LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành chương trình đại học và thực hiện tốt khóa luận tốt nghiệp,
em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô khoa Hóa
cùng các thầy cô Phòng thí nghiệm Môi trường - Trường Đại học Quy Nhơn.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Thị Diệu Cẩm đã
giao đề tài và tận tình giúp đỡ, động viên, chia sẻ, hướng dẫn em trong suốt quá trình
thực hiện đề tài khóa luận này.
Em cũng gửi lời cảm ơn tất cả các thầy cô trong khoa Hóa và toàn thể các
thầy cô đã dạy em trong suốt khóa học tại trường Đại Học Quy Nhơn.
Do hạn chế về thời gian cũng như trình độ hiểu biết nên đề tài nghiên cứu
này không tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp của các
thầy, các cô để bản báo cáo được hoàn thiện hơn.
Quy Nhơn, tháng
Sinh viên

năm


MỤC LỤC

MỤC LỤC..........................................................................................................2
4.1.2. Đường chuẩn xác định nồng độ xanh methylen.......................................3
Than hoạt tính được sản xuất và bán trên thị trường quốc tế rất đa dạng. Mỗi loại
than đều có công dụng riêng biệt đáp ứng các nhu cầu công nghiệp cụ thể. Tuy
nhiên, xét về mặt vật lý và đặc trưng kỹ thuật thì chúng có những đặc điểm
chung quyết định đến khả năng hấp phụ là:Kích thước hạt, diện tích bề mặt
riêng, cấu trúc vật lý và khối lượng riêng............................................................11
1.2.1. Kích thước hạt [167-1]..............................................................................11
Theo phương pháp thứ hai, diện tích bề mặt riêng được xác định theo lượng chất
lỏng phân tử thấp hoàn toàn trơ hóa học với than hoạt tính nhưng hấp phụ lên bề
mặt than hoạt tính. Trong số chất lỏng phân tử thấp, thường dùng là nitơ ở nhiệt


Phương pháp quang phổ hồng ngại (Infrared Spectroscopy IR)
Phương pháp phổ quang điện tử tia X (X – ray photoelectron
spectroscopy)
Diện tích bề mặt riêng tính theo phương trình BET

SBET
SI

Diện tích bề mặt tính theo hấp phụ iot

SEM

Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron
Mcroscopy)

UIPAC

Danh pháp Hóa học theo Liên minh Quốc tế về Hóa học thuần
túy và Hóa học ứng dụng (International Union of Pure and
Applied Chemistry Nomenclature)


DANH MỤC BẢNG

MỤC LỤC..........................................................................................................2
4.1.2. Đường chuẩn xác định nồng độ xanh methylen.......................................3
Than hoạt tính được sản xuất và bán trên thị trường quốc tế rất đa dạng. Mỗi loại
than đều có công dụng riêng biệt đáp ứng các nhu cầu công nghiệp cụ thể. Tuy
nhiên, xét về mặt vật lý và đặc trưng kỹ thuật thì chúng có những đặc điểm

Reference source not found
Hình 3.3. Ảnh hưởng thời gian ngâm hoạt hóa đến khả năng hấp phụ than hoạt tính
................................................................................Error: Reference source not found
Hình 3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng chất hoạt hóa khả năng hấp phụ của than hoạt
tính..........................................................................Error: Reference source not found
Hình 3.5. Ảnh hưởng của thời gian nhiệt phân đến khả năng hấp phụ của than hoạt
tính..........................................................................Error: Reference source not found
3.1.6. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt phân. Error: Reference source not found
Hình 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt phân đến khả năng hấp phụ của than hoạt tính
................................................................................Error: Reference source not found
3.2. Đặc trưng vật liệu than hoạt tính điều chế........Error: Reference source not found
Hình 3.7. Ảnh SEM của vật liệu (a) AC6, (b) AC-Na-6 và (c) AC-Na-8............Error:
Reference source not found
Hình 3.8. Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 đối với vật liệu AC và AC821128..........................................................................Error: Reference source not found
Hình 3.9. Phổ IR của vật liệu AC và AC821-128....Error: Reference source not found


Hình 3.10. Phổ XPS của vật liệu (a, b) AC và (c, d) AC821-128......Error: Reference
source not found
Hình 3.11. Giản đồ DTG-TGA của mẫu trấu không hoạt hóa.Error: Reference source
not found
Hình 3.12. Giản đồ DTG-TGA của mẫu trấu hoạt hóa.....Error: Reference source not
found
Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc ΔpHi và pHi của AC821-128Error: Reference
source not found
Hình 3.15. Ảnh hưởng pH hấp phụ xanh methylen của AC821-128..Error: Reference
source not found
Hình 3.16. Ảnh hưởng thời gian đến khả năng hấp phụ xanh methylen của AC821-128
................................................................................Error: Reference source not found
Hình 3.17. Đường đẳng nhiệt hấp Langmuir của AC821-128 Error: Reference source

Than hoạt tính từ lâu đã được chế tạo và sử dụng cho nhiều mục đích khác
nhau, từ ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày đến các ứng dụng trong công nghiệp.
Than hoạt tính với những đặc tính tuyệt vời có thể làm sạch nước, không khí thậm chí
là tham gia vào các quá trình tinh chế các chất hóa học hữu ích khác. Hiện nay trên thị
trường có rất nhiều loại than hoạt tính khác nhau, sản xuất theo nhiều phương pháp và
đi từ các nguồn nguyên liệu rất khác nhau như khí thiên nhiên, bã thải nông nghiệp
hay than bùn, … Tuy đa dạng về mặt mẫu mã, chủng loại nhưng những tính chất cơ
bản của chúng không khác xa nhau.
Việt Nam là một nước có truyền thống Nông nghiệp lâu đời, hiện nay
tuy xã hội phát triển một số ngành nghề đa dạng như: Công nghiệp, Thương nghiệp,
Dịch vụ… nhưng không vì thế mà Nông nghiệp mất đi vị thế của mình. Tiêu biểu như:
Việt Nam vẫn là nước đứng thứ hai trên thế giới trong lĩnh vực xuất khẩu gạo chỉ sau
Thái Lan. Mỗi năm Việt Nam sản xuất 40 triệu tấn lúa và thải ra hơn 8 triệu tấn trấu
khi xay sát. Đây là nguồn năng lượng lớn và ổn định có khuynh hướng tăng đều mỗi
năm. Trước đây, những phế phụ phẩm nông nghiệp này thường được dùng để làm chất
đốt để nấu ăn, dùng trong các lò sấy, nung gạch, một phần được đốt thành tro ủ để bón
cho tơi xốp đất. Những năm gần đây do sản lượng nông nghiệp tăng nhanh nên lượng
phế phụ phẩm nông nghiệp thải ra hàng năm rất lớn. Nhiều nơi trở thành vấn nạn. Ví
dụ như việc xả trấu bừa bãi xuống kênh rạch và đốt vỏ trấu ở một số thời điểm trong
năm đã làm ô nhiễm trầm trọng.
Theo một số nghiên cứu thì trấu có khả năng cháy và sinh nhiệt tốt do thành
phần có 75% là chất xơ: 1kg trấu khi đốt sinh ra 3400 kcal bằng 1/3 năng lượng được
tạo ra từ dầu hỏa nhưng giá lại thấp hơn đến 25 lần (năm 2006). Hiện nay đã có một
vài cơ sở chế biến trực tiếp vỏ trấu thành củi trấu và trấu viên làm chất đốt cho sinh
hoạt nhưng chủ yếu là ở các vùng nông thôn vì củi trấu và than trấu vẫn gây ra nhiều
khói và khí độc có trong trấu nên các sản phẩm này vẫn chưa được cung cấp cho các
khu vực có nhu cầu chất đốt cao như đô thị, khu vực đông dân, các nhà máy, khu
công nghiệp và nhiệt điện.

1

2


4.1.2. Đường chuẩn xác định nồng độ xanh methylen
Phương pháp lập đường chuẩn xanh methylen được tiến hành như sau: Pha các
dung dịch chuẩn xanh methylen có nồng độ lần lượt là 0,2 mg/L, 0,4 mg/L, 0,8 mg/L,
1,0 mg/L và 2,0 mg/L, 4 mg/L, 6 mg/L, 8 mg/L, 9 mg/L, 10mg/L. Sau đó tiến hành đo
mật độ quang của các dung dịch chuẩn trên tại bước sóng 662,5 nm, ghi lại các các giá
trị mật độ quang (A) và nồng độ tương ứng (C) của xanh methylen.
Vẽ đồ thị biễu diễn mốiquan hệ giữa (C) và (A) bằng phần mềm Excel 2007.
Phương trình đường chuẩn có dạng: A = a.C + b
Trong đó: C là nồng độ của xanh methylen; A là mật độ quang và a, b là các
hằng số.
Phương pháp lập đường chuẩn xác định nồng độ xanh methylen được tiến hành
như trên, kết quả được trình bày ở Bảng 1.1.
Bảng 1.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn xanh methylen
Nồng
độxanh metylen
(mg/L)
0,2

Nồng

Mật độ

độxanhmetylen

quang
(Abs)



2,256

2,0

0,619

10

2,527

1,119

Từ kết quả đã xác định Bảng 1.1, xây dựng đồ thị và phương trình biểu diễn sự
phụ thuộc giữa mật độ quang A và nồng độ xanh methylen Hình 1.1. Giới hạn đường
chuẩn của xanh methylen có nồng độ nhỏ hơn 10 mg/L

3


Hình 1.1. Đường chuẩn xanh methylen
4.2 Nghiên cứu thực nghiệm
- Điều chế than hoạt tính từ vỏ trấu gồm một giai đoạn: hoạt hóa hóa học và
than hóa đồng thời bằng cách nung yếm khí một giai đoạn.
- Đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu theo phương pháp chuẩn. Nồng độ
hợp chất hữu cơ được xác định theo phương pháp trắc quang.
- Xác định các đặc trưng vật liệu: phương pháp quang phổ hồng ngoại (IR),
phương pháp hấp phụ - khử hấp phụ nitơ (BET), phương pháp hiển vi điện tử quét
(SEM), phổ quang điên tử tia X (XPS), phương pháp phân tích nhiệt (TG-DTA).
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THAN HOẠT TÍNH

- Dạng than hoạt tính cải tiến (dưới áp suất cao), thường là viên.
1.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển
Than hoạt tính ở dạng than gỗ đã được hoạt hóa đã được sử dụng từ nhiều thế kỉ
trước:
- Người Ai Cập sử dụng than gỗ từ khoảng năm 1500 TCN để làm chất hấp phụ
chữa bệnh.
- Người Hin du cổ ở Ấn Độ đã biết làm sạch nước uống bằng cách lọc qua than
gỗ.
Sản xuất than hoạt tính trong công nghiệp bắt đầu từ khoảng những năm 1900,
được sử dụng để làm vật liệu tinh chế đường bằng cách than hóa hỗn hợp các nguyên
liệu có nguồn gốc từ thực vật bằng hơi nước hoặc CO 2. Than hoạt tính còn được sử
dụng trong các mặt nạ phòng độc trong thế chiến thứ nhất.

5


- Năm 1793 Ken-xơ đã dùng than gỗ để hút mùi hôi ở những vết thương có tính
hoại tử.
- Năm 1773 Silo đã quan sát và mô tả hiện tượng hấp phụ trên than gỗ.
- Năm 1777 Phôn-tan-na đã đưa than nóng đỏ vào ống chứa khí úp ngược trên
thủy ngân và nhận thấy phần lớn khí trong ống bị than hút mất.
- Trong lĩnh vực dung dịch, năm 1785 Tô-vơlo-vit đã thấy than gỗ có thể tẩy
màu nhiều dung dịch.
- Năm 1794 Lip-man cũng thấy than gỗ tẩy màu tốt các dung dịch đường mía
và năm 1805 Gu-li-on đã dung than gỗ để tẩy màu trong công nghiệp đường.
- Sang đầu thể kỷ 20, vào năm 1922 Bi-si mới thành công trong việc chế tạo
than tẩy màu.
-Than được chế tạo bằng cách trộn than máu với potdineeg rửa và sấy.
- Năm 1872 Han-xơ nghiên cứu khả năng than sọ dừa hấp thụ N 2, H2 ,NH3 và
HCN ở khoảng nhiệt độ từ 0-70°C thấy HCN được hấp thụ tốt hơn NH3, N2, H2.

nước.
Than hạt có thể là dạng mảnh hoặc dạng trụ. Nguyên liệu được xay đến kích
thước nhất định và được hoạt hóa. Than hạt dạng trụ hoàn chỉnh được chế tạo theo quy
trình phức tạp hơn. Nguyên liệu được chuẩn bị ở dạng vữa, ép vữa thành sợi và cắt
thành hạt rồi tiếp tục các bước sản xuất khác.
1.1.3.2. Phân loại Meclenbua
Meclenbua phân loại than hoạt tính theo mục đích sử dụng và vì vậy than gồm
nhiều loại:
a. Than tẩy màu
Đây là nhóm cơ bản, có ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp để
tẩy màu dung dịch. Ở đây, than hấp phụ chất bẩn có màu. Kích thước phân tử chất màu
thay đổi trong phạm vi rộng từ dạng phân tử thông thường tới dạng lớn và tới các tiểu
phân có độ phân tán keo. Than tẩy màu dùng ở dạng bột mịn có kích thước hạt khoảng
80 – 100 µm. Than tẩy màu còn gồm than kiềm, than axit và than trung tính.
b. Than y tế
Than có khả năng hấp phụ các chất tan phân tán dạng keo trong dịch dạ dày và
ruột. Đây cũng là than tẩy màu, chỉ khác là có độ sạch cao. Trong quá trình sản xuất
không nên dùng những chất tẩm chứa nhiều cation độc như thiếc, đồng, thủy ngân,…
c. Than hấp phụ
Tùy vào chất lượng và đích sử dụng, than hấp phụ còn được chia thành ba loại:

7


- Than ngưng tụ: Than được dùng để gom hơi các chất hữu cơ trong không khí,
chẳng hạn dùng để tách benzen khỏi các khí thiên nhiên nhằm quay vòng dung môi dễ
bay hơi trở lại quy trình sản xuất. Than có hoạt tính cao, độ bền cơ học cao, trở lực lớp
than đối với dòng khí nhỏ, khả năng lưu trữ chất bị hấp phụ thấp. Thường than được
sản xuất dưới dạng viên định hình hay dạng mảnh đường kính từ 2 – 8 mm, chiều dài
khoảng 1,5 lần đường kính.

trong việc tìm loại than thích hợp cho mục đích sử dụng của mình. Than hoạt tính
được sản xuất từ các cơ sở khác nhau, tuy có nhãn hiệu và tên thành phẩm khác nhau,
nhưng có thể có tính chất hấp phụ giống nhau.
1.1.4. Cấu trúc mao quản của than hoạt tính
Các mao quản trong than hoạt tính được chia thành ba loại theo kích thước của
chúng:
- Mao quản micro (mao quản nhỏ): những mao quản có bán kính nhỏ hơn 1 nm.
- Mao quản meso (mao quản trung): những mao quản có bán kính từ 1-25 nm.
- Mao quản macro (mao lớn): những mao quản có bán kính trên 25 nm.

Hình 1.2. Cấu trúc mao quản của than hoạt tính
Than hoạt tính có mao quản lớn thường được sử dụng để vận chuyển chất lỏng,
còn việc hấp phụ thường sử dụng than hoạt tính có các mao quản vừa và nhỏ. Các mao
quản được hình thành trong quá trình sản xuất, khi mà nguyên liệu được hoạt hóa. Các
mao quản này không được tạo ra bằng phản ứng hóa học.
Than hoạt tính chế tạo từ than bùn có cả mao quản meso và micro. Trong quá
trình sản xuất có thể điều khiển được quá trình hình thành mao quản meso – micro và
tạo ra nhiều mao quản meso cho than hoạt tính có nhiều ứng dụng. Than hoạt tính
dạng bột có chứa nhiều mao quản meso. Than hoạt tính loại này có các mao quản

9


meso kích thước 1 - 4 nm, cùng với các mao quản meso lớn hơn, gần như là dạng bột.
Than hoạt tính chế tạo từ than đá cũng có cả mao quản micro và meso và cũng
đa chức năng. Một trong những loại than phổ biến nhất trên thị trường có cỡ hạt
khoảng 0,4 – 1,4 mm. Một loại than mới được sử dụng và ngày càng được dùng nhiều
có cỡ hạt nhỏ hơn, khoảng 0,4 – 0,85 mm.
Than hoạt tính sản xuất từ vỏ dừa chỉ có cấu trúc mao quản micro, kích thước
dưới 1 nm.

thiết.Than hoạt tính sau đó được sấy khô. Sau khi than đã khô, nó được đặt vào một lò
sấy điện. Bật lò ở 140 °C hoặc 150 °C và nung than hoạt tính trong khoảng 2 – 3 giờ,
tắt lò và đợi cho than hoạt tính nguội. Bây giờ nó đã sẵn sàng để tái sử dụng lại. Các
tạp chất khi bay hơi khỏi than hoạt tính trong quá trình đun nóng có mùi rất tệ. Đồng
thời, việc tái sinh than hoạt tính trong lò điện rất nguy hiểm vì nó có thể cháy. Than
hoạt tính làm từ gỗ và than bùn cháy ở khoảng 200°C còn than đá ở khoảng 400 °C.
Than đá vẫn có thể tái sinh trong lò điện ở khoảng 300 – 350 °C nếu muốn.
1.1.5.2. Tái sinh bằng hơi nước
Tái sinh bằng hơi nước được thực hiện theo các bước sau: Lọc ngược dòng với
nước nóng. Được thực hiện từ trên xuống. Trong các bộ lọc than hoạt tính luôn luôn
thực hiện từ dưới lên. Sau đó, hơi nước được cho đi qua than hoạt tính. Nó cũng được
thực hiện từ trên xuống. Hơi nước ở 120 – 130 °C và than hoạt tính cũng được làm
nóng đến nhiệt độ tương tự. Tất cả các tạp chất sẽ bay hơi khỏi các mao quản. Cuối
cùng than hoạt tính được rửa ngược và sẵn sàng sử dụng lại.
1.1.6. Ứng dụng
Than hoạt tính là một chấp hấp phụ quý và linh hoạt, được sử dụng cho nhiều
mục đích:Loại bỏ màu, mùi, vị không mong muốn hoặc các tạp chất hữu cơ, vô cơ
trong nước thải (công nghiệp và sinh hoạt).Làm sạch không khí, kiểm soát ô nhiễm
không khí từ khí thải công nghiệp, làm sạch hóa chất, dược phẩm, làm chất thu hồi
vàng, bạc và các kim loại quý khác trong lĩnh vực luyện kim. Đồng thời than hoạt tình
còn làm chất mang xúc tácvà loại bỏ các độc tố và vi khuẩn của một số bệnh.
1.2. Tính chất vật lý
Than hoạt tính được sản xuất và bán trên thị trường quốc tế rất đa dạng. Mỗi
loại than đều có công dụng riêng biệt đáp ứng các nhu cầu công nghiệp cụ thể. Tuy
nhiên, xét về mặt vật lý và đặc trưng kỹ thuật thì chúng có những đặc điểm chung
quyết định đến khả năng hấp phụ là:Kích thước hạt, diện tích bề mặt riêng, cấu trúc vật
lý và khối lượng riêng.
1.2.1. Kích thước hạt [167-1]

11

Trong đó:

– khối lượng riêng của than hoạt tính;

12


DA – đường kính bề mặt trung bình hạt than;

Trong đó: n – số hạt; d – đường kính hạt;
Diện tích bề mặt riêng xác định theo phương pháp này gọi là diện tích bề mặt
hình học riêng (Sh).
Theo phương pháp thứ hai, diện tích bề mặt riêng được xác định theo lượng
chất lỏng phân tử thấp hoàn toàn trơ hóa học với than hoạt tính nhưng hấp phụ lên bề
mặt than hoạt tính. Trong số chất lỏng phân tử thấp, thường dùng là nitơ ở nhiệt độ sôi
của nó hay các dung dịch iot, phenol,… Diện tích riêng bề mặt được tính toán bằng
phương pháp này gọi là diện tích hấp phụ riêng Sp. Giá trị Sp cho mỗi chất lỏng hấp
phụ khác nhau thì khác nhau vì chất lỏng phân tử lượng lớn hơn thì khả năng hấp phụ
kém hơn. Để đánh giá mức độ phẳng nhẵn bề mặt các cấu trúc than có thể sử dụng tỷ
số giữa diện tích hấp phụ riêng và diện tích bề mặt hình học riêng. Tỷ số này càng lớn
bề mặt tiếp xúc giữa hai pha càng cao.
1.2.3. Cấu trúc vật lý [169-1]
Cấu trúc của than hoạt tính được đánh giá bằng mức độ phát triển cấu trúc bậc
nhất của nó. Mức độ phát triển cấu trúc này phụ thuộc vào phương pháp sản xuất và
nguyên liệu đầu đưa vào để sản xuất than. Cấu trúc bậc nhất phát triển mạnh nhất
trong than sản xuất bằng phương pháp lò. Liên kết hóa học C – C đảm bảo cho cấu
trúc có độ bền cao. Số lượng các hạt than sơ khai có cấu trúc dao động từ vài hạt đối
với than có cấu trúc thấp đến 600 hạt đối với than có cấu trúc cao.
Trong thời gian bảo quản, các cấu trúc bậc nhất của than hoạt tính tiếp xúc với
nhau, liên kết lại với nhau tạo thành liên kết bậc hai của than hoạt tính. Mức độ bền

300 kg/m3, phụ thuộc vào mức độ phát triển cấu trúc của than. Than có cấu trúc càng
lớn, khoảng trống giữa các cấu trúc càng nhiều và giá trị khối lượng riêng càng nhỏ.
Qua ứng dụng của than hoạt tính, người ta thấy rằng giá trị khối lượng riêng
1860 kg/m3 thường được sử dụng khá phổ biến.
1.3. Tính chất hóa học [161-1]
Phân tích cấu tạo và cấu trúc của than hoạt tính bằng tia Rơnghen cho thấy các
hạt than hoạt tính có cấu trúc mạng phẳng, cấu tạo từ các vòng cacbon, vị trí sắp xếp
các nguyên tử cacbon trong vòng giống vị trí sắp xếp các nguyên tử cacbon trong
benzen. Các nguyên tử cacbon liên kết với nhau bằng liên kết hóa học như sau:
Khoảng 3 ÷ 7 mạng cacbon phẳng sắp xếp thành từng lớp, mạng này lên mạng khác,
nhưng không trồng khít và chính xác như nhau mà các nguyên tử cacbon ở các mạng
khác nhau nằm lệch nhau tạo thành các tinh thể sơ khai của than hoạt tính. Khoảng

14


cách giữa các nguyên tử cacbon trong cùng một mạng là 1,42 Å, khoảng cách giữa các
nguyên tử cacbon tương ứng ở hai mạng kề nhau là 3,6 ÷ 3,7 Å.
Trong mỗi tinh thể sơ khai của than hoạt tính chứa khoảng 100 ÷ 200 nguyên tử
cacbon. Các tinh thể sơ khai sắp xếp tự do và liên kết với nhau để tạo thành các hạt
than đầu tiên. Số lượng các tinh thể sơ khai trong hạt than quyết định kích thước của
hạt than, chẳng hạn than hoạt tính được sản xuất bằng phương pháp khuếch tán
MacDG – 100 chứa khoảng 5000 ÷ 10000 tinh thể.
Trong quá trình sản xuất, do có sự va chạm, khuấy trộn, các hạt than sơ khai
thường có dạng khối cầu hoặc gần cầu. Các khối cầu nằm bên trong hỗn hợp phản ứng
lại liên kết với nhau nhằm tăng kích thước của hạt để giảm năng lượng tự do bề mặt và
tạo thành các chuỗi. Hình dạng và kích thước của chuỗi phụ thuộc vào tính chất của
từng loại than. Các chuỗi hạt như vậy được gọi là cấu trúc hạt bậc nhất của than hoạt
tính. Trong tinh thể khối của hạt than hoạt tính, các nguyên tử cacbon nằm ở mặt ngoài
(cạnh hoặc mép) có mức độ hoạt động hóa học lớn, và vì vậy, nó là trung tâm của các

5
1,2

98,2
0,8
0,3
1,4
lỏng
Nhìn chung, tùy vào từng loại than với các phương pháp sản xuất khác nhau,

thành phần của chúng cũng khác nhau, nhưng nằm trong giới hạn cho phép:Cacbon:
80 ÷ 99,5%, Hydro: 0,3 ÷ 1,3%, Oxy: 0,5 ÷ 1,5%, Nitơ: 0,1 ÷ 0,7% và Lưu huỳnh: 0,1
÷ 0,7% [142-4].
1.4. Tính chất hấp phụ của than hoạt tính

15


Than hoạt tính là vật liệu rắn, đa mao quản (mao quản nhỏ, mao quản trung
bình và mao quản lớn), trên bề mặt than hoạt tính có chứa các tâm hoạt tính của các vi
tinh thể graphit biến dạng, các nhóm chức oxy - carbon (axit, bazơ, trung hòa, ưa nước
hoặc kỵ nước,...). Do đó, than hoạt tính là vật liệu hấp phụ đa năng.
Về cơ bản, than hoạt tính là vật liệu hấp phụ kỵ nước (hydrophobic), nhưng khi
biến tính bề mặt than hoạt tính bằng các nhóm C-OH, COOH,... thì tính kỵ nước của
than hoạt tính giảm và tính ưa nước tăng lên. Do đó than hoạt tính là chất hấp phụ tốt
cho các chất hữu cơ không phân cực hoặc phân cực yếu.
Mao quản nhỏ của than hoạt tính là “miền hấp phụ” tốt cho các phân tử nhỏ
(các hơi, khí của VOC, benzen, toluen, xylen,...). Các mao quản trung bình là “không
gian” thu hút các phân tử lớn (các hợp chất màu, thuốc nhuộm, các chất hữu cơ tự
nhiên NOC - Natural Organic Compounds,...).

m
(1.3)

Trong đó, qe: dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
Co: nồng độ chất bị hấp phụ (mg/L)
Ce: nồng độ chất bị hấp phụ khi đạt trạng thái cân bằng (mg/L)
V: thể tích của pha khí (hoặc lỏng) chứa chất bị hấp phụ (mL)
m: khối lượng chất hấp phụ
Mối quan hệ giữa dung lượng hấp phụ (q e) với áp suất (pha khí) hay nồng độ
(pha lỏng) của chất bị hấp phụ (ở trạng thái cân bằng hấp phụ), tại một nhiệt độ không
đổi (T = const), được gọi là phương trình đẳng nhiệt hấp phụ, hoặc thường được gọi tắt
là đẳng nhiệt hấp phụ.

e = f(Pe)T

T= const

(1.4)

qe = f(Ce)T T= const
(1.5)
Mối quan hệ giữa qe và f(Pe)T, f(Ce)T trong phương trình 1.4; 1.5 được gọi là
đẳng nhiệt hấp phụ. Nó được xây dựng trên cơ sở lý thuyết, kinh nghiệm hay bán kinh
nghiệm tùy thuộc vào tiền đề, giả thiết, bản chất của hệ và kinh nghiệm xử lý số liệu
thực nghiệm.
Sau đây là các đẳng nhiệt hấp phụ thường được sử dụng trong nghiên cứu hấp
phụ trên than hoạt tính.
1.4.1.2. Đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
Phương trình đẳng nhiệt Langmuir được thiết lập vào năm 1918 bởi nhà khoa
học Mỹ Langmuir, dựa vào các giả thiết sau:

Tốc độ khử hấp
phụ:
Khi cân bằng:
hay

v1 =

k1 PA (1- θ)

v2 =

k2 θ

v1 =
k1 PA (1- θ)
θ=

v2
= k2 θ

KPA
1 + KPA (1.8)

Với
Biến đổi phương trình 1.7 và 1.8, ta có phương trình đẳng nhiệt
Langmuir dạng:
qe = q0

KPA
1 + KPA