Chương 1 TỔNG QUAN
1.1. THAN HOẠT TÍNH
1.1.3.2. Đặc tớnh húa học bề mặt của than hoạt tớnh
Ngoài thành phần chớnh là carbon, than hoạt tớnh cũn chứa một lượng nhỏ cỏc nguyờn tố khỏc, trong đú chủ yếu là cỏc kim loại ở dạng oxide (tro). Chỳng chủ yếu được hỡnh thành do quỏ trỡnh than hoỏ và quỏ trỡnh hoạt hoỏ. Những phức chất chứa oxygen được gọi là cỏc oxit bề mặt hay cỏc nhúm chức bề mặt. Tớnh chất và lượng cỏc nhúm chức được xỏc định bởi nguồn gốc nguyờn liệu và phương thức hoạt hoỏ than. Do đặc điểm hoạt động của cỏc nguyờn tử carbon, cỏc oxit bề mặt thường cú ở rỡa cỏc vi tinh thể và ở cỏc liờn kết ngang trờn bề mặt than. Cỏc oxit bề mặt ảnh hưởng đến tớnh chất phõn cực của bề mặt than tạo nờn tớnh ưa nước. Khả năng hấp phụ của THT với cỏc chất phõn cực khỏc nhau cũng phụ thuộc vào cỏc nhúm chức bề mặt này. Trờn hỡnh 1.9 giới thiệu cỏc nhúm chức thường gặp trờn bề mặt THT.
Cỏc nhúm chức bề mặt của THT biểu hiện hai đặc tớnh: acid hoặc base. Đặc trưng cho cỏc nhúm chức bề mặt cú tớnh acid là carboxyl, lactone, hydroxyl,… và đặc trưng cho nhúm chức bề mặt cú tớnh base thường là cỏc nhúm amine, pyron, chrome, carbonyl,…[31].
Hỡnh 1.9. Cỏc nhúm chức thường gặp trờn bề mặt THT [31]
Tựy theo mụi trường (pH của dung dịch) cỏc nhúm chức bề mặt cú oxygen sẽ quyết định điện tớch bề mặt của THT. Hỡnh 1.10 giới thiệu ảnh hưởng của cỏc nhúm chức đến điện tớch bề mặt của THT.
Hỡnh 1.10. Ảnh hưởng của cỏc nhúm chức đến điện tớch bề mặt của THT [105]
Nhiệt độ phõn hủy
Hỡnh 1.11. Sự phõn hủy nhúm chức bề mặt của THT xỏc định bởi phương phỏp giải hấp phụ theo chương trỡnh nhiệt độ [48]
Cỏc nhúm chức cú đặc tớnh acid, đặc biệt là nhúm carboxyl làm cho bề mặt của THT phõn cực hơn và do đú làm tăng ỏi lực của chỳng với nước do tạo thành
liờn kết hydro. Bờn cạnh phần đúng gúp của cỏc nhúm chức bề mặt (pyron, chrome, carbonyl), tớnh base của THT thường được quyết định bởi sự cú mặt của những vựng giàu electron ở trong lũng cỏc lớp graphene [88]. Những vựng giàu electron này đúng vai trũ nhận proton.
Đặc tớnh của cỏc nhúm chức bề mặt chủ yếu phụ thuộc vào quỏ trỡnh hoạt hoỏ và quỏ trỡnh xử lớ than sau đú. Hoạt hoỏ với CO2 ở nhiệt độ cao (than H) sau đú tiếp xỳc với khụng khớ ở nhiệt độ phũng sẽ thu được THT cú nhúm chức bề mặt cú tớnh base. Hoạt hoỏ với oxygen ở nhiệt độ thấp (than L) sẽ tạo ra THT chứa nhúm chức bề mặt cú tớnh acid.
Tớnh chất bề mặt của than cú thể được xỏc định một cỏch định tớnh và đụi khi định lượng bằng cỏc phương phỏp khỏc nhau: đo pH tại điểm điện tớch khụng, đo nhiệt lượng, phổ hồng ngoại, phương phỏp chuẩn độ Boehm và phương phỏp giải hấp phụ theo chương trỡnh nhiệt độ. Trờn hỡnh 1.11 mụ tả sự phõn hủy cỏc nhúm chức bề mặt của THT xỏc định bằng phương phỏp giải hấp phụ theo chương trỡnh nhiệt độ kết hợp với phương phỏp phổ khối lượng.