Đang tải... (xem toàn văn)
Mục tiêu của đề tài là: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình điều chế than hoạt tính từ tre như nhiệt độ, tác nhân và thời gian hoạt hóa đến chất lượng của than thành phẩm. Trên cơ sở đó xác định được các yếu tố tối ưu cho việc sản xuất than hoạt tính từ tre có chất lượng cao dùng trong mục đích xử lý môi trường; nghiên cứu động học và động lực học hấp phụ hơi benzen và một số yếu tố ảnh hưởng tới than được điều chế để tạo điều kiện áp dụng vào thực tế xử lý môi trường.
Nghiên cứu điều chế ứng dụng than hoạt tính từ tre để hấp phụ dung môi hữu MU Ơ nhiễm mơi trường đang là vấn đề nóng, được quan tâm bởi tất cả các quốc gia trên thế giới đặc biệt trong những năm gần đây. Việc sử dụng nhiên, ngun vật liệu, sự phát thải các chất gây ơ nhiễm ra mơi trường trước hết ảnh hưởng trực tiếp tới sức khoẻ con người, tiếp đó là sự suy thối mơi trường, biến đổi khí hậu đã gây thiệt hại rất lớn về con người và tài sản cho nhiều quốc gia Benzen là hợp chất gây độc đối với con người và các hệ sinh thái. Benzen được sử dụng rất rộng rãi trong đời sống con người. Sau q trình sử dụng benzen phát tán ra ngồi mơi trường trong cả ba thành phần mơi trường khí, nước và đất. Do tồn tại chủ yếu ở dạng khí nên các phương pháp xử lý benzen được sử dụng chủ yếu là phương pháp hấp phụ lên bề mặt các vật thể rắn. Các hợp chất thơng dụng như: than hoạt tính, rây phân tử, silicagel, nhơm hoạt tính Than hoạt tính là một trong những vật liệu hấp phụ được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành cơng nghiệp khác nhau như khai thác, chế biến dầu mỏ, cơng nghiệp dệt, cơng nghiệp thực phẩm, dược phẩm, xử lý mơi trường. Ngồi ra nó còn là ngun liệu chính để sản xuất hộp lọc phòng độc dùng trong qn sự và các ngành kinh tế khác nhau Hiện nay, việc sử dụng than hoạt tính vào mục đích xử lý mơi trường ngày càng phổ biến và nhu cầu ngày càng tăng. Tuy nhiên nguồn ngun liệu để sản xuất than hoạt tính chủ yếu từ nguồn ngun liệu than đá hóa thạch và nguồn ngun liệu là gỗ cứng đang ngày càng cạn kiệt và việc khai thác gây ảnh hưởng tới mơi trường, đặc biệt là nguy cơ gây biến mất các cánh rừng trên khắp giới. Do đó việc tìm một nguồn ngun liệu thay thế anglvn c quantõmvstptrungnyangctptrungvothantretunhngnm 1980[26].Ngunnguyờnliuthantreccbitquantõmvikh nngl ngunnguyờnliuthaythtimnngdonhngnguyờnnhõnsau: Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trờng Nguyễn Văn Sơn Nghiên cứu điều chế ứng dụng than hoạt tính từ tre để hấp phụ dung môi hữu +Cỏcnghiờncubanuchothytrecúhmlngxenlulo(40%n 50%),hemixenlulo(20%n30%) và lignin (15% đến 35%) lớn hơn gỗ mềm và tương đương với gỗ cứng (thành phần tạo nên gỗ). Than sản xuất từ tre có bề mặt riêng lớn tương đương với than gỗ và vận tốc hấp phụ cao + Tre là lồi thực vật có vùng phân bố tương đối lớn trên thế giới với ước tính khoảng 22 triệu hecta và có thời gian phát triển để có thể thu hoạch ngắn từ 4 8 năm [15] + Việc khai thác ít làm ảnh hưởng tới rừng và mơi trường sinh thái Cho đến nay, các tính chất vật lý và hóa học của gỗ từ tre đã được nghiên cứu rất nhiều để phục vụ cho cơng tác sản xuất than hoạt tính, tuy nhiên các nghiên cứu này chỉ bước đầu bao gồm các nghiên cứu tổng quan về các lồi tre và một số lồi cụ thể [18, 23, 26]. Do vậy việc nghiên cứu tính chất cũng như các điều kiện tối ưu để sản xuất than hoạt tính từ những lồi tre cụ thể phục vụ cho những mục đích cụ thể khác nhau là còn thiếu và rất cần thiết Ở nước ta tre được phân bố tương đối rộng ở cả 3 miền trong cả nước Hiện nay việc nghiên cứu hồn thiện cơng nghệ sản xuất than hoạt tính có chất lượng cao từ các nguồn ngun liệu trong nước còn hạn chế, ngun liệu từ gáo dừa hiện nay đang được sử dụng nhiều nhất và có khả năng sẽ khơng đáp ứng được nhu cầu trong tương lai. Đặc biệt việc sản xuất than hoạt tính dùng cho mục đích hấp phụ các hợp chất hữu cơ từ khí thải còn ít được quan tâm. Vì vậy việc chọn đề tài: “Nghiên cứu điều chế và ứng dụng than hoạt tính từ tre để hấp phụ dung mơi hữu cơ” sẽ góp phần giải quyết những vấn đề đã đặt ra Mục tiêu của đề tài là: + Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng trong q trình điều chế than hoạt tính từ tre như nhiệt độ, tác nhân và thời gian hoạt hố đến chất lượng của than thành phẩm. Trên cơ sở đó xác định được các yếu tố tối ưu cho việc sản xuất than hoạt tính từ tre có chất lượng cao dùng trong mục đích xử lý mơi trường Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trờng Nguyễn Văn Sơn Nghiên cứu điều chế ứng dụng than hoạt tính từ tre để hấp phụ dung môi hữu c¬” + Nghiên cứu động học và động lực học hấp phụ hơi benzen và một số yếu tố ảnh hưởng tới than được điều chế để tạo điều kiện áp dụng vào thực tế xử lý mơi trường. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Than hoạt tính cấu trúc và tính chất 1.1.1. Một vài nét về than hoạt tính Các ngun liệu chứa các bon được điều chế một cách đặc biệt nhằm loại bỏ các chất có nhựa và tạo ra các lỗ xốp trong chúng được gọi là than hoạt tính Than hoạt tính có thành phần chủ yếu là các bon chiếm 85% đến 95%, thành phần còn lại là các hợp chất vơ cơ [3, 4] Than hoạt tính được điều chế từ các ngun liệu khi đốt cháy cho ta các bon. Do vậy nguồn ngun liệu để sản xuất than hoạt tính khá phong phú. Ví dụ các ngun liệu có nguồn gốc động vật như các loại xương, thịt, da; các loại có gốc thực vật như các loại cây, các loại quả, sọ dừa, gỗ, mạt cưa; các loại có nguồn gốc từ than mỏ như than antraxit, than bùn, than nâu, than bán cốc, hoặc từ các hợp chất hữu cơ như polime, lignin, dầu mỏ Than hoạt tính đã được phát hiện và nghiên cứu vào thời gian cuối thế kỷ 18. Trong thế kỷ 19 than hoạt tính được ứng dụng để lọc sạch khí và tẩy màu Trong Đại chiến Thế giới Lần thứ Nhất, lần đầu tiên than hoạt tính đã được sử dụng làm vật liệu lọc độc trong mặt nạ phòng độc [3, 4] Ở nước ta than hoạt tính bắt đầu được nghiên cứu từ những năm 60 của kỷ 20. Nghiên cứu đầu tiên là Viện Hố học Cơng nghiệp với than hoạt tính từ antraxit, gáo dừa, bã mía, tiếp đó là các nghiên cứu của Viện Hố học Cơng nghiệp và Trung tâm Nghiên cứu Than hoạt tính, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Các kết quả nghiên cứu đã được triển khai ở quy mơ pilot [3, 12] Luận văn Thạc sĩ Khoa học Môi trờng Nguyễn Văn Sơn Nghiên cứu điều chế ứng dụng than hoạt tính từ tre để hấp phụ dung môi hữu c¬” Hiện nay than hoạt tính đã được sử dụng rộng rãi trong hầu khắp mọi lĩnh vực khoa học, qn sự và đời sống. Tùy theo mục đích sử dụng, hiện có một số loại than hoạt tính như sau: Than lọc khí hơi, than tẩy màu, than lọc nước, than trao đổi ion,… ở dạng hạt dập, hạt ép hoặc dạng bột 1.1.2. Cấu trúc của than hoạt tính * Cấu trúc tinh thể Theo các kết quả nghiên cứu của Rơngen thì than hoạt tính được cấu trúc bởi các vi tinh thể các bon. Các vi tinh thể này liên kết với nhau tạo thành các lớp, trong các lớp ngun tử các bon xếp thành hình 6 cạnh. Tuy nhiên trong than hoạt tính, các lớp vi tinh thể xắp xếp khơng có trật tự như cấu trúc mạng lưới tinh thể của graphít * Phân bố lỗ xốp trong than hoạt tính [3, 5, 8, 12] Than hoạt tính được đặc trưng bởi cấu trúc xốp đa phân tán tạo nên các kẽ hở (lỗ xốp) có kích thước và sự phân bố theo thể tích lỗ theo kích thước Theo Dubinin và các cộng sự thì than hoạt tính là chất hấp phụ xốp có bề mặt bên trong phát triển (600 m2/g đến 900 m2/g). Do vậy than hoạt tính có khả năng hấp phụ rất cao. Dựa vào kích thước và vai trò trong q trình hấp phụ mà cỏcltrongthanhottớnhcphõnloinhsau: Lnhvibỏnkớnh r