CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.3. Tổng quan về biochar
1.3.9. Tính chất hó a lý của biochar
1.3.9.1. Thành phần cấu tạo
Cellulose bị nhiệt phân ở nhiệt độ từ 250-350oC khi bị nhiệt phân các tiểu cấu trúc cấu thành cellulose sẽ bị phân cắt và tách ra, hầu hết chúng là những phân tử hữu cơ phân tử thấp nên dễ bay hơi, hay bị phân hủy thành CO2, dẫn đến làm giảm khối lượng đáng kể của sinh khối duới dạng các chất dễ bay hơi, để lại đằng sau một ma trận C vơ định hình cứng chắc. Khi làm tăng nhiệt độ nhiệt phân, tỷ lệ carbon thơm trong biochar bắt đầu thay đổi theo hướng tăng lên, do việc mất các chất dễ bay hơi và việc chuyển hóa các nhóm ankyl và O-ankyl. Ở khoảng 330oC, tấm graphene polyaromatic bắt đầu phát triển theo chiều ngang và cuối cùng kết lại. Chính điều này đã làm cho biochar có cấu trúc lớp, độ xốp và diện tích bề mặt lớn mà biochar có được là do q trình này. Ở nhiệt độ trên 600oC, carbon hóa sẽ trở thành chiếm ưu thế. Carbon hóa
đánh dấu sự loại bỏ các ngun tử khơng chứa C cịn lại và kết quả là tăng hàm lượng C(theo khối lượng của biochar được sản xuất từ gỗ) (Antal và Gronli, 2003;Demirbas, 2004).
1.3.9.2. Thành phần hóa học và bề mặt hóa học
Thành phần biochar rất khơng đồng nhất, nó chứa cả thành phần bền và khơng bền (Sohiet al, 2009). Carbon, vật chất dễ bay hơi, khoáng chất (tro) và độ ẩm thường được coi như là thành phần chính của nó ( Antal và Gronli, 2003). Bảng 1.3 tóm tắt phạm vi tỷ lệ tương đối của các thành phần trong biochar được sản xuất từ rất nhiều nguồn vật liệu và các điều kiện nhiệt phân (Antal và Gronli, 2003 - Brown, 2009).
Bảng 1.3.Tỷ lệ tương đối bốn thành phần chính của biochar ( phần trăm tỷ lệ
trọng lượng) Thành phần Tỷ lệ Carbon bền 50 - 90 Vật chất dễ bay hơi 0 - 40 Độ ẩm 1 - 15 Tro (khoáng chất) 0,5 - 0
Tỷ lệ tương đối của các thành phần trong biochar xác định tính chất hóa học, vật lý và chức năng của biochar nói chung (Brown, 2009). Ví dụ, biochar được tạo ra bằng cách nhiệt phân nguyên liệu gỗ (Winsley, 2007) thì vững chắc. Ngược lại, biochar sản xuất từ phế phẩm nông nghiệp (như lúa mạch đen, ngô, vỏ trấu) phân súc vật và rong biển nói chung là tớt hơn nhưng ít bền (sức bền cơ học thấp) do đó chúng giàu dinh dưỡng và tốt cho khu hệ vi sinh vật phân hủy trong môi trường (Sohi và nnk., 2009).
Hàm lượng tro của biochar phụ thuộc vào hàm lượng tro của các nguyên liệu đầu vào. Cỏ, vỏ hạt, bã rơm rạ và phân thường sản xuất biochar có hàm lượng tro cao trái ngược so với nguyên liệu gỗ (Demirbas, 2004). Ví dụ, các biochar được sản xuất từ phân gà có thể chứa 45% tro (theo trọng lượng) (Amonette và Joseph, 2009). Độ ẩm là một thành phần quan trọng khác của biochar (Antal và Gronli, 2003), độ ẩm cao sẽ làm
tăng chi phí sản xuất và vận chuyển biochar đối với các đơn vị sản xuất biochar. Giữ thành phần độ ẩm khoảng 10% (theo khối lượng) là điều mong muốn. Để có thể đạt được điều này, cần làm khơ ngun liệu sinh khối trước khi nhiệt phân (đây có thể là một thách thức khi sản xuất biochar).
1.3.9. Sự phân bố kích thước lỗ
Biochar với xự sắp xếp ngẫu nhiên của các vi thể và với liên kết ngang bền giữa chúng, làm cho biochar có một cấu trúc xốp khá phát triển. Các lỗ rỗng trên bề mặt bichar có cường độ sắp xếp lớn, thật sự mang lại giá trị quan trọng lớn hơn so với sinh khối khơng bị cháy. Chúng có tỷ trọng tương đối thấp và mức độ graphit hóa thấp. Cấu trúc vi lỗ xếp bề mặt này quyết định chủ yếu từ bản chất nguyên liệu ban đầu, được tạo ra trong q trình than hóa và phát triển hơn trong q trình hoạt hóa.
Nói chung biochar có bề mặt riêng phát triển và thường được đặt trưng bằng cấu trúc nhiều đường mau dẫn phân tán, tạo nên các lỗ với kích thước và hình dạng khác nhau. Dubinin đề xuất phân loại lỗ xốp dựa trên chiều rộng lỗ, khoảng cách giữa các thành của một lỗ xốp hình rãnh hoặc bán kính của lỗ dạng ống: các lỗ được chia thành 3 nhóm, lỗ nhỏ, lỗ trung, lỗ lớn.