xanh metylen

7/21/2019 Xanh Metylen

http://slidepdf.com/reader/full/xanh-metylen 1/4

H ội Nghị Khoa H ọc & Công Nghệ l ần 9 Phân ban Công nghệ Hóa học

Trang 1

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THAN HOẠT TÍNH TỪ TR ẤU

Tr ịnh Văn Dũng, Cao Thị Nhung, Bùi Xuân Hòa

Phạm Thị Bình, Nguyễn Thị Diễm Phúc

Khoa CN Hóa học & Dầu khí, Tr ườ ng ĐH Bách khoa, ĐHQG TP. HCM

TÓM TẮT

Bài báo trình bày k ết quả nghiên cứu thực nghiệm công nghệ sản xuất than hoạt tính từ tr ấu. Nhiệt

độ cacbon hóa tr ấu thích hợ p trong khoảng 4500C ÷ 520

0C. Than tr ấu đượ c hoạt hóa bằng hơ i nướ c

trên 7000C, vớ i tỷ lệ hơ i/than 0,09 ÷ 0,3 trong khoảng 1,0 ÷ 2,0 giờ . Than hoạt tính tr ấu thu đượ c có

bề mặt riêng 276,68 m2/g. K ết quả thực nghiệm sẽ là cơ cở để xây dựng qui trình công nghệ sản xuất

than hoạt tính tr ấu trong nướ c.

ABSTRACT

This study presents experimental research results of producing activated carbon from rice husk.

Rice huck is carbonizated at 450 ÷ 5200C, after that the product of this process is activated by over

heated at above 7000C in 1,0 to 2,0 Hours. The mass ratio of steam and raw material is in the range

0,09 ÷ 0,3. The surfece area of obtained activated carbon is 276,68 m2/g. They are fundamental steps

to build a manufacturing technological process of domestic rice husk activated carbon production .

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Than hoạt tính chính là cacbon cấu trúc

xố p đặc biệt, có bề mặt riêng lớ n. Vì vậy, nó

tính chất hấ p phụ (hút giữ) chọn lọc các chất

khí, chất màu, mùi ...Than hoạt tính đượ c sử

dụng để tẩy màu, khử mùi, làm sạch khí, làm

chất mang chất xúc tác, thậm chí làm chất xúc

tác … Ở nướ c ta, hiện nay lượ ng than hoạt tính

cần dùng trong công nghiệ p r ất lớ n và ngày

càng tăng (ngành bột ngọt: khoảng 500

tấn/năm, ngành đườ ng: khoảng 400 tấn/năm,

ngành dầu thực vật: khoảng 100 tấn/năm …).

Đó là chưa k ể đến nhu cầu về than hoạt tính

dùng cho xuất khẩu.

Nguyên liệu để sản xuất than hoạt tính có

nhiều nguồn gốc khác nhau như: mùn cưa, sọ

dừa, tr ấu … Trong đó, nguyên liệu có nguồn

gốc nông nghiệ p, r ẻ tiền như tr ấu lại r ất dồi

dào. Quá trình sản xuất than hoạt tính gồm hai

bướ c cơ bản: cacbon hóa nguyên liệu để tạo

than, sau đó hoạt hóa than để thu than hoạt

tính. Tùy theo nguồn nguyên liệu mà chế độ

công nghệ của hai giai đoạn này là hoàn toàn

khác nhau. Để có thể đưa ra một qui trình công

nghệ sản xuất than hoạt tính từ tr ấu, tận dụng

nguồn nguyên liệu r ẻ tiền này, việc nghiên cứu

chế độ công nghệ của hai đoạn trên đối vớ itr ấu là r ất cần thiết.

2. THIẾT BỊ, NGUYÊN LIỆU VÀPHƯƠ NG PHÁP NGHIÊN CỨ U

2.1 Thiết bị thí nghiệm:

Thiết bị cacbon hóa và hoạt hóa là thiết bị tự chế tạo từ thép hợ p kim chịu nhiệt có đườ ng

kính 200mm, chiều cao 200 mm. Ngoài ra cònlò đốt, lò hơ i, lò nung có cảm biến và bộ phận

ổn định nhiệt độ tự động. Cùng vớ i những

dụng cụ đo và phân tích khác như: đồng hồ,

lưu lượ ng k ế, nhiệt k ế, máy so mầu …

2.2 Nguyên liệu và hóa chất:

Tr ấu đượ c mua từ Tiền giang về, lấy mẫu đi

phân tích thành phần, làm cơ sở so sánh và

đánh giá. K ết quả phân tích nêu trong bảng 1.



Bảng 1: Thành phần tr ấu Tiền giang dùng trong thí nghiệm

Tieàn giang 37,13 4,12 31,6 0,36 0,05 17,75 9,0Theo [1] 19,6 11,0

Teân chaát

Nguoàn traáu, % Oxy

Hôïp chaát chöùa C, N, O - 69,39

Nitô Löu huyønh AÅmSiO2HydroCacbon

2.3 Phươ ng pháp nghiên cứ u:a) Cacbon hóa trấu:

Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưở ng

đồng thờ i của các yếu tố ảnh hưở ng lên

hiệu suất cacbon hóa đượ c tiến hành theo

qui hoạch tr ực giao vớ i hai biến: nhiệt độ và thờ i gian cacbon hóa, đượ c nêu trong

bảng 2.

b) Hoạt hóa than trấu:

Để sản xuất than sạch dùng trong công

nghiệ p thực phẩm và xử lý chất thải (khí

và nướ c thải) nên không dùng phươ ng

pháp hóa học để hoạt hóa. Thực nghiệm

hoạt hóa than đượ c tiến hành bằng hơ inướ c quá nhiệt. Tiến hành khảo sát ảnh

hưở ng của ba yếu tố lên quá trình hoạt hóa

là: nhiệt độ, tỷ lệ hơ i nướ c và thờ i gian.

c) Xác định các đặc tính của thanhoạt tính trấu:

Bề mặt riêng là một đặc tính quan

tr ọng của than hoạt tính, đượ c xác định

bằng phươ ng pháp BET trên máy

CHEMBET 3000, số liệu đượ c xử lý bằng

phần mền Quanta Chrome.

Đo độ hấ p phụ mầu của mẫu than

hoạt tính bằng phươ ng pháp hấ p phụ dung

dịch xanh Metylen trên máy so mầu.

3. K ẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN:

3.1 Khảo sát quá trình cacbon hóa trấu:

Cacbon hóa chính là quá trình nhiệt phân

tr ấu trong điều kiện không có oxy, đây là một

trong hai giai đoạn tiên quyết quan tr ọng để sản xuất than hoạt tính. Quá trình này nhằm

loại bỏ hơ i nướ c, các chất hữu cơ dễ bay hơ i,tạo lỗ xố p sơ cấ p, thơ m hóa sợ i cacbon hay

hình thành các lớ p graphit. Thực nghiệm xác

định chế độ công nghệ thích hợ p cho quá trìnhcacbon hóa nhằm khảo sát sự phụ thuộc giữa

hiệu suất tạo than vào nhiệt độ và thờ i gian.

K ết quả thực nghiệm thu đượ c trong bảng 2,

biến đổi số liệu thực nghiệmbằng phươ ng pháp

bình phươ ng cực tiểu thu đượ c phươ ng trình

hồi qui (1).

Các thí nghiệm 1 ÷ 9 dùng để lậ p phươ ng

trình hồi qui, còn 10 ÷ 13 xác định phươ ng saitái sinh để kiểm tra mức có ngh ĩ a của các hệ số

phươ ng trình hồi qui theo chuẩn số Student.

K ết quả loại các hệ số b , b2 22 và b12.

Kiểm tra tính tươ ng hợ p của mô hình vừa

nhận đượ c vớ i mức có ngh ĩ a 5%, bằng chuẩn

số Fisher. K ết quả thu đượ c phươ ng trình hồi

qui:

2

11 .2276,1.9183,3766,35 x x y +−=

(1)

Từ phươ ng trình nhận đượ c (1) ta thấyr ằng:

- Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưở ng lớ n và

quyết định hiệu suất cacbon hóa, do

khi thay đổi nhiệt độ thì thờ i gian

cacbon hóa cũng thay đổi theo, hay nói

cách khác thờ i gian cacbon hóa phụ

thuộc vào nhiệt độ;

- Khi nhiệt độ tăng thì hiệu suất cacbon

hóa biến đổi qua cực tiểu, vì khi nhiệt

độ tăng ban đầu sẽ làm tăng sự bay hơ icủa các hợ p chất dễ bay hơ i như hơ i

nướ c, CO và CO , CH2 3COOH …(trong khoảng 240 ÷ 400

0C). Nhưng

khi tăng nhiệt độ đến giớ i hạn nào đó

(trên 4000C ) sẽ xảy ra hiện tượ ng

nhiệt phân các hợ p chất chứa cacbon

tạo thành cacbon nên hiệu suất tăng

lên.

Dùng hàm Solver xác định điều kiện

tối ưu khi cacbon hóa đạt hiệu suất 32,64%

tại 509,60C ứng vớ i x1 = 1,596 (hiệu suất

cacbon hóa từ than gỗ[3] 27 ÷ 36%).

Trang



Bảng 2: K ết quả thực nghiệm, cùng vớ i k ết quả tính toán các yếu tổ ảnh hưở ng đến hiệu suất thu hồi

than từ tr ấu.

t, 0C τ, 0C x0 x1 x2 x12 x22 x1x2

1 350 30 + − − + + + 40,62 450 30 + + − + + − 34,13 350 50 + − + + + − 41,54 450 50 + + + + + + 33,25 400 28 + 0 -1,414 0 2 0 34,96 400 52 + 0 1,414 0 2 0 32,87 339 40 + -1,414 0 2 0 0 43,2

8 461 40 + 1,414 0 2 0 0 31,59 400 40 + 0 0 0 0 0 36,410 400 40 + 0 0 0 0 0 35,811 400 40 + 0 0 0 0 0 34,912 400 40 + 0 0 0 0 0 35,613 400 40 + 0 0 0 0 0 36,1

35,766 -3,9183 -0,3765 1,2276 -0,5149 -0,45

Hieäu suaát,

%

Heä soá hoài qui bi:

N0

Bieán thöïc Bieán maõ hoùa

y=

Bảng 3: Bề mặt riêng của sản phẩm xác định theo phươ ng pháp BET

Than traáu(*) Soï döøaBeà maët rie âng, m2 /g 36,43 276,86 216,1-445,5 631,3

Loaïi SP

Thoâng soá Tröôùc

hoaït hoùaSau

hoaït hoùaTheo [5]

3.2 Khảo sát quá trình hoạt hóa than trấu:

Hoạt hóa than tr ấu là giai đoạn quan tr ọng

nhất của quá trình sản xuất than hoạt tính

vì giai đoạn này làm tăng độ xố p và bề mặtriêng của sản phẩm. Thực nghiệm đượ ctiến hành bằng hơ i nướ c quá nhiệt 3,0 atm

ở nhiệt độ 600 ÷ 8000C, hàm lượ ng hơ i

9,3 ÷ 27,7 %, thờ i gian 1,0 ÷ 2,0 giờ . Sản phẩm thu đượ c đưa đi xác định bề mặt

riêng theo phươ ng pháp BET, và đo độ hấ p phụ dung dịch xanh Metylen. K ết quả cho

thấy sản phẩm có chất lượ ng khá tốt (xem

bảng 3)

K ết quả thu đượ c cho thấy:

- Nhiệt độ tăng thì tốc độ chất lượ ng sản phẩm tăng do khi nhiệt độ tăng sẽ làm

tăng tốc độ phản ứng giữa hơ i nướ cvớ i mạng cacbon, làm tăng độ xố p sản

phẩm nên tăng độ hấ p phụ;

- Tỷ lệ hơ i nướ c đưa vào hoạt hóa có

ảnh hưở ng làm thay đổi độ hấ p phụ của sản phẩm qua cực đại do phản ứng

hoạt hóa than xảy ra do hơ i nướ c đượ chấ p phụ bề mặt, hình thành và phân

hủy phức chất bề mặt. Vì vậy, ban đầuchúng tỷ lệ vớ i hàm lượ ng hơ i nướ c,

sau khi đạt bão hòa sẽ là cản tr ở sự nhả

hấ p phụ của các sản phẩm CO, CO2

hay H nên tốc độ giảm; 2

Khi hoạt hóa bề mặt riêng của sản phẩm

tăng lên rõ r ệt, đến 7,6 lần. Nhưng so vớ i [5] thì

vẫn còn thấ p chỉ chiếm trên 60% so vớ i loại tốtnhất. Điều đó có thể do[5]

hoạt hóa than tr ấu từ

Trang



than thô có a = 147,4 m2/g và thực hiện bằng

phươ ng pháp hóa học.

4. K ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ:

- Để sản xuất than hoạt tính tr ấu sạch,

có chất lượ ng tốt dùng trong xử lý môi

tr ườ ng hoàn toàn có thể thực hiện

đượ c bằng hơ i nướ c quá nhiệt;

- Nhiệt độ cacbon hóa tr ấu thích hợ p450

0C ÷ 520

0C, trong khoảng 35 ÷ 40

phút;

- Hoạt hóa than tr ấu cần đượ c tiến hành

trên 700 0C, vớ i tỷ lệ hơ i nướ c và thờ igian phù hợ p tùy theo nhiệt độ quá

nhiệt của hơ i sử dụng. Chế độ hoạt hóa

cần đượ c khảo sát thêm trong khoảng

nhiệt độ r ộng và cao hơ n.

Tài liệu tham khảo

[1] Vũ Quốc Trung, Lê Thế Ngọc S ổ tay bảo

quản l ươ ng thự c, NXB: KH – KT, Hà nội

1999, 310 tr.

[2] Milan Smisek, Slavọ Cerny Active Carbon

Manufacture, Properties and Application,

Elsevier Publishing Com. Amster – New York,

1970[3] Lartey R.B., Francis A., Nketia K.S.,

Developing National Capbility for

Manufacture of Activated Carbon from

Agricultural wastes, Reprinted with GhIE

permission by the African Technology Forum.

[4] Chipofyya V.H., Mc Connachie G.L.,

Charactersation of activated Carbon Produce

from Agricultural waste Material for taste and

odour removalin drinkingn water supplies, 1st

WARFSA/WaterNet Symposium: SustainableUse of Water Resources, Maputo, 1-2

November 2000.

[5] In O Kim, Chan Seong Cheong Bằ ng sáng

chế số S – 425/92 (12.1994/a1) của Korea

Institute of Science and Technology, bản dịch

của Cục sở hữu công nghiệ p

[6] Thipwimon Chungsangunsiti , Shabbir H.

gheewalai, and suthum Patumsawad,

Environmental Assessment of Electricity

Production from rice Husk : A cace study in

Thailand, Electricity Supply Industry in

Transition, Issues and Prospect for Asia 14-16

January 2004,20 – 53.

Trang

xanh metylen

Documents