Tiểu luận than hoạt tính
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: Nội dung trình bày I Khái niệm II Cấu trúc tính chất III.Phương pháp điều chế IV Đặc trưng V Ứng dụng I Khái niệm Than hoạt tính dạng cacbon xử lý với Oxi để mang lại cấu trúc xốp Than hoạt tính chất hấp phụ linh hoạt, sử dụng rộng rãi cho nhiều mục đích loại bỏ màu, mùi, vị khơng mong muốn tạp chất hữu cơ, vô nước thải công nghiệp sinh hoạt, thu hồi dung mơi, làm khơng khí,… II Cấu trúc tính chất 2.1 Cấu trúc xốp bề mặt than hoạt tính Sự xếp ngẫu nhiên vi tinh thể với liên kết ngang bền chúng làm cho than hoạt tính có cấu trúc lỗ xốp phát triển Cấu trúc bề mặt tạo q trình than hóa làm chất chứa Cacbon khoảng trống tinh thể Than hoạt tính có lỗ xốp từ 1nm đến vài nghìn nm Các lỗ chia thành nhóm lỗ nhỏ, lỗ trung lỗ lớn • Lỗ nhỏ có kíck thước phân tử, bán kính hiệu dụng nhỏ 2nm tích lỗ từ 0.15-0.7cm3/g • Lỗ trung hay gọi lỗ vận chuyển có bán kính hiệu dụng từ đến 50nm, thể tích chúng thường từ 0.1-0.2cm3/g • Lỗ lớn khơng có nhiều ý nghĩa q trình hấp phụ than hoạt tính chúng có diện tích bề mặt nhỏ khơng vượt 0.5m2/g Mỗi nhóm thể vai trò định q trình hấp phụ 2.2 Cấu trúc hóa học bề mặt than hoạt tính Than hoạt tính hầu hết liên kết với lượng oxy hydro.Các nguyên tử khác loại tạo từ nguyên liệu ban đầu trở thành phần cấu trúc hóa học than hoạt tính Thành phần định lực hấp phụ lên bề mặt than thành phần không tập trung lực VanderWalls Các electron độc thân có hóa trị khơng bão hòa biến đổi xếp electron khung cacbon ảnh hưởng đến đặc điểm hấp phụ than hoạt tính Tính chất lý, hóa than hoạt tính 2.1 Tính chất vật lý Những đặc điểm chung định đến tính chất hấp phụ than hoạt tính là: • Kích thước hạt • Diện tích bề mặt riêng • Cấu trúc vật lý • Khối lượng riêng 2.1.1 Kích thước hạt: Người ta thường sử dụng 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 diện tích bề mặt hạt than khác nên tính tốn người ta sử dụng giá trị trung bình 2.1.2 Diện tích bề mặt riêng Hai phương pháp dung để xác định diện tích bề mặt riêng than hoạt tính: • Phương pháp tính tốn hình học • Phương pháp tính tốn theo chất lượng chất lỏng phân tử thấp hồn tồn tồn trơ hóa học với than hoạt tính hấp phụ lên bề mặt than hoạt tính 2.1.3 Cấu trúc vật lý Cấu trúc than hoạt tính đánh giá mức độ phát triển cấu trúc bậc Mức độ phát triển cấu trúc phụ thuộc vào phương pháp sản xuất nguyên liệu đầu vào sản xuất than Cấu trúc than hoạt tính xác định kính hiển vi điện tử đánh giá gián tiếp qua lượng dầu than hoạt tính hấp phụ (trị số dầu than) IV Đặc trưng than hoạt tính Than hoạt tính thường đặc trưng diện tích bề mặt lớn từ 500-1400m2 Than hoạt tính định lượng dựa tiêu chí chính: Tổng diện tích bề mặt (m2/g) đo hấp thụ khí N2 Có thể hấp thụ giới hạn kích thước mao quản IV Đặc trưng than hoạt tính Mật độ carbon là khối lượng ml carbon khơng khí. Kích thước hạt nguyên tử cacbon đo kích thước sàng Khả hấp phụ được đặc trưng hiệu than hoạt tính việc loại bỏ chất gây nhiễm định IV Đặc trưng than hoạt tính Nguyên nhân hoạt tính xúc tác Do ngộ độc.VD: Sự có mặt O2, N, S, Do ngưng tụ cốc sa lắng Do phân hủy nhiệt Do q trình mài mòn IV Đặc trưng than hoạt tính Hồn ngun than hoạt tính Tái sinh than hoạt tính phục hồi 80% hiệu sử dụng Có cách thường dùng để tái sinh là: • Tái sinh nhiêt • Tái sinh nước Hồn ngun phương pháp oxi hóa xúc tác dị thể lỏng rắn: Hệ hấp phụ-xúc tác Me/THT có khả hấp phụ tốt phenol hoàn nguyên H2O2 thuận lợi, nhiệt độ thấp, không tạo sản phẩm ô nhiễm thứ cấp Phản ứng hoàn nguyên xúc tác phenol H2O2 xảy bề mặt THT phản ứng xúc tác dị thể lỏng-rắn, có bậc phản ứng không với phenol H2O2 IV Đặc trưng than hoạt tính Triển vọng cơng nghệ xử lý ô nhiễm hữu môi trường nước V Ứng dụng Than Hoạt Tính dùng lọc mơi trường khơng khí Than Hoạt Tính dùng lọc nước khử chất hữu hòa tan nước Ngồi ra, than hoạt tính có nhiều ứng dụng lĩnh vực khác (Công nghiệp, kỹ thuật, y tế…) Than Hoạt Tính dùng lọc mơi trường khơng khí Than Hoạt Tính khử mùi, khử màu, khử chất độc có khơng khí ô nhiễm, chống nhiễm phóng xạ, diệt khuẩn, virut… u cầu Dùng than hoạt tính dạng hạt, khơng dùng dạng bột để tránh tụt áp động học q trình hấp phụ phụ thuộc vào kích cỡ hạt nên cần thiết phải điều chỉnh để có cân tỷ lệ hấp phụ tối đa tụt áp tối thiểu, cỡ hạt than hay dùng - 2mm Than hoạt tính hấp phụ chất khí kém nên cần tẩm hóa chất vào để giữ phân hủy chất độc VD: muối kim loại đồng, bạc vàng, kẽm, hợp chất để hấp phụ khí độc hữu Than Hoạt Tính dùng lọc nước khử chất hữu hòa tan nước Khử chất bẩn Làm vết kim loại nặng hòa tan nước Làm triệt để chất hữu hòa tan, khử mùi vị, đặc biệt nước thải CN chứa phần tử hữu độc hại phần tử có độ bền vững bề mặt cao ngăn cản trình xử lý sinh học Than hoạt tính sử dụng lọc nước thường có loại phổ biến: Than hoạt tính dang bột (PAC): Dùng lọc mùi, chất màu chất béo hòa tan nước Do tính chất dễ bị rửa trơi không ổn định, nên chủ yếu sử dụng dạng bổ trợ hệ thống lọc nước công nghiệp lớn Than hoạt tính dạng hạt (GAC): GAC sử dụng rộng rãi hệ thống lọc nước máy hay xử lý nước gia đình Than hoạt tính dạng hạt lọc mùi, xử lý nước nhiễm bẩn Hiệu lọc phụ thuộc nhiều vào tốc độ dòng nước, tốc độ dòng nước lớn mà khơng có cách hãm hiệu khơng cao Than hoạt tính dạng khối (SBAC): Là cấu trúc than tốt lọc nước hiệu sử dụng rộng rãi Khối than hoạt tính bảo đảm rắn chắc, độ bền sử dụng cao tăng hiệu suất toàn hệ thống lọc 2 cơ chế lọc nước cơ than hoạt tính - Lọc học vật lý: Giúp loại bỏ hạt, tạp chất bẩn nước qua lõi lọc nhờ lỗ nhỏ li ti cấu trúc than - Lọc hút bám: Bề mặt phân tử than thu hút chất hóa học, tạp chất hòa tan nước giữ chúng nằm lại bên lõi lọc Với đặc tính “khơng hút nước” “hấp thụ dầu mỡ”, than hoạt tính có tác dụng mạnh với nhiều loại hóa chất chứa Clo, Benzen hay hóa chất cơng nghiệp hòa tan nước Một số yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới hiệu lọc than hoạt tính Cấu trúc vật lý lõi lọc, ví dụ: kích thước phân tử than, diện tích tiếp xúc bề mặt với tạp chất… Tính chất nguồn nước cần lọc Thành phần hóa học tạp chất nước Nhiệt độ độ pH nước lọc Thời gian tiếp xúc than lọc với nước tốc độ dòng nước yếu tố quan trọng Sự ảnh hưởng pH đến hấp thu than hoạt tính Hg(II) Mơ hình lọc nước than hoạt tính đơn giản Các ứng dụng khác Trong cơng nghiệp hóa học, than hoạt tính ứng dụng làm chất xúc tác làm chất mang cho 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 tủ lạnh máy điều hòa nhiệt độ Trong y tế (carbo medicinalis – than dược): để tẩy trùng độc tố sau bị ngộ độc thức ăn Ngoài ra, than hoạt tính dùng để, thu hồi dung mơi hữu cơ, phòng tránh tác hại tia đất CẢM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE ... ảnh hưởng đến đặc điểm hấp phụ than hoạt tính 2 Tính chất lý, hóa than hoạt tính 2.1 Tính chất vật lý Những đặc điểm chung định đến tính chất hấp phụ than hoạt tính là: • Kích thước hạt • Diện... riêng than hoạt tính: • Phương pháp tính tốn hình học • Phương pháp tính tốn theo chất lượng chất lỏng phân tử thấp hoàn toàn tồn trơ hóa học với than hoạt tính hấp phụ lên bề mặt than hoạt tính. .. trưng than hoạt tính Nguyên nhân hoạt tính xúc tác Do ngộ độc.VD: Sự có mặt O2, N, S, Do ngưng tụ cốc sa lắng Do phân hủy nhiệt Do trình mài mòn IV Đặc trưng than hoạt tính Hồn nguyên than hoạt tính