than hoạt tính có độ sạch cao. Vì vậy cần phải tách được lượng  Silic đioxit này ra khỏi than trước khi thực hiện quá trình hoạt hóa.

Do Silic đioxit nằm phân tán ở các ụ trên bề mặt vỏ trấu cũng như nằm xen kẽ bên trong mạng lưới liên kết giữa cellulose, hemicellulose, và lignin. Để tách được  Silic đioxit với hiệu quả cao thì vỏ trấu cần phải được than hóa để phá vỡ những liên kết này cũng như loại bỏ hết các chất hữu cơ dễ phân hủy.

Than sau khi đã được xử lý nhiệt được đem đi tách Silic đioxit bằng phương pháp vật lý hoặc phương pháp hóa học. Thực nghiệm cho thấy rằng phương pháp hóa học đem lại hiệu quả cao hơn phương pháp vật lý. Than sau khi tách SiO2 có bề mặt riêng dao động khoảng 500m2/g hàm lượng C ≥ 80%.

Than đã tách SiO2 được đem đi hoạt hóa bằng các phương pháp khác nhau. Phương pháp hoạt hóa bằng hơi nước cho phép tạo ra được than hoạt tính có bề mặt riêng trên 1000 m2/g và dễ thực hiện, song hiệu suất thu hồi than nhỏ (dưới 60%), không kinh tế. Trong khi đó, xử lý than bằng các muối carbonat kali hoặc natri cho phép thu được than hoạt tính có bề mặt riêng trên 800 m2/g.