công nghệ tổng hợp và tính chất của than hoạt tính

• Phương pháp tính toán theo chất lượng chất lỏng phân tử thấp hoàn toàn toàn trơ hóa học với than hoạt tính nhưng được hấp phụ lên bề mặt của than hoạt tính.. Tính chất hóa học của than

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Viện: Kỹ thuật hóa học

Đề Tài Tiểu luận : THAN HOẠT TÍNH

GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền

SVTH:

1)Phùng Thế Việt 2011

2)Đàm Đình Minh 20113141

3)Ngô Huy Hiểu 2011

4)Nguyễn Trung Thái 2011

Nội dung trình bày

và các tạp chất hữu cơ, vô cơ

trong nước thải công nghiệp và sinh hoạt, thu hồi dung môi, làm sạch không khí,…

 Sự sắp xếp ngẫu nhiên của

các vi tinh thể và với liên

kết ngang bền giữa chúng

làm cho than hoạt tính có

một cấu trúc lỗ xốp rất phát

triển

 Cấu trúc bề mặt này được

tạo ra trong quá trình than

 Than hoạt tính có các lỗ xốp từ 1nm đến vài nghìn nm Các lỗ được chia thành 3 nhóm lỗ nhỏ, lỗ trung và lỗ lớn.

• Lỗ nhỏ có kíck thước phân tử, bán kính hiệu dụng nhỏ hơn 2nm và có thể

tích lỗ từ 0.15-0.7cm3/g

• Lỗ trung hay còn gọi là lỗ vận chuyển có bán kính hiệu dụng từ 2 đến

50nm, thể tích của chúng thường từ 0.1-0.2cm3/g

• Lỗ lớn không có nhiều ý nghĩa trong quá trình hấp phụ của than hoạt tính

bởi vì chúng có diện tích bề mặt rất nhỏ và không vượt quá 0.5m2/g

 Mỗi nhóm này thể hiện một vai trò nhất định trong quá trình hấp phụ

2.2 Cấu trúc hóa học của bề mặt than hoạt tính

Thành phần quyết định của lực hấp phụ lên bề mặt than là thành phần không tập trung của lực VanderWalls

Các electron độc thân và có hóa trị

không bão hòa do sự biến đổi sự sắp

xếp các electron trong khung cacbon

cũng ảnh hưởng đến đặc điểm hấp phụ của than hoạt tính

Than hoạt tính hầu hết được liên kết với một lượng oxy và hydro.Các nguyên

tử khác loại này được tạo ra từ nguyên liệu ban đầu và trở thành một phần cấu trúc hóa học của than hoạt tính

2 Tính chất lý, hóa của than hoạt tính

2.1.1 Kích thước hạt:

 Người ta thường sử dụng 2 phương pháp để xác định kích thước hạt than:

• Phương pháp hiển vi điện tử.

• Phương pháp hấp phụ lên bề mặt.

Vì kích thước và diện tích bề mặt hạt than khác nhau nên trong tính toán người ta sử dụng giá trị trung bình

2.1.2 Diện tích bề mặt riêng.

• Phương pháp tính toán hình học

• Phương pháp tính toán theo chất lượng chất lỏng phân tử thấp

hoàn toàn toàn trơ hóa học với than hoạt tính nhưng được hấp phụ lên bề mặt của than hoạt tính

Hai phương pháp dung để xác định diện tích bề mặt riêng của

than hoạt tính:

2.1.4 Khối lượng riêng.

Than hoạt tính dạng bột là các hạt nằm sát nhau, ở các góc cạnh, các cung là không khí nên dao động từ 80 -300kg/m3

Là đại lượng phụ thuộc vào phương pháp xác định nó: là axeton và rượu, dao động từ 1800 -1900kg/m3, trong heli lỏng

từ 1900 – 2000kg/m3, hằng số mạng tinh thể 2160 -2180kg/m3

Qua ứng dụng của than hoạt tính, người ta thấy rằng khối lượng riêng có giá trị 1860kg/m3 thường được sử dụng khá

phổ biến

2.2 Tính chất hóa học của than hoạt tính.

• Phân tích cấu tạo và cấu trúc của than hoạt tính bằng tia Rơnghen cho thấy than hoạt tính có cấu trúc mạng phẳng, cấu tạo từ các vòng

Cacbon, vị trí sắp xếp các nguyên tử Cacbon trong vòng giống vị trí sắp xếp các nguyên tử Cacbon trong Benzen Các nguyên tử Cacbon liên kết với nhau bằng liên kết hóa học

• Ngoài Cacbon, trong thành phần hóa học của than hoạt tính còn có hydro, lưu huỳnh, oxi và các chất khác

• Các nguyên tử này được đưa vào than hoạt tính cùng với nguyên liệu đầu và trong quá trình oxi hóa

• Sự có mặt của các hợp chất chứa oxi trên bề mặt than hoạt tính được chứng minh bằng phản ứng axit huyền phù trong nước của than hoạt tính

III Phương pháp sản xuất

III Phương pháp sản xuất

Phương pháp sản xuất bằng gáo dừa

Phương pháp sản xuất than máng

Phương pháp sản xuất than lò

Phương pháp sản xuất nhiệt phân

 Nguyên liệu là gáo dừa

Phương pháp sản xuất bằng gáo dừa

 Công nghệ sản xuất

 Hoạt hóa bằng công nghệ lò quay có cánh đảo bên trong

• Lò quay được thiết kế có thể than hóa và hoạt hóa gáo dừa thành than hoạt tính

• Nhiên liệu được dùng là đốt ngoài, nhiệt độ hoạt hóa 800-9000 C và tác nhân hoạt hóa là hơi nước

• Cánh đảo có tác dụng múc than lên và dội than xuống làm tăng khả năng tiếp xúc hơi nước và than kéo dài đường đi của than trong lò.

 Ưu điểm

• Hoạt hóa nhanh vì hơi nước và than đi ngược chiều nhau tiếp xúc hai pha khí rắn tốt.

• Năng xuất đạt cao hơn và sản xuất liên tục.

Phương pháp sản xuất bằng gáo dừa

 Quy trình than hóa

 Gáo dừa thu hái phải là loại gáo dừa già, độ ẩm không quá 15%

 Đập gáo dừa thành mảnh nhỏ khoảng 3:5 mm

 Chuẩn bị lò:

• Lò được gia nhiệt 400-5000 C bằng cách đốt 1 bếp

• Dùng xẻng cho gáo dừa đã chọn vào lò qua đường hộp khói.

• Một lò mỗi giờ vào ra 50kg Lò quay 2-3 v/p, than đi qua lò mất 50-60 phút Quá trình này gọi là quá trình than hóa.

Phương pháp sản xuất bằng gáo dừa

 Quy trình hoạt hóa:

 Chuẩn bị lò: Đốt lò trước để đạt nhiệt độ, thấy nhiệt độ lên chậm phải tăng phun dầu Khi đạt 8000C có thể nạp than vào lò Trước đó

lò hơi nước đã đốt đảm bảo áp suất quy định

 Sau khi kiểm tra thấy các điều kiện đạt mới cho than vào lò Phản ứng hoạt hóa xảy ra như sau:

Cn + H2O  Cn-1 + H2 + CO2

 Phản ứng này thu nhiệt nên phải cấp nhiệt liên tục

 Phản ứng hoạt hóa xảy ra chậm Tăng nhiệt độ 900-9500C để quá trình hoạt hóa xảy ra nhanh hơn

 Nếu hoạt hóa chậm, độ thiêu đốt thấp than này có lỗ bé phát triển: than này hấp phụ khí tốt

 Nếu hoạt hóa nhanh, nhiệt độ cao than này có lỗ trung phát triển và

có khả năng tẩy màu

Phương pháp sản xuất bằng gáo dừa

IV Đặc trưng của than hoạt tính

 Phương pháp nghiên cứu đặc trưng:

 Phương pháp thấm N2

Phương pháp thấm N2

IV Đặc trưng của than hoạt tính

TEM : kính hiển vi điện tử

truyền qua

IV Đặc trưng của than hoạt tính

[Carbon]Harry Marsh, Francisco Rodr-guez Activated Carbon-Elsevier (2006)

Reinoso- SEM : kính hiển vi điện

IV Đặc trưng của than hoạt tính

 Than hoạt tính thường được đặc trưng

bởi diện tích bề mặt rất lớn của nó từ

 Mật độ carbon là khối lượng của một

ml carbon trong không khí

 Kích thước hạt trong nguyên tử

cacbon được đo bằng kích thước sàng

 Khả năng hấp phụ được đặc trưng bởi hiệu quả của than hoạt tính trong việc loại bỏ chất gây ô nhiễm nhất định

IV Đặc trưng của than hoạt tính

Nguyên nhân mất hoạt tính xúc tác

Do quá trình mài mòn

IV Đặc trưng của than hoạt tính

Hoàn nguyên than hoạt tính

 Tái sinh than hoạt tính có thể phục hồi 80% hiệu quả sử dụng.

Có 2 cách thường dùng để tái sinh là:

• Tái sinh nhiêt

• Tái sinh hơi nước

 Hoàn nguyên bằng phương pháp oxi hóa xúc tác dị thể lỏng rắn:

 Hệ hấp phụ-xúc tác Me/THT có khả năng hấp phụ tốt phenol và có thể hoàn nguyên bằng H2O2 rất thuận lợi, ở nhiệt độ thấp, không tạo ra sản phẩm ô nhiễm thứ cấp

 Phản ứng hoàn nguyên xúc tác của phenol bằng H2O2 xảy ra trên bề mặt THT là phản ứng xúc tác dị thể lỏng-rắn, có bậc phản ứng bằng

không với phenol và H2O2

IV Đặc trưng của than hoạt tính

Triển vọng trong công nghệ xử lý các ô nhiễm

hữu cơ trong môi trường nước.

IV Đặc trưng của than hoạt tính

V Ứng dụng

 Than Hoạt Tính dùng lọc sạch môi trường không khí

 Than Hoạt Tính dùng lọc nước và khử các chất hữu cơ hòa tan trong nước

 Ngoài ra, than hoạt tính còn có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác (Công nghiệp, kỹ thuật, y tế…)

1 Than Hoạt Tính dùng lọc sạch môi trường không khí

 Than Hoạt Tính khử mùi, khử màu, khử các chất độc có trong không khí do ô nhiễm, chống nhiễm phóng xạ, diệt khuẩn, virut…

 Dùng than hoạt tính dạng hạt, không dùng dạng bột để tránh sự tụt áp vì động học quá trình hấp phụ phụ thuộc vào kích cỡ hạt nên cần thiết phải điều chỉnh để có sự cân bằng giữa tỷ lệ hấp phụ tối đa và sự tụt áp tối

thiểu, cỡ hạt than hay dùng là 1 - 2mm.

 Than hoạt tính hấp phụ chất khí khá kém nên cần tẩm hóa chất vào để giữ hoặc phân hủy chất độc

VD: các muối của kim loại đồng, bạc vàng, kẽm, các hợp chất hữu

cơ để hấp phụ các khí độc

 Yêu cầu

2 Than Hoạt Tính dùng lọc nước và khử các chất hữu cơ hòa tan trong nước

Khử các chất bẩn

Làm sạch vết của các kim loại nặng hòa tan trong nước

Làm sạch triệt để chất hữu cơ hòa tan, khử mùi và vị, đặc biệt nước thải CN chứa các phần tử hữu cơ độc hại hoặc các phần tử có độ bền vững bề mặt cao ngăn cản các quá trình xử lý sinh học

Than hoạt tính sử dụng trong lọc nước thường có 3 loại phổ biến:

 Than hoạt tính dang bột (PAC):

Dùng lọc mùi, chất màu và các chất béo hòa tan trong nước.

Do tính chất dễ bị rửa trôi và không ổn định, nên chủ yếu được sử dụng dưới dạng bổ trợ ở các

hệ thống lọc nước công nghiệp lớn.

 Than hoạt tính dạng hạt (GAC):

GAC được sử dụng rộng rãi trong hệ thống lọc nước máy hay xử lý nước gia đình Than hoạt tính dạng hạt có thể lọc mùi, xử lý nước nhiễm bẩn

Hiệu quả lọc phụ thuộc khá nhiều vào tốc độ dòng nước, nếu tốc độ dòng nước quá lớn mà không có cách hãm thì hiệu quả sẽ không cao.

 Than hoạt tính dạng khối (SBAC):

Là cấu trúc than tốt nhất và lọc nước hiệu quả nhất đang sử dụng rộng rãi hiện nay Khối than hoạt tính cũng bảo đảm được sự rắn chắc, độ bền sử dụng cao và tăng hiệu suất của toàn bộ hệ thống lọc.

- Lọc cơ học vật lý: Giúp loại bỏ các hạt, tạp chất bẩn trong nước khi đi qua lõi lọc nhờ các lỗ nhỏ li ti trong cấu trúc than.

- Lọc hút bám: Bề mặt phân tử than sẽ thu hút các chất hóa học, tạp chất hòa tan trong nước và giữ chúng nằm lại bên trong lõi lọc Với đặc tính “không hút nước” nhưng “hấp thụ dầu mỡ”, than hoạt tính có tác dụng mạnh với rất nhiều loại hóa chất chứa Clo, Benzen hay các hóa chất công nghiệp hòa tan trong nước.

2 cơ chế lọc nước cơ bản của than hoạt tính

Một số yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới hiệu quả lọc của than hoạt tính

 Cấu trúc vật lý của lõi lọc, ví dụ: kích thước phân tử than, diện tích tiếp xúc bề mặt với tạp chất…

 Tính chất của nguồn nước cần lọc

 Thành phần hóa học của các tạp chất trong nước

 Nhiệt độ và độ pH của nước lọc

 Thời gian tiếp xúc giữa than lọc với nước trong đó tốc độ dòng nước là yếu tố rất quan trọng

Sự ảnh hưởng của pH đến

sự hấp thu của than hoạt

tính đối với Hg(II)

Mô hình lọc nước bằng than hoạt tính đơn giản

3 Các ứng dụng khác

 Trong công nghiệp hóa học, than hoạt tính được ứng dụng làm chất xúc tác

và làm chất mang cho các chất xúc tác khác ( VD: làm chất mang cho phản ứng Vinyl hóa axetylen, mang kim loại quý hydro hóa chọn lọc…)

 Trong kỹ thuật: dùng lọc khí trong tủ lạnh và máy điều hòa nhiệt độ.

 Trong y tế (carbo medicinalis – than dược): để tẩy trùng và các độc tố sau khi bị ngộ độc thức ăn

 Ngoài ra, than hoạt tính còn được dùng để, thu hồi hơi dung môi hữu cơ, phòng tránh tác hại của tia đất

CẢM ƠN CÔ VÀ

CÁC BẠN ĐÃ

LẮNG NGHE