Nghiên cứu cải tiến quá trình than hóa trong quy trình điều chế than hoạt tính từ vỏ hạt điều

Abstract

The cashew nuts shell residue after oil extraction can be used for the production of activated carbon. This salvage could contribute to enhance economic benefits, gain more job opportunities as well as reduce environmental pollution. However, the process of producing activated carbon from the cashew nuts shell residue has not been seriously investigated and commercialized. Generally, the process has two steps – carbonization and activation, in which the former normally occurs in inert conditions whereas the latter involves the use of KOH and CO₂; and the quality of the formed activated carbon is still not good enough. In this paper, the process of carbonization has been improved by adapting the heating rate in order to control the conversion rate of cellulose and hemicellulose; and by using the steam for activating carbon at 850^oC. The activated carbon was obtained with better quality, e.g. BET surface area of 1171m²/g and total pore volume of 0.7cm³/g. The results showed that the conversion rate of cellulose and hemicellulose in the residue was effectively controlled and it was the key step in the process. The results from this fundamental research also provide a new concept of carbonization process for activated carbon production at an industrial scale.

Tóm tắt

Việc tận dụng vỏ hạt điều đã ép lấy dầu để sản xuất than hoạt tính không những đem lại hiệu quả kinh tế mà còn giải quyết các vấn đề về lao động, giảm ô nhiễm môi trường, tăng giá trị cây điều. Tuy nhiên, việc sản xuất than hoạt tính từ vỏ hạt điều chưa được tập trung nghiên cứu. Quá trình sản xuất than hoạt tính gồm 2 giai đoạn than hóa và hoạt hóa, trong đó quá trình than hóa diễn ra trong môi trường khí trơ và quá trình hoạt hóa than thường sử dụng tác nhân KOH và CO₂; tuy nhiên chất lượng than vẫn chưa tốt. Trong nghiên cứu này, qui trình sản xuất than hoạt tính được cải tiến ở giai đoạn than hóa và hơi nước được dùng làm tác nhân hoạt hóa ở 850^oC. Cụ thể, quá trình than hóa được chia ra làm 3 giai đoạn với các tốc độ gia nhiệt khác nhau để kiểm soát tốc độ chuyển hóa của hemicellulose và cellulose trong vỏ hạt điều, giúp giai đoạn hoạt hóa bằng hơi nước đạt hiệu quả cao hơn. Sản phẩm than hoạt tính thu được từ nghiên cứu này có chất lượng tốt hơn than hoạt tính được điều chế theo qui trình trong các nghiên cứu trước đó; diện tích bề mặt riêng có giá trị 1170m²/g và tổng thể tích lỗ xốp là 0.7cm³/g. Kết quả này chứng tỏ kiểm soát hiệu quả tốc độ chuyển hóa của hemicellose và cellulose đóng vai trò quan trọng trong quy trình sản xuất than hoạt tính. Đồng thời, kết quả đạt được sẽ là cơ sở để xây dựng quy trình sản xuất than hoạt tính trên quy mô công nghiệp.