Chương 1 TỔNG QUAN
1.1. THAN HOẠT TÍNH
1.1.4. Khả năng hấp phụ của than hoạt tớnh
THT cú bề mặt riờng lớn với hệ thống mao quản phỏt triển và lượng nhúm chức bề mặt lớn nờn cú khả năng hấp phụ đại đa số cỏc chất ụ nhiễm như chất màu, phenol và cỏc hợp chất phenolic, chất hoạt động bề mặt, thuốc trừ sõu, thuốc khỏng sinh, kim loại nặng, anion vụ cơ,… Khả năng hấp phụ đa dạng của THT là do khả năng tương tỏc giữa bề mặt THT và cỏc nhúm chức trờn bề mặt than với cỏc chất ụ nhiễm. Cỏc tương tỏc cú thể xảy ra như liờn kết hydro, lực Van der Waals, tương tỏc tĩnh điện, kết tủa trờn bề mặt, trao đổi anion và/hoặc cation, lấp đầy mao quản, tương tỏc -, tương tỏc ưa nước/kị nước,… Cỏc cơ chế hấp phụ cú thể xảy ra trờn THT được mụ tả trờn hỡnh 1.12.
Sự trao đổi cation và anion xảy ra khi cú cỏc tõm trỏi dấu trờn chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, trong trường hợp này giỏ trị thế zeta của chất hấp phụ cú ảnh hưởng quyết định. Vớ dụ do methylene blue tồn tại ở dạng ion dương MB+ nờn quỏ trỡnh hấp phụ MB trờn THT xảy ra khỏ dễ dàng. Cỏc nguyờn tử oxygen cũng cú tỏc
dụng tăng khả năng hấp phụ của THT, đặc biệt khi nằm ở rỡa của cấu trỳc. Cỏc ion kim loại (Zn2+, Ni2+) hấp phụ ở vị trớ cỏc nhúm chức –COOH hoặc –OH. Cỏc electron trờn bề mặt cỏc vi hạt cũng tạo điều kiện cho sự hấp phụ cỏc ion kim loại (như Pb2+). THT cú vũng thơm cũng như nhiều nhúm chức hỳt và đẩy electron. Vỡ thế tương tỏc - cũng xuất hiện nhiều giữa THT và cỏc chất bị hấp phụ. Tựy thuộc loại nhúm chức bề mặt trờn THT và pH dung dịch, THT hoặc phõn tử chất bị hấp phụ cú thể hỡnh thành tương tỏc cho nhận electron [8]. Cỏc phõn tử nước và chất hữu cơ rất dễ dàng hỡnh thành liờn kết hydro với THT nhờ sự cú mặt của oxygen trong cỏc nhúm chức bề mặt của THT. Ngoài ra cũn cú cỏc liờn kết yếu Van der Waals, sự kết tủa bề mặt hoặc cỏc loại liờn kết khỏc cũng cú thể hỡnh thành giữa THT và phõn tử chất gõy ụ nhiễm.
Khả năng sử dụng THT làm chất hấp phụ cũn nhờ vào đặc điểm dễ hoàn nguyờn và tỏi sử dụng của nú. Việc hoàn nguyờn THT cú thể tiến hành nhờ sự oxi húa [35], oxi húa tiờn tiến [36], khử bởi nhiệt [81], xử lớ bằng vi súng [129] hoặc tỏch dung mụi [89],… Khử hấp phụ cỏc chất hữu cơ và ion kim loại cú thể thực hiện nhờ cỏc dung mụi acid, base, hoặc muối,… như mụ tả trờn hỡnh 1.13.
Ngoài ra, THT sau khi hết khả năng sử dụng làm vật liệu hấp phụ vẫn cú thể được chuyển húa thành cỏc vật liệu cú ớch khỏc. Sau khi khử hấp phụ, THT cú thể được sử dụng như nguồn nguyờn liệu cho khớ tổng hợp (syngas) nhờ phương phỏp khớ húa (THT đó hấp phụ cỏc chất hữu cơ), tỏi chế làm phõn bún nơi một số kim loại cần cho việc tăng trưởng của thực vật và cõy trồng (THT đó hấp phụ một số ion kim loại) hoặc tạo thành tro bay sử dụng để tổng hợp vật liệu xõy dựng.
Hỡnh 1.13. Quỏ trỡnh hoàn nguyờn THT bằng phương phỏp khử hấp phụ [10]