1.1 .Tổng quan về asen
1.4. Tổng quan về than sinh học (Biochar)
1.4.4. Một số phương pháp biến tính biochar
Để tăng cường khả năng hấp phụ của than sinh học, than hoạt tính, các phương pháp biến tính thường được sử dụng. Các nghiên cứu về biến đổi bề mặt của than hoạt tính, than sinh học đã được nghiên cứu bởi nhiều tác giả trên thế giới, trong đó có các phương pháp thường được sử dụng để biến tính bề mặt than như: biến tính hóa học (phương pháp axit hóa, bazơ hóa), biến tính vật lý (bằng hơi nước, nhiệt độ). Bảng 1.3 trình bày các phương pháp biến tính thường được sử dụng.
Từ bảng 1.3, có thể thấy rằng việc lựa chọn phương pháp biến tính sẽ phụ thuộc vào cấu trúc và các đặc trưng của than sau khi chế tạo. Đối với phương pháp axit hoá sẽ làm tăng số lượng và các loại nhóm chức axit trên bề mặt của than (là các tâm hấp phụ trên bề mặt). Trong khi phương pháp bazơ hóa lại làm tăng các nhóm chức bazơ trên bề mặt. Phương pháp hoạt hóa bằng hơi nước lại làm tăng diện tích bề mặt riêng của than chế tạo được, tuy nhiên, phương pháp này có thể làm giảm các nhóm chức chứa oxy khi nhiệt độ tăng cao.
Về mặt phương pháp thực hiện, phương pháp biến tính hóa học bao gồm biến tính một bước và biến tính hai bước:
- Biến tính một bước: q trình nhiệt phân và hoạt hóa diễn ra đồng thời trong sự có mặt của tác nhân hoạt hóa
- Biến tính hai bước: Nhiệt phân ngun liệu thơ và sau đó hoạt hóa than với tác nhân hoạt hóa hoặc ngâm tẩm tác nhân hoạt hóa với nguyên liệu rồi mới nhiệt phân. Sau đây, hai phương pháp biến tính được trình bày: phương pháp xử lý hóa chất trước q trình nhiệt phân và phương pháp xử lý hóa chất sau q trình nhiệt phân.
là H3PO4 và H2SO4 oxy hóa một phần cacbon bề mặt và hình thành các nhóm chức axit trên bề mặt. Ngồi ra, H3PO4 cịn có vai trị như tác nhân dehydrat hóa, chúng tác động đến quá trình phân hủy nhiệt trong khi nhiệt phân và hạn chế sự hình thành các sản phẩm nhựa và sự tạo thành axit axetic hay methanol, đồng thời làm tăng hiệu suất quá trình nhiệt phân, vì vậy một số nghiên cứu đã chứng minh axit H3PO4 thường được sử dụng để tạo cấu trúc xốp, đồng thời cũng là tác nhân biến đổi đặc tính bề mặt của than.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm tạo thành gồm nhiệt độ tạo biochar, thời gian hoạt hóa, tỉ lệ ngâm, nồng độ axit. Trong đó nhiệt độ hoạt hóa và thời gian hoạt hóa là hai yếu tố cần quan tâm vì liên quan đến hiệu quả kinh tế. Tỉ lệ ngâm sẽ ảnh hưởng đến năng suất thu hồi và đặc điểm cấu trúc của biochar.
Trong phương pháp xử lý hóa chất sau q trình nhiệt phân, các tác nhân oxy hóa thường dùng để biến tính biochar nhằm tăng khả năng hấp phụ đó là HNO3, H2O2, NH4S2O8, KMnO4, H3PO4. Việc biến tính bằng các tác nhân oxy hóa là HNO3 đã làm tăng số lượng nhóm chức chứa oxy trên bề mặt biochar, hơn là sử dụng tác nhân KMnO4. Bên cạnh đó biến tính bằng H2O2 cũng làm tăng nhóm chức cacboxylic từ 2,129 lên 8,2% và từ 16,4 đến 22,3%. Trong số các tác nhân trên, HNO3 tạo ra nhiều nhóm chức axit trên bề mặt biochar hơn so với các tác nhân còn lại.
Trong phương pháp ngâm tẩm, các kim loại, oxit kim loại thường được sử dụng để đưa vào trên bề mặt biochar nhằm làm gia tăng các nhóm chức trên bề mặt vật liệu để từ đó gia tăng khả năng ứng dụng của biochar trong xử lý môi trường.
Bảng 1.3. Các phương pháp biến tính biochar
Biến tính
Phương pháp xử lý
Ưu điểm Nhược điểm
Hóa học
Axit hóa Tăng nhóm chức axit trên bề mặt
Có thể làm giảm diện tích bề mặt riêng.
Có thể ảnh hưởng gắn lên bề mặt vật liệu những nhóm SO2 hay NO2
bazơ trên bề mặt giảm khả năng hấp phụ ion kim loại
Ngâm tẩm Tăng khả năng oxi hóa xúc tác
Có thể làm giảm diện tích bề mặt riêng và thể tích lỗ
Vật lý Hoạt hóa bằng hơi nước
Tăng diện tích bề mặt riêng và thể tích lỗ
Làm giảm nhóm chức chứa oxi trên bề mặt