Nguyên liệu và các phương pháp sản xuất ứng dụng than hoạt tính trong tinh chế cồn

Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng MỤC LỤC Nhóm Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng MỞ ĐẦU Than hoạt tính từ lâu chế tạo sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, từ ứng dụng sống hàng ngày đến ứng dụng công nghiệp Than hoạt tính với đặc tính tuyệt vời làm nước, khơng khí chí tham gia vào q trình tinh chế chất hóa học hữu ích khác Hiện thị trường có nhiều loại than hoạt tính khác nhau, sản xuất theo nhiều phương pháp từ nguồn nguyên liệu khác khí thiên nhiên, bã thải nông nghiệp hay than bùn,… Tuy đa dạng mặt mẫu mã, chủng loại tính chất chúng khơng khác xa Với mục đích hiểu rõ loại than hoạt tính tính chất ưu việt chúng, chúng em định chọn đề tài nghiêm cứu “Tổng quan than hoạt tính Nguyên liệu phương pháp sản xuất Ứng dụng than hoạt tính tinh chế cồn” làm đề tài đồ án chuyên ngành cử nhân Qua đồ án này, ta nắm khái niệm tính chất, phân loại, ứng dụng than hoạt tính, phương pháp sản xuất than hoạt tính từ nhiều nguồn khác Trong trình thực hiện, thời gian có hạn nên đồ án cịn nhiều thiếu sót, chúng em mong bạn góp ý, bổ sung để đồ án chúng em hồn thiện Nhóm Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ THAN HOẠT TÍNH I – Giới thiệu chung than hoạt tính Định nghĩa Gần đây, cacbon xem nguyên tố tuyệt vời cách mạng khoa học vật liệu Từ cacbon có than hoạt tính, chất hấp phụ xốp tốt, với đặc tính tuyệt vời, ứng dụng rộng rãi công nghiệp Than hoạt tính thuật ngữ thường sử dụng cho nhóm chất hấp phụ dạng tinh thể, có cấu trúc dạng mao quản làm cho diện tích bề mặt lớn, khả hấp phụ tốt Than hoạt tính có thành phần chủ yếu cacbon, chiếm từ 85 đến 95% khối lượng Phần lại nguyên tố khác hydro, nitơ, lưu huỳnh, oxi,… có sẵn nguyên liệu ban đầu liên kết với cacbon q trình hoạt hóa Thành phần than hoạt tính thơng thường là: 88% C; 0.5% H; 0.5% N; 1% S 67% O Hàm lượng oxi thay đổi từ đến 20% tùy thuộc vào nguyên liệu cách điều chế than hoạt tính Than hoạt tính có diện tích bề mặt khoảng 800 – 1500 m 2/g chủ yếu lỗ nhỏ có bán kính nm tạo ra, thể tích mao quản từ 0.2 – 0.6 cm3/g Mỗi năm khoảng 150 nghìn than hoạt tính dạng bột sản xuất, với khoảng 150.000 than dạng hạt 50.000 dạng viên Nhiều nguyên liệu khác sử dụng gỗ, nhựa, đá hay vật liệu tổng hợp để sản xuất than hoạt tính mà khơng cần đưa chúng dạng cacbon, đồng thời có hiệu tương tự Than hoạt tính sau sử dụng Nhóm Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng tái sinh (làm giải hấp phụ) sử dụng hàng trăm, chí hàng ngàn lần Than hoạt tính sản xuất từ nguyên liệu tự nhiên cách than hóa xử lý tiếp Trong trình này, vài thành phần chuyển hóa thành khí bay khỏi ngun liệu ban đầu tạo thành lỗ trống xốp (mao quản) Hiện thị trường, than hoạt tính bán ba dạng: - Than hoạt tính dạng bột - Than hoạt tính dạng hạt - Dạng than hoạt tính cải tiến (dưới áp suất cao), thường viên Lịch sử hình thành phát triển Than hoạt tính dạng than gỗ hoạt hóa sử dụng từ nhiều kỉ trước: - Người Ai Cập sử dụng than gỗ từ khoảng năm 1500 TCN để làm chất hấp phụ chữa bệnh - Người Hin du cổ Ấn Độ biết làm nước uống cách lọc qua than gỗ Sản xuất than hoạt tính cơng nghiệp khoảng năm 1900, sử dụng để làm vật liệu tinh chế đường cách than hóa hỗn hợp nguyên liệu có nguồn gốc từ thực vật nước CO2 Than hoạt tính cịn sử dụng mặt nạ phòng độc chiến thứ Nhóm Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng - Năm 1793 Ken-xơ dùng than gỗ để hút mùi vết thương có tính hoại tử - Năm 1773 Silo quan sát mô tả tượng hấp phụ than gỗ - Năm 1777 Phơn-tan-na đưa than nóng đỏ vào ống chứa khí úp ngược thủy ngân nhận thấy phần lớn khí ống bị than hút - Trong lĩnh vực dung dịch, năm 1785 Tô-vơlo-vit thấy than gỗ tẩy màu nhiều dung dịch - Năm 1794 Lip-man thấy than gỗ tẩy màu tốt dung dịch đường mía năm 1805 Gu-li-on dung than gỗ để tẩy màu công nghiệp đường - Sang đầu thể kỷ 20, vào năm 1922 Bi-si thành công việc chế tạo than tẩy màu -Than chế tạo cách trộn than máu với potdineeg rửa sấy - Năm 1872 Han-xơ nghiên cứu khả than sọ dừa hấp thụ N 2, H2 ,NH3 HCN khoảng nhiệt độ từ 0-70°C thấy HCN hấp thụ tốt NH3, N2 , H2 - Ở nước ta từ năm đâu thập kỷ 60 nghiên cứu số than hoạt tính dung cho mặt nạ phòng độc phục vụ nhu cầu phát triển Phân loại 3.1 Phân loại theo Misec Có nhiều cách để phân loại than hoạt tính Cách đơn giản theo Misec phân loại theo hình dáng bên ngồi Theo cách than hoạt tính phân thành hai nhóm: a Than bột: Nhóm Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng Nhóm gồm than tẩy màu than y tế Vì độ khuếch tán dung dịch nhỏ nên trình hấp phụ xảy dung dịch chậm Để tăng cường độ thiết lập cân hấp phụ than nghiền thành bột mịn b Than hạt Than hạt chủ yếu dùng hấp phụ khí hơi, cịn có tên gọi than khí Đơi than hạt dùng mơi trường lỏng, đặc biệt để lọc nước Than hạt dạng mảnh dạng trụ Nguyên liệu xay đến kích thước định hoạt hóa Than hạt dạng trụ hồn chỉnh chế tạo theo quy trình phức tạp Nguyên liệu chuẩn bị dạng vữa, ép vữa thành sợi cắt thành hạt tiếp tục bước sản xuất khác 3.2 Phân loại Meclenbua Meclenbua phân loại than hoạt tính theo mục đích sử dụng than gồm nhiều loại: a Than tẩy màu Đây nhóm bản, có ứng dụng rộng rãi nhiều ngành cơng nghiệp để tẩy màu dung dịch Ở đây, than hấp phụ chất bẩn có màu Kích thước phân tử chất màu thay đổi phạm vi rộng từ dạng phân tử thông thường tới dạng lớn tới tiểu phân có độ phân tán keo Than tẩy màu dùng dạng bột mịn có kích thước hạt khoảng 80 – 100 µm Than tẩy màu cịn gồm than kiềm, than axit than trung tính b Than y tế Nhóm Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng Than có khả hấp phụ chất tan phân tán dạng keo dịch dày ruột Đây than tẩy màu, khác có độ cao Trong q trình sản xuất khơng nên dùng chất tẩm chứa nhiều cation độc thiếc, đồng, thủy ngân,… c Than hấp phụ Tùy vào chất lượng đích sử dụng, than hấp phụ cịn chia thành ba loại: - Than ngưng tụ: Than dùng để gom chất hữu khơng khí, chẳng hạn dùng để tách benzen khỏi khí thiên nhiên nhằm quay vịng dung mơi dễ bay trở lại quy trình sản xuất Than có hoạt tính cao, độ bền học cao, trở lực lớp than dịng khí nhỏ, khả lưu trữ chất bị hấp phụ thấp Thường than sản xuất dạng viên định hình hay dạng mảnh đường kính từ – mm, chiều dài khoảng 1.5 lần đường kính - Than xúc tác: dạng than khí, có độ xốp lớn, dùng làm chất xúc tác tổng hợp nhiều chất vô hữu - Than khí: Than có khả hấp phụ chọn lọc khí Có thể dùng than để tách hợp phần khí hay khỏi hỗn hợp chúng Than có ứng dụng rộng rãi công nghệ dầu mỏ để làm chất thơm, khơng khí,…; để làm nước,… Than sản xuất dạng mảnh hay hạt định hình với kích thước tùy thuộc vào mục đích sử dụng 3.3 Phân loại theo Đu-bi-nin Đu-bi-nin dựa vào cấu trúc xốp để phân loại than hoạt tính Chia than hoạt tính thành dạng thu hồi dạng khí khơng có ý nghĩa đặc trưng cấu trúc Theo ông chia than thành ba dạng hợp lý: a Than hoạt tính hấp phụ khí Nhóm Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng Dùng cho hấp phụ khí, chất dễ bay Dạng than thuộc chất hấp phụ có cấu trúc xốp nhỏ loại I Đặc trưng cấu trúc dạng than tăng thể tích hấp phụ lỗ xốp nhỏ làm dễ dàng cho hấp phụ đẳng nhiệt b Than hoạt tính thu hồi Dùng hấp phụ dung môi công nghiệp nhằm thu hồi đưa chúng trở lại chu trình sản xuất Dạng than thuộc chất hấp phụ có cấu trúc hỗn tạp Dung tích hấp phụ lớn khả lưu giữ chất bị hấp phụ thấp, điều kiện khử hấp phụ nhiệt c Than tẩy màu Than tẩy màu dùng để tẩy màu lọc dung dịch, chất lỏng Than chủ yếu thuộc chất hấp phụ có cấu trúc loại II Than chứa tỷ lệ lớn lỗ có kích thước đủ lớn để hấp phụ phân tử màu tạp chất khác có mặt pha lỏng Khi cần hấp phụ chất có phân tử nhỏ khỏi dung dịch dùng tan có cấu trúc loại I Sự phân loại than hoạt tính giúp có định hướng dễ dàng sản xuất việc tìm loại than thích hợp cho mục đích sử dụng Than hoạt tính sản xuất từ sở khác nhau, có nhãn hiệu tên thành phẩm khác nhau, có tính chất hấp phụ giống Cấu trúc mao quản than hoạt tính Các mao quản than hoạt tính chia thành ba loại theo kích thước chúng: - Mao quản micro (mao quản nhỏ): mao quản có bán kính nhỏ nm - Mao quản meso (mao quản trung): mao quản có bán kính từ 1-25 nm - Mao quản macro (mao lớn): mao quản có bán kình 25 nm Nhóm Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng Hình Cấu trúc mao quản than hoạt tính Than hoạt tính có mao quản lớn thường sử dụng để vận chuyển chất lỏng việc hấp phụ thường sử dụng than hoạt tính có mao quản vừa nhỏ Các mao quản hình thành trình sản xuất, mà nguyên liệu hoạt hóa Các mao quản khơng tạo phản ứng hóa học Than hoạt tính chế tạo từ than bùn có mao quản meso micro Trong q trình sản xuất điều khiển q trình hình thành mao quản meso – micro tạo nhiều mao quản meso cho than hoạt tính có nhiều ứng dụng Than hoạt tính dạng bột có chứa nhiều mao quản meso Than hoạt tính loại có mao quản meso kích thước 1-4 nm, với mao quản meso lớn hơn, gần dạng bột Than hoạt tính chế tạo từ than đá có mao quản micro meso đa chức Một loại than phổ biến thị trường có cỡ hạt Nhóm Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng khoảng 0.4-1.4 mm Một loại than sử dụng ngày dùng nhiều có cỡ hạt nhỏ hơn, khoảng 0.4 – 0.85 mm Than hoạt tính sản xuất từ vỏ dừa có cấu trúc mao quản micro, kích thước nm Nếu dùng loại than hoạt tính để tinh chế cồn (thường có nhiều tạp chất có kích thước khoảng 2-10 nm) gây tắc nghẽn mao quản, kết than hoạt tính khơng thể sử dụng hết suất tối đa Tuy nhiên thành cơng khả hấp phụ than hoạt tính làm từ dừa cao gấp 2-3 lần loại than hoạt tính khác Than hoạt tính chế tạo hoạt hóa hóa học có độ xốp cao nhiều so với việc hoạt hóa nước, tạo nhiều mao quản micro meso Tái sinh than hoạt tính Nếu loại bỏ hết tạp chất than hoạt tính sử dụng chúng tái sinh sử dụng lại Sau tái sinh, than hoạt tính phục hồi đến 80% hiệu sử dụng, mà thực tế 100% sử dụng than hoạt tính đến giới hạn Theo lý thuyết, việc thực nhiều lần theo ý muốn Đối với loại than hoạt tính mềm (than hoạt tính từ than bùn giảm chất lượng tái sinh) hạt trở nên nhỏ sau lần tái sinh Cịn với loại than hoạt tính cứng hơn, vỏ dừa hay than đá, giữ chất lượng tốt tái sinh khoảng vài trăm lần Có cách để tái sinh than hoạt tính: - Bằng nhiệt (tái sinh nhiệt); - Bằng nước (tái sinh nước); 5.1 Tái sinh nhiệt 10 Nhóm Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng Cồn làm 24 Trong đó, cặn bẩn chìm xuống cồn làm Hút cồn ngồi lọc bỏ cặn Thơng thường, tiến hành trình lọc cồn qua cột chứa đầy than hoạt tính dạng hạt Q trình diễn dễ dàng 3.2 Than hoạt tính dạng hạt Than hoạt tính dạng hạt sử dụng cách xếp thành lớp dày, thông thường khoảng 1.5 – 2.5 m, trình lọc diễn qua lớp cacbon Phía cacbon, cồn chảy qua mao quản lớn Các lớp than hoạt tính tạo cách xếp đầy than vào cột Để dễ dàng lọc chất lỏng, nước, nên để lớp khoảng – 10 cm vừa đủ Trong trường hợp lọc cồn thông thường cần cột hấp phụ khoảng 1.5m Chiều cao cột hấp phụ vấn đề, cột nhỏ, trình lọc khơng xảy Các cột nên có đường kính tối thiểu 38mm khơng tạo hiệu ứng thành thiết bị, cồn chảy phía thành thiết bị mà không thông qua lớp than hoạt tính, đó, q trình lọc khơng xảy Để trình lọc thực xảy than hoạt tính, cột nên chứa khơng khí Có nghĩa trình cần diễn dịng liên tục Khơng nên để cột hấp phụ làm việc khơ Than hoạt tính bão hịa cồn chảy qua Trong cột hấp phụ khơng để tạo thành kênh than hoạt tính, dễ bị tạo đổ than hoạt tính khơ vào cột Kênh than dạng than hoạt tính, qua cồn ngồi mà khơng lọc, lớp mỏng khơng khí lớp hạt than hoạt tính Các lớp than phải xếp cách xác Khi nước cồn lọc qua than hoạt tính, q trình xảy chất hòa tan mao quản trình chế tạo giải hấp phụ Đó 26 Nhóm Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng chất chuyển sang dạng khí hay khơng thể rửa sau q trình sản xuất Để loại bỏ hồn tồn chất khỏi than hoạt tính tốn Tất q trình lọc cơng nghiệp bắt đầu với điều Than hoạt tính rửa trước sử dụng Các chất có dạng xà phòng Khi chất bị giải hấp, pH môi trường tăng từ lên gần 10 than hoạt tính khơng đạt hiệu sử dụng môi trường trở lại pH cân bằng, khoảng Trước sử dụng than hoạt tính để lọc, chất rửa loại bỏ cách: Trước đổ than hoạt tính vào cột, trộn than hoạt tính (khuấy mạnh) 23 lần với nước nóng nước sơi bình phản ứng thép không gỉ Loại bỏ lượng dư nước, lặp lại trình 4-5 lần, phải đảm bảo tất chất hoàn tan giải hấp phụ khỏi than hoạt tính Để yên 24 để than hoạt tính có thời gian hấp thụ nhiều nước Lặp lại lần nữa, đổ nước nóng nước sơi vào, khuấy loại bỏ lượng nước thừa Cho thêm 2-3 tờ giấy lọc vào cột hấp phụ lọc với nước ấm Đổ than hoạt tính bão hịa vào cột hấp phụ Theo cách này, than hoạt tính ln ln nước khơng khí bị đuổi hết Vỗ nhẹ vào cột để than hoạt tính ổn định Lọc tối thiểu 2-5 lít nước qua cột đổ đầy cồn vào trước nước chảy qua miệng phễu, đảm bảo cột hấp phụ không làm việc trạng thái khô Nếu bạn để cột bị khô, cần phải lọc lại 4-5 lít nước ấm để khơng khí bị đuổi ngoài, tiếp tục cho cồn vào trước lượng nước cuối chảy khỏi phễu Bằng cách than hoạt tính bắt đầu hoạt động khơng cịn khơng khí cột Các màng mỏng khơng khí bên hạt than bị biến 27 Nhóm Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng Cuối cùng, đổ lít nước qua cột để đuổi hết cồn 3.3 Bể lọc than hoạt tính dạng hạt Than hoạt tính sử dụng yêu cầu có mao quản micro meso Cột điền đầy nhiều loại than hoạt tính, trộn lẫn với để thành lớp riêng biệt Thông thường sử dụng loại than hoạt tính q trình hấp phụ Than hoạt tính dạng hạt thường sử dụng nhiều Trong bể lọc sử dụng than hoạt tính có hai yếu tố ảnh hưởng mạnh mẽ đến trình hấp phụ là: - Với hạt than hoạt tính có kích thước nhỏ tốc độ dịng tốt (tốc độ dòng qua/lan rộng qua than hoạt tính), khả tiếp xúc tốt với bên bên lớp than Với hạt viên có kích thước từ 1-3 mm lớn khơng tiếp xúc, tạp chất khơng thể chui vào mao quản meso micro, than hoạt tính khơng làm việc Điều muốn hạt nhỏ tạo Nhưng hạt than nhỏ dẫn đến việc tắc mạch than hoạt tính bể khơng thể lọc Than hoạt tính mềm từ than bùn gỗ thường có cỡ hạt khoảng 0.25 – mm Các dạng than hoạt tính cứng từ than đá hay vỏ dừa thường có kích thước xung quanh khoảng 0.4 – 0.85 mm Đây kích thước tốt, phù hợp với việc lọc, tạo cho cồn có bề mặt tiếp xúc lớn với than hoạt tính Chất lượng than hoạt tính đa dạng với kích thước hạt lớn thường sử dụng, thường 0.4 – 1.4 mm, để đảm bảo cho trình lọc diễn nhanh Như q trình lọc diễn ra, khơng đạt hiệu hoàn toàn tốt - Vấn đề thứ hai ảnh hưởng đến khả hấp phụ tốc độ trình lọc Đơn vị thể tích (HSV) ví dụ lượng cồn làm 28 Nhóm Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng đơn vị thể tích ống Thể tích đạt lượng dễ xác định trình lọc qua ống với nước Thể tích bể (HSV) thường 0.25 (rất, chậm) làm cồn, nước khoảng 2-3 HSV Một cột tích 1.7 lít thể tích lọc lớn l/h cột rộng khoảng 40 mm kích thước hạt than 0.4 – 1.4 mm Nếu tốc độ lọc cao hơn, khơng thể điều khiển xác q trình Có ba cách để làm tăng tốc độ trình lọc: Cột rộng Cột dài Hạt than hoạt tính nhỏ Khơng khả thi muốn thu hẹp đường kính cột hấp phụ xuống 38 mm tạo tượng “thành thiết bị” bể lọc, tạp chất thoát khỏi bể lọc dọc theo thành bể Nếu tăng chiều rộng bể lọc, thể tích cồn lọc đơn vị thời gian tăng mà khơng có tăng tốc độ dịng chảy Trong cơng nghiệp cồn, bể lọc thường có kích thước lớn 1m chiều rộng cồn tháo khỏi bể phía với tốc độ 0.25 HSV 3.4 Các vùng thiết bị lọc Phương pháp dễ dàng phương pháp ướt Để làm lít cồn 40 – 50% thơng thường cần ống 40 mm x 1.5 m Với phương pháp ướt, tương tự lọc ống dài 1m, đơi ngắn Trong chu trình lọc, thơng thường có vùng bể (ống) lọc Ở phía trên, gần vùng khơng lọc, cồn đổ vào Nó biết đến vùng tiêu thụ 29 Nhóm Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng Tiếp đến vùng mà than hoạt tính làm việc q trình hấp phụ tạp chất diễn ổn định Đó vùng lọc (MTZ) Sau vùng MTZ, xa xuống phía đáy vùng than hoạt tính, khơng hấp phụ tạp chất Được gọi vùng than hoạt tính chưa hấp phụ Trong suốt trình lọc, vùng tiêu thụ vùng lọc di chuyển xuống phía ống vùng than hoạt tính chưa hấp phụ biến Điều có nghĩa tất tạp chất giữ lại bể cồn lọc xong Quá trình hấp phụ diễn vùng MTZ Vùng MTZ ngắn Khi sử dụng hạt than hoạt tính có kích thước lớn (bề mặt tiếp xúc nhỏ) tốc độ lọc nhanh vùng MTZ dài Nếu cỡ hạt than hoạt tính khoảng – mm vùng MTZ dài chiều dài ống q trình lọc khơng thể diễn 30 Nhóm Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng Hình Các vùng thiết bị lọc Vùng MTZ rút ngắn nếu: - Sử dụng hạt than hoạt tính nhỏ hơn, tạo bề mặt tiếp xúc tốt, ví dụ khoảng 0.4 – 0.85 mm - Tốc độ lọc chậm (HSV) thời gian tiếp xúc dài Tốc độ lọc khống chế cách: - Chọn kích thước hạt than hoạt tính - Nén chặt (chèn) than hoạt tính ống - Cản trở dịng chảy Nếu bạn sử dụng than hoạt tính với cỡ hạt lớn, khoảng 0.4 – 1.4 mm, cần đổi sang cỡ hạt nhỏ Vỗ nhẹ vào thành ống để hạt than xếp ổn định Cần cẩn thận để khơng nén than hoạt tính làm từ than bùn (0.25 – 1mm) chặt, làm tắc ống lọc Cản trở dòng chảy phương pháp học làm chậm tốc độ dịng chảy Việc thực phía cuối ống, không làm đầu ống, bạn khơng khí chui vào ống Một vùng MTZ ngắn có nghĩa bạn lọc thể tích cồn lớn Nếu bạn khơng thể có vùng MTZ ngắn phù hợp bạn nên kéo dài ống lọc Hiệu trình lọc Than hoạt tính có hiệu sử dụng cao thực với lớp hạt dày Đổ vào ống hạt than hoạt tính, thơng thường dùng ống dài 1.5m có đường kính 40mm Q trình lọc nên diễn chậm (dịng chảy không bị chặn dừng lại) Cồn cần chảy qua hạt than hoạt tính để lọc Phải chắn khơng 31 Nhóm Đồ án chun ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng có phân tử cồn khơng qua than hoạt tính ống chắn khơng có khơng khí Hiệu sử dụng tăng đáng kể PHẦN 2: ĐIỀU CHẾ THAN HOẠT TÍNH TỪ CÁC NGUỒN NGUYÊN LIỆU KHÁC NHAU I - Mục đích - Điều chế than hoạt tính từ vỏ trấu vỏ dừa - Xác định số iot mẫu than hoạt tính điều chế với mẫu than mua ngồi thị trường, qua so sánh độ hấp phụ mẫu than hoạt tính với II – Thực ngiệm Chế tạo than hoạt tính từ nguyên liệu đầu vỏ dừa vỏ trấu sử dụng tác nhân hoạt hóa ZnCl2 điều kiện khác Điều chế than hoạt tính: • Nghiền nhỏ ngun liệu đầu, sàng qua rây 0.16mm, sau sấy khơ 80°C 32 Nhóm Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng • Điều chế mẫu than hoạt tính với loại nguyên liệu sử dụng tác nhân hoạt hóa (ZnCl2) Cân g nguyên liệu sau tẩm dung dịch ZnCl 3M theo tỷ lệ ml dd ZnCl2/1 g nguyê liệu, ngâm vòng tiếng Mẫu ngâm tẩm máy điều nhiệt nhiệt độ 80oC Mẫu ngâm tẩm nhiệt độ phòng • Nguyên liệu sau tẩm đem sấy 80oC vịng tiếng • Sau lấy mẫu chuyển hết vào chén nung, phủ cát lên phía nguyên liệu (nung điều kiện yếm khí) Nung 600oC vịng 1h • Mẫu sau nung đem cân khối lượng rửa dung dịch HCl 1.2M đến hết Zn2+ theo phương pháp lắng gạn bậc, bậc 40 ml dung dịch HCl Sau rửa nước cất đến pH • Đem sấy khơ 80°C Mẫu sau đem đo số Iot Đo số Iot Chỉ số iot lượng iot cực đại bị hấp phụ gam than hoạt tính Chỉ số iot tính theo cơng thức: Q(mg I2/g than) = [C1.V1 – C2.V2].MI2/ mthan(g) Trong : Q: số iot hàm lượng iot hấp phụ đơn vị trọng lượng khô than hoạt tính (mg/g) C1: nồng độ iot ban đầu dung dịch (mol/l) V1: thể tích ban đầu dung dịch (ml) C2: nồng độ iot sau hấp phụ dung dịch (mol/l) V2: thể tích dung dịch sau hấp phụ (ml) MI2: khối lượng phân tử iot (g/mol) [MI2=254(g/mol)] m: khối lượng than dùng để hấp phụ I2 (g) 33 Nhóm Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng Các bước tiến hành: • Chuẩn độ lại nồng độ iot: Dùng pipet lấy 20ml dung dịch I cho vào bình nón 100ml, chuẩn độ Na2S2O3 Dung dịch từ màu đỏ sang khơng màu • Cân lấy 0.1 g than hoạt tính cho vào bình nón 200 ml Sau thêm vào bình nón 20 ml I2 xác định nồng độ (đối với than từ vỏ trấu), 40ml I (đối với than từ vỏ dừa), 60ml I (đối với than thị trường) Lắc vòng 15 phút, sau chuẩn độ Na2S2O3 Từ thể tích Na2S2O3 ta tính số iot Phương trình chuẩn độ: I2 + 2Na2S2O3  2NaI + Na2S4O6 III - Kết thí nghiệm Chuẩn độ lại nồng độ I2 Nồng độ Na2S2O3 là: [Na2S2O3] = 0,05 M Thể tích I2 cho vào bình nón: VI2 = 20 (ml) Thể tích Na2S2O3 dùng để chuẩn độ: V’ = 3,5 (ml) Từ phương trình chuẩn độ ta có cơng thức: C2 = (*) Trong đó: • • • • C1: nồng độ Na2S2O3 (mol/l) V1: thể tích Na2S2O3 (ml) C2: nồng độ I2 (mol/l) V2: thể tích I2 (mol/l) 34 Nhóm Đồ án chun ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng Nồng độ ban đầu I2: CI2 = = 0.004375 M Tính số iot 2.1 Than hoạt tính từ vỏ trấu: Thể tích dung dịch I2 thêm vào bình nón: V2 = 20 (ml) a Mẫu 1: hoạt hóa nhiệt độ 80oC Khối lượng than hoạt tính dùng để hấp phụ: m = 0,1059 (g) Thể tích Na2S2O3 chuẩn độ: V1 = 1,5 (ml) Nồng độ I2 sau hấp phụ dung dịch là: CI2 = = 0.001875 M Chỉ số iot là: Q = 124,422 (mg/g) b Mẫu 2: hoạt hóa nhiệt độ thường Khối lượng than hoạt tính dùng để hấp phụ: m = 0,1062 (g) Thể tích Na2S2O3 chuẩn độ: V1 = 1,5 (ml) Nồng độ I2 sau hấp phụ dung dịch: CI2 = = 0.001875 M Chỉ số iot là: Q = 124,070 (mg/g) 35 Nhóm Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng 2.2 Than hoạt tính từ vỏ dừa: Thể tích I2 thêm vào bình nón: V2 = 40 (ml) a Mẫu 1: hoạt hóa nhiệt độ 80oC Khối lượng than hoạt tính dùng để hấp phụ: m = 0,1060 (g) Thể tích Na2S2O3 chuẩn độ: V1 = 2,2 (ml) Nồng độ I2 sau hấp phụ dung dịch là: CI2 = = 0.001375 M Chỉ số iot là: Q = 290,842 (mg/g) b Mẫu 2: hoạt hóa nhiệt độ thường Khối lượng than hoạt tính dùng để hấp phụ là: m = 0,1069 (g) Thể tích Na2S2O3 chuẩn độ là: V1 = 2,4 (ml) Nồng độ I2 sau hấp phụ dung dịch là: CI2 = = 0.0015 M Chỉ số iot là: Q = 276,810 (mg/g) 2.3 Than hoạt tính thị trường: Thể tích I2 thêm vào bình nón : V2 = 60 (ml) Khối lượng than hoạt tính dùng để hấp phụ là: m = 0,1066 (g) 36 Nhóm Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng Thể tích Na2S2O3 chuẩn độ là: V1 = 5.5 (ml) Nồng độ I2 sau hấp phụ dung dịch là: CI2 = 0.00229 M Chỉ số iot là: Q = 303,537 (mg/g) Nhận xét Qua phép đo số iot, ta nhận thấy, loại than hoạt tính khác có khả hấp phụ khác Tính chất hấp phụ than hoạt tính phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: loại nguyên liệu đầu vào, chất hoạt hóa, thời gian hoạt hóa,… Trong ba loại than hoạt tính đem đo số iot, than hoạt tính bán ngồi thị trường có số iot lớn hẳn so với hai mẫu than hoạt tính điều chế phịng thí nghiệm Điều dễ dàng lý giải nguyên nhân sau đây: - Q trình nung địi hỏi phải nung điều kiện yếm khí, việc phủ cát để tạo mơi trường yếm khí cho ngun liệu đầu chưa thực đạt hiệu - Nguyên liệu đầu vào lẫn nhiều tạp chất, chưa loại bỏ trước đưa vào chế tạo than hoạt tính - Q trình tiến hành đo số iot chưa xác chủ quan người làm thí nghiệm Mẫu than hoạt tính hoạt hóa nhiệt độ cao có số iot cao so với mẫu than hoạt hóa nhiệt độ thường Từ thấy khả hấp phụ than hoạt tính phụ thuộc vào nhiệt độ q trình hoạt hóa Tiến hành hoạt hóa nhiệt độ cao cho khả hấp phụ tốt Mẫu than hoạt tính từ nguyên liệu đầu vỏ dừa cho khả hấp phụ tốt so với mẫu than hoạt tính chế tạo từ vỏ trấu 37 Nhóm Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng KẾT LUẬN 38 Nhóm Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS Quách Thị Phượng Qua trình nghiên cứu than hoạt tính thấy than hoạt tính có nhiều đặc tính ưu việt, sử dụng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp sống hàng ngày Tuy nhiên, thị trường có nhiều loại than, để sử dụng hiệu than hoạt tính phù hợp với mục đích sử dụng, cần phải nghiên cứu lựa chọn thật kỹ loại than hoạt tính phù hợp, cho hiệu trình cao giá thành phù hợp Có nhiều phương pháp để sản xuất than hoạt tính từ nguồn nguyên liệu khác chưa có đột phá tính chất tạo Việc tiếp tục nghiên cứu, tìm tịi để phát triển, nâng cao tính chất than hoạt tính yêu cầu đặt tương lai TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 Nhóm Đồ án chuyên ngành GVHD: ThS Qch Thị Phượng [1] Tạp chí hóa học, Số đặc biệt chào mừng hội nghị hóa vơ – phân bón tồn quốc lần thứ ba, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam [2] Tharapong Vitidasant (1999), Production of Activated Carbon from Palm-oil Shell by Pyrolysis and Steam Activation in a Fixed Bed Reactor, Chulalongkorn University, Bangkok [3] Hassler JW (1974), Purification with activated carbon, New York: Mercel Dekker [4] Gert Strand, Activated carbon for purification of alcohol and some useful distillation tips [5] Nurul’ain Binti Jabit, The production and characterization of activated carbon using local agricultural waste through chemical activation process, 2007 [6] Jankowska H, Swiatkowski A and Choma J (1991), Active carbon Warsaw, Ellis Horwood [7] http://www.activated-carbon.com/ [8] http://en.wikipedia.org/wiki/Activated_carbon [9] http://www.lenntech.com/library/adsorption/adsorption.htm 40 Nhóm ... than hoạt tính Nguyên liệu phương pháp sản xuất Ứng dụng than hoạt tính tinh chế cồn? ?? làm đề tài đồ án chuyên ngành cử nhân Qua đồ án này, ta nắm khái niệm tính chất, phân loại, ứng dụng than hoạt. .. độ hoạt hóa hóa học giống độ sém hoạt hóa hóa lý IV - Ứng dụng than hoạt tính tinh chế cồn Giới thiệu Than hoạt tính sử dụng việc tinh chế cồn hiệu Đồng thời, than hoạt tính rẻ tuần hồn sử dụng. .. hiệu lọc Phương pháp lọc - Sử dụng bột than hoạt tính, tạo huyền phù cồn - Lọc cồn than hoạt tính dạng hạt 3.1 Than hoạt tính dạng bột Than hoạt tính dạng bột không đạt hiệu 100% việc lọc cồn Nếu