Nghiên cứu kỹ thuật công nghệ chuyển hoá các vật liệu chứa cacbon trong sản xuất cacbon hoạt tính981

n Các tính chấ cơ học của at c cbon ạt tího nh dạng hạt b oa gồm hai đặc trưng cơ bả độ cứng và độ bềnn: chị m mu ài òn... Tron qug á t ình hấp phụ, mỗi dạng lỗ xốp mr có ột chức năng ri

PH ẠM NG C Ọ ANH

N GHIÊ C U N Ứ

K Ỹ THUẬT C N N Ô G GH Ệ

T RONG S ẢN XU Ấ CACBON HOẠ ÍNH T T T

CHUY N NG NH Q ÁÊ À : U TRÌNH V À HI T ẾT BỊ CÔ G NN GHỆ HOÁ ỌC H

L ờ i ca m đoan

TÁC GI Ả

PH M Ạ NGỌ ANH C

LỜI CẢM ƠN

Trướ hết cc , ho p p ôhé t i trâ tr ngn ọ cảm ơn Trường Đạ học ái B ch ho K a

Hà Nội, Việ bồi dưỡng vn à đào tạo sau đại học ã đ đào tạo tvà ạo mọi i u đ ề

kiện thuận lợi h t i h à thà h ch c o ô o n n ươ t n học tập ng rì h nghi nê cứu si h n

Cu iố cù , ôi x gửi lời cảm ơn tới c cng t in á bạn đồ g g ệp, n n hi gia ình vđ à bạn bè đã iúp g đỡ, động vi n ê t i t ng suô ro ốt u trìnhq á h tọc ậ p

T CÁ GIẢ

PHẠM NGỌC ANH

A Hàm lượng tro c tro gó n cac on g yê liệu an b n u n b

çè

æ

÷ø

öç

m lC o C

n&2 Lượng h nơi ước đi r ỏi l phản g akh ò ứn [mol/ hút] p

NC Số mol cac on c uyển ób h h a [kmol/h]

P1 Áp suất dòng hí itơ cấp vk N ào lò ạt hoá ho [mmH2O]

P2

Áp suất dòng ỗn h hợp í kh kh ôra khỏi l ạt òho

R Hằng số khí R = ,, 8 3 4 1 ÷

ø

öç

è

æ

K kmol

S Tỷ số giữa ượng ơi nước à l h v lượng C đã

SBET Diện tích b mề ặ r êt i ng [m2/g]

TA Nhiệt độ tiến h h àn phản ứng [oC]

T2 Nhiệt độ hỗn hợ k í hôp h k ra ỏi l ạt hoá kh òho [oC]

V Lưu lượng k hí CO2 cấp v o à lò hoạt á ho [ ] l

VH2O(t1) Lượng nước ở tron b ng ì cấp nước t h ại (t1) [ ] l

VH2O(t2) Lượng nước ở tron b ng ì cấp nước t h ại (t2) [ ] l

VN2(t1) Trị số thể tích khí N2đọc trên đồn h g ồ đo ại (t t 1) [ ] l

VN2(t2) Trị s ố thể tích khí N2đọc trên đồn h g ồ đo ại (t t 2) [ ] l

mol kJ

D AN MỤ H C CÁC ẢNG SỐ LIỆU B TRO G LU N N Ậ N Á

Bảng I 1: Các loạid ngu mô thường được thi u h bồi ằ g ương pháp hấp phn ph ụ trên cacbo hon ạt tính

B ả n III g 1: Các th gôn số và đặc trưng ơ c bản c aủ than g o dừa á

Bảng III 2: Hoạt hóa c ca bon bằ hơi ước ở 800ng n oC, Mẫu:AC- -W01 8- 00

Bảng III 3: Hoạt hóa c ca b no bằn hơi ước ở 850g n oC, Mẫu:AC- -W02 8- 50

Bảng III 4: Hoạt hóa c ca b no bằn hơi ước ở 900g n oC, Mẫu: AC- -W 0 903- 0

Bảng III 5: Hoạt hóa c ca b no bằn khí COg 2 ở 820oC, Mẫu: AC-C- - 2 01 8 0

Bảng III 6: Hoạt hóa c ca b no bằn khí COg 2 ở 860oC, Mẫu: AC-C- - 6 02 8 0

Bảng III 7: Hoạt hóa c ca b no bằn khí COg 2 ở 915oC, Mẫu: AC-C- - 1 03 9 5

Bảng III 8: Các đặc trưng của các mẫu c ca bo hon ạt tính h t u được

Bảng V 1: Các giá trị nhiệ tiêut ha o

Bảng V 2: Các giá trị nhiệ cung ấp t c

D AN MỤ H C CÁC H N VẼ, ĐỒ THỊ T Ì H RON G LU ẬN ÁN

Hình 1 Ph nâ b ố mao qu nả củ c bon hoa ac ạt tí h n

Hình I.1 Sơ đồ thiế bị xác định độ cứngt c ủa cac n ạt íbo ho t h n

Hình I.2 Sơ đồ thiế bị xác định độ bềnt chị mài m của acu òn c b no hoạt t í h n

Hình I.3 Cấu trúc g pra hite ủa cacbon ho c ạt tính

Hình I.4 S sự ắp xếp khô g n trật ự của á t c c vi i t h thể tro gn n c ca b no hoạt t ính

H ình I.5 Ảnh hiển vi iđ ệ tử quét củan mẫu ca b nc o hoạt tí h o dừ n gá ahoạt hó a

ở 800oC bằng h nơi ước, kíc hthước ạt ng yên h u liệ từ u 2 – 5mm

Hình I.6 Ảnh hiển vi đ ệi n tử quét c aủ mẫu ca b nc o hoạt tí h o dừ n gá ahoạt hó a

ở 800oC bằng h nơi ước, kíc hthước ạt ng yên h u liệ từ , ,u 0 8 – 2 5mm

Hình II.1 S ản lượng cacbonhoạt t ín htrên thế ới gi

Hình II.2 Côn n g ghệ sả nxuất c ca bo nhoạt tín h

th oe phương p á hoạ hh p t óa óa ọc h h bằng ZnCl2

Hình II.3 Công nghệ ản xuất c c s a bon hoạt tính hoạt hóa ằng ơi ước b h n

Hình II.4 Công nghệ ản xuất c c s a bon hoạt tính từ ngu nyê liệ tha antra it u n x

Hình II.5 Lò ần t g o tr ng cô g ghệ sảnn n xuất cac on hob ạt t í h n

Hình II.6 Lò ầng t sôi t r ng c n no ô g ghệ sảnxuất c ca b no hoạt tí h n

Hình II.7 Lò quay tro c ng nng ô ghệ sả xuất cacbon hon ạt t ính

Hình I I I 1 Sơ đồ Hệ thống thí nghiệm chuyển hoá cacbonbằ g ơi nước n h

Hình I I I 2 Sơ đồ Hệ thống thí nghiệm chuyển hoá cacbon bằngkhí CO2

Hình I I I 3 Biến th n hà iê m lượng khí CO2 và CO tr g t í ng ệm on h hi

chuyển hó a c c a on bằ g h nb n ơi ước ở 800oC

Hình I I I 4 Biến th n hà iê m lượng khí CO2 và CO tr g t í ng ệm on h hi

chuyển hó a c c a o bằ g hơi nước ở 850b n n oC

Hình I I I 5 Biến h t iên hàm lượng khí CO2 và CO tr g t í ng ệm on h hi

chuyển hó a c ac on bằ g hb n ơi nước ở 009 oC

Hình I I I 6 Biến th n hà iê m lượng khí CO2 và CO tr g t í ng ệm on h hi

Hình IV.1 S ơ đồ thiết ập l câ bằngn chất c thiết b ịphản g ho ứn

Hình IV.2 S ơ đồ thu t toậ án ác địnhx b ậc phả ứng a n và hằng ố k s o

Hình IV.3 Biến thiên khối ượng cacbon th o l e thời g an chuyển i hóa ằn b g k í COh 2

H ình IV.4 S ơ đồ thuật oán xác địt nh b ậc phản ứng a và hằng ố k s o

Lời cảm nơ ……… …… ……… ……… … … …… …… ……… … ii

Da hn mục ý k hiệu, chữ viết tắt t rong ận án lu ……… ………… iii

Da hn mục c cá bảng số liệu, ơ đồ s tro gn luận án……… …… ……… vi

Da hn mục c cá h nhì vẽ, đồ thị trong ận án…lu ………… ………… …… vii

Mục lục ………… …… ……… ………… … ……1 …

M Ở ĐẦU 4

CHƯƠNG I: ỚI T ỆU VỀ C CBGI HI A ON HOẠT T ÍNH 8

I GI1 ỚI THI U VỆ Ề CACB N HO T TO Ạ ÍNH 8

I 2 ÁC ĐẶ TRƯNG CƠ B N CC C Ả ỦA A C CBON HOẠT T ÍNH 11

I .2 1 C c đặc trưng cơ h cá ọc ủa cac o hoạt t í b n nh 11

I .2 2 C c đặc trưná g h a lý ó 12

I .2 3 Cấu ú tr c xốp c a aủ c cb no hoạt tí nh 13

I 2 4 Cấu trúc h học ủaoá c c ca on ạt íb ho tnh 15

I .3 PH N Â LOẠ AI C CBON HOẠT T ÍNH 17

I .3 1 Ph ânlo iạ t e Misec h o 17

I .3 2 Ph ânlo iạ t e Mecle ua.h o nb 18

I.3 3 Ph n â loại th oe Dubi inn 19

I M4 ỘT Ố Ứ S NG D NG CỦA AỤ C CBON HOẠT T ÍNH 20

I 4 1 Trong công n hiệp hoá h cg ọ 20

I .4 2 Tro cô g nng n ghiệp thực ph mẩ 28

I .4 3 Tro cô g g ệpng n n hi dược phẩm v y h cà ọ 28

CHƯƠNG I CI: ÔNG GH N Ệ CHUYỂN HOÁ C CÁ VẬT LI UỆ CHỨA CACB N 29 O

II 1 NGU Ê LIY N ỆU VÀ T NH H NÌ Ì H S N Ả XUẤT, S D NG Ử Ụ C CA BON HOẠT T NÍ H T ÊR N THẾ GIỚI 29

II 2 ÔC NG GH SN Ệ ẢN XUẤT CACB N O HOẠT T ÍNH 32

II.2 1 Quá trìn h a c c on hb oá 32

II.2 2 Quá trình hoạt hoá 33

II M3 ỘT Ố Ơ ĐỒ S S CÔNG NGHỆ Ả S N XUẤT CACBON HOẠT TÍNH 51

II.3 1 S ơ đồ cô gn nghệ sảnxuất c ca o b nhoạt tí the ươn p ánh o ph g h p

hoạt hóa h aó h bọc ằ Z Clng n 2 51

II.3 2 S ơ đồ cô gn nghệ ả s nxuất c ca bo ạt tn ho ính ho ạ a bằ g h i thó n ơ nước 51

II.3 3 S ơ đồ cô gn nghệ ả s nxuất c ca bo ạt t ính t n ho ừnguyên liệu ha t n an atr xit 52

II 4 THIẾ BỊ PHẢN NG T Ứ CHUYỂN HÓA C CA B N (LO Ò HOẠT HÓA) 53

II.4 1 Lò ầng (lò đứng) t 54

II.4 2 Lò ầng sôi t 56

II.4 3 Lò quay 57

CHƯƠNGIII: NGHIÊ CỨUN THỰC NGHIỆM PHẢN Ứ G CN HUYỂN HOÁ A C CBON BẰNG HƠI NƯỚC VÀ B NG Ằ KHÍ CO2 59

III 1 MÔ TẢ HỆ THỐNG HIẾT T BỊ CHUYỂN H OÁ C CBA ON 59

I II 1.1 Yêu ầu về h c ệ thống thiết ị b thí nghiệm 59

I II 1.2 Ngu nyê lý hoạt động ủ c a h ệthống thiết bị t íh n hig ệm chuyển h áo c ca o bằ h nb n ng ơi ước 60

I II 1.3 Ngu nyê lý hoạt động ủ c a h ệthống thiết bị t íh n hig ệm chuyển h áo c ca o bằ k í COb n ng h 2 62

III.2.THỰCNGHIỆM HC UYỂ OÁ Á VẬT LIN H C C ỆU CHỨA C CA BON 63

I II 2.1 Chuẩn bị ẫu và chuẩn m bị h ệ thống thí ng ệm hi 63

I II 2.2 Quá trình tiến hành thực nghi mệ 64

I II 2.3 ết quả thực n hi m K g ệ 66

CHƯƠNG V I : TÍ H TN OÁN HÔ G T N SỐ MÔ H NHÌ HOÁ ĐỘ G HỌC N PHẢN NỨ G CHUY N HOỂ Á A C CB N O 83

IV .1 M H NÔ Ì H HÓA ĐỘ G HỌC PHẢN N ỨN C UYỂG H N H Á O C CA BON BẰ G HƠI NN ƯỚC 83

IV.1 .1 Mô ả phươn p á t g h p à ô h n v m ì tí h t nh n oá x ử lý c c kết ảá qu thực nghi mệ 83

IV.1 .2 Phươn p ág h p tí h t á các đại lượnn o n g thực ghiệm n 88

IV.1 S 3 ơ đồ t ật toán hu xác định bậc ph n ả ứng α và hằng số ko 93

IV.1 .4 Kết quả ítnh o n t á 94

IV .2 M H NÔ Ì H HÓA ĐỘ G HỌC CN ỦA PHẢN ỨN CHUYỂN HOÁ G C CA BON BẰ G K N HÍ CO2 94

IV.2 .1 Mô ả phươn p á t g h p tí h t á x n o n ử lý kết qu ả thực n hig ệm xác định các th nô g ố động học của phả ứ s n ng 95

IV 2 2 Tính toán ử x lý các đại lượng t ừ c c số liệuá thực ng ệm 98hi IV.2 S 3 ơ đồ t ật toán àhu v thủ ục tí h oá t n t n 99

IV K2 4 ết quả ítnh o n t á 101

MIV 3 ỘT Ố H S ÌNH Ả H MẪU N C CBA O HON ẠT T ÍNH 102

CHƯƠNG V: TÍ H T Á T ẾT BỊ PHẢN N O N HI ỨNG CHUYỂN HOÁ C CA BON BẰ G HƠI NN ƯỚC 106

V 1 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG CHẤT CHO Ấ C U T Ử C CBA ON TRONG Ò QU YL A 107

V .2 ẢI PHƯƠN TRÌGI G NH CÂN BẰNG CHẤT CHO CẤU T Ử C CA BON T O G Ò QR N L UA LÀM VIỆ Y CL ÊI N TỤC 107

V .3 ẢI PHƯƠN GI GTRÌNH (5 14) TÍN THỜI I H G AN CẦN T ẾT ĐỂHI ĐẠ ĐỘT HUY N HÓC Ể A UC QUI ĐỊ H 107 N

V.3 1 Tính ận tốc phản ứng hi v ệu dụ Rng Ceff 112

V.3 2 Tính th i i ờ g an chuyển hóa a c cbon τch 114

V.3 3 Tính thể tích v ù gn huyển hóa c 114

V.3 4 Tính ố vòng qu s ay củ lò a 115

V .4 TÍ H ÂN C N BẰN NHIG ỆT CHO HIT ẾT BỊ CHUYỂ ÓN H A C CA BON BẰ G HƠI NN ƯỚC 116

V 4 1 Tính ượn n l g gu nyê liệ đưa à ò hu v o l c uyển hóa 112

V 4 2 Tính â c bằ g hiệt n n n 113

V 4 3 Nhiệt tổn th tấ 113

KẾT LUẬN .121

CÁC CÔ G N TRÌN Đ CÔH Ã NG B Ố 123

TÀI ỆU HAM LI T KHẢO 123

PHỤ LỤC ………… ……… ………… … … … ………… …… 135

dù gn như là c cá chất xúc tác hoặc chất ang xúc tác tro g m n nhiều quá trì h á n ho

học, do ch n ó bề mặt ú gc tiếp xúc ất lớn với r c cá c cá mao qu nả có k c í h thước

nhỏ (Micro or )p e , íck h thướ vừac (Meso op re) v kí h thước lớnà c (Macr p r )o o e Tổng di n ệ tíc bề mặt h c cá mao qu ản của m ột g m aca c bo hon ạt tí h ón c thể ên ntới h nà g ngàn m2 [21 67, ]

c ủa c ca bon hoạt tính

như gỗ, vỏ cây, ỏ v quả, ạt quả, từ xương n h độ g vật, [ ]21 Các ấn đề cơ bản v

về công nghệ ản s xuất c cá lo iạ c ca bon hoạt tí h ổ bi nn ph ế t ì hầu nhh ư đ ã được giải quyết t rong ực tế, th và công nghệ sản xuất c ca b hoạt tíon nh hiện n ay

thường à quy r nh sử l t ì lý 2 ấp c : cacb no a (tha hohó n á) v kà h hoí á (ho hạt oá)

c cá nguy nê liệ ứ a b nu ch a c c o [2 , 7]1 6 T o ò g 2r ng v n 0 ¸ 30 ăm n trở ại đây, l

việc n h ng iê cứu sáng tạo c c cá ô nghệ ng nhằm sản xuất c ca o hob n ạt t ính

chuyê dụng, đặc biệt l lo in à ạ c ca bon có c c á ỗ l mao quản ốp tế vi đồn nh x g ất, được tiến hành rất tích ực c [ ]21 Tro gn cấu trúc củaloại a bc c on ạt tho ính n y à

t ìh bán k nh của áí c c m o quản (lỗ xốp) a là vô cùng bé c úh ng có kíc thước htương đươn g < nm Vấn 2 đề khó khă nhất tr g qn on uá trì nh chế ạo t c ca bon

hoạt tính h c í hn là uá trì tạo lập một cấu úq nh tr c đồng đều nh tấ của vật li ệu

c ca b no với c cá m o qua ản có íkch ước nhất định, bởi ìth v c cá ính chấ của t t

c ca b no hoạt t ính cũn nhg ư khả năn ph ng â tác à tốc độ hấp phh v ụ của c acbon

hoạt tính phụ t ộc chủ yếuhu và kíc o h thước ủa c c c á mao quản lỗ xốp n ày Thực t ế đã cho thấy ng, cấu rằ trúc ủa c c acbon ạt t í h ụ t ộ vào một lo t ho n ph hu c ạ

c cá yếu t ố ảnh hưởng và chủ yếu là c cá yếu tố sau [2 ]: 1

1) Các iđ ều ki ện cacbonhóa, k í ó bh h a a đầu n và àth nh ph ần các ạp chất t

có tro g cấu ún tr c củ c cbo hoa a n ạt í tnh

2) Sự biến đổi b mề ặ và ạng hái vậtt tr t lý của b mề ặ tcacb n hoo ạt nh tíNhư vậy c cá yếu tố ả nh hưởng n à cy í h h n là guyê h nn n n â dẫn đến vi ệc

c ca b n hoo ạt t ính ó rất nhiềuc chủng loại khá n a , ch g kc h u ún hác nh u về: a

phương h pp á chế tạ , khả năn hấp ụ ào g ph v về c c loại ứng dụng, á …

y

Ngà nay, công n hig ệp sản xuất c ca o ạt íb n ho tnh đã c quy m rất lớn, ó ô

trên ế giớ th icó h ngà trăm công ty sản xu ất c ca b no hoạt tính đan ạ động g ho t với tổng ô g c n suất đến 40 ¸ 50 0 0 n ngà ấn/ năm [8 2 t ,2 ] Nhu ầu về c c c a bon hoạt t ính rênt thế ớ rất gi i cao chủ yếu cu g n ứ g từ n c cá quốc gia thuộc khu ực v

Ch uâ Á - T ái h Bình ương ( D APCC), đặc biệt là Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc,

Ph ppili ines, In o esid n a, Sr La a, Mali nk ays a, T ái i h Lan và Ấ Độ Tr g năm n on

2006, c cá ốc ia này đã ất khẩu hànqu g xu g trăm gàn tấnn cac o hoạt tí h Do b n ncải ti ến về công n ghệ ản s xuất cac ob n hoạt í t h nn , I o ed n sia v à Sri Lank ó a c

nguồ cac o n b nhoạt tí nhxuất khẩu ăng đến t 122 735 tấn o tr ng năm 07 v20 à cao hơn 5 7%, s với năm o 2006 [8] ự D b oá nguồ cu cac o ạt tín ng b n ho nh ẽ tiếp stục tăng lvà ập k lục m ỷ ới trong ăm n 20 80 vì sản ượng sản l xuất ủa a c h i quốc

gia Ph i iilpp nes à In onv d esia đang có u hướng tăng Dự báo sản lượng xuất x

khẩu tr n năm o g 2008 ẽ s đạt 13 01 00 ấn, với tốc độ tăng ở mức 6 7% t , tro g n

năm 2 8 00 [ ]8

Ở Việt nam, ng y ừ những năm 60 của a t thế ỷ tr k ướ đc ã ngh ên cứu và ichế tạo cacb hoon ạt tí nhdù gn ch mặt nạ o ph g òn độc ục ụ ph v cho cuộc kh ná g chiếnchống c ếnhi tranh oáh họ củc a M ỹ Đồng th iờ ch ngú cta ũn ng gh niê cứu chế tạo các loại c ca o ạt tb n ho ín phh ục vụ cho hu n cầu phát t riể nền nhn ki tế đất nước phục vụ cho c cá n nhgà công n ghiệp như: mía đườn , ộtg b ngọ , dược tphẩm, y tế,… Nhưng cho nđế nay, h nà g năm ch gún t phải nhập h ng ng n a à àtấncacb no hoạt tính tro g kn h hi c úng ta có tiềm năng rất lớn để n h ng iê cứu và sản xuất loại ản s phẩm này C íhnh v vậy ì hi nệ nay ở Việt Nam, công ngh ệchuyển hoá các ật li v ệu chứa c ca bo (sản xuấ cacb n hon t o ạ ính) bằng hơi t tnước cũng đã được triể k ai ở uy m c g n hin h q ô ôn g ệp với to nà bộ công nghệ &

thiế bị nhập t ngoại như: Sảnxuất c ca bo hon ạt tín áo dừa bằng ôn nh g c g ghệ lò

đứng ởTrà Vinh (Cô gn nghệ & thiết bị Trung Quốc à ) v ở B ến Tre (Công ngh ệ

& thiết b H ị àn Quốc)

Tu ny hiên, các gn hiê cứu về n c ca bo hon ạt tính của một số Viện ng iên hcứu, Trường đại học tro gn nước là ch aư nhiề và chưa có tính hệ u thống [4,5 , ]

do óđ chưa c ững đón g p hiónh g ó t ết thực c o thực tế sản xuh ất cô ghiệp và ng ncho đến n a c cy á k ếtquả đã th được u tro gn nghiên cứu chế ạo s t ản xuất c ca bon

hoạt t ính đã chư được riển ha aa t k i r uq i m c n nghiệp ở ô ô g Việt Nam

Ở trường Đại học á B ch Kh oa Hà ội, Viện N kh a học co ô g ghn n ệ Việt Nam à v Bộ Quốc Ph gòn , việc n h ng iê cứu về c ca bo hon ạt tính đã được triển

khai từ â , ưngl u nh k ếtqu hu ả t được vẫn ch aư thật hệ thống huyết phục S ựngh niê cứu vẫnch aư c tín hệ ó h thống cao và nhất là ch a ư ạo ra được cơ sở t

khoa học v ề tín htoán thiết ế , k và ch ế ạo hi t t ết b ị đồng ộ để b có th ể đưa các ết k

quả n h ng iê cứ thực u nghiệm vào thực tiễ sảnn suất cô ng nghiệp nhằm m chlà ủ

ho n o nà t à về công nghệ, tí h to nn á , thiết kế và vận h h àn tối ưu u q á rình tchuyển h oá á c c lo iạ ật li v ệu chứa cacb n o để sản xuất c ca bo n hoạt tính ở q i u

mô ôn c g n hig ệp

Chính v v ,ì ậy mục đ c của í h luận án này là:

· Ngh niê cứu thực nghiệm công n ghệ chuyển hoá một số vật li ệu ch a ứcacbon của Việt Nam bằng hơi nước à v bằng k í COh 2, thu thập và ệ h

2) Tiến h ành g iê cứun h n thực ghiệm c cn á phản ứng hoá ọc dị h thể kh g ôn

xúc c c tá uyển hoh á vật li ệuch aứ cac n (t an gbo h á d a đốt hầm) trong o ừcác iđ ều kiện phản ứng khác n a bằ g h nh u n ơi ước và bằng khí CO2; 3) Trên cơ sở c cá ố liệu thực nghiệm đã s thu được, ập l mô ì tí to nh nh nh á ,

khai t á ch c ác ần mềm hi n hph ệ àn gih, ải ài tb áo n xá địn c hc cá thông số động học của phản ứng chuyển hoá c ca bo n (th na gáo dừa đốt hầm) bằng h nơi ước à bằng v khí CO2;

4) Thiết lập c cá mô ả động học của phản n t ứ g h c uyển ó h a a c cbon (t ah n gáo dừa đốt hầm ) bằng ơi ước và bằng khí CO h n 2

5) Xây dựn vg àgiải c c ươná ph g t ìrnh câ bằnn g chất, ph nươ g t ìrnh cân bằng năng lượng n tí h t á thiết kế o n công nghệ, thiết bị chuyển o h á vật

liệuchứa cacbon bằ hơ nng i ước ki uể lò quay ở i môqu côngn hig ệp;

CHƯƠNG I

V GIỚI THIỆU Ề CA CBO HOẠT N TÍN H

I 1 GIỚI THIỆU VỀ CACBO HON Ạ TÍNH T

Cacbo hon ạt tí n hlà một chất h ấpphụ kh n cô g ực ch aứ 8 ¸ 7% acbon 5 9 ctuỳ the c c io á đ ều ki nệ sản xuất, ần ph còn ại l t l à ro cvô ơ Ch nú g đã được ử sdụng từ lâu đờ nay ới mục i v đích là chất ấp phụ h trong qu á t ìr nh ph nâ tách,

c cá quá trình làm ạch ệ khí v hệ lỏn s h à g, đồng thời chúng cũng được ù nh d ng ư

là á c c ch ấ txúc áct hoặ chấ mang xc t úc ác ro gt t n c cá uá r nq t ì h ho á họ úc ác cx t

dị thể

Từ nh gữn năm 50 của thế ỷ k trước, c ca bo hon ạt tính đã được ử dụng srất rộng rãi tr g ô gon c n ng ệp cũng nh hi ư đời sốngvà ãđ trở th nhà chất h ấpph ụ

kh gôn thể cạnh tra , nh đặc biệt là trong công nghệ làm sạch nước [ 9] 6

Bằng các phươn phá ng iê cứu hiện đại, người tg p h n a đã ấy c cth a b n o

hoạt tính chứa những mao ả qu n có kíc thước rất h khác nhau và có thể p n hâ

c ahi thành 3 loại mao quản ch nh nhí ư s u 1 7a [2 ,6 ]:

· Các m o quản nh a ỏ (Micropore): lo i ạ lỗ xốp này c ó b ná kí h ệu dụng n hikhoảng £ Å, xấp xỉ bằng20 kíc thước p â tử Tổng bề mặt h h n thành c c ámao qu ản nh ỏ kho gản 00 94 ¸ 00 m2 và đếntrên1000 m2/g Đây à phần l

bề mặt riê g chủ yếu của n cacbon hoạt tính;

· Các m o qua ản un b nh tr g ì (Meso op r : gồm e) c cá mao quản ó c ích thước k

h nà g chục đếnh nà g trăm Å à c v ó thể qu na sát được ữngnh ma ản o qunày bằn k h hig ín ển v i iđ ện tử Tổng bề mặt thành cá m c ao quản ới t

h nà g trăm m2/ ; g

· Các a m o qu ản n lớ (Macropor : gồm nhữ ma ản ó ke) ng o qu c ích ước t th ừ

m ột n hg ìn tới và ch ci ụ ngh n ì Å và c ể q nóth ua sá nhữnt g ma quản no ày bằng k í ểnnh hi vi a g học; qu n

Chất lượng của ac c bon ạt tho ính đượ đặc trưng bởi tổng diệnc tíc bề hmặt i r êng của các ỗ l mao qu nả , ngoài ra c ún c n được áh g ò đ nhgiá thông u q a

các ch ỉ số: 1) chỉ số Iod (là lượng Iod được tính bằng mili am được g 1 gam

c ca bon ạt tho ính hấp ph )ụ ; ) 2 chỉ số Xanh Meth le e y n (là số ml dung dịch Xanh Met lhy e e nồng n độ 0,15% bị mất màu bằng 0 g ,1 am c cbo ạt tía n ho nh)[21 67, ]

Ngày ay, hiều ng nn n à h sản xuất t rong c g nôn ghiệp ó h a học c, ông nghiệp thực phẩm, c ng nô ghiệp dược phẩm, đang sử dụng một lượng lớn chất hấp để tẩy màu, ẩy mù t i, tác à ân riê g c ch v ph n á hỗn h p hợ k í, th hồi c c u á

du gn môi hữu cơ quý, làmkhô, làm chất xúc c, ất tá ch mang chất xú tá , c c Trong c cá chất ấp h phụ ắn được sử d r ụng h t ì cacb n hoo ạt t ính làchất ấp ph h ụ

có vị t ír qu na trọng nhấ , có phạm vt i ứn dụng rộngg rãi ấtnh V c cì a bo ạt n hotín vh à đặc biệt là c ca bon ho ạt ính được sản t suất ừ t c cá vật li ệu ó n c guồ gốc nsinh học rthì ất sạch v àkhô gn mang á chất c c hóa ọc lạ vào hỗn hợp h h k í, hỗn hợp lỏng cần làm s cạ h, đồng thời ch ng c c ả năng giữ c c chú òn ó kh á ất bị hấp

phụ khí, hơi ũn ư c g nh chất tan ất ố r t t t rên bề m t ặ [21 6, 7]

Ch hín vvì ậy, ngay từ thế ỷ k 19 c cá nhà khoa ọc ã c h đ ó hi u n ề cố gắng

trong ệc n h ên cứvi g i u v à s nả xuất c ca o hoạt tín t y b n h ẩ màu từc cá ngu nyê liệu

khác h un a Năm 1900 v 1 à 901 hai ằn sán b g gchế ủa c .OR V str jko (bằne g s g ánchế do A h cấp số n 1 24 24 và 1 048 0 ăm n 1 09 0 à v do Đức cấp số 1 673 92 ăm n1901) đã m ở ườngđ ch o việc ph t t riển sản á xuất cacb n hoo ạt tính thương phẩm hiện đại đầ u tiên Trong ôn c g t ìrnh thứ nhất tác giả mô ả q t uá trìn cơ bản để h

sản xuất c ca on b hoạt tnh h ot e phương p há p hoạt hóa bằng kẽm clo ur , bằng a

c cá h tẩm n ug yên liệ thự vật bằn d ngu c g u dịch muối kẽm clorua ồi n ng r u ởnhiệt độ th híc hợp C gôn trì thứ ai t ì m tả nh h h ô quy t ìr nh hoạ hóa than bằng t

CO2 ở nhiệt độ cao [67]

Trên cơ sở bằng sá ngchế ủa R V st j c .O re k , ăm 19o n 09 cac on hob ạt t ính thương phẩm đầu tiê sảnn xuất t e phươnh o g p áh p R .OV strej m n nh n ko a g ãhiệu Ep it ra đời tạion Sch es en (Cộng òl i h a ê li a g Đức) Đó hn b n c ính là tiền

th nâ c ủa Cô g sn ty ản xu ất cacb n hoo ạt í t h khổ lồ Non ng rit ày ay [2 , ] ng n 1 67

Như vậy, cho đến uđầ thế ỷ k 20 việc ngh niê cứu sảnxuất cacb n hoo ạt

tính, ínt h chất à ứngv dụ chấ hng t ấp phụ ạng cacbon đã ké d o d i gần 150 năm àNhiều công trì ng iênnh h cứ đã được cấp bằnu g sá gn chếphát min 21 6h [ , ] 7Trong hi c ến tran h thế giới lần thứ nhất, ngày 2/ /1915 lần u2 4 đầ tiên trong lịch sử n nhâ loại, qu n â đội Đức d ngù hơi ngạ ht và ơi độc à c v o hiến tranh Với vũ khí hóa ọc h , qu n Đứ nh nâ c a h c n i n nh ghó g gà h ữn hi nc ế thắ g nquyết địn gh, ây nhiều thươ v g trê mặt ng on n trận Đức - Ph pá – Nga và mặ ạt n

ph g òn độc sử dụn h ng t a gỗ ở thế ỷ 19 đã bị k qu n n nê lã g ay được ác c nhà h á o

h c ọ ở thế ỷ k 20 đem ứ dụn [21 67]ng g ,

Trong i i oga đ ạn đầu của đại chiến thế giới thứ I, nhiều quốc ia ãg đ lập

c cá hội đồng, uỷ b na về p ònh g độc Nhiều th gôn ti qn u na trọ về ng lý thuyết, sản xuất à ứ g dụnv n g c ca o ạt íb n ho tnh được tập hợp bước đầu Riê g n ở Đức chỉ một năm rưỡi cuố đại chiến i thế giới thứ I đã ản s xuất 1 triệ mặt nạ, 00 u

dù gn tới 60 00 tấn cacb hoon ạt t í h lọc n khí [ 7] Khoảng6 thời ian ữa đại g gichiến thế giới I và II, song song ới việc v n hg i n cứu ê chế ạo t các chất hấp ph ụ

hữu hi u ệ c ẩn bị hu cho c cá cuộc chiếntranh, khoa học c phải ải quyết vấn òn gi

đề chất hấpphụ c các gà h c g ghiệp đaho n n ôn n ng p t thá riển vũ b oã như: cô g nnghiệp cao su, công n g ệp tơ sợi nh nhi â tạo, cô gn n hig ệp chất ẻo d , c ca bon hoạt tí nh sử dụng nhiều on tr g các n à này để t hồig nh hu c cá d gun mô q ýi u , để

làm ấ mach t ng xúc á cht c, ấ t xúc tác, do đó mà cacbon hoạ ính ở th h t t tr àn

chất hấp phụ qu n trọna g và được ứ g dụng rộnn g rãi ất [ , ] nh 21 67

Nguyê liệ sảnn u xuất cacbo ạt tí chủ yếun ho nh là c cá lo iạ n u ng yê liệu

có chứ c cbona a nguồ gốcn khá nh u: c c c a á loại th na kho ná ư than ntg nh a raxi , t

th n na âu, tha ùn,… n b và các nguy n liệu có nê guồn gốc thực vật như ỗ, vỏ gcây, vỏ quả, vỏ hạt,… hoặc từ các n ug y n liệu ê có nguồn gốc động vật nh ưxương, [ , , , ,4521 22 6 ] 7

I CÁ2 C ĐẶC TRƯNG CƠ B NẢ CỦA CA BO HOC N ẠT T ÍNH Trong sản xuất à sử dụngv cac o ạt tíb n ho n , h phảiquan tâm đến n hiều đặc trưng ph ản ánh phẩm chất ũng nh c ư khả năng hấp phụ và giá trị ử dụng s

của ch nú g Để đ ánh gi á phẩm chất của ca cbon hoạt t ính u đượ qu ác th c a cngh niê cứu thực ng ệm hi thu được trong kh ôu n khổluạn n á này đ xác nh ã địđược các đặc trưng sau đây:

I.2 1 Các đặc trưng ơ ọ c h c c aủ cac on b hoạt tính

Các tính chấ cơ họct làcác cđặ trưng ất r qu na trọng của ac c bo hon ạt tính dạng hạt (GA Đặc biệtC) ngày nay, h k i mà c acbon hoạt t nh là một í

trong ữn loạ vật linh g i ệu hấp phụ rất quan ọng ro g ô g gtr t n c n n hiệp vVì ậy, vấn đề hoà guyê c cn n n a b hoon ạt tính đã q a sử dụu ng là m t tộ ron nhg ững ch ỉtiêu rất quan ọng để htr ạ giá thành ử ụng s d cac on hob ạt t í h n

Các tính chấ cơ học của at c cbon ạt tího nh dạng hạt b oa gồm hai đặc

trưng cơ bả độ cứng và độ bềnn: chị m mu ài òn N ếu hai đặc trưn ng ày tố ẽt s đảm bảo ho c khả năng h o n n u nà g yê (t iá sử dụng) cac o hoạt tb n ín đã sử h dụng được thu nậ lợi đồng ời nó cũng đảm bảoth ch o khả ăng vận chuyển, n

nạp hoặc tháo cacbo hon ạt tính ra khỏi t hiế bị ấp ph t h ụ được ốt t

I.2 1 1 Độ cứng

Độ cứng của a c cb n hoo ạt t ính được í bằng lượngtnh cac on ạt tíb ho nh

mẫu c n lại tò ở rên sàng , mm s với lượng0 5 o c ca on hob ạt tí h mẫu b n n a đầu [ ]67 :

Độ cứng = 0 , 5 100%

c c a bonmau

mm sang

c c a bontr enmm

I.2 1 2 Độ ền chịu à b m i m n ò

Độ bền chị mài m của cau òn cbon hoạt tính đượ c tính ằng lượng b

c ca b no hoạt tí mẫu ònnh c lại ở trên sàng 0 1,3 5 mm so ới lượng v c ca b ạt on hotính mẫ ba đầu [67]: u n

Rog na I ex = d 0 , 315 100%

c c a bonmau

mm sang

c c a bontr enmm

Độ ề b n chịu mài m n được áò x c định bằngphương pháp R a In ex og d

I.2 2 Các c đặ trưng hóa lý

I.2 2 1 Cấu ú tr c ti thể c nh ủa c ca bon hoạt tí nh

Cacbo hon ạt tí h m n là ột loại vật li ệu ó c c ấu rú gt c raphit Né đ ển ht i nh ìcủa cấu trú nc ày là ắp xếp s c cá n ug yên tử c ca bon trên đỉn c ch á ục á l gi c đều, nằm cách nh ua nhữ khoả nhất định ho nng ng k ả g là 1, 2 Å 4 Các nguy n ử ê t

c ca b n o được p n bố hâ trong nhữ gn mặt ph nẳ g so gn so g kn , hoảng cách giữa

c cá mặt ph nẳ g lục giá là ,c 3 35 Å [ ]21 hình I 1 ,

Trong mặt ph nẳ g của mạng lưới, nguyê tử c cn a bon liê kết với ba n

nguyê tử n cacbon lân ận bằng lực c ho á trị C cba on hoạt tí thuộ loại nh c

c ca b n k ôn g ph hoo h g ra it á C c á tinh thể ơ bản c tro gn c ca b hoon ạt í tnh kh g ôn

có cấu trúc oàn chỉ h nhh n ư ra hit Các mặt g p song s ng ị xê dịch một c co b á h ngẫu nh n v x iê à en phủ lẫ a Kíc n nh u hthước tru g nn bì h ủa c c c á ti nhthể ỡ c 23

Hấp ph x nụ a h metyle t ên r n ca b n hoc o ạt t í h hn c h po p é ứngch mi h bề mặt n

của a c cbo hon ạ ính với t t những mao quản lớn hơn 15Å ( , 1 5 10-9 = 1,5 n m) [ ]67

I.2 2 3 Chỉ ố Iod s

Chỉ số Iod ủa c cacb no hoạt tính là ượn l g o I (tín bằnd h g g m ) được hấp

phụ trên 1g cacb n ạt t ính (đã nghi no ho ề mịn) Ch ỉ số Iod là một đặc trưng rất

qu na trọ c th ng ó ể đại diệncho bề ặt riê g c m n ủa c ca bon hoạt í t nh [21 67], Chỉ số Iod ủa c c ác mẫu c ca bo hon ạt tí th được từ nh u các n h ng iê cứu thực n hig ệm của cô gn trì hn luậ n n y, được x c định h on á à á t e DIN 3 85 5 2 (Cộng Hòa Liê anB ng Đứ [80 th oc) ] - e phương ph pá này Iod được ph ha t ành

du gn dịch khoảng ,0 N - 1 dung dịc d h ư sa i h u kh ấp phụ c lại khoảngòn 0 0, N 2Người t a c ho rằng ở nồng độ câ bằ gn n h ấpphụ ,0 2 n0 N à c cy, á hâ tử p n Iod ẽ s

bị hấp ph h h ụ t àn một lớp đơn ph n â tử trên bề mặt cacbon ho ạ ín v dt t h à o ó đtrị số chỉ số Iod thường ươ t ng đ ng với sươ trị ố bề mặt i r êng đo được theo BET [ ]67

I.2 2 4 Bề mặt riêng BET

Bề mặt i r êng của á c c mẫu cacbon ho ạt tín đã th hu được tr g hòon p ng

t íh n hig ệm, được á x c định bằn ph p g é đo hấpphụ itơ ởn nhiệt độ thấp (nhiệt

độ 77 oK) Trong công t ìnr h luậ n án n ày, ề mặt i b r êng của c c á mẫu cacb n ohoạt t ính hu được từ thực n hit g ệm đã được gửi iđ xác đị h b mn ề ặ r êng BET t i

t i phò gn t íh nghiệm của Viện ỹ thuật năng lượng k và côn ng ghệ hóa học, trường đại học tổng hợp kỹ thuậtB re g Aka emd ie Fr b g –ei er CHL Đức rên B t

máy Qu na tachrome Auto os rb ASORB C2P Version 1 05

I.2 3 C ấu trúc xốp ủa a c c cbon ho ạt tính

Trong q á t ìnhu r hoạt h á g ào n o i việ clàm ạc s h bề mặt c cb na o khỏi á tạp c cchất hữu cơ cũn nhg ư làm ạc s h c c tạpá chất v cơ ô có trong ngu nyê liệu b an đầu, để ải gi p nhó g c cá ỗ xốp o l d quá t ìr n hoạt h hoá ạo t ra, nó cò ch ển ón uy h a một phần c ca bon, ạo t ra kh ngô g nia trố gn giữa c cá tinh thể N ĩa àgh l tạo ra

thêm lỗ xốp ch cacbo , k i o n h thựchiện quá t ìrnhhoạtho há t ích hợp sẽ tạo ra một lượng các ma quản, tổn dio g ện tích ạo t thành các a m o ả sẽ là rất lớn qu nCấu trúc ốp của a x c cbo hon ạt tí nh được áđ nh g i bởiá thể ctí h c c lỗ xốp átính ho c một đơn v ịkhối lượng (cm3/g h) ay mộ đơn vị t thể tích (cm3/cm3) ] [2 :

d - là khối ượng riêng biểu ki l ến, [g/ cm3]

d – là khố ượni l g riê gn thực [ / cm, g 3]

(Cacbo hon ạt tính kỹ thuậ th d ,t ì: = 0 55 ¸ , 0 9 g/cm3, d = 2,2 g5 /cm2) [ 2,21] Trong c ca o hoạt t í c r b n nh ó ất nhiều lo iạ ỗ ốp h l x k ác n a t dh u ừ ạng l xỗ ốp lớn đến dạng lỗ xốp nh ỏ (gọi là ấu ú c tr c xốp hỗn tạp do), tro gn á trìn ạt qu h ho

ho ná, oài ệc hì h thà h lỗ xốp mới g vi n n còn luôn có ự mở rộng s kíc h thước ỗ lxốp đã scó ẵn

Tron qug á t ình hấp phụ, mỗi dạng lỗ xốp mr có ột chức năng riên Ch ỉg:

có một số lỗ xốp nhỏ là t ông với mặt ngoài của ah c cbon T nghô thườ cấu ngtrúc lỗ xốp của a c cbon được t ổ ch cứ như s u: lỗ xốp lớn h nga t ô trực tiế ra mặt pngoài, lỗ xốp vừa là nhánh ủa lỗ xốp lớn và lỗ xốp c nhỏ là n nhá h của lỗ xốp vừa Lỗ xốp nhỏ có nghĩa r lý ất ớn on tr g q á trì hấ u nh pphụ vì ề mặt i b r êng của

nó rất lớn bìn thườnh g là à g 1 0h n 0 0m2, nh nư g cũng có loại lê đến 00n 2 0m2[ ]21 Lỗ xốp vừa có v i ta rò ron ht g a lĩnh vực, thứ i nhất ề hấp ph n v ụ ó nlà ơi xảy ra ng nư g ụ m t ao quả k i p suất ơi đủ lớnn h á h , thứ ai l à n làm đường dẫn h ó

cho ất b hch ị ấp phụ v oà ỗ ốp nhỏ l x

Vai trò ủa lỗ xốp lớn chủ yếu v c là ận tải cá chc ất bị hấp phụ n anh h

ch ngó tới hệ thống những lỗ xốp nhỏ ơn nằm sâu hơn h b nê tro g hạt c cn a bon

hoạt tí n Bề mặt ih r êng của lỗ xốp lớn rất nhỏ, b ná k ní h ỗ ốp lớn lại l x quá ớn l

vì vậy thường ch g k ôún h ng c ó vai trò gì tro g n quá trìn hấph phụ Tuy hiê , n n

khi c ca bo hon ạt tí nh được sử dụng làm chất mang xúc tác t ì l xh ỗ ố ớ ạp l n l i có

một vai t òr vô cù g qn a u ntrọng vì chất xúc tác phần lớn được â bố tro g ph n n

c cá l xỗ ốp này [67]

I.2 4 Cấu trúc oá học của a oh c cb n hoạt tính

Phân tíc cấu h trúc ằng nhiễu xạ Rơn h n b g e , đã c h o thấy c ca bon hoạt tính được hợp h h t àn từ nh g nữn ti h thể nhỏ kiểu grafit 10¸30Å (1¸3nm) Các

tinhthể kiể raf ronu g it t g cac o ạ ính bb n ho t t ao gồm những ặt m phẳng 6 cạnh

và sắp xếp h ng h o k ô t e một trật tự nhất đị h 67n [ ] K ảngho cách giữa á c c lớp khoảng 44 3 3, ¸ , Å ( , ¸0 665 0 34 ,3 nm) à là lớn hơn ov s với ở grafit (0 35,3 nm), chiềucao mỗi ớp ti h l n thểkhoả 1 ,ng ¸1 3 m, n hình I.4

Do cấu ú tr c có kiể rafit ê cac o hoạt u g n n b n

Ch hín trong ấu trúc “kh n c ô g tr tậ ự” của a t c cbo hon ạt t í h ữ án gi a c c tinh thể l ạ à ần vô định h hv ph ìn c slà ơ ở t ạo n nê cấu trúc ố x p c a aủ c cbo hon ạt tính Giữa c cá phần’’ của c “ acbon ho ạt tính là nh g ữn “k eh rỗng” g- ọi là mao

quản - ore ap h y “lỗ xốp” - có kích thước tương đương ho k ảng từ vài ba

Anstrem c h đế h no n à g trăm A strem Cũng tồn tại những “lỗ xốp” n có kích thước đến h n à g chục gà n nAnstrem ọi l à g Macropo [21 2 67 75re , 9, , ]

Dub ni in 3 [ 1 ph n] â loại các ỗ xốp đó l làm 3 loạ Microp rei o , M scop re e o

và Ma ro oc p re Ngày nay, U AI P C c n h nò p â loại c cá ỗ xốp l trong c ca bo hoạt n

tính àm bốn loạ : l i

· Các l xỗ ốp có đường k n í h £ 4 Å: g iọ là submicr pore o

· Các lỗ xốp có đường k í hn 4-20 Å: gọi l à m cropore i

Hình I.4: Ản ể v đ ện tử h hi n i i quét ủa ẫu c c c m a bon hoạt tính gáo dừa hoạt hóa ở 800oC, bằng ơi nướckí h ch ướcth h ạt th na nguy n liệu từ ê 0 8–, 2 5 mm ,

Sự sắp xếp của á c c m ao quản là rất khác ha ở ỗin u m loạ c ci a bo hon ạt

tính, chí h ì v n v ậy ngườ cita ũng ph n hâ c ia ra c c n hoa bo ạt t í c cấu nh ó trúc ốp x

I.3 1 1 Cacbon hoạt tí nh dạng ộ ( AC b t P – Powder Acti tva ed Ca bon) r

Nhóm cacbon ho ạt tính này được d ng để ẩyù t màu à ùng ongv d tr ty ế,

vì tốc độ khuyếc áh t n trong pha ỏng r l là ấtnhỏ n nê quá r nh hấp phụ xảy ra t ìtrong n dịch rất du g chậm Để ăng cường độ thiết lập t câ bằng hấp phn ụ khi

quá t ìr h hấp n phụ ảy x ratrong ph ỏnga l c ca on ạt tb ho ính được g ền h h n hi t àndạng b một ị với ín k ch ước h th ạt d £ 80mm

I.3 1 2 Cacbon hoạt tính d ạng ạt h ( ACG – Granu ar Ac va ed a bol ti t C r n) Cacbo hon ạt t ính dạng hạt chủ yếu d ng ù để hấp ph ụ khí và hơi, vì vậy còn gọi l t à h na kh Đôí ikhi c ca b n hoo ạ n dạng hạt cũng t tí h được dùng tro g nmôi tr ường lỏng đặc biệt l à dùng để ọc l nước

Cacbo hon ạt tí nh nh hđị ình dạng tr ụ được chế ạo t the uy t ìo q rnh phức

tạp hơn Nguyê liệu đượ hoạt n c hóa, ng ề th nhi n à h ộ b t và thêm chất kết dính để tạo th hàn dạng vữa, vép ữath nhà vi n hoặc s i cê ợ và tắ s ợi thành ạt ồi ếp tục h r ti

c cá nhiệm vụ sảnxuất khác như ấy k ô s h v hoà ạthóa ạ l i[21 67, ]

I.3 2 Ph n â lo iạ theo Meclenbua

Me ecl nbua ân ph loại t o mục che đí h sử dụng h o, t e cách này c ho ta ết bi

được ph m ạ vi ứng dụng cũn nhg ư tí chất của canh cb n hoo ạt tín Ph n lo i h â ạ

th oe Mec enbu hl a t cacb nì o hoạt ính được ch a at i r làm á lo ic c ạ như s u [21]a :

I.3 2 1 Cacbon hoạt tính ẩy màu t

Đây là nhóm c cba on ạ nh cơ bảnho t tí , đượ ức ng dụng rộng rãi trong nhiều ng nà h cô gn n hig ệp để tẩy màu d gun dịch Ở đ y c cbâ a on ho ạt tính hấp phụ chất ẩn b có m u kích thước p ân tử à , h chất gây àu thay đổi trong phạm vi m rộng từ dạng p ân tử h th gôn thường đến dạng phâ tử lớn tn và ớicác ểu phần ti

I.3 2 2 Cacbon hoạt tính y ế t

Cacbo hon ạt tí nh cókhả năng hấp phụ c câ chất ta dạnn g p đ tâ keo h n n

trong d dạ ầy ă ộ Đđy cũngv ru t lă loạ c ci a bo hon ạt tín t h ẩy mă uchỉkhâc lăcó

độ sạch ca o Tro gn c g nghệ sảnôn xuất c ca b hoon ạt t ín ăy k ô g h n h n được có

những chất ẩ c ch a t m ó ứ cati n độc như Zno ++, Cu++, Hg++

I.3 2 3 Cacbon hoạt tính ấp phụ h

Tùy vă cho ất lượng vă mụ đí sử dc ch ụng m ă ta đph n ra l m ba lo i: ă ạ

1 C cb ạt a on ho tính thu h ồidu g ôn m i: cacbo hon ạt tính được d g để gom hơi ùn

của c c â chấ hưu cơ t có trong h k ông khí như tâch b nzen vă ơi c ce h â dung môi khỏicâc khí thả sản i xuất nhằm thu hồi d gun mô để dù gi n trở ại l cho qu rình i tsản xuất

Cacbo hon ạt tí n ùn để thu hồih d g dung mô icó độ ạt ínho t h ca co, ó độbền cơ cao vă trở ực đối với l c câ dòng khí nhỏ Khả năng lưu gi ữ c câ chất bị hấp phụ thấp thường, cac o hob n ạt t ính được sản xuất dướ dạng bii ến tín định h

hình ay dạng mảnh h c đườn kí h tương ó g n đươ g hoả g ¸ mm chiều dăi n k n 2 8kho g 5 ản ,1 đường k n 2 í h [ 1 67, ]

2 C cb ạt ta on ho ính hấp phụ khí (th n ha k í): Cacbo hon ạt tính dạng ăy c kh n ó ả

n găn hấp phụ chọn ọc c c l â khí vă hơi, có thể d gùn cacbon ạt tính năy ấp ho h

phụ c câ chất hí hay hơi k để ât c ch h ngú ra khỏi c c hỗn hợp của Cacb n hoâ o ạt tính năy được ứ dụng rộnng g rêi tr g cô g gon n n hi pệ dầu mỏ để lăm ạc s h câc

khí th ơm, ôn hí, kh g k lăm ạch nướ s c, Cacbon hoạt tính năy được sản xuất dưới dạng mảnh hay đị h hì h ùn n t y the mo ục đích ử dụng s

3 Cac o hoạt b n tính nền x cú tâc: Cũng thuộc loại tha k í n h nhưng n c độ xốp ó ó lớn hơn ó, c thể dù gn lăm nền ch o c câ chất x c ấ t c tổng hợp nhiều chất vô ơ ccũn nhg ư c c châ ất hữu c ơ

I.3 3 Ph n đ lo iạ theo ubi i D n n

Dub n n i i đê dựa văo cấu ú tr c xốp để ph nđ loại c ca ob n hoạt tính Ông cho rằng chia cacbon hoạt t ính hệ thống hănh dạng thu hồi dt vă ạng h k í l ă

kh gôn có ý nghĩa ề đặc v trưng ấu c trúc Th oe tác giả hợp ý l là c ia c ch a bon hoạt t ính ra àl m b loạ : a i

I.3 1.3 Cacbon hoạt tính ấp phụ khí h

Dùng để hấp phụ kh ví à ác c chất ễ bay hơi, dạn d g này t ộc chất hấp huphụ có cấu ú tr c xốp với nh gữn mao quản nhỏ lo iạ I (gồm cơ bản là c cá mao

quản nh ỏ micr oop re) Đặ trư của cấu úc ng tr c dạng c ca o ạt tb n ho í ày là sự nh ntăng thế hấp phụ tro ng c cá ỗ xốp nhỏ, tạo điều l kiệ t ận lợi n hu cho việc ấp h

phụ khí hay d n du g ịc ch ó ồn n g độ thấ p

I.3 3 2 Cacbon hoạt tính thu ồi h dung môi

Dùng để hấp ph ụ hơic cá du gn mô icông n hig ệp nhằm thu ồi và đưa h

ch ngú trở ại l quátrình ản s xuất Dạng c ca on hob ạt t í nhnày t ộc chhu ất ấp ph h ụ

có cấu trúc ỗn tạp h Du lượng hấp ng phụ ớn l nhưng khả ăng lưu n giữ chất hấp

ph kụ ém, ó ả năng tiến c kh h hàn các quá trìn nhả ấp phh h ụ bằng hơi nước quá nhiệt

I.3 3 3 Cacbon hoạt tính ẩy màu t

Dùng để tẩy màu và làm ạc s h dung ị h d c vàchất lỏng Cac o ạt t ínb n ho h chủ yếu thuộc chất h ấp phụ c cấu ó trúc ồ các mao qu g m ản tru gn ìn b h

I .4 MỘT SỐ ỨNG DỤNG ỦA C C ACBO HOẠT TÍNH N

Cacbon hoạt tính ó c rất nhiều ngứ dụng o g tr n côn n hiệ h á chất, g g p ocông ng ệphi thực phẩm, cô gn n hi pg ệ dược phẩm, trong y ế t và đặc biệt ngày

nay cacbo hon ạt t ín được ứ g dụng rất rộnh n g rãi trong ôn c g n hig ệp làm ạch snước sin hoh ạt và c ô g nghệ ử n x lý ô m i trường,… chúng đượ sc ử dụng ất rộng rrãi để làm chất hấpphụ trong hp a khí ay p a lỏngh h Tùy t ộc và hu oc cá hệ ạp tchất cần phải l àm sạch m s dà ử ụng thuầ ntúy cac on hob ạt t í hay c cnh a on hob ạt

tính ó c ấm mộ th thay nhiềuchất xúc tác [2 ,167]

I.4 1 Tro g n công n hig ệp hoá ọc h

I.4 1 1 Thu ồ h i d gun môi tr ng c n n ệ hó h c o ô g gh a ọ

Phương h p p á truyền thố nglâu đời nhất để làm ạch h s k í thả từ c ci á nhà máy sản xuất cơ gn nghiệp ĩ h a chất l t hồià hu du gn mơ bằng hấpi phụ trên

c ca b no hoạt tí Cơ gnh n nghệ ày được triển hn k aithực ễ ào n m ti n v ă 1 179 [67]

Ở đ ây hơi du gn mơ được aci c bo hon ạ ính hấpt t ph vụ à sa đĩ ả hấp ph u nh ụ

b gằn h nơi ước uá nhiệt à thu đượq v c m h h ột ỗn ợp d ngu mơi và nước, lắng ạn g

hoặc chưn cất sẽ g thu được d ng mơ sạchu i

Các lo iạ d gun mơi thường được thu ồi bằng hấp ph h ụ trê c cn a o ạt b n ho

tính ĩ c ể tổth ng k t ế qua bảngsau [ ]67

BảngI.1: C c á lo iạ dung m i thườơ ng đ c ượ thu ồ ằ h i b ng phương pháp hấp phụ trên c ca bon hoạt tính

L nhĩ v ực cơ g ng ệp n hi Các lo iạ dung ơ m i

Cơng n hi g ệ php im ảnh Ether, ce on, MetA t yl-E y ce on t l t

Rượu Etylic (C2H5OH), Me e ct ly n hlorua(CH2Cl2)

Tetrahydr p ntan o e

Cơng n hi g ệ pcao su Xăng, Ben nze , Tol en u

Cơng n hi g ệ sp ợi i v skose S lf r cacbon u u

Cơng n hi g ệ pgiặt ẩy t Perch ol re Ety n le

Cơng n hi g ệ ke , sơp o n Be ze , X ngn n ă , He anx , To ul en

Hàm lượng hơidu gn mơ icĩ rot ng ơng h ả phả kh k í th i ilàm ạch s cĩ th ểlên đến10%, nh g h gưn t ơn thường chỉ một v phài ần trăm hoặc c ĩ thể thấp ơn h Thiết bị hấp ph ụ thường là loại t ết bị l hi cĩ ớp tĩnh hi, c ề u cao ủa lớp c

c ca b no hoạt tí h tr g kn on hoảng từ 500 ¸ 1 000 mm [70]

Ở kỹ thuậ thu hồit dung m , ườn d ngơi th g ù cac o b n hoạt t nh dạng hạt í

hoặc c acb n ạt t ính định h nho ho ì với í k ch thước tương đương khoảng 2 ¸ 4mm Một vấn đề nđá g chú l loý à ại c ca b n hoo ạ nt tí h d n ró g t ng t u hồi du gh n mơi phải cĩ b n độ ề mài mịn cao [7 ], và ười t0 ng a cũng phải c đến hú ý vi cệ chọn

những cac on hoạt tính cĩ cấu trúc xốp b thíc hợp khi th hu hồi các ại d ng lo u

mơ hái k c n au [ ] h 70

Chẳng hạn để ấp h ph kụ íh Freon thoâ ttra ừ c câ thiết bị lạnh cũng nh ưhấp phụ c câ dẫn xuất C lore của c ch â Hyd or c bon ngac ười t a đê sử dụng

c ca b n hoo ạt tín g o dừa h â [ ]90 Để thu hồi xăng bị bốc hơi t rín̉ những x e ô ô t

cỡ ớ l n ng, ười t a có ể dùng m th ột thiết b ịchứa 1 ¸ 1 5 lít, c ca bon hoạ nh dạng t tíhạt sau đó nh h ả ấp ph uụđể th hồi xăng [67] Do gu las W Wan Osd l c g câc el ùncộng sự [ ]24 d ngù cacbon ạt tínhho gâ dừa o (6 – 18 Mesh) để hấp ph ụ câc

lo iạ du gn môi ữu cơ h vă cho thấy dung ượng hấp l phụ T l e ío u n l n đến 18 8, % khối lượng

I.4 1 2 Khử mùi vă câ chấ độc ro gc t t n kh n kh ấp ẵ g í c v kh ải í th

Việc khử mù hoặc i câc ất l tch ạ rong k ôn khí, đặc bih g ệt lă hô g kk n hí tuần oăn h ở câc khu ăn v phò g lớnn , sđ bay,… s n ẽ tiết kiệm rất nhiều năng lượng sưởi ấm kh g k hoôn hí ặc m lạnh (trường hợp ilă đ ều a nhiệt độ) Trong hòcâc trường hợp năy người ta dùng câc lo iạ c ca bon hoạt tính dạng hạt có c u ấtrúc xốpcao (microp re ă co ) v ó b m ề ặt riíng lớn 6 [ 7,7 ] 5

Một yíu cầu rất lớn đối vớic ca bon hoạt tính dùng để m sạch h nlă k ô g

khí l ă phải có kh nả ă g n tâi sử dụng được nhiều lần 6 [ 7] C nh vì vậy từ hí

nh gữn năm 50 của thế kỷ trước, cacbon hoạt tính o dừa gâ trở thănh vật li ệu hấp phụ k óh c thể cạnó h tra h on tr ng c g ghệ lăm sạch hôn n k ông khí ă lăm vsạch nước uống nhờ độ bền cơ tuyệt h oả của nó (xem bảng 8 III )

Trong một số trường hợp, c ca b hoạt tí h cò được tẩm một số chất on n n xúc c tâ năo ó đ để có th ể ph n hủy lo i trđ ạ ừ đ ược những chất độc ẫn o l tr ng

kh g ôn khí như: Su f rlu hydr (Ho 2S ), kh ủ s lfurơ (SO2), Hyd o hr c lo ua ( C )r H l , Amoniac (NH3), câc mer a ac pt n(RSH ) hoặc cả thủy g nn đ Chẳng h n ạ để x ý ử lHCl, SO2 c ca bon hoạt tính được tẩm kiề , hoặc kh phm i ải xử lý (lo iạ trừ) amoniac câc, Amin đặc biệt lă câ A ky Am nc l l i , cacb hoạt tính được t m on ẩ axít Sulf ru ic

Với một lượn khg í thải nhỏ từ câc p ng hò thí g ệm, n hi nhă bế … người p,

ta dùng nh ữ bộ lọc cng ó sử dụng c ca bon hoạt tính dạng hạt cỡ nhỏ Với nh g ữn

lượng h nk ô g khí thả lớn vă rất lớn ó i c ch aứ ữn chất hữu cơ độc nhưng lại nh g

với một lượng không đủ ớ để đốt,… t ì l n h người ta dùng nhữ bộ lọc bằng ng

c ca bon ho ạt tí h với in đ ều ki n ệ tái sin bắth buộc [ ]70 Quá rình oànt h n ug yên

c ca bon hoạt tính đãlàm việ thường bằng một c dòng khí tr ơ có nhiệt độ khoảng

t 2 0 ừ 5 ¸ 600oC tù ty h oe chấ h ct ữu ơ đã bị hấp ph 7ụ [ 0]

Cacbon ạt tí h cũng lho n à vậ liệu hấp ph k ônt ụ h g th ể t ay th h ế để làm sạc cách ôxít nitơ khỏi k ôh ng hí thả hoặk i c không khí cấ p Ở hi t n ệ độ cao chẳng h nạ từ khói lò hay k i thải của động cơ đốt thó rong, kh nả ă hấp ph ng ụ

NOx của ca bc on ạt tího nh kh glà ôn c o [ ]a 25 , n h hàcò k i m lượng hơi nước a c o

lên , và To ≥ 100oC các oxí nt it sơ ẽ b ịkhử thành N2:

2NO 2C + Fix ® N2 + 2(CFixO)

Hấp phụ (CFixO) là n ug y n hê n ân làm giả đáng kể nhiệt t bm độ ự ốc cháy

của a c c on hoạt tính dù g b n để hấp phụ [25 26, ]

Trường hợp h àm lượng x o y ( ô g kkh n hí) đủ lớn v nà hiệt độ của quá

t ìr nh hấp phụ cao (T » 006 oC) NOx s ẽ chuyển hóa t à NOh nh 2và bị ấp phụ ất h r

‘’bền ’’lên b mề ặ cacb n hot o ạt tính 57] [

Bon J n uu K à cáv c cộng sự [26] ử lý bằng x c ca o ạt b n ho tính gáo dừa (bề mặt i r êng 00 – 1 00 9 2 m2/g) rot ng d n Nò g 2sau ó hođ ạt h a tiếp bằng hỗn óhợp 3,6%O2 và 7 5%, NH3 và bằng H2SO4 Cacbon ho ạt t ính đã xử lý cóhoạt tính tốt dùng để khử h hỗn ợp khí xOy N

Hajim e Tamon ùng c c cộng sự c á [27] đã ẩm PdCl t 2/CuC êl l n c cbon a

hoạt t ính à ùn để hấp phv d g ụ c ca on ob m noxyt tro gn khô k í c ng h ho thấy dung lượng hấp phụ của ac c bon hoạt t ính đã tẩm PdCl2 lên đến 0 1 g g,0 8k /k Chất

hấpphụ này cũ g n được u nkh yê dùng để àm sạchl kh g k í tr g nôn h on hà

I.4 1 3 Xử lý khí SO2 khỏi các nguồn khói khí th i ả (khói)

Cho đến na cáy, c phương há c n ngh xp p ô g ệ ử lý SO2 trong các dạng khói th i thả ường sử dụng phươn phág p ướt t r ng ó o đ SO2 được hấp thụ bằng

du g dn ịch, ặc o t i lo iho xí km ạ ềm hoặki c ki m thổ để tạo hà h ề t n các muối Tuy

nh n nhiê , ược iđ ểm rất lớn của ph n pháp ươ g này là ạo ra một lượn ph t g ế th i ả

rắn (ca x ,n i ma ênh sulfa ,t…) áđ ng ể k

Ngày nay đã có nhiều phương pháp công gh xn ệ ử l SOý 2 bằng c ca bon

hoạt tín htrong ự có mặt của s ox khôn khy g í và hơi nước với độ ẩ m tương đối

trên 0% 8 K đó SOhi 2 sẽ b ịoxy hóa t nh SOhà 3 và tan ro g nước tạo thành xít n a t sulfur c Sản phi ẩm của quá trình m sạc SOlà h 2 khỏi khói th i lả à axít su ulf ric loãn 21g [ ] SO2 + O2 ® SO3

SO3 H + 2O ® H2SO4

H2SO4 ® H2SO4 (hấp phụ)

Người t a lo i trạ ừ axí sult fur c hấp i ph ụ trên c ca bo hon ạt tính bằng cách rửa bằng nước (phương p phá cô gn ngh ệ sulfacid, phương pháp ôn c g ngh ệHitachi [21]) hoặc là kh h p ph bử ấ ụ ằ g n nhiệt (phươn phápg cô ngh ng ệ BF,

phương háp ôp c n ng gh ệ Sumitomo) à tro g trườnv n g hợp óđ a ítx su f ric lại bị lu

khử bằn Cg Fix để tạo ra h hỗn ợp k í sulf ơ ià hơ [ , ] h ur g u n 21 67

H2SO4(hấp phụ) C+ Fix ® SO2 (giàu) + CO + H2O

I.4 1 4 Xử lý H2S

Không hí ặc hí thk ho k ải bị nhiễm H2S được dẫn qua một t hiết bị hấp phụ bằng cac o ạt tb n ho í tnh có ẩm Iod Ở đây H2S sẽ bị ox hy óa tạo thà lưu nhhuỳnh n gu nyê tố Cacbon hoạt tính được sử dụng ở côn n ệ àg gh n y l lo i à ạ

c ca b n hoo ạt tín ch ó cấu trúc m ric opo e Để r loại trừ t t riệ để H2S sau k hi oxy

hó nga, ười t a d gùn ếp một lớp hấp phti ụ bằng cacbon hoạt t ính này Cacb n ohoạt tí nh cũng được sử dụng rộng rãi để làm sạch H2S khỏi c cá khí ổng hợp tbằn ph ng ươ g p á ch p ôn ng ghệ này [ , ,2567 7 ] 5

I.4 1 5 Xử lý c c á đồng ị v phó gn x ạ

Ở các lò ph n ả ứng ạt h nh nâ thường n si h mra ột và đồng vị p ói h ng xạ,

chẳng hạ I 3 ( hu kỳ n od 1 1 c b ná hủy 8 04 ng , ày) và Iod 133 (với chu ỳ b n k á hủy

là 21 giờ) C ác đồng vị phó gn xạ này sẽ thâm nhậ vào c cp á khu vực x nu g

q nua h lò ph ản ứng hạt n nhâ Người t a hấp phụ các đồng ị p ó v h ng xạ đó tro g n

dò g kh g kn ôn hí ẩm (độ ẩ m khô gn khí đế trn ên 9 0% ằn) b g cacbon ho ạt t ính có cấutrúc micr por [o e 7, ] 6 75

I.4 1 6 M nặt ạ ph nò g độc

Dùng làm mặt nạ phòng độc là ứn dụngg lâu đờ ất của ainh c cb n hoo ạt tín nhh ằm chốn lại chg ất độ hó học àc a v phosge tr ng đại chiếnn o thế ới lần githứ I [67] Ngày nay đã c ó nhiều loại mặt n ạ ph g òn độc sử dụng cac o ạt b n hotính có tẩm c cá loại xúc tác khác n a nhằm lo i trh u ạ ừ c cá chất độc h ại b o gồm a

c ả chất rắn, chất ỏn h l g ay Aer s le, …[2 , 7] o o 1 6

Tùy the o c cá chất độ phải lo ic ạ trừ mà phải tẩm lên cacbon ạt tính ho

dù gn tron m ng ặt ạ h n độc cp ò g ác muối crôm muối đồng h, ay b ạc [67]

M n ặt ạ p òh ng độc khô gn ữnnh g được s dử ụng trong c ến trahi nh m òn à cđược sử dụngtro gn cô g nghiệp,n chẳng ạn mặt nạ h dùng cacbon ho ạt t í h ẩm n tkiềm để chống lại c cá hơ ,i khí có ính ax t như SOt í 2, H ,Cl …[67]

I.4 1 7 Ph n â tách ỗn hợp k h hí

Kể từ sau năm 1 19 8 c n nghệ dô g ùng cac o hob n ạt t ín để phânh tác các hhỗn hợp khí bắt đầu được nghiên cứu v à ứng dụng tr g on thực ế để t p nhâ tách hỗn hợ Cp 1-C4 [ ]21 Sau hi c ến tranh thế giới ầ l n thứ II ở Mỹngười ta ãđ d nù g

c ca b n hoo ạt t ính để p nhâ riê dầu mỏ ng thành nh gữn hợp phần ó c nhiệt độ sôi

thấp, rtung n bì à h v cao 2[ 1] àv ng yà na ngườ ay i t dù gn cacbon ạ ính với ho t tcấu ú tr c xốp t íh ch hợp để phâ riê xy à itơ của n ng o v n kh gôn khí, ản s xuất xy o

và nitơ ục vụ ph các ĩnh vực l kinh ế, t t y ế và đời ống [28] s

I.4 1 8 ẩy T màu v làm s cà ạ h á sản phẩm lỏnc c g d, ung dịch

Ngày n y, người ta a đã dùng c cb n hoa o ạt tí nh để tẩy màu d nu g ịch dđường Sa ach r se với lượng đến h ngo à trăm àn tấnng c ca bo nhoạt tí nh ỗi ăm m n[ ] R21 iêng H a Kỳ sử dụng đến trên 28o % lượng c ca bo hon ạt tính tẩy màu trên to nà thế ớigi [21] Ngoà ira a c cbon hoạt ntí h c n dùng để tẩy mà cò u ho nhiều loại đường khác a : lnh u G u oc se, Ma se àlto v Fru ht se,… cũng như làm c osạch v t à ẩy m u dầu à thực ật v

T or ng ôn c g gh n ệ thực ẩm sph và ản xuất ước n giải kh t như sản xuất ábia, rượu vang, nước quả ép,… luôn ử dụng một lượn s g cacbon hoạt t ính lớn (20g/ 00 s1 lít ản ph ẩm) để tẩy m , àu khử mùi ạ … [67 75] l , ,

I.4 1 9 ẩ T y màu làm, sạchc cá hóa chất cơ bản dvà ược phẩm

Nhiều hóa chất ơ ản c b ch aứ chất màu xuất p áh t t ừ c c u ná ng yê liệ hoặc u

cũng c thể p át ió h s nh ro gt n quát ìr nh ản s xuất c ú gh n Những chất ày mộn t m t ặlàm bẩn ó h a ch ất, mặt khác cũng có thể là nhữ g n chất có hại đến sản phẩm Các ch ất bẩn, chất ây màu ày g n có thể lo iạ trừ ằng b c ca o b n hoạt í t nh Q á u

t ìr nh àm sl ạch ườnth g thông q au phương h p tạo bọt p á hoặc ạo nhũ tương [ ] t 67

Ví dụ nh ư đối với na r h dt i y roxi t(NaO ) thu được bằng iH đ ện â d g dịch ph n un

NaCl dùng catốt thủy ng n phâ , ải loạ ừ cả nhữni tr g ‘’vết ’’ thủy ngâ bằng n

phương h pp á hấ phụ p dù gn cacbonhoạt tín [6 ] h 7

Với các ợp chất hữu cơ, đặc h biệt l à những h a chó ất hữu cơ cơ bản ó c

nguồ gốc tự n nh niê như Glyceri Pektine C fn, , o fein ,Ch n ni i axít C r, it ic được , tẩy m àu và được làm sạch bằ g cacbo hon n ạt tính [ ]67

Các hó a chất ổng hợp cũng được à t l m sạch trong uá trì chưng cất, q nh

hấp ph h ụ ng à loạt á chất hữu cơ có c c nguồn gốc từ công n hiệp [67] Lượng g

c ca b n hoo ạt tí nh cần ùn ph d g ải đế trê 3 gn n 0 /m3 khối nước phải l m sạch (so àvới để tẩy màu v khà ử mùi nước trước đó chỉ cần ó c 5g/m3 nước phải làm sạch) [7 ,77] 6

Cacbon ạt tínhho sử dụ g chon lọc nước ố g ph u n ải c độ ềó b n cơ h ọc cao,

có kh nả ă hấp phụ tốtng c cá chấ hữu cơ, đặct biệt l dẫnà xuất chứa c lore của h

p nhe o hl ì h hn t à h tron uá trì h oxn g q n y h a nước bằng hó c lor [e 76] T or ng

trường hợ plàm ạc s h nước bề mặt c c, a bon hoạt tí dạnnh g h ạt (cac n hobo ạt tí nh gáo dừa) thường được sử dụng ùn c g với bột tr ợ lọc Kis lgue r sau k i o tụ h kenước [76 7, 7]

Cacbon ạt tín sử dụnho h g tro g n làm ạch nước uống s kh g những có ônkhả năng khử m i lạ,ù khử màu hấp ph, ụ c cá chất ữu cơ, các sản phẩm oxy h

hóa o uá trì h d q n ox hóy a ằn b g ôz c l re tạoôn h o ra, mà cò c n ó th loể ại trừ cả

c cá ki lom ại nặng, đặc biệt là Mang n 76 a [ ]

Từ thập n ên 60 ủa thế kỷ i c trước, trên thế giới đã phải sản xuất nước uống từ nước b mề ặt đặc bi t ệ là ở Tây u Đức  ( , Pháp …) v Bắ Mỹ Thiết bị , à c

lọc ca b n hoc o ạ ít tnh ường sử dụnth g loại tha hạt (trong ón đ tốt nhất à lo i l ạ

c ca b n hoo ạt tí n gá dừa) đườnh o g k n í h h ạt ,05 ¸ 2 mm với ,5 chi uề cao ớp lọc l

2 ¸ 2,5 ét [77] m

Cacbon ạt tí h dạng bột cũng ho n đượcdù gn tro gn công g ệp n hi làm ạch snước uống Cacb hoon ạt tính dạng bột được mang tr n c c ê á loạichất m na g, có

th l :ể à nhựa xốp hay c cá chất v cơ xốp ô [ ]78 ử dụn S g trực tiế cacbo hoạt p n

tính b ột (P w ere Ac va eo d d ti t d C ra bon rất) khó lọc để ách loạ cacbon hot i ạ ính t t

đã sử dụng, nhưng uq á trì làm sạc xnh h ảy ra ới ố v t c rđộ ất l n 8ớ [7 ]

b) Xử nlý ước th i ả

Việc sử dụng cacb ạt íon ho tnhtro gn ĩnh vực xử n l lý ước th iả ph t tá riển rất mạnh Hàn năm g có đế h ngn à trăm cô gn t ìr nh n hg iên ứu d c ùng c ca bon hoạt tí nh để xử lý nước thải [67] ử dụn S g cac o ạt tb n ho ính ro kỹ t ng thuậ ử t x

lý nước th i ả đ c ượ xem là ột giải ph p m á rất hiệu nghiệm, kỹ thuậ và thiết bị t đơn gi nả , ật liệu rẻ v tiền [ ]79 Để giảm giá thành ủa kỹ c thuật ử lý nước thải x

bằng cacbon hoạ ttính, ấn v đề tái sinh cac n hobo ạt tính đã àm l ệc àvi l vấn đềlớn 2 5 52 67 7 77 [ 9, 0, , , 6, ] được chú ý hi n ều trê nthế giới v dà o đó ngay từ nh g ữnnăm đầu sử dụng chủ yếu là cacb no hoạt t ính dạng hạt (GA ) ừ C T thập ỷ 70 kcủa thế ỷ trước c k acb no hoạt tí dnh ạng ột b bắ đầu được t dùng cho công n ghiệp

xử lý nước thải, đặc biệt l à xử lý dầu (dạng nh ũ ương t tro nướcng ) hoặ v g c ándầu trê mặt nước n [ ]67 Nhưng ử dụng s cacb n hoo ạt t í dạng bột (PAC) nh

trong ôn c g nghiệp xử lý nước nói ch n đều gặpu g kh ó khăn trong ỹ thuật lọc ktách bột cacbon hoạ nh đã àt tí l m việ c[78], v vậy một mặt để tạo vận tốc hấp ìphụ lớn hơn v à mặt khác đảm bảo dễ lọc c tá h, ngày an y đ át tã ph riể và ắt n bđầu sử dụ c cng a bo hon ạt í tnh dạ g sợi [29] n

Với nướcthải ông nc ghiệp đặc biệt l à nướ ả c th icông nghiệp ó c ch a ứ

c cá chất ữu cơ, h x ử lý ằng b cac on ạt íb ho t h gần n như là ắt buộc Ví ụ nước b d

th iả của cá cnhà áy Nitro ó m h a c c h p á ợ chất thơm với lượng 60 ¸ 120 m3/h đã được hấp phụ ằng lớp b c ca bo hon ạt tính dạng hạt dày m với vận tốc d n5 ò g

chảy qu lớp ha t an là ¸ m/ 2 4 h và tiê aou h c ca bon hoạt í tnh đến 3 g k /m3 nước

th i ả phả làm sạchi [67, 9] 7

I.4 2 T or ng ô c ng g n hiệ thực phẩm p

Cacbon hoạt t ín được sử dụnh g o tr ng công ng ệp đồ uống dhi ví ụ:

c ca b no hoạt t ính được d g ùn để loại b dỏ ầu u f se ro g ô gl t n c n nghiệp sản xuất và tinh chế ượu r Trong ượu mạn r h c ca on hob ạt tí h được ùn n d gchủ ếu để loại y

acid, f rfu ur l, a Tro gn rượu v g an , c ca on ạt tíb ho nh bột d g ùn để loại bỏ th h ànphần hữu cơ khô g on m ng muố ra khỏi cn o k úr , l a mạch, men v cải thiệnà màu sắc cũn nhg ư tín chất của rượu h

Trong n à h côn ng n g hiệg p sản xuất i b a, cac n ạt íbo ho t h n để làm n dù g sạch nước nấu b i làa, m s cạ h h k COí 2, Cacbon hoạt tín cũng h được ù trực d ngtiếp để đ ề i u chỉnh mà sắc, mùi vị, loại bỏ u phenol, cho bia, thườ t ì với ng hliều lượng 20 ¸ 2 g cacb n5 o hoạt tí bnh ột cho 1 00 lít ia b [21 67, ]

I.4 3 Tro g n công n hig ệp dược phẩm hvà y ọc

Cacbon ạt tího nh được sử dụng làm chất hấp phụ ẩy t màu, lo iạ bỏ các

polymer, hânp tác e i ilih p nc ne, st t myci , .[ ] ep o n 67

Ngoài , ra c c n ạt t ính được sử dụna bo ho glà chm ấ hấpt phụ khử m i h i ù ôtrên vết th ương ho ặc được sử dụng để lọc máu ho bệnh c nh nâ bị nhiễm độc kể

cả kh ử độc c o c ch á bệnh n nhâ bị ngộ độ đc ường tiê hoá [ 7] u 6

CHƯƠNG II

C N N Ô G GHỆ H C UY ỂN HOÁ Á V C C ẬT LIỆU

CHỨA AC C BO N

II .1 NGU ÊN LIỆU VÀ T NHY Ì H HÌN SẢN XUẤT, SỬ DỤNG

CACBON HOẠ Í H T ÊT T N R N THẾ GIỚI

Cacbon hoạt t ính được sản xuất từ c cá loại ật li v ệu chứa cacb nh on ư

c cá lo iạ th na kho ná g : antr xit, th n na a uâ , than ùn, cũng như b c cá n u ng yê liệu

có nguồn gốc từ thực ật: gỗ, v bã mí rơm, rạ, vỏ quả, hạt a, quả, c cá n ug yên liệu ó c nguồ gốc từ n động ật: xương v , má , xác độ g vậtu n , Cacb n hoo ạ nh t tí

đi t ừ nguồn ốc động vật ch ỉđược g chế ạo t ở quy m ỏ ô nh phục ụ cho cô g tác v n

ph gòn thí ng ệm hi [21 2, 2, ,67 71]

Chất lượng của a c cb no hoạt tính được sảnxuất phụ t ộc àhu v olo iạ , tính chất của n ug y nê liệ sử dụnu g Ở C â Â guyê liệ a trọngh u u n n u qu n nhất d nù g cho mục đích n ày à gỗ, mùn cưal , phế thải thự vật, than củic Ngoà ira còn có

th n ùna b , cốc, th na n uâ vàbán cốc a th n n âu Để sảnxuất t a hoh n ạt tính d n ù g cho mặt nạ ph g òn độc - ở đó cần th na hoạt tính bền cơ, hệ thống mao quản

phát t riể , bề mặt n riêng ớn l , guyê n n liệu ốt nh t t ấ chính là t a á dừa [67] h n g o

Ở Mỹ, th na n uâ và c c á sản phẩm dầu mỏ được ử dụng rộng s rãi ào v việc ản s

xuất cac on hob ạt tí h [ 2] n 2

Trong p òn thí n hiệm, h g g có thể dù gn nhiều loại nguyê liệu ự nhiên n t

cũn nhg ư n ug yên liệ tổng hợp ku hác a c nh u hoviệc ản s xuất cacb ạt tính on hoVới tý ưởng mở rộn ng guồn n g yê u n liệu để ản s xuất c ca on hob ạt t í , nhữ g nh n

năm 9 3 – 11 9 994 Kl se co ùn c cg á cộng sự đã d gùn ph nầ vỏ cứng của nhiều

lo iạ hạt, nhựa đườ g, cac n tro g cặn lắng từ nước n bo n thải, tro, để sản xuất

c ca b n hoo ạt tín [ ] h 71 Tuynh n niê , go i g oà á dừa đượ c xem là ngu nồ n ug y n ê

liệu uyệt hảot [6 ] thì 7 những loại guyê liệ ày ện nn n u n hi ay ch a ư được ứ g n

d gụn rộng rãi tro g việc s nn ả xuất c ca o hob n ạt tính thương mại

Trong ệc lựa vi chọn nguyê liệu để ảnn s xuất c ca b ạt t ín , Harm t on ho h u

von Kiele àv Erich B edea r [67 đ h thấy ] ã c o khi hàm ượn l g Hy ro vd à xo y trong

nguyê liệu ảm đồnn gi g thời àm lượngh cac o tănb n g lê t ìn h n u ng yê liệ đu ó

càn kg h hoó ạt ó v dĩ h a à nh niê chất ượ l ng cac o hoạt tb n í thu đ c nh ượ là k ô g h ncao Nhưng ới v nh gữn ngu nyê ệu ó hli c àm lượng hydr o và oxy ca lại nhất o

thiế phả ến ht i ti ành á rình h nqu t t a hóa ( ặc quá r nh b nho t ì á cốc hóa) để giảm hàm lượng các chất bay h ơi ước tr khi đem hoạt hóa

Lượng n u ng yê liệ lớn nhất để sảnu xuất cacb on hoạt t í nh là t ah n

antrax t [3 , ,i 244 0, ] nói hu g6 81 c n hú gc n hiếm tới c 60% Các hoạt độngnghiên cứu sản xuất c ca bon hoạ t tính từ th na antraxit k ôh ng ngừng tăng lên [45 4, ,4 ,59 d6 7 ] Ví ụ ở Ba Lan ất cả t c cá sản phẩm cacb n hoo ạt t ính đề đu i từ

th na an rax Cacbt it on ạ ính dạng bộtho t t và cacbon ạ ính dạng địnho t t h hì h nhầu hết iđ từ th na antrax it Một phần cac o b n hoạ ính dạng bột (đặc biệt lt t à

c ca b n hoo ạt t ính sử dụng o tr ng y tế) và c ca b no hoạt tính dạng mảnh được sản xuất từ các nguy n ê liệu ó nc guồn gốc thực v t [67] ậ

Cacbo hon ạt t ính dùng để hấp phụ k í h có ấu c trúc ma quả nh o n ỏ(micropo er ) khô g nh gn ữn ch ỉ được sản xuất từ th na antrax mà còn ừ th n it t a

bù vn à gỗ Trong khi đ c có a bo hon ạt tính dùng cho hấp ph ụ trong un dịch d glại được sản xuất chủ yếu từ than b ùn, than ỗ và phần b n g á cốc của than

antrax t [3 ] i 2

Với nhiều lo iạ ng yên liệ k ác n a : u u h h u th n b na ù , th na â , th n nn u a a traxi , tcũn nhg ư t ừ các nguy n liệu có nê guồn gốc từthực vật (gỗ, mbã ía, rơm, rạ, v ỏquả, hạt quả, , ) cũngnhư c cá n yêngu liệ c guồ gốc động vật đều óu ó n n c th ểsản xuất được cac n hoạt bo tính Tuy nhiê , côn ng nghệ chế biến, giá t ành, các h

tính chấ t và ứng dụng của a c cb n hoo ạt t ín phh ụ huộc rất nhiềut và dạng o

nguyê liệ được sử dụ g a đầun u n b n [30 8, ] 0

Cacbo hon ạt t ính cũng được sản xuất ừ b n t á cốc à v cốc ê tr n cơ sở than

n u óâ c thể tíc mao quản đủ lớnh Khi nhiệt độ ốc h a t a n u n c ó h n â tă g n lê , t ì độ hxốp của c c a b n hoo ạt tính hu t được lại giảm đi [32] acbC on ạ ính được ch ho t t ếtạo từ th n n ua â thường là dạng hạt và được d ngù nhi u onề tr g việc làm sạch

nước uống xvà ử lý nước th iả Nhưng iđ ề bất lợi u trong việc d ng th nù a n u â đểsản xuất c ca on hoạt íb t nh là à h m lượng lưu huỳnh on n tr g ó k há ca o và tro g n

quá t ìr h sử dụng ón c thể ạo ra SO t 2 và thậm ch là axit yếu 71í [ ] Lượng o tr

trong h nt a n uâ có ể th giảm thi uể bằng c cá h ửa ằng r b dầ và bằnu g nước, i đó khhàm lượng o tr tr g t a c on h n óthể giảm xu gốn ới 10% ¸ 2 % t 0

Ngày n y, àng năm a h trên thế giới đã ản s xuất à v tiêu th ụ đến trê 1 ntriệu tấn cacb ạt ton ho ín h c cá lo iạ [7 ] Tron đ tr g 3 g ó un tâm ản s xuất cacbon

hoạt tí nh đã c uyển từ h Tây Âu sang Ch uâ Á Thái Bình ương v D ào nh ững năm của nửa sau thế ỷ k trước do có n guồ n n u ng yê liệu dồi d oà và ch ph nh n i í âcông rẻ h ơn [73]

Hình II.1 ản ượng cacbon hoạt tính trên thế giới S l

Rõ n rà g, sản lượng cac nbo hoạt í tnh chủ yếu tlà ừ Mỹ, Trung Quốc và Nhật Bản iĐ ều ng hú ýđá c là Phili in đã p trở thành ột m quốc a gi cung ấp và c

sản xuất a b nc c o hoạt tính ó d c anh tiế trê thế ới (c ếng n gi hi m đến 5% sản lượng v) à h sọ ản xuất chủ ếu y là t ừ g o dừ [7 ] á a 5

Việt Nam có nguồn n u n g yê liệu p n ho g p hú để sản xuất cacbon hoạt tính Trước ết h là các ạilo ph ế th i thả ực vật từ sản xuất nô gn n hig ệp, lâm nghiệp trong ả nước c Các ỉnh như: Bến t Tre, Trà Vi h, Cầnn Thơ, Long An, Bình Đị h hún , P yê , Khá H a àn nh ò l ữnh ng a phương lđị có ượng gá dừa hàng o