Ảnh hưởng của biến tính nhóm cacbon-oxi bề mặt than hoạt tính trong xử lý amoni và kim loại nặng trong nước

Nhóm Cacbon-oxy trên bề mặt than hoạt tính[5]

Bansal và cộng sự cũng nghiên cứu sự phân hủy các nhóm cacbon oxi trên bề mặt được tạo ra trong quá trình oxi hóa nhiệt độ thấp bề mặt siêu sạch của graphon hoạt tính sử dụng phổ khối lượng và thấy rằng cả CO2 và CO là sản phẩm chủ yếu được tạo ra từ sự phân hủy các nhóm chức oxi khác nhau từ các tâm hoạt động khác nhau trên bề mặt than. Trembley và cộng sự đã đo năng lượng giải hấp của nhóm oxi - cacbon bề mặt trên graphon, sử dụng phương pháp giải hấp bằng nhiệt thay đổi tuyến tính và thấy rằng năng lượng giải hấp là một hàm của mức độ che phủ bề mặt, điều đó nói lên rằng các phức oxi bề mặt bao gồm một vài dạng nhóm chức và phân hủy ở các nhiệt độ khác nhau.

Ảnh hưởng của nhóm bề mặt cacbon-oxi lên tính chất hấp phụ[5, 13]

Puri và các đồng nghiệp đã nghiên cứu sự hấp phụ hơi nước trên than kết hợp với một lượng thay đổi nhóm bề mặt cacbon-oxi và thấy rằng đó là sự có mặt oxy trong phức CO2(oxy có thể tạo ra CO2 khi thực hiện giải hấp) đã cung cấp các tâm hoạt động cho sự hấp phụ hơi nước và đường đẳng nhiệt hấp phụ và giải hấp đó đã không còn, thậm chí tại áp suất 0 tương đối, miễn là phức CO2 có mặt. Puri và các đồng sự, và Bansal và Dhami, trong khi nghiên cứu đường đẳng nhiệt hấp phụ các dung dịch benzen-metanol, benzen-etanol trên những loại than chì khác nhau với lượng oxi liên kết khác nhau, đã chỉ ra bản chất của những nhóm oxi thậm chí quan trọng hơn tổng lượng oxi trong việc xác định tương tác bề mặt của than với các chất tan trong những trường hợp trên.

Tâm hoạt động trên bề mặt than[5, 13]

Những đường đẳng nhiệt trong hấp phụ hỗn hợp benzen-metanol của than chì có nguồn gốc từ gáo dừa khác nhau, cho thấy than chì ban đầu có lượng CO2 thoát ra trên bề mặt lớn hơn cho thấy sự ưu tiên hơn đối với ethanol và methanol phân cực hơn benzen. Như vậy, một phần của oxi liên kết (được coi như là một phức chất của CO2) đã đẩy mạnh sự hấp phụ ưu tiên các nhóm rượu , và một phần khác giống như là một phức chất của CO lại đẩy mạnh sự hấp phụ ưu tiên benzen. Rất nhiều nghiên cứu tập trung vào tìm hiểu số lượng và bản chất của các tâm hoạt động này vì những tâm hoạt động này quyết định độ hoạt động của bề mặt, những phản ứng bề mặt và khả năng xúc tác của than hoạt tính.

Giả thiết đầu tiên là than hoạt tính gắn với nhiều loại khác nhau những tâm hoạt động, từ nghiên cứu của Rideal và Wright sự oxi hóa bề mặt than với khí oxy, họ thấy 3 loại tâm hoạt động khác nhau đã tương tác khác nhau ở những áp suất khác nhau và cho thấy tốc độ hấp phụ hóa học khác nhau oxy ở 200°C. Allardice khi nghiên cứu động học của hấp phụ hóa học oxy trên than chì ở nhiệt độ giữa khoảng 25°C và 300°C dưới áp suất 100 đến 700 torr, thấy một quá trình hấp phụ có 2 bước mà ông cho rằng đó có sự hiện diện của 2 loại tâm hoạt động khác nhau. Dietz và Mc Farlane trong khi nghiên cứu sự hấp phụ hóa học oxy trên than hoạt tính có bề mặt lớn ở nhiệt độ giữa 100°C và 300°C và áp suất oxy là bậc của 100 millitor, quan sát thấy một quá trình hấp phụ ban đầu nhanh và sau đó là một quá trình hấp phụ chậm hơn nhiều.

Hoffman khi nghiên cứu sự hấp phụ hóa học một vài hydrocarbon như propylen, ethylen, propan và methan trên graphon hoạt động, nhận thấy rằng độ hấp phụ của mỗi hydrocarbon tăng ứng với các graphon có mức độ đốt cháy nhiều hơn, do tăng ASA của graphon. Dentzer nghiên cứu khả năng hấp phụ và giải hấp các phức bạc diamin từ dung dịch amoni trên graphit được hoạt hóa với những mức độ cháy khác nhau và thấy rằng lượng bạc hấp phụ tăng khi mức độ đốt cháy tăng. Khi bề mặt than có các phân tử khí đi vào, những phức hoạt động được tạo ra giữa những nguyên tử khí và những nguyên tử cacbon trên 2 bề mặt có thể có cấu hình thế năng khác nhau, phụ thuộc vào khoảng cách giữa những nguyên tử carbon, tạo ra sự phụ thuộc của năng lượng hoạt hóa của quá trình hấp phụ hóa học.

Biến tính bề mặt than hoạt tính[5, 13, 24]

Zwadski xử lý than với NH3 trước và sau sự oxi hóa với HNO3, 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. 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 H2, hấp phụ hóa học và sự oxi hóa bề mặt than. Thay thế clo hấp thụ trên bề mặt bằng các nhóm chức khác đã được Puri và các cộng sự và Boehm nghiên cứu bằng cách đun hồi lưu than đã clo hóa với NaOH 2,5M và xử lý với amoniac để thay thế nhóm clo bằng nhóm amin.

Những hợp chất lưu huỳnh trên bề mặt này không thể chiết với các dung môi hoặc bị phân hủy một cách hoàn toàn bằng xử lý nhiệt trong môi trường trơ, tuy nhiên chúng có thể bị loại bỏ hầu như hoàn toàn khi được xử lý trong khoảng 500-700ْ C với H2. Sự hấp phụ hóa học lưu huỳnh lên bề mặt than bao gồm 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 kết 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 của những vật liệu này.

Cacbon Saran lưu hóa đã than hóa tại 900ْ C và đã thêm vào những lượng lưu huỳnh khác nhau trong khoảng 1-12 % đã được sử dụng bởi Sinha và Walker để loại bỏ hơi thủy ngân từ không khí hay hơi nước. 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 cả trong công nghiệp và để bảo vệ con người chống lại các khí và hơi độc. 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.

THỰC NGHIỆM

Nếu cho một chùm tia hồng ngoại đi qua một mẫu chất nào đó thì một phần năng lượng của nó sẽ bị hấp thụ để kích thích sự chuyển mức dao động của các phân tử trong mẫu. Trên bề mặt than oxi hóa có các nhóm chức axit yếu, axit mạnh tham gia vào quá trình tạo phức bề mặt, trao đổi với các ion trong nước thải. Do đó việc xác định lượng nhóm chức có tính axit trên bề mặt than có ý nghĩa trong việc đánh giá khả năng hấp phụ ion của than thu được.

Phương pháp xác định dựa trên giả thiết là các proton H+ và các nhóm hydroxyl OH- là các ion quyết định điện tích, các hạt than trong dung dịch sẽ hấp thụ H+ hoặc. Các nhóm chức trên bề mặt có thể liên kết hoặc phá liên kết với proton của dung dịch phụ thuộc vào đặc điểm của than và pH của dung dịch. Do đó, bề mặt tích điện dương khi kết hợp với proton của dung dịch trong môi trường axit và tích điện âm khi mất proton trong môi trường kiềm.

Các hợp chất hữu cơ, các alcol, aldehyt, các amin béo và thơm, các cloramin phản ứng được với thuốc thử Nessler, khi có mặt chúng trong nước phải chưng cất để tách amoniac trước khi xác định. Lấy các dung dịch Cd2+ có các nồng độ từ 0.5 đến 2ppm, xác định phổ hấp thụ nguyên tử của các dung dịch Cd2+ ta thu được đường chuẩn xác định nồng độ Cd2+. - Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên các trung tâm là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân hấp phụ trên các trung tâm bên cạnh.