Đánh giá hiệu quả sử dụng và khả năng biến tính than hoạt tính có nguồn gốc từ gáo dừa trong việc xử lý toluen từ ngành công nghiệp sơn bằng phương pháp hấp phụ

TỔNG QUAN

Giới thiệu chung về Toluene

Toluen, được phát hiện bởi P.S Pelletie và P Walter vào năm 1937, là một hợp chất được chiết xuất từ khí than nhựa Tên gọi Toluen xuất phát từ Toluol, viết tắt là “TOL”, liên quan đến nhựa của cây Balsam ở Nam Mỹ Danh pháp IUPAC của Toluen là Metylbenzen.

Một số tính chất và ứng dụng của Toluen

Toluen là một chất lỏng trong suốt, không màu và có độ nhớt thấp, nổi trên mặt nước với độ tan trong nước rất hạn chế, chỉ đạt 0.047g/100ml ở 160℃ và 0.04g/100ml ở 150℃ Tuy nhiên, toluen hòa tan hoàn toàn trong các dung môi hữu cơ như rượu, cồn, este, xeton, phenol và ete Chất này là một dung môi hiệu quả cho nhiều loại vật liệu, bao gồm sơn, nhựa tạo màng, mực in, hóa chất, cao su, chất kết dính, chất béo, dầu, nhựa thông, lưu huỳnh, photpho và iot.

Một số thông số của Toluen[1]

Toluen, với công thức phân tử C7H8, là một hợp chất thuộc dãy đồng đẳng của Benzen, có tính chất hoá học tương tự Nó tham gia vào các phản ứng hóa học như phản ứng cộng, phản ứng thế và phản ứng oxi hoá, đồng thời là một hydrocacbon thơm có khả năng tham gia phản ứng thế ái điện tử Nhờ có nhóm metyl, hoạt tính của Toluen cao gấp 25 lần so với Benzen Trong ngành công nghiệp hóa chất, Toluen được sử dụng rộng rãi nhờ vào các tính chất hóa học và vật lý của nó Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến nhất của Toluen.

- Dùng làm chất tẩy rửa, dùng trong sơn xe hơi, xe máy, sơn các đồ đặc trong nhà.

Sản phẩm này được sử dụng làm chất tẩy rửa trong sản xuất keo dán và các sản phẩm tương tự, đặc biệt là trong keo dán cao su và xi măng cao su nhờ vào khả năng hòa tan tốt của nó.

Toluen được sử dụng làm phụ gia cho nhiên liệu, giúp cải thiện chỉ số octane của xăng dầu Việc thêm một lượng nhỏ Toluen vào xăng có thể làm tăng đáng kể chỉ số octane, nâng cao hiệu suất của nhiên liệu.

Dung môi này được sử dụng chủ yếu trong sản xuất thuốc nhuộm và điều chế thuốc nổ TNT Bên cạnh đó, nó còn có ứng dụng trong y học, sản xuất mực in và chế tạo nước hoa.

Nguồn phát thải và độc tính của Toluen

Toluen là một dung môi thơm phổ biến, thường được sử dụng trong các sản phẩm như keo, mực, thuốc nhuộm, sơn mài và thuốc tẩy Trong ngành sản xuất sơn, tolun là thành phần chính và nguồn phát thải hơi tolun chủ yếu đến từ các công đoạn ủ, nghiền và pha sơn trong quy trình sản xuất.

Toluen là một hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, có áp suất hơi bão hòa đạt 3762,191 Pa ở nhiệt độ 25℃ Việc tiếp xúc nghề nghiệp với Toluen có thể dẫn đến nguy cơ mắc bệnh nhiễm độc cấp tính và mãn tính.

Nhiễm độc cấp tính có các triệu chứng sau đây:

- Đau đầu, chóng mặt, buồn nôn, nôn, mất ý thức, hôn mê, mất trí nhớ;

- Bỏng, viêm kết mạc, giác mạc, mù màu;

- Tổn thương tim mạch: gây loạn nhịp tim như ngoại tâm thu[2]

Nhiễm độc mãn tính xảy ra khi nồng độ toluen trong môi trường lao động vượt quá giới hạn tiếp xúc cho phép Bệnh có thể phát sinh sau một tháng tiếp xúc và thậm chí có thể xuất hiện nhiều năm sau khi ngừng tiếp xúc, lên đến 15 năm.

Bệnh lý não mãn tính do nhiễm độc dung môi hữu cơ như toluen và xylen có thể gây ra nhiều triệu chứng nghiêm trọng, bao gồm trầm cảm, dễ cáu giận, giảm khả năng tập trung và trí nhớ, cũng như suy giảm năng lực trí tuệ.

- Tổn thượng tim mạch, tổn thương ống thận[2]

Giới thiệu phương pháp hấp phụ

Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý khí thải hiệu quả như hấp thụ, hấp phụ, sinh học, ướt, thiêu đốt và ngưng tụ Việc lựa chọn phương pháp xử lý phụ thuộc vào tính chất và thành phần của khí thải Đối với Toluen trong khí thải, phương pháp hấp phụ là lựa chọn tối ưu, với hiệu suất xử lý trên 90% và chi phí thấp nhờ vào khả năng hoàn nguyên của vật liệu hấp phụ Do đó, bài viết này sẽ tập trung vào việc giới thiệu phương pháp hấp phụ khí.

Hấp phụ là quá trình mà khí hoặc chất lỏng được hút vào bề mặt của một chất rắn xốp, dẫn đến sự gia tăng nồng độ của chất đó trên bề mặt Trong quá trình này, chất khí hoặc hơi được gọi là chất bị hấp phụ, trong khi chất rắn xốp thực hiện việc hấp phụ được gọi là chất hấp phụ Những khí không bị hấp phụ được gọi là khí trơ Quá trình ngược lại của hấp phụ được gọi là giải hấp hoặc nhả hấp phụ.

Hiện tượng hấp phụ xảy ra khi có sự tương tác giữa các phân tử chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Quá trình này thường tỏa nhiệt, và dựa vào bản chất của lực tương tác, hấp phụ được chia thành hai loại: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.

Hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học a) Hấp phụ vật lý:

Các phân tử chất bị hấp phụ gắn kết với các tiểu phân như nguyên tử, phân tử và ion tại bề mặt phân chia pha thông qua lực liên kết Van Der Waals yếu Những lực này bao gồm tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và lực định hướng, tạo thành một tổng hợp đa dạng Tuy nhiên, do bản chất yếu ớt của lực liên kết này, chúng dễ dàng bị phá vỡ.

Trong hấp phụ vật lý, các phân tử của chất bị hấp phụ chỉ ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha mà không hình thành liên kết hóa học với chất hấp phụ Quá trình này diễn ra với nhiệt hấp phụ không lớn, cho thấy sự khác biệt rõ rệt so với hấp phụ hóa học.

Hấp phụ hoá học diễn ra do sự tác động của lực hút tại bề mặt và trong các mao quản, tạo ra các hợp chất bền vững Quá trình này thường không thể đảo ngược và có nhiệt hấp phụ lớn.

Ranh giới giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học thường khó xác định, và trong một số trường hợp, chúng có thể xảy ra đồng thời Sự khác biệt này phụ thuộc vào tính chất bề mặt của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, cũng như các điều kiện của quá trình như nhiệt độ và áp suất.

Ta có thể phân biệt hấp phụ hoá học và vật lý dựa vào các tiêu chí được nêu trong Bảng 1.1

Bảng 1.1 Tiêu chí phân biệt hấp phụ hoá học và hấp phụ vật lý

Lượng chất bị hấp phụ

Sự chọn lọc hấp phụ

Sự phụ thuộc của nhiệt độ

Năng lượng hoạt hoá hấp phụ

Cân bằng hấp phụ và hoạt độ hấp phụ a) Cân bằng hấp phụ

Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch, trong đó các phân tử chất bị hấp phụ có khả năng di chuyển ngược lại pha mang Khi lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt chất rắn tăng lên, tốc độ di chuyển ngược lại cũng tăng theo Cuối cùng, khi tốc độ hấp phụ và tốc độ giải hấp bằng nhau, quá trình hấp phụ sẽ đạt trạng thái cân bằng Tại trạng thái cân bằng, lượng chất bị hấp phụ phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và nồng độ của chất đó, được biểu diễn bằng công thức q = f(T,P,C).

Hoạt độ hấp phụ cân bằng là chỉ số thể hiện khối lượng chất bị hấp phụ trên mỗi đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng, tại một nồng độ và nhiệt độ nhất định Đơn vị đo của hoạt độ hấp phụ có thể là g/g, kg/kg, mol/g, và các đơn vị khác.

Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của quá trình hấp phụ Nó mô tả mối quan hệ giữa thể tích, chất bị hấp phụ và áp suất cân bằng của pha hơi, giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hấp phụ trong các hệ thống khác nhau.

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir: Khi thiết lập phương trình hấp phụ, Langmuir đưa ra các giả định sau:

- Bề mặt đồng nhất về năng lượng.

- Các chất bị hấp phụ hình thành một lớp đơn phân tử.

- Sự hấp phụ là thuận nghịch, có đạt được cân bằng hấp phụ.

- Tương tác giữa các phân tử bị hấp phụ có thể bỏ qua

Theo Langmuir, trên bề mặt chất hấp phụ rắn tồn tại vùng lực hoá trị chưa bão hoà, dẫn đến sự hình thành các trung tâm hấp phụ Giả định rằng lực hấp phụ có bán kính tác dụng nhỏ và tương tự như lực hoá trị, mỗi trung tâm chỉ giữ một phân tử chất bị hấp phụ, tạo ra một lớp đơn phân trên bề mặt.

Hấp phụ là quá trình mà các phân tử chất bị hấp phụ chỉ tương tác với bề mặt của chất hấp phụ mà không ảnh hưởng đến các phân tử khác Thuyết hấp phụ Langmuir mô tả quá trình này thông qua phương trình q = q max, trong đó q đại diện cho hoạt độ hấp phụ tại một thời điểm nhất định (mg/g) và q max là hoạt độ hấp phụ cực đại (mg/g).

P: áp suất khí (Pa); k: hằng số (Pa -1 ) Phương trình Freundlich

Thuyết Freundlich mô tả quá trình hấp phụ dựa trên thực nghiệm, với phương trình Freundlich được biểu diễn là q = k.P^(1/n) Trong đó, q là hoạt độ hấp phụ (mg/g), p là áp suất khí cân bằng trên chất hấp phụ (Pa), và k, n là các hằng số Động học hấp phụ là một lĩnh vực quan trọng trong nghiên cứu hấp phụ.

Tốc độ phản ứng hoá học được xác định qua sự thay đổi nồng độ của các chất phản ứng hoặc sản phẩm trong một khoảng thời gian nhất định.

Bậc phản ứng là khái niệm mô tả mối quan hệ giữa tốc độ phản ứng và nồng độ của các chất tham gia Ở nhiệt độ không đổi, tốc độ phản ứng tỷ lệ thuận với tích của nồng độ các chất phản ứng.

- Với phản ứng tổng quát: a 1 A 1 + a 2 A 2 + … b 1 B 1 + b 2 B 2 + …

Trong đó: n 1 , n 2 là bậc riêng phần đối với chất A 1 , A 2 n = n 1 + n 2 + … là bậc toàn phần (bậc chung) của phản ứng

Vật liệu hấp phụ

Các chất hấp phụ cần đạt các yêu cầu cơ bản:

- Có bề mặt riêng lớn.

Mao quản cần có kích thước đủ lớn để cho phép các phân tử hấp phụ tiếp cận bề mặt, đồng thời cũng phải đủ nhỏ để ngăn chặn sự xâm nhập của các phân tử không mong muốn, đảm bảo tính chọn lọc.

- Có thể hoàn nguyên dễ dàng

- Bền năng lực hấp phụ nghĩa là kéo dài thời gian làm việc.

Các chất hấp phụ trong công nghiệp thường có cấu trúc xốp và bề mặt riêng lớn, từ khoảng 100 đến gần 2000 m² trên 1g, cho phép chúng chịu được rung động và va đập Hiện nay, có nhiều loại vật liệu hấp phụ như than hoạt tính, silicagen, polime hoạt tính, zeolite, đất sét hoạt tính và oxyt kim loại, đặc biệt là nhôm oxyt Mỗi loại vật liệu này không chỉ có cấu trúc xốp mà còn sở hữu những đặc tính riêng, giúp chúng phát huy hiệu quả trong các ứng dụng khác nhau Silicagel, ví dụ, chủ yếu được sử dụng như một chất hút ẩm, với các oxyt như SiO₂, Al₂O₃ và TiO₂.

… được dùng làm chất mang xúc tác hoặc là chất xúc tác.Các loại zeolit được sử dụng phổ biến trong các quá trình lọc, chế biến dầu khí

Việc chọn chất hấp phụ hiệu quả phụ thuộc vào chất bị hấp phụ, trong trường hợp này là hơi Toluen với kích thước phân tử nhỏ và nồng độ thấp Vật liệu có hệ vi mao quản nhỏ như than hoạt tính rất phù hợp để xử lý hơi Toluen nhờ vào hệ thống vi mao quản phát triển Than hoạt tính không chỉ dễ mua và thay thế với chi phí thấp mà còn có khả năng hấp phụ vượt trội so với các nguyên liệu khác Bên cạnh đó, nó có khả năng chịu nhiệt tốt, độ cứng ổn định và ít hao hụt Đặc biệt, nguyên liệu này hoàn toàn từ thiên nhiên, dễ phân huỷ và thân thiện với môi trường.

Than hoạt tính và cấu trúc bề mặt

Cacbon chiếm khoảng 85 – 95% thành phần của than hoạt tính, trong khi đó, các nguyên tố khác như hidro, nito, lưu huỳnh và oxi cũng có mặt Những nguyên tử này xuất phát từ nguồn nguyên liệu ban đầu hoặc liên kết với cacbon trong quá trình hoạt hoá Tỷ lệ các nguyên tố trong than hoạt tính có thể biến đổi từ 1 – 20% tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu và phương pháp điều chế.

Bảng 1.2 Thành phần hoá học của than hoạt tính[6]

Than hoạt tính thường có diện tích bề mặt nằm trong khoảng

800 đến 1500m 2 /g và thể tích xốp từ 0.2 đến 0.6cm 3 /g Diện tích bề mặt than hoạt tính chủ yếu là do lỗ nhỏ có bán kính nhỏ hơn 2nm.

Than hoạt tính được chia làm nhiều loại khác nhau Dựa theo hình dạng, kích thước, và tính ứng dụng mà ta phân loại chúng thành các nhóm sau:

Than hoạt tính dạng hạt là loại than có kích thước hạt lớn, thường được sử dụng phổ biến trong các quy trình xử lý nước và nước thải Với độ cố định cao, loại than này ít bị rửa trôi, mang lại hiệu quả cao trong việc lọc và xử lý nước.

Than hoạt tính dạng vải là loại than có hình dạng vải hoặc tấm ép, thuộc nhóm vật liệu than hoạt tính đặc biệt Nó sở hữu các tính chất và khả năng hấp phụ tương tự như than hoạt tính thông thường Than dạng vải được sản xuất từ sợi polymer tự nhiên hoặc tổng hợp, với quy trình sản xuất tương tự như phương pháp chế tạo than hoạt tính dạng hạt.

Than hoạt tính dạng bột là loại than mịn, được ứng dụng trong việc xử lý sự cố tràn hóa chất và là thành phần quan trọng trong các công thức làm đẹp da, làm trắng răng hiệu quả Sản phẩm này đang ngày càng trở nên phổ biến trên thị trường.

Than hoạt tính dạng viên và viên nén là loại than có hình trụ hoặc hình khối, thường được ứng dụng rộng rãi trong các bể lọc nước sinh hoạt và trong ngành công nghiệp.

Hình 1.2 Than hoạt tính dạng hạt (hình a); dạng vải (hình b); dạng bột (hình c); dạng viên, viên nén (hình d) [7]

C ấ u t r ú c hoá học của cacbon hoạt tính[6]

Phân tích cấu trúc bằng nhiễu xạ tia X, đã cho thấy cacbon hoạt tính được hợp thành từ những tinh thể nhỏ kiểu grafit 10 ÷ 30Å (1÷3nm)

Các tinh thể kiểu grafit trong cacbon hoạt tính bao gồm những mặt phẳng

Cacbon hoạt tính có cấu trúc 6 cạnh và không theo trật tự nhất định, với khoảng cách giữa các lớp dao động từ 3,44 đến 3,65 Å (0,34 đến 0,36 nm), lớn hơn so với grafit (0,335 nm) Chiều cao mỗi lớp tinh thể khoảng 1 đến 1,3 nm Bên cạnh đó, cacbon hoạt tính còn chứa một phần cacbon vô định hình cùng với các nguyên tố khác như oxy, hydro và nitơ.

Cấu trúc xốp của cacbon hoạt tính.

Than hoạt tính có bề mặt riêng lớn và được đặc trưng bởi cấu trúc siêu mao quản, hình thành từ các lỗ với kích thước và hình dạng đa dạng.

Lỗ xốp của than hoạt tính có kích thước từ 1nm đến vài nghìn nm, và được phân loại theo đề xuất của Dubinin, đã được IUPAC chấp nhận Phân loại này dựa trên chiều rộng của lỗ xốp, phản ánh khoảng cách giữa các thành của lỗ hình rãnh hoặc bán kính của lỗ dạng ống Các lỗ xốp được chia thành ba nhóm: lỗ nhỏ, lỗ trung và lỗ lớn.

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat

Hình 1.3 Cấu trúc lỗ xốp của than hoạt tính [8]

Lỗ nhỏ (Micropores) có bán kính hiệu dụng dưới 2nm, nơi xảy ra sự hấp phụ theo cơ chế lấp đầy thể tích mà không có sự ngưng tụ mao quản Năng lượng hấp phụ trong các lỗ này cao hơn đáng kể so với lỗ trung bình hoặc bề mặt không xốp, do sự tương tác mạnh mẽ giữa các vách đối diện của vi lỗ Đặc biệt, diện tích bề mặt riêng của lỗ nhỏ chiếm tới 95% tổng diện tích bề mặt của than hoạt tính.

Lỗ trung (Mesopore) là loại lỗ có bán kính hiệu dụng từ 2 đến 50 nm và thể tích từ 0.1 đến 0.2 cm³/g, chiếm không quá 5% tổng diện tích bề mặt của than Tuy nhiên, với phương pháp đặc biệt, có thể tạo ra than hoạt tính với lỗ trung lớn hơn, có thể tích từ 0.2 đến 0.65 cm³/g và diện tích bề mặt đạt 200 m²/g Các lỗ này được đặc trưng bởi sự ngưng tụ mao quản của chất hấp phụ, dẫn đến sự hình thành mặt khum của chất lỏng bị hấp phụ.

Lỗ lớn (Macropore) không đóng vai trò quan trọng trong quá trình hấp phụ của than hoạt tính do diện tích bề mặt của chúng rất nhỏ, chỉ đạt tối đa 0.5m²/g Với bán kính hiệu dụng lớn hơn 50nm, lỗ lớn thường có kích thước từ 500-2000nm và thể tích lỗ dao động từ 0.2 – 0.4 cm³/g Chúng chủ yếu hoạt động như một kênh để dẫn chất bị hấp phụ vào các lỗ nhỏ và lỗ trung.

Cấu trúc hóa học của bề mặt than hoạt tính được hình thành từ các liên kết hóa học với oxy khí quyển và hơi nước trong môi trường chế tạo Những liên kết này tạo ra các nhóm chức bề mặt, đóng vai trò quan trọng trong đặc tính của than hoạt tính.

Phương pháp chế tạo than hoạt tính

Than hoạt tính được sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau, bao gồm than đá, than bùn, và các vật liệu thực vật như gỗ, bã mía, rơm, rạ, gáo dừa, và vỏ hạt, cũng như các vật liệu động vật như xương và xác động vật Trong giai đoạn đầu của sản xuất, hầu hết các quốc gia sử dụng nguyên liệu thực vật, chủ yếu là gỗ và các phế liệu gỗ Quy trình công nghệ sản xuất than hoạt tính từ nguyên liệu thực vật bao gồm hai bước chính: than hoá và hoạt hoá than.

Than hoá nguyên liệu thực vật

Nguyên tắc sản xuất than từ nguyên liệu thực vật là sử dụng nhiệt để phân huỷ nguyên liệu trong môi trường không có không khí Khi nhiệt độ tăng từ nhiệt độ thường lên 170℃, vật liệu khô sẽ được xử lý; từ 170 đến 280℃, quá trình phân huỷ diễn ra với sự thu nhiệt, dẫn đến biến tính các hợp chất trong nguyên liệu và giải phóng oxit-cacbon, khí cacbonic, axit axetic, và các sản phẩm khác.

280÷380℃ xảy ra sự phân huỷ phát nhiệt giải phóng methanol, hắc ín,… Quá trình cacbon hoá xem như kết thúc ở khoảng 400÷600℃.

Sản phẩm thu được từ quá trình than hoá là than, có độ chắc giảm so với nguyên liệu ban đầu, nhưng vẫn giữ được hình dạng và cấu trúc dạng sợi Thành phần nguyên tố của than thực vật phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ cuối của quá trình chưng khô, trong đó khi nhiệt độ than hoá tăng, hàm lượng cacbon trong than cũng tăng theo Ngược lại, khi nhiệt độ tăng, hàm lượng hydro và oxy giảm, khiến than thu được trở nên giàu cacbon hơn, do đó quá trình này còn được gọi là quá trình cacbon hoá.

Trong quá trình than hoá, các nguyên tử cacbon được giải phóng và hình thành các tinh thể graphit cùng với than vô định hình Tuy nhiên, cấu trúc tinh thể trong than không đồng nhất như trong graphit, mà có nhiều khe, rãnh và khoảng trống, tạo ra độ xốp sơ cấp Mặc dù than có độ xốp, nhưng các khoảng trống này thường bị lấp đầy bởi các sản phẩm nhiệt phân như hắc ín, methanol và dầu, dẫn đến khả năng hấp phụ của than bị giảm Để tăng dung tích hấp phụ, cần phải hoạt hoá than, tạo ra độ xốp thứ cấp, từ đó hình thành cấu trúc rỗng của than hoạt tính.

Hoạt hoá than nguyên liệu:

Quá trình hoạt hoá nhằm chuyển hoá một phần cacbon bằng các tác nhân oxy hoá, giúp giải phóng độ xốp sơ cấp có sẵn và tạo thêm lỗ xốp thứ cấp Điều này làm tăng độ xốp và bề mặt riêng của vật liệu cacbon còn lại Quá trình này được phân thành hai loại: hoạt hoá hoá học và hoạt hoá bằng hơi nước.

Có hai phương pháp hoạt hoá được áp dụng trong quá trình này, đó là:

- Phương pháp hoạt hoá hoá học

- Phương pháp hoạt hoá hoá lý. a) Phương pháp Hoá học và tác nhân hoạt hoá ZnCl 2

ZnCl 2 là muối vô cơ được lựa chọn làm tác nhân hoạt hoá bởi đây là chất khử hydrat hoá mạnh, đồng thời chất này còn bảo vệ cho than không bị cháy

Dung dịch ZnCl2 đậm đặc, với khả năng hút ẩm mạnh và tạo muối trong axit, có khả năng phân huỷ các vật liệu xenlulozo Nghiên cứu cho thấy ZnCl2 có thể được sử dụng làm tác nhân hoạt hoá trong quá trình chế tạo than hoạt tính.

Các tác nhân hóa học có vai trò quan trọng trong việc thoái biến các phân tử xenluloza thông qua các phản ứng như khử nước và oxy hóa Chúng đã phá vỡ các liên kết ngang, dẫn đến hiện tượng khử đồng phân hóa của xenluloza, và thậm chí làm thay đổi bản chất hóa học của nó.

Công nghệ chế tạo than hoạt tính sử dụng phương pháp hoạt hóa hóa học, trong đó nguyên liệu được tẩm với tác nhân hoạt hóa trước khi được nung trong lò.

Trong quá trình nung trong điều kiện không có không khí, việc xác định độ đậm đặc của dung dịch tẩm, tỷ lệ giữa lượng chất dùng làm tác nhân hoạt hóa với nguyên liệu, nhiệt độ nung và thời gian nung là rất quan trọng Những yếu tố này cần được điều chỉnh phù hợp với từng trường hợp cụ thể để đạt hiệu quả tối ưu.

Hoạt hóa hóa học thường diễn ra ở nhiệt độ từ 400℃ đến 1000℃, với ZnCl2, nhiệt độ tối ưu là từ 500℃ đến 700℃ Tỷ lệ giữa khối lượng chất hoạt hóa hóa học và lượng vật liệu khô được tẩm có ảnh hưởng lớn đến độ xốp của than thành phẩm Thể tích muối vô cơ trong vật liệu bị than hóa tạo ra thể tích lỗ xốp sau khi muối này bị hòa tan và tách ra.

Quá trình hoạt hoá hoá lý, hay còn gọi là hoạt hoá “bằng khí”, là phản ứng oxy hoá một phần cacbon trong các vật liệu chứa cacbon bằng các tác nhân oxy hoá dạng khí như hơi nước, khí cacbonic, và khí oxy Sản phẩm chính của quá trình này là cacbon hoạt tính với độ xốp cao và cấu trúc bên trong phát triển Trong công nghiệp, hơi nước và khí CO2 là những tác nhân hoạt hoá phổ biến, vì phản ứng giữa cacbon và khí O2 diễn ra nhanh gấp 100 lần so với khí CO2 và gấp 10 lần so với hơi H2O, khiến việc kiểm soát lượng O2 cần thiết trở nên khó khăn.

Quá trình hoạt hoá bằng hơi nước hoặc CO2 diễn ra thông qua phản ứng oxy hoá ở nhiệt độ cao từ 800 đến 1000℃ Trong quá trình này, một số nguyên tử carbon bị đốt cháy thành CO và CO2, dẫn đến việc khí này thoát ra và tạo ra khoảng trống, từ đó hình thành độ xốp.

- Phản ứng xảy ra khi tác nhân hoạt hoá là CO 2 : C + CO 2 → 2CO↑

- Khi tác nhân là hơi nước ( H 2 O): C + H 2 O → CO + H 2 ↑

Biến tính bề mặt than hoạt tính bằng dung dịch axit, bazo

Cấu trúc lỗ của than hoạt tính có thể thay đổi thông qua các phương pháp than hoá và hoạt hoá, nhưng không làm biến đổi các nhóm chức bề mặt Sự đa dạng về số lượng và loại nhóm chức bề mặt trên bề mặt phân cực của than hoạt tính ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ hơi Toluen Do đó, việc biến tính bề mặt than hoạt tính thông qua quá trình oxy là cần thiết để cải thiện đặc tính này và giảm tính ưa nước Biến tính bằng kiềm giúp tăng diện tích bề mặt riêng và cải thiện tính kỵ nước, phù hợp cho việc hấp phụ hơi Toluen, trong khi biến tính bằng axit lại làm gia tăng các nhóm chức bề mặt.

Cấu trúc của đề tài

Đề tài nghiên cứu các nội dung sau:

1 Khảo sát khả năng hấp phụ hơi Toluen trên than hoạt tính ở các nhiệt độ khác nhau.

2 Xây dựng mô hình đẳng nhiệt hấp phụ phù hợp với quá trình.

3 Xây dựng mô hình động học hấp phụ phù hợp với quá trình.

4 Nghiên cứu biến tính than hoạt tính bằng dung dịch NaOH;

H 2 SO 4 ở các điều kiện khác nhau.

5 Khảo sát khả năng hấp phụ hơi Toluen ở các nhiệt độ khác nhau trên than hoạt tính dạng vải

Chương 2: sẽ đề cập đến mô hình thí nghiệm và quy trình tiến hành thí nghiệm Chương 3: sẽ trình bày và khai thác các số liệu thực nghiệm thu được

Chương 4: sẽ đánh giá chung kết quả của đề tài cũng như đưa ra một số phương hướng để phát triển trong tương lai.

THỰC NGHIỆM

Thiết bị và hoá chất nghiên cứu

Sơ đồ thiết bị hấp phụ dòng khí N 2 /Toluen

Sơ đồ thiết bị hấp phụ dòng khí N 2 /Toluen được lắp đặt như trong Hình 2.1

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm

Quy trình hấp phụ được tiến hành theo tuần tự các bước sau:

Bước 1: Làm sạch hệ thống bằng khí N 2 trong khoảng thời gian 60 phút.

- Mở bình khí N 2 với áp suất làm việc P = 2(bar).

- Hệ thống được làm sạch bằng khí N 2 với lưu lượng Q = 0,2 (l/phút), được điều chỉnh bằng lưu lượng kế Q 3

- Dòng phát thải của quá trình này sẽ được hấp phụ ở bình chứa than hoạt tính dạng viên nén rồi đi ra ngoài môi trường.

Bước 2: Chuẩn bị cột hấp phụ

Cân 0.2g than dạng hạt đã được nghiền, sau đó tiến hành nhồi than vào cột hấp phụ.

Bước 3: Sấy vật liệu bằng khí N 2 Đóng van V-4; mở van V-3 Dòng khí đi vào cột hấp phụ với các thông số đầu vào như sau:

- Lưu lượng khí: Q = 0,2 (l/phút) được điều chỉnh bằng lưu lượng kế Q 3

- Áp suất làm việc P = 2 (bar)

- Nhiệt độ dòng khí t = 20 (độ C)

Sau khi sấy bằng khí với thời gian là 60 phút ta tiến hành đi cân và ghi lại khối lượng của cột hấp phụ.

Bước 4: Tạo dòng khí N2 chứa Toluen ở các nhiệt độ khác nhau nhằm mục đích nghiên cứu sự thay đổi của hoạt độ hấp phụ q theo các áp suất hơi bão hòa khác nhau.

Mối quan hệ giữa áp suất hơi bão hòa và nhiệt độ được thiết lập thông qua phương trình Antonie, do đó, chúng tôi đã tiến hành sục khí N2 vào bình chứa Toluen ở nhiều điều kiện nhiệt độ khác nhau.

- Ta tiến hành sục khí N 2 vào bình chứa dung môi Toluen nguyên chất

Để tạo ra hơi Toluen ở nhiệt độ mong muốn, cần điều chỉnh nhiệt độ thông qua bình đựng đá và duy trì nhiệt độ này với sai số ± 2℃, giả định rằng nhiệt độ của bình đá tương đương với nhiệt độ trong bình sục chứa dung môi Toluen.

- Đóng van V-3; mở van V-4; điều chỉnh lưu lượng kế Q 3 = 0 (l/phút) Tiến hành mở van V-1; V-2.

- Dòng khí N 2 đi vào bình sục Toluen, điều chỉnh lưu lượng khí N 2 bằng lưu lượng kế Q 2 , với mức giá trị là 60(ml/phút) Thời gian sục khí t = 10÷15(phút).

Bước 5: Tiến hành quá trình hấp phụ

Quá trình hấp phụ Toluen từ dòng khí N2 được thực hiện trên than hoạt tính, với việc cân cột hấp phụ mỗi 10 phút Quy trình này được lặp lại cho đến khi khối lượng cột ổn định, cho thấy hiệu quả của quá trình hấp phụ.

Khi tiến hành thí nghiệm ta cần chú ý:

- Thường xuyên kiểm tra rò rỉ khí tại các mối nối

- Kiểm tra hệ thống van khi vận hành

- Kiểm tra lưu lượng kế hoạt động có ổn định không?

Hình 2.2 Hệ thống hấp phụ tại phòng thí nghiệm

Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm

- 2 bình tam giác dung tích 500 ml

- 2 bình định mức dung tích 250 ml

- Cốc có mỏ dung tích: 20ml; 250ml; 500ml

- Ống đong có dung tích 100ml

- Phễu lọc Buchner bằng sứ ; bình lọc thuỷ tinh; nhiệt kế thuỷ ngân

Hoá chất và nguyên liệu

- Than hoạt tính dạng hạt của công ty Than hoạt tính Toàn Cầu kích thước hạt từ 0,5mm đến 1mm.

- Than hoạt tính dạng vải.

T h a n h o ạ t t ính dạng hạt(hình a); dạng vải (hình b)

Quy trình thực nghiệm chế tạo vật liệu

Làm sạch than hoạt tính

Than hoạt tính sản xuất công nghiệp thường bị nhiễm bẩn và bụi, do đó cần phải làm sạch bề mặt trước khi tiến hành biến tính vật liệu.

Để chuẩn bị than hoạt tính, đầu tiên cần cân 200g than và đun sôi với nước cất trong 2 giờ Sau khi đun sôi, rửa sạch vật liệu bằng nước cất cho đến khi nước trong và không còn màu Tiếp theo, sấy khô vật liệu ở nhiệt độ 105℃ trong 4 giờ Cuối cùng, để nguội và đóng gói kín, sử dụng gói hút ẩm để bảo quản.

Biến tính vật liệu a) Chuẩn bị dung dịch biến tính Pha chế H 2 SO 4 98% thành dung dịch có thể tích 250ml với nồng độ lần lượt là 1M;

10M theo trình tự các bước sau:

Bước 1: Tính thể tích H 2 SO 4 nguyên chất cần dùng để pha chế được dung dịch có nồng độ 1M.

Với C M (H 2 SO 4 ) = 1M (mol/l) ; V dung dịch = 250 ml = 0,25 (l) nH 2 SO

Mà ta có công thức tính C% =

4 = m(c hất tan) = 24,5 (g) vào (*); C%(H 2 SO 4 ) = 98% m dung dịch =

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat

Ta lại có công thức d =

( ) trong đó d là khối lượng riêng (g/cm 3 )

Tỷ trọng H 2 SO 4 có d=1,84(g/cm 3 )

Lượng nước cất cần dùng để pha được 250ml dung dịch H 2 SO 4 1M

Bước 2: Pha dung dịch bằng cách từ từ đổ 14ml H2SO4 đặc nóng vào 236ml nước cất Để tránh nhiệt độ tăng cao do phản ứng tỏa nhiệt, cần làm mát cốc nước cất bằng đá viên.

Bước 3: Thực hiện trình tự các bước tương tự với việc pha chế dung dịch

H 2 SO 4 = 10M Dưới đây là bảng tổng kết lượng nước cất, lượng H 2 SO 4 cần dùng đối với việc 250ml dung dịch ở các nồng độ khác nhau:

250 ml dung dịch H 2 SO 4 nồng độ

Pha 250ml dung dịch NaOH 1M; 10M

NaOH cần thiết để pha 250ml dung dịch NaOH

Tiến hành pha dung dịch: Hoà tan hoàn toàn 10g NaOH bằng 100ml nước cất.

Tiếp đến cho dung dịch vào bình đựng mức 250ml và tiếp tục thêm nước cất cho tới khi dung dịch đạt thể tích 250ml.

Tiếp tục lặp lại các bước khi tiến hành pha 250ml dung dịch NaOH nồng độ 10M. b )

B i ế n t í n h bề mặt than hoạt tính bằng dung dịch

Chuẩn bị dung dịch biến tính gồm H2SO4 (1M hoặc 10M) và NaOH (1M hoặc 10M) Cho 10g than đã làm sạch vào 250ml dung dịch, sau đó đun sôi ở 30 độ C hoặc 70 độ C với khuấy từ trong 6 giờ Sau khi đun xong, tiến hành lọc và rửa sạch bằng nước cất, rửa 10 lần với 250ml nước cất mỗi lần Để thuận tiện cho việc đánh giá và so sánh mẫu vật liệu trước và sau khi biến tính, hãy đánh dấu các mẫu tương ứng.

- Mẫu vật liệu chỉ rửa bằng nước cất và sấy: A0

- Mẫu vật liệu được biến tính ở 30℃ và 70℃ được đánh dấu mẫu như trong bảng dưới đây:

Nhiệt độ Nồng độ Dung dịch NaOH Dung dịch H 2 SO 4

Phương pháp nghiên cứu a) Phương pháp trọng lượng

Phương pháp này dựa trên nguyên tắc cân bằng giữa pha khí và lớp hấp phụ, đặc biệt hiệu quả khi lượng chất đưa vào hệ ở mức lưu lượng rất nhỏ Điều này cho phép thu thập nhiều điểm thực nghiệm, tạo điều kiện thuận lợi cho việc xử lý toán học.

Lượng chất hấp phụ được xác định bằng cân vi lượng, yêu cầu thiết kế cân đối xứng để giảm thiểu ảnh hưởng của lực Archimede và sóng điện từ Phương pháp trọng lượng có ưu điểm là độ nhạy cao, cho phép theo dõi liên tục trọng lượng mẫu trong quá trình khử hấp phụ sơ bộ và hấp phụ Tuy nhiên, nhược điểm chính là sự tiếp xúc không tốt giữa mẫu và bộ phận điều hoà nhiệt độ, dẫn đến chênh lệch giữa nhiệt độ đo và nhiệt độ hấp phụ thực tế, gây ra sai số.

Lượng chất hấp phụ sẽ được tính theo công thức sau:

Trong đó: Q t là lượng than hấp phụ được ở thời điểm t (mg/g)

W t ; W 0 : lượng than hấp phụ hơi tại thời điểm t, và thời điểm ban đầu (mg)

W(GAC): là lượng than đem hấp phụ (g) b) Phương pháp tính toán

Nghiên cứu mô hình đẳng nhiệt hấp phụ q = f(P) nhằm mô tả mối quan hệ giữa hoạt độ hấp phụ q và áp suất hơi bão hòa P của chất bị hấp phụ Để thực hiện điều này, cần xác định áp suất hơi bão hòa P của Toluen ở các nhiệt độ khác nhau.

Sử dụng phương trình Antoine để xác định áp suất hơi của Toluen ở các nhiệt độ khác nhau:

Trong đó P: áp suất hơi bão hoà (bar)

T: nhiệt độ (K) A; B; C: là các hằng số cụ thể theo thành phần[10]

Tra cứu các thông số A ; B ; C trên trang web có tên Vacuubrand

Cấu tử A B C Dải nhiệt độ (K)

Phương trình Langmuir được mô tả bởi phương trình: q = q max

Biến đổi phương trình bằng cách lấy P chia cho cả 2 vế ta được phương trình sau:

Nhận thấy phương trình Langmuir sau biến đổi có dạng giống với phương trình y = ax+b Ta đặt y = ; x = P ; a = ; b = ∗

Dựa trên số liệu thực nghiệm của p và q, khi xây dựng đồ thị với trục tung là P/q e và trục hoành là P, ta sẽ thu được một đường tuyến tính Điều này giúp xác định giá trị tối đa của q (q max) và hằng số k.

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ

Bằng cách áp dụng logarithm tự nhiên vào phương trình ban đầu, ta có được phương trình ln(q e ) = ln(k) + (1/n) * ln(P), từ đó chuyển đổi thành dạng y = ax + b Ở đây, ln(q e ) đại diện cho y, ln(P) là x, 1/n là a, và ln(k) là b Dựa trên dữ liệu thực nghiệm, chúng ta có thể xây dựng đồ thị với trục tung là ln(q e ) và trục hoành là ln(P), giúp xác định các hằng số k và tỷ lệ 1/n Đồ thị này cho phép dự đoán độ hấp phụ tại các giá trị áp suất p nhất định.

Phương trình động học biểu kiến bậc nhất:

Sau khi lấy tích phân 2 vế với các điều kiện biên t = 0 đến t = t và q t = 0 đến q t = q t , dạng tích phân của phương trình trở thành: ln(q e – q t ) = lnq e – k 1 t

Nếu quá trình hấp phụ tuân theo quy luật động học bậc nhất biểu kiến, thì đồ thị ln(qe – qt) theo thời gian t sẽ tạo thành một đường thẳng Từ đó, hằng số k1 và giá trị cân bằng qe có thể được xác định thông qua độ dốc và giao điểm của đường hồi quy tuyến tính với trục tung.

Phương trình động học biểu kiến bậc hai:

Với các điều kiện biên t = 0 đến t = t và q t = 0 đến q t = q t , phương trình trên có dạng tích phân sau:

Tiếp tục biến đổi phương trình:

Sau khi biến đổi phương trình có dạng tuyến tính:

Nếu sự hấp phụ tuân theo động học bậc hai, đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa q và t sẽ là một đường thẳng Từ đó, các giá trị q e và k 2 có thể được xác định thông qua độ dốc và giao điểm của đường hồi quy tuyến tính với trục tung.

KẾT QUẢ

Nghiên cứu biến tính than hoạt tính bằng dung dịch NaOH ; H 2 SO 4 trong các điều kiện khác nhau

H2SO4 trong các điều kiện khác nhau cho thấy rằng, ở nhiệt độ sục khí 15℃, khả năng hấp phụ đạt hoạt độ cao nhất Dòng khí N2/Toluen cũng được tạo ra ổn định nhất Do đó, các thí nghiệm trong mục 3.3 sẽ được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ sục khí 15℃ để đảm bảo tính đồng nhất và hiệu quả của kết quả.

Để so sánh khả năng hấp phụ khí N2/Toluen trên than hoạt tính trước và sau khi biến tính, cần khảo sát khả năng hấp phụ khí trên mẫu than hoạt tính được rửa sạch bằng nước Mẫu này sẽ được sử dụng làm tiêu chuẩn để đánh giá sự thay đổi rõ rệt về hoạt độ hấp phụ của các mẫu than đã được biến tính.

Than hoạt tính được xử lý bằng cách đun sôi trong 2 giờ, sau đó rửa sạch với nước cất và sấy khô ở nhiệt độ 105℃ trong 4 giờ Cuối cùng, than được đập và nghiền nhỏ để sử dụng, được đánh dấu là mẫu A0.

Để tiến hành thí nghiệm, đầu tiên ta cân 0,2 g mẫu đã nghiền nhỏ và nhồi vào cột hấp phụ Sau đó, vật liệu được sấy khô bằng khí N2 trong 60 phút Cuối cùng, quá trình hấp phụ được thực hiện với lưu lượng khí sục là 60 ml/phút.

Quá trình hấp phụ kết thúc khi khối lượng cột hấp phụ không thay đổi, ta thu các giá trị thực nghiệm đã được xử lý ở dưới bảng đây:

Bảng 3.5 Hoạt độ hấp phụ thay đổi theo thời gian của mẫu A0

Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch biến tính tới khả năng hấp phụ của than hoạt tính.

Biến tính than hoạt tính bằng dung dịch NaOH và H2SO4 ở các nồng độ khác nhau, nhưng giữ nhiệt độ biến tính ổn định ở 30℃ Trong đó, việc khảo sát khả năng hấp phụ hơi của than hoạt tính được thực hiện với dung dịch NaOH ở nồng độ 1M và 10M.

Vật liệu được biến tính bằng dung dịch NaOH 1M ở nhiệt độ

Sau khi biến tính ở 30℃ trong 6 giờ, chúng ta tiến hành lọc và rửa than bằng nước cất, sau đó sấy khô ở 105℃ Khi vật liệu đã khô, chúng ta đập và nghiền nát nó Mẫu vật liệu này được đánh dấu là A11.

Thực hiện tương tự, biến tính vật liệu bằng dung dịch NaOH có nồng độ 10M Mẫu vật liệu này ta ký hiệu là A12

Sau khi thực hiện quá trình hấp phụ khí N 2 /Toluen trên hai mẫu vật liệu này ta thu được 2 bảng số liệu dưới đây:

Bảng 3.6 Hoạt độ hấp phụ thay đổi theo thời gian ở mẫu A11

Bảng 3.7 Hoạt độ hấp phụ thay đổi theo thời gian của mẫu A12

1 2 3 4 5 6 Lập bảng so sánh khả năng hấp phụ của hai mẫu A11 và A12

So sánh khả năng hấp phụ của các mẫu A0,A11,A12

So sánh khả năng hấp phụ của các mẫu

Hình 3.10 Biểu đồ so sánh khả năng hấp phụ của các mẫu A0; A11; A12

Biểu đồ cho thấy sự thay đổi khả năng hấp phụ khí N2/Toluen trên các mẫu được biến tính bằng NaOH với nồng độ 1M và 10M Cả hai mẫu A11 và A12 đều có hoạt độ hấp phụ thấp hơn so với mẫu ban đầu A0.

Mẫu A11 có hoạt độ bằng 0,281(g/g) so với mẫu ban đầu (A0) 0,287(g/g) thì than sau khi biến tính có hoạt độ hấp phụ giảm 2,09%.

Mẫu A12 có hoạt độ bằng 0,244(g/g) so với mẫu ban đầu (A0) 0,287(g/g) thì than sau khi biến tính có hoạt độ hấp phụ giảm 14,98%

Nồng độ dung dịch biến tính ảnh hưởng đáng kể đến khả năng hấp phụ hơi Toluen, với dung dịch NaOH, dù loãng hay đặc, đều cho thấy khả năng hấp phụ thấp Nghiên cứu khả năng hấp phụ hơi của than hoạt tính được biến tính bằng dung dịch H2SO4 ở nồng độ 1M và 10M cho thấy sự khác biệt rõ rệt trong hiệu suất hấp phụ.

Vật liệu được xử lý bằng dung dịch H2SO4 ở nhiệt độ 30℃ trong 6 giờ Sau quá trình biến tính, vật liệu được lọc, rửa bằng nước cất và sấy khô ở 105℃ Cuối cùng, vật liệu được đập và nghiền, được đánh dấu là mẫu A21.

Thực hiện tương tự, biến tính vật liệu bằng dung dịch H 2 SO 4 có nồng độ 10M Mẫu vật liệu này ta ký hiệu là A22

Sau khi thực hiện quá trình hấp phụ khí N 2 /Toluen trên hai mẫu vật liệu này ta thu được 2 bảng số liệu dưới đây:

Bảng 3.8 Hoạt độ hấp phụ thay đổi theo thời gian của mẫu A21

Bảng 3.9 Hoạt độ hấp phụ thay đổi theo thời gian của mẫu A22

STT 1 2 3 4 5 6 7 Lập bảng so sánh khả năng hấp phụ của các mẫu

So sánh khả năng hấp phụ của các mẫu A0,A21,A22

So sánh khả năng hấp phụ của các mẫu

Hình 3.11 Biểu đồ so sánh khả năng hấp phụ của các mẫu A0; A21; A22

Khả năng hấp phụ hơi của các mẫu đều giảm phụ thuộc vào nồng độ dung dịch H 2 SO 4

Mẫu A21 cho thấy hoạt độ hấp phụ giảm 3,13%, với giá trị 0,278 (g/g) so với mẫu ban đầu A0 là 0,287 (g/g) Trong khi đó, mẫu A22 có hoạt độ hấp phụ giảm 22,64%, đạt 0,222 (g/g) so với mẫu A0.

Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch biến tính đến khả năng hấp phụ hơi trên than hoạt tính.

Từ những kết quả nghiên cứu ở mục 3.3.2 thì ta thấy nồng độ của dung dịch biến tính ảnh hưởng rất lớn tới khả năng hấp phụ khí

Nồng độ dung dịch n-Toluen ở mức 10M ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ khí N2 trên than hoạt tính, với nồng độ cao làm giảm hiệu quả hấp phụ Câu hỏi đặt ra là khi điều kiện biến tính được áp dụng, nếu nhiệt độ tăng lên trong khi dung dịch vẫn giữ ở 10M, khả năng hấp phụ hơi trên than hoạt tính sẽ thay đổi ra sao?

Chúng tôi tiến hành thí nghiệm biến tính vật liệu bằng dung dịch NaOH/H2SO4 nồng độ 10M, trong đó nhiệt độ dung dịch được điều chỉnh từ 30℃ lên 70℃ Mục đích của nghiên cứu này là để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch đến khả năng hấp phụ khí N2/Toluen trên than hoạt tính.

Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch biến tính NaOH 10M ở 70℃ cho thấy rằng các thao tác thực hiện biến tính vẫn được giữ nguyên, chỉ thay đổi điều kiện nhiệt độ Mẫu vật liệu sau khi biến tính được ghi nhận là A13 Kết quả hấp phụ trên mẫu A13 đã được tổng hợp trong bảng số liệu dưới đây.

Bảng 3.10 Hoạt độ hấp phụ thay đổi theo thời gian của mẫu A13

So sánh khả năng hấp phụ các mẫu A0; A12; A13

Hình 3.12 Biểu đồ so sánh khả năng hấp phụ các mẫu A0; A12; A13

Mẫu A13, được biến tính ở nhiệt độ 70℃, có hoạt độ hấp phụ đạt 0,257 (g/g), cao hơn 5,05% so với mẫu A12 biến tính ở 30℃ với hoạt độ 0,244 (g/g) Kết quả này cho thấy việc biến tính ở nhiệt độ cao là cần thiết để nâng cao hiệu suất hấp phụ của mẫu.

Phản ứng giữa NaOH và nhóm chức bề mặt cacbon-oxi dẫn đến việc giảm hàm lượng oxy trên bề mặt than mới, từ đó tăng khả năng hấp phụ hơi của mẫu Để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ, dung dịch H2SO4 10M được thực hiện ở 70℃, trong khi các thao tác biến tính và điều kiện khác được giữ nguyên Mẫu vật liệu sau khi biến tính được ký hiệu là A23.

Bảng 3.11 Hoạt độ hấp phụ thay đổi theo thời gian của mẫu A23

Biểu đồ so sánh khả năng hấp phụ của các mẫu

Hình 3.13 Biểu đồ so sánh khả năng hấp phụ của các mẫu A0; A22; A23

Khảo sát khả năng hấp phụ hơi Toluen trên than hoạt tính dạng vải ở các nhiệt độ khác nhau

vải ở các nhiệt độ khác nhau.

Để so sánh hiệu quả làm việc của các loại than hoạt tính khác nhau, thí nghiệm hấp phụ động được thực hiện với mẫu than hoạt tính dạng vải, trong điều kiện tương tự như mẫu than hoạt tính từ gáo dừa.

Cụ thể, ta tiến hành cắt mẫu thành các sợi nhỏ, đem cân 0,2g mẫu

Sau khi nhồi mẫu vào cột hấp phụ, tiến hành sấy trong 60 phút và sau đó hấp phụ khí N2/Toluen lên mẫu Các thông số làm việc trong quá trình sấy và hấp phụ được giữ nguyên như mục 3.1 Hấp phụ khí N2/Toluen được thực hiện ở các nhiệt độ sục khí khác nhau Để thuận tiện cho việc phân tích và so sánh, mẫu than hoạt tính được đánh dấu: mẫu 01 cho than dạng hạt và mẫu 02 cho than dạng vải.

N 2 /Toluen trên mẫu 02 ta thu được các kết quả đo hoạt độ hấp phụ ở các nhiệt độ khác nhau Và được trình bày trong các bảng dưới đây.

Bảng 3.12 Hoạt độ hấp phụ của mẫu số 02 ở 5℃

Bảng 3.13 Hoạt độ hấp phụ của mẫu số 02 ở 10

40 50 60 70 80 90 Bảng 3.14 Hoạt độ hấp phụ của mẫu số 02 ở 15℃

0 10 20 30 40 50 60 70 Bảng 3.15 Hoạt độ hấp phụ của mẫu số 02 ở 20℃

Biểu đồ so sánh khả năng hấp phụ mẫu số 01 và mẫu số 02

Hình 3.14 Biểu đồ so sánh khả năng hấp phụ của mẫu số 01 và mẫu số 02

Ở nhiệt độ sục khí 5℃, mẫu số 02 cho thấy hoạt độ hấp phụ tăng 14,19% so với mẫu số 01 Tại nhiệt độ 10℃, mẫu số 02 tiếp tục tăng hoạt độ hấp phụ lên 21,28% so với mẫu số 01 Khi nhiệt độ sục khí đạt 15℃, hoạt độ hấp phụ của mẫu số 02 cũng có sự gia tăng đáng kể.

02 có hoạt độ hấp phụ tăng 5,76% so với mẫu số 01 Nhiệt độ sục khí là 20℃ mẫu số 02 có hoạt độ hấp phụ tăng 17,55% so với mẫu số 01.

Kết quả nghiên cứu cho thấy than hoạt tính dạng vải vượt trội hơn so với than hoạt tính gáo dừa truyền thống Với khối lượng riêng nhẹ và độ linh động cao, than hoạt tính dạng vải hứa hẹn sẽ là lựa chọn lý tưởng cho các thiết bị lọc gọn nhẹ, dễ thay thế và bảo trì.