Nghiên cứu biến tính than hoạt tính làm vật
liệu hấp phụ hơi thủy ngân

Phạm Văn Cử

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Luận văn Thạc sĩ ngành: Hóa môi trường; Mã số: 60 44 41
Người hướng dẫn: TS. Hoàng Văn Hà
Năm bảo vệ: 2012

Abstract: Nghiên cứu biến tính than hoạt tính bằng cách ngâm tẩm dung dịch brom ở
các điều kiện khác nhau. Khảo sát và so sánh khả năng hấp phụ hơi thủy ngân trên
than ở các nhiệt độ khác nhau. Khảo sát và so sánh khả năng hấp phụ hơi thủy ngân
trên các vật liệu ở các nhiệt độ khác nhau. Khảo sát khả năng hấp phụ hơi thủy ngân
trên các vật liệu khác nhau ở cùng một nhiệt độ. Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại
của một số vật liệu.

Keywords: Hóa môi trường; Than hoạt tính; Vật liệu hấp phụ hơi; Thủy ngân

Content
Sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp làm gia tăng lượng các chất ô nhiễm phát
thải vào môi trường trong đó có thủy ngân. Hơi thủy ngân được phát thải chủ yếu từ quá trình
đốt các nhiên liệu hóa thạch như: dầu mỏ, than, quá trình hoạt động của núi lửa và một số
quá trình khác. Hơi thủy ngân dễ dàng đi vào cơ thể thông qua quá trình hô hấp. Với khả năng
tan trong mỡ, dễ kết hợp với các phân tử. Cho nên nó có thể làm mất chức năng của các cơ
quan, hủy hoại nghiêm trọng tới hệ thần kinh trung ương. Nếu hít phải một lượng lớn thủy
ngân có thể dẫn tới tử vong. Do vậy, việc nghiên cứu ra loại vật liệu có khả năng hấp phụ hơi
thủy ngân cao là cần thiết.
Hiện nay, có nhiều phương pháp được sử dụng để xử lý hơi thủy ngân, trong đó
phương pháp hấp phụ trên than hoạt tính được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả nhất. Quá trình
lưu giữ thuỷ ngân trên than hoạt tính chủ yếu là hấp phụ vật lý, độ bền liên kết yếu. Thuỷ

giác. Cho tiếp vào đó 10g C hoạt tính, lắc đều thấy dung dịch mất màu hoàn toàn. Chứng tỏ
brom đã bị hấp phụ hoàn toàn vào than hoạt tính.
+ 10g C/ 1,2g Br
2
(CB5): Hút chính xác 120ml dung dịch brom 1% cho vào bình tam
giác. Cho tiếp vào đó 10g C hoạt tính, lắc đều trong 1h. Dung dịch sau khi lắc có màu vàng.
Cho thêm vào lượng KI dư, rồi chuẩn độ bằng dung dịch Na
2
S
2
O
3
0,05M. Để dung dịch mất
màu ta mất 12.5ml dd Na
2
S
2
O
3
.
Br
2
+ 2KI → 2KBr + I
2

I
2
+ 2S
2
O

Diện tích bề mặt của than được xác định bằng sự hấp phụ khí N
2
. Đường hấp phụ đẳng
nhiệt của N
2
được xác định ở vùng áp suất tương đối từ 0 tới 1 và ở nhiệt độ 77,35K. Diện
tích bề mặt được xác định từ đồ thị BET trong vùng áp suất tương đối từ 0 – 0,3.
Hình 3.4 và Hình 3.5 là kết quả chụp BET của hai mẫu: than hoạt tính và mẫu than đã
biến tính brom CB4.

3

Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn theo tọa độ BET của than hoạt tính

4

Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn theo tọa độ BET của than biến tính CB4
Từ đồ thị BET ta tính được diện tích bề mặt của than hoạt tính là 853,4773 ± 37,9284
m²/g, còn đối với than biến tính brom là 614,3706 ± 27,3382 m²/g. Chứng tỏ diện tích bề mặt
của than biến tính bằng brom nhỏ hơn than chưa biến tính. Điều này có thể được giải thích là
do khi biến tính bằng Br
2
, bề mặt xốp của than tác dụng với Br
2
thông qua các phản ứng oxi
hóa làm cho các lỗ xốp lớn lên. Đồng thời với việc các gốc Br
─
bám trên bề mặt các lỗ xốp đã
làm cho bề mặt riêng của than giảm.
Điều này có thể làm giảm khả năng hấp phụ vật lý của than hoạt tính biến tính so với

o
C, 70
o
C . Điểu chỉnh tốc độ khí là 1l/ph, thực hiện
trong 30ph. Dung dịch KMnO
4
sau khi hấp thụ Hg được khử hết MnO
4
─
dư bằng dung dịch
H
2
O
2
trong môi trường axit. Định mức về 25ml, rồi đem phân tích lượng Hg bằng phương
pháp AAS.

Bảng 3.4. Kết quả đánh giá khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của than hoạt tính ở các nhiệt độ
khác nhau
Nhiệt độ
m
o

m
m
0
– m
% Hg bị hấp phụ
30
o

0,3125
1,2125
79,51
Trong đó: m: khối lượng của Hg chưa bị hấp phụ được thu lại trong dung dịch
KMnO
4
; m
0
-m: lượng Hg được hấp phụ trên than; m
o
: khối lượng Hg sinh ra đi qua cột hấp
phụ
Theo kết quả ta thấy nhiệt độ có ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ hơi Hg của than
hoạt tính. Nhiệt độ tỉ lệ nghịch với khả năng hấp phụ hơi Hg của than hoạt tính. Do khả năng
hấp phụ vật lý của than hoạt tính giảm khi nhiệt độ tăng.
1.3.1.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của các loại
than biến tính
Tiến hành thí nghiệm tương tự như phần 3.3.1.1 thay than hoạt tính lần lượt bằng các
loại than biến tính CB1, CB2, CB3 và CB4.
Kết quả thu được thể hiện trong các Bảng 3.5, 3.6, 3.7 và 3.8

6

Bảng 3.5. Kết quả đánh giá khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của than biến tính CB1 ở các
nhiệt độ khác nhau
Nhiệt độ
m
o

m

o
C
1,28
0,042
1,238
96,72
70
o
C
1,525
0,057
1,468
96,26
Trong đó: m
o
: khối lượng Hg sinh ra đi qua cột hấp phụ: m
1
: khối lượng của Hg chưa
bị hấp phụ bởi CB1 được thu lại trong dung dịch KMnO
4
; m
0
-m
1
: lượng Hg được hấp phụ
trên CB1
Bảng 3.6. Kết quả đánh giá khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của than biến tính CB2 ở các
nhiệt độ khác
Nhiệt độ
m

0,9845
98,45
60
o
C
1,28
0,02625
1,25375
97,95
70
o
C
1,525
0,03425
1,49075
97,75
Trong đó: m
o
: khối lượng Hg sinh ra đi qua cột hấp phụ: m
2
: khối lượng của Hg chưa
bị hấp phụ bởi CB2 được thu lại trong dung dịch KMnO
4
; m
0
-m
2
: lượng Hg được hấp phụ
trên CB2


99,371
50
o
C
1,00
0,0135
0,9865
98,65
60
o
C
1,28
0,02225
1,256
98,262
70
o
C
1,525
0,0257
1,499
98,315
Trong đó: m
o
: khối lượng Hg sinh ra đi qua cột hấp phụ: m
3
: khối lượng của Hg chưa
bị hấp phụ bởi CB3 được thu lại trong dung dịch KMnO
4
; m

C
0,875
0,00575
0,86925
99,343
50
o
C
1,00
0,0105
0,9895
98,95
60
o
C
1,28
0,013
1,267
98,98
70
o
C
1,525
0,0225
1,5025
98,524
Trong đó: m
o
: khối lượng Hg sinh ra đi qua cột hấp phụ: m
4

lượng dòng khí là 1l/ph, lượng hơi Hg sau khi đi qua cột hấp phụ được hấp thụ bằng hệ thống
(4) chứa 20ml KMnO
4
. Để khử hết KMnO
4
dư ta dùng dung dịch H
2
O
2
rồi định mức về 25ml.
Sau đó để phân tích lượng Hg có trong dung dịch ta sử dụng phương pháp AAS.
Kết quả thu được ở Bảng 3.9
Bảng 3.9. Kết quả hấp phụ hơi thủy ngân của các loại than ở 40
o
C
Vật Liệu
m (mg)
m
T
% Hg bị hấp phụ
OC (Không tải)
0,875
0
0
Cacbon
0,095
0,78
89,14
CB1
0,021

Kết quả thu được thể hiện ở Bảng 3.10
Bảng 3.10. Kết quả hấp phụ hơi thủy ngân của các loại than ở 50
o
C
Vật Liệu
m (mg)
m
T
% Hg bị hấp phụ

9
OC (Không tải)
1
0
0
Cacbon
0,1225
0,8775
87,75
CB1
0,02225
0,9778
97,78
CB2
0,0155
0,9845
98,45
CB3
0,0135
0,9865

1,28
0
0
Cacbon
0,221
1,059
82,73
CB1
0,042
1,238
96,72
CB2
0,02625
1,254
97,97
CB3
0,02225
1,258
98,28
CB4
0,005
1,275
98,98
CB5
0,04125
1,239
96,80
Trong đó: m: lượng Hg không bị hấp phụ được thu lại trong dung dịch KMnO
4
; m

(mg)
m
Hg
= [Hg].t.w
với [Hg] = 33,33 mg/m
3
, w = 1L/ph
Trong đó: m: khối lượng Hg hấp phụ trên cột theo thời gian; m
Hg
: khối lượng thủy
ngân đi vào cột hấp phụ trong t giờ (mg); m
t
: khối lượng thuỷ ngân không bị hấp phụ còn lại
trong dung dịch sau thời gian t giờ (mg); t: thời gian chạy mẫu (h)

Tải trọng hấp phụ hơi thủy ngân của vật liệu được tính bằng công thức:
 
Hg .t.w
0.5 0.5


t
m
m
q
(mg/g)
Khảo sát cho tới khi tính toán được khối lượng thuỷ ngân hấp thụ trên cột là không đổi
thì dừng lại. Kết quả thu được thể hiện trên Bảng 3.10:
1,138
22,862
45,728
14
1,677
26,232
52,464
16
1,137
30,863
61,726
18
1,366
34,634
69,268
20
1,168
38,832
77,664
22
0,268
43,732
87,464
24
0,108
47,892
95,784
26
2,757
49,243


Sau thời gian nghiên cứu và thực hiện luận văn tốt nghiệp, chúng tôi đã thu được một số kết
quả như sau:
1. Đã tính toán và lắp đặt được 1 bộ thiết bị nghiên cứu hấp phụ hơi Hg ở các nhiệt độ
khác nhau.

12
2. Đã tiến hành chế tạo 5 loại vật liệu từ than hoạt tính biến tính bằng Br
2
và phân tích
đánh giá một số vật liệu bằng chụp phổ IR, chụp BET cho thấy có sự khác biệt, thay đổi bề
mặt giữa than thường chưa được biến tính và than biến tính.
3. Khảo sát được khả năng hấp phụ hơi Hg đối với than hoạt tính thường cho thấy khả
năng hấp phụ hơi Hg tỉ lệ nghịch với nhiệt độ. Nhiệt độ càng cao thì khả năng hấp phụ của
than càng giảm. Ở 30
o
C hấp phụ 89,61% lượng Hg giảm xuống còn 79,51% ở 70
o
C.
4. Khả năng hấp phụ hơi Hg của than biến tính cũng giảm xuống khi nhiệt độ tăng nhưng
không đáng kể. Đối với than CB4, ở 30
o
C 99,615% lượng Hg bị hấp phụ giảm xuống 98,524
% ở 70
o
C.
5. Than biến tính bằng Br
2
có khả năng xử lý hơi Hg tốt hơn hẳn than hoạt tính thường.
Ở 30

Tiếng Anh
6. Arnold Greenberg (1985), “Standard Methods for the Examination of Water and
Wastewater 16
th
Edition”, American Public Health Association, Washington, DC, pp.
221.
7. Bansal R.C. , Goyal M.(2005), “Activated Carbon Adsorption”, Taylor & Francis Group,
USA.

13
8. Changmei Sun, Rongjun Qu, Chunnuan Ji, Qun Wang, Chunhua Wang, Yanzhi Sun,
Guoxiang Cheng (2006), “A chelating resin containing S, N and O atoms: Synthesis and
adsorption properties for Hg(II)”, European Polymer Journal, 42, pp. 188–194.
9. David A Olson, MD Clinical Neurologist, Dekalb Neurology Associates, Decatur, Georgia
(2011), “Mercury toxicity”, American Academy of Neurology, pp. 1
10. Derbyshire, F., Jagtoyen, M., Andrews, R., Rao, A., Martin-Gullon, I., and Grulke, E.A
(2001), “Chemistry and Physics of Carbon”, L.R. Radiovic, Ed., Marcel Dekker, New
York, Vol. 27, p.1
11. Harada M. Minamata disease (1995), “methylmercury poisoning in Japan caused by
environmental pollution”, Crit Rev Toxicol, 25(1), pp. 1-24
12. Hongqun Yang, Zhenghe Xu, Maohong Fan, Alan E. Bland, Roddie R. Judkins (2007),
“Adsorbents for capturing mercury in coal-fired boiler flue gas”, Journal of Hazardous
Materials, 146, pp. 1–11.
13. Jagtoyen, M. and Derbyshire, F., (1998), “Proc. Emerging Solutions to VOC Air Toxics
Control”, Florida, March 4–6.
14. John H. Pavlish, Everett A. Sondreal, Michael D. Mann1, Edwin S. Olson, Kevin C.
Galbreath, Dennis L. Laudal, Steven A. Benson (2003), “Status review of mercury
control options for coal-fired power plants”, Fuel Processing Technology, 82, pp. 89 –
165.
15. K.P. Lisha, Shihabudheen M. Maliyekkal, T. Pradeep (2010), “Manganese dioxide