chủ đề: cacbon hoạt tính và các ứng dụng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA HÓA HỌC CHỦ ĐỀ: Cacbon hoạt tính và các ứng dụng Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS. Nguyễn Xuân Hoàn Nhóm thực hiện : 1. Ngô Ngọc Kiên (nhóm trưởng) 2. Phạm Thanh Tùng 3. Phạm Tùng Lâm 4. Trần Đăng Tình 5. Trần Thị Thu Trang 6. Nguyễn Văn Quân 7. Vũ Thị Hà Lớp : K56-Sư phạm Hóa học. 1 MỤC LỤC Trang 1. Giới thiệu sơ lược………………………………………………………………………………3 2. Cách điều chế………………………………………………………………………………… 3 3. Phân loại……………………………………………………………………………………… 5 4. Cấu trúc………………………………………………………………………………………….6 5. Tính chất………………………………………………………………………………………… 8 6. Biến tính và tái hoạt……………………………………………………………………………9 7. Ứng dụng………………………………………………………………………………………12 8. Sản lượng toàn cầu & Việt Nam…………………………………………………………… 9. Tài liệu tham khảo……………………………………………………………………………22 2 1. Giới thiệu sơ lược về cacbon hoạt tính. 1.1. Giới thiệu chung. Có rất nhiều định nghĩa về than hoạt tính, tuy nhiên có thể nói chung rằng, than hoạt tính là một dạng của cacbon đã được xử lý để mang lại một cấu trúc rất xốp, do đó có diện tích bề mặt rất lớn. Than hoạt tính ở dạng than gỗ đã hoạt hóa được sử dụng từ nhiều thế kỷ trước.Người Ai cập sử dụng than gỗ từ khoảng 1500 trước công nguyên làm chất hấp phụ cho mục đích chữa bệnh.Người Hindu cổ ở Ấn độ làm sạch nước uống của họ bằng cách lọc qua than gỗ.Việc sản xuất than hoạt tính trong công nghiệp bắt đầu từ khoảng năm 1900 và được sử dụng làm vật liệu tinh chế đường. Than hoạt tính này được sản xuất bằng cách than hóa hỗn hợp các nguyên liệu có nguồn gốc từ thực vật trong sự có mặt của hơi nước hoặc C0 2 . Than hoạt tính được sử dụng suốt chiến tranh thế giới thứ nhất trong các mặt nạ phòng độc bảo vệ binh lính khỏi các khí độc nguy hiểm[5]. Hình 1: Một số hình ảnh minh họa: 1.2. Đặc tính. Than hoạt tính:  Là chất hấp phụ quí và linh hoạt.  Được sử dụng rộng rãi cho nhiều mục đích như loại bỏ màu, mùi, vị không mong muốn và các tạp chất hữu cơ, vô cơ trong nước thải công nghiệp và sinh hoạt, thu hồi dung môi, làm sạch không khí, trong kiểm soát ô nhiễm không khí từ khí thải công nghiệp và khí thải động cơ, trong làm sạch nhiều hóa chất, dược phẩm, sản phẩm thực phẩm và nhiều ứng dụng trong pha khí. 3  Chúng được sử dụng ngày càng nhiều trong lĩnh vực luyện kim để thu hồi vàng, bạc, và các kim loại khác, làm chất mang xúc tác.  Chúng cũng được biết đến trong nhiều ứng dụng trong y học, được sử dụng để loại bỏ các độc tố và vi khuẩn của một số bệnh nhất định. 1.3. Thành phần. Cacbon là thành phần chủ yểu của than hoạt tính với hàm lượng khoảng 85 - 95%.Bên cạnh đó than hoạt tính còn chứa các nguyên tố khác như hidro, nitơ, lưu huỳnh và oxi. Các nguyên tử khác loại này được tạo ra từ nguồn nguyên liệu ban đầu hoặc liên kết với cacbon trong suốt quá trình hoạt hóa và các quá trình khác. Thành phần các nguyên tố trong than hoạt tính thường là 88% C, 0.5% H, 0.5% N, 1%S, 6 - 7% O. Tuy nhiên hàm lượng oxy trong than hoạt tính có thể thay đổi từ 1 - 20% phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu ban đầu, cách điều chế. Than hoạt tính thường có diện tích bề mặt nằm trong khoảng 800 đến 1500m 2 /g và thể tích lỗ xốp từ 0.2 đến 0.6cm 3 /g. Diện tích bề mặt than hoạt tính chủ yếu là do lỗ nhỏ có bán kính nhỏ hơn 2nm. 2. Cách điều chế. Than hoạt tính chủ yếu được điều chế bằng cách nhiệt phân nguyên liệu thô chứa cacbon ở nhiệt độ nhỏ hơn 1000°C. Quá trình điều chế gồm 2 bước: Than hóa ở nhiệt độ dưới 800°c trong môi trường trơ và sự hoạt hóa sản phẩm của quá trình than hóa ở nhiệt độ khoảng 950° - 1000°C. (a).Quá trình than hóa là dùng nhiệt để phân hủy nguyên liệu, đưa nó về dạng cacbon, đồng thời làm bay hơi một số chất hữu cơ nhẹ tạo lỗ xốp ban đầu cho than, chính lỗ xốp này là đối tượng cho quá trình hoạt hóa than. Quá trình than hóa có thể xảy ra trong pha rắn, lỏng và khí [13]. Quá trình than hóa pha rắn: Nguyên liệu ban đầu hầu như luôn luôn là hệ phân tử lớn do sự tổng hợp hoặc quá trình tự nhiên. Phân hủy nguyên liệu đầu bằng cách tăng nhiệt độ xử lý, quá trình xảy ra cùng với sự giải phóng khí và chất lỏng có khối lượng phân tử thấp. Do đó, than thu được là dạng khác của nguyên liệu ban đầu có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn hình dạng ban đầu nhưng nó có tỷ trọng thấp hơn. Khi tăng nhiệt độ xử lý sẽ tạo ra cấu trúc trung gian bền hơn. Trong quá trình than hóa, khi hệ đại phân tử ban đầu phân hủy, các nguyên tử cacbon còn lại trong mạng đại phân tử di chuyển khoảng ngắn (có thể < lnm) trong mạng tới vị trí bền hơn, thậm chí tạo ra mạng các nguyên tử cacbon(có hydro liên kết với nó). Thành phần của nguyên liệu ban đầu khác nhau sẽ phân hủy theo những cách riêng, tạo ra các dạng than khác nhau. Khoảng cách (kích thước nguyên tử) được mở ra bởi sự thoát ra của các nguyên tử khác, sự di trú của nguyên tử cacbon và các liên kết của chúng tạo ra mạng xốp có thành phần là các nguyên tử cacbon.Mỗi loại than có đặc trưng xốp khác nhau. Than hóa trong pha lỏng: Các nguyên liệu như vòng thơm, hắc ín cho phép tạo thành cacbon có thể graphit hóa về cơ bản là than không xốp. Do đó để tạo ra một loại than xốp từ những nguyên liệu này cần 1 phản ứng tác động lên các lớp graphen. Quá trình than hóa trong pha lỏng có cơ chế hoàn toàn khác với trong pha rắn. Bằng sự than 4 hóa pha lỏng, dạng có thể graphit hóa được tạo thành. Cacbon hóa trong pha khí cần phải được kiểm soát cẩn thận nguồn nguyên liệu đầu vào. Nguyên liệu có thể là metan, propan hoặc benzen nhưng quan trọng nhất là quá trình cacbon hóa (bẻ gãy hoặc nhiệt phân) nguyên liệu khí ở áp suất tương đối thấp thường được pha loãng với khí heli. Mảnh vỡ từ quá trình nhiệt phân nguyên liệu ban đầu tương tác với chất nền thích hợp và bằng một cơ chế bao gồm sự chuyển động các nguyên tử cacbon, cấu trúc phiến 6 cạnh của graphit được hình thành [13]. (b).Hoạt hóa là quá trình bào mòn mạng lưới tinh thể cacbon dưới tác dụng của nhiệt và tác nhân hoạt hóa, tạo độ xốp cho than bằng một hệ thống lỗ có kích thước khác nhau, ngoài ra còn tạo các tâm hoạt động trên bề mặt [24]. Có thể hoạt hóa bằng phương pháp hóa học hoặc bằng hơi nước. Hoạt hóa hóa học chủ yếu được sử dụng cho hoạt hóa than gỗ.Phương pháp này khác với hoạt hóa bằng hơi; trong đó quá trình than hóa và quá trình hoạt hóa xảy ra đồng thời. Nguyên liệu thô thường sử dụng là gỗ được trộn với chất hoạt hóa và chất hút nước thường được sử dụng là axit photphoric hoặc ZnCl 2 . Sự hoạt hóa thường xảy ra ở nhiệt độ 500°c, nhưng đôi khi cũng có khi lên tới 800°c. Axit photphoric làm cho gỗ phình ra và mở cấu trúc cenlulose của gỗ.Trong suốt quá trình hoạt hóa axit photphoric hoạt động như 1 chất ổn định và đảm bảo rằng than không bị xẹp trở lại.Kết quả là than rất xốp và chứa đầy axit photphoric. Sau đó than được rửa và tiếp tục bước sản xuất tiếp theo. Hoạt hóa bằng hơi nước được sử dụng cho tất cả các than có nguồn gốc từ than bùn, than đá, gáo dừa, gỗ Trước hểt nguyên liệu thô được chuyển hóa thành cacbon bằng nhiệt. Khi than đá được sử dụng làm nguyện liệu trong hoạt hóa, hơi nước ở 130°c được thổi vào ở nhiệt độ khoảng 1000°C. Một số túi khí trở thành dòng khí và thoát ra khỏi lỗ xốp.Hình thức này phụ thuộc lớn vào nguyên liệu được sử dụng.Một nguyên liệu cứng như là gáo dừa tạo ra nhiều lỗ nhỏ trong khi nguyện liệu mềm như than bùn luôn tạo ra nhiều lỗ trung. Nếu tiếp tục thổi hơi nước ưong 1 thời gian dài, nhiều hơn rất nhiều các túi khí tạo thành dòng khí và để lại các lỗ trống. Đầu tiên chúng ta thu được lỗ nhỏ. Khi tiếp tục quá trình, xung quanh túi khí cũng chuyển thành khí và lỗ xốp phát triển thành lỗ trung và nếu tiếp tục thì sẽ tạo thành lỗ lớn. Do đó, ta không nên kéo dài quá trình hoạt hóa. Tất cả các nguyên liệu chứa cacbon đều có thể chuyển thành than hoạt tính, tất nhiên sản phẩm thu được sẽ có sự khác nhau phụ thuộc vào bản chất của nguyên liệu được sử dụng, bản chất của tác nhân hoạt hóa và điều kiện hoạt hóa. Trong quá trình hoạt hóa hầu hết các nguyên tố khác trong nguyên liệu tạo thành sản phẩm khí và bay hơi bởi nhiệt phân hủy nguyên liệu ban đầu. Các nguyên tử cacbon sẽ nhóm lại với nhau thành các lớp thơm liên kết với nhau một cách ngẫu nhiên. Sự sắp xếp của các lớp thơm này không tuân theo qui luật do đó để lại các chỗ trống giữa các lớp. Các chỗ trống này tăng lên thành lỗ xốp làm than hoạt tính thành chất hấp phụ tuyệt vời. 3. Phân loại Carbon hoạt tính là những sản phẩm phức tạp , rất khó để phân loại chúng dựa trên những tác đông,đặc tính bề mặt hay phương pháp điều chế. Tuy nhiên,vì mục đích sử 5 dụng,người ta vẫn có những cách phân loại dựa trên những đặc tính vật lý của chúng. Ví dụ : o Bột carbon hoạt tính (R1) (PAC) o Cacbon hoạt tính dạng hạt (GAC) o Carbon hoạt tính dạng sợi o Tấm ép than hoạt tính (EAC) o Carbon Bead kích hoạt (BAC) o Cacbon đã được ngâm tẩm Hình 2 : Một số hình ảnh minh họa : 4. Cấu trúc. 4.3. Cấu trúc xốp của bề mặt than hoạt tính. Than hoạt tính với sự sắp xếp ngẫu nhiên của các vi tinh thể và với liên kểt ngang bền giữa chúng, làm cho than hoạt tính có một cấu trúc lỗ xốp khá phát triển. Chúng có tỷ trọng tương đối thấp (nhỏ hơn 2g/cm 3 ) và mức độ graphit hóa thấp, cấu trúc bề mặt này được tạo ra trong quá trình than hóa và phát triển hơn trong quá trình hoạt hóa, khi làm sạch nhựa đường và các chất chứa cacbon khác trong khoảng trống giữa các tinh thể. Quá trình hoạt hóa làm tăng thể tích và làm rộng đường kính lỗ. cấu trúc lỗ và sự phân bố cấu 6 trủc lỗ của chúng được quyết định chủ yếu từ bản chất nguyên liệu ban đầu và phương pháp than hóa. Sự hoạt hóa cũng loại bỏ cacbon không phải trong cấu trúc, làm lộ ra các tinh thể dưới sự hoạt động của các tác nhân hoạt hóa và cho phép phát triển cấu trúc vi lỗ xốp. Trong pha sau cùng của phản ứng, sự mở rộng của các lỗ tồn tại và sự tạo thành các lỗ lớn bằng sự đốt cháy các vách ngăn giữa các lỗ cạnh nhau được diễn ra. Điều này làm cho các lỗ trống có chức năng vận chuyển và các lỗ lớn tăng lên, dẫn đến làm giảm thể tích vi lỗ. Theo Dubinin và Zaveria, than hoạt tính vi lỗ xốp được tạo ra khi mức độ đốt cháy (bum-off) nhỏ hơn 50% và than hoạt tính lỗ macro khi mức độ đốt cháy là lớn hơn 75% . Khi mức độ đốt cháy trong khoảng 50 - 75% sản phẩm có hỗn hợp cấu trúc lỗ xốp chứa tất cả các loại lỗ. Nói chung than hoạt tính có bề mặt riêng phát triển và thường được đặc trưng bằng cấu trúc nhiều đường mao dẫn phân tán, tạo nên từ các lỗ với kích thước và hình dạng khác nhau. Người ta khó có thể đưa ra thông tin chính xác về hình dạng của lỗ xốp. Có vài phương pháp được sử dụng để xác định hình dạng của lỗ, các phương pháp này đã xác định than thường có dạng mao dẫn mở cả hai đầu hoặc có một đầu kín, thông thường có dạng rãnh, dạng chữ V và nhiều dạng khác. Than hoạt tính có lỗ xốp từ 1 nm đển vài nghìn nm.Dubinin đề xuất một cách phân loại lỗ xốp đã được IUPAC chấp nhận.Sự phân loại này dựa trên chiều rộng của chúng, thể hiện khoảng cách giữa các thành của một lỗ xốp hình rãnh hoặc bán kính của lỗ dạng ống.Các lỗ được chia thành 3 nhóm, lỗ nhỏ, lỗ trung và lỗ lớn. Lỗ nhỏ (Micropores) có kích thước cỡ phân tử, bán kính hiệu dụng nhỏ hơn 2nm. Sự hấp phụ trong các lỗ này xảy ra theo cơ chế lấp đầy thể tích lỗ, và không xảy ra sự ngưng tụ mao quản. Năng lượng hấp phụ trong các lỗ này lớn hơn rất nhiều so với lỗ trung hay bề mặt không xốp vì sự nhân đôi của lực hấp phụ từ các vách đối diện nhau của vi lỗ. Nói chung chúng có thể tích lỗ từ 0.15 - 0.7cm 3 /g. Diện tích bề mặt riêng của lỗ nhỏ chiếm 95% tổng diện tích bề mặt của than hoạt tính. Dubinin còn đề xuất thêm rằng cấu trúc vi lỗ có thể chia nhỏ thành 2 cấu trúc vi lỗ bao gồm các vi lỗ đặc trưng với bán kính hiệu dụng nhỏ hơn 0.6 - 0.7nm và siêu vi lỗ với bán kính hiệu dụng từ 0.7 đến l.ónm. cấu trúc vi lỗ của than hoạt tính được xác định rõ hơn bằng hấp phụ khí và hơi và công nghệ tia X. Lỗ trung (Mesopore) hay còn gọi là lỗ vận chuyển có bán kính hiệu dụng từ 2 đến 50 nm, thể tích của chúng thường từ 0.1 đến 0.2cm 3 /g. Diện tích bề mặt của lỗ này chiếm không quá 5% tổng diện tích bề mặt của than. Tuy nhiên, bằng phương pháp đặc biệt người ta có thể tạo ra than hoạt tính có lỗ trung lớn hơn, thể tích của lỗ trung đạt được từ 0.2 - 0.65cm 3 /g và diện tích bề mặt của chúng đạt 200m 2 /g. Các lỗ này đặc trưng bằng sự ngưng tụ mao quản của chất hấp phụ với sự tạo thành mặt khum của chất lỏng bị hấp phụ. Lỗ lớn (Macropore) không có nhiều ý nghĩa trong quá trình hấp phụ của than hoạt tính bởi vì chúng có diện tích bề mặt rất nhỏ và không vượt quá 0.5m 2 /g. Chúng có bán kính hiệu dụng lớn hơn 50nm và thường trong khoảng 500- 2000nm với thể tích lỗ từ 0.2 - 0.4cm 3 /g. Chúng hoạt động như một kênh cho chất bị hấp phụ vào trong lỗ nhỏ và lỗ trung. Các lỗ lớn không được lấp đầy bằng sự ngưng tụ mao quản. 7 Do đó, cấu trúc lỗ xốp của than hoạt tính có 3 loại bao gồm lỗ nhỏ, lỗ trung và lỗ lớn. Mỗi nhóm này thể hiện một vai trò nhất định trong quá trình hấp phụ. Lỗ nhỏ chiếm 1 diện tích bề mặt và thể tích lớn do đó đóng góp lớn vào khả năng hấp phụ của than hoạt tính, miễn là kích thước phân tử của chất bị hấp phụ không quá lớn để đi vào lỗ nhỏ. Lỗ nhỏ được lấp đầy ở áp suất hơi tương đối thấp trước khi bắt đầu ngưng tụ mao quản. Mặt khác, lỗ trung được lấp đầy ở áp suất hơi tương đối cao với sự xảy ra ngưng tụ mao quản. Lỗ lớn có thể cho phân tử chất bị hấp phụ di chuyển nhanh tới lỗ nhỏ hơn 4.4. Cấu trúc hóa học của bề mặt. Cấu trúc tinh thể của than có tác động đáng kể đến hoạt tính hóa học. Tuy nhiên, hoạt tính hóa học của các tâm ở mặt tinh thể cơ sở ít hơn nhiều so với tâm ở cạnh hay ở các vị trí khuyết. Do đó, cacbon được 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 ở cạnh lớn hơn 17 đến 20 lần ở bề mặt cơ sở. Bên cạnh cẩu trúc tinh thể và cẩu trúc lỗ xốp, than hoạt tính cũng có cấu trúc hóa học.Khả năng hấp phụ của than hoạt tính được quyết định bởi cẩu trúc vật lý và lỗ xốp của chúng nhưng cũng bị ảnh hưởng mạnh 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 được quyết định chủ yếu bởi thành phần phân tán của lực London. Trong trường 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 elecưon trong khung cacbon và kết quả là tạo ra các electron độc thân và hóa trị không bão hòa điều này ảnh hưởng 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 được liên kết với một lượng có thể xác định oxy và hydro. Các nguyên tử khác loại này được tạo ra từ nguyên liệu ban đầu và trở 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 trường hợp than đã hấp phụ các loại phân tử xác định như 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 được liên kết với cạnh hoặc góc của các lớp thơm hoặc với các nguyên tử cacbon ở các vị trí khuyết làm tăng các hợp chất cacbon - oxy, cacbon - hydro, cacbon - nitrơ, cacbon - lưu huỳnh, cacbon - halogen trên bề mặt, chúng được biết đến như là các nhóm bề mặt hoặc các phức bề mặt. Các nguyên tử khác loại này có thể sáp nhập trong lớp cacbon tạo ra hệ thống các vòng khác loại. Do các cạnh này chứa các tâm hấp phụ chính, sự có mặt của các hợp chất bề mặt hay các loại phân tử làm biến đổi đặc tính bề mặt và đặc điểm của than hoạt tính. 5. Tính chất 1 gram carbon hoạt tính có thể có diện tích bề mặt lớn hơn 500m 2 , dễ dàng đạt tới diện tích 1500m 2 .(Hiện nay đã có carbon aerogel, đắt hơn carbon hoạt tính và có diện tích bề mặt thậm chí còn lớn hơn,chúng thường được sử dụng trong các lĩnh vực đặc biệt.) 8 Dưới kính hiển vi điện tử ,người ta quan sát được cấu trúc bề mặt của carbon hoạt tính. Những phần tử riêng biệt xoắn mạnh lại ,tạo ra nhiều cấu trúc lỗ xốp,có thể còn có nhiều vùng, gồm các bề mặt phẳng có cấu trúc tương tự graphite song song với nhau,cách nhau chỉ một vài nanomet.Những vi lỗ này là điều kiện tuyệt vời để sự hấp phụ diễn ra,vì chất bị hấp phụ có thể tương tác độc lập với nhiều bề mặt khác nhau. Những thí nghiệm kiểm tra sự hấp phụ thường diễn ra với khí quyển nitơ ở 77K trong điều kiện chân không cao.Nhưng trong những điều kiện thường ngày, carbon hoạt tính vẫn có thể có những hoạt tính tương tự, bằng cách cho nó hấp phụ hơi nước 100 o C trong điều kiện áp suất 1/10000 atmosphere. James Dewar đã dành rất nhiều thời gian nghiên cứu về carbon hoạt tính và đã viết một bài báo về khả năng hấp phụ của nó với những loại khí khác nhau.Trong bài báo này,ông đã phát hiện ra rằng, nếu ta làm lạnh carbon hoạt tính tới nhiệt độ của nitơ lỏng, nó có thể hấp phụ một lượng rất lớn khí,mặt khác lượng khí đó dễ dàng thu lại bằng cách làm ấm carbon hoạt tính.Dewar đã dùng oxygen để làm ví dụ, trong những điều kiện thông thường,carbon hoạt tính chỉ hấp phụ được oxi nồng độ 21%, nhưng nó có thể giải hấp tới 80% oxy nếu trước đó carbon được làm lạnh ở nhiệt độ thấp. Về mặt vật lý, carbon hoạt tính liên kết với chất bị hấp phụ bằng các lực liên kết van der Waals hay lực phân tán London. Carbon hoạt tính không liên kết tốt với những hóa chất nhất định,như alcohot,glycol,acid và base mạnh,kim loại và hầu hết các chất vô cơ,như lithium,natri,sắt,chì,arsen,flo và acid boric. Carbon hoạt tính hấp phụ rất tốt iod.Khả năng hấp phụ iod (mg/g) có thể được sử dụng làm chỉ thị cho tổng diện tích bề mặt. Carbon monoxide không được hấp phụ tốt bới carbon hoạt tính.Điều này cần được đặc biệt quan tâm với những ai sử dụng than hoạt tính trong các màng lọc cho mặt nạ phòng độc,trong tủ hút hay trong các hệ thống kiểm soát khí khác vì các giác quan của con người không nhận biết được CO,nó gây độc cho hệ thần kinh và ảnh hưởng tới sự trao đổi chất. Carbon hoạt tính có thể được sử dụng để làm chất nền cho nhiều hóa chất khác nhau để cải thiện khả năng hấp phụ các chất vô cơ(và có thể cả các chất hữu cơ,nhưng điều này còn chưa được nghiên cứu kĩ) như Hydro sulfua (H 2 S),amoniac(NH 3 ),focmandehit(HCHO),thủy ngân (Hg) và iod phóng xạ ( 131 I). Tính chất này gọi là hấp phụ hóa học. 6. Biến tính than hoạt tính 6.1. Biến tính bề mặt than hoạt tính. Đặc điểm quan trọng và thú vị nhất của than hoạt tính là bề mặt có thể biến tính thích hợp để thay đổi đặc điểm hấp phụ và làm cho than trở nên thích hợp hơn trong các ứng dụng đặc biệt.Sự biến tính bề mặt than hoạt tính có thể được thực hiện bằng sự tạo thành các dạng nhóm chức bề mặt khác nhau. Các nhóm chức này bao gồm các nhóm 9 chức oxy - cacbon được tạo thành khi oxy hóa bề mặt than với các khí hoặc các dung dịch oxy hóa. Nhóm chức bề mặt cacbon - hydro tạo thành bằng quá trình xử lý than hoạt tính với khí hydro ở nhiệt độ cao.Nhóm chức cacbon - lưu huỳnh bằng quá trình xử lý than hoạt tính với lưu huỳnh nguyên tố, cs 2 , H 2 S, S0 2 .Cacbon - nitơ trong quá trình xử lý than hoạt tính với amoniac. Cacbon - halogen được tạo thành bằng quá trình xử lý than hoạt tính với halogen trong pha khí hoặc dung dịch. Vì các nhóm chức này được liên kết và được giữ ở cạnh và góc của lớp vòng thơm, và bởi vì thành phần các cạnh và góc này chủ yếu là bề mặt hấp phụ, nên người ta hi vọng khi biến tính than hoạt tính sẽ thay đổi đặc trưng hấp phụ và tương tác hấp phụ của các than hoạt tính này. Thêm vào đó, sự biến tính bề mặt than cũng được thực hiện bằng quá trình khử khí và bằng việc mang kim loại lên bề mặt. Ảnh hưởng của các nhóm chức bề mặt oxy-cacbon lên đặc trưng và tính chất bề mặt đã được thảo luận ở 1.3.Trong phần này chủ yếu đề cập đến ảnh hưởng của các biến tính khác lên đặc điểm chất hấp phụ của than hoạt tính. 6.2. Biến tính tính than hoạt tính bằng N 2 Than hoạt tính chứa lượng không đáng kể nhóm chức nitơ. Tuy nhiên, phản ứng pha khí với dimethylamin ở 150°c trong lh, hoặc với NH 3 khô ở 300°c hoặc hơn, tạo ra một lượng đáng kể nhóm chức C-N trên bề mặt. Boehm và các cộng sự cũng như Rivera- Utrilla và các cộng sự, thấy rằng khi than hoạt tính đã oxy hóa được đun nóng với NH 3 khô, nhóm nitơ được tạo thành trên bề mặt. Ở nhiệt độ thấp sự cố định Nitơ cân bằng với số nhóm oxy axit trên bề mặt và được cho là sự tạo thành muối amoni. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao sự thay thế các nhóm hydroxyl bằng nhóm amin đã được thừa nhận, than trở nên kỵ nước và giảm đáng kể khả năng hấp phụ xanh methylen. Puri và Mahajan thấy rằng sự tương tác giữa than đường với khí NH 3 khô liên quan đến sự trung hòa nhóm chức axit trên bề mặt và sự cố định thêm một số lượng NH 3 ở dạng không thể thủy phân.Nhưng những nhà nghiên cứu không cho rằng sự cố định NH 3 với nhóm bất kỳ nào trên bề mặt than. Tuy nhiên, Puri và Bansal thấy rằng quá tình xử lý than đường đã khử trùng clo với NH 3 ở nhiệt độ 300°c thu được sự thay thế một phần clo bằng nhóm amin. Than thu được thể hiện khả năng hấp phụ tăng đối với axit. Sự tăng lên về khả năng hấp phụ axit tương ứng với lượng nitơ được cố định, chỉ ra một sự trao đổi C-Cl bằng liên kết C-NH 2 . Sự tương tác của khí NH 3 với sợi cacbon trước và sau oxi hóa đã cho thấy rằng NH 3 phản ứng với nhóm lacton và anhydrid, dẫn đến sự tạo thành cấu trúc imid. Zwadski xử lý than với NH 3 trước và sau sự oxi hóa với HN0 3 , và sử dụng phổ IR, thấy rằng không có sự hấp phụ nhóm amide, phổ IR cũng chỉ ra có phản ứng của NH3 với cấu trúc lactone trên lớp cacbon. 6.3. Biến tính bề mặt than bằng halogen Đặc điểm bề mặt của than, than hoạt tính và muội được biến tính bằng một số phương pháp xử lý với halogen. Sự hấp phụ halogen gồm cả hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học, quá trình thông qua một số cơ chế bao gồm cộng hợp ở các tâm chưa bão hòa, trao đổi với H 2 , hấp phụ hóa học và sự oxi hóa bề mặt than. Các cơ chế phụ thuộc vào bản chất của bề mặt than, hàm lượng oxy, hydro của than, điều kiện thí nghiệm và bản chất của từng loại halogen. Halogen được cố định trên bề mặt than ở dạng hợp chất cacbon-halogen có độ bền nhiệt cao và không thể loại bỏ bằng xử lý nhiệt trong chân không cho tới 1000°c nếu than không còn dư hydro. Tuy nhiên, một phần halogen có thể 10 [...]... việc mang các chất lên than hoạt tính như vậy cũng được sử dụng để thu được than hoạt tính có một cấu trúc vi lỗ xác định Than hoạt tính được tẩm KI và các hợp chất tương tự, với amine, bao gồm pyridin đã được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hạt nhân để duy trì các hợp chất phóng xạ của iot từ các tác nhân làm lạnh và hệ thống thông gió KI mang trên than hoạt tính phản ứng với nhóm oxi - cacbon trên... với than hoạt tính thông thường 7 Ứng dụng Carbon hoạt tính có nhiều ứng dụng rộng rãi,trong nhiều lĩnh vực : A Ứng dụng trong hóa học phân tích Hỗn hợp 50:50 về khối lượng của than hoạt tính với celite được dùng làm pha tĩnh trong phép phân tích sắc kí áp suất thấp để phân tách các carbohydrate ( mono , di, trisaccharides) , và sử dụng dung dịch ethanol (5-50%) làm pha động 12 B Các ứng dụng về môi... dẫn tới phản ứng giữa thủy ngân với lưu huỳnh trên bề mặt than, tạo thành thủy ngân sunphua Các nhà nghiên cứu Lopez-Gonzalev đã phát hiện ra rằng than hoạt tính đã được lưu hóa là các chất hấp phụ tốt hơn để loại bỏ HgCl 2 khỏi dung dịch nước 6.5 Biến tính than hoạt tính bằng cách tẩm Than hoạt tính được tẩm kim loại và các oxit của chúng đã phân tán ở dạng các hạt nhỏ đã và đang được sử dụng rộng rãi... độc trong cơ thể Sử dụng than hoạt tính sai mục đích (ví dụ vào phổi) dẫn đến tắc phổi và có thể gây tử vong nếu không được cấp cứu kịp thời.Carbon hoạt tính bị cấm sử dụng nếu chất độc bị hấp thụ vào cơ thể là 1 acid kiềm hay các sản phẩm dầu mỏ Thuốc viên hoặc viên con nhộng chứa carbon hoạt tính được sử dụng ở nhiều nước để điều trị tiêu chảy,khó tiêu và đầy hơi.Có nhiều bằng chứng cho thấy hiệu quả... những ứng dụng rộng rãi trong việc loại bỏ những chất gây ô nhiễm trong không khí và trong nước , điển hình như :xử lý nước ngầm ; lọc nước uống ; lọc không khí ; lọc bỏ những hợp chất hữu cơ dễ bay hơi từ sơn,chất tẩy rửa, các quá trình khai thác dầu mỏ và còn rất nhiều ứng dụng khác Ngoài ra, Carbon hoạt tính cũng được sử dụng để đo nồng độ radon trong không khí Một số ví dụ :  Than hoạt tính ứng dụng. .. rộng rãi trong một vài phản ứng pha khí cả trong công nghiệp và để bảo vệ con người chống lại các khí và hơi độc Những loại than này được sử dụng lần đầu tiên trong chiến tranh thế giới thứ nhất để bảo vệ hệ hô hấp của các binh lính chống lại chiến tranh khí Hơn nữa, việc mang các kim loại lên các vật liệu có cacbon làm giảm các đặc điểm khí hóa và thay đổi cấu trúc lỗ của các sản phẩm cacbon cuối cùng... rác thải y tế và từ những khí thiên nhiên.Loại carbon đặc biệt này có giá tới 4USD/kg ,nhưng chúng thường ko được tái chế 18 H Một số ứng dụng khác trong đời sống  Trong các sản phẩm làm đẹp cho phái nữ: sữa rửa mặt ponds carbon hoạt tính, mặt nạ carbon hoạt tính, mascara,… I  Ứng dụng làm khung lọc khử mùi, lọc khí trong y dược, trong công nghiệp  Ứng dụng trong lót giầy than hoạt tính khử mùi,... sự liên kết với các nguyên tử cacbon bên ngoài, cộng tại vị trí nối đôi, thâm nhập vào bên trong cấu trúc mạng, và trao đổi lấy hydro cũng như oxygen còn liên kểt với bề mặt cacbon Như các nguyên tử cacbon ngoại vi, do các hóa trị không thỏa mãn của chúng quyết định các đặc điểm hấp phụ của than hoạt tính, đó là lý do để tin rằng sự có mặt của các chất lưu huỳnh bề mặt sẽ ảnh hưởng tới tính chất bề mặt... bỏ các chất hữu cơ còn lại trong nước sau bể lọc cát.Thời gian sử dụng của cột lọc GAC phụ thuộc vào loại và lượng chất ô nhiễm trong nước Thông thường, tuổi thọ GAC dùng để xử lý các sản phẩm phụ của Clo hóa khoảng 6 - 12 tháng, để xử lý thuốc trừ sâu, các chất hữu cơ tổng hợp khoảng 1 - 2 năm, để xử lý mùi và vị (từ các gốc aldehytes, phenols ) khoảng 2 - 5 năm C Ứng dụng về y tế Carbon hoạt tính. .. nucleophilvà tính bazơ của chúng Bamir và Aharoni đã so sánh sự hấp phụ clo-xianua trên than hoạt tính trước và sau khi mang lên Cu(II), Cr(VI), Ag(I), và NĨỈ4+ trong một tỉ lệ cho trước Sự hấp phụ clo-xianua là thuận nghịch trong trường hợp của than hoạt tính, đã trở thành không thuận nghịch sau khi tẩm mặc dù khả năng hấp phụ không đổi.Reucroft và Chion cũng so sánh trạng thái hấp phụ của than hoạt tính . nước. 6.5. Biến tính than hoạt tính bằng cách tẩm Than hoạt tính được tẩm kim loại và các oxit của chúng đã phân tán ở dạng các hạt nhỏ đã và đang được sử dụng rộng rãi trong một vài phản ứng pha khí. 1.3.Trong phần này chủ yếu đề cập đến ảnh hưởng của các biến tính khác lên đặc điểm chất hấp phụ của than hoạt tính. 6.2. Biến tính tính than hoạt tính bằng N 2 Than hoạt tính chứa lượng không. than hoạt tính thông thường. 7. Ứng dụng Carbon hoạt tính có nhiều ứng dụng rộng rãi,trong nhiều lĩnh vực : A. Ứng dụng trong hóa học phân tích. Hỗn hợp 50:50 về khối lượng của than hoạt tính