TIỂU LUẬN ĐƯỜNG,BÁNH,KẸO

Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP Hồ Chí Minh Khoa Công Nghệ Thực Phẩm Môn Công Nghệ Sản Xuất Đường, Bánh, Kẹo Đề Tài Tìm hiểu vai trò của than hoạt tính và ứng dụng của nó trong công nghệ làm sạch.

Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.Hồ Chí Minh

Khoa: Công Nghệ Thực Phẩm

Môn: Công Nghệ Sản Xuất Đường, Bánh, Kẹo

Đề Tài: Tìm hiểu vai trò của than hoạt tính và ứng dụng của nó

trong công nghệ làm sạch

Nhóm

TP Hồ Chí Minh, Tháng 10 năm 2022

Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.Hồ Chí Minh

Khoa: Công Nghệ Thực Phẩm

Môn: Công Nghệ Sản Xuất Đường, Bánh, Kẹo

Đề Tài: Tìm hiểu vai trò của than hoạt tính và ứng dụng của nó

BẢNG PHÂN CÔNG VÀ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ HOÀN THÀNH CỦA TỪNG

THÀNH VIÊN

Họ & tên thành

viên

Mã sốsinh viên

hoàn thành

Hoàn thànhtốt

Hoàn thànhtốt

Hoàn thànhtốt

Hoàn thànhtốt

Hoàn thànhtốt

Mục lục

Lời mở đầu I Mục đích nghiên cứu của đề tài II

1 Tổng quan về than hoạt tính 1

1.1 Lịch sử hình thành và phát triển 1

1.2 Định nghĩa sơ lược về than hoạt tính 2

1.3 Phân loại than hoạt tính 3

1.3.1 Phân loại theo Misec 3

a) Than bột: 3

b) Than hạt: 3

1.3.2 Phân loại Meclenbua Meclenbua 3

a) Than tẩy màu: 3

b) Than y tế 3

c) Than hấp phụ 4

1.3.3 Phân loại theo Đu-bi-nin 4

a) Than hoạt tính hấp phụ khí 4

b) Than hoạt tính thu hồi 4

c) Than tẩy màu 5

2 Các tính chất của than hoạt tính 5

2.1 Tính chất vật lý 5

2.1.1 Kích thước hạt 5

2.1.2 Diện tích về mặt riêng 6

2.1.3 Cấu trúc vật lý 7

2.1.4 Khối lượng riêng 8

2.2 Tính chất hóa học 9

2.3 Động học hấp phụ trên than hoạt tính 9

3 Vai trò của than hoạt tính (trong đời sống) 10

4 Ứng dụng của than hoạt tính trong công nghệ làm sạch 12

4.1 Ứng dụng xử lý nước cấp, nước thải, nước nuôi trồng thủy sản: 12 4.2 Trong quy trình chế biến thực phẩm: 13

4.3 Trong y học: 13

4.4 Ứng dụng trong lĩnh vực mỹ phẩm 13

4.5 Ứng dụng trong công nghiệp 15

4.6 Ứng dụng trong sản xuất sản phẩm tiêu dùng 16

4.7 Một số lưu ý khi sử dụng than hoạt tính 17

5 Tiêu chuẩn Việt Nam đối với vật liệu than hoạt tính 17

KẾT LUẬN 18 Tài liệu tham khảo III

Mục lục hình

Hình 1 Than hoạt tính 14Hình 3 Mặt nạ có chứa thành phần than hoạt tính 16Hình 4 Sữa tắm có chứa thành phần than hoạt tính 16Hình 5 Ứng dụng của than hoạt tính trong công nghiệp và đời sống 17

Lời mở đầu

Với mục đích hiểu rõ hơn về các loại than hoạt tính và nhữngtính chất ưu việt của chúng, nhóm 2 chúng em sẽ “Tìm hiểu vai trò củathan hoạt tính và ứng dụng của nó trong công nghệ làm sạch”

Mục đích nghiên cứu của đề tài

Qua bài tiểu luận này, ta sẽ nắm được những khái niệm cơ bản

về tính chất, phân loại, ứng dụng của than hoạt tính, cũng như cácphương pháp sản xuất than hoạt tinh từ nguyên liệu gáo dừa Trongquá trình thực hiện, do thời gian có hạn nên đồ án còn nhiều thiếusót, mong thầy và các bạn góp ý, bổ sung để bài thu hoạch đượchoàn thiện hơn

Ngày nay trong cuộc sống chúng ta có rất nhiều sản phẩm ứngdụng than hoạt tính mà trong mỗi gia đình đều có sử dụng Như máylọc nước, máy hút khói khử mùi bếp, lọc khử mùi máy lạnh, ngaytrong một số sản phẩm làm đẹp cũng có than hoạt tính… Vậy thanhoạt tính là gì? Phân loại và sản xuất như thế nào? Công dụng củathan hoạt tính trong thực phẩm là gì? Nhóm sẽ nêu rõ những côngdụng của than hoạt tính qua bài tiểu luận này

1 Tổng quan về than hoạt tính

1.1 Lịch sử hình thành và phát triển

liệu hấp phụ Người Ai Cập đã dùng than hoạt tính để hấp phụtrong y học và làm vật liệu tinh chế dược phẩm Người Hindu cổ

ở Ấn Độ lọc nước uống bằng than hoạt tính Tuy nhiên, thanhoạt tính chỉ dược sản xuất với qui mô công nghiệp vào khoảngnăm 1900 – 1901 để thay cho than xương làm vật liệu tinh chếtrong công nghiệp sản xuất đường

than hóa các vật liệu có nguồn gốc thực vật có tẩm muối Clocủa kim loại, hoặc hoạt hóa than củi bằng CO2 hoặc hơi

nước Công nghiệp than hoạt tính phát triển mạnh trong chiến

tranh thế giới thứ nhất, dùng làm chất hấp phụ trong mặt nạchống độc

4 Ứng dụng công nghiệp đầu tiên của than hoạt tính làtrong lĩnh vực thực phẩm, trong ngành mía đường Năm 1794,than được sử dụng lần đầu tiên trong một nhà máy đường ởnước Anh Ngày nay, than hoạt tính không chỉ được sử dụng đểtinh luyện đường mà còn ứng dụng rộng rãi cho việc tinh luyệndầu ăn và chất béo, thậm chí than hoạt tính còn ứng dụng rộngrãi trong ngành công nghiệp nước giải khát cho rượu vang vànước ép trái cây thực phẩm

5 Dù được công nhận là vật liệu hấp phụ thông dụng

nhất, than hoạt tính dạng bột và dạng hạt vẫn còn những hạn

chế nhất định Trên đường hoàn thiện than hoạt tính, các nhànghiêm cứu đã kết hợp những ưu điểm của than hoạt tính vớisợi carbon và phát triển thành dạng mới, đó là than hoạt tính

dạng sợi.

chế tạothan hoạt tính dạng sợi, tập trung vào việc biến đổi cấu

trúc xốp của sợi carbon bằng cách hoạt hóa chúng theo phươngpháp hoạt hóa vật lý, hoặc hóa học Sản phẩm của quá trìnhnày được gọi là sợi carbon hoạt hóa.

nghiệm khả năng hấp phụ, khả năng trao đổi ion với các chất ônhiễm hữu cơ cũng như vô cơ trong pha lỏng và pha khí Tương

tự như than hoạt tính dạng hạt và dạng bột, chúng được dùnglàm vật liệu hấp phụ, vật liệu trao đổi ion, làm tấm lọc, làm vậtliệu để tinh chế các phân đoạn trong hỗn hợp… Các nghiên cứu

cho thấy so với than hoạt tính dạng hạt và dạng bột, than hoạt

tính dạng sợi có khả năng hấp phụ và tốc độ hấp phụ (giải hấpphụ lớn hơn)

ta thấy đây là nhóm vật liệu hấp phụ mới có nhiều ưu điểm vàtriển vọng ứng dụng rất lớn, nên ngày càng được quan tâmnghiên cứu

8.1 Định nghĩa sơ lược về than hoạt tính

yếu là nguyên tố cacbon ở dạng vô định hình (bột), một phầnnữa có dạng tinh thể vụn grafit, 1 lượng nhỏ tàn tro và cácnguyên tố khác như hydro, nitro, lưu huỳnh, oxi,… có sẵn trongnguyên liệu ban đầu hoặc mới liên kết cacbon trong quá trìnhhoạt hóa

chiếm từ 85 đến 95% khối lượng Phần còn lại là các nguyên tốkhác như hydro, nitơ, lưu huỳnh, oxi, có sẵn trong nguyên liệuban đầu hoặc mới liên kết với cacbon trong quá trình hoạt hóa.Thành phần của than hoạt tính thông thường là: 88% C; 0.5%H; 0.5% N; 1% S và 6-7% 0 Hàm lượng oxi có thể thay đổi từ 1đến 20% tùy thuộc vào nguyên liệu và cách điều chế than hoạttính Than hoạt tính có diện tích bề mặt khoảng 800 – 1500 m/g

chủ yếu là do các lỗ nhỏ có bán kính dưới 2 nm tạo ra, thể tíchmao quản từ 0.2 – 0.6 cm/g Mỗi năm khoảng 150 nghìn tấnthan hoạt tính dạng bột được sản xuất, cùng với khoảng150.000 tấn than dạng hạt và 50.000 tấn dạng viên hoặcthanh Nhiều nguyên liệu khác nhau có thể được sử dụng như

gỗ, nhựa, đá hay các vật liệu tổng hợp để sản xuất than hoạttính mà không cần đưa chúng về dạng cacbon, đồng thời vẫn

có được hiệu quả tương tự

loại bỏ các hợp chất hữu cơ hòa tan và kiểm soát mùi và vịđược sử dụng Những ứng dụng này chủ yếu là bột than hoạttính Chất lượng được sử dụng và áp dụng bằng kỹ thuật khuấyhoặc huyền phù hoặc các loại than hoạt tính dạng hạt chấtlượng theo quy trình thẩm thấu, trong đó than hoạt tính được

+ Dạng than hoạt tính cải tiến (dưới áp suất cao), thường là viên

12.1 Phân loại than hoạt tính

12.1.1 Phân loại theo Misec

giản nhất theo Misec là phân loại theo hình dáng bên ngoài của

nó Theo cách này than hoạt tính được phân thành hai nhóm:

a) Than bột:

khuếch tán trong dung dịch nhỏ nên quá trình hấp phụ xảy ratrong dung dịch rất chậm Để tăng cường độ thiết lập cân bằnghấp phụ than được nghiền thành bột mịn

b) Than hạt:

15 Than hạt chủ yếu được dùng trong hấp phụ khí vàhơi, vì vậy còn có tên gọi là than khí Đôi khi than hạt cũngđược dùng trong môi trường lỏng, đặc biệt là để lọc nước Thanhạt có thể là dạng mảnh hoặc dạng trụ Nguyên liệu được xayđến kích thước nhất định và được hoạt hóa Than hạt dạng trụhoàn chỉnh được chế tạo theo quy trình phức tạp hơn Nguyênliệu được chuẩn bị ở dạng vữa, ép vữa thành sợi và cắt thànhhạt rồi tiếp tục các bước sản xuất khác

15.1.1 Phân loại Meclenbua Meclenbua

vậy than gồm nhiều loại:

a) Than tẩy màu:

17 Đây là nhóm cơ bản, có ứng dụng rộng rãi trongnhiều ngành công nghiệp để tẩy màu dung dịch Ở đây, thanhấp phụ chất bẩn có màu Kích thước phân tử chất màu thayđổi trong phạm vi rộng từ dạng phân tử thông thường tới dạnglớn và tới các tiểu phân có độ phân tán keo

hạt khoảng 80 – 100 um Than tẩy màu còn gồm than kiềm,than axit và than trung tính

c) Than y tế

dạng keo trong dịch dạ dày và ruột Đây cũng là than tẩy màu,chỉ khác là có độ sạch cao Trong quá trình sản xuất không nêndùng những chất tẩm chứa nhiều cation độc như thiếc, đồng,thủy ngân,

d) Than hấp phụ

còn được chia thành ba loại: Than ngưng tụ: Than được dùng

để gom hơi các chất hữu cơ trong không khí, chẳng hạn dùng

để tách benzen khỏi các khí thiên nhiên nhằm quay vòng dung

môi dễ bay hơi trở lại quy trình sản xuất Than có hoạt tính cao,

độ bền cơ học cao, trở lực lớp than đối với dòng khí nhỏ, khảnăng lưu trữ chất bị hấp phụ thấp Thường than được sản xuấtdưới dạng viên định hình hay dạng mảnh đường kính từ 2khoảng 1.5 lần đường kính 8 mm, chiều dài

có thể dùng làm chất xúc tác - trong tổng hợp nhiều chất vô cơcũng như hữu cơ

Có thể dùng than này để tách các hợp phần khí hay hơi ra khỏihỗn hợp của chúng Than có ứng dụng rộng rãi trong công nghệdầu mỏ để làm sạch các chất thơm, không khí, ; để làm sạchnước, Than được sản xuất dưới dạng mảnh hay hạt định hìnhvới kích thước tùy thuộc vào mục đích sử dụng

22.1.1 Phân loại theo Đu-bi-nin

hoạt tính Chia than hoạt tính thành dạng thu hồi và dạng khí làkhông có ý nghĩa về đặc trưng cấu trúc Theo ông chia thanthành ba dạng dưới đây là hợp lý:

a) Than hoạt tính hấp phụ khí

Dạng than này thuộc chất hấp phụ có cấu trúc xốp nhỏ loại I.Đặc trưng cấu trúc của dạng than này là khi tăng thể tích hấpphụ trong lỗ xốp nhỏ làm dễ dàng cho sự hấp phụ đẳng nhiệt

e) Than hoạt tính thu hồi

thu hồi và đưa chúng trở lại chu trình sản xuất Dạng than nàythuộc chất hấp phụ có cấu trúc hỗn tạp Dung tích hấp phụ lớnnhưng khả năng lưu giữ chất bị hấp phụ thấp, nhất là trongđiều kiện khử hấp phụ bằng hơi quá nhiệt

26

f) Than tẩy màu

dịch, chất lỏng Than chủ yếu thuộc chất hấp phụ có cấu trúcloại II Than chứa tỷ lệ lớn lỗ có kích thước đủ lớn để hấp phụcác phân tử màu và các tạp chất khác có mặt trong pha lỏng.Khi cần hấp phụ các chất có phân tử nhỏ khỏi dung dịch thìdùng tan có cấu trúc loại I Sự phân loại than hoạt tính giúpchúng ta có định hướng dễ dàng trong sản xuất và trong việctìm loại than thích hợp cho mục đích sử dụng của mình Thanhoạt tính được sản xuất từ các cơ sở khác nhau, tuy có nhãnhiệu và tên thành phẩm khác nhau, nhưng có thể có tính chấthấp phụ giống nhau

28 Các tính chất của than hoạt tính

28.1 Tính chất vật lý

28.1.1 Kích thước hạt

khác nhau nên các loại than hoạt tính có nhiều tính chất, hìnhdạng và kích thước hạt khác nhau Trước khi đưa vào sử dụngcần xác định được các thông số như kích thước hạt và diện tích

bề mặt riêng của hạt than,… vì những thông số này là mộttrong những nhân tố ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất củathan hoạt tính

thước hạt than

+ Phương pháp hiển vi điện tử

nhau do đó trong tính toán thường lấy giá trị trung bình

điện tử cho giá trị đường kính trung bình hạt than với cácphương pháp sản xuất khác nhau Ví dụ, than máng có đường

kính hạt trung bình là 100 ÷ 300 Å; than sản xuất bằng lò lỏng

có đường kính hạt trung bình là 180 ÷ 600 Å; than sản xuấtbằng lò khí có đường kính hạt trung bình là 400 ÷ 800 Å.Phương pháp nhiệt phân cho than hoạt tính có đường kính hạttrung bình lớn nhất là 1400 ÷ 4000 Å Người ta đã đưa ra côngthức tính đường kính trung bình của hạt than hoạt tính như sau:33

hoặc vỏ, hạt một số loại quả như than gáo dừa ) hoặc từ thanbột mịn trộn với chất kết dính, rồi ép đùn tạo viên dạng viêntròn, viên trụ, (EAC - Extruded activated carbon)

38 Kích thước của GAC phụ thuộc vào mục đích sửdụng Ví dụ, để hấp phụ khí, GAC được sản xuất dưới dạng viêntrụ đùn, đường kính từ 4-6 mm hoặc dưới dạng hạt nghiền rây

cỡ 4/8 đến 10/20 mesh (4,75 - 0,85 mm) Để hấp phụ trong phalỏng thì GAC được sử dụng với kích thước hạt nhỏ hơn (12/42mesh: 1,4 - 0,355 mm ) để hạn chế sự cản trở tự do khuếchtán

nông nghiệp như: vỏ trấu, mùn cưa Kích thước trung bình củaPAC cỡ từ 300 - 20 µm (tùy thuộc hãng sản xuất và giá thànhcủa PAC) Phân loại theo kích thước (Standard meshopening

particle) thì than hoạt tính có kích thước lọt qua rây 48(<0,300mm) được gọi là than hoạt tính dạng bột PAC, than cókích thước được giữ lại trên sàng 40 (0,42mm) được gọi là GAC.

39.1.1 Diện tích về mặt riêng

bề mặt riêng của than hoạt tính

toàn trơ hóa học với than hoạt tính nhưng được hấp phụ lên bề mặtcủa than hoạt tính

của than hoạt tính được xác định bằng kính hiển vi điện tử Nếuchấp nhận các hạt than hoạt tính có dạng khối cầu và bề mặccác hạt than phẳng nhẵn tuyệt đối thì diện tích bề mặt riêng Sh

được tính theo công thức:

42

43 Trong đó: – khối lượng riêng của than hoạt tính;

44 DA – đường kính bề mặt trung bình hạt than;

45

46 Trong đó: n – số hạt; d – đường kính hạt;

là diện tích bề mặt hình học riêng (Sh)

được xác định theo lượng chất lỏng phân tử thấp hoàn toàn trơhóa học với than hoạt tính nhưng hấp phụ lên bề mặt than hoạttính Trong số chất lỏng phân tử thấp, thường dùng là nitơ ởnhiệt độ sôi của nó hay các dung dịch iot, phenol,… Diện tíchriêng bề mặt được tính toán bằng phương pháp này gọi là diệntích hấp phụ riêng Sp

49 Giá trị Sp cho mỗi chất lỏng hấp phụ khác nhau thìkhác nhau vì chất lỏng phân tử lượng lớn hơn thì khả năng hấpphụ kém hơn Để đánh giá mức độ phẳng nhẵn bề mặt các cấutrúc than có thể sử dụng tỷ số giữa diện tích hấp phụ riêng vàdiện tích bề mặt hình học riêng Tỷ số này càng lớn bề mặt tiếpxúc giữa hai pha càng cao.

49.1.1 Cấu trúc vật lý

độ phát triển cấu trúc bậc nhất của nó Mức độ phát triển cấutrúc này phụ thuộc vào phương pháp sản xuất và nguyên liệuđầu đưa vào để sản xuất than Cấu trúc bậc nhất phát triểnmạnh nhất trong than sản xuất bằng phương pháp lò Liên kếthóa học C – C đảm bảo cho cấu trúc có độ bền cao Số lượngcác hạt than sơ khai có cấu trúc dao động từ vài hạt đối vớithan có cấu trúc thấp đến 600 hạt đối với than có cấu trúc cao

hoạt tính tiếp xúc với nhau, liên kết lại với nhau tạo thành liênkết bậc hau của than hoạt tính Mức độ bền vững của cấu trúcbậc hai phụ thuộc vào độ bền liên kết giữa các cấu trúc bậcnhất và dao động trong khoảng độ bền của liên kết Van derWaals đến độ bền liên kết hydro có trong than Cấu trúc bậc haicàng bền vững khi các hạt than có kích thước càng nhỏ, mức

độ nhám bề mặt càng lớn và hàm lượng các nhóm chứa oxytrên bề mặt than càng cao

52 Cấu trúc của than hoạt tính có thể xác định trực tiếp bằngkính hiển vi điện tử và có thể đánh giá gián tiếp qua lượng dầuđược than hoạt tính hấp phụ (trị số dầu của than) Trị số dầucủa than họa tính là lượng dầu hay lượng chất lỏng không bốchơi (ml), trơ hóa học với than hoạt tính được hấp phụ lên bềmặt của than họa tính tạo thành bột nhão Theo lý thuyết,lượng dầu hấp phụ này chính là khoảng không gian giữa các