Nghiên cứu sự hấp phụ của than hoạt tính dạng siêu mịn (tóm tắt) + toàn văn

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ QUỐC PHÒNG
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ
------------------------------

Trần Quang Sáng

NGHIÊN CỨU SỰ HẤP PHỤ CỦA THAN HOẠT TÍNH
DẠNG SIÊU MỊN
Chun ngành: Hố lý thuyết và Hố lý
Mã số: 62 44 01 19

TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC

HÀ NỘI- 2014


Cơng trình được hồn thành tại
Viện Khoa học và Cơng nghệ quân sự - Bộ Quốc phòng

Người hướng dẫn khoa học:
GS.TSKH Đỗ Ngọc Khuê
PGS.TS Lê Huy Du

Phản biện 1:

GS.TS Lê Quốc Hùng
Viện Hóa học - Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Phản biện 2:

GS.TSKH Nguyễn Đức Hùng
Viện Khoa học và Công nghệ quân sự

Phản biện 3:

PGS.TS Lê Kim Long
Đại học Quốc gia Hà Nội

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại Viện
Khoa học và Cơng nghệ qn sự vào hồi....giờ.....ngày.....tháng.....năm 2014.

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ quân sự
- Thư viện Quốc gia Việt Nam


1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của luận án
Than hoạt tính dạng bột mịn là loại có kích thước từ 20-50µm, cịn các
loại có kích thước nhỏ hơn 20µm được gọi là THT siêu mịn. Chúng được
ứng dụng trong một số lĩnh vực như: trong y học, làm thuốc giải độc cho
đường tiêu hóa, làm vật liệu lọc máu; trong cơng nghiệp hóa mỹ phẩm, làm
bột tiêu độc, tẩy trắng cho da, thay thế cho các chất oxy hoá gây tác dụng phụ;
trong công nghệ xử lý nước, làm chất hấp phụ, màng lọc hấp phụ các chất gây

ô nhiễm hay kết hợp với polime sa lắng để xử lý nhanh nguồn nước bẩn; trong
quân sự, làm hệ sol khí nguỵ trang, nghi trang, làm phụ gia composit chế tạo
vật liệu tàng hình, hay có thể được dùng làm chất mang chất tiêu độc hoặc
chất độc tuỳ vào mục đích sử dụng chúng.
Ở trong nước, THT dạng bột mịn được tẩm phủ lên vải để chế tạo quần áo
phòng da dạng hấp phụ hay sử dụng để sản xuất bao tiêu độc cho da. Trong
xử lý môi trường, một số loại THT dạng bột có kích thước từ 40 - 120µm
cũng đã được sử dụng để hấp phụ các hóa chất có tính nổ, là nguồn ơ nhiễm
có trong nước thải cơng nghiệp quốc phịng. Tuy nhiên, những kết quả
nghiên cứu có tính hệ thống về ảnh hưởng của kích thước hạt THT đến khả
năng và tốc độ hấp phụ các chất hữu cơ lên THT cũng như đặc điểm quá
trình hấp phụ trên THT siêu mịn được công bố rất hạn chế.
2. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và những đóng góp mới của luận án
Nghiên cứu một cách hệ thống các vấn đề liên quan đến chế tạo THT có
kích thước siêu mịn. Phương pháp nghiền cơ học khơng làm ảnh hưởng đến
cấu trúc lỗ xốp của 03 loại THT: than Trà Bắc, than Trung Quốc, than tre và
phương pháp này phù hợp với công nghệ chế tạo THT siêu mịn ở phịng thí
nghiệm.
Thiết lập các phương trình đẳng nhiệt và động học hấp phụ trong môi
trường nước của các chất MB, TNR, TNT trên than hoạt tính bột mịn và siêu
mịn. Các kết quả nghiên cứu cho thấy: q trình hấp phụ phụ thuộc vào bản
chất và kích thước hạt của than. THT càng mịn thì hiệu suất và tốc độ hấp
phụ càng cao.
Xác định quy trình nghiền khơng phá hủy về cấu trúc mao quản và q
trình hấp phụ phân tử lớn chủ yếu xảy ra ở bề mặt ngồi của than hoạt tính.
3. Các phương pháp nghiên cứu chính
Luận án sử dụng phương pháp nghiền bi để tạo kích thước hạt; sử dụng
phương pháp tán xạ laser, phương pháp SEM để xác định phân bố kích thước
hạt; sử dụng phương pháp hấp phụ N2 ở 77k BET, hấp phụ benzen trên cân
Mackbell, nén khí He, nén rung vật liệu trơ DryFlo để xác định cấu trúc vi

mao quản THT; sử dụng phương pháp UV-VIS, HPLC để phân tích định
lượng và xây dựng các đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich, Langmuir,
động học hấp phụ bậc 1, bậc 2 để đánh giá quá trình hấp phụ trong dung dịch
với các hợp chất hữu cơ MB, TNR và TNT trên THT.


2

4. Cấu trúc của luận án
Luận án bao gồm: Phần mở đầu và 3 chương nội dung, kết luận và tài liệu
tham khảo. Trong đó: Chương 1- Tổng quan (35 trang); Chương 2- Đối
tượng và phương pháp nghiên cứu (16 trang); Chương 3- Kết quả và thảo
luận (78 trang).
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN
1.1. Những khái niệm chung về than hoạt tính
1.1.1. Sơ lược về than hoạt tính
THT là một họ vật liệu carbon đặc biệt: được tạo thành từ carbon, có cấu
trúc mạng vơ định hình và vi tinh thể chứa bên trong một hệ thống mao quản
khá phát triển, có diện tích bề mặt riêng khá, có nhiều nhóm chức hóa học
trên bề mặt và trên thành mao quản.
1.1.2. Cấu trúc của than hoạt tính
THT có 3 đặc điểm quan trọng về cấu trúc: đó là cấu trúc vi tinh thể, cấu
trúc mao quản và cấu trúc hóa học carbon bề mặt.
1.1.3. Sản xuất than hoạt tính và than hoạt tính siêu mịn
1.1.3.1. Các nguyên liệu chính dùng để sản xuất THT
Nguồn nguyên liệu để chế tạo THT khá đa dạng và phong phú, có nguồn
gốc từ thực vật, động vật, hóa thạch... vv.
1.1.3.2. Các phương pháp điều chế THT và THT siêu mịn
Điều chế THT từ các nguồn nguyên liệu khác nhau cơ bản phải qua các
giai đoạn than hố và hoạt hố. Chế tạo THT có kích thước nhỏ, người ta

thường nghiền mịn THT thông thường. Phương pháp nghiền bi khô hoặc
nghiền bi ướt kết hợp với hệ thống lọc thổi qua xiclon hoặc sa lắng, kết tủa tự
nhiên được áp dụng chế tạo được THT có kích thước đạt: 0,1 - 20 µm. Cũng
có thể điều chế từ sợi polime đem than hóa, hoạt hóa, sau đó được cắt nhỏ và
nghiền sẽ cho THT dạng siêu mịn.
1.1.3.3. Các dạng than hoạt tính và THT siêu mịn trên thị trường
Than hoạt tính thương phẩm được sản xuất dưới 2 dạng: dạng hạt GAC
và than hoạt tính dạng bột PAC. Kích thước trung bình của PAC từ 30020µm, tùy thuộc hãng sản xuất và giá thành. Hiện nay, PAC được dùng trong
một số lĩnh vực đặc biệt (y học, quốc phịng, xử lý mơi trường,...) dưới dạng
bột siêu mịn: S-PAC (Superfine Powdered activated carbon). Kích thước của
S-PAC dao động trong khoảng từ 20 đến 1µm. S-PAC có nhiều tính chất hóa
lý đặc biệt, khác với tính chất của THT thông thường, nên S-PAC là đối
tượng nghiên cứu của nhiều nhà khoa học cơng nghệ trên thế giới.
Kích thước
Than hạt GAC

300µm
Than bột PAC

20µm
Than siêu mịn S-PAC

Hình 1.6. Phân loại kích thước than hoạt tính


3

1.2. Tính chất hấp phụ của than hoạt tính
Để khảo sát khả năng hấp phụ (nhiệt động học hấp phụ) và tốc độ hấp phụ
(động học hấp phụ), người ta cần phải dựa vào các quy luật nhiệt động học

phù hợp cho quá trình hấp phụ trên THT.
1.2.1. Nhiệt động học hấp phụ
1.2.1.1. Một số khái niệm về hấp phụ
Dung lượng hấp phụ là đại lượng đặc trưng cho khả năng hấp phụ của
một chất hấp phụ
(1.3)
Trong đó, qe- dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g); C0- nồng độ chất bị
hấp phụ (mg/l); Ce- nồng độ chất bị hấp phụ khi đạt trạng thái cân bằng (mg/l);
V- thể tích của pha khí (hoặc lỏng) chứa chất bị hấp phụ (l); m- khối lượng
chất hấp phụ.
1.2.1.2. Đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
Phương trình đẳng nhiệt Langmuir có dạng:
(1.10)
1.2.1.3. Đẳng nhiệt hấp phụ Freudlich
⁄

Phương trình đẳng nhiệt Freundlich có dạng:
1.2.1.4. Đẳng nhiệt hấp phụ BET
Phương trình đẳng nhiệt BET có dạng:

p
1 p

v ( p s  p ) vm p s

(1.11)
(1.15)

1.2.1.5. Đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich biến tính - mơ hình hấp phụ bề mặt
ngun tử hạt (mơ hình hấp phụ “vỏ hạt”)

Dựa trên nhiều kết quả thực nghiệm về hấp
phụ chất hữu cơ trên S-PAC, Yoshihiko Matsui
đã đề nghị một mơ hình hấp phụ vỏ hạt (Shell
Adsorption Model, SAM) là các phân tử hữu cơ
lớn không thể xâm nhập vào bên trong hạt
(thơng qua các mao quản nhỏ và trung bình) mà
chỉ hấp phụ ở bên ngoài bề mặt THT (ở “vỏ” của
1 hạt than).
Giả thiết rằng, hạt THT có dạng hình cầu như
hình 1.8 thì sự hấp phụ các chất hữu cơ phân tử
lớn chỉ thực hiện ở bề mặt ngoài (vỏ) của hạt.
Do đó phương trình Freundlich được biểu diễn
⁄

( )
bởi phương trình:
( )
(1.16)
Trong đó, qS: dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào bán kính hạt; KS: hằng
số Freundlich phụ thuộc vào bán kính hạt; Ce: nồng độ chất bị hấp phụ đạt
cân bằng.
Phương trình đẳng nhiệt Freundlich biến tính áp dụng cho mơ hình SAM
có dạng:


4

)
(
)(

]
} ( )
(1.20)
∫ {∫ [
Dung lượng hấp phụ qe phụ thuộc vào Ce, K0, n như trong trường hợp hấp
phụ thơng thường (khơng phụ thuộc vào kích thước hạt), ngồi ra q e còn phụ
thuộc vào R, δ, p và fR(R). Đối với các phân tử nhỏ, có thể xâm nhập sâu vào
bên trong hạt, tức là δ  R; cịn các phân tử lớn, khơng thể xâm nhập vào
bên trong các mao quản nhỏ nên chỉ hấp phụ bên ngồi hạt (vỏ), δ  0. Đại
lượng khơng thứ ngun p biểu thị khả năng xâm nhập của phân tử chất hấp
phụ vào sâu bên trong hạt: p = 1, hấp phụ ở vỏ hạt; p giảm dần khi phân tử
chất hấp phụ xâm nhập sâu vào bên trong hạt.
1.2.2. Động học hấp phụ trên THT và THT siêu mịn
Mô hình động học biểu kiến bậc bậc 2 được sử dụng nhiều hơn cả trong
nghiên cứu động học hấp phụ trên THT. Theo mơ hình động học này, tốc độ
hấp phụ sẽ phụ thuộc bậc 2 vào độ chưa che phủ bề mặt chất hấp phụ:
d
 k 2 .(1   ) 2
dt

(1.27)

(1.29)

Có thể xác định thực nghiệm được các giá trị k1 và k2 và tốc độ hấp phụ
của các hệ nghiên cứu. Mơ hình động học đã nêu trên chủ yếu áp dụng cho
các loại THT thông thường và phổ biến, chưa có nghiên cứu nào đề cập riêng
đến trường hợp THT siêu mịn.
1.3. Hiện trạng nghiên cứu ứng dụng THT siêu mịn trong thực tế
1.3.1.Ứng dụng trong quân sự

THT dạng siêu mịn được cán phủ, ép tấm để chế tạo khẩu trang, quần áo
phòng da kiểu hấp phụ; chế tạo các tấm phủ nghi trang, ngụy trang, vật liệu
tàng hình; tạo màn khói ngụy trang chống trinh sát ảnh nhiệt hay được sử
dụng làm vật liệu hấp phụ xử lý các nguồn nước thải ở các cơ sở sản xuất gia
cơng vật liệu nổ quốc phịng hoặc có thể kết hợp chất sa lắng để cơ lập, làm
sạch, chống lan tỏa đioxin từ đất, nước thải, tồn dư hóa chất.
1.3.2. Ứng dụng trong y học
THT siêu mịn được ứng dụng cho lĩnh vực y tế để giải độc cho hệ tiêu
hóa, lọc máu cho người nghiện ma túy (sản phẩm Actidoser của Bệnh viện
Bạch Mai, biệt dược Carbonic của Thụy Điển, than lọc máu của Pháp).
Trong chế biến dược phẩm, THT dạng bột mịn chế tạo từ xương và đã khử
tro được dùng để tẩy màu, hấp phụ làm sạch thuốc trước lúc cô cạn kết tinh.
1.2.3. Ứng dụng trong cơng nghiệp hóa mỹ phẩm
Dựa vào tính hấp phụ chọn lọc của THT siêu mịn nên việc sử dụng nó đã
và đang được các cơng ty hàng đầu về hóa mỹ phẩm nghiên cứu áp dụng cho
các sản phẩm như dầu gội đầu, sữa tắm, kem rửa mặt để hấp thụ bã nhờn,
làm sạch tận sâu trong lỗ chân lông, làm trôi lớp sừng già..vv.
1.2.4. Ứng dụng trong xử lý môi trường và các lĩnh vực khác
THT dạng bột PAC và S-PAC được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước ăn
uống, xử lý nước mặt, xử lý nước lũ lụt thành nước sinh hoạt, xử lý nước


5

thải..vv. Ngồi ra, THT siêu mịn cịn có thể làm làm chất mang, chất phân
tán các hoá chất bảo vệ thực vật hay ứng dụng làm chất xúc tác tổng hợp,
điều chế, làm sạch một số chất như photgen, sulfurit, PVC..vv.
Than hoạt tính dạng bột mịn, trong đó có THT dạng siêu mịn là loại vật
liệu hấp phụ đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghệ khác
nhau, đặc biệt là trong lĩnh vực công nghệ xử lý ô nhiễm môi trường.

Kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả bước đầu cho thấy kích thước hạt
THT có ảnh hưởng tới hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm của THT. Tuy nhiên
các nghiên cứu có tính chất hệ thống và ảnh hưởng của kích thước hạt THT
dạng bột mịn hay dạng siêu mịn tới khả năng hấp phụ (nhiệt động học hấp
phụ) và tốc độ hấp phụ (động học hấp phụ) là rất hạn chế.
CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là công nghệ chế tạo THT siêu mịn có
kích thước từ 5 - 20µm, các quy luật hấp phụ trên THT bột mịn và siêu mịn.
2.2. Nguyên liệu, hoá chất và thiết bị nghiên cứu
2.2.1 Nguyên liệu
Than gáo dừa Trà Bắc dạng bột (TB): SBET: 700-1.000m2/g; d: 2,02,4g/cm3, kích thước hạt: 0,1-0,2mm. Than Trung Quốc dạng bột mịn (than
dược phẩm, than tẩy màu - AG): SBET:800-1.000m2/g; d=1,8-2,2g/cm3, kích
thước hạt: 0,04-0,06mm. Than tre dạng mảnh sản xuất từ lị cơng nghiệp
Thanh Hóa: SBET:900-1.200m2/g; d=1,8-2,2g/cm3, kích thước hạt:15-30mm
(số liệu được cung cấp bởi nhà sản xuất).
2.2.2. Các hóa chất dùng trong nghiên cứu
2,4,6- Trinitrotoluen (TNT), độ tinh khiết >95% (TQ). Trinitrorezocin (TNR),
độ tinh khiết > 99,0% (Nga). Methylthionine chloride (MB), độ tinh khiết >
98% (TQ). Benzen, độ tinh khiết > 98% (TQ). Nước cất 2 lần.
2.2.3. Thiết bị, cơng nghệ dùng trong phân tích đo đạc
Máy nghiền bi (TQ); Máy đo kích thước hạt Laser LA-950 (Mỹ); Kính
hiển vi điện tử quét độ phân giải cao (FESEM, S4800-Hitachi - Nhật); Máy
quang phổ tử ngoại khả kiến (UV-VIS) Agilent 8453 (Mỹ); Thiết bị sắc ký
lỏng cao áp (HPLC) Agilent HP-1100 (Mỹ); Thiết bị sắc ký khí khối phổ
(GC-MS) Agilent 5975 (Mỹ); Máy hấp phụ nitơ lỏng ASAP 2020, TriStar
3000 (Mỹ). Cân Mackbell (TQ). Máy đo tỷ trọng AP1330 - nạp khí He (Mỹ);
Máy đo tỷ trọng biểu kiến GP1360-DryFlo (Mỹ); Máy khuấy từ ổn nhiệt
M85-2 (TQ); Cân phân tích điện tử Mettler hãng Toledo (Thụy Sỹ).
2.3. Phương pháp nghiên cứu

2.3.1. Phương pháp tạo kích thước hạt than
Tiến hành nghiền tạo kích thước hạt siêu mịn bằng phương pháp nghiền
bi, thuận tiện cho việc theo dõi kích thước hạt nghiền theo thời gian vì có thể
tạm dừng máy, lấy mẫu than đem phân tích.


6

2.3.2. Phương pháp xác định phân bố kích thước và cấu trúc bề mặt
Trên máy LA-950 và trên máy S-4800
2.3.3. Phương pháp xác định tỷ trọng than hoạt tính
Trên máy Geo Pye 1360 và trên máy Accupyc Pycnometer 1330
2.3.4. Phương pháp hấp phụ đẳng nhiệt nitơ ở nhiệt độ 77k
Được tiến hành trên máy ASAP 2020. Diện tích bề mặt được tính tốn
bằng cách sử dụng phương trình BET. Phương pháp xác định d (hoặc r) và sự
phân bố kích thước mao quản như trên theo đường khử hấp phụ, được gọi là
BJH. Xác định thể tích vi mao quản và diện tích bề mặt của các mao quản
trung bình được áp dụng bởi phương pháp t-lot.
2.3.5. Phương pháp hấp phụ benzen
Xác định khả năng hấp phụ của THT bằng C6H6 là phương pháp cổ điển,
được thực hiện trên cân hấp phụ động học Mark-Bell (Trung Quốc). Tính
tốn diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính được xác định trên cơ sở đồ thị
đường thẳng BET. Thể tích các mao quản nhỏ, mao quản trung bình và tổng
thể tích mao quản được tính theo thể tích hấp phụ benzen.
2.3.6. Phương pháp phân tích, xác định hàm lượng các chất hữu cơ
2.3.6.1. Phương pháp phân tích định lượng
Phân tích định lượng MB, TNR, TNT trong dung dịch bằng phương pháp
đo phổ UV - VIS và HPLC. Dung lượng hấp phụ than hoạt tính được tính
theo cơng thức:
(2.17)

Trong đó: qe – Dung lượng hấp phụ (mg/g); C0 – Nồng độ dung dịch chất
ban đầu (mg/l); Ce – Nồng độ dung dịch sau hấp phụ (mg/l); V – Thể tích
dung dịch chất hấp phụ (l); m – Khối lượng than hoạt tích dùng hấp phụ (g).
Việc khảo sát hấp phụ đẳng nhiệt với MB, TNR, TNT được thực hiện ở
điều kiện 250C với nồng độ ban đầu (C0) tương ứng là 100,06; 30,0 và
118,84mg/l. Thí nghiệm với một lượng than thay đổi (m) được cho vào bình
tam giác (250ml), có 100ml dung dịch. Đưa bình lên máy lắc, lắc đều trong
60 phút. Sau đó, lọc bằng giấy lọc, bảo quản mẫu trong bình kín và đem phân
tích trên máy đo nêu trên. Phản ứng xác định động học hấp phụ với MB,
TNR được thực hiện ở điều kiện tương tự, với nồng độ C0(MB)=150,0mg/l;
C0(TNR)=28,54mg/l và một lượng than m = 100mg với thời gian thay đổi (t).
2.3.6.2. Phương pháp xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ
a) Phương pháp xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ theo Freundlich
lg( qe )  lg K F 

1
lg C
n

(2.18)

KF là hằng số hấp phụ Freundlich và 1/n là trị số đặc trưng cho tương tác
hấp phụ của hệ. Mối quan hệ giữa lg qe và lg C là tuyến tính. Từ đồ thị mơ tả
mối quan hệ giữa lg qe và lg C sẽ xác định được các tham số K F và n .
b) Phương pháp xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ theo Langmuir:
1
1
1
1
(2-19)


 
qe

K L là

qmax .K L

hằng số hấp phụ Langmuir;

qmax là

C

qmax

dung lượng hấp phụ cực đại.


7

2.3.6.3. Phương pháp xây dựng đường động học hấp phụ
Để nghiên cứu động học của quá trình hấp phụ trong dung dịch, người ta
thường sử dụng mơ hình phản ứng giả bậc 1 Lagergen (pseudo-first-order)
hoặc giả bậc 2 (pseudo-second-order).
)
( )
- Mơ hình phản ứng giả bậc 1: (
(2.20)
Trong đó: qe - dung lượng hấp phụ ở thời điểm cân bằng (mg/g); qt - dung

lượng hấp phụ ở thời điểm t (mg/g); k1 - hằng số hấp phụ bậc 1 (1/phút); t thời gian hấp phụ (phút)
- Mơ hình phản ứng giả bậc 2: t  1 2  t
(2.21)
qt

k 2 .qe

qe

Trong đó: k 2 - hằng số hấp phụ bậc 2 (g.mg-1.phút-1)
2.3.6.4. Các phương pháp xử lý số liệu
Các thí nghiệm được lặp lại từ 3 đến 6 lần. Số liệu biểu diễn là số liệu
trung bình cộng của các lần thí nghiệm (tại điểm nghiên cứu). Đồ thị các
đường biểu diễn thực nghiệm được xây dựng dựa trên phương pháp bình
phương cực tiểu. Các kết quả thí nghiệm được xử lý thống kê theo quy luật
phân phối (Student) hoặc thống kê tuyến tính theo phương pháp thống kê
tốn học xử lý các kết quả thực nghiệm.
CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Đặc điểm phân bố kích thước hạt của các mẫu than hoạt tính siêu
mịn được chế tạo bằng phương pháp nghiền bi
3.1.1 Đặc điểm phân bố kth than siêu mịn chế tạo từ THT Trà Bắc
Kết quả đo phân bố cỡ hạt bằng máy LA-950 của các mẫu THT sau các
thời gian nghiền khác nhau được trình bày trên hình 3.1a - 3.1k.

a-TB0
b- TB3
g-TB48
k-TB96
Hình 3.1. Đường phân bố kích thước hạt THT TB theo phần trăm thể tích
Tổng hợp từ kết quả đo phân bố kích cỡ hạt trung bình đối với các mẫu

than được nghiền theo thời gian, dựng được đồ thị phân bố kích cỡ hạt trung
bình phụ thuộc vào thời gian nghiền.
µm
120
Hình 3.2. Sự thay đổi kích cỡ hạt THT
100
80
Trà Bắc theo thời gian nghiền
Các mẫu than hoạt tính có kích thước 60
40
h
hạt trung bình giảm dần theo thời gian 20
0
nghiền và có kích thước đạt 4,01µm sau 96
0 12 24 36 48 60 72 84 96
giờ nghiền. Sau 18h nghiền trở đi, kích


8

thước hạt than <10 µm (phân bố tập trung ở dải 8,55µm). Như vậy, với mẫu
than bột Trà Bắc, thì thời gian nghiền thích hợp nhất (để đạt kích thước nhỏ
hơn 14 – 17 lần so với mẫu chưa nghiền) là từ 18 đến 24h.
3.1.2 Đặc điểm phân bố kích thước hạt than siêu mịn từ chế tạo than hoạt
tính AG Trung Quốc
Với phương pháp nghiền như than Trà Bắc, tiến hành nghiền than Trung
Quốc trong cối nghiền bi và định kỳ lấy mẫu để khảo sát kích thước hạt theo
thời gian nghiền.
50
µm

Hình 3.4. Sự thay đổi kích cỡ hạt THT
40
TQ theo thời gian nghiền
30
THT Trung Quốc có kích thước ban đầu
nhỏ và mịn hơn than Trà Bắc, nhưng thời 20
h
gian nghiền sau 48h chỉ giảm xuống được 4 10
lần so với kích thước hạt trung bình ban đầu, 0
0 6 12 18 24 30 36 42 48
về 9,98 µm.
3.1.3. Đặc điểm phân bố kích thước hạt từ than hoạt tính tre
Than tre hoạt tính ở dạng mảnh, có kích thước từ 5 đến 20 mm, được sản
xuất công nghiệp ở Thanh Hóa. Để chế tạo than tre siêu mịn, sử dụng
phương pháp tương tự như chế tạo các mẫu THT Trà Bắc, Trung Quốc và
theo dõi thay đổi kích thước hạt trên máy LA950. Kết quả so sánh 3 mẫu
than với khoảng thời gian nghiền được mô tả ở hình 3.6:
Hình 3.6. Sự thay đổi kích cỡ hạt 3 loại
150
µm
Than Trà Bắc
than theo thời gian nghiền
- Mẫu THT Trung Quốc và THT tre đạt 100
Than Trung Quốc
đến kích thước hạt siêu mịn ngay từ giai
Than Tre
h
50
đoạn 6 giờ và 10 giờ, THT Trà Bắc đạt được
kích thước siêu mịn chỉ sau 18 giờ và ổn

định không nghiền nhỏ hơn được nữa ở sau 0 0 6 12 18 24 30 36 42 48
24 giờ. Điều này chứng tỏ THT Trà Bắc có
độ bền tốt hơn THT Trung Quốc và THT tre.
- Trong quá trình nghiền, cỡ hạt của 3 loại THT giảm theo thời gian có
cùng quy luật. Giai đoạn đầu giảm rất nhanh xuống cỡ hạt khoảng 12-15 µm.
Nhưng từ 12-10 µm trở xuống, kích thước hạt giảm chậm và gần như không
mấy thay đổi sau 24h đến 48h. Như vậy, để chế tạo THT có kích thước siêu
mịn cỡ 10µm thì cần nghiền khoảng thời gian tối đa 24h là thích hợp với 3
loại THT nói trên.
Bằng các kết quả đo phân bố kích thước hạt và chụp SEM của các mẫu
THT trước và sau nghiền cho thấy: quá trình tạo hạt siêu mịn bằng phương
pháp nghiền bi, hoạt hóa cơ học là hồn tồn có thể thực hiện được trong
điều kiện thiết bị và công nghệ hiện có tại Việt Nam.


9

3.2. Xác định tính chất, cấu trúc mao quản của các mẫu THT sau nghiền
3.2.1. Đánh giá cấu trúc mao quản thông qua hấp phụ nitơ
Phương pháp BET sử dụng kỹ thuật hấp phụ - khử hấp phụ khí nitơ ở
77K để xác định bề mặt riêng của vật liệu mao quản và phân bố mao quản
theo đường kính đang là phương pháp tin cậy nhất (đường kính của phân tử
N2 ~3,22A0).
3.2.1.1. Khảo sát sự hấp phụ nitơ trên các mẫu THT Trà Bắc
Sự hấp phụ - khử hấp phụ (isotherm) của N2 trên các mẫu THT Trà Bắc
có kích thước hạt khác nhau cho thấy đẳng nhiệt của các mẫu than hầu như
khơng có sự khác biệt nào đáng kể. Các số liệu đo đạc về: diện tích bề mặt và
các đặc trưng cấu trúc mao quản của 8 mẫu THT Trà Bắc được nghiền với
thời gian khác nhau cho kích thước khác nhau được tổng hợp trong bảng 3.1.
Bảng 3.1. Các đặc trưng cấu trúc của các mẫu THT Trà Bắc

Mẫu Thời gian DTB, SBET, SMicro, SExt, VMicro, VBJH, dBJH Ads,
nghiền, h µm m2/g
m2/g m2/g cm3/g cm3/g
nm
TB0
123,0 869,18 787,84 81,34 0,365 0,099 4,73
TB3
3
35,1 869,20 782,50 86,71 0,362 0,104 4,93
TB6
6
22,9 867,21 780,69 86,52 0,361 0,106 5,01
TB9
9
15,4 855,81 769,08 86,73 0,356 0,101 4,77
TB24
24
8,6 850,72 764,14 86,58 0,354 0,099 4,71
TB48
48
7,9 845,46 759,58 85,88 0,351 0,095 4,58
TB72
72
5,0 838,82 755,56 83,26 0,349 0,090 4,44
TB96
96
4,0 835,43 753,09 82,34 0,348 0,088 4,38
Các đại lượng bề mặt riêng (SBET), thể tích mao quản nhỏ (Vmicro), thể tích
mao quản trung bình (VBJH), đường kính trong của hệ mao quản (dBJH), vv..
hầu như không thay đổi (sự sai khác nhau giữa giá trị các tham số nằm trong

phạm vi sai số thực nghiệm  5%).
Như đã biết, bề mặt ngoài chỉ chiếm xấp xỉ 0,5% giá trị bề mặt tổng cộng
của vật liệu mao quản. Do đó, quá trình nghiền khơng làm thay đổi tính chất
hấp phụ N2 của vật liệu mao quản, chứng tỏ rằng các kết quả thu được của
luận án (bảng 3.1) là khá tin cậy và hợp lý.
3.2.1.2. Khảo sát sự hấp phụ nitơ trên các mẫu THT Trung Quốc
Tổng hợp các số liệu đo đạc: diện tích bề mặt và các đặc trưng cấu trúc
mao quản của 4 mẫu THT Trung Quốc được đưa ra trong bảng 3.2.
Bảng 3.2. Các đặc trưng cấu trúc của các mẫu THT Trung Quốc
Mẫu
DTB,
SBET,
SMicro, SExt,
VMicro,
VBJH,
dBJH Ads,
2
2
2
3
3
µm
m /g
m /g
m /g
cm /g
cm /g
nm
TQ0
40,37 882,40 621,50 261,71 0,3075

0,283
4,85
TQ6
13,02 871,20 618,22 254,35 0,3074
0,283
4,84
TQ24
10,32 862,18 614,78 247,39 0,3070
0,279
4,81
TQ48
9,98 860,67 614,71 245,96 0,3065
0,279
4,81


10

Tương tự như THT Trà Bắc, kết quả trong bảng 3.2 cho thấy việc nghiền
siêu mịn không ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc mao quản và các đặc trưng
bề mặt của THT Trung Quốc.
3.2.1.3. Khảo sát sự hấp phụ nitơ trên các mẫu THT Tre
Các số liệu đo đạc diện tích bề mặt và các đặc trưng cấu trúc mao quản
của các mẫu THT tre:
Bảng 3.3. Các đặc trưng cấu trúc của các mẫu THT tre
Mẫu
DTB, µm
SBET,
SMicro, SExt, VMicro, VBJH, dBJH Ads,
2

m /g
m2/g
m2/g cm3/g cm3/g
nm
Tre0
1000-1500 1029,98 732,48 297,5 0,339 0,258 5,08
Tre1
40,08
1027,84 733,66 294,18 0,339 0,251 5,03
Tre6
15,22
1027,85 732,94 294,91 0,338 0,250 5,03
Tre24
12,80
1027,80 732,94 294,85 0,337 0,250 5,01
Tre48
10,05
1027,61 733,09 294,52 0,336 0,250 4,99
Các số liệu trong bảng 3.3 cho thấy quá trình nghiền khơng làm ảnh
hưởng đến tính chất bề mặt của THT tre, sự sai khác số liệu nằm trong phạm
vi sai số là chủ yếu. Điều này có thể lý giải được rằng: quá trình nghiền chỉ
làm “ngắn” lại các mảnh than tre, bên trong các mảnh, cấu trúc mao quản
không hề thay đổi, không làm ảnh hưởng đến tính chất bề mặt của THT tre.
Tóm lại: Kết quả khảo sát sự hấp phụ nitơ của 03 loại THT: Trà Bắc;
Trung Quốc và tre, cho thấy quá trình nghiền tạo kích thước hạt siêu mịn ít
ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ và hầu như không phá vỡ cấu trúc vi mao
quản và mao quản trung của THT.
Khi nghiền nhỏ, một phần rất nhỏ diện tích bề mặt trong các mao quản
(nhỏ và trung bình) bị mất đi và diện tích bề mặt ngồi hạt than lại tăng lên
với một giá trị khơng đáng kể, nên tổng diện tích bề mặt gần như không thay

đổi. Một đại lượng khác có thể đặc trưng cho cấu trúc mao quản là tổng thể
tích mao quản. Tổng thể tích mao quản bao gồm mao quản bé, mao quản
trung và mao quản lớn, 3 loại mao quản này đóng vai trị hấp phụ; mao quản
bé hấp phụ tuân theo lý thuyết Dubinin, mao quản trung bình hấp phụ theo
nguyên lý ngưng tụ mao quản, còn mao quản lớn là kênh dẫn vào. Kết quả
cho thấy khi nghiền than đạt kích thước cỡ micron trở xuống, diện tích bề
mặt riêng và tổng thể tích mao quản chỉ thay đổi chút ít. Như vậy, nhiều khả
năng trong q trình nghiền nhỏ có thể làm các hạt bị vỡ ra, độ dài các mao
quản bị ngắn lại nhưng khơng phá vỡ hệ mao quản. Do đó nhiệt động học của
quá trình hấp phụ các phân tử nhỏ (N2, O2, ...) hầu như không thay đổi, chỉ có
thể làm thay đổi phần nào động học hấp phụ mà thôi.
3.2.2. Khảo sát khả năng hấp phụ hơi benzen của các loại THT
3.2.2.1. Khảo sát khả năng hấp phụ benzen trên THT Trà Bắc
Khả năng hấp phụ của THT Trà Bắc với hơi benzen được thực hiện trên 9
mẫu có kích thước hạt khác nhau.


11

Bảng 3.4. Các thông số đặc trưng của THT Trà Bắc hấp phụ benzen
Kết quả đo trên máy
Kết quả đo trên cân Mackbell
AP1330 và GP1360
DTB
Mẫu
µm
a
SBET
Vn
Vtr

Vl
d

Vtổng
2
3
3
3
3
3
mMol/g m /g cm /g cm /g cm /g g/cm g/cm cm3/g
TB0 123,0 4,04 569,55 0,296 0,064 0,809 2,25 0,62 1,168
TB3 35,1 4,01 569,55 0,289 0,068 0,861 2,36 0,61 1,215
TB6 22,9 3,92 569,50 0,286 0,070 0,883 2,32 0,60 1,235
TB9 15,4 3,96 569,48 0,288 0,065 0,860 2,35 0,61 1,213
TB24 8,5
4,05 568,95 0,290 0,063 0,851 2,30 0,61 1,204
TB48 7,9
4,00 568,72 0,290 0,063 0,835 2,22 0,61 1,188
TB60 7,0
3,96 568,54 0,292 0,062 0,830 2,20 0,61 1,184
TB72 5,0
4,00 568,28 0,298 0,062 0,812 2,14 0,61 1,172
TB96 4,0
4,05 568,20 0,299 0,062 0,811 2,14 0,61 1,172
Kết quả bảng 3.4 cho thấy quá trình nghiền không gây ảnh hưởng đến khả
năng hấp phụ benzen của than, có nghĩa là cấu trúc mao quản của than hoạt
tính khơng bị phá vỡ đáng kể. Điều này, một lần nữa chứng minh cho
phương pháp nghiền để đưa kích thước hạt than về một vài micrômét mà
không phá vỡ cấu trúc mao quản của THT Trà Bắc là hợp lý.

3.2.2.2. Khảo sát khả năng hấp phụ benzen trên THT Trung Quốc
Bảng 3.5. Các thông số đặc trưng của các mẫu THT TQ hấp phụ benzen
Kết quả đo trên máy
Kết quả đo trên cân Mackbell
AP1330 và GP1360
DTB,
Mẫu
µm
a,
SBET, Vn,
Vtr,
Vl,
d,
,
Vtổng,
2
3
3
3
3
3
mMol/g m /g cm /g cm /g cm /g g/cm g/cm cm3/g
M0 40,37 4,18 675,60 0,273 0,131 0,670 2,02 0,64 1,072
M24 10,32 4,16 671,85 0,272 0,131 0,669 2,02 0,64 1,072
M48 9,98 4,15 670,06 0,270 0,132 0,673 2,01 0,64 1,065
Kết quả bảng 3.5 cho thấy: dung lượng hấp phụ, bề mặt riêng S BET, thể
tích mao quản nhỏ; trung và lớn gần như khơng bị ảnh hưởng khi đưa kích
thước hạt xuống khoảng 4 lần bằng phương pháp nghiền.
3.2.2.3. Khảo sát khả năng hấp phụ benzen trên THT Tre
Bảng 3.6. Các thông số đặc trưng của các mẫu THT tre hấp phụ benzen

Kết quả đo trên máy
Kết quả đo trên cân Mackbell
AP1330 và GP1360
DTB,
Mẫu
µm
a,
SBET, Vn,
Vtr,
Vl,
d,
,
Vtổng,
2
3
3
3
3
3
mMol/g m /g cm /g cm /g cm /g g/cm g/cm cm3/g
Tre0 10005,112 889 0,322 0,096 0,704 1,99 0,61 1,122
1500
Tre1 40,08 5,985 895 0,346 0,094 0,673 2,01 0,62 1,113
Tre48 10,05 5,905 886 0,334 0,098 0,7681 2,00 0,61 1,113


12

Qua khảo sát khả năng hấp phụ nitơ và hơi benzen của 03 loại THT có
kích thước hạt khác nhau do quá trình tạo hạt bằng phương pháp nghiền cơ

học cho phép rút ra một số kết luận sau:
- Việc nghiền nhỏ các hạt THT có kích thước lớn từ hàng nghìn hoặc
hàng trăm µm về hạt có kích thước bé cỡ chục µm khơng ảnh hưởng đáng kể
đến dung lượng hấp phụ đối với các chất bị hấp phụ có kích thước phân tử
nhỏ (nhỏ hơn đường kính các vi mao quản của THT).
- Phương pháp nghiền cơ học đã lựa chọn là phù hợp trong điều kiện công
nghệ chế tạo THT siêu mịn ở phịng thí nghiệm và xác lập công nghệ sản
xuất công nghiệp sau này.
3.3. Nghiên cứu quá trình hấp phụ đẳng nhiệt và động học hấp phụ của
THT có kích thước siêu mịn trong mơi trường nước
3.3.1. Đặc điểm quá trình hấp phụ MB lên các mẫu THT siêu mịn
3.3.1.1. Đẳng nhiệt hấp phụ MB đối với các loại THT có kích thước siêu mịn
Để đánh giá về ảnh hưởng kích thước hạt than hoạt tính tẩy màu đến độ
hấp phụ (khả năng tẩy màu) và tốc độ hấp phụ của các chất hữu cơ lên các
mẫu THT đã chế tạo cần nghiên cứu xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ và
các quy luật động học hấp phụ với metylen xanh đối với từng loại than.
a/ Đẳng nhiệt hấp phụ MB đối với THT Trà Bắc siêu mịn
Đã tiến hành khảo sát với 06 loại THT Trà Bắc có kích thước hạt khác
nhau (từ 4 -123µm), xây dựng được phương trình hấp phụ đẳng nhiệt
Freundlich của THT Trà Bắc với dung dịch MB.
Bảng 3.8. Các thơng số của phương trình đẳng nhiệt Freundlich
đối với hệ MB/THT Trà Bắc
Mẫu
DTB, µm
KF
n
R2
Phương trình thực nghiệm
⁄
0,956

TB0
123,0
101,391
3,8
TB3

35,1

177,011

4,7

0,986

⁄

TB6

22,9

231,740

5,8

0,955

⁄

TB9

15,4

238,232

5,9

⁄

TB48

7,9

241,546

6,0

0,955
0,946

⁄

⁄
0,953
TB96
4,0
238,232
5,9
Giá trị KF nhận được cho từng hệ là một đại lượng đặc trưng cho khả
năng hấp phụ của từng loại than đối với một chất bị hấp phụ, giá trị KF lớn
đồng nghĩa với hệ có khả năng hấp phụ cao. Kết quả bảng 3.8 cho thấy: THT

Trà Bắc có kích thước nhỏ (từ 4 – 15µm) có khả năng hấp phụ lớn hơn so với
THT có kích thước hạt lớn hơn (123µm).
Giá trị n, đặc trưng định tính cho bản chất lực tương tác của hệ, được tính
tốn từ thực nghiệm (được đưa ra trong bảng 3.8), và giá trị này tăng dần khi
kích thước hạt THT giảm dần và đạt cực đại đối với kích thước hạt đạt đến


13

nhỏ hơn 10µm. Điều này chứng tỏ có sự biến thiên tăng dần ái lực hấp phụ
khi kích thước hạt than giảm về siêu mịn.
Kết quả khảo sát các thông số đặc trưng của 6 mẫu THT Trà Bắc có kích
thước hạt khác nhau theo Langmuir được đưa ra trong bảng 3.9:
Bảng 3.9. Các thơng số của phương trình đẳng nhiệt Langmuir
đối với hệ MB/THT Trà Bắc
Mẫu
DTB, µm KL
qmax
R2
Phương trình thực nghiệm
TB0

123,0

0,286

282,486 0,838

TB3

35,1

1,266

338,983 0,910

TB6

22,9

4,339

371,747 0,911

TB9

15,4

5,019

375,940 0,915

TB48

7,9

5,681

374,532 0,905

TB96

4,0

5,135

374,532 0,904

Kết quả bảng 3.9 cho thấy: các giá trị tính tốn theo phương trình đẳng
nhiệt Langmuir thì giá trị qmax (dung lượng hấp phụ) và giá trị KL (tương tác
giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ) tăng khi kích thước hạt than giảm.
Từ kết quả (bảng 3.8 và 3.9) về hấp phụ MB trên THT Trà Bắc nhận được
ở trên có thể thấy rằng:
1/ Đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich (R2>0,95) phù hợp tốt hơn so với đẳng
nhiệt Langmuir (R2<0,91) là hợp lý, vì THT là chất hấp phụ tự nhiên chứa
nhiều loại tâm hấp phụ nên bề mặt không đồng nhất (về năng lượng hấp phụ
và về hình học). Tuy nhiên, trong trường hợp này, đẳng nhiệt Langmuirr
cũng có giá trị (vì R2 ~ 0,9), có lẽ là, các tâm hấp phụ trên bề mặt THT khá
“cách xa” nhau, nên các tâm hấp phụ khơng có tương tác ngang lẫn nhau, nên
không vi phạm các giả thiết của đẳng nhiệt Langmuir.
Như vậy các giá trị KF (Freundlich) và qmax (Langmuir) vẫn có thể đặc
trưng cho dung lượng hấp phụ của THT; n (Freundlich - nF) và KL
(Langmuir) là các giá trị đặc trưng cho lực hấp phụ.
2/ Nhận thấy rằng, khi kích thước hạt THT giảm thì các giá trị n, KL, KF,
qmax đều tăng. Kết quả thực nghiệm thu được này thật khá thú vị, khác hẳn
với trường hợp hấp phụ N2 và C6H6 trên các loại THT.
Như vậy, khi n và KL tăng, có nghĩa là lực hấp phụ của các tâm tăng và
do đó dẫn đến KF và qmax (dung lượng hấp phụ) tăng. Kết quả này dường như

14

có vẻ mâu thuẫn với kết luận ở trên (trong phần hấp phụ N 2 và C6H6) là “quá
trình nghiền không làm phá vỡ cấu trúc mao quản của THT” nên số tâm hấp
phụ không tăng và dẫn đến SBET = const.
Để giải thích các kết quả hấp phụ MB trên THT một cách hợp lý, chúng
ta phải giả thiết rằng sự hấp phụ MB xảy ra theo một cơ chế khác N 2 và
C6H6.
Xét về kích thước, N2 và C6H6 là các phân tử nhỏ (3 - 6A0) nên hấp phụ
chủ yếu ở bề mặt trong của THT (trên bề mặt của thành mao quản). Cịn MB,
có kích thước phân tử lớn, cấu trúc cồng kềnh, bị hydrat hóa, do đó khó thâm
nhập vào các mao quản nhỏ < 15-20A0, nên giả thiết rằng MB hấp phụ chủ
yếu ở bề mặt ngồi (trong mao quản trung bình, trên các gờ, cạnh bên ngồi
THT). Chính vì vậy, khi THT bị nghiền nhỏ, các mao quản trung bình dễ
“lộ” ra bên ngoài (easily accepted), tạo điều kiện thuận lợi cho hấp phụ MB.
Các giá trị nF và KL tăng khi kích thước THT nhỏ dần, chứng tỏ số tâm hấp
phụ tăng dần và hạt càng nhỏ, sự hấp phụ càng thuận lợi và lực hấp phụ càng
tăng.
Giả thiết rằng 1 hạt THT có cấu trúc hình lập phương, tâm hấp phụ ở bề
mặt ngồi nằm tại các đỉnh của hình lập phương. Với khối lập phương có
kích thước các cạnh là d, khi bị nghiền thành d/2 thì có nghĩa là từ 1 hạt THT
có 8 tâm hấp phụ ở bề mặt ngồi có thể tạo ra 8 hạt THT với kích thước d/2
có 8 x 8 = 64 tâm hấp phụ trên bề mặt ngoài (lưu ý rằng trong các hạt THT
kích thước d và các hạt THT kích thước d/2, các mao quản nhỏ vẫn bảo tồn,
nhưng MB khơng xâm nhậm được). Do đó, q trình nghiền tạo ra các tâm
hấp phụ mới (tăng về số lượng và thay đổi lực hấp phụ), nên làm cho quá
trình hấp phụ MB được cải thiện đáng kể khi THT được nghiền mịn.
THT

MB

d/2

d

Hình 3.20. Mơ hình hấp phụ MB trên các tâm hấp phụ ở bề mặt ngồi THT
Mơ hình này cũng tương tự như mơ hình hấp phụ “vỏ hạt” của Yoshihiko
hấp phụ các hợp chất hữu cơ tự nhiên (NOM) đã được trình bày trong phần
tổng quan.
Theo mơ hình “vỏ hạt”, các tác giả Nhật Bản cũng nhận thấy rằng THT
siêu mịn (S-PAC) có dung lượng hấp phụ lớn với các chất hữu cơ phân tử
lớn NOM, so với PAC. Cịn đối với các phân tử hữu cơ nhỏ thì dung lượng
của S-PAC không cao hơn nhiều so với PAC. Kết quả này hoàn toàn phù hợp
với kết quả hấp phụ của THT đối với N2, C6H6 và đối với MB.


15

b/ Đẳng nhiệt hấp phụ của THT Trung Quốc với dung dịch metylen xanh
Tương tự như điều kiện thí nghiệm của THT Trà Bắc, xây dựng được
phương trình đẳng nhiệt của 04 mẫu THT Trung Quốc đối với dung dịch
metylen xanh, kết quả được đưa ra trong bảng 3.11.
Bảng 3.11. Các thơng số của phương trình đẳng nhiệt Freundlich
đối với hệ MB/ THT Trung Quốc
Mẫu
DTB, µm
KF
n
R2
Phương trình thực nghiệm

⁄
TQ0
40,37
209,41
4,05
0,994
TQ3

14,95

233,88

4,29

0,981

⁄

TQ24

10,32

252,35

4,61

0,977

⁄

⁄
TQ48
9,98
267,30
4,63
0,988
Kết quả bảng 3.11 cho thấy, trên cùng một loại THT, mẫu than TQ 0 (kích
thước 40,37µm) có giá trị KF là: 209,41; mẫu than TQ3 (kích thước 14,95µm,
nhỏ hơn 2,7 lần) giá trị KF tăng 1,1 lần và với các mẫu than từ TQ24 đến TQ48
thì giá trị KF tăng lần lượt là: 1,2 đến 1,3 lần.
* Phương trình đẳng nhiệt Langmuir đối với hệ MB/ THT Trung Quốc
Kết quả đo đạc các thông số đặc trưng của 04 mẫu THT Trung Quốc có
kích thước hạt khác nhau để thiết lập phương trình đẳng nhiệt Langmuir
được đưa ra trong bảng 3.12.
Bảng 3.12. Các thơng số của phương trình đẳng nhiệt Langmuir
đối với hệ MB/THT Trung Quốc
Mẫu
DTB, µm
KL
qmax
R2
Phương trình đẳng nhiệt

TQ0

40,37

1,452 366,30 0,877

TQ3

14,95

2,217 371,75 0,857

TQ24

10,32

2,988 375,94 0,870

TQ48

9,98

2,988 403,22 0,950

Qua kết quả nghiên cứu khả năng hấp của THT Trung Quốc chúng tôi
nhận thấy việc giảm kích thước hạt từ 40,37µm xuống đến cỡ 10µm, các
tham số: nF; KL; KF; qmax đều tăng nhưng sự khác biệt không thể hiện rõ nét
như THT Trà Bắc. Đó là vì kích thước hạt ít biến đổi hơn, từ 40µm về đến
10µm (giảm ~ 4 lần), thì khả năng hấp phụ trong dung dịch của THT Trung
Quốc sẽ thay đổi không được nhiều như THT Trà Bắc, từ 123µm đến 4µm
(giảm ~ 30 lần). Điều này chứng tỏ sự hấp phụ của MB chỉ được thực hiện ở
bề mặt ngoài, giữa các khe rãnh (mao quản trung bình) của các hạt THT,


16

tương tự như trường hợp hấp phụ MB trên THT Trà Bắc. Vấn đề này sẽ được

chứng minh rõ nét hơn khi nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ trên THT tre dưới
đây.
c/ Đẳng nhiệt hấp phụ MB đối với các loại THT tre siêu mịn
Kết quả khảo sát cho thấy THT tre dạng mảnh khơng có khả năng tẩy
màu trong dung dịch. Ngược lại, các mẫu THT tre sau khi nghiền lại có khả
năng này. Các số liệu khảo sát khả năng hấp phụ của THT tre được đưa ra
trong bảng 3.13.
Bảng 3.13. Các thơng số phương trình đẳng nhiệt Freundlich và Langmuir
đối với hệ MB/THT tre siêu mịn
Phương trình Langmuir
D , Phương trình Freundlich
Mẫu TB
µm
KF
n
Phương trình KL qmax
Phương trình
Tre1 40,80 198,61 4,65

⁄

1.14 359.71

Tre6 15,22 227,51 5,10

⁄

1.68 381.68

Tre48 10,50 252,35 5,13

⁄

2.86 383.14

Kết quả khảo sát bảng 3.13 cho biết, tính theo phương trình đẳng nhiệt
hấp phụ Langmuir khi kích thước hạt than giảm hằng số hấp phụ Langmuir
KL của THT tre sau nghiền 48 giờ so với THT tre nghiền sau 1 giờ tăng
khoảng 6% và tâm hấp phụ qmax tăng 1,23 lần. Tính theo phương trình
Freundlich khi kích thước hạt than giảm hằng số hấp phụ KF của THT tre sau
nghiền 48 giờ so với THT tre nghiền sau 1 giờ tăng khoảng 2,5 lần và tâm
hấp phụ qe tăng 1,5 lần.
Cụ thể, các số liệu thực nghiệm cho thấy: khi kích thước hạt (D) giảm thì
các tham số: nF, KF, KL, qmax tăng, tức là dung lượng hấp phụ tăng. Lý giải
cho điều này, có thể hiểu rằng: than hoạt tính sau khi nghiền, kích thước hạt
giảm đồng nghĩa với chiều dài mao quản ngắn lại, tức là giao thông giữa các
mao quản được rút ngắn; đồng thời diện tích tiếp xúc bề mặt ngồi của than
tăng hay tâm hấp phụ hiệu quả tăng. Mặt khác, quá trình nghiền có thể phá
vỡ những nút thắt mao quản (nút cổ chai) dẫn đến sự thơng thống về giao
thơng giữa các mao quản và tận dụng được triệt để hấp phụ trên mao quản.
Đồng thời, quá trình hấp phụ trong dung dịch có bị ảnh hưởng bởi sức căng
bề mặt của chất lỏng nên có thể chất bị hấp phụ chỉ nằm ở miệng mao quản
mà không thể chui vào điền đầy thể tích mao quản được, có nghĩa là không
gian hấp phụ bị giảm. Với tư duy như vậy, và các số liệu đo đạc được thì
cách lý giải này là hợp lý và phù hợp với kết quả của một số cơng trình đã
cơng bố.
Các kết quả khảo sát về sự hấp phụ MB trên các loại THT khác nhau (Trà
Bắc, Trung Quốc và tre) đều chứng tỏ rằng:
Khi kích thước hạt than giảm thì khả năng hấp phụ đối với MB tăng (KF

17

và qmax tăng), sự gia tăng đó là do có các tâm hấp phụ mới (n F và KL tăng).
Các kết quả đó chỉ có thể giải thích rằng, MB là phân tử chất hấp phụ lớn,
không thể (nhiệt động học) và không kịp (động học) xâm nhập vào các mao
quản nhỏ bên trong THT mà chỉ có thể hấp phụ bề mặt ngoài các hạt than.
Nguyên nhân tạo ra cơ chế hấp phụ này là:
- Sự cản trở hình học (không gian).
- Sự cản trở do môi trường hấp phụ (bản chất dung mơi, sự solvat hóa,..).
3.3.1.2. Nghiên cứu động học hấp phụ của MB trên các mẫu THT siêu mịn
a/ Động học hấp phụ của MB trên các mẫu THT Trà Bắc
Điều kiện thực nghiệm nghiên cứu động học hấp phụ của các mẫu THT
Trà Bắc có kích thước hạt khác nhau đối với dung dịch metylen xanh như đã
trình bày tại mục 2.3.6. Nồng độ dung dịch (Ce) theo thời gian (t) được xác
định bằng thực nghiệm, kết quả khảo sát được đưa ra ở hình 3.22.
Hình 3.22. Động học hấp phụ MB
qe (mg/g)
trên THT Trà Bắc siêu mịn
147
Từ hình 3.22 nhận thấy, khi kích
TB0
thước hạt càng nhỏ thì tốc độ hấp phụ 142
TB6
càng tăng. Cụ thể, dung lượng hấp phụ
TB9
của mẫu than có kích thước hạt lớn (mẫu 137
TB96
TB0, 123 µm) phải sau hơn 15 phút mới 132
t (phut)

đạt gần tới trạng thái cân bằng; với các
0
20
40
60
mẫu than có kích thước nhỏ hơn, thì
dung lượng hấp phụ đạt tới giá trị cân bằng ở khoảng thời gian từ 2 đến 5
phút (mẫu TB48 kích thước 7,9µm và TB96 kích thước 4µm).
Hình 3.22 cũng cho thấy rằng giá trị hấp phụ động q eđh ở trạng thái cân
bằng có thứ tự sắp xếp như sau:
qeđh(TB96) > qeđh(TB9) > qeđh(TB6) > qeđh(TB0)
Vì giá trị qeđh của các loại THT có các kích thước khác nhau đều nhỏ hơn
nhiều so với giá trị qmax (Langmuir).
Các kết quả đó một lần nữa xác nhận rằng sự hấp phụ MB trên THT chỉ
xảy ra ở bề mặt ngoài các hạt than, giữa các khe rãnh của các hạt và sự hấp
phụ thực tế khó đạt đến mức tối đa (đơn lớp), mà chỉ dừng lại ở khoảng từ
1/3 đến1/2 đơn lớp (qeđh(TB96) = ~150mg/g, qmax(TB96) = ~375mg/g).
Để làm rõ hơn về động học của quá trình hấp phụ trong dung dịch của
THT người ta thường sử dụng mơ hình phản ứng giả bậc 1 và mơ hình phản
ứng giả bậc 2 (peseudo-second-order) (cơng thức 2.20, 2.21)
- Áp dụng theo phương trình phản ứng giả bậc 1 cho thấy hệ số tương
quan R2 có giá trị từ 0,45 đến 0,75;
- Áp dụng theo phương trình phản ứng giả bậc 2 thì hệ số tương quan R2
xấp xỉ 1.
Kết quả này cho thấy tốc độ hấp phụ MB trên các mẫu THT phù hợp với
quy luật hấp phụ theo phương phản ứng giả bậc 2. Vì vậy, trong các tính tốn


18

chúng tơi sẽ áp dụng phương trình hấp phụ giả bậc 2 cho tất cả các thí
nghiệm.
Kết quả biểu diễn ảnh hưởng kích thước hạt đến hằng số tốc độ phản ứng
k2 theo mơ hình phản ứng giả bậc 2 (peseudo-second-order) được thể hiện
hình 3.23.
k2
Hình 3.23. Sự phụ thuộc hằng số tốc 2.5 g/mg.phút
2
độ hấp phụ giả bậc 2 vào kích thước hạt
1.5
của THT Trà Bắc
Từ hình 3.23 nhận thấy, hiệu suất và 1
tốc độ hấp phụ dung dịch metylen xanh 0.5
của THT Trà Bắc tăng khi kích thước hạt 0
D (µm)
0
50
100
150
giảm, và tăng mạnh (đột biến) khi kích
thước hạt đạt đến siêu mịn (dưới 10µm).
b/ Động học hấp phụ MB trên các mẫu THT Trung Quốc siêu mịn
Kết quả khảo sát đã xây dựng được phương trình động học bậc 2 và hằng
số tốc độ k2 phụ thuộc vào kích thước hạt
0.6
k2
theo mơ hình phản ứng giả bậc 2.
(g/mg.phút)
Hình 3.24. Sự phụ thuộc hằng số tốc 0.5
Than Trung Quốc

độ hấp phụ giả bậc 2 vào kích thước hạt 0.4
0.3
của THT Trung Quốc
Từ hình 3.24 nhận thấy, hằng số k2 0.2
tăng khi kích thước hạt than giảm. Ở 0.1
D (µm)
mẫu than TQ48 với kích thước 9,98µm, 0 0
10
20
30
40
50
hằng số k2 tăng lên tới 8,2 lần so với mẫu
TQ0 (40,37µm).
c/ Động học hấp phụ của MB trên các mẫu THT tre siêu mịn
Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng kích thước hạt đến hằng số tốc độ phản ứng
theo mơ hình phản ứng giả bậc 2.
0.3
k
Hình 3.25. Sự phụ thuộc hằng số tốc 0.25 (g/mg.phut)
độ hấp phụ giả bậc 2 vào kích thước hạt 0.2
Than tre
của THT tre
0.15
Qua khảo sát động học hấp phụ dung 0.1
dịch metylen xanh của 03 loại THT: Trà 0.05
Bắc; Trung Quốc; tre thơng qua khảo sát
D (µm)
0
độ dốc của đồ thị sự phụ thuộc hằng số

0
10
20
30
40
50
tốc độ hấp phụ giả bậc 2 (k2) vào kích
thước hạt, có thể đưa ra một số nhận xét sau:
- Các mẫu THT có kích thước hạt lớn hơn 50µm hằng số tốc độ phản ứng
của phương trình động học bậc 2 tăng đều và tuyến tính trong phạm vi một
vài lần.
- Các mẫu THT có kích thước trong khoảng 10-50µm hằng số tốc độ
phản ứng tăng nhanh hơn, đến hàng chục lần.
2


19

- Khi kích thước hạt đạt đến siêu mịn (4µm) thì hằng số tốc độ của
phương trình động học bậc 2 có thể tăng đến xấp xỉ trăm lần so với mẫu có
kích thước hạt lớn (123µm).
Như vậy, kết quả nghiên cứu về động học hấp phụ trên các mẫu than cho
thấy: tốc độ tỷ lệ nghịch với kích thước hạt, tức là tốc độ hấp phụ tăng khi
kích thước hạt than giảm. Quá trình hấp phụ trong trường hợp này được
quyết định bởi sự khuếch tán nội hạt - di chuyển dọc các mao quản. Khi kích
thước hạt giảm về đến siêu mịn thì đương nhiên các mao quản sẽ có chiều dài
ngắn hơn. Như vậy q trình khuếch tán trong các mao quản ngắn sẽ giảm
được thời gian, và đồng nghĩa với tốc độ hấp phụ ở than có kích thước nhỏ sẽ
nhanh hơn so với than có kích thước hạt lớn. Có thể kết luận tốc độ hấp phụ
tỷ lệ nghịch với kích thước hạt, điều này hồn tồn phù hợp với các cơng

trình đã nghiên cứu trước đây.
3.3.2. Đặc điểm quá trình hấp phụ TNR lên than hoạt tính
3.3.2.1. Đẳng nhiệt hấp phụ TNR trên các mẫu THT SM
a/ Ảnh hưởng của kích thước hạt đến dung lượng hấp phụ TNR của THT Trà
Bắc siêu mịn
Xây dựng đồ thị đẳng nhiệt Freundlich và Langmuir, xác định được các
giá trị KF, n, KL, qmax và thiết lập được phương trình đẳng nhiệt của các mẫu
THT đối với TNR, các số liệu được trình bày trong bảng 3.19.
Bảng 3.19. Các thơng số đặc trưng của phương trình Freundlich
và Langmuir đối với hệ TNR/THT Trà Bắc
Phương trình Freundlich
Phương trình Langmuir
Mẫu DTB, µm
KF n
Phương trình
KL qmax
Phương trình
TB0

123,0

12,246 2,451

⁄

0,214 47,62

TB3

35,1

16,866 2,451

⁄

0,309 58,82

TB6

22,9

17,219 2,451

⁄

0,327 58,82

TB9

15,4

19,275 2,475

⁄

0,460 58,82

TB24

8,5

21,878 2,475

⁄

0,586 58,82

TB96

4,0

22,131 2,475

⁄

0,629 58,82

Kết quả bảng 3.19 cho thấy, khả năng hấp phụ của THT Trà Bắc có kích
thước siêu mịn (dưới 10µm) đối với TNR trong dung dịch nước có cùng quy
luật hấp phụ như THT Trà Bắc hấp phụ dung dịch metylen xanh.
Các giá trị tính tốn theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir như q max
(tâm hấp phụ) và KL (tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ) cũng


20

đã xác nhận rằng: dung lượng hấp phụ qmax và hệ số tương tác của các cấu tử
KL tăng khi kích thước hạt than giảm.
Các phương trình đẳng nhiệt Freundlich hay Langmuir có hệ số tương
quan R2 khá cao đều xấp xỉ 1, có nghĩa là mơ hình tốn dạng Freundlich và

mơ hình Langmuir đối với THT Trà Bắc hấp phụ TNR trong nước là phù hợp
với thực nghiệm.
b/ Đặc điểm quá trình hấp phụ TNR lên THT Trung Quốc
Bảng 3.21 là các giá trị tính tốn được thơng qua việc tính các thơng số
KF; n; KL; qmax.
Bảng 3.21. Các thơng số đặc trưng của phương trình Freundlich
và Langmuir đối với hệ TNR/THT TQ
Mẫu DTB, µm

Phương trình đẳng nhiệt Freundlich
Phương trình đẳng nhiệt Langmuir
KF
n
Phương trình
KL
qmax
Phương trình

TQ0 40,37

53.260 2.90

⁄

0.706 127.064

TQ3 14,95

63.241 2.93

⁄

1.055 132.979

TQ24 10,32

69.823 3.02

⁄

1.462 133.869

TQ48 9,98

70.146 3.07

⁄

1.479 133.689

Kết quả bảng 3.21 cho thấy: khả năng hấp phụ của THT Trung Quốc có
kích thước siêu mịn (dưới 10µm) đối với TNR trong dung dịch nước có cùng
quy luật hấp phụ như THT Trung Quốc hấp phụ dung dịch metylen xanh.
Kết quả nghiên cứu về thông số KF và n của phương trình đẳng nhiệt
Freundlich của than mẫu Trung Quốc ban đầu (TQ0) có giá trị tương đồng
với kết quả của một số tác giả về sự hấp phụ của than hoạt tính đối với TNR.
c/. Đặc điểm q trình hấp phụ TNR trên THT tre
Bảng 3.23 là các giá trị tính tốn được thơng qua việc tính các thơng số
KF; n; KL; qmax.
Bảng 3.23. Các thông số Freundlich và Langmuir đối với TNR/THT tre

Mẫu

DTB,
µm

Phương trình đẳng nhiệt
Freundlich
KF
n
Phương trình

Phương trình đẳng nhiệt Langmuir
KL

qmax

Tre1

40,08

48,30 3.69

⁄

1,04

89,52

Tre6

15,22

53,95 3,91

⁄

1,55

89,53

Tre48 10,05

57,15 4,08

⁄

1,93

Phương trình

89,53

Kết quả bảng 3.23 cho thấy: các giá trị tính tốn theo phương trình đẳng
nhiệt Freundlich và Langmuir cho hệ THT tre/TNR giống quy luật khi
nghiên cứu hệ THT tre/MB.


21

3.3.2.2. Động học hấp phụ với TNR trên THT siêu mịn

a/ Động học hấp phụ đối với hệ TNR/THT Trà Bắc
Kết quả khảo sát đối với hệ TNR/THT Trà Bắc được biểu thị ở bảng 3.24
Bảng 3.24. Phương trình thực nghiệm và hằng số tốc độ k2
của hệ TNR/ THT Trà Bắc
Mẫu TB
DTB, µm k2, g.mg-1.phút-1
Phương trình thực nghiệm
TB0
123,0
0,0389
y = 0.0414x + 0.0436
TB3
35,1
0,0412
y = 0.0379x + 0.0345
TB6
22,9
0,0431
y = 0.0375x + 0.0326
TB9
15,4
0,0587
y = 0.0369x + 0.0232
TB24
8,5
0,0821
y = 0.0368x + 0.0165
TB96
4,0
0,0989

y = 0.0364x + 0.0134
Thơng qua xây dựng phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich và
Langmuir cho thấy: khi kích thước giảm 15 đến 30 lần, hằng số hấp phụ KF
tăng 1,8 lần; và KL tăng gần 3 lần và tâm hấp phụ qmax tăng 1,24 lần. Kết quả
còn cho thấy khi kích thước hạt giảm 30 lần hằng số tốc độ hấp phụ k2 lên
2,54 lần.
Các kết quả trên đã chứng tỏ rằng: quy luật hấp phụ của hệ TNR/THT Trà
Bắc phù hợp với khảo sát hệ MB/THT Trà Bắc đã trình bày ở trên. Ở đây,
hiện tượng hiệu suất hấp phụ của hệ TNR/THT Trà Bắc thấp hơn hệ
MB/THT Trà Bắc, có thể được lý giải do do cấu trúc án ngữ không gian của
TNR khác cấu trúc không gian của MB và tính tan hay tốc độ khuếch tán của
TNR là nhỏ hơn so với MB.
b/ Động học hấp phụ đối với hệ TNR/THT tre
Các kết quả khảo sát đối với hệ THT tre với TNR được biểu thị ở bảng:
Bảng 3.25. Phương trình thực nghiệm và hằng số k2 của hệ TNR/ THT tre
Mẫu
DTB, µm k2, g.mg-1.phút-1
Phương trình thực nghiệm
y = 0.0352x + 0.0305
Tre1
40,08
0,0406
R² = 0.9999
y = 0.0352x + 0.0205
Tre6
15,22
0,0604
R² = 0.9999
y = 0.0351x + 0.0151
Tre48

10,05
0,0816
R² = 0.9999
Các kết quả trên đã chứng tỏ rằng: quy luật hấp phụ của hệ TNR/THT tre
phù hợp với khảo sát hệ MB/THT tre đã nghiên cứu trong phần 3.3.1.
3.3.3. Đặc điểm quá trình hấp phụ TNT trên các mẫu than hoạt tính siêu
mịn trong mơi trường nước
Từ kết quả thực nghiệm, tính tốn xây dựng phương trình đẳng nhiệt hấp
phụ. Trong q trình tính tốn chúng tơi nhận thấy, hệ số tương quan R 2
trong phương trình Langmuir thấp hơn hệ số tương quan R2 trong phương
trình Freundlich, vì vậy chỉ tính tốn các hệ số KF và n theo phương trình


22

thực nghiệm. Các số liệu tính tốn cho hệ TNT/THT Trà Bắc; TNT/THT
Trung quốc; TNT/THT tre được đưa ra trong các bảng 3.29; 3.30; và 3.31.
Bảng 3.29. Các thông số phương trình đẳng nhiệt Freundlich
đối với hệ TNT/THT Trà Bắc
Phương trình đẳng nhiệt Freundlich
Mẫu
DTB, µm
KF
n
Phương trình
⁄
TB0
123,0
81,84 3,57
TB9

15,4

138,67

5,84

⁄

TB48

7,9

176,19

6,13

⁄

⁄
TB96
4,0
180,71 6,29
Bảng 3.30. Các thơng số phương trình đẳng nhiệt Freundlich
đối với hệ TNT/THT Trung Quốc
Phương trình đẳng nhiệt Freundlich
Mẫu
DTB, µm
KF
n

Phương trình
⁄
TQ0
40,37
179,89 4,53

TQ3

14,95

212,81

4,74

⁄

⁄
TQ48
9,98
247,74 4,98
Bảng 3.31. Các thơng số phương trình đẳng nhiệt Freundlich
đối với hệ TNT/THT tre
Phương trình đẳng nhiệt Freundlich
Mẫu
DTB, µm
KF
n
Phương trình
⁄
Tre1

40,8
171,39 7,35

Tre6

15,22

185,78

7,57

⁄

⁄
Tre48
10,05
199,53 7,63
Các kết quả khảo sát trên cho thấy:
- Việc sử dụng THT để hấp phụ TNT trong dung dịch nước tuân theo quy
luật tương tự như với hệ MB/THT. Hệ TNT/THT có dung lượng hấp phụ
thấp hơn hệ MB/THT nhưng cao hơn hệ TNR/THT, điều này có thể lý giải
do cấu trúc không gian của các phân tử chất bị hấp phụ án ngữ làm chậm tốc
độ hấp phụ hơn hệ THT/MB.
- THT Trung Quốc với kích thước 40µm ban đầu có khả năng hấp phụ
TNT cao nhất, trùng thơng số KF và n với các cơng trình đã nghiên cứu trước
đây. Ngược lại, THT Trà Bắc và tre có dung lượng hấp phụ thấp do có kích
thước hạt lớn. Sau khi tạo kích thước nhỏ đến siêu mịn, khả năng hấp phụ
tăng.
3.4. Khả năng áp dụng THT siêu mịn cho công nghệ xử lý nước thải
nhiễm TNT và các hóa chất độc hại

23

3.4.1. Thiết lập mơ hình tính tốn xử lý nước thải nhiễm TNT theo mẻ
Nước thải nhiễm TNT được xử lý theo từng mẻ hấp phụ riêng biệt. Trên
mơ hình xử lý theo mẻ, với nồng độ chất thải ban đầu tương ứng là Co, nồng
độ đầu ra tương ứng là Ce, thể tích dung dịch là Vo.
Phương trình cân bằng khối:
m
C  Ce
 o
1
Vo
K F .Ce n

(3.4)

Từ biểu thức (3.4) sẽ xác định được lượng chất hấp phụ cần thiết (m) để
xử lý được thể tích (Vo) nước thải chứa nồng độ ban đầu Co xuống nồng độ
Ce.
3.4.2. Cơ sở đề cương áp dụng THT siêu mịn cho xử lý nước thải nhiễm
TNT theo mẻ
Trong trường hợp sử dụng THT siêu mịn thay thế cho THT thơng thường
thì với nguồn nước thải chứa TNT có nồng độ ban đầu là: 40mg/l và yêu cầu
xử để chất lượng nước thải đầu ra đạt: ≤ 0,5mg/l. Áp dụng công thức (3.4) để
tính tốn, các kết quả đưa ra trong bảng 3.32.
Bảng 3.32. Tỷ lệ chất hấp phụ trên các loại than xử lý TNT
K.t. hạt
Mẫu than

KF
n
µm
TB0
123,0
81,84
3,57
0,586
0,01465
TB9
15,4
138,67
5,84
0,320
0,00801
TB48
7,9
176,19
6,13
0,251
0,00627
TB96
4,0
180,71
6,29
0,244
0,00610
TQ0
40,37
179,887

4,525
0,256
0,00639
TQ3
14,95
212,814
4,739
0,215
0,00537
TQ48
9,98
247,742
4,975
0,183
0,00458
Tre1
40,8
171,39
7,35
0,253
0,00633
Tre6
15,22
185,78
7,57
0,233
0,00582
Tre48
10,05
199,53

7,63
0,216
0,00542
3
Từ bảng 3.32 ta nhận thấy nếu cần xử lý 1m nước thải có chứa TNT với
nồng độ: 40mg/l đạt tiêu chuẩn xả thải ra môi trường có nồng độ: 0,5mg/l
cần 0,586kg than Trà Bắc (kích thước hạt ~123µm) hoặc 0,256kg than Trung
Quốc (kích thước hạt ~40,37µm), cịn THT tre dạng mảnh khơng có khả
năng hấp phụ TNT.
Theo kết quả nghiên cứu của các tác giả khác thì khối lượng than Trung
Quốc cần cho 1m3 nước thải TNT cũng là 0,256kg, tương đương với kết quả
mà luận án nghiên cứu. Tuy nhiên khi kích thước hạt than được giảm đi thì
khối lượng than hoạt tính trên cho một mẻ sản phẩm cũng giảm đi. Cụ thể,
khi THT Trà Bắc được nghiền tới 48h (kích thước hạt xấp xỉ 7,9µm) chỉ cần
0,251kg/1m3; than Tre (kích thước hạt xấp xỉ 10,05µm) cần 0,216kg/1m3,
than Trung Quốc (kích thước hạt xấp xỉ 9,98µm) cần 0,183kg/1m3.