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
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
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:
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
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
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
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
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
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
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
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
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
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,
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
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
Copyright: Tài liệu đại học ©