TỔNG QUAN
Thành phần cấu trúc à hó học củ ôi trường hông hí
1.1.1 Thành phần cấu trúc a Tầng đối lưu (troposphere)
Tầng đối lưu chiếm khoảng 70% khối lượng khí quyển, có độ cao từ 0 đến 11 km, với nhiệt độ giảm dần khi lên cao Độ cao của tầng này thay đổi từ 8 km ở các cực đến 18 km ở vùng xích đạo, và nó quyết định khí hậu của Trái đất với các thành phần chính như N2, O2, CO2 và hơi nước Mật độ không khí và nhiệt độ trong tầng đối lưu không đồng nhất, với mật độ không khí giảm nhanh theo độ cao Nếu không bị ô nhiễm, thành phần khí quyển trong tầng đối lưu khá đồng nhất nhờ vào sự đối lưu liên tục của các khối không khí Tầng đối lưu cũng hình thành các vùng xoáy do sự mất cân bằng trong tốc độ sưởi ấm và làm lạnh giữa vùng xích đạo và các cực.
Đỉnh tầng đối lưu, với nhiệt độ khoảng -56°C, đánh dấu sự kết thúc của xu hướng giảm nhiệt độ trong tầng đối lưu và khởi đầu của sự tăng nhiệt Tại đây, hơi nước bị ngưng tụ và đông đặc do nhiệt độ thấp, không thể thoát khỏi tầng khí quyển thấp Nếu không có đỉnh tầng đối lưu, hơi nước có thể bay lên các tầng khí quyển trên và bị phân tích dưới tác động của bức xạ tử ngoại, dẫn đến sự thoát ra của hydro Phần lớn hydro và heli trong khí quyển đã mất đi theo con đường này.
Tầng bình lưu nằm ở độ cao từ 11 đến 50 km, với nhiệt độ tăng dần từ -56°C lên khoảng -2°C Thành phần chủ yếu của tầng này là ozon (O3), cùng với nitơ (N2), oxy (O2) và một số gốc hóa học khác Tầng ozon, nằm giữa đỉnh tầng đối lưu và phần dưới của tầng bình lưu, có nhiệt độ gần như không đổi, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ Trái Đất khỏi bức xạ UV.
Vai trò của lớp ozone là rất quan trọng, hoạt động như một lá chắn bảo vệ cho sự sống trên bề mặt Trái đất, giúp ngăn chặn tác hại của tia tử ngoại từ ánh sáng Mặt trời.
O3 + hν (λ: 220 - 330 nm) O2 + O + Q (làm tăng nhiệt độ)
Trong tầng bình lưu, không khí ít bị khuấy động, dẫn đến thời gian tồn tại của các phần tử hóa học lâu hơn Nếu chất ô nhiễm xâm nhập vào tầng này, chúng sẽ ảnh hưởng lâu dài hơn so với ở tầng đối lưu Tầng trung lưu, hay còn gọi là mesosphere, cũng có vai trò quan trọng trong việc duy trì sự ổn định của khí quyển.
Tầng trung lưu ở độ cao từ 50 km đến 85 km, nhiệt độ giảm theo độ cao, từ -
Tầng khí quyển từ 2°C đến -92°C có đặc điểm là thiếu các phần tử hóa học hấp thụ tia tử ngoại, đặc biệt là ozon Thành phần hóa học chủ yếu trong tầng này bao gồm các gốc tự do O+ và O2+.
NO+,…được tạo thành do oxy và nitơ oxit hấp thụ bức xạ tử ngoại xa d Tầng nhiệt lưu (tầng nhiệt, tầng ion, thermosphere)
Tầng nhiệt lưu ở độ cao từ 85 đến trên 500 km, với nhiệt độ dao động từ -92°C đến 1200°C Tại đây, dưới tác động của bức xạ Mặt trời, nhiều phản ứng hóa học diễn ra với các khí như oxy, ozon, nitơ, nitơ oxit, hơi nước và CO2, dẫn đến sự phân tách thành các nguyên tử và ion hóa, tạo ra các ion như O2+, O+, O, NO+, e- và CO32-.
NO2-, NO3-, và nhiều hạt bị ion hóa phản xạ sóng điện từ sau khi hấp thụ bức xạ Mặt trời ở vùngtử ngoại xa (λ< 290 nm)
Ngoài các tầng trên, người ta còn có khái niệm tầng điện ly hay tầng ngoài
(exosphere) và tầng ion (ionosphere)
Tầng ngoài bao quanh Trái đất ở độ cao lớn hơn 800 km, có chứa các ion oxy
Tầng ion, nằm ở độ cao từ 50 km trở lên, chứa nhiều ion như O+ (dưới 1500 km), heli He+ (dưới 1500 km) và hydro H+ (trên 1500 km) Một phần hydro trong tầng này có thể thoát ra ngoài vũ trụ với lượng khoảng vài nghìn tấn mỗi năm Đồng thời, plasma từ Mặt trời và bụi vũ trụ (khoảng 2 g/km2) cũng xâm nhập vào khí quyển Trái đất Nhiệt độ trong tầng ion tăng nhanh, đạt khoảng 1700°C.
5 đã được biết đến từ năm 1901, khi người ta phát hiện ra hiện tượng phản xạ của sóng radio của lớp khí quyển tầng cao
Giới hạn trên của khí quyển và đoạn chuyển tiếp vào vũ trụ rất khó xác định, cho tới nay, người ta mới ước đoán khoảng 500 - 1000 km [3]
1.1.2 Thành phần hóa học của không khí sạch
Không khí sạch và khô, được coi là không ô nhiễm, chủ yếu bao gồm 78,90% Nitơ và 20,94% Oxi, cùng với một số đơn chất và hợp chất khác như được thể hiện trong bảng 1.1.
Môi trường không khí xung quanh chúng ta chủ yếu là không khí ẩm, bao gồm không khí khô, hơi nước và chứa nhiều bụi cùng các hạt lơ lửng.
Bảng1.1.Thành phần không khí khô không bị ô nhiễm
Các chất Công thức phân tử
Tỉ lệ theo thể tích (%)
Tổng trọng lượng trong khí quyển (triệu tấn)
Ngoài các thành phần chính được liệt kê, không khí còn chứa nhiều thành phần khác sinh ra từ các quá trình tự nhiên và nhân tạo Những thành phần này có thể gây độc hại và ảnh hưởng đến đời sống con người cũng như sinh vật Hàm lượng tối đa cho phép của các thành phần độc hại theo tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia đã được nêu trong các tài liệu về chất lượng môi trường không khí.
S ô nhi ôi trường hông hí
1.2.1 Khái niệm về sự ô nhiễm môi trường không khí Ô nhiễm không khí là hiện tượng làm cho không khí sạch thay đổi thành phần và tính chất do bất cứ nguyên nhân nào, có nguy cơ gây tác hại tới thực vật và động vật, đến các môi trường xung quanh, đến sức khỏe con người
Quá trình gây ô nhiễm không khí xảy ra theo các bước sau :
- Chất gây ô nhiễm hay tác nhân ô nhiễm được phát sinh từ nguồn gây ô nhiễm
- Quá trình phát tán, lan truyền trong khí quyển của các chất gây ô nhiễm,
Quá trình tương tác với bộ phận tiếp nhận bao gồm động thực vật, con người, các công trình xây dựng và đồ vật, tất cả đều chịu ảnh hưởng tiêu cực từ các tác nhân gây ô nhiễm.
Căn cứ vào nguồn gốc phát sinh chất gây ô nhiễm, người ta chia làm hai loại:
Khí núi lửa bao gồm nham thạch nóng, khói bụi giàu sulfur, metan và một số khí khác Khi núi lửa phun trào, bụi được phun cao và lan tỏa rất xa, gây ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.
- Cháy rừng: Các đám cháy này thường lan truyền nhanh, rộng có nhiều bụi và các khí
Bão và mưa làm xói mòn đất sa mạc cũng như đất trồng, tạo ra bụi khi gió thổi mạnh Đồng thời, sóng biển cũng phát tán hơi nước chứa bụi muối kim loại vào không khí.
- Các quá trình thối rữa các xác động thực vật cũng phát thải ra nhiều khí độc như NH3, H2S, CH4
Ngoài ra cũng phải kể đến các phản ứng hóa học giữa những khí tự nhiên hình thành các khí sunfua, các khí oxit nitơ, các loại muối
Tổng lượng tác nhân ô nhiễm tự nhiên rất lớn và phân bổ đều trên toàn cầu, tuy nhiên, nồng độ của chúng không tập trung tại một khu vực cụ thể, điều này khiến con người và động thực vật đã thích nghi với các tác nhân này.
Nguồn ô nhiễm nhân tạo rất đa dạng, chủ yếu đến từ hoạt động công nghiệp, giao thông vận tải, đốt nhiên liệu hóa thạch, và nông nghiệp Các chất ô nhiễm bao gồm bụi, khí CO, CO2, SOx, NOx, hidrocacbon, cùng với bụi kim loại nặng Theo số liệu năm 1992, Bảng 1.2 cung cấp tổng lượng chất thải có nguồn gốc nhân tạo toàn cầu.
Bảng 1.2 Số lượng tác nhân gây ô nhiễm không khí trên toàn thế giới năm 1992
CO2 Bụi SO2 Hidrocacbon NOx
- Giao thông vân tải (ô tô, máy bay, tàu hỏa, canô, xe máy)
- Đốt nhiên liệu (tan, dầu, xăng, khí đốt, than, củi)
- Xử lí chất thải rắn 7,1 1,0 0,1 1,5 0,5
Cháy rừng, đốt các sản phẩm nông nghiệp, đốt rác, xây dựng
Căn cứ vào tiến trình gây ô nhiễm, các tác nhân ô nhiễm lại được chia là 2 loại:
Tác nhân ô nhiễm sơ cấp là những chất độc hại được phát thải trực tiếp từ các nguồn, có khả năng gây ảnh hưởng ngay lập tức đến sức khỏe con người Chẳng hạn, khí SO2 phát sinh từ quá trình đốt than và dầu khí có thể gây ra các triệu chứng như tức ngực và đau đầu khi hít phải, và ở nồng độ cao, nó có thể dẫn đến tử vong.
Tác nhân ô nhiễm thứ cấp là những chất mới hình thành trong khí quyển thông qua sự tương tác hóa học giữa các chất ô nhiễm sơ cấp và các thành phần tự nhiên có sẵn Một ví dụ điển hình là mưa axit, được tạo ra từ khí SO2 kết hợp với nước, có thể gây hại cho mùa màng và các công trình xây dựng.
1.2.2 Các chất gây ô nhiễm môi trường không khí a Các hợp chất chứa lưu huỳnh (S)
Các hợp chất có chứa lưu huỳnh chủ yếu có trong khí quyển là: SO 2 , SO 3 ,
H2S, H2SO4 và các muối sunfat chủ yếu được hình thành từ quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, sự phân hủy và đốt cháy chất hữu cơ chứa lưu huỳnh, cũng như hoạt động của núi lửa Các hợp chất lưu huỳnh này tồn tại trong không khí một thời gian trước khi lắng xuống đất hoặc các đại dương.
Khí đioxit lưu huỳnh SO2, trioxit lưu huỳnh SO3:
Trong khí quyển, khí sunfua dioxit ( đioxit lưu huỳnh ) bị oxi hóa thành SO3 theo quá trình hóa học hay quá trình quang hóa
Trong điều kiện độ ẩm cao, SO2 dễ dàng bị hấp thụ bởi các giọt nước có chứa bụi, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình oxi hóa hóa học, đặc biệt khi có mặt các chất xúc tác như muối của Fe3+ và Mn2+ Sự hiện diện của NH3 trong không khí cũng thúc đẩy phản ứng này, làm tăng độ tan của SO2 trong giọt nước và có khả năng hình thành amôni sunfat.
Còn quá trình oxi hóa quang hóa liên quan với điều kiện độ ẩm và ánh sáng
SO2 khi được kích hoạt sẽ chuyển thành trạng thái có năng lượng cao, từ đó phản ứng nhanh chóng với O2 để tạo thành SO3 Tốc độ phản ứng này sẽ tăng lên khi có sự hiện diện của oxit nitơ và hidrocacbon trong khí quyển.
Sunfua trioxit (trioxit lưu huỳnh) được hình thành từ SO2 khi phản ứng với H2O, tạo ra H2SO4 H2SO4 dễ dàng kết hợp với các giọt nước, hình thành dung dịch axit sulfuric Nếu có mặt NH3 hoặc các hạt NaCl trong khí quyển, sẽ tạo ra các hợp chất như Na2SO4.HCl.
(NH4)2SO4 sẽ hình thành Như vậy, thời gian lưu của SO3 trong khí quyển cũng chỉ được tính bằng vài ngày
SO2 là khí nặng, thường tồn tại gần mặt đất và ảnh hưởng trực tiếp đến cuộc sống con người Khí này dễ tan trong nước, dễ dàng xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp Ở nồng độ thấp, SO2 gây sưng niêm mạc, trong khi nồng độ cao (> 0,5mg/m3) có thể dẫn đến triệu chứng tức thở, ho và viêm loét đường hô hấp Sự hiện diện đồng thời của SO2 và SO3 làm tăng mức độ nguy hiểm, có thể gây co thắt phế quản và thậm chí dẫn đến tử vong.
SO2 là nguyên nhân chính hình thành H2SO4, góp phần tạo ra mưa axit, gây hại cho mùa màng và làm nhiễm độc cây trồng Nó còn giảm tuổi thọ của các sản phẩm như vải, nilông, tơ nhân tạo, đồ dùng bằng da, giấy và ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng các công trình xây dựng.
Khí sunfua hidro H2S là khí có bản chất độc, không màu, có mùi khó chịu
Mùi trứng thối, hay khí H2S, được thải ra với lượng lớn từ cả nguồn tự nhiên và nhân tạo Khí này xuất hiện trong khí thải từ các quá trình sản xuất sử dụng nhiên liệu hữu cơ chứa lưu huỳnh, như tinh chế dầu mỏ, tái sinh sợi, chế biến thực phẩm và xử lý rác thải Một phần H2S cũng phát sinh tự nhiên từ quá trình phân hủy chất hữu cơ do vi khuẩn, từ rác thải, cống rãnh, bờ biển, ao tù, hồ nước cạn, và cả từ các hầm lò khai thác than và núi lửa Trong không khí, khoảng 80% H2S bị oxi hóa thành SO2 nhờ tác động của oxy hoặc ozon.
Giới thiệu ề SO 2 à phương pháp phân tích
Lưu huỳnh đioxit (SO2) là một khí vô cơ không màu, nặng hơn không khí, và là sản phẩm chính từ quá trình đốt cháy hợp chất lưu huỳnh Khí này không chỉ có mùi hôi đặc trưng mà còn gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường, như làm vẩn đục nước vôi trong, làm mất màu dung dịch brôm và cánh hoa hồng.
Nguyên tắc chung cho việc xác định SO2 trong dung dịch H2O2 là quá trình oxi hóa thành axit sulfuric Độ axit được xác định thông qua dung dịch kiềm tiêu chuẩn Phương pháp này có độ nhạy cao, yêu cầu lấy mẫu khí 0,85 m3 khi hàm lượng SO2 trong không khí đạt 0,03 mg/m3 (0,01 ppm).
Mẫu khí được thu thập qua ống hấp thụ chứa dung dịch hấp thụ là nước cất với 0,3% H2O2 Axit sinh ra trong quá trình này sẽ được chuẩn độ bằng dung dịch kiềm chuẩn.
Nguyên tắc chung cho quá trình hấp thụ SO2 trong dung dịch NaOH dư là phản ứng tạo ra Na2SO3 và lượng NaOH dư còn lại Để xác định độ bazơ của dung dịch, cần sử dụng dung dịch axit tiêu chuẩn.
Mẫu khí được thu thập qua ống hấp thụ chứa dung dịch NaOH 0.1N Lượng NaOH dư thừa sau quá trình hấp thụ sẽ được chuẩn độ lại bằng dung dịch axit chuẩn.
Quá trình hấp phụ
Hấp phụ là quá trình mà các phân tử khí, hơi hoặc ion chất tan được chứa lên bề mặt phân cách pha Bề mặt này có thể là giữa các pha khí-rắn hoặc lỏng-rắn.
Hấp phụ là quá trình mà chất hấp phụ tương tác với chất bị hấp phụ trên bề mặt của nó Chất hấp phụ là chất mà quá trình hấp phụ diễn ra, trong khi chất bị hấp phụ là chất được tụ tập trên bề mặt phân cách pha Hiện tượng hấp phụ được phân loại thành hai loại chính: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học, tùy thuộc vào bản chất của lực tương tác giữa các phân tử.
Tùy theo bản chất lực tương tác mà người ta phân biệt hai loại hấp phụ là hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học
- Hấp phụ vật lý: Các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân
Hấp phụ vật lý xảy ra khi các nguyên tử, phân tử và ion tương tác với bề mặt phân chia pha thông qua lực liên kết Van Der Waals yếu Quá trình này bao gồm nhiều loại lực hút khác nhau như tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và lực định hướng Trong hấp phụ vật lý, chất bị hấp phụ không hình thành hợp chất hóa học với chất hấp phụ, mà chỉ ngưng tụ trên bề mặt và được giữ lại nhờ các lực này Nhiệt hấp phụ trong trường hợp này thường không lớn.
Hấp phụ hóa học là quá trình mà các phân tử chất hấp phụ tạo thành hợp chất hóa học với các phân tử chất bị hấp phụ, thông qua các lực liên kết hóa học như liên kết ion, liên kết cộng hóa trị và liên kết phối trí Nhiệt hấp phụ hóa học có thể đạt tới 800 kJ/mol, cho thấy mức độ mạnh mẽ của nó Tuy nhiên, sự phân biệt giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học là tương đối, vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt, và trong nhiều trường hợp, hai quá trình này có thể xảy ra đồng thời.
1.4.2 Cân bằng hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ
Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch, trong đó các phần tử chất bị hấp phụ có khả năng di chuyển ngược lại pha mang sau khi đã bám trên bề mặt chất hấp phụ Theo thời gian, khi lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt chất rắn tăng lên, tốc độ di chuyển ngược trở lại pha mang cũng gia tăng Cuối cùng, khi tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp, quá trình hấp phụ sẽ đạt trạng thái cân bằng.
Khi một hệ hấp phụ đạt trạng thái cân bằng, lượng chất bị hấp phụ phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ, áp suất và nồng độ của chất đó Mối quan hệ này có thể được biểu diễn bằng công thức: q = f(T, P hoặc C).
Ở nhiệt độ không đổi (T = const), đường đẳng nhiệt hấp phụ mô tả mối quan hệ giữa q và P hoặc C (q = fT(P hoặc C)) Việc xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ có thể dựa trên lý thuyết, kinh nghiệm hoặc bán kinh nghiệm, tùy thuộc vào các giả thiết, tiền đề và cách xử lý dữ liệu thực nghiệm.
Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng được nêu ở bảng 1.3
Bảng 1.3 Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng Đường đẳng nhiệt hấp phụ Phương trình Bản chất s hấp phụ
Langmuir Vật lí và hóa học
Henry Vật lí và hóa học
Freundlich Vật lí và hóa học
Teller (BET) Vật lí, nhiều lớp
Trong các phương trình, v đại diện cho thể tích chất bị hấp phụ, thể hiện lượng hấp phụ, vm là lượng hấp phụ cực đại tương ứng với sự hấp phụ một lớp đơn phân tử trên toàn bề mặt p là áp suất của chất bị hấp phụ ở pha khí, trong khi p0 là áp suất hơi bão hòa của chất bị hấp phụ ở trạng thái lỏng tinh khiết tại cùng nhiệt độ Các ký hiệu khác là các hằng số liên quan.
Giới thiệu ề nguyên liệu dùng để điều chế th n ho t tính
Lõi ngô, một nguồn phế thải nông nghiệp phong phú, có thể được tận dụng để bảo vệ môi trường Việc sử dụng nguyên liệu tự nhiên này không chỉ giúp giảm thiểu rác thải mà còn góp phần vào việc phát triển bền vững.
17 liệu rẻ tiền, dễ kiếm, quy trình chế tạo đơn giản và không đưa thêm vào môi trường những tác nhân độc hại
Hình 1.1 Cây ngô lương thực
Cây Ngô (ZeamaysL) là loại lương thực có tầm quan trọng trong nền kinh tế quốc dân và kinh tế toàn cầu
Ngô là một trong những cây ngũ cốc quan trọng nhất trên thế giới, đứng thứ ba về diện tích sau lúa mì và lúa nước, đồng thời có sản lượng đứng thứ hai và năng suất cao nhất trong các loại ngũ cốc Tại Việt Nam, ngô đóng vai trò là cây lương thực quan trọng thứ hai sau lúa, và là cây màu chủ yếu được trồng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau, với sự đa dạng về mùa vụ gieo trồng và hệ thống canh tác.
Cây ngô đóng vai trò quan trọng trong cơ cấu cây trồng ở Việt Nam, với diện tích trồng đạt 1.126,9 nghìn ha vào năm 2010, trong đó hơn 90% là ngô lai Năng suất trung bình đạt 40,9 tạ/ha, với tổng sản lượng vượt 4,6 triệu tấn.
Những năm gần đây, cây ngô là cây thực phẩm được ưa chuộng, các loại ngô nếp, ngô đường để dùng luộc, nướng, đóng hộp
Các số liệu về diện tích, năng suất và sản lượng ngô được cập nhật trong những năm gần nhất, từ năm 2001 đến nay được thể hiện ở bảng 1.4
Bảng1.4 Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam từ năm 2001 – 2006
(Nguồn: Niên giám thống kê năm 2006)
Như vậy, từ năm 2001 đến năm 2006 ở nước ta cây ngô đã phát triển mạnh mẽ cả về diện tích, năng suất và sản lượng [8]
1.5.2 Thành phần chính của lõi ngô
Theo số liệu của Tổng cục Thống kê, hiện cả nước có khoảng 800,000ha ngô
Quá trình chế biến nông sản đã thải ra môi trường khoảng 1 triệu tấn lõi ngô mỗi năm
Hàm lượng phần trăm các thành phần hoá học chính của lõi ngô được thể hiện trong bảng 1.5
Bảng 1.5 Thành phần hóa học của lõi ngô
Thành phần Cellulose Hemicellulose Lignin
Cellulose: Cellulose là polisaccarit do các mắt xích α-glucozơ [C6H7O2(OH)3]n nối với nhau bằng liên kết 1,4-glycozit Phân tử khối của cellulose rất lớn, khoảng từ 10.000 – 150.000đvC
Hemicellulose là một loại polisaccarit tương tự như cellulose, nhưng có số lượng mắt xích ít hơn Thành phần của hemicellulose bao gồm nhiều loại mắt xích khác nhau và chứa các nhóm thế axetyl và metyl.
Lignin: Lignin là loại polyme được tạo bởi các mắt xích phenylpropan Lignin giữ vai trò là chất kết nối giữa cellulose và hemicellulose [8].
Giới thiệu ề th n ho t tính
Than hoạt tính chủ yếu là một chất chứa carbon ở dạng bột vô định hình, cùng với một phần tinh thể vụn grafit Ngoài carbon, thành phần còn lại thường bao gồm tàn tro, chủ yếu là các kim loại kiềm và vụn cát.
Carbon là thành phần chủ yếu của than hoạt tính với thành phần khoảng 85-
95% Ngoài ra, còn chứa các nguyên tố khác như: hidro, nitơ, lưu huỳnh và oxi
Thành phần các nguyên tố trong than hoạt tính thường là 88% C, 0.5% H, 0.5% N,
1% S, 6-7% O (có thể thay đổi từ 1-20% phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu ban đầu, cách điều chế)
Than hoạt tính thường có diện tích bề mặt khoảng 800-1500m2/g và thể tích lỗ xốp từ 0.2-0.6cm3/g
Than hoạt tính chủ yếu được điều chế bằng cách nhiệt phân nguyên liệu thô chứa carbon ở nhiệt độ nhỏ hơn 10000C
Tất cả nguyên liệu chứa carbon có khả năng chuyển thành than hoạt tính, với sản phẩm cuối cùng phụ thuộc vào bản chất nguyên liệu, tác nhân hoạt hóa và điều kiện hoạt hóa Trong quá trình này, hầu hết các nguyên tố khác sẽ bay hơi, trong khi các nguyên tử carbon kết tụ thành các lớp thơm ngẫu nhiên Sự sắp xếp không theo quy luật của các lớp thơm tạo ra các khoảng trống, từ đó hình thành lỗ xốp, giúp than hoạt tính trở thành một chất hấp phụ hiệu quả.
Do than hoạt tính có khả năng hấp phụ tốt mà người ta có thể ứng dụng vào một số công việc sau:
- Làm sạch môi trường không khí, kiểm soát ô nhiễm không khí từ khí thải công nghiệp và khí thải động cơ
- Loại bỏ màu, mùi, vị không mong muốn và các tạp chất hữu cơ, vô cơ trong nước thải công nghiệp và sinh hoạt.
- Thu hồi nhiều dung môi như: acetone, pentane, methylene chloride, xylene, toluene, benzene,…
- Làm sạch nhiều hóa chất, dược phẩm, thực phẩm, dược liệu
- Sử dụng làm khẩu trang [2],[15].
THỰC NGHIỆM
Dụng cụ
- Giá đỡ, dụng cụ chứa và bảo quản mẫu
- Bình định mức các loại
Thiết bị
- Thiết bị lấy mẫu khí
Hóa chất
- Dung dịch phenolphthalein 1% trong cồn 96o
Ph chế dung dịch
- Dung dịch H2O2: Lấy 10 ml dung dịch H2O2 30% cho vào bình rồi định mức với nước cất thành 1 lít
Để chuẩn bị dung dịch NaOH 0.5 N, cân khoảng 10 gam NaOH rắn và cho vào cốc 500ml, sau đó thêm nước cất hai lần và khuấy đều Cuối cùng, tiến hành chuẩn lại dung dịch bằng HCl có nồng độ chính xác, sử dụng chỉ thị metyl da cam.
- Dung dịch HCl 0.1N: Lấy một ống Fixanal đựng HCl pha trong một ít nước cất, sau đó định mức thành 1 lít
- Dung dịch H2SO4 0.1M: Lấy 6,5 ml dung dịch H2SO4 98% pha loãng trong nước cất, sau đó định mức thành 1 lít.
Để chuẩn bị dung dịch H3PO4, cần 4 bình định mức 100 ml Sử dụng pipet, hút chính xác các thể tích dung dịch H3PO4 85% lần lượt là 24,7 ml, 35,0 ml, 46,6 ml, 59,6 ml, 74,3 ml và 90,8 ml, sau đó cho vào 4 bình Tiếp theo, thêm nước đến vạch định mức để thu được các dung dịch H3PO4 với nồng độ 30%, 40%, 50%, 60% và 70%.
Chế t o th n ho t tính từ lõi ngô
Nguyên liệu chính: Lõi ngô
Lõi ngô được xử lý bằng cách phơi khô, xay và rây thành bột có kích thước 0.1 mm, sau đó ngâm trong nước cất khoảng 10 giờ Sau khi lọc, bột được sấy khô ở nhiệt độ 105oC và được bảo quản trong bình hút ẩm để đảm bảo chất lượng.
2.3.2 Sơ đồ thực nghiệm chế tạo than hoạt tính làm từ lõi ngô
Hình 2.1 Sơ đồ chế tạo than hoạt tính từ lõi ngô
2.3.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế tạo VLHP a Quá trình hoạt hóa bằng H 3 PO 4
Để tiến hành, cần ngâm nguyên liệu thô trong dung dịch H3PO4 với nồng độ từ 30-70% theo tỉ lệ 1:5 (1 gam nguyên liệu thô : 5ml axit) ở nhiệt độ từ 30-80 độ C trong 6 giờ Sau đó, tiếp tục đun nóng trên bếp điện khoảng 1,5 giờ để thu được mẫu bã rắn, rồi nung ở nhiệt độ 450-800 độ C trong lò nung trong 1 giờ Mẫu thu được là lõi ngô.
Vật liệu hoạt hóa bằng
23 ra, để nguội, rửa sản phẩm thu được bằng nước cất đến pH=7, sấy khô lại ở 105oC và bảo quản trong bình hút ẩm
- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hoạt hóa bằng H3PO4:
+ Nồng độ dung dịch axit H3PO4
+ Nhiệt độ nung mẫu b Quá trình hoạt hóa bằng KOH
Để tiến hành quá trình, lấy mẫu than đã được hoạt hóa bằng axit H3PO4 và trộn với KOH rắn theo tỷ lệ khối lượng từ 1:1,5 đến 1:3 Thêm một ít nước cất để tạo thành hỗn hợp sền sệt, sau đó nung ở nhiệt độ 750-900oC trong 1 giờ Sau khi nung xong, lấy mẫu ra, để nguội và rửa sản phẩm bằng nước cất cho đến khi đạt pH=7 Cuối cùng, sấy khô sản phẩm ở 105oC và bảo quản trong bình hút ẩm.
- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hoạt hóa bằng KOH:
+ Tỷ lệ khối lượng m Than : m KOH
Thực nghiệm được tiến hành cùng với nhóm nghiên cứu về vật liệu hấp phụ được chế tạo từ lõi ngô
Điều chế ẫu SO 2 trong phòng thí nghi ệ
- Cân một lượng chính xác Na2SO3
- Thêm dư dung dịch axit H2SO4 loãng
- Sau đó tiến hành lấy mẫu theo quy trình thiết kế
Na2SO3 + H2SO4 Na2SO4 + SO2 + H2O
Xác định hiệu suất hấp thụ hí SO 2 theo phương pháp chuẩn độ
Xác định hiệu suất hấp thụ của hai dung dịch Natri hidroxit và Hidro peoxit
Qua đó đánh giá, so sánh khả năng hấp thụ của hai dung dịch hấp thụ trên
Để tiến hành thí nghiệm, đầu tiên xác định hàm lượng khí SO2 ban đầu và cho khí này qua dung dịch hấp thụ Thí nghiệm được thực hiện trong vòng 30 phút và ở nhiệt độ phòng.
Hàm lượng SO2 trong dung dịch hấp thụ được xác định qua phương pháp chuẩn độ Đầu tiên, sử dụng pipet hút 5 ml dung dịch phân tích vào bình tam giác, thêm vài giọt phenolphthalein và chuẩn độ bằng dung dịch HCl cho đến khi dung dịch mất màu hồng, ghi lại giá trị V1 Tiếp theo, thêm vài giọt metyl da cam để tạo màu vàng, sau đó tiếp tục chuẩn độ bằng HCl cho đến khi dung dịch chuyển sang màu đỏ cam và ghi giá trị V2 Lặp lại thí nghiệm 2-3 lần để lấy giá trị trung bình, từ đó tính toán hiệu suất hấp thụ.
Hiệu suất hấp thụ (H%) được tính theo công thức:
H: hiệu suất hấp thụ (%) m1: liều lượng khí SO2 trước khi hấp thụ (g) m 2 : liều lượng khí SO 2 sau khi hấp thụ (g)
Khảo sát hả năng hấp phụ hí SO 2
Nghiên cứu này nhằm xác định hiệu suất hấp phụ khí SO2 của than hoạt tính thương mại và than hoạt tính chế tạo từ lõi ngô Kết quả sẽ giúp đánh giá và so sánh khả năng hấp phụ của hai loại than hoạt tính này, từ đó cung cấp thông tin hữu ích cho ứng dụng trong xử lý khí thải.
Cách tiến hành : Với liều lượng khí SO2 ban đầu thay đổi từ 0.051 (g) đến
Trong thí nghiệm, 0.254 g khí được cho qua ống hấp phụ chứa 0.3 g vật liệu hấp phụ Lượng khí đi qua vật liệu hấp phụ sẽ được dẫn qua dung dịch hấp thụ Thí nghiệm được thực hiện trong một khoảng thời gian nhất định.
30 phút Quá trình được tiến hành ở nhiệt độ phòng
Hàm lượng SO2 trong dung dịch hấp thụ được xác định qua phương pháp chuẩn độ Đầu tiên, sử dụng pipet hút 5 ml dung dịch phân tích vào bình tam giác, thêm vài giọt phenolphthalein và chuẩn độ bằng dung dịch HCl chuẩn cho đến khi dung dịch mất màu hồng, ghi lại giá trị V1 của HCl Tiếp theo, thêm vài giọt metyl da cam để dung dịch chuyển sang màu vàng, sau đó tiếp tục chuẩn độ bằng HCl cho đến khi dung dịch chuyển sang màu đỏ cam và ghi lại giá trị V2.
Lập lại thí nghiệm với dung dịch HCl 25% từ 2 đến 3 lần và ghi lại giá trị trung bình Tính toán thể tích khí SO2 bị hấp phụ, áp suất SO2 ở pha khí và hiệu suất hấp phụ Sử dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng để xác định thể tích và áp suất SO2 bị hấp phụ ở pha khí.
V: Thể tích khí (lít) n : số mol khí (mol)
Hiệu suất hấp phụ (H%) được tính theo công thức:
H: hiệu suất hấp phụ (%) mi: hàm lượng khí SO2 trước khi hấp phụ (g) mf: hàm lượng khí SO2 sau khi hấp phụ (g)