Giới thiệu lịch sử phát triển của than hoạt tính

Chia sẻ: Me Tran | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

178
lượt xem 42
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Than hoạt tính được loài người sử dụng và sản xuất. Vào thế kỷ thứ 3 người Trung Hoa dã sản xuất ra mực tàu chất lượng cao. Trong thành phần của mực này có muội than được sản xuất bằng cách đốt cháy dầu mỡ dưới bát sành úp ngược.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giới thiệu lịch sử phát triển của than hoạt tính

Giới thiệu lịch sử phát triển của than hoạt tính 1
Phần I Giới thiệu lịch sử phát triển của than hoạt tính I-/ Giới thiệu chung. Than hoạt tính được loài người sử dụng và sản xuất. Vào thế kỷ thứ 3 người Trung Hoa dã sản xuất ra mực tàu chất lượng cao. Trong thành phần của mực này có muội than được sản xuất bằng cách đốt cháy dầu mỡ dưới bát sành úp ngược. Trải qua nhiều thế kỷ với nhu cầu sử dụng cao. Vào năm 1870 than hoạt tính đã có mặt trên thị trường thương mại, với nhu cầu về sử dụng nó có tên gọi chung là “bồ hóng” nguyên liệu đầu để sản xuất là dầu mỡ nhựa tinh chế [245-2]. Năm 1872 với sự ngiên cứu của các tác giả Haworth và Lamb, hai ông đã đưa ra loại than hoạt tính sử dụng nguyên liệu đầu là khí tự nhiên được sản xuất nhiều ở New Cumberlan, West Virginia(Mỹ). Năm 1892 ở Mỹ đã sảnm xuất ra loại than hoạt tính gọi là than máng. Do sáng chế của tác giả John MacNatte. Năm 1916 Braun và Ulinger đã đưa ra phương pháp nhiệt phân để sản xuất than hoạt tính. Năm 1943 ở bang Texas than hoạt tính được sản xuất bằng phương pháp lò (lò khí, lò lỏng) với tổ chức quy mô công nghiệp lớn hơn hiện đại hơn. Cho đế naycác phương pháp sản xuất trên được áp dụng rộng rãi và sản xuất ra nhiều loại than khác nhau đáp ứng nhu cầu sử dụng cho các nghành công nghiệp nói chung và ngành công nghiệp cao su nói riêng. Than hoạt tính được sản xuất với tổng sản lượng lớn nhất và quy mô công nghiệp lớn nhất ở nước Mỹ. Sau đó đến các nước phương tây. Các phương pháp sản xuất chủ yếu ở Mỹ dùng ba phương pháp chính : 1_Phương pháp sản xuất than máng. 2_Phương pháp sản xuất nhiệt phân. 3_Phương pháp sản xuất lò. Từ những phương pháp trên mà đưa ra rất nhiều loại than khác nhau với các tính chất khác nhau, ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Từ đó rút ra khái niệm chung của than hoạt tính :là sản phẩm cháy không hoàn toàn của các hợp chất cácbua hydro. 2
Phần II Tổng quan về tính chất hoá học, vật lý của than hoạt tính Than hoạt tính được sản xuất và bán trên thị trường quốc tế rất đa dạng. Mỗi loại than đều có công dụng riêng biệt đáp ứng nhu cầu của công nghiệp nói chung, công nghiệp gia công cao su nói riêng. Tuy nhiên xét về mặt hoá học và đặc trưng kỹ thuật thì chúng có những đặc điểm chung quyết định đến khả năng tăng cường lực cho cao su. Những luận điểm chung đó là [166-1]. *Cấu tạo hoá học. *Mức độ phân tán. *Cấu trúc của than. *Khối lượng riêng của than. Và các đặc trưng khác. I-/ Những đặc trưng về tính chất vật lý. 1- Kích thước hạt và bề mặt riêng của than hoạt tính[167-1]. Trong quá trình sản xuất do có sự va chạm, khuấy trộn. Các hạt than sơ khai thường có cấu trúc khối cầu hoặc gần với khối cầu. Các khối cầu nằm bên nhau trong hỗn hợp phản ứng lại liên kết với nhau làm tăng kích thước của hạt để giảm năng lượng tự do bề mặt và tạo thành các chuỗi. Những chuỗi thay đổi này không những trong quá trình sản xuất than mà cả trong quá trình gia công giữa than hoạt tính và cao su. Có các phương pháp sản xuất than hạot tính khác nhau nên có các laọi than hoạt tính có tính chất khác nhau, hình dạng kích thước hạt khác nhau. Nên trước khi đưa vào sử dụng cần xác định được các thông số(kích thước hạt, diện tích riêng bề mặt hạt than.). Vì những thông số này là một trong những nhân tố ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của cao su tăng cường lực bằng than hoạt tính. Người ta đã dùng hai phương pháp để xác định kích thước hạt than, diện tích riêng bề mặt, đó là : *Phương pháp kính hiển vi điện tử. *Phương pháp hấp phụ lên bề mặt. 3
Vì các kích thước hạt, diện tích bề mặt của than khác nhau nên giá trị tính toán thường lấy giá trị trunh bình Phương pháp xác định trực tiếp bằng kính hiển vi điện tử cho ta giá trị đường kính trung bình hạt than với các phương pháp sản xuất than khác nhau: Ví dụ than máng đường kính hạt trung bình là 100-300A0. Lò lỏng đường kính hạt trung bình là 180-600A0. Lò khí đường kính hạt trung bình 400-800A0. Phương pháp nhiệt phân đường kính hạt trung bình lớn nhất là 1400- 4000A0. Người ta đã đưa ra được công thức tính đường kính trung bình của hạt than hoạt tính [245-2]. Σn*d Dn = ----------- Σn Trong đó n là số hạt. d là đường kính hạt. Kích thước hạt cũng xác định bằng phương pháp gián tiếp nhờ phương pháp hấp phụ theo BET. 2 - Diện tích bề mặt riêng của hạt than hoạt tính: *Phương pháp tính toán hình học, phương pháp tính tón theo lượng chất lỏng phân tử thấp hoàn toàn trơ hoá học với than hoạt tính nhưng được hấp phụ lên bề mặt của than hoạt tính. Theo phương pháp thứ nhất các kích thước hình học của than hoạt tính được xác định bằng kính hiển vi điện tử. Nừu chấp nhận các hạt than hoạt tính có dạng khối cầu về bề mắt các hạt than phẳng nhẵn tuyệt đối. Diện tích bề mặt hình học riêng Sh được tính theo công thức Sh = 6/ρ.DA ; [168-1] Trong đó : ρ là khối lượng riêng của than hoạt tính. DA đường kính bề mặt trung bình hạt than. Σn.d3 DA = --------- Σn.d2 4
Trong đó n là số hạt, d là đường kính hạt. Diện tích bề mặt riêng được xác định theo phương pháp này gọi là diện tích bề mặt hình học riêng (Sh). Theo phương pháp thứ hai diện tích bề mặt riêng được xác định theo lượng chất lỏng phân tử thấp hoàn toàn trơ hoá học với than hoạt tính, nhưng hấp phụ lên bề mặt than hoạt tính. Trong số chất lỏng phân tử thấp thường dùng là Nitơ ở nhiệt độ sôi của nó, các dung dịch Iốt và Phênol. Diện tích riêng bề mặt được tính toán bằng phương pháp này được gọi là diện tích hấp phụ riêng Sp . Giá. trị Sp cho mỗi chất lỏng hấp phụ khác nhau thì khác nhau, vì chất lỏng có phân tử lượng lớn hơn càng kém hấp phụ bao phủ lên vết xước xủa hạt than. Để đánh giá mức độ phẳng nhẵn bề mặt các cấu trúc than có thể sử dụng tỷ số giưa diện tích hấp phụ riêng và diện tích bề mặt hình học riêng. Tỷ số này càng lớn bề mặt tiếp xúc giữa hai pha Polyme - chất độn càng nhiều và mức độ tăng cường lực càng cao. Ngược lại ở những vết xước khi các mạch đại phân tử quá lớn không che phủ được toàn bộ bề mặt than các chất trong hệ thống lưu hoá, phòng lão. Sẽ bị hấp phụ vào đó làm động học cũng như mức độ lưu hoá cao su bị thay đổi nhiều. Tính chất cơ lý và tính năng sử dụng của vật liệu ít được tăng cường. 3 - Cấu trúc vật lý của than hoạt tính [169-1]. Cấu trúc của than hoạt tính được đánh giá bằng mức độ phát triển cấu trúc bậc nhất của nó. Mức độ phát triển cấu trúc chuối phụ thuộc vào phương pháp sản xuất phụ thuộc vào nguyên liệu đầu đưa vào sản xuất than. Cấu trúc bậc nhất phất triển mạnh nhất trong than sản xuất bằng phương pháp lò. Liên kết hoá học C - C đảm bảo cho cấu trúc có độ bền cao. Số lượng các hạt than sơ khai có cấu trúc dao động từ vài hạt đỗi với than có cấu trúc thấp đến 600 hạt đối với than có cấu trúc cao. Trong thời gian bảo quản than hoạt tính các cấu trúc bậc nhất của than tiếp xúc với nhau, liên kết lại với nhau tạo thành liên kết bậc hai của than hoạt tính. Mức độ bền vững của cấu trúc bậc hai phụ thuộc vào độ bền liên kết giữa các cấu trúc bậc nhất và dao động trong khoảng độ bền của liên kết Vandecvan đến độ bền liên kết hydro có trong than. Cấu trúc bậc hai càng bền vững khi các hạt than có kích thước càng nhỏ, mức độ nhám của bề mặt càng lớn và hàm lượng các nhóm chứa oxy trên bề mặt than càng cao. Cấu trúc bậc hai của than hạot tính bị phá huỷ hết khi hỗn luyện với cao su các cấu trúc này 5
tuy nhiên có thể tái hình thành khi bảo quản thành phẩm, lưu hoá và ngay cả khi sản phẩm đã lưu hoá. Cấu trúc của than hoạt tính có thể xác định trực tiếp bằng kính hiển vi điện tử và cố thể đánh giá gián tiếp qua lượng dầu được than hoạt tính hấp phụ (trị số dầu của than). Trị số dầu của than hoạt tính là lượng dầu hay lượng chất lỏng không bốc hơi ml, trơ hoá học với than hoạt tính nhưng được hấp phụ lên bề mặt của than bịn ướt tạo tthành bột nhão. Theo lý thuyết lượng dầu hấp phụ này chính là khoảng không gian giữa các hạt than khi hạt than này nằm sát với hạt kia. Nếu cấu trúc của than càng lớn mức độ kết bó chặt chẽ của than giảm lượng dầu cần thiết để trộn miết với than càng nhiều hơn. Như vậy trị số dầu là đại lượng tổng hợp để đánh giá giá trị diện tích bề mặt riêng và mức độ cấu trúc của than hoạt tính. 4 - Khối lượng riêng của than hoạt tính. [170-1]. Khối lượng riêng than hoạt tính là đại lượng phụ thuộc vào phương pháp xác định nó. Chẳng hạn nếu dùng như rượu, axêtôn để xác định khối lượng riêng cho than hoạt tính thì rượu và axêtôn lại là các phân tử quá lớn không luồn lỏi vào các khe, kẽ giữa của các hạt than, trên bề mặt của hạt than. Như vậy thể tích do các hạt than chiếm sẽ lớn và khối lượng riêng sẽ nhỏ hơn khối lượng riêng thực của than. Khối lượng riêng của than hoạt tính xác định bằng phương pháp này dao động trong khoảng từ 1800-1900 kg/m3. Khi xác định khối lượng riêng của than hoạt tính trong Heli lỏng nhận được giá trị từ 1900-2000kkg/m3. Khối lượng riêng của than hoạt tính được tính toán theo hằng số mạng tinh thể nhận giá trị từ 2180-2160kg/m3. Than hoạt tính dạng bột là các hạt nằm ở sát bên nhau và ở các góc cạnh, các cung là không khí vì thế khối lượng riêng của nó nhỏ hơn nhiêù và dao động từ 80-300kg/m3 phụ thuộc vào mức độ phát triển cấu trúc của than. Than có cấu trúc càng lớn khoảng trống giữa các cấu trúc càng nhiều và giá trị khối lượng riêng càng nhỏ. Qua ứng dụng của than hoạt tính người ta thấy rằng giá trị khối lượng riêng 1860kg/m3 thường được sử dụng khá phổ biến. Trong công nghệ gia công cao su người ta thường sử dụng loại than hoạt tính có khối lượng riêng là 1800kg/m3 [252-2]. II-/ Đặc trưng về mặt hoá học của than hoạt tính [161-1]. Phân tích cấu tạo và cấu trúc của than hoạt tính bằng tia Rơnghen cho thấy các hạt than hoạt tính có cấu trúc mạng phẳng cóa cấu tạo từ các vòng 6
Cacbon(vị trí sắp xếp các nguyên tử cácbon trong vòng giống vị trí sắp xếp các nguyên tử cácbon trong Benzen). Các nguyên tử Cácbon liên kết với nhau bằng liên kết hoá học được biểu diễn hình dưới đây. Khoảng 3-7 mạng các bon phẳng như vậy sắp xếp thành từng lớp mạng này lên mạng khác nhưng không trồng khít và chính xác như nhau mà các nguyên tử cácbon ở các mạng khác nhau nằm lệch nhau tạo thành các tinh thể sơ khai của than hoạt tính, lực liên kết giữa các nguyên tử cácbon trong một mạng. Khoảng cách giữa các nguyên tử cácbon trong cùng một mạng là 1,42 A0 khoảng cách giữa các nguyên tử cácbon tương ứng ở hai mạng kề nhau là 3,6- 3,7A0 Trong mỗi tinh thể sơ khai của than hoạt tính chứa khoảng 100-200 nguyên tử cacbon. Các tinh thể sơ khai sắp xếp tự do và liên kết với nhau để tạo thành các hạt than đầu tiên. Số lượng các tinh thể sơ khai trong hạt than quyết định kích thước của hạt than, chằng hạn than hoạt tính được sản xuất bằng phương pháp khuyếch tán MacDG-100 chứa từ 5000-10000 tinh thể. 7
Trong quá trình sản xuất do có sự va chạm, khuấy trộn các hạt than sơ khai thường có khối cầu hoặc gần khối cầu. Các khối cầu nằm bên trong hỗn hợp phản ứng lại liên kết với nhau nhằm tăng kích thước của hạt để giảm năng lượng tự do bề mặt và tạo thành các chuỗi. Hình dạng và kích thước của chuối phụ thuộc vào tính chất của từng loại than. Các chuỗi hạt như vậy được gọi là cấu trúc hạt bậc nhất của than hoạt tính. Trong tinh thể khối của hạt than hoạt tính các nguyên tử cácbon nằm ở mặt ngoài (nguyên tử cácbon cạnh hoặc mép) có mức độ hoạt động hoá học lớn và vì, vậy nó là trung tâm của các quá trình ôxy hoá tạo cho bề mặt thn hàng loạt các nhóm hoạt đọng hoá học khác như nhóm hydroxyl, cácbôxyl, cácbônyl, xêtôn... được biểu diễn như sau. Ngoài Cácbon trong thành phần hoá học của than hoạt tính còn có hydro, lưu huỳnh, ôxy và các khoáng chất khác. Các nguyên tử này được đưa vào than hoạt tính cùng với nguyên liệu đầu và trong quá trình ôxy hoá. Sự có mặt của các hợp chất chứa ôxy trên bề mặt than hoạt tính được chính minh bằng phản ứng axít huyền phù trong nước của than hoạt tính. Sự có mặt của các khoáng chất trong than hoạt tính cho phản ứng kiềm yếu. Bảng 1 thành phần nguyên tố một số loại than hoạt tính [252-2]. 8
Hàm lượng % Loại Cacbon Oxy Hyđro Chất dễ bay hơi Tăng cường máng 95,2 3,6 0,6 5 Bán tăng cường lò 99,2 0,4 0,3 1,2 Tăng cường lò lỏng 98,2 0,8 0,3 1,4 Nhìn chung tuỳ vào từng loại than với các phương pháp sản xuất khác nhau nên thành phần của chúng cũng khác nhau nhưng nó than hoạt tính nằm trong giới hạn cho phép : Cácbon 80-99,5% Hydro 0,3-1,3% Oxy 0,5-15% Nitơ 0,1-0,7% Lưuhuỳnh 0,1-0,7%[142-4]. Sự có mặt các nhóm phân cực trên bề mặt than hoạt tính là yếu tố quan trọng quyết định khả năng tác dụng hóa học, lý học của than hoạt tính với các nhóm phân cực, liên kết đôi có trong mạch đại pjhân tử. Dựa vào thành phần các nguyên tố hoá học của than hoạt tính có thể chọn loại than thích hợp cho từng loại cao su để đạt được lực tác dụng giữa than và mạch cao su lớn nhất Bảng 2 - tóm tắt tính chất của một số loại than Đường Nguyên liệu Diện tích bề mặt Hàm lượng chất Loại than và công dụng Ký hiệu kính TB pH đầu hấp phụ N2 m2/g dễ bay hơi% hạt A0 Than máng Khí thiên +Tăng tính công nghệ EPC 300-290 100 5 5 nhiên Khí thiên +Cán tráng khá tốt MPC 250-280 110-120 5 5 nhiên Than lò khí Dầu hoặc khí +Phân tán nhỏ FF 400-500 40-50 1,0 8-9 thiên nhiên Dầu hoặc khí +Môđun cao HMF 600 30-10 1,0 8-9 thiên nhiên Dầu hoặc khí +Bán tăng cường SRF 600-800 25-30 1,0 8-9 thiên nhiên Than lò lỏng +Chống mài mòn siêu cao SAF Dầu 180-220 90-125 1,0 8-9 +Tăng khả năng chống mài ISAF Dầu 230-250 115 1,0 8-9 9
mòn rất tốt +Độ bến kết cấu thấp ISAF-LS Dầu 200-230 110-130 1,5 8-9 +Độ bến kết cấu cao ISAF-HS Dầu 225 110-120 1,5 8-9 +Tăng khả năng chống mài HAF Dầu 260-280 74-100 1,5 8-9 mòn cho cao su lưu hoá +Thông dụng GPF Dầu 500-550 15-30 1,0 9 +Tăng khả năng dẫn điẹn CF Dầu 210-290 125-200 1,5-2 8-9 Nhiệt phân Khí thiên +Cực mịn FT 1800 13 0,5 9 nhiên Khí thiên Mức độ phân tán trung bình MT 4700 7 0,5 8 nhiên 10
Phần 3 Công nghệ sản xuất than hoạt tính ở Mỹ. I-/ Giới thiệu: Từ thời xa xưa loài người đã dùng công cụ thô sơ đẻ tạo ra một lượng “muội”, để sử dụng vào mục đích riêng của mình, thời đó chỉ sử dụng theo cảm giác. Trải qua nhiều thế kỷ người ta đã nghiên cưu thấy tác dụng đích thực của than hoạt tính không những về đặc trưng kỹ thuật, mà còn cả về mặt kinh tế. Vì vậy, với sự nghiên cứu và tìm tòi để dưa vào sử dụng sản xuất mang tính chất công nghiệp hơn nó được xuất hiện đầu tiên ở Mỹ. Nước Mỹ cũng là nước phát triển sản xuất than hoạt tính hàng đầu thế giới chiếm hơn 1/2tổng sản lượng than hoạt tính của thê sgiới. Công nghệ nghhiên cứu và đi vào sản xuất ở Mỹ, sử dụng 3 phương pháp chính đó là : 1- Phương pháp sản xuất than máng. 2- Phương pháp sản xuất than lò : + Lò khí. +Lò lỏng. 3- Phương pháp sản xuất nhiệt phân. Nguyên liệu đầu để đưa vào sản xuất có hai loại chính đó là : khí thiên nhiên và dầu mỏ. Để thấy được các phương pháp sản xuất than hoạt tính ta đi sâu vào nghiên cứu từng phương pháp một. 1- Phương pháp sản xuất than máng [256-2]. Phương pháp sản xuất than máng sử dụng nguyên liệu đầu là khí thiên nhiên, hay khí thiên nhiên được làm giầu thêm dầu, nhiệt độ là 11000C. Cấu tạo nhà kính : được cấu tạo bởi các vật liệu hợp kim có kích thước : Chiều dài 30-38 m Chều rộng 2,5-3,6 m Chiều cao là 2,5 m Trong mỗi nhà kính có khoảng 2000 - 4000 ngọn lửa thoát ra từ những máng dược chuyển động qua lại chậm chạp, hay những trục quay. Đầu phun có thể cung cấp tới 0,5 - 0,8 m3/h, được cung cấp bởi 3-5 ống dẫn (Burner pipe). Than lắng được tách ra bằng những cái nạo và dược thu lại, vận chuyển bằng 11
những trục vít mang đi sử lý ttiếp theo như (làm sạch, nghiền...) để đạt được kích thước hạt yêu cầu. Hiệu suất đối với phương pháp sản xuất này đạt rất thấp chỉ 5% hay nhỏ hơn, đường kính trung bình hạt trong khoảng 9 nm -30nm phương pháp sản xuất này ngày nay hầu như không sử dụng để sản xuất than hoạt tính vì nhiều lý do liên qua đến chất lượng, hiệu suất, môi trường.... Dây chuyền sản xuất được biểu diển ở hình 1. 2- Phương pháp nhiệt phân [204-3]. Phương pháp nhiệt phân là quá trình phân ly khí thiên nhiên ở nhiệt độ 13000C. Nguyên liệu đầu để sản xuất là khí thiên nhiên, nhiệt độ 13000C, dùng hai lò hình trụ đường kính là 4m chiều cao là 10m. Được kết cấu bằng gạch chịu lửa, quá trình hoạt động tuần hoàn (khí thiên nhiên được dưa vào lò 1 được ra nhiệt tạo thànhCácbon và Hydro, Cácbon được tách riêng và được thu lại Hydro được dùng làm nhiên liệu đốt cháy lò 2). Hiệu suất đối phương pháp sản xuất này đạt 40-50%, đường kính trung bình hạt là 120-500nm. Phương pháp sản xuất này đang được sử dụng để sản xuất than hoạt tính với sản lượng đưa ra thị trường không nhiều, nó, thường đưa ra hai loại than chính đó là MT và FT. Dây chuyền sản xuất than hoạt tính bằng phương pháp nhiệt phân được biểu diễn bằng hình 2. 3- Phương pháp sản xuất than lò. Hầu hết than hoạt tính được sử dụng ngày nay đều được sản xuất bằng phương pháp lò. Phương pháp sản xuất lò có tổng sản lượng cung cấp ra thị trường đạtkhoảng 85-95% so với tổng sản lương than hoạt tính mà Mỹ cung cấp ra thị trường thế giới. Phương pháp lò người ta phân ra làm hai phương pháp sản xuất đó là : a-Phương pháp sản xuất lò khí. b-Phương pháp sản xuất lò lỏng. Phương pháp sản xuất lò nói chung là sự đốt cháy không hoàn toàn khí thiên nhiên hay dầu nặng trong lò chịu nhiệt a -Phương pháp sản xuất lò khí [258-2]. 12
Nguyên liệu đầu là khí thiên nhiên nhiệt độ là 12000C thiết bị gồm : đầu đốt, lò, thiết bị làm lạnh, hệ thống thu hồi than. Cấu tạo lò có thể là hình chữ nhật hay hình trụ được đặt nằm ngang. - Nếu là hình chữ nhật có kích thước là 1m x 2,5m x 3,6m. - Nếu là hình trụ có đường kính là 1,4m, chiều dài là 8m dùng 6 đầu đốt (Burner) trong một lò. Trong một dây chuyền sản xuất thường có 3-5 lò. Phương pháp sản xuất phụ thuộc vào tỷ lệ giữa không khí và khí thiên nhiên được đốt cháy phạm vi là 4-6, phụ thuộc vào yêu cầu của từng loại than, tăng lượng không khí thì tăng nhiệt độ lò, giảm hiệu suất và kích thước hạt hay ngược lại. Hiệu suất đối với phương pháp sản xuất này đạt 30-40% đường kính trung bình của hạt là 50-87nm, có ba loại than được sản xuất bằng phương pháp đó là loại SRF, HMF, FF ba loại này có tính chất khác nhau và công dụng khác nhau. Dây chuyền sản xuất lò khí được biểu diễn ở hình 3. b-Phương pháp sản xuất lò lỏng. Nguyên liệu đầu là những Hydro Cácbon lỏng (dầu nặng, nhựa than đá...). Nhiệt độ là 1200-16000.C. Cấu tạo gồm: đầu đốt, lò, thiết bị làm lạnh, hệ thống thu hồi than. Lò được kết cấu bằng những kim loại chịu nhiệt chịu va đập đối với loại lò này có rất nhiều kiểu chiều dài trong khoảng 1,4-4 m, đường kính 1,5-8m. Hiệu suất đạt được với phương pháp sản xuất lò lỏng 45-80%, đường kính hạt 14-90nm. Phương pháp sản xuất này sản xuất ra rất nhiều loại than khác nhau cả về tính chất và công dụng bao gồm các loại than : GPF, FEF, HAF, HAF –HS, HAF-LS, ISAF, SAF, CF... Tổng sản lượng than hoạt tính được sản xuất ra từ phương pháp lò lỏng có thể chiếm tới 70% tổng sản lượng than hoạt tính của Mỹ sản xuất ra thị trường thế giới. Phương pháp này rất thông dụng cả về nguyên liệu đầu lẫn vận hành sản xuất nên không những ở Mỹ áp dụng phương pháp sản xuất này mà còn ở các nước phương tây, các nước Châu á (Nhật bản). Bảng 3 - tóm tắt của ba phương pháp sản xuất than hoạt tính. Năm Nguyên Nhiệt Hsuất Quy trình hoạt Phương pháp Sản phẩm liệu đầu độ 0C % động Than máng 1915 Khí thiên Nhiều ngọn lửa va chạm 1100 0,5-5% Kích thước hạt nhỏ 9- nhiên đến bế mặt làm lạnh 30nm,cấu trúc nhỏ, ôxy hoá cao, sử lý chậm trong gia công cao su. Nhiệt phân 1922 Khí thiên Nhiệt phân ly, đươc cấp 1300 40-50% Kích thườc hạt lớn 120-500nm 13
nhiên nhiệt cấu trúc nhỏ. Khí lò 1922 Khí thiên Cháy một phân trong lò 1200 30-40% Kích thước hạt trung bình 50- nhiên chịu nhiệt 87nm, cấu trúc nhỏ. Lò lỏng 1943 Dầu mỏ, Cháy một phần trong lò 1200- 45-80% Cấu trúc hạt lớn, kích thước nhựa than chịu nhiệt 1600 hạt 14-90nm đá II-/ Sản lượng [162-1]. Năm 1900 tổng sản lượng than hoạt tính ở Mỹ là 2700 tấn. Năm 1962 tổng sản lượng than hoạt tính ở Mỹ là 900.000 tấn năm 1982 tổng sản lượng than hoạt tính ở Mỹ là hơn 2.000.000 tấn. Ngày nay ở Mỹ sản xuất chủ yếu ba phương pháp chính đẫ nói ở trên. Tính đến ngày 01-01-1965 sản lượng các loại than sản xuất ở Mỹ và một số nước phương tây khác có số liệu sau : Bảng 4 - Sản lượng các loại than được sản xuất ở Mỹ (tấn). Than Hãng sản xuất Lò lỏng Lò khí Máng Nhiệt phân Σ HuberCopporation 8800 19000 4000 111000 Columbian Carbon Co 202000 34000 11000 247000 Cabot Corporation 109000 20000 129000 Richardson Carbon Co 181000 50000 16000 57000 304000 Thermatomic Carbon Co 23000 27000 50000 Phillips petroleum Co 159000 159000 United Carbon Co 184000 36000 14000 234000 Σ 946000 159000 72000 112000 1289000 Bảng 5 - Than hoạt tính sản xuất ở Mỹ. Than Năm Lò Máng Nhiệt phân Tổng Sản lượng %Σ Sản lượng %Σ Sản lượng %Σ 1952 955905 60 56359 35 84600 5 1604102 1954 927811 66 378741 27 102995 7 1409547 1956 1331045 72 363672 20 145251 8 1839968 1958 1192165 73 324743 20 127697 7 1644605 14
1960 1610459 79 292355 14 149433 7 2052247 1961 1567378 80 251762 13 145495 7 1964635 1962 1677088 81 207438 11 171938 8 2056464 15
Bảng 6 - Sản lượng than hoạt tính được sản xuất ở một só nước tư bản phát triển. Than hoạt tính Nước sản xuất Lò lỏng Lò khí Máng Nhiệt phân Σ Liên hiệp Anh 156000 2000 158000 Hà Lan 55000 55000 ý 82000 1000 83000 Canada 68000 68000 Pháp 122000 122000 Cộng hoà liên bang Đức 45000 7000 14000 66000 Nhật bản 105000 13000 2000 13000 133000 Σ 633000 21000 16000 15000 685000 16
Phần 4 Phân loại và ứng dụng than hoạt tính. I-/ Phân loại : Tên của các loại than khác nhau đã phát triển nhiều năm cùng với nó không dựa theo một lô gíc nào các nhà sản xuất đã tuỳ ý đưa ra những sản phẩm mới và tên mới, cũng như tên thương mại. Hệ thống của các loại tên đưa ra ở cột thứ 2 ở bảng dưới luôn dài dòng cùng với nó liên tục phất triển ra các loại than mới, đến bây giờ không thể đưa ra các loại tên tuỳ ý được. Vì thế, vào năm 1967 một hệ thống tên đã được ra đời ở Mỹ (tiêu chuẩn của Mỹ là ASTMD1765) đã được phổ biển rộng rãi trên thế giới. Vào năm 1980 tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO cũng đã công nhận tiêu chuẩn của Mý. Hệ thống ASTM bao gồm một chữ cái theo sau nó là ba chữ số. Chữ cái cho biết tốc độ xử lý theo thứ tự : N tốc độ sử lý trung bình. S là tốc độ sử lý chậm. Đối với chữ số thì số đầu tiên đặc trưng cho diện tích bề mặt của than hoạt tính được đo bằng quá trình hấp phụ I2. Ví dụ 1=SAF, 2 = ISAF, 3 = HAF. Hai chữ số còn lại lựa chọn tuỳ tiện nhưng áp dụng theo một quy tắc. Trong trường hợp đối với than hoạt tính cùng với một mức độ tiêu chuẩn vầ cấu trúc chữ số thứ hai luôn lặp lại chữ số thứ nhất và chữ số cuối cùng là số 0. Ví dụ SAF = N110 và ISAF = N220. II-/ ứng dụng Trong khoảng 90-95 % tổng sản lượng than hoạt tính được sản xuất ra để dùng làm chất độn cho công nghiệp sản xuất cao su, gần 80% than hoạt tính được dùng cho sản xuất săm lốp xe, và 10-15% dùng để sản xuất các loại vật liệu cao su cơ học còn lại 5% dùng làm chất độn cho các ngành công nghiệp khác, ví dụ: ngành công nghiệp giấy, ngành sản xuất chất dẻo. ..v.v.. 17
kết luận Qua quá trình nghiên cứu về than hoạt tính thấy được than hoạt tính kỹ thuậtlà một loại chất độn vô cùng quan trọng trong công nghiệp sản xuất cao su (săm lốp, đế giấy...) sự có mặt của than hoạt tính trong hợp phần cao su với hàm lượng cần thiết làm tăng các tính chất cơ lý:giới hạn bền kéo đứt, xé rách, khả năng chống mài mòn....nói chung các tính năng kỹ thuật của vật liệu cao su đều tăng, nhưng điều đó nói lên ta phải lựa chọn loại than thích hợp, ngược lại không những tăng mà còn bị giảm tính chất cơ lý gây ảnh hưởng xấu hơn khi sử dụng vật liệu cao su. Mà trên thị trường thì có rất nhiều loại than hoạt tính khi áp dụng làm chất độn để sản xuất săm lốp xe máy, xe đạp...thì cần phải nghiên cứu và lựa chọn loại than thích hợp nhất để có được tính chất cơ lý tối ưu nhất và giá thành phù hợp nhất với thị trường Việt nam. 18
tài liệu tham khảo 1. pts Ngô Phú Trù kỹ thuật chế biến và gia công cao su trường ĐHBK HN 95 2. Kirk-Othmer Encyclopedia of chemical Technology Second edition – vol4 Copyright 1964 by John Wily Printed in the USA 3. Rubbet technology and manufacture second edited edited by CM blow. ...(1982) 4. Ull mann’s encyclopedia of industrial Chemistry - vol A5 excutive Editor:Wolfgang Gerhartz.... D 6940 –Weiheim Federal Rupblic of Germany 1986 19
mụC LụC Phần I - Giới thiệu lịch sử phát triển của than hoạt tính .............................................................. 2 I-/ Giới thiệu chung. .........................................................................................................................2 Phần II - Tổng quan về tính chất hoá học, vật lý của than hoạt tính ............................................ 3 I-/ Những đặc trưng về tính chất vật lý. ................................................................................. 3 1- Kích thước hạt và bề mặt riêng của than hoạt tính[167-1]. ......................................... 3 2 - Diện tích bề mặt riêng của hạt than hoạt tính ............................................................ 4 3 - Cấu trúc vật lý của than hoạt tính [169-1]. .................................................................. 5 4 - Khối lượng riêng của than hoạt tính. [170-1]. ............................................................. 6 II-/ Đặc trưng về mặt hoá học của than hoạt tính [161-1]. ....................................................... 6 Phần 3 - Công nghệ sản xuất than hoạt tính ở Mỹ. .................................................................... 11 I-/ Giới thiệu: ...................................................................................................................................11 1- Phương pháp sản xuất than máng [256-2].................................................................. 11 2- Phương pháp nhiệt phân [204-3]................................................................................. 12 3- Phương pháp sản xuất than lò. .................................................................................... 12 II-/ Sản lượng [162-1]. ......................................................................................................................14 Phần 4 - Phân loại và ứng dụng than hoạt tính. ......................................................................... 17 I-/ Phân loại : ...................................................................................................................................17 II-/ ứng dụng .....................................................................................................................................17 kết luận ..................................................................................................................................... 18 tài liệu tham khảo ...................................................................................................................... 19 20