NGHIÊN cứu CHẾ tạo THAN HOẠT TÍNH từ vỏ cà PHÊ ỨNG DỤNG để hấp PHỤ các CHẤT hữu cơ độc hại dễ BAY hơi (VOCs) TRONG KHÔNG KHÍ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN
NĂM HỌC 2019 – 2020

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THAN HOẠT TÍNH TỪ VỎ CÀ PHÊ
ỨNG DỤNG ĐỂ HẤP PHỤ CÁC CHẤT HỮU CƠ ĐỘC HẠI DỄ BAY
HƠI (VOCs) TRONG KHÔNG KHÍ

Thuộc lĩnh vực khoa học và công nghệ: KHOA HỌC KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

1


Hà Nội - 2020

2


TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN
NĂM HỌC 2019 – 2020
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THAN HOẠT TÍNH TỪ VỎ CÀ PHÊ
ỨNG DỤNG ĐỂ HẤP PHỤ CÁC CHẤT HỮU CƠ ĐỘC HẠI DỄ BAY
HƠI (VOCs) TRONG KHÔNG KHÍ

Thuộc lĩnh vực khoa học và công nghệ: KHOA HỌC KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

Sinh viên chịu trách nhiệm chính thực hiện: Chu Thị Hồng Giang
Nữ
Dân tộc:
Kinh
Lớp, Khoa: ĐH7M2, Khoa Môi trường
Năm thứ: 3/ Số năm đào tạo: 4
Ngành học: Công nghệ kỹ thuật môi trường
Người hướng dẫn: TS. Trịnh Thị Thắm

3


Hà Nội - 2020
TRƯỜNG ĐẠI HỌC
TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ cà phê ứng dụng để hấp phụ
các chất hữu cơ độc hại dễ bay hơi (VOCs) trong không khí
- Sinh viên thực hiện:
Chu Thị Hồng Giang

Lớp ĐH7M2/Khoa Môi trường

Nguyễn Thị Phương

Lớp ĐH7M2/Khoa Môi trường

Nguyễn Phan Quân

Lớp ĐH7M2/Khoa Môi trường

Nguyễn Quang Huy

Lớp ĐH6BK/Biến đổi khí hậu & Phát triển bền vững

- Năm thứ: 3

Số năm đào tạo: 4

- Người hướng dẫn: TS. Trịnh Thị Thắm
2. Mục tiêu đề tài:
- Chế tạo được than hoạt tính từ vỏ hạt cà phê.
- Ứng dụng than hoạt tính chế tạo từ vỏ cà phê để hấp thụ các chất hữu cơ độc
hại dễ bay hơi trong không khí.
3. Tính mới và sáng tạo:
- Điều chế được than hoạt tính từ vỏ hạt cà phê với phương pháp hoạt hóa hóa
học dùng ZnCl2 trong phòng thí nghiệm là một kỹ thuật dễ thực hiện với chi phí thấp.
Ngoài ra, việc ứng dụng than hoạt tính chế tạo được để loại bỏ khí VOCs trong môi
trường không khí (trong ô tô) chính là một kết quả mới trong nghiên cứu tại Việt Nam
và có khả năng ứng dụng cao.
4. Kết quả nghiên cứu:
- Đã khảo sát và chế tạo được than hoạt tính từ vỏ hạt cà phê với các chất phụ gia

khác nhau trong quá trình hoạt hóa hóa học (gồm FeCl 3, ZnCl2 và FeCl3/ZnCl2) ở các
điều kiện nhiệt độ khác nhau.
4


- Đã khảo sát để lựa chọn loại than hoạt tính có dung lượng hấp thụ tốt nhất (than
hoạt tính hoạt hóa sử dụng ZnCl2).
- Đã xác định được đặc tính của than hoạt tính qua việc xác định cấu trúc của
than và dung lượng hấp phụ cực đại.
- Đã sử dụng than hoạt tính chế tạo được để hấp thụ VOCs trong một số ô tô.
5. Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng và
khả năng áp dụng của đề tài:
- Vỏ hạt cà phê là một loại phế phẩm nông nghiệp có trữ lượng lớn ở nước ta,
chính vì vậy, kết quả nghiên cứu của đề tài có thể góp phần sử dụng hiệu quả phế
phẩm nông nghiệp này. Điều này vừa mang lại hiệu quả kinh tế vừa giảm thiểu được
chất thải rắn thải vào môi trường.
- Bên cạnh đó, với loại than chế tạo được có diện tích về mặt lớn và độ xốp cao,
có thể ứng dụng để hấp thụ các chất hữu cơ dễ bay hơi phát sinh từ nội thất trong nhà,
trong các phương tiện giao thông vận tải, phát sinh từ sơn và mỹ phẩm,… Đây là một
nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao, có khả năng áp dụng vào thực tế nhằm bảo vệ
môi trường và bảo vệ sức khỏe người dân.
6. Công bố khoa học của sinh viên từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp
chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu
(nếu có):

Ngày……..tháng…….năm 2020
Sinh viên chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài

5

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên
thực hiện đề tài:
- Nhóm sinh viên đã chủ động tìm kiếm ý tưởng thực hiện đề tài nghiên cứu khoa
học, xây dựng đề cương nghiên cứu và kế hoạch nghiên cứu dưới sự hướng dẫn và góp
ý của giáo viên;
- Trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu, các bạn sinh viên đã rất chủ động
thực hiện cũng như tìm hiểu để đề xuất các giải pháp thực hiện tối ưu nhằm thu được
kết quả nghiên cứu tốt nhất;
- Kết quả nghiên cứu của đề tài là sự nỗ lực của các thành viên trong nhóm với
vai trò trưởng nhóm của sinh viên Chu Thị Hồng Giang. Sinh viên, Nguyễn Phan
Quân và Nguyễn Quang Huy thường chịu trách nhiệm trong các hoạt động yêu cầu kỹ
thuật (công nghệ) như chế tạo Box thí nghiệm, chế tạo than cũng như khắc phục các sự
cố trong quá trình chế tạo than, quá trình thử nghiệm,…Ngoài ra, hai sinh viên nam
cũng chịu trách nhiệm chính trong quá trình thử nghiệm than trong ô tô. Sinh viên Chu
Thị Hồng Giang và Nguyễn Thị Phương chịu trách nhiệm chính trong các quá trình
hoạt hóa và xử lý trước và sau điều chế than, các nghiên cứu thử nghiệm sử dụng Box
thí nghiệm và các phép phân tích.

Ngày……..tháng……..năm 2020
Xác nhận của trường đại học

Người hướng dẫn

(ký tên và đóng dấu)

TS. Trịnh Thị Thắm

6

MỤC LỤC

7


DANH MỤC HÌNH

8


DANH MỤC BẢNG

9


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Việt Nam là một quốc gia có nhiều sản phẩm nông nghiệp nổi tiếng thế giới. Một
trong những loại sản phẩm nông nghiệp được xuất khẩu với giá trị kinh tế và uy tín cao
là cà phê. Do vậy, sản lượng cà phê của Việt Nam ngày càng gia tăng đáp ứng nhu cầu
sử dụng cũng như xuất khẩu cà phê ra thị trường thế giới. Sản lượng cà phê tăng đồng
nghĩa với việc lượng phế phẩm phát sinh từ các hoạt động trồng trọt cũng như chế biến
cà phê ngày càng tăng cao. Chính vì thế, nhiệm vụ đặt ra cho nhà nước, chính quyền
cũng như rất nhiều nhà khoa học là làm thế nào để tận dụng được lượng phế phẩm từ
quá trình chế biến cà phê nhằm tăng hiệu quả kinh tế cũng như bảo vệ môi trường.
Một số nghiên cứu trên thế giới cũng như tại Việt Nam đã tận dụng phế phẩm
nông nghiệp trong đó có vỏ hạt cà phê để điều chế than hoạt tính và sử dụng nó để loại
bỏ các kim loại trong môi trường nước.

Ngoài ra, nhiều nghiên cứu cũng chỉ ra rằng than hoạt tính có khả năng hấp phụ
rất tốt các chất hữu cơ trong môi trường không khí. Các chất này chủ yếu được phát
sinh từ các đồ nội thất trong nhà, trong ô tô, chúng là những chất dễ bay hơi nên có
những chất tương đối độc hại, gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Tại các nước
đang phát triển nhanh chóng về kinh tế như Việt Nam, hàm lượng các chất ô nhiễm
trong môi trường không khí đang có xu hướng gia tăng, đặt biệt là các chất hữu cơ độc
hại. Vì vậy, việc loại bỏ chúng ra khỏi môi trường là rất cần thiết để bảo vệ đời sống
con người và sinh vật.
Chính vì lý do trên, nhóm nghiên cứu lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo than
hoạt tính từ vỏ cà phê ứng dụng để hấp phụ các chất hữu cơ độc hại dễ bay hơi
(VOCs) trong không khí” với các mục tiêu và nội dung nghiên cứu sau đây.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Chế tạo được than hoạt tính từ vỏ hạt cà phê.
- Ứng dụng than hoạt tính chế tạo từ vỏ hạt cà phê để hấp thụ các chất hữu cơ
độc hại dễ bay hơi trong không khí.
3. Đối tượng nghiên cứu, phạm vi và thời gian nghiên cứu
- Vỏ hạt cà phê thải ra trong quá trình tinh cà phê.
- Một số chất hữu cơ dễ bay hơi: benzene, toluen, n-Hexan, etanol, DCM, aceton.
Địa điểm nghiên cứu: Phòng thí nghiệm trường Đại học Tài nguyên và Môi
trường Hà Nội.
Thời gian thực hiện nghiên cứu: từ 10/2019 đến 07/2020.
10


4. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Chế tạo than hoạt tính từ vỏ hạt cà phê, sử dụng tác nhân hoạt hóa hóa học
trong các điều kiện khác nhau.
- Xác định các đặc trưng vật lí, hóa lí của than chế tạo được.
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) trong
không khí của than chế tạo được.

- Ứng dụng để hấp phụ VOCs trong không khí của xe ô tô.
5. Phương pháp tiến hành nghiên cứu
- Thu thập tài liệu và tổng quan về các vấn đề liên quan đến nội dung nghiên cứu.
- Phương pháp thực nghiệm: Chế tạo than hoạt tính, xác định cấu trúc của than,
xác định dung lượng hấp thụ và thử nghiệm thực tế;
- Phương pháp xử lý số liệu và phân tích dữ liệu.

11


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về than hoạt tính
1.1.1. Định nghĩa và phân loại
a) Định nghĩa
Than hoạt tính là một thuật ngữ phổ biến cho carbon vật liệu có chứa than củi.
Than hoạt tính sở hữu khả năng liên kết với nhau làm tăng diệt tích của bề mặt (>
1000m2/g), nó còn có các lỗ nên có khả năng hấp thụ mạnh. Than hoạt tính có 3 dạng
là bột, hạt và viên nhưng dạng than hoạt tính được sử dụng rộng rãi nhất là dạng bột và
hạt [1].
Than hoạt tính có nguồn gốc từ gỗ hoặc từ nhiều loại phế chất hữu khác như vỏ
dừa, vỏ hạt cà phê, tro trấu, v.v... Nó tỏ ra rất thiên thiện với môi trường và không gây
độc hại.
Thành phần chủ yếu của than hoạt tính là carbon do vậy tất cả những nguồn
nhiên liệu giàu carbon thì đề có thể dùng để điều chế thành than hoạt tính. Với nhiều
nguyên liệu khác nhau nên các cách gọi tên hoạt tính cũng khác nhau. Tên của chúng
xuất phát từ nguồn nguyên liệu tạo ra chung như than đá, than củi, than gáo dừa, ....
b) Phân loại
Có nhiều cách để có thể phân loại được than hoạt tính nhưng cách đơn giản nhất
theo Misec là phân loại theo hình dáng bề ngoài của nó. Theo cách này thì than hoạt
tính được chia làm 2 loại:

- Than dạng bột:
Vì nó có độ khuếch tán trong dung dịch ít nên quá trình hấp phụ xảy ra trong
dung dịch rất chậm. Than thường được nghiền thành dạng bột mịn để tăng cường độ
thiết lập cân bằng hấp phụ. Loại này thường được dùng trong y tế hoặc để tẩy màu.
- Than dạng hạt:
Loại than này có dạng mảnh hoặc dạng trụ. Để làm được loại than này thì nguyên
liệu được xay đến kích thước nhất định và được hoạt hóa. Ngoài ra nguyên liệu chuẩn
bị ở dạng vữa, ép vữa thành sợi rồi cắt thành hạt. Than hoạt tính có dạng trụ hoàn
chỉnh sẽ được sản xuất theo quy trình phức tạp hơn thông thường [11].

12


1.1.2. Tính chất của than hoạt tính
a) Tính chất vật lý và đặc trưng kỹ thuật của than hoạt tính
Hiện nay, than hoạt tính trên thị trường rất đa dạng. Mỗi loại than đều có ứng
dụng khác nhau đáp ứng được nhu cầu cụ thể. Tuy nhiên, xét trên mặt vật lý thì chúng
có những đặc điểm để quyết định đến khả năng hấp phụ của than hoạt tính là kích
thước hạt và diện tích bề mặt.
• Kích thước hạt
Trước khi than hoạt tính được đưa vào sử dụng thì cần phải xác định được các
thông số của than như diện tích bề mặt hay kích thước hạt, ... vì những thông số này là
nhân tố trực tiếp ảnh hưởng đến tính chất của than. Có rất nhiều phương pháp để sản
xuất than hoạt tính khác nhau nên cũng có rất nhiều loại than hoạt tính có tính chất,
hình dạng và kích thước khác nhau. Hiện tại thì người ta thường sử dụng hai phương
pháp để xác định kích thước hạt than là phương pháp hiển vi điện từ và phương pháp
hấp phụ lên bề mặt.
Trong tính toán thường lấy giá trị trung bình vì kích thước và diện tích bề mặt
của các hạt than là khác nhau.
-

Phương pháp xác định trực tiếp bằng kính hiển vi điện tử cho giá trị đường kính trung
bình hạt than khác nhau đối với các phương pháp sản xuất khác nhau. Người ta đã đưa
ra công thức tính đường kính trung bình của hạt than như sau:
(1.1)
Trong đó: n là số hạt; d là đường kính hạt

-

Kích thước của hạt cũng được xác định bằng phương pháp gián tiếp nhờ phương pháp
hấp phụ theo BET.

-

Hiện nay than hoạt tính đã được sản xuất và sử dụng rộng rãi trên thế giới, trong nhiều
lĩnh vực cũng như cho các mục đích khác nhau. Than hoạt tính thường được sản xuất
dưới hai dạng là dạng bột và dạng hạt.
Than hoạt tính dạng bột thường được sản xuất từ gỗ, gáo dừa và phế phẩm công
nghiệp như vỏ trấu, mùn cưa,.... Kích thước trung bình của than hoạt tính dạng bột là
20 – 300µm.
Than hoạt tính dạng hạt thường được sản xuất từ than đá hoặc vỏ một số vỏ, hạt
một số loại quả như vỏ cà phê, gáo dừa,.... Nó được sản xuất dưới dạng mảnh vỡ hoặc
từ than bột mịn trộn với chất kết dính rồi ép tạo thành viên. Hình dạng của viên thì tùy
thuộc vào nơi sản xuất và mục đích sử dụng. Kích thước của hạt khảng từ 4 – 6 mm.
13


• Diện tích bề mặt riêng của than
Phương pháp tính toán hình học và phương pháp tính toán theo lượng chất lỏng
phân tử thấp hoàn toàn trơ hóa học với than hoạt tính nhưng được hấp phụ lên bề mặt

của than hoạt tính là hai phương pháp thường được dùng để xác định diện tích bền mặt
riêng của than hoạt tính.
- Theo phương pháp hình học thì các kích thước của than hoạt tính được xác định
bằng kính hiển vi điện tử. Nếu xác định được các hạt than hoạt tính có dạng khối cầu
và bề mặt các hạt than phẳng, nhẵn thì diện tích bề mặt riêng S h được tính theo công
thức:
(1.2)
(1.3)
Trong đó: là khối lượng riêng của than hoạt tính
DA là đường kính bề mặt trung bình của hạt than
n là số hạt
d là đường kính hạt
Diện tích hấp thụ riêng Sh sẽ là tên gọi nếu diện tích bề mặt riêng được tính bằng
phương pháp này.
- Theo phương pháp thứ hai thì diện tính bề mặt riêng sẽ được xác định theo
lượng chất lỏng phân tử thấp hoàn toàn trơ hóa học với than hoạt tính nhưng hấp phụ
lên bề mặt than hoạt tính. Trong đó, thường dùng nitơ ở nhiệt độ sôi của nó hoặc có thể
là các dung dịch iot hay phenol,... Diện tích riêng bề mặt được xác định bằng phương
pháp này được gọi là diện tích hấp phụ riêng Sh.
Giá trị Sh khác nhau với mỗi chất lỏng hấp phụ khác nhau vì chất lỏng phân từ
lượng lớn hơn thì khả năng hấp phụ kém hơn. Có thể sử dụng tỷ số giữa diện tích hấp
phụ riêng và diện tích bề mặt hình học riêng để dánh giá mức độ phẳng nhẵn bề mặt
cấu trúc than.
• Cấu trúc của than hoạt tính
Cấu trúc của than hoạt tính được đánh giá bằng mức độ phát triển cấu trúc bậc
nhất của nó. Sự phát triển của cấu trúc này phụ thuộc vào phương pháp và nguyên liệu
đầu vào. Cấu trúc bậc nhất phát triển mạnh nhất trong than được sản xuất bằng phương
pháp lò. Liên kết hóa học C-C đảm bảo cho cấu trúc có độ bền cao.
Trong thời gian bảo quản than hoạt tính, các cấu trúc bậc nhất của than tiếp xúc
với nhau, liên kết và tạo thành liên kết bậc hai của than hoạt tính. Độ bền của nó phụ

thuộc vào độ bền liên kết giữa của các cấu trúc bậc nhất và dao động trong khoảng độ
bền của liên kết Vandecvan đến độ bền liên kết hydro có trong than. Kích thước các
hạt than càng nhỏ thì cấu trúc bậc hai càng bền, mức độ nhám của bề mặt càng lớn và
hàm lượng các nhóm chứa oxy trên bề mặt than càng cao.
Khối lượng riêng của than hoạt tính là đại lượng phụ thuộc vào phương pháp xác
định nó. Thể tích do các hạt than chiếm sẽ lớn và khối lượng riêng sẽ nhỏ hơn khối
lượng riêng thực của than. Khối lượng riêng của nó sẽ dao động từ 1800-1900 kg/m 3,
14


trong heli lỏng từ 1900-2000 kg/m3, hằng số mạng tinh thể 2160-2180 kg/m 3. Than
hoạt tính dạng bột là các hạt nằm sát nhau, ở các góc cạnh, các cung là không khí nên
dao động từ 80-300 kg/m3. Qua ứng dụng của than hoạt tính, người ta thấy rằng khối
lượng riêng 1860 kg/m3 được sử dụng khá phổ biến.
Bên trong than hoạt tính có rất nhiều loại mao quản khác nhau từ dạng mao quản
lớn đến dạng mao quản nhỏ (gọi là cấu trúc rỗng hỗn tạp), do trong quá trình điều chế
than hoạt tính, bên cạnh hình thành mao quản mới còn luôn có sự mở rộng kích thước
mao quản ban đầu. Than hoạt tính chứa mao quản có đường kính từ 1nm đến vài nghìn
nm. Dubinin đưa ra một cách phân loại mao quản đã được IUPAC chấp nhận. Sự phân
loại này dựa trên chiều rộng của chúng, thể hiện khoảng cách giữa các thành của một
mao quản hình rãnh (tạm gọi là đường kính) hoặc bán kính của mao quản. Các mao
quản được chia thành 3 nhóm: vi mao quản, mao quản trung bình và mao quản lớn.
Mỗi nhóm mao quản nhỏ, trung bình và lớn lại thể hiện một vai trò nhất định
trong quá trình hấp phụ. Mao quản nhỏ nhờ chiếm một diện tích bề mặt và thể tích
tương đối lớn nên đóng góp lớn vào khả năng hấp phụ của than hoạt tính. Mao quản
nhỏ được lấp đầy ở áp suất hơi tương đối thấp trước khi bắt đầu ngưng tụ mao quản.
Mao quản trung bình thì được lấp đầy ở áp suất hơi tương đối cao với sự xảy ra ngưng
tụ mao quản. Mao quản lớn cho phân tử chất bị hấp phụ di chuyển nhanh tới các mao
quản nhỏ hơn.
b) Tính chất hóa học của than hoạt tính

Than hoạt tính có cấu trúc mạng phẳng, cấu tạo từ các vòng carbon, vị trí sắp xếp
của các nguyên tử carbon giống vị trí của nguyên tử carbon trong benzen. Trong tinh
thể sơ khai của nó có chứa khoảng 100 – 200 nguyên tử carbon. Các tinh thể này liên
kết với nhau và sắp xếp tự do để tạo thành các hạt than [10].
Ngoài thành phần chính là cacbon, than hoạt tính còn chứa một lượng nhỏ các
nguyên tố khác, trong đó chủ yếu là các kim loại ở dạng oxit (tro), chúng chủ yếu được
hình thành do quá trình than hoá và hoạt hoá. Những phức chất chứa oxy được gọi là
các oxit bề mặt hay các nhóm chức bề mặt [10]. Tính chất và hàm lượng các nhóm chức
được xác định bởi nguồn gốc nguyên liệu và quá trình hoạt hoá than. Do đặc điểm hoạt
động của các nguyên tử oxi và hidro, các oxit bề mặt thường có ở rìa các vi tinh thể và ở
các liên kết ngang trên bề mặt than. Các oxit bề mặt ảnh hưởng đến tính chất phân cực
của bề mặt than tạo nên tính ưa nước. Khả năng hấp phụ của than hoạt tính với các chất
phân cực khác nhau cũng phụ thuộc vào các nhóm chức bề mặt này.

15


Hình 1.1. Các nhóm chức thường gặp trên bề mặt than hoạt tính
Các nhóm chức bề mặt của than hoạt tính biểu hiện hai đặc tính: axit hoặc
bazơ. Đặc trưng cho các nhóm chức bề mặt axit là cacboxyl, lacton, hyđroxyl…và đặc
trưng cho nhóm chức bề mặt bazơ thường là các nhóm amin, pyron, chromen.…
Tùy theo môi trường (pH của dung dịch) các nhóm chức bề mặt có oxi sẽ quyết
định điện tích bề mặt của than hoạt tính. Các nhóm chức có đặc tính axit, đặc biệt là
nhóm cacboxyl làm cho bề mặt của than phân cực hơn và do đó làm tăng ái lực của
chúng với nước do tạo thành liên kết hiđro. Bên cạnh phần đóng góp của các nhóm
chức bề mặt (pyron, chromen) tính bazơ của than hoạt tính thường được quyết định
bởi sự có mặt của những vùng giầu electron π ở trong lòng các lớp graphen [8]. Những
vùng giàu electron π này đóng vai trò nhận proton.
Đặc tính của các nhóm chức bề mặt chủ yếu phụ thuộc vào quá trình hoạt hoá
và quá trình xử lý than sau đó. Hoạt hoá với CO 2 ở nhiệt độ cao (than H) sau đó

tiếp xúc với không khí ở nhiệt độ phòng sẽ thu được than hoạt tính có nhóm chức
bề mặt bazơ. Khi hoạt hoá với oxy ở nhiệt độ thấp (than L) thì than chứa nhóm
chức bề mặt axit.

16


Nhiệt độ
100-4000C

190-6500C
600-7000C
700-9800C
3500C – 4000C
7000C
7000C – 9800C

Hình 1.2. Sự phân hủy nhóm chức bề mặt của than hoạt tính xác định bởi phương
pháp giải hấp phụ theo chương trình nhiệt độ
Tính chất bề mặt của than có thể được xác định một cách định tính và đôi khi
định lượng bằng các phương pháp khác nhau: đo pH tại điểm điện tích không, đo nhiệt
lượng, phổ hồng ngoại, phương pháp chuẩn độ Boehm và phương pháp giải hấp phụ
theo chương trình nhiệt độ. Trên hình 1.2 mô tả sự phân hủy các nhóm chức bề mặt
của than hoạt tính xác định bằng phương pháp giải hấp phụ theo chương trình nhiệt độ
kết hợp với phương pháp phổ khối lượng.
1.1.3. Khả năng ứng dụng của than hoạt tính

-

Hiện nay, than hoạt tính được sản xuất và sử dụng rộng rãi cho các mục đích

khác nhau nhưng mục đích chủ yếu của than hoạt tính sẽ là hấp phụ các chất bẩn trong
nước hay không khí để làm sạch chúng giúp đời sống của con người được đảm bảo hơn.
Ứng dụng của than hoạt tính cụ thể có thể kể đến như:
Sử dụng trong quá trình làm sạch nước phục vụ cho cấp nước uống hay nước sinh hoạt
của con người
Sử dụng trong mặt nạ chống độc, làm khẩu trang phòng độc
Sử dụng trong y tế với nhiều ứng dụng điều trị các căn bệnh khác nhau
Sử dụng trong quá trình sản xuất bia, loại nước giải khát
Sử dụng trong nhà máy nguyên tử
Sử dụng trong hệ thống lọc không khí, làm sạch không khí trong các cơ sở sản xuất
cũng như trong các hệ thống lọc hút không khí
Sử dụng trong quá trình sản xuất đường, dầu, mỡ.
17


1.1.4. Nguyên liệu, phương pháp và kỹ thuật chế tạo than hoạt tính
Nguồn nguyên liệu để sản xuất than hoạt tính là những nguyên liệu có hàm lượng
cacbon cao và chứa ít các thành phần vô cơ khác như gỗ, than non, than bùn, than
đá,... và các phế phẩm nông nghiệp như vỏ trấu, gáo dừa, bã mía, vỏ cà phê,...
Việc chọn nguyên liệu cho than hoạt tính dựa vào thành phần các chất hữu cơ của
nguyên liệu. Nguyên liệu tốt là loại chứa các hợp chất hữu cơ bị phân hủy ở nhiệt độ
cao và khi nhiệt phân không tạo ra cacbua no phân tử lớn, mà loại phân từ này bị phân
hủy ở nhiệt độ cao tạo ra carbon graphit hóa. (theo Ac-lếch-xep-ski)
Than hoạt tính thường được sản xuất bằng phương pháp nhiệt phân nguyên liệu
thô có chứa hàm lượng carbon ở nhiệt độ dưới 1000 oC. Quá trình sản xuất gồm hai
bước:
- Than hóa ở nhiệt độ dưới 800 oC trong môi trường yếm khí hoặc khí trơ
- Hoạt hóa sản phẩm của quá trình than hóa ở nhiệt độ dưới 1000oC
a) Quá trình than hóa
Quá trình than hóa là quá trình phân hủy nhiệt nguyên liệu để đưa nguyên liệu

ban đầu vào dạng carbon, đồng thời làm bay hơi một số chất hữu cơ nhẹ và tạo mao
quản ban đầu. Quá trình than hóa có thể thực hiện được trong cả ba pha rắn, lỏng, khí.
- Than hóa trong pha rắn: Nguyên liệu ban đầu là các phân tử lớn do sự tổng hợp
hoặc quá trình tự nhiên. Phân hủy nguyên liệu ban đầu bằng cách dùng nhiệt xử lý,
giải phóng các chất khí và chất lỏng có khối lượng phân tử thấp.
- Than hóa trong pha lỏng: Sử dụng các nguyên liệu như vòng thơm, hắc ín cho
phép tạo thành carbon dạng graphit không có mao quản, cần một phản ứng tác động
lên các lớp graphit để tạo ra mao quản.
- Than hóa trong pha khí: Nguyên liệu ban đầu là các khí như metan, propan
hoặc benzen trộn với heli. Quá trình than hóa thực hiện ở áp suất tương đối thấp.
Nguyên tắc của quá trình sản xuất than nguyên liệu thực vật là dùng nhiệt phân
hủy nguyên liệu trong điều kiện không có không khí. Dưới tác dụng của nhiệt độ, vật
liệu bị khô đều và bị phân hủy theo những quá trình thu nhiệt, ở đây các hợp phần của
nguyên liệu bị biến tính, giải phóng [11].

18


b) Quá trình hoạt hóa
Quá trình hoạt hóa trong sản xuất than hoạt tính có ý nghĩ rất lớn. Việc nghiên
cứu than hoạt tính ban đầu tập trung vào việc thiết lập mối quan hệ giữa cấu trúc
nguyên liệu và sản phẩm. Việc chọn nguyên liệu ban đầu để sản xuất than một phần
dựa vào quy mô sản xuất, mặt khác dựa vào nguyên liệu thích hợp cho sản phẩm nhất
định.
Quá trình nhiệt phân phải được thực hiện nhanh làm giảm thời gian tiếp xúc giữa
carbon mới được hình thành và sản phẩm của quá trình nhiệt phân. Tiếp theo quá trình
than hóa là quá trình hoạt hóa. Mục đích của quá trình hoạt hóa là giải phóng độ xốp
sơ cấp đã có sẵn trong than, đồng thời tạo thêm độ xốp thứ cấp làm than có hoạt tính
cao [11].
Riêng về mặt hoạt hóa thì có thể phân chia một cách có điều kiện thành hai

phương pháp sau:
- Phương pháp hoạt hóa hóa học: Nguyên liệu thường được sử dụng là gỗ trộn
với chất hoạt hóa và chất hút nước (H 3PO4 hoặc ZnCl2. Axit photphoric) thường ở nhiệt
độ khoảng 500oC, có khi lên tới 800oC. H3PO4 làm cho gỗ phình ra và mở cấu trúc
cenlulose của gỗ. Trong suốt quá trình hoạt hóa, axit photphoric hoạt động như một
chất ổn định và đảm bảo rằng than không bị xẹp trở lại.
- Phương pháp hoạt hóa hóa lý: Dùng các chất oxy hóa như hơi nước, dioxit
carbon,… làm tác nhân tác dụng lên than, khi mức độ hoạt hóa chưa cao (độ xốp còn
thấp) tác nhân hoạt hóa tác dụng với carbon vô định hình và cacbua mạch cao nằm trên
bề mặt than giải phóng độ xốp sơ cấp đã có sẵn trong than. Sau đó chúng tác dụng lên
bề mặt than làm chảy một phần carbon tinh thể tạo thêm độ xốp cho than.
Phương pháp này cho năng suất cao, hạ giá thành, ít ăn mòn thiết bị. Tác nhân
hoạt hóa thường dùng là khí carbonic, hơi nước và oxy.
1.1.5. Chế tạo than hoạt tính từ phế phẩm nông nghiệp
Than hoạt tính có khả năng hấp phụ có tính chọn lọc và có dung lượng hấp phụ
tương đối lớn đối với các chất khí, hơi cũng như chất tan. Hiện nay, việc tận dụng các
phế thải chi phí thấp, đặc biệt là các chất thải nông nghiệp để sản xuất than hoạt tính
đã gây sự chú ý nhiều cho giới nghiên cứu do chi phí việc sản xuất than hoạt tính từ
than đá, gỗ và vỏ dừa ngày càng lớn và nguồn nguyên liệu này ngày càng ít đi. Trong
khi đó chúng ta biết rằng, các phế thải của quá trình chế biến nông sản như bã sắn, bã
mía, xơ dừa, lá dứa và vỏ hạt cà phê là sản phẩm phụ của ngành sản xuất nông nghiệp.
Việt Nam là một trong những quốc gia có khí hậu nhiệt đới gió mùa, có nhiều đồi núi,
cao nguyên thích hợp cho ngành trồng sắn, dứa, dừa, mía, cà phê. Trong quá trình thu
hoạch, chế biến của bà con nông dân hoặc của các nhà máy đã thải ra một số lượng
lớn- bã sắn, xơ dừa, bã mía, lá dứa, vỏ hạt cà phê, nhưng chủ yếu chỉ đốt hoặc chôn,
19


vừa gây lãng phí tài nguyên vừa gây ô nhiễm môi trường và cũng góp phần làm thay
đổi khí hậu toàn cầu. Cho dù ngày nay than hoạt tính đã được tổng hợp từ rất nhiều

nguồn khác nhau, tuy nhiên việc tận dụng chất thải của ngành chế biến nông nghiệp có
thể là một sự lựa chọn tốt để thay thế các nguồn nguyên liệu truyền thống ngày càng
cạn kiệt.
Các sản phẩm phụ từ nông nghiệp như rơm rạ, vỏ trấu, mùn cưa, vỏ hạt cà phê…
thường là những chất thải cần xử lý, có ít hoặc không có giá trị kinh tế. Do đó, việc
biến đổi chúng thành than hoạt tính sẽ làm tăng giá trị kinh tế, giảm chi phí xử lý chất
thải và quan trọng hơn cả là tạo ra tiềm năng thay thế than hoạt tính thương mại.
Thành phần chính của các phẩm phụ từ nông nghiệp là xenlulozơ, sau các quy
trình than hóa và hoạt hóa sẽ tạo ra được các loại than hoạt tính có đặc tính khác nhau.
Quy trình chế tạo than hoạt tính từ phế thải nông nghiệp cũng tuân theo nguyên tắc chế
tạo than hoạt tính nói chung. Tuy nhiên, điều kiện than hóa và hoạt hóa có thể khác
nhau do đó than hoạt tính sinh ra có thể có những tính chất và ứng dụng khác nhau.
Hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu trong việc chế tạo
than hoạt tính từ các phế thải nông nghiệp. Theo nhiều hướng khác nhau, người ta tìm
ra các điều kiện than hóa và hoạt hóa khác nhau đối với từng loại nguyên liệu. Sau đây
là bảng tìm hiểu về các nghiên cứu liên quan tới chế tạo than hoạt tính từ phế thải nông
nghiệp.
Bảng 1.1. Tổng hợp một số nghiên cứu chế tạo than hoạt tính
Nguyên
liệu

Điều kiện hoạt hóa

Ứng dụng

Tài liệu tham
khảo

1

Vỏ trấu

Hoạt hóa bằng FeCl2 trong điều kiện cấp
khí N2, nhiệt độ 3000C

Làm chất hấp phụ
trong xử lý nước
thải

Bùi Thị Hà, 2016
[1]

2

Gáo dừa

Hoạt hóa bằng hơi nước ở điều kiện
nhiệt độ từ 800-3900OC

Xử lý nước thải

Nguyễn Văn
Giáp, 2010 [14]

Xử lý Nitrit trong
chất thải

Phạm Thị Minh
Thùy (2013) [15]

Xử lý môi trường

Vũ Lực (2012)
[20]

STT

3

Xơ dừa

4

Bã thải từ
quá trình
sản xuất
tinh bột
sắn và

Đốt xơ dừa bằng H2SO4 98% theo tỉ lệ
1:1 về khối lượng
Sản phẩm thu được ngâm trong dung
dịch NaHCO3
Ngâm trong axit H2SO4 đặc 98% với
thời gian 1 giờ
Đốt trong 3 giờ ở 250oC
Trung hòa axit dư bằng dung dịch

20

STT

Nguyên
liệu

Điều kiện hoạt hóa

Ứng dụng

Tài liệu tham
khảo

dong riêng NaHCO3 2%
5

Lõi ngô

Đốt xơ dừa bằng H2SO4 98% theo tỉ lệ
1:1 về khối lượng, ngâm trong 72 giờ
Làm chất hấp thụ
Hoạt hóa bằng NaHCO3 2% trong 24 giờ

6

7

Bã mía

Vỏ hạt

điều

Than được hoạt hóa trong môi trường
CO2 hoặc hơi nước ở nhiệt độ cao
Gia nhiệt trong môi trường khí trơ
( dùng N2) với tốc độ gia nhiệt
10oC/phút thì giữ ở nhiệt độ này trong
vòng 1 giờ

Làm chất tẩy màu
trong sản xuất
đường

Nguyễn Bá Linh
(2015)

Xử lý ô nhiễm
môi trường nước

Võ Thị Diễm
Kiều và CS
(2016) [19]

-

Võ Thị Diễm
Kiều
( 2016) [19]

Hấp thụ Ni(II)

trong dung dịch

Lê Văn Khu và
CS (2016) [3, 4]

Hấp thụ Cr(VI) từ
dung dịch nước

Dr.S.Anuradha
jabasingh (2015)

Xử lý màu và chất
hữu cơ trong nước
thải dệt nhuộm

Trịnh Thị Thu
Hương và CS
(2014) [18]

Sản phẩm thu được mang đi hoạt hóa ở
850oC trong môi trường không có oxi

8

Vỏ hạt
điều

Hoạt hóa ở 850oC dùng tác nhân hơi
nước với tốc độ gia nhiệt 10oC /phút
trong môi trường không có oxi

Nguyễn Thị
Huyền Anh
(2013) [13]

Than hóa ở 500oC
9

Vỏ hạt cà
phê

10

Vỏ hạt cà
phê

11

Bã cà phê

trộn với KOH với tỉ lệ khối lượng
than/KOH là 1/3 và được hoạt hóa tại
750 oC trong 60 phút
Hoạt hóa bằng H3PO4
Nhiệt phân bã cà phê được sấy ở nhiệt
độ 105oC trong thời gian 2 - 3 giờ
pH của dung dịch được điều chỉnh bằng
dung dịch NaOH và H2SO4 loãng

1.2. Tổng quan về VOCs

VOCs (Volatile organic compound) là tên gọi chung của các hợp chất hữu cơ dễ
bay hơi. VOCs thực chất là các hóa chất có gốc Carbon. Chúng có điểm sôi rất thấp và
dễ dàng được giải phóng thành dạng hơi hoặc khí từ những sản phẩm có chứa chúng.

21


Nguồn gốc của các chất này có thể là nhân tạo hoặc từ thiên nhiên. Một số được biết
đến là vô hại với sức khỏe, số còn lại là độc lại với con người.
• Nguồn gốc của VOCs
-

Nguồn gốc tự nhiên: đa số VOCs phát sinh từ thực vật. Ước tính hàng năm có 1150 Tg
C (Tg=1012g) sinh ra từ thực vật các thành phần chính là Isoprene, Isoprene là một
thành phần Hydrocacbon dễ bay hơi được thực vật thải ra với một khối lượng lớn.

-

Nguồn gốc nhân tạo: Formaldehyde là một trong các VOCs thông thường nhất.
Formaldehyde là một chất khí không màu nhưng nặng mùi. Khí này thường có trong
nhiều vật liệu xấy cất như ván ép, ván ép mủn cưa, keo (hồ). Cũng có Formaldehyde
trong một số màn cửa sổ, vải vóc và loại vật liệu cách ly bằng foam nào đó
Các nguồn VOCs khác gồm đốt nhiên liệu như khí đốt, củi và dầu hôi, cũng như
các sản phẩm thuốc lá khác. VOCs cũng xuất phát từ các sản phẩm cá nhân như nước
hoa, thuốc xịt tóc, thuốc giặt khô, sơn, vecli, máy chụp ảnh và máy in.
1.2.1. Ảnh hưởng của VOCs đến sức khỏe
Theo cơ quan Bảo vệ Môi trường của Mỹ thì 9% hợp chất gây ô nhiễm là do hàm
lượng VOCs. Các mối nguy hiểm đối với sức khoẻ nói chung liên quan đến dung môi
bao gồm nhiễm độc hệ thần kinh, tổn hại khả năng sinh sản, tổn hại gan và thận, suy
hô hấp, ung thư và viêm da.

Nhiều dung môi có thể gây ra bất tỉnh đột ngột nếu hít phải một lượng lớn.Các
dung môi như diethyl ether và chloroform đã được sử dụng trong lĩnh vực y tế dưới
dạng chất gây mê, thuốc giảm đau và thuốc ngủ trong một thời gian dài. Ethanol (rượu
ngũ cốc) là dược phẩm an thần được sử dụng và lạm dụng một cách rộng rãi. Diethyl
ether, chloroform và nhiều loại dung môi khác (ví dụ: có nguồn gốc từ xăng hoặc keo
dán) được sử dụng để tiêu khiển được biết đến như trò "hít keo", thường dẫn đến
những tác động nguy hiểm và lâu dài đến sức khỏe như nhiễm độc thần kinh hoặc ung
thư. Methanol có thể gây mù vĩnh viễn và tử vong; nó cũng rất nguy hiểm bởi khi cháy
với ngọn lửa không nhìn thấy. Một số dung môi trong đó có chloroform và benzene
(một thành phần của xăng) là chất gây ung thư. Một số khác có thể gây tổn hại đến các
cơ quan nội tạng như gan, thận hoặc não bộ. Việc thường xuyên tiếp xúc với các dung
môi hữu cơ trong môi trường làm việc có thể gây ra một số các phản ứng thần kinh.
1.2.2. Tình hình ô nhiễm VOCs trong môi trường không khí
Ô nhiễm không khí trong nhà có thể đến từ nhiều nơi, trong đó có vụ cháy mở và
máy sưởi, vật liệu xây dựng và đồ nội thất, sản phẩm làm sạch và hệ thống làm mát, và
ô nhiễm không khí xuất xứ từ bên ngoài. Formaldehyde là một trong các VOCs thông
22


thường nhất. Formaldehyde là một chất khí không màu nhưng nặng mùi. Khí này
thường có trong nhiều vật liệu xây cất như ván ép, ván ép mạt cưa, và keo (hồ). Cũng
có formaldehyde trong một số màn cửa sổ và vải vóc, và trong những loại vật liệu lót
cách ly bằng foam nào đó.
Các nguồn VOCs khác gồm đốt nhiên liệu như khí đốt, củi và dầu hôi, cũng như
các sản phẩm thuốc lá. VOCs cũng xuất phát từ các sản phẩm chăm sóc cá nhân như
nước hoa và thuốc xịt tóc, thuốc chùi rửa, thuốc giặt khô, sơn, sơn mài, vẹc ni, các tiếp
liệu tiêu khiển, và từ máy sao chụp và máy in.
VOCs có ở hầu hết các loại sơn như sơn dầu, sơn nội thất, ngoại thất, keo hồ, các
sản phẩm tẩy rửa, dung môi làm loãng sơn, xăng dầu… Khi bị cháy chúng sẽ bay hơi
và có khả năng kết hợp với chất hữu cơ vô hại khác hoặc các thành phần phân tử có

trong không khí tạo ra những hợp chất mới làm ô nhiễm môi trường, gây hiệu ứng nhà
kính, ảnh hưởng cho sức khỏe con người. Lượng VOCs bên trong nhà có thể cao hơn
10 lần so với bên ngoài và có thể tăng cao đến hơn 1.000 lần sau khi sơn một lớp sơn
mới lên tường.
Để tránh tiếp xúc với VOCs, nên hạn chế sử dụng sản phẩm tiết ra nhiều VOCs
hơn các sản phẩm khác, không tiếp xúc với khói thuốc lá. Tránh sử dụng ngay đồ đạc
mới được sơn, nhà mới sửa chữa. Nếu không thể làm được như vậy, hãy mở các cửa
trong nhà để thông hơi, thoáng khí. Không pha các loại thuốc tẩy rửa hoặc dung môi
khác nhau trong nhà ở. Không đem quần áo mới giặt khô vào nhà, nếu vẫn còn mùi
ẩm. Khi mang quần áo giặt khô về, hãy lấy ra khỏi túi ni lông và treo chỗ thoáng khí
một thời gian trước khi sử dụng.
Không khí trong xe hơi có thể tồn tại hàng nghìn tác nhân ô nhiễm, nguy
hiểm như: bụi bẩn, lông động vật, carbon dioxide(CO2), khói thuốc, chất tẩy rửa
nội thất, khí gas (rò rỉ từ vách ngăn giữa động cơ và cabin xe), vi khuẩn, nấm
mốc tích tụ ở bọc ghế, thức ăn bị đổ… Ngoài ra, một số tác nhân từ bên ngoài
cũng có thể xâm nhập cũng có thể xâm nhập theo lối thông gió và cửa vào.
Do thường ẩn náu dưới dạng bụi, PM 10 (bụi mịn), PM 2.5 (bụi siêu mịn có thể
thâm nhập sâu vào phổi và máu), VOCs (các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi)… Nên
những “sát thủ thầm lặng” trên ô tô rất khó bị phát hiện. Hầu hết các máy lọc
không khí trong ô tô hiện nay thì hiệu quả xử lý VOCs là tương đối thấp.

23


Không khí kín nhiều nội thất, ngóc ngách cũng là môi trường lý tưởng để
các tác nhân này tích tụ với nồng độ ngày càng dày đặc. Đây là nguyên nhân
chính dẫn đến những bệnh lý về tim mạch, hô hấp, thần kinh. Đối với trẻ em,
triệu chứng trên ngày càng nghiêm trọng, thậm chí gây tổn thương phổi vĩnh
viễn.
1.3. Tổng quan về hấp phụ

1.3.1. Hiện tượng hấp phụ
Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí – rắn, lỏng – rắn,
khí – lỏng, lỏng – lỏng). Chất có bề mặt, trên đó xảy ra sự hấp phụ được gọi là chất
hấp phụ; còn chất được tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ gọi là chất bị hấp phụ.
Ngược với quá trình hấp phụ là quá trình giải hấp phụ. Đó là quá trình đi ra
của chất bị hấp phụ khỏi lớp bề mặt chất hấp phụ.
Hiện tượng hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp
phụ. Tùy theo bản chất lực tương tác mà người ta phân biệt hai loại hấp phụ là hấp
phụ vật lý và hấp phụ hóa học [3, 21].
a) Hấp phụ vật lý
Các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử, phân tử, các
ion…) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết Van Der Walls yếu. Đó là tổng hợp của
nhiều loại lực hút khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và lực định hướng.
Trong hấp phụ vật lý, các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không
tạo thành hợp chất hóa học (không hình thành các liên kết hóa học) mà chất bị hấp
phụ chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ.
Ở hấp phụ vật lí, nhiệt hấp phụ không lớn.
b) Hấp phụ hóa học
Hấp phụ hóa học xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất hóa học với
các phân tử chất bị hấp phụ. Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết hóa học
thông thường (liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí…). Nhiệt hấp
phụ hóa học lớn, có thể đạt tới giá trị 800kJ/mol.
Trong thực tế sự phân biệt hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học chỉ là tương
đối, vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt. Trong một số quá trình hấp phụ xảy ra
đồng thời cả hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học.

24


1.3.2. Cân bằng hấp phụ

Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp phụ khi
đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại pha mang. Theo
thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất rắn càng nhiều thì tốc độ di
chuyển ngược trở lại pha mang càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ
bằng tốc độ giải hấp thì quá trình hấp phụ đạt cân bằng.
Một hệ hấp phụ khi đạt đến trạng thái cân bằng, lượng chất bị hấp phụ là một
hàm của nhiệt độ, áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ:
q = f (T, P hoặc C)

(1.1)

Ở nhiệt độ không đổi (T = const), đường biểu diễn sự phụ thuộc của q vào P hoặc
C (q = f (T, P hoặc C)) được gọi là đường đẳng nhiệt hấp phụ. Đường đẳng nhiệt hấp
phụ có thể được xây dựng trên cở sở lý thuyết, kinh nghiệm hoặc bán kinh nghiệm tùy
thuộc vào tiền đề, giả thiết, bản chất và kinh nghiệm xử lí số liệu thực nghiệm.

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
Đây là mô hình đơn giản nhất, sử dụng cho sự hấp phụ đơn lớp trên bề mặt chất
hấp phụ. Phương trình được xây dựng dựa trên các giả thuyết:
1) Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại những trung tâm xác định.
2) Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân.
3) Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên các tiểu
phân là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân hấp phụ trên
các trung tâm bên cạnh.
Trên cơ sở các giả thuyết này Langmuir đã xây dựng phương trình đẳng nhiệt
hấp phụ đối với một khí. Phương trình này có dạng:
a
am

Trong đó:

bP
1 + bP

Ө=
=
Ө là độ điền đầy bề mặt của vật hấp phụ
a là lượng khí bị hấp phụ trên bề mặt đã cho
am là lượng cực đại khí bị hấp phụ khi Ө = 1
P là áp suất của khí trong pha khí
B là hằng số

(1.2)

1.4. Các phương pháp xác định cấu trúc của than hoạt tính
1.4.1. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 (phương pháp BET)
Lượng khí (hơi) bị hấp phụ V là đại lượng đặc trưng cho số phân tử bị hấp phụ,
25