Than hoạt tính là vật liệu có cấu trúc xốp cao và diện tích bề mặt riêng lớn, có khả năng hấp phụ và phản ứng hóa học tuyệt vời. Trước khi hiểu than hoạt tính hoạt động như thế nào, trước tiên cần hiểu các khái niệm về tính chất hấp phụ và tính chất bề mặt.
Hấp phụ là quá trình trong đó chất khí, chất lỏng hoặc chất hòa tan được hấp phụ từ môi trường (ví dụ: nước, không khí) lên bề mặt rắn. Cấu trúc xốp của than hoạt tính mang lại cho nó diện tích bề mặt lớn hơn, mang lại diện tích tiếp xúc lớn cho các chất hấp phụ.
Nguyên lý hoạt động của than hoạt tính có thể được rút gọn thành các khía cạnh sau:
1. Hấp phụ vật lý: Than hoạt tính hấp phụ các phân tử trên bề mặt của nó thông qua quá trình hấp phụ vật lý. Điều này là do diện tích bề mặt riêng cực cao và số lượng lớn các vi lỗ và cấu trúc xốp của than hoạt tính. Các phân tử khí hoặc các chất hòa tan khi tiếp xúc với bề mặt than hoạt tính sẽ bị hấp phụ vào các lỗ xốp của than hoạt tính do lực hút và lực tồn tại trên bề mặt chất hấp phụ.
2. Hấp phụ hóa học: Ngoài hấp phụ vật lý, than hoạt tính còn có thể thu giữ các phân tử bằng hấp phụ hóa học. Điều này là do một số nhóm chức năng hóa học (như hydroxyl, carboxyl, v.v.) trên bề mặt than hoạt tính có thể phản ứng hóa học với các loại phân tử cụ thể. Sự hấp phụ hóa học này có thể nâng cao khả năng hấp phụ của than hoạt tính đối với một số chất hữu cơ.
3. Đặc điểm bề mặt: Bề mặt than hoạt tính có những đặc tính tích điện nhất định. Các điện tích bề mặt này có thể tương tác tĩnh điện với các ion hoặc phân tử tích điện trong dung dịch. Tùy thuộc vào tính chất hóa học và cấu trúc vật lý của bề mặt than hoạt tính, các chất có tính chất điện cụ thể có thể được hấp phụ hoặc loại trừ một cách chọn lọc.
Các loại than hoạt tính khác nhau có thể được điều chỉnh cho phù hợp với các loại chất ô nhiễm khác nhau. Ví dụ, một số loại than hoạt tính có khả năng hấp phụ tốt hơn các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) hoặc các chất có mùi, trong khi một số loại khác có khả năng hấp phụ chọn lọc cao hơn đối với các chất như ion kim loại nặng hoặc dư lượng thuốc trừ sâu.
Hiệu suất của than hoạt tính có liên quan chặt chẽ đến các tính chất vật lý và hóa học cũng như điều kiện ứng dụng của nó. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ của than hoạt tính bao gồm phân bố kích thước lỗ rỗng, diện tích bề mặt riêng, thể tích lỗ rỗng, v.v. Ngoài ra, khả năng và hiệu quả hấp phụ của than hoạt tính còn bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ chất tan và thời gian tiếp xúc .
Nhìn chung, than hoạt tính có thể hấp phụ khí, chất lỏng hoặc chất hòa tan trên bề mặt của nó thông qua cơ chế hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học thông qua cấu trúc xốp và diện tích bề mặt riêng rất lớn. Quá trình này dựa vào lực tương tác giữa các chất và tính chất của bề mặt than hoạt tính. Nguyên lý hoạt động của than hoạt tính là cấu trúc và đặc tính độc đáo của nó khiến nó trở thành chất hấp phụ hiệu quả được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước, lọc không khí và các ứng dụng môi trường khác.
