Header Page 1 of 126.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Nguyễn Quang Tuấn

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ HYDROTALCITE
LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ XỬ LÝ ION
ĐỘC HẠI TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2016

Footer Page 1 of 126.


Header Page 2 of 126.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Nguyễn Quang Tuấn

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ HYDROTALCITE
LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ XỬ LÝ ION
ĐỘC HẠI TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC
Chuyên ngành: Hóa Môi Trƣờng
Mã số: 60440120



n m 2016

Học viên

Nguyễn Quang Tuấn

Footer Page 3 of 126.


Header Page 4 of 126.

MỤC LỤC
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................................. 1
1.1. Ô nhiễm floua v c c phƣơng ph p xử lý .................................................................. 1
1.1.1. Ô nhiễm florua .................................................................................................... 1
1.1.2. Xử lý ô nhiễm flo ................................................................................................. 5
1.2. Ô nhiễm photphat v c c phƣơng ph p xử lý ............................................................ 7
1.2.1. Ô nhiễm photphat ............................................................................................... 7
1.2.2. Xử lý ô nhiễm photphat ....................................................................................... 8
1.3. Than hoạt tính v nghiên cứu ứng dụng của than hoạt tính hấp phụ ion vô cơ...... 10
1.3.1. Than hoạt tính ................................................................................................... 10
1.3.2. Nghiên cứu ứng dụng của than hoạt tính hấp phụ ion vô cơ ........................... 13
1.4. Giới thiệu về hidroxide cấu trúc lớp kép (h drotalcite) ......................................... 14
1.4.1. Đặc điểm cấu trúc của hydrotalcite................................................................. 14
1.4.2. Tính chất của hydrotalcite ................................................................................ 17
1.4.3. Ứng dụng hydrotalcite ...................................................................................... 21
1.5. C c phƣơng ph p x c định đặc trƣng của vật liệu ................................................ 24
1.5.1. Nhiễu xạ Rơnghen (X-ray diffaction XRD) ....................................................... 24
1.5.2. Phƣơng ph p hiển vi điện tử quét (SEM) ......................................................... 25

khai ……………………………………………………………………………… 42
3.2. Kết quả nghiên cứu điều kiện tổng hợp h drotalcite để nâng cao tải trọng hấp phụ
của than hoạt tính ........................................................................................................... 44
3.2.1. Kết quả nghiên cứu tỉ lệ kim loại đƣợc tổng hợp trên h drotalcite mang lên
than hoạt tính .............................................................................................................. 44
3.2.2. Ảnh hƣởng của qu trình nung vật liệu tới khả n ng hấp phụ F- v PO43- ..... 47
3.2.3. Kết quả nghiên cứu tỉ lệ phần tr m h drotalcite đƣợc tổng hợp lên than để đạt
tải trọng tối ƣu ............................................................................................................ 49
3.3. Nghiên cứu đặc trƣng cấu trúc vật liệu .................................................................. 50
3.3.1. Bề mặt vật liệu biến tính qua kính hiển vi điện tử quét SEM ........................... 50
3.3.2. Kết quả chụp nhiễu xạ tia X .............................................................................. 50
3.3.3. X c định gi trị pH trung hòa điện của vật liệu tối ƣu .................................... 51
3.4.Kết quả khảo s t khả n ng hấp phụ florua v photphat của vật liệu tối ƣu ............ 52
3.4.1. Khảo s t thời gian đạt cân bằng hấp phụ F- v PO43- của vật liệu tối ƣu

Footer Page 5 of 126.


Header Page 6 of 126.

3.4.2. Kết quả khảo s t tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu tối ƣu đối với F- v
PO43- ........................................................................................................................... 53
KẾT LUẬN ..................................................................................................................... 57
PHỤ LỤC BẢNG .......................................................................................................... 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................ 58

Footer Page 6 of 126.


Header Page 7 of 126.

Bảng 3.10. Kết quả khảo s t thời gian hấp phụ PO43- cân bằng của vật liệu tối ƣu ..... 64
Bảng 3.11. Kết quả khảo s t tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu tối ƣu với F- ........ 65
Bảng 3.12. Kết quả khảo s t tải trọng cực đại của vật liệu tối ƣu đối với PO43- .......... 65

Footer Page 7 of 126.


Header Page 8 of 126.

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Kho ng sét h drotalcite trong tự nhiên ........................................................ 14
Hình 1.2. Hình dạng cấu trúc lớp của HT .................................................................... 15
Hình 1.3. Gi trị L phụ thu c v o b n kính của anion .................................................. 16
Hình 1.4. Gi trị L phụ thu c v o dạng hình học của anion ........................................ 17
Hình 1.5. Tia tới v tia phản xạ trên tinh thể ................................................................ 24
Hình 1.6. Đồ thị x c định pHpzc của vật liệu ................................................................ 27
Hình 2.1 Đồ thị đƣờng chuẩn phân tích florua .............................................................. 33
Hình 2.2. Đồ thị đƣờng chuẩn phân tích photphat ....................................................... 34
Hình 2.3. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ............................................................ 37
Hình 2.4. Đồ thị dạng tuyến tính của phƣơng trình Langmuir ...................................... 37
Hình 2.5. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich .......................................................... 38
Hình 2.6: Đồ thị dạng tuyến tính của phƣơng trình Freundlich .................................... 39
Hình 3.1 Đƣờng cong hấp phụ đẳng nhiệt của florua trên than thô. ........... 40
Hình 3.2 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của than thô đối với F- ....................... 41
Hình 3.3 Đƣờng hấp phụ Freundlich của than hoạt tính ngu ên khai đối với F- ......... 41
Hình 3.4 Đƣờng cong hấp phụ đẳng nhiệt của PO 4 3 - trên than thô ............. 42
Hình 3.5 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của than thô đối với PO43-.................. 43
Hình 3.6 Đƣờng hấp phụ Freundlich của than hoạt tính ngu ên khai đối với PO43- .... 43
Hình 3.7 Đồ thị so s nh khả n ng hấp phụ florua v photphat của c c vật liệu HT-CO3
với c c tỉ lệ kim loại kh c nhau trên than hoạt tính....................................................... 45

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, vấn đề ô nhiễm môi trƣờng, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nƣớc đã và
đang ngày càng trở nên nghiêm trọng ở Việt Nam. Bất chấp những lời kêu gọi bảo vệ
môi trƣờng, bảo vệ nguồn nƣớc, tình trạng ô nhiễm càng lúc càng trở nên trầm trọng.
Tác nhân chủ yếu gây ra sự ô nhiễm trong môi trƣờng nƣớc là do hàm lƣợng các ion
độc hại vƣợt quá tiêu chuẩn an toàn cho phép của bộ tài nguyên môi trƣờng. Ô nhiễm
môi trƣờng nƣớc gây ra các ảnh hƣởng tiêu cực tới môi trƣờng sống xung quanh và sức
khỏe của con ngƣời, vì vậy nghiên cứu xử lý ô nhiễm làm sạch nguồn nƣớc là điều cần
thiết. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài này tôi xin đƣợc trình bày phƣơng pháp xử
lý một số ion độc hại có trong nƣớc thải, cụ thể là ion florua và photphat.
Ở nƣớc ta flo và photphat đƣợc thải ra môi trƣờng bên ngoài chủ yếu do một số
ngành công nghiệp luyện kim, các nhà máy sản xuất phân lân lớn nhƣ ở Long Thành,
Đồng Nai ... Ngoài ra còn có những nguồn phát thải flo và photphat bên ngoài thiên
thiên nhƣ hoạt động của núi lửa cũng giải phóng ra một lƣợng đáng kể. Khi flo và
photphat thải ra môi trƣờng với một lƣợng lớn, nó sẽ xâm nhập vào môi trƣờng đất và
theo nƣớc mƣa hòa tan gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc
Việc xử lý flo và photphat đã có nhiều nghiên cứu đề cập đến từ lâu nhƣng vẫn
chƣa đƣợc xử lý đƣợc một cách triệt để đối với những nơi các nguồn phát thải flo và
photphat cao. Bên cạnh đó nghiên cứu về các hydrotalcite lại cho thấy khả năng hấp
phụ các ion độc hại là rất hiệu quả. Tuy nhiên các với các phƣơng pháp tổng hợp còn
phức tạp, giá thành cao nên chƣa đƣợc ứng dụng rộng rãi. Với mong muốn sử dụng các
hydrotalcite để xử lý triệt để các ion độc hại trong nƣớc, hạn chế đƣợc các chi phí sản
xuất chúng tôi đã thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu điều chế hydrotalcite làm vật liệu hấp phụ xử lý ion độc hại
trong môi trường nước”.

Footer Page 10 of 126.


Header Page 11 of 126.

Nguyễn Quang Tuấn – Cao học K25

Footer Page 11 of 126.

Trang 1


Header Page 12 of 126.

Hòa (Khánh Hòa); Đồng Xuân (Phú Yên) hay huyện Tây Sơn (Bình định) là những nơi
có nguồn nƣớc bị ô nhiễm flo nặng nề nhất[8].
Bảng 1.1 Tiêu chuẩn môi trƣờng đối với flo (QCVN, 2012)
Nƣớc

Nồng độ Florua (mg/l)

Nƣớc sinh hoạt, nƣớc mặt

1,0

Nƣớc dùng cho mục đích khác

1,5

Nƣớc ngầm

1,0

Nƣớc biển ven bờ



6,4 – 7,6

Nƣớc hồ Đá Bàn (xã Ninh Sơn)

0,11

5,9

Nƣớc giếng ở xã Ninh Xuân có hàm lƣợng flo khá cao đến 6,8 mg/l. Theo tiêu
chuẩn của WHO nƣớc uống cho phép tới 1,5 mg/l. Duy trì hàm lƣợng flo từ 0,5 – 1,5
mg/l trong nƣớc uống là tốt cho cơ thể. Nếu lƣợng flo trong nƣớc uống lớn hơn 1,5
mg/l sẽ dẫn đến bệnh fluorosis[8].
Hàm lƣợng flo trong nƣớc mặt và nƣớc ngầm ở Ninh Hòa dao động khoảng
rộng từ < 1mg/l đến > 9mg/l. Trong khi đó nƣớc khoáng M’Dung thuộc xã Ninh Tây

Nguyễn Quang Tuấn – Cao học K25

Footer Page 12 of 126.

Trang 2


Header Page 13 of 126.

xuất lộ từ khối đá granit thuộc phức hệ Định Quán có hàm lƣợng flo cao nhất 8,9 – 9,3
mg/l, nƣớc hồ Đá Bàn có hàm lƣợng flo thấp nhất chỉ khoảng 0,11 mg/l và nƣớc sông
Lốt có hàm lƣợng flo thấp 0,1 – 0,2 mg/l. Nƣớc giếng trong vùng liên quan đến cuộc
sống của ngƣời dân có hàm lƣợng flo từ 0,12 – 6,8 mg/l. Đặc biệt tại xã Ninh Xuân
hàm lƣợng flo có trong nƣớc giếng sinh hoạt là khá cao 6,2 – 6,8 mg/l gấp hơn 6 lần

Công nghiệp trong vùng chƣa phát triển, hiện chỉ có một nhà máy đƣờng Ninh
Hòa, do vậy nƣớc thải công nghiệp không phải là nguồn cung cấp flo cho môi trƣờng.
Phân bón hoá học cũng không thể gây ô nhiễm flo cho nƣớc vì phân lân từ gốc apatit
có chứa một lƣợng nhỏ flo, nhƣng đƣợc sử dụng không nhiều, hàm lƣợng flo trong đất
thấp. Nhƣ vậy, nguồn gây ô nhiễm flo chủ yếu trong vùng chính là môi trƣờng địa chất.
Các mạch chứa quặng, mỏ fluorit (CaF2) nguồn gốc nhiệt dịch Hòn Sạn, Xuân
Lãnh, Phú Mỡ và các mỏ quặng flo đang đƣợc khai thác là nguồn gây ô nhiễm nƣớc
trong vùng. Minh chứng cho điều này là hàm lƣợng flo từ nƣớc mỏ Xuân Lãnh khá cao
(5,1 mg/l). Các nguồn nƣớc khoáng nóng chứa hàm lƣợng flo cao, nhƣ Buôn M’Dung,
Ninh Hòa (9-9,3 mg/l); Triêm Đức, Phƣớc Long, Đồng Xuân (15-17 mg/l), xuất lộ trên
mặt đất từ các khe nứt trong đá xâm nhập granitoit hoặc phun trào axit, với lƣu lƣợng
lớn, chảy liên tục, là nguồn cung cấp flo trực tiếp cho môi trƣờng xung quanh với khối
lƣợng lớn nhất. Ngoài ra, các nguồn nƣớc khoáng nóng có thể vận động theo các hệ
thống đứt gãy ngầm, khe nứt trong đá và phát tán flo ra xung quanh, vì vậy các giếng
nƣớc ở Ninh Tây (Ninh Hòa), Xuân Quang, Xuân Lãnh (Đồng Xuân) gần điểm xuất lộ
nƣớc khoáng, đều có hàm lƣợng flo khá cao[8].
Nói cách khác, ở các vùng Ninh Hòa và Đồng Xuân, cấu trúc địa chất đi kèm
các điểm khoáng sản và nƣớc khoáng nóng là yếu tố khống chế và là nguyên nhân sâu
xa dẫn đến ô nhiễm flo trong môi trƣờng nƣớc dƣới đất, từ đó gây ra bệnh chết răng
trong cƣ dân địa phƣơng. Hoạt động nhiệt dịch liên quan với các đá magma và phun
trào axit là một quá trình vận chuyển flo từ nguồn dƣới sâu lên gần mặt đất để hình
thành các mỏ fluorit trong điều kiện địa chất thuận lợi, đồng thời tạo nên các nguồn
nƣớc khoáng silic-flo nóng xuất lộ ở nhiều nơi trên dải đất Nam Trung Bộ. Nhƣ vậy, có
cơ sở để suy luận rằng các nguồn nƣớc khoáng nóng Si-F trong khu vực là nguồn cung
cấp flo chính cho môi trƣờng nƣớc, trong số đó nguồn nƣớc khoáng nóng Buôn

Nguyễn Quang Tuấn – Cao học K25

Footer Page 14 of 126.



Nguyễn Quang Tuấn – Cao học K25

Footer Page 15 of 126.

Trang 5


Header Page 16 of 126.

độ nhôm cao còn lại (2-7mg/L) trong nƣớc đã xử lí cao hơn các tiêu chuẩn WHO: 0,2
mg/L.
- Trong số các phƣơng pháp khác nhau loại bỏ florua từ nƣớc uống, quá trình
hấp phụ đƣợc sử dụng rộng rãi và cho kết quả khả quan và là một phƣơng pháp hiệu
quả hơn cho việc loại bỏ florua về chi phí, thiết kế và vận hành đơn giản. Chất hấp phụ
truyền thống và phi truyền thống khác nhau đã đƣợc đánh giá cho việc loại bỏ florua
dƣới đây:
Kỹ thuật hấp phụ [3]
Mặc dù phƣơng pháp màng xử lý F- một cách hiệu quả đến mức có thể chấp
nhận đƣợc, nhƣng phƣơng pháp hấp phụ vẫn có vị trí quan trọng trong nghiên cứu loại
bỏ florua do khả năng ứng dụng thực tế cao và chi phí thấp hơn. Bản chất của chất hấp
phụ florua dựa trên khoáng chất, đặc biệt là đất sét có chứa oxit sắt, oxit nhôm và silic.
Về lý thuyết, hấp phụ florua trên các hạt rắn phải gồm ba bƣớc:
+ Khuếch tán và vận chuyển các ion F- một cách hiệu quả đến bề mặt ngoài của
vật liệu hấp phụ từ dung dịch trên bề mặt phân cách pha xung quanh các hạt vật liệu
hấp phụ, đƣợc gọi là chuyển khối ngoài.
+ Hấp phụ các ion F- trên bề mặt hạt.
+ Các ion F- có thể trao đổi với cấu trúc bên trong hạt vật liệu hấp phụ, phụ
thuộc vào thành phần hóa học của chất rắn hoặc của các ion florua đƣợc hấp phụ
chuyển đến bề mặt của lỗ xốp (khuếch tán trong hạt). Để đánh giá một chất hấp phụ

đến gây hiện tƣợng phú dƣỡng ở các lƣu vực.
Phú dƣỡng là hiện tƣợng phát triển ồ ạt, mạnh mẽ của các loài sinh vật thủy sinh
nhƣ rong, bèo, tảo…Sự phát triển quá mạnh mẽ sẽ gây nên sự thay đổi hệ sinh thái và
điều kiện môi trƣờng. Với mật độ dày đặc, chúng ngăn cản ánh sáng đi sâu vào lòng
nƣớc. Khi chết đi quá trình phân hủy xác của chúng cần một lƣợng oxi lớn, làm cạn
kiệt oxi trong nƣớc, làm tăng các chất ô nhiễm trong nƣớc, do các sản phẩm phân hủy
không hoàn toàn. Các xác chết cùng sản phẩm phân hủy tạo nên lớp bùn dày ở đáy
hồ. Cứ nhƣ vậy, sau một thời gian, quá trình phân hủy hiếu khí chuyển thành phân hủy
yếm khí tạo ra nhiều sản phẩm có tính khử, càng làm ô nhiễm môi trƣờng nƣớc, tạo ra
các khí độc, các khí có mùi khó chịu. Hậu quả làm sinh vật sống trong nƣớc bị chết, ở
mức độ nhẹ hơn, đối với các lƣu vực có dòng chảy, hiện tƣợng phú dƣỡng có thể làm
nghẽn dòng chảy do sự phát triển của bèo, làm nông các lƣu vực do bùn tạo thành quá
dày, là môi trƣờng sống của các vi sinh vật có hại…

Nguyễn Quang Tuấn – Cao học K25

Footer Page 17 of 126.

Trang 7


Header Page 18 of 126.

1.2.2. Xử lý ô nhiễm photphat
Biện pháp hiệu quả nhất hiện nay để loại bỏ photphat là tạo ra muối photphat ít
tan với sắt, nhôm, canxi và phƣơng pháp sinh học. Trong một số trƣờng hợp có thể sử
dụng phƣơng pháp hấp phụ và trao đổi ion.
 Kết tủa photphat
Kết tủa photphat (đơn và một phần loại trùng ngƣng) với các ion nhôm, sắt,
canxi tạo ra các muối tƣơng ứng có độ tan thấp và tách chúng ra dƣới dạng chất rắn.

CaCO3
CaF2

↔

Ca2+ + Al3+ + H+ + 2 PO43-

Ca2+ + CO32Ca2+ + 2F-

↔

MgNH4PO4

Mg2+ + NH4+ + PO43- (struvit)

↔

10-46,9
10-114
10-118
10-39
10-8,3
10-10,4
10-12,6

Fe(OH)3 ↔

Fe3+ + 3OH-

10-36

kết tủa, keo tụ, hấp phụ có vai trò quan trọng hơn trong hệ sử dụng muối sắt, muối
nhôm khi kết tủa so với sử dụng vôi.
 Sử dụng phƣơng ph p sinh học
Phƣơng pháp sinh học dựa trên hiện tƣợng là một số loại vi sinh vật tích lũy
lƣợng photpho nhiều hơn mức cơ thể chúng cần trong điều kiện hiếu khí. Thông
thƣờng hàm lƣợng photpho trong tế bào chiếm 1,5-2,5% khối lƣợng tế bào thô, một số
loại có thể hấp thu cao hơn từ 6-8%. Trong điều kiện yếm khí chúng lại thải ra phần
photpho tích lũy dƣ thừa, dƣới dạng photphat đơn PO43-. Quá trình loại bỏ photpho
dựa trên hiện tƣợng trên gọi là loại bỏ photpho tăng cƣờng. Photpho đƣợc tách ra khỏi
nƣớc trực tiếp thông qua thải bùn dƣ (vi sinh chứa nhiều photpho) hoặc tách ra dƣới
dạng muối không tan sau khi xử lý yếm khí với một hệ kết tủa kèm theo (ghép hệ
thống phụ) [2,4].
Nhiều loại vi sinh vật tham gia vào quá trình hấp thu – tàng trữ – thải loại
photpho đƣợc quy chung về nhóm vi sinh bio-P mà vi sinh vật Acinetobacter là chủ
yếu. Dƣới điều kiện hiếu khí (O2) vi sinh vật bio-P tích lũy photphat trùng ngƣng
trong cơ thể chúng từ photphat đơn tồn tại trong nƣớc thải [4].
C2H4O2 + 0,16NH4++ 1,2O2 + 0,2PO43-  0,16C5H7NO2 + 1,2CO2 + 0,2(HCO3)
+ 0,44OH- + 1,44H2O
Trong điều kiện yếm khí, vi sinh vật trên hấp thu chất hữu cơ, phân hủy
photphat trùng ngƣng trong tế bào và thải ra môi trƣờng dƣới dạng photphat đơn.
2C2H4O2 + (HPO3) + H2O  (C2H4O2)2+ PO43-+ 3H+

Nguyễn Quang Tuấn – Cao học K25

Footer Page 19 of 126.

Trang 9


Header Page 20 of 126.

lƣợng cao. Trong thành phần của mực này có muội than đƣợc sản xuất bằng cách đốt

Nguyễn Quang Tuấn – Cao học K25

Footer Page 20 of 126.

Trang 10


Header Page 21 of 126.

cháy dầu mỡ dƣới bát sành úp ngƣợc. Trải qua nhiều thế kỷ với nhu cầu sử dụng cao.
Vào năm 1870 than hoạt tính đã có mặt trên thị trƣờng thƣơng mại, với nhu cầu về sử
dụng nó có tên gọi chung là “bồ hóng” nguyên liệu đầu để sản xuất là dầu mỡ nhựa
tinh chế. Năm 1872 với sự ngiên cứu của các tác giả Haworth và Lamb, hai ông đã đƣa
ra loại than hoạt tính sử dụng nguyên liệu đầu là khí tự nhiên đƣợc sản xuất nhiều ở
New Cumberlan, West Virginia (Mỹ). Năm 1892 ở Mỹ đã sản xuất ra loại than hoạt
tính gọi là than máng. Do sáng chế của tác giả John MacNatte. Năm 1916 Braun và
Ulinger đã đƣa ra phƣơng pháp nhiệt phân để sản xuất than hoạt tính. Năm 1943 ở
bang Texas than hoạt tính đƣợc sản xuất bằng phƣơng pháp lò (lò khí, lò lỏng) với tổ
chức quy mô công nghiệp lớn hơn hiện đại hơn. Cho đế nay các phƣơng pháp sản xuất
trên đƣợc áp dụng rộng rãi và sản xuất ra nhiều loại than khác nhau đáp ứng nhu cầu sử
dụng cho các nghành công nghiệp nói chung và ngành công nghiệp cao su nói riêng.
Than hoạt tính đƣợc sản xuất với tổng sản lƣợng lớn nhất và quy mô công nghiệp lớn
nhất ở nƣớc Mỹ, sau đó đến các nƣớc phƣơng tây.
Thành phần của than hoạt tính chủ yếu là cacbon với hàm lƣợng khoảng 85 –
95% tùy vào từng loại than. Ngoài ra than hoạt tính còn chứa một lƣợng nhỏ các
nguyên tố nhƣ lƣu huỳnh, hidro, oxi, nito. Thành phần các nguyên tố trong than hoạt
tính thƣờng là 88% C; 0,5% H, 0,5% N; 1% S; 6 - 7% O. Tuy nhiên hàm lƣợng oxy
trong than hoạt tính có thể thay đổi từ 1 - 20% phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu

hay ở các vị trí khuyết. Do đó, cacbon đƣợc graphit hóa cao với bề mặt đồng nhất chứa
chủ yếu mặt cơ sở ít hoạt động hơn cacbon vô định hình. Grisdale và Hennig thấy rằng
tốc độ oxy hóa của nguyên tử cacbon ở tâm nằm cạnh lớn hơn 17 – 20 lần ở bề mặt cơ
sở. Bên cạnh cấu trúc tinh thể và lỗ xốp thì than hoạt tính còn có cấu trúc hóa học. Khả
năng hấp phụ của than hoạt tính không chỉ đƣợc quyết định bởi cấu trúc vật lí và lỗ
xốp trên than mà còn chịu ảnh hƣởng bởi cấu trúc hóa học. Thành phần quyết định của
lực hấp phụ lên bề mặt than là thành phần không tập trung của lực Van der Walls.
Trong graphit, quá trình hấp phụ đƣợc quyết định chủ yếu bởi thành phần phân tán của
lực london. Trong trƣờng hợp than hoạt tính, sự phức tạp của các cấu trúc vi tinh thể,
do sự có mặt của các lớp graphit cháy không hoàn toàn trong cấu trúc, gây ra biến đổi
về sự sắp xếp các electron trong khung cacbon và kết quả tạo ra các electron độc thân
và giá trị không bão hòa điều này ảnh hƣởng đến đặc điểm hấp phụ của than hoạt tính
đặc biệt là đối với các hợp chất phân cực và có thể phân cực.
Than hoạt tính hầu hết đƣợc liên kết với một lƣợng có thể xác định oxy và
hydro. Các nguyên tử khác loại này đƣợc tạo ra từ nguyên liệu ban đầu và trở

Nguyễn Quang Tuấn – Cao học K25

Footer Page 22 of 126.

Trang 12


Header Page 23 of 126.

thành một phần cấu trúc hóa học là kết quả của quá trình than hóa không hoàn hảo
hoặc trở thành liên kết hóa học với bề mặt trong quá trình hoạt hóa hoặc trong các quá
trình xử lý sau đó. Cũng có trƣờng hợp than đã hấp phụ các loại phân tử xác định
nhƣ amin, nitrobenzen, phenol và các loại cation khác. Nghiên cứu nhiễu xạ tia X cho
thấy rằng các nguyên tử khác loại hoặc các loại phân tử đƣợc liên kết với cạnh hoặc

Header Page 24 of 126.

phối tử của nhóm OH- trên bề mặt than với F-. Sự có mặt của MnO2 trên bề mặt cacbon
do sự khử KMnO4 có thể đã góp phần vào việc xử lý. Những nghiên cứu này đã làm
tăng khả năng hấp phụ florua của than hoạt tính lên đáng kể.
1.4. Giới thiệu về hidroxit cấu trúc lớp kép (hydrotalcite)
Các hydroxit cấu trúc lớp kép (layered double hydroxide) kí hiệu là HT đã đƣợc
con ngƣời biết đến và sử dụng từ rất lâu trên thế giới, công thức chung là:
[M2+1-xM3+x(OH)2]x+[(An-)x/n.mH2O]xTrong đó M2+ và M3+ là các ion kim loại có hóa trị II và III và An- là anion
tƣơng ứng. Các hydroxit cấu trúc lớp kép còn đƣợc gọi là hydrotalcite theo tên gọi của
một loại khoáng trong tự nhiên có công thức là Mg6Al2(OH)16CO3.4H2O. Tên gọi khác
của hợp chất này là khoáng sét anion để nhấn mạnh đến sự so sánh với các khoáng sét
cation rất phổ biến trong tự nhiên. Vì vậy trong luận văn này chúng tôi gọi hydroxit
cấu trúc lớp kép là hydrotalcite cho đơn giản. Hình 1.1 là hình ảnh về khoáng sét
hidrotalcite trong tự nhiên.

Hình 1.1 Kho ng sét h drotalcite trong tự nhiên[18]
1.4.1. Đặc điểm cấu trúc của hydrotalcite
1.4.1.1. Công thức HT
Các HT có công thức tổng quát là: [M2+1-xM3+x(OH)2]x+[(An-)x/n.mH2O]x-

Nguyễn Quang Tuấn – Cao học K25

Footer Page 24 of 126.

Trang 14


Header Page 25 of 126.