PHẨN I
GIỚI THIỆU LỊCH SỬ PHÁT TRIEN 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
trườna thương mại, với nhu cầu về sử dụng nó có tên gọi chung là “bồ hóng” nguyên liệu đầu để sản xuất là dầu
mỡ nhựa tinh chế [245-2]. Năm 1872 với sự ngiên cứu của các tác giả Haworth và Lamb, hai ông đã đưa ra loại
than hoạt tính sử dụng nguyên liệu đầu là khí tự nhiên được sản xuất nhiều ở New Cumberlan, West
Virginia(Mỹ). Năm 1892 ở Mỹ đã sảnm xuất ra loại than hoạt tính gọi là than máng. Do sáng chế của tác giả John
MacNatte. Năm 1916 Braun và Ưlinger đã đưa ra phương pháp nhiệt phân để sản xuất than hoạt tính. Năm 1943 ở
bang Texas than hoạt tĩnh được sản xuất bằng phương pháp lò (lò khí, lò lỏng) với tổ chức quy 1Ĩ1Ô công nghiệp
lớn hơn hiện đại hon. Cho đế naycác phương pháp sản xuất trên được áp dụng rộng rãi và sản xuất ra nhiều loại
than khác nhau đáp ứng nhu cầu sử dụng cho các nghành công nghiệp nói chung và ngành công nghiệp cao su nói
riêng. Than hoạt tĩnh được sản xuất với tổng sản lượng lớn nhất và quy 1Ĩ1Ô công nghiệp lớn nhất ở nước Mỹ.
Sau đó đến các nước phương tây. Các phương pháp sản xuất chủ yếu ở Mỹ dùng ba phương pháp chính :
l_Phương pháp sản xuất than máng.
2_Phương pháp sản xuất nhiệt phân.
3_Phương pháp sản xuất lò.
Từ những phương pháp trên mà đưa ra rất nhiều loại than khác nhau với các tính chất khác nhau, ứng dụng
vào nhiều lĩnh vực khác nhau.
Từ đó rút ra khái niệm chung của than hoạt tính :là sản phẩm cháy không hoàn toàn của các hợp chất
cácbua hydro.
PHẨN II
TỔNG QUAN VỂ TÍNH CHÂT HOÁ HỌC, VẬT LÝ CỦA THAN HOẠT TÍNH
Than hoạt tính được sản xuất và bán trên thị trườne 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 lực
cho cao su. Những luận điểm chung đó là [166-1].
*Cấu tạo hoá học.
*Mức độ phân tán.

Trong đó n là số hạt.
d là đường kính hạt.
Kích thước hạt cũng xác định bằng phương pháp gián tiếp nhờ phương pháp hấp phụ theo BET.
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 nhưne được hấp phụ lên bề mặt của than hoạt tính. Theo phương pháp thứ nhất các kích
thước hình học của than hoạt tĩnh 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 tĩnh theo
công thức S
h
= 6/p.D
A
; [168-1]
Trong đó : p là khối lượng riêng của than hoạt tính.
D
A
đường kính bề mặt trung bình hạt than.
En.d
3
D
a
=~—
En.d
2
Trong đó n là số hạt, d là đường kính hạt.
Diện tích bề mặt riêng được xác định theo phương pháp này gọi là diện tích bề mặt hình học riêng (S
h
).

mặt than càng cao. Cấu trúc bậc hai của than hạot tính bị phá huỷ
hết khi hỗn luyện với cao su các cấu trúc này 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, trơ 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
3
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 càns nhiều hơn. Như vậy trị số dầu là đại lượng tổng hợp để đánh giá giá trị diện
tích bề mặt riêng và mức độ cấu trúc của than hoạt tính.
4 - Khôi lượng riêng của than hoạt tính. [170-1].
Khối lượng riêng than hoạt tính là đại lượng phụ thuộc vào phương pháp xác định nó. Chẳng
hạn nếu dùng như rượu, axêtôn để xác định khối lượng riêng cho than hoạt tĩnh thì rượu và axêtôn
lại là các phân tử quá lớn không luồn lỏi vào các khe, kẽ giữa của các hạt than, trên bề mặt của hạt
than. Như vậy thể tích do các hạt than chiếm sẽ lớn và khối lượng riêng sẽ nhỏ hơn khối lượng riêng
thực của than. Khối lượng riêng của than hoạt tính xác định bằng phương pháp này dao động trong
khoảng từ 1800-1900 kg/m
3
. Khi xác định khối lượng riêng của than hoạt tính trong Heli lỏng nhận
được giá trị từ 1900-2000kkg/m
3
. Khối lượng riêng của than hoạt tính được tính toán theo hằng số
mạng tinh thể nhận giá trị từ 2180-2160kg/m
3
.

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 tĩnh. Sự có mặt của các khoáng chất
trong than hoạt tính cho phản ứng kiềm yếu.
5
BẢNG 1 THÀNH PHẦN NGUYÊN Tố MỘT số LOẠI THAN HOẠT TÍNH [252-2].
Nhìn chune tuỳ vào từng loại than với các phương pháp sản xuất khác nhau nên thành phần
của chúng cũng khác nhau nhưng nó than hoạt tính nằm trong giới hạn cho phép :
Cácbon 80-99,5%
HydroO, 3-1,3%
Oxy 0,5-15%
Nitơ 0,1-0,7%
Lưuhuỳnh 0,1-0,7%[142-4].
Sự có mặt các nhóm phân cực trên bề mặt than hoạt tính là yếu tố quan trọne quyết
định khả năng tác dụng hóa học, lý học của than hoạt tính với các nhóm phân cực, liên kết
đôi có trong mạch đại pjhân tử. Dựa vào thành phần các nguyên tố hoá học của than hoạt
tính có thể chọn loại than thích hợp cho từng loại cao su để đạt được lực tác dụng giữa than
và mạch cao su lớn nhất
BẢNG 2 - TÓM TẮT TÍNH CHẤT CỦA MỘT số LOẠI THAN
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

2
/g
Hàm lượng
chất 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

trung bình
MT
Khí thiên
nhiên
4700 7 0,5 8
7
+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. Đế
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, nhiệt độ là 1100°c.
Cấu tạo nhà kính : được cấu tạo bởi các vật liệu họp 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 cuns cấp tới 0,5 - 0,8 m
3
/h, được
cung cấp bởi 3-5 ống dẫn (Bumer pipe). Than lắng được tách ra bằng những cái nạo và dược thu lại,
vận chuyển bằng những trục vít mang đi sử lý ttiếp theo như (làm sạch, nghiền ) để đạt được kích
thước hạt yêu cầu. Hiệu suất đối với phương pháp sản xuất này đạt rất thấp chỉ 5% hay nhỏ hơn,
đường kính trang bình hạt trong khoảng 9 nm -30nm phương pháp sản xuất này ngày nay hầu như
không sử dụns để sản xuất than hoạt tính vì nhiều lý do liên qua đến chất lượng, hiệu suất, môi
trường
Dây chuyền sản xuất được biểu diển ỏ hình 1.
2- Phưong pháp nhiệt phân [204-3].
Phương pháp nhiệt phân là quá trình phân ly khí thiên nhiên ở nhiệt độ

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 ỉỏns.
Nguyên liệu đầu là những Hydro Cácbon lỏns (dầu nặng, nhựa than đá ). Nhiệt độ
là 1200-1600°c. Cấu tạo gồm: đầu đốt, lò, thiết bị làm lạnh, hệ thống thu hồi than. Lò được
kết cấu bằng những kim loại chịu nhiệt chịu va đập đối với loại lò này có rất nhiều kiểu
chiều dài trong khoảng 1,4-4 m, đường kính 1,5-8m. Hiệu suất đạt được với phương pháp
sản xuất lò lỏng 45-80%, đường kính hạt 14-90nm. Phương pháp sản xuất này sản xuất ra
rất nhiều loại than khác nhau cả về tính chất và công dụng bao gồm các loại than : GPF,
FEF, HAF, HAF -HS, HAF-LS, ISAF, SAF, CF
Tổng sản lượns than hoạt tính được sản xuất ra từ phương pháp lò lỏng có thể chiếm
tới 70% tổng sản lượng than hoạt tính của Mỹ sản xuất ra thị trường thế giới. Phương pháp
này rất thông dụng cả về nguyên liệu đầu lẫn vận hành sản xuất nên không những ở Mỹ áp
dụng phương pháp sản xuất này mà còn ở các nước phương tây, các nước Châu Á (Nhật
bản).
BẢNG 3 - TÓM TẮT CỦA BA PHƯƠNG PHÁP SẢN XUÂT THAN HOẠT TÍNH.
9
II-/ SẢN LƯỢNG [162-1].
Năm 1900 tổng sản lượng than hoạt tĩnh ở Mỹ là 2700 tấn. Năm 1962 tổng sản lượng than
hoạt tính ở Mỹ là 900.000 tấn năm 1982 tổng sản lượng than hoạt tính ở Mỹ là hơn 2.000.000 tấn.
Ngày nay ở Mỹ sản xuất chủ yếu ba phươne pháp chính đẫ nói ở trên. Tính đến ngày 01-01-1965
sản lượng các loại than sản xuất ở Mỹ và một số nước phương tây khác có số liệu sau :
1
Quy trình
Năm
hoạt
động
Nguyên
liệu dầu
Phương pháp Nhi

40-
50%
Kích thườc hạt lón
120-500nm cấu trúc
nhỏ.
Khí lò 1922
Khí thiên
nhiên
Cháy một phân
tron5 lò chịu nhiệt
120
0
30-
40%
Kích thước hạt trung
bình 50- 87nm, cấu
trúc nhỏ.
Lò lỏng 1943
Dầu mỏ,
nhựa
than đá
Cháy một phần
trong lò chịu nhiệt
120
0-
160
0
45-
80%
Cấu trúc hạt lớn, kích

%£
Sản
lượng
%£
Sản
lượng
%E
1952 955905 60 56359 35 84600 5 1604102
1954 927811 66 378741 27 102995 7 1409547
1956
133104
5
72 363672 20 145251 8 1839968
1958
119216
5
73 324743 20 127697 7 1644605
1960
161045
9
79
292355 14 149433
7
2052247
1961
156737
8
80 251762 13 145495
7
1964635

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
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 lýigiới hạn bền
kéo đút, xé rách, khả năng chống mài mòn nói chung các tính năng kỹ thuật của vật liệu 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 lựa chọn loại than thích hợp nhất để có được tính chất cơ lý tối ưu nhất và giá
thành phù hợp nhất với thị trường Việt nam.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Pts Ngô Phú Trù
kỹ thuật chế biến và gia công cao su trường ĐHBK HN 95
2. Kirk-Othmer
Encyclopedia of chemical Technology Second edition - vol4
Copyright 1964 by John Wily Printed in the USA
3. Rubbet technology and manufacture second edited
edited by CM blow. (1982)
4. Ull mann’s encyclopedia of industrial Chemistry - vol A5 excutive Editor:Wolfgang
Gerhartz
D 6940 -Weiheim Federal Rupblic of Germany 1986
MỤC LỤC
1
1
Loại than và còng dụng Tên thương mại các loại than hoạt tính được sản xuất ở các hãng ở Mỹ
Huber

ContinecP
EF
Sterling
V
Fiblec A
United
50PEF
-Tăng khả năng
chống mài mòn
cho cao su lưu
hoá
HAF AsomecH
AF
StatecR Continec
HAF
V ucan 6 Texas
HAF
Fiblec 1 United
60HAF
Tăng khả năng
chống mài tnón
ISAF AsomecIS
AF
Statec 125 ContinecI
SAF
Vulcan3 Texas
ISAF
Fiblec 0 United
70ISAF
-Đô bền kết cấu

Errow
MPC
Sferon
CN
-Dẫn điên tốt StatecB Sferon 1
Than lò tù khí Statec93 Rig 99
-Phân tàn nhỏ FF FumexH
-Modun cao HMF
Surper
HMF
Continec
HMF
-Bán tăng cường SRF Esex SRF
Continec
SRF-
SRF-
LM;NM
Than nhiệt phân
-Cưc min FT R-33
-Mức độ phán tán
trung bình
MT TerMAX
-S