Tiểu luận than hoạt tính

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 nghệ sản xuất
 Hoạt hóa bằng công nghệ 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 liệu được dùng là đốt ngoài, nhiệt độ hoạt hóa 800-9000C và tác
nhân hoạt hóa là hơi nước.
• Cánh đảo có tác dụng múc than lên và dội than xuống làm tăng khả
năng tiếp xúc hơi nước và than kéo 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 trình than hóa
 Gáo dừa thu hái phải là loại gáo dừa già, độ ẩm không quá 15%.
 Đập gáo dừa thành mảnh nhỏ khoảng 3:5 mm.
 Chuẩn bị lò:
• Lò được gia nhiệt 400-5000C bằng cách đốt 1 bếp.
• Dùng xẻng cho gáo dừa đã chọn vào lò qua đường hộp khói.
• Một 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 trình hoạt hóa:
 Chuẩn bị lò: Đốt lò trước để đạt nhiệt độ, thấy nhiệt độ lên chậm

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 kiện đạt mới cho than vào lò. Phản
ứng hoạt hóa xảy ra như sau:
Cn + H2O  Cn-1 + H2 + CO2
 Phản ứng này thu nhiệt nên phải cấp nhiệt liên tục.
 Phản ứng hoạt hóa xảy ra chậm. Tăng nhiệt độ 900-9500C để quá
trình hoạt hóa xảy ra nhanh hơn.
  Nếu hoạt hóa chậm, độ thiêu đốt thấp than này có lỗ bé phát triển:
than này hấp phụ khí tốt.
 Nếu hoạt hóa nhanh, nhiệt độ cao than này có lỗ trung phát triển và
có khả năng tẩy 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


IV. Đặc trưng của than hoạt tính
TEM : kính hiển vi điện tử
truyền qua

[Carbon]Harry Marsh, Francisco Rodr-guez ReinosoActivated Carbon-Elsevier (2006)


IV. Đặc trưng của than hoạt tính

 SEM : kính hiển vi điện
tử quét

[Carbon]Harry Marsh, Francisco Rodr-guez ReinosoActivated Carbon-Elsevier (2006)


IV. Đặc trưng của than hoạt tính
 Than hoạt tính thường được đặc trưng
bởi diện tích bề mặt rất lớn của nó từ
500-1400m2.
 Than hoạt tính được định lượng dựa
trên 4 tiêu chí chính:
 Tổng diện tích bề mặt (m2/g) được đo
bằng hấp thụ khí N2. Có thể hấp thụ
giới hạn bởi kích thước mao quản.


IV. Đặc trưng của than hoạt tính
 Mật độ carbon là khối lượng của một
ml carbon trong không khí. 
 Kích thước hạt trong nguyên tử
cacbon được đo bằng kích thước sàng
 Khả năng hấp phụ được đặc trưng bởi
hiệu quả của than hoạt tính trong việc
loại bỏ chất gây ô nhiễm nhất định

IV. Đặc trưng của than hoạt tính
Nguyên nhân mất hoạt
tính xúc tác

Do ngộ
độc.VD:
Sự có
mặt của
O2, N,
S,..

Do ngưng
tụ cốc và
sa lắng.

Do sự
phân hủy
nhiệt

Do quá
trình mài
mòn.