Nghiên cứu công nghệ sản xuất than hoạt tính từ trấu

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÙI XUÂN HÒA NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THAN HOẠT TÍNH TỪ TRẤU Chuyên ngành: QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Mã số ngành: 2.10.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2005 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS TRỊNH VĂN DŨNG ThS CAO THỊ NHUNG Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2005 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SÑH - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngaøy 10 tháng 10 năm 2005 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : BÙI XUÂN HÒA Phái : Nam Ngày sinh : 25 / 11 / 1980 Nơi sinh : HÀ TĨNH Chuyên ngành : QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNHH MSHV : 00503120 I- TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THAN HOẠT TÍNH TỪ TRẤU II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : Nghiên cứu trình than hóa nguyên liệu trấu; xác định điều kiện than hóa tối ưu phương pháp qui hoạch thực nghiệm Nghiên cứu trình hoạt hóa than trấu; xác định điều kiện hoạt hóa tối ưu phương pháp qui hoạch thực nghiệm III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 10 / 10 / 2005 V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS TRỊNH VĂN DŨNG ThS CAO THỊ NHUNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QLÝ CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày 10 tháng 10 năm 2005 PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CÁM ƠN Đầu tiên, với việc hoàn thành Luận Văn này, xin cám ơn Thầy Trịnh Văn Dũng nhiệt tình, tận tâm hướng dẫn thực Đề tài cách tốt tạo điều kiện, giúp đỡ nhiều trình thực Bên cạnh đó, xin cám ơn Cô Cao Thị Nhung hướng dẫn thời gian qua Đồng thời, xin chân thành cám ơn Quý thầy cô, đồng nghiệp công tác Trường ĐHBC Tôn Đức Thắng, Trường ĐH Bách Khoa Tp HCM tạo điều kiện tốt để tập trung thực Luận văn Thêm vào đó, xin gửi lời cám ơn gia đình, bạn học viên Cao học K14 khoa Công nghệ Hóa học bạn sinh viên ĐHBK giúp đỡ, động viên nhiều trình thực Luận văn Xin chân thành cám ơn Tác giả TÓM TẮT Trấu sản phẩm phụ ngành sản xuất nông nghiệp có giá trị thấp sử dụng số ngành giá trị không đáng kể Mục tiêu đề tài nghiên cứu công nghệ sản xuất than hoạt tính từ trấu cách sử dụng nước hoạt hóa Điều kiện công nghệ sản xuất thu sau: trấu làm than hóa điều kiện nhiệt độ khoảng 4700C 40 phút sau tiến hành trình hoạt hóa với nhiệt độ hoạt hóa 7600C, với lượng nước nhiệt cung cấp 600 mg/g than.giờ thời gian hoạt hóa Sản phẩm than hoạt tính thu có chất lượng trung bình (diện tích bề mặt SBET = 335 m2/g, khả hấp phụ xanh metylen 143 mg/g than) ABSTRACT Rice husk – a low-value agriculture by-product – has been used in some manufacturing areas but not valuable Our thesis's objective is research in manufacture technology of activate carbon from rice husk with activated agent is overheated steam These achieved technical conditions are: after washing and drying material (rice husk) is carbonized at 4700C in our equipment about 40 minutes; then, the carbonized product is immediately activated by overheated steam at 7600C in hour with vapor rate is 600 mg vapor/g rice husk coal Our activate carbon product has medium quality (specific surface area SBET = 335 m2/g; the amount of Methylene blue adsorbed is 143 mg/g) MỤC LỤC Mục lục Trang Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ đồ thị MỞ ĐẦU PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ TRẤU VÀ THAN HOẠT TÍNH 1.1 Than hoạt tính 1.1.1 Định nghóa – Phân loại 1.1.2 Cấu trúc than hoạt tính 1.1.2.1 Cấu trúc tinh thể than hoạt tính 1.1.2.2 Cấu trúc xốp than hoạt tính 1.1.2.3 Cấu trúc hóa học than hoạt tính 1.2 Nguyên liệu trấu – Sản lượng Ứng dụng 11 1.2.1 Tình hình sản xuất lúa gạo 11 1.2.2 Trấu 14 1.2.3 Các ứng dụng phổ biến trấu 16 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THAN HOẠT TÍNH 22 2.1 Cơ sở lý thuyết trình sản xuất than hoạt tính 22 2.1.1 Qui trình công nghệ sản xuất than hoạt tính 22 2.1.2 Quá trình than hóa 22 2.1.3 Quá trình hoạt hóa 25 2.1.3.1 Phương pháp hóa lý 26 2.1.3.2 Phương pháp hóa học 31 2.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất than hoạt tính từ trấu 33 2.2.1 Nhu cầu than hoạt tính nước 33 2.2.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất than hoạt tính từ trấu 34 2.2.2.1 Quá trình than hóa 34 2.2.2.2 Quá trình hoạt hóa trấu than hóa 36 2.3 Các phương pháp đánh giá chất lượng than hoạt tính 38 2.3.1 Các phương pháp đánh giá thông dụng 38 2.3.2 Tổng quan trình hấp phụ 40 2.3.2.1 Giới thiệu trình hấp phụ 40 2.3.2.2 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt 43 2.3.2.3 Hấp phụ hỗn hợp lỏng – rắn 47 PHẦN 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 54 CHƯƠNG THIẾT BỊ – NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 54 3.1 Nguyên liệu – Hóa chất 54 3.1.1 Nguyên liệu 54 3.1.2 Hóa chất 54 3.2 Thiết bị – Tiến hành thí nghiệm 55 3.2.1 Trình tự nghiên cứu thực nghiệm 55 3.2.2 Thí nghiệm than hóa 55 3.2.2.1 Hệ thống thiết bị thí nghiệm 55 3.2.2.2 Tiến hành thí nghiệm 56 3.2.3 Thí nghiệm hoạt hóa 57 3.2.3.1 Hệ thống thiết bị thí nghiệm 57 3.2.3.2 Tiến hành thí nghiệm 58 3.3 Phương pháp nghiên cứu 3.3.1 Phương pháp qui hoạch thực nghiệm 59 59 3.3.1.1 Phương án quay bậc Box – Hunter 59 3.3.1.2 Tiêu chuẩn tối ưu phương án – Nghiên cứu bề mặt đáp ứng 62 3.3.2 Khảo sát khả hấp phụ Xanh metylen pha lỏng sản phẩm than hoạt tính 63 3.3.2.1 Chuẩn bị dung dịch chuẩn 63 3.3.2.2 Nghiên cứu đường động học hấp phụ Xanh metylen 64 3.3.2.3 Nghiên cứu đường cân hấp phụ Xanh metylen 64 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM – BÀN LUẬN 65 4.1 Kết khảo sát nguồn nguyên liệu 65 4.2 Quá trình than hóa: tượng – kết – bàn luận 66 4.3 4.2.1 Kết khảo sát chế độ than hóa 66 4.2.2 Bài toán qui hoạch thực nghiệm – Tối ưu trình than hóa 68 Quá trình hoạt hóa: tượng – kết – bàn luận 71 4.3.1 Kết khảo sát chế độ hoạt hóa 71 4.3.2 Bài toán qui hoạch thực nghiệm – Tối ưu trình hoạt hóa 73 4.3.2.1 Quá trình hấp phụ Xanh metylen than hoạt tính từ trấu 75 4.3.2.2 Bài toán tối ưu hóa trình hoạt hóa than trấu nước 84 KẾT LUẬN 89 KIẾN NGHỊ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 90 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT B.E.T.: Brunauer – Emmett – Teller SBET: Diện tích bề mặt riêng xác định theo phương pháp B.E.T EPDT: Etylen-Popylen-Diene-Tepolymer SEM: Kính hiển vi điện tử quét TYT: thực nghiệm yếu tố toàn phần TYP: thực nghiệm yếu tố phần DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Sản lượng lúa gạo trấu giới năm 2002 Bảng 1.2 Một số thống kê sản xuất lúa gạo Việt Nam năm gần Bảng 1.3 Thành phần trấu Bảng 1.4 Các nguồn lượng sinh học chủ yếu Việt Nam (2002) Bảng 1.5 Cơ hội sử dụng tiềm trấu thóc Bảng 2.1 Khả hấp phụ thuốc nhuộm (mg/g) than hoạt tính từ trấu Bảng 4.1 So sánh tiêu trấu nguyên liệu với trấu Thái Lan Bảng 4.2 Các thông số khảo sát tối ưu trình than hóa Bảng 4.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm theo phương án quay trực giao Box – Hunter Bảng 4.4 Khả hấp phụ hiệu suất hoạt hóa theo nhiệt độ hoạt hóa Bảng 4.5 Khả hấp phụ hiệu suất hoạt hóa theo thời gian hoạt hóa Bảng 4.6 Các thông số khảo sát tối ưu trình hoạt hóa than trấu Bảng 4.7 Ma trận mã hóa thí nghiệm trình hoạt hóa Bảng 4.8 Các giá trị phương trình Langergren biểu diễn động học bậc trình hấp phụ Xanh Methylene mẫu than hoạt tính Bảng 4.9 Kết tính toán mô hình hóa đẳng nhiệt hấp phụ Xanh Methylene theo phương trình Freundlich Bảng 4.10 Kết tính toán mô hình hóa đẳng nhiệt hấp phụ Xanh Metylen theo phương trình Langmuir Bảng 4.11 Sơ đồ bố trí thí nghiệm theo phương án quay trực giao Box – Hunter Bảng 4.12 Kết đo diện tích bề mặt SBET số mẫu than hoạt tính PHỤ LỤC CÁC ĐƯỜNG ĐỘNG HỌC HẤP PHỤ XANH METHYLENE TRONG DUNG DỊCH NƯỚC Mẫu 1 C/C0 0.9 0.8 0.7 0.6 C/C0 50 100 t (h) 150 200 250 Maãu 0.8 0.6 0.4 0.2 0 50 100 150 200 250 Thời gian (h) Mẫu C/C0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 50 100 t (h) 150 200 250 Maãu C/C0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 50 100 150 200 250 100 t (h) 150 200 250 t (h) Maã u C/C0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 50 Maãu C/C0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 50 100 t (h) 150 200 250 Maã u C/C0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 50 100 t (h) 150 200 250 200 250 Maãu C/C0 0.8 0.6 0.4 50 100 150 t (h) Maã u 10 C/C0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 50 100 150 200 250 t (h) Maã u 11 C/C0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 100 t (h) 200 300 Maãu 12 C/C0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 50 100t (h)150 200 250 Maã u 13 C/C0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 100 t (h) 200 300 PHỤ LỤC CÁC ĐƯỜNG ĐẲNG NHIỆT ĐỘNG HỌC HẤP PHỤ XANH METHYLENE TRONG DUNG DỊCH NƯỚC mẫu 50 qe (mg/g) 40 30 20 10 0 10 ce (mg/l) 20 30 maãu 100 qe 80 60 40 20 0 10 ce 20 30 maã u 60 50 qe 40 30 20 10 0 10 ce 20 30 ce 20 30 20 30 maãu 70 qe 60 50 40 30 20 10 maãu 90 qe 80 70 60 50 40 10 ce qe maãu 70 60 50 40 30 20 10 0 10 ce 20 30 maãu 120 100 qe 80 60 40 20 0 10 ce 15 20 25 maã u 60 50 qe 40 30 20 10 0 10 ce 20 30 maãu 20 qe 15 10 0 10 15 ce 20 25 30 maãu 10 80 qe 60 40 20 0 10 ce 15 20 25 maãu 11 120 100 qe 80 60 40 20 0 10 ce 15 20 maãu 12 125 100 qe 75 50 25 0 ce 10 15 20 maãu 13 100 qe 75 50 25 qe 10 ce 20 30 maãu 14 175 150 125 100 75 50 25 0 10 ce 15 20 25 maãu 15 150 125 qe 100 75 50 25 qe 10 ce 20 30 maãu 16 175 150 125 100 75 50 25 0 10 c 15 e 20 25 maãu 17 125 qe 100 75 50 25 0 10 c 15 e 20 25 qe maãu 18 150 125 100 75 50 25 0 10 ce 15 20 25 maãu 19 150 125 qe 100 75 50 25 0 10 ce 20 30 maã u 20 175 150 qe 125 100 75 50 25 0 10 ce 15 20 25 ... 22 CHƯƠNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THAN HOẠT TÍNH 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT THAN HOẠT TÍNH: 2.1.1 Qui trình công nghệ sản xuất than hoạt tính: Qui trình công nghệ suất than hoạt tính bao... 2.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất than hoạt tính từ trấu 33 2.2.1 Nhu cầu than hoạt tính nước 33 2.2.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất than hoạt tính từ trấu 34 2.2.2.1 Quá trình than hóa 34 2.2.2.2... tận dụng nguồn trấu để sản xuất than hoạt tính, xây dựng nghiên cứu có tính khoa học công nghệ sản xuất than hoạt tính nước Việt nam Bên cạnh đó, với việc mô tả trình than hóa hoạt hóa nước biểu