Đang tải... (xem toàn văn)
PowerPoint Presentation ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Bộ môn Hoá Keo HÀ NỘI 2021 Than hoạt tính và ứng dụng START Sơ lược về than hoạt tính Điều chế than hoạt tính Phân loại Cấu trúc than hoạt tính Tính chất than hoạt tính Biến tính của than hoạt tính Ứng dụng than hoạt tính Sản lượng toàn cầu và Việt Nam So sánh Mục lục 1 Sơ lược về than hoạt tính Định nghĩa Than hoạt tính là một dạng của cacbon đã được xử lý để mang lại một cấu trúc rất xốp, do đó có diện tích bề mặt.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Bộ mơn: Hố Keo Than hoạt tính ứng dụng START HÀ NỘI 2021 Mục lục • Sơ lược than hoạt tính • Điều chế than hoạt tính • Phân loại • Cấu trúc than hoạt tính • Tính chất than hoạt tính • Biến tính than hoạt tính • Ứng dụng than hoạt tính • Sản lượng toàn cầu Việt Nam • So sánh Sơ lược than hoạt tính Định nghĩa Than hoạt tính dạng cacbon xử lý để mang lại cấu trúc xốp, có diện tích bề mặt lớn www.companyname.com Sơ lược than hoạt tính Đăc tính Là chất hấp phụ quý linh hoạt Ứng dụng y học, để loại bỏ độc tố vi khuẩn Sử dụng rộng rãi cho nhiều mục đích Sử dụng lĩnh vực luyện kim để thu hồi Au, Ag, kim loại khác Sách “Than hoạt tính ứng dụng” tác giả Mai Thanh Phong www.companyname.com Sơ lược than hoạt tính Cấu trúc Thành phần Cacbon 85% - 95% 0.5% Hidro Nguyên tố khác 1% Lưu huỳnh • Cấu trúc dạng tổ ong đặc trưng, diện tích bề mặt lớn khoảng 800-1500m2/g • Than hoạt tính chủ yếu lỗ nhỏ có bán kính 2nm tạo ra, thể tích mao quản từ 0.20.6cm3/g • Khả hấp phụ định cấu trúc vật lí lỗ xốp chúng bị ảnh hưởng mạnh cấu trúc hóa học -7% Oxi 0.5% Nito www.companyname.com Điều chế than hoạt tính Ngun lí chung Nhiệt phân ngun liệu thơ C nhiệt độ Q Trình Than Hố Sự Hoạt Hố Sách “Than hoạt tính ứng dụng” tác giả Mai Thanh Phong www.companyname.com Q trình than hố Là dùng nhiệt để phân hủy nguyên liệu (< 800 0C) đưa dạng cacbon, đồng thời làm bay số hợp chất hữu nhẹ tạo xốp ban đầu cho than Q trình phải đảm bảo mơi trường kị khí hay hạn chế tối đa có mặt lưu thơng oxi mơi trường than hóa Để tạo môi trường trơ sử dụng phương pháp : SiO2 / Hạt Sỏi Khí Nito Thổi liên tục dịng khí nito vào để đuổi Oxi Phủ SiO2 /Hạt sỏi lên nguyên liệu để chiếm chỗ trống đuổi Oxi Khí CO2/ Hơi Nước Thổi liên tục dịng khí CO2 /Hơi nươc vào để đuổi Oxi Sách “Than hoạt tính ứng dụng” tác giả Mai Thanh Phong www.companyname.com Quá trình hoạt hố Hoạt hóa q trình bào mịn mạng lưới tinh thể cacbon tác dụng nhiệt tác nhân hoạt hóa tạo độ xốp cho than hệ thống lỗ có kích thước khác nhau, tạo tâm hoạt động bề mặt Mục đích giai đoạn hoạt hóa phát triển mạnh bề mặt riêng than thu sau giai đoạn than Hoạt Hố hóa Hoạt hố vật lý Sử dụng tác nhân nhiệt độ để thay đổi cấu túc bề mặt than Hoạt hóa vật lý ln kèm giai đoạn than hóa, nhiệt độ cao vật liệu bị dehydrat hóa, đồng thời xảy q trình tái cấu trúc bề mặt than, kết làm tăng cấu trúc xốp bề mặt kéo theo tăng diện tích bề ặt riêng than Hoạt hoá hoá học Dựa vào phản ứng hóa học chất hoạt hóa với bề mặt than để thay đổi cấu trúc bề mặt than Hoạt hóa hóa học tiến hành sau giai đoạn than hóa Xảy phản ứng ăn mịn bề mặt, kết làm tăng cấu trúc xốp bề mặt than Sách “Than hoạt tính ứng dụng” tác giả Mai Thanh Phong www.companyname.com Q trình hoạt hố • Ưu điểm : Hiệu hoạt hóa cao hơn, hay nói cách khác hoạt hóa hóa học cho than hoạt tính có diện tích mặt riêng lớn hơn, nhiệt độ hoạt hóa thấp • Nhược điểm Hoạt hóa hóa học tiến hành phức tạp hơn, tiêu tốn hóa chất thường gây ô nhiễm môi trường công đoạn nung, rửa sản phẩm Sách “Than hoạt tính ứng dụng” tác giả Mai Thanh Phong www.companyname.com Phân loại Phân loại Carbon hoạt tính dựa đặc tính vật lý chúng Ví dụ: Bột carbon hoạt tính (R1) (PAC), Cacbon hoạt tính dạng hạt (GAC), Carbon hoạt tính dạng sợi, Tấm ép than hoạt tính (EAC), Carbon Bead kích hoạt (BAC), Cacbon ngâm tẩm Dạng bột (PAC) Dạng hạt (GAC) Carbon Bead kích hoạt (BAC) Tính chất than hoạt tính Tính chất vật lý • 1g carbon hoạt tính có diện tích bề mặt lớn Sbm>500m2 • Những phần riêng biệt xoắn mạnh tạo nhiều cấu trúc lỗ xốp nhiều vùng, gồm bề mặt phẳng có cấu trúc tương tự graphite song song với nhau,cách vài nanomet • Các hạt than sơ khai thường có cấu trúc khối cầu gần với khối cầu Chúng nằm bên hỗn hợp phản ứng lại liên kết với làm tăng kích thước hạt để giảm lượng tự bề mặt tạo thành chuỗi. 12 Sách “Than hoạt tính ứng dụng” tác giả Mai Thanh Phong www.companyname.com Tính chất than hoạt tính Tính chất hố học • Sự có mặt nhóm phân cực bề mặt than hoạt tính là yếu tố định khả tác dụng hóa học, lý học với nhóm phân cực, liên kết đơi có mạch đại phân tử • Khả hấp phụ cấu trúc vật lý lỗ xốp bị ảnh hưởng cấu trúc hoá học Do phức tạp cấu trúc vi tinh thể, có mặt lớp graphit cháy hồn tồn gây biến đổi xếp e → tạo e độc thân hoá trị khơng bão hồ ảnh hưởng đến đặc điểm hấp phụ • 13 Sách “Than hoạt tính ứng dụng” tác giả Mai Thanh Phong www.companyname.com Tính chất than hoạt tính Tính chất hố học Carbon hoạt tính khơng liên kết tốt với alcohot, glycol,acid; base mạnh, kim loại, chất vơ cơ… 14 Carbon hoạt tính hấp phụ tốt iod.Khả hấp phụ iod (mg/g) sử dụng làm thị cho tổng diện tích bề mặt Carbon monoxide khơng hấp phụ tốt carbon hoạt tính Liên quan đến màng lọc cho mặt nạ phòng độc, tủ hút; hệ thống kiểm sốt khí Sách “Than hoạt tính ứng dụng” tác giả Mai Thanh Phong Carbon hoạt tính sử dụng để làm chất cho nhiều hóa chất khác để cải thiện khả hấp phụ chất vô www.companyname.com Biến tính than hoạt tính • Biến tính bề mặt than hoạt tính • Biến tính than hoạt tính cách tẩm • Biến tính than hoạt tính N , halogen • Sự lưu huỳnh hố Biến tính bề mặt than hoạt tính • Than hoạt tính bề mặt biến tính thích hợp để thay đổi đặc điểm hấp phụ trở nên thích hợp ứng dụng đặc biệt • Sự biến tính bề mặt than hoạt tính thực tạo thành dạng nhóm chức bề mặt khác Các nhóm chức bao gồm nhóm chức oxy - cacbon tạo thành oxy hóa bề mặt than với khí dung dịch oxy hóa • Các nhóm chức liên kết giữ cạnh góc lớp vịng thơm, thành phần cạnh góc chủ yếu bề mặt hấp phụ Biến tính than hoạt tính thay đổi đặc trưng hấp phụ tương tác hấp phụ than hoạt tính 15 Sách “Than hoạt tính ứng dụng” tác giả Mai Thanh Phong www.companyname.com Biến tính than hoạt tính cách tẩm • Cacbon hoạt tính tẩm KL oxit chúng phân tán dạng hạt nhỏ sử dụng rộng rãi vài phản ứng pha khí cơng nghiệp để bảo vệ người chống lại khí độc • Việc mang kim loại lên vật liệu có cacbon làm giảm đặc điểm khí hóa; thay đổi cấu trúc lỗ sản phẩm cacbon cuối Vì vậy, việc mang chất lên than hoạt tính sử dụng để thu than hoạt tính có cấu trúc vi lỗ xác định 16 Sách “Than hoạt tính ứng dụng” tác giả Mai Thanh Phong www.companyname.com Ứng dụng than hoạt tính Tích trữ nhiên liệu 17 Các ứng dụng môi trường Ứng dụng hóa học phân tích Ứng dụng y tế Chưng cất, tinh chế đồ uống có cồn Các ứng dụng thực tiễn đời sống Ứng dụng y tế • Điều chế thuốc có tác dụng hỗ trợ điều trị trường hợp cấp tính • Carbon hoạt tính khơng có nhiều tác dụng trường hợp nhiễm độc kéo dài • Dùng để sản xuất mặt nạ phòng độc trang y tế Cơ chế giải độc than hoạt tính : + Liên kết với chất độc ngăn cản hấp thụ vào dày đường tiêu hóa +Làm gián đoạn chuyển hóa thuốc/chất độc thể 18 Sách “Than hoạt tính ứng dụng” tác giả Mai Thanh Phong www.companyname.com Ứng dụng môi trường • • Sự hấp phụ carbon có ứng dụng rộng rãi việc loại bỏ chất gây nhiễm cịn nhiều ứng dụng khác Ngồi ra, Carbon hoạt tính sử dụng để đo nồng độ Radon khơng khí Ứng dụng lọc nước Lọc Hóa chất 19 Loại bỏ Thủy ngân Lọc Khí Sách “Than hoạt tính ứng dụng” tác giả Mai Thanh Phong www.companyname.com Cơ chế hoạt động than hoạt tính • Lọc học vật lý: Giúp loại bỏ hạt, tạp chất bẩn nước qua lõi lọc nhờ lỗ nhỏ li ti cấu trúc than • Lọc hút bám: Bề mặt phân tử than thu hút chất hóa học, tạp chất hòa tan nước giữ chúng nằm lại bên lõi lọc 20 Sách “Than hoạt tính ứng dụng” tác giả Mai Thanh Phong www.companyname.com Ứng dụng thực tiễn đời sống Than hoạt tính cịn phát tia hồng ngoại có khả kháng khuẩn nên ứng dụng nhiều sản phẩm tiêu dùng ngày : Trong sản phẩm làm đẹp Trong sản phẩm chăm sóc giấc ngủ Ứng dụng công nghiệp Trong thực phẩm Trong y dược 21 Trong sản phẩm tiêu dùng cá nhân Sách “Than hoạt tính ứng dụng” tác giả Mai Thanh Phong www.companyname.com Sản lượng tồn cầu Việt Nam Tồn cầu • Nhu cầu sản xuất sử dụng Than hoạt tính toàn giới tăng lên mối quan tâm vấn đề sức khỏe, an tồn mơi trường • Hiện tại, ngành cơng nghiệp sản xuất than hoạt tính giới đạt khoảng triệu tấn/năm, thị trường than hoạt tính tồn cầu dự kiến sẽ tăng trưởng với tốc độ CAGR 8,6% giai đoạn dự báo (2019-2026) Việt Nam • Chiến lược bảo vệ môi trường quốc gia Việt Nam xác định mục tiêu đến năm 2021 phải hình thành phát triển ngành cơng nghiệp tái chế chất thải • Ở nước ta, lượng Than hoạt tính cần dùng ngành công nghiệp lớn ngày tăng 22 26 www.companyname.com So sánh 23 Than hoạt tính Than củi Than cốc - Có cấu trúc xốp nên diện tích bề mặt-ở dạng rắn , màu xám đen, có chứa tro lớn , hấp phụ chất hiệu - Thành phần C vơ định hình , hàm lượng - vai trò chủ yếu làm nhiên liệu khoảng 8595% - Vai trò chủ yếu lọc nước lọc hóa chất , y học - Nhiên liệu rắn xốp, màu xám đen, có chứa tro - Vai trò chủ yếu làm nhiên liệu - Thành phần than củi cacbon, hàm lượng tro thấp.Ngồi cịn có hydro, oxy, nitơ lượng nhỏ nguyên tố khác - Chúng có khả hấp thụ lớn sử dụng làm chất hấp thụ, chất lọc, dược phẩm, chất đốt làm phụ gia than hoạt tính thuốc súng đen - Cấu trúc cứng, xốp có màu xám - Sản xuất từ than đá bitum Than nung lị khơng có khơng khí nhiệt độ cao (trên 2000 độ C) để loại bỏ nước, khí nhựa than đá, vào cuối trình luyện cốc, chứa lượng nước khơng www.companyname.com Tài liệu tham khảo • Sách “Than hoạt tính ứng dụng” tác giả Mai Thanh Phong • Snoeyink, V L The Surface Chemistry of Active Carbon; a Discussion of Structure and Surface Functional Groups Environ Sci Technol 1967, (3), 228–234 • Bo Guo; Liping Chang; Kechang Xie (2006). Adsorption of Carbon Dioxide on Activated Carbon , 15(3), 223–229 • Baker, F S., Miller, C E., Repik, A J., & Tolles, E D (2003). Carbon, Activated Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology • Martin, R J (1980) Activated Carbon Product Selection for Water and Wastewater Treatment Industrial & Engineering Chemistry Product Research and Development, 19(3), 435–441 www.companyname.com Thanks for Listening ...Mục lục • Sơ lược than hoạt tính • Điều chế than hoạt tính • Phân loại • Cấu trúc than hoạt tính • Tính chất than hoạt tính • Biến tính than hoạt tính • Ứng dụng than hoạt tính • Sản lượng tồn... tính bề mặt than hoạt tính • Biến tính than hoạt tính cách tẩm • Biến tính than hoạt tính N , halogen • Sự lưu huỳnh hố Biến tính bề mặt than hoạt tính • Than hoạt tính bề mặt biến tính thích hợp... Carbon hoạt tính dựa đặc tính vật lý chúng Ví dụ: Bột carbon hoạt tính (R1) (PAC), Cacbon hoạt tính dạng hạt (GAC), Carbon hoạt tính dạng sợi, Tấm ép than hoạt tính (EAC), Carbon Bead kích hoạt