Đang tải... (xem toàn 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 tr- ờng 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. 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 . Lê Xuân Tuấn - K44 1 Kho¸ luËn tèt nghiÖp - Khoa M«i trêng 3. §¸nh gi¸ chÊt lîng chÊt hÊp phô sîi c¸cbon ®· ®iÒu chÕ. Lª Xu©n TuÊn - K44 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 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 Lê Xuân Tuấn - K44 3 Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng 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 900m 2 /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 r< 6-7A Lỗ bán nhỏ 6-7 < r < 15-16A Lỗ trung 15-16 < r < 1000-2000A Lỗ lớn 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 cm 3 /g. Sự hấp phụ trong lỗ nhỏ diễn ra theo cơ chế lấp đầy thể tích không gian chất hấp phụ. 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- 50m 2 /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 0.2-0.5cm 3 /g, diện tích bề mặt riêng từ 0.2-2m 2 /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 Lê Xuân Tuấn - K44 4 Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng 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 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. Lê Xuân Tuấn - K44 5 Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng Phơng trình BET có dạng: Trong đó: a-Lợng chất bị hấp phụ ở áp suất tơng đối P/Ps. a m - 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. 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: Ca hC Caha h mm )1(1 )1( += (1.3) (h - áp suất hơi tơng đối P/Ps) Dạng đờng thẳng của phơng trình BET chỉ đúng trong khoảng giá trị 0.05<P/Ps<0.35 và thờng đợc dùng tính bề mặt riêng của chất hấp 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, 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/P s 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 = ] cos 2 exp[ rTR V P s (1.4) Trong đó: p-áp suất cân bằng trên mặt khung lõm mao quản. Lê Xuân Tuấn - K44 6 ( ) + = ss s m P P .1C1 p p 1 P P .Ca a ( ) TR q C . .exp = (1.1) (1.2) Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng 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. 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 Lê Xuân Tuấn - K44 7 Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng - 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 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. 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 2 O 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. Lê Xuân Tuấn - K44 8 Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng * 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 ph- ơng 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. 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, Lê Xuân Tuấn - K44 9 Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng 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 H 2 O, ôxi không khí, CO 2 , 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: C n + H 2 O C n 1 + CO + H 2 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: C + H 2 O CO + H 2 CO + C(O) CO 2 + C 2 sản phẩm khí sinh ra là CO và H 2 ức chế phản ứng hoạt hóa. 2 chất này hấp phụ lên bề mặt than che lấp các trung tâm hoạt động. Ngợc lại, CO 2 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 + H 2 O CO 2 + H 2 + 10Kcal/mol + Hoạt hóa bằng khí CO 2 : ở nhiệt độ cao CO 2 có tính ôxi hóa, nó ôxi hóa C ở nhiệt độ t(C) > 750C. C n + CO 2 C n-1 + CO Phản ứng trên bị ức chế bởi ôxít cacbon theo cơ chế A: CO 2 + C CO + C(O) CO C(O) CO + C C(CO) B: C + CO 2 CO + C(O) C(O) CO CO 2 hấp phụ lên các trung tâm hoạt động. Vì vậy, làm giảm tốc độ phản ứng. Lê Xuân Tuấn - K44 10 [...]... 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... treo mẫu (P/Ps = 0) M: Trọng lợng phân tử chất bị hấp phụ (với C6H6 M = 78,12) Kết quả xác định độ hấp phụ và giải hấp phụ đẳng nhiệt của mẫu chế thử với C6H6 trình bày trong bảng dới đây: Bảng 5: Kết quả xác định độ hấp phụ và giải hấp phụ đẳng nhiệt của mẫu chế thử với C6H6 a(mmol/g) hơi nớc a(mmol/g) hơi Benzen Giải hấp P/Po Hấp phụ Giải hấp phụ Hấp phụ phụ 0,01 0,29 0,29 3,54 0,03 0,45 0,49 5,05... 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 Lê Xuân Tuấn - K44 12 Khoá... Đánh giá chất lợng mẫu chế thử 3.3.1 Xây dựng đờng cong thực nghiệm hấp phụ - giải hấp phụ đẳng nhiệt C6H6 áp dụng công thức tính độ hấp phụ kết hợp với những kết quả thực nghiệm từ phơng pháp cần hấp phụ Rubinstein ta xác định sự phụ thuộc của độ hấp phụ đẳng nhiệt C6H6 của mẫu chế thử với các giá trị áp suất tơng đối P/Ps tơng ứng Công thức tính độ hấp phụ a= l i 1000 l 0 M Trong đó: a: Độ hấp phụ (2.1)... 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... CO(NH2)2 trình hoạt hoá mẫu nghiên cứu sử dụng chế độ hoạt hoá có lu lợng hơi nớc v =2,65 Tẩm dung dịch t0 = 650C; t = 20 phút ml/phút là thích hợp nhất 3.2.4 Xây dựng quy trình điều chế chất hấp phụ sợi cacbon Thông qua quá trình thực nghiệm kết hợp với những kết quả thu đợc từ Sấy t0 = 1200C, t = 3h quá trình thực nghiệm có thể rút ra quy trình thích hợp để điều chế chất hấp phụ sợi cacbon 0 0 t = 230... cơ học giảm do hơi nớc tơng tác nên bề mặt ngoài mẫu nghiên cứu quá mạnh gây cho bề mặt mẫu nghiên cứu nứt, nẻ Độ hấp phụ của mẫu nghiên cứu luồn là thông số rất đợc quan tâm khi đánh giá chất lợng mẫu nghiên cứu Kết quả thực nghiệm trên hình 9 cho thấy ảnh hởng của lu lợng hơi nớc đến khả năng hấp phụ C6H6 của mẫu nghiên cứu thực nghiệm rất rõ điều này có thể giải thích nh sau: Khi nồng độ hơi nớc... và cac bon của mẫu nghiên cứu tăng lợng khí thoát ra nhiều Quá trình này làm phát Sợi hydrat mẫu nghiên cứu đặc biệt là thể tích lỗ nhỏ Do đó, độ hấp triển thể tích lỗ xốp trongxenlulo phụ tăng khi tăng lu lợng hơi nớc từ 1,15 - 30,50 ml/phút và mẫu nghiên cứu hoạt hoá với lu lợng hơi nớc v =3,50 có độ hấp phụ C 6H6 cao nhất Tuy nhiên kết quả Loại tạp chất bảng 4 cho thấy độ bền thấp, độ thiêu đốt cao... 0,089 cm3/g Từ kết quả bảng trên ta xây dựng đờng hấp phụ và giải hấp phụ đẳng nhiệt của mẫu chế thử với C6H6 Đờng đẳng nhiệt hấp phụ hơi benzen trên mẫu vải cácbon hoạt tính (Mẫu 26) Lê Xuân Tuấn - K44 24 Khoá luận tốt nghiệp - Khoa Môi trờng Hình 10: Đờng đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ của mẫu chế thử với C6H6 Từ đồ thị trên cho thấy ở các giá trị áp suất P/Ps nhỏ (P/Ps < 0,175) đờng hấp a(mmol/g)... P/Ps < 0,99) độ hấp phụ của mẫu chế thử phát triển chậm lại trớc khi đạt giá trị cực đại a s = 7,32 mmol/g Điều này có thể đợc giải thích nh sau: Khi 0,175 < P/Ps < 0,99 do cơ chế hấp phụ bề mặt và ngng tụ mao quản nên độ hấp phụ tăng và có sự tạo thành vòng trễ khi giải hấp phụ Sự tăng độ hấp phụ khi 0,175 < P/Ps < 0,99 chậm ( từ 6,23 - 7,32 ) điều đó chứng tỏ lỗ lớn và lỗ trung của mẫu chế thử phát . 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. 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. 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