Xác định các điều kiện và phương pháp biến tính thích hợp và đánh giá hiệuquả của chúng đối với một số tác nhân gây ô nhiễm cụ thể như nước thải dệtnhuộm, Ni”” và Cd””.Xác định một số đi
TONG QUAN
2.1 Tổng quan về AC AC với kha năng hấp phụ lớn là vật liệu rất cần thiết cho ứng dụng dé thanh lọc trong các ngành công nghiệp khác nhau và trong xử ly nước thai [3] Nó đã được chứng minh là có hiệu quả cho việc xử lý các ion và các chất ô nhiễm hữ cơ [4] [5] [6] Nhu cầu về AC đang gia tăng nhanh chóng với nhận thức nâng cao về bảo vệ môi trường Tuy nhiên, giá của các loại AC là rất dat tiền do thực tế rang hầu hết các sản phẩm AC thương mại có nguồn gốc chung từ các nguyên liệu tự nhiên tốn kém như g6 hoặc than Do đó việc thăm dò cho một tiền giá rẻ dễ dàng thu nhận với số lượng lớn để sản xuất AC có tầm quan trọng rất lớn.
Có một sự quan tâm ngảy càng tăng trong sản xuất các loại AC sử dụng chất thải nông nghiệp va công nghiệp giá rẻ [7] bao gồm vỏ cà phê, RH, vỏ quả óc chó, cuống bông, vỏ dừa, và bắp ngô đã được điều tra là các tiền chất để sản xuất AC và van đang nhận được sự chú ý mới vi giá rẻ và nguồn tài nguyên phong phú.
Nhiều loại AC từ các rác thải nông nghiệp cũng có hiệu năng tương đương hoặc thậm chí tốt hơn so với các loại AC thương mại trong nhiều ứng dụng.
RH lại có nhiều ứng dụng trong đời sống hằng ngày như làm chất đốt, làm phân bón, chất độn, sản xuất điện năng, làm vật liệu xây dựng, sản xuất SiO — chất được sử dùng nhiều trong lĩnh vực xây dựng, luyện thủy tinh, lọc nước.
Trong những năm gần đây, không chỉ RH mà than của nó cũng được dùng làm vật liệu hap phụ dé tách các chất hữu cơ và vô cơ như tách các chất mau hay kim loại nặng gây ô nhiễm trong nước mang lại hiệu quả rất khả quan.
Khi đốt RH tạo ra khoảng 14-20% tro, trong đó có 80-95 % silica và lượng nhỏ các nguyên tố kim loại [8] RH ít cógiá trị thương mai và không hữu ích dé làm thức ăn cho động vật vì nó có chứa hàm lượng silic dioxit [9], hop chất này hòa tan được trong nước nóng với độ kiềm cao [10].
Sự hoạt hóa của AC bao gồm các phương pháp vật lý và hóa học AC được sản xuất bang phương pháp vật lý bao gồm hai bước: dau tiên là quá trình than hóa: là nhiệt phân của vật liệu carbon ở nhiệt độ cao (500-1000 °C) trong điều kiện không khí tro dé loại bỏ tối đa các yếu tố oxy và hydro.
Thứ hai là kích hoạt nhiệt độ thích hợp cho tác nhân hoạt hóa (như hơi nước)
[11] Phương pháp hoạt hóa hóa học liên quan đến việc ngâm tâm nguyên liệu với hóa chất như H3PO,4, KOH, NaOH, hoặc ZnCh Những hóa chất này là tác nhân khử nước, yếu tô có thé ảnh hưởng đến sự phân hủy nhiệt phân va làm chậm sự hình thành của hắc ín trong quá trình than hóa, do đó làm tăng năng suất của AC
Nhìn chung, AC được thường được sản xuất bởi sự than hóa các nguyên liệu trước khi hoạt hóa hơi nước Quá trình than hóa tác động hiệu quả đến chất lượng sản phẩm AC nhờ xúc tiễn gia tăng độ xốp từ đó tạo cau trúc độ xốp cao như sản phẩm cuối cùng [12].
Việc xử lý kiềm đối với nguyên liệu ban đầu có thé làm tăng đáng kế diện tích bề mặt BET và tổng số lỗ xốp trong sản phẩm AC Nó rat cần thiết dé thúc day các công nghệ xử lý kiềm cho AC hoặc dé phát triển một công nghệ cho việc sử dụng chat thải phát sinh [13] [14].
Sự hiện diện của kim loại nặng trong môi trường là một van đề lớn do độc tính của chúng Việc xử lý các kim loại sử dụng kết tủa không phải luôn luôn có thé đáp ứng các tiêu chuân Các công nghệ như thâm thấu ngược, có thé đáp ứng các tiêu chuẩn, nhưng rất tốn kém Những công nghệ tiễn tiến mà có hiệu quả về chi phí và có thé làm giảm nồng độ kim loại nặng đến mức thấp là van dé quan trọng trong xu thé ngày nay [15].
Quá trình biến tinh bề mặt của AC dé thay đổi tính chat vật ly và hóa học cu thé của chúng Quá trình này tạo điều kiện cho việc tăng cường loại bỏ các kim loại khỏi nước thải và có thể được thực hiện thông qua các phương pháp khác nhau Dựa vào loại và tính chất của các chất gây ô nhiễm phải được loại bỏ, biến tính bề mặt trong AC đã được thực hiện nhằm tăng cường sự hấp phụ của nó đối với các chất gây 6 nhiễm như mong muốn Phương pháp biến tính bé mặt đã được chứng minh có hiệu quả cho khả năng hấp phụ các ion kim loại và loại bỏ chúng khỏi nước Phương pháp xử lý acid đã được nghiên cứu để biến tính bề mặt của AC được coi như một cách đầy hứa hẹn đối với các ứng dụng của AC trong nhiều lĩnh vực [16] [17] [18].
2.2Tinh hình nghiên cứu trong nước
Gan đây việc nghiên cứu về những nguyên liệulà phế phẩm, đem lại lợi ích kinh tếcũng được quan tâm rất nhiều.
Bài báo đăng trên tạp chí Khoa học và Công nghệ lần thứ 9 của tác giả Trịnh Văn Dũng và cộng sự trường Đại học Bách Khoa, Tp.HCM về Công nghệ sản xuất AC từ trâu hoạt hóa băng hơi nước Kết quả thu được diện tích bề mặt riêng của than là 276.68 m’/g [19] thấp hơn rất nhiều so với nguồn nguyên liệu và phương pháp hoạt hóa khác [20] [21].
Bai báo nghiên cứu kha năng hấp phụ va trao đối ion của xơ dừa va RH biến tính của tác giả Lê Thanh Hưng và cộng su, 2008 [22] kết quả cho hiệu suất khá cao khi hoạt hóa bằng acid citric, hấp phụ/trao đổi ion Ni”? và Cd** với (50 — 60% đối với xơ dừa và 40 — 45% đối với trâu).
Nghiên cứu chế tạo AC từ lõi ngô bằng phương pháp oxy hóa và biến tính để ứng dụng làm chất hấp phụ [23] và Nghiên cứu chế tạo AC từ RH băng phương pháp oxy hóa và ứng dụng làm chất hấp phụ trong xử lý nước thải
2.3 Tình hình nghiên cứu ngoài nước
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
RH được mua ở nhà máy xay xát ở huyện Cầu Ngang tỉnh Trà Vinh.
KI HCl PVA Ascorbic acid CHzCOONa
3.2 Dụng eụ và thiết bị
H2SO,4 EDTA Ci6HigN3SCI.3H,O C3H.O2
KH;PO, NaH;PO,.I2 HO CH3;COOH
Bình định mức 10 đến 1000 ml Binh tam giác 25 đến 500 ml Nhiệt kế
Bé diéu nhiét May lac Tu say pH ké Máy quang phố UV-VIS
CgHsKO, Na4P207.10H2O Tween 80 DMF Diethyl ether
Binh hút chân không Micropipet 1000+5000 ul Pipet 1-5-10 ml
Cân điện tử 4 số lẻHệ thống lò nung
> * X - Khảo sát nhiệt độ than hóa: 400-550 ˆC
Than hóa ,| - Khao sát thời gian than hóa: 30-90 phút © Đánh giá chỉ tiêu hap phụ Iodine và MB
Hoat hóa hơi nưó - Khao sát nhiệt độ hoạt hóa: 750-850 ˆC
Oat 108 HƠI NYO’ |rL- Khao sát thời gian hoạt hóa: 30-90 phút © Đánh giá chỉ tiêu hap phụ Iodine va MB
- Khảo sát tương tác hai biên nông độ
HNO: HNO:: 1-5 M và thời gian từ 1-5 giờ o Đánh giá kha năng hap phụ Ni“? và Cd* Ỷ ~Z
- Khảo sát nồng độ dithizone: 0.01-0.03 M o Đánh giá khả năng hap phụ Ni”” và Cd*
Dithizone | o Đánh giá khả năng hap phụ Ni” và Cd””- Chọn nông độ dithizone từ thí nghiệm trên
Z ơ ứ ly NÉ 'Ì Khảo sát pH, hàm lượng than hoạt tính, thời y } gian hap phụ
Nó b ử lý Cd2* | Khao sát pH, hàm lượng than hoạt tinh, thời
Xu ly methylene blue | Khao sat pH, ham lugng than hoat tinh, thoi
Sơ đồ 3.1 So đồ nghiên cứu
Rửa nước cõt | A-ằ Bui, đất
Vỏ trâu : NaOH (2M) = 1:8 Dun sôi 100 °C, 1 giờ
Rửa nước cất (pH=7) A> Nước
Biến tinh bang HNO; I1 - 3 M/ 1 - 5 giờ
Than hoat tinh bién tinh
=> Khảo sát kha năng hấp phụ Ni”, Cd**, MB
Sơ đồ 3.2 Quy trình thực hiện nghiên cứu
RH được thu thập tai 1 nhà máy xay xát của H Cầu Ngang - tỉnh Tra Vinh trong cùng một thời điểm lay mẫu dé đảm bảo các thí nghiệm có tính đồng nhất.
Nguyên liệu thô ban đầu được rửa sạch với nước cất để loại bỏ bụi và đất, sau đó đem say khô ở 105 °C trong 24 giờ.
Nguyên liệu RH được ngâm trong NaOH nông độ 2M, ở 100°C trong 1 giờ (ti lệ RH : NaOH = 1:8) Lọc bỏ dung dịch sau ngâm, RH được rửa với nước cất cho đến môi trường trung tính (pH=7) Nguyên liệu đem sấy khô ở 105 °C trong 24 giờ Nguyên liệu sau khi sấy được chuẩn bị cho quá trình than hóa.
30 — 40 g RH cho vào bình thạch anh được đặt trong lò nung dạng thắng đứng và đem di nung ở nhiệt độ 400 — 550 °C với tốc độ gia nhiệt là 10 “C/phút trong thời gian khảo sát từ 30 — 90 phút, dòng khí N> được thôi qua lò phản ứng để đảm bảo môi trường xung quanh mẫu không bị oxy hóa.
Mẫu sau khi than hóa được tiếp tục gia tăng nhiệt độ đến 750 — 850 °C với tốc độ gia nhiệt là 10 °C/phút Trong suốt quá trình gia nhiệt thì dòng khí N> đều được thối qua lò phản ứng Sau khi nhiệt độ dat mong muốn thì ngừng cung cấp khí, cho nước vào để hóa hơi với tỉ lệ than : nước = 1: 3 [25] va giữ ở nhiệt độ khảo sát trong thời gian từ 20 — 90 phút Khi thời gian khảo sát đạt đến 20 — 90 phút thi tắt lò phản ứng, ngừng cung cấp nước và tiếp tục thối khí Na vào lò cho đến khi đạt đến nhiệt độ môi trường thì lấy sản phẩm ra khỏi lò và lưu trữ mau.
Hình 3 1Quy trình thiết bi san xuất AC
1 Bình khí nitrogen; 2 Bình nước; 3 Lò phản ứng; 4 Binh phản ứng thạch anh; 5 Sensor nhiệt 6 Bảng điêu khiên nhiệt độ; 7 Nước da; 8 Bình chứa dung dịch acetone; 9 Thùng cách nhiệt
Sản phẩm thu được đem đi biến tính bằng các tác nhân
- Két hop HNO; với dithizone đã được chọn từ điều kiện thích hop bên trên.
> Từ đó đánh giá hiệu quả của phương pháp và chọn ra phương pháp thích hợp để khảo sát khả năng xử lý nước thải kim loại nặng và nước thải dệt nhuộm.
Các phương pháp biến tính được tiễn hành như sau:
- Biến tính than băng cách tâm dung dịch dithizone:
Cân 0.6 g RHAC cho vào erlen 250 ml, thêm vào đó 50 ml dung dịch dithizone 0.01, 0.02 va 0.03 M, dat trong bé diéu nhiét 6 60 °C trong 24 gid Sau đó lọc và rửa RHAC với dung dịch DME và hỗn hợp ethanol/diethyl ether RHAC sau khi rửa được đem đi say khôở 70 °C trong 8 giờ.
- _ Biến tính than bằng HNOs:
Cân 0.5 g RHAC cho vào 50 ml HNO3; ở nông độ khảo sát 1,3 và 5 M Dun cách thủy 100 °C có khuấy trong 1, 2, 3, 4, 5 giờ.Lọc va rửa RHAC sau thời gian biến tính bằng nước cất cho đến khi môi trường trung tinh (pH = 7) RHAC sau khi rửa được đem say ở 105 °C trong tủ say đến khối lượng không đổi Quá trình bién tính RHAC làm cho bề mặt than biến tính có chứa nhóm chức cacboxylic (- COOH), là nhóm chức tạo ra các tâm hoạt động có thể tham gia quá trình trao đôi với các cation trong nước Ngoài ra, quá trình biến tính RHAC cũng làm cho số lượng nhóm chức có tính axit trên bề mặt than tăng lên một cách đáng kế so với số lượng nhóm chức có tính axit trên bề mặt than ban đầu.
- Bién tính kết hợp HNO; với dithizone: thực hiện tương tự như biến tính băng dithizone nhưng thay RHAC bằng RHAC đã được biến tinh băng HNO3.
3.3.3 Nội dung 1: Khảo sát điều kiện than hóa
* Mục đích thí nghiệm: Xác định các điều kiện nhiệt độ và thời gian hoạt hóa
* Phương pháp chọn thông số thí nghiệm:
Phân tích phương sai ANOVA để đánh giá sự khác biệt ý nghĩa với độ tin cậy 95 % giữa MB va Iodine trong các thí nghiệm được khảo sát Từ đó chọn ra thông số tốt nhất trong thí nghiệm khảo sát làm cơ sở cho thí nghiệm tiếp theo Sử dụng phần mềm thống kê Statgraphics® Centurion XV
Tất cả các thí nghiệm đều được lặp lại 3 lần, khối lượng mỗi đơn vị thí nghiệm là 30g trâu Kết quả đánh giá là giá trị trung bình của các lần lặp lại.
* Chỉ tiêu đánh giá: Kha năng hap phụ MB và Iodine
* Tién hành thí nghiệm như bố trí ở thí nghiệm 1 và 2.
Thí nghiệm 1: Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ than hóa vào khả năng hap phụ MB và Iodine
Các yếu tố cố định: Thời gian than hóa 60 phútYếu tô thay doi: Nhiệt độ than hóa: 400 — 450 — 500 — 550 °C
Thí nghiệm 2: Xác định ảnh hưởng của thời gian than hóa vào khả năng hấp phụ MB và Iodine
Các yếu to cô định: Nhiệt độ than hóa (được chọn từ thí nghiệm 1) Yếu tố thay đồi: Thời gian than hóa: 30 — 60 — 90 phút
3.3.4 Nội dung 2: Khảo sát điều kiện hoạt hóa
Từ các thông số nhiệt độ và thời gian thích hợp được trong quá trình than hóa, tiễn hànhthan hóa và đem di hoạt hóa với các điều kiện được khảo sát bên dưới.
* Mục đích thí nghiệm: Xác định các điều kiện nhiệt độ và thời gian hoạt hóa
* Phương pháp chọn thông số thí nghiệm:
Phân tích phương sai ANOVA để đánh giá sự khác biệt ý nghĩa với độ tin cậy 95
% giữa năng hấp phụ MB và Iodinetrong các thí nghiệm được khảo sát Từ đó chọn ra thông số tốt nhất trong thí nghiệm khảo sát làm cơ sở cho thí nghiệm tiếp theo Sử dụng phần mém thống kê Statgraphics® Centurion XV
Tất cả các thí nghiệm đều được lặp lại 3 lần, khối lượng mỗi đơn vị thí nghiệm là 20g than trâu Kết quả đánh giá là giá trị trung bình của các lần lặp lại.
* Chỉ tiêu đánh giá: Khả năng hap phụ MB và Iodine.
* Tién hành thí nghiệm như bố trí ở thí nghiệm 3 và 4.
Thí nghiệm 3: Xác định anh hưởng của nhiệt độ hoạt hóa vào kha năng hap phụ MB và Iodine
Các yếu tố cố định: Thời gian hoạt hóa 60 phút Yếu tô thay doi: Nhiệt độ hoạt hóa: 750 — 800 — 850 °C Thí nghiệm 4: Xác định ảnh hưởng của thời gian than hóa vào khả năng hấp phụ MB và Iodine
Các yếu tô cố định: Nhiệt độ hoạt hóa (được chọn từ thí nghiệm 3) Yếu to thay đồi: Thời gian hoạt hóa: 20 — 30 — 60 — 90 phút
3.3.5 Nội dung 3: Khảo sát điều kiện biến tinh
Từ các thông số nhiệt độ và thời gian thích hợp của quá trình than hóa và hoạt hóa,tiễn hành than hóa và hoạt hóa va thu sản phẩm đem khảo sát điều kiện biến tính băng HNO3.
* Mục đích thí nghiệm: Xác định ảnh hưởng tương tác của nông độ HNO; và thời gian biến tính RHAC vào khả năng hap phụ NỈ” và Cd””.
* Phương pháp chọn thông số thí nghiệm:
KET QUA VÀ BAN LUẬN
4.1 Kết qua khảo sát điều kiện than hóa
411 Kết qua thí nghiệm 1: Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ than hóa vào kha năng hap phụ MB va Iodine
Nhiệt độ than hóa ảnh hưởng đáng kédén kha năng hấp phụ Iodine và MB.
Quá trình than hóa được tiễn hành ở nhiệt độ từ 400 đến 550 °C trong thời gian 60 phút đã được tiến hành trong nghiên cứu này Từ kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của các điều kiện khảo sát đến khả năng hấp phụ lodine và MB, dựa vào đường chuẩn trên hình 4.1 và 4.2 suy ra được khả năng hấp phụ của than đối với lodine va MB Kết quả kha năng hấp phụ đối với Iodine đạt 46.2 đến 311.7 mg/g và MB đạt 16.6 đến 28.7 mg/g tương ứng Kha năng hấp phụ của Iodine và MB dat giá trị cao nhất là 311.7 mg/g and 28.7 mg/g tương ứng tại điều kiện than hóa ở 500 °C trong 60 phút như được thé hiện trong hình 4.3 Kết quả thu được cho thấy rằng khi nhiệt tăng từ 450 đến 500 °C, khả năng hấp phụ tăng là do ở nhiệt độ nay thúc đây tốt các phản ứng của quá trình than hóa xảy ra tích cực Tuy nhiên khi nhiệt độ than hóa ở 550 °C dẫn đến khả năng hấp phụ giảm là do sự thiêu kết các phân tử than vừa hình thành và phá hủy cau trúc than [46] Vi vậy nhiệt độ 500 °C được chọn dé tiễn hành thí nghiệm tiếp theo.
#theioc Khả năng hấp phụ lodine (mg/g) wn Khả năng hấp phụ MB ( mg/g)
Ghi chú: Giá trị biểu diễn là trung bình cua ba lan lặp lai + độ lệch chuẩn.
“Giá trị cao nhất và có sự khác biệt ý nghĩa về thong kê với các giá trị khác; ” ° “các giá trị thấp hơn Cơ sở đê đánh giá sự khác biệt dựa vào bang phân tích ANOVA và LSD theo phụ lục B1.1 và BI2
Hình 4.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ than hóa vào khả năng hấp phụ Iodine và MB.
4.1.2 Kết qua thí nghiệm 2: Xác định ảnh hưởng của thời gian than hóa vào kha năng hap phụ MB va Iodine
Thời gian (phút) the ioc Khả năng hấp phụ lodine (mg/g) m Khả năng hấp phụ MB ( mg/g)
“Giá trị cao nhất và có sự khác biệt ý nghĩa về thống kê với các giá trị khác; ” ° “các giá trị thấp hơn Cơ sở đê đánh giá sự khác biệt dựa vào bang phân tích ANOVA và LSD theo phụ lục B1.3 va BI4
Hình 4.4 Ảnh hưởng của thời gian than hóa vào khả năng hấp phụ Iodine và MB.
Bên cạnh yếu tố nhiệt độ, thời gian than hóa cũng tác động có ý nghĩa đến hiệu quả của quá trình than hóa Khoảng thời gian từ 30 đến 90 phút đã được tiễn hành và mang lại khả năng hap phụ Iodine và MB của than từ 58.7 đến 311.7 mg/g và 16.6 to 28.7 mg/g tương ứng Khả năng hấp phụ của Iodine và MB đạt giá trị cao nhất là 311.7 mg/g and 28.7 mg/g tương ứng tại điều kiện than hóa ở 500 °C trong 60 phút như được thể hiện trong hình 4.4 Điều đó được giải thích, khi tăng thời gian than hóa hơn 60 phút là tăng sự thiêu kết của các lỗ xốp trên bề mặt than khi ở nhiệt độ cao và thời gian dài Vì vậy khả năng hấp phụ giảm Kết quả nghiên nghiên cứu này có sự tương đồng với các nghiên cứu trước đó được báo cáo bởi Jung và cộng sự, (2009) [46]; Ahmadpour và cộng sự, (1996) [47] Vì vậy điều kiện than hóa được chọn tại 500 °C trong 60 phút dé than hóa trâu làm nguyên liệu đầu vào cho quá trình hoạt hóa ở thí nghiệm tiếp theo.
4.2 Kết quả điều kiện hoạt hóa
42.1 Kết qua thí nghiệm 3: Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ hoạt hóa vào khả năng hap phụ MB va Iodine
Khả năng hấp phụ (mg/g) 200 100 -
Nhiệt độ (°C) TM Khả năng hấp phụ lodine ( mg/g) TM Kha năng hấp phụ MB ( mg/g)
Ghi chú: Giá trị biểu diễn là trung bình cua ba lan lặp lai + độ lệch chuẩn.
“Giá trị cao nhất và có sự khác biệt ý nghĩa về thong kê với các giá trị khác; ” ° “các giá trị thấp hơn Cơ sở đê đánh giá sự khác biệt dựa vào bang phân tích ANOVA và LSD theo phụ lục B2.1 và B2.2
Hình 4.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ hoạt hóa vào khả năng hấp phụ Iodine và MB.
Quá trình hoạt hóa của than là giai đoạn rất quan trọng để sản xuất RHAC.
Bởi vì giai đoạn nay lam gia tăng lỗ xốp và diện tích bề mặt của RHAC Nhìn chung có 3 loại lỗ xốp hình thành trong than bao gồm micropore (< 2nm), mesopore (2+20nm) và macropore (> 50nm) Kích thước của 16 xốp được hình thành sẽ có ảnh hưởng đáng kế đến độ xốp và anh hướng đến tong diện tích bé mặt của RHAC Điều đó ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ Do đó kiểm soát quá trình hoạt hóa để tạo ra cấu trúc lỗ xốp thích hợp là cần thiết để ứng dụng cho mục đích hấp phụ các chất một cách hiệu quả [12] Điều kiện hoạt hóa sử dụng hơi nước được tiến hành trong thí nghiệm nay tại 750, 800 và 850 °C Sản phẩm RHAC được đánh giá khả năng hấp phụ Iodine và MB Kết quả được thé hiện như trong Hình 4.5 Khi hoạt hóa tại 800 °C, các mẫu đạt khả năng hấp phụ cao nhất Điều đó thé hiện rằng diện tích bề mặt đạt giá trị tối ưu đưới điều kiện hoạt hóa này Khi nhiệt độ hoạt hóa thấp hơn 800 °C, có thé than chỉ được hoạt hóa một phan dan dén không phat triển các lỗ xốp va diện tích bề mặt thấp, kết qua là kha năng hap phụ thấp [13] Tuy nhiên khi nhiệt độ cao hơn 800 °C, các phản ứng hóa khí diễn ra mạnh mẽ dẫn đến một phan cấu trúc của micropore bị phá hủy hoặc kết hợp các micropore lại với nhau tạo kích thước lỗ xốp lớn hơn, kết qua là giảm số lượng micropore va tăng mesopore [48] Một giải thích tương tự khác, khi hoạt hóa ở nhiệt độ thích hop, phản ứng giữa hơi nước và carbon được tăng cường giúp cho cau trúc lỗ xốp phát triển tốt hơn Khi nhiệt độ hơn 800 °C, phản ứng giữa hơi nước và carbon bắt đầu trở nên quá mạnh va tập trung bên ngoài cấu trúc của hạt,vì thế dẫn đến phản ứng không đồng nhất bên trong các hạt RHAC Kết quả là ít có sự thúc day quá trình phát triển các lỗ xốp bên trong Ngoai ra phản ứng này còn làm cho các lỗ xốp rộng lớn hơn Đó là nguyên dẫn đến sự chuyển hóa micropore phát triển thành mesopore và macropores Điều này làm giảm diện tích bề mặt và tong số lỗ xốp Bên cạnh đó, sự gia tăng nhiệt độ còn thúc đây sự hình thành tro cũng làm cho diện tích bề mặt giảm Lỗ xốp được mở rộng hoặc thu hẹp mà không
RHAC [49] [50] Điều này được chứng minh bang thực nghiệm trong nghiên cứu này là khi hoạt hóa tại 850 °C, số lượng micropore trong RHAC it hơn so với khi hoạt hóaở 800 °C [2] Điều nay dẫn đến khả năng hấp phụ Iodine và MB tại 800 °C đạt 706.9 mg/g va 204.5 mg/g tương ứng, kết quả này cao hơn khi hoạt hóa ở 850 °C như được thể hiện trong Hình 4.5 Tuy nhiên khi hoạt hóa tại 800 °C, hiệu suất thu hồi RHAC thấp hơn một ít so với khi hoạt hóa ở 750 °Cnhu được thé hiện trong bảng 4.1 Kết quả đó có thể được giải thích rằng, phản ứng giữa hơi nước và carbon dẫn đến sự tốn thất carbon ở nhiệt độ xử lý cao hơn trong thời gian dài hơn. Điều này là do sự phân hủy của các chất hữu cơ có phân tử lượng thấp trong pha có hơi nước và sản xuất một lượng nhỏ hơi hữu cơ [51].
Bảng 4 1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian hoạt hóa vào hiệu suất thu hồi AC
Nhiệt độ (°C) Thời gian (phút) 750 800 850 20 30 60 90
4.2.2 Kết quả thi nghiệm 4: Xác định ảnh hưởng của thời gian hoạt hóa vào khả năng hap phụ MB va Iodine
= 200.00 100.00 0.00 mtheio Khả năng hấp phụ lodine (mg/g) 2me Khả năng hấp phụ MB ( mg/g)
Ghi chú: Giá trị biểu diễn là trung bình cua ba lan lặp lai + độ lệch chuẩn.
“Giá trị cao nhất và có sự khác biệt ý nghĩa về thống kê với các giá trị khác; ” ° “các giá trị thấp hơn Cơ sở đê đánh giá sự khác biệt dựa vào bang phân tích ANOVA và LSD theo phụ lục B2.3 va B24
Hình 4.6 Ảnh hưởng của thời gian than hóa vào kha năng hấp phụ Iodine và MB.
Kết quả trong hình 4.6 cho thấy răng có sự tác động ý nghĩa của thời gian hoạt hóa vào khả năng hấp phụ Iodine và MB Tai 800 °C trong 30 phút, khả năng hấp phụ Iodine và MB đạt giá trị cao nhất là 866.0 và 217.9 mg/g tương ứng Khi đó diện tích bề mặt BET đạt 710.8 m’/g va thé tich 16 xốp của micropore từ RHAC dat 0.471 cc/g, kết qua này cao hon rất nhiều lần so với thể tích lỗ xốp của micropore từ than trau (chi đạt 0.001cc/g) Kết quả của chúng tôi có sự tương đồng với kết quả trước đó được báo cáo bởi Kalderis và cộng sự (2008) [50] với BET 750 m*/g của RHAC được hoạt hóa bằng phương pháp hóa học Bên cạnh đó, kết quả của chúng tôi cao hơn kết quả trước đó được báo cáo bởi Sindhu et al (2012) [27] chỉ dat BET = 16 m’/g Kết quả của nghiên cứu nay này có thé được giải thích rang, trong giai đoạn đầu của quá trình hoạt hóa, sự phát triển của mesopore là không đáng kể nhưng tăng nhanh chóng khi thời gian kéo dài Sự phát triển liên tục của các mesopore từ các micropore là một đặc điểm của hoạt hóa hơi nước [52] Bên cạnh đó, kha năng hap phụ Iodine cao (từ 500-1200 mg/g) của RHAC được hoạt hóa thì có mối liên hệ với số lượng micropore Khi hoạt hóa ở nhiệt độ cao và thời gian dài, khả năng hấp phụ này giảmcó thể do sự tốn thất các micropore [53] Từ két qua này có thể kết luận rằng, tại điều kiện nhiệt độ 800 °C trong 30 phút giúp tạo thành một số lượng đáng kế micropore trong cau trúc của RHAC và nó có mối liên hệ với khả năng hap phụ của RHAC
Hình 4.7 Ảnh chụp SEM của mẫu than sau giai đoạn than hóa (hình (a) : 500 °C/60 phút) và mau RHAC sau giai đoạn hoạt hóa (hình (b) : 800 °C/30 phút)
' ‘ i] ' ' ' i ' ' ' i ' ' ' i i] | pete t ea be ea ba be 1 ' U ' ' ' Ù ' ' ! | ' Í ' ' ' 1 j 1 ' ' ' i ' ' j ‘ ' ' ' i ' h ' ‘ ù ' ' ‘ ' ' ' ‘ ' ' ' ‘ ' 9 2 ee ee eee ee n manmammanmnmnmmmi: \ \ i ee ee en |: SSSteeceeeeeenw es fF
| & FT ea oe te he ke ee ee ee ee
! PRG gt He GE EE ví BG h sew l6 & we Bw 0/05 lì) ` q
1 ‘ i ' ' ' i ' ' ' i i ' ' i ee a ane ca 4 ee es g a [TY T TT tớ! tt Ð LÍ Ts
1 ' ' ' ‘ae i \ oF i \ Hi i s | ep ddd 1111111 111 ! : s8 [fF Ra ba ea ba ba bo a ! —= j i ' ' i] ' ' i ' '
~ j -4 -} -4 - NA DI hết ng LEY es le E LÊN SW li, ' |8
| 8 a |Ă rrrryrrrrryrry gr ys H Pr 1 1 Le = S ir ee ee et 6 1 3 ee ee Be = = ; eA 8G OY Goal l0 cr rr SoS SS ee = = eee T—==——= se: 4 `‹â Đ 4 en! oe H- | a | a 4 8 Son *Đ PT wre or | Te H fon] ôKO ' ' ' Ỗ | ' ' i ' ' ' ' ' ae | Bos |! ' Ppa eg ea 6a H A Ss ' H ' j { H ' ' { ' ' ` H a đ ar t4
SATA Sg Aen oer 7 OSes T s SC Se mẽ Ed