Tài liệu Tiểu luận than hoạt tính.pptx

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện: Kỹ thuật hóa học Đề Tài Tiểu luận : THAN HOẠT TÍNH GVHD: PGS.TS. Phạm Thanh Huyền SVTH: Nội dung trình bày I. Khái niệm II. Cấu trúc và tính chất III.Phương pháp điều chế IV.Đặc trưng V. Ứng dụng I. Khái niệm  Than hoạt tính là một dạng cacbon đã được xử lý với Oxi để mang lại một cấu trúc rất xốp.  Than hoạt tính là chất hấp phụ linh hoạt, được sử dụng rộng rãi cho nhiều mục đích như loại bỏ màu, mùi, vị không mong muốn và các tạp chất hữu cơ, vô cơ trong nước thải công nghiệp và sinh hoạt, thu hồi dung môi, làm sạch không khí,…. II. Cấu trúc và tính chất 2.1. Cấu trúc xốp của bề mặt than hoạt tính  Sự sắp xếp ngẫu nhiên của các vi tinh thể và với liên kết ngang bền giữa chúng làm cho than hoạt tính có một cấu trúc lỗ xốp rất phát triển.  Cấu trúc bề mặt này được tạo ra trong quá trình than hóa khi làm sạch các chất chứa Cacbon trong khoảng trống giữa các tinh thể.  Than hoạt tính có các lỗ xốp từ 1nm đến vài nghìn nm. Các lỗ được chia thành 3 nhóm lỗ nhỏ, lỗ trung và lỗ lớn. • Lỗ nhỏ có kíck thước phân tử, bán kính hiệu dụng nhỏ hơn 2nm và có thể tích lỗ từ 0.15-0.7cm3/g. • Lỗ trung hay còn gọi là lỗ vận chuyển có bán kính hiệu dụng từ 2 đến 50nm, thể tích của chúng thường từ 0.1-0.2cm3/g. • Lỗ lớn không có nhiều ý nghĩa trong quá trình hấp phụ của than hoạt tính bởi vì chúng có diện tích bề mặt rất nhỏ và không vượt quá 0.5m2/g.  Mỗi nhóm này thể hiện một vai trò nhất định trong quá trình hấp phụ. 2.2. Cấu trúc hóa học của bề mặt than hoạt tính Than hoạt tính hầu hết được liên kết với một lượng oxy và hydro.Các nguyên tử khác loại này được tạo ra từ nguyên liệu ban đầu và trở thành một phần cấu trúc hóa học của than hoạt tính. Thành phần quyết định của lực hấp phụ lên bề mặt than là thành phần không tập trung của lực VanderWalls. Các electron độc thân và có hóa trị không bão hòa do sự biến đổi sự sắp xếp các electron trong khung cacbon cũng ảnh hưởng đến đặc điểm hấp phụ của than hoạt tính. 2. Tính chất lý, hóa của than hoạt tính 2.1. Tính chất vật lý  Những đặc điểm chung quyết định đến tính chất hấp phụ của than hoạt tính là: • Kích thước hạt. • Diện tích bề mặt riêng. • Cấu trúc vật lý. • Khối lượng riêng. 2.1.1. Kích thước hạt: Người ta thường sử dụng 2 phương pháp để xác định kích thước hạt than: • Phương pháp hiển vi điện tử. • Phương pháp hấp phụ lên bề mặt. Vì kích thước và diện tích bề mặt hạt than khác nhau nên trong tính toán người ta sử dụng giá trị trung bình. 2.1.2. Diện tích bề mặt riêng. Hai phương pháp dung để xác định diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính: • Phương pháp tính toán hình học. • Phương pháp tính toán theo chất lượng chất lỏng phân tử thấp hoàn toàn toàn trơ hóa học với than hoạt tính nhưng được hấp phụ lên bề mặt của than hoạt tính. 2.1.3. Cấu trúc vật lý.  Cấu trúc của than hoạt tính được đánh giá bằng mức độ phát triển cấu trúc bậc nhất của nó.  Mức độ phát triển của cấu trúc này phụ thuộc vào phương pháp sản xuất và nguyên liệu đầu vào sản xuất than.  Cấu trúc của than hoạt tính có thể xác định bằng kính hiển vi điện tử và được đánh giá gián tiếp qua lượng dầu được than hoạt tính hấp phụ (trị số dầu của than). 2.1.4. Khối lượng riêng. Là đại lượng phụ thuộc vào phương pháp xác định nó: là axeton và rượu, dao động từ 1800 -1900kg/m3, trong heli lỏng từ 1900 – 2000kg/m3, hằng số mạng tinh thể 2160 -2180kg/m3. Than hoạt tính dạng bột là các hạt nằm sát nhau, ở các góc cạnh, các cung là không khí nên dao động từ 80 -300kg/m3. Qua ứng dụng của than hoạt tính, người ta thấy rằng khối lượng riêng có giá trị 1860kg/m3 thường được sử dụng khá phổ biến. 2.2. Tính chất hóa học của than hoạt tính. • Phân tích cấu tạo và cấu trúc của than hoạt tính bằng tia Rơnghen cho thấy than hoạt tính có cấu trúc mạng phẳng, cấu tạo từ các vòng Cacbon, vị trí sắp xếp các nguyên tử Cacbon trong vòng giống vị trí sắp xếp các nguyên tử Cacbon trong Benzen. Các nguyên tử Cacbon liên kết với nhau bằng liên kết hóa học. • Ngoài Cacbon, trong thành phần hóa học của than hoạt tính còn có hydro, lưu huỳnh, oxi và các chất khác. • Các nguyên tử này được đưa vào than hoạt tính cùng với nguyên liệu đầu và trong quá trình oxi hóa. • Sự có mặt của các hợp chất chứa oxi trên bề mặt than hoạt tính được chứng minh bằng phản ứng axit huyền phù trong nước của than hoạt tính. III. Phương pháp sản xuất III. Phương pháp sản xuất  Phương pháp sản xuất bằng gáo dừa  Phương pháp sản xuất than máng  Phương pháp sản xuất than lò  Phương pháp sản xuất nhiệt phân Phương pháp sản xuất bằng gáo dừa  Nguyên liệu là gáo dừa Phương pháp sản xuất bằng gáo dừa  Công nghê ̣san xuấ  Hoạt hóa bằng công nghê ̣ lò quay có cánh đảo bên trong. • Lò quay được thiết kế có thể than hóa và hoạt hóa gáo dừa thành than hoạt tính. • Nhiên liê ̣u được dùng là đốt ngoài, nhiê ̣t đô ̣ hoạt hóa 800-9000C và tác nhân hoạt hóa là hơi nước. • Cánh đảo có tác dụng múc than lên và dô ̣i than xuống làm tăng khả năng tiếp xúc hơi nước và than keo dài đường đi của than trong lò.  Ưu điểm • Hoạt hóa nhanh vì hơi nước và than đi ngược chiều nhau tiếp xúc hai pha khí rắn tốt. • Năng xuất đạt cao hơn và sản xuất liên tục. Phương pháp sản xuất bằng gáo dừa  Quy ́rinh ́han hoa  Gáo dừa thu hái phải là loại gáo dừa già, đô ̣ âm không quá 155.  Đâ ̣p gáo dừa thành mảnh nhỏ khoảng 3:5 mm.  Chuân bị lò: • Lò được gia nhiê ̣t 400-5000C bằng cách đốt 1 bếp. • Dùng xenng cho gáo dừa đã chọn vào lò qua đường hô ̣p khói. • Mô ̣t lò mỗi giờ vào ra 50kg. Lò quay 2-3 v/p, than đi qua lò mất 50-60 phút. Quá trình này gọi là quá trình than hóa. Phương pháp sản xuất bằng gáo dừa  Quy trinh hoạt hóa:  Chuân bị lò: Đốt lò trước để đạt nhiê ̣t đô ̣, thấy nhiê ̣t đô ̣ lên châ ̣m phải tăng phun dầu. Khi đạt 8000C có thể nạp than vào lò. Trước đó lò hơi nước đã đốt đảm bảo áp suất quy định.  Sau khi kiểm tra thấy các điều kiê ̣n đạt mới cho than vào lò. Phản ứng hoạt hóa xảy ra như sau: Cn + H2O  Cn-1 + H2 + CO2  Phản ứng này thu nhiê ̣t nên phải cấp nhiê ̣t liên tục.  Phản ứng hoạt hóa xảy ra châ ̣m. Tăng nhiê ̣t đô ̣ 900-9500C để quá trình hoạt hóa xảy ra nhanh hơn.  Nếu hoạt hóa châ ̣m, đô ̣ thiêu đốt thấp than này có lỗ be phát triển: than này hấp phụ khí tốt.  Nếu hoạt hóa nhanh, nhiê ̣t đô ̣ cao than này có lỗ trung phát triển và có khả năng tây màu. IV. Đặc trưng của than hoạt tính  Phương pháp nghiên cứu đặc trưng:  SEM  TEM  Phương pháp thấm N2 IV. Đặc trưng của than hoạt tính Phương pháp thấm N2