Nguyễn Văn Thành Page 20 Trong cấu trúc nanô của than hoạt tính tồn tại ở dạng thù hình xốp nanô (đƣợc phát hiện năm 1997).Yếu tố quan trọng nhất để phân biệt cacbon có cấu trúc nanô với cacbon hoạt tính thông thƣờng là ở kích thƣớc và mật độ các lỗ xốp có kích thƣớc nanô cao bên trong vật liệu.
Để thấy rõ ƣu điểm cơ bản của NAC (cacbon nano hoạt tính) ta xét hiện tƣợng hấp phụ là ví dụ quan trọng và điển hình nhất trong ứng dụng cacbon hoạt tính. Nhƣ đã biết, khả năng hấp phụ là quá trình hình thành pha khí hoặc lỏng trên bề mặt pha rắn của chất hấp phụ nhờ lực liên kết Van der waals. Chất hấp phụ sẽ hình thành bề mặt đơn trên bề mặt của chất rắn. Hình1.9 mô tả sự dịch chuyển, khuyếch tán cũng nhƣ bám dính của các chất bị hấp phụ bên trong các lỗ xốp. Khả năng hấp phụ của than hoạt tính phụ thuộc vào kiểu lỗ xốp và tổng diện tích bề mặt bên trong lỗ xốp để chứa cũng nhƣ giữ các chất bị hấp phụ. Cơ chế hấp phụ của cacbon thông qua lỗ xốp, trong đó thấy rõ ảnh hƣởng của kích thƣớc lỗ xốp tới việc hấp phụ các phân tử chất bị hấp phụ. Trong đó, ta thấy rõ ràng kích thƣớc lỗ xốp phải tƣơng ứng mới có thể hấp phụ đƣợc các nguyên tử có đƣờng kính nhỏ. Theo cách hiểu này, than hoạt tính có khả năng hấp phụ cao nếu có số lƣợng lỗ xốp lớn, lỗ xốp có kích thƣớc hẹp nhƣng sâu vào bên trong
Hình 1.9. Cơ chế hấp phụ của cacbon hoạt tính [13]
Theo nghiên cứu của nhóm Dang Sheng Su [17] đã chỉ ra khả năng hấp phụ vƣợt trội của NAC so với AC nhƣ bảng 1.6. Với diện tích bề mặt cần dùng nhỏ hơn nhƣng NAC lại hấp phụ vƣợt trội so với diện tích bề mặt lớn hơn của AC
Nguyễn Văn Thành Page 21 Bảng 1.6. Sự hấp phụ các ion CrO42- và Fe3+ của than hoạt tính thông thƣờng (AC) và
than hoạt tính có cấu trúc nanô (NAC) [14] Than BET [m2.g-1] CrO42- [a][µmol.g-1] CrO42- [a][µmol.m-2] Fe3+ [b][µmol.g-1] Fe3+ [b][µmol.g-1] AC 1081 32 0.030 912 0.84 NAC 222 180 0.81 1501 6.76
Lƣu ý: Trong bảng 1.6 thì [a] = [CrO42-] =2.5 mM, [b] = [Fe3+] =10 mM
b) Khả năng hấp phụ của cacbon nano hoạt tính
Do khả năng hấp phụ ƣu việt hơn so với cacbon hoạt tính thông thƣờng nên NAC đang dần thay thế AC trong các lĩnh vực liên quan tới hấp thụ (lọc khí độc, làm sạch môi trƣờng…). Đặc biệt là các chất độc mà cacbon hoạt tính thông thƣờng không có hoặc gần nhƣ không có khả năng hấp phụ. Ngoài ra, có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực y tế.