1.4. Than hoạt tính và cấu trúc bề mặt than hoạt tính
1.4.3. 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 đƣợc graphit hóa cao với bề mặt đồng nhất chứa chủ yếu mặt cơ sở ít hoạt động hơn cacbon vơ 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 cấu trúc tinh thể và cấu trúc lỗ xốp, than hoạt tính cũng có cấu trúc hóa học. Khả năng hấp phụ của than hoạt tính đƣợc quyết định bởi cấu trúc vật lý và lỗ xốp của chúng nhƣng cũng bị ảnh hƣởng mạnh bởi cấu trúc hóa học. Thành phần quyết định của lực hấp phụ lên bề mặt than là thành phần khơng tập trung của lực VanderWalls. Trong graphit, q trình hấp phụ đƣợc quyết định chủ yếu bởi thành phần phân tán của lực London. Trong trƣờng hợp than hoạt tính, sự phức tạp của các cấu trúc vi tinh thể, do sự có mặt của các lớp graphit cháy khơng hồn tồn trong cấu trúc, gây ra biến đổi về sự sắp xếp các electron trong khung cacbon và kết
quả là tạo ra các electron độc thân và hóa trị khơng bão hòa điều này ảnh hƣởng 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 đƣợc liên kết với một lƣợng có thể xác định oxy và hydro. Các nguyên tử khác loại này đƣợc tạo ra từ nguyên liệu ban đầu và trở thành một phần cấu trúc hóa học là kết quả của q trình than hóa khơng hồn hảo hoặc trở thành liên kết hóa học với bề mặt trong q trình hoạt hóa hoặc trong các q trình xử lý sau đó. Cũng có trƣờng hợp than đã hấp phụ các loại phân tử xác định nhƣ 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 đƣợc 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 – lƣu huỳnh, cacbon – halogen trên bề mặt, chúng đƣợc biết đến nhƣ 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.