Tính cấp thiết của đề tài Than hoạt tính từ lâu đã được chế tạo và sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, từ ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày đến các ứng dụng trong công nghiệp.. Hiện n
Chương 4 Tinh chat vat lyCầu trúc vật lýCấu trúc của than hoạt tính được đánh giá bằng mức độ phát triển cầu trúc bậc nhất của nó Mức độ phát triển cầu trúc này phụ thuộc vào phương pháp sản xuất và nguyên liệu đầu đưa vào để sản xuất than Cấu trúc bậc nhất phát triển mạnh nhất trong than sản xuất bằng phương pháp lò Liên kết hóa học C — C đảm bảo cho cầu trúc có độ bền cao
Số lượng các hạt than sơ khai có cau tric dao động từ vài hạt đối với than có cấu trúc thấp đến 600 hạt đối với than có cầu trúc cao
Trong thời gian báo quản, các cầu trúc bậc nhất của than hoạt tính tiếp xúc với nhau, liên kết lại với nhau tạo thảnh liên kết bậc hau của than hoạt tính Mức độ bền vững của cầu trúc bậc hai phụ thuộc vào độ bền liên kết giữa các cầu trúc bậc nhất và dao động trong khoảng độ bền của liên kết Van der Waals đến độ bền liên kết hydro có trong than Cầu trúc bậc hai càng bền vững khi các hạt than có kích thước càng nhỏ, mức độ nhám bề mặt càng lớn và hàm lượng các nhóm chứa oxy trên bề mặt than cảng Cao
Cầu trúc của than hoạt tính có thể xác định trực tiếp bằng kính hiển vi điện tử và có thé đánh giá gián tiếp qua lượng dầu được than hoạt tính hấp phụ (trị số dầu của than) Trị sô dầu của than họa tính là lượng dâu hay lượng chất lỏng không bốc hơi (ml), trơ hóa học với than hoạt tính được hấp phụ lên bề mặt của than họa tính tạo thành bột nhão
Theo lý thuyết, lượng dầu hấp phụ này chính là khoảng không gian giữa các hạt than khi các hạt than này nằm sát với hạt kia Nếu cấu trúc của than càng lớn, mức độ kết bó chặt chẽ của than giảm, lượng dầu cần thiết để trộn miết với than càng nhiều hơn Như vậy, trị số dầu là đại lượng tông hợp đề đánh giá gia trị diện tích bề mặt riêng và mức độ cầu trúc của than hoạt tính. xvii
4 Khối lượng riêng Khối lượng riêng của than hoạt tính là đại lượng phụ thuộc vào phương pháp xác định no Chang hạn, nêu như dùng rượu, axeton để xác định khối lượng riêng của than hoạt tính thì rượu và axeton lại là các phân tử quá lớn, không len lỏi và các khe, kẽ giữa các hạt than và trên bề mặt than Như vậy, thể tích do các hạt than chiếm sẽ lớn và khối lượng riêng sẽ nhỏ hơn khối lượng riêng thực của than Khối lượng riêng của than hoạt tính xác định bằng phương pháp này dao động trong khoảng từ 1800 + 1900 km/mẺ
Khi xác định khối lượng riêng của than hoạt tính trong heli lỏng, thu được giá trị từ 1900 + 2000 kg/m° Khối lượng riêng của than hoạt tính được tính toán theo hằng số mang tinh thé 1a 2160 + 2180 kg/m’,
Than hoạt tính dạng bột là các hạt nằm sát bên nhau và ở các góc cạnh, các cung là không khí, vì thế khối lượng riêng của nó nhỏ hơn nhiều và dao động từ 80 + 300 kg/mỶ, phụ thuộc vào mức độ phát triển cấu trúc của than Than có cấu trúc càng lớn, khoảng trống giữa các cầu trúc càng nhiều và giá trị khối lượng riêng càng nhỏ
Qua ứng dụng của than hoạt tính, người ta thấy rằng giá trị khối lượng riêng 1860 kg/m° thường được sử dụng khá phô biến.
Chương 5 Tính chất hóa họcPhân tích cầu tạo và câu trúc của than hoạt tính bằng tia Rơnghen cho thấy các hạt than hoạt tính có cấu trúc mạng phẳng, cầu tạo từ các vòng cacbon, vị trí sắp xếp các nguyên tử cacbon trong vòng ging vi tri sap xếp các nguyên tử cacbon trong benzen
Các nguyên tử cacbon liên kết với nhau bằng liên kết hóa học như sau:
Khoảng 3 + 7 mạng cacbon phăng sắp xếp thành từng lớp, mạng này lên mạng khác, nhưng không trồng khít và chính xác như nhau mà các nguyên tử cacbon ở các mạng khác nhau nằm lệch nhau tạo thành các tính thể sơ khai của than hoạt tính, Khoảng cách giữa các nguyên tử cacbon trong cùng một mạng là 1.42 Ả, khoảng cách giữa các nguyên tử cacbon tương ứng ở hai mạng kề nhau là 3.6 + 3.7 A
Trong mỗi tỉnh thể sơ khai của than hoạt tính chứa khoảng 100 + 200 nguyên tử cacbon Các tỉnh thê sơ khai sắp xếp tự do và liên kết với nhau đề tạo thành các hạt than đầu tiên Số lượng các tỉnh thê sơ khai trong hạt than quyết định kích thước của hạt than, chăng hạn than hoạt tính được sản xuất bằng phương pháp khuếch tán MacDG - 100 chứa khoảng 5000 + 10000 tỉnh thé xvii xviii
Trong qua trinh san xuat, do co su va cham, khuấy trộn, các hạt than sơ khai thường có dạng khối cầu hoặc gần cầu Các khối cầu nằm bên trong hỗn hợp phản ứng lại liên kết với nhau nhằm tăng kích thước của hạt để giảm năng lượng tự do bề mặt và tạo thành các chuỗi Hình đạng và kích thước của chuỗi phụ thuộc vào tính chất của từng loại than Các chuỗi hạt như vậy được gọi là câu trúc hạt bậc nhất của than hoạt tính Trong tỉnh thê khối của hạt than hoạt tính, các nguyên tử cacbon nằm ở mặt ngoài (cạnh hoặc mép) có mức độ hoạt động hóa học lớn, và vì vậy, nó là trung tâm của các quá trình oxy hóa tạo cho bền mặt than hoạt tính hàng loạt các nhóm hoạt động hóa học khác nhau
Ngoài cacbon, trong thành phân hóa học của than hoạt tính còn có hydro, lưu huỳnh, oxy và các chất khác Các nguyên tử này được đưa vào than hoạt tính cùng với nguyên liệu đầu và trong quá trình oxy hóa Sự có mặt của các hợp chất chứa oxy trên bề mặt than hoạt tính được chứng minh bằng phản ứng axit huyền phù trong nước của than hoạt tính
Nhìn chung, tùy vào từng loại than với các phương pháp sản xuất khác nhau, thành phần của chúng cũng khác nhau, nhưng nằm trong giới hạn cho phép:
Nguồn nguyên liệu cho sản xuất than hoạt tính là những nguyên liệu có hàm lượng cacbon cao nhưng lại chứa ít các thành phần vô cơ khác như gỗ, than non, than bùn, than đá, Bên cạnh đó, rất nhiều loại chất thải nông nghiệp như vỏ trâu, vỏ đừa, cũng có thê chuyên thành than hoạt tính bởi nguồn nguyên liệu này có sẵn, rẻ tiền, hàm lượng cacbon cao và các thành phân vô cơ thấp
Có thê phân chia nguyên liệu thành ba nhóm như sau:
- Từ than da, than bun - Tw thyc vat: g6, ba mia, rom ra, vo qua, hat qua xviii xix
- Từ động vât: xương, xúc tu các loài động vât
Chương 7, Phương pháp sản xuất
Than hoạt tính chủ yếu được sản xuất bằng cách nhiệt phân nguyên liệu thô có chứa cacbon ở nhiệt độ dưới 1000°C Quá trình sản xuat g6m hai bước:
- _ Than hóa ở nhiệt độ dưới 800°C trong môi trường yếm khí hoặc khí trơ
- Hoạt hóa sản phẩm của quá trình than hóa ở nhiệt độ khoảng 950 - 1000°C
Quá trình than hóa là quá trình phân hủy nhiệt nguyên liệu để đưa nguyên liệu ban đầu và dạng cacbon, đông thời làm bay hơi một sô chât hữu cơ nhẹ và tạo mao quản ban đầu Quá trình than hóa có thê thực hiện được trong cả ba pha rắn, lỏng, khí
Than hóa trong pha rắn: Nguyên liệu đầu là các phân tử lớn do sự tổng hợp hoặc quá trình tự nhiên Phân hủy nguyên liệu đầu bằng cách tăng nhiệt xử lý, giải phóng các chất khí và chất lỏng có khối lượng phân tử thấp
Than hóa trong pha lỏng: Sử dụng các nguyên liệu như vòng thơm, hắc ín cho phép tạo thành cacbon dạng graphit không có mao quản, cần một phản ứng tác động lên các lớp graphit dé tao ra mao quan
Than hóa trong pha khí: Nguyên liệu ban đầu là các khí như metan, propan hoặc benzen trộn với heli Quá trình than hóa thực hiện ở áp suât tương đôi thâp
Nguyên tắc của quá trình sản xuất than nguyên liệu thực vật là dùng nhiệt phân hủy nguyên liệu trong điều kiện không có không khí Dưới rác dụng của nhiệt từ nhiệt độ thường tới 170°C, vật liệu bị khô đều; từ 170 + 280°C, vật liệu bị phân hủy theo những quá trình thu nhiệt, ở đây các hợp phần của nguyên liệu bị biến tính, giải phóng oxit cacbon, khí cacbonic, axit axetic, Tiếp theo, từ 280 + 380°C xảy ra sự phân hủy phát nhiệt giải phóng meftanol, hắc ín, Quá trình cacbon hóa xem như kết thúc ở khoảng 400 + 600°C
Quá trình hoạt hóa trong sản xuất than hoạt tính có ý nghĩa rất lớn, vì vậy người ta đã tập trung nhiều cô găng nghiên cứu khâu này Việc nghiên cứu than hoạt tính ban đầu tập trung vào việc thiết lập mối quan hệ giữa cấu trúc nguyên liệu và sản phâm Việc chọn nguyên liệu một mặt dựa vào quy mô sản xuất, mặt khác dựa vào nguyên liệu xix
XX thích hợp tự nhiên cho mét san pham nhất định Ví dụ xương động vật cho than tây màu, sọ dừa cho than ran chac thích hợp đề sản xuat than hap phy khi va hoi
Thời gian về sau công tác nghiên cứu đi sâu vào cầu trúc xốp của than, người ta đã nhận thấy phương pháp than hóa tuy không ảnh hưởng tới thành phần nguyên tố của than nhưng ảnh hưởng rõ rệt lên câu trúc xốp của than, ảnh hưởng mạnh lên việc hình thành các sản phâm do than hóa tạo thành như hắc ín, than vô định hình, từ đó ảnh hưởng lên quá trình hoạt hóa và ảnh hưởng lên tính chất than thành phẩm
Theo Ac-léch-xep-ski, việc chọn nguyên liệu cho than hoạt tính dựa vào thành phan các hợp chất hữu cơ của nguyên liệu Nguyên liệu tốt là loại chứa các hợp chất hữu cơ bị phân hủy ở nhiệt độ không cao và khi bị nhiệt phân không tạo ra cacbua no phân tử lơn, mà loại phân tử này lại chỉ bị phân hủy ơ nhiệt độ cao tạo ra cacbon graphit hóa
Có 2 cách dé tai sinh than hoạt tínhTinh chất vật lý của than hoạt tính, như kết cầu, kích thước, mật độ lỗ, diện tích tiếp2) Tính chất lý hóa của các loại tạp chất cần loại bỏ;
3) Thời gian tiếp xúc của nước với than hoạt tính càng lâu, việc hấp thụ càng tối
Chương 13 Ứng dụng và một số lưu ý khi sử dụng than hoạt tính xxix
Than hoạt tính dạng bột PAC và S-PAC được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước ăn uống do việc ô nhiễm nguồn nước ngầm hiện nay đang lan rộng và rất khó kiểm soát
Vì vậy, hầu như tất cả thiết bị xử lý nước, từ các thiết bị nhỏ lẻ đến các nhà máy nước đều phải sử dụng than hoạt tính
Than hoạt tính còn được dùng đề hấp phụ chất phóng xạ trong môi trường khí, môi trường nước, được biết qua một số công trình nghiên cứu, đạt hiệu suất lên đến 909%,
Trong sản xuất chế biến thuốc bảo vệ thực vật, do tính ưu việt của than hoạt tính là hấp phụ mạnh các chât hữu cơ loại này, nên than hoạt tính cũng được sử dụng trong các hệ thông xử lý loại nước thải cho mục đích này
Sử dụng than hoạt tính siêu mịn có thé lam lam chat mang, chat phân tán các hoá chất bảo vệ thực vật, băng cach hap phụ lên than rôi đem sử dụng sẽ làm tăng hiệu quả dang kê do tính phân tán tôt, phân huy chậm của thuôc bảo vệ thực vật trên than
Xử lý nước mặt còn được biết đến với công nghệ sử dụng than hoạt tính dạng bột mịn, siêu mịn kết hợp với chất sa lắng, đông tụ Theo nghiên cứu của MacLeod thì sự tác động của than hoạt tính dạng bột và phèn có thê áp dụng đề xử lý nước mặt thành nước sinh hoạt Công trỉnh này hiện đang được áp dụng tại nhà máy xử lý nước sinh hoạt Manatee County Theo mét số công trỉnh nghiên cứu, than hoạt tính bột mịn, siêu mịn được dùng làm chất hấp phụ các chất gây 6 nhiém hitu co NOM (Natural Organic Matter); loại bỏ các hợp chất Geomin, MIB (2-methylisoborneol) là sản phẩm phân hủy sinh học các chất hữu cơ trong nước; hấp phụ một số vi khuẩn, virut có trong nƯỚC VV
Một số lưu ý khi sử dụng Không có trường hợp bắt trắc nào xảy ra khi sử dụng loại sản phẩm này
Khi sử dụng và bảo quản phải để nơi khô ráo, thoáng khí, tránh xa nguồn có thê gây cháy, tránh để dưới ánh nắng trực tiếp và dột nước
Than hoạt tính dé bị nén lại thành khối do áp lực không khí bên trong bao, đồng thời dưới áp lực này than hoạt tính sẽ vỡ ra khi chúng ta mở bao
Phải dùng khẩu trang đề tránh hít nhiều bụi than vì trong bụi than có thê chứa hơn 1% oxít Nếu hít phải bụi than trong thời gian dài với hàm lượng cao có thể dẫn đến suy hô hấp
Khi công nhân vào làm việc nơi chứa than hoạt tính phải thận trọng bởi vì hàm lượng oxygen ở nơi này có thê thấp vì than hoạt tính giải phóng oxygen ra khỏi nơi này.
Khi bi than hoạt tính rơi vào mắt, rửa mắt bằng nước sạch, tránh chà xát và hỏi ý kiến của Bác sĩ
Chương 14 Tiêu chuẩn Việt Nam đối với vật liệu than hoạt tính
TCVN 9068:2012 được chuyên đối từ TCXDVN 310:2004 theo quy định tại khoản 1 Điều 69 của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật và điểm a khoản I Điều 7 Nghị định số 127/2007/NĐ-CP ngày 1/8/2007 của Chính phủ quy định chỉ tiết thi hành một số điều của Luật Tiêu chuân và Quy chuẩn kỹ thuật
TCVN 9068:2012 do Viện Vật liệu xây dựng - Bộ Xây dựng biên soạn, Bộ Xây dựng đề nghị, Tống cục Tiêu chuân Đo lường Chất lượng thâm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bô
- Giá trị defT và giới hạn cỡ hạt của than hoạt tính dạng hạt phải đáp ứng yêu cầu của thiết kê bê lọc
- Độ ẩm nhỏ hơn 8 % tính theo trọng lượng
2 Các tính chất của than hoạt tính - Chỉ số hấp phụ iốt lớn hơn 500 mg/ g than hoạt tính
- Dung trọng lớn hơn 0,36 g/ cm3
- Độ vỡ vụn nhỏ hơn 25 % tại 750 lần va đập trong I5 min hoặc nhỏ hơn 50 % tai 1500 lần va đập trong 30 min
- Độ mài mòn: Phần trăm cỡ hạt trung bình còn giữ lại được lớn hơn 70 3% theo thi nghiệm khuấy mài mòn hoặc theo thí nghiệm mài mòn Ro- Tap
- Nếu không có các quy định thiết kế đặc biệt khác, UC của than hoạt tính dạng hạt nhỏ hon 2,1
- Cac tap chat trong than hoat tinh phai dap img cac yéu cau sau:
KET LUAN VA DE NGHIQua quá trình nghiên cứu về than hoạt tính thay được than hoạt tính có rất nhiều đặc tính ưu việt, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp cũng như trong cuộc sống hàng ngày Tuy nhiên, hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại than, đề có thê sử dụng hiệu quả than hoạt tính cũng như phù hợp với mục đích sử dụng, cần phải nghiên cửu và lựa chọn thật kỹ loại than hoạt tính phù hợp, cho hiệu quả quá trình cao nhất và giá thành phù hợp nhất
Có rất nhiều phương pháp để sản xuất than hoạt tính đi từ các nguồn nguyên liệu khác nhau nhưng chưa có một đột phá về tính chất nào được tạo ra Việc tiếp tục nghiên cứu, tìm tòi để phát triển, nâng cao các tính chất của than hoạt tính hơn nữa là một yêu cầu được đặt ra hiện nay và trong tương lai.