Các nhà nghiên cứu tại Đại học Córdoba, Tây Ban Nha đã phát triển một phương pháp đơn giản, bền vững để chuyển đổi bùn thải từ quá trình xử lý nước thải thành than hoạt tính giá trị cao, được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp và dân dụng.

Trong những năm gần đây, nhiệt phân, quá trình phân hủy nhiệt của vật liệu ở nhiệt độ cao trong môi trường trơ, đã được quan tâm sử dụng làm phương pháp chuyển đổi bùn thải thành than hoạt tính có giá trị. Do vẫn thiếu kiến thức về tính khả thi của quy trình này nên các nhà khoa học Tây Ban Nha đã bắt đầu nghiên cứu từ đó.   

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng bùn thải thô được xử lý bằng quy trình sinh học, trong đó nước thải được lọc bằng vi sinh vật, sau đó, làm khô bùn trong lò sấy để loại bỏ độ ẩm cao. Tiếp đến, bùn khô được nghiền thành bột trong máy nghiền và trộn với chất kích hoạt.

Tác nhân kích hoạt, có tác dụng kích hoạt hoặc tăng tốc phản ứng nhiệt hóa, rất quan trọng để thu được than hoạt tính từ bùn thải. Các nhà nghiên cứu đã lựa chọn kali hydroxit (KOH) do nó không gây ô nhiễm và có giá thành rẻ, ngoài ra còn thử nghiệm sử dụng hóa chất này với tỷ lệ thấp để quy trình bền vững và giảm tiêu thụ tài nguyên, ô nhiễm môi trường và chi phí sản xuất. Sau khi kích hoạt, bột bùn được cacbon hóa bằng phương pháp nhiệt phân trong điều kiện không có oxy, đồng thời bổ sung thêm phương pháp xử lý bằng axit clohydric để tinh chế và loại bỏ một số khoáng chất.

Tỷ lệ trộn khác nhau giữa bùn và KOH, thời gian nhiệt phân và mục tiêu về nhiệt độ đã được nghiên cứu để thiết lập phương pháp tối ưu nhằm sản xuất than hoạt tính có diện tích bề mặt cao từ bùn thải. Các nhà nghiên cứu nhận thấy giảm ít nhất 50% lượng KOH với tỷ lệ bùn và KOH là 3:1 ở nhiệt độ tối đa 800°C là tối ưu, đã tạo ra 0,63 kg cacbon hoạt tính trên mỗi kilôgam bùn thải. Nhờ vậy, than hoạt tính xốp hơn với hàm lượng cacbon cao (62%). Vì than hoạt tính được sử dụng để lọc không khí và nước, kiểm soát mùi và thu hồi kim loại quý hiếm nên độ xốp của than rất quan trọng vì làm tăng khả năng hấp phụ các hóa chất từ khí và chất lỏng.

Nhóm nghiên cứu ước tính chi phí sản xuất than hoạt tính có nguồn gốc từ bùn thải ướt là 17,53 EUR (18,91 USD)/kg. Chi phí cao là do độ ẩm của bùn lên đến 92%. Nếu sử dụng phương pháp ly tâm trong quá trình xử lý nước thải để giảm độ ẩm xuống 80%, chi phí sẽ giảm hơn 50% xuống còn 8 EUR (8,63 USD) cho mỗi kg than hoạt tính.

Quy trình đơn giản hóa hiện đã được thử nghiệm để xác minh chất lượng của than hoạt tính từ bùn thải. Các nhà nghiên cứu dự kiến sẽ phát triển các ứng dụng cho vật liệu này.

Nguồn: NASATI