Quy trình phát triển của than hoạt tính ứng dụng trong đời sống:  than hoạt tính có thể được sản xuất bằng cách dùng hóa chất vô cơ, như kẽm clorua hoặc axit photphoric để xúc tiến quá trình nhiệt phân của cacbonhyđrat, nhờ đó quá trình cacbon hóa có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn. Muối vô cơ được rửa sạch khỏi sản phẩm và sẽ tạo ra loại than hoạt tính có cấu trúc vi xốp thích hợp để hấp phụ các phân tử lớn.

Quy trình phát triển của than hoạt tính ứng dụng trong đời sống

Từ đầu thế kỷ 20 than hoat tinh đã được sản xuất thành hàng hóa và bắt đầu được dùng để lọc không khí. Những cuộc tấn công bằng khí độc trong đại chiến lần thứ nhất đã là động cơ thật sự thúc đẩy con người sử dụng than hoạt tính để lọc sạch không khí. Bộ lọc bằng than hoạt tính trong khí tài phòng độc đã ngăn chặn được tác hại của khí độc. Lúc đầu, các bộ lọc này chứa than cứng dạng hạt (từ sọ dừa) có nhiều lỗ xốp. Các bộ lọc đã tỏ ra hết sức hiệu quả, mặc dù lúc đó kiến thức của con người về quá trình hấp phụ và các yếu tố tác động tới hiệu quả lọc của than hoạt tính còn bị hạn chế.

Kể từ Thế chiến thứ I trở đi, than hoạt tính được dùng rộng rãi trong nhiều bộ lọc không khí, từ loại nhỏ lọc vài chục lít/phút đến loại lớn, lọc được vài trăm m3/giờ. Các bộ lọc nhỏ hơn được dùng trong mặt nạ bảo hộ phòng khí độc và hơi độc, trong khi những loại cực lớn lại được dùng để lọc không khí cho các nhà máy, cơ quan, cơ sở quân sự hoặc khử các chất khí bẩn và hơi độc sinh ra trong quá trình sản xuất công nghiệp. Than hoạt tính có thể được sản xuất từ gỗ, than bùn, than đá, vỏ lạc, than non và polyme v.v… Hầu hết vật hữu cơ chuyển thành than hoạt tính nhờ quá trình nung nóng trong luồng hơi nước hoặc CO2 ở nhiệt độ cao. Cấu trúc lỗ xốp bên trong được phát triển nhờ giai đoạn oxy hóa có khống chế, nhờ đó có thể tạo ra loại cacbon có tính chất riêng.

Bên cạnh đó, than hoạt tính nghệ an có thể được sản xuất bằng cách dùng hóa chất vô cơ, như kẽm clorua hoặc axit photphoric để xúc tiến quá trình nhiệt phân của cacbonhyđrat, nhờ đó quá trình cacbon hóa có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn. Muối vô cơ được rửa sạch khỏi sản phẩm và sẽ tạo ra loại than hoạt tính có cấu trúc vi xốp thích hợp để hấp phụ các phân tử lớn.

Nói chung, bề mặt của than hoạt tính không phân cực, làm cho vật liệu này ưa nước và ưa chất hữu cơ mặc dù sự oxy hóa trên bề mặt có thể làm nó có tính phân cực đôi chút. Sự kết hợp giữa diện tích bề mặt lớn với tính không phân cực làm than có hoạt tính hấp phụ mạnh. Để lọc không khí, than hoạt tính được sử dụng dưới dạng hạt chứ không phải dạng bột nhằm giảm tới mức tối thiểu sự tụt áp ở bộ lọc. Vì động học quá trình hấp phụ phụ thuộc vào kích cỡ hạt nên cần thiết phải điều chỉnh để có sự cân bằng giữa tỷ lệ hấp phụ tối đa và sự tụt áp tối thiểu, cỡ hạt than hay dùng là 1 – 2mm.

Khi sử dụng than hoạt tính, điều quan trọng trước hết là phải phân biệt tính chất của chất khí và hơi. Trên thực tế hơi của các hợp chất hữu cơ có độ sôi dưới 65oC chỉ được bộ lọc than hoạt tính hấp phụ yếu, trong khi đó lại dễ bị không khí sạch giải hấp. Cơ chế lọc của than hoạt tính đối với hơi của các hợp chất hữu cơ có độ sôi thấp cũng giống như đối với các chất khí.

Thông thường hơi than được than hoạt tính hấp phụ theo cơ chế hấp phụ vật lý. Tuy nhiên hấp phụ hóa học và hiện tượng ngưng tụ mao dẫn cũng đóng góp một phần trong đó. Than hoạt tính hấp phụ (theo cơ chế vật lý ) các chất khí khá kém nên người ta phải hỗ trợ phương pháp hóa học bằng cách tẩm hóa chất vào than hoạt tính để giữ hoặc phân hủy khí độc.

Các muối kim loại của đồng, bạc, crôm, kẽm và các hợp chất hữu cơ (như các amin) đã được sử dụng để hấp phụ các khí độc dùng trong chiến tranh. Tuy nhiên, việc dùng hóa chất tẩm vào than hoạt tính lại làm giảm khả năng hấp phụ vật lý đối với hơi độc. Yêu cầu đối với hệ thống lọc khí dùng vào mục đích quân sự là phải đảm bảo lọc được nhiều loại khí và hơi độc; có nghĩa là các hóa chất khác nhau dùng để tẩm vào than hoạt tính phải có liều lượng nhất định và không cản trở lẫn nhau. Nếu các khí độc là sản phẩm phân hủy thì bộ lọc cũng phải có khả năng hấp thụ cả chúng.

Mặc dù bề mặt than hoat tinh hầu như không phân cực nhưng khả năng hấp phụ của bộ lọc không khí lại dễ bị hơi nước tác động do hơi nước cũng bị hấp phụ. Hơi nước làm giảm khả năng hấp phụ chất độc của bộ lọc. Do đó, chỉ khi sử dụng người ta mới mở nắp đậy của bộ lọc.

Bộ lọc không khí sử dụng trong lĩnh vực quân sự (như mặt nạ phòng độc) không giống như những loại ứng dụng trong ngành dân sự. Nó gồm cả phần than hoạt tính có cấu trúc hạt lẫn phần lọc khí/hơi độc bằng giấy xenluloza xốp.

Các kiểu thiết kế đều phải tính toán làm sao để luồng khí đi vào được phân phối đồng đều và tiếp xúc với các chất hấp phụ một cách tốt nhất. Hầu hết các bộ lọc sử dụng than hoat tinh đều để luồng khí chạy dọc trục, còn một số loại khác lại khác lại có thiết kế để luồng khí chạy xuyên tâm. Thời gian lưu của dòng khí ở phần đệm lọc dùng cho mục đích quân sự vào khoảng 0,4 – 0,6 giây, kịp để cho các khí độc được hấp phụ nhằm bảo vệ người mang khí tài phòng độc. Cách xếp phần đệm lọc cũng rất quan trọng mà thông thường là kiểu gấp nếp. Trong tương lai, nhờ sử dụng than hoạt tính có cải tiến mà người ta sẽ đạt được hiệu quả lọc không khí khả quan hơn.