Tổng hợp than hoạt tính từ một số cây ngập nước Ứng dụng xúc tác cho phản Ứng Đồng phân hóa Α pinene

[Ấ] [6] “Tuy nhiên, mục tiêu chính vẫn lã tạo ra vật liệu xúc tác mới, việc biển tinh than hoạt tính thành chất xúc tác với mục tiêu lâm tăng độ chuyển hóa và độ chọn lọc .ở nhiệt độ t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG DAI HQC SU PHAM THANH PHO HO CHÍ MINH

Hang Khanh Duy

TONG HOP THAN HOAT TINH TU MOT SO

CÂY NGẬP NƯỚC - UNG DUNG XUC TAC CHO PHAN UNG DONG PHAN HOA a-PINENE

LUAN VAN THAC Si KHOA HQC VAT CHAT

Thành phố Hồ Chí Minh - 2024

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG DAI HQC SU PHAM THANH PHO HO CHi MINH

Hang Khanh Duy

TONG HOP THAN HOAT TINH TU MOT SO

CÂY NGẬP NƯỚC - UNG DUNG XUC TAC CHO PHAN UNG DONG PHAN HOA a-PINENE

Chuyên ngành : Hóa vô cơ

Mã số :832001

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VAT CHAT NGUOI HUONG DAN KHOA HQC: PGS.TS NGUYÊN THỊ TRÚC LINH

Thành phố Hồ Chí Minh - 2024

Tôi xin được cam đoan luận văn với để tài "TÓNG HỢP THAN AT

TÍNH TỪ MỘT SỐ CÂY NGẬP NƯỚC - ỨNG DỤNG XÚC TÁC CHO PHÁN

dưới sự hướng dẫn, chỉ dạy của PGS.TS Ngu és

cứu là trung thực, không sao chép dưới bắt kì ình thức nào, Một phần các thong in

Đối với riêng cá nhân tôi, việc hoàn thảnh luận văn thạc sĩ là một bước ngoặc,

một cột mốc lớn, đảnh dấu sự thay đổi để từng bước trưởng thảnh hơn trong con

đường học tập và nghiên cứu Trong suốt quả trình làm luận văn không thể không có

Nguyễn Thị Trúc Linh, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ dạy, cũng như truyền đạt

những kiến thức, kinh nghiệm quỷ bảu cho tôi mong suốt quá tình thực hiện luộn

tôi ong suốt thôi gian vừa qu

Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn!

‘Tp Hồ Chí Minh, tháng 2 năm 2024 Tác giả Hàng Khánh Duy

Lời cam đoạn

(CHUONG 1 TONG QUAN,

1.1 Tổng quan về than hoạt tính

1.1.1, Vật liệu than hoạt tính

1.1.2, Tổng hợp và ứng đụng của than boạt tinh

1.1.3, Các yếu tổ quyết định tỉnh chất của than hoạt tính 1.1.4, Ưu nhược điểm của than hoạt tỉnh

1.1.5 Biển tỉnh than hoạt tỉnh

12 Giới thiệu một số loại cây ngập nước

1.3 Tổng hợp than hot tink try ngfp nude

1.4 ø-Pinene và phân ứng đồng phân hóa

Trang

1.4.2 Phin mg dng phan héa a-pinene B CHƯƠNG 2 THỰC NGHIÊM 15 2.1 Thu hồi các mẫu cây ngập nước thuộc đồng bằng sông Cứu Long 1s 2.1.1 Tidu obi thủ hồi mẫu 15 3.12, Vi tí thụ hồi mẫu " 1s -22 Chế tạo than hoạt tỉnh từ các mẫu cây ngập nước 2

2.3.3 Phuong pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (Energy-dispersive X-ray

2.4.3 Quy trình phân ứng đồng phân hóa a-pinene sir dung chất xúc tác là than

3.1, Than hoat tinh te ey Sy (Phragmites australis) 31

3.3.2, Hoạt tính xúc tác của than hoạt tính từ cây Thủy trúc (Cyperus involucratus)

2 3.4 Than hoạt tính từ cây Ráng đại (Aerostichium aureum Linn) 34

Minh 1.1 Than hoại 4 Hình L2 o-Pinene " n Hình L3 Các sản phẩm của phần ứng đồng phân hóa o-pinene 2 Hình 1.4 Cơ chế đơn giản của quá nh đồng phân hóa œpinee [42] B Hình 2.1 Các vị í thụ hồi cây Sây (3) và hình ảnh thực & nth mẫu (®) 16 Hình 22 Các vị tí thu hồi cây Lục bình (a) và hình ảnh thực tế nơi thủ mẫu (b) 17

Hình 2.3 Các vị trí thu hồi cây Thủy trúc (a) và hình ảnh thực té noi thu mẫu (b) 18

Hình 2.4 Các vị títhu hồi cây Rắng dại (a) và hình ảnh thực tế nơi thu mẫu (b) 19

Hình 2.6 Mẫu khô cây Say: sau phoi (a), sau xay (b) 2 Hình 2.7 Mẫu khô cây Lục bình: sau phơi (3), sau xay (b) 2 Hình 2.8 Mẫu khô cây Thủy trú: sau phơi (a), sau xay (b) 2 Hình 2.9 Mẫu khô cây Rang dai: sau phoi (a), sau xay (b) 2

Hình 2.10 Mẫu khô cây Bẻo cái: sau phơi (a), sau xay (b) vs 24

Hình 2.11 Hình ảnh các mẫu than sinh học từ 5 loài cây ngập nước 24

Hình 2.13 Quy trình thye hign phan img cose _

Hình 3.2 Phổ EDX mẫu Caysay-BC va miu Caysay-AC 3 Hình 3.3 Anh SEM miu Caysay-BC (a) và mẫu Caysay-AC (b) 4 Hình 34 Đường ding nhiệt hấp phụ/giải hắp phụ mẫu Caysay-BC (3) và mẫu

Hình 3.5 Phổ FT-IR mẫu Caysay-BC, mẫu Caysay-AC vi miu Caysay-AC-xt 39

Hình 3.6 Giản đồ TGA-DSC mẫu Lục bình = saear 4T

Hình 3.7 Phổ EDX mẫu Lucbinh-BC và mẫu Lucbinh-AC, 4 Hình 3.8 Ảnh SEM mẫu Lucbinh-BC (a) và mẫu Lucbinh-AC (b) 4

Hình 3.9 Đường đẳng nhí

AC) ấp phụ/giải hắp mẫu Lucbinh-BC (a) va mau Luebinh-4

Anh SEM mau Thuytruc-BC (a) và mẫu Thuytrue-AC (b)

Đường đẳng nhiệt hắp phu/giải hip phy miu Thuytruc-AC

Pho

Giản đồ TGA-DSC của mẫu Ring dai

Phổ EDX của mẫu Rangdai-BC vi mu Rangdai-AC

Ảnh SEM mẫu Rangdai-BC (a) và mẫu Rangdai-AC (b)

Đường đẳng nhiệt hấp phụígiải hip eda miu Rangdai-AC,

Phổ FT-IR mẫu Rangdai-BC, Rangdai-AC và mẫu Rangdai-AC-

Giản đồ TGA-DSC mẫu Bèo cái

IR mẫu Thuytrue-BC, Thuytrue-AC và miu Thuytrue-AC-xt

Phd EDX miu Beoeai-BC va Beoeai-AC

Anh SEM mẫu Beocai-BC (a) và mẫu Beocai-AC (b)

Đường đẳng nhiệt hắp phụ(giải hắp phụ mẫu Beoeai-AC Phd FT-IR mẫu Beocai-BC, mẫu Beoeai-AC và mẫu Beoesi-AC-xt

Bang 21 Danh mục các hóa chất được sử dụng để tổng hợp than hoại ính 1 Bing 2.2 Các dụng cụ được sử dụng cho gai đoạn tổng hợp than hoại tin 21 Bảng 2.3 Các thiết bị được sử đụng cho giai đoạn tổng hợp han hoạitính 1

Bảng 2.4 Danh mục các hóa chất được sử dụng đề khảo sát hoạt tính xúc tác 27

Bang 2.5 Dụng cụ và thiết bị sử dụng cho giai đoạn khảo sát hoạt tính xúc tác Z7

Bang 2.6, Bang dit ligu dinh danh peak trong GC-FID 28

Bảng 3.1 Tên gọi của các mẫu than được tổng hợp từ cây ngập nước, 30 Bing 3.2 Độ chuyển hóa và độ chọn lọc sản phẩm của phản ứng đồng phân hồa a-

pinene mẫu Caysay-A€ " " _ Bảng 3.3 Độ chuyển hóa và độ chọn lọc sản phẩm của phản ứng đồng phân hồa a- pinene mẫu Luebinh-AC 46 Bảng 3.4 Độ chuyển hóa và độ chọn lọc sản phẩm của phản ứng đồng phân hỏa a=

pinene mau Thuytruc-AC $2

Bảng 3.5 Độ chuyển hóa và độ chọn lọc sản phẩm của phản ứng đồng phần hồa a= pinene mẫu Rangdai-AC 4

Bảng 3.6 Độ chuyển hóa và độ chọn lọc sản phẩm của phản ứng đồng phân hóa a~

pinene miu Beocai-AC 65

Bảng 3.7 So sánh kết qua nghiên cứu với các công trình đã công bố „67

"hổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier

Phương pháp sắc kí khí ghép đầu đồ ion hóa ngọn lửa

“Than sinh học, thu được từ quá trình nung tơ bột cây khô ở 500°C

“Than hoạt tính, sau khi xử lý than

và nung lại ở 500°C

“Than hoạt tính thu hồi sau khi làm phân hóa ø-pinene

1 Ly do chon đề tài

Sau khí tri qua nhiễu năm nghiên cứu, các nhà khoa học ậtiệu không ngững

nghiên cứu với mục tiều tổng hợp hiệu quả các vật liệu có giá tị cao từ sinh khi do

tinh kha thi va triển vọng thương mại to lớn của chúng [1] Sinh khối được biết đến

là một nguồn tài nguyên vô cùng phong phú với ưu điểm vượt tội hơn cả là chỉ phí tiết kiệm chỉ phí cũng như tạo thành các sản phẩm hữu ích với những ứng dụng rộng giúp chúng ta cô được các sản phẩm theo định hướng của phản ứng với phần trăm

đầu vào và hạn chễ tối đa chất thải gây õ nhiễm ra mỗi trường

nguồn nguyê

a-Đinene là một chất đã và dang được quan tâm nghiễn cứu với nhiễu ứng

dụng trong ngành dược phẩm, hương liệu, chất tẩy rửa ngoài ra sản phẩm của quá

trình chuyển hỏa ø-pinene, có nhiễu ứng dụng hữu ích, ø-pinne chủ yếu được chiết

xuất từ quá trình khai thác nhựa thông Việc chuyển đổi ø-pinene đã được nghiên cứu

cách đây vài thập kỷ bằng cách sử dụng chất xúc tác đồng nhất [3]: ty nhiên, quả

trình này không thân thiệ

với môi trường vì thải ra nhiều hóa chất độc hại Xúc tác

dị thề mỡ ra một hướng đi hắp dẫn hơn do tằm quan trọng vỀ mặt kinh tẾ và tính công

chọn lọc cao hơn, tốc độ phản ứng nhanh hơn, quy trình xử lý dễ dàng, quá trình lọc

đơn giản thân thiện với môi rường do khả nãng thụ hồi xúc tá, khả năng phục hỗi

của các vật liệu xốp này, làm giảm đáng kể về mặt chỉ phí và chúng không tạo ra

nước thải (4J Một ưu điểm khác của giải pháp được đỀ xuất rong phương pháp này

sử dụng lâm chất xúc tác đị thể, than hoạt tính được quan tâm do có nguồn gốc từ tự

nhiều nghiên cứu về việc sử dụng than hoạt tính hấp phụ nhiều loại chất ö nhiễm như

thuốc nhuộm, kim loại năng [Ấ] [6]

“Tuy nhiên, mục tiêu chính vẫn lã tạo ra vật liệu xúc tác mới, việc biển tinh than hoạt tính thành chất xúc tác với mục tiêu lâm tăng độ chuyển hóa và độ chọn lọc

.ở nhiệt độ thấp trong khoảng thời gian ngắn được nhóm tác giả trình bảy trong công trình °

liền tỉnh than hoạt tính, hướng đến sin phẩm có giá trị từ phản ứng đồng phân hóa ø-pinene" [7], Joanna Srenseek-Nazzal cùng các tác giả đã sử dụng than hoạt

tính biến tính bằng các acid khác nhau để làm chất xúc tác cho phản ứng đồng phân hóa ø-pinene và đã thành công trong việc tăng hiệu suất phản ứng cũng như đồng thời

tăng độ chuyển hóa và độ chọn lọc sản phẩm có giá trị như mong muốn

Với những lý do rên, đồng thời tếp nỗi những ÿ tưởng mối d6 ôi đã chọn để tải nghiên cứu với nội dung "TÔNG HỢP THAN HOẠT TÍNH TỪ MỘT SỐ CÂY NGẬP NƯỚC ~ ỨNG DỤNG XÚC TAC CHO PHAN (NG DONG PHAN HOA e-PINEN

1m để tải nghiên cứu luận văn thạc sĩ khoa học vat chất của mình

2 Me tiêu, đối tượng, nội dung nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu

~_ Tổng hợp than hoạt tính từ một số cây ngập nước

= Kho sit img dụng cho phân ứng đồng phân hồa œ-pinene

Đối tượng nghiên cứu

~ _ 5 mẫu than hoạt ính được tổng hợp tử một số loi cây ngập nước

Nội dung nghiên cứu

~ _ Tổng quan các nghiên cứu liên quan đến các mẫu than hoạt tính và phương pháp

ng hợp than hoạt tính từ một số cây ngập nước

~ _ Thực nghiệm tổng hợp than hoạt ính,

= Khio sit cfc aje trưng cấu trú của các mẫu than hoại tinh

ita ede mẫu than

= Phân tích các đặc trưng cấu trúc gi

~_ Khảo sắt ứng đụng làm chất xúc ác cho phản ứng đồng phân hỏa œpincne, so sánh với các công tình đã được công bổ tước đây

'Quy trình thu mẫu, xử lý mẫu cũng như quy trình tổng hợp than hoạt tính từ

mội số loại cây ngập nước

Trinh bay hoa chit, ụng cụ, thiết bị và quy trình tổng hợp vật liệu, Tôm tắt các phương pháp phân tích và quy tình khảo sát ính chất cũ vật liệu nghiên cứu

“Chương 3 KẾtq

à thảo luận

“Trọng tâm trình bày các kết quả thu được từ thực nghiệm tổng hợp than thoạt

tính, so sảnh hoạt tính xúc tắc của các mẫu than hoạ tỉnh thông qua phản ứng đồng

phân hóa ø-pinene

Đồng thời thảo luận, so sánh kết quả hoạt nh xe tác với các công trình Khác

.đã được công bổ

1.1 ‘Tong quan về than hoạt tink

Lid Vée ligu than hoạt tinh

Than hoạt tính có thể được định nghĩa là vật liệu carbon có cấu trúc vô định hình,

được đặc trưng bởi cấu trúc xốp và

g lớn cũng như thể tích và kích thước lỗ xốp dễ thay đổi, nên được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau

Hình 1.1 Than hoat tink

“Các đặc trưng về ính chất hóa học của than hoại nh được gắn cho sự hiện điện của các nhóm chức va di nguyên tử khác nhau (oxygen, nitrogen, hydrogen, sulfur, potassium, sodium, aluminum, vi phosphorus) [8] Than hoat tinh có nguồn gốc từ các sinh khối khác nhau cho thấy các hình thái khác nhau

Việc chuyển đổi các loại sinh khối khác nhau thành than hoạt tính đồi hỏi một

quy trình đơn giản và hơn hếtlà bảo vệ môi trường Nên r tiên sử đụng các ngun than

hoạt tính được sản xuất từ chất thải nông nghiệp Những sinh khối này là nguồn carbon giá thành rẻ và đa dạng, rất thích hợp trong việc sản xuất than hoạt tính 1.1.2, Ting hợp và ứng dụng của than hoạt tính:

4) Tổng hợp

trong quả trình catbon hỏa, các chất không phải carbon được loại ra đưới nhiệt độ cao

Trong quá trình nhiệt phân, các mẫu sinh khối được gia nhiệt trong lò nung

nhiệt độ đã được định (thông qua việc phân tích TGA) với a

độ gia nhiệt cao trong, môi trường tro (cy thể là trong khi nitrogen) Cée théng số nhiệt phân, chẳng hạn như nhiệt độ và

độ gia nhiệt có ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính của than hoạt tỉnh

“Than hoạt tinh được lấy từ nguồn nguyên liệu thô có bảm lượng carbon cao, cầu trúc của nguyên liệu thô cũng ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc lỗ xốp và các tính chất thấp phụ của carbon, các nguyên liệu thường được sử dụng gồm phế thải từ ngành nông nghiệp, công nghiệp hoặc các nguyên liệu thay thể, Gáo dừa được biết đến như nguyên liệu được sử dụng ở quy mô công nghiệp để sản x

than hoat tinh [8] Một số ngu)

liệu khác được xem như vật liệu thay thể để sản xuất than hoạt tính thương mại bao

sẳm: go dừa, vỏ trấu 9]

Việc sử dụng than hoại tính có nguồn gốc từ chất thải sinh khối giúp lm giảm lượng rác thải ra môi trưởng ngoài cũng như giúp tăng nguồn lợi về mặt kinh tế b) Ủng dụng

Than hoạt tính với nhiều ứng dụng rất đa dạng, được đánh giá là hữu ích trong

sắc lĩnh vực khác nhau từ xúc tá, lọc khí, lưu trờ và nh chế hóa chất đến vậtliệu điện

ti

“Than hoại tính đã được nhịn nhận là có hiệu quả tong việc làm giảm nhiều loi

chat ô nhiễm vô cơ và hữu cơ hòa tan trong môi trường nước hoặc môi trường không khí [10].

1LI-3 Cúc yêu tổ quyét định tính chất củu than hoại tính

4) Nguyên liệu hô

"hi vật liệu hữu cơ cỏ hàm lượng catbon cao được tr tiên làm tiền chất trong

quá trình tổng hợp than hoạt tính Ngoài ra còn phụ thuộc vào hảm lượng vô cơ, tro

thấp, ch

chit thải nông nghiệp để sản xuất than hoạt ính như gáo dừa, vỏ quả hạch, võ qua cam,

"bay hơi, độ ôn định cũng như là giá thành rẻ Có nhiều nghiên cứu sử dung

bã cả phê và vỏ hạt hướng đương [11]

Bộ Điện tích bề mặt và kích thước lỗ xép

là những thông số quyết định

Nhiệt độ phân hủy sinh khối và tác nhân bi

nên tính chất lý hóa của than hoạt tính Diện tích bề mặt ảnh hướng đến khả năng hắp

phụ hoặc hoạt tỉnh xúc tác của than hoạt tính

c9 Sự xuất hiện của các di nguyên tử

Trong cấu trúc của than hoại tính có sự hiện điện của các nguyên từ này là kết quả của việc đưa chúng vào các lỗ xốp cña than rong quả trình biến nh tiễn chất hoặc trong nguyên liệu thô được sử dụng có sẵn hàm lượng của các nguyên tổ này [12] 4) Thôi gian và nhiệt độ nung

Thời gian cổ ảnh hưởng lớn đến quá tình carbon hóa Ngoài thời gian nung,

nhiệt độ đóng vai trò chủ đạo trong việc xác định điện tích bẻ mặt, hiệu suất của sản

phẩm catbon hóa, Khi nung ở nhiệt độ cao, sẽ loại bỏ được phần lớn các chất dễ bay

phí tổng hợp thấp, nguồn nguyên liệu đầu vào dễ dàng tiếp cận, quy tình

tổng hợp đơn giản là một trong những ưu điểm thường được nhắc đến

5) Nhược điểm

Tính chất và đặc tính của than hoạt tính phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu đầu

vào khí bắt đầu sản xuất Thông thường gáo dừa, gỗ và ác loại than đá và dầu mỏ được

ữ dụng để tiến hành sản xu than hoại únh Nhưng đây cũng là họ chế về mặt nguyên liệu thô đối với những thị trường mà nguyên liệu đầu vào khan hiểm hoặc không có

Một số loại than hoạt tính được điều chế từ than đá và một số sản phẩm nông

lim kết hợp cổ giá trì cao như tr, cổ, thân cây nho [13] rất đắt én và không th tái tạo Do đó, cằn có các giải pháp thay thể cạnh tranh về chỉ phí và nguồn nguyên iệu có

thể tái tao

1.1.5 Bién tinh tham hoạt tính

Biển tính than hoạt tính là một phương pháp đầy hứa hẹn và hiệu quả để tăng

tất tính

kích thước lỗ rổng, cũng như chức năng của vật liệu carbon, Để cải thiện

chất hỏa học, người ta nghiên cứu việc biển tính bề mặt của chúng Biển tính bÈ mặt có

thể được chia thành biển đổi nhiệt và biến đổi hóa học Ngoài ra, có các tài

đổi sinh học (sử dụng vi sinh) [14]

cách sử đụng phương pháp hóa học có nhiề bợi thế hơn so với quá trình biển đổi nhiệt

ất được nghiên cứu rộng rãi nhất được sứ dụng

hydrogen peroxide Việc biến tính với các hợp chất này đã làm tăng số lượng nhóm

‘oxygen trên bề mặt của vật liệu được thử nghiệm, qua đỏ cho phép tăng chức năng của than hoạt tính dạng hạt [16]

Một nhóm nguyễn cứu cia tie gia YF Jia vd K.M, Thomas đã sử dụng HNO:

để biến tính than hoạt tính Nhóm đã bảo cáo rằng các nhóm chức oxygen chủ yếu được

bày đã chỉ rõ mồi quan hệ giữa sự xuất hiện của các nhóm chúc oxygen và hoạt động

"hữu cơ cao hơn so với trước khi biển tính

1⁄2 Giới thiệu một số loại cây ngập nước

121 Cây Sậy

Cay Siy, duge bide dudi ten khoa hoe la Phragmites australis, là loài thực vật

phân bố rộng khắp trên toàn th giới Phân bổ đa phần ở những vùng bờ hỗ, đọc bờ sông,

nơi có nguồn đình dưỡng cao Thuộc loại thực vật sống lâu năm với phần rễ phát triển

mạnh, có thẻ hình thành cây mới từ rễ, thân vả chúng có thể phát triển đến độ cao vải

mết, Cây Sây được xem là mối đe dọa với thảm thực vật thủy sinh khắc ở ving mà

"hậu lục trên thể giới (trừ châu Nam Cục) Lục bình tăng sinh khối nhanh chồng và hình thành

mạnh, Lục bình cổ thể bao ph hoàn toàn các ao, hỗ và vùng đắt ngập nước, cạnh tranh

loài thủy sinh

Lục bình xuất hiện tại Việt Nam rong đầu những năm 1900, Vốn sinh sản rất nhanh, đặc biệt ở những ving sông nước Do đó, sau kh vào nước ta, Lục bình phát nhiễm [21] Việc định hướng sử dụng Lục bình lâm than hoạt tính, ứng dụng lâm xúc túc cho quá trình tổng hợp hữu cơ là một hướng đi mới góp phẩn giảm thiểu tác động

của lượng rá thải sinh khối gây ảnh hưởng đến mỗi trường

1.2.3 Thiy trie

Thay tric, la loa than thao, €6 tén khoa hye li Cyperus alternifolius Linn (CAL)

“Có nguồn gốc từ Madagascar, Châu Phi, phân bổ phổ biến ở phía Nam nước ta Với nhanh chống Ngoài ra, rễ của chúng có khả năng hấp thụ các chất lơ lớng trong đất và

"ước Do tính chất đặc biệt đó, chúng được sử đụng lâm vật liệu bắp phụ góp phản xử

lý các chất ô nhiễm có trong đắt và nước [22]

Mic đủ được biết đến với nhiều ứng dung, nhưng với sự phát triển một cách

nhanh chóng sinh khối cây CAL có nguy cơ là nguồn ô nhiễm thứ cắp khi không được

xứ lý một cách tối ưu Do đó cần cỏ biện pháp xử lý kịp thời, nhanh chóng, tận dụng có

hiệu quả ngu nh khối Hiện nay, than hottính đang nhận được sự quan tâm từ các

nhà nghiền cứu bởi

năng ứng dụng của nó trong nhiều lĩnh vực khác nhau với lợi

ich kinh tổ cũng như góp phần bảo vệ mô trường nên việc sử dụng than hoạt tính từ cây

“Thủy trúc với vai rd Kim chat xúc tác cho quá trình tổng hợp hữu cơ là cần thiết

toàn thể giới Ráng đại có tỉnh xâm lấn và loại cây chiểm tu thể trong nhiều hệ inh thi

ở các khu rừng ngập mặn và vùng đắt ngập nước khác [23] Các nhà khoa học chú ý

hệ rễ phát triển mạnh Các nghiên cứu với cây Ráng đại được thực hiện trước đây như

xử lý kim loại nặng [24)}

10

Nhưng với tính xâm lẫn mạnh mẽ, có nguy cơ ngăn chặn dòng chảy, trở thành nguồn rá thải hữu cơ khi không được xử lý một các có hiệu quả Việc sử dụng Rang đại như một loại than hoạt tính, ứng dụng xúc tác cho phản ứng tổng hợp hữu cơ với nhiều hứa họn sẽ giảm nguồn rắc thải ra môi trường mỗi năm

tổng hợp hữu cơ là hướng đi mới, góp phần giúp xử lý tỉnh trạng ô nhiễm rác thải hữu

cơ do chúng gây ra

1.4 Tổng hợp than hoạt tính từ cây ngập nước

"Đã có nhiều nghiên cứu trong việc tổng hợp than hoạt tính từ các loại rác thải

nông nghiệp khác nhau như gáo dừa, vỏ quả hạch, bã cả phê

“Tuy nhiên cũng đã có một số nghiên cứu nhất định trong việc sử dụng cây ngập nước để làm than hoạt tính

Chao Lí vàcác cộng sự đã nghiên cứu sự hấp phụ methylda cam và methyl violet

tử dung địch nước bằng than hoạt tính có nguồn gốc từ cây Sậy Kết quả nghiên cứu chỉ

ra rằng than hoạt tính từ cây Sậy có thể được sử dụng như một giải pháp cổ hiệu quả

với chỉ phí thấp để loại bỏ thuốc nhuộm ra khỏi nguồn nước [27]

"

Thabo T; 1 Nkambule cùng ắc đồng nghiệp đã sử dụng than hoạt nh cĩ nguồn

sốc từ Lục bình được biến tỉnh bằng sulfuric acid nhằm loại bỏ Cr (VI) ra khỏi nước

thải của ngành thuộc đa [28]

Nhĩm tắc giá Kirongsò No đãxử lý một cách cĩ hiệu quả methylene xanh bing

cách sử dụng than sinh học từ cây Thủy trúc [29],

“Cũng trong một bài nghiên cứu khác, Kivangsoo và các tác gi đã sử dụng cây Rng dai sau khi hép phụ kim loại nặng trong nước Sau đĩ, cây Rắng đại được chuyển đổi thành than sinh học ứng dụng lm xúc tác quang để loại be methyl da cam trong nguồn nước [30]

“rong bồi nghiên cứu ea nhim tie git Fathima Sumaiya Idroos, Bbo edi được tổng hợp thành than sinh học ứng dụng cho việc xử lý nước thải cơng nghiệp [31], L4 œ-Pimene và phản ứng đồng phân hĩa

1.4.1 Cấu trúc

4)-Pimene

aePinene thuộc nhơm monotenpene cổ cơng thức chưng là CuHlu, được biết đến

là thành phần chủ yếu của nhựa thơng (chiếm khoảng 65% ~ 70%) Trong phân tử cĩ chứa 10 nguyên từ carbon, cấu trúc đa vịng cĩ chứa néi d6i, a-pinene tham gia vào nhiều quá trình chuyển hĩa khác nhau như: đồng phân hĩa, oxy hĩa, hydrate hĩa,

ạo ra thành nhiều hợp chất hữu ích cĩ ứng dụng to lớn trong các lĩnh vực khác nhau [321

Hình 1.2 a-Pinene

b) Mot sé san phém của phản ting ding phân hĩa

Các sản phẩm trong phan ứng đồng phân hĩa a-pinene cĩ thể được chia thành hai nhĩm: sản phẩm cĩ một vịng (terpinolene, a- vi y-terpinene, limonene, vi p-cymene)

‘va sản phẩm hai vòng (eamphene và trieyclene) Hình 1.2 trình bảy các sản phẩm chỉnh

và phụ của quá trình chuyển hóa ø-pinene Trong số các sản phẩm này, camphene và

| camphene | trieyelene Hinh 1.3 Các sẵn phẩm của phân ứng đồng phân hóa a-pinene

Camphene được sử dụng làm nguyên liệu thô trong tổng hợp hữu cơ nhẹ, ví dụ

như thuốc trừ sâu toxaphene [35] Phản ứng eter hồa camphene phân ứng với

carboxylic acid tao ra isobornyl carboxylates, đây là chất trung gian để sản xuất long

phần trong các loại nước hoa Ngoài ra, tác dụng chữa bệnh của limonene đã được

nghiên cứu, cho thấy được khả năng chống viêm [38], chống oxy hóa, chống hp tha,

chống ung the [39], tr i tháo đường [40], hạ huyết áp, khẳng virus và bảo vệ dạ diy dụng như một chất khử trùng và xua đuổi côn trùng [41],

14.2 Phin tng đằng phân héa a-pinene

Phân ứng nảy được đặc trưng bởi hai quá trình phản ứng, Ở hướng A (Path A) các

sản phẩm 2 vông có thể được tạo thành (camphene và trieyclens), trong hướng B (Path

Hiện nay, mục địch chính là sử dụng chất xc tác nhằm tăng hoạt tính và độ chọn

lọc cao hơn cho các sản phẩm chính của phản ứng đồng phân hóa a-pinene đồng thời

hạn chế ch thải gây ra ô nhiễm môi trường do chất xúc tác đồng thể gây nên CCác chất xúc tác đã được sử dụng tong phản ứng đồng phân hóa ø-pinene là

zeolites [43], Ti-SBA-I5 [44], TìO› (45] sulfated zirconia [46)

“rong bài nghiên cứu này phản ứng đồng phân hóa œ-pinene được chúng tôi sử dụng trên nền xúc ác than hoạttính từ một số cây ngập nước như: Cây Sây (Pivggmiies

australis) Lue binh (Eichhornia crassipes), Thiiy trac (Cyperus involucratus), Rang dai

(Aerostichium aureum Linn) và Bèo cải (Pista strariotes) 1 than sinh học được hoạt

hóa bằng phosphoric acid Sự khác biệt của phương pháp này là có thể dựa vào việc

hoạt hóa than sinh học thành than hoạt tính với ưu điểm à giá thành thấp, quy trình thực

hiện đơn giản, một bước so với phương pháp khác Đồng thời nghiên cứu của chúng tôi

nhằm so sinh hoạt tính xúc tác cho phân ứng đồng phân hỏa :pinene của các mẫu tham

hoạt tính khác nhau được hoạt hóa bằng phosphorie acid 4M với tỉ lệ 1:2 theo khối

lượng trong những điều kiện cụ thể đã được tiền hành nghiên cứu

2.1 Thu hồi các mẫu cây ngập nước thuộc đồng bằng sông Cửu Long

211 Tiêu chí thu hôi mẫu

+ Cây phân bỗ phổ biển tại khu vục đồng bằng sông Cứu Long

“Cây có thể sống rong nước, trên mặt nước hoặc các vùng ngập nước

* Cay mọc dại ngoải tự nhiên, có khá năng sinh trưởng cũng như phát triển mạnh:

trong các vùng bị nhiễm mặn, nhiễm phèn,

3k2 1ịmtlu hồi mẫu

B Lục bình (Eichhornia crasipes) o Béo eit (Pistia stratiotes)

B Thi trie (Cyperus involucrats)

bay

Hình 23 Các vị trí thu hồi cây Thủy trú (s) và hình ảnh thực tế nơi thu mẫu (b)

Hinh 2.4 Các vị trí thu hồi cây Rắng đại (a) và hình ảnh thực tế nơi thư mẫu (b)

2.2 Ché tao than hoat tinh tir cic mau céy ngập nước

2.2.1 Hóa chất

Bảng 2 Danh mụe các hóa chất được sử dụng để tổng hợp than hoạt tính

“Tên hóa chất 'Công thức hóa học Xuất xứ

2 Chén nung 10 [Ông nghiệm

3 | Chiy, ois Tỉ | Baw thay inh

4 | Pipet 13 | Ong nho giot

3 | Binh din mire 100 mc 13 [BO pha Toe

6 | Madng lly hoa chit 14 |Gily ein

7 | catir 15 |Gilypit

| Becher 100 ml

Bảng 2.3 Các thết bị được sử dụng cho giai đoạn tổng hợp than hoạt tính

2.23 Quy tinh ting hop than hoạ tính

"Với mỗi loại cây ngập nước, chúng tối du thu 5 miu ti 5 vị tí khác nhau (mục 2.1) Các mẫu được rửa sạch bùn, eit, phơï trực tiếp dưới ánh nắng mặt rời trong 2 ngày, cắt nhỏ, sấy ở 100°C trong 3 ngày rồi xay nhỏ

Hình 2.7 Mẫu khơ cây Lục bình: sau phọ (a), sau xay (b)

Hình 2.10 Mẫu khô cây Bèo edi: sau phot (a), sau xay (b)

“Các mẫu bột được phân tichnhigt TGA-DSC trong mỗi trường khí tro (eu thé Li khí N;) nhằm xác định nhiệt độ nung phủ hợp (kết quả được rình by trong chương 3)

„ chúng tôi đã tiền hình nung cả Š mẫu ở Dựa trên kết quả phân tích nhiệt của các m

500°C trong môi trường khí trơ, ủ tại nhiệt độ cao nhất trong 2 giờ và hạ về nhiệt độ phòng để thu hỏi mẫu

“Các mẫu được ngâm khuấy trong ethanol 10% trong 2 giờ, lọc thu hồi chit rin

và sấy ở 100°C trong 12 giờ, Tiếp theo, các mẫu bột được nghiễn lại bằng máy nghiễn

‘ur dng vi thủ được các mẫu than sinh học như hình 2.11

“Các mẫu than sinh học được hoạt hóa trong dung dich 11sPOy 4M trong 24 gid, sau đó lọc và nung trơở 500°C, Sau đó mẫu được rửa lại bằng nước cắt đến pH = 7, sắy Khô ở 100° trong 24 giờ, cuỗi cũng thủ được than hoạt tính,

2.3 Xác định đặc trưng của than sinh học và than hoạt tính từ các loại cây ngập

nước

-3 3.1 Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng (Thermogravimetie Analtsis, T64)

xà nhiệt lượng quất vỉ sai (ĐiWferential Scanning Calorimetry, DSO) Phương pháp này được áp dụng nhằm xác định sự mắt khối lượng của vật liệu cũng như dự đoán một số quả tình hóa lý xảy ra trong suốt quá trình nung nhiệt Thiết

"bị được sử dụng là máy Labsys Evo (TG-DSC 1600°C) tại Khoa Hỏa học - Trường Đại

học Sư phạm TP Hồ Chí Minh với tốc độ nâng nhiệt 5°C/phút trong môi trường khí N:

23.2 Phuong phép đo quang phé hing ngogi bién déi Fourier (Fourier transform FT-IR)

"và than hoạt tính Các mẫu than được đo bằng máy NICOLET 6700 - H

Fisher Scientific tại thành phổ Hỗ Chí Minh

“Chí Minh

2.3.4 Phương pháp kính hiển vi dign tie quét (Scanning Electronic Microscopy, SEM)

Phương pháp BET (Brunauer-Emmett-Teller)

Phan ứng có chất xúc ác thường điễn ra trên bỀ mặt chất xúc tức, và diện tỉnh bÈ

mặt ảnh hưởng rắt lớn đến hoạt tính của chất xúc tác Do đó, việc xác định được diện tích bề mặt của chất xúc tác là hết sức cần thiết

Diện tích bề mặt riêng của than hoạt tí

hh được sử dụng bằng mô hình hắp phụ

đẳng nhiệt của Brunauer-Emmetl-Teller Diện tích bề mặt riêng của mẫu than hoạt tính

bao gồm cả điện ích bề mặt bên ngoài và bê mặt bên ong, trong đó diện ích bŠ mặt

"bên trong là điện tích của các lỗ xốp và có thể lớn hơn rất nhiều so với điện tích bề mặt

Trong đó

Nặ hằng số Avogado (602210 mọi")

Dạ,¿l đất điện ngưng phân từ N; (0.162 nm)

‘Vii La thé tich 1 mol khí ở điều kiện tiêu chuẩn (0°C, 1 atm)

Vivi Thể tích khí N; hấp phụ tối đa ứng với một đơn lớp, được xác định dựa vào phương trình đẳng nhiệt hắp phụ BET:

ime’ He = WOH 2) Với P là áp suất cân bing vi la áp suất hơi bão hoà của cht ti nhiệt độ hấp phụ, C là hẳng số BET, V là thể tích khí hấp phụ ở các áp suất khác nhau

“Trong phương pháp nghiên cứu này, phân tích hấp phụ giải hấp N› rong điều

kiện đẳng nhiệt được tiến hành tại 7.35°K bằng thiết bị Quantachrome Nova Sution

A wai Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng, địa chi số LA Thạnh lộc 13, Phường Thạnh

Lộc, Quận 12, Thành phố Hồ Chỉ Minh, Việt Nam, nhim xc dinh dign tich bé mat

1 | Tĩnh dầu thông “Công ty Tùng Việt, Việt Nam:

2 | May khuấy đũa thủy tỉnh 5 Mâm

3 | Cot lge silica gel 6 ¡Bế điều nhiệt

Phương pháp sắc kí khí ghép đầu dò ion hóa ngọn lửa (GC-FID) được dùng để

ắc định phần tăm khôi lượng của các hợp chất hữu cơ cổ trong mẫu nh dầu ban đầu GC-FID tên cùng một mẫu tỉnh đầu (bảng 26)

May GC-FID HP 5890 series 1 Plus dt ai trường Đại học Khoa học tự hiền,

Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Nhiệt độ được cải đặt ban đầu trong lò là 50°C,

giữ trong 2 phút, sau 2 phút tăng 5°C/phút cho đến khi nhiệt độ đạt được 180°C

Bảng 2.6 Bảng dữ liệu định danh peak trong GC-FID

STT Ï Thờigianlưu | Thờigianlưu ˆ Độlệch của | Sảnphẩm hình

inh 2.12 Quy trình thực hiện phản ứng