Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu công nghệ sản xuất than hoạt tính từ trấu

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu công nghệ sản xuất than hoạt tính từ trấu, ứng dụng trong môi trường và công nghiệp. Tìm hiểu chi tiết tại đây.

• Tác giả: Buøi Xuân Hoà
• Người hướng dẫn: TS. Trònh Văn Dũng
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Sản Xuất Than Hoạt Tính Từ Trấu
• Loại tài liệu: luận văn thực số
• Năm xuất bản: 2005
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về than hoạt tính và trấu

Than hoạt tính là một loại vật liệu carbon có cấu trúc xốp, được sản xuất từ các nguyên liệu hữu cơ như trấu. Trấu, một sản phẩm phụ của ngành nông nghiệp, thường bị bỏ phí hoặc xử lý không hiệu quả. Việc nghiên cứu sản xuất than hoạt tính từ trấu không chỉ giúp tận dụng nguồn nguyên liệu này mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Theo nghiên cứu, than hoạt tính có khả năng hấp phụ cao, giúp loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước và không khí. Điều này làm cho nó trở thành một giải pháp hiệu quả trong công nghệ xử lý môi trường. Việc sản xuất than hoạt tính từ trấu không chỉ mang lại giá trị kinh tế mà còn giảm thiểu ô nhiễm từ việc xử lý chất thải nông nghiệp.

II. Quy trình sản xuất than hoạt tính từ trấu

Quy trình sản xuất than hoạt tính từ trấu bao gồm hai giai đoạn chính: than hóa và hoạt hóa. Trong giai đoạn than hóa, trấu được xử lý ở nhiệt độ khoảng 470°C trong khoảng 40 phút. Sau đó, sản phẩm than hóa sẽ được hoạt hóa bằng hơi nước quá nhiệt ở nhiệt độ 760°C trong 2 giờ. Quá trình này giúp tạo ra cấu trúc xốp cho than hoạt tính, tăng diện tích bề mặt và khả năng hấp phụ. Kết quả cho thấy sản phẩm thu được có diện tích bề mặt riêng (SBET) đạt 335 m²/g và khả năng hấp phụ xanh metylen là 143 mg/g. Điều này chứng tỏ rằng quy trình sản xuất này có thể tạo ra than hoạt tính chất lượng cao từ trấu.

III. Ứng dụng của than hoạt tính trong công nghệ hóa học

Than hoạt tính được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong công nghệ hóa học. Với khả năng hấp phụ mạnh, nó được sử dụng để xử lý nước thải, loại bỏ các chất ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước. Ngoài ra, than hoạt tính còn được sử dụng trong ngành thực phẩm để loại bỏ mùi và màu trong các sản phẩm. Việc sản xuất than hoạt tính từ trấu không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra sản phẩm có giá trị cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng trong các ngành công nghiệp. Điều này cho thấy giá trị thực tiễn của nghiên cứu này trong việc phát triển công nghệ xanh và bền vững.

IV. Tính chất và khả năng hấp phụ của than hoạt tính

Tính chất của than hoạt tính phụ thuộc vào cấu trúc xốp và diện tích bề mặt của nó. Các nghiên cứu cho thấy rằng than hoạt tính từ trấu có khả năng hấp phụ cao đối với các chất ô nhiễm như màu, mùi và các hợp chất hữu cơ. Khả năng hấp phụ này được xác định thông qua các phương pháp phân tích hóa học, cho thấy rằng sản phẩm có thể đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng cao. Việc tối ưu hóa quy trình sản xuất không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất, từ đó tạo ra một sản phẩm có giá trị kinh tế cao và thân thiện với môi trường.

V. Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu sản xuất than hoạt tính từ trấu đã chỉ ra rằng đây là một giải pháp hiệu quả cho việc xử lý chất thải nông nghiệp và sản xuất vật liệu có giá trị. Kết quả cho thấy rằng quy trình sản xuất có thể được tối ưu hóa để nâng cao chất lượng sản phẩm. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc mở rộng quy mô sản xuất và ứng dụng than hoạt tính trong các lĩnh vực khác nhau, từ xử lý nước thải đến sản xuất thực phẩm. Điều này không chỉ giúp phát triển công nghệ xanh mà còn góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Ñaïi Hoïc Quoác Gia Tp. Hoà Chí Minh TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA. BUØI XUAÂN HOØA NGHIEÂN CÖÙU COÂNG NGHEÄ SAÛN XUAÁT THAN HOAÏT TÍNH TÖØ TRAÁU Chuyeân ngaønh: QUAÙ TRÌNH VAØ THIEÁT BÒ COÂNG NGHEÄ HOÙA HOÏC Maõ soá ngaønh: 2.08 LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ TP. HOÀ CHÍ MINH, thaùng 10 naêm 2005 COÂNG TRÌNH ÑÖÔÏC HOAØN THAØNH TAÏI TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP HOÀ CHÍ MINH Caùn boä höôùng daãn khoa hoïc: TS.

TRÒNH VAÊN DUÕNG ThS. CAO THÒ NHUNG Caùn boä chaám nhaän xeùt 1: Caùn boä chaám nhaän xeùt 2: Luaän vaên thaïc só ñöôïc baûo veä taïi HOÄI ÑOÀNG CHAÁM BAÛO VEÄ LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA, ngaøy. naêm 2005 TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA COÄNG HOØA XAÕ HOÄI CHUÛ NGHÓA VIEÄT NAM PHOØNG ÑAØO TAÏO SÑH ÑOÄC LAÄP – TÖÏ DO – HAÏNH PHUÙC ----------------------------- ---------------------------------------------- Tp. HCM, ngaøy 10 thaùng 10 naêm 2005 NHIEÄM VUÏ LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ Hoï teân hoïc vieân : BUØI XUAÂN HOØA Phaùi : Nam Ngaøy sinh : 25 / 11 / 1980 Nôi sinh : HAØ TÓNH Chuyeân ngaønh : QUAÙ TRÌNH VAØ THIEÁT BÒ CNHH MSHV : 00503120 I- TEÂN ÑEÀ TAØI : NGHIEÂN CÖÙU COÂNG NGHEÄ SAÛN XUAÁT THAN HOAÏT TÍNH TÖØ TRAÁU II- NHIEÄM VUÏ VAØ NOÄI DUNG : 1.

Nghieân cöùu quaù trình than hoùa nguyeân lieäu traáu; xaùc ñònh ñieàu kieän than hoùa toái öu baèng phöông phaùp qui hoaïch thöïc nghieäm. Nghieân cöùu quaù trình hoaït hoùa than traáu; xaùc ñònh ñieàu kieän hoaït hoùa toái öu baèng phöông phaùp qui hoaïch thöïc nghieäm. III- NGAØY GIAO NHIEÄM VUÏ : IV- NGAØY HOAØN THAØNH NHIEÄM VUÏ : 10 / 10 / 2005 V- HOÏ VAØ TEÂN CAÙN BOÄ HÖÔÙNG DAÃN : TS. TRÒNH VAÊN DUÕNG ThS.

CAO THÒ NHUNG CAÙN BOÄ HÖÔÙNG DAÃN CHUÛ NHIEÄM NGAØNH BOÄ MOÂN QLYÙ CHUYEÂN NGAØNH Noäi dung vaø ñeà cöông luaän vaên thaïc só ñaõ ñöôïc Hoäi Ñoàng Chuyeân Ngaønh thoâng qua. Ngaøy 10 thaùng 10 naêm 2005 PHOØNG ÑAØO TAÏO SÑH KHOA QUAÛN LYÙ NGAØNH LÔØI CAÙM ÔN Ñaàu tieân, vôùi vieäc hoaøn thaønh Luaän Vaên naøy, toâi xin caùm ôn Thaày Trònh Vaên Duõng ñaõ nhieät tình, taän taâm höôùng daãn toâi thöïc hieän ñöôïc Ñeà taøi moät caùch toát nhaát cuõng nhö vaø ñaõ taïo ñieàu kieän, giuùp ñôõ toâi raát nhieàu trong quaù trình thöïc hieän. Beân caïnh ñoù, toâi cuõng xin caùm ôn Coâ Cao Thò Nhung ñaõ höôùng daãn toâi trong thôøi gian qua. Ñoàng thôøi, toâi cuõng xin chaân thaønh caùm ôn caùc Quyù thaày coâ, ñoàng nghieäp ñang coâng taùc taïi Tröôøng ÑHBC Toân Ñöùc Thaéng, Tröôøng ÑH Baùch Khoa Tp.

HCM ñaõ taïo moïi ñieàu kieän toát nhaát ñeå toâi coù theå taäp trung thöïc hieän Luaän vaên naøy. Theâm vaøo ñoù, toâi cuõng xin ñöôïc göûi lôøi caùm ôn gia ñình, caùc baïn hoïc vieân Cao hoïc K14 khoa Coâng ngheä Hoùa hoïc cuøng caùc baïn sinh vieân ÑHBK ñaõ giuùp ñôõ, ñoäng vieân toâi raát nhieàu trong quaù trình thöïc hieän Luaän vaên naøy. Xin chaân thaønh caùm ôn. Taùc giaû TOÙM TAÉT Traáu laø moät saûn phaåm phuï cuûa ngaønh saûn xuaát noâng nghieäp coù giaù trò thaáp tuy ñöôïc söû duïng trong moät soá ngaønh nhöng giaù trò khoâng ñaùng keå.

Muïc tieâu cuûa ñeà taøi laø nghieân cöùu coâng ngheä saûn xuaát than hoaït tính töø traáu baèng caùch söû duïng hôi nöôùc hoaït hoùa. Ñieàu kieän coâng ngheä saûn xuaát thu ñöôïc nhö sau: traáu ñöôïc laøm saïch roài than hoùa ôû ñieàu kieän nhieät ñoä khoaûng 4700C trong 40 phuùt sau ñoù seõ tieán haønh ngay quaù trình hoaït hoùa vôùi nhieät ñoä hoaït hoùa laø 7600C, vôùi löôïng hôi nöôùc quaù nhieät cung caáp laø 600 mg/g than.giôø vaø thôøi gian hoaït hoùa trong 2 giôø. Saûn phaåm than hoaït tính thu ñöôïc coù chaát löôïng trung bình (dieän tích beà maët SBET = 335 m2/g, khaû naêng haáp phuï xanh metylen 143 mg/g than). ABSTRACT Rice husk – a low-value agriculture by-product – has been used in some manufacturing areas but not valuable.

Our thesis's objective is research in manufacture technology of activate carbon from rice husk with activated agent is overheated steam. These achieved technical conditions are: after washing and drying material (rice husk) is carbonized at 4700C in our equipment about 40 minutes; then, the carbonized product is immediately activated by overheated steam at 7600C in 2 hour with vapor rate is 600 mg vapor/g rice husk coal. Our activate carbon product has medium quality (specific surface area SBET = 335 m2/g; the amount of Methylene blue adsorbed is 143 mg/g). MUÏC LUÏC Muïc luïc Trang Danh muïc caùc chöõ vieát taét Danh muïc caùc baûng Danh muïc caùc hình veõ vaø ñoà thò MÔÛ ÑAÀU 1 PHAÀN 1: TOÅNG QUAN TAØI LIEÄU 3 CHÖÔNG 1: GIÔÙI THIEÄU VEÀ TRAÁU VAØ THAN HOAÏT TÍNH 3 1.

Than hoaït tính 3 1. Ñònh nghóa – Phaân loaïi 3 1. Caáu truùc cuûa than hoaït tính 4 1. Caáu truùc tinh theå cuûa than hoaït tính 4 1.

Caáu truùc xoáp cuûa than hoaït tính 7 1. Caáu truùc hoùa hoïc cuûa than hoaït tính 9 1. Nguyeân lieäu traáu – Saûn löôïng vaø ÖÙng duïng 11 1. Tình hình saûn xuaát luùa gaïo 11 1.

Caùc öùng duïng phoå bieán cuûa traáu 16 CHÖÔNG 2: COÂNG NGHEÄ SAÛN XUAÁT THAN HOAÏT TÍNH 22 2. Cô sôû lyù thuyeát cuûa quaù trình saûn xuaát than hoaït tính 22 2. Qui trình coâng ngheä saûn xuaát than hoaït tính 22 2. Quaù trình than hoùa 22 2.

Quaù trình hoaït hoùa 25 2. Phöông phaùp hoùa lyù 26 2. Phöông phaùp hoùa hoïc 31 2. Tình hình nghieân cöùu saûn xuaát than hoaït tính töø traáu 33 2.

Nhu caàu than hoaït tính trong nöôùc 33 2. Tình hình nghieân cöùu saûn xuaát than hoaït tính töø traáu 34 2. Quaù trình than hoùa 34 2. Quaù trình hoaït hoùa traáu ñaõ than hoùa 36 2.

Caùc phöông phaùp ñaùnh giaù chaát löôïng than hoaït tính 38 2. Caùc phöông phaùp ñaùnh giaù thoâng duïng 38 2. Toång quan veà quaù trình haáp phuï 40 2. Giôùi thieäu veà quaù trình haáp phuï 40 2.

Phöông trình haáp phuï ñaúng nhieät 43 2. Haáp phuï trong hoãn hôïp loûng – raén 47 PHAÀN 2: NGHIEÂN CÖÙU THÖÏC NGHIEÄM 54 CHÖÔNG 3. THIEÁT BÒ – NGUYEÂN LIEÄU, HOÙA CHAÁT – PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU 54 3. Nguyeân lieäu – Hoùa chaát 54 3.

Thieát bò – Tieán haønh thí nghieäm 55 3. Trình töï nghieân cöùu thöïc nghieäm 55 3. Thí nghieäm than hoùa 55 3. Heä thoáng thieát bò thí nghieäm 55 3.

Tieán haønh thí nghieäm 56 3. Thí nghieäm hoaït hoùa 57 3. Heä thoáng thieát bò thí nghieäm 57 3. Tieán haønh thí nghieäm 58 3.

Phöông phaùp nghieân cöùu 59 3. Phöông phaùp qui hoaïch thöïc nghieäm 59 3. Phöông aùn quay baäc 2 Box – Hunter 59 3. Tieâu chuaån toái öu cuûa phöông aùn – Nghieân cöùu beà maët ñaùp öùng 62 3.

Khaûo saùt khaû naêng haáp phuï Xanh metylen trong pha loûng cuûa saûn phaåm than hoaït tính 63 3. Chuaån bò dung dòch chuaån 63 3. Nghieân cöùu ñöôøng ñoäng hoïc haáp phuï Xanh metylen 64 3. Nghieân cöùu ñöôøng caân baèng haáp phuï Xanh metylen 64 CHÖÔNG 4.

KEÁT QUAÛ THÖÏC NGHIEÄM – BAØN LUAÄN 65 4. Keát quaû khaûo saùt nguoàn nguyeân lieäu 65 4. Quaù trình than hoùa: hieän töôïng – keát quaû – baøn luaän 66 4. Keát quaû khaûo saùt cheá ñoä than hoùa 66 4.

Baøi toaùn qui hoaïch thöïc nghieäm – Toái öu quaù trình than hoùa 68 4. Quaù trình hoaït hoùa: hieän töôïng – keát quaû – baøn luaän 71 4. Keát quaû khaûo saùt cheá ñoä hoaït hoùa 71 4. Baøi toaùn qui hoaïch thöïc nghieäm – Toái öu quaù trình hoaït hoùa 73 4.

Quaù trình haáp phuï Xanh metylen cuûa than hoaït tính töø traáu 75 4. Baøi toaùn toái öu hoùa quaù trình hoaït hoùa than traáu baèng hôi nöôùc 84 KEÁT LUAÄN 89 KIEÁN NGHÒ NHÖÕNG NGHIEÂN CÖÙU TIEÁP THEO 90 DANH MUÏC COÂNG TRÌNH COÂNG BOÁ CUÛA TAÙC GIAÛ 91 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 92 PHUÏ LUÏC DANH MUÏC CAÙC CHÖÕ VIEÁT TAÉT B.: Brunauer – Emmett – Teller SBET: Dieän tích beà maët rieâng xaùc ñònh theo phöông phaùp B. EPDT: Etylen-Popylen-Diene-Tepolymer SEM: Kính hieån vi ñieän töû queùt TYT: thöïc nghieäm yeáu toá toaøn phaàn TYP: thöïc nghieäm yeáu toá töøng phaàn DANH MUÏC CAÙC BAÛNG Baûng 1. Saûn löôïng luùa gaïo vaø traáu treân theá giôùi naêm 2002.

Moät soá thoáng keâ veà saûn xuaát luùa gaïo ôû Vieät Nam nhöõng naêm gaàn ñaây. Thaønh phaàn cô baûn cuûa traáu. Caùc nguoàn naêng löôïng sinh hoïc chuû yeáu ôû Vieät Nam (2002). Cô hoäi söû duïng vaø tieàm naêng cuûa traáu thoùc.

Khaû naêng haáp phuï thuoác nhuoäm (mg/g) cuûa than hoaït tính töø traáu. So saùnh caùc chæ tieâu cuûa traáu nguyeân lieäu vôùi traáu Thaùi Lan. Caùc thoâng soá khaûo saùt toái öu quaù trình than hoùa. Sô ñoà boá trí thí nghieäm theo phöông aùn quay tröïc giao Box – Hunter.

Khaû naêng haáp phuï vaø hieäu suaát hoaït hoùa theo nhieät ñoä hoaït hoùa. Khaû naêng haáp phuï vaø hieäu suaát hoaït hoùa theo thôøi gian hoaït hoùa. Caùc thoâng soá khaûo saùt toái öu quaù trình hoaït hoùa than traáu. Ma traän maõ hoùa caùc thí nghieäm cuûa quaù trình hoaït hoùa.

Caùc giaù trò cuûa phöông trình Langergren bieåu dieãn ñoäng hoïc baäc nhaát cuûa quaù trình haáp phuï Xanh Methylene cuûa caùc maãu than hoaït tính. Keát quaû tính toaùn moâ hình hoùa ñaúng nhieät haáp phuï Xanh Methylene theo phöông trình Freundlich. Keát quaû tính toaùn moâ hình hoùa ñaúng nhieät haáp phuï Xanh Metylen theo phöông trình Langmuir. Sô ñoà boá trí thí nghieäm theo phöông aùn quay tröïc giao Box – Hunter.

Keát quaû ño dieän tích beà maët SBET cuûa moät soá maãu than hoaït tính DANH MUÏC CAÙC HÌNH VEÕ VAØ ÑOÀ THÒ Hình 1. Caáu truùc tinh theå cuûa than hoaït tính. Caáu truùc than khoâng Graphit hoùa. Caáu truùc than Graphit hoùa.

Caây luùa – Haït luùa. Haït gaïo – Voû traáu. Quaù trình xay xaùt luùa. Sô ñoà moâ taû öùng duïng cuûa traáu trong saûn xuaát.

Qui trình saûn xuaát than hoaït tính Hình 2. Caáu truùc loã lôùn Hình 2. Caáu truùc loã trung Hình 2. Caáu truùc loã nhoû Hình 2.

Hình SEM beà maët (a) vaø maët caét (b) cuûa traáu nguyeân thuûy Hình 2. Hình chuïp SEM cuûa traáu nhieät phaân ôû 3500C Hình 2. Hình chuïp SEM cuûa traáu nhieät phaân ôû 8500C Hình 2. Ñöôøng haáp phuï ñaúng nhieät Freundlich Hình 2.

Ñöôøng haáp phuï ñaúng nhieät L – R Hình 3. Coâng thöùc caáu taïo Xanh Metylen Hình 3. Qui trình saûn xuaát than hoaït tính töø traáu Hình 3.3 Sô ñoà heä thoáng thieát bò thí nghieäm than hoùa traáu nguyeân lieäu Hình 3. Sô ñoà heä thoáng thieát bò thí nghieäm hoaït hoùa traáu Hình 3.

Phöông aùn phaân boá thí nghieäm toái öu quaù trình than hoùa traáu cuûa Luaän vaên vôùi n = 2, k =2 Hình 3. Phöông aùn phaân boá thí nghieäm toái öu quaù trình hoaït hoùa than traáu cuûa Luaän vaên vôùi n = 2, k =3 Hình 4. Moái quan heä phuï thuoäc giöõa hieäu suaát vaø thôøi gian than hoùa taïi caùc vuøng nhieät ñoä gia nhieät khaùc nhau Hình 4. Moái quan heä phuï thuoäc giöõa hieäu suaát vaø nhieät ñoä than hoùa taïi caùc vuøng nhieät ñoä khaùc nhau Hình 4.

Ñoà thò ñöôøng chuaån cuûa dung dòch Xanh Metylen Hình 4.