Nghiên cứu sự hấp phụ của than hoạt tính dạng siêu mịn (tóm tắt) + toàn văn

Tuy nhiên, những kết quả nghiên cứu có tính hệ thống về ảnh hưởng của kích thước hạt THT đến khả năng và tốc độ hấp phụ các chất hữu cơ lên THT cũng như đặc điểm quá trình hấp phụ trên T

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ

Công trình được hoàn thành tại Viện Khoa học và Công nghệ quân sự - Bộ Quốc phòng

Người hướng dẫn khoa học:

GS.TSKH Đỗ Ngọc Khuê PGS.TS Lê Huy Du

Phản biện 1: GS.TS Lê Quốc Hùng

Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Phản biện 2: GS.TSKH Nguyễn Đức Hùng

Viện Khoa học và Công nghệ quân sự

Phản biện 3: PGS.TS Lê Kim Long

Đại học Quốc gia Hà Nội

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại Viện Khoa học và Công nghệ quân sự vào hồi giờ ngày tháng năm 2014

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ quân sự

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận án

Than hoạt tính dạng bột mịn là loại có kích thước từ 20-50µm, còn các loại có kích thước nhỏ hơn 20µm được gọi là THT siêu mịn Chúng được ứng dụng trong một số lĩnh vực như: trong y học, làm thuốc giải độc cho đường tiêu hóa, làm vật liệu lọc máu; trong công nghiệp hóa mỹ phẩm, làm bột tiêu độc, tẩy trắng cho da, thay thế cho các chất oxy hoá gây tác dụng phụ; trong công nghệ xử lý nước, làm chất hấp phụ, màng lọc hấp phụ các chất gây

ô nhiễm hay kết hợp với polime sa lắng để xử lý nhanh nguồn nước bẩn; trong quân sự, làm hệ sol khí nguỵ trang, nghi trang, làm phụ gia composit chế tạo vật liệu tàng hình, hay có thể được dùng làm chất mang chất tiêu độc hoặc chất độc tuỳ vào mục đích sử dụng chúng

Ở trong nước, THT dạng bột mịn được tẩm phủ lên vải để chế tạo quần áo phòng da dạng hấp phụ hay sử dụng để sản xuất bao tiêu độc cho da Trong

xử lý môi trường, một số loại THT dạng bột có kích thước từ 40 - 120µm cũng đã được sử dụng để hấp phụ các hóa chất có tính nổ, là nguồn ô nhiễm

có trong nước thải công nghiệp quốc phòng Tuy nhiên, những kết quả nghiên cứu có tính hệ thống về ảnh hưởng của kích thước hạt THT đến khả năng và tốc độ hấp phụ các chất hữu cơ lên THT cũng như đặc điểm quá

trình hấp phụ trên THT siêu mịn được công bố rất hạn chế

2 Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và những đóng góp mới của luận án

Nghiên cứu một cách hệ thống các vấn đề liên quan đến chế tạo THT có kích thước siêu mịn Phương pháp nghiền cơ học không làm ảnh hưởng đến cấu trúc lỗ xốp của 03 loại THT: than Trà Bắc, than Trung Quốc, than tre và phương pháp này phù hợp với công nghệ chế tạo THT siêu mịn ở phòng thí nghiệm

Thiết lập các phương trình đẳng nhiệt và động học hấp phụ trong môi trường nước của các chất MB, TNR, TNT trên than hoạt tính bột mịn và siêu mịn Các kết quả nghiên cứu cho thấy: quá trình hấp phụ phụ thuộc vào bản chất và kích thước hạt của than THT càng mịn thì hiệu suất và tốc độ hấp phụ càng cao

Xác định quy trình nghiền không phá hủy về cấu trúc mao quản và quá trình hấp phụ phân tử lớn chủ yếu xảy ra ở bề mặt ngoài của than hoạt tính

3 Các phương pháp nghiên cứu chính

Luận án sử dụng phương pháp nghiền bi để tạo kích thước hạt; sử dụng phương pháp tán xạ laser, phương pháp SEM để xác định phân bố kích thước hạt; sử dụng phương pháp hấp phụ N2 ở 77k BET, hấp phụ benzen trên cân Mackbell, nén khí He, nén rung vật liệu trơ DryFlo để xác định cấu trúc vi mao quản THT; sử dụng phương pháp UV-VIS, HPLC để phân tích định lượng và xây dựng các đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich, Langmuir, động học hấp phụ bậc 1, bậc 2 để đánh giá quá trình hấp phụ trong dung dịch với các hợp chất hữu cơ MB, TNR và TNT trên THT

Kích thước 300µm 20µm

Than hạt GAC Than bột PAC Than siêu mịn S-PAC

4 Cấu trúc của luận án

Luận án bao gồm: Phần mở đầu và 3 chương nội dung, kết luận và tài liệu tham khảo Trong đó: Chương 1- Tổng quan (35 trang); Chương 2- Đối tượng và phương pháp nghiên cứu (16 trang); Chương 3- Kết quả và thảo

luận (78 trang)

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 1.1 Những khái niệm chung về than hoạt tính

1.1.1 Sơ lược về than hoạt tính

THT là một họ vật liệu carbon đặc biệt: được tạo thành từ carbon, có cấu trúc mạng vô định hình và vi tinh thể chứa bên trong một hệ thống mao quản khá phát triển, có diện tích bề mặt riêng khá, có nhiều nhóm chức hóa học trên bề mặt và trên thành mao quản

1.1.2 Cấu trúc của than hoạt tính

THT có 3 đặc điểm quan trọng về cấu trúc: đó là cấu trúc vi tinh thể, cấu trúc mao quản và cấu trúc hóa học carbon bề mặt

1.1.3 Sản xuất than hoạt tính và than hoạt tính siêu mịn

1.1.3.1 Các nguyên liệu chính dùng để sản xuất THT

Nguồn nguyên liệu để chế tạo THT khá đa dạng và phong phú, có nguồn gốc từ thực vật, động vật, hóa thạch vv

1.1.3.2 Các phương pháp điều chế THT và THT siêu mịn

Điều chế THT từ các nguồn nguyên liệu khác nhau cơ bản phải qua các

giai đoạn than hoá và hoạt hoá Chế tạo THT có kích thước nhỏ, người ta

thường nghiền mịn THT thông thường Phương pháp nghiền bi khô hoặc nghiền bi ướt kết hợp với hệ thống lọc thổi qua xiclon hoặc sa lắng, kết tủa tự nhiên được áp dụng chế tạo được THT có kích thước đạt: 0,1 - 20 µm Cũng

có thể điều chế từ sợi polime đem than hóa, hoạt hóa, sau đó được cắt nhỏ và nghiền sẽ cho THT dạng siêu mịn

1.1.3.3 Các dạng than hoạt tính và THT siêu mịn trên thị trường

Than hoạt tính thương phẩm được sản xuất dưới 2 dạng: dạng hạt GAC

và than hoạt tính dạng bột PAC Kích thước trung bình của PAC từ 20µm, tùy thuộc hãng sản xuất và giá thành Hiện nay, PAC được dùng trong một số lĩnh vực đặc biệt (y học, quốc phòng, xử lý môi trường, ) dưới dạng bột siêu mịn: S-PAC (Superfine Powdered activated carbon) Kích thước của S-PAC dao động trong khoảng từ 20 đến 1µm S-PAC có nhiều tính chất hóa

300-lý đặc biệt, khác với tính chất của THT thông thường, nên S-PAC là đối tượng nghiên cứu của nhiều nhà khoa học công nghệ trên thế giới

Hình 1.6 Phân loại kích thước than hoạt tính

1.2 Tính chất hấp phụ của than hoạt tính

Để khảo sát khả năng hấp phụ (nhiệt động học hấp phụ) và tốc độ hấp phụ (động học hấp phụ), người ta cần phải dựa vào các quy luật nhiệt động học phù hợp cho quá trình hấp phụ trên THT

p v p p v

Dựa trên nhiều kết quả thực nghiệm về hấp

phụ chất hữu cơ trên S-PAC, Yoshihiko Matsui

đã đề nghị một mô hình hấp phụ vỏ hạt (Shell

Adsorption Model, SAM) là các phân tử hữu cơ

lớn không thể xâm nhập vào bên trong hạt

(thông qua các mao quản nhỏ và trung bình) mà

chỉ hấp phụ ở bên ngoài bề mặt THT (ở “vỏ” của

1 hạt than)

Giả thiết rằng, hạt THT có dạng hình cầu như

hình 1.8 thì sự hấp phụ các chất hữu cơ phân tử

lớn chỉ thực hiện ở bề mặt ngoài (vỏ) của hạt

Do đó phương trình Freundlich được biểu diễn

bởi phương trình: ( ) ( ) ⁄

Trong đó, qS: dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào bán kính hạt; KS: hằng

số Freundlich phụ thuộc vào bán kính hạt; Ce: nồng độ chất bị hấp phụ đạt cân bằng

Phương trình đẳng nhiệt Freundlich biến tính áp dụng cho mô hình SAM

có dạng:

∫ {∫ [ ( ) ( ) ] } ( ) (1.20) Dung lượng hấp phụ qe phụ thuộc vào Ce, K0, n như trong trường hợp hấp phụ thông thường (không phụ thuộc vào kích thước hạt), ngoài ra qe còn phụ thuộc vào R, δ, p và fR(R) Đối với các phân tử nhỏ, có thể xâm nhập sâu vào bên trong hạt, tức là δ  R; còn các phân tử lớn, không thể xâm nhập vào bên trong các mao quản nhỏ nên chỉ hấp phụ bên ngoài hạt (vỏ), δ  0 Đại lượng không thứ nguyên p biểu thị khả năng xâm nhập của phân tử chất hấp phụ vào sâu bên trong hạt: p = 1, hấp phụ ở vỏ hạt; p giảm dần khi phân tử chất hấp phụ xâm nhập sâu vào bên trong hạt

1.2.2 Động học hấp phụ trên THT và THT siêu mịn

Mô hình động học biểu kiến bậc bậc 2 được sử dụng nhiều hơn cả trong nghiên cứu động học hấp phụ trên THT Theo mô hình động học này, tốc độ hấp phụ sẽ phụ thuộc bậc 2 vào độ chưa che phủ bề mặt chất hấp phụ:

sạch, chống lan tỏa đioxin từ đất, nước thải, tồn dư hóa chất

1.3.2 Ứng dụng trong y học

THT siêu mịn được ứng dụng cho lĩnh vực y tế để giải độc cho hệ tiêu hóa, lọc máu cho người nghiện ma túy (sản phẩm Actidoser của Bệnh viện Bạch Mai, biệt dược Carbonic của Thụy Điển, than lọc máu của Pháp) Trong chế biến dược phẩm, THT dạng bột mịn chế tạo từ xương và đã khử tro được dùng để tẩy màu, hấp phụ làm sạch thuốc trước lúc cô cạn kết tinh

1.2.3 Ứng dụng trong công nghiệp hóa mỹ phẩm

Dựa vào tính hấp phụ chọn lọc của THT siêu mịn nên việc sử dụng nó đã

và đang được các công ty hàng đầu về hóa mỹ phẩm nghiên cứu áp dụng cho các sản phẩm như dầu gội đầu, sữa tắm, kem rửa mặt để hấp thụ bã nhờn, làm sạch tận sâu trong lỗ chân lông, làm trôi lớp sừng già vv

1.2.4 Ứng dụng trong xử lý môi trường và các lĩnh vực khác

THT dạng bột PAC và S-PAC được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước ăn uống, xử lý nước mặt, xử lý nước lũ lụt thành nước sinh hoạt, xử lý nước

thải vv Ngoài ra, THT siêu mịn còn có thể làm làm chất mang, chất phân tán các hoá chất bảo vệ thực vật hay ứng dụng làm chất xúc tác tổng hợp, điều chế, làm sạch một số chất như photgen, sulfurit, PVC vv

Than hoạt tính dạng bột mịn, trong đó có THT dạng siêu mịn là loại vật liệu hấp phụ đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghệ khác nhau, đặc biệt là trong lĩnh vực công nghệ xử lý ô nhiễm môi trường

Kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả bước đầu cho thấy kích thước hạt THT có ảnh hưởng tới hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm của THT Tuy nhiên các nghiên cứu có tính chất hệ thống và ảnh hưởng của kích thước hạt THT dạng bột mịn hay dạng siêu mịn tới khả năng hấp phụ (nhiệt động học hấp phụ) và tốc độ hấp phụ (động học hấp phụ) là rất hạn chế

CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là công nghệ chế tạo THT siêu mịn có kích thước từ 5 - 20µm, các quy luật hấp phụ trên THT bột mịn và siêu mịn

2.2 Nguyên liệu, hoá chất và thiết bị nghiên cứu

2.2.1 Nguyên liệu

Than gáo dừa Trà Bắc dạng bột (TB): SBET: 700-1.000m2/g; d: 2,4g/cm3, kích thước hạt: 0,1-0,2mm Than Trung Quốc dạng bột mịn (than dược phẩm, than tẩy màu - AG): SBET:800-1.000m2/g; d=1,8-2,2g/cm3, kích thước hạt: 0,04-0,06mm Than tre dạng mảnh sản xuất từ lò công nghiệp Thanh Hóa: SBET:900-1.200m2/g; d=1,8-2,2g/cm3, kích thước hạt:15-30mm (số liệu được cung cấp bởi nhà sản xuất)

2,0-2.2.2 Các hóa chất dùng trong nghiên cứu

2,4,6- Trinitrotoluen (TNT), độ tinh khiết >95% (TQ) Trinitrorezocin (TNR),

độ tinh khiết > 99,0% (Nga) Methylthionine chloride (MB), độ tinh khiết > 98% (TQ) Benzen, độ tinh khiết > 98% (TQ) Nước cất 2 lần

2.2.3 Thiết bị, công nghệ dùng trong phân tích đo đạc

Máy nghiền bi (TQ); Máy đo kích thước hạt Laser LA-950 (Mỹ); Kính hiển vi điện tử quét độ phân giải cao (FESEM, S4800-Hitachi - Nhật); Máy quang phổ tử ngoại khả kiến (UV-VIS) Agilent 8453 (Mỹ); Thiết bị sắc ký

lỏng cao áp (HPLC) Agilent HP-1100 (Mỹ); Thiết bị sắc ký khí khối phổ

(GC-MS) Agilent 5975 (Mỹ); Máy hấp phụ nitơ lỏng ASAP 2020, TriStar

3000 (Mỹ) Cân Mackbell (TQ) Máy đo tỷ trọng AP1330 - nạp khí He (Mỹ); Máy đo tỷ trọng biểu kiến GP1360-DryFlo (Mỹ); Máy khuấy từ ổn nhiệt M85-2 (TQ); Cân phân tích điện tử Mettler hãng Toledo (Thụy Sỹ)

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp tạo kích thước hạt than

Tiến hành nghiền tạo kích thước hạt siêu mịn bằng phương pháp nghiền

bi, thuận tiện cho việc theo dõi kích thước hạt nghiền theo thời gian vì có thể tạm dừng máy, lấy mẫu than đem phân tích

2.3.2 Phương pháp xác định phân bố kích thước và cấu trúc bề mặt

Trên máy LA-950 và trên máy S-4800

2.3.3 Phương pháp xác định tỷ trọng than hoạt tính

Trên máy Geo Pye 1360 và trên máy Accupyc Pycnometer 1330

2.3.4 Phương pháp hấp phụ đẳng nhiệt nitơ ở nhiệt độ 77k

Được tiến hành trên máy ASAP 2020 Diện tích bề mặt được tính toán bằng cách sử dụng phương trình BET Phương pháp xác định d (hoặc r) và sự phân bố kích thước mao quản như trên theo đường khử hấp phụ, được gọi là BJH Xác định thể tích vi mao quản và diện tích bề mặt của các mao quản trung bình được áp dụng bởi phương pháp t-lot

2.3.5 Phương pháp hấp phụ benzen

Xác định khả năng hấp phụ của THT bằng C6H6 là phương pháp cổ điển, được thực hiện trên cân hấp phụ động học Mark-Bell (Trung Quốc) Tính toán diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính được xác định trên cơ sở đồ thị đường thẳng BET Thể tích các mao quản nhỏ, mao quản trung bình và tổng thể tích mao quản được tính theo thể tích hấp phụ benzen

2.3.6 Phương pháp phân tích, xác định hàm lượng các chất hữu cơ

2.3.6.1 Phương pháp phân tích định lượng

Phân tích định lượng MB, TNR, TNT trong dung dịch bằng phương pháp

đo phổ UV - VIS và HPLC Dung lượng hấp phụ than hoạt tính được tính theo công thức:

Trong đó: qe – Dung lượng hấp phụ (mg/g); C0 – Nồng độ dung dịch chất ban đầu (mg/l); Ce – Nồng độ dung dịch sau hấp phụ (mg/l); V – Thể tích dung dịch chất hấp phụ (l); m – Khối lượng than hoạt tích dùng hấp phụ (g) Việc khảo sát hấp phụ đẳng nhiệt với MB, TNR, TNT được thực hiện ở điều kiện 250

C với nồng độ ban đầu (C0) tương ứng là 100,06; 30,0 và 118,84mg/l Thí nghiệm với một lượng than thay đổi (m) được cho vào bình tam giác (250ml), có 100ml dung dịch Đưa bình lên máy lắc, lắc đều trong

60 phút Sau đó, lọc bằng giấy lọc, bảo quản mẫu trong bình kín và đem phân tích trên máy đo nêu trên Phản ứng xác định động học hấp phụ với MB, TNR được thực hiện ở điều kiện tương tự, với nồng độ C0(MB)=150,0mg/l;

C0(TNR)=28,54mg/l và một lượng than m = 100mg với thời gian thay đổi (t)

2.3.6.2 Phương pháp xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ

a) Phương pháp xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ theo Freundlich

C n K

q e) lg F 1lg

KF là hằng số hấp phụ Freundlich và 1/n là trị số đặc trưng cho tương tác

hấp phụ của hệ Mối quan hệ giữa lgq evà lgClà tuyến tính Từ đồ thị mô tả mối quan hệ giữa lgq e và lgC sẽ xác định được các tham số K và F n

b) Phương pháp xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ theo Langmuir:

max max

1 1

1 1

q C K q

L

K là hằng số hấp phụ Langmuir; qmaxlà dung lượng hấp phụ cực đại

2.3.6.3 Phương pháp xây dựng đường động học hấp phụ

Để nghiên cứu động học của quá trình hấp phụ trong dung dịch, người ta thường sử dụng mô hình phản ứng giả bậc 1 Lagergen (pseudo-first-order) hoặc giả bậc 2 (pseudo-second-order)

- Mô hình phản ứng giả bậc 1: ( ) ( ) (2.20) Trong đó: q e- dung lượng hấp phụ ở thời điểm cân bằng (mg/g);q t- dung lượng hấp phụ ở thời điểm t (mg/g); k1- hằng số hấp phụ bậc 1 (1/phút); t-

thời gian hấp phụ (phút)

- Mô hình phản ứng giả bậc 2:

e e

t q k q

CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc điểm phân bố kích thước hạt của các mẫu than hoạt tính siêu mịn được chế tạo bằng phương pháp nghiền bi

3.1.1 Đặc điểm phân bố kth than siêu mịn chế tạo từ THT Trà Bắc

Kết quả đo phân bố cỡ hạt bằng máy LA-950 của các mẫu THT sau các thời gian nghiền khác nhau được trình bày trên hình 3.1a - 3.1k

a-TB0 b- TB3 g-TB48 k-TB96

Hình 3.1 Đường phân bố kích thước hạt THT TB theo phần trăm thể tích

Tổng hợp từ kết quả đo phân bố kích cỡ hạt trung bình đối với các mẫu than được nghiền theo thời gian, dựng được đồ thị phân bố kích cỡ hạt trung bình phụ thuộc vào thời gian nghiền

Hình 3.2 Sự thay đổi kích cỡ hạt THT

Trà Bắc theo thời gian nghiền

Các mẫu than hoạt tính có kích thước

hạt trung bình giảm dần theo thời gian

nghiền và có kích thước đạt 4,01µm sau 96

giờ nghiền Sau 18h nghiền trở đi, kích

0 20 40 60 80 100 120

0 12 24 36 48 60 72 84 96

h

µm

thước hạt than <10 µm (phân bố tập trung ở dải 8,55µm) Như vậy, với mẫu than bột Trà Bắc, thì thời gian nghiền thích hợp nhất (để đạt kích thước nhỏ hơn 14 – 17 lần so với mẫu chưa nghiền) là từ 18 đến 24h

3.1.2 Đặc điểm phân bố kích thước hạt than siêu mịn từ chế tạo than hoạt tính AG Trung Quốc

Với phương pháp nghiền như than Trà Bắc, tiến hành nghiền than Trung Quốc trong cối nghiền bi và định kỳ lấy mẫu để khảo sát kích thước hạt theo thời gian nghiền

Hình 3.4 Sự thay đổi kích cỡ hạt THT

TQ theo thời gian nghiền

THT Trung Quốc có kích thước ban đầu

nhỏ và mịn hơn than Trà Bắc, nhưng thời

gian nghiền sau 48h chỉ giảm xuống được 4

lần so với kích thước hạt trung bình ban đầu,

về 9,98 µm

3.1.3 Đặc điểm phân bố kích thước hạt từ than hoạt tính tre

Than tre hoạt tính ở dạng mảnh, có kích thước từ 5 đến 20 mm, được sản xuất công nghiệp ở Thanh Hóa Để chế tạo than tre siêu mịn, sử dụng phương pháp tương tự như chế tạo các mẫu THT Trà Bắc, Trung Quốc và theo dõi thay đổi kích thước hạt trên máy LA950 Kết quả so sánh 3 mẫu than với khoảng thời gian nghiền được mô tả ở hình 3.6:

Hình 3.6 Sự thay đổi kích cỡ hạt 3 loại

than theo thời gian nghiền

- Mẫu THT Trung Quốc và THT tre đạt

đến kích thước hạt siêu mịn ngay từ giai

đoạn 6 giờ và 10 giờ, THT Trà Bắc đạt được

kích thước siêu mịn chỉ sau 18 giờ và ổn

định không nghiền nhỏ hơn được nữa ở sau

24 giờ Điều này chứng tỏ THT Trà Bắc có

độ bền tốt hơn THT Trung Quốc và THT tre

- Trong quá trình nghiền, cỡ hạt của 3 loại THT giảm theo thời gian có cùng quy luật Giai đoạn đầu giảm rất nhanh xuống cỡ hạt khoảng 12-15 µm Nhưng từ 12-10 µm trở xuống, kích thước hạt giảm chậm và gần như không mấy thay đổi sau 24h đến 48h Như vậy, để chế tạo THT có kích thước siêu mịn cỡ 10µm thì cần nghiền khoảng thời gian tối đa 24h là thích hợp với 3 loại THT nói trên

Bằng các kết quả đo phân bố kích thước hạt và chụp SEM của các mẫu THT trước và sau nghiền cho thấy: quá trình tạo hạt siêu mịn bằng phương pháp nghiền bi, hoạt hóa cơ học là hoàn toàn có thể thực hiện được trong điều kiện thiết bị và công nghệ hiện có tại Việt Nam

0 10 20 30 40 50

0 6 12 18 24 30 36 42 48

µm

h

0 50 100 150

0 6 12 18 24 30 36 42 48

µm

h

Than Trà Bắc Than Trung Quốc Than Tre

3.2 Xác định tính chất, cấu trúc mao quản của các mẫu THT sau nghiền

3.2.1 Đánh giá cấu trúc mao quản thông qua hấp phụ nitơ

Phương pháp BET sử dụng kỹ thuật hấp phụ - khử hấp phụ khí nitơ ở 77K để xác định bề mặt riêng của vật liệu mao quản và phân bố mao quản theo đường kính đang là phương pháp tin cậy nhất (đường kính của phân tử

N2 ~3,22A0)

3.2.1.1 Khảo sát sự hấp phụ nitơ trên các mẫu THT Trà Bắc

Sự hấp phụ - khử hấp phụ (isotherm) của N2 trên các mẫu THT Trà Bắc

có kích thước hạt khác nhau cho thấy đẳng nhiệt của các mẫu than hầu như không có sự khác biệt nào đáng kể Các số liệu đo đạc về: diện tích bề mặt và các đặc trưng cấu trúc mao quản của 8 mẫu THT Trà Bắc được nghiền với thời gian khác nhau cho kích thước khác nhau được tổng hợp trong bảng 3.1

Bảng 3.1 Các đặc trưng cấu trúc của các mẫu THT Trà Bắc

Mẫu Thời gian

Như đã biết, bề mặt ngoài chỉ chiếm xấp xỉ 0,5% giá trị bề mặt tổng cộng của vật liệu mao quản Do đó, quá trình nghiền không làm thay đổi tính chất hấp phụ N2 của vật liệu mao quản, chứng tỏ rằng các kết quả thu được của luận án (bảng 3.1) là khá tin cậy và hợp lý

3.2.1.2 Khảo sát sự hấp phụ nitơ trên các mẫu THT Trung Quốc

Tổng hợp các số liệu đo đạc: diện tích bề mặt và các đặc trưng cấu trúc

mao quản của 4 mẫu THT Trung Quốc được đưa ra trong bảng 3.2

Bảng 3.2 Các đặc trưng cấu trúc của các mẫu THT Trung Quốc

Tương tự như THT Trà Bắc, kết quả trong bảng 3.2 cho thấy việc nghiền siêu mịn không ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc mao quản và các đặc trưng

bề mặt của THT Trung Quốc

3.2.1.3 Khảo sát sự hấp phụ nitơ trên các mẫu THT Tre

Các số liệu đo đạc diện tích bề mặt và các đặc trưng cấu trúc mao quản của các mẫu THT tre:

Bảng 3.3 Các đặc trưng cấu trúc của các mẫu THT tre

vi sai số là chủ yếu Điều này có thể lý giải được rằng: quá trình nghiền chỉ làm “ngắn” lại các mảnh than tre, bên trong các mảnh, cấu trúc mao quản không hề thay đổi, không làm ảnh hưởng đến tính chất bề mặt của THT tre

Tóm lại: Kết quả khảo sát sự hấp phụ nitơ của 03 loại THT: Trà Bắc;

Trung Quốc và tre, cho thấy quá trình nghiền tạo kích thước hạt siêu mịn ít ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ và hầu như không phá vỡ cấu trúc vi mao quản và mao quản trung của THT

Khi nghiền nhỏ, một phần rất nhỏ diện tích bề mặt trong các mao quản (nhỏ và trung bình) bị mất đi và diện tích bề mặt ngoài hạt than lại tăng lên với một giá trị không đáng kể, nên tổng diện tích bề mặt gần như không thay đổi Một đại lượng khác có thể đặc trưng cho cấu trúc mao quản là tổng thể tích mao quản Tổng thể tích mao quản bao gồm mao quản bé, mao quản trung và mao quản lớn, 3 loại mao quản này đóng vai trò hấp phụ; mao quản

bé hấp phụ tuân theo lý thuyết Dubinin, mao quản trung bình hấp phụ theo nguyên lý ngưng tụ mao quản, còn mao quản lớn là kênh dẫn vào Kết quả cho thấy khi nghiền than đạt kích thước cỡ micron trở xuống, diện tích bề mặt riêng và tổng thể tích mao quản chỉ thay đổi chút ít Như vậy, nhiều khả năng trong quá trình nghiền nhỏ có thể làm các hạt bị vỡ ra, độ dài các mao quản bị ngắn lại nhưng không phá vỡ hệ mao quản Do đó nhiệt động học của quá trình hấp phụ các phân tử nhỏ (N2, O2, ) hầu như không thay đổi, chỉ có thể làm thay đổi phần nào động học hấp phụ mà thôi

3.2.2 Khảo sát khả năng hấp phụ hơi benzen của các loại THT

3.2.2.1 Khảo sát khả năng hấp phụ benzen trên THT Trà Bắc

Khả năng hấp phụ của THT Trà Bắc với hơi benzen được thực hiện trên 9

mẫu có kích thước hạt khác nhau

Bảng 3.4 Các thông số đặc trưng của THT Trà Bắc hấp phụ benzen

 g/cm3

3.2.2.2 Khảo sát khả năng hấp phụ benzen trên THT Trung Quốc

Bảng 3.5 Các thông số đặc trưng của các mẫu THT TQ hấp phụ benzen

, g/cm3

3.2.2.3 Khảo sát khả năng hấp phụ benzen trên THT Tre

Bảng 3.6 Các thông số đặc trưng của các mẫu THT tre hấp phụ benzen

, g/cm3

Vtổng,

cm3/g Tre0 1000-

1500 5,112 889 0,322 0,096 0,704 1,99 0,61 1,122 Tre1 40,08 5,985 895 0,346 0,094 0,673 2,01 0,62 1,113 Tre48 10,05 5,905 886 0,334 0,098 0,7681 2,00 0,61 1,113