5. Những đóng góp mới của đề tài
2.3.1. Chế tạo và đánh giá đặc điểm than sinh học từ vỏ trấu
2.3.1.1. Phương pháp chế tạo than sinh học * Chuẩn bị nguyên vật liệu
- Vỏ trấu được thu gom từ cơ sở xay sát ở khu vực xã Quyết Thắng, thành phố Thái Nguyên.
- Bếp than sinh học:
Hình 2.2. Bếp than sinh học B4SS
cao 1,5 m. Bên trong ống khói có hệ thống cửa 2 cánh có thể đóng mở được để kiểm soát lượng khí thoát ra bên ngoài. Vật liệu xây bếp là gạch và xi măng chịu nhiệt. Chiều dày xung quanh lò là 20cm và xây 2 lớp, ở giữa có khoảng trống 5cm để tăng khả năng cách nhiệt, cấu trúc mái vòm giảm áp lực lên tường bếp. Hệ thống tấm chắn nhiệt bằng inox chịu nhiệt cao, có kích thước là 1,2 x 2,6 m được bố trí đặt cách ống khói 0,8 m.
Kích thước thùng chứa liệu 1300 x 2800 x 1300 mm. Khung thùng nạp liệu được thiết kế bằng thép chịu nhiệt lưới inox bao xung quanh có độ dày 4mm. Thùng chứa liệu có bánh xe để di chuyển trong quá trình nạp liệu và lấy than.
Cửa bếp 2 lớp có kích thước 1500 x 1350 mm. Lớp bên ngoài là thép có độ dày 2mm. Lớp bên trong làm bằng inox chịu nhiệt. Ở giữa là lớp vải amiang có khả năng cách nhiệt tốt. Xung quanh mép cửa lò dán 2 lớp vải amiang đảm bảo lò được kín, ở phía trên có cửa nhỏ dùng để quan sát quá trình cháy bên trong lò.
Bếp có hệ thống tủ điều khiển (có hệ thống giám sát nhiệt độ, đồng hồ đo nhiệt, rơle tự động, các loại công tắc điều khiển bơm nước và quạt khí khi vận hành). Bếp có hệ thống cấp khí gồm 6 ống cấp khí (2 ống phía dưới, 2 ống phía trên tấm chắn nhiệt và 2 ống ở dưới tấm chắn nhiệt). Tại các ống khí có van đóng mở, sử dụng quạt khí có công suất lớn 3500 m3/h, tốc độ quay 1500 vòng/phút. Hệ thống phun sương xung quanh bếp được tuần hoàn gồm 8 đầu phun. Mỗi đầu phun có hệ thống van đóng mở. Nước được phun dưới dạng sương bằng bơm cao áp đảm bảo áp lực nước 40 psi và lưu lượng nước 1.000 lít/giờ.
* Quy trình sản xuất than thành phẩm bằng bếp than sinh học
Hình 2.3. Sơ đồ quy trình vận hành lò đốt than sinh học B4SS
Nhiệt cung cấp cho lò là từ quá trình đốt cháy nhiên liệu (củi, rơm rạ). Vỏ trấu sau khi thu gom được sấy khô ở 700C trong 24h. Vỏ trấu được nhiệt phân bằng lò đốt than sinh học yếm khí theo dạng mẻ. Dùng 500g vỏ trấu nhồi chặt vào 2 hộp bằng sắt có lỗ thoát khí và đặt vào trong bếp than sinh học.
Quá trình nhiệt phân trong điều kiện thiếu không khí trong 2giờ; nhiệt độ được duy trì là 4000C và được kiểm soát bằng máy đo nhiệt độ tiếp xúc kiểu K. Nguyên liệu vỏ trấu chuyển thành than sinh học (biochar) vỏ trấu. Sau đó, để cho nhiệt độ bếp và hộp chứa than sinh học giảm đến nhiệt độ không khí thì lấy mẫu than ra. Than sinh học từ vỏ trấu được nghiền và rây với kích thước nhỏ hơn 0,5 mm và bảo quản để sử dụng cho các thí nghiệm.
2.3.1.2. Đánh giá các đặc điểm hấp phụ của than sinh học từ vỏ trấu
Nghiên cứu cấu trúc và diện tích bề mặt của than sinh học qua phân tích SEM (Scanning Electron Microscope).
- Cấu trúc bề mặt: Nghiên cứu cấu trúc của than sinh học qua phân tích SEM (Scanning Electron Microscope).
- Diện tích bề mặt riêng và phân bố đường kính mao quản (BET/BJH): Đo diện tích bề mặt riêng theo phương pháp của BET (Brunauer – Emmett – Teller) và BJH (Barrett – Joyner – Halenda) để xác định diện tích bề mặt hấp phụ và giải hấp phụ khí N2 ở 77,35K bằng máy đo diện tích bề mặt riêng BET (Quantachrome Instrument, Autosorb – iQ – MP, Mỹ) và thiết bị phân tích hóa hấp thụ Autochem (Micromeritics Instrument, Autochem II 2920, Mỹ).