Luận văn thạc sĩ Công nghệ hóa học: Nghiên cứu công nghệ sản xuất than hoạt tính từ trấu

Điều kiện công nghệ sản xuất thu được như sau: trấu được làm sạch rồi than hóa ở điều kiện nhiệt độ khoảng 4700C trong 40 phút sau đó sẽ tiến hành ngay quá trình hoạt hóa với nhiệt độ ho

BÙI XUÂN HÒA

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THAN HOẠT TÍNH

TỪ TRẤU

Chuyên ngành: QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Mã số ngành: 2.10.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2005

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS TRỊNH VĂN DŨNG

ThS CAO THỊ NHUNG

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2005

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên : BÙI XUÂN HÒA Phái : Nam

Chuyên ngành : QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNHH MSHV : 00503120

I- TÊN ĐỀ TÀI :

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THAN HOẠT TÍNH TỪ TRẤU

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

1 Nghiên cứu quá trình than hóa nguyên liệu trấu; xác định điều kiện than hóa tối ưu bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm

2 Nghiên cứu quá trình hoạt hóa than trấu; xác định điều kiện hoạt hóa tối ưu bằng phương pháp qui hoạch thực nghiệm

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 10 / 10 / 2005 V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS TRỊNH VĂN DŨNG

ThS CAO THỊ NHUNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QLÝ CHUYÊN NGÀNH

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Ngày 10 tháng 10 năm 2005

Văn Dũng đã nhiệt tình, tận tâm hướng dẫn tôi thực hiện được Đề tài một cách tốt nhất cũng như và đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện Bên cạnh đó, tôi cũng xin cám ơn Cô Cao Thị Nhung đã hướng dẫn tôi trong thời gian qua

Đồng thời, tôi cũng xin chân thành cám ơn các Quý thầy cô, đồng nghiệp đang công tác tại Trường ĐHBC Tôn Đức Thắng, Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi có thể tập trung thực hiện Luận văn này Thêm vào đó, tôi cũng xin được gửi lời cám ơn gia đình, các bạn học viên Cao học K14 khoa Công nghệ Hóa học cùng các bạn sinh viên ĐHBK đã giúp đỡ, động viên tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện Luận văn này

Xin chân thành cám ơn

đề tài là nghiên cứu công nghệ sản xuất than hoạt tính từ trấu bằng cách sử dụng hơi nước hoạt hóa Điều kiện công nghệ sản xuất thu được như sau: trấu được làm sạch rồi than hóa ở điều kiện nhiệt độ khoảng 4700C trong 40 phút sau đó sẽ tiến hành ngay quá trình hoạt hóa với nhiệt độ hoạt hóa là 7600C, với lượng hơi nước quá nhiệt cung cấp là 600 mg/g than.giờ và thời gian hoạt hóa trong 2 giờ Sản phẩm than hoạt tính thu được có chất lượng trung bình (diện tích bề mặt SBET = 335 m2/g, khả năng hấp phụ xanh metylen 143 mg/g than)

ABSTRACT

Rice husk – a low-value agriculture by-product – has been used in some manufacturing areas but not valuable Our thesis's objective is research in manufacture technology of activate carbon from rice husk with activated agent is overheated steam These achieved technical conditions are: after washing and drying material (rice husk) is carbonized at 4700C in our equipment about 40 minutes; then, the carbonized product is immediately activated by overheated steam at 7600C in 2 hour with vapor rate is 600 mg vapor/g rice husk coal Our activate carbon product has medium quality (specific surface area SBET = 335 m2/g; the amount of Methylene blue adsorbed is 143 mg/g)

Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ và đồ thị

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ TRẤU VÀ THAN HOẠT TÍNH 3

1.1.2.1 Cấu trúc tinh thể của than hoạt tính 4 1.1.2.2 Cấu trúc xốp của than hoạt tính 7 1.1.2.3 Cấu trúc hóa học của than hoạt tính 9 1.2 Nguyên liệu trấu – Sản lượng và Ứng dụng 11

1.2.2 Trấu 14

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THAN HOẠT TÍNH 22

2.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất than hoạt tính 22 2.1.1 Qui trình công nghệ sản xuất than hoạt tính 22

2.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất than hoạt tính từ trấu 33

2.2.2.2 Quá trình hoạt hóa trấu đã than hóa 36 2.3 Các phương pháp đánh giá chất lượng than hoạt tính 38

2.3.2.1 Giới thiệu về quá trình hấp phụ 40 2.3.2.2 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt 43 2.3.2.3 Hấp phụ trong hỗn hợp lỏng – rắn 47

CHƯƠNG 3 THIẾT BỊ – NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT – PHƯƠNG

3.3.2 Khảo sát khả năng hấp phụ Xanh metylen trong pha lỏng của

3.3.2.2 Nghiên cứu đường động học hấp phụ Xanh metylen 64 3.3.2.3 Nghiên cứu đường cân bằng hấp phụ Xanh metylen 64

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM – BÀN LUẬN 65

4.2 Quá trình than hóa: hiện tượng – kết quả – bàn luận 66

4.2.2 Bài toán qui hoạch thực nghiệm – Tối ưu quá trình than hóa 68 4.3 Quá trình hoạt hóa: hiện tượng – kết quả – bàn luận 71

4.3.2 Bài toán qui hoạch thực nghiệm – Tối ưu quá trình hoạt hóa 73 4.3.2.1 Quá trình hấp phụ Xanh metylen của than hoạt tính

4.3.2.2 Bài toán tối ưu hóa quá trình hoạt hóa than trấu

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 91

PHỤ LỤC

EPDT: Etylen-Popylen-Diene-Tepolymer SEM: Kính hiển vi điện tử quét

TYT: thực nghiệm yếu tố toàn phần TYP: thực nghiệm yếu tố từng phần

Bảng 1.3 Thành phần cơ bản của trấu Bảng 1.4 Các nguồn năng lượng sinh học chủ yếu ở Việt Nam (2002) Bảng 1.5 Cơ hội sử dụng và tiềm năng của trấu thóc

Bảng 2.1 Khả năng hấp phụ thuốc nhuộm (mg/g) của than hoạt tính từ trấu Bảng 4.1 So sánh các chỉ tiêu của trấu nguyên liệu với trấu Thái Lan Bảng 4.2 Các thông số khảo sát tối ưu quá trình than hóa

Bảng 4.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm theo phương án quay trực giao Box – Hunter Bảng 4.4 Khả năng hấp phụ và hiệu suất hoạt hóa theo nhiệt độ hoạt hóa Bảng 4.5 Khả năng hấp phụ và hiệu suất hoạt hóa theo thời gian hoạt hóa Bảng 4.6 Các thông số khảo sát tối ưu quá trình hoạt hóa than trấu

Bảng 4.7 Ma trận mã hóa các thí nghiệm của quá trình hoạt hóa Bảng 4.8 Các giá trị của phương trình Langergren biểu diễn động học bậc nhất

của quá trình hấp phụ Xanh Methylene của các mẫu than hoạt tính

Bảng 4.9 Kết quả tính toán mô hình hóa đẳng nhiệt hấp phụ Xanh Methylene

theo phương trình Freundlich

Bảng 4.10 Kết quả tính toán mô hình hóa đẳng nhiệt hấp phụ Xanh Metylen theo

phương trình Langmuir

Bảng 4.11 Sơ đồ bố trí thí nghiệm theo phương án quay trực giao Box – Hunter Bảng 4.12 Kết quả đo diện tích bề mặt SBET của một số mẫu than hoạt tính

Hình 1.3 Cấu trúc than Graphit hóa Hình 1.4 Cây lúa – Hạt lúa

Hình 1.5 Hạt gạo – Vỏ trấu Hình 1.6 Quá trình xay xát lúa Hình 1.7 Sơ đồ mô tả ứng dụng của trấu trong sản xuất Hình 2.1 Qui trình sản xuất than hoạt tính

Hình 2.2 Cấu trúc lỗ lớn Hình 2.3 Cấu trúc lỗ trung Hình 2.4 Cấu trúc lỗ nhỏ Hình 2.5 Hình SEM bề mặt (a) và mặt cắt (b) của trấu nguyên thủy Hình 2.6 Hình chụp SEM của trấu nhiệt phân ở 3500C

Hình 2.7 Hình chụp SEM của trấu nhiệt phân ở 8500C

Hình 2.8 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Hình 2.9 Đường hấp phụ đẳng nhiệt L – R Hình 3.1 Công thức cấu tạo Xanh Metylen Hình 3.2 Qui trình sản xuất than hoạt tính từ trấu Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm than hóa trấu nguyên liệu Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm hoạt hóa trấu

Hình 3.5 Phương án phân bố thí nghiệm tối ưu quá trình than hóa trấu của Luận

văn với n = 2, k =2

Hình 3.6 Phương án phân bố thí nghiệm tối ưu quá trình hoạt hóa than trấu của

Luận văn với n = 2, k =3

vùng nhiệt độ khác nhau

Hình 4.3 Đồ thị đường chuẩn của dung dịch Xanh Metylen Hình 4.4 Đồ thị đường động học hấp phụ Xanh Methylene của mẫu than số 7 Hình 4.5 Đồ thị đường động học hấp phụ Xanh Methylene của mẫu than số 8 Hình 4.6 Hàm đáp ứng Langergren quá trình hấp phụ Xanh metylen mẫu 2 Hình 4.7 Hàm đáp ứng Langergren quá trình hấp phụ Xanh metylen mẫu 18 Hình 4.8 Đồ thị đường hấp phụ cân bằng mẫu than 1

Hình 4.9 Đồ thị đường hấp phụ cân bằng mẫu than 7

SBET: Diện tích bề mặt riêng xác định theo phương pháp B.E.T EPDT: Etylen-Popylen-Diene-Tepolymer

SEM: Kính hiển vi điện tử quét TYT: thực nghiệm yếu tố toàn phần TYP: thực nghiệm yếu tố từng phần

Bảng 1.2 Một số thống kê về sản xuất lúa gạo ở Việt Nam những năm gần đây Bảng 1.3 Thành phần cơ bản của trấu

Bảng 1.4 Các nguồn năng lượng sinh học chủ yếu ở Việt Nam (2002) Bảng 1.5 Cơ hội sử dụng và tiềm năng của trấu thóc

Bảng 1.6 Khả năng hấp phụ thuốc nhuộm (mg/g) của than hoạt tính từ trấu Bảng 3.1 So sánh các chỉ tiêu của trấu nguyên liệu với trấu Thái Lan Bảng 3.2 Các thông số khảo sát tối ưu quá trình than hóa

Bảng 3.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm theo phương án quay trực giao Box – Hunter Bảng 3.4 Khả năng hấp phụ và hiệu suất hoạt hóa theo nhiệt độ hoạt hóa Bảng 3.5 Khả năng hấp phụ và hiệu suất hoạt hóa theo thời gian hoạt hóa Bảng 3.6 Khả năng hấp phụ và hiệu suất hoạt hóa theo lượng hơi nước cung cấp Bảng 3.7 Các thông số khảo sát tối ưu quá trình hoạt hóa than trấu

Khả năng hấp phụ và hiệu suất hoạt hóa theo nhiệt độ hoạt hóa

Bảng 3.8 Ma trận thí nghiệm mã hóa của quá trình hoạt hóa

Khả năng hấp phụ và hiệu suất hoạt hóa theo thời gian hoạt hóa

Bảng 3.9 Các giá trị của phương trình Langergren biểu diễn động học bậc nhất

của quá trình hấp phụ Xanh Methylene của các mẫu than hoạt tính từ trấu

Các thông số khảo sát tối ưu quá trình hoạt hóa than trấu

Bảng 3.10 Kết quả tính toán mô hình hóa đẳng nhiệt hấp phụ Xanh Methylene

theo phương trình Freundlich

Bảng 3.11 Kết quả tính toán mô hình hóa đẳng nhiệt hấp phụ Xanh Metylen theo

phương trình Langmuir

Hình 1.2 Hạt gạo – Vỏ trấu Hình 1.3 Quá trình xay xát lúa Hình 1.4 Sơ đồ mô tả ứng dụng của trấu trong sản xuất Hình 1.5 Cấu trúc tinh thể của than hoạt tính

Hình 1.6 Cấu trúc than không Graphit hoá Hình 1.7 Cấu trúc than Graphit hoá

Hình 1.8 Qui trình sản xuất than hoạt tính Hình 1.9 Cấu trúc lỗ lớn

Hình 1.10 Cấu trúc lỗ trung Hình 1.11 Cấu trúc lỗ nhỏ Hình 1.12 Hình SEM bề mặt (a) và mặt cắt (b) của trấu nguyên thủy Hình 1.13 Hình chụp SEM của trấu nhiệt phân ở 3500C

Hình 1.14 Hình chụp SEM của trấu nhiệt phân ở 8500C

Hình 2.1 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Hình 2.2 Đường hấp phụ đẳng nhiệt L – R Hình 2.3 Công thức cấu tạo Xanh Metylen Hình 2.4 Qui trình sản xuất than hoạt tính từ trấu Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm than hóa trấu nguyên liệu Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm hoạt hóa trấu

Hình 2.7 Phương án phân bố thí nghiệm tối ưu quá trình than hóa trấu của Luận

án với n = 2, k =2

Hình 2.8 Phương án phân bố thí nghiệm tối ưu quá trình hoạt hóa than trấu của

Luận án với n = 2, k =3

ở các vùng nhiệt độ khác nhau

Hình 3.3 Đồ thị đường chuẩn của dung dịch Xanh Metylen Hình 3.4 Đồ thị đường động học hấp phụ Xanh Methylene của mẫu than số 2 Hình 3.5 Đồ thị đường động học hấp phụ Xanh Methylene của mẫu than số 19 Hình 3.6 Hàm đáp ứng Langergren quá trình hấp phụ Xanh metylen mẫu 2 Hình 3.7 Hàm đáp ứng Langergren quá trình hấp phụ Xanh metylen mẫu 19 Hình 3.8 Đồ thị đường hấp phụ cân bằng mẫu than 7

Hình 3.9 Đồ thị đường hấp phụ cân bằng mẫu than 10

MỞ ĐẦU

Đi đôi với sự phát triển kinh tế, phát triển công – nông nghiệp, dịch vụ luôn kèm theo một vấn đề rất đáng lo ngại cho đất nước ta, đó là vấn đề ô nhiễm môi trường – mối hiểm họa có ảnh hưởng lâu dài và rất nguy hiểm trong tình hình hiện nay

Hấp phụ là một phương pháp được sử dụng rất rộng rãi trong việc xử lý môi trường Vật liệu đang được sử dụng rất nhiều hiện nay đó là than hoạt tính với các ưu điểm vượt trội so với các phương pháp khác, đó là tính chọn lọc, dung lượng hấp phụ cao, tốc độ hấp phụ nhanh Than hoạt tính được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế hiện nay nhưng vẫn có giá tương đối cao

Ở nước ta cũng như các nước nông nghiệp Đông Á, Đông Nam Á, Nam Á nói chung, hàng năm sản lượng lúa gạo rất lớn dùng cho nhu cầu nội địa cũng như xuất khẩu Một trong các sản phẩm phụ của sản xuất gạo đó là trấu, thường được đem đốt cháy, gây ô nhiễm môi trường Bên cạnh đó, ở các vùng nông thôn chúng ta hiện nay, đặc biệt là các nhà máy dệt nhuộm, các khu công nghiệp vấn đề ô nhiễm nguồn nước đang là một vấn đề bức xúc

Nếu việc nghiên cứu sản xuất than hoạt tính từ nguyên liệu trấu có hiệu quả thì không những chúng ta giải quyết được vấn đề xử lý trấu thải mà còn có thể sản xuất nguồn than hoạt tính rẻ tiền trong khi chất lượng than vẫn bảo đảm sử dụng tốt trong thực tế

Việc nghiên cứu sản xuất than hoạt tính từ trấu bằng phương pháp hoạt hóa hơi nước chưa hề được nghiên cứu tại Việt nam, do vậy mục đích của Luận văn là muốn giải quyết các vấn đề thực tiễn sau: tận dụng nguồn trấu để sản xuất than hoạt tính, xây dựng một nghiên cứu có tính khoa học đối với công nghệ sản xuất than hoạt tính bằng hơi nước tại Việt nam Bên cạnh đó, với việc mô tả quá trình

than hóa và hoạt hóa hơi nước bằng biểu thức toán học sẽ giúp xây dựng qui trình sản xuất tối ưu đối với công nghệ sản xuất này

Mục đích của luận văn:

Nghiên cứu phương pháp than hóa trấu và hoạt hóa than trấu bằng hơi nước Trên cơ sở đó, xây dựng một phương trình toán học mô tả sự phụ thuộc của các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng than sản phẩm Từ đó xây dựng được cơ sở lý luận cho việc ứng dụng than hoạt tính từ trấu cho xử lý các chất thải màu từ các nhà máy dệt nhuộm

Các nội dung thực hiện được của luận văn:

- Nghiên cứu quá trình than hóa, khảo sát quá trình xảy ra từ đó đưa ra các khoảng hoạt động tối ưu cho quá trình than hóa Trên cơ sở đó, sử dụng phương pháp tối ưu hóa thực nghiệm để đề ra phương án than hóa tối ưu nhất

- Xác định khả năng hấp phụ thuốc nhuộm Xanh metylen của than hoạt tính thu được từ hoạt hóa than trấu bằng hơi nước, xác định diện tích bề mặt mẫu than thu được theo phương pháp BET

- Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến quá trình hoạt hóa than, từ đó sử dụng phương pháp tối ưu hóa thực nghiệm để đề ra phương án hoạt hóa tối ưu nhất

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

- Giải quyết được vấn đề tận dụng nguồn trấu thải, sử dụng để sản xuất chất hấp phụ có đặc tính bảo vệ môi trường

- Về mặt khoa học, đã đưa ra được qui trình công nghệ tối ưu cho việc sản xuất than hoạt tính từ trấu bằng hoạt hóa hơi nước

- Với việc dùng phương pháp qui hoạch thực nghiệm, đã tiếp cận bài toán hóa học bằng phương pháp toán học

PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

CHƯƠNG I – GIỚI THIỆU VỀ TRẤU VÀ THAN HOẠT TÍNH

1.1 THAN HOẠT TÍNH: [3], [10], [11] 1.1.1 Định nghĩa – Phân loại:

Than hoạt tính là vật liệu cacbon có nhiều lỗ xốp được tạo thành nhờ than hóa rồi hoạt hóa các chất hữu cơ có nguồn gốc chủ yếu từ sinh vật học Giá trị lớn nhất của than hoạt tính là khả năng hấp phụ rất lớn do có cấu trúc xốp rất cao được hình thành trong quá trình sản xuất

Than hoạt tính có nhiều loại được sản xuất tùy thuộc vào kích thước lỗ, diện tích bề mặt riêng (m2/g):

- Loại có kích thước lỗ nhỏ (≤ 15 A0), SBET = 1.000÷2.000 m2/g Đây là loại có thể tái sinh, được sản xuất từ than đá, than gáo dừa, có độ bền cơ học cao dùng cho xử lý nước, hấp thu nguyên tố phóng xạ

- Loại có kích thước lỗ trung bình (15÷1.000 A0), SBET vài trăm m2/g Đây là loại không thể tái sinh, được sản xuất từ than gỗ mềm, mùn cưa, trấu, bã mía dùng để tẩy màu, tẩy mùi dung dịch Sản phẩm than hoạt tính của Luận văn nghiên cứu nằm trong phạm vi này

- Loại có kích thước lỗ lớn (1.000÷2.000 A0), SBET vài chục m2/g Chúng chỉ được sản xuất với các nhu cầu đặc biệt

Than hoạt tính có tính chất hút giữ mạnh các khí, tẩy màu, mùi do trên bề mặt than xốp, có diện tích bề mặt riêng lớn Những điều này có được là do bản chất cấu tạo bên trong của than hoạt tính

Tính chất than hoạt tính phụ thuộc vào ba yếu tố:

– Tính chất nguyên tử cacbon trong tập hợp cacbon của than hoạt tính – Sự có mặt các tạp chất trong tập hợp cacbon và trên bề mặt than – Trạng thái vật lý trên bề mặt than

1.1.2 Cấu trúc của than hoạt tính: [1], [3], [10], [11]

1.1.2.1 Cấu trúc tinh thể của than hoạt tính: [10], [11]

Than hoạt tính thuộc nhóm vật liệu graphit, nét điển hình của cấu trúc là sự sắp xếp của các nguyên tử cacbon trên đỉnh lục giác đều nằm cách nhau những khoảng đồng nhất, chúng được phân bố trong những mặt song song trên các đỉnh lục giác đều cách nhau 1,42A0, khoảng cách giữa các mặt phẳng lục giác là 3,35A0

Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể của than hoạt tính

Trong mặt phẳng mạng nguyên tử cacbon liên kết với 3 nguyên tử cacbon lân cận bằng lực liên kết hóa trị, lực điện tử hóa trị này theo thứ tự thực hiện mối liên kết giữa các mặt phẳng, mối liên kết này yếu như liên kết nguyên tử trong phân tử kim loại

Phăng-Klanh đã dùng phương pháp Rơn-ghen để nghiên cứu các mẫu chế tạo bằng cách nhiệt phân Polivinylinden Clorua (PVDC), Polyvinyl Clorua (PVC) và một số chất khác Theo các công trình này thì 65% cacbon trong mẫu nghiên cứu nằm trong các lớp Graphit, lượng còn lại được sắp xếp kém trật tự hơn Tác giả chia vật liệu cacbon (trừ kim cương) thành 2 lớp: lớp không Graphit hóa (cứng) và lớp Graphit hóa (mềm), qua thực nghiệm cho thấy ở những nhiệt độ trên 10000C bắt đầu có sự chuyển hóa từ dạng không Graphit hóa sang dạng Graphit hóa

Nghiên cứu còn cho thấy, ngay từ đầu quá trình than hóa, trong than của PVDC các liên kết ngang giữa các tinh thể cơ bản lân cận đã phát triển mạnh, các tinh thể cơ bản định hướng ngẫu nhiên đối với nhau tạo ra khối rắn có cấu trúc xốp phát triển, cấu trúc này được bảo toàn ngay ở nhiệt độ cao

Hình 1.2: Cấu trúc than không Graphit hoá

Than của PVC là loại Graphit hoá, ngay từ khởi đầu quá trình than hóa các tinh thể cơ bản đã linh động, liên kết ngang giữa chúng yếu, đồng thời cấu trúc xốp không phát triển nên than tương đối mềm

Hình 1.3: Cấu trúc than Graphit hoá

Các nguyên tử cacbon trên b các nguyên tử trên bề mặt và trên cạnh tinh thể không giống nhau Những tinh thể bị phá huỷ một phần, những “mảnh” vòng lục giác chứa một số nguyên tử hóa trị không bão hòa, có khuynh hướng tác dụng hóa học với các phân tử lạ hay các gốc Quá trình cacbon hoá tạo ra than mà hóa trị tự do của các nguyên tử trên bề mặt tinh thể được bão hòa chính là nhờ chúng liên kết với các gốc sản phẩm nhiệt phân

Khi hoạt hoa hoạt hoá oxi hóa chuyển thành khí dễ bị khử hấp thụ Quá trình hoạt hóa

còn làm cháy một phần tinh thể cacbon, phá hủy các vòng lục giác làm xuất hiện thêm các mạch nhánh không bão hòa của nguyên tử cacbon

1.2.2.2 Cấu trúc xốp của than hoạt tính: [3], [10], [11]

Quá trình hoạt hóa ngoài việc làm sạch bề mặt than khỏi các hợp chất hữu cơ cũng như làm sạch các dạng cacbon không tổ chức, giải phóng độ xốp do quá trình than hóa tạo ra còn phá hủy một phần các tinh thể cacbon tạo thêm không gian trống giữa các tinh thể, nghĩa là tạo thêm độ xốp cho than

Khi thực hiện quá trình hoạt hóa thích hợp sẽ tạo ra trong than lượng lớn các mao quản và bề mặt than lớn Danh từ xốp chỉ thể tích các lỗ xốp tính cho một đơn vị khối lượng (cm3/g) than hay chất hấp thụ nói chung

Độ xốp tổng cộng của chất hấp thụ được xác định theo công thức : V 1 1

d

δ (1.1) VΣ: độ xốp tổng, cm3/ g

δ : khối lượng riêng biểu kiến, g/cm3 d : khối lượng riêng thực, g/cm3

Nhiều tài liệu thực nghiệm chứng tỏ rằng các lỗ xốp trong than hoạt tính có kích thước và hình dáng rất khác nhau và được chia thành xốp lớn, xốp trung và xốp nhỏ

- Dạng xốp lớn: Những lỗ xốp có kích thước lớn, có thể quan sát trực tiếp bằng kính hiển vi quang học, được xếp vào dạng xốp lớn Người ta đã chụp ảnh được những lỗ xốp lớn của than hoạt tính sản xuất từ gỗ

- Dạng xốp trung: Đây là dạng biến dạng xốp của than hoạt tính, có thể quan sát dạng lỗ này bằng kính hiển vi điện tử Ra-du-ke-vit và Luc-kia-no-vit đã chụp ảnh được lỗ xốp trung và thấy rõ đường kính lỗ khoảng 200A0

- Dạng xốp nhỏ: Đây là dạng xốp lỗ nhỏ nhất trong than hoạt tính, người ta chưa quan sát trực tiếp được dạng lỗ xốp này Những nghiên cứu hấp phụ cho phép kết luận rằng kích thước lỗ nhỏ gần kích thước phân tử chất bị hấp phụ

Lý do làm cho than hoạt tính có cấu trúc hỗn tạp là ở chỗ trong quá trình hoạt hóa bên cạnh việc hình thành lỗ xốp mới luôn luôn có sự mở rộng kích thước của lỗ xốp có sẵn

Trong quá trình hấp phụ mỗi dạng xốp mới có chức năng riêng Lỗ xốp nhỏ có ý nghĩa lớn nhất về mặt hấp phụ vì bề mặt riêng của nó tới cả ngàn m2/g; lỗ xốp trung có vai trò trong hấp phụ nơi đó xảy ra ngưng tụ mao quản khi áp suất hơi đủ cao, tác dụng thứ hai của lỗ xốp trung là làm đường dẫn chất bị hấp phụ vào xốp nhỏ

Theo Đu-bi-nin chỉ một số lỗ nhỏ là trực tiếp thông với mặt ngoài hạt than Cấu trúc xốp của than tổ chức như sau: lỗ xốp lớn không trực tiếp ra mặt ngoài, lỗ xốp trung là nhánh của lỗ xốp lớn và xốp nhỏ là nhánh của xốp trung

Vậy vai trò của của lỗ xốp lớn chủ yếu là tạo điều kiện để phân tử chất bị hấp phụ nhanh tới những lỗ xốp nhỏ hơn, nằm sâu hơn trong hạt than; chúng không có vai trò gì trong hấp phụ Bề mặt riêng của lỗ xốp lớn rất nhỏ, bán kính lỗ xốp lớn lại quá lớn, không xảy ra ngưng tụ mao quản trong lòng xốp lớn Tuy nhiên trong trường hợp than hoạt tính được dùng làm chất mang xúc tác lỗ xốp kích thước lớn rất quan trọng vì chất xúc tác được phân bố trong lỗ xốp lớn này

Tóm lại, diện tích bề mặt và thể tích riêng của các lỗ xốp trong than phụ thuộc vào nguyên liệu và phương pháp chế tạo Sự thích hợp của một loại than cho một mục đích cụ thể phụ thuộc tỉ số giữa lượng các lỗ xốp có kích thước khác nhau, những biến đổi nhỏ về lỗ xốp sẽ làm thay đổi tính chất áp dụng của một loại than Bên cạnh đó, tính chất hấp phụ cũng như các tính chất khác của than

hoạt tính liên hệ rất khăng khít với cấu trúc xốp của nó Do vậy, những thông tin về các thông số này rất quan trọng

1.2.1.3 Cấu trúc hóa học của than hoạt tính: [3], [10], [11]

Nếu bề mặt cacbon có cấu trúc hoàn chỉnh thì thành phần chính của lực hấp phụ ở đây chính là thành phần khuếch tán trong lực Vandervan Tuy nhiên về mặt cấu trúc có thể có hai loại vi phạm:

– Một là tính không hoàn chỉnh các lớp Graphit trong tinh thể làm xuất hiện trên bề mặt những hóa trị chưa bão hòa Điều này ảnh hưởng đến tính chất hấp phụ của than hoạt tính đối với các chất có cực hay các chất có khả năng phân cực

– Hai là những vi phạm về cấu trúc do sự có mặt của nguyên tử dị vòng trong cấu trúc cacbon

Trước hết ta hãy đề cập đến tạp chất trong than hoạt tính và phải kể ngay đến tro vô cơ: hàm lượng tro và các thành phần tro thay đổi trong phạm vi rộng tùy thuộc các loại than Ví dụ phân tích một mẫu than hoạt tính chế tạo từ sọ dừa thấy hàm lượng tro là 3,5%, trong tro có Kali, nhôm, Silic, Natri, Sắt Tro cũng chứa lượng nhỏ Mg, Ca, Bo, Zn

Hàm lượng trong than hoạt tính phụ thuộc nguyên liệu ban đầu tăng theo độ than hóa và độ hoạt hóa Than hoạt tính điều chế từ Saccaroza có hàm lượng tro rất thấp, còn đi từ nhựa Phenolandehyt hay Polyvinyldien Clorua thì có thể nói là rất sạch, hàm lượng tro chỉ mấy phần trăm của 1%

Sự có mặt của tro làm ảnh hưởng đến tính chất hấp phụ của than: tro tạo ra những khuyết tật trong cấu trúc tinh thể của than Khi dùng các muối vô cơ như ZnCl2, K2S, NaOH để hoạt hóa than bằng phương pháp hóa học thì các kim loại K, Na … sẽ thâm nhập và chiếm những vị trí giữa các lớp Graphit tinh thể tạo ra

các lỗ xốp làm tăng bề mặt riêng của than Tuy nhiên do tro không phải là một bộ phận hữu cơ của sản phẩm nên hoàn toàn có thể được rửa đi

Thường thì khử tro bằng các acid vô cơ tốt nhất là bằng HF và HCl, sau đó rửa sạch bằng nước không chứa muối hòa tan Mile đã điều chế trong điều kiện phòng thí nghiệm mẫu than sạch đầu tiên vào năm 1926 Dùng acid vô cơ và rửa bằng nước sạch ông đã giảm được độ tro trong than mẫu từ 8,39% xuống 0,06%, giảm độ tro của Notrit từ 6,4% xuống 0,04% và giảm độ tro chế tạo từ Saccaroza từ 0,1% xuống 0,00%

Loại tạp chất thứ hai như là Hydrô và Ôxi thì khác loại đầu ở chỗ chúng có liên kết hóa học và là bộ phận hữu cơ của than, nhưng các nguyên tố này là thành phần của nguyên liệu đầu nằm còn lại trong cấu trúc than do sự cacbon hóa không hoàn toàn

Than hoạt tính chế tạo từ Saccaroza ở 5500C chứa khoảng 30 nguyên tử hydro và 9 nguyên tử oxi ứng với 100 nguyên tử cacbon trong khi than chế tạo bằng cách hoạt hóa với nhiệt độ cao thì có chưa tới 18% oxi về khối lượng theo tỉ lệ cứ 1 nguyên tử oxi ứng với 6 nguyên tử cacbon Du-bi-nin và Secpen-Ski đã chứng tỏ rằng khi hàm lượng ôxi trong than là 2,3% thì khoảng 4% bề mặt than được phủ bằng lớp đơn phân tử ôxi, còn khi hàm lượng ôxi cực đại là 12% thì phần bề mặt than bị ôxi bao phủ là 19%

Quan niệm đầy đủ nhất về ôxi bề mặt than hoạt tính đã được Si-Lôp và học trò của ông phát triển Các tác giả chứng minh rằng khi than hoạt hóa ở nhiệt độ cao từ 800 850÷0C có không khí ở áp suất thường tham gia thì bề mặt than được phủ lớp oxyt kiềm, trong môi trường nước này các ôxit này tạo ra những nhóm Hydroxyl, trao đổi anion của acid mạnh hay của các muối Cũng theo Si-lôp thì ở khoảng nhiệt độ từ 300÷5000C than tác dụng với ôxi không khí tạo ra Oxit bề

mặt có tính acid rất nhỏ, còn trên 800 C thì lượng acid trên bề mặt than rất nhỏ, không đo đạc được Vì vậy trong dung dịch than có tính acid hấp phụ mạnh kiềm

Sự có mặt của ôxi trong nguyên liệu đầu ảnh hưởng mạnh lên sự sắp xếp và kích thước tinh thể cơ bản trong chất hấp phụ dạng cacbon Quá trình than hóa và nhiệt độ than hóa phụ thuộc nhiều vào hàm lượng Oxi trong nguyên liệu ban đầu Tuy nhiên, chủ yếu người ta quan tâm nhiều đến Oxi liên kết với bề mặt than hoạt tính vì chính ôxi này có ảnh hưởng đến tính chất hấp phụ của than lên dung dịch không điện li

Du-bi-nin Gia-vi-rin đã nghiên cứu tính chất hấp phụ của than hoạt tính đối với hơi nước và Benzen trên các mẫu than có cấu trúc xốp giống nhau nhưng có bản chất bề mặt khác nhau Tác giả đã cho thấy ôxit bề mặt ảnh hưởng lên khả năng hấp phụ của than đối với hơi nước nhưng không ảnh hưởng lên khả năng hấp phụ của Benzen Từ đó tác giả kết luận rằng tùy theo phương pháp điều kiện chế tạo mà bản chất bề mặt than khác nhau, bản chất bề mặt có thể thay đổi khi bảo quản than trong môi trường có ôxi hay có hơi nước và chính những cấu trúc này của than đã quyết định tính chất than hoạt tính

1.2 NGUYÊN LIỆU TRẤU – SẢN LƯỢNG VÀ ỨNG DỤNG: 1.2.1 Tình hình sản xuất lúa gạo: [2], [26], [29], [34]

Gạo là thực phẩm chủ yếu trong cuộc sống của con người, với tình hình phát triển dân số thế giới và nhu cầu của cuộc sống con người ngày càng tăng về số lượng lẫn chất lượng nên việc tăng cường sản xuất lương thực thực phẩm để đáp ứng cho cuộc sống là một vấn đề then chốt hiện nay

Diện tích trồng lúa chiếm khoảng 1% diện tích bề mặt trái đất, là nguồn cung cấp lương thực chủ yếu cho hàng tỉ người trên thế giới Hàng năm khoảng 600 triệu tấn lúa được sản xuất ra, trong đó trấu chiếm khoảng 20% sản lượng lúa

Bảng 1.2: Một số thống kê sản xuất lúa gạo ở Việt Nam những năm gần đây [2]:

Diện tích Năng suất Sản lượng gạo Sản lượng trấu Năm (Nghìn

ha)

Tăng (%)

Tấn /ha

Tăng(%)

Nghìn tấn

Tăng(%)

Nghìn tấn

Tăng(%) 1990 6042,8 102,2 31,8 103,2 19225,10 101,2 8738,682 101,21997 70999,7 101,4 38,8 105,4 27523,9 143,2 12510,86 143,21998 7362,7 103,7 39,6 102,1 29145,5 105,9 13247,95 105,9

1999 7653,6 104,0 41,0 103,5 31393,8 107,7 14269,91 107,72000 7666,3 100,2 42,4 103,4 32529,5 103,6 14786,14 103,62001 7492,7 97,7 42,9 101,2 32108,4 98,7 14594,73 98,72002 7485,0 99,9 45,5 106,1 34063 106,1 15483,18 106,12003 7452,0 99,6 46,0 101,1 34530 101,4 15695,45 101,42004 7350,0 98,6 35700 103,4 16227,27 103,4

Sản lượng gạo của Việt Nam 2005 dự báo đạt 34-35 triệu tấn (tương đương sản lượng trấu là 15,5-15,9 triệu tấn), xuất khẩu 3,5-3,8 triệu tấn gạo, chiếm 13,8% lượng gạo mậu dịch thế giới (26 triệu tấn)

Hai vựa lúa chính của cả nước ta (chiếm trên 2 phần 3 sản lượng gạo của cả nước) là đồng bằng sông Cửu Long và đồng bằng sông Hồng

Mức sản xuất của đồng bằng sông Hồng chiếm 18% sản lượng gạo của cả nước, còn tại đồng bằng sông Cửu Long, sản lượng chiếm trên một nửa sản lượng gạo của cả nước, phần còn lại của Việt Nam được chia thành năm khu vực, tất cả đều thiếu gạo

1.2.2 Trấu: [29], [34]

Hình 1.5 Hạt gạo – Vỏ trấu

Hình 1.6: Quá trình xay xát lúa [29]

Sử dụng các phế phẩm của quá trình trên: - Rơm rạ: sử dụng trong chăn nuôi, làm giấy, trồng nấm, bón ruộng - Trấu gạo: sử dụng để tạo năng lượng, trong vật liệu xây dựng, bón

ruộng - Cám: thức ăn gia súc, dầu ăn - Gạo tấm: làm bột mì, mì sợi Trấu thu được sau quá trình xay xát (xem như ở độ ẩm bảo quản lúa) được cho vào kho bảo quản ở nhiệt độ thường

Trong thành phần của trấu chiếm khoảng 75% các thành phần hữu cơ (chủ yếu là cellulose, hemicellulose, lignin, và một phần nhỏ các chất hữu cơ khác), 15% SiO2 và 10% nước (theo bảng 1.3) Giá trấu thường ở mức 150-200 đồng/kg, có thời điểm tiêu thụ mạnh, giá vọt lên đến 400-500 đồng/kg

Bảng 1.3 :Thành phần cơ bản của trấu [42]

Cellulose 32.24 Hemicellulose 21.34 Lignin 21.44

Nước 8.11

Thành phần hóa học trong tro khoáng chất:

1.2.3 Các ứng dụng 1phổ biến của trấu [7], [8], [9], [17], [26], [29], [34]:

Trấu chứa thành phần chất xơ thấp nhưng hàm lượng tro cao chiếm 18-22% Trước đây, trấu không được sử dụng, mà được xem như một chất thải không có giá trị về mặt kinh tế, do đó trấu được thải ra môi trường gây ô nhiễm, ngoài ra khi bị vi sinh vật phân hủy tạo ra khí metan (CH4)

− Sử dụng làm chất đốt: Hiện nay trấu vẫn được sử dụng rộng rãi làm chất đốt (lượng nhiệt tỏa ra do quá trình đốt cháy khoảng 13 -15 MJ/kg) Tuy nhiên đến nay, nguồn năng lượng

này vẫn chưa được khai thác triệt để và hiệu quả sử dụng còn thấp, trong khi nhu cầu nguyên liệu để sấy, bảo quản lại lớn, nhất là ở các vùng sản xuất nông sản hàng hóa Trong thành phần của trấu khi bị đốt ở nhiệt độ nhất định có tạo khí như CH4, chất bốc, … những chất khí này khi đốt sẽ làm cho nhiệt lượng lớn, phục vụ việc sấy, bảo quản nông sản

Bảng 1.4 Các nguồn năng lượng sinh học chủ yếu ở Việt Nam (2002) [26] STT Chất thải Công–Nông nghiệp Số lượng (triệu tấn) Năng lượng (GJ)

III Khí đốt lấy từ phân của vật nuôi

Trong tro trấu có hàm lượng SiO2 cao chiếm từ 92-95% có tính chất: nhẹ, độ xốp cao và diện tích bề mặt lớn, có tính chất hấp phụ, cách điện tốt, dẫnõ nhiệt kém được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp

Nhiều tài liệu nghiên cứu ứng dụng của tro trấu, hai lĩnh vực được quan tâm nhiều nhất là trong công nghệ sản xuất thép và trong công nghệ sản xuất ximăng

− Trong ngành thép: Tro trấu là chất cách điện rất tốt dẫn nhiệt kém, có nhiệt độ nóng chảy cao, khối lượng riêng thấp và độ xốp cao Nó được dùng làm sử dụng làm vật liệu cách nhiệt ngăn chặn việc làm lạnh nhanh chóng thép đảm bảo sự đông đặc ổn định hình dạng thép Khoảng 0,5-0,7 kg tro trấu được sử dụng trên 1 tấn thép

− Trong sản xuất xi măng và bê tông: Trong công nghiệp sản xuất xi măng người ta cũng sử dụng trấu, vì trong thành phần trấu có chứa hàm lượng silica cao, góp phần làm tăng độ bền cho xi măng Quá trình sản xuất xi măng bằng cách nhiệt phân đá vôi và một số hợp chất khác ở nhiệt độ khoảng 14500C trong lò nung để tạo ra Linker Quá trình bao gồm sự phân li CaCO3 dưới tác dụng của nhiệt tạo thành vôi (Ca(OH)2) và CO2, vôi lại tác dụng với một số chất khác tạo thành Linker còn CO2 thì thải ra môi trường, bột Linker với thạch cao gọi là ximăng Pooclăng

Lượng nhỏ bột được thêm vào làm cải thiện tính chất của xi măng là hỗn hợp Pozzlans Việc thêm vào xi măng bột này thúc đẩy quá trình Hydrat hóa, phản ứng với đá vôi tạo hợp chất có thể làm tăng độ cứng cho ximăng vì nó nhỏ hơn các phân tử xi măng và có khả năng hàn gắn các khe hở giữa các phân tử xi măng làm tăng độ bền cho cấu bê tông Ở đây tro trấu chính là Pozzolans Điểm mạnh hơn là nó có tác dụng chống thấm, chống lại sự tấn công của các nhân tố hóa học

– Gạch chịu lửa:

Nhờ tính chất cách nhiệt, tro trấu được sử dụng để sản xuất gạch chịu lửa sử dụng trong lò nung

– Vật liệu nhẹ: Tro trấu được sử dụng làm vật liệu nhẹ trong công nghệ đóng tàu ở các nước phát triển

– Tổ hợp vi mạch: Tổ chức Space Reseach ở Ấn Độ đã thành công trong việc sản xuất SiO2

tinh khiết cao từ tro trấu và có tiềm năng trong công nghệp sản xuất máy tính – Ngăn chặn sự tấn công của côn trùng:

Nhiều nhà khoa học đã kiểm tra sự hiệu quả của việc này Đậu nành ở Indonesia thỉnh thoảng bị tấn công của bọ cánh cứng, tro trấu được dùng để ngăn chặn sự phá hoại của chúng bằng hỗn hợp 0,5% tro vào đậu tương, các nghiên cứu thực nghiệm chứng minh là tro trấu dùng tốt hơn tro gỗ và nước vôi

– Trong lưu hóa cao su: Tro trấu như một tác nhân lưu hóa cao su chính là nhờ hàm lượng Si cao trong tro trấu Tro trấu lưu hóa với Etylen-Popylen-Diene-Tepolymer (EPDT) và nó như là một vật trám đầy giữa các phân tử cao su EPDT

Ngoài ra tro trấu còn được ứng dụng để xử lí nước, làm chất hấp phụ và cải tạo đất sét làm tăng tính xốp và khả năng giữ nước của đất, …

Những ứng dụng trên vẫn chưa đủ để làm giảm sự ô nhiễm của trấu đến môi trường vì hàng năm lượng trấu tạo ra quá lớn Do vậy người ta ứng dụng trấu vào mục đích năng lượng, Nhiều quốc gia như Thái Lan sử dụng trấu để sản xuất điện, trong khi đó tại Việt Nam, việc sử dụng trấu để tạo ra năng lượng vẫn còn ở qui mô sản xuất nhỏ, chủ yếu ở các hộ gia đình vùng nông thôn

– Sản xuất than hoạt tính

Hình 1.7 Sơ đồ mô tả ứng dụng của trấu trong sản xuất [29] Bảng 1.5 Cơ hội sử dụng và tiềm năng của trấu thóc [34]

Ứng dụng Tình trạng

phát triển

Nhu cầu hiện tại

Nhu cầu tiềm năng

Khu vực sử

dụng

Giá (tấn)

Sự thích hợp với thị

trường

Sản xuất thép

Đang có thị trường

Trung bình Giảm Thế giới

Trung bình

Không mở rộng

Sản xuất bê tông

Có thị trường, và được nghiên cứu

Thấp, trung

bình

Cao Thế giới Thấp Đang mở

rộng

Vật liệu nhẹ

Có thị trường và nghiên cứu

Thấp Trung

bình Thế giới Thấp

Tiềm năng trong tương lai Chíp silicon Nghiên cứu Thấp Cao Thế giới Thấp Tiềm năng

giới hạn Than hoạt

tính để xử lý nước

Nghiên cứu Thấp Cao Thế giới Cao

Thị trường tiềm năng rất lớn

Sản phẩm gốm sứ gia đình

Sử dụng ít Thấp Thấp Châu Á Thấp Không khả thi

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THAN HOẠT TÍNH

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT THAN HOẠT TÍNH: 2.1.1 Qui trình công nghệ sản xuất than hoạt tính:

Qui trình công nghệ suất than hoạt tính bao gồm có 2 giai đoạn: giai đoạn than hóa (cacbon hóa) nguyên liệu trong môi trường thiếu ôxi; giai đoạn tiếp theo là hoạt hóa than thu được từ giai đoạn đầu bằng phương pháp hóa học hoặc

phương pháp hóa lý

Hình 2.1: Qui trình sản xuất than hoạt tính

Hoạt hóa Than hoạt

tính Hóa lý

Hóa học

Than hóa

Nguyên liệu

2.1.2 Quá trình than hóa: [3], [4], [10], [11], [17], [[19], [35], [44], [45]

Trong thực nghiệm, quá trình than hóa trấu bằng nhiệt độ cao ở môi trường thiếu ôxi cũng xảy ra theo trình tự như khi than hóa gỗ nên chúng ta có thể căn cứ vào cơ sở lý thuyết của than hóa gỗ để hiểu rõ bản chất từng giai đoạn của quá trình than hóa vật liệu

Từ lâu người ta đã sản xuất than gỗ phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt để làm nguyên liệu cho luyện kim, sau này than gỗ còn dùng để sản xuất than hoạt tính

Nguyên tắc cacbon hoá của quá trình sản xuất than gỗ là dùng nhiệt phân hủy trong điều kiện không có oxy được thực hiện trong các thiết bị kín, đốt nóng gián tiếp qua thành thiết bị Duới tác dụng của nhiệt xảy ra một số biến đổi theo các giai đoạn sau:

– Giai đoạn sấy: Từ nhiệt độ thường đến 170 C gỗ bị khô dần, hơi nước thoát ra

– Từ 1700C đến 2800C gỗ bị phân hủy theo những quá trình tỏa nhiệt Ở đây trong thành phần nước ngưng từ gỗ xuất hiện hàng loạt sản phẩm hữu cơ và khí thoát ra, giải phóng oxit cacbon, khí cacbonic, acid axetic, …

– Giai đoạn luyện than: Từ 2800C đến 3800C xẩy ra sự phân hủy phát nhiệt giải phóng metanol, hắc ín, …

Quá trình than hóa xem như kết thúc ở 4000-6000C [3], [4] Sản phẩm thu được là than gỗ, độ chắc của than gỗ giảm nhiều so với nguyên liệu gỗ, nhưng hình dạng ngoài và cấu trúc dạng sợi của gỗ vẫn giữ được

Thành phần nguyên tố của than gỗ ít phụ thuộc vào thành phần vật lý và điều kiện than hóa, mà chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ cuối của quá trình chưng khô gỗ: nhiệt độ càng tăng hàm lượng hydro và oxi càng giảm, than thu được càng giàu cacbon Do đó quá trình này gọi là quá trình cacbon hóa (than hóa)

Lượng chất dễ bay hơi bị đẩy đi nhiều hơn lượng than gỗ còn lại Hiệu suất than gỗ phụ thuộc vào nguyên liệu (thành phần chính của gỗ gồm xenluloza (nằm trong khoảng 40% đến 57%) và lignin) Nếu nhiệt độ than hóa được chọn trong khoảng 4000C đến 6000C thì hiệu suất thu hồi than gỗ nằm trong khoảng 27% đến 36%

Khi tốc độ than hóa lớn, các phân tử hữu cơ không phân hủy hoàn toàn mà nhanh chóng thoát khỏi vùng phản ứng, do đó không kịp phân hủy tiếp để giải phóng cacbon mà chuyển thẳng thành nhựa gỗ

Điều đáng chú ý đối với than gỗ là độ xốp sơ cấp do quá trình than hóa tạo ra, theo chỉ tiêu quan trọng để đánh giá về mặt này là độ hấp phụ oxi từ không khí, vì nó liên quan đến khả năng tự bốc cháy của than Do khả năng này cực đại ở 4350C nên các lò than hóa thường hoạt động xung quanh nhiệt độ này