Trờn bề mặt than hoạt tớnh tồn tại đồng thời cỏc nhúm chức axit và cỏc nhúm chức bazơ. Cỏc nhúm chức thể hiện đặc tớnh nào chủ yếu phụ thuộc vào quỏ trỡnh hoạt húa và quỏ trỡnh xử lý than sau đú. Những nhúm chức axit thường hay gặp và cú ý nghĩa hơn trong quỏ trỡnh hấp phụ, đặc biệt là hấp phụ trong mụi trường nước. Việc xỏc định từng nhúm chức riờng biệt là rất khú khăn. Chỉ số axit- bazơ của than bị ảnh hưởng bởi thành phần tro khoỏng cú trong nguyờn liệu hoặc cỏc nhúm chức chứa oxy tan trong nước. Bản chất húa học và số lượng cỏc nhúm chức phụ thuộc nhiều vào nguyờn liệu đầu, phương phỏp và cụng nghệ chế tạo.
Bằng phương phỏp chuẩn độ và đo pH dung dịch sau khi ngõm chiết đó xỏc
định được chỉ số pH và hàm lượng tổng của cỏc nhúm chức axit bề mặt của than hoạt tớnh trong dung dịch nước, kết quảđược dẫn ra trong bảng 3.6.
Bảng 3.6: Chỉ số pH của cỏc loại than hoạt tớnh trong mụi trường nước
STT Than hoạt tớnh Chỉ số pH trong dung dịch nước Hàm lượng tổng cỏc nhúm chức axit (àđlg/g) 1 TQ 5,65 656,414 2 AG 6,44 558,144 3 TM 9,12 426,816
Từ kết quả trong bảng 3.6 nhận thấy, than AG cú nguyờn liệu đầu là than khoỏng cú tớnh axit yếu với giỏ trị pH trong nước là 6,44; hàm lượng tổng cỏc nhúm chức axit bề mặt là 558,144 àđlg/g. Do hợp chất bề mặt chứa oxy dễ tan trong nước cú hàm lượng khụng cao, than AG tương đối cõn bằng về tớnh axit-bazơ. Trong dung dịch nước, than TM cú đặc tớnh kiềm với pH = 9,12, cỏc nhúm chức trờn bề
mặt than chủ yếu cú tớnh bazơ, hàm lượng tổng cỏc nhúm chức axit bề mặt là 426,816 àđlg/g. Than TQ do Trung Quốc sản xuất cú tớnh axit yếu với pH = 5,65; hàm lượng tổng cỏc nhúm chức axit bề mặt là 656,414 àđlg/g.
Như vậy, chỉ số pH của than hoạt tớnh cú mối tương quan với hàm lượng tổng cỏc nhúm chức axit bề mặt. Khi chỉ số pH của than thấp thỡ hàm lượng tổng cỏc nhúm chức axit bề mặt sẽ lớn. Khi chỉ số pH tăng thỡ hàm lượng tổng cỏc nhúm chức axit bề mặt giảm và ngược lại. Kết quả này đó được kiểm chứng bằng phương phỏp đo phổ hồng ngoại (IR) cỏc mẫu loại than hoạt tớnh (hỡnh 3.10; hỡnh 3.11 và hỡnh 3.12).
Hỡnh 3.10: Phổ hồng ngoại của mẫu than TQ
(Phương phỏp đo: ộp viờn KBr; dải đo 4000-400cm-1; số lần quột: 32lần/ phỳt. Thiết bị: IMPACT 410 - Nicolet)
Hỡnh 3.11: Phổ hồng ngoại của mẫu than TM
(Phương phỏp đo: ộp viờn KBr; dải đo 4000-400cm-1; số lần quột: 32lần/ phỳt. Thiết bị: IMPACT 410 - Nicolet)
Hỡnh 3.12: Phổ hồng ngoại của mẫu than AG
(Phương phỏp đo: ộp viờn KBr; dải đo 4000-400cm-1; số lần quột: 32lần/ phỳt. Thiết bị: IMPACT 410 - Nicolet)
Từ hỡnh 3.10; hỡnh 3.11 và hỡnh 3.12 nhận thấy, trờn bề mặt của cỏc mẫu than hoạt tớnh cú sự khỏc nhau rừ rệt vềđặc tớnh của cỏc nhúm chức:
- Đối với than hoạt tớnh TM, trờn bề mặt chủ yếu chứa cỏc nhúm chức –OH tương tỏc với nhau thụng qua cầu liờn kết hyđro, thể hiện tại cỏc pic cú số súng (υ) 3196-3266 cm-1 (đặc trưng cho dao động hoỏ trị của nhúm -OH của hợp chất chứa nhiều nhúm hyđroxyl) và pic cú số súng 1451 cm-1 (đặc trưng cho dao động biến dạng của nhúm -OH). Ngoài ra trờn bề mặt của than hoạt tớnh TM cũng tồn tại liờn kết C-H, thể hiện tại cỏc pic với số súng tương ứng 2843-2963cm-1.
- Đối với than hoạt tớnh TQ và than hoạt tớnh AG cú cỏc nhúm chức trờn bề
mặt khỏ giống nhau. Trờn bề mặt của chỳng ngoài chứa cỏc nhúm -OH liờn kết hyđro nội phõn tử (đặc trưng bởi cỏc pic với số súng 3200-3274cm-1; 1400-1500cm-
1), cũn cú nhúm chức C=O (đặc trưng bằng cỏc pic cú số súng tương ứng từ 1640- 1690cm-1). Tuy nhiờn, cường độ cỏc pic của hai loại than này là khỏc nhau. Ngoài ra trờn bề mặt của than hoạt tớnh TM cũng tồn tại liờn kết C-H, ở nhiều trạng thỏi liờn kết khỏc nhau, thể hiện tại cỏc pic cú số súng tương ứng 2880-3200cm-1.
Như vậy, cú thể nhận thấy than hoạt tớnh cú tớnh kiềm TM, trờn bề mặt chủ
yếu chứa nhúm chức –OH, cũn cỏc than hoạt tớnh cú tớnh axit (TQ và AG) cú thể
chứa đồng thời cỏc nhúm chức –OH, -CHO, -C=O và –COOH.