Màng lọc than hoạt tính và những ứng dụng nổi bật trong đời sống

Than hoạt tính có các đặc tính đặc biệt cho phép loại bỏ các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), mùi và các chất ô nhiễm dạng khí khác khỏi không khí. Nguyên lý làm sạch của màng carbon đó là hấp phụ các phân tử khí và khói, lưu giữ chúng trên bề mặt, trong các lỗ nhỏ và không thể đi ra ngoài. Vì mang lại hiệu quả cao, mức chi phí ngắn cũng như dễ tích hợp với các công nghệ khác nên than hoạt tính được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Bộ lọc khí than hoạt tính là gì?

Bộ lọc khí carbon là bộ lọc được sử dụng phổ biến nhất để loại bỏ khí. Chúng được thiết kế để lọc khí qua lớp than hoạt tính và thường được sử dụng để chống lại các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) thải ra từ các sản phẩm gia dụng thông thường. Chúng cũng thường được sử dụng để khử mùi hôi trong không khí, chẳng hạn như mùi khói thuốc lá. Tuy nhiên, màng lọc than hoạt tính khác so với màng lọc HEPA khi chúng không thể loại bỏ các hạt mịn như nấm mốc, bụi hoặc phấn hoa khỏi không khí.

Sự phát triển của màng lọc than hoạt tính

Đầu tiên, than hoạt tính còn được gọi với cái tên thân thuộc hơn đó là “than củi”. Các thuật ngữ được sử dụng để nói đến tàn tích của quá trình đốt cháy không hoàn toàn. Khi một mảng gỗ bị cháy, phần than đen còn lại chủ yếu là carbon. Dựa trên nguyên tắc đó, trong quy trình sản xuất than hoạt tính, củi thường được đốt trong buồng chân không, buồng này giải phóng tất cả các hợp chất và chỉ giữ lại carbon.

Than hoạt tính như thế nào?

Than hoạt tính là carbon đã trải qua một số quá trình xử lý bổ sung để tăng khả năng giữ các phân tử khí. Đầu tiên, than được bơm vào không khí nóng, carbon dioxide hoặc hơi nước, tạo ra một mạng lưới các lỗ nhỏ trong carbon, làm tăng đáng kể diện tích bề mặt. Điều này giúp việc lưu giữ các phân tử khí trở nên hiệu quả hơn, từ đó làm tăng hiệu quả sử dụng. Một nghiên cứu của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Ohio lưu ý rằng một gam than hoạt tính có thể có diện tích bề mặt bên trong hàng trăm mét vuông. Hầu hết than hoạt tính cũng được xử lý bằng một loại hóa chất giúp tăng cường khả năng lọc các chất ô nhiễm cụ thể.
Việc ứng dụng carbon vào trong quá trình xử lý các chất gây ô nhiễm đã được con người áp dụng từ lâu. Người Ai Cập là những người đầu tiên sử dụng than hoạt tính trong y tế, để loại bỏ mùi hôi liên quan đến nhiễm trùng. Trong thế kỷ 16 đến thế kỷ 18, các thuỷ thủ cũng sử dụng than hoạt tính để lọc nước, giúp việc lưu trữ nước ngọt ở trên thuyền được lâu hơn.
Trong Thế chiến thứ nhất, mặt nạ phòng độc có chứa than hoạt tính được sử dụng để lọc một số loại khí gây chết người nhưng chúng chỉ có khả năng chống lại một số chất nhất định. Việc sản xuất và sử dụng than hoạt tính phát triển mạnh hơn sau Thế chiến thứ hai, cuối cùng dẫn đến sự phát triển của các bộ lọc nước và không khí bằng than hoạt tính hiện đại.

Làm thế nào để bộ lọc khí carbon bẫy các chất ô nhiễm dạng khí?

Carbon là một mạng tinh thể của các nguyên tử carbon kết nối với nhau. Quá trình hoạt hóa rất quan trọng bởi vì sự gia tăng diện tích bề mặt mang lại một diện tích lớn hơn để các chất khí bám vào. Khi một phân tử của một số chất ở thể khí đi qua cacbon, nó có thể dính vào bề măt, trong từng cấu trúc của lớp màng. Đó gọi là quá trình hấp phụ.
Sau một thời gian sử dụng, các chất bị hấp phụ lấp đầy trên bề mặt màng và dẫn đến tình trạng bão hoà. Một khi lớp phủ được bão hòa, việc thay thế bộ lọc là điều cần thiết. Trên thực tế, các hóa chất có ái lực lớn hơn đối với vị trí hấp phụ có thể thay thế các hóa chất có ái lực nhỏ hơn và ái lực của một hóa chất nhất định đối với chất hấp phụ phụ thuộc nhiều vào các điều kiện xung quanh như nhiệt độ và độ ẩm tương đối. Vì vậy, khi điều kiện thay đổi, các hóa chất khác nhau có thể được giải phóng khỏi bộ lọc. Khi bộ lọc khí carbon bị bão hòa, chúng sinh ra một loại mùi đặc trưng.

Cách sử dụng hiệu quả bộ lọc khí carbon

Bộ lọc khí carbon là một phần quan trọng trong hệ thống lọc không khí gia đình, trong các xưởng sản xuất, nhà máy. Tuy nhiên, để đảm bảo sử dụng hiệu quả, chúng cần được sử dụng đúng cách.
- Lựa chọn sản phẩm đạt chất lượng: Trên thị trường xuất hiện nhiều loại bộ lọc than hoạt tính tuy nhiên, không phải bộ lọc nào cũng đạt tiêu chuẩn. Không hiếm để tìm thấy những chiếc màng lọc carbon nhưng chỉ chứa lượng nhỏ carbon và điều này không đảm bảo hiệu quả khử mùi, loại bỏ không khí. Theo khuyến cáo của các chuyên gia, một bộ lọc than hoạt tính đảm bảo tiêu chuẩn cần có ít nhất 5 pound carbon. Lượng than hoạt tính được sử dụng càng nhiều thì hiệu quả làm việc càng cao.
- Luồng không khí: Để loại bỏ nhiều chất ô nhiễm nhất khỏi không khí, bộ lọc than hoạt tính cần đảm bảo lượng carbon cũng như thời gian lưu trữ của không khí khi đi qua từng lớp màng. Đây được gọi là “thời gian dừng”. Trong khoảng thời gian đủ dài, tỉ lệ chất gây ô nhiễm bị hấp phụ là nhiều hơn.
- Thay màng lọc thường xuyên: Như đã đề cập ở trên, khi màng lọc carbon bị bão hoà, chúng không thể đảm bảo việc xử lý, làm sạch khí thải do đó, việc thay thế màng là điều bắt buộc. Không có một con số chính xác cho thời gian để thay thế màng bởi chúng phụ thuộc vào mức độ sử dụng và lượng chất gây ô nhiễm mà chúng tiếp xúc.
- Cần lưu ý rằng, theo EPA , các bộ lọc pha khí như than hoạt tính, không thể loại bỏ carbon monoxide một cách dễ dàng, do đó, cần có sự kết hợp với các công nghệ khác để đảm bảo hiệu quả sử dụng. Việc lắp máy dò carbon monoxide để ngăn ngừa phơi nhiễm là đề xuất hàng đầu.

Những ưu điểm nổi bật của bộ lọc than hoạt tính

Bộ lọc không khí bằng than hoạt tính sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật như:
• Xử lý tốt hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC). Bộ lọc khí carbon có thể lọc VOCs từ không khí một cách hiệu quả. Đây là những chất ở dạng khí mà hầu hết các bộ lọc cơ học khác như bộ lọc HEPA không thể loại bỏ. Benzen, toluen, xylen và một số hợp chất clo nằm trong số những hợp chất có thể được loại bỏ bằng bộ lọc cacbon.
• Các chất tạo mùi: Ngoài VOC, carbon cũng thực hiện tốt việc loại bỏ mùi như: Mùi khói thuốc lá, mùi hôi,…
Hạn chế của việc sử dụng than hoạt tính
• Thay thế bộ lọc thường xuyên: Việc thay thế các bộ lọc carbon bão hòa có thể trở nên bất tiện và tốn kém. Cũng có thể khó xác định khi nào bộ lọc carbon cần thay thế vì không có dấu hiệu rõ ràng khi bộ lọc đã bão hòa hoàn toàn.
• Không thể loại bỏ ô nhiễm hạt: Bộ lọc khí carbon loại bỏ nhiều hợp chất hữu cơ khỏi không khí, nhưng chúng không thể giải quyết các chất ô nhiễm dạng hạt. Những hạt này có thể bao gồm các chất gây dị ứng như bụi và phấn hoa. Do đó, trong đa số các thiết bị ứng dụng màng lọc than hoạt tính, chúng đều được sử dụng kèm với các bộ lọc khác như: màng lọc HEPA, màng TiO2, …