Các nghiên cứu ứng dụng than hoạt tính hấp phụ F

CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN

1.4. Than hoạt tính và các nghiên cứu ứng dụng than hoạt tính hấp phụ F

1.4.2. Các nghiên cứu ứng dụng than hoạt tính hấp phụ F

Than hoạt tính đƣợc tẩm kim loại và các oxit của chúng đã phân tán ở dạng các hạt nhỏ đã và đang đƣợc sử dụng rộng rãi trong một vài phản ứng pha khí cả trong cơng nghiệp và để bảo vệ con ngƣời chống lại các khí và hơi độc. Những loại than này đƣợc sử dụng lần đầu tiên trong chiến tranh thế giới thứ nhất để bảo vệ hệ hơ hấp của các binh lính chống lại chiến tranh khí. Hơn nữa, việc mang các kim loại lên các vật liệu có cacbon làm giảm các đặc điểm khí hóa và thay đổi cấu trúc lỗ của các sản phẩm cacbon cuối cùng. Vì vậy, việc mang các chất lên than hoạt tính nhƣ vậy cũng đƣợc sử dụng để thu đƣợc than hoạt tính có một cấu trúc vi lỗ xác định.

Bề mă ̣t của hạt than có thể đƣợc biến tính để cải thiện khả năng hấp phụ F -. Ví dụ nhƣ biến tính bằng cách thêm các nhóm chƣ́c có ái lƣ̣c lớn với F -. Daifullah [11] đã biến tính cấu trúc của AC bằng cách đốt rơm ra ̣ và oxy hóa sả n phẩm bằng HNO 3, H2O2, và KMnO4. Trong số nhƣ̃ng cách xƣ̉ lý đó , vâ ̣t liê ̣u thu đƣợc bằng cách oxi hóa với KMnO4 cho sản phẩm hấp phu ̣ F - cao nhất. Cơ chế củ a hấp phu ̣ đƣơ ̣c cho rằng do sƣ̣ trao đổi phối tƣ̉ của nhóm OH- trên bề mặt than với F-. Sƣ̣ có mă ̣t của MnO2 trên bề mă ̣t cacbon do sƣ̣ kh ử KMnO4 có thể đã góp phần vào việc xử lý. Tải trọng hấp phụ cƣ̣c đa ̣i là 15,9 mg F/g ở pH trung tính . Giá trị này cao hơn nhiều so với các chất hấp phụ khác đã đƣợc báo cáo.

Ramos [26] đã nghiên cƣ́u kh ả năng hấp phu ̣ F - của Al ngâm tẩm với AC (AlAC) đƣợc sản xuất tƣ̀ vỏ dƣ̀a , sau đó nung tới 3000

C. AlAC có tải tro ̣ng hấp phu ̣ gấp 4 lần so với cacbon ở tra ̣ng thái nguyên bản ở nồng đô ̣ ban đầu là 2-8 mg F-/L. Tải trọng hấp phụ theo Langmuir của AlAC (1,07 mg/g) ở pH trung tính , mă ̣c dù cao hơn so với cacbon cơ bản (0,49 mg F/g), nhƣng la ̣i nhỏ hơn các chất hấp phu ̣ khác đă ̣c biê ̣t

là nhơm hoạt hóa . Sƣ̣ hấp phu ̣ F- đạt cƣ̣c đa ̣i khi pH bằng 3 vì pHPZCcủa AlAC là 4,1- 4,8(trên pH này, AlAC tích điê ̣n âm đẩy F-). Tuy nhiên, hấp phụ F- cũng đáng kể ở pH 6-7 (0,6 mg F-/L ở nồng đô ̣ ban đầu 6 mg F-/L) mà không liên quan đến lực hút tĩnh điê ̣n.

Trong mô ̣t nghiên cƣ́u gần đây , Li [31] đã chỉ ra rằng tải tro ̣ng hấp phu ̣ của ống nano cacbon (ACNT) ở pH 6 tăng tƣ̀ 2,3 mg F-/g đến 9,6 mg F-/ g khi Al3+ gắn lên ACNT và nung ở 4500

C với tỷ lê ̣ Al 2O3 là 30% khối lƣợng. Tải trọng hấp phụ giảm xuống dƣới 6 mg F-/g khi tỷ lê ̣ gắn lên là 20% và 4%. Cƣ̣c đa ̣i hấp phu ̣ thu đƣợc ở pH 6-9. Cơ chế củ a hấp phu ̣ F- ở pH nhỏ hơn pHPZC 7,5 đƣợc cho là lƣ̣c hút tĩnh điê ̣n giƣ̃a ion âm F-

vào chất hấp phụ mang điện dƣơng cũng nhƣ là trong đổi phối tử giữa nhóm OH- bở i F-. Tại pHPZC và pH cao hơn 1 chút, hấp phụ diễn ra chủ yếu do sƣ̣ trao đổi phối tƣ̉. Ở pH cao hơn pH PZC(pH> 9), ion OH- trong dung dịch ca ̣nh tranh với F - khi hấp phu ̣ và do đó sƣ̣ hấp phu ̣ F-

giảm.

Oxit sắt cũng đƣơ ̣c biết đến là chất có khả năng loa ̣i bỏ tốt các anion trong nƣớc với cơ chế tƣơng tƣ̣ nhƣ nhôm oxit . Kumar và cộng sự [16] nghiên cƣ́u kh ả năng loa ̣i bỏ F-

của sắt hydroxit dạng hạt chƣa kết tinh(GFH) (β-FeOOH) có độ xốp cao vớ i diê ̣n tích bề mặt riêng kho ảng 250-300 m2/g, pHPZC= 8, và kích thƣớc hạt là 0,32-2,0 mm. Gần 95% sƣ̣ hấp phu ̣ F-

trong dung dịch có thể đa ̣t đƣợc trong 10 phút lắc đầu tiên với nồng đô ̣ 10-20 mg F-/L khi sƣ̉ du ̣ng 10g GFH/L ở pH 6-7. Hấp phu ̣ tối đa F- đƣợc xảy ra ở pH trong khoảng 3-8. Trên điểm pHPZC8 quá trình hấp phụ giảm , bề mặt của GFH trở nên âm điê ̣n hơn do lƣ̣c đẩy tĩnh điê ̣n của ion F -

, nồng độ ion OH-

tăng cạnh tranh với F- trong sƣ̣ hấp phu ̣.

Có thể kết luận từ các nghiên cƣ́u về AC rằng đó là vâ ̣t liê ̣u hấp phu ̣ F- kém. Tuy nhiên, tải trọng của nó có thể tăng lên đáng kể (16 mg/g) nhờ biến tính trên bề mă ̣t cacbon. Vật liê ̣u cacbon đă ̣c biê ̣t nhƣ ACNT có tải tro ̣ng cao hơn AC . Tải trọng hấ p phụ của nó cũng có thể tăng lên khi biến tính bề mặt nhƣng sẽ phải tốn thêm nhiều chi phí.