VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
------o0o------

Nguyễn Thị Thanh Hải
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ MỚI
TRÊN CƠ SỞ BIẾN TÍNH THAN HOẠT TÍNH VÀ
ỨNG DỤNG XỬ LÝ THỦY NGÂN TRONG
MÔI TRƯỜNG NƯỚC, KHÔNG KHÍ
Chuyên ngành : Kỹ thuật môi trường
Mã số

: 62 52 03 20

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
(Bản dự thảo)

Hà Nội - 2016


Công trình được hoàn thành tại Viện Công nghệ môi trường,
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học:

1. PGS.TS. Nguyễn Thị Huệ - Viện Công nghệ môi trường

2. PGS.TS. Đỗ Quang Trung - Trường ĐH Khoa học Tự nhiên

Phản biện 1
Phản biện 2

dụng vật liệu than hoạt tính biến tính để xử lý thủy ngân còn hạn chế.
Vì vậy, luận án được thực hiện với đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật
liệu hấp phụ mới trên cơ sở biến tính than hoạt tính và ứng dụng
xử lý thủy ngân trong môi trường nước, không khí”.
2. Mục tiêu của luận án
Chế tạo vật liệu than hoạt tính biến tính với các dung dịch
halogenua có dung lượng hấp phụ thủy ngân cao trong môi trường
nước, không khí.
3. Những đóng góp mới của luận án
Chế tạo được vật liệu than hoạt tính (nguồn gốc Việt Nam) có
dung lượng hấp phụ cao nhằm xử lý thủy ngân trong môi trường
nước và không khí.
4. Bố cục của luận án
Luận án gồm 141 trang với 13 bảng biểu, 55 hình, 106 tài liệu
tham khảo. Luận án được cấu tạo gồm: mở đầu 4 trang, tổng quan tài
liệu 41 trang, thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu 16 trang, kết
quả nghiên cứu và thảo luận 56 trang, kết luận 2 trang.
NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN
Chương 1: Tổng quan tài liệu
Chương 2 : Thực nghiệm và Phương pháp nghiên cứu
Chương 3 : Kết quả nghiên cứu và thảo luận
3.1. Nghiên cứu chế tạo vật liệu than hoạt tính biến tính
Kết quả xác định điểm điện tích không pHpzc của AC trước
khi biến tính thể hiện trong hình 3.1 cho thấy giá trị pHpzc của than
hoạt tính là 7,97.
1


Điện tích trên bề mặt
(C/m2)

Hình 3.1. Kết quả xác định điểm điện tích không của AC

3.1.1. Chế tạo vật liệu than hoạt tính biến tính với dung dịch CuCl2
Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch CuCl2
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch CuCl2 đến khả
năng hấp phụ ion Hg(II) của CAC
Nồng độ
dung dịch
CuCl2 (M)

Nồng độ Hg
(II) ban đầu
(mg/L)

mvật

0,1

50

0,3

50

0

0,2
0,5

(g)

0,5

50

0,5

50

0,5
0,5

1

1
1

7,8

0,72
0,71

4,220

4,928
4,930

Bảng 3.1 cho thấy AC biến tính với CuCl2 cho dung lượng hấp
phụ ion Hg(II) cao hơn so với AC ban đầu. Khi nồng độ CuCl2 thay
đổi từ 0,1 - 0,5M, dung lượng hấp phụ ion Hg(II) của AC biến tính
thay đổi không đáng kể. Dựa vào kết quả thu được, luận án sẽ sử

Nồng độ Hg
(II) sau
(mg/L)
0,78
0,73

Q
(mg/g)
4,922
4,927
2


6
8

50
50

0,5
0,5

1
1

0,65
0,72

4,936
4,928


Thời gian
phản ứng
1
1
1
1
1

Nồng độ
Hg (II) sau
(mg/L)
0,78
0,69
0,66
0,65
0,80

Q
(mg/g)
4,922
4,931
4,934
4,936
4,920

Bảng 3.3 cho thấy thời gian ngâm tẩm tối thiểu phải đạt là 3
giờ. Khi tăng thời gian ngâm tẩm AC trong dung dịch CuCl2, lượng
CuCl2 mang lên AC tăng dẫn đến khả năng hấp phụ thủy ngân của AC
biến tính tăng. Khi thời gian ngâm tẩm kéo dài đến 9 giờ, khả năng

2,328

mBr (g)

< 0,001
< 0,001
< 0,001
< 0,001
< 0,001
1,158

mBr-AC
(g)
0,985
2,614
4,675
6,245
8,560
9,672

Hiệu suất mang
Br trên AC (%)
98,500
97,133
93,500
89,214
84,044
70,950

Tiến hành ngâm tẩm AC với lượng brôm tăng dần từ 1,0 -12%

9
8
7
6
5
4
3
2
1
0

100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0

1

3

5

7

9%

100

8
7
6
5
4
3
2
1
0

1%

105

9

Hiệu suất cố định brom trên
AC (%)

Khối lượng brom cố định trên AC
(g)

Từ bảng 3.4 cho thấy khi khối lượng brôm tăng từ 1 - 9g, hầu
hết brôm nguyên tố đã tham gia vào quá trình khử bề mặt AC. Khi
lượng brôm trong dung dịch là 12g thì lượng brôm dư đã xuất hiện.
Cũng từ kết quả trên cho thấy, khối lượng brôm được mang trên AC

định trên than hoạt tính

95
90
85
80
75
70

2

4

6

pH dung dịch brom

8

10

Hình 3.5. Ảnh hưởng của pH ngâm
tẩm đến hiệu suất cố định brôm

Ảnh hưởng của pH dung dịch brôm
Điều kiện thí nghiệm: tỷ lệ Br/AC từ 1 - 9%, thời gian ngâm
tẩm là 6 giờ và pH thay đổi từ 2 - 10. Kết quả thể hiện trên hình 3.5
cho thấy khi giá trị pH dung dịch tăng từ 2 đến 6, hiệu suất cố định
brôm giảm nhẹ. Khi pH dung dịch > 6, hiệu suất này giảm nhanh. Do
đó, giá trị pH tốt nhất để biến tính AC bằng brôm có hiệu quả cao là

25

KI-0,6

30

35

KI-1

40

Lượng I- mang trên AC (g)

Lượng I- mang trên AC(g)

3.1.3. Chế tạo vật liệu than hoạt tính biến tính với dung dịch KI và
hỗn hợp dung dịch KI và I2
Ảnh hưởng của thời gian và lượng KI, I2
Các thí nghiệm được thực hiện với các khoảng thời gian biến
tính là 0,5; 1; 1,5; 2; 4; 6; 8; 15; 24; 40 giờ. Kết quả thể hiện trong
hình 3.6 cho thấy trong khoảng thời gian từ 0,5 - 8 giờ, lượng I- cố
định trên AC tăng dần khi khối lượng của KI và I2 tăng. Từ 8 - 15
giờ, lượng I- cố định trên AC tăng nhanh và sau 15 giờ, lượng Imang trên AC gần như không đổi, đạt trạng thái bão hòa. Như vậy,
thời gian từ 0,5 - 15 giờ, lượng I- cố định trên AC tỉ lệ thuận với
lượng KI và I2 hòa tan trong dung dịch.

45

KI3-0,05

30

35

40

45

Thời gian (giờ)

Thời gian (giờ)

Hình 3.6. Ảnh hưởng của thời gian và lượng KI hoặc I2 đến khả năng mang Itrên than hoạt tính

KI-0,05

95

KI-0,25

KI-0,45

KI-0,6

KI-1

90

Hiệu suất hấp phụ Hg (%)


30

35

40

45

KI3-0,05

105

KI3-0,25

KI3-0,45

KI3-0,6

KI3-1

100

95
90
85
80
75
70

0

dịch ≥ 15 giờ. Do đó, thời gian tối ưu là 15 giờ.
So sánh khả năng mang I- trên than hoạt tính khi biến tính với KI và
hỗn hợp KI, I2
Cùng khối lượng nguyên tố I trong dung dịch (0,45g), khi sử
dụng I3- thì lượng I- mang trên AC lớn hơn so với I- (hình 3.8).
Lượng I- mang trên AC (g)

0,06

KI3/AC

0,05

KI/AC

0,04
0,03
0,02
0,01
0,00

0,5

1

1,5

2

4

Tỉ lệ C/KI

5gC/0,05g KI
5gC/0,25g KI
5gC/0,6g KI
5gC/1g KI

Diện tích bề mặt riêng (m2/g)

956
956
918
916
914

Đối với hỗn hợp dung dịch KI và I2, có thể do trong quá trình
hấp phụ lên bề mặt AC, I2 là chất có tính oxy hóa mạnh có tác dụng
oxy hóa các nhóm chức trên bề mặt AC tạo thành các nhóm chức
mới như cacbonyl, cacboxyl. Điều này đã làm cho bề mặt AC từ kị
nước, có tính khử chuyển sang bề mặt ưa nước hơn và tính khử giảm.
Do đó, hỗn hợp dung dịch KI và I2 sẽ được lựa chọn cho các nghiên
cứu tiếp theo.
6


03
03

Lượng I- mang trên AC (g)


10

12

Hình 3.9. Ảnh hưởng của pH đến
khả năng mang KI3 trên AC

3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0

0

1

2

3

4

5

6

7

mặt của AC sau quá trình biến tính có sự thay đổi.

7


(a)

(a)

(b)

(b)

(c)

Hình 3.11. Ảnh SEM của than
hoạt tính

(c)

Hình 3.12. Ảnh SEM của than hoạt tính
biến tính với CuCl2

Đặc trưng của vật liệu dựa trên dữ liệu EDS
Kết quả thể hiện trong hình 3.13, 3.14 và bảng 3.6. Đối với
mẫu CAC, xuất hiện các vạch phổ đặc trưng cho các nguyên tố Cu,
Cl với cường độ tương đối mạnh chứng tỏ hàm lượng các nguyên tố
này trong mẫu CAC khá cao. Bảng 3.6 cho thấy, phần trăm khối
lượng các nguyên tố Si, Al, O… trong CAC giảm đáng kể, thay vào
đó là sự có mặt của các nguyên tố Cu, Cl. Như vậy, quá trình ngâm

0

12,96

Phổ hồng ngoại IR

0

0,09

0

0,49

Cl
0

1,86

Cu
0

2,89

Tổng
(%)
100
100

Hình 3.15. Phổ hồng ngoại IR của

AC. Kết quả này cũng góp phần chứng minh rằng khả năng mang ion
Cl- hay Cu2+ trên bề mặt AC phụ thuộc chủ yếu vào bản chất bề mặt
AC và trạng thái tồn tại của chất cần mang trên bề mặt AC, chứ
không phụ thuộc vào nồng độ của chất muốn mang lên bề mặt AC
3.2.2. Đặc trưng cấu trúc của AC biến tính với dung dịch Br2
Bề mặt riêng của than (BET)
Kết quả xác định cho thấy diện tích bề mặt riêng của AC là
975m²/g, BAC là 894m²/g. Khi biến tính bằng Br2, bề mặt xốp của
than tác dụng với Br2 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.
Phổ hồng ngoại IR

Hình 3.17.Phổ hồng ngoại của AC

Hình 3.18. Phổ hồng ngoại AC biến
tính với dung dịch brôm

Kết quả thể hiện trong hình 3.17, 3.18 cho thấy trên bề mặt
của AC đã xuất hiện các nhóm oxi hóa như cacbonyl và cacboxyl thể
hiện qua những băng dao động 1600-1900 cm-1 và 1680-1725 cm-1.
Băng dao động của O-H trong khoảng 2500-3000 cm-1 đã không còn
trên phổ IR của AC biến tính, bên cạnh đó xuất hiện dao động của
liên kết C-Br ở dải phổ xung quanh 500 cm-1.

10


Đặc trưng của vật liệu dựa trên dữ liệu EDS


AC

87.93

10.53

0.38

0.23

0.19

0,00

0.75

0,00

BAC

87.19

9.12

0,00

1.85

0.21



Diện tích bề
mặt riêng (m2/g)

KI3/AC -0,6
KI3/AC -1

884
867

Kết quả thể hiện trong bảng 3.8 cho thấy diện tích bề mặt
riêng của AC biến tính giảm dần khi lượng KI và I2 tăng. Bên cạnh
đó, dữ liệu ảnh SEM thể hiện trong hình 3.21 cho thấy hình thái học
bề mặt của AC thay đổi đáng kể khi tăng lượng KI, I2.

11


(a) Vật liệu AC

(b) Vật liệu KI3/AC -0,6

Hình 3.21.

(c) Vật liệu KI3/AC -1
Ảnh hưởng của KI3 đến hình thái học bề mặt SEM của AC

Hình 3.22. Phổ IR của than hoạt

Hình 3.23. Phổ IR của than hoạt

Sự phụ thuộc của số mol NaOH phản ứng vào thời gian
Kết quả thể hiện trong hình 3.24 cho thấy sau khoảng thời gian 2
giờ các tâm axit trên bề mặt AC, KI3/AC đã bị trung hoà hết bởi NaOH.
Áp dụng công thức (2.7) tính được số tâm axit trên bề mặt than hoạt tính
AC, KI3/AC lần lượt là 2,3.1019 và 8,4.1020 (tâm/g). Tổng số tâm axit
trên bề mặt vật liệu AC thấp hơn so với vật liệu KI3/AC. Điều này cho
thấy khi biến tính than hoạt tính bằng dung dịch KI3 bề mặt than hoạt
tính đã bị oxi hoá làm tăng số lượng tâm axit.
3.3. Kết quả nghiên cứu đánh giá khả năng hấp phụ thủy ngân
của than hoạt tính biến tính
Hình 3.24.

3.3.1. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Hg(II) trong môi trường nước

3.3.1.1. Ảnh hưởng của các yếu tố đến khả năng hấp phụ
Ảnh hưởng của pH
Kết quả thể hiện trong hình 3.25 cho thấy, dung lượng hấp phụ
ion Hg(II) của các vật liệu AC, CAC, BAC, IAC ổn định trong
khoảng pH từ 2 - 6. Khi pH dung dịch tăng từ 6 - 10 thì giá trị này
giảm mạnh. Tại các giá trị pH ≤ 6 hiệu suất hấp phụ ion Hg(II) của
các vật liệu AC, CAC, BAC và IAC đạt giá trị cao nhất và ổn định
nên các nghiên cứu tiếp theo sẽ lựa chọn pH ≤ 6.
AC

25

CAC

IAC



Dung lượng hấp phụ ion
Hg(II) (mg/g)

30

CAC

BAC

IAC

25
20
15
10

5
0

0

20

40

60

80


0

50

100

150

200

250

Co(mg/L)

300

400

500

Hình 3.27.Ảnh hưởng của nồng độ

Nồng độ ion Hg(II) trong
dung dịch (mg/L)

Nồng độ Hg(II) dư (mg/L)

Các thí nghiệm được thực hiện với cả 4 loại vật liệu AC, CAC,
BAC và IAC ở giá trị pH ≤ 6. Kết quả thể hiện trong hình 3.26 cho
thấy, thời gian cần thiết để quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng

100
50
0

0

1

2

3

4

5

6

7

Lượng chất hấp phụ (g/L)

8

9

10

Hình 3.28.Ảnh hưởng của lượng
đầu đến quá trình hấp phụ ion

CAC

BAC

40
50
Nhiệt độ (°C)

60

Hình 3.29.Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hấp phụ Hg(II)

Từ hình 3.29 có thể thấy khi nhiệt độ tăng từ 30 - 60°C dung
lượng hấp phụ ion Hg(II) của các vật liệu AC biến tính có xu hướng
tăng nhẹ trong khi đối với vật liệu AC thì giá trị này lại giảm mạnh.
Do đó, có thể thấy quá trình hấp phụ ion Hg(II) của AC biến tính xảy
ra đồng thời cả 2 quá trình hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
3.3.1.2. Động học quá trình hấp phụ ion Hg(II) của vật liệu
a, Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc 1
Biểu diễn log(qe - q) phụ thuộc t ta có đồ thị mô tả động học
hấp phụ biểu kiến bậc 1 (hình 3.30). Bảng 3.9 cho thấy hằng số tốc
độ k1 của quá trình hấp phụ lên vật liệu AC cao hơn so với CAC,
BAC và IAC chứng tỏ thời gian đạt trạng thái cân bằng hấp phụ của
AC biến tính sẽ dài hơn so với AC. Tuy nhiên hệ số hồi quy của
phương trình tuyến tính của các vật liệu thấp và dung lượng hấp phụ
qe tính theo thực nghiệm và hồi quy chênh lệch khá nhiều nên
phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc 1 chưa phù hợp để
đánh giá quá trình hấp phụ của vật liệu.
5


BAC

2

R² = 0,9857

y = -0,0176x + 4,27
R² = 0,981

8
4

BAC y = -0,0204x + 4,313

1
0

y = -0,0272x + 4,3407
R² = 0,9953

t/qt

log (qe - q)

4

50

60


y = 0,0472x + 0,1754
R² = 0,9994
y = 0,0394x + 0,1995
R² = 0,9995

y = 0,0408x + 0,1936
R² = 0,9996
y = 0,039x + 0,2258
R² = 0,9997

250

300

350

Hình 3.31. Phương trình động học
hấp phụ biểu kiến bậc 2 của quá trình
hấp phụ ion Hg(II)

b, Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc 2
Biểu diễn qt phụ thuộc t ta có đồ thị mô tả phương trình động
học hấp phụ biểu kiến bậc 2 (hình 3.31).
Bảng 3.9. Các tham số động học hấp phụ ion Hg(II) của vật liệu
theo phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc 1 và bậc 2
15


Vật liệu
AC

20,78
24,69
24,05
24,99

R2

0,995
0,997
0,985
0,981
0,999
0,999
0,999
0,999

qe hồi
quy
21,88
24,15
20,56
18,62
21,28
25,64
25,00
25,64

Từ bảng 3.9 cho thấy phương trình tuyến tính có hệ số hồi quy
R2 = 0,999 đồng thời giá trị qe tính toán theo thực nghiệm và phương
trình hồi quy chênh lệch không đáng kể. Như phương trình động học

IAC

0,0

0,5

1,0

1,5

logCe (mg/L)

2,0

y = 0,377x + 1,001
R² = 0,971
y = 0,457x + 1,163
R² = 0,962
y = 0,399x + 1,373
R² = 0,970

y = 0,410x + 1,492
R² = 0,960

2,5

3,0

Hình 3.32.Đồ thị Freundlich của
quá trình hấp phụ ion Hg(II) của AC


150

200

Ce (mg/L)

250

R² = 0,9918
y = 0,0049x + 0,0572
R² = 0,9914

300

350

400

Hình 3.33. Đồ thị đẳng nhiệt hấp
phụ ion Hg(II) của AC biến tính
bằng dung dịch halogenua theo mô
hình Langmuir

Kết quả cho thấy, quá trình hấp phụ ion Hg(II) của các vật liệu
tuân theo đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich với hệ số hồi quy R2 trong
khoảng từ 0,947 - 0,971. Các tham số KF; n thể hiện trong bảng 3.10
16




CAC
IAC

0,032

167

0,086

204

172

0,06 - 0,39
0,02 - 0,19

R2

Freundlich
KF
n
(mg/g)
10,02
2,65

R2

0,971


20
15
10
5
0

AC

1

2

3

IAC

4

5

6

QCVN 40:2011/BTNMT (Cot B)

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20


0,3

Nồng độ CuCl 2 (M)

0,5

Hình 3.35. Ảnh hưởng của nồng độ
CuCl2 đến khả năng hấp phụ hơi Hg
của CAC

Các thí nghiệm thực hiện với nồng độ Hg(II) đầu vào là
200ppb, khối lượng vật liệu là 1g, cột có đường kính d = 1,5cm, lưu
lượng nước chảy qua cột là 1ml/phút. Khi thể tích mẫu nước qua cột
hấp phụ là 1L sẽ được lấy để xác định Hg(II) dư và so sánh với giá
trị giới hạn cho phép của thủy ngân trong quy chuẩn đối với nước
thải công nghiệp QCVN 40:2011 cột B là 10ppb. Kết quả thể hiện
trong hình 3.34 cho thấy, với 1kg vật liệu AC có thể xử lý được 6 m3
nước có nồng độ Hg(II) ban đầu là 200 ppb. Trong khi đó, 1kg vật
17


liệu IAC có thể xử lý được 18 m3 nước đạt chất lượng theo QCVN
40:2011 cột B.
3.3.2. Đánh giá khả năng hấp phụ hơi thủy ngân trong môi trường
khí của than hoạt tính biến tính
3.3.2.1. Khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của than hoạt tính biến tính
với dung dịch CuCl2
Quá trình hấp phụ sẽ được thực hiện với các điều kiện sau:
nhiệt độ tạo hơi thủy ngân là 60°C, tốc độ dòng khí N2 1L/phút, thời
gian phản ứng 4 giờ, nồng độ hơi thủy ngân ban đầu là 41,18 mg/m3,


9

Thời gian biến tính (giờ)

Hình 3.36.Ảnh hưởng của yếu tố thời
gian đến khả năng hấp phụ hơi Hg
của vật liệu CAC

3.000
2.500
2.000
1.500
1.000

`

500
0

60

80

180 240 360 420 480 540 600

Thời gian (phút)

Hình 3.37. Thời gian đạt trạng thái cân
bằ ng hấ p phụ của CAC


Dung lượng
hấp phụ (µg/g)
2.600-4.000
549,0 - 649,5
2.502

Nhiệt độ thí
nghiệm (°C)
123
80
60

Tài liệu tham
khảo
[47]
[82]
KQNC của NCS

30

105

40

50

60

70

Qua các kết quả nghiên cứu cho thấy khi thay đổi các điều
kiện như thời gian, pH, nồng độ tác nhân ngâm tẩm, dung lượng hấp
phụ hơi Hg của các vật liệu có thay đổi, nhưng không đáng kể.
Nguyên nhân cơ bản được cho là khả năng gắn kết giữa các ion trong
các tác nhân biến tính trên bề mặt kỵ nước của AC là rất hạn chế.
Bên cạnh đó liên kết của clorua với các đối ion là rất bền, cho nên
khả năng chiếm giữ ion clorua của các nhóm chức cũng như các tâm
hoạt động trên bề mặt AC từ các muối của chúng là rất khó khăn. AC
biến tính bằng các hợp chất clorua không đáp ứng được yêu cầu tạo
ra các vật liệu hấp phụ hơi thủy ngân có dung lượng cao.
3.3.2.2. Khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của than hoạt tính biến tính
với dung dịch Br2
a. Ảnh hưởng của tỉ lệ Br2/AC và nhiệt độ hấp phụ
Điều kiện thí nghiệm: t = 30 phút; w = 1L/phút; mvl = 0,5g;
nhiệt độ hấp phụ từ 30 - 70°C. Kết quả trong hình 3.38 cho thấy hiệu
suất hấp phụ hơi thủy ngân của AC đạt 89%. BAC cho hiệu suất hấp
phụ cao hơn so với AC, (> 96%). Khi khối lượng Br2 tăng từ 0,3g 0,9g, hiệu suất hấp phụ hơi thủy ngân cũng tăng. Khi tỷ lệ Br2/AC =
1,2/10 thì khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của BAC lại giảm.
120
100

80
60
40
20
0

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 27 28

Thời gian (giờ)

M3

M4

M5

Vật liệu

Hình 3.40. Ảnh hưởng của hàm
lượng KI3 đến khả năng hấp phụ hơi
thủy ngân của vật liệu

Hiệu suất hấp phụ (%)

Hiệu suất hấp phụ(%)

nên cơ chế hấp phụ xảy ra chủ yếu theo cơ chế hóa học và hình thành
các liên kết C-Br-Hg trên bề mặt AC.
b. Xác định dung lượng hấp phụ cân bằng của BAC
Điều kiện thí nghiệm: [Hg] = 33,33mg/m3, w = 1L/phút; mvl =
0,5g; nhiệt độ hấp phụ 50°C, thời gian tiếp xúc từ 2giờ đến 28 giờ.
Kết quả thể hiện trong hình 3.39 cho thấy khả năng hấp phụ hơi thủy
ngân của vật BAC bắt đầu đạt trạng thái cân bằng sau thời gian là 26
giờ. Dung lượng hấp phụ cân bằng của BAC là 98,5mg/g khi nồng
độ thủy ngân đầu vào là [Hg] = 33,33mg/m3.
3.3.2.3. Khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của than hoạt tính biến tính
với hỗn hợp dung dịch KI và I2
a. Ảnh hưởng của lượng KI và I2 đến khả năng hấp phụ hơi Hg
AC


b. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Các thí nghiệm được thực hiện trong 4 giờ, nhiệt độ thay đổi
từ 30 - 700C. Kết quả trong hình 3.41 cho thấy, hiệu suất hấp phụ hơi
thủy ngân tăng của AC tăng khi nhiệt độ tăng từ 30 - 400C, sau đó
giảm mạnh khi nhiệt độ tăng đến 700C. Đối với KI3/AC, hiệu suất hấp
phụ tăng khi nhiệt độ tăng từ 30 - 700C. Khi nhiệt độ tăng sẽ xảy ra phản
ứng giữa Hg0 với I- trên bề mặt chất hấp phụ tạo ra HgI. Như vậy, quá
trình hấp phụ hơi thủy ngân trên KI3/AC xảy ra theo cơ chế hóa học.
c. Ảnh hưởng của khí SO2
Kết quả thể hiện trong hình 3.42 cho thấy dung lượng hấp phụ
hơi thuỷ ngân của AC tăng khi nồng độ khí SO2 tăng từ 0 - 100ppm.
Sự xuất hiện của khí SO2 có thể đã làm oxi hoá thuỷ ngân nguyên tố
hoặc SO2 đã bị các nhóm chức có tính khử trên bề mặt AC khử về
sunphua dẫn đến hình thành nhóm chức sunphua lên bề mặt AC làm
20


AC

16

KI3/AC

14
12
10
8
6
4
2

16
14
12
10
8
6
4
2
0

0

100

KI3/AC

200

CNOx(ppm)

300

500

Hình 3.43. Ảnh hưởng của khí NOx
đến quá trình hấp phụ hơi thủy ngân

AC

25

Dung lượng hấp phụ (mg/g)

Đối với KI3/AC, khả năng hấp phụ hơi thủy ngân giảm dần khi
nồng độ khí SO2 tăng từ 0 - 1000ppm. Do bề mặt của than đã bị oxi
hóa bởi iod nên hầu như không còn các nhóm khử trên bề mặt dẫn
đến không có quá trình khử SO2 về S2-. Mặt khác, SO2 có thể đã
chiếm các vị trí hoạt động trên AC hoặc đẩy I- ra khỏi AC làm cho
khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của KI3/AC giảm.
d. Ảnh hưởng của khí NOx
Kết quả thể hiện trong hình 3.43 cho thấy khi tăng nồng độ khí
NOx từ 0 - 300ppm, dung lượng hấp phụ hơi thuỷ ngân của AC và
KI3/AC đều tăng khi. Điều này có thể do khí NOx oxi hoá thuỷ ngân
nguyên tố làm tăng khả năng hấp phụ trên vật liệu. Tuy nhiên khi
nồng độ NOx lên tới 500ppm thì dung lượng hấp phụ hơi thuỷ ngân
của vật liệu bị giảm đáng kể.
e. Ảnh hưởng của HCl
90
80
70
60
50
40
30
20
10

0

2


I.Diamantopoulou, nồng độ HCl tăng đã làm tăng quá trình oxi hoá
Hg° và tăng các vị trí hoạt động trên than hoạt tính [106].
f. Thời gian hấp phụ đạt trạng thái cân bằng của KI3/AC
Kết quả xác định thời gian hấp phụ đạt trạng thái bão hoà của
vật liệu KI3/AC đối với hơi thủy ngân thể hiện trong hình 3.45 cho
thấy khi tăng thời gian từ 2 giờ đến 36 giờ, dung lượng hấp phụ hơi
thuỷ ngân của vật liệu tăng từ 2,67 đến 81,72 mg/g. Sau 36 giờ, khả
năng lưu giữ hơi thủy ngân trên vật liệu đạt trạng thái cân bằng. Như
vậy, thời gian hấp phụ hơi thủy ngân của vật liệu KI3/AC là 36 giờ.
KẾT LUẬN
1. Đã nghiên cứu chế tạo thành công vật liệu có khả năng hấp
phụ cao đối với thủy ngân trong môi trường nước và không khí trên
cơ sở biến tính than hoạt tính Trà Bắc (Việt Nam) bằng các dung
dịch Br2 và hỗn hợp dung dịch KI, I2. Đưa ra các điều kiện tối ưu cho
quá trình biến tính than hoạt tính:
- Than hoạt tính biến tính bằng dung dịch Br2: tỷ lệ về khối
lượng của Br/AC ≤ 10%; thời gian ngâm tẩm tối thiểu là 6 giờ; giá trị
pH của dung dịch ngâm tẩm nằm trong khoảng từ 4 đến 6.
- Than hoạt tính biến tính với hỗn hợp dung dịch KI và I2: tỷ lệ
về khối lượng của I2/AC là 5:1; thời gian ngâm tẩm là 15 giờ; pH của
dung dịch < 8.
2. Đã xác định các đặc điểm cấu trúc của vật liệu hấp phụ than
hoạt tính biến tính, trên cơ sở đó khẳng định quá trình biến tính than
hoạt tính trong các dung dịch Br2, hỗn hợp dung dịch KI và I2 đã làm
thay đổi diện tích bề mặt riêng, hình thái học bề mặt, thành phần các
nguyên tố hóa học cũng như các nhóm chức trên bề mặt của than
hoạt tính. Quá trình biến tính còn làm tăng số lượng tâm axit của
than hoạt tính biến tính.
3. Bằng các số liệu thực nghiệm đã chứng minh được khả năng
hấp phụ thủy ngân của than hoạt tính biến tính cao hơn so với than