Tài liệu Luận văn Nghiên cứu điều chế chất hấp phụ sợi cácbon từ sợi Hydrat xenlulo

Kho¸ luËn tèt nghiÖp - Khoa M«i trêng Më ®Çu HiÖn nay ë níc ta, trong qóa tr×nh c«ng nghiÖp ho¸, hiÖn ®¹i ho¸ ®Êt níc, c¸c ngµnh s¶n xuÊt kinh tÕ, c«ng n«ng nghiÖp ph¸t triÓn kh¸ m¹nh mÏ. Sù ph¸t triÓn kh¸ m¹nh mÏ cña c¸c ngµnh s¶n xuÊt kinh tÐ ®· cã nhiÒu t¸c ®éng ®Õn m«i trêng vµ dÉn ®Õn thùc tr¹ng m«i trêng bÞ « nhiÔm ngµy cµng nghiªm träng. Do vËy, vÊn ®Ò b¶o vÖ m«i trêng cÇn ph¶i ®îc quan t©m nhiÒu h¬n. Than ho¹t tÝnh do cã nhiÒu u ®iÓm: tèc ®é hÊp phô cao, kh¶ n¨ng hÊp phô lín vµ cã kh¶ n¨ng t¸i sinh ®· ®îc sö dông kh¸ réng r·i trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau nh: d©n sù, qu©n sù, c«ng n«ng nghiÖp, y tÕ, b¶o hé lao ®éng. Trong lÜnh vùc m«i trêng than ho¹t tÝnh còng ®îc sö dông kh¸ nhiÒu ®Ó xö lý khÝ th¶i, níc th¶i vµ cho nhiÒu kÕt qu¶ tèt. HiÖn nay, ngoµi hai d¹ng sö dông rÊt phæ biÕn lµ than ho¹t tÝnh d¹ng h¹t vµ than ho¹t tÝnh d¹ng bét, ®· cã d¹ng than ho¹t tÝnh thø ba: than ho¹t tÝnh d¹ng sîi hay thêng gäi lµ chÊt hÊp phô sîi cacbon ho¹t tÝnh. §Õn cuèi thÕ kû thø 19, trªn thÕ giíi ®· cã nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu chÕ t¹o, kh¶o s¸t cÊu tróc, tÝnh chÊt vµ nghiªn cøu øng dông thùc tÕ chÊt hÊp phô s¬i cacbon ho¹t tÝnh (mµng sîi cacbon ho¹t tÝnh, v¶i cacbon ho¹t tÝnh) Ngoµi c¸c u ®iÓm nh than ho¹t tÝnh d¹ng h¹t, d¹ng bét, than ho¹t tÝnh d¹ng sîi cßn cã mét sè u ®iÓm vît tréi kh¸c: nhÑ, mÒm m¹i, møc ®é c¶n trë dßng khÝ ®i qua líp vËt liÖu nhá. Do ®ã than ho¹t tÝnh d¹ng sîi tõ khi xuÊt hiÖn ®Õn nay ®· ®îc sö dông kh¸ réng r·i trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau. ë ViÖt Nam ®· cã kh¸ nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu ®iÒu chÕ vµ s¶n xuÊt, nghiªn cøu cÊu tróc, tÝnh chÊt cña than ho¹t tÝnh d¹ng h¹t vµ d¹ng bét tõ c¸c nguån nguyªn liÖu kh¸c nhau: than má, g¸o dõa, b· mÝa, gç, mïn ca... Tuy nhiªn néi dung nghiªn cøu ®iÒu chÕ chÊt hÊp phô sîi cacbon ho¹t tÝnh cßn rÊt h¹n chÕ vµ Ýt ®îc quan t©m. 1 Kho¸ luËn tèt nghiÖp - Khoa M«i trêng Do vËy néi dung nghiªn cøu lµ x¸c lËp c¸c ®iªn kiÖn c«ng nghÖ vµ x©y dùng quy tr×nh ®iÒu chÕ chÊt hÊp phô sîi cacbon lµ vÊn ®Ò võa cã ý nghÜa khoa häc vµ cã ý nghÜa thùc tiÔn ë ViÖt Nam. Trªn c¬ së ®ã ®Ò tµi nghiªn cøu cña kho¸ luËn ®îc x¸c ®Þnh lµ: “Nghiªn cøu ®iÒu chÕ chÊt hÊp phô sîi c¸cbon tõ sîi Hydrat xenlulo”. Môc ®Ých cña kho¸ luËn: X©y dùng c«ng nghÖ chÕ t¹o chÊt hÊp phô sîi cacbondïng trong lÜnh vùc läc ®éc vµ xö lý m«i trêng. §Ó ®¹t ®îc môc ®Ých nªu trªn, cÇn gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò sau: 1. Nghiªn cøu quy tr×nh ®iÒu chÕ chÊt hÊp phô sîi cacbon. 2. Nghiªn cøu ¶nh hëng cña mét sè yÕu tè ho¹t ho¸ trong qóa tr×nh ®iÒu chÕ . 3. §¸nh gi¸ chÊt lîng chÊt hÊp phô sîi c¸cbon ®· ®iÒu chÕ. 2 Kho¸ luËn tèt nghiÖp - Khoa M«i trêng Ch¬ng 1 Than ho¹t tÝnh vµ chÊt hÊp phô sîi c¸c bon 1.1.Than ho¹t tÝnh, cÊu tróc vµ tÝnh chÊt. 1.1.1.Giíi thiÖu chung. C¸c nguyªn liÖu chøa c¸cbon ®îc chÕ biÕn mét c¸ch ®Æc biÖt nh»m lo¹i c¸c chÊt cã nhùa vµ t¹o ra c¸c ®é xèp trong chóng ®îc gäi lµ than ho¹t tÝnh. Than ho¹t tÝnh cã c¸c thµnh phÇn chñ yÕu lµ cacbon (85 – 95%), phÇn cßn l¹i(5-15%) lµ c¸c t¹p chÊt v« c¬ kh«ng ho¹t ®éng vÒ bÒ mÆt hÊp phô.[1,2,7,10] Than ho¹t tÝnh ®îc ®iÒu chÕ tõ c¸c vËt liÖu khi ®èt ch¸y cho ta cacbon. Do vËy, nguån nguyªn vËt liÖu ®Ó s¶n xuÊt than ho¹t tÝnh kh¸ phong phó nh c¸c nguyªn liÖucã nguån gèc tõ thùc vËt: c¸c lo¹i c©y, h¹t c¸c lo¹i qu¶, sä dõa, m¹t ca; cã nguån gèc tõ than má: than antraxÝt, than bïn, than n©u, than cèc, than b¸n cèc; hoÆc tõ c¸c hîp chÊt v« c¬: monome, lignin, dÇu má,..[2,7,10]. Than ho¹t tÝnh ®îc ph¸t hiÖn vµo cuèi thÕ kû 18. Tõ ®ã cho ®Õn nay, trªn thÕ giíi cã nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu ®iÒu chÕ, cÊu tróc, tÝnh chÊt vµ lÜnh vùc øng dông cña than ho¹t tÝnh.[1,7,10] ë ViÖt Nam, viÖc ®iÒu chÕ s¶n xuÊt vµ øng dông than ho¹t tÝnh ®îc quan t©m nghiªn cøu tõ nh÷ng n¨m 60 cña thÕ kû 20. Trong lÜnh vùc nµy, c¬ quan nghiªn cøu ®Çu tiªn lµ ViÖn Hãa häc qu©n sù víi c¸c s¶n phÈm than ho¹t tÝnh ®îc ®iÒu chÕ tõ nhiÒu nguyªn liÖu kh¸c nhau nh b· mÝa, mïn ca, than antraxÝt, g¸o dõa, xenlul«[2,7]. TiÕp ®ã lµ c¸c c¬ quan kh¸c: ViÖn Hãa Häc C«ng NghiÖp, Trung t©m nghiªn cøu s¶n xuÊt than ho¹t tÝnh trêng ®¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi.[10] Ban ®Çu viÖc nghiªn cøu vµ s¶n xuÊt chØ ë møc ®é nhá chñ yÕu lµ phôc vô nhu cÇu chuyªn ngµnh riªng. Song cho ®Õn nay, khi nhu cÇu vÒ than ho¹t tÝnh ngµy cµng nhiÒu th× viÖc nghiªn cøu ®iÒu chÕ vµ s¶n xuÊt than ho¹t tÝnh kh«ng ngõng ph¸t triÓn víi nh÷ng qui m« lín h¬n nh»m ®¸p 3 Kho¸ luËn tèt nghiÖp - Khoa M«i trêng øng ®îc nh÷ng nhu cÇu thiÕt yÕu cña x· héi [1]. Cho ®Õn nay, than ho¹t tÝnh ®· ®îc sö dông trong hÇu kh¾p mäi lÜnh vùc: khoa häc, qu©n sù, s¶n xuÊt, ®êi sèng, y tÕ, xö lý m«i trêng,... HiÖn nay than ho¹t tÝnh ®îc sö dông ë ba d¹ng: than ho¹t tÝnh d¹ng h¹t, than ho¹t tÝnh d¹ng bét vµ than ho¹t tÝnh d¹ng sîi. VÒ chñng lo¹i, cã mét sè lo¹i than ho¹t tÝnh sau: thanläc h¬i, khÝ; than läc níc; than tÈy mµu; than trao ®æi ion[10]; than lµm nÒn ®Ó tÈm xóc t¸c, phô gia [4,5,6] 1.1.2.CÊu tróc than ho¹t tÝnh. a.CÊu tróc tinh thÓ. Theo c¸c nghiªn cøu R¬nghen[8,10,16,17,19] th× than ho¹t tÝnh gåm c¸c vi tinh thÓ cacbon. C¸c vi tinh thÓ nµy ®îc cÊu t¹o tõ c¸c vïng cacbon s¸u c¹nh s¾p xÕp t¹o thµnh c¸c líp m¹ng. Tuy nhiªn, so víi cÊu tróc m¹ng líi tinh thÓ cña graphide th× c¸c vßng cacbon 6 c¹nh trong than ho¹t tÝnh s¾p xÕp mÊt trËt tù h¬n. b.CÊu tróc xèp. Theo Dubinin vµ c¸c céng sù [2,7,10,15] , than ho¹t tÝnh lµ c¸c chÊt hÊp phô xèp vµ cã diÖn tÝch bÒ mÆt trong ph¸t triÓn kh¸ cao tõ 600 – 900m2/g. Do vËy, than ho¹t tÝnh cã kh¶ n¨ng hÊp phô t¬ng ®èi cao. HÖ lç xèp trong than ho¹t tÝnh cã nh÷ng kÝch thíc kh¸c nhau, v× vËy cã kh¶ n¨ng vµ c¬ chÕ hÊp phô x¶y ra trong c¸c lç xèp còng kh¸c nhau. Dùa vµo nh÷ng sù kh¸c nhau ®ã, ngêi ta ph©n lo¹i hÖ c¸c lç xèp trong than ho¹t tÝnh nh sau[2,7,10]: Lç nhá víi b¸n kÝnh Lç b¸n nhá Lç trung Lç lín r< 6-7A 6-7 < r < 15-16A 15-16 < r < 1000-2000A r > 1000-2000A Lç nhá cña than ho¹t tÝnh ®ãng vai trß chñ yÕu trong hÊp phô vËt lý, thÓ tÝch lç nhá kho¶ng 0.2-0.3 cm3/g. Sù hÊp phô trong lç nhá diÔn ra theo c¬ chÕ lÊp ®Çy thÓ tÝch kh«ng gian chÊt hÊp phô. 4 Kho¸ luËn tèt nghiÖp - Khoa M«i trêng Lç b¸n nhá lµ d¹ng chuyÓn tiÕp gi÷a lç nhá vµ lç trung. Lç b¸n nhá cã sù gi¶m dÇn ®Æc trng cña lç nhá ®ång thêi t¨ng dÇn c¸c tÝnh chÊt riªng cña lç trung. Lç trung cã thÓ tÝch lç tõ 0.05-0.15cm 3/g, diÖn tÝch bÒ mÆt riªng tõ 20-50m2/g. Trªn bÒ mÆt lç chung x¶y ra sù hÊp phô ®¬n lµ ®a ph©n tö, kÕt thóc khi thÓ tÝch lç ®îc lÊp ®Çy theo c¬ chÕ ngng tô mao qu¶n. Lç lín cã thÓ tÝch lç tõ 0.2-0.5cm3/g, diÖn tÝch bÒ mÆt riªng tõ 0.22m2/g. Do r > 1000-2000A, cho nªn trong c¸c lç lín tèc ®é hÊp phô v« cïng nhá. V× vËy, c¸c lç lín kh«ng cã kh¶ n¨ng hÊp phô. Than ho¹t tÝnh cã cÊu tróc lç ph©n nh¸nh. Trong ®ã, lç nhá lµ nh¸nh cña lç trung vµ lç trung lµ nh¸nh cña lç lín. Lç lín vµ lç trung gi÷ vai trß lµ c¸c ®éng m¹ch vËn chuyÓn chÊt trong qu¸ tr×nh hÊp phô. Ngoµi ra, chóng còng lµ nÒn ®Ó tÈm c¸c chÊt phô gia lªn than ho¹t tÝnh [10]. c. CÊu tróc bÒ mÆt. Theo c¸c nghiªn cøu cÊu tróc R¬nghen [2,10,19], kÕt hîp víi c¸c kÕt qu¶ ph©n tÝch nguyªn tè than ho¹t tÝnh ®· khö cho thÊy trong than ho¹t tÝnh chøa «xi. Sù cã mÆt cña «xi trong than ho¹t tÝnh ®îc x¸c ®Þnh lµ do «xi liªn kÕt hãa häc víi c¸c nguyªn tè cacbon cña than ho¹t tÝnh t¹o ra c¸c phøc chÊt «xi-cacbon trªn than ho¹t tÝnh. C¸c phøc chÊt «xi-cacbon ®îc gäi lµ c¸c hîp chÊt bÒ mÆt. Theo c¸c nghiªn cøu bÒ mÆt than ho¹t tÝnh [2,10], khi hÊp phô hãa häc «xi ë nhiÖt ®é thêng, trªn bÒ mÆt than ho¹t tÝnh t¹o thµnh c¸c «xÝt bÒ mÆt mang tÝnh chÊt baz¬. Do sù hydrat hãa sÏ tao thµnh c¸c nhãm hy®r«xÝt bÒ mÆt – OH. C¸c «xÝt bÒ mÆt cã tÝnh axÝt ®îc t¹o thµnh do sù hÊp phô hãa häc «xi trªn than ho¹t tÝnh ë nhiÖt ®é cao h¬n(300-450C). Khi hydrat hãa sÏ t¹o thµnh c¸c nhãm cacbonyl bÒ mÆt- COOH. C¸c «xÝt bÒ mÆt mang tÝnh axÝt t¹o cho bÒ mÆt than ho¹t tÝnh cã tÝnh a níc biÓu hiÖn ë ®é hÊp phô h¬i níc cao ngay ë P/Ps nhá. C¸c nghiªn cøu víi sù «xi hãa than ho¹t tÝnh cho thÊy: khi møc ®é «xi hãa t¨ng, hµm lîng c¸c nhãm – OH, - COOH ®Òu t¨ng, tÝnh axÝt cña bÒ 5 Kho¸ luËn tèt nghiÖp - Khoa M«i trêng mÆt than ho¹t tÝnh t¨ng theo møc dé «xi hãa. MÆt kh¸c, trªn bÒ mÆt than ho¹t tÝnh cßn chøa c¸c nhãm chøc kiÓu phenol. L¨cton, quinon,... C¸c nghiªn cøu vÒ nhiÖt hÊp phô [2,10] chØ ra r»ng: trªn than ho¹t tÝnh, khi ®é hÊp phô nhá, nhiÖt hÊp phô lín, khi ®é hÊp phô t¨ng, nhiÖt hÊp phô gi¶m dÇn vµ kh«ng ®æi. §iÒu ®ã chøng tá bÒ mÆt than ho¹t tÝnh lµ kh«ng ®ång nhÊt vÒ mÆt n¨ng lîng.kÕt qu¶ nµy cã thÓ ®îc gi¶i thÝch lµ do than ho¹t tÝnh cã chøa c¸c lç xèp cã kÝch thíc kh¸c nhau vµ trªn than ho¹t tÝnh cßn chøa c¸c t©m hÊp phô –nhãm chc bÒ mÆt 1.1.3.C¸c qui luËt hÊp phô trªn than ho¹t tÝnh. ThuyÕt hÊp phô BET. Brunauer - Emmer -Taylor (BET) ®· ®a ra häc thuyÕt cña hä dùa vµo c¸c gi¶ thiÕt sau [7,11,16,19]: BÒ mÆt chÊt hÊp phô ®ång nhÊt vÒ mÆt n¨ng lîng vµ sù hÊp phô x¶y ra ®¬n líp. Ph©n tö chÊt bÞ hÊp phô vµ chÊt hÊp phô chØ t¬ng t¸c víi nhau ë líp thø nh©t, cßn ë c¸c líp sau ®îc h×nh thµnh nhê lùc ph©n tö cña chÊt bÞ hÊp phô gi÷a c¸c líp víi nhau. Sù hÊp phô bao giê còng tiÕn tíi tr¹ng th¸i c©n b»ng hÊp phô. 6 Kho¸ luËn tèt nghiÖp - Khoa M«i trêng Ph¬ng tr×nh BET cã d¹ng: a am C. P Ps  1  p  1   C  1. P   ps   Ps   (1.1) ( ) Trong ®ã: a-Lîng chÊt bÞ hÊp phô ë ¸p suÊt t¬ng ®èi P/Ps. am- Lîng chÊt bÞ hÊp phô khi bÒ mÆt than bÞ phñ mét líp ®¬n ph©n tö. p - ¸p suÊt c©n b»ng cña h¬i chÊt bÞ hÊp phô ë nhiÖt ®é T. Ps- ¸p suÊt h¬i b·o hoµ cña chÊt bÞ hÊp phô ë nhiÖt ®é T. C exp . q  R.T (1.2) Trong ®ã: C - h»ng sè hÊp phô, phô thuéc nhiÖt vi ph©n hÊp phô q vµ nhiÖt ngng tô : R- h»ng sè khÝ T- nhiÖt ®é tuyÖt ®èi Ph¬ng tr×nh BET cã thÓ chuyÓn vÒ ph¬ng tr×nh d¹ng ®êng th¼ng nh sau: (1.3) (h - ¸p h 1 (C  1)h   a (1  h) a m C amC suÊt h¬i t¬ng ®èi P/Ps) D¹ng ®êng th¼ng cña ph¬ng tr×nh BET chØ ®óng trong kho¶ng gi¸ trÞ 0.05

750C. Cn + CO2  Cn-1 + CO Ph¶n øng trªn bÞ øc chÕ bëi «xÝt cacbon theo c¬ chÕ CO2 + C  CO + C(O) A: CO  C(O) CO + C  C(CO) B: C + CO2  CO + C(O) C(O)  CO CO2 hÊp phô lªn c¸c trung t©m ho¹t ®éng. V× vËy, lµm gi¶m tèc ®é ph¶n øng. Ho¹t hãa b»ng h¬i níc vµ CO2 ®ßi hái ph¶i cung cÊp nhiÖt liªn tôc v× nã lµ c¸c ph¶n øng thu nhiÖt. + Ho¹t hãa b»ng «xi kh«ng khÝ: Ph¶n øng ho¹t hãa lµ ph¶n øng ph¸t nhiÖt nhng cÇn ph¶i cung cÊp nhiÖt ban ®Çu. BÒ mÆt than thêng t¹o thµnh mét sè nhãm chøc ®iÒu nµy t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho ®iÒu chÕ than «xi hãa. S¶n phÈm than ho¹t tÝnh cã nhiÒu lç lín vµ lç chung nªn dïng tÈy mµu vµ trao ®æi i«n[1,7]. Qu¸ tr×nh ho¹t hãa cã thÓ biÓu diÔn b»ng ph¬ng tr×nh: Cn + O2  CO + Cn-1 + Q (ph¶n øng thiÕu «xi) 13 Kho¸ luËn tèt nghiÖp - Khoa M«i trêng Cn + O2  CO2 + Cn-1 + Q (ph¶n øng d «xi) Ngoµi ra nhiÖt ®é ho¹t hãa còng ¶nh hëng ®Õn c¬ chÕ ph¶n øng: Cn + O2  2CO + Cn-1 (t = 800-900C) Cn + O2  CO2 + Cn-2 ( t < 600 C) 1.2.3 §iÒu chÕ than ho¹t tÝnh d¹ng sîi (chÊt hÊp phô sîi cacbon) VÒ mét nguyªn t¾c qu¸ tr×nh ®iÒu chÕ than ho¹t tÝnh d¹ng sîi còng t¬ng tù qu¸ tr×nh ®iÒu chÕ than ho¹t tÝnh d¹ng bét hay d¹ng h¹t. Nguån nguyªn liÖu ®Ó s¶n xuÊt chÊt hÊp phô sîi cac bon còng rÊt phong phó. C¸c vËt liÖu cã nguån gèc h÷u c¬ hoÆc v« c¬, nh©n t¹o vµ tù nhiªn ®Ó ë d¹ng sîi hoÆc cã thÓ kÐo ®îc thµnh sîi ®Òu cã thÓ dïng lµm nguyªn liÖu chÕ t¹o sîi cac bon (nhùa than ®¸, nhùa phenol, vËt liÖu trªn c¬ së xenlul«, sîi polyacyn«nitril, polyvinylcolrua, polyvinylalcol...) HiÖn nay ®Ó chÕ t¹o than ho¹t tÝnh d¹ng sîi ngêi ta thêng thùc hÞªn theo hai quy tr×nh sau: *Ph¬ng ph¸p ®iÒu chÕ kh«ng tÈm ho¸ chÊt. - Xö lý nguyªn liÖu - Than ho¸ - Ho¹t ho¸ - KCS vµ bao gãi *Ph¬ng ph¸p ®iÒu chÕ cã tÈm ho¸ chÊt - Xö lý nguyªn liÖu - TÈm ho¸ chÊt - SÊy kh« - Than ho¸ - Ho¹t ho¸ - KCS vµ bao gãi Ho¸ chÊt dïng tÈm lªn sîi ban ®Çu bao gåm c¸c mèi cña mét sè kim lo¹i: Zn, Ca, Fe, Al,...vµ mét sè hîp chÊt chøa ni t¬, phèt pho[17,18,19]. ViÖc tÈm ho¸ chÊt lªn sîi cã t¸c dông lµm gi¶m nhiÖt ®é than ho¸, t¨ng tèc ®é qu¸ tr×nh than ho¸ vµ ho¹t ho¸ còng nh t¹o s¶n phÈm cã chÊt lîng tèt h¬n khi so 14 Kho¸ luËn tèt nghiÖp - Khoa M«i trêng víi sîi ban ®Çu kh«ng tÈm. Qu¸ tr×nh than ho¸ thêng ®îc thùc hiÖn ë nhiÖt ®é 2300C - 3500C trong m«i trêng khÝ tr¬, CO2 hoÆc kh«ng khÝ. Ho¹t ho¸ thêng thùc hiÖn ë t0 = 700 - 9000C víi t¸c nh©n ho¹t ho¸ lµ H2O, khÝ CO2 hoÆc hçn hîp cña chóng. Nh phÇn trªn ®· nãi, vÊn ®Ò nghiªn cøu ®iÒu chÕ chÊt hÊp phô sîi cac bon ë ViÖt Nam cßn Ýt ®îc quan t©m. V× vËy viÖc nghiªn cøu x¸c lËp c¸c ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ cña quy tr×nh ®iÒu chÕ chÊt hÊp phô sîi cac bon lµ cÇn thiÕt . Trªn c¬ së ®ã ph¹m vi nghiªn cøu cña kho¸ luËn nµy sÏ lµ: nghiªn cøu ¶nh hëng cña mét sè yÕu tè ho¹t ho¸ trong qu¸ tr×nh ®iÒu chÕ vµ x¸c lËp quy tr×nh ®iÒu chÕ chÊt hÊp phô sîi c¸c bon. 1.3 TÝnh chÊt vµ lÜnh vùc øng dông. Than ho¹t tÝnh cã kh¶ n¨ng tÈy mµ, lµm trong, hÊp phô khÝ, trao ®æi i«n vµ lµm nÒn xóc t¸c. Tõ tÝnh chÊt ®ã mµ hiÖn nay than ho¹t tÝnh ®îc øng dông trong nhiÒu lÜnh vùc víi môc ®Ých kh¸c nhau. Tuy nhiªn, tuú thuéc vµo tõng lo¹i mµ ph¹m vi vµ hiÖu qu¶ øng dông cña nã cã phÇn kh¸c nhau. Trong lÜnh vùc qu©n sù, than ho¹t tÝnh dïng lµm vËt liÖu läc ®éc trong c¸c mÆt n¹ phßng ®éc[2,10]. Trong ngµnh c«ng nghiÖp mÝa ®êng th× than ho¹t tÝnh l¹i ®îc sö dông lµm vËt liÖu tÈy mµu[2]. Cßn trong lÜnh vùc xö lý m«i trêng, than ho¹t tÝnh dïng ®Ó hÊp phô h¬i, khÝ ®éc (trong xö lý khÝ) vµ hÊp phô c¸c chÊt h÷u c¬ trong viÖc lµm s¹ch nguån níc[1,7]. Ngoµi ra, than ho¹t tÝnh cßn ®îc øng dông trong nhiÒu nghµnh kh¸c: c«ng nghÖ thùc phÈm, c«ng nghÖ dÇu khÝ, y tÕ,... ch¬ng 2. §èi tîng vµ ph¬ng ph¸p nghiªn cøu. 2.1. §èi tîng nghiªn cøu. 15 Kho¸ luËn tèt nghiÖp - Khoa M«i trêng Víi môc ®Ých t¹o ra vµ ®a vµo øng dông mét d¹ng sö dông míi cña than ho¹t tÝnh( than ho¹t tÝnh d¹ng sîi), ®ång thêi muèn tËn dông nguyªn liÖu cã nguån gèc tõ thùc vËt nh: gç, than ®¸, than bïn vµ vá qu¶,... ë ViÖt Nam vµ ph¸t huy u thÕ hÊp phô cña sîi cacbon ho¹t tÝnh, ®èi tîng nghiªn cøu cña khãa luËn lµ: “ Nghiªn cøu ®iÒu chÕ chÊt hÊp phô sîi cacbon tõ sîi hydrat xenlulo”. 2.2.Ph¬ng ph¸p nghiªn cøu. 2.2.1.Ph¬ng ph¸p x¸c ®Þnh khèi lîng riªng biÓu kiÕn Khèi lîng riªng biÓu kiÕn  cña than x¸c ®Þnh b»ng ph¬ng ph¸p n¹p Hg[6] 2.2.2.Ph¬ng ph¸p x¸c ®Þnh khèi lîng riªng thùc Khèi lîng riªng thùc d cña than ®îc x¸c ®Þnh b»ng ph¬ng ph¸p n¹p C6H6 [6] 2.2.3.Ph¬ng ph¸p x¸c ®Þnh tæng thÓ tÝch lç. Tæng thÓ tÝch lç V cña than ®îc tÝnh theo c«ng thøc 1 1 V   d (1.5) (cm 3 / g ) [2,4] Trong ®ã:  lµ tØ träng biÓu kiÕn. d lµ tØ träng thùc Tæng thÓ tÝch lç ®Æc trng cho ®é xèp cña than ho¹t tÝnh 2.2.4. Ph¬ng ph¸p x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cÊu tróc xèp vµ kh¶ n¨ng hÊp phô vËt lý víi h¬i níc, víi h¬i C6H6 trªn thiÕt bÞ ®o hÊp phô bÒ mÆt vµ c©n hÊp phô Mc-Bell. Kh¶ n¨ng hÊp phô cña than ho¹t tÝnh ®îc x¸c ®Þnh theo ph¬ng ph¸p Rubinstein trªn c©n hÊp phô Mc-Bell víi lß xo th¹ch anh ( h×nh 1) [2,7,10,17] §é hÊp phô- gi¶i hÊp phô cña than ho¹t tÝnh ë c¸c gi¸ trÞ ¸p suÊt h¬i t¬ng dèi t¬ng øng ®îc x¸c ®Þnh th«ng qua ®é co d·n cña lß xo th¹ch anh cã treo giá mÉu. §é co d·n cña lß xo ®îc x¸c ®Þnh b»ng thiÕt bÞ quang häc cã ®é chÝnh x¸c  0.01mm. 16 Kho¸ luËn tèt nghiÖp - Khoa M«i trêng 6 8 9 n íc 4 3 nit¬ 5 7 1 0 níc 1-Bé lµm kh«, s¹ch dßng khÝ 6-Buång hçn hîp 2-Lu lîng kÕ V2 7-Buång hÊp phô 3-Lu lîng kÕ V1 8-Lß xo th¹ch anh 4-B×nh bay h¬i chøa C6H6 9-Giá ®ùng mÉu 5-H»ng nhiÖt 10-M¸y ®o ®é co-d·n lß xo * X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cÊu tróc xèp: - Dùng ®êng hÊp phô – gi¶i hÊp ®¼ng nhiÖt a = f(P/Ps) (H×nh2) 17 Kho¸ luËn tèt nghiÖp - Khoa M«i trêng - ThÓ tÝch c¸c lo¹i lç trong than ho¹t tÝnh ®îc tÝnh nh sau: + ThÓ tÝch lç nhá: Vn = ao.V (cm3/g) (1.6) + Thª tÝch lç trung: Vt = (as – ao)V (cm3/g) (1.7) + ThÓ tÝch lç lín: Vl = V – (Vn – Vt) (cm3/g)\ (1.8) Trong ®ã: ao- ®é hÊp phô øng víi ®iÓm b¾t ®Çu vßng trÔ as- ®é hÊp phô øng víi ®iÓm cuèi vßng trÔ v- thÓ tÝch 1mmol chÊt bÞ hÊp phô V- tæng thÓ tÝch lç *X¸c ®Þnh bÒ mÆt riªng: Dùng ®å thÞ ®êng th¼ng BET(H×nh 3) Tõ ®å thÞ ta tÝnh ®îc: + §é hÊp phô ®¬n ph©n tö: am (mmol/g) (1.9) am  1 OA  tg + DiÖn tÝch bÒ mÆt riªng: S = am. N. Wo (m2/g) (2.0) Trong ®ã: N-sè Av«ga®r« (= 6.023.1023 ph©n tö/mol) Wo- diÖn tÝch cña mét ph©n tö chÊt bÞ hÊp phô (víi C6H6 trªn than ho¹t tÝnh th× Wo = 40.10-20 m2/ ph©n tö. 18 Kho¸ luËn tèt nghiÖp - Khoa M«i trêng Ch¬ng 3 KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 3.1. Kh¶o s¸t qu¸ tr×nh than ho¸ Kh¶o s¸t qu¸ tr×nh than ho¸ cã c¸c bíc sau: - Nguyªn liÖu ®Çu vµo - Lo¹i t¹p chÊt - Xö lý nguyªn liÖu - Than ho¸ * Nguyªn liÖu ®Çu vµo: Nguyªn liÖu dïng ®Ó chÕ t¹o sîi cacbon nh: than ®¸, dÇu má, nhùa phenol, lignhin, vËt liÖu trªn c¬ së xellulo, sîi poly acrynotril, polyvinyl clorua,… Th«ng sè kü thuËt sîi hydrat xellulo: - B¸n kÝnh sîi 120D/30F - §é bÒn dai khi kh« tèi thiÓu 1,42Cn/dTEX - §é bÒn dai khi Èm tèi thiÓu 0,62Cn/dTEX - §é d·n khi kh« %: 15,5% - 26% - §é xo¾n vÆn: tèi ®a 19% - MÇu ®ång nhÊt: mÇu s¸ng - Hµm lîng dÇu: 0,8 - 15% - Sè sîi chªnh lÖch tèi ®a: 3% - Lu huúnh cßn l¹i:  14g/100g sîi - Sù « nhiÔm kh«ng ®¸ng kÓ Tõ sîi hydrat xellulo: xe 20 sîi ®¬n víi vßng xo¾n 140 vßng/m. V¶i ®îc dÖt thµnh tÊm víi mËt ®é sîi: chiÒu däc 200sîi/10cm, chiÒu ngang 100sîi/10cm. * Lµm s¹ch nguyªn liÖu: - VÊn ®Ò giÆt s¹ch, lo¹i chÊt bÈn b»ng c¸ch sau: ®ung níc s«i sau ®ã, th¶ v¶i vµo chËu níc lín ®Ó nhiÖt ®é h¹ xuèng t 0C = 60 - 700C, tiÕp theo bá xµ phßng vµo khuÊy ®Òu, ng©m v¶i trong níc xµ phßng víi thêi 19 Kho¸ luËn tèt nghiÖp - Khoa M«i trêng gian 1 giê. Sau ®ã rò v¶i s¹ch xµ phßng (kh«ng vß tr¸nh x« sîi v¶i) vµ ®em ph¬i kh«. - TÊm v¶i ®îc c¾t thµnh nhiÒu m¶nh ®Ó thÝ nghiÖm. - C¸c mÉu v¶i ®îc sÊy kh« trong tñ sÊy ë 110 0C trong 3 giê. Vµ c©n khèi lîng mÉu. - V¶i mÉu ®îc tÈm trong hçn hîp chøa nit¬, phètpho (CO(NH 2)2, (NH4)2HPO4). Víi thêi gian 20 phót ë nhiÖt ®é t0C = 650 B¶ng 1: ST T 1 2 3 4 5 Khèi lîng Khèi lîng % khèi lîng Khèi lîng mÉu sau mÉu sau mÉu t¨ng sau mÉu sau sÊy kh« tÈm, sÊy tÈm, sÊy than ho¸ 17,690 17,104 17,492 18,034 18,037 Sau ®ã vít mÉu 20,550 13,92 10,580 19,594 12,71 9,480 19,820 11,75 9,696 20,382 11,52 9,847 20,693 12,84 9,796 ra, ®Ó r¸o níc, dïng con l¨n èng nhùa, % hao hôt khèi lîng sau than ho¸ 40,20 44,57 44,85 45,39 45,69 ®Ó v¾t níc d vµ ®a mÉu v¶i vµo trong tñ sÊy ë 1200C víi thêi gian 3 giê. Sau ®ã lÊy mÉu ra c©n khèi lîng. Tõ b¶ng 1 nhËn thÊy: sau qu¸ tr×nh tÈm sÊy khèi lîng mÉu trung b×nh thay ®æi: 12,58%. * Than ho¸: - Tríc hÕt dïng tay t¸ch nhÑ trªn mÆt v¶i, ®Ó t¸ch c¸c sîi bét (hçn hîp chÊt h÷u c¬ cã cha nit¬, phètpho) dÝnh kÕt sau tÈm. - Cuén mÉu v¶i vµo èng ch×, buéc d©y thÐp cè ®Þnh sau ®ã l¾p ®Æt vµo èng lß quay n»m ngang SRJK - 5 - 9S (Trung Quèc). - Tèc ®é gia nhiÖt 70C/phót. - Thæi khÝ tr¬ tèc ®é 2,5 lÝt/phót N2 . - Vßng quay cña lß lµ 10 vßng/phót. - Than ho¸ ë 2300C víi thêi gian lµ 4 giê. Khi hÕt khãi tr¾ng tõ trong lß bay ra. §Ó nguéi vµ c©n khèi lîng than thu ®îc. 20