Đề tài Than hoạt tính và bột trợ lọc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÁO CÁO THAN HOẠT TÍNH & BỘT TRỢ LỌC Giảng viên : Tôn Nữ Minh Nguyệt Sinh viên : Lê Tiết Ngọc (60401674) Đoàn Minh Phong (60401852) 11-2005 MỤC LỤC I. THAN HOẠT TÍNH 1. GIỚI THIỆU 2. NGUYÊN TẮC 3. SỬ DỤNG TRONG LỊCH SỬ 4. VẤN ĐỀ TRONG SỬ DỤNG 5. NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN XUẤT 6. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT & ỨNG DỤNG ĐẶC BIỆT 7. ẢNH HƯỞNG CỦA THAN HỌAT TÍNH ĐẾN SỨC KHỎE CON NGƯỜI 8. KẾT LUẬN II.BỘT TRỢ LỌC A. DIATOMITE 1. GIỚI THIỆU 2. NGUỒN GỐC 3. PHÂN LỌAI 4. THÀNH PHẦN 5. TÍNH CHẤT 6. CÁCH SẢN XUẤT 7. ỨNG DỤNG B. BENTONITE 1. GIỚI THIỆU 2. NGUỒN GỐC 3. THÀNH PHẦN 4. TÍNH CHẤT 5. CÁCH SẢN XUẤT 6. ỨNG DỤNG Tài liệu tham khảo I. THAN HOẠT TÍNH 1. GIỚI THIỆU Than hoạt tính là chất hỗ trợ kĩ thuật rất hoàn thiện nhằm khử mùi và vị của nước bằng cách hút các hợp chất gây bẩn nước. Có nhiều dạng than sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp .Nguồn nguyên liệu phổ biến nhất cho than hoạt tính : gỗ,than,than non và dừa. Than hoạt tính là chất rắn, xốp, không vị. Than hoạt tính được hình thành từ nguyên tố cacbon qua việc loại bỏ cacbon tạp chất và sự ôxi hóa bề mặt cacbon Than hoạt tính có thể được điều chế từ rất nhiều nguồn bằng nhiều phương pháp khác nhau. Có thể chia ra làm bốn loại cơ bản:  Than động vật có thể thu được từ sự hóa than của xương , máu ,thịt . . .  Bồ hóng , muội lò được thu từ sự cháy không hoàn toàn của khí thiên nhiên.  Muội đèn thu được từ sự sấy nóng dầu mỡ, nhựa  Than hoạt tính được điều chế từ gỗ và hoa quả 2. NGUYÊN TẮC Than hoạt tính có tác dụng hút bám . Hút bám là một hiện tượng bề mặt do vậy có liên quan với vùng bề mặt môi trường. Sự hút thay thế sức hút nội phân tử giữa bề mặt cacbon và chất bị hút. Lực hút có thể biến đổi bằng cách tăng mật độ than hay giảm khoảng cách giữa bề mặt than và chất bị hấp thụ. Ví dụ: chất lỏng (thường là nước ) chảy qua suốt bề mặt than, khi đó những hợp chất có ái lực mãnh liệt với than sẽ được hấp thụ trên bề mặt.Các hợp chất có ái lực cao nhất , tiêu biểu là :các hợp chất hữu cơ có cấu tạo mùi vị , hình dạng ; các hợp chất dễ bay hơi, hợp chất vòng (triholometan) và các chất thải khác. Toàn bộ than được sử dụng trong việc hút có thể tái sinh trong một số dạng khác nhau. Phổ biến nhất là cho vào lò nung hoạt tính lại , đòi hỏi phải đốt nóng than lên, khử các chất hữu cơ bị hấp thụ. Tác dụng: Hầu hết các tác nhân than hoạt tính xử lý thức ăn đặc trưng bởi sự hấp thụ xảy ra khi các hợp phần của chất lỏng nối liền với chất rắn trong tự nhiên. Khả năng hấp thụ phụ thuộc vào  Đặc trưng vật lý và hóa học của chất bị hấp thụ  Đặc trưng vật lý và hóa học của chất hấp thụ  Nồng độ của chất bị hấp thụ trong dung dịch  Đặc trưng của pha lỏng  Thời gian của chất bị hấp thụ tiếp xúc với chất hấp thụ Than là một chất trao đổi ion tự nhiên. Sự trao đổi ion có thể tăng lên bởi hoạt tính hóa học.Tùy thuộc vào cách xử lý, bề mặt than có cả sức hút âm và dương để hút ion tự do trong dung dịch, huyền phù. 3. SỬ DỤNG TRONG LỊCH SỬ  Than bắt đầu được sử dụng khi tìm ra lửa. Người Ai Cập sử dụng than như thuốc giải độc đơn thuần, người Hindu lọc nước với than  Năm 1773, Scheele phát hiện ra than có khả năng hút bám.  Năm 1785,than sử dụng để khử màu acid cao răng.  Năm 1794, than ứng dụng lần đầu tiên cho tinh luyện đường.  Đến năm 1901, các nhà khoa học phát triển cách tổng hợp than hoạt tính từ than đá có sự hút bám mãnh liệt.  Năm 1920,than hoạt tính được sử dụng để tinh luyện dược phẩm  Năm 1929, phương thức này được sử dụng để khử mùi, vị của nước cung cấp cho các thành phố ở Hoa Kỳ. 4. CÁC VẤN ĐỀ TRONG SỬ DỤNG 1) Tiềm năng cho việc ngăn cản phản ứng với những vật liệu khác sử dụng trong hệ thống nông nghiệp: Hầu hết dùng than hoạt tính để hút , trung hòa các nguyên liệu khác trong hệ thống nông nghiệp . Thường là tập trung xử lý phân súc vật. 2)Độ độc và phương pháp tác động của than họat tính vào chất gây ô nhiễm: Than hoạt tính là một chất xử lý độc tố hiệu quả, nhưng nhiều chất độc bị hút vào , dẫn đến việc tập trung độc tố của các chất mà nó giữ lại , vì thế nó trở nên độc hại 3)Xác suất ô nhiễm môi trường trong quá trình sản xuất,sử dụng và thải bỏ Ô nhiễm môi trường phụ thuộc nguồn nguyên liệu. Hầu hết đều từ nguồn gốc thực vật.Than hoạt tính sử dụng từ nguồn nguyên liệu :than, nhiên liệu, nguồn nguyên liệu cao phân tửù có khả năng gây ô nhiễm môi trường. Tổng quát, than được súc vật ăn vào ngẫu nhiên và thải ra trong phân. Khi độc tố tập trung trong phân, phân nếu sử dụng đúng đắn sẽ không tạo nên một sự ô nhiễm nguy hiểm nào so với phân thông thường. 4)Aûnh hưởng hưởng tới sức khỏe con người Có thể gây bệnh hô hấp cho những ai sử dụng nhất là khi kích thước hạt than nhỏ. Sự hít vào gây ra ho, khó thở, đờm đen và chứng xơ hóa. 5) Aûnh hưởng của chất trong sinh hoạt và tương tác hóa học trong hệ thống sinh thái học nông nghiệp:  Có thể sử dụng như một chất phụ gia thực phẩm để kích thích thức ăn kém hấp dẫn.  Cần thiết cho nhu cầu đất.  Giảm đau, cứu sống nhiều sự sống sinh vật. Có vài sự chống chỉ định, khi sử dụng sẽ đe dọa mạng sống.  Hiệu quả trong sự dehydro hóa. 6)Sự lựa chọn để sử dụng chất trong thực tiễn, hay các vật liệu khác. Hầu hết nông dân luôn tránh sử dụng hóa chất hay chất độc hữu cơ, do đó than hoạt tính đều bị cấm. 7)Tính tương thích với các tiêu chuẩn nông nghiệp Không nên sử dụng hóa chất trực tiếp vào thuốc thú y (bao gồm thuốc kháng sinh). Than hoạt tính được dùng như một chất hỗ trợ chế biến nhưng cần phải tách ra khỏi sản phẩm, thực phẩm. 5. NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN XUẤT Than hoạt tính là một loại than có cấu trúc tổ ong, xốp. Cấu trúc của than hoạt tính là sự sắp xếp vô trật tự 3 chiều của chất thơm và mảnh tinh thể 6 cạnh. Cấu trúc này tạo ra các lỗ giữa các lớp kích thước phân tử để tăng tính hút có lợi của than hoạt tính(kích thước lỗ 1nm – 1000nm). Các lỗ có diện tích rộng chịu trách nhiệm cho việc hút bám ở bề ngoài vật liệu (500 – 1500m2 /gm) Hầu hết nguyên liệu than đều có thể dùng tạo than hoạt tính.Tuy vậy than hoạt tính thương mại chỉ sản xuất từ than, gỗ, mùn cưa, than bùn, than củi, dầu và vỏ quả hạch. Gỗ và than quả hạch có 1 số lỗ hổng độc đáo và dễ hoạt hóa hơn vật liệu đặt như antraxit. Tuy nhiên mọi vật liệu cacbon có thể được hoạt tính, và thường không thể phân biệt than hoạt tính được chế tạo từ nguyên liệu ban đầu nào. Sản xuất than hoạt tính gồm 1 bước hóa than hay sự cacbon hóa, hầu hết vật liệu phi cacbon , chứa cacbon ít, bị bay hơi bởi nhiệt phân (500 – 750 oC). trọng lượng hao hụt tới 60 – 70% và nhiều CO2 bay hơi. Than thường được ôxi hóa lần đầu ở 150 – 250 oC để ngăn chặn than bị nóng dẻo trong suốt quá trình hóa than và bị sụp đổ cấu trúc lỗ. Ở sự hoạt hóa khí, 1 khí ôxi hóa như CO2 được sử dụng ở nhiệt độ cao để ăn mòn lỗ trong quá trình hóa than. Than hóa hợp với 1 chất hóa khác và cháy ở nhiệt độ cao (800 o C hay 1000 o C). Chất hóa học có hoạt tính sẽ ăn mòn than để định hình cấu trúc lỗ, thay đổi bề mặt than. Các hóa chất đó thường là acid,base mạnh hay các chất ăn mòn (H3PO4 , H2SO4 , KOH, ZnCl2 , K2S, KCN). Sau khi hoạt hóa, được rửa sạch và sử dụng lại. Cấu trúc lỗ cuối cùng phụ thuộc vào tính tự nhiên của vật liệu ban đầu và quá trình hoạt hóa. Vật liệu với cấu trúc lỗ độc đáo như gỗ mất ít công đoạn hơn là vật liệu dày đặc như nhựa đường. Lượng tạp chất thường cao hơn đối với vật liệu ít dày đặc hơn. Than hoạt tính không được tìm thấy một cách tự nhiên mà từ một qui trình kiểm soát chặt chẽ từ 2 hay 3 giai đoạn cần thiết để định dạng các lỗ than. Quá trình hoạt hóa yêu cầu sự thêm vào 1 chất hóa học tổng hợp hay bơm trực tiếp CO2 hoặc ôxi trong suốt quá trình nung hoạt hóa. Ở sản phẩm nung phân rã xương không cần bước hoạt hóa này . 6. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MỚI VÀ ĐẶC BIỆT ỨNG DỤNG 1) Sử dụng vỏ dừa:  Vỏ dừa là nguyên liệu thô . sản phẩm có bề mặt lớn hơn, cường độ mạnh hơn bình thường. Đáp ứng tiêu chuẩn hạt , vi hạt , bột than.  Hiện tại, than hoạt tính làm từ vỏ dừa có hiệu quả khử nước tốt, khử Cl, Oxi. Sử dụng cho thiết bị lọc nước. . .  Thu nhặt vàng và các kim loại quí 2) Gỗ  Từ bột gỗ cao cấp ZnCl2 và xúc tác. Được tinh chế bởi nhiều công đoạn.Dùng để khử màu dược phẩm, chữa trị giảm sốt, khử màu vitamin C, axit nucleic, thể ăn khuẩn , hoormon.  Được sử dụng để tạo than dược phẩm( thức ăn, thuốc và nguyên liệu dược).  Khử màu, mùi, vị  Sử dụng chế biến đường trong công nghiệp.  Ứng dụng lọc, chưng cất nước vì gỗ là nguyên liệu thô tốt,có đậc điểm hút thấm rộng  Khử mùi  Tinh sạch khí hóa học  Tinh sạch nước uống  Khử mùi tủ lạnh  Sử dụng cho dầu ăn  Sử dụng trong công nghiệp  Sử dụng khử sunfua  Sử dụng cho hồi phục dung môi  Trong sinh học còn có ứng dụng của than hoạt tính là giải độc cho vật nuôi khi ăn phải các thực vật có độc hay sản phẩm hư hỏng 7. ẢNH HƯỞNG CỦA THAN HOẠT TÍNH ĐẾN SỨC KHỎE CON NGƯỜI 1) Độc tố Liều lượng lớn than hoạt tính thường gây ra sự nhiễm độc cho con người (1mg than hoạt tính/kg trọng lượng) . Sorbitol hay Magie citrate gây ra một số ảnh hưởng có hại , ít khi được sử dụng. Những nghiên cứu báo cáo cho thấy về một rủi ro nhỏ khi hít vào (gây viêm phổi). 2) Sản xuất ,sử dụng và thải bỏ Than hoạt tính tạo ra một số nguy hiểm nhỏ về ảnh hưởng môi trường. Nhiều hoạt chất được sử dụng để định hình lỗ của than hoạt tính đều có độc, ZnCl2 ở dung dịch hay khí có thể gây loét và dễ cháy . Những hóa chất này được bố trí an toàn ở các xí nghiệp lớn. Bước hóa than hao hụt gần 70% vật liệu cacbon cơ bản do hóa hơi. Vào cuối những năm 90, 700.000 tấn than hoạt tính/năm được sản xuất , giải phóng 500.000 tấn khí hóa hơi vào không khí mỗi năm. Sự đốt than và qui trình hoạt hóa cũng tiêu thụ năng lượng lớn. 3) Sức khỏe con người  Nguy hiểm khi ăn phải than hoạt tính  Bụi của khu vực sản xuất phải được quản , lý, cũng như các vật liệu có kích thước nhỏ khác. 8. KẾT LUẬN  Than hoạt tính với các lỗ và vùng bề mặt là 1 vật liệu tổng hợp. Nó được sản xuất bởi 1 qui trình đa công đoạn và không có vật liệu tự nhiên tương tự.  Than hoạt tính cũng được xem như thuốc khử độc an toàn và hữu ích nhất cho sự nhiễm độc ngẫu nhiên. Nông dân có thể nhanh chóng xử lý sau khi có 1 súc vật bị nhiễm độc khi không có bác sĩ thú y lúc đó. Than y dược có xác suất ô nhiễm thấp II.BỘT TRỢ LỌC A.DIATOMITE 1. GIỚI THIỆU Diatomite là sản phẩm tạo ra từ trầm tích của tảo đơn bào. Với tính chất rỗng và xốp nó được sử dụng dùng làm chất trợ lọc và chất độn trong công nghiệp sơn và chất dẻo Diatomite được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau , phần lớn được dùng như chất trợ lọc chất lượng cao và chất độn hữu dụng cho các loại sơn và chất dẻo. Tính chất đặc trưng về đặc điễm kỹ thuật của diatomite là rất dính và bám chặt bảo đảm cho sự tương thích . Tất cả các dạng sản phẩm cuả diatomite đều có tính ứng dụng cao và hữu ích. Tùy vào các nguyên liệu thô khác chúng ta sẽ có những kỹ thuật tinh chế diatomite khác. 2. NGUỒN GỐC Được tinh chế từ trầm tích của tảo đơn bào Các dòng sản phẩm diatomite được chế biến cẩn thận từ trầm tích của tảo đơn bào (thực vật thủy sinh) . Bởi vì các loài của tảo diatomite là phức chất và xốp , rỗng nên các sản phẩm diatomite có khả năng lọc mạnh và có khả năng thẩm thấu hơn các phương tiện lọc khác, hiện tại nó được sử dụng rỗng rãi để hỗ trợ liều lượng lọc , làm vật liệu nhồi, làm khung. 3. PHÂN LOẠI Những sản phẩm của diatomite được phân thành 3 loại phụ thuộc vào quá trình sản xuất a) Sản phẩm sấy khô: Tảo thô được sấy ở nhiệt độ từ 100 – 300 oC ,sau đó được làm sạch dưới áp suất cao trở thành bột. Nó có màu trắng xám hoặc vàng nhạt. b) Sản phẩm nung Sản phẩm này được tạo ra trong suốt quá trình nung diatomite sạch dưới nhiệt độ 700 – 900 oC, áp suất cao tạo thành bột . Nó có màu cam và nâu. c) Sản phẩm nóng chảy Diatomite sạch được trộn với một lượng vừa đủ chất phụ gia nóng chảy và được nung dưới nhiệt độ 900 – 1200 oC ,nó biến thành bột, có màu trắng. 4. THÀNH PHẦN Thành phần cấu tạo hóa học của diatomite tự nhiên ở những vùng khác . Thành phần % Lompoc california Marylandcalvert Formation Idaho Russia Kamyshlo Urals Speen Albacete Algerice SiO2 89,70 79,55 89,82 79,82 88,60 58,40 Fe2O3 1,09 2,62 0,44 3,56 0,20 1,55 Thành phần cấu tạo hóa học của các loại diatomite Các thuộc tính và thành phần % Tự nhiên Bị nung Nung với chất trợ dung Màu PH SiO2 Al2O3 Fe2O3 Cao Mgo Na2O Trắng ngà 8 89,2 4 1,5 0,5 0,3 - Hồng 8 92,8 4,2 1,6 0,6 0,3 - Trắng 10 89,5 4,1 1,5 0,6 0,3 3,5 V. TÍNH CHẤT  Có độ sáng  Là chất tan và có độ PH  Phân bố hạt theo kích thước bởi sự nhiễu sạ laser  Có độ thấm 6. CÁCH SẢN XUẤT Phải sử dụng những trang thiết bị chuyên dùng cho việc tinh chế các dạng diatomite, phạm vi bao gồm các sự lọc, phân loại, thiết bị nghiền và lò nung được dùng trong việc tinh chế. Công nghệ kỹ thuật tinh chế diatomite bao gồm làm khô,loại sạn và phân loại để tạo nên các loại sản phẩm khác. Giá trị của sản phẩm thuộc vào chất lượng của nguyên liệu thô và kĩ thuật tinh chế Các dòng sản phẩm diatomite có chất lượng tốt chứa đến 87% SiO2 như trong vật liệu thô dùng để làm sạch khí than đá , nó được hình thành sau khi đốt cháy than đá hay trong sự quay của lò sấy tách khí gas. 7. ỨNG DỤNG  Sản phẩm của diatomite được dùng rộng rãi như công nghiệp trợ lọc trong công nghiệp thực phẩm và nước uống . Hơn nữa nó còn được dùng trong ngành sơn và mỹ phẩm.  Dùng để lọc bia, rượu  Trong ngành sơn, mỹ phẩm thì dùng như chất độn để làm liền bề mặt sơn (trét kín các lỗ trên tường) B. BENTONITE 1.GIỚI THIỆU Bentonite còn được coi là Montomorillonites, là một trong những loại đất sét hữu hiệu được dùng như chất trợ lọc chất lượng cao.Bentonite có màu xám - kem,mịn, mềm mại, không mùi và không bôi bẩn. Từ bentonite lần đầu được sử dụng cho đất sét khi được tìm thấy vào khoảng năm 1890 trên nền đá phấn trắng gần Fort Benton, Wyoming, thành phần chính của nó là khoáng chất montmorillonite (yếu tố quyết định đặc tính). Do đó nó có cái tên từ trầm tích (khoáng chất) của vùng Montmorillon, ở miền nam nước Pháp. 2.NGUỒN GỐC Đất sét Bentonite là lớp đất sét kết tủa được tạo ra do tro tàn của núi lửa, gồm phần lớn là khoáng chất sét tẩy bẩn, thường là montmollonite .Những loại khoáng chất gồm: hectorite, saponite. . . . 3. THÀNH PHẦN Sét tẩy bẩn là đất sét khoáng có nghĩa là nó chứa những tinh thể riêng biệt mà kích thước <2 mm. những tinh thể đó có 3 lớp đất sét khoáng. Nó có 2 lớp tứ diện và một lớp bát diện lớp tứ diện chứa SiO2 . Lớp silicat mang điện tích âm ít và sẽ được cân bằng bởi các ion trao đổi xảy ra giữa khu vực tinh thể. Điện tích yếu nên các cation (Ca 2+ , Mg 2+ , Na 2+ ) có thể bị hút bởi các vỏ điện tích . Quy mô của sự hydrat hóa tạo nên sự căng giữa các tinh thể. Dựa vào nguồn gốc tự nhiên, Bentonite chứa các loại khoáng chất khác thêm vào montmollonite như thạch anh, Fenspat, thạch cao . . . 4. TÍNH CHẤT Do sự hiện diện của các khoáng chất trên tác động đến giá trị công nghiệp của nó, có thể tăng hoặc giảm sự kết dính và thể tích của nó cũng tăng lên nhiều lần khi cho vào nước sẽ tạo thành chất liệu sền sệt và dính. Đặc tính đặc biệt của Bentonite (Hydrat hóa, căng hút nước, dẻo dính, thixotrophy) làm cho nó hữu dụng trong nhiều lĩnh vực. 5. CÁCH SẢN XUẤT Bentonite được khai thác từ các quặng , mỏ, dưới sâu hàng ngàn feet. Nó tùy thuộc vào sự màu mỡ và sự sống của đất và độ sâu mà người ta khoan xuống được. Sau khi lấy được nguyên liệu, làm khô, rồi được xử lý và với sự trợ giúp của việc pha loãng rồi tạo thành hạt. 6. ỨNG DỤNG  Trong lò đúc làm chất kết dính để điều chế sắt thép  Là chất kết dính trong xây dựng  Sử dụng trong môi trường  Trong thực phẩm thì dùng để loại bỏ tạp chất . Đối với thức uống như bia , rượu  Nông nghiệp: thức ăn phụ cho súc vật hoặc trao đổi ion cho đất  Y khoa : chất độn  Sơn dầu: là chất nhuộm do tính chất thixotropic  Giấy :là nguyên liệu chủ yếu để làm giấy. Tài lệu tham khảo : 1) www.ams.usdce.Gov/nop/Nationallist/TAPReviews/ActivoctdeCarbon.Pdf 2) www.Mebao carbon – environment. Com/ejszb 3) www.anzaplan.com/index 4) www.ima-na.org/about_industrial_minerals/bentonite.asp 5) www.botanical.com/products/learn/bentonite.html