Điều chế và khảo sát hoạt tính của than hoạt tính từ vỏ trấu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
------------

LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH
CỦA THAN HOẠT TÍNH TỪ VỎ TRẤU

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

SINH VIÊN THỰC HIỆN

Nguyễn Việt Bách

Nguyễn Quốc Trọng; MSSV: 2112212
Ngành: Kỹ thuật hóa học - Khóa 37

Cần Thơ, tháng 12/2015


LỜI CẢM ƠN

Luận văn tốt nghiệp là cơ sở để em tổng hợp và vận dụng những kiến thức đã
được học trong suốt bốn năm học trên giảng đường và là bước đệm quan trọng trong
công việc sau này.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy NGUYỄN VIỆT BÁCH, người
thầy trực tiếp hướng dẫn luận văn, dạy em nhiều kinh nghiệm quý báu và những kỹ
năng có ích từ ngày bắt đầu cho đến khi kết thúc luận văn.
Con xin cảm ơn gia đình và người thân đã luôn ủng hộ và những tạo điều kiện tốt

nhất cho con trong suốt những năm học qua.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô Bộ môn Công nghệ hóa học đã tạo
điều kiện để em hoàn thành luận văn đúng thời gian quy định.
Trân trọng cảm ơn các bạn lớp Kỹ thuật hóa học K37, Hóa dược K38 đã giúp đỡ,
động viên, hỗ trợ em rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Do kiến thức bản thân còn hạn chế nên luận văn vẫn còn nhiều sai sót, mong quý
thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để em hiểu rõ thêm những vấn đề.
Cuối cùng em xin cảm ơn các thầy cô trong hội đồng phản biện đã dành thời gian
để đọc và nhận xét cho luận văn.
Cần Thơ, ngày 30 tháng 11 năm 2015

Nguyễn Quốc Trọng

i


GIẤY CUNG CẤP THÔNG TIN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC/TIỂU LUẬN TỐT
NGHIỆP
***************
1. Sinh viên thực hiện
Họ và tên học viên:

NGUYỄN QUỐC TRỌNG
Nơi sinh: Ô Môn, Cần Thơ

Ngày sinh: 18/11/1993

Nam/ Nữ: Nam

Chuyên ngành: Hóa vô cơ
Điện thoại di động: 0939798212

Email:

2. Cán bộ hướng dẫn
Tôi tên: NGUYỄN VIỆT BÁCH

Học hàm (học vị): Kỹ sư

Nơi công tác: Bộ môn Công nghệ hóa học - Khoa Công nghệ - Trường Đại học
Cần Thơ
Liệt kê tên đề tài đang thực hiện, cấp thực hiện, thời gian thực nghiệm thu (nếu có):
ĐIỀU CHẾ VÀ THỬ HOẠT TÍNH CỦA THAN HOẠT TÍNH TỪ VỎ TRẤU
Địa chỉ nơi công tác: Bộ môn Công nghệ hóa học - Khoa Công nghệ - Trường Đại
học Cần Thơ
Điện thoại di động:

0918318663

Email:

3. Dự kiến về đề tài
ĐIỀU CHẾ VÀ THỬ HOẠT TÍNH CỦA THAN HOẠT TÍNH TỪ VỎ TRẤU
Địa điểm thực hiện: Phòng thí nghiệm, bộ môn Công nghệ hóa học - Khoa Công
nghệ - Trường Đại học Cần Thơ
Thời gian thực hiện: 8/2015 đến 12/2015
Đề nghị cán bộ phản biện: đề nghị 2 cán biện
Cần Thơ, ngày 6 tháng 8 năm 2015

Cán bộ hướng dẫn

Sinh viên thực hiện
ii


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ

Năm học 2015 – 2016
Đề tài:

ĐIỀU CHẾ VÀ KHẢO SÁT HOẠT TÍNH CỦA
THAN HOẠT TÍNH TỪ VỎ TRẤU
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam kết luận văn này được hoàn thành dựa trên các tài liệu tham khảo
đã được trích dẫn về các nghiên cứu trước đây, các kết quả nghiên cứu của tôi và các
kết quả này chưa được dùng cho bất cứ luận văn cùng cấp nào khác.
Cần Thơ, ngày 30 tháng 11 năm 2015
Luận văn tốt nghiệp đại học ngành Kỹ thuật hóa học
Đã bảo vệ và được duyệt
Hiệu trưởng………………………………………….
Trưởng khoa…………………………………………
Cán bộ hướng dẫn

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Việt Bách

Nguyễn Quốc Trọng
iii


Trường Đại Học Cần Thơ
Khoa Công Nghệ
Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
------------

NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

1. Cán bộ hướng dẫn: Nguyễn Việt Bách
2. Đề tài: Điều chế và khảo sát hoạt tính của than hoạt tính từ vỏ trấu
3. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quốc Trọng
MSSV: 2112212
Lớp: Kỹ thuật hóa học – Khóa: 37
4. Nội dung nhận xét:
a) Nhận xét về hình thức của LVTN:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
b) Nhận xét về nội dung của LVTN (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ):
 Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................

..............................................................................................................................
 Những vấn đề còn hạn chế:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
iv


c) Nhận xét đối với sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội dung chính do
sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
d) Kết luận, đề nghị và điểm:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
Cần Thơ, ngày 30 tháng 11 năm 2015
Cán bộ hướng dẫn

Nguyễn Việt Bách

v


Trường Đại Học Cần Thơ
Khoa Công Nghệ

Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
------------

NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

1. Cán bộ phản biện:
………………………………………………………
………………………………………………………
2. Đề tài: Điều chế và khảo sát hoạt tính của than hoạt tính từ vỏ trấu
3. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quốc Trọng
MSSV: 2112212
Lớp: Kỹ thuật hóa học – Khóa: 37
4. Nội dung nhận xét:
a) Nhận xét về hình thức của LVTN:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
b) Nhận xét về nội dung của LVTN (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ):
 Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................

vi

 Những vấn đề còn hạn chế:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
c) Nhận xét đối với sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội dung chính do
sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
d) Kết luận, đề nghị và điểm:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
Cần Thơ, ngày 30 tháng 11 năm 2015
Cán bộ phản biện

vii


TÓM TẮT
Luận văn trình bày kết quả nghiên cứu công nghệ sản xuất than hoạt tính
từ vỏ trấu. Nhiệt độ hóa trấu trong khoảng 400
dung dịch NaOH nồng độ 5

20 N ở 60

70

550

, than trấu được hoạt hóa bằng

trong khoảng 1 giờ. Than hoạt tính

vỏ trấu thu được dùng hấp phụ màu sắc dầu DO. Than hoạt tính thu được có diện tích
bề mặt riêng cao nhất đạt 1281,17

. Kết quả thực nghiệm là cơ sở để

xây dựng quy trình công nghệ sản xuất than hoạt tính quy mô công nghiệp.

viii


ABSTRACT
The graduation thesis presents experimental research results of producing
activated carbon from rice husk. Rice huck is carbonizated at 400

550

the product of this process is activated by sodium hydroxide solution 5
above 60

70

, after that

20 N at

in 1 hours. Activated carbon rice husk obtained used adsorption

diesel oil colors. The surface area of obtained activated carbon is 1281,17

.

They are fundamental steps to build a manufacturing technological process of
industrial rice husk activated carbon production.

ix


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .....................................................................................................i
TÓM TẮT .......................................................................................................viii
ABSTRACT ...................................................................................................... ix
MỤC LỤC ......................................................................................................... x
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .........................................................................xiii
DANH MỤC BẢNG ....................................................................................... xiv
DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ ......................................................................... xv
MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN............................................................................... 3
1.1 Giới thiệu về than hoạt tính........................................................................ 3
1.1.1 Sơ lược về than hoạt tính .................................................................... 3
1.1.1.1 Định nghĩa ................................................................................... 3
1.1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển ................................................... 3
1.1.1.3 Phân loại ...................................................................................... 4
1.1.1.4 Các đặc trưng cơ bản .................................................................... 5

1.1.2 Phương pháp chung để điều chế than hoạt tính.................................... 5
1.1.2.1 Than hóa ...................................................................................... 5
1.1.2.2 Hoạt hóa....................................................................................... 6
1.1.3 Khả năng ứng dụng than hoạt tính trong thực tế .................................. 7
1.1.3.1 Trong y học .................................................................................. 7
1.1.3.2 Trong mỹ phẩm ............................................................................ 7
1.1.3.3 Trong công nghiệp ....................................................................... 7
1.1.3.4 Trong sinh hoạt ............................................................................ 7
1.1.4 Cấu trúc than và các yếu tố ảnh hưởng ................................................ 7
1.1.4.1 Cấu trúc vi tinh thể ....................................................................... 8
1.1.4.2 Cấu trúc mao quản ....................................................................... 9
1.1.4.3 Cấu trúc hóa học carbon trên bề mặt .......................................... 10

x


1.2 Tổng quan về vỏ trấu ............................................................................... 10
1.2.1 Nguồn gốc vỏ trấu............................................................................. 10
1.2.2 Hiện trạng vỏ trấu tại nước ta ............................................................ 12
1.2.3 Các ứng dụng của vỏ trấu .................................................................. 12
1.2.3.1 Sử dụng làm chất đốt.................................................................. 12
1.2.3.2 Ép thành củi trấu ........................................................................ 13
1.2.3.3 Tạo các sản phẩm mỹ nghệ ........................................................ 14
1.2.3.4 Các ứng dụng khác ..................................................................... 14
1.3 Tổng quan về hấp phụ.............................................................................. 15
1.3.1 Các khái niệm ................................................................................... 15
1.3.1.1 Sự hấp phụ ................................................................................. 15
1.3.1.2 Phân loại hấp phụ ....................................................................... 15
1.3.2 Cân bằng hấp phụ ............................................................................. 16
1.3.2.1 Tải trọng hấp phụ cân bằng ........................................................ 16

1.3.2.2 Hiệu suất hấp phụ....................................................................... 17
1.3.3 Các phương trình hấp phụ và các dạng đường hấp phụ đẳng nhiệt .... 17
1.3.3.1 Các phương trình hấp phụ .......................................................... 17
1.3.3.2 Các đường hấp phụ đẳng nhiệt ................................................... 18
CHƯƠNG 2 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......... 20
2.1 Phương tiện nghiên cứu ........................................................................... 20
2.1.1 Nguyên liệu ...................................................................................... 20
2.1.2 Dụng cụ, thiết bị ............................................................................... 20
2.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu ..................................................... 22
2.2.1 Quy trình điều chế than hoạt tính ...................................................... 22
2.2.2 Mô tả quy trình ................................................................................. 22
2.2.2.1 Nguyên liệu và xử lý sơ bộ ......................................................... 22
2.2.2.2 Than hóa trấu ............................................................................. 22
2.2.2.3 Hoạt hóa than ............................................................................. 23
2.2.2.4 Rửa – Lọc – Sấy ......................................................................... 23
xi


2.2.3 Các phương pháp phân tích ............................................................... 23
2.2.3.1 Kích thước hạt............................................................................ 23
2.2.3.2 Diện tích bề mặt riêng ................................................................ 24
2.2.3.3 Khối lượng riêng ........................................................................ 24
2.2.3.4 Hàm lượng tro ............................................................................ 25
2.2.3.5 Độ ẩm ........................................................................................ 25
2.2.4 Tiến hành hấp phụ màu sắc dầu DO .................................................. 26
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................... 27
3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian than hóa đến hiệu suất .................... 28
3.2 Ảnh hưởng của nồng độ NaOH hoạt hóa đến hiệu suất ............................ 29
3.3 Khảo sát các tính chất của than hoạt tính ................................................. 33
3.3.1 Kích thước hạt .................................................................................. 33

3.3.2 Diện tích bề mặt riêng ....................................................................... 45
3.3.3 Khối lượng riêng ............................................................................... 49
3.3.4 Hàm lượng tro................................................................................... 53
3.3.5 Độ ẩm ............................................................................................... 58
3.4 Khảo sát khả năng hấp phụ màu sắc dầu DO............................................ 62
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................... 66
4.1 Kết luận ................................................................................................... 66
4.2 Kiến nghị ................................................................................................. 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 67
PHỤ LỤC......................................................................................................... 69

xii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
PAC

Powdered Activated Carbon

GAC

Granular Activated Carbon

EAC

Extruded Activated Carbon

MBI

Methylene Blue Index

IUPAC

International Union of Pure and Applied Chemistry

DO

Diesel Oil

ASTM

American Standard of Testing Materials

xiii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3-1 Thành phần hóa của trấu dùng thí nghiệm .......................................... 27
Bảng 3-2 Quy ước kí hiệu mẫu than hoạt tính.................................................... 27
Bảng 3-3 Hiệu suất quá trình than hóa ............................................................... 28
Bảng 3-4 Hiệu suất quá trình hoạt hóa ............................................................... 29
Bảng 3-5 Kích thước hạt của các mẫu than hoạt tính ......................................... 41
Bảng 3-6 Diện tích bề mặt riêng của các mẫu than hoạt tính.............................. 45
Bảng 3-7 Khối lượng riêng của các mẫu than hoạt tính...................................... 49
Bảng 3-8 Hàm lượng tro của các mẫu than hoạt tính ......................................... 53
Bảng 3-9 Độ ẩm của các mẫu than hoạt tính ...................................................... 58
Bảng 3-10 Khả năng hấp phụ màu của các mẫu than hoạt tính .......................... 62

xiv

DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ
Hình 1-1 So sánh cấu trúc của than hoạt tính và graphite ..................................... 8
Hình 1-2 Cấu trúc graphite hóa và không graphite hóa của than hoạt tính............ 8
Hình 1-3 Cấu trúc mao quản trong than hoạt tính ................................................ 9
Hình 1-4 Cây lúa và vỏ trấu ............................................................................... 10
Hình 1-5 Cấu tạo của hạt thóc ........................................................................... 11
Hình 1-6 Quy trình tạo ra trấu ........................................................................... 11
Hình 1-7 Ô nhiễm vỏ trấu trên sông .................................................................. 12
Hình 1-8 Lò đốt vỏ trấu trong sinh hoạt ............................................................. 13
Hình 1-9 Lò đốt vỏ trấu trong thủ công nghiệp .................................................. 13
Hình 1-10 Củi trấu nén dạng khối ...................................................................... 14
Hình 1-11 Sản phẩm mỹ nghệ từ vỏ trấu ........................................................... 14
Hình 1-12 Các dạng đường hấp phụ đẳng nhiệt ................................................. 18
Hình 2-1 Nguyên liệu ban đầu ........................................................................... 20
Hình 2-2 Thiết bị dùng trong thí nghiệm ........................................................... 21
Hình 2-3 Quy trình điều chế than hoạt tính từ vỏ trấu ........................................ 22
Hình 2-4 Mô tả cấu tạo đơn giản máy MICROTRAC S3500 ............................. 23
Hình 2-5 Mô tả nguyên lý hoạt động dụng cụ đo tỷ diện Blaine ........................ 24
Hình 2-6 Mẫu than hoạt tính đang được sấy ẩm................................................. 25
Hình 2-7 Thiết bị so màu Kemtrak DCP007 ...................................................... 26
Hình 2-8 Dãy màu chuẩn theo tiêu chuẩn ASTM D1500 ................................... 26
Hình 3-1 Đồ thị biểu diễn hiệu suất quá trình than hóa ...................................... 29
Hình 3-2 Đồ thị biểu diễn hiệu suất quá trình hoạt hóa ...................................... 32
Hình 3-3 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu A1 và A2 ............................... 33
Hình 3-4 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu A3 và A4 ............................... 33
Hình 3-5 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu A5 và A6 ............................... 33
Hình 3-6 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu A7 và A8 ............................... 33
Hình 3-7 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu A9 và A10 ............................. 34
Hình 3-8 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu A11 và A12 ........................... 34

xv


Hình 3-9 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu A13 và A14 ........................... 34
Hình 3-10 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu A15 và A16 ......................... 34
Hình 3-11 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu B1 và B2 .............................. 35
Hình 3-12 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu B3 và B4 .............................. 35
Hình 3-13 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu B5 và B6 .............................. 35
Hình 3-14 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu B7 và B8 .............................. 35
Hình 3-15 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu B9 và B10 ............................ 36
Hình 3-16 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu B11 và B12 .......................... 36
Hình 3-17 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu B13 và B14 .......................... 36
Hình 3-18 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu B15 và B16 .......................... 36
Hình 3-19 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu C1 và C2 .............................. 37
Hình 3-20 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu C3 và C4 .............................. 37
Hình 3-21 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu C5 và C6 .............................. 37
Hình 3-22 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu C7 và C8 .............................. 37
Hình 3-23 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu C9 và C10 ............................ 38
Hình 3-24 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu C11 và C12 .......................... 38
Hình 3-25 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu C13 và C14 .......................... 38
Hình 3-26 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu C15 và C16 .......................... 38
Hình 3-27 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu D1 và D2 ............................. 39
Hình 3-28 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu D3 và D4 ............................. 39
Hình 3-29 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu D5 và D6 ............................. 39
Hình 3-30 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu D7 và D8 ............................. 39
Hình 3-31 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu D9 và D10 ........................... 40
Hình 3-32 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu D11 và D12 ......................... 40
Hình 3-33 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu D13 và D14 ......................... 40
Hình 3-34 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt trong mẫu D15 và D16 ......................... 40
Hình 3-35 Đồ thị biểu diễn kích cỡ hạt của các mẫu than hoạt tính .................... 44

Hình 3-36 Đồ thị biểu diễn diện tích bề mặt riêng của các mẫu than hoạt tính ... 48
Hình 3-37 Đồ thị biểu diễn khối lượng riêng của các mẫu than hoạt tính ........... 52
xvi


Hình 3-38 Mẫu than trước khi tro hóa ............................................................... 53
Hình 3-39 Mẫu than sau khi tro hóa .................................................................. 53
Hình 3-40 Đồ thị biểu diễn hàm lượng tro của các mẫu than hoạt tính ............... 57
Hình 3-41 Đồ thị biểu diễn độ ẩm của các mẫu than hoạt tính ........................... 61
Hình 3-42 Các mẫu dầu trước và sau khi xử lý .................................................. 62
Hình 3-43 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi màu của các mẫu than hoạt tính ............ 65

xvii


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: Nguyễn Việt Bách

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Một trong nhiều lĩnh vực hiện đang thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu của
các nhà khoa học là tìm kiếm loại vật liệu hấp phụ có tải trọng hấp phụ lớn, dễ sử dụng
cũng như tái sử dụng và đặc biệt là giá thành thấp.
Các vật liệu hấp phụ có rất nhiều ứng dụng. Các chất hấp phụ thường được
sử dụng là than hoạt tính, đất sét, silicagel, các loại nhựa có khả năng trao đổi ion.
Trong đó, than hoạt tính là loại được sử dụng rộng rãi nhất và cho hiệu quả cao.
Tuy nhiên, than hoạt tính trên thị trường có giá tương đối cao nên khó ứng dụng vào
thực tế hay đời sống sinh hoạt. Vì vậy, cần tìm các quy trình điều chế than hoạt tính
từ các nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có tại địa phương để thay thế. Các nguyên liệu

này có thể là các phụ phẩm nông nghiệp như vỏ trấu, xơ dừa, gáo dừa, mùn cưa, tre
nứa,... Đồng bằng sông Cửu Long là vựa lúa lớn nhất cả nước nên rất thích hợp để
sử dụng vỏ trấu để điều chế than hoạt tính, tận dụng loại phụ phẩm này cũng góp phần
hạn chế môi trường đang bị ô nhiễm hiện nay.
Xuất phát từ thực tế đó, em chọn đề tài luận văn tốt nghiệp Đại học là
“Điều chế và khảo sát hoạt tính của than hoạt tính từ vỏ trấu”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu tổng hợp than hoạt tính từ vỏ trấu và ứng dụng vật liệu hấp phụ
màu sắc dầu DO của Công ty Cổ phần Lọc Hóa dầu Nam Việt.
3. Phạm vi nghiên cứu
Vỏ trấu: lấy từ nguồn thải của Nhà máy xay xát lúa gạo Đức Thành,
khu vực Thới Trinh A, phường Thới An, quận Ô Môn, thành phố Cần Thơ.
4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Điều chế than hoạt tính từ vỏ trấu.
Đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian nung đến hiệu suất tạo than và
khả năng hấp phụ màu đối với dầu DO.
Khảo sát lý tính của than điều chế được.
Nguyễn Quốc Trọng

1

Kỹ thuật hóa học K37


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: Nguyễn Việt Bách

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Điều chế được than hoạt tính từ nguồn thải của nhà máy và ứng dụng làm nhạt

màu sắc của dầu giúp tăng giá thành dầu cũng như giảm ô nhiễm môi trường.

Nguyễn Quốc Trọng

2

Kỹ thuật hóa học K37


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: Nguyễn Việt Bách

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu về than hoạt tính

[1,8,9,11,16,19,20]

1.1.1 Sơ lược về than hoạt tính
1.1.1.1 Định nghĩa

[1,8,9,11]

Than hoạt tính là một loại carbon đặc biệt, qua xử lý có cấu trúc xốp đặc trưng
và diện tích bề mặt riêng lớn nên có khả năng hấp phụ tốt nhiều chất ở những pha
khác nhau. Than hoạt tính được sử dụng để khử mùi, tẩy màu, làm sạch khí, khử độc,
lọc nước,... chúng cũng được dùng làm chất mang xúc tác hay chất xúc tác
trong các quá trình hóa học xúc tác dị thể.
Carbon là thành phần chủ yếu trong tất cả các loại than hoạt tính, chiếm khoảng

85

97

tùy thuộc vào điều kiện sản xuất, phần còn lại là chất vô cơ như

hydrogen (H), nitrogen (N), oxygen (O), sulfur (S),... Hàm lượng của các nguyên tố
này phụ thuộc chủ yếu vào nguồn nguyên liệu ban đầu trước khi than hóa.
[16]

1.1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển

Khả năng hấp phụ trên các lỗ xốp của than đã được biết đến từ năm 1550
trước Công nguyên bởi người Ai Cập cổ đại, sau đó Hippocrates và Gaius Plinius
Secundus sử dụng chúng chủ yếu cho mục đích y tế. Trong thế kỉ XVIII, than có
nguồn gốc từ nhựa cây, gỗ, và động vật được sử dụng để làm sạch các chất lỏng.
Tất cả những vật liệu trên được coi là tiền thân của than hoạt tính, chúng tồn tại
ở dạng bột. Những ứng dụng điển hình của than hoạt tính là xử lý, một lượng than
xác định của than hoạt tính và chất lỏng cần xử lý sẽ được trộn vào nhau trong
một khoảng thời gian nhất định sau đó được tách ra bằng cách lắng hoặc lọc.
Vào đầu thế kỉ XIX, than xương (bone char) được phát hiện và sử dụng để
khử màu trong ngành công nghiệp mía đường ở Anh. Than xương là loại vật liệu
dạng hạt sẵn có cho phép sử dụng trong công nghệ thẩm thấu. Than xương
có thành phần chủ yếu là calcium phosphate và một tỉ lệ nhỏ than hoạt tính, loại vật
liệu này chỉ được sử dụng để lọc dung dịch đường.

Nguyễn Quốc Trọng

3

Kỹ thuật hóa học K37


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: Nguyễn Việt Bách

Vào đầu thế kỉ XX, các quy trình đầu tiên đã được phát triển để sản xuất
than hoạt tính trên quy mô công nghiệp với các đặc tính được xác định trước.
Tuy nhiên, quy trình hoạt hóa bằng hơi nước và hoạt hóa bằng hóa chất chỉ dùng
sản xuất than hoạt tính dạng bột.
Trong Chiến tranh Thế giới thứ nhất, việc hoạt hóa than gáo dừa bằng hơi nước
được phát triển tại Hoa Kỳ để sử dụng trong mặt nạ phòng độc. Đây là loại
than hoạt tính có cấu trúc siêu mịn thích hợp dùng cho các ứng dụng pha khí.
Tập đoàn Calgon Carbon (Hoa Kỳ), công ty mẹ của Chemviron Carbon,
đã thành công sau Chiến tranh Thế giới thứ hai nhờ vào việc phát triển than hoạt tính
dạng hạt với cấu trúc chứa hàm lượng đáng kể các lỗ rỗng và có độ cứng cơ học cao.
Sự kết hợp các đặc tính này đã cho phép sử dụng than hoạt tính trong quá trình
khử màu với hiệu suất cao. Ngoài ra, Calgon Carbon và Chemviron Carbon là
hai công ty đi tiên phong trong lĩnh vực tối ưu hóa kích thước hạt than.
Hiện nay, ở các quốc gia phát triển, than hoạt tính được nghiên cứu ứng dụng
trong các lĩnh vực công nghệ như dược phẩm, y tế, quân sự. Ở các nước
đang phát triển thì than hoạt tính được nghiên cứu ứng dụng trong các lĩnh vực xử lý
môi trường như: xử lý nước thải, khí thải và khắc phục hậu quả chất thải độc hại.
1.1.1.3 Phân loại

[8,20]

a) Dạng bột (PAC)
Than hoạt tính dạng bột có kích thước nhỏ hơn lỗ trên rây 80 mesh, tức nhỏ hơn

177

, thường dùng để khử màu, khử mùi, lọc các chất béo tan trong nước.

Tuy nhiên do dễ bị rửa trôi nên trong các khu công nghiệp, nhà máy lớn chỉ được
dùng làm chất bổ trợ.
b) Dạng hạt (GAC)
Than hoạt tính dạng hạt có kích thước từ 20
297

841

50 mesh, tương đương khoảng

, bền hơn dạng bột, được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống lọc nước

gia đình. Than hoạt tính dạng hạt còn được phát triển đặc biệt cho các nhà máy
lọc dầu, nó được sử dụng như chất xúc tác hỗ trợ quá trình làm ngọt khí tự nhiên.
Nguyễn Quốc Trọng

4

Kỹ thuật hóa học K37


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: Nguyễn Việt Bách

c) Dạng khối (EAC)

Than hoạt tính dạng khối là loại than được ép lại thường là hình khối trụ có
đường kính khoảng 0,8

45

, loại than này thường được dùng cho các ứng dụng

trong pha khí như kiểm soát khí thải xe ô tô, giảm thiểu các chất bay hơi trong
xăng nhiên liệu, loại bỏ khí carbon dioxide trong các kho lạnh.
[1]

1.1.1.4 Các đặc trưng cơ bản
a) Các đặc trưng cơ học

Độ cứng: được tính bằng lượng than hoạt tính mẫu còn lại trên sàng 0,500 mm
so với lượng than mẫu ban đầu.
Độ bền chịu mài mòn: được tính bằng lượng than hoạt tính mẫu còn lại trên sàng
0,315 mm so với lượng than mẫu ban đầu.
b) Các đặc trưng hóa lý
Chỉ số xanh methylene (MBI): là số milliliter (mL) dung dịch xanh methylene
có nồng độ 0,15

(1,5

) bị mất màu bởi 0,1 g than hoạt tính.

Chỉ số Iod: là số miligram (mg) iod trong dung dịch iod có nồng độ 0,2 N bị 1 g
than hoạt tính hấp phụ.
Diện tích bề mặt riêng: là diện tích bề mặt tính cho một đơn vị khối lượng
(thường là 1 g), đó là tổng diện tích bề mặt bên trong mao quản và bên ngoài các hạt,

thường được xác định bằng phép đo hấp phụ khí nitrogen (N2) ở nhiệt độ 77 K.
1.1.2 Phương pháp chung để điều chế than hoạt tính

[11]

Có nhiều quy trình khác nhau để điều chế than hoạt tính, thông thường đều phải
trải qua hai giai đoạn cơ bản: than hóa nguyên liệu để tạo thành than và hoạt hóa than
để tạo thành than hoạt tính.
1.1.2.1 Than hóa
Than hóa là quá trình dùng nhiệt để đốt cháy không hoàn toàn nguyên liệu thô
nhằm phân hủy các chất hữu cơ dễ bay hơi trong đó để tạo các lỗ xốp cho than.
Các lỗ xốp này chính là tiền đề để bắt đầu quá trình hoạt hóa than.
Nguyễn Quốc Trọng

5

Kỹ thuật hóa học K37


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: Nguyễn Việt Bách

Quá trình than hóa nguyên liệu có thể thực hiện trong cả ba pha: pha rắn,
pha lỏng và pha khí.
Ta cần thực hiện quá trình than hóa trong điều kiện yếm khí để hạn chế
hiện tượng tro hóa. Thông số chính của quá trình than hóa là nhiệt độ nung và
thời gian lưu nhiệt, tùy thuộc vào loại nguyên liệu ban đầu và cấu trúc lò nung.
Nhiệt độ nung quá cao sẽ làm than bị trơ dẫn đến quá trình hoạt hóa kém hiệu quả,
thời gian lưu nhiệt quá dài sẽ làm hiệu suất tạo than thấp.

1.1.2.2 Hoạt hóa
Hoạt hóa là quá trình làm mòn mạng lưới tinh thể carbon dưới tác dụng của
nhiệt độ và tác chất hoạt hóa, tạo cho than có các lỗ xốp bằng một hệ thống mao quản
với các kích thước khác nhau và tạo tâm hoạt động trên bề mặt than.
Có hai phương pháp hoạt hóa chính: hoạt hóa vật lý và hoạt hóa hóa học.
a) Hoạt hóa vật lý
Hoạt hóa vật lý là quá trình dùng các tác nhân như oxygen, hơi nước,
carbon dioxide tác dụng với than để phát triển các lỗ xốp có sẵn trong than, làm tăng
độ xốp. Phương pháp này thường được sử dụng cho quy mô công nghiệp.
b) Hoạt hóa hóa học
Hoạt hóa hóa học là phương pháp được sử dụng để hoạt hóa than hoạt tính từ
thời xưa, đến nay vẫn được sử dụng. Đây là quá trình dùng các hợp chất hóa học
dễ phân hủy như zinc chloride (ZnCl2), phosphoric acid (H3PO4), potassium sulfate
(K2SO4), sodium carbonate (Na2CO3), sodium hydroxide (NaOH),... trộn với than rồi
gia nhiệt đến nhiệt độ thích hợp trong khoảng thời gian thích hợp tùy vào mục đích
sử dụng của than hoạt tính và điều kiện của phòng thí nghiệm. Các hợp chất sau khi
thấm vào than sẽ làm cấu trúc than phình to ra và khi bị phân hủy chúng sẽ thoát ra
khỏi bề mặt than để lại các vết nứt, các khuyết tật – đây chính yếu tố quyết định đến
tính hấp phụ của than hoạt tính. Theo phương pháp này, than hoạt tính có thể mang
tính acid hoặc base tùy vào loại hóa chất sử dụng.

Nguyễn Quốc Trọng

6

Kỹ thuật hóa học K37


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: Nguyễn Việt Bách

1.1.3 Khả năng ứng dụng than hoạt tính trong thực tế

[16,19]

1.1.3.1 Trong y học
Trong y học dùng loại than hoạt tính có kích thước siêu mịn, được biết đến
với tên carbo medicinalis – than dược, được ứng dụng trong lĩnh vực y tế để giải độc
khi bị ngộ độc thực phẩm, để lọc máu cho người nghiện ma túy, được tạo ra thành cốm
giúp hỗ trợ tiêu hóa.
1.1.3.2 Trong mỹ phẩm
Than hoạt tính được sử dụng để làm trắng răng, tẩy các chất hữu cơ ố vàng khỏi
răng. Than hoạt tính được dùng trong điều chế các loại tinh dầu và nước hoa bằng cách
cho than hấp phụ mùi của loại tinh dầu đó, sau đó sẽ dùng dung môi thích hợp để
thu lại mùi. Một số kem trị bã nhờn, sữa rửa mặt làm sạch lỗ chân lông có
than hoạt tính trong thành phần nhằm làm trôi lớp sừng già, giúp làn da trắng sáng.
1.1.3.3 Trong công nghiệp
Than hoạt tính được ứng dụng trong ngành công nghiệp đường để khử màu
dung dịch làm đường trắng hơn. Nó cũng được ứng dụng để khử màu trong
ngành công nghiệp nhuộm. Một số loại rượu được lọc qua than hoạt tính để loại bỏ
những hương vị không mong muốn.
1.1.3.4 Trong sinh hoạt
Than hoạt tính được dùng để sản xuất khẩu trang hay cao cấp hơn là các loại
mặt nạ phòng độc, nó có trong các hệ thống lọc khi đặt ở nơi công cộng. Than có trong
các hệ thống lọc nước, từ lọc nước uống đến nước sinh hoạt, thậm chí là lọc nước
bể cá, nó tác dụng diệt khuẩn, làm sạch, tạo độ trong.
1.1.4 Cấu trúc than và các yếu tố ảnh hưởng

[11]

Về mặt cấu trúc, than hoạt tính có ba đặc điểm quan trọng: cấu trúc vi tinh thể,
cấu trúc mao quản và cấu trúc hóa học carbon trên bề mặt.

Nguyễn Quốc Trọng

7

Kỹ thuật hóa học K37