Nghiên cứu chế tạo và khảo sát khả năng hấp thụ của than hoạt tính từ vỏ trấu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ
CỦA THAN HOẠT TÍNH TỪ VỎ TRẤU

Giảng viên hướng dẫn: TS. Trần Quang Ngọc
Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Thị Như Hiệp

Mã số sinh viên:

58132272

Khánh Hòa – 2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
BỘ MÔN CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT HĨA HỌC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ
CỦA THAN HOẠT TÍNH LÀM TỪ VỎ TRẤU

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc
SVTH: Nguyễn Thị Như Hiệp

MSSV: 58132272

Khánh Hòa, tháng 7/2020


LỜI CẢM ƠN
Để luận văn này đạt kết quả tốt đẹp, tôi đã nhận được sự hỗ trợ, giúp đỡ của nhiều
cơ quan, tổ chức, cá nhân. Với tình cảm sâu sắc, chân thành, cho phép tơi được bày tỏ
lịng biết ơn sâu sắc đến tất cả các cá nhân và cơ quan đã tạo điều kiện giúp đỡ trong
quá trình học tập và nghiên cứu đề tài.
Trước hết tơi xin gởi tới các thầy cô khoa Công nghệ thực phẩm trường Đại học
Nha Trang và các thầy cô Bộ mơn kỹ thuật Hóa học lời chào trân trọng, lời chúc sức
khỏe và lời cảm ơn sâu sắc. Với sự quan tâm, dạy dỗ, chỉ bảo tận tình chu đáo của thầy
cơ, đến nay tơi đã có thể hồn thành luận văn, đề tài: “Nghiên cứu chế tạo và khảo sát
khả năng hấp phụ của than hoạt tính từ vỏ trấu”.
Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo TS.Trần Quang Ngọc
đã quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn tơi hồn thành tốt luận văn này trong thời gian qua.
Chúng tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến lãnh đạo Trường Đại học Nha Trang, Phịng
thí nghiệm khu Cơng Nghệ Cao, các Khoa Phịng ban chức năng đã trực tiếp và gián
tiếp giúp đỡ chúng tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài.
Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một học viên, đồ
án này không thể tránh được những thiếu sót. Tơi rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng
góp ý kiến của các thầy cơ để tơi có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức của mình, phục
vụ tốt hơn cơng tác thực tế sau này.
Xin chân thành cảm ơn!

i


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. i
MỤC LỤC ...................................................................................................................... ii
DANH MỤC HÌNH ...................................................................................................... iv
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................... iv
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
Lý do chọn đề tài ..........................................................................................................1
Mục tiêu nghiên cứu.....................................................................................................2
Nội dung và phương pháp nghiên cứu .........................................................................2
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................................2
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .....................................................................2
Bố cục đề tài .................................................................................................................2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ...........................................................................................3
1.1. Giới thiệu về vỏ trấu..............................................................................................3
1.1.1. Cấu tạo của vỏ trấu .........................................................................................3
1.1.2. Các đặc tính đặc trưng của vỏ trấu .................................................................4
1.1.3. Ứng dụng của vỏ trấu .....................................................................................4
1.2. Tổng quan về than hoạt tính ..................................................................................6
1.2.1. Định nghĩa.......................................................................................................6
1.2.2. Cấu trúc than hoạt tính ....................................................................................7
1.2.3. Ứng dụng của than hoạt tính ...........................................................................8
1.3. Tình hình nghiên cứu vật liệu hấp phụ - than hoạt tính từ vỏ trấu........................9
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới .................................................................9
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước .................................................................12
1.4. Lý thuyết về hấp phụ ..........................................................................................14
1.4.1. Các khái niệm và phân loại hấp phụ .............................................................14
1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ [6] .........................................15
1.4.3. Cân bằng hấp phụ .........................................................................................16
1.4.4. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ [11, 14] ....................................................17
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................21
2.1. Đối tượng nghiên cứu .........................................................................................21

2.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị...............................................................................21
2.3. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................21
ii


2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu .......................................................................21
2.3.2. Phương pháp xác định độ ẩm và hàm lượng tro của vỏ trấu ........................22
2.3.3. Phương pháp chế tạo than hoạt tính..............................................................23
2.3.4. Khảo sát khả năng hấp phụ axit axetic của than hoạt tính ............................28
2.3.5. Phương pháp đánh giá đặc tính của than hoạt tính: ......................................34
2.3.6. Phương pháp xử lý số liệu ............................................................................35
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................................36
3.1. Kết quả ảnh chụp SEM .......................................................................................36
3.2. Độ ẩm và hàm lượng tro của nguyên liệu ...........................................................36
3.3. Chế tạo than hoạt tính .........................................................................................36
3.4. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ axit axetic ...................................................37
3.4.1. Ảnh hưởng của điều kiện chế tạo đến khả năng hấp phụ .............................37
3.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ axit axetic..............................41
3.4.3. So sánh khả năng hấp phụ của M-2 với các loại VLHP khác ......................46
3.5.

Quy trình chế tạo than hoạt tính tối ưu: ...........................................................50

3.6. Kết quả xác định khối lượng riêng ......................................................................51
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................52
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................53
PHỤ LỤC ......................................................................................................................57

iii

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Hàm lượng vỏ trấu trong hạt lúa .....................................................................3
Hình 1.2: Vỏ trấu .............................................................................................................3
Hình 1.3: Củi trấu ............................................................................................................6
Hình 1.4: Đồ mỹ nghệ từ vỏ trấu ....................................................................................6
Hình 1.5: Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thơng dụng .............................................17
Hình 1.6: Đường hấp phụ Langmuir và sự phụ thuộc Ce /qe vào Ce .............................19
Hình 1.7: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich .........................................................20
Hình 1.8: Sự phụ thuộc lg q vào lg Ccb..........................................................................20
Hình 2.1: Sấy để xác định khối lượng cốc ....................................................................22
Hình 2.2: Sấy cốc có chứa mẫu .....................................................................................22
Hình 2.3: Quy trình than hóa tạo ra mẫu M-1 từ vỏ trấu. .............................................24
Hình 2.4: Quy trình hoạt hóa tạo mẫu M-2 ...................................................................26
Hình 2.5: Quy trình than hóa bởi H2SO4 tạo mẫu M-3 .................................................27
Hình 2.6: Sơ đồ quy trình chung xác định dung lượng hấp phụ của than hoạt tính ......29
Hình 2.7: Quy trình khảo sát ảnh hưởng của yếu tố thời gian đến quá trình hấp phụ axit
axetic ..............................................................................................................................32
Hình 2.8: Quy trình khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ đến quá trình
hấp phụ axit axetic. ........................................................................................................33
Hình 2.9: Quy trình khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch axit axetic đến quá trình
hấp phụ. .........................................................................................................................34
Hình 3.1: Ảnh SEM của than hoạt tính .........................................................................36
Hình 3.2: Mẫu than nung (chưa nghiền) .......................................................................37
Hình 3.3: Mẫu than nung (đã nghiền) ...........................................................................37
Hình 3.4: Mẫu than hoạt hóa (M-2)...............................................................................37
Hình 3.5: Mẫu than oxy hóa (M-3) ...............................................................................37
Hình 3.6: Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến khả năng hấp phụ axit
axetic và hiệu suất thu hồi .............................................................................................38
Hình 3.7: Ảnh hưởng của thời gian than hóa đến dung lượng hấp phụ axit axetic và hiệu

suất thu hồi.....................................................................................................................39
Hình 3.8: Ảnh hưởng của tỉ lệ K2CO3/than đến khả năng hấp phụ của than hoạt tính..
.......................................................................................................................................41
iv


Hình 3.9: Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến dung lượng hấp phụ của vật liệu. .....42
Hình 3.10: Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến hiệu suất hấp phụ .........................43
Hình 3.11: Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến dung lượng hấp phụ .....................43
Hình 3.12: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với dung dịch CH3COOH .........44
Hình 3.13: Sự phụ thuộc của Ce/qe vào Ce đối với CH3COOH của mẫu M-2 ..............45
Hình 3.14: Sự phụ thuộc log qe vào log Ce đối với CH3COOH ....................................45
Hình 3.15: Sự phụ thuộc của Ce/qe vào Ce đối với CH3COOH của mẫu M-1 ...............46
Hình 3.16: Sự phụ thuộc của Ce/qe vào Ce đối với CH3COOH của mẫu M-3 ..............47
Hình 3.17: Sự phụ thuộc của Ce/qe vào Ce đối với CH3COOH của mẫu M-4 ..............48
Hình 3.18: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với dung dịch CH3COOH của 4
mẫu than khảo sát ..........................................................................................................49
Hình 3.19: Quy trình chế tạo than hoạt tính tối ưu........................................................50

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần hóa học của vỏ trấu .....................................................................4
Bảng 1.2: Thành phần cơ bản của than hoạt tính ............................................................7
Bảng 3.1: Kết quả xác định độ ẩm của vỏ trấu..............................................................36
Bảng 3.2: Kết quả xác định hàm lượng tro của vỏ trấu .................................................36
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến khả năng hấp phụ của vật liệu ...............38
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của thời gian nung đến khả năng hấp phụ của vật liệu ..............38
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của nhiệt độ hoạt hóa đến khả năng hấp phụ của vật liệu .........39

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của thời gian hoạt hóa đến khả năng hấp phụ của vật liệu ........40
Bảng 3.7: Ảnh hưởng của tỉ lệ hoạt hóa đến dung lượng hấp phụ của vật liệu ............41
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến quá trình hấp phụ .............................42
Bảng 3.9: Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến quá trình hấp phụ ..........................42
Bảng 3.10: So sánh khả năng hấp phụ cực đại (qmax) của M-2 với các mẫu M-1, M-3
và M-4............................................................................................................................48
Bảng 3.11: Kết quả xác định khối lượng riêng gõ của than hoạt tính ...........................51

vi


MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Việt Nam đang trong thời kỳ đổi mới, nền kinh tế tăng trưởng trên cơ sở áp dụng
những thành tựu của khoa học kỹ thuật. Q trình cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước
ngày càng được đẩy mạnh. Tuy nhiên, song song với quá trình phát triển kinh tế, Việt
Nam cũng đang phải đối mặt với những vấn đề mơi trường đáng lo ngại.
Ơ nhiễm môi trường nước gây ra bởi các hoạt động sinh hoạt, sản xuất ngày càng
nặng nề. Việc xử lý các chất ô nhiễm trong môi trường nước ngày càng được nhà nước
và các cơ quan chức năng quan tâm thực hiện.
Hấp phụ là một trong những phương pháp phổ biến được sử dụng để xử lý chất ô
nhiễm. Đặc biệt, hấp phụ sử dụng vật liệu sinh học đang ngày càng được quan tâm và
nghiên cứu nhiều hơn vì khả năng hấp phụ tốt và chi phí thấp. Trong đó, vỏ trấu đang
được nghiên cứu và ứng dụng nhiều trong thời gian gần đây do tính ưu thế về nguồn
nguyên liệu và tận dụng được chất thải từ ngành sản xuất nông nghiệp.
Theo số liệu của Tổng cục thống kê, sản lượng lúa ở nước ta từ 2010 đến nay đều
đạt trên 40 triệu tấn. Trong đó, vỏ trấu chiếm 20% khối lượng hạt lúa, dựa vào tỉ lệ này,
sản lượng vỏ trấu hàng năm của Việt Nam vào khoảng hơn 8 triệu tấn. Đây là nguồn
nguyên liệu dồi dào và có tiềm năng lớn. Tuy nhiên, việc sử dụng trực tiếp vỏ trấu còn
rất hạn chế do nhiều nguyên nhân như tỷ trọng thấp, độ ẩm cao, vận chuyển khó khăn,

chi phí vận chuyển lớn… nên mới một phần rất nhỏ trấu làm chất đốt gia đình hay đốt
lò gạch, còn phần lớn trấu chưa sử dụng và đổ thành đống trong sân, ra đường, hay đổ
thẳng xuống sơng gây ra tình trạng ơ nhiễm nghiêm trọng. Do đó, cần có phương án sử
dụng hợp lý và hiệu quả, tránh lãng phí và ơ nhiễm mơi trường.Trong nhiều năm qua,
có nhiều cơng trình nghiên cứu trong và ngồi nước về khả năng ứng dụng của vỏ trấu,
biến vỏ trấu thành một sản phẩm khác có ích. Trong đó, than hoạt tính từ vỏ trấu là một
giải pháp mang lại hiệu quả sử dụng cao, giảm được lượng trấu thải ra mơi trường.
Mặt khác, than hoạt tính hiện nay được chế tạo chủ yếu từ các nguồn khống sản
khơng tái sinh được như than đá, than bùn, than non, cặn dầu mỏ…Việc khai thác quá
mức không những làm cạn kiệt nguồn tài nguyên mà còn ảnh hưởng xấu đến mơi trường,
khí hậu. Để đáp ứng được nhu cầu than hoạt tính ngày càng tăng mà ít gây ảnh hưởng
xấu tới khí hậu, mơi trường thì nghiên cứu chế tạo than từ các nguồn tái tạo như vỏ trấu
là rất thiết thực.
1


Được sự giúp đỡ của GVHD thầy TS. Trần Quang Ngọc, em đã tiến hành thực
hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo và khảo sát khả năng hấp phụ than hoạt tính từ vỏ trấu”.
Mục tiêu nghiên cứu
Chế tạo than hoạt tính từ vỏ trấu và ứng dụng làm vật liệu hấp phụ.
Nội dung và phương pháp nghiên cứu
- Nội dung:
•

Chế tạo than hoạt tính từ ngun liệu là vỏ trấu.

•

Xác định điều kiện chế tạo thích hợp.

•

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của than hoạt tính với
axit axetic.

- Phương pháp: Nghiên cứu bằng phương pháp thực nghiệm.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Vỏ trấu.
- Phạm vi nghiên cứu:
•

Nghiên cứu một số điều kiện thích hợp chế tạo than hoạt tính từ vỏ trấu.

•

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến q trình hấp phụ của than hoạt tính đối
với axit axetic.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học:
•

Đưa ra quy trình sản xuất than hoạt tính với điều kiện chế tạo đạt hiệu quả
hấp phụ cao.

- Ý nghĩa thực tiễn:
•

Chế tạo được vật liệu hấp phụ từ nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp, rẻ tiền,
sẵn có, hạn chế phát thải gây ơ nhiễm mơi trường.

•

Kết quả của đề tài là cơ sở để hồn thiện quy trình sản xuất than hoạt tính
có độ hấp phụ cao ở quy mô công nghiệp.

Bố cục đề tài
Bố cục luận văn được chia làm 4 phần:
Chương 1: Mở đầu
Chương 2: Tổng quan
Chương 3: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Chương 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về vỏ trấu
Những năm gần đây sản lượng lúa gạo Việt Nam đang có xu hướng gia tăng (sản
lượng lúa hàng năm đều đạt trên 40 triệu tấn), kéo theo lượng vỏ trấu được thải ra ngày
càng nhiều (chiếm 20% sản lượng lúa). Hiện nay, lượng trấu này vẫn chưa được tận
dụng một cách hợp lý, phần lớn thải ra sông gây mất mỹ quan, mất cân bằng sinh thái
và ô nhiễm môi trường. Do đó, chế tạo than hoạt tính từ vỏ trấu sẽ là một trong những
giải pháp mang lại hiệu quả kinh tế cao và góp phần giảm thiểu tình trạng ô nhiễm.
1.1.1. Cấu tạo của vỏ trấu
Vỏ trấu là sản phẩm phụ của ngành sản xuất lúa gạo. Vỏ trấu do 2 lá của gié lúa là
vảy và mày hoa tạo thành. Cả hai phần này được ghép liền với nhau theo nếp dọc bằng
một nếp gấp cài vào nhau. Phần này của hai mảnh vỏ trấu chuyển thành đoạn cuối của
vỏ trấu và cuối cùng kết thúc thành một cái râu. [1]

Hình 1.1: Hàm lượng vỏ trấu trong hạt lúa [1]

Hình 1.2: Vỏ trấu

Thành phần hóa học của vỏ trấu thay đổi theo loại thóc, mùa vụ canh tác, thổ
nhưỡng của từng vùng miền. Nhưng hầu hết trong vỏ trấu chứa trên 75% chất hữu cơ
dễ bay hơi sẽ cháy trong q trình đốt và khoảng 25% cịn lại chuyển thành tro.

3


Bảng 1.1: Thành phần hóa học của vỏ trấu [3]

STT

Thành phần

Phần trăm

1

Xenlulo

35 – 40%

2

Hemi xenlulo

15 – 20%

3

Lignin

25 – 30%

4

Chất hóa học khác (tro, sáp, protein…)

10%

1.1.2. Các đặc tính đặc trưng của vỏ trấu
Tùy theo từng loại trấu mà có chiều dài từ 5 mm – 10 mm, chiều ngang bằng từ
1/2 – 1/3 chiều dài. Góc nghiêng của trấu từ 35o – 50o tùy theo độ ẩm và điều kiện mơi
trường. [1]
❖ Đặc điểm chung về hóa lý tính của trấu:
Vỏ trấu không cháy dễ dàng với ngọn lửa trần trừ khi có khơng khí thổi qua. Vỏ
trấu có khả năng chống ẩm và mục rữa nên nó là vật liệu cách nhiệt tốt. Tro trấu chứa
nhiều SiO2 gây nên hiện tượng ăn mòn các loại lò sử dụng vỏ trấu làm chất đốt.
Vỏ trấu khó xử lý vì cồng kềnh và bụi bặm. Khối lượng riêng của vỏ trấu thấp,
khoảng 70 kg/m3 – 100 kg/m3, do đó địi hỏi không gian lớn để lưu trữ và vận chuyển,
và điều này là không kinh tế. Khi đốt cháy vỏ trấu tạo ra một lượng tro khoảng 17% –
26% cao hơn rất nhiều so với gỗ (0,2% - 2%) và than đá (12,2%), dẫn đến có một khối
lượng lớn tro cần phải được xử lý.[1]
1.1.3. Ứng dụng của vỏ trấu
Sử dụng vỏ trấu làm chất đốt:
Từ lâu vỏ trấu đã là một loại chất đốt rất quen thuộc với bà con nông dân, sử dụng
rất nhiều trong cả sinh hoạt (nấu ăn, nấu thức ăn gia súc) và sản xuất (làm gạch, sấy lúa).
Trấu là nguồn nguyên liệu rất dồi dào và rẻ tiền. Thành phần chất xơ cao phân tử rất khó

cho sinh vật sử dụng nên việc bảo quản, tồn trữ rất đơn giản, chi phí đầu tư ít.
Đối với sản xuất tiểu thủ công nghiệp và chăn nuôi, trấu cũng được sử dụng rất
thường xuyên. Thông thường trấu là chất đốt dùng cho việc nấu thức ăn nuôi cá hoặc
lợn, nấu rượu và một lượng lớn trấu dùng nung gạch.

4


Tạo thành củi trấu: Tại Gị Cơng (Tiền Giang) sản xuất máy ép củi trấu có cơng
suất 70 – 80 kg củi/giờ, tiêu thụ điện 6 – 7 kW/h. Cứ 1,05 kg trấu thì cho ra 1 kg củi
trấu. Chỉ cần cho trấu vào họng máy, qua bộ phận ép thì máy cho ra những thanh củi
trấu. Củi trấu có đường kính 73 mm, dài từ 0,5 – 1 m. Cứ 1 kg củi trấu thì nấu được bữa
ăn cho 4 người.[34]
Sử dụng vỏ trấu làm đồ mỹ nghệ:
Huyện Gia Viễn, Ninh Bình người ta đã tạo ra các sản phẩm mỹ nghệ nội thất từ
vỏ trấu. Trấu được nghiền nhỏ tạo thành bột dưới dạng mịn và bột sợi. Sau khi kết hợp
với keo, trấu được cho vào máy ép định hình sản phẩm và sấy khơ, hồn thiện… để trở
thành một sản phẩm mỹ nghệ hồn chỉnh, có khả năng xuất khẩu.
Sử dụng tro trấu sản xuất silic oxit:
Tro của trấu sau khi đốt cháy có hơn 80% là oxit silic. Oxit silic là chất được sự
dụng khá nhiều trong nhiều lĩnh vực như xây dựng, thời trang, luyện thủy tinh….Vấn
đề tận dụng oxit silic trong vỏ trấu hiện đang được rất quan tâm, mục đích là thu được
tối đa lượng silic với thời gian ngắn. Hiện nay đã có cơng trình nghiên cứu về trích ly
oxit silic bằng NaOH thành công mang lại hiệu quả kinh tế cao. [34]
Vật liệu xây dựng:
Vỏ trấu nghiền mịn và có thể được trộn với các thành phần khác như mụn dừa, hạt
xốp, xi măng, phụ gia và lưới sợi thuỷ tinh. Trọng lượng của vật liệu nhẹ hơn gạch xây
thông thường khoảng 50% và có tính cách âm, cách nhiệt và khơng thấm nước cao. Đây
là vật liệu thích hợp với các vùng như miền Tây, miền Trung bị ngập úng, lũ lụt và nền
đất yếu. Sau khi sử dụng có thể nghiền nát để tái chế lại. Hiện nay đã có cơng ty sản

xuất thương mại loại vật liệu này ứng dụng vào thực tế. [34]
Than hoạt tính:
Than sinh khối được chế từ các nguyên liệu giàu cacbon như than bùn, than đá,
các thực vật (gỗ, mùn cưa, bã mía…), xương động vật.
Than hoạt tính sản xuất ra với diện tích bề mặt lớn dùng làm vật liệu hấp phụ, ứng
dụng xử lý nước thải và môi trường.
Sản xuất điện năng:
Với khả năng đốt cháy mạnh và rẻ, có thể ứng dụng hơi nóng sinh ra khi đốt nóng
khơng khí bằng trấu để làm quay tua bin phát điện. Theo tính tốn mỗi kg trấu có thể
tạo được 0,125 kWh điện và 4 kWh nhiệt, tùy theo công nghệ (Thăng Long, Báo Công
5


nghiệp Việt Nam – số 35/2006). Ứng dụng này được áp dụng chế tạo máy phát điện loại
nhỏ cho các khu vực vùng sâu vùng xa.[34]
Các ứng dụng khác
Công nghệ nano từ vỏ trấu: tháng 4/2013 PGS.TS. Nguyễn Thị Hòe tập đồn sơn
Kova đã cơng bố điều chế thành cơng nguyên liệu nano từ vỏ trấu, ứng dụng vào sơn
chống cháy, sơn đá nano, sơn kháng khuẩn, sơn tự làm sạch và đặc biệt là sơn chống
đạn. Tất cả sản phẩm sơn dựa trên công nghệ nano từ vỏ trấu đều có chất lượng tương
đương hoặc cao hơn so với những sản phẩm từ vật liệu khác từ độ bóng, độ cứng cho
tới khả năng chịu nhiệt, chống thấm, chống bám bụi. [33]
Ngồi ra, vỏ trấu cịn có thể dùng làm thiết bị lọc nước, thiết bị cách nhiệt, làm
chất độn, giá thể trong công sản xuất meo giống, dùng đánh bóng các vật thể bằng kim
loại, tro trấu có thể dùng làm phân bón…

Hình 1.4: Đồ mỹ nghệ từ vỏ trấu [24]

Hình 1.3: Củi trấu [24]

1.2. Tổng quan về than hoạt tính
1.2.1. Định nghĩa
Than hoạt tính là một vật liệu dạng cacbon đã được xử lý để mang lại một
cấu trúc xốp, do đó có diện tích bề mặt rất lớn. Thành phần chính của than hoạt tính
là nguyên tố cacbon ở dạng vơ định hình, hàm lượng khoảng 85-95%. Ngồi ra than
hoạt tính cịn chứa các ngun tố khác như hidro, nitơ, lưu huỳnh và oxi. Các
nguyên tử khác loại này được tạo ra từ nguồn nguyên liệu ban đầu hoặc liên kết với
cacbon trong suốt quá trình hoạt hóa và các q trình khác.[3]

6


Bảng 1.2: Thành phần cơ bản của than hoạt tính [2]

Thành phần

C

H

N

S

O

Ngun tố khác

%

88

0,5

0,5

1

6÷7

Cịn lại

Than hoạt tính có bề mặt khoảng 800 đến 1500 m2/g chủ yếu là do các lỗ nhỏ có
bán kính dưới 2 mm tạo ra, thể tích mao quản từ 0,2 – 0,6 cm3/g.
Nhiều nguyên liệu khác nhau có thể được sử dụng như gỗ, nhựa, đá hay các vật
liệu tổng hợp để sản xuất than hoạt tính mà khơng cần đưa chúng về dạng cacbon, đồng
thời vẫn có hiệu quả tương tự. Than hoạt tính sau khi sử dụng có thể được tái sinh (làm
sạch hoặc giải hấp phụ) và có thể sử dụng hàng trăm, thậm chí hàng ngàn lần.[3]
Hiện nay trên thị trường, than hoạt tính được bán dưới 3 dạng:
• Than hoạt tính dạng bột
• Than hoạt tính dạng hạt
• Dạng than hoạt tính cải tiến (dưới áp suất cao), thường là viên.
1.2.2. Cấu trúc than hoạt tính
❖ Cấu trúc xốp:
Cấu trúc than hoạt tính gồm các mảng graphit giống như những mảng giấy sắp xếp
lộn xộn. Chúng có tỷ trọng tương đối thấp (nhỏ hơn 2 g/cm3) và mức độ graphit hóa
thấp. Cấu trúc bề mặt này được tạo ra trong q trình than hóa và phát triển hơn trong
q trình hoạt hóa. Q trình hoạt hóa làm tăng thể tích và làm rộng đường kính lỗ. Cấu
trúc lỗ xốp và sự phân bố cấu trúc lỗ của chúng được quyết định chủ yếu từ bản chất
nguyên liệu ban đầu và sự hình thành các lỗ xốp trong quá trình hoạt hóa. Sự hoạt hóa

cũng loại bỏ các ngun tố khơng phải là cacbon, làm lộ ra các tinh thể dưới sự hoạt
động của các tác nhân hoạt hóa và cho phép phát triển cấu trúc vi lỗ xốp. [2]
Than hoạt tính có lỗ xốp từ 1 nm đến vài nghìn nm. Các lỗ xốp được chia thành 3
nhóm: lỗ nhỏ, lỗ trung và lỗ lớn.
Lỗ nhỏ (micropore) có kích thước cỡ phân tử, bán kính hiệu dụng nhỏ hơn 2 nm.
Các lỗ loại nhỏ có khả năng hấp phụ lớn hơn rất nhiều lỗ trung và lỗ lớn bởi vì khoảng
cách giữa vách đối diện là cỡ kích thước nguyên tử nên lực hấp phụ theo cơ chế lượng
tử. Diện tích bề mặt riêng của lỗ nhỏ chiếm 95% tổng diện tích bề mặt của than hoạt
tính.
7


Lỗ trung (mesopore) hay còn gọi là lỗ vận chuyển có bán kính hiệu dụng từ 2 đến
50 nm, thể tích của chúng thường từ 0,1 – 0,2 cm3/g. Diện tích bề mặt của lỗ này chiếm
khơng q 5% tổng diện tích bề mặt của than. Tuy nhiên, bằng phương pháp đặc biệt
người ta có thể tạo ra than hoạt tính có lỗ trung lớn hơn, thể tích của lỗ trung đạt được
từ 0,2 đến 0,65 cm3/g và diện tích bề mặt riêng của chúng đạt 200 m2/g. Trên bề mặt lỗ
trung xảy ra sự hấp phụ đơn và đa phân tử, kết thúc bằng sự lấp đầy thể tích lỗ theo cơ
chế ngưng tụ mao quản.
Lỗ lớn (macropore) có bán kính hiệu dụng lớn hơn 50 nm và thường trong khoảng
500 – 2000 nm với thể tích lỗ từ 0,2 – 0,4 cm3/g. Sự hấp phụ trên bề mặt lỗ lớn khơng
có ý nghĩa thực tế vì diện tích bề mặt riêng nhỏ nhất trong các lỗ xốp. Chúng hoạt động
chủ yếu như một kênh cho chất bị hấp phụ vào trong lỗ nhỏ và lỗ trung.
❖ Cấu trúc hóa học bề mặt
Bên cạnh cấu trúc lỗ xốp thì cấu trúc hóa học bề mặt ảnh hưởng tới khả năng hấp
phụ của than hoạt tính.
Cấu trúc hóa học: Thành phần của than hoạt tính gồm cacbon (chủ yếu), hydro,
oxy…Và các nhóm chức giữa các nguyên tố hóa học liên kết được hình thành là carboxyl,
nhóm lactone, nhóm rượu, hydroxyl… tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu và tác nhân
hoạt hóa. Trong đó, những nhóm chức oxy là những nhóm quan trọng nhất vì chúng làm

ảnh hưởng tới đặc tính bề mặt than hoạt tính, cụ thể tính hút ẩm, tính phân cực, tính axit,
tính chất hóa lý.
1.2.3. Ứng dụng của than hoạt tính
Than hoạt tính được sử dụng trong tinh chế khí, thức uống khơng chứa caffein,
tinh chế quặng vàng, chiết kim loại, làm tinh khiết nước, y tế, xử lý chất thải, lọc khơng
khí trong mặt nạ phịng độc và khẩu trang. [32]
Trong cơng nghiệp: than hoạt tính được sử dụng rộng rãi trong tinh chế dung dịch
mạ điện. Sự truyền dòng điện trực tiếp và phản ứng điện hóa của oxy hóa anot và khử
catot, những phụ gia hữu cơ sinh ra những sản phẩm phân hủy không mong muốn trong
dung dịch. Sự sinh ra quá nhiều của chúng có thể có hại cho chất lượng mạ và tính chất
của kim loại. Sự xử lý bằng than hoạt tính loại bỏ những tạp chất như vậy trả lại hiệu
suất mạ về mức độ mong muốn.
Trong y tế (Carbo medicinalis – than dược): để tẩy trùng và các độc tố sau khi bị
8


ngộ độc thức ăn…
Trong xử lý môi trường: Sự hấp phụ cacbon có nhiều ứng dụng trong loại bỏ chất
gây ơ nhiễm từ khơng khí hay nước như:
• Làm sạch dầu tràn
• Lọc nước uống, nước sinh hoạt.
• Làm sạch khơng khí
• Giữ tạp chất hữu cơ khơng bay hơi từ màu vẽ, lọc khô, bay hơi xăng và
những quá trình khác.
Trong kỹ thuật: Than hoạt tính là một thành phần lọc khí (trong đầu lọc thuốc lá,
miếng hoạt tính trong khẩu trang); tấm khử mùi trong tủ lạnh và máy điều hịa …
1.3. Tình hình nghiên cứu vật liệu hấp phụ - than hoạt tính từ vỏ trấu
1.3.1. Tình hỡnh nghiờn cu trờn th gii
Yalỗn, N., & Sevinỗ, V. (2000) đã nghiên cứu về diện tích bề mặt và các lỗ xốp
trên than hoạt tính chế tạo từ vỏ trấu. Than hoạt tính được chế tạo bằng phương pháp

ngâm tẩm vỏ trấu với ZnCl2 từ 0 – 30% (w/w) và với các muối khác: FeSO4.7H2O 30%
(w/w), FeCl3.6H2O 30% (w/w), KCl 30% (w/w) và CaCl2.2H2O 30% (w/w). Các mẫu
ngâm được thực hiện trong bể nước ở 70oC, sau đó sấy khô ở 120oC trong 24 giờ. Tiếp
theo các mẫu được đưa vào lị nung hoạt hóa ở 600oC dưới dịng khí trơ argon (3L/phút
trong 3 giờ), sau thời gian này tiếp tục cho dịng khí CO2 đi qua lị phản ứng (1,5L/phút
trong 1 giờ). Kết quả cho thấy, mẫu ngâm tẩm với ZnCl2 10% (w/w) có diện tích bề mặt
cao nhất đạt 480 m2/g, đường kính lỗ xốp là 0,0044 mm, thể tích lỗ xốp đạt 1,3652 cm3/g.
Nồng độ và loại dung dịch muối ngâm tẩm có ảnh hưởng đến diện tích bề mặt và độ xốp
của than hoạt tính thu được.[21]
Bishnoi và cộng sự (2004) đã nghiên cứu hấp phụ Cr (VI) trên than hoạt tính từ vỏ
trấu. Than hoạt tính được chế tạo bằng cách ngâm trấu trong dung dịch formaldehyd 1%
qua đêm, rửa kỹ bằng nước cất, sấy ở 120 – 140oC trong 24 giờ. Sau đó, cacbon hóa ở
300oC trong 30 phút. Cacbon thu được nghiền và sàng qua sàng chuẩn để thu được kích
thước hạt là 0,3 và 1,0 mm. Kết quả cho thấy, kích thước hạt càng nhỏ thì khả năng hấp
phụ càng lớn, hiệu quả hấp phụ ở hai kích thước hạt 0,3 và 1,0 mm lần lượt là 93,28%
và 81,78%. Hiệu quả loại bỏ Cr (VI) của than hoạt tính khá cao ở pH = 2. Khi tăng khối
lượng chất hấp phụ và thời gian tiếp xúc thì lượng chất bị hấp phụ cũng tăng lên đến đạt
9


cân bằng. Mơ hình hấp phụ tn theo đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich. [22]
Schettino Jr. và cộng sự (2007) đã nghiên cứu hoạt hóa hóa học than hoạt tính từ
vỏ trấu, sử dụng NaOH làm tác nhân kích hoạt. Sản phẩm sau hoạt hóa có xuất hiện của
Na2CO3, ngồi ra người ta cịn nhận thấy sự hình thành của silicat do phản ứng của
NaOH với silica có sẵn trong vỏ trấu, silica làm cho diện tích bề mặt của than khơng đạt
giá trị cao. Q trình lọc và rửa nước sau đó được chứng minh là có hiệu quả để loại bỏ
cặn từ q trình hoạt hóa và thu được vật liệu có diện tích bề mặt cao. Việc sử dụng tiền
chất được xử lý trước đó bằng HF để loại bỏ silica giúp vật liệu có độ xốp cao hơn. [23]
Seiji Kumagai và cộng sự (2009) đã nghiên cứu loại bỏ dibenzothiophenes (DBTs)
trong dầu hỏa bằng cách hấp phụ trên than trấu hoạt tính. Đầu tiên, trấu được cacbon

hóa ở 400oC trong 1 giờ trong dịng N2 ở 500 mL/phút. Các mẫu được tiếp tục gia nhiệt
trong N2 và cuối cùng được kích hoạt ở 800 – 900oC trong 1 giờ và ở 850oC trong 0,25
– 3 giờ trong dòng CO2 500 mL/phút. Kết quả cho thấy than trấu hoạt hóa ở 850oC trong
1 giờ cho thấy khả năng hấp phụ tương đối tốt đối với DBT, mặc dù diện tích bề mặt
riêng thấp hơn nhiều (473m2/g) và tổng thể tích lỗ rỗng (0,267 cm3/g), khi so sánh với
sợi than hoạt tính xốp siêu nhỏ có diện tích bề mặt riêng lớn (2336 m2/g) và tổng thể
tích lỗ rỗng (1,052 cm3/g). [24]
Rahman và cộng sự (2012) đã nghiên cứu loại bỏ xanh metylen khỏi nước thải
bằng than hoạt tính được điều chế từ vỏ trấu. Than hoạt tính được điều chế bằng 2
phương pháp là ngâm tẩm với H2SO4 đặc và ZnCl2 10%, sau đó, cả hai mẫu được đun
nóng đến nhiệt độ 300oC dưới dịng nito, rồi được rửa tuần tự với HCl 0,5M, nước nóng
và cuối cùng là chưng cất để loại bỏ các vật liệu hữu cơ và khống chất cịn lại. Trong
q trình sử dụng vật liệu để loại bỏ xanh metylen, ảnh hưởng của liều lượng, kích thước
hạt, nồng độ thuốc nhuộm ban đầu, pH và tốc độ dòng chảy đã được nghiên cứu. Kết
quả đã chỉ ra rằng, than hoạt tính của trấu có thể sử dụng làm chất thay thế cho than hoạt
tính thương mại trong xử lý thước thải để loại bỏ thuốc nhuộm xanh metylenvới chi phí
thấp và hiệu quả. [25]
Xiaolan Song và cộng sự (2012) đã nghiên cứu hoạt hóa khơ than hoạt tính từ vỏ
trấu thu được vật liệu có diện tích bề mặt cao, sử dụng tác nhân là NaOH rắn. Các đặc
tính của than hoạt tính được xác định bởi phương pháp nhiễu xạ tia X, hấp phụ N2, quang
phổ hồng ngoại (FT-IR) và kính hiển vi điện tử quét (SEM). Nghiên cứu này đã khảo
10


sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng hoạt hóa và cách thức hoạt hóa (khơ hoặc ngâm tẩm).
Kết quả cho thấy, với tỉ lệ khối lượng là 3, các ngun tử cacbon được điều chế bằng
cách kích hoạt khơ có diện tích bề mặt cao hơn nhiều (2841 m2/g) so với phương pháp
ngâm tẩm (933 m2/g). Khả năng hấp phụ phenol tối đa của chúng lần lượt là 351,4 mg/g
và 160,8 mg/g, phù hợp với mơ hình Langmuir. Do đó, người ta đã chứng minh được
rằng, hoạt hóa khơ là một phương pháp hiệu quả để thu được than hoạt tính có diện tích

bề mặt vượt trội và đem lại lợi nhuận kinh tế đáng kể. [26]
Mark Daniel G. de Luna và cộng sự (2013) đã nghiên cứu loại bỏ thuốc nhuộm
Eriochrome Black T (EBT) bằng cách hấp phụ trên than hoạt tính từ vỏ trấu. Trong
nghiên cứu, khi tăng lượng chất hấp phụ, giảm nồng độ thuốc nhuộm ban đầu và pH thì
việc loại bỏ EBT hiệu quả hơn. Điều kiện tối ưu cụ thể: nồng độ EBT ban đầu là 95 ppm,
2,0 g chất hấp phụ, và pH bằng 2. Dữ liệu được đánh giá theo các phương trình hấp phụ
đẳng nhiệt Langmuir, Freundlich, Temkin và Dubinin, Radushkevich. Mơ hình
Freundlich mơ tả tốt nhất sự hấp phụ của thuốc nhuộm lên than hoạt tính. [27]
Lingeswarran Muniandy và cộng sự (2014) đã nghiên cứu sản xuất than hoạt tính
có độ tinh khiết và diện tích bề mặt cao bằng cách sử dụng dung dịch kiềm làm tác nhân
hoạt hóa. Phân tích FT-IR cho thấy mẫu than hoạt tính bao gồm chủ yếu các liên kết
thơm C = C và khơng có các vị trí axit Bronsted hoặc Lewis tương ứng. Ngoài ra các
mẫu XRD chỉ ra rằng tất cả các mẫu than hoạt tính là vơ định hình với các đặc điểm vi
tinh thể nhẹ do có sự xuất hiện của các đỉnh rộng ở 24o và 44o. Diện tích bề mặt tối đa
thu được từ phân tích BET là 2696 m2/g ở mẫu than tẩm KOH ở 850oC với tỉ lệ tẩm 1:5
(than:KOH) dưới dòng nitơ. Các hình ảnh SEM cũng cho thấy tính chất xốp cao của
than hoạt tính dẫn đến diện tích bề mặt cao. [28]
Vinod K. Gupta và cộng sự (2014) đã nghiên cứu hấp phụ Safranin-T từ nước thải
bằng trấu hoạt tính. Mẫu trấu hoạt tính được chế tạo bằng cách rửa trấu với nước cất rồi
sấy khơ, sau đó xử lý bằng axit axetic rồi rửa lại với nước cất. Tiếp tục ngâm với
hydroperoxit trong 24 giờ để loại bỏ chất hữu cơ bám dính và sấy khơ ở 110oC trong 1
giờ, sàng lấy các hạt ở kích thước mong muốn, bảo quản trong bình hút ẩm. Vật liệu này
sử dụng để loại bỏ Safranin-T và ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau như lượng chất
hấp phụ, nồng độ chất bị hấp phụ, kích thước hạt, nhiệt độ, thời gian tiếp xúc và pH đã
được nghiên cứu. Sự hấp phụ của thuốc nhuộm trên vật liệu này tuân theo cả hai mơ
hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich. [30]
11


Aliya R. Satayeva và cộng sự (2018) đã nghiên cứu than hoạt tính từ vỏ trấu để

loại bỏ nitrat trong nước thải. Phương pháp chế tạo than hoạt tính như sau: Vỏ trấu than
hóa 30 phút ở 475oC tạo mẫu CRH, tiếp theo CRH ngâm tẩm với K2CO3 tỉ lệ 1:4 trong
24 giờ rồi hoạt hóa ở 950oC trong 1 giờ, rửa lại với nước cất đến trung tính, sấy khơ thu
được CRH-I. CRH-I tiếp tục được hoạt hóa với 2 cách, cách 1 là oxy hóa với hỗn hợp
ozon/khơng khí sau đó cho phản ứng với amoniac dạng khí thu được CRH-II, cách 2 là
oxy hóa với axit nitric thu được CRH-IN, tiếp tục trộn CRH-IN với ure rồi xử lý ở nhiệt
độ cao trong môi trường trơ, thu được CRH-III. Kết quả cho thấy cả ba mẫu CRH-I,
CRH-II và CRH-III đều có diện tích bề mặt cao (>1200 m2/g). Mẫu CRH-I và CRH-II
có cấu trúc xốp khá giống nhau, q trình oxy hóa axit nitric ít ảnh hưởng đến hình thái
của CRH-III nhưng có ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc xốp. [31]
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Nguyễn Văn Nội (2005). Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ trấu và ứng
dụng để tách loại chì từ dung dịch nước. Vật liệu hấp phụ thu được từ vỏ trấu được xử
lý bằng NaOH 0,1M và axit xitric 0,6M có khả năng tách loại và thu hồi rất tốt ion Pb
(II) trong dung dịch. Quá trình hấp phụ ion chì của vật liệu này được mơ tả bằng mơ
hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. Tải trọng hấp phụ cực đại qmax được tính theo mơ
hình Langmuir bằng 30,8 mg/g. Vật liệu này cũng có khả năng tách loại rất tốt chì trong
dung dịch bằng phương pháp hấp phụ động trên cột. Bên cạnh đó vật liệu hấp phụ cũng
được rửa giải dễ dàng bằng dung dịch HNO3, cho thấy khả năng ứng dụng tốt của vật
liệu vào các quy trình xử lý thực tế. [9]
Vũ Cơng Thắng và Vũ Đức Thảo (2015). Nghiên cứu sử dụng than trấu để xử lý
dầu mỡ, COD và chất màu trong nước thải. Sản phẩm than trấu được chế tạo trong máy
nhiệt phân đa vùng có hàm lượng cacbon là 47,14%, có khả năng hấp phụ màu, COD
và dầu mỡ trong nước thải. Dung lượng hấp phụ của than: độ màu 3,57 mg/g, COD là
8,13 mg/g. Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng than trấu có thể loại bỏ 81,5% chất màu
và 49% COD khỏi nước thải dệt may. Nó cũng có thể loại bỏ 40,5% dầu và mỡ từ nước
thải sinh hoạt. Diện tích bề mặt ccủa than khoảng 380 m2/g. Vì vậy có thể sử dụng than
trấu như một loại vật liệu hấp phụ để xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải một cách
hiệu quả và chi phí thấp. [10]

12


Trần Anh Khoa và cộng sự (2017). Khảo sát khả năng xử lý nước của than hoạt
tính sản xuất từ trấu. Q trình than hóa được thực hiện ở điều kiện 450oC trong 90 phút
và hoạt hóa bằng CO2 ở 800oC, thời gian 120 phút với lưu lượng dòng CO2 30 L/h. Than
trấu hoạt tính được sử dụng xử lý nước nhằm cung cấp nước sạch phục vụ sinh hoạt của
người dân. Nước sau khi được lọc qua than trấu hoạt tính với chiều cao thích hợp có các
chỉ tiêu đáp ứng QCVN về nước sinh hoạt như pH 6,9, độ đục 1,6 NTU, TDS 170 mg/L
và SS < 3 mg/L. [7]
Trần Thùy Linh (2017) đã nghiên cứu ảnh hưởng của sóng siêu âm tần số 40 KHz
đến hiệu quả biến tính vỏ trấu để hấp phụ As và Pb trong nước. Vỏ trấu được ngâm trong
H2SO4 ở các nồng độ khác nhau, sau đó đem siêu âm ở các thời gian khác nhau, tiếp tục
rửa lọc đến pH không đổi, thu được vật liệu. Khảo sát cho thấy, khi ngâm trong H2SO4
3M và siêu âm trong 1,5 giờ cho kết quả tốt nhất khi hấp phụ Pb trong nước (qmax =
257,94 mg/g). Còn đối với hấp phụ As, kết quả tốt nhất khi ngâm với H2SO4 1M và siêu
âm trong 1,5 giờ (qmax = 52,16 mg/g). Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, vật liệu được biến
tính trong mơi trường siêu âm cho kết quả hấp phụ cực đại tốt hơn gấp nhiều lần so với
vật liệu biến tính ở điều kiện thường, thời gian biến tính cũng giảm đi nhiều khi sử dụng
sóng siêu âm. [13]
Nguyễn Cơng Minh và cộng sự (2019). Nghiên cứu biến tính than sinh học từ vỏ
trấu làm chất hấp phụ ion Cu2+ trong dung dịch nước. Nghiên cứu đã điều chế thành
công than sinh học biến tính bằng cách xử lý vỏ trấu với các chất KOH, HNO3, ZnSO4
và nung trong môi trường khí N2 ở nhiệt độ 400oC. Các phương pháp phân tích như kỹ
thuật nhiễu xạ tia X, phổ hồng ngoại, ảnh hiển vi điện tử quét và phổ tán sắc năng lượng
tia X đã được tiến hành để đặc trưng vật liệu. Các mẫu than sinh học biến tính nói chung
có khả năng hấp phụ Cu2+ trong nước tốt hơn khơng biến tính. Trong số các vật liệu biến
tính, vật liệu biến tính bởi KOH cho khả năng hấp phụ cao nhất, q trình hấp phụ tn
theo cả hai mơ hình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich với giá trị R2 lần lượt đạt
0,99251 và 0,96879. Dung lượng hấp phụ cực đại tính theo mơ hình Langmuir bằng

62,50 mg/g. [8]
Ngơ Mạnh Hà và cộng sự (2019). Nghiên cứu tách SiO2 trong than trấu bằng
phương pháp cơ học. Nghiên cứu này giúp nâng cao hiệu quả ứng dụng của than trấu do
trong than trấu có 55% C và 45% SiO2. Cơ sở của phương pháp và dựa trên sự chênh
lệch về khối lượng riêng của SiO2 (2,63 g/cm3) và cacbon (1,8 – 2,1 g/cm3) để tính tốn
13


lực hút và vận tốc dịng khí để hút các hạt có trọng lượng khác nhau. Tiến hành với các
bước: Than hóa hóa trấu ở các nhiệt độ, nghiền thơ 60 phút rồi sàng, tiếp tục nghiền tinh
ở các thời gian khác nhau, sau khi nghiền nhỏ mịn đưa vào thiết bị hút để thu được phần
than chứa nhiều C và phần chứa nhiều SiO2. Phương pháp tách bằng phương pháp cơ
học này bước đầu cho kết quả, với phần than trấu giàu C tỷ lệ SiO2 giảm nhiều nhất là
8% và ở phần giàu SiO2 hàm lượng C giảm nhiều nhất 11% so với thành phần than trấu
ban đầu khi ở chế độ hút với lưu lượng khí 0,23m3 /h. [12]
1.4. Lý thuyết về hấp phụ
1.4.1. Các khái niệm và phân loại hấp phụ
Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách (khí – rắn, lỏng – rắn, khí – lỏng).
Trong sự hấp phụ người ta phân biệt: Chất mà trên bề mặt xảy ra sự hấp phụ được gọi
là chất hấp phụ, cịn chất khí hay lỏng bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ được gọi là
chất bị hấp phụ.[5]
Đánh giá sự hấp phụ thông qua độ hấp phụ: là lượng chất bị hấp phụ trong một
đơn vị khối lượng chất hấp phụ m, ngồi ra cịn sử dụng đại lượng thể tích ở điều kiện
tiêu chuẩn.
1.4.1.1. Hấp phụ vật lý
Hấp phụ vật lý là hiện tượng chất hấp phụ tương tác thuận nghịch với chất bị hấp
phụ bằng lực liên kết yếu Vander Waals (bao gồm ba loại lực: cảm ứng, định hướng,
khuếch tán), lực liên kết hidro… Hấp phụ vật lý có tính thuận nghịch cao. Hấp phụ vật
lý khơng địi hỏi sự hoạt hóa phân tử do đó xảy ra nhanh. Nói một cách khác, trong hấp
phụ vật lý các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ khơng tạo thành hợp chất

hóa học (khơng hình thành các liên kết hóa học) mà chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân
chia pha và bị giữ lại trên bề mặt bằng lực liên kết phân tử yếu (lực Vander Waals) và
liên kết hidro. Nhiệt hấp phụ thường nhỏ. Hấp phụ vật lý thường thấy nhiều trong hấp
phụ đa lớp. [5]
❖ Đặc điểm của quá trình hấp phụ vật lý:
• Lực hấp phụ là lực Vander Waals
• Q trình là thuận nghịch, nghĩa là cùng với sự hấp phụ cịn có sự giải
hấp phụ
• Entanpy hấp phụ từ 8 – 12 kJ/mol
14


• Năng lượng hoạt hóa E = 0
• Có thể hấp phụ đơn lớp hay đa lớp
• Q trình hấp phụ xảy ra ở nhiệt độ thấp
• Khơng có tính chọn lọc
• Tốc độ q trình hấp phụ nhanh.
1.4.1.2. Hấp phụ hóa học
Hấp phụ hóa học có sự tương tác hóa học giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.
Trong đó, lực liên kết hóa học thơng thường là liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết
phối trí… Sự hấp phụ hóa học ln ln bất thuận nghịch. [5]
❖ Đặc điểm của q trình hấp phụ hóa học
• Lực hấp phụ là lực hóa học
• Q trình là bất thuận nghịch
• Entanpi hấp phụ từ 40 – 800 kJ/mol
• Năng lượng hoạt hóa thường nhỏ
• Chỉ là hấp phụ đơn lớp
• Q trình hấp phụ xảy ra ở nhiệt độ cao
• Có tính chọn lọc.
Một q trình hấp phụ có bản chất vật lý hoặc hóa học tùy thuộc vào bản chất của

chất bị hấp phụ, chất hấp phụ và dung môi. Sự phân biệt hấp phụ vật lý hay hóa học
khơng có ranh giới rõ rệt. Trong thực tế, các loại hấp phụ trên đều xảy ra đồng thời
nhưng tùy theo điều kiện thực tế mà loại này hay loại kia chiếm ưu thế hơn.
1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ [6]
❖ Nồng độ:
Muốn cho phản ứng hóa học xảy ra thì các phần tử phản ứng phải va chạm với
nhau. Số va chạm càng nhiều thì tốc độ phản ứng càng lớn. Mặt khác, số phần tử phản
ứng tỉ lệ với nồng độ của nó trong hệ phản ứng, cụ thể là tốc độ phản ứng hóa học tỷ lệ
với tích số nồng độ của các chất tham gia phản ứng với lũy thừa tương ứng là các hệ số
phân tử trong phương trình phản ứng. Nồng độ tỷ lệ nghịch với hiệu suất hấp phụ, khi
nồng độ chất hấp phụ tăng đến cực đại và không đổi cho dù nồng độ chất hấp phụ tiếp
tục tăng thì quá trình hấp phụ tăng theo phương trình Langmuir.
15


❖ Thời gian
Thời gian là yếu tố quan trọng quyết định tới hiệu suất phản ứng. Nếu thời gian
ngắn hiệu suất sẽ thấp và ngược lại. Tuy nhiên nếu thời gian kéo dài vượt quá thời gian
tối ưu thì hiệu suất không tăng được bao nhiêu, ở thời gian tối ưu thì hiệu suất phản ứng
là lớn nhất.
❖ Ảnh hưởng pH
pH ảnh hưởng đến điện tích bề mặt của vật liệu hấp phụ và chất bị hấp phụ. Với
các chất bị hấp phụ hữu cơ thì khi pH giảm thì quá trình hấp phụ tăng.
❖ Nhiệt độ
Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học đều là hấp phụ tỏa nhiệt nhưng hấp phụ vật lý
tỏa nhiệt nhiều hơn. Trong hấp phụ hóa học nhiệt độ thấp, q trình hấp phụ diễn ra
chậm, khi nhiệt độ tăng thì quá trình hấp phụ tăng dần. Đối với hấp phụ vật lý, q trình
hấp phụ ít phụ thuộc vào nhiệt độ mà phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán. Nhiệt độ ảnh
hưởng đến tính linh động nguyên tử, phần tử càng linh động càng khó để hấp thu chúng.
Nhiệt độ tăng thì bề mặt chất hấp phụ cũng tăng, điều này có lợi cho cả hấp phụ và giải

hấp phụ.
❖ Bản chất chất hấp phụ và bị hấp phụ
Bề mặt riêng chất hấp phụ càng lớn thì hấp phụ càng tốt. Chất bị hấp phụ chính là
sự tương thích với chất hấp phụ, mỗi loại chất hấp phụ đều có một số chất bị hấp phụ
nhất định. Độ tan của chất bị hấp phụ tăng thì chất khả năng hấp phụ giảm.
1.4.3. Cân bằng hấp phụ
Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp phụ khi được
hấp phụ trên bề mặt càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược 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
trạng thái cân bằng. [14]
Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối
lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng dưới các điều kiện nồng độ và nhiệt độ cho
trước.
• Dung lượng hấp phụ được tính theo cơng thức:
q=

(C0 − Ccb ). V
m

Trong đó:
16


q: Dung lượng hấp phụ (mg/g)
C0: Nồng độ dung dịch ban đầu (mg/L)
Ccb: Nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/L)
• Hiệu suất hấp phụ: Hiệu suất hấp phụ là tỷ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ
và nồng độ dung dịch ban đầu:
𝐻=

C0 − Ccb
× 100
C0

Trong đó:
H: là hiệu suất hấp phụ (%)
C0: Nồng độ dung dịch ban đầu (mg/L)
Ccb: Nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/L)
1.4.4. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ [11, 14]
Đối với chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng, khí thì đường hấp
phụ đẳng nhiệt được mơ tả qua các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ như: phương trình
hấp phụ đẳng nhiệt Henry, Freundlich, Langmuir…

Hình 1.5: Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thơng dụng [14]

2.4.4.1. Phương trình đẳng nhiệt Langmuir:
Langmuir đưa ra những giả định để thiết lập thuyết hấp phụ như sau:
– Một tâm hấp phụ chỉ hấp phụ một đơn vị chất bị hấp phụ.
– Các chất bị hấp phụ hình thành một lớp đơn phân tử.
17