Nghiên cứu kỹ thuật công nghệ chuyển hoá các vật liệu chứa cacbon trong sản xuất cacbon hoạt tính

Nghiên cứu kỹ thuật công nghệ chuyển hoá các vật liệu chứa cacbon trong sản xuất cacbon hoạt tính Nghiên cứu kỹ thuật công nghệ chuyển hoá các vật liệu chứa cacbon trong sản xuất cacbon hoạt tính Nghiên cứu kỹ thuật công nghệ chuyển hoá các vật liệu chứa cacbon trong sản xuất cacbon hoạt tính luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

PHẠM NGỌC ANH

NGHIÊN CỨU

KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ CHUYỂN HOÁ CÁC VẬT LIỆU CHỨA CACBON TRONG SẢN XUẤT CACBON HOẠT TÍNH

CHUYÊN NGÀNH: QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI 2010

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

TÁC GIẢ

PHẠM NGỌC ANH

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, cho phép tôi trân trọng cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa

Hà Nội, Viện bồi dưỡng và đào tạo sau đại học đã đào tạo và tạo mọi điều

kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành chương trình học tập nghiên cứu sinh

2004-2008

Đặc biệt tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới

PGS.TS Mai Xuân Kỳ, người đã hết lòng hướng dẫn, góp ý và giúp đỡ tôi

hoàn thành bản luận án này Nhân đây tôi cũng xin được cảm ơn các cán bộ

của Bộ môn máy và thiết bị công nghiệp hoá chất về những đóng góp và sự

ủng hộ tôi thực hiện bản luận án này

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới các bạn đồng nghiệp, gia đình và

bạn bè đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập

TÁC GIẢ

PHẠM NGỌC ANH

CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ĐƯỢC DÙNG TRONG LUẬN ÁN

A Hàm lượng tro có trong cacbon nguyên liệu ban

F Hàm lượng chất bốc có trong cacbon nguyên

ç è

æ

÷ ø

ö ç

è

l

O molH ph

g

molC C

m Sản phẩm rắn còn lại (cacbon hoạt tính) [g]

mC Mẫu cacbon ban đầu vào hoạt hóa [g]

NC Số mol cacbon chuyển hóa [kmol/h]

P1 Áp suất dòng khí Nitơ cấp vào lò hoạt hoá [mmH2O]

P2 Áp suất dòng hỗn hợp khí khô ra khỏi lò hoạt

R Hằng số khí, R = 8,314 ÷

ø

ö ç

è

æ

K kmol

S Tỷ số giữa lượng hơi nước và lượng C đã

T2 Nhiệt độ hỗn hợp khí khô ra khỏi lò hoạt hoá [oC]

V Lưu lượng khí CO2 cấp vào lò hoạt hoá [l]

VH2O(t1) Lượng nước ở trong bình cấp nước tại (t1) [l]

VH2O(t2) Lượng nước ở trong bình cấp nước tại (t2) [l]

VN2(t1) Trị số thể tích khí N2 đọc trên đồng hồ đo tại (t1) [l]

VN2(t2) Trị số thể tích khí N2 đọc trên đồng hồ đo tại (t2) [l]

x Hàm lượng khí CO2 trong hỗn hợp khí khô ra

CO

x Hàm lượng khí CO trong hỗn hợp khí khô ra

W Hàm lượng ẩm có trong cacbon nguyên liệu ban

mol kJ

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU TRONG LUẬN ÁN

Bảng I.1: Các loại dung môi thường được thu hồi bằng phương pháp hấp phụ

trên cacbon hoạt tính

Bảng III.1: Các thông số và đặc trưng cơ bản của than gáo dừa

Bảng III.8: Các đặc trưng của các mẫu cacbon hoạt tính thu được

Bảng V.1: Các giá trị nhiệt tiêu hao

Bảng V.2: Các giá trị nhiệt cung cấp

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ TRONG LUẬN ÁN

Hình 1 Phân bố mao quản của cacbon hoạt tính

Hình I.1 Sơ đồ thiết bị xác định độ cứng của cacbon hoạt tính

Hình I.2 Sơ đồ thiết bị xác định độ bền chịu mài mòn của cacbon hoạt tính Hình I.3 Cấu trúc graphite của cacbon hoạt tính

Hình I.4 Sự sắp xếp không trật tự của các vi tinh thể trong cacbon hoạt tính Hình I.5 Ảnh hiển vi điện tử quét của mẫu cacbon hoạt tính gáo dừa hoạt hóa

ở 800oC bằng hơi nước, kích thước hạt nguyên liệu từ 2 – 5mm

Hình I.6 Ảnh hiển vi điện tử quét của mẫu cacbon hoạt tính gáo dừa hoạt hóa

ở 800oC bằng hơi nước, kích thước hạt nguyên liệu từ 0,8 – 2,5mm

Hình II.1 Sản lượng cacbon hoạt tính trên thế giới

Hình II.2 Công nghệ sản xuất cacbon hoạt tính

theo phương pháp hoạt hóa hóa học bằng ZnCl2

Hình II.3 Công nghệ sản xuất cacbon hoạt tính hoạt hóa bằng hơi nước Hình II.4 Công nghệ sản xuất cacbon hoạt tính từ nguyên liệu than antraxit Hình II.5 Lò tầng trong công nghệ sản xuất cacbon hoạt tính

Hình II.6 Lò tầng sôi trong công nghệ sản xuất cacbon hoạt tính

Hình II.7 Lò quay trong công nghệ sản xuất cacbon hoạt tính

Hình III.1 Sơ đồ Hệ thống thí nghiệm chuyển hoá cacbonbằng hơi nước

chuyển hóa cacbon bằng hơi nước ở 800oC

chuyển hóa cacbon bằng hơi nước ở 850oC

chuyển hóa cacbon bằng hơi nước ở 900oC

chuyển hóa cacbon bằng khí CO2 ở 820oC

chuyển hóa cacbon bằng khí CO2 ở 860oC

chuyển hóa cacbon bằng khí CO2 915oC

Hình IV.1 Sơ đồ thiết lập cân bằng chất cho thiết bị phản ứng

Lời cảm ơn……… … ii

Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt trong luận án ……… iii

Danh mục các bảng số liệu, sơ đồ trong luận án……… vi

Danh mục các hình vẽ, đồ thị trong luận án……… vii

Mục lục ………1

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ CACBON HOẠT TÍNH 8

I.1 GIỚI THIỆU VỀ CACBON HOẠT TÍNH 8

I.2 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CACBON HOẠT TÍNH 11

I.2.1 Các đặc trưng cơ học của cacbon hoạt tính 11

I.2.2 Các đặc trưng hóa lý 12

I.2.3 Cấu trúc xốp của cacbon hoạt tính 13

I.2.4 Cấu trúc hoá học của cacbon hoạt tính 15

I.3 PHÂN LOẠI CACBON HOẠT TÍNH 17

I.3.1 Phân loại theo Misec 17

I.3.2 Phân loại theo Meclenbua 18

I.3.3 Phân loại theo Dubinin 19

I.4 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA CACBON HOẠT TÍNH 20

I.4.1 Trong công nghiệp hoá học 20

I.4.2 Trong công nghiệp thực phẩm 28

I.4.3 Trong công nghiệp dược phẩm và y học 28

CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ CHUYỂN HOÁ CÁC VẬT LIỆU CHỨA CACBON 29

II.1 NGUYÊN LIỆU VÀ TÌNH HÌNH SẢN XUẤT, SỬ DỤNG CACBON HOẠT TÍNH TRÊN THẾ GIỚI 29

II.2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CACBON HOẠT TÍNH 32

II.2.1 Quá trình cacbon hoá 32

II.2.2 Quá trình hoạt hoá 33

II.3 MỘT SỐ SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CACBON HOẠT TÍNH 51

II.3.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất cacbon hoạt tính theo phương pháp

hoạt hóa hóa học bằng ZnCl 2 51

II.3.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất cacbon hoạt tính hoạt hóa bằng hơi nước 51

II.3.3 Sơ đồ công nghệ sản xuất cacbon hoạt tính từ nguyên liệu than antraxit 52

II.4 THIẾT BỊ PHẢN ỨNG CHUYỂN HÓA CACBON (LÒ HOẠT HÓA) 53

II.4.1 Lò tầng (lò đứng) 54

II.4.2 Lò tầng sôi 56

II.4.3 Lò quay 57

CHƯƠNGIII: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM PHẢN ỨNG CHUYỂN HOÁ CACBON BẰNG HƠI NƯỚC VÀ BẰNG KHÍ CO2 59

III.1 MÔ TẢ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHUYỂN HOÁ CACBON 59

III.1.1 Yêu cầu về hệ thống thiết bị thí nghiệm 59

III.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống thiết bị thí nghiệm chuyển hoá cacbon bằng hơi nước 60

III.1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống thiết bị thí nghiệm chuyển hoá cacbon bằng khí CO 2 62

III.2.THỰC NGHIỆM CHUYỂN HOÁ CÁC VẬT LIỆU CHỨA CACBON 63

III.2.1 Chuẩn bị mẫu và chuẩn bị hệ thống thí nghiệm 63

III.2.2 Quá trình tiến hành thực nghiệm 64

III.2.3 Kết quả thực nghiệm 66

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THÔNG SỐ MÔ HÌNH HOÁ ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG CHUYỂN HOÁ CACBON 83

IV.1 MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG CHUYỂN HOÁ CACBON BẰNG HƠI NƯỚC 83

IV.1.1 Mô tả phương pháp và mô hình tính toán xử lý các kết quả thực nghiệm 83

IV.1.2 Phương pháp tính toán các đại lượng thực nghiệm 88

IV.1.3 Sơ đồ thuật toán xác định bậc phản ứng α và hằng số k o 93

IV.1.4 Kết quả tính toán 94

IV.2 MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG HỌC CỦA PHẢN ỨNG CHUYỂN HOÁ CACBON BẰNG KHÍ CO2 94

IV.2.1 Mô tả phương pháp tính toán xử lý kết quả thực nghiệm xác định các thông số động học của phản ứng 95

IV.2.2 Tính toán xử lý các đại lượng từ các số liệu thực nghiệm 98 IV.2.3 Sơ đồ thuật toán và thủ tục tính toán 99

IV.2.4 Kết quả tính toán 101

IV.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH MẪU CACBON HOẠT TÍNH .102

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHẢN ỨNG CHUYỂN HOÁ CACBON BẰNG HƠI NƯỚC 106

V.1 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG CHẤT CHO CẤU TỬ CACBON TRONG LÒ QUAY .107

V.2 GIẢI PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG CHẤT CHO CẤU TỬ CACBON TRONG LÒ QUAY LÀM VIỆC LIÊN TỤC 107

V.3 GIẢI PHƯƠNG TRÌNH (5.14) TÍNH THỜI GIAN CẦN THIẾT ĐỂ ĐẠT ĐỘ CHUYỂN HÓA UC QUI ĐỊNH 107

V.3.1 Tính vận tốc phản ứng hiệu dụng R Ceff 112

V.3.2 Tính thời gian chuyển hóa cacbon τ ch 114

V.3.3 Tính thể tích vùng chuyển hóa 114

V.3.4 Tính số vòng quay của lò 115

V.4 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT CHO THIẾT BỊ CHUYỂN HÓA CACBON BẰNG HƠI NƯỚC 116

V.4.1 Tính lượng nguyên liệu đưa vào lò chuyển hóa 112

V.4.2 Tính cân bằng nhiệt 113

V.4.3 Nhiệt tổn thất 113

KẾT LUẬN 121

CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 123

TÀI LIỆU THAM KHẢO 123

PHỤ LỤC ……… ……….135

MỞ ĐẦU

Một trong những sản phẩm quan trọng của quá trình công nghệ chuyển

hoá các vật liệu chứa cacbon là cacbon hoạt tính Cacbon hoạt tính là chất hấp

phụ được sử dụng từ lâu đời với mục đích là chất hấp phụ được dùng trong phân tách, trong làm sạch các hệ khí và hệ lỏng, đồng thời chúng cũng được dùng như là các chất xúc tác hoặc chất mang xúc tác trong nhiều quá trình hoá học, do chúng có bề mặt tiếp xúc rất lớn với các các mao quản có kích thước nhỏ (Micropore), kích thước vừa (Mesopore) và kích thước lớn (Macropore) Tổng diện tích bề mặt các mao quản của một gam cacbon hoạt tính có thể nên tới hàng ngàn m2 [21,67]

Chất lượng của cacbon

hoạt tính được đặt trưng bởi

tổng diện tích bề mặt riêng

của thành các lỗ mao quản và

còn được đánh giá thông qua

các chỉ số Iod và chỉ số Xanh

Methylene [21]

Nguyên liệu sản xuất

cacbon hoạt tính chủ yếu là

các loại vật liệu chứa cacbon

có nguồn gốc khác nhau: các

loại than hóa thạch như than

antraxit, than nâu, than

bùn,…và các vật liệu có

nguồn gốc sinh học (thực vật)

Hình 1 Sơ đồ phân bố mao quản của cacbon hoạt tính

như gỗ, vỏ cây, vỏ quả, hạt quả, từ xương động vật, [21] Các vấn đề cơ bản

về công nghệ sản xuất các loại cacbon hoạt tính phổ biến thì hầu như đã được giải quyết trong thực tế, và công nghệ sản xuất cacbon hoạt tính hiện nay

thường là quy trình sử lý 2 cấp: cacbon hóa (than hoá) và khí hoá (hoạt hoá)

các nguyên liệu chứa cacbon [21,67] Trong vòng 20 ¸ 30 năm trở lại đây, việc nghiên cứu sáng tạo các công nghệ nhằm sản xuất cacbon hoạt tính chuyên dụng, đặc biệt là loại cacbon có các lỗ mao quản xốp tế vi đồng nhất, được tiến hành rất tích cực [21] Trong cấu trúc của loại cacbon hoạt tính này

thì bán kính của các mao quản (lỗ xốp) là vô cùng bé chúng có kích thước

tương đương < 2 nm Vấn đề khó khăn nhất trong quá trình chế tạo cacbon

hoạt tính chính là quá trình tạo lập một cấu trúc đồng đều nhất của vật liệu

cacbon với các mao quản có kích thước nhất định, bởi vì các tính chất của cacbon hoạt tính cũng như khả năng phân tách và tốc độ hấp phụ của cacbon hoạt tính phụ thuộc chủ yếu vào kích thước của các mao quản lỗ xốp này Thực tế đã cho thấy rằng, cấu trúc của cacbon hoạt tính phụ thuộc vào một loạt các yếu tố ảnh hưởng và chủ yếu là các yếu tố sau [21]:

1) Các điều kiện cacbon hóa, khí hóa ban đầu và thành phần các tạp chất

có trong cấu trúc của cacbon hoạt tính

2) Sự biến đổi bề mặt và trạng thái vật lý của bề mặt cacbon hoạt tính Như vậy các yếu tố ảnh hưởng này chính là nguyên nhân dẫn đến việc cacbon hoạt tính có rất nhiều chủng loại khác nhau, chúng khác nhau về: phương pháp chế tạo, khả năng hấp phụ và về các loại ứng dụng,…

Ngày nay, công nghiệp sản xuất cacbon hoạt tính đã có quy mô rất lớn, trên thế giới có hàng trăm công ty sản xuất cacbon hoạt tính đang hoạt động với tổng công suất đến 400 ¸ 500 ngàn tấn/ năm [8,22] Nhu cầu về cacbon hoạt tính trên thế giới rất cao chủ yếu cung ứng từ các quốc gia thuộc khu vực Châu Á - Thái Bình Dương (APCC), đặc biệt là Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc, Philippines, Indonesia, Sri Lanka, Malaysia, Thái Lan và Ấn Độ Trong năm

2006, các quốc gia này đã xuất khẩu hàng trăm ngàn tấn cacbon hoạt tính Do cải tiến về công nghệ sản xuất cacbon hoạt tính, Indonesia và Sri Lanka có nguồn cacbon hoạt tính xuất khẩu tăng đến 122.735 tấn trong năm 2007 và cao hơn 5,7% so với năm 2006 [8] Dự báo nguồn cung cacbon hoạt tính sẽ tiếp tục tăng và lập kỷ lục mới trong năm 2008 vì sản lượng sản xuất của hai quốc gia Philippines và Indonesia đang có xu hướng tăng Dự báo sản lượng xuất

khẩu trong năm 2008 sẽ đạt 131.000 tấn, với tốc độ tăng ở mức 6,7% trong năm 2008 [8]

Ở Việt nam, ngay từ những năm 60 của thế kỷ trước đã nghiên cứu và chế tạo cacbon hoạt tính dùng cho mặt nạ phòng độc phục vụ cho cuộc kháng chiến chống chiến tranh hoá học của Mỹ Đồng thời chúng ta cũng nghiên cứu chế tạo các loại cacbon hoạt tính phục vụ cho nhu cầu phát triển nền kinh tế đất nước phục vụ cho các ngành công nghiệp như: mía đường, bột ngọt, dược phẩm, y tế,… Nhưng cho đến nay, hàng năm chúng ta phải nhập hàng ngàn tấn cacbon hoạt tính trong khi chúng ta có tiềm năng rất lớn để nghiên cứu và sản xuất loại sản phẩm này Chính vì vậy hiện nay ở Việt Nam, công nghệ chuyển hoá các vật liệu chứa cacbon (sản xuất cacbon hoạt tính) bằng hơi nước cũng đã được triển khai ở quy mô công nghiệp với toàn bộ công nghệ & thiết bị nhập ngoại như: Sản xuất cacbon hoạt tính gáo dừa bằng công nghệ lò đứng ở Trà Vinh (Công nghệ & thiết bị Trung Quốc) và ở Bến Tre (Công nghệ

& thiết bị Hàn Quốc)

Tuy nhiên, các nghiên cứu về cacbon hoạt tính của một số Viện nghiên cứu, Trường đại học trong nước là chưa nhiều và chưa có tính hệ thống [4,5],

do đó chưa có những đóng góp thiết thực cho thực tế sản xuất công nghiệp và cho đến nay các kết quả đã thu được trong nghiên cứu chế tạo sản xuất cacbon hoạt tính đã chưa được triển khai ra qui mô công nghiệp ở Việt Nam

Ở trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện khoa học công nghệ Việt Nam và Bộ Quốc Phòng, việc nghiên cứu về cacbon hoạt tính đã được triển khai từ lâu, nhưng kết quả thu được vẫn chưa thật hệ thống và thuyết phục Sự nghiên cứu vẫn chưa có tính hệ thống cao và nhất là chưa tạo ra được cơ sở khoa học về tính toán, thiết kế và chế tạo thiết bị đồng bộ để có thể đưa các kết quả nghiên cứu thực nghiệm vào thực tiễn sản suất công nghiệp nhằm làm chủ hoàn toàn về công nghệ, tính toán, thiết kế và vận hành tối ưu quá trình chuyển hoá các loại vật liệu chứa cacbon để sản xuất cacbon hoạt tính ở qui

mô công nghiệp

Chính vì vậy, mục đích của luận án này là:

· Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ chuyển hoá một số vật liệu chứa cacbon của Việt Nam bằng hơi nước và bằng khí CO2, thu thập và hệ thống hoá các số liệu thực nghiệm thu được;

· Nghiên cứu xử lý các số liệu thực nghiệm, tính toán xác định các thông

số động học của các quá trình phản ứng chuyển hoá cacbon bằng hơi nước và bằng khí CO2;

· Thiết lập các mô tả động học của phản ứng chuyển hoá cacbon bằng hơi nước và bằng khí CO2;

· Xây dựng cơ sở khoa học cho việc tính toán thiết kế và tính toán thiết bị chuyển hoá hoá học than gáo dừa bằng hơi nước ở qui mô công nghiệp;

Để đạt được mục đích đó, nội dung của luận án tập trung vào giải quyết các vấn đề sau:

1) Xây dựng hệ thống thiết bị thí nghiệm nghiên cứu chuyển hoá hoá học một số vật liệu chứa cacbon bằng hơi nước và bằng khí CO2;

2) Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm các phản ứng hoá học dị thể không xúc tác chuyển hoá vật liệu chứa cacbon (than gáo dừa đốt hầm) trong các điều kiện phản ứng khác nhau bằng hơi nước và bằng khí CO2; 3) Trên cơ sở các số liệu thực nghiệm đã thu được, lập mô hình tính toán, khai thác các phần mềm hiện hành, giải bài toán xác định các thông số động học của phản ứng chuyển hoá cacbon (than gáo dừa đốt hầm) bằng hơi nước và bằng khí CO2;

4) Thiết lập các mô tả động học của phản ứng chuyển hóa cacbon (than gáo dừa đốt hầm) bằng hơi nước và bằng khí CO2

5) Xây dựng và giải các phương trình cân bằng chất, phương trình cân bằng năng lượng tính toán thiết kế công nghệ, thiết bị chuyển hoá vật liệu chứa cacbon bằng hơi nước kiểu lò quay ở qui mô công nghiệp;

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ CACBON HOẠT TÍNH

I.1 GIỚI THIỆU VỀ CACBON HOẠT TÍNH

Cacbon hoạt tính là một chất hấp phụ không cực chứa 85 ¸ 97% cacbon tuỳ theo các điều kiện sản xuất, phần còn lại là tro vô cơ Chúng đã được sử dụng từ lâu đời nay với mục đích là chất hấp phụ trong quá trình phân tách, các quá trình làm sạch hệ khí và hệ lỏng, đồng thời chúng cũng được dùng như

là các chất xúc tác hoặc chất mang xúc tác trong các quá trình hoá học xúc tác

dị thể

Từ những năm 50 của thế kỷ trước, cacbon hoạt tính đã được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp cũng như đời sống và đã trở thành chất hấp phụ không thể cạnh tranh, đặc biệt là trong công nghệ làm sạch nước [69]

Bằng các phương pháp nghiên cứu hiện đại, người ta đã thấy cacbon hoạt tính chứa những mao quản có kích thước rất khác nhau và có thể phân chia thành 3 loại mao quản chính như sau [21,67]:

· Các mao quản nhỏ (Micropore): loại lỗ xốp này có bán kính hiệu dụng

khoảng £ 20Å, xấp xỉ bằng kích thước phân tử Tổng bề mặt thành các mao quản nhỏ khoảng 400 ¸ 900 m2 và đến trên 1000 m2/g Đây là phần

bề mặt riêng chủ yếu của cacbon hoạt tính;

· Các mao quản trung bình (Mesopore): gồm các mao quản có kích thước

hàng chục đến hàng trăm Å và có thể quan sát được những mao quản này bằng kính hiển vi điện tử Tổng bề mặt thành các mao quản tới hàng trăm m2/g;

· Các mao quản lớn (Macropore): gồm những mao quản có kích thước từ

một nghìn tới vài chục nghìn Å và có thể quan sát những mao quản này

bằng kính hiển vi quang học;

Chất lượng của cacbon hoạt tính được đặc trưng bởi tổng diện tích bề mặt riêng của các lỗ mao quản, ngoài ra chúng còn được đánh giá thông qua

các chỉ số: 1) chỉ số Iod (là lượng Iod được tính bằng miligam được 1 gam

cacbon hoạt tính hấp phụ); 2) chỉ số Xanh Methylene (là số ml dung dịch Xanh Methylene nồng độ 0,15% bị mất màu bằng 0,1 gam cacbon hoạt tính)

[21,67]

Ngày nay, nhiều ngành sản xuất trong công nghiệp hóa học, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dược phẩm, đang sử dụng một lượng lớn chất hấp để tẩy màu, tẩy mùi, tách và phân riêng các hỗn hợp khí, thu hồi các dung môi hữu cơ quý, làm khô, làm chất xúc tác, chất mang chất xúc tác, Trong các chất hấp phụ rắn được sử dụng thì cacbon hoạt tính là chất hấp phụ

có vị trí quan trọng nhất, có phạm vi ứng dụng rộng rãi nhất Vì cacbon hoạt tính và đặc biệt là cacbon hoạt tính được sản suất từ các vật liệu có nguồn gốc sinh học thì rất sạch và không mang các chất hóa học lạ vào hỗn hợp khí, hỗn hợp lỏng cần làm sạch, đồng thời chúng còn có khả năng giữ các chất bị hấp phụ khí, hơi cũng như chất tan rất tốt trên bề mặt [21,67]

Chính vì vậy, ngay từ thế kỷ 19 các nhà khoa học đã có nhiều cố gắng trong việc nghiên cứu và sản xuất cacbon hoạt tính tẩy màu từ các nguyên liệu

khác nhau Năm 1900 và 1901 hai bằng sáng chế của R.V.Ostrejko (bằng sáng

chế do Anh cấp số 14224 và 18040 năm 1900 và do Đức cấp số 136792 năm 1901) đã mở đường cho việc phát triển sản xuất cacbon hoạt tính thương phẩm

hiện đại đầu tiên Trong công trình thứ nhất tác giả mô tả quá trình cơ bản để sản xuất cacbon hoạt tính theo phương pháp hoạt hóa bằng kẽm clorua, bằng cách tẩm nguyên liệu thực vật bằng dung dịch muối kẽm clorua rồi nung ở nhiệt độ thích hợp Công trình thứ hai thì mô tả quy trình hoạt hóa than bằng

CO2 ở nhiệt độ cao [67]

Trên cơ sở bằng sáng chế của R.V.Ostrejko, năm 1909 cacbon hoạt tính thương phẩm đầu tiên sản xuất theo phương pháp R.V.Ostrejko mang nhãn hiệu Eponit ra đời tại Schlesien (Cộng hòa liên bang Đức) Đó chính là tiền thân của Công ty sản xuất cacbon hoạt tính khổng lồ Norit ngày nay [21,67]

Như vậy, cho đến đầu thế kỷ 20 việc nghiên cứu sản xuất cacbon hoạt tính, tính chất và ứng dụng chất hấp phụ dạng cacbon đã kéo dài gần 150 năm Nhiều công trình nghiên cứu đã được cấp bằng sáng chế phát minh [21,67]

Trong chiến tranh thế giới lần thứ nhất, ngày 22/4/1915 lần đầu tiên trong lịch sử nhân loại, quân đội Đức dùng hơi ngạt và hơi độc vào chiến tranh Với vũ khí hóa học, quân Đức nhanh chóng giành những chiến thắng quyết định, gây nhiều thương vong trên mặt trận Đức - Pháp – Nga và mặt nạ phòng độc sử dụng than gỗ ở thế kỷ 19 đã bị quên lãng nay được các nhà hoá học ở thế kỷ 20 đem ứng dụng [21,67]

Trong giai đoạn đầu của đại chiến thế giới thứ I, nhiều quốc gia đã lập các hội đồng, uỷ ban về phòng độc Nhiều thông tin quan trọng về lý thuyết, sản xuất và ứng dụng cacbon hoạt tính được tập hợp bước đầu Riêng ở Đức chỉ một năm rưỡi cuối đại chiến thế giới thứ I đã sản xuất 100 triệu mặt nạ, dùng tới 6000 tấn cacbon hoạt tính lọc khí [67] Khoảng thời gian giữa đại chiến thế giới I và II, song song với việc nghiên cứu chế tạo các chất hấp phụ hữu hiệu chuẩn bị cho các cuộc chiến tranh, khoa học còn phải giải quyết vấn

đề chất hấp phụ cho các ngành công nghiệp đang phát triển vũ bão như: công nghiệp cao su, công nghiệp tơ sợi nhân tạo, công nghiệp chất dẻo, cacbon hoạt tính sử dụng nhiều trong các ngành này để thu hồi các dung môi quý, để làm chất mang xúc tác, chất xúc tác, do đó mà cacbon hoạt tính trở thành chất hấp phụ quan trọng và được ứng dụng rộng rãi nhất [21,67]

Nguyên liệu sản xuất cacbon hoạt tính chủ yếu là các loại nguyên liệu

có chứa cacbon nguồn gốc khác nhau: các loại than khoáng như than antraxit, than nâu, than bùn,… và các nguyên liệu có nguồn gốc thực vật như gỗ, vỏ cây, vỏ quả, vỏ hạt,… hoặc từ các nguyên liệu có nguồn gốc động vật như xương, [4,5,21,22,67]

I.2 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CACBON HOẠT TÍNH

Trong sản xuất và sử dụng cacbon hoạt tính, phải quan tâm đến nhiều đặc trưng phản ánh phẩm chất cũng như khả năng hấp phụ và giá trị sử dụng

của chúng Để đánh giá phẩm chất của cacbon hoạt tính thu được qua các nghiên cứu thực nghiệm thu được trong khuôn khổ luạn án này đã xác định được các đặc trưng sau đây:

I.2.1 Các đặc trưng cơ học của cacbon hoạt tính

Các tính chất cơ học là các đặc trưng rất quan trọng của cacbon hoạt tính dạng hạt (GAC) Đặc biệt ngày nay, khi mà cacbon hoạt tính là một trong những loại vật liệu hấp phụ rất quan trọng trong công nghiệp Vì vậy, vấn đề hoàn nguyên cacbon hoạt tính đã qua sử dụng là một trong những chỉ tiêu rất quan trọng để hạ giá thành sử dụng cacbon hoạt tính

Các tính chất cơ học của cacbon hoạt tính dạng hạt bao gồm hai đặc

trưng cơ bản: độ cứng và độ bền chịu mài mòn Nếu hai đặc trưng này tốt sẽ

đảm bảo cho khả năng hoàn nguyên (tái sử dụng) cacbon hoạt tính đã sử dụng được thuận lợi đồng thời nó cũng đảm bảo cho khả năng vận chuyển, nạp hoặc tháo cacbon hoạt tính ra khỏi thiết bị hấp phụ được tốt

I.2.1.1 Độ cứng

Độ cứng của cacbon hoạt tính được tính bằng lượng cacbon hoạt tính mẫu còn lại ở trên sàng 0,5 mm so với lượng cacbon hoạt tính mẫu ban đầu [67]:

Độ cứng = 0 , 5 100%

cacbonmau

mm sang cacbontren m m

I.2.1.2 Độ bền chịu mài mòn

Độ bền chịu mài mòn của cacbon hoạt tính được tính bằng lượng cacbon hoạt tính mẫu còn lại ở trên sàng 0,315 mm so với lượng cacbon hoạt tính mẫu ban đầu [67]:

Roga Index = 0,315 100 %

cacbonmau

mm sang cacbontren m m

Độ bền chịu mài mòn được xác định bằng phương pháp Roga Index

I.2.2 Các đặc trưng hóa lý

I.2.2.1 Cấu trúc tinh thể của cacbon hoạt tính

của cấu trúc này là sắp xếp các nguyên tử cacbon trên đỉnh các lục giác đều, nằm cách nhau những khoảng nhất định khoảng là 1,42 Å Các nguyên tử cacbon được phân bố trong những mặt phẳng song song, khoảng cách giữa các mặt phẳng lục giác là 3,35 Å [21], hình I.1

Trong mặt phẳng của mạng lưới, nguyên tử cacbon liên kết với ba nguyên tử cacbon lân cận bằng lực hoá trị Cacbon hoạt tính thuộc loại cacbon không graphit hoá Các tinh thể cơ bản trong cacbon hoạt tính không

có cấu trúc hoàn chỉnh như graphit Các mặt song song bị xê dịch một cách ngẫu nhiên và xen phủ lẫn nhau Kích thước trung bình của các tinh thể cỡ 23

x 9 Å [21]

Tuỳ thuộc vào mức độ

liên kết giữa các tinh thể, mà

phần bề mặt tiếp xúc được với

các phân tử bị hấp phụ có thể

thay đổi

Trong trường hợp sự sắp

xếp tinh thể là lý tưởng nhất cho

việc tạo bề mặt riêng, thì bề mặt

này có thể đạt đến 2000 m2/ g

Thông thường bề mặt riêng của

cacbon nằm trong khoảng từ 400

¸ 1500 m2/ g [21]

Hình I.1 Cấu trúc graphite của

cacbon hoạt tính I.2.2.2 Chỉ số xanh Methylen

Chỉ số Xanh Methylene: là số ml dung dịch Xanh Methylene nồng độ 0,15% bị mất màu bằng 0,1 gam cacbon hoạt tính) [21,67]

3,35Å

3,35Å 6,70Å

Hấp phụ xanh metylen trên cacbon hoạt tính cho phép chứng minh bề mặt của cacbon hoạt tính với những mao quản lớn hơn 15Å (1,5.10-9 = 1,5 nm) [67]

I.2.2.3 Chỉ số Iod

Chỉ số Iod của cacbon hoạt tính là lượng Iod (tính bằng mg) được hấp phụ trên 1g cacbon hoạt tính (đã nghiền mịn) Chỉ số Iod là một đặc trưng rất quan trọng có thể đại diện cho bề mặt riêng của cacbon hoạt tính [21,67]

Chỉ số Iod của các mẫu cacbon hoạt tính thu được từ các nghiên cứu thực nghiệm của công trình luận án này, được xác định theo DIN 53582 (Cộng Hòa Liên Bang Đức) [80] - theo phương pháp này Iod được pha thành dung dịch khoảng 0,1N - dung dịch dư sau khi hấp phụ còn lại khoảng 0,02N Người ta cho rằng ở nồng độ cân bằng hấp phụ 0,02N này, các phân tử Iod sẽ

bị hấp phụ thành một lớp đơn phân tử trên bề mặt cacbon hoạt tính và do đó trị số chỉ số Iod thường tương đương với trị số bề mặt riêng đo được theo BET [67]

I.2.2.4 Bề mặt riêng BET

Bề mặt riêng của các mẫu cacbon hoạt tính đã thu được trong phòng thí nghiệm, được xác định bằng phép đo hấp phụ nitơ ở nhiệt độ thấp (nhiệt

độ 77 oK) Trong công trình luận án này, bề mặt riêng của các mẫu cacbon hoạt tính thu được từ thực nghiệm đã được gửi đi xác định bề mặt riêng BET tại phòng thí nghiệm của Viện kỹ thuật năng lượng và công nghệ hóa học, trường đại học tổng hợp kỹ thuật Berg Akademie Freiberg – CHLB Đức trên máy Quantachrome Autosorb ASORB2PC Version 1.05

I.2.3 Cấu trúc xốp của cacbon hoạt tính

Trong quá trình hoạt hoá ngoài việc làm sạch bề mặt cacbon khỏi các tạp chất hữu cơ cũng như làm sạch các tạp chất vô cơ có trong nguyên liệu ban đầu, để giải phóng các lỗ xốp do quá trình hoạt hoá tạo ra, nó còn chuyển hóa một phần cacbon, tạo ra không gian trống giữa các tinh thể Nghĩa là tạo ra

thêm lỗ xốp cho cacbon, khi thực hiện quá trình hoạt hoá thích hợp sẽ tạo ra một lượng các mao quản, tổng diện tích tạo thành các mao quản sẽ là rất lớn Cấu trúc xốp của cacbon hoạt tính được đánh giá bởi thể tích các lỗ xốp tính cho một đơn vị khối lượng (cm3/g) hay một đơn vị thể tích (cm3/cm3) [2]:

d - là khối lượng riêng biểu kiến, [g/ cm3]

d – là khối lượng riêng thực, [g/ cm3]

(Cacbon hoạt tính kỹ thuật thì: d = 0,55 ¸ 0,9 g/cm3, d = 2,25g/cm2) [2,21] Trong cacbon hoạt tính có rất nhiều loại lỗ xốp khác nhau từ dạng lỗ xốp lớn đến dạng lỗ xốp nhỏ (gọi là cấu trúc xốp hỗn tạp), do trong quá trình hoạt hoá, ngoài việc hình thành lỗ xốp mới còn luôn có sự mở rộng kích thước lỗ xốp đã có sẵn

Trong quá trình hấp phụ, mỗi dạng lỗ xốp có một chức năng riêng: Chỉ

có một số lỗ xốp nhỏ là thông với mặt ngoài của cacbon Thông thường cấu trúc lỗ xốp của cacbon được tổ chức như sau: lỗ xốp lớn thông trực tiếp ra mặt ngoài, lỗ xốp vừa là nhánh của lỗ xốp lớn và lỗ xốp nhỏ là nhánh của lỗ xốp vừa Lỗ xốp nhỏ có ý nghĩa rất lớn trong quá trình hấp phụ vì bề mặt riêng của

nó rất lớn bình thường là hàng 1000m2, nhưng cũng có loại lên đến 2000m2[21] Lỗ xốp vừa có vai trò trong hai lĩnh vực, thứ nhất về hấp phụ nó là nơi xảy ra ngưng tụ mao quản khi áp suất hơi đủ lớn, thứ hai là nó làm đường dẫn cho chất bị hấp phụ vào lỗ xốp nhỏ

Vai trò của lỗ xốp lớn chủ yếu là vận tải các chất bị hấp phụ nhanh chóng tới hệ thống những lỗ xốp nhỏ hơn nằm sâu hơn bên trong hạt cacbon hoạt tính Bề mặt riêng của lỗ xốp lớn rất nhỏ, bán kính lỗ xốp lớn lại quá lớn

vì vậy thường chúng không có vai trò gì trong quá trình hấp phụ Tuy nhiên, khi cacbon hoạt tính được sử dụng làm chất mang xúc tác thì lỗ xốp lớn lại có

một vai trò vô cùng quan trọng vì chất xúc tác phần lớn được phân bố trong các lỗ xốp này [67]

I.2.4 Cấu trúc hoá học của cacbon hoạt tính

Phân tích cấu trúc bằng nhiễu xạ Rơnghen, đã cho thấy cacbon hoạt tính được hợp thành từ những tinh thể nhỏ kiểu grafit 10¸30Å (1¸3nm) Các tinh thể kiểu grafit trong cacbon hoạt tính bao gồm những mặt phẳng 6 cạnh

và sắp xếp không theo một trật tự nhất định [67] Khoảng cách giữa các lớp khoảng 3,44¸3,65Å (0,34¸0,36nm) và là lớn hơn so với ở grafit (0,335nm), chiều cao mỗi lớp tinh thể khoảng 1¸1,3nm, hình I.4

Do cấu trúc có kiểu grafit nên cacbon hoạt

tính dẫn điện Tính dẫn điện của chúng

phụ thuộc vào nhiệt độ hoạt hóa, và thấy

rằng khi nhiệt độ hoạt hóa (nhiệt độ nung)

càng tăng thì độ dẫn điện của cacbon hoạt

tính càng tăng lên [67] Nhiều tài liệu

[21,67] cũng cho thấy rằng ngoài phần

cacbon tinh thể, trong cacbon hoạt tính

còn chứa một phần cacbon vô định hình

và các nguyên tố khác như oxy, Đặc biệt

cacbon hoạt tính được sản xuất từ

Biomasse thì số lượng “nguyên tố lạ”

càng nhiều

Hình I.2: Sự sắp xếp không trật

tự của các vi tinh thể trong cacbon hoạt tính

Chính trong cấu trúc “không trật tự” của cacbon hoạt tính giữa các

tinh thể lạ và phần vô định hình là cơ sở tạo nên cấu trúc xốp của cacbon hoạt

tính Giữa các “phần’’ của cacbon hoạt tính là những “khe rỗng” - gọi là mao quản - pore hay “lỗ xốp” - có kích thước tương đương khoảng từ vài ba Anstrem cho đến hàng trăm Anstrem Cũng tồn tại những “lỗ xốp” có kích

thước đến hàng chục ngàn Anstrem gọi là Macropore [21,29,67,75]

Dubinin [31] phân loại các lỗ xốp đó làm 3 loại Micropore, Mescopore

và Macropore Ngày nay, IUPAC còn phân loại các lỗ xốp trong cacbon hoạt tính làm bốn loại:

· Các lỗ xốp có đường kính £ 4 Å: gọi là submicropore

· Các lỗ xốp có đường kính 4-20 Å: gọi là micropore

· Các lỗ xốp có đường kính 20-500 Å: gọi là mescropore

· Các lỗ xốp có đường kính >500 Å: gọi là macropore

Các mao quản “lỗ xốp’’ được hình dung như những “ống trụ”, trong

những năm gần đây, người ta cho rằng các mao quản trong cacbon hoạt tính

có dạng chữ V Ngoài ra ở các mao quản còn có hiện tượng ”thắt cổ chai”,

đặt biệt là cacbon hoạt tính sản xuất bằng phương pháp kẽm + Chlorua [67]

Hình I.3: Ảnh hiển vi điện tử quét của mẫu cacbon hoạt tính gáo dừa hoạt

Hình I.4: Ảnh hiển vi điện tử quét của mẫu cacbon hoạt tính gáo dừa hoạt

Sự sắp xếp của các mao quản là rất khác nhau ở mỗi loại cacbon hoạt tính, chính vì vậy người ta cũng phân chia ra cacbon hoạt tính có cấu trúc xốp thô và cacbon hoạt tính có cấu trúc xốp tinh

Ảnh hiển vi điện tử quét của 02 trong số các mẫu cacbon hoạt tính gáo dừa đã chế tạo trong phòng thí nghiệm trong khuôn khổ luận án này được trình bày ở hình I.3 và I.4

I.3 PHÂN LOẠI CACBON HOẠT TÍNH

I.3.1 Phân loại theo misec

Có nhiều cách phân loại cacbon hoạt tính, cách phân loại cacbon hoạt tính đơn giản nhất theo Misec là phân loại theo hình dáng bên ngoài

Theo cách này cacbon hoạt tính được phân thành hai loại chính [21]:

I.3.1.1 Cacbon hoạt tính dạng bột (PAC – Powder Activated Carbon)

Nhóm cacbon hoạt tính này được dùng để tẩy màu và dùng trong y tế,

vì tốc độ khuyếch tán trong pha lỏng là rất nhỏ nên quá trình hấp phụ xảy ra trong dung dịch rất chậm Để tăng cường độ thiết lập cân bằng hấp phụ khi quá trình hấp phụ xảy ra trong pha lỏng cacbon hoạt tính được nghiền thành dạng bột mịn với kích thước hạt d £ 80mm

I.3.1.2 Cacbon hoạt tính dạng hạt (GAC – Granular Activated Carbon)

Cacbon hoạt tính dạng hạt chủ yếu dùng để hấp phụ khí và hơi, vì vậy còn gọi là than khí Đôi khi cacbon hoạt tính dạng hạt cũng được dùng trong môi trường lỏng đặc biệt là dùng để lọc nước

Cacbon hoạt tính định hình dạng trụ được chế tạo theo quy trình phức tạp hơn Nguyên liệu được hoạt hóa, nghiền thành bột và thêm chất kết dính để tạo thành dạng vữa, ép vữa thành viên hoặc sợi và cắt sợi thành hạt rồi tiếp tục các nhiệm vụ sản xuất khác như sấy khô và hoạt hóa lại [21,67]

I.3.2 Phân loại theo Meclenbua

Meclenbua phân loại theo mục đích sử dụng, theo cách này cho ta biết được phạm vi ứng dụng cũng như tính chất của cacbon hoạt tính Phân loại theo Meclenbua thì cacbon hoạt tính được chia ra làm các loại như sau [21]:

I.3.2.1 Cacbon hoạt tính tẩy màu

Đây là nhóm cacbon hoạt tính cơ bản, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp để tẩy màu dung dịch Ở đây cacbon hoạt tính hấp phụ chất bẩn có màu, kích thước phân tử chất gây màu thay đổi trong phạm vi rộng từ dạng phân tử thông thường đến dạng phân tử lớn và tới các tiểu phần

tử có kích thước phần tử keo

Cacbon hoạt tính tẩy màu được dùng ở dạng bột mịn, có kích thước khoảng 80¸100 mm Trong cacbon hoạt tính tẩy màu còn được chia thành cacbon hoạt tính kiềm tính, cacbon hoạt tính có tính axit và cacbon hoạt tính trung tính

I.3.2.2 Cacbon hoạt tính y tế

Cacbon hoạt tính có khả năng hấp phụ các chất tan dạng phân tán keo trong dạ dầy và ruột Đây cũng là loại cacbon hoạt tính tẩy màu chỉ khác là có

độ sạch cao Trong công nghệ sản xuất cacbon hoạt tính này không được có những chất tẩm có chứa cation độc như Zn++, Cu++, Hg++

I.3.2.3 Cacbon hoạt tính hấp phụ

Tùy vào chất lượng và mục đích sử dụng mà ta phân ra làm ba loại:

1 Cacbon hoạt tính thu hồi dung môi: cacbon hoạt tính được dùng để gom hơi

của các chất hưu cơ có trong không khí như tách benzen và hơi các dung môi khỏi các khí thải sản xuất nhằm thu hồi dung môi để dùng trở lại cho qui trình sản xuất

Cacbon hoạt tính dùng để thu hồi dung môi có độ hoạt tính cao, có độ bền cơ cao và trở lực đối với các dòng khí nhỏ Khả năng lưu giữ các chất bị hấp phụ thấp, thường cacbon hoạt tính được sản xuất dưới dạng biến tính định hình hay dạng mảnh có đường kính tương đương khoảng 2 ¸ 8 mm chiều dài khoảng 1,5 đường kính [21,67]

2 Cacbon hoạt tính hấp phụ khí (than khí): Cacbon hoạt tính dạng này có khả

năng hấp phụ chọn lọc các khí và hơi, có thể dùng cacbon hoạt tính này hấp phụ các chất khí hay hơi để tách chúng ra khỏi các hỗn hợp của Cacbon hoạt tính này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp dầu mỏ để làm sạch các khí thơm, không khí, làm sạch nước, Cacbon hoạt tính này được sản xuất dưới dạng mảnh hay định hình tùy theo mục đích sử dụng

3 Cacbon hoạt tính nền xúc tác: Cũng thuộc loại than khí nhưng nó có độ xốp

lớn hơn, có thể dùng làm nền cho các chất xúc tác tổng hợp nhiều chất vô cơ cũng như các chất hữu cơ

I.3.3 Phân loại theo Dubinin

Dubinin đã dựa vào cấu trúc xốp để phân loại cacbon hoạt tính Ông cho rằng chia cacbon hoạt tính hệ thống thành dạng thu hồi và dạng khí là

không có ý nghĩa về đặc trưng cấu trúc Theo tác giả hợp lý là chia cacbon hoạt tính ra làm ba loại:

I.3.3.1 Cacbon hoạt tính hấp phụ khí

Dùng để hấp phụ khí và các chất dễ bay hơi, dạng này thuộc chất hấp phụ có cấu trúc xốp với những mao quản nhỏ loại I (gồm cơ bản là các mao quản nhỏ micropore) Đặc trưng của cấu trúc dạng cacbon hoạt tính này là sự tăng thế hấp phụ trong các lỗ xốp nhỏ, tạo điều kiện thuận lợi cho việc hấp phụ khí hay dung dịch có nồng độ thấp

I.3.3.2 Cacbon hoạt tính thu hồi dung môi

Dùng để hấp phụ hơi các dung môi công nghiệp nhằm thu hồi và đưa chúng trở lại quá trình sản xuất Dạng cacbon hoạt tính này thuộc chất hấp phụ

có cấu trúc hỗn tạp Dung lượng hấp phụ lớn nhưng khả năng lưu giữ chất hấp phụ kém, có khả năng tiến hành các quá trình nhả hấp phụ bằng hơi nước quá nhiệt

I.3.3.3 Cacbon hoạt tính tẩy màu

Dùng để tẩy màu và làm sạch dung dịch và chất lỏng Cacbon hoạt tính chủ yếu thuộc chất hấp phụ có cấu trúc gồm các mao quản trung bình

I.4 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA CACBON HOẠT TÍNH

Cacbon hoạt tính có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp hoá chất, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dược phẩm, trong y tế và đặc biệt ngày nay cacbon hoạt tính được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp làm sạch nước sinh hoạt và công nghệ xử lý môi trường,… chúng được sử dụng rất rộng rãi để làm chất hấp phụ trong pha khí hay pha lỏng Tùy thuộc vào các hệ tạp chất cần phải làm sạch mà sử dụng thuần túy cacbon hoạt tính hay cacbon hoạt tính có thấm một hay nhiều chất xúc tác [21,67]

I.4.1 Trong công nghiệp hoá học

I.4.1.1 Thu hồi dung môi trong công nghệ hóa học

Phương pháp truyền thống lâu đời nhất để làm sạch khí thải từ các nhà máy sản xuất công nghiệp hóa chất là thu hồi dung môi bằng hấp phụ trên cacbon hoạt tính Công nghệ này được triển khai thực tiễn vào năm 1917 [67]

Ở đây hơi dung môi được cacbon hoạt tính hấp phụ và sau đó nhả hấp phụ bằng hơi nước quá nhiệt và thu được một hỗn hợp dung môi và nước, lắng gạn hoặc chưng cất sẽ thu được dung môi sạch

Các loại dung môi thường được thu hồi bằng hấp phụ trên cacbon hoạt tính có thể tổng kết qua bảng sau [67]

Bảng I.1: Các loại dung môi thường được thu hồi bằng phương pháp hấp phụ trên cacbon hoạt tính

Công nghiệp phim ảnh Ether, Aceton, Metyl-Etylceton

Rượu Etylic (C 2 H 5 OH), Metylenchlorua(CH 2 Cl 2 ) Tetrahydropentan

Công nghiệp cao su Xăng, Benzen, Toluen

Công nghiệp sợi viskose Sulfur cacbon

Công nghiệp giặt tẩy Perchlore Etylen

Công nghiệp keo, sơn Benzen, Xăng, Hexan, Toluen

Hàm lượng hơi dung môi có trong không khí thải phải làm sạch có thể lên đến 10%, nhưng thông thường chỉ một vài phần trăm hoặc có thể thấp hơn Thiết bị hấp phụ thường là loại thiết bị có lớp tĩnh, chiều cao của lớp cacbon hoạt tính trong khoảng từ 500 ¸ 1000 mm [70]

Ở kỹ thuật thu hồi dung môi, thường dùng cacbon hoạt tính dạng hạt hoặc cacbon hoạt tính định hình với kích thước tương đương khoảng 2 ¸ 4mm Một vấn đề đáng chú ý là loại cacbon hoạt tính dùng trong thu hồi dung môi phải có độ bền mài mòn cao [70], và người ta cũng phải chú ý đến việc chọn những cacbon hoạt tính có cấu trúc xốp thích hợp khi thu hồi các loại dung môi khác nhau [70]

Chẳng hạn để hấp phụ khí Freon thoát ra từ các thiết bị lạnh cũng như hấp phụ các dẫn xuất Chlore của các Hydro cacbon người ta đã sử dụng cacbon hoạt tính gáo dừa [90] Để thu hồi xăng bị bốc hơi trên̉ những xe ô tô

cỡ lớn, người ta có thể dùng một thiết bị chứa 1 ¸ 1,5 lít cacbon hoạt tính dạng hạt sau đó nhả hấp phụ để thu hồi xăng [67] Douglas W.Wan Osdell cùng các cộng sự [24] dùng cacbon hoạt tính gáo dừa (6 – 18 Mesh) để hấp phụ các loại dung môi hữu cơ và cho thấy dung lượng hấp phụ Toluen lên đến 18,8% khối lượng

I.4.1.2 Khử mùi và các chất độc trong không khí cấp và khí thải

Việc khử mùi hoặc các chất lạ trong không khí, đặc biệt là không khí tuần hoàn ở các khu văn phòng lớn, sân bay,… sẽ tiết kiệm rất nhiều năng lượng sưởi ấm không khí hoặc làm lạnh (trường hợp điều hòa nhiệt độ) Trong các trường hợp này người ta dùng các loại cacbon hoạt tính dạng hạt có cấu trúc xốp cao (micropore) và có bề mặt riêng lớn [67,75]

Một yêu cầu rất lớn đối với cacbon hoạt tính dùng để làm sạch không khí là phải có khả năng tái sử dụng được nhiều lần [67] Chính vì vậy từ những năm 50 của thế kỷ trước, cacbon hoạt tính gáo dừa trở thành vật liệu hấp phụ khó có thể cạnh tranh trong công nghệ làm sạch không khí và làm sạch nước uống nhờ độ bền cơ tuyệt hảo của nó (xem bảng III.8)

Trong một số trường hợp, cacbon hoạt tính còn được tẩm một số chất xúc tác nào đó để có thể phân hủy loại trừ được những chất độc lẫn trong không khí như: Sulfurhydro (H2S ), khí sulfurơ (SO2), Hydrochlorua (HCl), Amoniac (NH3), các mercaptan (RSH ) hoặc cả thủy ngân Chẳng hạn để xử lý HCl, SO2 cacbon hoạt tính được tẩm kiềm, hoặc khi phải xử lý (loại trừ) amoniac, các Amin đặc biệt là các Alkyl Amin, cacbon hoạt tính được tẩm axít Sulfuric

Với một lượng khí thải nhỏ từ các phòng thí nghiệm, nhà bếp,… người

ta dùng những bộ lọc có sử dụng cacbon hoạt tính dạng hạt cỡ nhỏ Với những lượng không khí thải lớn và rất lớn có chứa những chất hữu cơ độc nhưng lại

với một lượng không đủ lớn để đốt,… thì người ta dùng những bộ lọc bằng cacbon hoạt tính với điều kiện tái sinh bắt buộc [70] Quá trình hoàn nguyên cacbon hoạt tính đã làm việc thường bằng một dòng khí trơ có nhiệt độ khoảng

từ 250 ¸ 600oC tùy theo chất hữu cơ đã bị hấp phụ [70]

Cacbon hoạt tính cũng là vật liệu hấp phụ không thể thay thế để làm sạch các ôxít nitơ khỏi không khí thải hoặc không khí cấp Ở nhiệt độ cao chẳng hạn từ khói lò hay khói thải của động cơ đốt trong, khả năng hấp phụ

NOx của cacbon hoạt tính là không cao [25], còn khi hàm lượng hơi nước cao lên , và To ≥ 100oC các oxít nitơ sẽ bị khử thành N2:

2NO + 2CFix ®N2 + 2(CFixO)

Hấp phụ (CFixO) là nguyên nhân làm giảm đáng kể nhiệt độ tự bốc cháy của cacbon hoạt tính dùng để hấp phụ [25,26]

Trường hợp hàm lượng oxy (không khí) đủ lớn và nhiệt độ của quá trình hấp phụ cao (T » 600oC) NOx sẽ chuyển hóa thành NO2 và bị hấp phụ rất

‘’bền’’ lên bề mặt cacbon hoạt tính [57]

Bon Jun Ku và các cộng sự [26] xử lý bằng cacbon hoạt tính gáo dừa (bề mặt riêng 900 – 1200 m2/g) trong dòng N2 sau đó hoạt hóa tiếp bằng hỗn hợp 3,6%O2 và 7,5% NH3 và bằng H2SO4 Cacbon hoạt tính đã xử lý có hoạt tính tốt dùng để khử hỗn hợp khí NxOy

Hajime Tamon cùng các cộng sự [27] đã tẩm PdCl2/CuCl lên cacbon hoạt tính và dùng để hấp phụ cacbonmonoxyt trong không khí cho thấy dung lượng hấp phụ của cacbon hoạt tính đã tẩm PdCl2 lên đến 0,018kg/kg Chất hấp phụ này cũng được khuyên dùng để làm sạch không khí trong nhà

Cho đến nay, các phương pháp công nghệ xử lý SO2 trong các dạng khói thải thường sử dụng phương pháp ướt trong đó SO2 được hấp thụ bằng dung dịch, hoặc oxít kim loại kiềm hoặc kiềm thổ để tạo thành các muối Tuy

nhiên, nhược điểm rất lớn của phương pháp này là tạo ra một lượng phế thải rắn (canxi, manhê sulfat,…) đáng kể

Ngày nay đã có nhiều phương pháp công nghệ xử lý SO2 bằng cacbon hoạt tính trong sự có mặt của oxy không khí và hơi nước với độ ẩm tương đối trên 80% Khi đó SO2 sẽ bị oxy hóa thành SO3 và tan trong nước tạo thành axít sulfuric Sản phẩm của quá trình làm sạch SO2 khỏi khói thải là axít sulfuric loãng [21] SO2 + O2 ® SO3

SO3 + H2O ® H2SO4

H2SO4 ® H2SO4 (hấp phụ)

Người ta loại trừ axít sulfuric hấp phụ trên cacbon hoạt tính bằng cách

rửa bằng nước (phương pháp công nghệ sulfacid, phương pháp công nghệ

Hitachi [21]) hoặc là khử hấp phụ bằng nhiệt (phương pháp công nghệ BF,

phương pháp công nghệ Sumitomo) và trong trường hợp đó axít sulfuric lại bị

khử bằng CFix để tạo ra hỗn hợp khí sulfurơ giàu hơn [21,67]

H2SO4(hấp phụ) + CFix ® SO2 (giàu) + CO + H2O

I.4.1.4 Xử lý H 2 S

Không khí hoặc khí thải bị nhiễm H2S được dẫn qua một thiết bị hấp phụ bằng cacbon hoạt tính có tẩm Iod Ở đây H2S sẽ bị oxy hóa tạo thành lưu huỳnh nguyên tố Cacbon hoạt tính được sử dụng ở công nghệ này là loại cacbon hoạt tính có cấu trúc micropore Để loại trừ triệt để H2S sau khi oxy hóa, người ta dùng tiếp một lớp hấp phụ bằng cacbon hoạt tính này Cacbon hoạt tính cũng được sử dụng rộng rãi để làm sạch H2S khỏi các khí tổng hợp bằng phương pháp công nghệ này [25,67,75]

dòng không khí ẩm (độ ẩm không khí đến trên 90%) bằng cacbon hoạt tính có cấu trúc micropore [67,75]

I.4.1.6 Mặt nạ phòng độc

Dùng làm mặt nạ phòng độc là ứng dụng lâu đời nhất của cacbon hoạt tính nhằm chống lại chất độc hóa học và phosgen trong đại chiến thế giới lần thứ I [67] Ngày nay đã có nhiều loại mặt nạ phòng độc sử dụng cacbon hoạt tính có tẩm các loại xúc tác khác nhau nhằm loại trừ các chất độc hại bao gồm

I.4.1.7 Phân tách hỗn hợp khí

Kể từ sau năm 1918 công nghệ dùng cacbon hoạt tính để phân tách các hỗn hợp khí bắt đầu được nghiên cứu và ứng dụng trong thực tế để phân tách hỗn hợp C1-C4 [21] Sau chiến tranh thế giới lần thứ II ở Mỹ người ta đã dùng cacbon hoạt tính để phân riêng dầu mỏ thành những hợp phần có nhiệt độ sôi thấp, trung bình và cao [21] và ngày nay người ta dùng cacbon hoạt tính với cấu trúc xốp thích hợp để phân riêng oxy và nitơ của không khí, sản xuất oxy

và nitơ phục vụ các lĩnh vực kinh tế, y tế và đời sống [28]

I.4.1.8 Tẩy màu và làm sạch các sản phẩm lỏng, dung dịch

Ngày nay, người ta đã dùng cacbon hoạt tính để tẩy màu dung dịch đường Sacharose với lượng đến hàng trăm ngàn tấn cacbon hoạt tính mỗi năm [21] Riêng Hoa Kỳ sử dụng đến trên 28% lượng cacbon hoạt tính tẩy màu trên toàn thế giới [21] Ngoài ra cacbon hoạt tính còn dùng để tẩy màu cho nhiều loại đường khác nhau: Glucose, Maltose và Fruchtose,… cũng như làm sạch và tẩy màu dầu thực vật

Trong công nghệ thực phẩm và sản xuất nước giải khát như sản xuất bia, rượu vang, nước quả ép,… luôn sử dụng một lượng cacbon hoạt tính lớn (20g/ 100 lít sản phẩm) để tẩy màu, khử mùi lạ,… [67,75]

I.4.1.9 Tẩy màu, làm sạch các hóa chất cơ bản và dược phẩm

Nhiều hóa chất cơ bản chứa chất màu xuất phát từ các nguyên liệu hoặc cũng có thể phát sinh trong quá trình sản xuất chúng Những chất này một mặt làm bẩn hóa chất, mặt khác cũng có thể là những chất có hại đến sản phẩm Các chất bẩn, chất gây màu này có thể loại trừ bằng cacbon hoạt tính Quá trình làm sạch thường thông qua phương pháp tạo bọt hoặc tạo nhũ tương [67]

Ví dụ như đối với natri hydroxit (NaOH) thu được bằng điện phân dung dịch

NaCl dùng catốt thủy ngân, phải loại trừ cả những ‘’vết’’ thủy ngân bằng

phương pháp hấp phụ dùng cacbon hoạt tính [67]

Với các hợp chất hữu cơ, đặc biệt là những hóa chất hữu cơ cơ bản có nguồn gốc tự nhiên như Glycerin, Pektine, Coffein, Chinin, axít Citric, được tẩy màu và được làm sạch bằng cacbon hoạt tính [67]

Các hóa chất tổng hợp cũng được làm sạch trong quá trình chưng cất, kết tinh lại,… bằng cách dùng cacbon hoạt tính [67]

I.4.1.10 Cacbon hoạt tính dùng trong công nghệ xử lý nước

a) Làm sạch nước uống

Ngày nay, các nguồn nước ngày càng bị ô nhiễm và việc ‘’làm sạch’’

nước uống bằng cacbon hoạt tính không chỉ là tẩy màu và khử mùi mà còn là hấp phụ hàng loạt các chất hữu cơ có nguồn gốc từ công nghiệp [67] Lượng cacbon hoạt tính cần dùng phải đến trên 30g/m3 khối nước phải làm sạch (so với để tẩy màu và khử mùi nước trước đó chỉ cần có 5g/m3 nước phải làm sạch) [76,77]

Cacbon hoạt tính sử dụng cho lọc nước uống phải có độ bền cơ học cao,

có khả năng hấp phụ tốt các chất hữu cơ, đặc biệt là dẫn xuất chứa chlore của phenol hình thành trong quá trình oxy hóa nước bằng chlore [76] Trong

trường hợp làm sạch nước bề mặt, cacbon hoạt tính dạng hạt (cacbon hoạt tính gáo dừa) thường được sử dụng cùng với bột trợ lọc Kiselgur sau khi keo tụ nước [76,77]

Cacbon hoạt tính sử dụng trong làm sạch nước uống không những có khả năng khử mùi lạ, khử màu, hấp phụ các chất hữu cơ, các sản phẩm oxy hóa do quá trình oxy hóa bằng ôzôn chlore tạo ra, mà còn có thể loại trừ cả các kim loại nặng, đặc biệt là Mangan [76]

Từ thập niên 60 của thế kỷ trước, trên thế giới đã phải sản xuất nước uống từ nước bề mặt đặc biệt là ở Tây Âu (Đức, Pháp,…) và Bắc Mỹ Thiết bị lọc cacbon hoạt tính thường sử dụng loại than hạt (trong đó tốt nhất là loại cacbon hoạt tính gáo dừa) đường kính hạt 0,5 ¸ 2,5 mm với chiều cao lớp lọc

2 ¸ 2,5 mét [77]

Cacbon hoạt tính dạng bột cũng được dùng trong công nghiệp làm sạch nước uống Cacbon hoạt tính dạng bột được mang trên các loại chất mang, có thể là: nhựa xốp hay các chất vô cơ xốp [78] Sử dụng trực tiếp cacbon hoạt tính bột (Powdered Activated Carbon) rất khó lọc để tách loại cacbon hoạt tính

đã sử dụng, nhưng quá trình làm sạch xảy ra với tốc độ rất lớn [78]

b) Xử lý nước thải

Việc sử dụng cacbon hoạt tính trong lĩnh vực xử lý nước thải phát triển rất mạnh Hàng năm có đến hàng trăm công trình nghiên cứu dùng cacbon hoạt tính để xử lý nước thải [67] Sử dụng cacbon hoạt tính trong kỹ thuật xử

lý nước thải được xem là một giải pháp rất hiệu nghiệm, kỹ thuật và thiết bị đơn giản, vật liệu rẻ tiền [79] Để giảm giá thành của kỹ thuật xử lý nước thải bằng cacbon hoạt tính, vấn đề tái sinh cacbon hoạt tính đã làm việc là vấn đề lớn [29,50,52,67,76,77] được chú ý nhiều trên thế giới và do đó ngay từ những năm đầu sử dụng chủ yếu là cacbon hoạt tính dạng hạt (GAC) Từ thập kỷ 70 của thế kỷ trước cacbon hoạt tính dạng bột bắt đầu được dùng cho công nghiệp

xử lý nước thải, đặc biệt là xử lý dầu (dạng nhũ tương trong nước) hoặc váng dầu trên mặt nước [67] Nhưng sử dụng cacbon hoạt tính dạng bột (PAC)

trong công nghiệp xử lý nước nói chung đều gặp khó khăn trong kỹ thuật lọc tách bột cacbon hoạt tính đã làm việc [78], vì vậy một mặt để tạo vận tốc hấp phụ lớn hơn và mặt khác đảm bảo dễ lọc tách, ngày nay đã phát triển và bắt đầu sử dụng cacbon hoạt tính dạng sợi [29]

Với nước thải công nghiệp đặc biệt là nước thải công nghiệp có chứa các chất hữu cơ, xử lý bằng cacbon hoạt tính gần như là bắt buộc Ví dụ nước thải của các nhà máy Nitro hóa các hợp chất thơm với lượng 60 ¸ 120 m3/h đã được hấp phụ bằng lớp cacbon hoạt tính dạng hạt dày 5m với vận tốc dòng chảy qua lớp than là 2 ¸ 4 m/h và tiêu hao cacbon hoạt tính đến 3kg/m3 nước thải phải làm sạch [67,79]

I.4.2 Trong công nghiệp thực phẩm

Cacbon hoạt tính được sử dụng trong công nghiệp đồ uống ví dụ: cacbon hoạt tính được dùng để loại bỏ dầu fusel trong công nghiệp sản xuất và tinh chế rượu Trong rượu mạnh cacbon hoạt tính được dùng chủ yếu để loại acid, furfural, Trong rượu vang, cacbon hoạt tính bột dùng để loại bỏ thành phần hữu cơ không mong muốn ra khỏi cork, lúa mạch, men và cải thiện màu sắc cũng như tính chất của rượu

Trong ngành công nghiệp sản xuất bia, cacbon hoạt tính dùng để làm sạch nước nấu bia, làm sạch khí CO2, Cacbon hoạt tính cũng được dùng trực tiếp để điều chỉnh màu sắc, mùi vị, loại bỏ phenol, cho bia, thường thì với liều lượng 20 ¸ 25g cacbon hoạt tính bột cho 100 lít bia [21,67]

I.4.3 Trong công nghiệp dược phẩm và y học

Cacbon hoạt tính được sử dụng làm chất hấp phụ tẩy màu, loại bỏ các polymer, phân tách peniciline, steptomycin, [67]

Ngoài ra, cacbon hoạt tính được sử dụng làm chất hấp phụ khử mùi hôi trên vết thương hoặc được sử dụng để lọc máu cho bệnh nhân bị nhiễm độc kể

cả khử độc cho các bệnh nhân bị ngộ độc đường tiêu hoá [67]

Ở Mỹ, than nâu và các sản phẩm dầu mỏ được sử dụng rộng rãi vào việc sản xuất cacbon hoạt tính [22]

Trong phòng thí nghiệm, có thể dùng nhiều loại nguyên liệu tự nhiên cũng như nguyên liệu tổng hợp khác nhau cho việc sản xuất cacbon hoạt tính Với ý tưởng mở rộng nguồn nguyên liệu để sản xuất cacbon hoạt tính, những năm 1993 – 1994 Klose cùng các cộng sự đã dùng phần vỏ cứng của nhiều loại hạt, nhựa đường, cacbon trong cặn lắng từ nước thải, tro, để sản xuất cacbon hoạt tính [71] Tuy nhiên, ngoài gáo dừa được xem là nguồn nguyên liệu tuyệt hảo [67] thì những loại nguyên liệu này hiện nay chưa được ứng dụng rộng rãi trong việc sản xuất cacbon hoạt tính thương mại

Trong việc lựa chọn nguyên liệu để sản xuất cacbon hoạt tính, Harmut

von Kiele và Erich Baeder [67] đã cho thấy khi hàm lượng Hydro và oxy trong nguyên liệu giảm đồng thời hàm lượng cacbon tăng lên thì nguyên liệu đó càng khó hoạt hóa và dĩ nhiên chất lượng cacbon hoạt tính thu được là không cao Nhưng với những nguyên liệu có hàm lượng hydro và oxy cao lại nhất thiết phải tiến hành quá trình than hóa (hoặc quá trình bán cốc hóa) để giảm hàm lượng các chất bay hơi trước khi đem hoạt hóa

Lượng nguyên liệu lớn nhất để sản xuất cacbon hoạt tính là than antraxit [32,44,60,81] nói chung chúng chiếm tới 60% Các hoạt động nghiên cứu sản xuất cacbon hoạt tính từ than antraxit không ngừng tăng lên [45,46,47,59] Ví dụ ở Ba Lan tất cả các sản phẩm cacbon hoạt tính đều đi từ than antraxit Cacbon hoạt tính dạng bột và cacbon hoạt tính dạng định hình hầu hết đi từ than antraxit Một phần cacbon hoạt tính dạng bột (đặc biệt là cacbon hoạt tính sử dụng trong y tế) và cacbon hoạt tính dạng mảnh được sản xuất từ các nguyên liệu có nguồn gốc thực vật [67]

Cacbon hoạt tính dùng để hấp phụ khí có cấu trúc mao quản nhỏ (micropore) không những chỉ được sản xuất từ than antraxit mà còn từ than bùn và gỗ Trong khi đó cacbon hoạt tính dùng cho hấp phụ trong dung dịch lại được sản xuất chủ yếu từ than bùn, than gỗ và phần bán cốc của than antraxit [32]

Với nhiều loại nguyên liệu khác nhau: than bùn, than nâu, than antraxit, cũng như từ các nguyên liệu có nguồn gốc từ thực vật (gỗ, bã mía, rơm, rạ, vỏ quả, hạt quả, ), cũng như các nguyên liệu có nguồn gốc động vật đều có thể sản xuất được cacbon hoạt tính Tuy nhiên, công nghệ chế biến, giá thành, các tính chất và ứng dụng của cacbon hoạt tính phụ thuộc rất nhiều vào dạng nguyên liệu được sử dụng ban đầu [30,80]

Cacbon hoạt tính cũng được sản xuất từ bán cốc và cốc trên cơ sở than nâu có thể tích mao quản đủ lớn Khi nhiệt độ cốc hóa than nâu tăng lên, thì độ xốp của cacbon hoạt tính thu được lại giảm đi [32] Cacbon hoạt tính được chế tạo từ than nâu thường là dạng hạt và được dùng nhiều trong việc làm sạch

nước uống và xử lý nước thải Nhưng điều bất lợi trong việc dùng than nâu để sản xuất cacbon hoạt tính là hàm lượng lưu huỳnh trong nó khá cao và trong quá trình sử dụng có thể tạo ra SO2 và thậm chí là axit yếu [71] Lượng tro trong than nâu có thể giảm thiểu bằng cách rửa bằng dầu và bằng nước, khi đó hàm lượng tro trong than có thể giảm xuống tới 10% ¸ 20%

Ngày nay, hàng năm trên thế giới đã sản xuất và tiêu thụ đến trên 1 triệu tấn cacbon hoạt tính các loại [73] Trong đó trung tâm sản xuất cacbon hoạt tính đã chuyển từ Tây Âu sang Châu Á Thái Bình Dương vào những năm của nửa sau thế kỷ trước do có nguồn nguyên liệu dồi dào và chi phí nhân công rẻ hơn [73]

Hình II.1 Sản lượng cacbon hoạt tính trên thế giới

Rõ ràng, sản lượng cacbon hoạt tính chủ yếu là từ Mỹ, Trung Quốc và Nhật Bản Điều đáng chú ý là Philipin đã trở thành một quốc gia cung cấp và sản xuất cacbon hoạt tính có danh tiếng trên thế giới (chiếm đến 5% sản lượng) và họ sản xuất chủ yếu là từ gáo dừa [75]

Việt Nam có nguồn nguyên liệu phong phú để sản xuất cacbon hoạt tính Trước hết là các loại phế thải thực vật từ sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp trong cả nước Các tỉnh như: Bến Tre, Trà Vinh, Cần Thơ, Long An, Bình Định, Phú yên, Khánh Hòa là những địa phương có lượng gáo dừa hàng