PHƯƠNG PHÁP hấp PHỤ TRONG xử lý môi TRƯỜNG

H ấp phụ trong xử lí khí thải Là quá trình phân li khí dựa trên ái lực của một số chất rắn đối với một sốloại khí có mặt trong hỗn hợp khí nói chung và trong khí thải nói riêng, trong q

Mục lục

I KHÁI NIỆM 2

1 Định nghĩa hấp phụ 2

2 Hấp phụ trong xử lý khí thải 2

3 Cơ chế, nguyên lý và các yếu tố ảnh hưởng quá trình hấp phụ

II PHÂN LOẠI 4

1 Hấp phụ vật lý

2 Hấp phụ hóa học

III VẬT LIỆU HẤP PHỤ 7

1 Các yêu cầu đối với vật liệu hấp phụ

2 Phân loại vật liệu hấp phụ

3 Các nhóm chất hấp phụ trong công nghiệp

4 Một số vật liệu hấp phụ điển hình

5 Quá trình hoàn nguyên - giải hấp

IV.THIẾT BỊ HẤP PHỤ 18

1 Thiết bị hấp phụ không hoàn nguyên

2 Thiết bị hấp phụ hoàn nguyên

V CÁC THÔNG SỐ CỦA QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ 23

1 Độ xốp của vật liệu hấp phụ

2 Đường cân bằng đẳng nhiệt trong vật liệu hấp phụ

3 Sử dụng phương trình BET trong tính toán

VI ỨNG DỤNG 25

1 Xử lý khí NOx

2 Xử lý hơi thủy ngân bằng chất hấp phụ piroluzit (phương pháp khô và khô – ướt phối hợp)

3 Xử lý khí H2S bằng than hoạt tính

4 Xử lý H2S bằng chất hấp phụ oxit sắt Fe2O3

5 Xử lý SO2 bằng chất hấp phụ thể rắn

6 Xử lý ô nhiễm mùi bằng phương pháp hấp phụ

7 Hấp phụ hơi các dung môi bay hơi

8 Xử lý các halogen và hợp chất của chúng

9 Xử lý các hợp chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh

VII.CÔNG NGHỆ ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ 40

1 Sơ đồ xử lý khí thải trong sản xuất phân bón

2 Xử lý khí trong công nghệ xử chất thải nguy hại bằng phương pháp đốt

3 Công nghệ xử khí thải máy phát điện

4 Xử lý thải trong lò đốt chất thải rắn y tế

5 Công nghệ xử lý khí thải trong lò hơi

6 Công nghệ làm sạch khí thải từ công nghiệp sợi VISCO khỏi CS2

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

2 H ấp phụ trong xử lí khí thải

 Là quá trình phân li khí dựa trên ái lực của một số chất rắn đối với một sốloại khí có mặt trong hỗn hợp khí nói chung và trong khí thải nói riêng, trong quátrình đó các phân tử chất khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt của vật liệurắn

o Vật liệu rắn được sử dụng trong quá trình này gọi là chất hấp phụ(adsorbent)

o Chất khí bị giữ lại trong chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ (adsorbate)

o Những khí không bị hấp phụ gọi là khí trơ

 Quá trình hấp phụ cơ bản gồm có 3 bước:

 Bước 1: Các chất ô nhiễm trong khí thải tiếp xúc với lớp ngoài vật liệu hấpphụ

 Bước 2: Các phân tử chất ô nhiễm di chuyển từ bề mặt chất hấp phụ (diệntích chỉ vài m2/g chất hấp phụ) vào các khe bên trong chất hấp phụ (kích thước cáckhe nhỏ dần từ 50nm đến 2nm) Tổng diện tích bề mặt các khe này lên đến hàngtrăm m2/g chất hấp phụ; vì vậy, có thể nói toàn quá trình hấp phụ xảy ra trong cáckhe nhỏ li ti trên bề mặt chất hấp phụ

 Bước 3: các phần tử chất ô nhiễm dính chặt vào chất hấp phụ nhờ các lựcliên kết.

 Quá trình h ấp phụ được thực hiện bằng cách: cho tiếp xúc 2 pha ko hòa

tan là pha rắn ( chất hấp phụ) với pha khí Dung chất ( chất bị hấp phụ) sẽ đi từ phakhí đến pha rắn cho đến khi nồng độ của dung chất phân bố giữa 2 pha dạt cân bằng.bây giờ ta cần phải tiến hành giải thoát dung chất ra khỏi pha rắn  giải thoát chất ônhiễm đã bị hấp thụ phụ ra khỏi bề mặt vật liệu Quá trình này được gọi là quá trìnhgiải hấp – hoàn nguyên

3 Cơ chế, nguyên lý và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ

 Cơ chế trong quá trình hấp phụ: gồm có 3 giai đoạn

 Quá trình khuếch tán chất bị hấp phụ từ môi trường đến bề mặt chất hấpphụ Giai đoạn này phụ thuộc vào tính chất vật lí và thủy động lực của môi trường

Các chất bị hấp phụ khuếch tán theo các mao quản đến bề mặt chất hấp phụ

 Giai đoạn cuồi cùng là tương tác hấp phụ

 Đặc biệt quá trình hấp phụ được áp dụng phù hợp cho những trường hợp sau:

 Chất khí ô nhiễm không cháy được hoặc khó đốt cháy

 Chất khí cần khử là có giá trị và cần thu hồi

 Chất khí ô nhiễm có nồng độ thấp trong khí thải mà các quá trình khử khíkhác không thể áp dụng

 Nguyên lí h ấp phụ: thuyết hấp phụ của Lăng – mua: là do phân tử hoặc

nguyên tử chất hấp phụ chưa bão hòa hóa trị, do lực hóa trị dư tạo ra liên kết hóahọc, khoảng tác dụng của lực này ko lớn hơn đường kính phân tử do đó chỉ hấp phụ

1 lớp Quá trình hấp phụ chỉ xảy ra trên những điểm đặc biệt được gọi là tâm hấpphụ

Bản chất của hấp phụ thực chất là hút các phân tử chất khí lên bề mặt vậtliệu và giữ chúng lại trên bề mặt của chúng

 Các y ếu tố ảnh hưởng:

 Ảnh hưởng của môi trường:

Giữa môi trường và chất tan thường có sự cạnh tranh sự hấp phụ lên bề mặt rắn

Về mặt nhiệt động học, cấu tạo nào có sức căng bề mặt bé hơn sẽ bị hấp phụ mạnh

hơn lên bề mặt vật rắn Tuy nhiên, trong thực tế còn có sự tác động của các yếu tốkhác.

 Ảnh hưởng của bản chất hấp phụ

Bản chất là độ xốp của vậ hấp phụ ảnh hưởng lớn đến sự hấp phụ Vật hấp phụkhông phân cực thì hấp phụ chất không cực tốt, và ngược lại

 Ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất( đối với chất khí thì chỉ chịu ảnh hưởngcủa 2 loại này)

Áp suất: áp suất càng cao, khả năng hấp phụ càng tốt

II PHÂN LOẠI

Giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học thật ra khó phân biệt, có khi nó tiếnhành song song, có khi chỉ có giai đoạn hấp phụ vật lý tuỳ thuộc tính chất của bề mặtcủa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, tuỳ thuộc vào điều kiện quá trình (nhiệt độ, ápsuất )

 Thích hợp ở nhiệt độ thấp , ngược lại lượng khí bị hấp phụ bằng quá trìnhhấp phụ vật lí sẽ giảm nhanh và có trị số rất bé khi nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạncủa chất bị hấp phụ.

 Lượng khí bị hấp phụ tỉ lệ thuận với diện tích bề mặt của vật liệu hấp phụ

 Hấp phụ vật lý xảy ra do kết quả của ba hiệu ứng khác nhau: sự định hướng,

sự phân tán và sự phản ứng

+ Hiệu ứng định hướng: xảy ra trong trường hợp chất hấp phụ và chất bị hấpphụ đều phân cực Các cực dương và âm của chúng hút lẫn nhau Điển hình là sự hấpphụ của hơi nước lên bề mặt silicagel

+ Hiệu ứng phân tán: xảy ra khi các chất hấp phụ và chất bị hấp phụ đềukhông phân cực Ngay cả các chất không phân cực cũng tồn tại hiệu ứng phân cựcnhưng không thường xuyên do sự phân bố của electron trong phân tử Thông quahiệu ứng này, khi hai phân tử phân cực không thường xuyên đến gần nhau, nănglượng tổng cộng của chúng sẽ suy giảm và chúng dao động đồng bộ với nhau Ví dụ

sự hấp phụ của hơi chất hữu cơ lên than hoạt tính

+ Hiệu ứng cảm ứng: xảy ra trong trường hợp một chất phân cực một chấtkhông phân cực Phân tử chất phân cực có thể tạo ra hiệu ứng phân cực cho phân tửkia khi chúng tiến đến gần nhau Năng lượng của lien kết này phụ thuộc vào khảnăng phân cực của chất không phân cực Năng lượng của liên kết này rất nhỏ nếu sovới năng lượng từ hai hiệu ứng trên Vì vậy, hệ thống hấp phụ thường sử dụng chấthấp phụ phân cực để hấp phụ chất ô nhiễm phân cực

Ưu điểm:

 Tính thuận nghịch: bằng cách hạ thấp áp suất riêng của chất khí cần hấp phụtrong hỗn hợp khí hoặc thay đổi nhiệt độ, khí bị hấp phụ sẽ nhanh chóng bị nhả ra

mà bản chất hóa học của nó không hề bị thay đổi

 Giúp thu hồi chất bị hấp phụ có giá trị hoặc khi cần hoàn nguyên chất hấpphụ đã bão hòa để tái sử dụng

 Tốc độ hấp phụ diễn ra rất nhanh

Nhược điểm: chậm hơn hấp phụ hóa học, ko có tính chọn lọc cao, tốn chi

phái cho việc hoàn nguyên vật liệu

Ứng dụng thực tế: Sự hấp phụ vật lí đặc trưng nhất là hấp phụ hơi nước

trên bề mặt silicagen, than hoạt tính hấp phụ SO …

2 H ấp phụ hóa học (chemisorption):

 Là kết quả của các phản ứng hóa học giữa chất bị hấp phụ và vật liệu hấpphụ

 Lực liên kết mạnh hơn nhiều so với lực liên kết trong hấp phụ vật lí

 Lượng nhiệt tỏa ra nhiều hơn thường nằm trong khoảng 20 – 400kJ/g.mol

 Tính không thuận nghịch Khi cần giải thoát khí đã bị hấp phụ trong quátrình hấp phụ hóa học thì bản chất hóa học của khí đã bị thay đổi  muốn hoànnguyên thu hồi khí có giá trị phải chọn vật liệu hấp phụ nào có tính chất hấp phụ vật

Ưu điểm: tốc độ nhanh, chọn lọc cao

Nhược điểm: không có khả năng hoàn nguyên, tốn chi phí cho vật liệu hấp

sự trao đổi electron

Liên kết hóa học có sự trao đổi

electron

áp suất

Có tính đặc thù Sự hấp phụ chỉdiễn ra khi chất bị hấp phụ có khảnăng tạo liên kết hóa học với chất

hấp phụ

Tính thuận

nghịch

Có tính thuận nghịch Sựphản hấp phụ là xu hướng phân

bố đều đặn chất bị hấp phụ trở

vào môi trường

Thường bất thuận nghịch Quátrình giải hấp tương đối khó vì sảnphẩm giải hấp thường bị biến đổi

thành phần hóa học

III VẬT LIỆU HẤP PHỤ

 Các loại chất hấp phụ bao gồm : than hoạt tính, silicagel, nhựa tổng hợp cókhả năng trao đổi ion, cacbon sunfua, than nâu, than bùn, than cốc, đôlomit, caolanh, tro và các dung dịch hấp phụ lỏng

 Thường là các loại vật liệu dạng hạt có kích thước từ 6 – 10 mm có độ rỗnglớn hình thành do những mạch mao quản li ti nằm bên trong khối vật liệu

 Số lượng mao quản lớnbề mặt mặt tiếp xúc của vật liệu rất lớn

Vd: than hoạt tính có bề mặt hiệu quả lên đến 105– 106m2/kg

 Tùy thuộc vào thành phần hóa học mà vật liệu hấp phụ có một số tính chấtriêng của chúng

1 Các yêu c ầu đối với vật liệu hấp phụ

Các chất hấp phụ thường được ở dạng: hạt hình nhỏ, thanh, bùn, hoặc đánguyên khối với hydrodynamic đường kính khoảng 0.5 đến 10 mm chúng phảichống mài mòn cao, ổn định với nhiệt và đường kính lỗ nhỏ, giúp tăng diện tích bềmặt do đó tăng khả năng hấp phụ Các chất hấp phụ phải có cấu trúc lỗ xốp riêng biệtvới nhau giúp cho chúng có khả năng thoát khí nhanh

 Có khả năng hấp phụ cao: tức là hút được một lượng lớn khí cần khử từ phakhí

 Phạm vi tác dụng rộng – tách được nhiều loại khí khác nhau

 Có độ bền cơ học cần thiết: không bị vỡ vụn, nghiền nhỏ trong quá trình vậnchuyển

 Khả năng hoàn nguyên dễ dàng: có thể được sử dụng lại

 Giá thành thấp

Tất cả các yêu cầu trên đều nhắm mục đích tăng hiệu quả xử lí khí tránh ônhiễm môi trường đồng thời tiết kiệm chi phí cho quá trình làm việc

2 Phân lo ại vật liệu hấp phụ: được chia thành 3 nhóm chính

- Vật liệu có cực: trên bề mặt của chúng xảy ra quá trình hấp phụ hóa họcnhưng ko làm thay đổi cấu trúc phân tử chất khí cũng như cấu trúc bề mặt của vậtliệu hấp phụ

- Vật liệu không có cực: trên bề mặt của chúng xảy ra chủ yếu là hiện tượnghấp phụ vật lí

- Vật liệu mà trên bề mặt của chúng xảy ra quá trình hấp phụ hóa học và quátrình đó làm thay đổi cấu trúc của phân tử khí

3 Các nhóm ch ất hấp phụ trong công nghiệp

 Hợp chất chứa Oxy– điển hình thân nước và phân cực, bao gồm các vật liệunhư silicagel và zeolites

 Hợp chất có nguồn gốc Carbon – điển hình thân dầu và kém phân cực, baogồm các vật liệu như carbon hoạt tính và graphite

 Hợp chất có nguồn gốc polymer – phân cực hoặc không phân cực phụ thuộcvào nhóm chức trong cấu trúc polymer.

ph ụ

4 M ột số vật liệu hấp phụ điển hình

 Than ho ạt tính:

Than hoạt tính là một chất hấp phụ rắn, xốp, không phân cực và có bề mặtriêng rất lớn.

Về bản chất nguyên tố, nó thuộc nhóm graphit, một dạng hình thù của cacbongồm các tinh thể có cấu trúc bất trật tự nhưng khác với graphit là trong tinh thể củathan hoạt tính có 6 vòng nguyên tử cacbon sắp xếp kém trật tự hơn Vì vậy, thanhoạt tính có cấu tạo xốp hơn và tạo nên nhiều lỗ hỗng khoog đồng đều và rất phứctạp

Cấu trúc lỗ xốp phức tạp và bề mặt riêng khác nhau làm cho các loại than hoạttính này trở nên có khả năng hấp phụ khác nhau Việc tạo ra các loại than khác nhauphụ thuộc chủ yếu vào cách chế tạo

Nhìn chung, các lỗ xốp trong than hoạt tính có bán kính hiệu dụng từ vài chụcđến hang chục nghìn Ao Về mặt cấu tạo, nó có cấu tạo kiểu ống gồm một hệ lỗ xốpmao quản thong nhau và thông với môi trường bên ngoài với cấu trúc không gian bachiều Có thể chia kích thước lỗ xốp theo 3 loại sau:

- Dạng vi mao quản:

Bán kính hiệu dụng cỡ 10Ao, có bề mặt riêng lớn nhất (350 – 1000m2/g) vàchiếm phần chủ yếu trong than hoạt tính

- Dạng mao quản trung gian:

Có bán kính hiệu dụng khoảng 100-250Ao dạng này có bề mặt riêng khônglớn lắm, khoảng 100m2/g

- Dạng mao quản lớn:Có bán kính hiệu dụng khoảng 1000 – 10000Aodạng này

có bề mặt riêng rất nhỏ, không quá 2m2/g

Hình: B ề mặt than hoạt tính sau khi diễn ra quá trình hấp phụ

Cấu trúc than hoạt tính như ta đã biết phụ thuộc vào kích thước mao quản, theocách khác ta có thể chia ra thành 2 loại cấu trúc:

Loại 1: Là loại than hoạt tính đã hoạt hóa trung bình, bị đốt cháy không quá

50%, loại này có mao quản tương đối nhỏ, đường kính mao quản nhỏ hơn 2.10-6mm

Loại 2: Là loại than đã hoạt hóa cao, bị đốt cháy vượt quá 75%, đường kính

mao quản từ 2.10-6– 6.10-6mm Giữa 2 loại cấu trúc trên còn có các loại than với độcháy trong giới hạn từ 50%-75%

Than hoạt tính có ái lực mạnh đối với hydrocacbon, silicagel có khả năng hútnước mạnh Có khả năng hoàn nguyên, bằng các cách sau:

- Tái sinh bằng hơi

- Tái sinh bằng nhiệt

- Tái sinh hoá học

- Tái sinh sinh học

Than hoạt tính có tác dụng hấp phụ tốt đối với các chất không phân cực ở dạngkhí và dạng lỏng Từ lâu than hoạt tính đã được sử dụng để làm mặt nạ phòng độc,làm sạch mài và khử mùi các sản phẩm dầu mỏ Ngày nay trên thế giới, than hoạttính được coi như là một chất hấp phụ chủ yếu trong công nghệ sử lý làm sạch môitrường bao gồm các lĩnh vực:

 Làm sạch nước để uống, xử lí nước sinh hoạt hoặc xử lí nước thải của cáccông trình có độ nhiễm bẫn thấp

 Xử lý nước thải công nghiệp: Người ta sử dụng than hoạt tính trong nhữngtrường hợp hấp phụ các chất kém hoặc không phân hủy sinh học, các chất gây độchại đối với các sinh vật trong trường họp xử lý chọn lọc bằng than hoạt tính đóng vaitrò như quá trình tiền xử lý cho các bước xử lý tiếp theo

 Xử lý “cấp ba” nước thải công nghiệp và đô thị

 Xử lý khí thải độc hại, hơi ethanol, hơi hữu cơ, các chất gây mùi…

Khi than đã hấp phụ bão hòa, nó không còn khả năng hấp phụ nữa Trong nhữngtrường hợp này không pahir bỏ đi mà có thể tái sinh và sử dụng lại được Đại đa sốcác chất hấp phụ như than hoạt tính đều có thể giải hấp bằng nhiệt Khi trong môitrường có nhiệt độ cao, các chất hữu cơ cũng như phân tử acid dễ bay hơi tách khỏi

bề mặt than Đối với mỗi vật chất sẽ có một nhiệt độ xử lý phù hợp Với các chất của

kim loại thì thông thường phải giải hấp bằng acid sau đó rửa sạch bằng nước và sấy

Hình:Tháp h ấp phụ bằng than hoạt hoạt tính

 Silicagen

- Là oxit Silic vô định hình ngậm nước (SiO2.nH2O)

- Thể tích lỗ xốp của Silicagen khoảng 0,3 – 1,2cm3/g

- Diện tích bề mặt 300 -750m2/g

- Người ta dung Silicagen để hấp phụ chất phân cực Loại lỗ rỗng micro dung

để hấp phụ các hơi và khí dễ ngưng tụ, còn loại lỗ rỗng mezzo và macro để hấp phụhơi các chất hữu cơ

- Sự tương tác mạnh giữa bề mặt silicagen và hơi nước được ứng dụng để sấycác môi trường khí

- Silicagen có lỗ xốp mịn được dung để hấp phụ các hơi và khí dễ ngưng tụ

- Silicagen có lỗ xốp thô và trung bình để hút hơi các hợp chất hữu cơ

- Silicagen không cháy, có nhiệt độ tái sinh thấp 100 -2000C và đủ độ bền cơhọc Tuy nhiên nó dễ bị phân hủy bởi giọt ẩm

 Ionit: chất trao đổi ion

- Là hợp chất cao phân tử

- Hiện nay chưa được áp dụng để xử lý khí thải công nghiệp

 Zeolit

- Là các nhôm Silic chứa các oxit kim loại kiềm

- Công thức hóa học tổng quát: Me2/n.Al2O3.xSiO2.7H2O (Me: cation kim loạikiềm)

- Zeolite có khả năng hấp phụ hơi các hợp chất phân cực và các chất có nốiđôi, ba trong phân tử Ngoài ra, Zeolit còn có khả năng lớn hấp phụ hơi nước

- Trong công nghiệp, phổ biến nhất là loại zeolit có hiệu NaA, CaA, CaX,NaXvới các đường kính tới hạn cửa sổ là 4,5; 8 và 9A0

- Zeolit Nâ có thể hấp phụ đa số cấu tử trong khí thải công nghiệp có đườngkính tới hạn không quá 4.10-9 như H2S, CS2, CO2, NH3, các cacbuahidro dienolic vàaxetylenic thấp, etan, etylen, propylen, các hợp chất hữa cơ có một nhóm metyl, và ởnhiệt độ thấp có thể hấp phụ cả CH4, Ne, Ar, Kr, Xe, O2, N2, CO (không hấp phụđược propan và hợp chất hữu cơ có ba nguyên tử cacbon)

- Zeolit có độ bền cao trong môi trường acid yếu nên dùng để làm sạch khí csochứa lưu huỳnh và trong các quá trình đề cacbonat hóa, nó còn hấp phụ được cả cácrượu có mạch thẳng

- Zeolit kiểu X hấp phụ tất cả các hợp chất hưu cơ có chứa lưu huỳnh, nito vàoxy, cacbuahydro có thay halogen, các penta và decacboran Khi thay tất cả cation

Na bằng Ca thì zeolit CaX không hấp phụ các cacbuahydro thơm và dẫn xuất củachúng có các gốc phân nhánh

- Trong các loại zeolit thiên nhiên thì có các điolit, mordenit,erinit là loạizeolit có hàm lượng silic cao và chịu được acid.

- Zeolite giữ được hoạt tính cao ở nhiệt độ tương đối lớn 150 -2500C Đó là ưuđiểm của Zeolit so với các vật liệu hấp phụ khác

- Tuy nhiên, do thể tích lỗ xốp của Zeolit nhỏ vì vậy lượng chất hấp phụ ít hơn

so với các chất hấp phụ công nghiệp khác

B ảng1.2: So sánh một số chất hấp phụ

5 Quá trình hoàn nguyên – giải hấp phụ

Khi xuất hiện điểm ngừng, tức là khi nồng độ chất ô nhiễm trong pha khí ở đầu

ra của thiết bị đã bắt đầu tăng vượt giới hạn cho phép, caần phải ngưng chu kì hấpphụ và chuyển sang chu kì hoàn nguyên

Là quá trình ngược với quá trình hấp phụ, dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu

tố bất lợi với quá trình hấp phụ:

 Giảm nồng độ chất bị hấp phụ để thay đổi thế cân bằng hấp phụ

 Tăng nhiệt độ làm lệch hệ số cân bằng vì hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt thựcchất là làm yếu tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ

 Thay đổi bản chất tương tác của hệ thông qua thay đổi pH của môi trường

 Sử dụng tác nhân hấp phụ mạnh hơn để đẩy các chất bị hấp phụ ra khỏi bềmặt chất rắn

 Sử dụng tác nhân vi sinh vật

 Giải hấp phụ mang đặc trưng về hiệu quả kinh tế vì thế nếu chất hấp phụ rẻtiền mà phương pháp tái sinh tốn kém thì chỉ nên sử dụng 1 lần Cần tính toán kĩlưỡng trước khi tái sinh

 Trong thực tế người ta thường áp dụng ột số phương pháp sau đây để hoànnguyên vật liệu hấp phụ:

a) Hoàn nguyên bằng nhiệt:

Vật liệu được sấy nóng  khả năng hấp phụ giảm xuống đến mức thấp nhất chất khí bị hấp phụ sẽ thoát ra ngoài

Sau đó , vật liệu cần được làm nguội trước khi đưa vào sử dụng lại

Phổ biến nhất là phương pháp dùng không khí nóng hoặc hơi nước

Ưu điểm:

+ Đơn giản

+ Ít tốn kém

+ Hiêu quả cao

+ ở 100 độ hơi nước sẽ giải thoát toàn bộ khí ra khỏi vật liệu mà ko làm hưvật liệu

+ có thể thu hồi được chất bị hấp phụ trong hơi nước bằng cách cho ngưng

tụ lại

+ hơi nước ngưng tụ lại và nhả nhiệt ngưng tụ trong lớp vật liệu hấp phụcàng làm tăng hiệu quả giải hấp

+ vật liệu hấp phụ có độ ẩm cao sau khi hoàn nguyên bằng hơi nước có thểđược làm khô bằng cách thổi không khí lạnh và khô đi qua

+ hơi nước có entapy cao hơn nhiều so với không khí nóng do đó nhiệt độcủa vật liệu được nâng cao một cách nhanh chóng

Nhược điểm: sau mỗi lần tái sinh dung lượn hấp phụ sẽ giảm, chất hấp phụ

sẽ bị vỡ vụn, hao hụt do đó số lần tái sinh chỉ có một giới hạn nhất định

Nhiệt độ hoàn nguyên than hoạt tính, Silicagen, keo nhôm vào khoản 100 –

2000C còn đối với Zeolit từ 100 – 4000C

b) Hoàn nguyên bằng áp suất: theo cách giảm áp suất được thực hiện theo 2

phương án:

+ Giảm áp suất nếu quá trình hấp phụ diễn ra ở áp suất dư

+ Tạo chân không nêu giai đoạn hấp phụ được thực hiện ở áp suất thường

Ở nhiệt độ không đổi nếu áp suất giảm thì khả năng hấp phụ sẽ giảm và do đóchất khí bị hấp phụ sẽ được giải thoát khỏi bề mặt của vật liệu

c) Hoàn nguyên bằng khí trơ:

Dùng khí trơ không chứa chất khí đã bị hấp phụ thổi qua lớp vật liệu hấp phụ.Trong trường hợp này áp suất riêng của chất bị hấp phụ trong pha khí sẽ thấp hoặcbằng 0, như vậy sẽ tạo được gradient P ngược chiều so với quá trình hấp phụ và chấthấp phụ trong pha rắn sẽ khuếch tán ngược trở lại vào pha khí – tức là giải hấp phụ

d) Hoàn nguyên bằng cách đuổi:

Giải hấp bằng cách đuổi ( giải hấp lạnh) là dung một tác nhân đuổi để đẩy chất

bị hấp phụ ra khỏi chất hấp phụ

Để đuổi những cấu tử hữu cơ bị hấp phụ có thể dung tác nhân đuổi là CO2, NH3,

H2O, một số chất hữu cơ hay chất khác, miễn sao đuổi có hiệu quả mà bản thânchúng cũng dễ tách khỏi chất hấp phụ Các zeolit có hoạt độ hấp phụ mạnh đối vớihơi nước nên có thể dung nó làm chất đuổi có hiệu quả cao

e) Hoàn nguyên bằng hơi nước:

Dùng hơi nước để hoàn nguyên có các ưu điểm sau đây:

- Nhiệt độ cao hơi có thể giải thoát được hầu hết các chất khí ô nhiễm đã

bị hấp phụ trong pha rắn mà không làm hỏng vật liệu hấp phụ

- Có thể thu hồi được chất bị hấp phụ trong hơi bằng cách cho hơi ngưngtụ.

- Vật liệu hấp phụ có độ ẩm sau khi hoàn nguyên bằng hơi nước có thểđược làm khô bằng cách thổi không khí lạnh và khô đi qua

- Hơi nước có etapy cao hơi không khí nóng, do đó nhiệt độ của vật liệuhấp phụ được nâng cao một cách nhanh chóng

Các phương pháp hoàn nguyên trên thì phương pháp nhiệt bằng hơi nướcđược áp dụng rộng rãi nhất với lý do đơn giản, ít tốn kém, hiệu quả cao

IV THIẾT BỊ HẤP PHỤ

1 Thiết bị hấp phụ không hoàn nguyên:

Gồm 1 lớp vật liệu hấp phụ mỏng, hình trụ hoặc xếp nếp chất hấp phụ được đổlên một tấm đỡ bằng kim loại, có thể gồm nhiều tấm đặt trong 1 khung:

Thường áp dụng trong phòng thí nghiệm, cơ quan, kho hóa chất, bể xăng

Hình: h ệ thống hấp phụ không hoàn nguyên dạng tấm mỏng

Bên cạnh phương pháp sử dụng các tấm mỏng, hệ thống hấp phụ không hoànlưu còn được thiết kế với lớp hấp phụ khá dày, tuy nhiên không phổ biến bằng dạngmỏng Hệ thống này thường được thiết kế trong một thùng phuy 200 lít Dưới đáythùng là một lớp sỏi để tạo nền cho khoảng 70kg than hoạt tính bên trên Hệ thốngnày dung với lưu lượng nhỏ 2,8m3/phút từ các phòng thí nghiệm hay kho chứa hóachất.

Hình: H ệ thống hấp phụ không hoàn nguyên dạng thùng

2 Thiết bị hấp phụ hoàn nguyên:

Quá trình thường được thực hiện trong những lớp đệm (tháp đệm) thường dược

bố trí hai tháp để vừa đồng thời hấp phụ ở tháp này và hoàn nguyên vật liệu hấp phụ

ở tháp kia, đảm bảo dòng khí hấp phụ liên tục

 Ưu điểm:

+ Thiết bị đơn giản, không cồng kềnh

+ Hiệu quả xử lí cao

+ Có thể tái sinh được chất hấp phụ nhiều lần

+ Thu hồi khí cần tách ở nồng độ cao

+ Có thể sử dụng làm sản phẩm cho quá trình sản xuất

 Nhược điểm:

a) Sơ đồ cấu tạo của thiết bị hấp phụ với chất lỏng dạng không chuyển động:

Nguyên lí làm vi ệc : Chất hấp phụ được đưa vào thiết bị ở nhiều ngăn với

độ dày lớp chất hấp phụ nhất định Khí bẩn được đưa vào thiết bị, chúng sẽ chui quacác lớp chất hấp phụ, ở đó các khí độc hại sẽ bị chất hấp phụ giữ lại, khí sạch nhờcác ống dẫn đưa ra ngoài Để tang tính hấp phụ, thiết bị được cung cấp nhiệt (có thểbằng hơi nước) Hơi nước được ngưng tụ ở thiết bị ngưng

 Sơ đồ hệ thống thiết bị gồm hai thiết bị hấp phụ nối song song

Hai thiết bị hấp phụ được cấu tạo bởi các tấm vật liệu hấp phụ mỏng Với haithiết bị trong cùng một hệ thống, khi một thiết bị hoạt động thì thiết bị còn lại trongquá trình hoàn nguyên Do các lớp hấp phụ được thiết kế rất mỏng, thời gian hoàn

nguyên sẽ ngắn hơn thới gian bão hòa vật liệu, thiết bị thứ hai sau khi hoàn nguyên

sẽ được đưa vào hoạt động lập tức với chức năng xử lý thứ cấp

b) Thi ết bị hấp phụ với chất hấp phụ dạng chuyển động

Hình: H ệ thống hấp phụ dạng đĩa xoay

Vật liệu hấp phụ được đính trên bề mặt một đĩa xoay, có vận tốc 5 vòng/giờ Baphần tư đĩa hoạt động trong chu kì hấp phụ, phần còn lại trong chu kì hoàn nguyênbằng khí nóng Khí từ quá trình giải hấp có nồng độ chất ô nhiễm cao hơn khí đầuvào 11- 15 lần, vận tốc khí cũng thấp hơn so với vân tốc đầu khoảng 10% Hệ thốngdạng này có hiệu quả 90 -98%

ệ thống hấp phụ dạng roto

Vật liệu hấp phụ được làm dạng uốn nếp tổ ong và cố định trên một roto, quayvới vận tốc 9 vòng/giờ Quá trình giải hấp được thực hiện bằng khí nóng Quá trìnhhấp phụ và giải hấp được xảy ra cùng một lúc tại những vị trí khác nhau của roto.Khí hoàn nguyên có nồng độ cao gấp 5- 15 lần khí đầu vào.

c) H ệ thống hấp phụ dạng tầng sôi

Hệ thống này tận dụng chuyển động của dòng khí vào để làm tang hiệu quả tiếpxúc giữa vật liệu rắn và khí Khí ô nhiễm đi từ dưới lên qua 2 -6 lớp vật liệu hấp phụ.Dòng khí sẽ thổi vật liệu hấp phụ bay lên xuống liên tục Vật liệu hấp phụ bão hòa sẽnặng hơn và lắng dần xuống dưới và được dẫn đến vị trí hoàn nguyên bằng khôngkhí Quá trình hoàn nguyên được thực hiện bởi hơi nước hoặc khí nóng từ lò đốt sẽxúc tác Vật liệu hấp phụ sau quá trình hoàn nguyên sẽ được đưa trở lại ở lớp trêncủa hệ thống hấp phụ.Vì quá trình hấp phụ và giải hấp phụ thực hiện riêng rẽ nên hệthống có thể hoạt động ở nồng độ chất ô nhiễm cao hơn hệ thống khác 10 -50 lần

Hình: H ệ thống hấp phụ dạng tầng sôi

3 Yêu c ầu đề ra khi thiết kế hoặc chọn thiết bị hấp phụ

 Đảm bảo thời gian chu kỳ làm việc (hấp phụ) thích hợp

 Có xử lý sơ bộ đối với khí thải để loại bỏ các chất không thể hấp phụ được

 Xử lý làm giảm bớt nồng độ ban đầu của chất cần khử trong khí thải để bảo

vệ lớp vật liệu hấp phụ khỏi bị quá tải

 Phân phối dòng khí đi qua lớp vật liệu hấp phụ một cách đều đặn

 Đảm bảo khả năng thay thế mới hoặc hoàn nguyên vật liệu hấp phụ sau khiđạt trạng thái bão hòa

 Công ngh ệ làm sạch khí thải từ công nghiệp sợi VISCO khỏi CS 2

V CÁC THÔNG SỐ CỦA QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ

Hình:Đường đẳng nhiệt của quá trình hấp phụ

Đường đẳng nhiệt hấp phụ của các khí được đo ở nhiệt độ thấp, ví dụ với nito

đo ở -1960C nhằm hạn chế hấp phụ hóa học Đường đảng nhiệt hấp phụ khí đo đượckhi nâng dần áp suất chất bị hấp phụ trong hệ đo, ngược lại khi giảm áp suất xảy raquá trình giải hấp phụ Nếu chất hấp phụ chỉ chứa loại mao quản nhỏ (zeolite bột)hoặc mao quản lớn thì đường hấp phụ và giải hấp phụ trùng nhau, nếu mao quảntrung bình thì ở vùng áp suất 0,3 – 0,4p/ps(pslà áp suất bão hòa) đường giải hấp phụnằm cao hơn và đến một điểm nào đó Ví dụ p/ps lại trùng vào đường hấp phụ Hiệntượng đó gọi là trễ, mà một trong những nguyên nhân chủ yếu là ngưng tụ mao quản– sự hóa lỏng dưới áp suất bão hòa

Giả thiết là mao quản có dạng hình trụ, trong đó xảy ra ngưng tụ mao quản vòmcầu lõm do chất lỏng tạo ra có độ lơn rk gọi là bán kính Kelvin, nó có mối liên hệ với áp suất trên đường đẳng nhiệt giải hấp phụ trong phương trình Kelvin.

Trong đó: Vm – là thể tích mol của chất bị hấp phụ