Đề tài : Hấp phụ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM MÁY – THIẾT BỊ -----------------oOo---------------- BỘ MÔN: QÚA TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRUYỀN KHỐI ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: GVHD: NGUYỄN HỮU TRUNG NHÓM SVTH: LÊ MINH HẢI 08103731 NGUYỄN NGỌC HIỀN 08116951 NGUYỄN VĂN QUÂN 08212681 LÊ THÁI THIỆN 08098421 NGUYỄN NGỌC THÙY TRANG 08110471 TP HỒ CHÍ MINH ngày 30 tháng 03 năm 2010 Mục lục Mục lục: 2 Lời mở đầu: 3 1. lý thuyết hấp phụ 5 1.1Hấp phụ và phân loại hấp phụ 5 1.2Đặc điểm của hấp phụ 6 1.3Các thông số của quá trình hấp phụ 6 1.4. Cấu trúc bề mặt chất hấp phụ: 10 2. Chất hấp phụ và ứng dụng 13 2.1 Chất hấp phụ 13 2.2 Chất bị hấp phụ 15 3. Một số mô hình sử dụng quá trình hấp phụ 20 Lời mở đầu Hấp phụ là quá trình tụ tập(chất chứa, thu hút…) các phân tử khí, hơi hoặc các phân tử, ion của chất tan lên bề mặt phân chia pha. Bề mặt phân chia pha có thể là lỏng – rắn, khí – rắn. Hấp phụ được sử dụng rất nhiều trong ngành hóa học và môi trường nhằm hấp thụ các tạp chất hay thu những cấu tử gây bất lợi cho các quá trình mà chúng ta muốn loại bỏ. Trong nghành môi trường thì việc áp dụng quá trình hấp phụ trong thu hồi và xử lý rất phổ biết . Điển hình là than hoạt tính là loại nguyên liệu rất phổ biến , dễ sản xuất, có giá thành thấp mà hiệu quả dùng để xử lý thì rất là cao. Vì vậy than hoạt tính được dùng để lọc nước, hấp thụ các ion kim loại nặng trong nước rất tốt. Chúng Tôi nhóm sinh viên chuyên ngành “ Công Nghệ Môi Trường” khi nhận được đề tài “ hấp phụ” rất vui mừng và đã cố ngắng rất nhiều nghiên cứu rất nhiều tài liệu làm bài tiểu luận này. Nhưng vì chưa có nhiều kinh nghiệm trong nghiên cứu và khảo sát thực tế….Nhóm rất mong nhận được sự góp ý và nhận xét của Thầy và Các Bạn. Xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Thầy Nguyễn Hữu Trung đã nhiệt tình giảng dạy và hướng dẩn. Nhóm: Lê Minh Hải 08103731 Nguyễn Ngọc Hiền 08116951 Nguyễn Văn Quân 08212681 Lê Thái Thiện 08098421 Nguyễn Ngọc Thùy Trang 08110471 Nhận xét của giáo viên hướng dẩn: 1. LÝ THUYẾT HẤP PHỤ: 1.1. Hấp phụ và phân loại hấp phụ: 1.1.1 Địmh nghĩa: Hấp phụ là quá trình tụ tập(chất chứa, thu hút…) các phân tử khí, hơi hoặc các phân tử, ion của chất tan lên bề mặt phân chia pha. Bề mặt phân chia pha có thể là lỏng – rắn, khí – rắn. Chất mà trên bề mặt của nó có sự hấp phụ xảy ra gọi là chất hấp phụ, còn chất mà được tụ tập trên bề mặt phân chia pha được gọi là chất bị hấp phụ. Phân loại hấp phụ: Hình: 1.1 sự hấp phụ 1.1.2 Phân loại hấp phụ: Hấp phụ vật lý: Các nguyên tử bị Hấp phụ liên kết với những tiểu phân(nguyên tử, phân tử, các ion…) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết vander walls yếu. Nói một cách khác, trong hấp phụ vật lý các phân tử của chất bị hấp phụ và chất Hấp phụ không tạo thành hợp chất hóa học(không hình thành các liên kết hóa học) mà chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt bằng lực liên kết phân tử yếu(lực vander walls) và liên kết hiđro. sự hấp phụ vật lý luôn luôn thuận nghịch. Nhiệt hấp phụ không lớn. Thường thấy nhiều trong hấp phụ đa lớp. Hình: 1.2 Qúa trình hấp phụ Hấp phụ hóa học: Có những lực hóa trị mạnh(do các liên kết bền của liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí…) liên kết những phân tử hấp phụ và những phân tử bị hấp phụ tạo thành những hợp chất hóa học trên bề mặt phân chia pha. Nói một cách khác hấp phụ hóa học xảy ra khi các phân tử hấp phụ tạo hợp chất hóa học với các phân tử bị hấp phụ và hình thành trên bề mặt phân chia pha(bề mặt pha hấp phụ). Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết hóa học thông thường(liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí…) sự hấp phụ hóa học luôn luôn bất thuận nghịch. Nhiệt hấp phụ hóa học lớn, có thể đạt tới giá trị 800kJ/mol. 2. 1.2. Đặc điểm của hấp phụ: 1.2.1 Năng lượng hoạt hóa hấp phụ: • Hấp phụ hóa học tiến hành chậm và có năng lượng hoạt hóa khá lớn gần bằng năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học, phụ thuộc bởi khoảng cách giữa các nguyên tử trong chất bị hấp phụ và các trung tâm trên bề mặt chất rắn. • Hấp phụ lý học tiến hành rất nhanh và năng lượng hoạt hóa bằng không. 1.2.2 Tính thuận nghịch của hấp phụ: • Hấp phụ lý học bao giờ cũng là thuận nghịch, nói cách khác quá trình ở trạng thái cân bằng động, hấp phụ nhả hấp phụ. • Hấp phụ hóa học không phải bao giờ cũng là quá trình thuận nghịch. Tuỳ theo đặc tính mối nối liên kết hóa học mà tính chất thuận nghịch ở quá trình hấp phụ khác nhau. Có những quá trình hóa học khá bền vững, tạo thành các hợp chất hóa học, ví dụ như sự hấp phụ Oxy lên kim loại tạo Oxyt kim loại, hoặc khi hấp phụ lên than cho CO2, CO. 1.3. Các thông số của quá trình hấp phụ. 1.3.1. Độ xốp của chất hấp phụ: Trong một vật liệu xốp, thể tích của nó gồm hai phần, phần chất rắn và phần không gian rỗng . Từ đó dẫn tới hai đại lượng khối lượng: thực và biểu kiến.khối lượng riêng thực được định nghĩa là tỉ lệ giữa khối lượng m và thể tích phần chất rắn. Khối lượng riêng biểu kiến là tỉ lệ giữa khối lượng và thể tích tổng của nó: Ta luôn có < ,= khi vật liệu Độ xốp β được định nghĩa là tỉ lệ giữa thể tích phần rỗng trên thể tích tổng: Xác định được , sẽ tính được β. 1.3.2. Nghiên cứu cấu trúc từ đường đẳng nhiệt hấp phụ khí: Đường đẳng nhiệt hấp phụ của các khí được đo ở nhiệt độ thấp, ví dụ với nitơ đo ở -196oC nhằm hạn chế hấp phụ hóa học. Đường đẳng nhiệt hấp phụ khí đo được khi nâng dần áp suất chất bị hấp phụ trong hệ đo, ngược lại khi giảm áp suất xảy ra quá trình giải hấp phụ. Nếu chất hấp phụ chỉ chứa loại mao quản nhỏ (zeolit bột) hoặc mao quản lớn thì đường hấp phụ và giải hấp phụ trùng nhau, nếu nó chứa mao quản trung bình thì ở vùng áp suất 0,3-0,4 p/ps (ps áp suất bảo hòa) đường giải hấp phụ nằm cao hơn và đến một điểm nào đó. Ví dụ p/ps =0,85 lại trùng vào đường hấp phụ. Hiện tượng đó gọi là trễ mà một trong những nguyên nhân chủ yếu là ngưng tụ mao quản – sự hóa lỏng dưới áp suất bảo hòa. Giả thiết là mao quản có dạng hình trụ, trong đó xảy ra ngưng tụ mao quản . Vòm cầu lõm do chất lỏng tạo ra có độ lớn gọi là bán kính Kelvin, nó có mối liên hệ với áp suất trên đường đẳng nhiệt giải hấp phụ trong phương trình Kelvin: Với: : là thể tích mol của chất bị hấp phụ. : là sức căng bề mặt và góc thấm ướt . rk: chưa phải là bán kính của mao quản vì trước khi ngưng tụ các chất đã bị hấp phụ nhiều lớp có độ dày nhất định nào đó vì vậy bán kính của mao quản: Có nhiều phương pháp xác định t, thông dụng nhất là phương pháp Halsey: : độ dày thống kê của phân tử chất bị hấp phụ. K: hằng số phụ thuộc vào bản chất của chất hấp phụ. 1.3.3. Sử dụng phương trình BET để tính toán các thông số quá trình hấp phụ. Phương trình BET: BET lý thuyết là một quy tắc cho hấp phụ vật lý của các phân tử khí trên bề mặt rắn và là cơ sở cho một kỹ thuật phân tích quan trọng cho sự đo lường của diện tích bề mặt cụ thể . Khái niệm về lý thuyết là một phần mở rộng của lý thuyết Langmuir, mà là một lý thuyết cho các phân tử hấp phụ đơn lớp, để hấp phụ đa tầng với các giả thuyết sau: (a) các phân tử khí hấp thu vào cơ thể rắn trong một lớp vô hạn. (b) không có sự tương tác giữa mỗi lớp hấp phụ. (c) các lý thuyết Langmuir có thể được áp dụng cho từng lớp. The resulting BET equation is expressed - Phương trình BET kết quả được thể hiện bằng (1): P and P 0 are the equilibrium and the saturation pressure of adsorbates at the temperature of adsorption, v is the adsorbed gas quantity (for example, in volume units), and v m is the monolayer adsorbed gas quantity. c is the BET constant, which is expressed by (2): P và P 0 : là trạng thái cân bằng và áp lực của bão hòa của hấp phụ ở nhiệt độ hấp phụ. v : Là số lượng khí hấp phụ (ví dụ, trong các đơn vị khối lượng), v m : là số lượng khí hấp phụ đơn lớp. C : là hằng số BET, được thể hiện qua (2): E 1 is the heat of adsorption for the first layer, and E L is that for the second and higher layers and is equal to the heat of liquefaction . E 1 : là nhiệt hấp phụ cho các lớp đầu tiên. E L : là cho phần thứ hai và các lớp cao hơn và bằng với nhiệt của hóa lỏng. Hình: 1.3 Đường đẳng nhiệt hấp phụ BET plot Equation (1) is an adsorption isotherm and can be plotted as a straight line with 1 / v [( P 0 / P ) − 1] on the y-axis and φ = P / P 0 on the x-axis according to experimental results. Phương trình (1) là một đường đẳng nhiệt hấp phụ và có thể được vẽ như một đường thẳng với 1/ v [(P 0 / P) - 1] trên trục y và φ = P / P 0 trên trục x theo thử nghiệm kết quả.The linear relationship of this equation is maintained only in the range of 0.05 < P / P 0 < 0.35 . Mối quan hệ tuyến tính của phương trình này được duy trì chỉ trong khoảng 0,05 <P / P 0 <0,35. The value of the slope A and the y-intercept I of the line are used to calculate the monolayer adsorbed gas quantity v m and the BET constant c . Giá trị của các độ dốc A và các y-chặn I của dòng được sử dụng để tính toán khí hấp phụ đơn lớp m số lượng v và các c BET hằng số. The following equations can be used: Các phương trình sau đây có thể được sử dụng: The BET method is widely used in surface science for the calculation of surface areas of solids by physical adsorption of gas molecules. Phương pháp BET được sử dụng rộng rãi trong khoa học bề mặt để tính toán của các khu vực bề mặt của các chất rắn hấp phụ bằng vật chất của các phân tử khí. A total surface area S t o t a l and a specific surface area S are evaluated by the following equations: Một tổng diện tích bề mặt S t l ota và bề mặt một khu vực cụ thể S được đánh giá bởi các phương trình sau đây: A different equation is more likely to describe adsorption where the adsorbate exceeds a monolayer.N : số Avogadro, s : phần hấp phụ chéo, V : mol lượng khí hấp phụ a : mol trọng lượng Một phương trình khác nhau có nhiều khả năng để mô tả nơi hấp phụ, chất bị hấp phụ vượt quá một đơn lớp. The Brunauer-Emmett-Teller (BET)equation is:Các Brunauer-Emmett-Teller (BET) phương trình là: where C s = concentration at which all layers are filled C s : nồng độ mà tại đó tất cả các lớp được lấp đầy  K b = a coefficient K b : một hệ số Its assumptions are: Giả định của nó là: Adsorbed molecules stay putEnthalpy of adsorption is the same for any layer Nhiệt hấp phụ là như nhau cho bất kỳ lớp. Energy of adsorption is the same for layers other than the first Năng lượng của hấp phụ là như nhau cho các lớp khác nhau. A new layer can start before another is finished. Một lớp mới có thể bắt đầu trước khi một lớp kết thúc. It is important that many unusual adsorption isotherms are fitted well bythe BET equation. Điều quan trọng là nhiều isotherms hấp phụ khác thường được trang bị tốt bythe BET phương trình. This is to be expected when there are three coefficients to manipulate. The maximum loading, Q m , just multipiles to move the entire curve up and down. The coefficient, K b , has a major effect on shape. Điều này được kỳ vọng khi có ba hệ số để thao tác. Các tải tối đa, Q m, chỉ cần multipiles để di chuyển toàn bộ đường cong lên và xuống của hệ số, K b. Có một ảnh hưởng lớn đến hình dạng. The concentration at which all sites are saturated (maybe several layers) can be adjusted to get a portion of the isotherm. Nồng độ mà tại đó tất cả các trang web đang bão hòa (có thể một vài lớp) có thể được điều chỉnh để có được một phần của các isotherm.In other words, you can look at just part of the curve. Nói cách khác, bạn có thể xem chỉ là một phần của đường cong. As C approaches C s , the denomenator of the equation becomes small, and the curve shoots up. Theo phương pháp tiếp cận C C s, các denomenator của phương trình sẽ trở thành nhỏ, và những cành cong lên. 1.4. Cấu trúc bề mặt chất hấp phụ: Do đặc thù cấu trúc xốp, tỉ lệ giữa bề mặt và thể tích phần rắn trong chất xốp rất lớn. Tại bề mặt các liên kết hóa học của chất rắn trở nên mất liên tục . Ở các vị trí mà liên kết hóa học bị “đứt gãy” có năng lượng lớn hơn so với các vùng khác, để tồn tại được ở đó sẽ hình thành các liên kết hóa học mới có thành phần khác với mạng chất rắn. Môi trường chế tạo chất hấp phụ luôn gắn liền với oxy khí quyển và hơi nước nên các liên kết hóa học hình thành trên bề mặt thường chứa oxy, các nhóm này được gọi là nhóm chức bề mặt và tạo nên cấu trúc bề mặt của chất hấp phụ..Ngay một nhóm chức có cùng thành phần trên bề mặt thường có tính axit và bazơ yếu tùy thuộc vào vị trí và các nhóm xung quanh. Loại nhóm chức và mật độ của chúng trên bề mặt chất hấp phụ có thể được đánh giá qua phổ hồng ngoại hoặc chuẩn độ hóa học trực tiếp. Bằng các biện pháp biến tính người ta có thể tăng them hoặc loại bỏ bớt các nhóm chức bề mặt của chất hấp phụ. Oxy hoá than hoạt tính với hydroperoxit hoặc axit nitric tạo thêm các nhóm axit trên bề mặt tăng cường tính ưa nước của bề mặt. Xử lý nhiệt làm giảm mật độ của nhóm chức, đưa năng lượng bề mặt chất hấp phụ về dạng đồng nhất hơn 1.4.1 Khuếch tán các chất khí: Trong môi trường khí, hệ số khuyếch tán của một cấu tử có thể tính được từ lý thuyết động học chất khí một cách tương đối đơn giản vì các phân tử khí chuyển động mà không tương tác với nhau. Lý thuyết động học chất khí cho phép tính toán vận tốc chuyển động, sự phân bố vận tốc, mức độ và chạm giữa các phân tử khí và độ dài tự do trung bình của khí sau mỗi lần va chạm. Vận tốc trung bình của một chất khí được tính : K : là hằng số Boltzmann, R : là hằng số khí, m, M: là khối lượng phân tử và phân tử lượng của khí. Độ dài tự do trung bình là quãng đường mà phân tử khí thực hiện được sau mỗi lần va chạm. λ : độ dài tự do trung bình Z : số lần va chạm giữa các phân tử khí trong thời gian t σ: đường kính phân tử khí, c là nồng độ khí Trên cơ sở lập luận trên người ta tìm được ối quan hệ giữa hệ số khuyếch tán của một loại khí với các thông số đặc trưng. D = 13 λ. ϋ Hệ số khuyếch tán của một chất khí tỉ lệ với ϋ và λ: 1.4.2 Khuếch tán các chất khí trong chất rắn xốp. Chất rắn xốp có khoảng không gian trống trong hạt được đặc trưng là các mao quản có đường kính hiệu dụng, độ xốp và sự phân bố kích thước. Tùy thuộc vào tương quan giữa độ dài tự do trung bình của các phân tử khí và đường kính mao quản, khuếch tán khí trong đó có thể phân chia thành ba dạng theo cơ chế: Khuếch tán thường, khuếch tán Knudsen và kích hoạt. Khuếch tán thường xảy ra khi kích thước mao quản lớn hơn nhiều so với độ dài tự do trung bình của các phân tử khí. Khi chuyển động trong đó các phân tử khí tự do giống như trong môi trường khí, nói cách khác xác suất va chạm giữa các phân tử khí với thành mao quản lớn hơn nhiều nên nó khuếch tán thôn thường như trong pha khí. Hệ số khuếch tán của nó chính là hệ số khuếch tán trong pha khí DN = 13 λ. Ϋ Trường hợp đường kính mao quản nhỏ hơn độ dài tự do của khí, xác suất va chạm giữa khí với thành mao quản lớn hơn so với số va chạm giữa khí với nhau. Cơ chế khuếch tán này gọi là cơ chế khuếch tán Knudsen. Hệ số khuếch tán Knudsen được tính: Dk = 23 r. ϋ Trong đó r là bán kính mao quản. Hệ số khuếch tán Knudsen không phụ thuộc vào áp suất, tỉ lệ thuận với bán kính mao quản. Nếu quá trình hấp phụ là đẳng nhiệt, các phép tính để xác định số bậc lý tưởng sẽ giống như tính cho quá trình nhiều bậc nghịch dòng. Tuy nhiên, các thiết bị hấp phụ thường hoạt động ở điều kiện bậc nhiệt do đó nhiệt độ sẽ tăng đáng kể trong quá trình hấp phụ (và giảm trong quá trình nhả hấp). Vì đường cân bằng thay đổi theo số bậc nên phép tính được thực hiện cho từng bậc như trong quá trình hấp thu. Với n bậc đầu tiên, cân bằng cho dung chất bị hấp phụ là : Gtr(Y0 – Yn ) = Ltr(X1 – Xn+1) Và cân bằng enthalpy cho quá trình bậc nhiệt là: Gtr(HG0 – HGn ) = Ltr(HL1 – HLn+1) Với: HG : enthalpy của hỗn hợp khí – hơi , kJ/kg0C HL : enthalpy của chất rắn + chất bị hấp phụ, kJ/kg chất hấp phụ với nhiệt độ chuẩn là t0: HG = Cc(tG - t0)+ Y(CA(tG - t0)+rA0) Với : Cc : nhiệt dung riêng của chất khí, kJ/kg0C CA : nhiệt dung riêng của dung chất ở dạng hơi , kJ/kg0C rA0 :ẩn nhiệt hóa hơi của A tại t0, kJ/kg. HL = CB(tL – t0) + XCAL(tL – t0) + ΔHA Với : CB : nhiệt dung riêng của chất hấp phụ (cấu tử B), kJ/kg0C CAL : nhiệt dung riêng của dung chất A ở dạng lỏng , kJ/kg0C ΔHA : nhiệt tích phân của quá trình hấp phụ tại nồng độ X và nhiệt độ t0, kJ/kg chất hấp phụ. Pha khí và pha rắn rời khỏi mỗi bậc lý tưởng sẽ cân bằng về nồng độ và nhiệt độ. Phép tính dọ dẫm được sử dụng để giải quyết các phương trình trên cùng với các số liệu về cân bằng. 2. Chất hấp phụ và ứng dụng: 2.1 Chất hấp phụ: Ứng dụng hấp phụ để xử lí NO phương pháp đạt hiệu quả thấp do tính trơ NO ( NO có tính axít yếu) . Vì vậy trong nhiều trường hợp người ta chuyển cấu tử có tính axít yếu thành oxit có mức oxi hóa lớn hơn. NOx được hấp phụ mạnh bởi than hoạt tính. Tuy nhiên khi tiếp xúc với các oxít nitơ than có thể cháy và nổ. Ngoài ra, than có độ bền cơ học thấp và khi phục hồi có thể chuyển NOx thành NO. Khả năng hấp phụ NOx trên silicagen hơi thấp hơn so với than hoạt tính nhưng nó bền cơ học, không cháy, cũng giống như thanh hoạt tính khi tái sinh có thể từ NOx thành NO. Hiệu quả hấp phụ NOx bởi silicagen lớn, nồng độ còn lại trong khí chỉ còn 0,005%. Tuy nhiên do nguyên nhân kinh tế quá trình này trong công nghiệp không được thực hiện. Khả năng hấp thụ NOx của keo nhôm không cao, độ bền không cao. NOx có thể được hấp phụ bằng than bùn có tính kiềm trong thiết bị tầng sôi. Khi ứng dụng hỗn hợp than bùn với hiệu quả xử lý khí, chứa 0,1 – 2,0% NOx, khi thời gian tiếp xúc pha 1,6-3s , đạt 96 – 99%, bảo đảm nồng độ còn của NOx trong khí ở mức 0,01- 0,04%. Hiệu quả lớn hơn có thể đạt được khi dùng than bùn cải tạo bởi amoniac. Than bùn có khả năng oxi nitric thành nitrat. Khi xử lý 60 ngàn m3/h khí thải của xưởng axít sunfuric, chứa 0,3 -0,4% NOx , 0,3 % SO2 và 0,3g/m3 sương mù và giọt H2SO4 thu được kết quả sau. Lưu lượng than bùn 50% độ ẩm – 3 tấn/h , thiết bị hoạt động mỗi năm thu hồi 2520 tấn NOx, 3200 tấn SO2, 95 tấn H2SO4, ngoài ra còn thu được phân bùn nitơ chứa 15- 25% nitrat và sunfat amoni. Chi phí đầu tư và hoạt động theo than bùn thấp nhưng nhược điểm cơ bản là có khả năng than bùn tự bốt cháy. Bảng: 1 Các loại chất hấp phụ: Chất hấp thụ Đặc tính Ứng dụng Ưu điểm Nhược điểm Than hoạt tính Bề mặt kị nước hấp phụ các chất hữu cơ trong nước và không khí Tách các chất ô nhiễm có gốc hữu cơ Giá rẻ, dùng trong xử lý môi trường Khó tái sinh nếu bị đóng cặn, có thể bắt cháy khi tái sinh Silicalite Bề mặt lị nước, đặc trưng hấp phụ tương tự than hoạt tính Tách các chất hữu cơ từ dòng khí Có thể đốt bỏ dể hơn than hoạt tính Giá thành cao hơn than hoạt tính Chất hấp phụ cao phân tử Thường là copolymer của styren/ divinyl benzen Tách các chất hữu cơ từ dòng khí Không gặp vấn đề đóng cặn như than hoạt tính Mắc hơn than hoạt tính Chất hấp phụ sinh học Bùn hoạt hóa trên chất mang xốp Tách các chất hữu khỏi dòng Không cần tái sinh Tỉ lệ tách thấp hơn các chất hấp Than hoạt tính – Than hoạt tính là một chất gồm chủ yếu là nguyên tố carbon ở dạng vô định hình (bột), một phần nữa có dạng tinh thể vụn grafit (ngoài carbon thì phần còn lại thường là tàn tro, mà chủ yếu là các kim loại kiềm và vụn cát). Than hoạt tính có diện tích bề mặt ngoài rất lớn, nếu tính ra đơn vị khối lượng thì là từ 500 đến 2500 m2/g (lấy một ví dụ cụ thể để so sánh thì: một sân quần vợt có diện tích rộng khoảng chừng 260 m2), do vậy mà nó là một chất lý tưởng dùng để lọc hút nhiều loại hóa chất. Bề mặt riêng rất lớn của than hoạt tính là hệ quả của cấu trúc xơ rỗng mà chủ yếu là do thừa hưởng từ nguyên liệu hữu cơ xuất xứ, qua quá trình chưng khô (sấy) ở nhiệt độ cao, trong điều kiện thiếu khí. Phần lớn các vết rỗng - nứt vi mạch, đều có tính hấp thụ rất mạnh và chúng đóng vai trò các rãnh chuyển tải (kẽ nối). Than hoạt tính thường được tự nâng cấp (ví dụ, tự rửa tro hoặc các hóa chất tráng mặt), để lưu giữ lại được những thuộc tính lọc hút, để có thể thấm hút được các thành phần đặc biệt như kim loại.nặng. bột. Hình:1.4Than hoạt tính dạng Hình:1.5Bề mặt than hoạt tính 2.2 Chất bị hấp phụ: Chất bị hấp phụ tồn tại dụa trên cơ sở Lọc cơ học, giữ lại các hạt cặn bằng những lỗ nhỏ, Hấp thụ các tạp chất hòa tan trong nước bằng cơ chế hấp thụ bề mặt hoặc trao đổi ion. Thông qua đó các chất bị giử lại bên trên bề mặt pha rắn. Bị giử lại trên bề mặt và tạo thành lớp màng bám trên bề mặt chất hấp phụ làm cho quá trình hấp phụ diễn ra ngày một nhậm đi. Nên phải thay thế chất hấp phụ theo định kỳ thì mới đạt hiệu quả cao cho quá trình hấp phụ. . Hình: 1.5 Sự di chuyển của các chất bị hấp phụ trên bề mặt riêng của chất hấp phụ Hình: 1.6 Bề mặt than hoạt tính sau khi diễn ra quá trình hấp phụ Bảng: 2 Thông số kỹ thuật than hoạt tính: Độ hấp phụ (Mmol/g) Bề mặt riêng (m2/g) Tổng lỗ xốp (cm3/g) Thể tích lỗ bé (cm3/g) Thể tích lỗ trung (cm3/g) Thể tích lỗ to (cm3/g) % Tẩy màu Độ ẩm (%) Độ tro (%) Độ bền (%) 4,11-10,07 800-1800 1,25-1,6 0,34-0,79 0,027-0,102 0,36-0,79 42-75 5-8 5 (Max) >96 * Tác dụng:Than hoạt tính là vật liệu vô cơ có khả năng hấp thu rất tốt các hợp chất màu, mùi làm cho nước sau khi lọc trong hơn và không có mùi lạ. Ngoài ra than hoạt tính còn có khả năng hấp thu các hợp chất hữu cơ như dư lượng thuốc bảo vệ thực vật, các thành phần hữu cơ từ động thực vật phân hủy. Tóm lại than hoạt tính hấp thu rất nhiều hợp chất độc hại đến sức khoẻ con người, nên than hoạt tính được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong xử lý nước sinh hoạt. Than hoạt tính lọc nước qua hai quá trình song song: Lọc cơ học, giữ lại các hạt cặn bằng những lỗ nhỏ. Hấp thụ các tạp chất hòa tan trong nước bằng cơ chế hấp thụ bề mặt hoặc trao đổi ion. *Các dạng than hoạt tính: Hình: 1.7 Than hoạt tính dạng bột cám, dạng hạt nhỏ,dạng khối đặc 1. Dạng bột cám (Powered - PAC) đây là loại được chế tạo theo công nghệ cũ, nay thường được sử dụng trong sản xuất pin, ac-quy. Có một số nhà sản xuất dùng loại này trộn với keo để đúc thành những ống than nhìn giống như dạng thứ 3 dưới đây. 2.Dạng hạt (Granulated - GAC) là những hạt than nhỏ, rẻ tiền, thích hợp cho việc khử mùi. Tuy nhiên, nước thường có xu hướng chảy xuyên qua những khoảng trống giữa những hạt than thay vì phải chui qua những lỗ nhỏ. 3. Dạng khối đặc (Extruded Solid Block – SB) là loại hiệu quả nhất để lọc cặn, khuẩn Coliform, chì, độc tố, khử mầu và khử mùi clorine. Loại này được làm từ nguyên một thỏi than, được ép định dạng dưới áp xuất tới 800 tấn nên rất chắc chắn *Ưu điểm: Than hoạt tính là vật liệu hấp thu đa năng, không làm thay đổi các tính chất hoá lý của nước, là vật liệu lọc được bán rộng rãi ở thị trường, có giá thành hợp lý và đã sản xuất được ở trong nước. Sau một thời gian sử dụng có thể tái chế để sử dụng lại, không gây ô nhiễm môi trường khi thải loại. Thuộc tính làm tăng ý nghĩa của than hoạt tính là: nó là chất không độc (kể cả một khi đã ăn phải nó). Giá thành sản xuất rẻ (được tạo từ gỗ thành than hoạt tính và từ nhiều phế chất hữu cơ khác, ví dụ: từ vỏ, xơ dừa). Xử lý chất thải rất dễ sau khi đã dùng (bằng cách đốt). Nếu như các chất đã được lọc là những kim loại nặng thì việc thu hồi lại, từ tro đốt cũng rất dễ. *Ứng dụng: Trong y tế (Carbo medicinalis – than dược): để tẩy trùng và các độc tố sau khi bị ngộ độc thức ăn, Trong công nghiệp hóa học: làm chất xúc tác và chất tải cho các chất xúc tác khác, Trong kỹ thuật thì làm một thành phần của cái lọc khí (trong đầu lọc thuốc lá, cũng như trong tủ lạnh và máy điều hòa nhiệt độ). Trong xử lý nước (hoặc lọc nước trong gia đình): để tẩy các chất bẩn vi lượng.Phòng tránh tác hại của tia đất. * Hiệu suất lọc sẽ tùy thuộc chủ yếu vào những yếu tố: 1) Tính chất vật lý của Than hoạt tính, như kết cấu, kích thước, mật độ lỗ, diện tích tiếp xúc 2) Tính chất lý hóa của các loại tạp chất cần loại bỏ 3) Thời gian tiếp xúc của nước với than hoạt Chú ý: Than hoạt tính chỉ có tác dụng với một lượng nước nhất định. Sau khi lọc được một khối lượng nước theo chỉ định của nhà sản xuất (chỉ những hãng uy tín mới chỉ định theo tiêu chí này), than sẽ không còn khả năng hấp thụ mùi nữa. 3. Một số mô hình sử dụng quá trình hấp phụ: Qúa trình hấp phụ là quá trình được sử dụng khá phổ biến trong các ngành hóa học, môi trường….Qúa trình hấp phụ được sử dụng để hấp phụ các chất hóa học ở thể lỏng hoặc hơi trong hỗn hợp rất là hiệu quả. Trong các chất hấp phụ được ứng dụng nhiều nhất và phổ biến nhất, đem lại hiệu quả cao và chi phí thấp đó là than hoạt tính. Sau đây là một số mô hình sử dụng quá trình hấp phụ. Hinh: 1.8 Sử dụng carbon hoạt để lọc nước sinh hoạt Nước được lọc qua than hoạt tính sẽ xảy ra hai quá trình song song ,Lọc cơ học, giữ lại các hạt cặn bằng những lỗ nhỏ và Hấp thụ các tạp chất hòa tan trong nước bằng cơ chế hấp thụ bề mặt hoặc trao đổi ion. Ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết vander walls yếu của hấp phụ vaatj lý. Còn hấp phụ hóa học Có những lực hóa trị mạnh(do các liên kết bền của liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí…) liên kết những phân tử hấp phụ và những phân tử bị hấp phụ tạo thành những hợp chất hóa học trên bề mặt phân chia pha như (hình 1.6). Hình: 1.9 Vòi lọc nước và bình lọc nước sử dụng bằng than hoạt tính Hinh: 1.10 Mặt nạ phòng độc Hình: 1.11 Bình lọc nước bằng than hoạt tính Hình: 1.12 Cấu tạo của thiết bị lọc nước có sử dụng than hoạt tính  MỤC LỤC