QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT THAN HOẠT TÍNH

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Error! Bookmark not defined MỤC LỤC DANH SÁCH BẢNG Error! Bookmark not defined DANH SÁCH HÌNH Error! Bookmark not defined DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THAN HOẠT TÍNH 1.1 Giới thiệu than hoạt tính 1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Lịch sử hình thành phát triển 1.2 Phân loại 1.2.1 Phân loại theo Misec 1.2.2 Phân loại theo Meclenbua 1.2.3 Phân loại theo Đu-bi-nin 1.3 Cấu trúc mao quản than hoạt tính 1.4 Tái sinh than hoạt hóa 1.4.1 Tái sinh nhiệt 1.5 Tính chất vật lý 1.5.1 Kích thước hạt 1.5.2 Diện tích mặt riêng 10 1.5.3 Cấu trúc vật lý 10 1.5.4 Khối lượng riêng 11 1.6 Tính chất hóa học 11 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT THAN HOẠT TÍNH 14 2.1 Nguyên liệu chế tạo than hoạt tính 14 2.2 Thiết bị thí nghiệm 14 2.3 Phương pháp sản xuất than hoạt tính 14 2.3.1 Quá trình than hóa 15 2.3.2 Q trình hoạt hóa 16 2.3.2.1 Phương pháp hoạt hóa hóa học 16 2.3.2.1.1 Phương pháp ảnh hưởng ngâm tẩm Error! Bookmark not defined 2.3.2.1.2 Hoạt hóa hóa học H3PO4 17 2.3.2.1.3 Kích hoạt hóa học: Sử dụng muối kim loại kiềm - K Na 24 2.3.2.2 Quá trình hoạt hóa (nhiệt vật lý) 29 2.3.2.2.1 Tỷ lệ phản ứng khí hóa 30 2.3.2.2.2 Kích hoạt CO2 H2O: Sự ức chế C (0) C (H) 33 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA THAN HOẠT TÍNH 35 3.1 Trong công nghiệp 35 3.2 Trong y tế 35 3.3 Trong hóa phân tích 35 3.4 Trong môi trường 35 KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THAN HOẠT TÍNH 1.1 Giới thiệu than hoạt tính 1.1.1 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 cơng nghiệp, Than hoạt tính thuật ngữ thường sử dụng cho nhóm chất hấp phụ dạng tinh thể, có cấu trúc mau 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, nito, lưu huỳnh, oxi,… có sẵn nguyên liệu ban đầu liên kết với cacbon q trình hoạt hóa Thành phần than hoạt tính thông thường là: 88% C; 0.5% H; 0.5% N; 1% S đến 7% O Hàm lượng oxi thay đổi từ đến 20% tùy thuộc vào nguyên liệu cách điều chế than hoạt tính Than hoạt tính có bề mặt khoảng 800 đến 1500 m2/g chủ yếu lỗ nhỏ có bán kính 2mm tạo ra, thể tích mau quản từ 0.2 đến 0.6 cm3/g Hình 1.1 Một số hình ảnh than hoạt tính Mỗi năm khoảng 150 nghìn than hoạt tính dạng bột sản xuất với khoảng 150 nghìn than dạng hạt 50 nghìn dạng viên Nhiều nguyên liệu khác sử dụng gỗ, nhựa, đá hay vật liệu tổng hợp để sản xuất than hoạt tính mà không cần đưa chúng dạng cacbon, đồng thời có hiệu tương tự Than hoạt tính sau sử dụng tái sinh (làm giải hấp phụ) sử dụng hàng trăm, chí hàng ngàn lần 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 1.1.2 Lịch sử hình thành phát triển Than hoạt tính dạng than gỗ hoạt hóa sử dụng từ nhiều kỷ 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 tâm 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 hới nước CO2 Than hoạt tính cịn sử dụng mặt nạ phòng độc chiến thứ 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 Phôn-ta-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 1875 Tơ-volo-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 dùng than gỗ để tẩy màu công nghiệp đường Sang đầu kỷ 20, vào năm 1922 Bi-si chế tạo thành công 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 N2, H2, NH3 HCN khoảng nhiệt độ từ đến 700C thấy HCN hấp thụ tốt N2, H2, NH3 Ở nước ta từ năm đầu thập kỷ 60 nghiên cứu số than hoạt tính dùng cho mặt nạ phòng độc phục vụ nhu cầu phát triển 1.2 Phân loại 1.2.1 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 nhóm: Than bột 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 Than hạt Than hạt chủ yếu dùng hấp phụ khí hơi, cịn có tên gọi than khí Đơi than hạt dùng môi 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 1.2.2 Phân loại theo Meclenbua Meclenbua phân loại than hoạt tính theo mục đích sử dụng than gồm nhiều loại: Than tẩy màu Đây nhốm bản, có ứng dụng rộng rãi nhiều ngành công 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 Than y tế 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 không nên dùng chất ẩm chứa nhiều cation độc thiếc, đồng, thủy ngân,… Than hấp phụ Tùy vào chất lượng mục đích sử dụng Than ngưng tụ: than dùng để gôm 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, bền học cao, trở lực lớp than dịng khí nhỏ, khả lưu trữ chất 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 đê tách hợp phần khí bay 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 1.2.3 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 dạng hợp lý: Than hoạt tính hấp phụ khí Dùng cho hấp phụ khí, chất dễ bay Dạng than thuộc chất hấp phụ có cấu trúc xốp nhỏ loại I Đặc trưng cho cấu trúc dạng than tăng thể tích hấp phụ lỗ xốp nhỏ làm dễ dàng cho hấp phụ đẳng nhiệt Than hoạt tính thu hồi Dùng hấp phụ dung mơi 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 giữu chất bị hấp phụ thấp, điều kiện khử hấp phụ nhiệt Than tẩy màu Than tẩy màu dùng để tẩy màu lột 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 chất có phân tử màu tạp chất khác có mặt pha lỏng Khi cần hấp phụ chất có phân tử nhỏ khỏ dugn dịch dùng tan có 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 phần khác nhau, có tính chất hấp phụ giống 1.3 Cấu trúc mao quản than hoạt tính Các mao quản tỏng than hoạt tính chia thành loại theo kích thước cua chúng: Mao quản micro (mao quản nhỏ): mao quản có bán kính nhỏ 1nm Mao quản mcso (mao quản trung): mao quản có bán kính từ ÷ 25 nm Mao quản macro (mao lớn): mao quản có bán kính 25 nm Hình 1.2 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 tỏng trình sản xuất, mà ngun liệu hoạt hóa Các mao quản không tạo phản ứng hóa học Than hoạt tính chế tạo từ than bùn có mao quản mcso micro Trong trình sản xuất điều khiển q trình hình thành mao quản mcso – micro tạo nhiều mao quản mcso cho than hoạt tính có nhiều ứng dụng Than hoạt tính dạng bột có chứa nhiều mao quản mcso Than hoạt tính loại có mao quản msco kích thước ÷ nm, với mao quản mcso lớn hơn, gần dạng bột Than hoạt tính chế tạo từ than đá có mao micro mcso đa chức Một loại than phổ biến thị trường có cỡ hạt 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 cáu trúc mao quản micro, kích thước nm Nhưng kahr hấp phụ than hoạt tính làm từ dừa cao gấp ÷ lần loại than hoạt tính khác Than hoạt tính chế tạo hoạt hóa hóa học có độ xốp cao nhiều so với việc hoạt háo nước, tạo nhiều mao quản micro mcso 1.4 Tái sinh than hoạt hóa 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 hết 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 Còn 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 hoạt tính: Bằng nhiệt ( tái sinh nhiệt) Bằng nước (tái sinh nước) 1.4.1 Tái sinh nhiệt Tái sinh bằn nhiệt công nghiệp thực hiên theo bước sau: Than hoạt tính sấy khơ Sau gia nhiệt để cacbon hóa tạp chất chứa mao quản than hoạt tính Than hoạt tính hoạt hóa 700 – 10000C Ở nhiệt độ tạp chất chuyển thành thoát khỏi than hoạt tính Q trình thực mơi trường yếm khí để đảm abro than hoạt tính khơng bị đốt cháy Bằng cách này, mao quản hình thành lần than haojt tính cải sinh Cách sử dụng cho người chưng cất rượu gia Ở số vùng, tái sinh nhiệt thực cho bước sau: Bắt đầu việc đổ than hoạt tính vào sàng rửa với nước óng từ vịi Nếu than hoạt tính có cỡ hạt 0.4 ÷ 0.85mm chúng chui qua qua lỗ sàng thơng thường rửa Bạn sàng với loại lưới tốt bỏ qua hoàn tồn bước Sau đun sơi than hoạt tính nước 10 ÷ 15 phút để hịa tan vài rượu bậc cao (đã tái sinh 15 ÷ 20%) Đun đến bay Đun lại cần thiết Than hoạt tính sau sấy khơ Sau than khơ, đặt vào lị sấy điện Bật lò 1400C 1500C nun than hoạt tính khoảng ÷ Tắt lị đơi cho than hoạt tính nguội sẵn sàng đẻ tái sử dụng lại Các tạp chất bay khỏi than hoạt tính q trình đun than hoạt tính có mùi tệ Đồng thời, việc tái sinh than hoạt tính lị điện nguy hiể cháy Than hoạt tính làm từ gỗ than bùn cháy 2000C than đá khoảng 4000C Than đá tái sinh lị khoảng 300 ÷ 3500C muốn Tái sinh nước Tái sinh nước phương pháp thường sử dụng công nghiệp tinh chế cồn Nó thực hiên theo bước sau: Lọc ngược dịng với nước nóng Được thực từ xuống Trong lọc than hoạt tính ln ln thực từ lên Sau đó, nước cho qua than hoạt tính Nó thực từ xuống Hơi nước 120 ÷ 1300C than hoạt tính làm nóng đến nhiệt động tương tự Tât tạp chất rượu tạp bay khỏi mao quản Cuối than hoạt tính rửa ngược sẵn sàng sử dụng lại 1.5 Tính chất vật lý Than hoạt tính sản xuất bán thị trường quốc tế đa dạng Mỗi loại than có công dụng riêng biệt đáp ứng nhu cầu công nghiệp cụ thể Tuy nhiên, xét mặt vật lý đặc trưng kỹ thuật chúng có đặc điểm chung định đến khả hấp thụ là: kích thước hạt; diện tích bề mặt riêng; cấu trúc vật lý; khối lượng riêng 1.5.1 Kích thước hạt Có nhiều phương pháp sản xuất than hoạt tính khác nên loại than hoạt tính có nhiều tính chất, hình dạng kích thước hạt khác Trước đưa vào sử dụng cần xác định thông số kích thước hạt diện tích bề mặt riêng hạt than,… thơng số nhân tố ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cảu than hoạt tính Người ta thường sử dụng hai phương pháp để xác định kích thước hạt than là: 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 thường lấy giá trị trung bình Phương pháp xác định trược tiếp kính hiển vi điện tử cho giá trị đường kính trung bình hạt than với phương pháp sản xuất khác Ví dụ,than máng có đường kính trung bình 100 ÷ 300A; than sản xuất lịng có đường kính hạt trung bình 180 ÷ 600A; than sản xuất lị khí có đường kính hạt trung bình 400 ÷ 800A Phương pháp nhiệt phân cho than hoạt tính có đường kính hạt trung bình lớn 1400 ÷ 4000A Người ta đưa cơng thức tính đường kính trung bình hạt than hoạt tính sau: = ∑∗ ∑ Trong đó: n – số hạt; d – đường kính hạt Kích thước hạt xác định phương pháp gián tiếp nhờ phương pháp hấp phụ theo BET 1.5.2 Diện tích mặt riêng Hai phương pháp thường dùng để xác định diện tích bề mặt riêng than hoạt tính là: Phương pháp tính tốn hình học; Phương pháp tính tốn theo lượng chất lỏng phân tử thấp hồn tồn trơ hóa học với than hoạt tính hấp phụ lên bề mặt than hoạt tính Theo phương pháp thứ nhất, kích thước hình học than hoạt tính xác định hính hiển vi điện tử Nếu chấp nhận hạt than hoạt tính ó dạng khối cầu bề mặt hạt than phẳng nhẵn tuyệt đối diện tích bề mặt riêng Sh tính theo cơng thức: Theo phương pháp thứ hai, diện tích bề mặt riêng xác định theo lượng chất lỏng phân tử thấp hoàn toàn trơ hóa học với than hoạt tính hấp phụ lên bề mặt than hoạt tính Trong số chất lỏng phân tử thấp, thường dùng nito nhiệt độ sơi hay dung dịch iot, phenol,… Diện tích riêng bề mặt tính tốn phương pháp gọi diện tích hấp phụ riêng Sp Giá trị Sp cho chất lỏng hấp phụ khác khác chất lỏng phân tử lượng lớn khả hấp phụ Để đánh giá mức độ phẳng nhẵn bề mặt cấu trúc than sử dụng tỷ số diện tích hấp phụ riêng diện tích bề mặt hình học riêng Tỷ số lớn bề mặt tiếp xúc hai pha cao 1.5.3 Cấu trúc vật lý Cấu trúc hoạt tính đánh giá mức độ phát triển cấu rúc bậc Mức độ phát triển cấu trúc phụ thuộc vào phương pháp sản xuất nguyên liệu phẩm, diện liên tục axit photphoric trì tính vi mơ, khơng phải tính chất mesoporosity H3PO4 thúc đẩy suất cao Phản ứng nhiệt độ cao> 4500C Tại HTT> 4500C, cấu trúc bắt đầu co lại, xác định độ mờ tổng thể độ dày thành tế bào thứ cấp Khối lượng micropore giảm dần với HTT> 3500C, không ảnh hưởng rõ ràng đến thể tích mesopore khoảng 5500C, bắt đầu giảm dốc Giữa 4500C 5500C, co giãn cấu trúc Hình 2.5 Năng suất carbon hàm HTT cho nguyên tử cacbon tạo axit photphoric, so với dòng chảy nơi mà axit loại bỏ trước xử lý nhiệt 50 ° C cuối cung cấp cách thu hẹp đường kính lỗ chân lông mà không gây dịch chuyển đáng kể phạm vi kích thước lỗ rỗng Trên 5500C, sụt giảm mạnh thể tích mesopore song song với co lại thứ cấp thành tế bào Giữa 4500C 6500C, độ dày thành tế bào giảm khoảng 30% kích thước ban đầu, độ co tổng thể theo hướng xuyên tâm khoảng 11% Sự co lại cellulose tinh thể thay đổi phản chiếu giãn nở rộng lớn trước Cũng giãn nở giải thích hình thành liên kết phosphate cồng kềnh, đảo chiều phù hợp với phân hủy chúng, chúng đạt tới giới hạn độ bền nhiệt khoảng 4500C Do cầu phosphat coi tập trung cao vào xenluloza thay đổi, nên việc phân hủy chúng ảnh hưởng lớn đến cấu trúc Liên quan, phân tích FTIR cho thấy giảm cường độ dải este phosphate 4500C Cũng có gia tăng đáng kể kích thước cụm thơm 4500C (ước tính 13C NMR), biểu thị xếp lại cấu trúc đáng kể yêu cầu giảm liên kết chéo, tìm thấy nghiên cứu chất chống cháy Đỉnh cao q trình tiến hóa hydro 5500C kết ngưng tụ thơm Sự sụt giảm tương ứng độ xốp phù hợp với xuất xếp lại cấu trúc chính, nơi mà kích thước xếp cụm tăng lên dẫn đến cấu trúc dày đặc (và dị hướng) Trong phạm vi nhiệt độ này, việc loại bỏ nhóm chứa béo oxy lại phù hợp với phát thứ cấp quan sát CH4 biến dải hấp thụ hồng ngoại xeton este Kết luận: Axít photphoric hoạt động chất xúc tác axit để thúc đẩy phân cắt liên kết hình thành liên kết chéo thơng qua phản ứng bão hòa ngưng tụ, kết hợp với lồi hữu để hình thành cầu phosphate polyphosphate kết nối liên kết chéo đoạn biopolymer Việc bổ sung (hoặc chèn) nhóm phosphate làm tăng q trình giãn nở 2.3.2.1.3 Kích hoạt hóa học: Sử dụng muối kim loại kiềm - K Na Việc sử dụng axit photphoric để chuẩn bị carbon hoạt tính có nguồn khu vực khác nhau, cụ thể chậm phát cháy Tương tự việc sử dụng muối kim loại kiềm, chẳng hạn hydroxit cacbonat kali natri, để chuẩn bị than hoạt tính, liên kết với hai ngành cơng nghiệp với tiêu thụ carbon, cụ thể ngành công nghiệp sắt thép ngành công nghiệp nhôm Nửa sau kỷ trước có hai thay đổi lớn ngành sắt thép Đầu tiên, có mở rộng lớn sản xuất sắt khắp châu Âu, Mỹ Viễn Đơng Khi sản xuất sắt dựa lị cao, phụ thuộc vào than cốc luyện thi hành chất khử oxit sắt, nên có mở rộng nhu cầu than than để chế tạo than cốc luyện kim Mặc dù đặc trưng carbon hóa loại than quan trọng, nhận thành phần hóa học chất khống (trở thành tro) phải xem xét nghiêm túc việc phân tích Các chất khống nhiều chất pha lỗng trơ than cốc Nó trở thành thành lập mà than định, với nội dung chất khoáng có chứa hàm lượng cao kali natri, cung cấp cokes luyện kim mà không hoạt động tốt lị cao Kích thước than cốc tìm thấy giảm nơi có giường phản ứng tạo thành từ kích cỡ khác miếng than cốc, sau độ thấm lị vào vụ nổ khơng khí giảm và, sản xuất sắt lỏng q trình kiểm sốt khuếch tán, sau hiệu lị cao rơi xuống mức chấp nhận Câu hỏi cần giải thời điểm làm mà kali natri gây suy thoái than cốc Để chuyển sang ngành công nghiệp nhôm, câu hỏi tương tự hỏi, bối cảnh câu hỏi khác Nhôm sản xuất cách giảm điện phân oxit nhôm / florua nhiệt độ khoảng 10000C, nhỏ mức tối đa nhiệt độ lò cao (khoảng 13000C) Chất khử chất anôt cacbon, khối cacbon nung có trọng lượng khoảng tấn, đưa vào tế bào điện phân Theo thời gian, cực dương thất bại rơi vào chất điện phân nóng chảy mà từ chúng phải chiết xuất (một quy trình khơng xem xét với ưu tiên ngành) Nguyên nhân vấn đề cuối liên quan đến diện natri (ít với kali) than cốc nung Câu hỏi giải thời điểm làm để natri gây suy thoái làm suy yếu anơt cacbon Hóa học kích hoạt sử dụng muối kiềm Sự đồng hóa cacbon tiền chất hữu nhựa, than carbon với kali hydroxit kali cacbonat dẫn đến độ xốp tăng cường sản phẩm cacbon, q trình gọi kích hoạt hóa học Điều thực quy mô công nghiệp với gia nhiệt nhanh chóng hỗn hợp đến khoảng 7500C dẫn đến chất nổ loại bỏ kim loại Kết là, nguyên tử cacbon Amoco dạng kết bơng, có mật độ cực thấp (> 0,01 gcm "^) với diện tích bề mặt rõ ràng cao tới 3000 m3g-1 hình thành phá hủy toàn cấu trúc vật liệu cacbonat mẹ Sau đó, Marsh cộng (1984) nghiên cứu kích hoạt than cốc xanh nung hỗn hợp KOH rắn, tỷ lệ 4: 1, gia nhiệt đến 7500C lưu ý than màu xanh tạo nguyên tử cacbon diện tích bề mặt cao Các cấu trúc bên than màu xanh (HTT 5000m3g-1) Trong điều kiện nhẹ hơn, so sánh với việc sử dụng kali hydroxit, khơng có kích hoạt đáng kể xảy Một lý cho điều kích thước lớn ion cacbonat —C032- ngăn cản xâm nhập vào vi mô chất phản ứng ban đầu Do tính chất ion dung dịch, điều gì, ion kali khuếch tán vào độ xốp mà ion cacbonat (hoặc bicacbon) kèm Khi chế kích hoạt yêu cầu diện hai loại kali ơxy khơng thể kích hoạt đáng kể số xảy bề mặt bên Mặc dù kali cacbonat khuếch tán vào vi mơ carbon, hình thành phức oxy bề mặt (COm) từ ion cacbonat khơng phải phản ứng có lợi điều kiện Trong dung dịch nước, ion natri nhỏ chút so với ion kali khơng có tác dụng loại trừ kích thước Do đó, natri hydroxit xuất để xâm nhập vào độ xốp ban đầu CR kali hydroxit Kết luận: Các muối kiềm không phản ứng với tiền chất - chúng phản ứng với carbon q trình cacbon hóa Chúng có hiệu việc làm nóng carbon muối kim loại kiềm Hai chế dường hoạt động Thứ nhất, nguyên tử oxy hỗn hợp hydroxit cacbonat natri kali tạo khí CO để tạo COx để tạo độ xốp Khí hóa xúc tác kim loại kiềm Hai, giảm lượng muối kim loại kiềm, cacbon, tạo nguyên tử kim loại natri kali xen kẽ vào cấu trúc carbon để mở rộng mạng Các đặc tính độ xốp phát triển liên quan đến tốc độ gia nhiệt hệ thống thí nghiệm, làm nóng nhanh chóng cho loại bột có độ xốp cao, tỷ lệ muối thành cacbon yếu tố quan trọng 2.3.2.2 Q trình hoạt hóa (nhiệt vật lý) Khí hóa than chủ yếu thực 800-1000 ° C với carbon dioxide, nước hỗn hợp hai Như nói trên, oxy thường không sử dụng tác nhân kích hoạt phản ứng carbon-oxy tỏa nhiệt cao điều làm cho phản ứng kiểm soát trừ áp suất phần cực thấp oxy phân tử sử dụng Các phản ứng carbon với carbon dioxide nước sức nóng dễ kiểm soát: C + CO2 → 2CO AH = +159kJmol-1 C + H2O → CO + H2 AH = +117kJmol-1 Cả hai phản ứng quan trọng, kích hoạt nước, nhiệt độ cao sử dụng để kích hoạt, phản ứng chuyển dịch khí nước, xúc tác bề mặt carbon, trạng thái cân bằng: CO + H2O → CO2 + H2 AH = -4 kJmol-1 Đặc tính nhiệt phản ứng khí hóa với carbon dioxide nước tạo điều kiện kiểm sốt xác điều kiện thí nghiệm lị, cần thiết cho việc sử dụng nhiệt trực tiếp để trì nhiệt độ phản ứng Nguồn cung cấp nhiệt tạo cách đưa lượng khơng khí kiểm sốt vào lị để đốt khí thiên nhiên (khi thêm vào) khí sinh trình kích hoạt (CO H2): CO + O2 → CO2 H2 + 02 → H2O AH = -285kJmol-1 AH = -238kJmol-1 Quá trình đốt cháy hai chất ức chế không làm giảm nồng độ chúng mà làm tăng áp suất riêng hai tác nhân kích hoạt Phân tích phản ứng liên quan đến việc kích hoạt nhiệt cho thấy rằng, độc lập với tác nhân kích hoạt sử dụng, có đốt cháy cacbon, theo phản ứng sau đây: C + O2 → CO2 AH = -406kJmol-1 Trong số ngành cơng nghiệp than hoạt tính, nguồn cung cấp nhiệt đảm bảo cách giới thiệu hỗn hợp khí thải nước (như tác nhân kích hoạt), có hoạt tính kết hợp khí cacbon dioxide nước Trong ngành cơng nghiệp khác, nguồn cung cấp nhiệt đảm bảo cách giới thiệu loại khí phát triển trình cacbon hóa thành lị kích hoạt để thay cho khí thiên nhiên Khi đốt cháy số carbon tránh được, điều làm giảm suất phản ứng thực lò nung nóng gián tiếp 2.3.2.2.1 Tỷ lệ phản ứng khí hóa Kiểm sốt khuếch tán tỷ lệ phản ứng khí hóa Kiểm sốt q trình kiểm sốt tốc độ khí hóa, q trình kích hoạt nhiệt, có tầm quan trọng quan trọng nhận thức vùng phản ứng diễn quan trọng Những cân nhắc áp dụng cho phản ứng carbon với oxy phân tử, carbon dioxide nước Cần phải nhấn mạnh điều kiện oxy hóa carbon khơng phải nghiên cứu thú vị (ví dụ áp suất khoảng 100 Pa trở xuống) giới hạn lượng chuyển khối lượng có nghĩa hiệu ứng kiểm soát ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hóa học Áp suất bắt đầu oxi hóa khí Bề mặt cacbon Cacbon bên Đường (tốc độ phản ứng) Hình 2.8 Sơ đồ cho thấy nồng độ (áp suất) khí phản ứng (O2, CO2, H2O) thay đổi tương đối so với nội thất (Khu I) ngoại thất (Vùng III) mẫu carbon Nhiệt độ phản ứng (K-1) Hình 2.9 Biểu đồ cho biết tốc độ (log rate) phản ứng oxy phân tử với carbon thay đổi theo nhiệt độ phản ứng (T-1) Khu I-III Hình 2.8 Vùng I kiểm sốt hóa học diễn giải động học trở nên khó khăn Thật thuận tiện, giai đoạn này, để thảo luận impucations phát biểu Khi phản ứng không đồng diễn Vùng-I, trình điều chỉnh tỷ lệ giai đoạn chậm trình tự hóa học phản ứng Đó là, có xác suất phản ứng xảy bên bề mặt có độ rỗng bên Trong Zone-II, nơi điều kiện hỗn hợp hoạt động, tất khí phản ứng tới bề mặt carbon phản ứng trước đạt đến trung tâm cácbon cụ thể Vì vậy, phần bên ngồi carbon phản ứng Trong Zone-Ill, điều kiện phản ứng khắc nghiệt tất phản ứng xảy bề mặt bên ngồi Do đó, tỷ lệ phản ứng (khí hóa) kiểm sốt tỷ lệ khuếch tán chất phản ứng lên bề mặt tốc độ khuếch tán sản phẩm cách xa bề mặt Hình 2.8 2.9 minh họa tượng Hình 2.8 cho thấy cấu hình ơxy liên quan đến hình học carbon rắn khơng thay đổi trung tâm carbon (kiểm sốt hóa học tỷ lệ) giảm xuống mặt bên carbon khuếch tán, kiểm soát chuyển khối lượng tỷ lệ) Hình 2.9 minh họa cách lượng kích hoạt phản ứng tương ứng thay đổi tốc độ kiểm soát thay đổi giai đoạn từ hóa chất đến q trình vật lý Các yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ phản ứng khí hóa Nếu khơng có chi tiết hóa, số yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ khí hóa carbon khí oxy hóa (trong khu vực kiểm sốt hóa học) sau: nhiệt độ phản ứng; áp suất cục khí phản ứn ;hydrogen carbon monoxide ức chế phản ứng khí hóa; nhiều hợp chất vô carbon hoạt động chất xúc tác tích cực cho oxi hóa Một số chất xúc tác tiêu cực, ví dụ phốt pho, biết đến Ảnh hưởng số chất xúc tác bị giảm nước pha khí Hiệu ứng Synergetic hoạt động; cấu carbon nghiên cứu Xúc tác phản ứng khí hóa Khi nghiên cứu lượng kích hoạt, để sử dụng ngun tử cacbon, nguyên tử cacbon có mức tạp chất vài ppm Graphite sử dụng lò phản ứng hạt nhân graphit điện ngành công nghiệp thép tinh khiết Các nguyên tử than hoạt tính thơng thường, từ gỗ, từ than đá, từ đai ốc đá trái cây, tất chứa tới vài phần trăm chất vô địa (tạp chất) Những com-pound vô không trơ q trình kích hoạt nhiệt, ảnh hưởng đến phát triển lỗ chân lơng Có thể có lợi để đạt từ hiệu ứng Tất phản ứng oxy hóa carbon liên quan đến oxy phân tử, carbon dioxide, nước oxit nitơ xúc tác vật liệu vô chứa carbon Khơng động học hóa học phản ứng thay đổi trình xúc tác, động học địa hình (dị hướng phản ứng) bị thay đổi Vật liệu vô xúc tác chứa ngun tử cacbon khơng thể xác định xác Có tồn hàng trăm hợp chất vơ cơ, có cacbon ban đầu, nguyên nhânxúc tác nhiệt độ phản ứng Để xác hơn, sản phẩm "phân hủy" (tro) hợp chất vô xúc tác Tác dụng sinh lực gây hỗn hợp vật liệu xúc tác bị nghi ngờ khơng nghiên cứu cách có hệ thống Trong số vật liệu vơ muối, oxit kim loại loạt kim loại kiềm, kim loại đất kiềm kim loại chuyển tiếp đặc biệt hiệu làm chất xúc tác Hiệu chất xúc tác phụ thuộc vào kích thước hạt chất xúc tác chế độ phân hủy carbon Do đó, đánh giá tuyên bố trước khó để nghiên cứu phản ứng khí cacbonic khơng bị xúc tác theo cách Việc chuẩn bị nguyên tử cacbon phải điều kiện nghiêm ngặt phịng thí nghiệm vơ trùng phịng thí nghiệm hóa học vơ tuyến Hiện nay, chấp nhận chất xúc tác hoạt động vị trí tiếp xúc với cacbon Khơng có tác dụng cảm ứng để sản xuất xúc tác vị trí cách khoảng cách từ cacbon hạt Carbon dioxide nước, tiếp cận bề mặt chất xúc tác, phân tách thành hạt di động có chứa oxy nguyên tử, chúng di chuyển đến bề mặt carbon để hình thành oxit cacbon Cơ chế cung cấp khí cacbon hóa điểm tiếp xúc bề mặt chất xúc tác carbon Về bản, chất xúc tác hoạt động chất mang ôxy với oxy phân tử, carbon dioxide nước phân ly ưu tiên bề mặt chất xúc tác, kết "nguyên tử oxy hóa học" (trên bề mặt chất xúc tác M (0)) di động di chuyển khuếch tán với giao diện chất xúc tác cacbon Tốc độ tăng cường phản ứng khí hóa xúc tác tốc độ hình thành oxy hóa học tăng lên, nguyên tử oxy, so với tốc độ hình thành phức tạp từ pha khí Hiện tượng có liên quan đáng kể q trình kích hoạt nhiệt nguyên tử cacbon, sử dụng khí cacbonic nước Cũng ảnh hưởng, đáng kể, tỷ lệ khí hóa, chất xúc tác vơ hình thành carbon thúc đẩy hình thành CO2 khí sản phẩm Các yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ phản ứng khí hóa Nếu khơng có chi tiết chi tiết, số yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ khí hóa carbon khí oxy hóa (trong khu vực kiểm sốt hóa học) sau: nhiệt độ phản ứng; áp suất cục khí phản ứng; hydrogen carbon monoxide ức chế phản ứng khí hóa; nhiều hợp chất vơ carbon hoạt động chất xúc tác tích cực cho oxi-dation; cấu carbon nghiên cứu Cacbon sử dụng phải mơ tả đầy đủ có thể, nên 'tự chế' 2.3.2.2.2 Kích hoạt CO2 H2O: Sự ức chế C (0) C (H) Kích hoạt nhiệt nguyên tử cacbon khí hóa cách sử dụng carbon dioxide nước phương pháp phổ biến để chuẩn bị than hoạt tính Các phương trình cân hóa học cho phản ứng đơn giản Các chế không đơn giản vậy: C + CO2 → 2CO C + H2 → CO + H2 Những nghiên cứu sớm phản ứng sớm nguyên tử cacbon hoạt hóa từ hai phản ứng khác nhau, cho thấy nguyên tử cacbon bị loại bỏ hai phân tử khí hóa khơng phải ngun tử cacbon so sánh Vấn đề trở nên phức tạp nhà động học báo cáo trình tự phản ứng đa tầng với khả chậm phát triển tốc độ khí hóa lồi hấp phụ phản ứng ngược Những người Bansal (1974) tóm tắt phát sớm phản ứng liên quan đến hydro, quan sát thấy hấp phụ oxy ức chế hấp phụ hydro, trình hydro hóa trước bề mặt carbon làm giảm hình thành phức oxy bề mặt Với bề mặt carbon (outgassed 1273K) kết luận chemisorption oxy hydro diễn trang web (được gọi trang web hoạt động) với hóa học hydro có lượng kích hoạt lớn Các phức hợp cacbon-hydrogen tương đối ổn định đòi hỏi nhiệt độ cao (> 1500K) để loại bỏ (là loại khí phát triển trình graphitization) Ở độ bao phủ hydro thấp, nguyên tử hydro hấp phụ ngăn cản hấp phụ hai nguyên tử oxy, hiệu ứng giảm tăng hydro hóa bề mặt hydro hóa có tác dụng hấp thụ oxy Tương tự vậy, hấp phụ trước ôxy hạn chế nghiêm trọng hấp thụ hydro, áp suất hydro thấp, cho thấy trang web tương tự quảng cáo tham gia CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA THAN HOẠT TÍNH Than hoạt tính sử dụng tinh chế khí, thức uống không chứa caffein, tinh chế quặng vàng, chiết kim loại, làm tinh khiết nước, y tế, xử lý chất thải, lọc khơng khí mặt nạ phịng độc trang 3.1 Trong công nghiệp Một ứng dụng công nghiệp xử lý kim loại cuối Nó sử dụng rộng rãi tinh chế dung dịch mạ điện Ví dụ, kỹ thuật tinh chế việc loại bỏ tạp chất hữu từ dung dịch mạ kền sáng Nhiều chất hữu đựoc thêm vào dung dịch mạ để cải thiện tính bám dính tăng tính chất độ sáng, nhẵn, tính uốn v.v Sự truyền dòng điện trực tiếp phản ứng điện hóa oxi hóa anot khử catot, phụ gia hữu sinh sản phẩm phân hủy không mong muốn dung dịch Sự sinh nhiều chúng có hại cho chất lượng mạ tính chất vật lý kim loại Sự xử lý than hoạt tính loại bỏ tạp chất trả lại hiệu suất mạ mức độ mong muốn 3.2 Trong y tế Than hoạt tính sử dụng để xử lý chất độc dùng liệu qua đường miệng Những viên nang than hoạt tính sử dụng nhiều nước thuốc không cần kê toa bác sĩ để xử lý bệnh tiêu chảy, chứng khó tiêu đầy Tuy nhiên, khơng hiệu cho nhiều ngộ độc acid kiềm mạnh, xianua, sắt, liti, arsen, methanol, ethanol hay ethylene glycol Ứng dụng gián tiếp (ví dụ cho vào phổi) dẫn đến sặc hệ hơ hấp, gây chết người không đựoc xử lý y tế 3.3 Trong hóa phân tích Than hoạt tính, hỗn hợp 50/50 khối lượng diatomit than hoạt tính đựoc sử dụng pha tĩnh sắc khí áp suất thấp cho carbohydrate sử dụng dung dịch rượu (5-50%) pha động đinh chuẩn chuẩn bị phân tích 3.4 Trong mơi trường Sự hấp phụ cacbon có nhiều ứng dụng loại bỏ chất gây nhiễm từ khơng khí hay nước như: • Làm dầu tràn • Lọc nước ngầm • Lọc nước uống • Làm khơng khí Giữ tạp chất hữu khơng bay từ màu vẽ, lọc khô, bay xăng trình khác • Trong suốt đầu bổ sung Luật nước uống an toàn 1974 Mỹ, EPA phát triển điều luật đề xuất yêu cầu hệ thống xử lý nước uống sử dụng than hoạt tính dạng hạt Nhưng giá cao, điều luật gọi luật GAC gặp phản đối mạnh mẽ nước từ công nghiệp cung cấp nước, bao gồm nhà máy nước lớn California, nên luật bị bãi bỏ Than hoạt tính dùng để đo nồng độ Radon khơng khí Trong y tế (Carbo medicinalis – than dược): để tẩy trùng độc tố sau bị ngộ độc thức ăn • Trong kỹ thuật, than hoạt tính thành phần lọc khí (trong đầu lọc thuốc lá, miếng hoạt tính trang); khử mùi tủ lạnh máy điều hịa nhiệt độ • Trong xử lý nước (hoặc lọc nước gia đình): để tẩy chất bẩn vi lượng, diệt khuẩn khử mùi v.v.v • • Tác dụng tốt phịng tránh tác hại tia đất TÀI LIỆU THAM KHẢO ... hoạt tính chọn loại than hoạt thích hợp cho loại CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT THAN HOẠT TÍNH 2.1 Ngun liệu chế tạo than hoạt tính Nguồn nguyên liệu cho sản xuất than hoạt tính nguyên liệu... nun than hoạt tính khoảng ÷ Tắt lị đơi cho than hoạt tính nguội sẵn sàng đẻ tái sử dụng lại Các tạp chất bay khỏi than hoạt tính q trình đun than hoạt tính có mùi tệ Đồng thời, việc tái sinh than. .. sau: Than hoạt tính sấy khơ Sau gia nhiệt để cacbon hóa tạp chất chứa mao quản than hoạt tính Than hoạt tính hoạt hóa 700 – 10000C Ở nhiệt độ tạp chất chuyển thành thoát khỏi than hoạt tính Q trình