1
Giới thiệu lịch sử phát triển của
than hoạt tính
2
Phần I
Giới thiệu lịch sử phát triển của than hoạt tính
I-/ Giới thiệu chung.
Than hoạt tính được loài người sử dụng và sản xuất. Vào thế kỷ thứ 3
người Trung Hoa dã sản xuất ra mực tàu chất lượng cao. Trong thành phần của
mực này có muội than được sản xuất bằng cách đốt cháy dầu mỡ dưới bát sành
úp ngược. Trải qua nhiều thế kỷ với nhu cầu sử dụng cao. Vào năm 1870 than
hoạt tính đã có mặt trên thị trường thương mại, với nhu cầu về s
ử dụng nó có tên
gọi chung là “bồ hóng” nguyên liệu đầu để sản xuất là dầu mỡ nhựa tinh chế

Than hoạt tính được sản xuất và bán trên thị trường quốc tế rất đa dạng.
Mỗi loại than đều có công dụng riêng biệt đáp ứng nhu cầu của công nghiệp nói
chung, công nghiệp gia công cao su nói riêng. Tuy nhiên xét về mặt hoá học và
đặc trưng kỹ thuật thì chúng có những đặc điểm chung quyết định đến khả năng
tăng cường lự
c cho cao su. Những luận điểm chung đó là [166-1].
*Cấu tạo hoá học.
*Mức độ phân tán.
*Cấu trúc của than.
*Khối lượng riêng của than.
Và các đặc trưng khác.
I-/ Những đặc trưng về tính chất vật lý.
1- Kích thước hạt và bề mặt riêng của than hoạt tính[167-1].
Trong quá trình sản xuất do có sự va chạm, khuấy trộn. Các hạt than sơ
khai thường có cấu trúc khối cầu hoặc gần với khối cầu. Các khối cầu nằm bên
nhau trong hỗn hợp phản ứng lại liên kết với nhau làm tăng kích thước của hạt
để giảm năng lượng tự do bề mặt và tạo thành các chuỗi. Những chuỗi thay đổ
i
này không những trong quá trình sản xuất than mà cả trong quá trình gia công
giữa than hoạt tính và cao su. Có các phương pháp sản xuất than hạot tính khác
nhau nên có các laọi than hoạt tính có tính chất khác nhau, hình dạng kích thước
hạt khác nhau. Nên trước khi đưa vào sử dụng cần xác định được các thông
số(kích thước hạt, diện tích riêng bề mặt hạt than.). Vì những thông số này là
một trong những nhân tố ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của cao su tăng
cường lực bằng than ho
ạt tính.
Người ta đã dùng hai phương pháp để xác định kích thước hạt than, diện
tích riêng bề mặt, đó là :
*Phương pháp kính hiển vi điện tử.
*Phương pháp hấp phụ lên bề mặt.

2 - Diện tích bề mặt riêng của hạt than hoạt tính:
*Phương pháp tính toán hình học, phương pháp tính tón theo lượng chất
lỏng phân tử thấp hoàn toàn trơ hoá học với than hoạt tính nhưng được hấp phụ
lên bề mặt của than hoạt tính. Theo phương pháp thứ nhấ
t các kích thước hình
học của than hoạt tính được xác định bằng kính hiển vi điện tử. Nừu chấp nhận
các hạt than hoạt tính có dạng khối cầu về bề mắt các hạt than phẳng nhẵn tuyệt
đối. Diện tích bề mặt hình học riêng S
h
được tính theo công thức S
h
= 6/ρ.D
A
;
[168-1]
Trong đó : ρ là khối lượng riêng của than hoạt tính.
D
A
đường kính bề mặt trung bình hạt than.

Σn.d
3
D
A
=
Σn.d
2

bậc nhất của nó. Mức độ phát triển cấu trúc chuối phụ thuộc vào phương pháp
sản xuất phụ thuộc vào nguyên liệu đầu đưa vào sản xuất than. Cấu trúc bậc nhất
phất triển mạnh nhất trong than sản xuất bằng phươ
ng pháp lò. Liên kết hoá học
C - C đảm bảo cho cấu trúc có độ bền cao. Số lượng các hạt than sơ khai có cấu
trúc dao động từ vài hạt đỗi với than có cấu trúc thấp đến 600 hạt đối với than có
cấu trúc cao. Trong thời gian bảo quản than hoạt tính các cấu trúc bậc nhất của
than tiếp xúc với nhau, liên kết lại với nhau tạo thành liên kết bậc hai của than
hoạt tính. Mức độ bền vững của cấ
u trúc bậc hai phụ thuộc vào độ bền liên kết
giữa các cấu trúc bậc nhất và dao động trong khoảng độ bền của liên kết
Vandecvan đến độ bền liên kết hydro có trong than. Cấu trúc bậc hai càng bền
vững khi các hạt than có kích thước càng nhỏ, mức độ nhám của bề mặt càng
lớn và hàm lượng các nhóm chứa oxy trên bề mặt than càng cao. Cấu trúc bậc
hai của than hạot tính bị phá huỷ hết khi hỗn luyện với cao su các cấ
u trúc này 6
tuy nhiên có thể tái hình thành khi bảo quản thành phẩm, lưu hoá và ngay cả khi
sản phẩm đã lưu hoá. Cấu trúc của than hoạt tính có thể xác định trực tiếp bằng
kính hiển vi điện tử và cố thể đánh giá gián tiếp qua lượng dầu được than hoạt
tính hấp phụ (trị số dầu của than). Trị số dầu của than hoạt tính là lượng dầu hay
lượng chất lỏng không bốc hơi ml, tr
ơ hoá học với than hoạt tính nhưng được
hấp phụ lên bề mặt của than bịn ướt tạo tthành bột nhão. Theo lý thuyết lượng
dầu hấp phụ này chính là khoảng không gian giữa các hạt than khi hạt than này
nằm sát với hạt kia. Nếu cấu trúc của than càng lớn mức độ kết bó chặt chẽ của
than giảm lượng dầu cần thiết để trộn miết với than càng nhiều hơn. Như
vậy trị

thường được sử dụng khá phổ biến. Trong công nghệ gia công
cao su người ta thường sử dụng loại than hoạt tính có khối lượng riêng là
1800kg/m
3
[252-2].
II-/ Đặc trưng về mặt hoá học của than hoạt tính [161-1].
Phân tích cấu tạo và cấu trúc của than hoạt tính bằng tia Rơnghen cho
thấy các hạt than hoạt tính có cấu trúc mạng phẳng cóa cấu tạo từ các vòng 7
Cacbon(vị trí sắp xếp các nguyên tử cácbon trong vòng giống vị trí sắp xếp các
nguyên tử cácbon trong Benzen). Các nguyên tử Cácbon liên kết với nhau bằng
liên kết hoá học được biểu diễn hình dưới đây.
Khoảng 3-7 mạng các bon phẳng như vậy sắp xếp thành từng lớp mạng
này lên mạng khác nhưng không trồng khít và chính xác như nhau mà các
nguyên tử cácbon ở các mạng khác nhau nằm lệch nhau tạo thành các tinh thể sơ
khai của than hoạt tính, lực liên kết giữa các nguyên t
ử cácbon trong một mạng.
Khoảng cách giữa các nguyên tử cácbon trong cùng một mạng là 1,42 A
0

khoảng cách giữa các nguyên tử cácbon tương ứng ở hai mạng kề nhau là 3,6-
3,7A

a từng loại than. Các chuỗi hạt như vậy được gọi là
cấu trúc hạt bậc nhất của than hoạt tính. Trong tinh thể khối của hạt than hoạt
tính các nguyên tử cácbon nằm ở mặt ngoài (nguyên tử cácbon cạnh hoặc mép)
có mức độ hoạt động hoá học lớn và vì, vậy nó là trung tâm của các quá trình
ôxy hoá tạo cho bề mặt thn hàng loạt các nhóm hoạt đọng hoá học khác như
nhóm hydroxyl, cácbôxyl, cácbônyl, xêtôn được biểu diễn như sau. Ngoài Cácbon trong thành phần hoá học của than hoạt tính còn có hydro,
lưu huỳnh, ôxy và các khoáng chất khác. Các nguyên tử này được đưa vào than
hoạt tính cùng với nguyên liệu đầu và trong quá trình ôxy hoá. Sự có mặt của
các hợp chất chứa ôxy trên bề mặt than hoạt tính được chính minh bằng phản
ứng axít huyền phù trong nước của than hoạt tính. Sự có mặt của các khoáng
chất trong than hoạt tính cho phản ứng kiềm yếu.
Bảng 1 thành phần nguyên tố một số loại than hoạt tính [252-2]. 9
Loại
Hàm lượng %
Cacbon Oxy Hyđro Chất dễ bay hơi
Tăng cường máng 95,2 3,6 0,6 5
Bán tăng cường lò 99,2 0,4 0,3 1,2
Tăng cường lò lỏng 98,2 0,8 0,3 1,4

dễ bay hơi%
pH
Than máng
+Tăng tính công nghệ EPC
Khí thiên
nhiên
300-290 100 5 5
+Cán tráng khá tốt MPC
Khí thiên
nhiên
250-280 110-120 5 5
Than lò khí
+Phân tán nhỏ FF
Dầu hoặc khí
thiên nhiên
400-500 40-50 1,0 8-9
+Môđun cao HMF
Dầu hoặc khí
thiên nhiên
600 30-10 1,0 8-9
+Bán tăng cường SRF
Dầu hoặc khí
thiên nhiên
600-800 25-30 1,0 8-9
Than lò lỏng
+Chống mài mòn siêu cao SAF Dầu 180-220 90-125 1,0 8-9
+Tăng khả năng chống mài
ISAF Dầu 230-250 115 1,0 8-9
ới sự nghiên cứu và tìm tòi để dưa vào sử dụng sản xuất mang tính chất
công nghiệp hơn nó được xuất hiện đầu tiên ở Mỹ. Nước Mỹ cũng là nước phát
triển sản xuất than hoạt tính hàng đầu thế giới chiếm hơn 1/2tổng sản lượng than
hoạt tính của thê sgiới. Công nghệ nghhiên cứu và đi vào sản xuất ở Mỹ, sử
dụng 3 phương pháp chính đó là :
1- Ph
ương pháp sản xuất than máng.
2- Phương pháp sản xuất than lò :
+ Lò khí.
+Lò lỏng.
3- Phương pháp sản xuất nhiệt phân.
Nguyên liệu đầu để đưa vào sản xuất có hai loại chính đó là : khí thiên
nhiên và dầu mỏ. Để thấy được các phương pháp sản xuất than hoạt tính ta đi
sâu vào nghiên cứu từng phương pháp một.
1- Phương pháp sản xuất than máng [256-2].
Phương pháp sản xuất than máng sử dụng nguyên liệu đầu là khí thiên
nhiên, hay khí thiên nhiên được làm giầu thêm dầu, nhi
ệt độ là 1100
0
C.
Cấu tạo nhà kính : được cấu tạo bởi các vật liệu hợp kim có kích thước :
Chiều dài 30-38 m
Chều rộng 2,5-3,6 m
Chiều cao là 2,5 m
Trong mỗi nhà kính có khoảng 2000 - 4000 ngọn lửa thoát ra từ những
máng dược chuyển động qua lại chậm chạp, hay những trục quay. Đầu phun có
thể cung cấp tới 0,5 - 0,8 m
3
/h, được cung cấp bởi 3-5 ống dẫn (Burner pipe).
Than lắng được tách ra bằng những cái nạo và dược thu lại, vận chuyển bằng

trường đạtkhoảng 85-95% so với tổng sản l
ương than hoạt tính mà Mỹ cung cấp
ra thị trường thế giới. Phương pháp lò người ta phân ra làm hai phương pháp sản
xuất đó là :
a-Phương pháp sản xuất lò khí.
b-Phương pháp sản xuất lò lỏng.
Phương pháp sản xuất lò nói chung là sự đốt cháy không hoàn toàn khí
thiên nhiên hay dầu nặng trong lò chịu nhiệt
a -Phương pháp sản xuất lò khí [258-2]. 13
Nguyên liệu đầu là khí thiên nhiên nhiệt độ là 1200
0
C thiết bị gồm : đầu
đốt, lò, thiết bị làm lạnh, hệ thống thu hồi than. Cấu tạo lò có thể là hình chữ
nhật hay hình trụ được đặt nằm ngang.
- Nếu là hình chữ nhật có kích thước là 1m x 2,5m x 3,6m.
- Nếu là hình trụ có đường kính là 1,4m, chiều dài là 8m dùng 6 đầu đốt
(Burner) trong một lò. Trong một dây chuyền sản xuất thường có 3-5 lò. Phương
pháp sản xuất phụ thuộc vào tỷ lệ giữa không khí và khí thiên nhiên được đốt
cháy phạm vi là 4-6, ph
ụ thuộc vào yêu cầu của từng loại than, tăng lượng
không khí thì tăng nhiệt độ lò, giảm hiệu suất và kích thước hạt hay ngược lại.
Hiệu suất đối với phương pháp sản xuất này đạt 30-40% đường kính trung bình
của hạt là 50-87nm, có ba loại than được sản xuất bằng phương pháp đó là loại
SRF, HMF, FF ba loại này có tính chất khác nhau và công dụng khác nhau. Dây
chuyền sản xuất lò khí được biểu diễn ở hình 3.
b-Phương pháp sản xuất lò lỏng.
Nguyên liệu đầu là những Hydro Cácbon lỏng (dầu nặng, nhựa than đá ).

%
Sản phẩm
Than máng 1915
Khí thiên
nhiên
Nhiều ngọn lửa va chạm
đến bế mặt làm lạnh
1100 0,5-5%
Kích thước hạt nhỏ 9-
30nm,cấu trúc nhỏ, ôxy hoá
cao, sử lý chậm trong gia công
cao su.
Nhiệt phân 1922
Khí thiên Nhiệt phân ly, đươc cấp
1300 40-50%
Kích thườc hạt lớn 120-500nm 14
nhiên nhiệt cấu trúc nhỏ.

Khí lò 1922
Khí thiên
nhiên
Cháy một phân trong lò
chịu nhiệt
1200 30-40%
Kích thước hạt trung bình 50-
87nm, cấu trúc nhỏ.
Lò lỏng 1943

Σ
946000 159000 72000 112000 1289000
Bảng 5 - Than hoạt tính sản xuất ở Mỹ.
Năm
Than
Lò Máng Nhiệt phân
Tổng
Sản lượng
%Σ
Sản lượng
%Σ
Sản lượng
%Σ
1952 955905 60 56359 35 84600 5 1604102
1954 927811 66 378741 27 102995 7 1409547
1956 1331045 72 363672 20 145251 8 1839968
1958 1192165 73 324743 20 127697 7 164460515
1960 1610459 79 292355 14 149433 7 2052247
1961 1567378 80 251762 13 145495 7 1964635
1962 1677088 81 207438 11 171938 8 205646416
Bảng 6 - Sản lượng than hoạt tính được sản xuất ở một só nước tư bản phát triển.

Nước sản xuất
Than hoạt tính

S là tố
c độ sử lý chậm.
Đối với chữ số thì số đầu tiên đặc trưng cho diện tích bề mặt của than hoạt
tính được đo bằng quá trình hấp phụ I
2
. Ví dụ 1=SAF, 2 = ISAF, 3 = HAF. Hai
chữ số còn lại lựa chọn tuỳ tiện nhưng áp dụng theo một quy tắc. Trong trường
hợp đối với than hoạt tính cùng với một mức độ tiêu chuẩn vầ cấu trúc chữ số
thứ hai luôn lặp lại chữ số thứ nhất và chữ số cuối cùng là số 0. Ví dụ SAF =
N110 và ISAF = N220.
II-/ ứng dụng
Trong khoảng 90-95 % tổng sản lượng than hoạt tính được sản xuất ra để
dùng làm chất độn cho công nghiệp sản xuất cao su, gần 80% than hoạt tính
được dùng cho sản xuất săm lốp xe, và 10-15% dùng để sản xuất các loại vật
liệu cao su cơ học còn lại 5% dùng làm chất độn cho các ngành công nghiệp
khác, ví dụ: ngành công nghiệp giấy, ngành sản xuất chất dẻo. v.v 18
kết luận
Qua quá trình nghiên cứu về than hoạt tính thấy được than hoạt tính kỹ
thuậtlà một loại chất độn vô cùng quan trọng trong công nghiệp sản xuất cao su
(săm lốp, đế giấy ) sự có mặt của than hoạt tính trong hợp phần cao su với hàm
lượng cần thiết làm tăng các tính chất cơ lý:giới hạn bền kéo đứt, xé rách, khả
năng chống mài mòn nói chung các tính năng kỹ thuật của vật liệ
u cao su đều
tăng, nhưng điều đó nói lên ta phải lựa chọn loại than thích hợp, ngược lại không
những tăng mà còn bị giảm tính chất cơ lý gây ảnh hưởng xấu hơn khi sử dụng
vật liệu cao su. Mà trên thị trường thì có rất nhiều loại than hoạt tính khi áp dụng
làm chất độn để sản xuất săm lốp xe máy, xe đạp thì cần phải nghiên cứu và

3
I-/ Những đặc trưng về tính chất vật lý. 3
1- Kích thước hạt và bề mặt riêng của than hoạt tính[167-1]. 3
2 - Diện tích bề mặt riêng của hạt than hoạt tính 4
3 - Cấu trúc vật lý của than hoạt tính [169-1]. 5
4 - Khối lượng riêng của than hoạt tính. [170-1]. 6
II-/ Đặc trưng về mặt hoá học của than hoạt tính [161-1]. 6
Phần 3 - Công nghệ sản xuất than hoạt tính ở Mỹ. 11
I-/ Giới thiệu: 11
1- Phương pháp sản xuất than máng [256-2] 11
2- Phương pháp nhiệt phân [204-3]. 12
3- Phương pháp sản xuất than lò. 12
II-/ Sản lượng [162-1]. 14
Phần 4 - Phân loại và ứng dụng than hoạt tính
. 17
I-/ Phân loại : 17
II-/ ứng dụng 17
kết luận
18
tài liệu tham khảo 19 21
Loại than và công dụng
Tên thương mại các loại than hoạt tính được sản xuất ở các hãng ở Mỹ
Huber Columbian Contenital Carbot Richardson Thermatomic Philips United
Than lò cho mọi công
dụng
APF Velvetecs Sterling 105
Than lò từ nguyên liệu

-Phân tàn nhỏ FF FurnexH
-Modun cao HMF Surper HMF ContinecHMF
-Bán tăng cường SRF Esex SRF Continec
SRF-SRF-
LM;NM

Than nhiệt phân
-Cực min FT R-33
-Mức độ phân tán trung
bình
MT TerMAX-S
22