Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian hoạt hóa lưu lượng hơi nước đến chất lượng và hiệu suất thu hồi than hoạt tính từ than gỗ đước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP HÀ TIẾN MẠNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN HOẠT HOÁ, LƯU LƯỢNG HƠI NƯỚC ĐẾN CHẤT LƯỢNG VÀ HIỆU SUẤT THU HỒI THAN HOẠT TÍNH TỪ THAN GỖ ĐƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội – 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP HÀ TIẾN MẠNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN HOẠT HOÁ, LƯU LƯỢNG HƠI NƯỚC ĐẾN CHẤT LƯỢNG VÀ HIỆU SUẤT THU HỒI THAN HOẠT TÍNH TỪ THAN GỖ ĐƯỚC Chuyên ngành: Kỹ thuật máy, thiết bị công nghệ gỗ, giấy Mã số: 60.52.24 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS LÊ THANH CHIẾN Hà Nội – 2011 ĐẶT VẤN ĐỀ Than hoạt tính phát sử dụng từ sớm, vật liệu hấp phụ sử dụng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp khác khai thác chế biến dầu mỏ, công nghiệp dệt, công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, xử lý môi trường…Ngày nhờ phát triển ngành khoa học mà than hoạt tính nghiên cứu sâu tính chất, phương pháp điều chế, nâng cao chất lượng đặc biệt việc mở rộng phạm vi ứng dụng nhiều lĩnh vực khác như: xạ điện trường, tia hồng ngoại, luyện kim, chữa bệnh… Ở nước ta, nguyên liệu để sản xuất than hoạt tính bao gồm: than mỏ, than gỗ, than tre than loại vỏ quả, hạt,… Qua khảo sát thấy rằng, than gỗ Đước có ưu điểm tính chất trội so với ngun liệu khác để làm than hoạt tính như: có độ cao (hàm lượng tro thấp), hàm lượng carbon cao, nhiệt lượng cao, bên cạnh hàm lượng chất bốc lớn thuận lợi cho q trình hoạt hóa [2] Tuy nhiên việc nghiên cứu, hồn thiện cơng nghệ sản xuất than hoạt tính từ than gỗ Đước Việt Nam chưa nghiên cứu Mặt khác để sử dụng tổng hợp, đa dạng hóa sản phẩm từ nguồn tài ngun rừng ngập mặn có hiệu việc nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ than gỗ Đước cần thiết quan trọng Xuất phát từ lý trên, cho phép trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam, Khoa đào tạo Sau Đại học, với hướng dẫn thầy giáo TS Lê Thanh Chiến, tiến hành thực đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian hoạt hóa, lưu lượng nước đến chất lượng hiệu suất thu hồi than hoạt tính từ than gỗ Đước” Kết nghiên cứu đề tài góp phần nâng cao khả áp dụng sản phẩm từ Đước, làm đa dạng thêm chủng loại than hoạt tính sử dụng kỹ thuật tẩy màu, lọc độc, xử lý môi trường… Chương TỔNG QUAN NHỮNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu, sản xuất than hoạt tính ngồi nước 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nước ngồi Các nguyên liệu chứa carbon chế biến cách đặc biệt nhằm loại bỏ chất có nhựa tạo lỗ xốp chúng gọi than hoạt tính Than hoạt tính có thành phần chủ yếu carbon (85% - 95%) phần lại (5% - 15%) hợp chất vô [4], [15] Lịch sử phát triển than hoạt tính, chia thành hai giai đoạn: thời kỳ trước chiến tranh giới lần thứ Nhất sau chiến tranh giới lần thứ Nhất Trong giai đoạn thứ nhất: Con người biết sử dụng than vào nhiều mục đích khác nhau, họ chưa khám phá tính chất diệu kỳ nguồn nguyên liệu rắn mà họ sử dụng Mãi tới năm 1773, Schechs tìm hiểu than hoạt tính ơng nhận thấy có khả giữ lại số chất hữu mà ông đem thử nghiệm Đến năm 1777, Pertana tìm khả hấp phụ khí than hoạt tính Ơng cho than hoạt tính vào ống thủy tinh, phía đựng thuỷ ngân than hoạt tính cịn phía đựng chút khí Khi ơng quay ngược lên than hoạt tính tiếp xúc với khơng khí ống, ơng thấy áp suất ống giảm lúc ơng kết luận rằng: than hoạt tính có tính hấp phụ Vào năm 1785, Lovit tìm thấy khả làm màu số chất dung dịch than hoạt tính Đến năm 1865, Hunter điều chế than hoạt tính từ sọ dừa mở thời kỳ cho than hoạt tính Vào đầu kỷ XX cơng nghiệp hố chất phát triển kéo theo nhu cầu lớn than hoạt tính, than hoạt tính ngày sử dụng rộng rãi trở nên phổ biến sống Trong giai đoạn phát triển thứ hai: Được đánh dấu vào ngày 22-04-1915 quân Đức - Phổ đánh với quân Đồng minh, quân Đức - Phổ sử dụng khí độc Clo làm ngất chết nhiều quân lính hai bên Do hai bên bắt tay vào nghiên cứu để tìm loại vật liệu dùng lọc chất độc, bảo vệ sức khoẻ người lính người ta chọn than hoạt tính để sử dụng mặt nạ phòng độc, đánh dấu bước phát triển than hoạt tính Ngày nay, với cơng nghệ thiết bị đại cho đời sản phẩm đáp ứng nhu cầu ngày cao người, đồng thời cho phép ta hiểu cách sâu sắc tường tận cấu trúc than hoạt tính Than hoạt tính điều chế từ vật liệu đốt cháy cho ta carbon Do nguồn nguyên liệu để sản xuất than hoạt tính phong phú Ví dụ nguyên liệu có nguồn gốc từ động vật loại xương, thịt, da; có nguồn gốc từ thực vật loại cây, loại quả, sọ dừa, gỗ, mùn cưa; có nguồn gốc từ than mỏ than antraxit, than bùn, than nâu, than bán cốc, từ hợp chất hữu cơ, polyme, lignin, dầu mỏ [10] Năm 2000, Chiung Fen Chang nhóm tác giả nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ hoạt hoá đến hiệu suất thu hồi than hoạt tính từ phế thải nơng nghiệp phương pháp hoạt hố CO2 nước Kết cho thấy sản phẩm than hoạt tính từ lõi ngô điều kiện 11730K, hiệu suất thu hồi 29% có diện tích bề mặt riêng (BET) 1705 m2/g [13] Nhóm tác giả Teng Yan Zheng, Walawender cộng nghiên cứu sản xuất than hoạt tính từ phế liệu lâm nghiệp nơng nghiệp với tác nhân CO2 Đối tượng nghiên cứu sồi, vỏ ngô thân ngô cho ta kết diện tích bề mặt riêng từ 400 - 1000 m2/g thể tích lỗ nhỏ chiếm 38 – 66% [18] Năm 2000, nhóm tác giả Bacaoui tìm điều kiện tối ưu để sản xuất than hoạt tính từ chất thải Oliu Sau giải toán tối ưu cho đại lượng nghiên cứu với yếu tố tác động họ kết luận thời gian hoạt hoá 68 phút nhiệt độ hoạt hoá 1095 0K Mặc dù thời gian hoạt hoá tương đối thấp chất lượng tương đương với số loại than từ phế phẩm nông nghiệp hạt olive, vỏ hạnh nhân, hạt đào [12] Năm 2006, Phan Ngọc Hoa, Sebastien Rio nhóm cộng nghiên cứu sản xuất sợi hoạt tính từ nguyên liệu sợi đay xơ dừa Nhóm nghiên cứu khảo sát theo phương pháp vật lý với CO2 nhiệt độ 9500C hoá học với axit H3PO4 cho ta sản phẩm than hoạt tính từ xơ dừa có bề mặt riêng cao sợi đay (1000 m2/g) lượng lỗ nhỏ lớn (80% so với 50%) [16] Hình 1.1 Bề mặt sợi đay hoạt hố CO2 Hình 1.2 Bề mặt sợi xơ dừa hoạt hố H3PO4 Solange Mussatto số nhà khoa học nghiên cứu hoạt hoá than từ hạt bã sau ủ bia – rượu phương pháp sử dụng axit Photphoric sử dụng CO2 nhiệt độ 300 – 6000C Kết thu than hoạt tính có bề mặt riêng 692 m2/g, lượng lỗ trung, lỗ nhỏ 0.058 0.453 cm3/g [19] 1.1.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam Vật liệu hấp phụ nói chung than hoạt tính nói riêng biết đến nghiên cứu từ lâu, việc phát triển nghiên cứu sử dụng năm 60 Cho đến nay, có nhiều nghiên cứu sản xuất ứng dụng vật liệu hấp phụ như: - Nguyễn Thùy Dương (2008), “Nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại nặng vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc thăm dị khả xử lý mơi trường” Đề tài tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ lạc có bề mặt hấp phụ, độ xốp lớn đánh giá số yếu tố làm ảnh hưởng đến khả hấp phụ với ion: Cd(II), Cr(VI), Cu(II), Mn(II), Ni(II), Pb(II) [5] - Nguyễn Thị Thanh Tú (2010), “Nghiên cứu khả hấp phụ metyl đỏ dung dịch nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía thử nghiệm xử lý môi trường” Đề tài chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã mía qua xử lý fomanđehit axit sunfuric có khả hấp phụ metyl đỏ dung dịch nước với hiệu suất cao[11] Hình 1.3 Bề mặt nguyên liệu (a) VLHP (b) Kết nghiên cứu đưa phương pháp biến tính vỏ lạc, bã mía phương pháp hóa học làm vật liệu hấp phụ số ion kim loại metyl đỏ - Lê Huy Du, (1992-1995), Viện hóa học, Bộ Tư lệnh hóa học nghiên cứu sản xuất than hoạt tính từ than antraxit, gỗ, trấu phục vụ cho lọc khí; năm 2008- 2009, phối hợp với Trung tâm khoa học cơng nghệ mơi trường tỉnh Thanh Hóa nghiên cứu sản xuất than hoạt tính từ tre Kết đề xuất quy trình cơng nghệ sản xuất than hoạt tính phục vụ cho xử lý mơi trường - Khoa Hóa Trường Đại Học Bách khoa Hà Nội nghiên cứu sử dụng than hoạt tính để tẩy mầu, lọc nước, tẩy mùi… Về sản xuất ứng dụng than hoạt tính: - Nhà máy phân đạm Hà Bắc (Cơng ty hóa chất phân đạm Bắc Giang), từ bắt đầu sản xuất sử dụng than hoạt tính từ gỗ gần từ antraxit để tẩy màu cho phân đạm - Nhà máy Rượu Hà Nội, nhà máy Đường Vạn Điểm sử dụng than hoạt tính để khử màu cho đường mùi cho rượu… Ở nước ta chủ yếu có sở sản xuất than hoạt tính với kiểu hình thiết bị khác Đó cơng ty Trà Bắc (TRABACO) Trà Vinh, xí nghiệp than hoạt tính Bến Tre xưởng sản xuất than hoạt tính cơng ty Phân đạm Bắc Giang Nguồn nguyên liệu để sản xuất than hoạt tính cơng ty Trà Bắc xí nghiệp than hoạt tính Bến Tre than sọ dừa Cơng ty Trà Bắc: Hình 1.4 Bộ phận hoạt hóa sở sản xuất than hoạt tính Trà Bắc Được thành lập năm 1988, sở sản xuất chế biến loại sản phẩm từ trái dừa, than hoạt tính, cơm dừa sấy khơ, xơ dừa thảm xơ dừa, than hoạt tính sản phẩm chủ đạo công ty Công ty sử dụng lị hoạt hố than với cơng suất 4000 sản phẩm năm, sản xuất loại than hoạt tính: TBW, TBA, TBD, TBG TBH-80 Các loại than hoạt tính cơng ty có chất lượng cao nên thị trường nước ưa chuộng Sản phẩm than hoạt tính cơng ty kiểm tra chất lượng thường xuyên, nên nhiều năm qua xuất ổn định sang thị trường Nhật Bản, Trung Quốc, Đài Loan EU Xí nghiệp than hoạt tính Bến Tre: Đây sở sản xuất than hoạt tính khu vực đồng sông Cửu Long Nguyên liệu sử dụng than sọ dừa Dây chuyền hoạt hóa theo cơng nghệ Hàn Quốc Hình 1.5 Lị quay hoạt hóa kiểu Hàn Quốc Bộ phận hoạt hóa xí nghiệp kiểu lị quay, hình trụ nằm nghiêng, dài 20 m, đường kính ngồi 2,4 m Phía lị ốp lớp gạch chịu lửa Lị có giá đỡ Các giá đỡ vận hành quay với vận tốc 20-35 vịng/phút động cơng suất 30 mã lực Để đảo nguyên liệu, xung quanh phía thành lị có gắn 36 cánh đảo liệu, cánh dài 30 cm xoắn vòng xung quanh thân lò Thời gian lưu chuyển nguyên liệu lị Cuối lị có phận làm nguội than có kết cấu ống kim loại, đường kính 20 cm Hiệu suất than hoạt tính thu từ dây chuyền ~30% so với khối lượng than sọ dừa khô kiệt Một nhược điểm dây chuyền lị khơng có lớp cách nhiệt, nhiệt tỏa xung quanh gây tốn lượng 1.2 Yêu cầu chung nguyên liệu cho sản xuất than hoạt tính Nguyên liệu thực vật sử dụng để sản xuất than hoạt tính cần có đặc điểm sau: khối lượng riêng lớn, hàm lượng tro thấp, hàm lượng dầu nhựa, chất béo cao (chất bốc), nhiệt phân cho than có hàm lượng carbon cố định cao (>70 %) Hàm lượng carbon cố định phụ thuộc vào loại nguyên liệu sử dụng nhiệt độ cuối trình nhiệt phân Nhiệt độ cuối cao than thu có hàm lượng carbon cố định lớn [10] 1.3 Gỗ Đước tiềm tạo than hoạt tính từ than gỗ Đước Đước (Rhizophora apiculata) loài quan trọng thuộc hệ sinh thái rừng ngập mặn có diện tích lớn tập trung nhiều Cà Mau, Trà Vinh, Bến Tre TP Hồ chí Minh khoảng 70.000 [9] Gỗ Đước có khối lượng thể tích lớn, xấp xỉ g/cm3, tính chất lý tương đương với loại nhóm I, gỗ có khả chịu lực khả chống biến dạng cao, thể qua bảng kết sau [8]: 61 Tương quan thời gian lưu lượng nước với dung lượng hấp phụ Dung lượng hấp phụ Benzen (mM/g) -2 1 -1-0 0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 S7 7-8 S6 S5 Lưu lượng nước V (ml/ph) S4 -1 S3 -2 S2 Thời gian τ (h) S1 Hình 4.9 Đồ thị tương quan thời gian, lưu lượng nước hoạt hóa dung lượng hấp phụ Nhận xét: Thí nghiệm tiến hành ở, nhiệt độ hoạt hóa 900oC, tốc độ quay 5v/ph, lượng mẫu than 400 g, mức lưu lượng nước 2, 3, ml/ph, mức thời gian hoạt hóa τ = 2, 4, h Kết khảo sát trình bày hình 4.9 cho thấy: - Trong miền khảo sát, yếu tố tác động mạnh đến chất lượng than hoạt tính Yếu tố lưu lượng nước tác động mạnh không đáng kể - Miền cực trị hàm số khoảng :   4  7 V  2.8  5 4.3 Sự ảnh hưởng đồng thời thời gian hoạt hóa lưu lượng nước đến 62 hiệu suất thu hồi than hoạt tính 4.3.1 Kết thực nghiệm Cũng thực nghiệm dung lượng hấp phụ, thực nghiệm này, chúng tơi bố trí lơ thí nghiệm cho lần lặp, lơ có thí nghiệm, số lượng quan trắc cho thí nghiệm 10 Giá trị biến Xi lấy theo bảng giá trị mức thí nghiệm (bảng 3.1) kết ghi phụ biểu 02, sau tiến hành xử lý thống kê kết bảng 4.5: Bảng 4.5 Kết thực nghiệm (Hiệu suất thu hồi) N n k No X1 X2 Y1 Y2 Y3 Y S2 Yˆ Y  Yˆ  Y  Yo  j -1 -1 58.32 58.17 58.24 58.24 0.0056 58.25 0.0000 609.5047 -1 21.98 21.89 21.92 21.93 0.0021 21.98 0.0022 135.1449 -1 40.28 40.44 40.39 40.37 0.0067 40.33 0.0014 46.4417 1 10.47 10.31 10.50 10.43 0.0224 10.43 0.0000 534.9284 19.36 19.43 19.36 19.38 0.0016 19.33 0.0026 200.8414 -1 52.43 52.26 52.47 52.39 0.0124 52.42 0.0011 354.6247 24.63 24.72 24.58 24.64 0.0050 24.68 0.0011 79.4211 -1 39.42 39.46 39.50 39.46 0.0016 39.41 0.0027 34.8668 0 35.14 35.08 35.24 35.15 0.0065 35.17 0.0003 2.5541 302.03 301.71 302.25 302.00 0.0641 302.00 0.0114 1,998.3278 33.56 0.0013 222.0364 ∑ TB 33.52 33.58 33.56 0.0071 33.56 63 4.3.2 Lập phương trình hồi quy  Kiểm tra số liệu: Theo phương pháp kiểm tra số liệu trình bày Chương 3, nhờ áp dụng tiêu chuẩn Kohren, Fisher, Student, đề tài kiểm tra số liệu thu thập thấy rằng: - Các phương sai đo lường đồng - Các yếu tố đầu vào ảnh hưởng đáng kể - Mơ hình tương quan tương thích - Các hệ số hồi quy có ý nghĩa rõ rệt phương trình hồi quy  Phương trình hồi quy: Phương trình tương quan dạng mã: Y = 35.17 - 16.54X1 - 7.37X2 + 1.59X1X2 + 0.70X12 – 3.13X22 Phương trình hồi quy dạng thực: Y = 74.53 – 12.055τ + 8.23V + 0.795 τV + 0.175τ2 – 3.13V2 4.3.3 Vẽ biểu đồ tương quan 4.3.3.1 Về ảnh hưởng yếu tố a) Ảnh hưởng thời gian τ (h) Từ phương trình tương quan ta giữ biến V giá trị tâm (V = 3), lúc phương trình cịn biến τ Y = 71.05 – 9.67τ + 0.175τ Đồ thị hàm số biểu diễn sau: Bảng 4.6 Giá trị điểm đồ thị thời gian τ (Hiệu suất thu hồi) τ Y 61.56 52.41 43.62 35.17 27.08 19.33 11.94 64 Ảnh hưởng thời gian hiệu suất thu hồi than 70.00 60.00 Hiệu suất thu hồi (%) 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 Thời gian τ (h) Hình 4.10 Đồ thị tương quan thời gian hoạt hóa hiệu suất thu hồi Nhận xét: Thí nghiệm tiến hành khoảng thời gian từ – h, với thơng số cơng nghệ: nhiệt độ hoạt hóa 900oC, tốc độ quay 5v/ph, lượng mẫu than 400 g, giữ thông số lưu lượng nước V giá trị Vo = ml/ph Trên hình 4.10 kết khảo sát phụ thuộc dung lượng hấp phụ benzen vào thời gian hoạt hóa τ Kết cho thấy rằng: - Thời gian hoạt hóa yếu tố có ảnh lớn đến chất lượng than hoạt tính - Sự giảm hiệu suất hoạt hóa theo thời gian tương đối tuyến tính - Tại điểm giờ, hiệu suất thu hồi 19.33% nhỏ Theo hình 4.7 điểm giờ, dung lượng hấp phụ than cao nhất, nhiên, hình 4.10 hiệu suất thu hồi thời điểm 5h đạt khoảng 27.08% khơng lớn Vì vậy, tùy thuộc vào mục đích sử dụng mục đích thương mại mà xác định chế độ cơng nghệ thích hợp Như nhiệt độ hoạt hóa 900oC, tốc độ nước 3ml/ph, thời gian hoạt hóa thích hợp đề tài lựa chọn 5h 65 b) Ảnh hưởng lưu lượng nước V (ml/ph) Từ phương trình tương quan ta giữ biến τ giá trị tâm (τ = 4), Y = 29.11 + 11.41V – 3.13V2 Đồ thị hàm số biểu diễn sau : Bảng 4.7 Giá trị điểm đồ thị lưu lượng nước V (Hiệu suất thu hồi) V Y 37.39 39.41 35.17 24.67 7.91 Ảnh hưởng lưu lượng nước đến hiệu suất thu hồi than 45.00 40.00 35.00 Hiệu suất thu hồi (%) 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 Lưu lượng nước (ml/ph) Hình 4.11 Đồ thị tương quan lưu lượng nước hiệu suất thu hồi Nhận xét: Thí nghiệm tiến hành mức lưu lượng nước 2, 3, ml/ph, nhiệt độ hoạt hóa 900oC, tốc độ quay 5v/ph, lượng mẫu than 400g, giữ thơng số thời gian hoạt hóa τ giá trị τ o = h Kết khảo sát trình bày hình 4.11cho thấy: 66 - Tốc độ nước ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm - Tốc độ nước tăng từ – ml/ph, hiệu suất thu hồi giảm từ 39.41 – 7.91% Ở mức 4ml/ph, hiệu suất đạt 25% chấp nhận Vì chọn tốc độ nước 3.5 ml/ph Như vậy, hiệu suất thu hồi đại lượng tỷ lệ nghịch với yếu tố: nhiệt độ, thời gian hoạt hóa lưu lượng tác nhân hoạt hóa Điều lý giải là: phản ứng hoạt hóa than phản ứng theo chiều thuận Khi tăng giá trị thơng số đầu vào phản ứng kích thích diễn nhanh Q trình sản xuất than hoạt tính khía cạnh hiểu q trình mài mịn than để tạo lỗ xốp than nên tránh khỏi việc than bị hao hụt dần Việc cần nghiên cứu làm để hạn chế đến mức thấp lượng than bị hao hụt Tùy vào yêu cầu chất lượng than, mục đích sử dụng tốn kinh tế mà lựa chọn chế độ công nghệ hợp lý 4.3.3.2 Sự ảnh hưởng phức hợp yếu tố: Để đánh giá tác động phức hợp yếu tố lúc lên dung lượng hấp phụ ta xây dựng biểu đồ tương quan cho hàm biến Y = 74.53 – 12.055τ + 8.23V + 0.795 τV + 0.175τ2 – 3.13V2 Bảng 4.8 Giá trị điểm đồ thị phức hợp τ V (Hiệu suất thu hồi) τ /V 68.55 68.18 61.56 48.67 29.53 57.81 58.24 52.41 40.32 21.97 47.43 48.65 43.62 32.32 14.77 37.39 39.41 35.17 24.67 7.91 27.71 30.52 27.08 17.37 1.41 18.37 21.98 19.33 10.42 -4.75 9.39 13.79 11.94 3.82 -10.56 67 Tương quan thời gian lưu lượng nước với hiệu suất thu hồi 70.00 Hiệu suất thu hồi (%) 60.00 50.00 S6 40.00 S5 30.00 S4 20.00 10.00 S3 Lưu lượng nước V (ml/ph) 0.00 S2 -10.00 -20.00 S1 -20 10 Thời gian τ (h) -10-0 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 Hình 4.12 Đồ thị tương quan thời gian, lưu lượng nước hoạt hóa hiệu suất thu hồi Nhận xét: Thí nghiệm tiến hành ở, nhiệt độ hoạt hóa 900oC, tốc độ quay 5v/ph, lượng mẫu than 400 g, mức lưu lượng nước 2, 3, ml/ph, mức thời gian hoạt hóa τ = 2, 4, h Kết khảo sát trình bày hình 4.12 cho thấy: - Cả yếu tố tác động mạnh đến chất lượng than hoạt tính Mức độ tuyến tính yếu tố thời gian lớn lưu lượng nên kết luận yếu tố lưu lượng tác động đến hiệu suất thu hồi lớn - Đồ thị có hình thoải dốc chứng tỏ hiệu suất thu hồi giảm dần theo tốc độ tăng thời gian lưu lượng nước Trong miền khảo sát ta không thấy đỉnh đồ thị nên không xác định miền cực trị 68 Tổng hợp kết nghiên cứu: ảnh hưởng thời gian hoạt hóa, lưu lượng nước đến khả hấp phụ hiệu suất thu hồi than hoạt tính, đề tài lựa chọn mức yếu tố là: τ = h V = 3.5 ml/ph 4.4 Đánh giá chất lượng than hoạt tính từ than gỗ Đước Sau có sản phẩm than hoạt tính từ mẻ thí nghiệm, đề tài lựa chọn mẫu mẻ có chất lượng (khả hấp phụ) tốt hiệu suất thu hồi đảm bảo để kiểm tra tiêu chất lượng lại theo phương pháp trình bày chương Các tiêu đem so sánh với số tiêu loại than hoạt tính sử dụng như: than gáo dừa Trà Bắc – Trà Vinh, than Norit – Hà Lan, than gỗ Bắc Giang Kết tổng hợp bảng sau: Bảng 4.9 Chỉ tiêu chất lượng số loại than hoạt tính Chỉ tiêu Dung lượng hấp phụ Gỗ Gáo dừa Norit Than gỗ Gỗ Sợi Đước (Trà (Hà Bắc Sồi b Đay, Bắc) a Lan) a Giang a – 6.5 4.5 - 5.48 Dừa c Benzen (mM/g) Dung lượng hấp phụ 12.73 12 - 14 Xanhmethylen (mM/g) Dung lượng hấp phụ < 113 Phenol (mg/g) Hiệu suất thu hồi Burn 25 - – off (%) 31 Hàm lượng nước (%) 3.7 30 - 35 4-5 30 40 - 50 69 Hàm lượng tro (%) 1.21 5-7 3-4 Hàm lượng Carbon 81 83 - 85 88 - 90 Cường độ than (%) 95 90 - 94 95 Diện tích bề mặt riêng 1018 1400 900 78 (%) 985 1300 BET (m2/g) Tổng thể tích lỗ xốp 960 - 1.2 0.64 Thể tích lỗ bé (cm3/g) 0.46 0.38 Thể tích lỗ trung 0.05 (cm3/g) 0.54 0.09 (cm3/g) Nguồn: (a) Phòng Nghiên cứu Chế biến lâm sản, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, 2010 (b) Viện Công nghệ hố TP Hồ Chí Minh, 2006 (c) Khoa Hố, Trường Đại học Bang Kansas, Mỹ Than hoạt tính gỗ Đước có diện tích bề mặt riêng BET tổng thể tích lỗ xốp cao nên dung lượng hấp phụ than cao Đặc biệt, lượng lỗ nhỏ nhiều so với lỗ trung lỗ lớn nên có khả hấp phụ hơi, khí tốt, đạt xấp xỉ mM/g tương đương với loại than có chất lượng cao Hiệu suất thu hồi than đạt mức tương đối, số yếu tố khách quan thuộc thiết bị kinh nghiệm sử dụng thiết bị lượng than thất thoát trình phản ứng nhiều 70 Cường độ than lớn nên tuổi thọ than cao khả tái hấp phụ nâng lên Hàm lượng carbon cao, hàm lượng nước tro thấp không gây ảnh hưởng lớn đến khả hấp phụ than Nói chung, than hoạt tính gỗ Đước có ưu điểm vượt trội đáp ứng nhu cầu sử dụng khác số loại than có chất lượng cao thị trường 71 KẾT LUẬN Kết luận Quan hệ yếu tố Cũng nhiệt độ hoạt hoá, thời gian hoạt hoá lưu lượng nước yếu tố tác động lớn đến chất lượng hiệu suất thu hồi than Quan hệ yếu tố với khả hấp phụ phi tuyến nên cần lưu ý điểm cực trị để điểu chỉnh chế độ hoạt hố hợp lý Có thể giảm lượng nước xuống thấp đồng thời kéo dài thời gian hoạt hố than thu an toàn Qua khảo sát thấy rằng: quan hệ yếu tố đến hiệu suất thu hồi than tương đối tuyến tính theo chiều tỷ lệ nghịch Cần phải tính tốn lựa chọn thơng số hợp lý để có sản phẩm vừa chất lượng lại vừa suất Lựa chọn thơng số Mặc dù chưa giải tốn tối ưu chưa khảo nghiệm kết đề tài rút thơng số cơng nghệ thích hợp cho q trình hoạt hóa than Đước phịng thí nghiệm lị hoạt hóa nằm ngang với thể tích ống lị 300 ml là: - Tốc độ nước: 3.5 ml/ph; - Thời gian hoạt hóa: 5h Tồn - Phạm vi nghiên cứu hạn chế, chưa nghiên cứu ảnh hưởng phức hợp nhiều yếu tố thuộc công nghệ nguyên liệu; miền nghiên cứu hẹp - Chưa giải tốn tối ưu có yếu tố kinh tế - Chưa khảo nghiệm kết quy mô lớn nên chưa đề xuất quy trình cơng nghệ - Phần tổng quan chưa nêu nhiều công trình nghiên cứu để kế thừa kết cho nghiên cứu đề tài 72 Khuyến nghị Sau nghiên cứu khả sản xuất than hoạt tính từ than gỗ Đước, đề tài đưa số đề xuất cho nghiên cứu tiếp theo: - Nghiên cứu khả tạo than hoạt tính sử dụng liệu than gỗ Đước có đặc điểm kỹ thuật khác kết hợp với số liệu than có nguồn gốc từ phế liệu nơng nghiệp - Nghiên cứu sản xuất than hoạt tính từ than gỗ Đước tác nhân hoạt hoá khác (CO2, khơng khí, axit ) - Nghiên cứu tạo dịng than hoạt tính có khả hấp phụ khác tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng - Nghiên cứu khả tái sử dụng than hoạt tính hết khả hấp phụ ii 73 MỤC LỤC Trang TRANG PHỤ BÌA LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC .ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU v DANH MỤC CÁC BẢNG .vi DANH MỤC CÁC HÌNH viii ĐẶT VẤN ĐỀ Chương TỔNG QUAN NHỮNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu, sản xuất than hoạt tính ngồi nước 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nước ngồi 1.1.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam .4 1.2 Yêu cầu chung nguyên liệu cho sản xuất than hoạt tính .8 1.3 Gỗ Đước tiềm tạo than hoạt tính từ than gỗ Đước Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 2.1 Cơ sở lý thuyết than hóa hoạt hóa than 11 2.1.1 Than hoá 11 2.1.1.1 Các giai đoạn than hóa 11 2.1.1.2 Đặc điểm sản phẩm than hóa .12 2.1.1.3 Quá trình hình thành sản phẩm nhiệt phân gỗ (than hóa) 14 2.1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình nhiệt phân (than hóa hóa than) 17 2.1.2 Hoạt hóa than 20 2.1.3 Cấu trúc than hoạt tính 21 2.1.3.1 Cấu trúc tinh thể 21 2.1.3.2 Cấu trúc xốp .22 2.1.3.3 Cấu trúc bề mặt 25 2.1.4 Những quy luật hấp phụ vật lý than hoạt tính 26 iii 74 2.1.4.1 Thuyết Polany - Dubinin 26 2.1.4.2 Thuyết hấp phụ BET 27 2.1.4.3 Hấp phụ áp suất cao - Phương trình Kelvin 29 2.1.4.4 Thuyết hấp phụ Langmuir 30 2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng q trình hoạt hóa than .31 2.3 Các giải pháp nâng cao chất lượng than hoạt tính 32 Chương MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .34 3.1 Mục tiêu nghiên cứu .34 3.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 34 3.3 Địa điểm thời gian nghiên cứu 34 3.4 Nội dung nghiên cứu 34 3.5 Phương pháp nghiên cứu 35 3.5.1 Phương pháp kiểm tra đánh giá chất lượng than hoạt tính [2]: .35 3.5.2 Phương pháp thực nghiệm [1]: 40 3.5.2.1 Quy hoạch thực nghiệm 40 3.5.2.2 Kiểm tra số liệu 44 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 48 4.1 Thực nghiệm 48 4.1.1 Chuẩn bị thí nghiệm 48 4.1.2 Mơ tả thí nghiệm 52 4.2 Sự ảnh hưởng đồng thời thời gian hoạt hóa lưu lượng nước đến chất lượng than hoạt tính 53 4.2.1 Kết thực nghiệm 53 4.2.2 Lập phương trình hồi quy 54 4.2.3 Vẽ biểu đồ tương quan .57 4.2.3.1 Về ảnh hưởng yếu tố .57 4.2.3.2 Sự ảnh hưởng phức hợp yếu tố 60 4.3 Sự ảnh hưởng đồng thời thời gian hoạt hóa lưu lượng nước đến hiệu suất thu hồi than hoạt tính 61 iv 75 4.3.1 Kết thực nghiệm 62 4.3.2 Lập phương trình hồi quy 63 4.3.3 Vẽ biểu đồ tương quan .63 4.3.3.1 Về ảnh hưởng yếu tố .63 4.3.3.2 Sự ảnh hưởng phức hợp yếu tố: 66 4.4 Đánh giá chất lượng than hoạt tính từ than gỗ Đước .68 KẾT LUẬN 71 Kết luận 71 Khuyến nghị 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC ... lệnh Hóa học 3.4 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời thời gian hoạt hóa lưu lượng nước đến chất lượng than hoạt tính 35 - Nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời thời gian hoạt hóa lưu lượng. .. ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian hoạt hóa, lưu lượng nước đến chất lượng hiệu suất thu hồi than hoạt tính từ than gỗ Đước? ?? Kết nghiên cứu đề tài góp phần nâng cao khả áp dụng sản phẩm từ Đước, làm... ảnh hưởng thời gian hoạt hóa, lưu lượng tác nhân hoạt hóa đến chất lượng hiệu suất thu hồi than 3.3 Địa điểm thời gian nghiên cứu Nghiên cứu tạo than hoạt đánh giá chất lượng than Trung tâm Công