NGHIÊN cứu TỔNG hợp xúc tác rắn từ THAN HOẠT TÍNH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
------------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP XÚC TÁC RẮN
TỪ THAN HOẠT TÍNH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

SV THỰC HIỆN:

Hồ Quốc Phong

Nguyễn Thị Kim Diệu; MSSV:2102330
Ngành: CN Kỹ thuật hóa học-Khóa 36

Tháng 12/2014



TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CÔNG NGHỆ

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

1. Cán bộ hƣớng dẫn: Ts. Hồ Quốc Phong
Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp xúc tác rắn từ than hoạt tính
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Kim Diệu

MSSV: 2102330

Lớp: Công nghệ hoá học

Khóa: 36

2. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức LVTN:
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
 Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
 Những vấn đề còn hạn chế:
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
b. Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội dung
chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
c. Kết luận, đề nghị và điểm:
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................

Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2014
Cán bộ hƣớng dẫn

Ts. Hồ Quốc Phong


TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
1. Cán bộ hƣớng dẫn: Ts. Hồ Quốc Phong
Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp xúc tác rắn từ than hoạt tính
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Kim Diệu
Lớp: Công nghệ hoá học

MSSV: 2102330
Khóa: 36

2. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức LVTN:
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................

 Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
 Những vấn đề còn hạn chế:
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
b. Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội dung
chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
c. Kết luận, đề nghị và điểm:
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2014
Cán bộ phản biện


TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CÔNG NGHỆ

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
1. Cán bộ hƣớng dẫn: Ts. Hồ Quốc Phong
Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp xúc tác rắn từ than hoạt tính
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Kim Diệu

Lớp: Công nghệ hoá học

MSSV: 2102330
Khóa: 36

2. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức LVTN:
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
 Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
 Những vấn đề còn hạn chế:
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
b. Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội dung
chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
c. Kết luận, đề nghị và điểm:
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2014
Cán bộ phản biện


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ iii
TÓM TẮT ................................................................................................................... iv
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................ vi
DANH SÁCH HÌNH ..................................................................................................vii
DANH SÁCH BẢNG................................................................................................viii
CHƢƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ ......................................................................................... 1
CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN ......................................................................................... 3
2.1 Than hoạt tính..................................................................................................... 3
2.2 Cấu trúc bề mặt than hoạt tính ............................................................................ 4
2.2.1 Cấu trúc xốp bề mặt than hoạt tính ............................................................... 4
2.2.2 Cấu trúc hóa học bề mặt than hoạt tính......................................................... 5
2.2.3 Nhóm cacbon – oxy trên bề mặt than hoạt tính............................................. 6
2.2.4 Ảnh hƣởng của nhóm bề mặt cacbon – oxi lên tính chất hấp phụ ................. 7
2.2.5 Sự phân hủy do nhiệt của các nhóm chức bề mặt than hoạt tính ................... 9
2.3 Tâm hoạt động trên bề mặt than hoạt tính ......................................................... 10
2.4 Biến tính than hoạt............................................................................................ 11
2.4.1 Biến tính bằng nhiệt độ .............................................................................. 12
2.4.2 Biến tính bằng chiếu vi sóng ...................................................................... 12
2.4.3 Biến tính bằng dung dịch HNO3 ................................................................. 12
2.5 Cách xác định tâm axit của than hoạt tính ......................................................... 12
2.6 Phƣơng pháp phân tích than hoạt tính ............................................................... 13
2.6.1 Phƣơng pháp phân tích phổ hồng ngoại (FT – IR) ...................................... 13
2.6.2 Phƣơng pháp phân tích bề mặt - SEM ........................................................ 14
2.6.3 Phƣơng pháp xác định diện tích bề mặt BET.............................................. 15
2.7 Tối ƣu hóa thí nghiệm ....................................................................................... 16
2.7.1 Thành phần cơ bản của bài toán tối ƣu hóa................................................. 17
2.7.2 Các bƣớc thực hiện bài toán hồi quy .......................................................... 19
SVTH: Nguyễn Thị Kim Diệu

i

2.7.3 Phƣơng pháp bề mặt đáp ứng kết hợp với tâm phức hợp ............................ 19
CHƢƠNG 3 THỰC NGHIỆM ................................................................................... 20
3.1 Thiết bị, hóa chất .............................................................................................. 20
3.1.1 Thiết bị ...................................................................................................... 20
3.1.2 Hóa chất..................................................................................................... 20
3.2 Thực nghiệm ..................................................................................................... 20
3.2.1 Nguyên liệu................................................................................................ 21
3.2.2 Khảo sát các phƣơng pháp tiền xử lý.......................................................... 21
3.2.3 Sulfo hóa than hoạt tính ............................................................................. 22
3.2.4 Phân tích đặc trƣng vật liệu ........................................................................ 23
3.3 Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................................... 24
3.4 Qui mô nghiên cứu ........................................................................................... 24
CHƢƠNG 4 KẾT QUẢ ............................................................................................. 25
4.1 Quá trình tiền xử lý ........................................................................................... 25
4.1.1 Tiền xử lý bằng phƣơng pháp nung ............................................................ 25
4.1.2 Tiền xử lý bằng phƣơng pháp chiếu vi sóng ............................................... 26
4.1.3 Tiền xử lý bằng dung dịch HNO3 đậm đặc ................................................. 27
4.1.4 So sánh các phƣơng pháp tiền xử lý ........................................................... 27
4.2 Quá trình sulfo hóa ........................................................................................... 30
4.2.1 Kiểm tra mô hình ....................................................................................... 30
4.2.2 Ảnh hƣởng của các yếu tố đến hàm mục tiêu ............................................. 33
4.3 Điều kiện tối ƣu hóa.......................................................................................... 36
CHƢƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 37
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 38
PHỤ LỤC................................................................................................................... 39

SVTH: Nguyễn Thị Kim Diệu

ii


LỜI CẢM ƠN
Kết thúc những tháng ngày miệt mài làm luận văn, nhìn lại, trƣớc hết con thực
sự rất muốn nói lời cám ơn đến Ba Mẹ. Cả một quãng đƣờng dài Ba Mẹ hết lòng ủng
hộ con, cho con tất cả những điều một đứa con xa nhà cần nhất. Những cuộc điện thoại
nhắc nhở của Ba, những món ăn quê hƣơng Mẹ gửi đều cho con hàng tháng, và vạn
điều bé nhỏ, lớn lao khác mà Ba Mẹ đã làm vô điều kiện cho con, khiến con thật sự
cảm thấy may mắn khi là con của Ba Mẹ. Con cám ơn Ba Mẹ thật nhiều.
Tiếp đến, em muốn cám ơn những thầy cô Bộ môn Công nghệ Hóa, Khoa Công
nghệ, trƣờng Đại học Cần Thơ. Nhất là thầy Trƣơng Chí Thành – Phó trƣởng Khoa, em
xin cám ơn thầy đã hết lòng giúp đỡ em trong suốt những năm học vừa qua. Em cũng
xin cám ơn thầy Nguyễn Việt Bách luôn là một ngƣời thầy sát cánh cùng tất cả sinh
viên K36 chúng em. Kế đến, em xin cám ơn thầy Đoàn Văn Hồng Thiện – Trƣởng Bộ
môn, thầy đã luôn nhiệt tình hỗ trợ chúng em, luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất cho
chúng em học tập, nghiên cứu. Bên cạnh đó, em cũng xin cám ơn cô Văn Phạm Đan
Thủy cùng cô Huỳnh Liên Hƣơng đã chỉ dẫn em rất nhiều điều quý báu, giúp em tiến
bộ từng ngày. Và em cũng không thể không cám ơn tất cả thầy cô còn lại của Bộ môn
đã giúp đỡ chúng em thật nhiều trong suốt bốn năm qua.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến cán bộ hƣớng dẫn – thầy
Hồ Quốc Phong. Trong suốt quá trình làm luận văn, thầy đã hƣớng dẫn em tận tình.
Thầy đã ân cần chỉ bảo, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho em học tập và nghiên cứu.
Và quý báo nhất, thầy đã hết lòng dạy cho em những kinh nghiệm sống và làm việc
giúp em từng bƣớc hoàn thiện bản thân mình.
Ngoài ra, em cũng không quên cám ơn những cái vỗ vai của các bạn cùng khóa
36, chính những cử chỉ tình cảm đó đã giúp nhóm mình cố gắng làm tốt nhất có thể.
Cuối lời, chúng em xin đƣợc gửi lời chúc sức khỏe đến quý thầy cô và các bạn. Chúc
các bạn hoàn thành tốt đồ án.
Trân trọng,

SVTH: Nguyễn Thị Kim Diệu

iii


TÓM TẮT
Sử dụng xúc tác axit rắn nền cacbon cho các quá trình công nghiệp đƣợc xem là
một phƣơng pháp hiệu quả để thay thế các loại xúc tác đồng thể nhƣ H2SO4, HF, HCl
hay H3PO4. Khác hẳn với dung dịch axit truyền thống, xúc tác axit rắn không ăn mòn
thiết bị, có thể tái sử dụng, dễ phân tách với các sản phẩm rắn, bề mặt riêng rất lớn, và
rất thân thiện với môi trƣờng. Hơn thế nữa, tính chọn lọc của xúc tác có thể đƣợc điều
chỉnh theo cách mà chúng đƣợc chế tạo (Tanabe, 1999).
Với mong muốn tìm ra một phƣơng pháp đơn giản mà hiệu quả để tổng hợp xúc
tác axit rắn, tác giả đã thực hiện luận văn “Nghiên cứu tổng hợp xúc tác axit rắn từ than
hoạt tính (AC)”. Cho đến nay chƣa có nghiên cứu nào thực hiên trên nguyên liệu này.
Trong luận văn này, bên cạnh việc khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình sulfo
hóa AC nhƣ (a) yếu tố tiền xử lý, (b) thời gian sulfo hóa và (c) nhiệt độ sulfo hóa, tác
giả còn thực hiện giai đoạn khảo sát các quá trình tiền xử lý AC khác nhau nhƣ (i)
nung, (ii) chiếu vi sóng, (iii) xử lý với dung dịch HNO3 nhằm tạo ra các nhóm chức bề
mặt mong muốn, từ đó với hy vọng làm tăng hiệu quả gắn nhóm SO3H- vào bề mặt
than. Thí nghiệm khảo sát này đƣợc thực hiện theo phƣơng pháp tối ƣu hóa bề mặt đáp
ứng kết hợp với tâm phức hợp. Mẫu AC thu đƣợc sau các quá trình sulfo hóa đƣợc đo
FT-IR, chụp SEM nhằm xác định sự có mặt của các nhóm chức SO3H- và kiểm tra sự
khác biệt bề mặt than trƣớc và sau khi xử lý.
Kết quả phân tích phổ FT-IR chỉ ra rằng nhiệt độ xử lý 200 ºC là tối ƣu nhất đối
với phƣơng pháp nung, tại đây các peak của nhóm chức đại diện cho SO3H- (1032 cm-1)
(Liang, 2008) xuất hiện rõ ràng hơn so với các mẫu khác. Còn đối với phƣơng pháp xử
lý với HNO3, mẫu thu đƣợc không có sự hiện diện của nhóm SO3H-. Riêng phƣơng
pháp xử lý mẫu bằng chiếu vi sóng tỏ ra hiệu quả nhất. Kết quả phân tích phổ FT-IR
cho thấy các peak SO3H- của mẫu này xuất hiện với cƣờng độ cao và công suất tối ƣu

cho quá trình sulfo hóa là 80 W. Dựa vào kết quả phân tích phổ FT-IR và lƣợng NaOH
dùng để phản ứng với AC của mỗi trƣờng hợp, tác giả nhận định rằng xử lý than bằng
SVTH: Nguyễn Thị Kim Diệu

iv


phƣơng pháp chiếu vi sóng ở 80 W là hiệu quả nhất. Phƣơng pháp này đƣợc lựa chọn
cho các quá trình thực nghiệm sau này.
Để xử lý số liệu và tìm ra phƣơng trình hồi quy, luận văn sử dụng phần mềm
Expert – Design. Từ phƣơng trình hồi quy của mô hình thí nghiệm, điều kiện tối ƣu để
đạt đƣợc lƣợng NaOH cao nhất đƣợc tìm ra là: chiếu vi sóng 80 W ở 19.23 phút, nhiệt
độ sulfo hóa 135.40 ºC, thời gian sulfo hóa 13.42 giờ. Tuy nhiên, khi so sánh việc sulfo
hóa AC với các nguyên liệu khác đã đƣợc sử dụng, tác giả kết luận khả năng gắn nhóm
SO3H- của AC là rất hạn chế.

SVTH: Nguyễn Thị Kim Diệu

v


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
AC:

Than hoạt tính

FT-IR:

Phƣơng pháp phân tích phổ hồng ngoại

SEM:

Phƣơng pháp phân tích bề mặt

BET:

Phƣơng pháp xác định diện tích bề mặt

SVTH: Nguyễn Thị Kim Diệu

vi


DANH SÁCH HÌNH
Hình 2-1: Cấu trúc bề mặt than hoạt tính (Shafeeyan, 2010) ......................................... 6
Hình 2-2: Ảnh hƣởng của nhiệt độ tới sự phân hủy các nhóm chức trên bề mặt than. . 10
Hình 3-1: Các quá trình thực nghiệm đƣợc sử dụng trong luận văn............................. 21
Hình 4-1: Minh họa phản ứng sulfo hóa than hoạt tính ............................................... 25
Hình 4-2: Phổ FT-IR của AC đã sulfo hóa sau khi xử lý ở 150, 200, 300 (ºC). ........... 25
Hình 4-3: Phổ FT-IR của AC đã sulfo hóa sau khi xử lý vi sóng ở 80, 150, 450 (W). . 26
Hình 4-4: Phổ FT-IR của AC đã sulfo hóa sau khi xử lý với HNO3 trong 1h và 3h. .... 27
Hình 4-7: Ảnh SEM của mẫu xử lý ở các phƣơng pháp xử lý khác nhau .................... 30
Hình 4-8: Đồ thị thể hiện sự sai khác giá trị thực nghiệm và giá trị tính toán .............. 33
Hình 4-9: Ảnh hƣởng của nhiệt độ và tiền xử lý ......................................................... 33
Hình 4-10: Ảnh hƣởng của yếu tố tiền xử lý và thời gian sulfo hóa ............................ 34
Hình 4-11: Ảnh hƣởng của nhiệt độ và thời gian sulfo hóa ......................................... 35
Hình 4-12: Phổ FT-IR của mẫu tối ƣu ........................................................................ 36
Hình 4-13: Đồ thị thể hiện ảnh hƣởng của ba yếu tố khác nhau đến lƣợng NaOH phản
ứng ............................................................................................................................. 36

SVTH: Nguyễn Thị Kim Diệu

vii


DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2-1: Dao động IR đặc trƣng

14

Bảng 3-1: Tóm tắt quá trình tiền xử lý AC bằng ba phƣơng pháp khác nhau

22

Bảng 3-2: Lƣợng NaOH phản ứng với AC đƣợc xử lý và không đƣợc xử lý

22

Bảng 4-2: Mã hóa và mức nghiên cứu của các yếu tố

30

Bảng 4-3: Lƣợng NaOH lý thuyết và thực hiện đã phản ứng với AC

31

Bảng 4-4: Bảng phân tích ANOVA

32

Bảng 4-5: Kết quả phân tích sự phù hợp của mô hình với thực nghiệm

32

SVTH: Nguyễn Thị Kim Diệu

viii


CHƢƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Các loại xúc tác đồng thể nhƣ H2SO4, HF, HCl, H3PO4 đã đƣợc sử dụng rất lâu
và có vai trò rất quan trọng trong ngành công nghiệp xúc tác. Tuy nhiên, những loại
xúc tác này có những bất lợi nhƣ ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng, ăn mòn thiết bị và
khó thu hồi. Điều này khiến cho chúng bị cân nhắc khi sử dụng. Do đó, sự ra đời của
một loại xúc tác mới vừa hiệu quả vừa khắc phục đƣợc hầu hết các bất lợi trên là một
điều cấp thiết.
Nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu chế tạo các loại xúc tác axit rắn từ nhiều thập
kỷ qua, cho đến nay nó vẫn tiếp tục đƣợc phát triển. Trƣớc hết là sự ra đời của các loại
xúc tác axit Lewis nhƣ AlCl3, FeCl3, BF3. Tuy nhiên, chúng có tác động xấu tới môi
trƣờng xung quanh. Mãi cho đến gần đây, xúc tác axit nền cacbon bắt đầu nhận đƣợc
sự chú ý của các nhà khoa học vì khả năng tái sử dụng, bền ở nhiệt cao, bề mặt riêng
rất lớn, lại rất thân thiện với môi trƣờng.
Một điểm lƣu ý là hầu hết các đề tài nghiên cứu đều tiến hành quá trình tự tổng
hợp nền cacbon từ nguyên liệu có chứa cacbon, ví dụ nhƣ nghiên cứu tổng hợp chất
xúc tác axit nền cacbon từ nguyên liệu đƣờng glucose của Nakajima (Nakajima, 2012)
đã tiến hành tổng hợp cacbon từ đƣờng glucose. Khi xem xét về điều này – về nguyên
liệu sử dụng để làm nền cacbon, tác giả nhận thấy than hoạt tính (AC) có rất nhiều tiềm
năng để tổng hợp xúc tác axit rắn. Với diện tích bề mặt lớn, bền nhiệt, cấu trúc xốp có
nhiều lỗ rỗng, AC đáp ứng đầy đủ yêu cầu của một vậy liệu nền. Ngoài ra, đây còn là

nguồn nguyên liệu dồi dào hiện nay, sản lƣợng sản xuất AC trên thế giới đạt 1.2 triệu
tấn/năm (thống kê năm 2013 bởi tổ chức APCC) và đƣợc dự đoán sẽ tăng lên đến 1.9
tấn/năm vào năm 2016.
Tuy nhiên, quá trình than hóa trong chế tạo AC sử dụng nhiệt độ rất cao, từ
1000 đến 1100 ºC, làm cho các nhóm chức bề mặt nguyên liệu hầu nhƣ bị phân hủy hết.
Mặc dù, quá trình hoạt hóa có tạo thành các nhóm chức acid, bazơ bề mặt nhƣng số
lƣợng là rất ít. Theo Nakajima, nhóm chức axit bề mặt của nền cacbon có ảnh hƣởng
SVTH: Nguyễn Thị Kim Diệu

1


rất lớn đến việc gắn nhóm

của than. Do đó, để tăng số lƣợng nhóm axit này, tác

giả đã thực hiện những phƣơng pháp tiền xử lý để cải thiện tình trạng này. Các bƣớc
tiền xử lý đƣợc trình bày cụ thể ở chƣơng 3.

SVTH: Nguyễn Thị Kim Diệu

2


CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN
2.1 Than hoạt tính
Than hoạt tính (AC) đƣợc định nghĩa là một dạng của cacbon đã đƣợc xử lý, có
cấu trúc xốp và có diện tích bề mặt lớn. AC dạng gỗ đã đƣợc hoạt hóa đƣợc sử dụng ở
nhiều thế kỷ trƣớc. Ngƣời Ai cập khoảng 1500 TCN sử dụng than gỗ làm chất hấp phụ
cho mục đích chữa bệnh. Ngƣời Hindu cổ ở Ấn độ làm sạch nƣớc uống của họ bằng

cách lọc qua than gỗ. AC còn đƣợc sử dụng suốt chiến tranh thế giới thứ nhất trong các
mặt nạ phòng độc (Harry Marsh, 2006).
AC là chất hấp phụ quý, đƣợc sử dụng để loại bỏ màu, mùi, vị không mong
muốn cũng nhƣ các tạp chất hữu cơ, vô cơ trong nƣớc thải công nghiệp và sinh hoạt.
AC còn đƣợc sử dụng để làm sạch không khí, trong kiểm soát khí thải công nghiệp của
nhà máy, trong làm sạch nhiều hóa chất, dƣợc phẩm, sản phẩm thực phẩm v.v... Ngoài
ra, chúng đƣợc sử dụng ngày càng nhiều trong lĩnh vực luyện kim để thu hồi vàng, bạc
và các kim loại khác, ứng dụng làm chất mang xúc tác, trong y học, v.v...
Về thành phần, AC có thành phần chủ yếu là cacbon với hàm lƣợng khoảng 85
– 95%, thêm nữa, còn chứa các nguyên tố khác nhƣ hydro, nito, lƣu huỳnh và oxi.
Thành phần này phụ thuộc vào nguyên liệu ban đầu và cách sản xuất AC. Thông
thƣờng, AC có diện tích bề mặt nằm trong khoảng 800 đến 1500 m2/g và thể tích lỗ
xốp từ 0.2 đến 0.6 m3/g (Harry Marsh, 2006).
AC đƣợc sản xuất bằng cách than hóa hỗn hợp các nguyên liệu có nguồn gốc
thực vật trong sự có mặt của hơi nƣớc hoặc CO2. Quá trình tạo AC gồm có hai bƣớc (i)
quá trình than hóa, (ii) quá trình hoạt hóa.
(i) Quá trình than hóa là quá trình dùng nhiệt để phân hủy nguyên liệu, đƣa nó
về dạng cacbon, đồng thời làm bay hơi một số chất hữu cơ nhẹ, kém bền
nhiệt tạo thành lỗ xốp ban đầu cho than, chính lỗ xốp này là đối tƣợng cho
quá trình hoạt hóa than. Nhiệt độ của quá trình này từ 1000 – 1100 ºC.

SVTH: Nguyễn Thị Kim Diệu

3


Chương 2 Tổng quan

(ii) Hoạt hóa là quá trình bào mòn mạng lƣới tinh thể cacbon dƣới tác dụng của
nhiệt và tác nhân hoạt hóa, tạo độ xốp cho than bằng một hệ thống lỗ có kích

thƣớc khác nhau, ngoài ra còn tạo các tâm hoạt động trên bề mặt. Phƣơng
pháp thƣờng đƣợc sử dụng, phƣơng pháp hóa học nhƣ axit photphoric hoặc
ZnCl2 hoặc bằng hơi nƣớc.
Một điều đƣợc chứng minh là tất cả các nguyên liệu chứa cacbon đều có thể
chuyển thành AC. Sản phẩm thu đƣợc sẽ khác nhau phụ thuộc vào bản chất của nguyên
liệu đƣợc sử dụng, bản chất tác nhân hoạt hóa và điều kiện hoạt hóa. Trong quá trình
hoạt hóa hầu hết các nguyên tố khác trong nguyên liệu tạo thành sản phẩm khí và bay
hơi bởi nhiệt phân hủy ban đầu. Các nguyên tử cacbon sẽ nhóm lại với nhau thành các
lớp thơm liên kết với nhau một cách ngẫu nhiên. Sự sắp xếp của các lớp thơm này
không tuân theo quy luật, do đó để lại các chỗ trống giữa các lớp. Các chỗ trống này
tăng lên thành lỗ xốp, làm cho AC thành chất hấp thụ tuyệt vời .
2.2 Cấu trúc bề mặt than hoạt tính
2.2.1 Cấu trúc xốp bề mặt than hoạt tính
Sự sắp xếp ngẫu nhiên của các vi tinh thể làm AC có cấu trúc lỗ xốp khá phát
triển, tỷ trọng AC tƣơng đối thấp (nhỏ hơn 2 g/cm3) và mức độ graphit hóa thấp.
Cấu trúc xốp bề mặt này đƣợc tạo ra trong quá trình than hóa và phát triển hơn
trong quá trình hoạt hóa. Trong đó, quá trình hoạt hóa loại bỏ cacbon không phải trong
cấu trúc, làm lộ ra các tinh thể dƣới sự hoạt động của các tác nhân hoạt hóa và góp
phần hình thành cấu trúc vi lỗ xốp. Trong pha sau cùng của quá trình này diễn ra sự tạo
thành các lỗ lớn bằng sự đốt cháy các vách ngăn giữa các lỗ cạnh nhau đƣợc diễn ra.
Điều này làm cho số lƣợng lỗ lớn tăng lên, giảm thể tích vi lỗ. Nói chung, cấu trúc lỗ
và sự phân bố cấu trúc lỗ của AC đƣợc quyết định chủ yếu từ bản chất nguyên liệu ban
đầu và phƣơng pháp than hóa (Harry Marsh, 2006).
Theo Dubinin và Zaveria (Trịnh, 2009), AC vi lỗ xốp đƣợc tạo ra khi mức độ đốt
cháy nhỏ hơn 50% và AC lỗ macro khi mức độ đốt cháy là lớn hơn 75%. Khi mức độ
đốt cháy trong khoảng 50 -75% sản phẩm có hỗn hợp cấu trúc lỗ xốp chứa tất cả các
loại lỗ. AC có lỗ xốp từ 1nm đến vài nghìn nm. Dubinin đề xuất một cách phân loại lỗ
SVTH: Nguyễn Thị Kim Diệu

4

Chương 2 Tổng quan

xốp đã đƣợc IUPAC chấp nhận. Sự phân loại này dựa trên chiều rộng của chúng khoảng cách giữa các thành của một lỗ xốp, chia thành 3 nhóm nhƣ sau: (a) lỗ nhỏ, (b)
lỗ to, (c) lỗ lớn. Mỗi nhóm thể hiện một vai trò nhất định trong quá trình hấp phụ.
(a) Lỗ nhỏ (Micropores) có kích thƣớc cỡ phân tử, bán kính hiệu dụng nhỏ hơn 2 nm.
Sự hấp phụ trong các lỗ này xảy ra theo cơ chế lấp đầy thể tích lỗ và không xảy ra
sự ngƣng tụ mao quản. Lỗ nhỏ này chiếm một diện tích bề mặt lớn, chiếm 95%
tổng diện tích bề mặt của AC, do đó có đóng góp lớn vào khả năng hấp phụ của AC,
miễn là kích thƣớc phân tử của các chất bị hấp phụ không quá lớn để đi vào lỗ nhỏ.
Năng lƣợng hấp phụ trong các lỗ này lớn hơn rất nhiều so với lỗ trung hay bề mặt
không xốp vì sự nhân đôi của lực hấp phụ từ các vách đối diện nhau của vi lỗ.
(b) Lỗ trung (Mesopore) hay còng gọi là lỗ vận chuyển có bán kính hiệu dụng từ 2 đến
50 nm, thể tích của chúng thƣờng từ 0.1 – 0.2 cm3/g. Diện tích bề mặt của lỗ này
chiếm không quá 5% tổng diện tích bề mặt của than. Tuy nhiên, bằng phƣơng pháp
đặc trƣng ngƣời ta có thể tạo ra AC có lỗ trung lớn hơn, thể tích của lỗ trung đạt
đƣợc từ 0.2 – 0.65 cm3/g và diện tích bề mặt của chúng đạt 200 m2/g. Các lỗ này
đặc trƣng bằng sự ngƣng tụ mao quản của chất hấp phụ.
(c) Lỗ lớn (Macropore) không có nhiều ý nghĩa trong quá trình hấp phụ của AC bởi vì
chúng có diện tích bề mặt rất nhỏ và không vƣợt quá 0.5 m2/g. Chúng có bán kính
hiệu dụng lớn hơn 50 nm và thƣờng trong khoảng 500 – 2000 nm với thể tích lỗ từ
0.2 – 0.4 cm3/g. Chúng hoạt động nhƣ một kênh cho chất bị hấp phụ vào trong lỗ
nhỏ và lỗ trung. Các lỗ lớn không đƣợc lấp đầy bằng sự ngƣng tụ mao quản.
2.2.2 Cấu trúc hóa học bề mặt than hoạt tính
Bên cạnh cấu trúc tinh thể và cấu trúc lỗ xốp, AC cũng có cấu trúc hóa học. Khả
năng hấp phụ của AC đƣợc quyết định bởi cấu trúc vật lý và lỗ xốp của chúng, nhƣng
cũng bị ảnh hƣởng mạnh bởi cấu trúc hóa học (Trịnh, 2009).
AC hầu hết đƣợc liên kết với một lƣợng có thể xác định oxy và hydro. Các
nguyên tử khác loại này hoặc có nguồn gốc từ nguyên liệu ban đầu và quá trình than

hóa không hoàn toàn đã giữ lại chúng trong cấu trúc của than, hoặc chúng đƣợc hình
thành do quá trình xử lý sau đó. Ngoài ra, cũng có trƣờng hợp than hấp phụ các loại
SVTH: Nguyễn Thị Kim Diệu

5


Chương 2 Tổng quan

phân tử xác định nhƣ amin, nitrobenzen, phenol và các loại cation khác để tạo thành
các hợp chất cacbon – oxy, cacbon – hydro, cacbon – nitrơ, cacbon – lƣu huỳnh,
cacbon – halogen trên bề mặt than. Các nguyên tử khác loại này có thể sáp nhập trong
lớp cacbon tạo ra hệ thống các vòng khác loại
Nghiên cứu nhiễu xạ tia X cho thấy rằng các nguyên tử khác loại hoặc các loại
phân tử đƣợc liên kết với cạnh hoặc góc của các lớp thơm hoặc với các nguyên tử
cacbon ở các vị trí khuyết. Mặt khác, tại các vị trí này chứa các tâm hấp phụ chính của
AC nên sự có mặt của các hợp chất bề mặt này ảnh hƣởng đáng kể đến đặc tính bề mặt
và đặc điểm hấp phụ của AC.

Hình 2-1: Cấu trúc bề mặt than hoạt tính (Shafeeyan, 2010)
2.2.3 Nhóm cacbon – oxy trên bề mặt than hoạt tính
Nhóm cacbon – oxy bề mặt là nhóm quan trọng nhất ảnh hƣởng đến đặc trƣng
bề mặt nhƣ tính ƣa nƣớc, độ phân cực, tính axit và đặc điểm hóa lý nhƣ khả năng xúc
tác, dẫn điện và khả năng phản ứng của các vật liệu này (Trịnh, 2009). Nhóm chức bề
mặt này làm cho than trở nên hữu ích và hiệu quả trong một số lĩnh vực ứng dụng nhất
định. Ví dụ, oxy có tác động quan trọng đến khả năng hấp phụ các chất khí.Trong
trƣờng hợp của sợi cacbon, nhóm bề mặt quyết định khả năng bám dính của nó vào
chất nền là nhựa và sau đó là đặc điểm vật liệu composite. Theo Kipling, các nguyên tử
oxy và hydro là những thành phần cần thiết của AC với đặc điểm hấp phụ tốt, và bề

SVTH: Nguyễn Thị Kim Diệu

6


Chương 2 Tổng quan

mặt của vật liệu này đƣợc nghiên cứu nhƣ một bề mặt hydrocacbon biến đổi ở một số
tính chất bằng nguyên tử oxy (Trịnh, 2009).
Nhóm cacbon – oxy bề mặt tạo cho AC có tính axit, bazơ hoặc trung tính. Trƣớc
hết, các nhóm axit bề mặt là rất đặc trƣng và đƣợc tạo thành khi than đƣợc xử lý với
oxy ở nhiệt độ dƣới 200 ºC hoặc bằng phản ứng với dung dịch oxy hóa ở nhiệt độ
phòng. Các nhóm chức axit bề mặt này làm cho bề mặt than ƣa nƣớc và phân cực, các
nhóm này là caboxylic, lacton, phenol. Nhóm bazơ trên bề mặt ít đặc trƣng hơn và
đƣợc tạo ra khi một bề mặt than không còn bất kỳ nhóm oxy bề mặt nào khi xử lý nhiệt
trong chân không hoặc trong môi trƣờng trơ ở nhiệt độ 1000 ºC, sau đó làm nguội ở
nhiệt độ phòng và đƣợc tiếp xúc với khí oxy. Các nhóm chức bazơ

nhƣ cấu trúc

chromene, pyron. Cấu trúc này có vòng chứa oxy với nhóm hoạt hóa - CH2, - CHR.
Tuy nhiên, cấu trúc của các nhóm oxy - bazơ trên bề mặt cũng đang còn tranh cãi. Cuối
cùng, các nhóm oxy trung hòa trên bề mặt đƣợc tạo ra do quá trình hấp phụ hóa học
không thuận nghịch oxy ở các tâm không bão hòa dạng etylen có mặt trên bề mặt than
(Trịnh, 2009).
Bản chất và lƣợng nhóm oxy - cacbon bề mặt, đƣợc tạo thành từ các quá trình
oxy hóa khác nhau, phụ thuộc vào cách tạo ra than, bản chất bề mặt than, diện tích bề
mặt của than. AC có nhiều xu hƣớng mở rộng lớp oxy này, có thể bị oxy hóa bởi ozone,
KMnO4,v.v..., cũng có thể đƣợc oxy hóa bằng nhiệt dƣới 400 ºC trong không khí để
hình thành hợp chất cacbon – oxy bề mặt.

2.2.4 Ảnh hƣởng của nhóm bề mặt cacbon – oxi lên tính chất hấp phụ
Dựa vào các phƣơng pháp vật lý, hóa học và hóa lý, sự tồn tại của các nhóm
chức nhƣ cacbonyl, cacboxyl, lacton, quinon, hydroquinon và phenol đã đƣợc xác nhận.
Tuy nhiên, cơ chế liên kết lƣợng oxi không đƣợc giải thích. Những nhóm oxi này ảnh
hƣởng nhiều tới các đặc trƣng bề mặt và tính chất bề mặt của AC.
2.2.4.1 Tính axit bề mặt của than
Tính axit bề mặt của AC là đối tƣợng ban đầu của một số lƣợng lớn các nghiên
cứu do tầm ảnh hƣởng quan trọng của nó trong việc xác định một vài phản ứng phân
hủy, phản ứng xúc tác và các tính chất hấp phụ của vật liệu này. Tính axit bề mặt của
SVTH: Nguyễn Thị Kim Diệu

7


Chương 2 Tổng quan

than đƣợc đo bởi khả năng hấp phụ bazơ của nó (hoặc sự trung hòa bazơ), khả năng
này đƣợc tính bằng lƣợng cation kiềm đã trao đổi cho các ion H+ đƣợc cung cấp bởi
các oxit axit trên bề mặt than. Tính axit bề mặt là do cấu trúc hóa học của cacbon-oxi
bề mặt đã đƣợc công nhận nhƣ cacboxyl hay lacton.
Khả năng trung hòa bazơ của than giảm khi hút chân không hoặc loại khí bằng
cách tăng nhiệt độ một cách từ từ. Khi nhiệt độ vƣợt cao quá, khả năng trung hòa bazơ
của than giảm, do ở nhiệt độ cao có sự giải phóng CO2 từ bề mặt than. Do đó, tính axit
bề mặt của than phụ thuộc vào sự có mặt của nhóm hóa học bề mặt cacbon-oxi.
2.2.4.2 Tính kị nước
Cacbon nguyên chất là chất kị nƣớc. Tính kị nƣớc càng giảm thì tính ƣa nƣớc
của than càng tăng, khi đó lƣợng oxi liên kết với cacbon bề mặt tăng. Từ lâu ta đã biết
rằng muội than với hàm lƣợng oxi cao có thể dễ dàng bị làm ƣớt bởi nƣớc. Vì vậy, oxi
hóa nhiệt độ thấp muội than thƣờng đƣợc sử dụng để làm tăng đặc điểm ƣa nƣớc của
chúng. Tƣơng tự, các sợi cacbon thƣờng kị nƣớc đƣợc oxi hóa một cách thích hợp để

tạo thành nhóm chức cacbon-oxi bề mặt làm tăng tính ƣa nƣớc của chúng, điều này cải
thiện sự bám dính với các vật liệu nền trong composite . Một nghiên cứu của Moreno
(Moreno-Castilla, 2000) đã chứng minh rằng việc tạo ra các nhóm chức cacbon-oxi
trên bề mặt than đã làm cho tính axit của AC tăng lên đáng kể. Ngoài ra, sự có mặt của
nhóm axit bề mặt còn làm cho bề mặt than phân cực hơn, theo đó cải tiến tính chất hấp
phụ khí và hơi phân cực của AC đáng kể.
2.2.4.3 Sự hấp phụ từ các dung dịch
Sự hấp phụ những hợp chất hữu cơ và vô cơ từ các dung dịch cho thấy khả năng
hấp phụ của than bị ảnh hƣởng bởi việc có mặt của các nhóm oxi - cacbon. Nhiều nhà
khoa học đã nghiên cứu sự hấp phụ của than chì đối với các cation và anion trong
thành phần thuốc nhuộm. Kết quả cho thấy, sự hấp phụ đó mặc dù bị ảnh hƣởng nhiều
bởi diện tích mặt của cacbon, nhƣng vẫn bị ảnh hƣởng mạnh bởi sự hiện diện của các
oxit có tính axit trên bề mặt. Khả năng hấp phụ những chất nhuộm cation tăng cùng với
sự tăng số lƣợng của nhóm oxi bề mặt đƣợc tạo thành từ quá trình oxi hóa than, và
giảm khi những oxit bề mặt này bị loại bỏ trong quá trình nung ở nhiệt cao trong chân
SVTH: Nguyễn Thị Kim Diệu

8


Chương 2 Tổng quan

không. Trong trƣờng hợp của những thuốc nhuộm anion, sự hấp phụ giảm theo mức độ
oxi hóa, độ giảm này phụ thuộc vào sự tăng số lƣợng của các nhóm axit bề mặt.
Aggarwal (Aggarwal, 1999) và những cộng sự cũng đã nghiên cứu sự ảnh
hƣởng của các nhóm oxy-cacbon tới khả năng hấp phụ một vài ion kim loại nhƣ Cr(III),
Cr(VI), Co(II), Cu(II), và Ni(II) của một số loại AC khác nhau về diện tích bề mặt và
số nhóm chức oxy - cacbon trên bề mặt. Họ đã chứng minh rằng, sự hấp phụ này không
chỉ liên quan đến diện tích bề mặt, mà còn phụ thuộc vào số lƣợng của các nhóm oxi.
Sự hấp phụ cation tăng đối với trƣờng hợp than đã thực hiện quá trình oxy hóa và giảm

trong quá trình loại khí.
2.2.4.4 Sự hấp phụ ưu tiên
Các nhóm cacbon – oxy bề mặt làm cho AC có sự hấp phụ ƣu tiên. Kipling và
các cộng sự khi nghiên cứu sự hấp phụ từ những hỗn hợp hai chất trong pha lỏng, đã
thấy rằng sự có mặt của nhóm oxi làm cho than hấp phụ ƣu tiên hơn đối với thành phần
phân cực hơn trong hỗn hợp. Ví dụ, graphon cơ bản không chứa oxi, ƣu tiên hấp phụ
benzen.
Bản chất của nhóm cacbon – oxy quan trọng hơn số lƣợng nhóm cacbon – oxy
trong việc xác định tƣơng tác bề mặt của than với các chất tan. Puri và các đồng sự
trong khi nghiên cứu đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ các dung dịch benzen-metanol,
benzen-etanol trên những loại than chì khác nhau về số lƣợng nhóm oxi, đã thấy rằng
khi các nhóm chức axit bề mặt giảm – do than bị nung chân không tại 400 °C, khả
năng hấp phụ dung dịch phân cực của than giảm xuống đáng kể, và gần nhƣ sẽ có một
sự đảo ngƣợc của quá trình ƣu tiên hấp phụ khi các nhóm này bị loại đi hết. Mặc dù, bề
mặt than vẫn còn giữ lại một lƣợng đáng kể oxi.
2.2.5 Sự phân hủy do nhiệt của các nhóm chức bề mặt than hoạt tính
Các nhóm chức này ít bền nhiệt và phân hủy khi xử lý nhiệt trong chân không
hoặc trong môi trƣờng khí trơ ở nhiệt độ từ 200 ºC đến 750 ºC và có giải phóng khí
CO2. Khi thực hiện nung trên 400 ºC, sự phân hủy hợp chất bề mặt này diễn ra rất
mạnh mẽ (Shafeeyan, 2010). Tuy nhiên, một điểm cần lƣu ý, nếu tiến hành xử lý AC

SVTH: Nguyễn Thị Kim Diệu

9


Chương 2 Tổng quan

dƣới 200 ºC trong môi trƣờng không khí sẽ tạo thành các nhóm chức cacbon – oxi trên
bề mặt than.

C

+ O2 = C(O)

C

+ O2 = CO + CO2 (>400 ºC) Sự khí hóa

C(O)

= CO + CO2

(<400 ºC) Sự tạo thành hợp chất bề mặt

(>400 ºC) Sự phân hủy hợp chất bề mặt

Các hợp chất bề mặt bị phân hủy thành CO2 khi xử lý nhiệt. Các nhóm trung
hòa trên bề mặt bền hơn so với các nhóm axit và bắt đầu phân hủy trong khoảng nhiệt
độ 500 – 600 ºC và bị loại bỏ hoàn toàn ở 950 ºC (Shin, 1997).

Hình 2-2: Ảnh hƣởng của nhiệt độ tới sự phân hủy các nhóm chức trên bề mặt than
Bên cạnh phƣơng pháp nung, một số nghiên cứu đã sử dụng phƣơng pháp chiếu
vi sóng để xử lý nhiệt AC (Valente Nabais, 2004). Phƣơng pháp này tỏ ra hiệu quả
trong việc giảm thời gian xử lý, hiệu quả lại cao. Đặc biệt, do cách cung cấp nhiệt từ
trong ra ngoài, vi sóng còn có khả năng làm cho cấu trúc vi lỗ đƣợc thông thoáng, thậm
chí mở rộng hiệu quả, mà không gây tắt nghẹn các vi lỗ nhƣ phƣơng pháp cung cấp
nhiệt thông thƣờng.
2.3 Tâm hoạt động trên bề mặt than hoạt tính
AC có cấu trúc gồm nhiều lớp vòng thơm ngƣng tụ đính với nhau. Những lớp
này có những kích thƣớc giới hạn, do đó tạo thành các góc. Bên cạnh đó, những lớp

này có những chố khuyết, biến dị vào gián đoạn. Những nguyên tử cacbon ở những vị
trí này có những cặp electron không ghép đôi và những hóa trị thừa ra, có thế năng cao
SVTH: Nguyễn Thị Kim Diệu

10


Chương 2 Tổng quan

hơn. Do đó, những nguyên tử cacbon này có hoạt tính cao, tạo thành những tâm hoạt
động.
Rất nhiều nghiên cứu tập trung vào tìm hiểu số lƣợng và bản chất của các tâm
hoạt động này vì những tâm hoạt động này quyết định độ hoạt động của bề mặt, những
phản ứng bề mặt và khả năng xúc tác của AC. Bởi vì xu hƣớng cacbon hấp phụ hóa
học oxy lớn hơn các chất khác nên nhiều nghiên cứu đã kết luận tâm hoạt động này là
từ sự hấp phụ hóa học oxy. Rideal và Wright sau khi thực hiện nghiên cứu sự oxi hóa
bề mặt AC với khí oxy, họ cho rằng AC có ba tâm hoạt động khác nhau. Pierce và các
đồng nghiệp và Dubinin đã thấy rằng các tâm hoạt động nhất định trên than hoạt tính
đƣợc tạo ra nhiều bởi nhóm bề mặt cacbon-oxi, các nhóm này nhƣ là trung tâm hấp phụ.
2.4 Biến tính than hoạt
Bề mặt AC đƣợc xác định là có sự hiện diện của các nhóm chức axit và bazơ, có
thể bị biến tính bằng khí oxi, các tác nhân oxi hóa, bằng nhiệt độ hay dung dịch để thay
đổi đặc điểm hấp phụ và làm cho than trở nên thích hợp hơn trong các ứng dụng đặc
biệt. Bản chất của quá trình biến tính là các nhóm chức do các tác nhân biến tính mang
đến sẽ liên kết với các cạnh, góc của lớp vòng thơm - các cạnh và góc này chủ yếu là
bề mặt hấp phụ, để tạo thành các dạng nhóm chức bề mặt khác nhau trên bề mặt than.
Các nhóm chức này bao gồm các nhóm chức oxy – cacbon đƣợc tạo thành khi
oxy hóa bề mặt than với các khí hoặc các dung dịch oxy hóa. Nhóm chức bề mặt
cacbon – hydro tạo thành bằng quá trình xử lý AC với khí hydro ở nhiệt độ cao. Nhóm
chức cacbon – lƣu huỳnh bằng quá trình xử lý AC với nguyên tố lƣu huỳnh, H2S, SO2.

Cacbon – nitơ trong quá trình xử lý AC với amoniac. Cacbon – halogen đƣợc tạo thành
bằng quá trình xử lý AC với halogen trong pha khí hoặc dung dịch, v.v…
Trong luận văn này, tác giả sử dụng ba yếu tố khác nhau nhƣ (i) nhiệt độ, (ii)
chiếu vi sóng, (iii) dung dịch HNO3 để tiền xử lý bề mặt than (biến tính cấp 1). Sau đó,
AC sẽ tiếp tục đƣợc sulfo hóa (biến tính cấp 2) để gắn nhóm

SVTH: Nguyễn Thị Kim Diệu

vào bề mặt than.

11


Chương 2 Tổng quan

2.4.1 Biến tính bằng nhiệt độ
Nhiệt độ cao có khả năng loại bỏ những nhóm chức cacbon – oxy trên bề mặt
AC. Tuy nhiên khi nung ở nhiệt độ thấp hơn 200 ºC và trong môi trƣờng không khí quá
trình oxi hóa lại diễn ra ƣu tiên hơn. Điều này đã đƣợc trình bày rõ hơn ở mục 1.2.5 ở
trên. Nói nhƣ vậy, nhiệt độ hoặc sẽ làm cho các nhóm chức bề mặt bị phân hủy góp
phần tạo nên bề mặt chƣa bão hòa hoặc tạo ra các nhóm chức oxi bề mặt trên than hoạt
tính.
2.4.2 Biến tính bằng chiếu vi sóng
Vi sóng là sóng điện từ có bƣớc sóng dài hơn tia hồng ngoại nhƣng ngắn hơn
sóng radio, có bƣớc sóng trong khoảng từ 1mm (tần số 0.3 GHz) đến 1m (tần số 300
GHz). Vi sóng có đặc tính là có thể đi xuyên qua đƣợc không khí, gốm sứ, thủy tinh,
polymer và phản xạ trên bề mặt các kim loại. Đặc biệt, vi sóng cung cấp một kiểu đun
nóng không dùng sự truyền nhiệt thông thƣờng, vi sóng xuyên thấu vật chất và làm
nóng vật chất ngay từ bên trong.
Sử dụng vi sóng để biến tính AC là một phƣơng pháp hiệu quả để thay đổi độ

xốp bề mặt của AC. Bên cạnh đó, thời gian xử lý đƣợc giảm xuống đáng kể, chi phí tiết
kiệm hơn. Sau quá trình xử lý chiếu vi sóng, bề mặt than trở nên hoạt động hơn. Nếu
chiếu vi sóng ở công suất cao hơn, các nhóm chức axit bề mặt than sẽ bị phân hủy.
2.4.3 Biến tính bằng dung dịch HNO3
Biến tính bề mặt AC bằng dung dịch HNO3 đã đƣợc nghiên cứu rất nhiều trong
thời gian gần đây với mục đích tạo những nhóm chức axit bề mặt trên AC. Những
nhóm chức này là cacboxylic và hydroxyl. Trong đó, sự có mặt của nhóm chức
hydroxyl sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sulfo hóa than hoạt tính sau này.
2.5 Cách xác định tâm axit của than hoạt tính
Cho phản ứng với kiềm là một trong những phƣơng pháp đơn giản và dễ nhất
đƣợc sử dụng để xác định bản chất và lƣợng nhóm có tính axit trên bề mặt của than.
Ngƣời ta thấy rằng, lƣợng kiềm trung hòa giảm và tăng tƣơng ứng với số nhóm phức
axit cacbon – oxy trên bề mặt than. Khi khử AC ở điều kiện 750 ºC, toàn bộ lƣợng

SVTH: Nguyễn Thị Kim Diệu

12