Tiểu luận môn công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn phương pháp hấp phụ trong xử lý môi trường

  • Số trang: 50 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 14 |
  • Lượt tải: 0
tranphuong

Đã đăng 58976 tài liệu

Mô tả:

NHÓM 2-PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ GV: TRẦN ĐỨC THẢO Mục lục I. KHÁI NIỆM ................................................................................. 2 1. Định nghĩa hấp phụ ............................................................. 2 2. Hấp phụ trong xử lý khí thải .............................................. 2 3. Cơ chế, nguyên lý và các yếu tố ảnh hưởng quá trình hấp phụ ........................................................................................... II. PHÂN LOẠI ................................................................................. 4 1. Hấp phụ vật lý ........................................................................ 2. Hấp phụ hóa học .................................................................... III. VẬT LIỆU HẤP PHỤ ................................................................ 7 1. Các yêu cầu đối với vật liệu hấp phụ ................................... 2. Phân loại vật liệu hấp phụ .................................................... 3. Các nhóm chất hấp phụ trong công nghiệp ........................ 4. Một số vật liệu hấp phụ điển hình........................................ 5. Quá trình hoàn nguyên - giải hấp ........................................ IV.THIẾT BỊ HẤP PHỤ................................................................. 18 1. Thiết bị hấp phụ không hoàn nguyên .................................. 2. Thiết bị hấp phụ hoàn nguyên.............................................. V. CÁC THÔNG SỐ CỦA QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ ................. 23 1. Độ xốp của vật liệu hấp phụ ................................................. 2. Đường cân bằng đẳng nhiệt trong vật liệu hấp phụ........... 3. Sử dụng phương trình BET trong tính toán ....................... VI. ỨNG DỤNG ............................................................................... 25 1. Xử lý khí NOx ......................................................................... 1 NHÓM 2-PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ GV: TRẦN ĐỨC THẢO 2. Xử lý hơi thủy ngân bằng chất hấp phụ piroluzit (phương pháp khô và khô – ướt phối hợp) 3. Xử lý khí H2S bằng than hoạt tính 4. Xử lý H2S bằng chất hấp phụ oxit sắt Fe2O3 5. Xử lý SO2 bằng chất hấp phụ thể rắn 6. Xử lý ô nhiễm mùi bằng phương pháp hấp phụ 7. Hấp phụ hơi các dung môi bay hơi 8. Xử lý các halogen và hợp chất của chúng 9. Xử lý các hợp chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh VII.CÔNG NGHỆ ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ...... 40 1. Sơ đồ xử lý khí thải trong sản xuất phân bón 2. Xử lý khí trong công nghệ xử chất thải nguy hại bằng phương pháp đốt 3. Công nghệ xử khí thải máy phát điện 4. Xử lý thải trong lò đốt chất thải rắn y tế 5. Công nghệ xử lý khí thải trong lò hơi 6. Công nghệ làm sạch khí thải từ công nghiệp sợi VISCO khỏi CS2 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................. 49 2 NHÓM 2-PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ GV: TRẦN ĐỨC THẢO PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ I. KHÁI NIỆM 1. Định nghĩa hấp phụ “Hấp phụ là hiện tượng phân tử chất khí, lỏng các ion được giữ lại trên bề mặt phân cách pha. Bề mặt phân cách pha có thể là lớp khí -lỏng, lỏng - lỏng, khí -rắn và lỏng -rắn.” 2. Hấp phụ trong xử lí khí thải  Là quá trình phân li khí dựa trên ái lực của một số chất rắn đối với một số loại khí có mặt trong hỗn hợp khí nói chung và trong khí thải nói riêng, trong quá trình đó các phân tử chất khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt của vật liệu rắn. o Vật liệu rắn được sử dụng trong quá trình này gọi là chất hấp phụ (adsorbent). o Chất khí bị giữ lại trong chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ (adsorbate). o Những khí không bị hấp phụ gọi là khí trơ. Ví dụ: Hấp phụ SO2 trong khí thải nhà máy nhiệt điện, luyện kim……bằng than hoạt tính thì chất hấp phụ là : than hoạt tính, chất bị hấp phụ: SO2.  Trong quá trình hấp phụ có toả ra một nhiệt lượng, gọi là nhiệt hấp phụ. Bề mặt càng lớn tức độ xốp của chất hấp phụ càng cao thì nhiệt hấp phụ toả ra càng lớn.  Quá trình hấp phụ được sử dụng rộng rãi để khử ẩm trong không khí loại bỏ những chất gây mùi , thu hồi các loại hơi khí có giá trị trong không khí cũng như khí thải, những chất màu, những ion hòa tan trong nước.  Quá trình hấp phụ cơ bản gồm có 3 bước:  Bước 1: Các chất ô nhiễm trong khí thải tiếp xúc với lớp ngoài vật liệu hấp phụ.  Bước 2: Các phân tử chất ô nhiễm di chuyển từ bề mặt chất hấp phụ (diện tích chỉ vài m2/g chất hấp phụ) vào các khe bên trong chất hấp phụ (kích thước các khe nhỏ dần từ 50nm đến 2nm). Tổng diện tích bề mặt các khe này lên đến hàng trăm m2/g chất hấp phụ; vì vậy, có thể nói toàn quá trình hấp phụ xảy ra trong các khe nhỏ li ti trên bề mặt chất hấp phụ. 3 NHÓM 2-PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ GV: TRẦN ĐỨC THẢO  Bước 3: các phần tử chất ô nhiễm dính chặt vào chất hấp phụ nhờ các lực liên kết.  Quá trình hấp phụ được thực hiện bằng cách: cho tiếp xúc 2 pha ko hòa tan là pha rắn ( chất hấp phụ) với pha khí . Dung chất ( chất bị hấp phụ) sẽ đi từ pha khí đến pha rắn cho đến khi nồng độ của dung chất phân bố giữa 2 pha dạt cân bằng. bây giờ ta cần phải tiến hành giải thoát dung chất ra khỏi pha rắn  giải thoát chất ô nhiễm đã bị hấp thụ phụ ra khỏi bề mặt vật liệu. Quá trình này được gọi là quá trình giải hấp – hoàn nguyên. 3. Cơ chế, nguyên lý và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ  Cơ chế trong quá trình hấp phụ: gồm có 3 giai đoạn  Quá trình khuếch tán chất bị hấp phụ từ môi trường đến bề mặt chất hấp phụ. Giai đoạn này phụ thuộc vào tính chất vật lí và thủy động lực của môi trường.  Các chất bị hấp phụ khuếch tán theo các mao quản đến bề mặt chất hấp phụ.  Giai đoạn cuồi cùng là tương tác hấp phụ  Đặc biệt quá trình hấp phụ được áp dụng phù hợp cho những trường hợp sau:  Chất khí ô nhiễm không cháy được hoặc khó đốt cháy  Chất khí cần khử là có giá trị và cần thu hồi  Chất khí ô nhiễm có nồng độ thấp trong khí thải mà các quá trình khử khí khác không thể áp dụng.  Nguyên lí hấp phụ: thuyết hấp phụ của Lăng – mua: là do phân tử hoặc nguyên tử chất hấp phụ chưa bão hòa hóa trị, do lực hóa trị dư tạo ra liên kết hóa học, khoảng tác dụng của lực này ko lớn hơn đường kính phân tử do đó chỉ hấp phụ 1 lớp. Quá trình hấp phụ chỉ xảy ra trên những điểm đặc biệt được gọi là tâm hấp phụ. Bản chất của hấp phụ thực chất là hút các phân tử chất khí lên bề mặt vật liệu và giữ chúng lại trên bề mặt của chúng.  Các yếu tố ảnh hưởng:  Ảnh hưởng của môi trường: Giữa môi trường và chất tan thường có sự cạnh tranh sự hấp phụ lên bề mặt rắn. Về mặt nhiệt động học, cấu tạo nào có sức căng bề mặt bé hơn sẽ bị hấp phụ mạnh 4 NHÓM 2-PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ GV: TRẦN ĐỨC THẢO hơn lên bề mặt vật rắn. Tuy nhiên, trong thực tế còn có sự tác động của các yếu tố khác.  Ảnh hưởng của bản chất hấp phụ Bản chất là độ xốp của vậ hấp phụ ảnh hưởng lớn đến sự hấp phụ. Vật hấp phụ không phân cực thì hấp phụ chất không cực tốt, và ngược lại.  Ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất( đối với chất khí thì chỉ chịu ảnh hưởng của 2 loại này) Áp suất: áp suất càng cao, khả năng hấp phụ càng tốt. II. PHÂN LOẠI Giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học thật ra khó phân biệt, có khi nó tiến hành song song, có khi chỉ có giai đoạn hấp phụ vật lý tuỳ thuộc tính chất của bề mặt của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, tuỳ thuộc vào điều kiện quá trình (nhiệt độ, áp suất... ) 1. Hấp phụ vật lí (physical adsorption):  Các phần tử khí bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ nhờ lực liên kết giữa các phần tử (lực Vander Waals, lực tương tác tĩnh điện hoặc lực phân tán London).  Quá trình này có toả nhiệt, độ nhiệt toả ra phụ thuộc vào cường độ lực liên kết phân tử và tương đương với entanpy ( nhiệt) ngương tụ của hơi, khí. Nhiệt hấp phụ lý học thường không lớn nằm khoảng 2 – 20 kJ/mol. 5 NHÓM 2-PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ GV: TRẦN ĐỨC THẢO  Thích hợp ở nhiệt độ thấp , ngược lại lượng khí bị hấp phụ bằng quá trình hấp phụ vật lí sẽ giảm nhanh và có trị số rất bé khi nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn của chất bị hấp phụ.  Lượng khí bị hấp phụ tỉ lệ thuận với diện tích bề mặt của vật liệu hấp phụ.  Hấp phụ vật lý xảy ra do kết quả của ba hiệu ứng khác nhau: sự định hướng, sự phân tán và sự phản ứng. + Hiệu ứng định hướng: xảy ra trong trường hợp chất hấp phụ và chất bị hấp phụ đều phân cực. Các cực dương và âm của chúng hút lẫn nhau. Điển hình là sự hấp phụ của hơi nước lên bề mặt silicagel. + Hiệu ứng phân tán: xảy ra khi các chất hấp phụ và chất bị hấp phụ đều không phân cực. Ngay cả các chất không phân cực cũng tồn tại hiệu ứng phân cực nhưng không thường xuyên do sự phân bố của electron trong phân tử. Thông qua hiệu ứng này, khi hai phân tử phân cực không thường xuyên đến gần nhau, năng lượng tổng cộng của chúng sẽ suy giảm và chúng dao động đồng bộ với nhau. Ví dụ sự hấp phụ của hơi chất hữu cơ lên than hoạt tính. + Hiệu ứng cảm ứng: xảy ra trong trường hợp một chất phân cực một chất không phân cực. Phân tử chất phân cực có thể tạo ra hiệu ứng phân cực cho phân tử kia khi chúng tiến đến gần nhau. Năng lượng của lien kết này phụ thuộc vào khả năng phân cực của chất không phân cực. Năng lượng của liên kết này rất nhỏ nếu so với năng lượng từ hai hiệu ứng trên. Vì vậy, hệ thống hấp phụ thường sử dụng chất hấp phụ phân cực để hấp phụ chất ô nhiễm phân cực. Ưu điểm:  Tính thuận nghịch: bằng cách hạ thấp áp suất riêng của chất khí cần hấp phụ trong hỗn hợp khí hoặc thay đổi nhiệt độ, khí bị hấp phụ sẽ nhanh chóng bị nhả ra mà bản chất hóa học của nó không hề bị thay đổi.  Giúp thu hồi chất bị hấp phụ có giá trị hoặc khi cần hoàn nguyên chất hấp phụ đã bão hòa để tái sử dụng.  Tốc độ hấp phụ diễn ra rất nhanh. Nhược điểm: chậm hơn hấp phụ hóa học, ko có tính chọn lọc cao, tốn chi phái cho việc hoàn nguyên vật liệu. Ứng dụng thực tế: Sự hấp phụ vật lí đặc trưng nhất là hấp phụ hơi nước trên bề mặt silicagen, than hoạt tính hấp phụ SO2….. 6 NHÓM 2-PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ GV: TRẦN ĐỨC THẢO 2. Hấp phụ hóa học (chemisorption):  Là kết quả của các phản ứng hóa học giữa chất bị hấp phụ và vật liệu hấp phụ  Lực liên kết mạnh hơn nhiều so với lực liên kết trong hấp phụ vật lí  Lượng nhiệt tỏa ra nhiều hơn thường nằm trong khoảng 20 – 400kJ/g.mol  Tính không thuận nghịch. Khi cần giải thoát khí đã bị hấp phụ trong quá trình hấp phụ hóa học thì bản chất hóa học của khí đã bị thay đổi  muốn hoàn nguyên thu hồi khí có giá trị phải chọn vật liệu hấp phụ nào có tính chất hấp phụ vật lí là chủ yếu.  Xảy ra nhanh, tốc độ cao ở điều kiện nhiệt độ cao, phụ thuộc vào nhiệt độ, được gọi là hấp phụ hóa học kích hoạt, ngược lại là qt hấp phụ hóa học ko kích hoạt.  Trong công nghiệp, các chất rắn có khả năng tang tốc độ hấp phụ được sử dụng khá nhiều. Hấp phụ hóa học là quá trình hấp phụ chọn lọc. Chỉ những chất có khả năng phản ứng với chất hấp phụ mới được giữ lại. Quá trình hấp phụ hóa học chỉ dừng lại khi bề mặt chất hấp phụ bị bao phủ hoàn toàn bởi chất bị hấp phụ. Chất bị hấp phụ chỉ phân bố một lớp trên bề mặt chất hấp phụ. Ưu điểm: tốc độ nhanh, chọn lọc cao Nhược điểm: không có khả năng hoàn nguyên, tốn chi phí cho vật liệu hấp phụ. Ứng dụng: hấp phụ VOC bẳng AL2O3- ZEOLIT… Bảng 1.1: Bảng so sánh hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Loại liên kết Hấp phụ vật lý Hấp phụ hóa học Tương tác vật lý không có sự trao đổi electron Liên kết hóa học có sự trao đổi electron 7 NHÓM 2-PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ GV: TRẦN ĐỨC THẢO Nhiệt hấp phụ Vài Kcal/mol Vài chục Kcal/mol Năng lượng hoạt hóa Không quan trọng Quan trọng Khoảng nhiệt độ hấp phụ Nhiệt độ thấp Ưu đãi ở nhiệt độ cao Số lớp hấp phụ Nhiều lớp Một lớp Tính đặc thù Ít phụ thuộc vào bản chất của bề mặt, phụ thuộc vào những điều kiện về nhiệt độ và áp suất Có tính đặc thù. Sự hấp phụ chỉ diễn ra khi chất bị hấp phụ có khả năng tạo liên kết hóa học với chất hấp phụ Tính thuận nghịch Có tính thuận nghịch. Sự phản hấp phụ là xu hướng phân bố đều đặn chất bị hấp phụ trở vào môi trường Thường bất thuận nghịch. Quá trình giải hấp tương đối khó vì sản phẩm giải hấp thường bị biến đổi thành phần hóa học III. VẬT LIỆU HẤP PHỤ  Các loại chất hấp phụ bao gồm : than hoạt tính, silicagel, nhựa tổng hợp có khả năng trao đổi ion, cacbon sunfua, than nâu, than bùn, than cốc, đôlomit, cao lanh, tro và các dung dịch hấp phụ lỏng.  Thường là các loại vật liệu dạng hạt có kích thước từ 6 – 10 mm có độ rỗng lớn hình thành do những mạch mao quản li ti nằm bên trong khối vật liệu.  Số lượng mao quản lớn  bề mặt mặt tiếp xúc của vật liệu rất lớn. Vd: than hoạt tính có bề mặt hiệu quả lên đến 105 – 106 m2/kg  Tùy thuộc vào thành phần hóa học mà vật liệu hấp phụ có một số tính chất riêng của chúng. 8 NHÓM 2-PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ GV: TRẦN ĐỨC THẢO 1. Các yêu cầu đối với vật liệu hấp phụ Các chất hấp phụ thường được ở dạng: hạt hình nhỏ, thanh, bùn, hoặc đá nguyên khối với hydrodynamic đường kính khoảng 0.5 đến 10 mm. chúng phải chống mài mòn cao, ổn định với nhiệt và đường kính lỗ nhỏ, giúp tăng diện tích bề mặt do đó tăng khả năng hấp phụ. Các chất hấp phụ phải có cấu trúc lỗ xốp riêng biệt với nhau giúp cho chúng có khả năng thoát khí nhanh.  Có khả năng hấp phụ cao: tức là hút được một lượng lớn khí cần khử từ pha khí  Phạm vi tác dụng rộng – tách được nhiều loại khí khác nhau.  Có độ bền cơ học cần thiết: không bị vỡ vụn, nghiền nhỏ trong quá trình vận chuyển.  Khả năng hoàn nguyên dễ dàng: có thể được sử dụng lại  Giá thành thấp. Tất cả các yêu cầu trên đều nhắm mục đích tăng hiệu quả xử lí khí tránh ô nhiễm môi trường đồng thời tiết kiệm chi phí cho quá trình làm việc. 2. Phân loại vật liệu hấp phụ: được chia thành 3 nhóm chính - Vật liệu có cực: trên bề mặt của chúng xảy ra quá trình hấp phụ hóa học nhưng ko làm thay đổi cấu trúc phân tử chất khí cũng như cấu trúc bề mặt của vật liệu hấp phụ. - Vật liệu không có cực: trên bề mặt của chúng xảy ra chủ yếu là hiện tượng hấp phụ vật lí . - Vật liệu mà trên bề mặt của chúng xảy ra quá trình hấp phụ hóa học và quá trình đó làm thay đổi cấu trúc của phân tử khí 3. Các nhóm chất hấp phụ trong công nghiệp  Hợp chất chứa Oxy– điển hình thân nước và phân cực, bao gồm các vật liệu như silicagel và zeolites.  Hợp chất có nguồn gốc Carbon – điển hình thân dầu và kém phân cực, bao gồm các vật liệu như carbon hoạt tính và graphite. 9 NHÓM 2-PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ GV: TRẦN ĐỨC THẢO  Hợp chất có nguồn gốc polymer – phân cực hoặc không phân cực phụ thuộc vào nhóm chức trong cấu trúc polymer. Hình: Sự di chuyển của các chất bị hấp phụ trên bề mặt riêng của chất hấp phụ 4. Một số vật liệu hấp phụ điển hình  Than hoạt tính: 10 NHÓM 2-PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ GV: TRẦN ĐỨC THẢO Than hoạt tính là một chất hấp phụ rắn, xốp, không phân cực và có bề mặt riêng rất lớn. Về bản chất nguyên tố, nó thuộc nhóm graphit, một dạng hình thù của cacbon gồm các tinh thể có cấu trúc bất trật tự nhưng khác với graphit là trong tinh thể của than hoạt tính có 6 vòng nguyên tử cacbon sắp xếp kém trật tự hơn. Vì vậy, than hoạt tính có cấu tạo xốp hơn và tạo nên nhiều lỗ hỗng khoog đồng đều và rất phức tạp. Cấu trúc lỗ xốp phức tạp và bề mặt riêng khác nhau làm cho các loại than hoạt tính này trở nên có khả năng hấp phụ khác nhau. Việc tạo ra các loại than khác nhau phụ thuộc chủ yếu vào cách chế tạo. Nhìn chung, các lỗ xốp trong than hoạt tính có bán kính hiệu dụng từ vài chục đến hang chục nghìn Ao. Về mặt cấu tạo, nó có cấu tạo kiểu ống gồm một hệ lỗ xốp mao quản thong nhau và thông với môi trường bên ngoài với cấu trúc không gian ba chiều. Có thể chia kích thước lỗ xốp theo 3 loại sau: - Dạng vi mao quản: Bán kính hiệu dụng cỡ 10Ao, có bề mặt riêng lớn nhất (350 – 1000m2/g) và chiếm phần chủ yếu trong than hoạt tính. - Dạng mao quản trung gian: Có bán kính hiệu dụng khoảng 100-250Ao dạng này có bề mặt riêng không lớn lắm, khoảng 100m2/g. - Dạng mao quản lớn:Có bán kính hiệu dụng khoảng 1000 – 10000Ao dạng này có bề mặt riêng rất nhỏ, không quá 2m2/g. Hình: Bề mặt than hoạt tính sau khi diễn ra quá trình hấp phụ 11 NHÓM 2-PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ GV: TRẦN ĐỨC THẢO Cấu trúc than hoạt tính như ta đã biết phụ thuộc vào kích thước mao quản, theo cách khác ta có thể chia ra thành 2 loại cấu trúc: Loại 1: Là loại than hoạt tính đã hoạt hóa trung bình, bị đốt cháy không quá 50%, loại này có mao quản tương đối nhỏ, đường kính mao quản nhỏ hơn 2.10-6 mm. Loại 2: Là loại than đã hoạt hóa cao, bị đốt cháy vượt quá 75%, đường kính mao quản từ 2.10-6 – 6.10-6 mm. Giữa 2 loại cấu trúc trên còn có các loại than với độ cháy trong giới hạn từ 50%-75%. Than hoạt tính có ái lực mạnh đối với hydrocacbon, silicagel có khả năng hút nước mạnh. Có khả năng hoàn nguyên, bằng các cách sau: - Tái sinh bằng hơi Tái sinh bằng nhiệt Tái sinh hoá học Tái sinh sinh học Than hoạt tính có tác dụng hấp phụ tốt đối với các chất không phân cực ở dạng khí và dạng lỏng. Từ lâu than hoạt tính đã được sử dụng để làm mặt nạ phòng độc, làm sạch mài và khử mùi các sản phẩm dầu mỏ. Ngày nay trên thế giới, than hoạt tính được coi như là một chất hấp phụ chủ yếu trong công nghệ sử lý làm sạch môi trường bao gồm các lĩnh vực:  Làm sạch nước để uống, xử lí nước sinh hoạt hoặc xử lí nước thải của các công trình có độ nhiễm bẫn thấp.  Xử lý nước thải công nghiệp: Người ta sử dụng than hoạt tính trong những trường hợp hấp phụ các chất kém hoặc không phân hủy sinh học, các chất gây độc hại đối với các sinh vật trong trường họp xử lý chọn lọc bằng than hoạt tính đóng vai trò như quá trình tiền xử lý cho các bước xử lý tiếp theo.  Xử lý “cấp ba” nước thải công nghiệp và đô thị.  Xử lý khí thải độc hại, hơi ethanol, hơi hữu cơ, các chất gây mùi… Khi than đã hấp phụ bão hòa, nó không còn khả năng hấp phụ nữa. Trong những trường hợp này không pahir bỏ đi mà có thể tái sinh và sử dụng lại được. Đại đa số các chất hấp phụ như than hoạt tính đều có thể giải hấp bằng nhiệt. Khi trong môi trường có nhiệt độ cao, các chất hữu cơ cũng như phân tử acid dễ bay hơi tách khỏi bề mặt than. Đối với mỗi vật chất sẽ có một nhiệt độ xử lý phù hợp. Với các chất của 12 NHÓM 2-PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ GV: TRẦN ĐỨC THẢO kim loại thì thông thường phải giải hấp bằng acid sau đó rửa sạch bằng nước và sấy để tái sinh. Ngiên cứu vật liệu hấp phụ trên cơ sở than hoạt tính người ta tìm ra và đã ứng dụng vải sợi than hoạt tính có khả năng hấp phụ tốt và bền nhiệt Ưu điểm của việc sử dụng sợi cacbon hoạt tính so với than hoạt tính là đảm bảo hiệu quả thu hồi cao trên 99%; giảm thất thoát dung môi do phân hủy nhiệt của dung môi khi có than hoạt tính làm xúc tác. Giảm nguy cơ cháy nổ, thiết bị nhỏ gọn. Ứng dụng để thu hồi các dung môi có nhiệt độ cao. Hình:Tháp hấp phụ bằng than hoạt hoạt tính  Silicagen 13 NHÓM 2-PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ GV: TRẦN ĐỨC THẢO - Là oxit Silic vô định hình ngậm nước (SiO2.nH2O) - Thể tích lỗ xốp của Silicagen khoảng 0,3 – 1,2cm3/g - Diện tích bề mặt 300 -750m2/g. - Người ta dung Silicagen để hấp phụ chất phân cực. Loại lỗ rỗng micro dung để hấp phụ các hơi và khí dễ ngưng tụ, còn loại lỗ rỗng mezzo và macro để hấp phụ hơi các chất hữu cơ. - Sự tương tác mạnh giữa bề mặt silicagen và hơi nước được ứng dụng để sấy các môi trường khí. - Silicagen có lỗ xốp mịn được dung để hấp phụ các hơi và khí dễ ngưng tụ. - Silicagen có lỗ xốp thô và trung bình để hút hơi các hợp chất hữu cơ. - Silicagen không cháy, có nhiệt độ tái sinh thấp 100 -2000C và đủ độ bền cơ học. Tuy nhiên nó dễ bị phân hủy bởi giọt ẩm.  Alumogen - Oxit nhôm hoạt hóa Al2O3.nH2O (0,0< n<0,6) được đều chế bằng cách nung các Hydroxit nhôm khác nhau. - Diện tích bề mặ của keo nhôm là 170 – 220m2/g. - Tổng thể tích lỗ xốp khoảng 0,6 – 1cm3/g. - Khác với Silicagen,alumogen bền với tác dụng của các giọt ẩm. Chúng được ứng dụng để thu hồi các hợp chất hữu cơ phân cực và sấy khí. 14 NHÓM 2-PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ GV: TRẦN ĐỨC THẢO  Ionit: chất trao đổi ion - Là hợp chất cao phân tử. - Hiện nay chưa được áp dụng để xử lý khí thải công nghiệp.  Zeolit - Là các nhôm Silic chứa các oxit kim loại kiềm. - Công thức hóa học tổng quát: Me2/n.Al2O3.xSiO2.7H2O (Me: cation kim loại kiềm) - Zeolite có khả năng hấp phụ hơi các hợp chất phân cực và các chất có nối đôi, ba trong phân tử. Ngoài ra, Zeolit còn có khả năng lớn hấp phụ hơi nước. - Trong công nghiệp, phổ biến nhất là loại zeolit có hiệu NaA, CaA, CaX,NaX với các đường kính tới hạn cửa sổ là 4,5; 8 và 9A0. - Zeolit Nâ có thể hấp phụ đa số cấu tử trong khí thải công nghiệp có đường kính tới hạn không quá 4.10-9 như H2S, CS2, CO2, NH3, các cacbuahidro dienolic và axetylenic thấp, etan, etylen, propylen, các hợp chất hữa cơ có một nhóm metyl, và ở nhiệt độ thấp có thể hấp phụ cả CH4, Ne, Ar, Kr, Xe, O2, N2, CO (không hấp phụ được propan và hợp chất hữu cơ có ba nguyên tử cacbon). - Zeolit có độ bền cao trong môi trường acid yếu nên dùng để làm sạch khí cso chứa lưu huỳnh và trong các quá trình đề cacbonat hóa, nó còn hấp phụ được cả các rượu có mạch thẳng - Zeolit kiểu X hấp phụ tất cả các hợp chất hưu cơ có chứa lưu huỳnh, nito và oxy, cacbuahydro có thay halogen, các penta và decacboran. Khi thay tất cả cation Na bằng Ca thì zeolit CaX không hấp phụ các cacbuahydro thơm và dẫn xuất của chúng có các gốc phân nhánh. 15 NHÓM 2-PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ GV: TRẦN ĐỨC THẢO - Trong các loại zeolit thiên nhiên thì có các điolit, mordenit,erinit là loại zeolit có hàm lượng silic cao và chịu được acid. - Zeolite giữ được hoạt tính cao ở nhiệt độ tương đối lớn 150 -2500C. Đó là ưu điểm của Zeolit so với các vật liệu hấp phụ khác. - Tuy nhiên, do thể tích lỗ xốp của Zeolit nhỏ vì vậy lượng chất hấp phụ ít hơn so với các chất hấp phụ công nghiệp khác. Bảng1.2: So sánh một số chất hấp phụ 16 NHÓM 2-PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ GV: TRẦN ĐỨC THẢO 5. Quá trình hoàn nguyên – giải hấp phụ Khi xuất hiện điểm ngừng, tức là khi nồng độ chất ô nhiễm trong pha khí ở đầu ra của thiết bị đã bắt đầu tăng vượt giới hạn cho phép, caần phải ngưng chu kì hấp phụ và chuyển sang chu kì hoàn nguyên Là quá trình ngược với quá trình hấp phụ, dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi với quá trình hấp phụ:  Giảm nồng độ chất bị hấp phụ để thay đổi thế cân bằng hấp phụ  Tăng nhiệt độ làm lệch hệ số cân bằng vì hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt thực chất là làm yếu tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.  Thay đổi bản chất tương tác của hệ thông qua thay đổi pH của môi trường  Sử dụng tác nhân hấp phụ mạnh hơn để đẩy các chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt chất rắn.  Sử dụng tác nhân vi sinh vật.  Giải hấp phụ mang đặc trưng về hiệu quả kinh tế vì thế nếu chất hấp phụ rẻ tiền mà phương pháp tái sinh tốn kém thì chỉ nên sử dụng 1 lần. Cần tính toán kĩ lưỡng trước khi tái sinh.  Trong thực tế người ta thường áp dụng ột số phương pháp sau đây để hoàn nguyên vật liệu hấp phụ: a) Hoàn nguyên bằng nhiệt: Vật liệu được sấy nóng  khả năng hấp phụ giảm xuống đến mức thấp nhất  chất khí bị hấp phụ sẽ thoát ra ngoài. Sau đó , vật liệu cần được làm nguội trước khi đưa vào sử dụng lại Phổ biến nhất là phương pháp dùng không khí nóng hoặc hơi nước Ưu điểm: + Đơn giản + Ít tốn kém + Hiêu quả cao + ở 100 độ hơi nước sẽ giải thoát toàn bộ khí ra khỏi vật liệu mà ko làm hư vật liệu. + có thể thu hồi được chất bị hấp phụ trong hơi nước bằng cách cho ngưng tụ lại 17 NHÓM 2-PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ GV: TRẦN ĐỨC THẢO + hơi nước ngưng tụ lại và nhả nhiệt ngưng tụ trong lớp vật liệu hấp phụ càng làm tăng hiệu quả giải hấp + vật liệu hấp phụ có độ ẩm cao sau khi hoàn nguyên bằng hơi nước có thể được làm khô bằng cách thổi không khí lạnh và khô đi qua + hơi nước có entapy cao hơn nhiều so với không khí nóng do đó nhiệt độ của vật liệu được nâng cao một cách nhanh chóng. Nhược điểm: sau mỗi lần tái sinh dung lượn hấp phụ sẽ giảm, chất hấp phụ sẽ bị vỡ vụn, hao hụt. do đó số lần tái sinh chỉ có một giới hạn nhất định. Nhiệt độ hoàn nguyên than hoạt tính, Silicagen, keo nhôm vào khoản 100 – 200 C còn đối với Zeolit từ 100 – 4000C. 0 b) Hoàn nguyên bằng áp suất: theo cách giảm áp suất được thực hiện theo 2 phương án: + Giảm áp suất nếu quá trình hấp phụ diễn ra ở áp suất dư + Tạo chân không nêu giai đoạn hấp phụ được thực hiện ở áp suất thường. Ở nhiệt độ không đổi nếu áp suất giảm thì khả năng hấp phụ sẽ giảm và do đó chất khí bị hấp phụ sẽ được giải thoát khỏi bề mặt của vật liệu. c) Hoàn nguyên bằng khí trơ: Dùng khí trơ không chứa chất khí đã bị hấp phụ thổi qua lớp vật liệu hấp phụ. Trong trường hợp này áp suất riêng của chất bị hấp phụ trong pha khí sẽ thấp hoặc bằng 0, như vậy sẽ tạo được gradient P ngược chiều so với quá trình hấp phụ và chất hấp phụ trong pha rắn sẽ khuếch tán ngược trở lại vào pha khí – tức là giải hấp phụ d) Hoàn nguyên bằng cách đuổi: Giải hấp bằng cách đuổi ( giải hấp lạnh) là dung một tác nhân đuổi để đẩy chất bị hấp phụ ra khỏi chất hấp phụ. Để đuổi những cấu tử hữu cơ bị hấp phụ có thể dung tác nhân đuổi là CO2, NH3, H2O, một số chất hữu cơ hay chất khác, miễn sao đuổi có hiệu quả mà bản thân chúng cũng dễ tách khỏi chất hấp phụ. Các zeolit có hoạt độ hấp phụ mạnh đối với hơi nước nên có thể dung nó làm chất đuổi có hiệu quả cao. e) Hoàn nguyên bằng hơi nước: Dùng hơi nước để hoàn nguyên có các ưu điểm sau đây: - Nhiệt độ cao hơi có thể giải thoát được hầu hết các chất khí ô nhiễm đã bị hấp phụ trong pha rắn mà không làm hỏng vật liệu hấp phụ. 18 NHÓM 2-PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ GV: TRẦN ĐỨC THẢO - Có thể thu hồi được chất bị hấp phụ trong hơi bằng cách cho hơi ngưng tụ. - Vật liệu hấp phụ có độ ẩm sau khi hoàn nguyên bằng hơi nước có thể được làm khô bằng cách thổi không khí lạnh và khô đi qua. - Hơi nước có etapy cao hơi không khí nóng, do đó nhiệt độ của vật liệu hấp phụ được nâng cao một cách nhanh chóng. Các phương pháp hoàn nguyên trên thì phương pháp nhiệt bằng hơi nước được áp dụng rộng rãi nhất với lý do đơn giản, ít tốn kém, hiệu quả cao. IV. THIẾT BỊ HẤP PHỤ 1. Thiết bị hấp phụ không hoàn nguyên: Gồm 1 lớp vật liệu hấp phụ mỏng, hình trụ hoặc xếp nếp. chất hấp phụ được đổ lên một tấm đỡ bằng kim loại, có thể gồm nhiều tấm đặt trong 1 khung: Tốc độ dòng khí đi trong lớp hấp phụ : 6-18m/phút. Độ dày lớp hấp phụ: 1,25-10cm Tổn thất áp suất: ~65 Pas Tuổi thọ lớp vật liệu hấp phụ ~ 6 tháng nếu nồng độ chất ô nhiễm cao, ~2 năm nếu nồng độ chất ô nnhiễm thấp. Thường áp dụng trong phòng thí nghiệm, cơ quan, kho hóa chất, bể xăng. Hình: hệ thống hấp phụ không hoàn nguyên dạng tấm mỏng 19 NHÓM 2-PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ GV: TRẦN ĐỨC THẢO Bên cạnh phương pháp sử dụng các tấm mỏng, hệ thống hấp phụ không hoàn lưu còn được thiết kế với lớp hấp phụ khá dày, tuy nhiên không phổ biến bằng dạng mỏng. Hệ thống này thường được thiết kế trong một thùng phuy 200 lít. Dưới đáy thùng là một lớp sỏi để tạo nền cho khoảng 70kg than hoạt tính bên trên. Hệ thống này dung với lưu lượng nhỏ 2,8m3/phút từ các phòng thí nghiệm hay kho chứa hóa chất. Hình: Hệ thống hấp phụ không hoàn nguyên dạng thùng 2. Thiết bị hấp phụ hoàn nguyên: Quá trình thường được thực hiện trong những lớp đệm (tháp đệm) thường dược bố trí hai tháp để vừa đồng thời hấp phụ ở tháp này và hoàn nguyên vật liệu hấp phụ ở tháp kia, đảm bảo dòng khí hấp phụ liên tục.   Ưu điểm: + Thiết bị đơn giản, không cồng kềnh + Hiệu quả xử lí cao + Có thể tái sinh được chất hấp phụ nhiều lần + Thu hồi khí cần tách ở nồng độ cao + Có thể sử dụng làm sản phẩm cho quá trình sản xuất Nhược điểm: + Tốn nhiên liệu cho quá trình tái sử dụng 20
- Xem thêm -