Nghiên cứu nâng cao hoạt tính của than trấu việt nam

MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 11 CHƢƠNG TỔNG QUAN 13 1.1 Tổng quan nghiên cứu ứng dụng than trấu giới Việt Nam 13 1.2 Khảo sát tình hình sản xuất lúa gạo Việt Nam giới 13 Khảo sát tình hình sản xuất lúa gạo giới 13 Khảo sát tình hình sản xuất lúa gạo Việt Nam 14 1.3 Cấu trúc thành phần vỏ trấu 22 Cấu trúc hạt thóc 22 Cấu trúc vỏ trấu 23 Thành phần vỏ trấu 24 1.4 Các ứng dụng vỏ trấu .25 Ứng dụng vỏ trấu làm chất đốt .25 Ứng dụng vỏ trấu sản xuất vật liệu compozit .26 Ứng dụng vỏ trấu sản xuất than hoạt tính .28 1.5 Than hoạt tính 29 Sơ lƣợc than hoạt tính 29 Các nguồn nguyên liệu làm than hoạt tính .29 Các dạng than hoạt tính 31 Các phƣơng pháp đánh giá than hoạt tính 32 1.6 Quá trình sản xuất than hoạt tính 35 Than hóa trấu 35 Quá trình tách SiO2 .36 Hoạt hóa cacbon .42 1.7 Các ứng dụng than hoạt tính 42 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 47 2.1 Sơ đồ thực nghiệm 47 2.2.Thiết bị phƣơng pháp thực nghiệm than hóa trấu .48 Máy phân tích nhiệt vi sai 48 Lò than hóa trấu thí nghiệm 48 Thiết bị phân tích thành phần khói lò trấu .49 Thiết bị phân tích EDX, EDS 50 2.3.Thiết bị phƣơng pháp thực nghiệm tách SiO2 51 Máy nghiền than .51 Thiết bị tách SiO2 phƣơng pháp tuyển 52 Thiết bị tách SiO2 phƣơng pháp hóa học .53 Thiết bị lọc than 56 Lò sấy than .57 Lò xác định hàm lƣợng Cacbon than 57 2.4 Thiết bị phƣơng pháp nâng cao hoạt tính than 58 Xử lý nâng cao hoạt tính than nƣớc .59 Xử lý nâng cao hoạt tính than CO2 .61 Xác định bề mặt riêng than phƣơng pháp hấp phụ Iốt 62 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ GIẢI THÍCH 67 3.1 Cấu trúc thành phần vỏ trấu 67 3.2 Các yếu tố ảnh hƣởng tới trình than hóa trấu 70 Nhiệt độ 70 Thành phần khói lò 73 Thành phần cấu trúc than trấu 74 3.2 Tách SiO2 than .79 Tách SiO2 than phƣơng pháp tuyển .83 Tách SiO2 phƣơng pháp hóa học 86 3.3 Xử lý nâng cao hoạt tính than 93 Xử lý nâng cao hoạt tính than nƣớc .94 Xử lý nâng cao hoạt tính than CO2 .95 Xác định bề mặt riêng than phƣơng pháp hấp phụ Iốt 96 KẾT LUẬN 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Học viên cao học Vũ Văn Khánh DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT FAO: Tổ chức Lƣơng thực Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc ĐBSH: Đồng Sông hồng ĐBSCL: Đồng Sông Cửu long ĐBBB: Đồng bắc ĐBVBMT: Đồng ven biển miền Trung WPC: Wood plastic Comosite RHA: tro vỏ trấu sau đốt BET: Brunauer- Emmett- Teller ĐKTC: Điều kiện tiêu chuẩn EDX, EDS: Phổ tán sắc lƣợng tia X SEM: Kính hiển vi điện tử quét DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Bảng thống kê phân bố diện tích trồng lúa nƣớc từ 1990 tới 2010 18 Bảng 1.2 Bảng thống kê sản lƣợng lúa gạo vùng nƣớc từ 1996 tới 2011 20 Bảng 1.3 Bảng thống kê sản lƣợng lúa gạo, trấu qua năm từ 2002 tới 2011 21 Bảng 1.4 Bảng thành phần chi tiết vỏ trấu 24 Bảng 1.5 Thành phần khoáng học tro trấu 25 Bảng 1.6 Thành phần nguyên tố có than hoạt tính 29 Bảng 1.7 Kích thƣớc hạt theo tiêu chuẩn Mỹ 32 Bảng 1.8 Bảng tính tan nƣớc axit-bazơ-muối 41 Bảng 1.9 Bảng so sánh tách SiO2 phƣơng pháp hóa học vật lý 41 Bảng 2.1 Nguyên tử gam nguyên tố hợp chất sử dụng 54 Bảng 2.2 Các chế độ thử nghiệm tách SiO2 khỏi than trấu 55 Bảng 2.3 Quan hệ áp suất bão hòa nƣớc nhiệt độ 56 Bảng 3.1 Thành phần trấu 67 Bảng 3.2 Thành phần trấu phần lông trấu 68 Bảng 3.3 Thành phần lông trấu 69 Bảng 3.4 Thành phần ụ trấu 69 Bảng 3.5 Thành phần mặt cắt ngang vỏ trấu 70 Bảng 3.6 Bảng so sánh thành phần % theo khối lƣợng trấu miền 72 Bảng 3.7 Thành phần khói lò nhiệt độ khác 73 Bảng 3.8 Thành phần khói lò xử lý môi trƣờng N2 73 Bảng 3.9 Thành phần khói lò đốt không khí 74 Bảng 3.10 Thành phần khói lò đốt oxy 74 Bảng 3.11 Thành phần trấu than trấu ĐBSCL ĐBBB 74 Bảng 3.12 Phân tích định lƣợng nguyên tố than trấu 78 ả 3.13 Cấp hạt than nghiền thô Hải Phòng (60 phút) 80 ả 3.14 Cấp hạt than nghiền thô Hải Phòng nghiền thêm 20 ph t 80 ả 3.15 Cấp hạt than nghiền thô Hải Phòng nghiền thêm 60 ph t 81 ả 3.16 Cấp hạt than nghiền nhỏ Hải Phòng 90 ph t 82 Bảng 3.17 Các chế độ thí nghiệm tách SiO2 tuyển 83 Bảng 3.18 Khối lƣợng phần nhẹ M1 83 Bảng 3.19 Tỷ lệ Cacbon SiO2 phần nhẹ M1 84 Bảng 3.20 Bảng tỷ lệ phần nặng M2 84 ả 3.21 Kết thí nghiệm khử SiO2 chế độ khác 86 Bảng 3.22 Bảng ma trận thực nghiệm tách SiO2 phƣơng pháp hóa học 86 Bảng 3.23 Kết xác định hệ số hồi quy thực nghiệm 87 Bảng 3.24 Kết thí nghiệm tâm 88 Bảng 3.27 Kết xác định (yi - yi')2 89 Bảng 3.28 Ảnh hƣởng nhiệt độ, lƣu lƣợng H2O) thời gian đến tỷ lệ thu hồi than 94 Bảng 3.29 Ảnh hƣởng nhiệt độ, lƣu lƣợng khí(CO2) thời gian đến tỷ lệ thu hồi than 95 Bảng 3.30 Kết xác định hấp phụ iốt than chƣa xử lý hoạt tính 97 Bảng 3.31 Kết xử lý than nƣớc 97 Bảng 3.32 Kết than xử lý CO2 98 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Sản lƣợng diện tích thu hoạch lúa gạo toàn cầu 2002-2011 14 Hình 1.2 Đồng sông Hồng 15 Hình 1.3 Đồng ven biển miền Trung 16 Hình 1.4 Đồng sông Cửu Long 17 Hình 1.5 Sản lƣợng theo mùa vụ 22 Hình 1.6 Cấu trúc hạt thóc 23 Hình 1.7 Hình ảnh cấu tạo mặt vỏ trấu 23 Hình 1.8 Hình ảnh cấu tạo mặt vỏ trấu 24 Hình 1.9 Lò trấu dùng sinh hoạt vùng Tây Nam Bộ 26 Hình 1.10 Ván sàn cầu chế tạo từ WPC 27 Hình 1.11 Hình ảnh than hoạt tính dạng bột 28 Hình 1.12 Hình ảnh than hoạt tính dạng hạt 31 Hình 1.13 Hình ảnh than hoạt tính dạng khối đặc 32 Hình 1.14 Dòng chảy tầng vật cản hình cầu xuất giá trị Re ≤1 36 Hình 1.15 Đồ thị quan hệ hệ số Re hàm f 39 Hình 2.1 Qui trình chế tạo than hoạt tính từ vỏ trấu 47 Hình 2.2 Máy phân tích nhiệt vi sai netzsch STA 409 PC/PG 48 Hình 2.3 Lò than hóa trấu thí nghiệm 48 Hình 2.4a Cảm biến Hyđrô hãng TANGE CHLB Đức) 49 Hình 2.4b Sơ đồ cấu tạo cảm biến hyđrô 49 Hình 2.5 Thiết bị phân tích CO CO2 hồng ngoại GASBOARD 3100P 50 Hình 2.6 Máy JED-2300 Analysis Station (JEOL) 51 Hình 2.7 Ảnh máy nghiền tang trống 51 Hình 2.8 Ảnh than trấu sau nghiền 52 Hình 2.9 Sơ đồ thiết bị tách SiO2 theo phƣơng pháp tuyển 53 Hình 2.10 Thiết bị xử lý áp suất cao 53 Hình 2.11 NaOH rắn dùng tách SiO2 54 Hình 2.12 Ảnh túi lọc đƣợc buộc chặt gá 56 Hình 2.13 Ảnh lò sấy than 57 Hình 2.14 Lò ống dùng để phân tích hàm lƣợng C than 57 Hình 2.15 Thuyền sứ cân phân tích 58 Hình 2.16 Sơ đồ xử lý than dùng khay (a) dùng lớp sôi (b) 59 Hình 2.17 Sơ đồ hệ thống cung cấp nƣớc 60 Hình 2.18 Hệ thống thiết bị xử lý nƣớc thí nghiệm 60 Hình 2.19 Pha dung dịch chuẩn độ 64 Hình 2.20 Màu dung dịch trƣớc cho thuốc thử tinh bột 64 Hình 2.21 Màu dung dịch sau cho chất thị hồ tinh bột 64 Hình 2.22 Màu dung dịch kết thúc phân tích 65 Hình 3.1 Bề mặt vỏ trấu 67 Hình 3.2 Bề mặt vỏ trấu phần lông trấu 68 Hình 3.3 Bề mặt vỏ trấu phần lông trấu 68 Hình 3.4 Bề mặt phần ụ trấu 69 Hình 3.5a Mặt cắt ngang vỏ trấu 70 Hình 3.5b Mặt cắt ngang vỏ trấu 70 Hình 3.6 Kết xử lý nhiệt trấu ĐBBB 71 Hình 3.7 Kết xử lý nhiệt trấu ĐBSCL 71 Hình 3.8 Thành phần theo % khối lƣợng trấu miền 72 Hình 3.9 Các lỗ xốp mặt cắt ngang than trấu xử lý 6000C 75 Hình 3.10 Các ụ bề mặt than trấu 76 Hình 3.11 Bề mặt vỏ trấu với độ phóng đại khác 76 Hình 3.12 Mặt cắt ngang vỏ trấu 77 Hình 3.13 Bề mặt than (a), maping phân bố Si than (b) 77 Hình 3.14 Bề mặt than (a), maping phân bố O than (b) 77 Hình 3.15 Mặt vỏ trấu bị cháy sém than hóa nhiệt độ cao 79 Hình 3.16 Mặt cắt ngang than trấu xử lý 8500 C 79 Hình 3.17 Phân bố cấp hạt than nghiền thô 80 Hình 3.18 Phân bố cấp hạt than nghiền thô + nghiền thêm 20 phút 81 Hình 3.19 Cấp hạt than nghiền thô + nghiền thêm 60 phút 81 Hình 3.20 Phân bố cấp hạt than nghiền nhỏ Hải Phòng 82 Hình 3.21 Tỷ lệ than thu đƣợc sau trình tách 83 Hình 3.22 Tỷ lệ SiO2và C phần nhẹ M1 84 Hình 3.23 Tỷ lệ SiO2 C phần nặng M2 85 Hình 3.24 Ảnh hƣởng nhiệt độ tỷ lệ NaOH/than đến tỷ lệ khử SiO2 91 Hình 3.25 Mặt cắt ảnh hƣởng nhiệt độ đến hiệu khử SiO2 91 Hình 3.26 Mặt cắt ảnh hƣởng nhiệt độ đến hiệu khử SiO2 92 Hình 3.27 Quan hệ lƣợng iốt hấp phụ bề mặt riêng 97 Hình 3.28 Ảnh hƣởng nhiệt độ, lƣu lƣợng khí, đến bề mặt riêng than CM = 98 Hình 3.29 Ảnh hƣởng nhiệt độ, lƣu lƣợng khí, đến bề mặt riêng than CM = 99 10 SiO2 diễn mạnh mẽ kết nhận đƣợc tách SiO2 than triệt để + Ảnh hưởng nồng độ NaOH Nhìn vào bảng kết nhận thấy hệ số ảnh hƣởng nồng độ NaOH (b2) nhỏ (lần lƣợt 3, -3 6,67 Nghĩa tăng nồng độ hiệu trình khử SiO2 tăng nhƣng so với ảnh nhiệt độ nhiều hệ số 1/3 hệ số ảnh hƣởng nhiệt độ Khi nồng độ NaOH 0,5M ta không tách đƣợc SiO2, hiệu suất 0, tăng nồng độ NaOH từ 1,0M đến 6M hiệu suất tăng lên đáng kể (từ 52,55 tăng lên 95,55%) Khi tiếp tục tăng nồng độ NaOH lên 6,0M hiệu suất tăng lên không đáng kể Nhƣ với dung dịch NaOH 6,0M ta tách SiO2 với hiệu suất cao Hơn nữa, trình điều chế, phải tách SiO2 dƣới dạng dung dịch keo nên nồng độ NaOH ban đầu có ảnh hƣởng lớn đến khả lọc Dung dịch NaOH có nồng độ nhỏ phản ứng không xảy Nếu nồng độ dung dịch lớn độ linh động dung dịch thấp phản ứng khó xảy hiệu thấp Dung dịch NaOH có nồng độ khoảng 6M tốt để tách SiO2 với hiệu suất cao Kết hoàn toàn phù hợp với số công trình khoa học đƣợc công bố cho thấy nồng độ NaOH định quan trọng đến khả tách SiO2 Ở nhiệt độ cao lại có khuấy nên phản ứng xảy nhanh không cần thời gian dài (trên 4h) làm giảm suất thiết bị, đồng thời tốn lƣợng (thời gian giữ nhiệt kéo dài) + Ảnh hưởng tỷ lệ NaOH/than Nhìn vào bảng kết nhận thấy hệ số ảnh hƣởng tỷ lệ NaOH/than (b3) lớn (lần lƣợt 4,5; -4,5 10) So với ảnh hƣởng nhiệt độ ảnh hƣởng tỷ lệ nồng độ NaOH/than nhỏ hơn, nhƣng lớn so với ảnh hƣởng nồng độ Điều hợp lý tỷ lệ NaOH/than phản ánh lƣợng NaOH đƣa vào để khử SiO2, nhiều tất nhiên hiệu khử tốt Song vƣợt 0,6 lƣợng NaOH cần thiết để khử hết SiO2 theo phản ứng hiệu khác Kết đƣợc mô tả hình từ 3.24 đến 3.26 90 (a) (b) Hình 3.24 Ảnh hưởng nhiệt độ tỷ lệ NaOH/than đến tỷ lệ khử SiO2 a- Nồng độ NaOH = 3M, b- Nồng độ NaOH = 6M Mặt cắt ứng với nồng độ NaOH = 3M với tỷ lệ NaOH/than = 0,3 tỷ lệ NaOH/than = 0,6 đƣợc trình bày hình 3.25 Ta nhận thấy tăng nhiệt độ tỷ lệ khử SiO2 tăng nhƣng nhiệt độ 1330 C, với nồng độ NaOH/than=0,6 tỷ lệ khử SiO2 lại thấp ứng với tỷ lệ NaOH/than = 0,3 Điều ba động làm thí nghiệm yếu tố chủ quan đo đạc 100 Tỷ lệ khử SiO2 Tỷ lệ khử SiO2 100% 60% 30% 100 110 120 133 o Nhiệt độ, C (a) % 60% 30% 100 110 120 133 Nhiệt độ, C o (b) Hình 3.25 Mặt cắt ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu khử SiO2 CM=3 với tỷ lệ NaOH/than 0,3 (a) tỷ lệ NaOH/than 0,6 (b) 91 Mặt cắt ứng với nồng độ NaOH = 6M với tỷ lệ NaOH/than = 0,3 tỷ lệ NaOH/than = 0,6 đƣợc trình bày hình 3.26 100% Tỷ lệ khử SiO2 Tỷ lệ khử SiO2 100% 60% 30% 100 120 110 133 60% 30% 100 110 120 133 Nhiệt độ, C Nhiệt độ, C (a) (b) Hình 3.26 Mặt cắt ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu khử SiO2 CM=6 với tỷ lệ NaOH/than = 0,3 (a) tỷ lệ NaOH/than = 0,6 (b) Từ đồ thị nhận thấy khả khử SiO2 phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ (áp suất) Ở nhiệt độ thấp (1000) khả khử SiO2 thấp phụ thuộc vào tỷ lệ NaOH/than Khi tỷ lệ NaOH/than = 0,3 tỷ lệ khử đƣợc 16%, nhƣng tăng tỷ lệ NaOH/than lên 0,6 tỷ lệ khử đạt đƣợc 49% Tuy nhiên khi, điều khác nhƣ nhau, nhiệt độ 1330 tƣơng ứng 3at) khả khử đạt đƣợc cao Với tỷ lệ NaOH/than = 0,3 tỷ lệ khử đạt đƣợc 51% Nếu tăng tỷ lệ NaOH/than lên 0,6 tỷ lệ khử SiO2 lên tới 96% Nếu tăng nhiệt độ áp suất làm việc 3at, dẫn tới nguy hiểm cho ngƣời vận hành áp suất nghiên cứu nên dừng 3at + Giải thích vai trò tỷ lệ NaOH/than Từ phƣơng trình phản ứng (1) SiO2 2NaOH → Na2SiO3 + H2O Theo nhƣ phản ứng ta nhận thấy mol SiO2 cần mol NaOH, nghĩa 60g SiO2 cần 80g NaOH Trong 100 g than có 45 g SiO2, với 45 SiO2 cần 60g NaOH Nhƣ tỷ lệ NaOH/ than = 60/100 = 0,6 Do tăng tỷ lệ NaOH/than từ 0,3 lên 0,6 hiệu khử SiO2 tăng mạnh Sau tăng chậm 92 hơn, kết làm với tỷ lệ NaOH/than = 0,9, hiệu suất khử SiO2 tăng lên không đáng kể mà lại tốn dùng nhiều NaOH không nên + Vai trò nồng độ NaOH Từ đồ thị nhận thấy với nồng độ NaOH cao tỷ lệ SiO2 tăng hàm lƣợng SiO2 đƣợc khử triệt để tăng nồng độ NaOH Khi nồng độ NaOH tăng từ 3M lên 6M hiệu khử SiO2 tăng lên đáng kể Nhƣ nhận thấy, nhiệt độ 1330C, nồng độ NaOH 6M, tỷ lệ NaOH/than = 0,6 thời gian ngắn 1h Tỷ lệ khử SiO2 gần nhƣ triệt để than 96%, hiệu cao Than nhận đƣợc gần nhƣ tinh khiết Với tỷ lệ cacbon 98% SiO2 chất không cháy đƣợc khác 2% So với thành phần than trƣớc khử SiO2: than 54 đến 56 %, SiO2 nằm khoảng 44 đến 46% Trung bình 55% cacbon 45%SiO2 Vậy tỷ lệ SiO2 đƣợc khử là: T=(45-2)/45=0,96 Ta thấy chế độ hợp lý khử đƣợc 96% SiO2 Trên kết xử lý tách SiO2 phƣơng pháp hóa học Các thí nghiệm nghiên cứu đƣợc thực nhờ quy hoạch thực nghiệm 3.3 Xử lý nâng cao hoạt tính than Chất lƣợng than hoạt tính đƣợc định yếu tố hàm lƣợng carbon diện tích bề mặt riêng than Bề mặt riêng có thứ nguyên m2/g Than hoa (than gỗ) có bề mặt riêng 200 đến 300 m2/g Than hoạt tính phải có bề mặt riêng 500 m2/g Xác định bề mặt riêng phƣơng pháp hấp phụ Bề mặt riêng xác định phƣơng pháp BET Brunauer-Emmett-Teller , phƣơng pháp hấp phụ iôt Bề mặt riêng lớn đƣợc có đƣợc chủ yếu cấu trúc rỗng Các lỗ rỗng xem nhƣ rãnh tế vi có tính hấp phụ mạnh ch ng đóng vai trò rãnh chuyển tải Để nâng cao bề mặt riêng than Do nội dung chủ yếu phƣơng pháp nghiên cứu tạo nhiều lỗ xốp tế vi bề mặt than hoạt tính Để tạo nhiều lỗ xốp bề mặt than trình nghiên cứu sử dụng hai phƣơng pháp dùng nƣớc khí CO2 điều kiện định Quá trình tạo lỗ xốp đƣợc thực O2 hay không khí C tác dụng mãnh 93 liệt với oxi làm cháy hết than làm bong lớp bề mặt than mà không tạo lỗ xốp tế vi bề mặt yếu tố để nâng cao bề mặt riêng than hoạt tính Xử lý nâng cao hoạt tính than môi trƣờng nƣớc CO2 Phƣơng trình phản ứng C + H2O → CO + H2 (3.2) C + CO2 → 2CO 3.3) Xử lý nâng cao hoạt tính than nước Phản ứng xảy trình hoạt hóa nƣớc: C + H2O → CO H2 Kiểm tra xem phản ứng có xảy lò hay không cách đốt khí lò cháy chứng tỏ có khí CO thoát trình phản ứng Ảnh hƣởng nhiệt độ, lƣu lƣợng khí thời gian đến trình hoạt hóa than nƣớc đƣợc thể bảng 3.28 Lƣu lƣợng nƣớc vào lò xác định thông qua lƣợng nƣớc giảm sau 1h xử lý Khi xử lý với lƣu lƣợng khí mang N2 0,5 l/phút, chiều sâu ống thổi ngập nƣớc h=250mm lƣợng nƣớc sau ml, lƣợng nƣớc vào lò quy ĐKTC là: QH O  4.22,4  0,08 l / ph 18.60 Khi sử dụng lƣu lƣợng khí mang N2 l/phút, chiều sâu ống thổi h=250mm, lƣợng nƣớc ml Vậy lƣợng nƣớc vào lò quy ĐKTC là: QH O  8.22,4  0,16 l / ph 18.60 Bảng 3.28 Ảnh hưởng nhiệt độ, lưu lượng (H2O) thời gian đến tỷ lệ thu hồi than Nhiệt Lƣu lƣợng Thời gian Khối lƣợng Khối lƣợng sau Tỷ lệ thu độ (oC) nƣớc (l/phút) (h) ban đầu (g) hoạt hóa (g) hồi (%) 700 0,08 100 50 0,50 850 0,08 100 50 0,50 700 0,16 100 60 0,60 94 850 0,16 100 50 0,50 700 0,08 100 55 0,55 850 0,08 100 50 0,50 700 0,16 100 60 0,60 850 0,16 100 60 0,60 Nhận xét: Than sau hoạt hóa khối lƣợng giảm đáng kể (40-50%) Khả thu hồi than lớn phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ lƣu lƣợng khí Nếu lƣu lƣợng khí nƣớc vào lò nhiều, khả thu hồi thấp Theo [1] mát than lớn độ xốp cao bề mặt riêng lớn Tuy nhiên mát than nằm giới hạn định bề mặt riêng cao Hơn mặt kinh tế mát khối lƣợng nên 30 đến 50% cao lợi kinh tế Kết thực nghiệm cho thấy thời gian ảnh hƣởng không nhiều đến kết xử lý Lƣợng than nƣớc oxi hóa bề mặt than đục khoét tạo thành lỗ xốp Xử lý nâng cao hoạt tính than CO2 Phản ứng xảy trình hoạt hóa than khí CO2: C + CO2 → 2CO Kiểm tra phản ứng có xảy hay không cách đốt khí van khí Nếu xuất lửa chứng tỏ phản ứng xảy Bảng ảnh hƣởng nhiệt độ, lƣu lƣợng khí CO2 thời gian đến tỷ lệ thu hồi đƣợc trình bày bảng 3.29 Bảng 3.29 Ảnh hưởng nhiệt độ, lưu lượng khí(CO2) thời gian đến tỷ lệ thu hồi than Nhiệt độ Lƣu lƣợng khí Thời gian Khối lƣợng Khối lƣợng sau Tỷ lệ thu (0C) (CO2) (l/phút) (h) ban đầu (g) hoạt hóa (g) hồi (%) 700 0,1 500 300 0,73 850 0,1 500 280 0,73 700 0,5 500 365 0,60 95 850 0,5 500 365 0,56 700 0,1 500 375 0,75 850 0,1 500 300 0,60 700 0,5 500 305 0,75 850 0,5 500 375 0,61 + Chú ý : - Khi cung cấp khí vào lò ban đầu lƣu lƣợng khí chƣa ổn định ta phải theo dõi lƣợng khí đ ng với giá trị ta mong muốn ổn định - Trong trình lấy than khỏi lò không đƣợc lấy than nhiệt độ lò cao (150 – 2000C) than nhiệt độ cao lúc mở lắp lò phản ứng mãnh liệt với không khí làm than bị cháy Vì nhiệt độ thích hợp để lấy than khỏi lò phải nhiệt độ thấp 1000C Từ bảng 3.28 bảng 3.29 ta nhận thấy: khả thu hồi than phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ lƣu lƣợng khí cấp vào Với lƣu lƣợng khí cấp lớn, nhiệt độ cao trình than phản ứng diễn mạnh, khả thu hồi than thấp mát than nhiều Ta khảo sát xem mát than % cho độ xốp bề mặt riêng nhƣ hoạt tính than tốt Mất mát than cao chƣa bề mặt riêng hoạt tính cao mà lại không kinh tế Còn thời gian khảo sát 1-5h ảnh hƣởng không nhiều đến trình phản ứng than không ảnh hƣởng lớn đến khả thu hồi Xác định bề mặt riêng than phương pháp hấp phụ Iốt Từ kết iốt xác định đƣợc ta suy bề mặt riêng mẫu than phân tích dựa vào đƣờng cong chuẩn [45] hình 3.27 96 Hình 3.27 Quan hệ lượng iốt hấp phụ bề mặt riêng Kết than sau tách SiO2 nhƣng chƣa xử lý nâng cao hoạt tính (bảng 3.30) Bảng 3.30 Kết xác định hấp phụ iốt than chưa xử lý hoạt tính KNa2S2O3 tiêu thụ (ml) I (mg/g) Bề mặt riêng (m2/g) 5,95 510,22 622,98 Bề mặt riêng than lớn so với kết phía Hàn Quốc xác định (190m2/g) Có thể kỹ thuật xác định ta chƣa tốt kết trình bày mang tính tham khảo quy luật giá trị tuyệt đối cần phải đƣợc xem xét lại Kết xử lý nƣớc trình bày bảng 3.31 Bảng 3.31 Kết xử lý than nước No T, (0C) Q, (l/ph) t,(h) KNa2S2O3 I Bề mặt riêng (ml) (mg/g) BET (m2/g) 700 0,08 2,8167 911,21 1113 850 0,08 1,3167 1101,7 1345 700 0,16 2,9667 892,15 1089 850 0,16 2,0000 1014,9 1239 700 0,08 2,9500 894,27 1092 850 0,08 2,2667 981,07 1198 700 0,16 2,2667 981,07 1198 850 0,16 2,8833 902,74 1102 97 Đồ thị ảnh hƣởng nhiệt độ lƣu lƣợng khí đến bề mặt riêng than (hình 3.28) Sử dụng phần mềm mode 5.0 ta đƣợc : Hình 3.28 Ảnh hưởng nhiệt độ, lưu lượng khí, đến bề mặt riêng than CM = Kết xử lý CO2 trình bày bảng 3.32 Bảng 3.32 Kết than xử lý CO2 No T, (0C) Q, (l/ph) t, (h) KNa2S2O3 pƣ I (mg/g) (ml) Bề mặt riêng(m2/g) 700 0,1 4,2500 729,612 891 850 0,1 3,2000 862,879 1054 700 0,5 4,0333 757,119 924 850 0,5 2,9167 898,838 1097 700 0,1 4,9667 638,667 780 850 0,1 3,4000 837,497 1023 700 0,5 4,7333 668,280 816 850 0,5 3,1500 869,225 1064 Đồ thị ảnh hƣởng nhiệt độ lƣu lƣợng khí đến bề mặt riêng than (hình 3.29) Sử dụng phần mềm mode 5.0 ta đƣợc : 98 Hình 3.29 Ảnh hưởng nhiệt độ, lưu lượng khí, đến bề mặt riêng than CM = Nhận xét : - So với mẫu than xử lý tách SiO2 bề mặt riêng than tăng độ hấp phụ tăng - Bề mặt riêng than xử lý nhiệt độ 8500C tốt than xử lý 7000C điều kiện thời gian lƣu lƣợng khí - Than xử lý thời gian 1h có bề mặt riêng cao so với than xử lý điều kiện 5h điều khiện nhiệt độ lƣu lƣợng khí đƣa vào sản xuất giảm chi phí mà chất lƣợng than tốt cho nâng cao hoạt tính thời gian ngắn - Than đƣợc xử lý nâng cao hoạt tính nƣớc thu đƣợc kết tốt than xử lý CO2 99 KẾT LUẬN [1] Có thể sử dụng trấu để chế tạo than hoạt tính Đây nguồn nguyên liệu dồi Việt Nam [2] Than hóa trấu tốt thực khoảng 500 đến 6000 C Than thu đƣợc từ trấu có thành phần khoảng 54-56% C lại SiO2 chất không cháy đƣợc [3] Thành phần khói lò sinh chủ yếu H2 (khoảng 50%) lại CO CO2 tỷ lệ xấp xỉ [4] Trong than trấu có tỷ lệ SiO2 cao (tập trung chủ yếu ụ nằm rải rác bề mặt trấu) [5] Tách SiO2 phƣơng pháp tuyển đạt hiệu không cao khoảng 30%, tốn nguyên liệu [6] Sử dụng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm cho phép thiết lập quan hệ T0 , CM tỷ lệ NaOH/than đến hiệu khử SiO2 với số lƣợng thí nghiệm [7] Kết cho thấy tách SiO2 hiệu xử lý kiềm với nồng độ 6M, nhiệt độ 1330C, tỷ lệ NaOH/than=0,6 [8] Xử lý hoạt tính nƣớc tốt nhiệt độ 8500 C, 1h, lƣu lƣợng 0,16 l/phút Bề mặt riêng đạt đƣợc 1435 m2/g [9] Xử lý hoạt tính CO2 tốt nhiệt độ 8500C, 5h, lƣu lƣợng 0,5 l/phút Bề mặt riêng đạt đƣợc 1061 m2/g [10] Xử lý hoạt tính nƣớc nhận đƣợc bề mặt riêng lớn thời gian ngắn xử lý CO2 [11] Phải chuẩn nồng độ Iot sau thí nghiệm [12] Các kết xử lý hoạt tính xác định bề mặt riêng phƣơng pháp hấp phụ iốt cần đƣợc hoàn thiện thêm… 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Bách khoa toàn thƣ mở Wikipedia, http://vi.wikipedia.org/wiki/Cacbon SiO2, 2013 [2] Hoàng Kim Cơ chủ biên , Đỗ Ngân Thanh, Dƣơng Đức Hồng, Tính toán kỹ thuật nhiệt luyện kim, nxb Giáo dục, 2000 [3] Trần Văn Dũng, Cao Thị Nhung, Bùi Xuân Hòa, Phạm Thị Bình, Nguyễn Thị Diễm Phúc “Công nghệ sản xuất than hoạt tính từ trấu Hội nghị khoa học công nghệ lần 9” [4] Trịnh Xuân Đại Nghiên cứu biến tính than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ xử lý amoni kim loại nặng nuớc [5] Taik Nam Kim, Nguyễn Văn Tƣ, Nguyễn Ngọc Minh (2011) “Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ trấu Việt Nam Tạp chí KH&CN Kim loại” 38 (10) [6] Lê Minh Ngọc, 2012 ―Nghiên cứu ảnh hưởng áp suất lưu lượng gió đến khả than hoá trấu toàn tiết diện ngang lò‖ Chuyên đề khoa học đề tài 09/2012/HĐ-NĐT [7] Nguyễn Văn Tuất (Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn), Ngân hàng kiến thức lúa, Trang tin điện tử Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, 2008 [8] Nguyễn Minh Tuyển, Quy hoạch thực nghiệm, Nhà XB khoa học kỹ thuật 2005 [9] Nguyễn Văn Tƣ, Vũ Văn Khánh 2012) “Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ chế tạo than thô từ trấu” Tạp chí KH&CN Kim loại 45 (tháng 12) [10] http://www.gso.gov.vn/default.aspx?tabid=217 [11] http://faostat.fao.org/site/567/default.aspx#ancor [12] http://www.mtec.or.th/ecocera/index_eng.html [13] http://luanvan.co/luan-van/khao-sat-su-anh-huong-cua-nong-do-naoh-va-thoigian-den-qua-trinh-thu-hoi-sio2-tu-tro-trau-257/ [14] http://locnuocphen.com/Tin-tuc/Ung-dung-cua-than-hoat-tinh.html 101 [15] Số liệu cục xúc tiến thƣơng mại Việt Nam (VIETRADE), 11(2011) [16] www.ecoenergy-vn.com/information/quy-trinh-san-xuat-4.html Tài liệu tiếng Anh [17] Baker FS, et al Activated Carbon Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology 4th Edition, Vol John Wiley & Sons Inc., New York, 1992, P 1016-1037 [18] Bandosz TJ, Biggs MJ, Gubbins KE, Hattori Y, Iiyama T, Kaneko K, Pikunic J, Thomson KT Molecular models of porous carbons Chemistry and Physics of Carbon Vol 28, Ed Radovic LR Marcel Dekker Inc., New York, 2003, P 42-228 [19] Bansal RC, Donnet J-B, Stoeckli F Active Carbon Marcel Dekker Inc., New York, 1988, p 432 [20] Bernal JD The structure of graphite Proc Roy Soc 1924;106A, P.749 [21] Beyssac O, Goffé B, Petitet JP, Froigneux E, Moreau M, Rouzaud JN On the characterization of disordered and heterogeneous materials by Raman spectroscopy Spectrochimica Acta, Part A 2003;59, P.2267-2276 [22] Biscoe J, Warren BE An X-ray study of carbon black Part I Optical microscopy study J Appl Phys 1940; 11, P.1691-1705 [23] Biscoe J, Warren BE An X-ray study of carbon black J Appl Phys 1942;13, P.364-371 [24] Blayden HE, Gibson J, Riley HL An X-ray study of the structure of coals, cokes and chars Proceedings Conference ofUltrafine Structure of Coals and Cokes BCURA, London, 1944, P 176-231 [25] Bonnamy S Carbonization of various precursors Effect of heating rate Part II Transmission electron microscopy and physicochemical studies Carbon 1999;37(11 ), P 1707—1724 [26] Bourrât X Structure in carbons and carbon artefacts Sciences of Carbon Materials Eds Marsh H, Rodriguez-Reinoso F Universidad de Alicante, Secretariado de Publications, Spain, 1997, 1-97 102 [27] Brooks JD, Taylor GH The formation of some graphitizing carbons Chemistry and Physics of Carbon Vol 4, Ed Walker Jr PL Marcel Dekker Inc., New York, 1968, P 243-285 [28] Bundy FP, Bassett WA, Weather MS, Hemley RJ, Mao HU, Goncharov AF The pressure- temperature phase and transformation diagram for carbon, updated through 1994 Carbon 1996,34(2),141-153 [29] Burchell TD Carbon Materials for Advanced Technologies Pergamon, Amsterdam, 1999 [30] Cheremisinoff PA, Ellerbusch F Carbon Adsorption Handbook Ann Arbor Science Publishers Inc., Michigan, 1980, p 1058 [31] Cuesta A, Dhamelincourt P, Laureyns J, Martinez-Alonso A, Tascon JMD Raman microprobe studies on carbon materials Carbon 1994;32(8), P.15231532 [32] Dahn JR, Xing W, Gao T The “falling-card” for the structure of microporous carbons Carbon 1997;35(6), P.825-830 [33] Derbyshire F, Jagtoyen M, Andrews R, Rao A, Martin-Gullön I, Gruike E Carbon materials in environmental applications Chemistry and Physics of Carbon Vol 27, Ed Radovic LR Marcel Dekker Inc., New York, 2001, P 21-66 [34] Donnet J-B, Voet A Carbon Black Marcel Dekker Inc., New York, 1976, p.351 [35] DR Porier and G.H Geiger (1994), Transport phenomena in metarials processing [36] Endo M, Kim C, Nishimura K, Fujino T, Miyashita K Recent developments of carbon materials for Li-ion batteries Carbon 2000;38(2), P 183-197 [37] Ergun S X-ray studies of carbon Chemistry and Physics of Carbon Vol 3, Ed Walker Jr PL Marcel Dekker Inc., New York, 1967, P 211-288 [38] Ergun S Structure in carbon Carbon 1968;6(2), P.141-159 103 [39] Ergun S X-ray scattering by very defective lattices Phys Rev 1970;Bl(8), P.3371-3380 [40] Fiala J New structures in carbon-based materials Science of Carbon Materials Eds Marsh H, Rodriguez-Reinoso F Universidad de Alicante, Secretariado de Publications, Spain, 2000, P 99-115 [41] Fitzer E, Kochling K-H, Boehm HP, Marsh H Recommended terminology for the description of carbon as a solid Pure Appl Chem 1995;67(3), P.473-506 [42] Flandrois S, Simon B Review carbon materials for lithium-ion re-chargeable batteries Carbon 1999;37(2), P.165-180 [43] G Parrish, G.S Happer Production Gas Carburising Pegamon Press, 1985 [44] Harris PJF Impact of the discovery of fullerenes on carbon science In: Chemistry and Physics of Carbon Vol 28, Ed Radovic LR Marcel Dekker Inc., New York, 2003, P 1-39 [45] Harry Marsh, Francisco Rodriguez-Reinoso (2006) Active carbon Elsevier Ltd [46] Taik Nam Kim, Synthesis of activated carbon from rice husk for secondary rechargeable battery [47] Jagtoyen M, Derbyshire F, Rimmer S, Rathbone R Relationship between reflectance and structure of high surface area carbons Fuel 1995;74(4), P.610-614 [48] Jankowska H Active Carbon Ellis Horwood Limited, Chichester, England, 1991, p 280 [49] Jiintgen H, Richter E, Kühl H Catalytic activity of carbon catalysts for the reaction of NO with NH3 Fuel 1988;67(6), P.775-780 [50] Water technology, March 1993, Understanding cacbon mesh size, http://www.calgoncarbon.com 104 ... vỏ trấu Trình bày yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng than hoạt tính sản xuất từ trấu Nghiên cứu trình tách SiO2 than trấu nhằm tạo đƣợc than hoạt tính có độ cao nghiên cứu nâng cao hoạt tính than. .. hiệu suất cao, hiệu kinh tế 11 Vì đề tài “N hiê cứu nâng cao hoạt tính than trấu Việt Nam nghiên cứu khảo sát sản lƣợng trấu vùng để thu hồi trấu cách có hiệu Nghiên cứu cấu tạo vỏ trấu, thành... học 86 3.3 Xử lý nâng cao hoạt tính than 93 Xử lý nâng cao hoạt tính than nƣớc .94 Xử lý nâng cao hoạt tính than CO2 .95 Xác định bề mặt riêng than phƣơng pháp hấp phụ