Than hoạt tính là chất có cấu trúc lỗ rỗng phát triển cao và diện tích bề mặt riêng lớn, được sản xuất công nghiệp từ đầu thế kỷ 20 và trở thành vật liệu quan trọng trong bảo vệ môi trường, sản xuất công nghiệp và đời sống hàng ngày. Các tính chất vật lý và hóa học độc đáo của than hoạt tính bắt nguồn từ các lỗ xốp phức tạp được hình thành sau khi nguyên liệu thô được cacbon hóa và hoạt hóa ở nhiệt độ cao. Những lỗ chân lông này có thể loại bỏ các chất khác nhau thông qua các cơ chế khác nhau như hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
Trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, việc ứng dụng than hoạt tính bao gồm ba hệ thống kiểm soát ô nhiễm chính là nước, không khí và đất.
Trong xử lý nước uống, than hoạt tính dạng bột được sử dụng rộng rãi để loại bỏ các chất hữu cơ tự nhiên và khử trùng-tiền chất của sản phẩm khỏi nước, đặc biệt là trong các sự cố ô nhiễm nước đột ngột, than hoạt tính dạng bột có khả năng hấp phụ nhanh có thể giảm nồng độ chất ô nhiễm xuống mức an toàn một cách hiệu quả. Trong xử lý nước thải công nghiệp, than hoạt tính dạng hạt được sử dụng phổ biến hơn, nhắm đến các chất hữu cơ khó phân hủy trong các ngành công nghiệp như dược phẩm và hóa chất, thông qua việc điều chỉnh độ pH và nhiệt độ, than hoạt tính có thể loại bỏ hiệu quả các dẫn xuất benzen, phân tử thuốc nhuộm, v.v. Trong lọc không khí, than hoạt tính hình tổ ong, do đặc tính điện trở thấp, trở thành vật liệu xử lý VOC, trong các thiết bị xử lý khí thải trong các ngành công nghiệp như sơn và sản xuất điện tử, nó không chỉ có thể hấp thụ benzen loạt, loạt xeton và các chất hữu cơ khác, mà còn đạt được quá trình đốt cháy xúc tác-hấp phụ tích hợp thông qua việc nạp chất xúc tác, cải thiện đáng kể hiệu quả thanh lọc và giảm mức tiêu thụ năng lượng.
Trong sản xuất công nghiệp, vai trò của than hoạt tính đã mở rộng từ chất hấp phụ đơn giản sang chất mang xúc tác và chất hỗ trợ xử lý.
Trong tổng hợp hóa học tinh vi, than hoạt tính chứa các kim loại quý như paladi và bạch kim được sử dụng để làm chất xúc tác, được ứng dụng rộng rãi trong các phản ứng hữu cơ như hydro hóa, khử hydro và oxy hóa, diện tích bề mặt riêng cao của nó cung cấp đủ vị trí phân tán cho các thành phần hoạt động và các tính chất hóa học bề mặt có thể được điều chỉnh thông qua các phương pháp biến đổi oxy hóa và khử, cải thiện đáng kể tính chọn lọc của các phản ứng xúc tác.
Trong ngành công nghiệp thực phẩm, chức năng khử màu và tinh chế của than hoạt tính là rất quan trọng. Trong sản xuất đường, than hoạt tính dạng bột có thể hấp phụ hiệu quả các chất màu, chất keo, v.v. trong dung dịch đường, chuyển dung dịch đường thô thành dung dịch đường tinh luyện trong suốt; trong quá trình tinh chế dầu ăn, nó sử dụng khả năng hấp phụ để loại bỏ axit béo tự do, peroxit, kéo dài thời hạn sử dụng của sản phẩm. Trong lĩnh vực vật liệu năng lượng mới, than hoạt tính được sử dụng làm vật liệu điện cực cho siêu tụ điện, nhờ tính dẫn điện cũng như hiệu suất sạc và xả nhanh, nó cho thấy tiềm năng lớn trong các thiết bị lưu trữ năng lượng, đặc biệt là than hoạt tính dựa trên vỏ dừa-, điện dung riêng của nó có thể đạt trên 300 F/g, trở thành lựa chọn lý tưởng cho các thiết bị lưu trữ năng lượng-công suất cao{6}}thế hệ tiếp theo.
Trong các tình huống cuộc sống hàng ngày, việc ứng dụng than hoạt tính đã thâm nhập vào việc bảo vệ sức khỏe, tối ưu hóa môi trường gia đình và các khía cạnh khác. Lớp lọc của máy lọc nước gia đình hầu như luôn bao gồm các lớp than hoạt tính, có khả năng loại bỏ clo dư, mùi hôi và ion kim loại nặng khỏi nước máy, cải thiện mùi vị và độ an toàn của nước uống; Hộp khử mùi tủ lạnh, túi than hoạt tính trên ô tô, v.v., sử dụng đặc tính hấp phụ của chúng để loại bỏ formaldehyde, TVOC và các phân tử mùi trong không khí, cải thiện chất lượng không khí trong không gian kín.
Trong lĩnh vực dược phẩm, than hoạt tính y tế thường được sử dụng làm thuốc giải độc, sau khi uống có thể hấp phụ độc tố, thuốc và chất chuyển hóa trong đường tiêu hóa, làm giảm sự hấp thu các chất có hại, đóng vai trò quan trọng trong điều trị cấp cứu ngộ độc cấp tính; đồng thời thêm các hạt than hoạt tính vào băng vết thương có thể hấp thụ vi khuẩn và các chất trung gian gây viêm trong dịch tiết vết thương, thúc đẩy quá trình lành vết thương.
Điều đáng chú ý là cùng với việc nâng cao nhận thức về môi trường, công nghệ tái tạo và tái sử dụng than hoạt tính ngày càng trưởng thành. Thông qua các phương pháp như tái sinh nhiệt và tái tạo hóa học, hiệu suất hấp phụ của than hoạt tính thải có thể được phục hồi hơn 80%, giảm chi phí ứng dụng và giảm phát sinh chất thải rắn, hình thành chuỗi công nghiệp xanh để tái chế tài nguyên. Từ kiểm soát chính xác trong sản xuất công nghiệp đến bảo vệ môi trường-chuyên sâu, từ đổi mới vật liệu trong các lĩnh vực công nghệ-cao cấp đến nâng cao chất lượng cuộc sống hàng ngày, than hoạt tính đóng nhiều vai trò trong xã hội hiện đại. Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học vật liệu, thông qua các phương tiện như sửa đổi công nghệ nano và thiết kế chức năng tổng hợp, hiệu suất của than hoạt tính vẫn liên tục được tối ưu hóa.
Trong tương lai, nó dự kiến sẽ chứng minh được giá trị lớn hơn trong các lĩnh vực mới nổi như lưu trữ, thu giữ năng lượng mới và chẩn đoán y tế. Vật liệu chức năng này, được trẻ hóa bằng vật liệu carbon cổ xưa, đang trở thành động lực tiềm ẩn thúc đẩy sự phát triển xanh và đổi mới công nghệ, đồng thời tiếp tục đóng một vai trò không thể thay thế trong quá trình đạt được các mục tiêu phát triển bền vững.