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

Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng

Mở đầu
Hiện nay ở nớc ta, trong qúa trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất
nớc, các ngành sản xuất kinh tế, công nông nghiệp phát triển khá mạnh mẽ.
Sự phát triển khá mạnh mẽ của các ngành sản xuất kinh té đã có nhiều tác
động đến môi trờng và dẫn đến thực trạng môi trờng bị ô nhiễm ngày
càng nghiêm trọng. Do vậy, vấn đề bảo vệ môi trờng cần phải đợc quan
tâm nhiều hơn.
Than hoạt tính do có nhiều u điểm: tốc độ hấp phụ cao, khả năng
hấp phụ lớn và có khả năng tái sinh đã đợc sử dụng khá rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực khác nhau nh: dân sự, quân sự, công nông nghiệp, y tế, bảo hộ
lao động. Trong lĩnh vực môi trờng than hoạt tính cũng đợc sử dụng khá
nhiều để xử lý khí thải, nớc thải và cho nhiều kết quả tốt.
Hiện nay, ngoài hai dạng sử dụng rất phổ biến là than hoạt tính dạng
hạt và than hoạt tính dạng bột, đã có dạng than hoạt tính thứ ba: than hoạt
tính dạng sợi hay thờng gọi là chất hấp phụ sợi cacbon hoạt tính.
Đến cuối thế kỷ thứ 19, trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên
cứu chế tạo, khảo sát cấu trúc, tính chất và nghiên cứu ứng dụng thực tế
chất hấp phụ sơi cacbon hoạt tính (màng sợi cacbon hoạt tính, vải cacbon
hoạt tính)
Ngoài các u điểm nh than hoạt tính dạng hạt, dạng bột, than hoạt tính
dạng sợi còn có một số u điểm vợt trội khác: nhẹ, mềm mại, mức độ cản trở
dòng khí đi qua lớp vật liệu nhỏ. Do đó than hoạt tính dạng sợi từ khi xuất
hiện đến nay đã đợc sử dụng khá rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
ở Việt Nam đã có khá nhiều công trình nghiên cứu điều chế và sản
xuất, nghiên cứu cấu trúc, tính chất của than hoạt tính dạng hạt và dạng bột
từ các nguồn nguyên liệu khác nhau: than mỏ, gáo dừa, bã mía, gỗ, mùn ca...
Tuy nhiên nội dung nghiên cứu điều chế chất hấp phụ sợi cacbon
hoạt tính còn rất hạn chế và ít đợc quan tâm.

1


Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng
Do vậy nội dung nghiên cứu là xác lập các điên kiện công nghệ và
xây dựng quy trình điều chế chất hấp phụ sợi cacbon là vấn đề vừa có ý
nghĩa khoa học và có ý nghĩa thực tiễn ở Việt Nam.
Trên cơ sở đó đề tài nghiên cứu của khoá luận đợc xác định là:

Nghiên cứu điều chế chất hấp phụ sợi cácbon từ sợi Hydrat
xenlulo.
Mục đích của khoá luận: Xây dựng công nghệ chế tạo chất hấp phụ
sợi cacbondùng trong lĩnh vực lọc độc và xử lý môi trờng.
Để đạt đợc mục đích nêu trên, cần giải quyết các vấn đề sau:
1. Nghiên cứu quy trình điều chế chất hấp phụ sợi cacbon.
2. Nghiên cứu ảnh hởng của một số yếu tố hoạt hoá trong qúa trình
điều chế .
3. Đánh giá chất lợng chất hấp phụ sợi cácbon đã điều chế.

2


Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng

Chơng 1
Than hoạt tính và chất hấp phụ
sợi các bon
1.1.Than hoạt tính, cấu trúc và tính chất.
1.1.1.Giới thiệu chung.
Các nguyên liệu chứa cácbon đợc chế biến một cách đặc biệt nhằm

loại các chất có nhựa và tạo ra các độ xốp trong chúng đợc gọi là than hoạt
tính. Than hoạt tính có các thành phần chủ yếu là cacbon (85 95%),
phần còn lại(5-15%) là các tạp chất vô cơ không hoạt động về bề mặt hấp
phụ.[1,2,7,10]
Than hoạt tính đợc điều chế từ các vật liệu khi đốt cháy cho ta
cacbon. Do vậy, nguồn nguyên vật liệu để sản xuất than hoạt tính khá
phong phú nh các nguyên liệucó nguồn gốc từ thực vật: các loại cây, hạt các
loại quả, sọ dừa, mạt ca; có nguồn gốc từ than mỏ: than antraxít, than bùn,
than nâu, than cốc, than bán cốc; hoặc từ các hợp chất vô cơ: monome,
lignin, dầu mỏ,..[2,7,10].
Than hoạt tính đợc phát hiện vào cuối thế kỷ 18. Từ đó cho đến
nay, trên thế giới có nhiều công trình nghiên cứu điều chế, cấu trúc, tính
chất và lĩnh vực ứng dụng của than hoạt tính.[1,7,10]
ở Việt Nam, việc điều chế sản xuất và ứng dụng than hoạt tính đợc
quan tâm nghiên cứu từ những năm 60 của thế kỷ 20. Trong lĩnh vực này,
cơ quan nghiên cứu đầu tiên là Viện Hóa học quân sự với các sản phẩm
than hoạt tính đợc điều chế từ nhiều nguyên liệu khác nhau nh bã mía,
mùn ca, than antraxít, gáo dừa, xenlulô[2,7]. Tiếp đó là các cơ quan khác:
Viện Hóa Học Công Nghiệp, Trung tâm nghiên cứu sản xuất than hoạt tính
trờng đại học Bách khoa Hà Nội.[10]
Ban đầu việc nghiên cứu và sản xuất chỉ ở mức độ nhỏ chủ yếu là
phục vụ nhu cầu chuyên ngành riêng. Song cho đến nay, khi nhu cầu về
than hoạt tính ngày càng nhiều thì việc nghiên cứu điều chế và sản xuất
than hoạt tính không ngừng phát triển với những qui mô lớn hơn nhằm đáp

3


Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng
ứng đợc những nhu cầu thiết yếu của xã hội [1]. Cho đến nay, than hoạt

tính đã đợc sử dụng trong hầu khắp mọi lĩnh vực: khoa học, quân sự, sản
xuất, đời sống, y tế, xử lý môi trờng,...
Hiện nay than hoạt tính đợc sử dụng ở ba dạng: than hoạt tính dạng
hạt, than hoạt tính dạng bột và than hoạt tính dạng sợi. Về chủng loại, có một
số loại than hoạt tính sau: thanlọc hơi, khí; than lọc nớc; than tẩy màu; than
trao đổi ion[10]; than làm nền để tẩm xúc tác, phụ gia [4,5,6]
1.1.2.Cấu trúc than hoạt tính.
a.Cấu trúc tinh thể.
Theo các nghiên cứu Rơnghen[8,10,16,17,19] thì than hoạt tính gồm
các vi tinh thể cacbon. Các vi tinh thể này đợc cấu tạo từ các vùng cacbon sáu
cạnh sắp xếp tạo thành các lớp mạng. Tuy nhiên, so với cấu trúc mạng lới tinh
thể của graphide thì các vòng cacbon 6 cạnh trong than hoạt tính sắp xếp
mất trật tự hơn.
b.Cấu trúc xốp.
Theo Dubinin và các cộng sự [2,7,10,15] , than hoạt tính là các chất
hấp phụ xốp và có diện tích bề mặt trong phát triển khá cao từ 600
900m2/g. Do vậy, than hoạt tính có khả năng hấp phụ tơng đối cao.
Hệ lỗ xốp trong than hoạt tính có những kích thớc khác nhau, vì vậy
có khả năng và cơ chế hấp phụ xảy ra trong các lỗ xốp cũng khác nhau. Dựa
vào những sự khác nhau đó, ngời ta phân loại hệ các lỗ xốp trong than hoạt
tính nh sau[2,7,10]:
Lỗ nhỏ với bán kính
Lỗ bán nhỏ
Lỗ trung
Lỗ lớn

r< 6-7A
6-7 < r < 15-16A

15-16 < r < 1000-2000A

r > 1000-2000A

Lỗ nhỏ của than hoạt tính đóng vai trò chủ yếu trong hấp phụ vật lý,
thể tích lỗ nhỏ khoảng 0.2-0.3 cm3/g. Sự hấp phụ trong lỗ nhỏ diễn ra theo
cơ chế lấp đầy thể tích không gian chất hấp phụ.

4


Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng
Lỗ bán nhỏ là dạng chuyển tiếp giữa lỗ nhỏ và lỗ trung. Lỗ bán nhỏ có
sự giảm dần đặc trng của lỗ nhỏ đồng thời tăng dần các tính chất riêng
của lỗ trung.
Lỗ trung có thể tích lỗ từ 0.05-0.15cm 3/g, diện tích bề mặt riêng từ
20-50m2/g. Trên bề mặt lỗ chung xảy ra sự hấp phụ đơn là đa phân tử,
kết thúc khi thể tích lỗ đợc lấp đầy theo cơ chế ngng tụ mao quản.
Lỗ lớn có thể tích lỗ từ 0.2-0.5cm3/g, diện tích bề mặt riêng từ 0.22m2/g. Do r > 1000-2000A, cho nên trong các lỗ lớn tốc độ hấp phụ vô cùng
nhỏ. Vì vậy, các lỗ lớn không có khả năng hấp phụ.
Than hoạt tính có cấu trúc lỗ phân nhánh. Trong đó, lỗ nhỏ là nhánh
của lỗ trung và lỗ trung là nhánh của lỗ lớn. Lỗ lớn và lỗ trung giữ vai trò là các
động mạch vận chuyển chất trong quá trình hấp phụ. Ngoài ra, chúng
cũng là nền để tẩm các chất phụ gia lên than hoạt tính [10].
c. Cấu trúc bề mặt.
Theo các nghiên cứu cấu trúc Rơnghen [2,10,19], kết hợp với các kết
quả phân tích nguyên tố than hoạt tính đã khử cho thấy trong than hoạt
tính chứa ôxi. Sự có mặt của ôxi trong than hoạt tính đợc xác định là do
ôxi liên kết hóa học với các nguyên tố cacbon của than hoạt tính tạo ra các
phức chất ôxi-cacbon trên than hoạt tính. Các phức chất ôxi-cacbon đợc gọi
là các hợp chất bề mặt.
Theo các nghiên cứu bề mặt than hoạt tính [2,10], khi hấp phụ hóa

học ôxi ở nhiệt độ thờng, trên bề mặt than hoạt tính tạo thành các ôxít bề
mặt mang tính chất bazơ. Do sự hydrat hóa sẽ tao thành các nhóm
hyđrôxít bề mặt OH. Các ôxít bề mặt có tính axít đợc tạo thành do
sự hấp phụ hóa học ôxi trên than hoạt tính ở nhiệt độ cao hơn(300-450C).
Khi hydrat hóa sẽ tạo thành các nhóm cacbonyl bề mặt- COOH.
Các ôxít bề mặt mang tính axít tạo cho bề mặt than hoạt tính có
tính a nớc biểu hiện ở độ hấp phụ hơi nớc cao ngay ở P/Ps nhỏ.
Các nghiên cứu với sự ôxi hóa than hoạt tính cho thấy: khi mức độ ôxi
hóa tăng, hàm lợng các nhóm OH, - COOH đều tăng, tính axít của bề

5


Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng
mặt than hoạt tính tăng theo mức dộ ôxi hóa. Mặt khác, trên bề mặt than
hoạt tính còn chứa các nhóm chức kiểu phenol. Lăcton, quinon,...
Các nghiên cứu về nhiệt hấp phụ [2,10] chỉ ra rằng: trên than hoạt
tính, khi độ hấp phụ nhỏ, nhiệt hấp phụ lớn, khi độ hấp phụ tăng, nhiệt
hấp phụ giảm dần và không đổi. Điều đó chứng tỏ bề mặt than hoạt tính
là không đồng nhất về mặt năng lợng.kết quả này có thể đợc giải thích là
do than hoạt tính có chứa các lỗ xốp có kích thớc khác nhau và trên than
hoạt tính còn chứa các tâm hấp phụ nhóm chc bề mặt
1.1.3.Các qui luật hấp phụ trên than hoạt tính.
Thuyết hấp phụ BET.
Brunauer - Emmer -Taylor (BET) đã đa ra học thuyết của họ dựa vào
các giả thiết sau [7,11,16,19]:
Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất về mặt năng lợng và sự hấp phụ
xảy ra đơn lớp.
Phân tử chất bị hấp phụ và chất hấp phụ chỉ tơng tác với nhau ở lớp
thứ nhât, còn ở các lớp sau đợc hình thành nhờ lực phân tử của chất bị

hấp phụ giữa các lớp với nhau.
Sự hấp phụ bao giờ cũng tiến tới trạng thái cân bằng hấp phụ.

6


Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng

Phơng trình BET có dạng:

a

am C. P

Ps

1 p 1 C 1. P

ps
Ps


(1.1)
(
)

Trong đó:
a-Lợng chất bị hấp phụ ở áp suất tơng đối P/Ps.
am- Lợng chất bị hấp phụ khi bề mặt than bị phủ một lớp đơn phân
tử.

p - áp suất cân bằng của hơi chất bị hấp phụ ở nhiệt độ T.
Ps- áp suất hơi bão hoà của chất bị hấp phụ ở nhiệt độ T.
C exp .

q
R.T

(1.2)

Trong đó:
C - hằng số hấp phụ, phụ thuộc nhiệt vi phân hấp phụ q và
nhiệt
ngng tụ :
R- hằng số khí
T- nhiệt độ tuyệt đối
Phơng trình BET có thể chuyển về phơng trình dạng đờng thẳng
nh sau:
(1.3)
(h

-

áp

h
1
(C 1)h


a (1 h) a m C

amC

suất hơi tơng đối P/Ps)
Dạng đờng thẳng của phơng trình BET chỉ đúng trong khoảng giá
trị 0.05

phụ[7,10,11].
Theo thuyết này thì nhờ các trung tâm hấp phụ và lực liên kết giữa
các phân tử chất bị hấp phụ với nhau mà số lớp hấp phụ có thể là vô hạn,

7


Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng
song trong thực tế, bề mặt chất hấp phụ không đồng nhất về mặt năng
lợng. Đó là những hạn chế của thuyết BET[7,10,].
b.Thuyết ngng tụ mao quản Thomson Kelvil.
ở P/Ps tơng đối cao, sự hấp phụ xảy ra theo cơ chế ngng tụ mao
quản trong các lỗ trung, lỗ hấp phụ trên thành lỗ dày lên, chạm vào nhau và
khép kín lại thành một mặt khum lõm của chất lỏng bị hấp phụ.
Để mô tả sự ngng tụ mao quản va bay hơi mao quản từ lỗ trung chất
hấp phụ, ngời ta thờng dùng là phơng trình Kelvil:
p = P exp[ 2. .V . cos ]
s
(1.4)

R.T .r

Trong đó:
p-áp suất cân bằng trên mặt khung lõm mao quản.
Ps- áp suất hơi bão hòa của chất bị hấp phụ

r- bán kính mao quản.
- sức căng bề mặt
- góc thấm ớt giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ.
Dấu ( -) chứng tỏ áp suất hơi bão hòa của chất lỏng trên bề mặt lõm
luôn nhỏ hơn áp suất hơi bão hòa của chất lỏng trên bề mặt phẳng. Nh
vậy, r càng bé thì sự giảm áp suất hơi càng lớn. Do đó, trong những mao
quản chật hẹp, sự ngng tụ sẽ xẩy ra ở áp suất thấp hơn nhiều so với áp
suất hơi bão hòa[7,10].
Do có sự ngng tụ ở vùng P/Ps cao, đờng hấp phụ đẳng nhiệt vẫn
tăng. Điểm đặc trng của ngng tụ mao quản là có vòng bất đồng hoặc
vòng trễ(histeresit) trên các đờng đẳng nhiệt hấp phụ, hiện tợng trễ biểu
hiện ở chỗ: đối với cùng một lợng chất hấp phụ, áp suất cân bằng của nhánh
hấp phụ lớn hơn so với nhánh giải hấp phụ hiện tợng trễ có thể đợc giải
thích theo cơ chế quá trình; Nhánh hấp phụ là do hấp phụ đa phân tử và
ngng tụ mao quản, còn nhánh giải hấp phụ biểu thị bằng bay hơi mao
quản[10].
1.2 Điều chế than hoạt tính.

8


Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng
1.2.1.Điều chế than hoạt tính dạng hạt, dạng bột.
Để chế tạo than hoạt tính dạng hạt, dạng bột , cần phải thực hiện theo
qui trình sau[2]:
* Điều chế than hoạt tính dạng bột(ví dụ trờng hợp tẩy màu)
- Xử lý nguyên liệu
- Tạo mảnh
- Than hóa
- Hoạt hóa

- Nghiền mịn
_ KCS và bao gói.
* Điều chế than hoạt tính dạng hạt tự nhiên( ví dụ trờng hợp gáo dừa)
- Xử lý nguyên liệu
- Tạo mảnh, sàng chọn hạt
- Than hóa
- Hoạt hóa
- KCS và bao gói.
* Điều chế than hoạt tính dạng hạt ép viên hình trụ.
- Xử lý nguyên liệu
- Nghiền mịn, sàng
- Trộn với chất kết dính.
- ép tạo hạt
- Than hóa
- Hoạt hóa
- KCS và bao gói.
* Nguyên liệu đầu:
Nguyên liệu dùng điều chế than hoạt tính khá phong phú, đó là hầu
hết các loại thực vật, các hợp chất hữu cơ và các loại than mỏ. Nói chung các
nguyên liệu khi đốt cháy tạo ra cacbon có thể dùng làm nguyên liệu để
điều chế than hoạt tính. Những hợp chất hữu cơ dùng để điều chế than

9


Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng
hoạt tính thờng là các chất phế thải của công nghiệp pôlyme, giấy, dầu
khí, gỗ,...[4,5] những chất thờng làm ô nhiễm môi trờng.
Có thể phân loại các nguyên liệu dùng điều chế than hoạt tính nh
sau[2,7,10]

- Nguyên liệu có nguồn gốc động vật: xơng, da, lông,...
- Nguyên liệu có nguồn gốc thực vật: các loại cây, hạt các loại quả, gáo
dừa, mùn ca,...
- Nguyên liệu có nguồn gốc mỏ: than non, than bùn, than antraxít,
than nâu.
- Nguyên liệu có nguồn gốc từ hợp chất hữu cơ: hợp chất pôlyme
lignin, sản phẩm dầu mỏ,...
* Xử lý nguyên liệu:
Có thể thấy nguyên liệu dùng để điều chế than hoạt tính
rất đa dạng, mỗi loại có một cách xử lý khác nhau nhng để điều chế than
hoạt tính ép viên, việc xử lý nguyên liệu tuân theo bớc sau [ 2]:
- Làm sạch: nhằm loại bỏ các chất vô cơ. Các tạp chất này làm cho độ
tro của sản phẩm tăng lên và làm giảm khả năng hấp phụ.
* Nghiền, sàng, trộn, ép tạo hạt.
- Nghiền, sàng nguyên liệu: nhằm thu đợc bột nguyên liệu có độ
mịn nhất định phù hợp cho việc thực hiện bớc ép tạo hạt.
- Trộn: bột nguyên liệu đợc trộn với chất kết dính theo tỷ lệ nhất
định bằng máy trộn nhằm tạo ra một hỗn hợp đồng nhất.
- ép, tạo hạt: hỗn hợp đồng nhất sau bớc trộn ép tạo hạt hình trụ có đờng kính theo yêu cầu bằng máy ép thủy lực.
* Than hóa.
Than hóa là quá trình loại bỏ các hợp chất hữu cơ nhẹ có thể bay hơi,
có mặt trong nguyên liệu nhằm mục đích thu nhận cacbon. Đây là quá
trình đốt cháy không hoàn toàn nguyên liệu. Các hợpc chất hữu cơ phân
hủy dới tác dụng của nhiệt và tạo ra cacbon.

10


Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng
Quá trình than hóa có thể chia thành 2 bớc: tách nớc khỏi nguyên liệu

và đốt cháy nguyên liệu, vì vậy quá trình này sinh ra nhiều khói ( hơi H 2O
và một số hợp chất hữu cơ) [ 12,14]
Quá trình than hóa đợc thực hiện trong lò quay với chế độ than
hóa( nhiệt độ và thời gian) phụ thuộc vào nguyên liệu đó.
* Hoạt hóa.
Hoạt hóa là quá trình quan trọng nhất trong quá trình điều chế than
hoạt tính. Nó trực tiếp ảnh hởng và quyết định chất lợng sản phẩm. Bản chất
của quá trình hoạt hóa là quá trình phản ứng hoá học giữa cacbon với tác nhân
hoạt hóa [14,17] . Các phân tử của tác nhân hoạt hóa phản ứng với phân tử
cacbon trên bề mặt và trong mạng lới tinh thể. Kết quả của quá trình phản
ứng này là tạo ra hệ thống lỗ xốp bên trong thể tích than và các trung tâm
hoạt động trên bề mặt than [2,7,13,14,17 ].
Phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình hoạt hóa xảy ra ở nhiệt độ
cao và mang tính không hoàn toàn vì vậy quá trình này phải thực hiện
trong lò quay có khả năng chịu nhiệt tốt. Tuỳ thuộc vào nguyên liệu đầu
và tác nhân hoạt hóa mà có chế độ hoạt hóa phù hợp.
Do quá trình hoạt hóa có bản chât là phản ứng hóa học không hoàn
toàn xảy ra giữa các tác nhân hoạt hóa với cacbon nên vai trò của tác nhân
hoạt hoá là rất quan trọng chính vì vậy mà tuỳ thuộc vào tác nhân hoạt
hóa, ngời ta chia thành 2 phơng pháp hoạt hóa chính: phơng pháp hóa học
và phơng pháp vật lý(sẽ đợc trình bày cụ thể ở phần dới).
* KCS và bao gói.
KCS và bao gói là những bớc không trực tiếp ảnh hởng đến quá
trình điều chế và chất lợng than hoạt tính, tuy nhiên chúng có ảnh hởng
gián tiếp quan trọng đến sản phẩm than hoạt tính. Đây là quá trình định
hớng ứng đụng và bảo quản sản phẩm.
1.2.2. Các phơng pháp hoạt hóa.
Kể từ khi than hoạt tính đợc phát hiện cho tới nay, đã có nhiều công
trình nghiên cứu phơng pháp điều chế cũng nh khả năng ứng dụng của nó.

11


Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng
Do vậy, để có đợc sản phẩm than hoạt tính có thể sử dụng nhiều phơng
pháp hoạt hóa khác nhau. Tuy nhiên các phơng pháp khác nhau đó đều thuộc
2 phơng pháp chính sau đây:
a-Phơng pháp hóa học
Phơng pháp hóa học là phơng pháp đầu tiên đợc sử dụng để điều
chế than hoạt tính. Bản chất của nó là sử dụng các chất hoạt hoá là các hóa
chất nh muối, axít vô cơ để bào mòn bề mặt và mạng lới tinh thể cacbon
[2]. Để đa các chất hoạt hóa vào than, ta dùng 2 phơng pháp:
+ Trộn bột than với chất hoạt hóa rồi ép hạt sau đó gia nhiệt.
+ Ngâm bột than vào dung dịch bão hoà của các chất tren sau đó lọc
bỏ dung dịch, làm khô và nhiệt phân. Dùng nớc rửa sạch các chất, sấy lại.
Quá trình nhiệt phân của phơng pháp hóa học thờng đợc tiến hành ở nhiệt
độ 600-800C, nó tạo điều kiện cho các tác nhân hoạt hóa bào mòn mạng lới
tinh thể cacbon. Sau khi nhiệt phân thờng phải thu hồi các chất vô cơ còn
thừa trong quá trình hoạt hóa. Vì vậy, nhợc điểm của phơng pháp hóa học
là gây ăn mòn thiết bị, tính kinh tế thấp, ngày nay ít đợc sử dụng[2].
b-Phơng pháp vật lý(phơng pháp khí hơi )
Phơng pháp vật lý đợc phát hiện muộn hơn phơng pháp hóa học.
Song do năng suất cao, kinh tế, thiết bị ít bị ăn mòn nên nó là phơng
pháp đợc sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.
Trong phơng pháp vật lý, tác nhân hoạt hoá thờng đợc sử dụng là các
khí, hơi H2O, ôxi không khí, CO2,...Phản ứng hoạt hóa là phản ứng thu
nhiệt vì vậy phải cung cấp nhiệt liên tục cho thiết bị hoạt hóa[1,7].
Một số tác nhân hoạt hóa vật lý phổ biến:
+ Hoạt hóa bằng hơi nớc:
ở nhiệt độ tC 750C, hơi nớc có tính ôxi hóa và bắt đầu tác dụng

với cacbon. Phản ứng hoạt hóa xảy ra:
Cn + H2O Cn 1+ CO + H2 Q

(Q = 31000cal/mol)

Phản ứng này xảy ra ở nhiệt độ cao nên khó khảo sát, muốn khảo sát
phản ứng phải phân tích hỗn hợp khí sinh ra:

12


Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng
C + H2O CO + H2
CO + C(O) CO2 + C
2 sản phẩm khí sinh ra là CO và H2 ức chế phản ứng hoạt hóa. 2
chất này hấp phụ lên bề mặt than che lấp các trung tâm hoạt động. Ngợc
lại, CO2 là chất xúc tác cho phản ứng[2].
Ngoài ra, còn một phản ứng phụ xảy ra đồng thời mà bề mặt than
làm xúc tác:
C + H2O CO2 + H2 + 10Kcal/mol
+ Hoạt hóa bằng khí CO2:
ở nhiệt độ cao CO2 có tính ôxi hóa, nó ôxi hóa C ở nhiệt độ t(C) >
750C.
Cn + CO2 Cn-1 + CO
Phản ứng trên bị ức chế bởi ôxít cacbon theo cơ chế
CO2 + C CO + C(O)

A:

CO C(O)

CO + C C(CO)
B:

C + CO2 CO + C(O)
C(O) CO

CO2 hấp phụ lên các trung tâm hoạt động. Vì vậy, làm giảm tốc độ
phản ứng.
Hoạt hóa bằng hơi nớc và CO2 đòi hỏi phải cung cấp nhiệt liên tục vì
nó là các phản ứng thu nhiệt.
+ Hoạt hóa bằng ôxi không khí:
Phản ứng hoạt hóa là phản ứng phát nhiệt nhng cần phải cung cấp
nhiệt ban đầu. Bề mặt than thờng tạo thành một số nhóm chức điều này
tạo điều kiện thuận lợi cho điều chế than ôxi hóa. Sản phẩm than hoạt
tính có nhiều lỗ lớn và lỗ chung nên dùng tẩy màu và trao đổi iôn[1,7].
Quá trình hoạt hóa có thể biểu diễn bằng phơng trình:
Cn + O2 CO + Cn-1 + Q (phản ứng thiếu ôxi)

13


Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng
Cn + O2 CO2 + Cn-1 + Q (phản ứng d ôxi)
Ngoài ra nhiệt độ hoạt hóa cũng ảnh hởng đến cơ chế phản ứng:
Cn + O2 2CO + Cn-1 (t = 800-900C)
Cn + O2 CO2 + Cn-2 ( t < 600 C)
1.2.3 Điều chế than hoạt tính dạng sợi (chất hấp phụ sợi cacbon)
Về một nguyên tắc quá trình điều chế than hoạt tính dạng sợi cũng
tơng tự quá trình điều chế than hoạt tính dạng bột hay dạng hạt. Nguồn
nguyên liệu để sản xuất chất hấp phụ sợi cac bon cũng rất phong phú. Các

vật liệu có nguồn gốc hữu cơ hoặc vô cơ, nhân tạo và tự nhiên để ở dạng
sợi hoặc có thể kéo đợc thành sợi đều có thể dùng làm nguyên liệu chế tạo
sợi cac bon (nhựa than đá, nhựa phenol, vật liệu trên cơ sở xenlulô, sợi
polyacynônitril, polyvinylcolrua, polyvinylalcol...)
Hiện nay để chế tạo than hoạt tính dạng sợi ngời ta thờng thực hịên
theo hai quy trình sau:
*Phơng pháp điều chế không tẩm hoá chất.
-

Xử lý nguyên liệu

-

Than hoá

-

Hoạt hoá

-

KCS và bao gói

*Phơng pháp điều chế có tẩm hoá chất
-

Xử lý nguyên liệu

-

Tẩm hoá chất

-

Sấy khô

-

Than hoá

-

Hoạt hoá

-

KCS và bao gói

Hoá chất dùng tẩm lên sợi ban đầu bao gồm các mối của một số kim
loại: Zn, Ca, Fe, Al,...và một số hợp chất chứa ni tơ, phốt pho[17,18,19]. Việc
tẩm hoá chất lên sợi có tác dụng làm giảm nhiệt độ than hoá, tăng tốc độ quá
trình than hoá và hoạt hoá cũng nh tạo sản phẩm có chất lợng tốt hơn khi so

14


Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng
với sợi ban đầu không tẩm. Quá trình than hoá thờng đợc thực hiện ở nhiệt
độ 2300C - 3500C trong môi trờng khí trơ, CO2 hoặc không khí. Hoạt hoá
thờng thực hiện ở t0 = 700 - 9000C với tác nhân hoạt hoá là H2O, khí CO2

hoặc hỗn hợp của chúng.
Nh phần trên đã nói, vấn đề nghiên cứu điều chế chất hấp
phụ sợi cac bon ở Việt Nam còn ít đợc quan tâm. Vì vậy việc nghiên cứu
xác lập các điều kiện công nghệ của quy trình điều chế chất hấp phụ sợi
cac bon là cần thiết .
Trên cơ sở đó phạm vi nghiên cứu của khoá luận này sẽ là: nghiên cứu
ảnh hởng của một số yếu tố hoạt hoá trong quá trình điều chế và xác lập
quy trình điều chế chất hấp phụ sợi các bon.
1.3 Tính chất và lĩnh vực ứng dụng.
Than hoạt tính có khả năng tẩy mà, làm trong, hấp phụ khí, trao đổi
iôn và làm nền xúc tác.
Từ tính chất đó mà hiện nay than hoạt tính đợc ứng dụng trong
nhiều lĩnh vực với mục đích khác nhau. Tuy nhiên, tuỳ thuộc vào từng loại
mà phạm vi và hiệu quả ứng dụng của nó có phần khác nhau.
Trong lĩnh vực quân sự, than hoạt tính dùng làm vật liệu lọc độc
trong các mặt nạ phòng độc[2,10].
Trong ngành công nghiệp mía đờng thì than hoạt tính lại đợc sử
dụng làm vật liệu tẩy màu[2]. Còn trong lĩnh vực xử lý môi trờng, than hoạt
tính dùng để hấp phụ hơi, khí độc (trong xử lý khí) và hấp phụ các chất
hữu cơ trong việc làm sạch nguồn nớc[1,7].
Ngoài ra, than hoạt tính còn đợc ứng dụng trong nhiều nghành khác:
công nghệ thực phẩm, công nghệ dầu khí, y tế,...

chơng 2.
Đối tợng và phơng pháp nghiên cứu.
2.1. Đối tợng nghiên cứu.

15

Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng
Với mục đích tạo ra và đa vào ứng dụng một dạng sử dụng mới của
than hoạt tính( than hoạt tính dạng sợi), đồng thời muốn tận dụng nguyên
liệu có nguồn gốc từ thực vật nh: gỗ, than đá, than bùn và vỏ quả,... ở Việt
Nam và phát huy u thế hấp phụ của sợi cacbon hoạt tính, đối tợng nghiên
cứu của khóa luận là: Nghiên cứu điều chế chất hấp phụ sợi cacbon từ sợi
hydrat xenlulo.
2.2.Phơng pháp nghiên cứu.
2.2.1.Phơng pháp xác định khối lợng riêng biểu kiến
Khối lợng riêng biểu kiến của than xác định bằng phơng pháp nạp
Hg[6]
2.2.2.Phơng pháp xác định khối lợng riêng thực
Khối lợng riêng thực d của than đợc xác định bằng phơng pháp nạp C6H6
[6]
2.2.3.Phơng pháp xác định tổng thể tích lỗ.
Tổng thể tích lỗ V của than đợc tính theo công thức
1 1
V
d

(1.5)

(cm 3 / g )

[2,4]

Trong đó: là tỉ trọng biểu kiến.
d là tỉ trọng thực
Tổng thể tích lỗ đặc trng cho độ xốp của than hoạt tính
2.2.4. Phơng pháp xác định các thông số cấu trúc xốp và khả năng

hấp phụ vật lý với hơi nớc, với hơi C6H6 trên thiết bị đo hấp phụ bề
mặt và cân hấp phụ Mc-Bell.
Khả năng hấp phụ của than hoạt tính đợc xác định theo phơng pháp
Rubinstein trên cân hấp phụ Mc-Bell với lò xo thạch anh ( hình 1)
[2,7,10,17]
Độ hấp phụ- giải hấp phụ của than hoạt tính ở các giá trị áp suất hơi
tơng dối tơng ứng đợc xác định thông qua độ co dãn của lò xo thạch anh có
treo giỏ mẫu. Độ co dãn của lò xo đợc xác định bằng thiết bị quang học có
độ chính xác 0.01mm.

16


Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng

6

8
9
n
ớc 4

3
nitơ

5

7

1

0

nớc

1-Bộ làm khô, sạch dòng khí 6-Buồng hỗn hợp
2-Lu lợng kế V2

7-Buồng hấp phụ

3-Lu lợng kế V1

8-Lò xo thạch anh

4-Bình bay hơi chứa C6H6

9-Giỏ đựng mẫu

5-Hằng nhiệt

10-Máy đo độ co-dãn lò xo

* Xác định các thông số cấu trúc xốp:
-

Dựng đờng hấp phụ giải hấp đẳng nhiệt a = f(P/Ps) (Hình2)

17


Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng

- Thể tích các loại lỗ trong than hoạt tính đợc tính nh sau:
+ Thể tích lỗ nhỏ: Vn = ao.V (cm3/g)

(1.6)

+ Thê tích lỗ trung: Vt = (as ao)V (cm3/g)

(1.7)

+ Thể tích lỗ lớn: Vl = V (Vn Vt) (cm3/g)\

(1.8)

Trong đó: ao- độ hấp phụ ứng với điểm bắt đầu vòng trễ
as- độ hấp phụ ứng với điểm cuối vòng trễ
v- thể tích 1mmol chất bị hấp phụ
V- tổng thể tích lỗ
*Xác định bề mặt riêng:
Dựng đồ thị đờng thẳng BET(Hình 3)
Từ đồ thị ta tính đợc:
+ Độ hấp phụ đơn phân tử: am (mmol/g)
(1.9)

am

1
OA tg

+ Diện tích bề mặt riêng: S = am. N. Wo

(m2/g) (2.0)

Trong đó:
N-số Avôgađrô (= 6.023.1023 phân tử/mol)
Wo- diện tích của một phân tử chất bị hấp phụ
(với C6H6 trên than hoạt tính thì Wo = 40.10-20 m2/ phân tử.

18


Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng
Chơng 3
Kết quả và thảo luận
3.1. Khảo sát quá trình than hoá
Khảo sát quá trình than hoá có các bớc sau:
- Nguyên liệu đầu vào
- Loại tạp chất
- Xử lý nguyên liệu
- Than hoá
* Nguyên liệu đầu vào:
Nguyên liệu dùng để chế tạo sợi cacbon nh: than đá, dầu mỏ, nhựa
phenol, lignhin, vật liệu trên cơ sở xellulo, sợi poly acrynotril, polyvinyl
clorua,
Thông số kỹ thuật sợi hydrat xellulo:
- Bán kính sợi 120D/30F
- Độ bền dai khi khô tối thiểu 1,42Cn/dTEX
- Độ bền dai khi ẩm tối thiểu 0,62Cn/dTEX
- Độ dãn khi khô %: 15,5% - 26%
- Độ xoắn vặn: tối đa 19%
- Mầu đồng nhất: mầu sáng

- Hàm lợng dầu: 0,8 - 15%
- Số sợi chênh lệch tối đa: 3%
- Lu huỳnh còn lại: 14g/100g sợi
- Sự ô nhiễm không đáng kể
Từ sợi hydrat xellulo: xe 20 sợi đơn với vòng xoắn 140 vòng/m. Vải đợc
dệt thành tấm với mật độ sợi: chiều dọc 200sợi/10cm, chiều ngang
100sợi/10cm.
* Làm sạch nguyên liệu:
- Vấn đề giặt sạch, loại chất bẩn bằng cách sau: đung nớc sôi sau
đó, thả vải vào chậu nớc lớn để nhiệt độ hạ xuống t 0C = 60 - 700C, tiếp
theo bỏ xà phòng vào khuấy đều, ngâm vải trong nớc xà phòng với thời

19


Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng
gian 1 giờ. Sau đó rũ vải sạch xà phòng (không vò tránh xô sợi vải) và đem
phơi khô.
- Tấm vải đợc cắt thành nhiều mảnh để thí nghiệm.
- Các mẫu vải đợc sấy khô trong tủ sấy ở 110 0C trong 3 giờ. Và cân
khối lợng mẫu.
- Vải mẫu đợc tẩm trong hỗn hợp chứa nitơ, phốtpho (CO(NH 2)2,
(NH4)2HPO4). Với thời gian 20 phút ở nhiệt độ t0C = 650
Bảng 1:
ST
T
1
2
3
4

5

Khối lợng

Khối lợng

% khối lợng

Khối lợng

mẫu sau

mẫu sau

mẫu tăng sau

mẫu sau

sấy khô

tẩm, sấy

tẩm, sấy

than hoá

17,690
17,104
17,492
18,034

18,037
Sau đó vớt mẫu

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, để ráo nớc, dùng con lăn ống nhựa,

% hao hụt
khối lợng
sau than
hoá
40,20
44,57
44,85
45,39
45,69
để vắt nớc d

và đa mẫu vải vào trong tủ sấy ở 1200C với thời gian 3 giờ. Sau đó lấy mẫu
ra cân khối lợng.
Từ bảng 1 nhận thấy: sau quá trình tẩm sấy khối lợng mẫu trung
bình thay đổi: 12,58%.
* Than hoá:
- Trớc hết dùng tay tách nhẹ trên mặt vải, để tách các sợi bột (hỗn hợp
chất hữu cơ có cha nitơ, phốtpho) dính kết sau tẩm.
- Cuộn mẫu vải vào ống chì, buộc dây thép cố định sau đó lắp
đặt vào ống lò quay nằm ngang SRJK - 5 - 9S (Trung Quốc).
- Tốc độ gia nhiệt 70C/phút.
- Thổi khí trơ tốc độ 2,5 lít/phút N2 .
- Vòng quay của lò là 10 vòng/phút.
- Than hoá ở 2300C với thời gian là 4 giờ. Khi hết khói trắng từ trong lò
bay ra. Để nguội và cân khối lợng than thu đợc.

20


Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng
Dựa trên kết quả bảng 1: cho thấy khối lợng mẫu hao hụt sau than hoá
là rất cao. Chứng tỏ hàm lợng cac bon có trong sợi hydrat xellulo tơng đối lớn
điều đó thuận lợi cho việc điều chế mẫu nghiên cứu.
3.2. Nghiên cứu ảnh hởng của một số yếu tố trong quá trình
trình hoạt hoá.
Trong quá trình điều chế than hoạt tính, hoạt hoá là quá trình quan
trọng nhất, nó ảnh hởng và quyết định chủ yếu đến chất lợng than hoạt
tính thu đợc. Trong quá trình này, có rất nhiều yếu tố hoạt hoá trực tiếp
ảnh hởng đến mẫu nghiên cứu do đó trong phạm vi nghiên cứu khoá luận
có xác định ảnh hởng của một số yếu tố đến chất lợng mẫu nghiên cứu

thu đợc. Sau đây là kết quả thu đợc từ quá trình thực hiện và một số kết
luận đợc rút ra dựa trên những kết quả này.
3.2.1. ảnh hởng của nhiệt độ hoạt hoá
Mẫu sau khi than hoá đợc hoạt hoá trong lò quay nằm ngang SRJK - 5
- 9S. Tác nhân hoạt hoá hơi nớc: 2,65ml/ phút, thời gian hoạt hoá là 60 phút.
Các mẫu nghiên cứu 1,2,3,4,5 đợc hoạt hoá ở các nhiệt độ khác nhau: 7000C,
7500C, 8000C, 8400C, 8800C.
Kết quả thực nghiệm đánh giá hoạt hoá đến chất lợng mẫu nghiên
cứu đợc trình bày trong bảng 2
Bảng 2:
ST

Nhiệt độ hoạt hoá

T
1
2
3
4
5

(0C)
700
750
800
840
880

Độ thiêu đốt
(%)

63,53
68,42
71,13
82,77
91,34

21

Vb
(cm3/g)
0,0308
0,1478
0,2490
0,5720
0,7876

Vt
(cm3/g)
0,0123
0,0352
0,0526
0,0720
0,2570

Vb + Vt
(cm3/g)
0,0431
0,1830
0,3016
0,6424

1,0446


Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng

Bảng1. ả nh h ởng của nhiệt độ hoạ t hóa đến chất
l ợ ng mẫu nghiên cứu.
Độ
thi
êu
đố
t
(%
)

100

80
60
40
20
0

700

750

800

840

880

Nhiệt độ hoạ t hóa(độ C)

Kết quả hình 4, bảng cho thấy ảnh hởng của nhiệt độ hoạt hoá tới
chất lợng mẫu nghiên cứu thực nghiệm rất rõ: hoạt hoá ở các nhiệt độ khác
nhau thì mẫu nghiên cứu thu đợc có chất lợng khác nhau. Điều này có thể
đợc giải thích nh sau:
Phản ứng xảy ra giữa cac bon và hơi nớc ở nhiệt độ t0C 7000C đợc
trình bày ở [1.2.2]. Khi nhiệt độ càng cao phản ứng xảy ra càng mãnh liệt
do đó nếu cứ nâng nhiệt độ lên thì trong một thời gian ngắn mẫu nghiên
cứu sẽ bị đốt hoàn toàn [13,14]. Nh vậy đối với mỗi loại nguyên liệu thì quá
trình hoạt hoá chỉ đợc thực hiện trong khoảng nhiệt độ nhất định. Tuy
nhiên để thu đợc mẫu nghiên cứu mong muốn cần tìm một nhiệt độ tối u.
- Khi hoạt hoá ở nhiệt độ càng cao lợng vật chất trong mẫu nghiên
cứu bị đốt cháy (độ thiêu đốt). Càng nhiều làm tăng độ xốp của mẫu
nghiên cứu. Độ xốp của mẫu nghiên cứu tăng thì độ hút nớc cũng tăng do
kết quả thực nghiệm cho thấy độ thiêu đốt, độ xốp và độ hút nớc của mẫu
nghiên cứu tỉ lệ thuận với nhiệt độ hoạt hoá. Nhiệt độ càng cao độ hao hụt
càng lớn điều này đợc giải thích rất dễ dàng: khi mẫu nghiên cứu có độ
xốp càng cao thì khối lợng giảm; thể tích lỗ bé phát triển do hơi nớc phản
ứng với cac bon đã khoét rộng lỗ bé và tổng thể tích lỗ tăng.

22


Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng
- Kết quả khảo sát ảnh hởng đến khả năng hấp thụ của mẫu nghiên
cứu ở P/Ps = 0,175 và P/Ps = 0,99 đợc trình bày trên đồ thị 5.

Hình. ảnh h ởng của nhiệt độ hoạ t hóa hóa đến
chất l ợ ng mẫu nghiên cứu.
14

a(mmol/g)

12
10
8

P/Ps = 0.175

6

P/Ps = 0.99

4
2
0
700

750

800

840

880

Nhiệt độ hoạ t hóa (độ C)

Hình 5: ảnh hởng của nhiệt độ hoạt hoá đến khả năng hấp thụ
C6H6 của mẫu nghiên cứu
Kết quả hình 5 cho thấy khi tăng nhiệt độ hoạt hoá càng cao khả
năng hấp thụ C6H6 của mẫu nghiên cứu càng tăng. Nh vậy hoạt hoá ở các
nhiệt độ khác nhau thì sự phát triển hệ thống lỗ xốp trong mẫu nghiên cứu
cũng khác nhau; Điều này ảnh hởng đến các thông số kỹ thuật của mẫu
nghiên cứu. Từ kết quả thực nghiệm cho thấy mẫu nghiên cứu đợc hoạt hoá
trong điều kiện nhiệt độ t0C = 8400C có chất lợng tốt và ổn định hơn ở
điều kiện nhiệt độ khác, điều này thể hiện qua các thông số kỹ thuật
đặc biệt là khả năng hấp thụ C6H6 của mẫu nghiên cứu đã khảo sát.
Kết quả này này đợc giải thích nh sau:
Nếu hoạt hoá ở nhiệt độ 7000C - 8000C phản ứng xảy ra giữa cac bon
với hơi nớc không mãnh liệt bằng phản ứng ở nhiệt độ t0C =8400C do đó khả
năng đốt cháy, bào mòn than tạo thể tích lỗ xốp trong than kém, tạp chất vô

23


Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng
cơ còn nhiều, độ tro lớn. Chính vì vậy, hoạt hoá ở nhiệt độ t 0C = 7000C 8000C mẫu nghiên cứu thu đợc có tỉ trọng và độ bền cao song độ hút nớc
và đặc biệt độ hấp phụ thấp. Còn nếu hoạt hoá ở nhiệt độ t 0C = 8800C
thì phản ứng giữa cac bon và hơi nớc xảy ra rất mãnh liệt cho nên các thể
tích lỗ phát triển thuận lợi [2]. Nhng do các phản ứng xảy ra rất mãnh liệt
cho nên làm bào mòn, phá vỡ các lỗ nhỏ tạo thành các lỗ trung và lỗ lớn vì vậy,
mẫu nghiên cứu thu đợc có khả năng hút nớc tốt song khả năng hấp phụ kém
so với mẫu nghiên cứu đợc hoạt hoá ở nhiệt độ t0C=8400C.
Nh vậy thông qua quá trình thực nghiệm kết hợp với những kết quả
thu đợc cho thấy điều kiện nhiệt độ thích hợp cho quá trình hoạt hoá: chất

hấp phụ sợi cac bon là t0 = 8400C hoạt hoá ở nhiệt độ này mẫu nghiên cứu
thu đợc có độ hấp phụ cao, các thông số kỹ thuật khác ổn định hơn so với
mẫu nghiên cứu đợc hoạt hoá ở nhiệt độ khác.
3.2.2. ảnh hởng của thời gian hoạt hoá đến chất lợng mẫu nghiên
cứu.
- Mẫu sau than hoá đợc hoạt hoá trong lò SRJK - 5 - 9S (Trung Quốc)
t0C = 8400C, lu lợng hơi nớc v = 2,65ml/phút.

ở

Mẫu nghiên cứu 1, 2, 3, 4, 5. Khảo sát ảnh hởng của thời gian hoạt hoá
đến chất lợng mẫu nghiên cứu do đó các mẫu nghiên cứu khác nhau thu đợc
thực hiện trong các khoản thời gian khác nhau: 30, 45, 60, 75, 90 phút. Kết
quả của quá trình đánh giá ảnh hởng của thời gian hoạt hoá đến chất lợng đợc trình bày trong bảng3.
Bảng 3:
ST
T
1
2
3
4
5

Thời gian hoạt hoá

Độ thiêu đốt

Vb

Vt

(phút)
(cm3/g)
(cm3/g)
(%)
30
73,47
0,2570
0,0450
45
79,72
0,4891
0,0650
60
82,77
0,5720
0,0720
75 Hình 6.ả nh82,62
0,0836
h ởng của 0,5562
thời gian hoạ
t
90
88,23
0,5562
0,1250

hóa đến chất l ợ ng mẫu nghiên cứu

Độ

thi đố
êu t(
%)

100
80
60
40
20
0
30

24

45
60
75
90
Thời gian hoạ t hóa (phút)

Vb + Vt
(cm3/g)
0,3018
0,5491
0,6424
0,6398
0,6811


Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng

Từ kết quả bảng 3 cho thấy khi tăng thời gian hoạt hoá thì độ thiêu
đốt, thể tích lỗ bé và lỗ trung tăng. Nh vậy ảnh hởng của thời gian hoạt hoá
đến các thông số này là rất rõ:

Hình7. ảnh h ởng của thời gian hoạ t hóa đến chất
l ợ ng
mẫu nghiên cứu
a
(m
M
ol/
g)

10
8
6
4
2
0

P/Ps =
0.175
P/Ps = 0.99
30.00

45.00

60.00

75.00

90.00

Thời gian hoạ t hoá (phút)

Hình 7: ảnh hởng của thời gian hoạt hoá đến khả năng hấp phụ
C6H6 của mẫu nghiên cứu
Từ kết quả thực nghiệm kết hợp với cơ sở lý thuyết phần [1.2.2] có
thể giải thích sự phụ thuộc của chất lợng mẫu nghiên cứu thực nghiệm với
thời gian hoạt hoá nh sau:
Hoạt hoá trong các khoảng thời gian khác nhau sẽ làm độ thiêu đốt khác
nhau và thể tích lỗ bé và lỗ trung cũng thay đổi khác nhau.
Khảo sát sự thay đổi thể tích lỗ bé theo sự thay đổi thể tích lỗ bé
theo sự thay đổi thời gian hoạt hoá có thể biết đợc sự thay đổi thời gian
nào làm thể tích lỗ bé tăng nhanh nhất; khi thời gian phản ứng xảy ra mãnh
liệt nhất theo [17]. Quá trình hoạt hoá chia làm 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: là quá trình mở các lỗ có săn và một số nguyên tử cac
bon nằm ở vị trí dễ phản ứng trên bề mặt bị khí hoá vì vậy độ xốp của

25