Hoạt hóa bằng hơi nƣớc đƣợc sử dụng cho tất cả các than có nguồn gốc từ than bùn, than đá, gáo dừa, gỗ… Trƣớc hết nguyên liệu thô đƣợc chuyển hóa thành cacbon bằng nhiệt.
Phƣơng pháp hoạt tính bằng hơi nƣớc có ƣu điểm là chất hoạt tính rẻ tiền. Nhƣng nhƣợc điểm là hiện suất thu hồi thấp và bề mặt riêng thƣờng không cao. Nƣớc là một phân tử có tính lƣỡng cực, liên kết hydro giữa các phân tử nƣớc không bền vững dễ bị phá vỡ ở nhiệt độ cao. Các phản ứng xảy ra:
C + H2O → CO + H2 (-130 kJ) (1.5) CO + ½ O2 → CO2 (181,4 kJ) (1.6) H2 + ½ O2 → H2O (hơi) (243,6 kJ) (1.7)
Phản ứng xảy ra trong khoảng nhiệt độ 800 oC đến 1000 oC. Mỗi nguyên tử cacbon bị lấy đi sẽ để lại lỗ hổng có kích thƣớc khoàng 0,34 nm, tuy nhiên việc kiểm soát phản ứng phải đảm bảo sao cho phản ứng không tập trung ngay trên bề mặt hay chỉ xảy ra một vị trí. Điều chỉnh nhiệt độ, lƣu lƣợng khí sẽ làm thay đổi tốc độ phản ứng, chính điều này sẽ ảnh hƣởng đến việc các lỗ xốp sẽ hình thành nhƣ thế nào.
Nguyễn Văn Thành Page 25 9,6 nm, bán kích của hydro khoảng 0,12 nm, do đó ta tính đƣợc kích thƣớc bề ngang của phân tử nƣớc vào khoảng 15,14 nm. Để nguyên tử oxi có thể tiếp xúc với nguyên tử carbon tại vị trí lỗ xốp đã hình thành trƣớc đó bắt buộc lỗ xốp phải mở rộng tối thiểu bằng kích thƣớc ngang phân tử nƣớc. Trong lò, phản ứng xảy ra một cách ngẫu nhiên, tuy nhiên nếu tốc độ cấp hơi nƣớc quá nhỏ dẫn đến chỉ các nguyên tử cacbon trên bề mặt bị mất đi gây ra hiện tƣợng bào mòn bề mặt; than bị mất đi nhƣng bề mặt riêng của than tăng lên không đáng kể. Do đó, nếu tăng lƣu lƣợng cấp hơi nƣớc (tăng tốc độ cấp) thì xác suất các phân tử nƣớc len lỏi vào trong khối than cũng nhƣ các lỗ xốp trƣớc đó sẽ tăng. Nhƣng nếu lƣu lƣợng cấp khí quá lớn, các phân tử nƣớc sẽ kết hợp thành các khối hay cụm gây bào mòn trên diện rộng, không có ý nghĩa trong việc tạo ra các lỗ xốp tế vi.
Nguyễn Văn Thành Page 26 CHƢƠNG II. THIẾT BỊ VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU