CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THẢO LUẬN
3.1. Đặc trưng vật liệu than sinh học
3.1.2. Đặc điểm bề mặt
3.1.2.1. Hình ảnh SEM của TSHS
Đặc điểm bề mặt TSHS quan sát bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM, thể hiện trên hình 3.3.
Hình 3. 3. Ảnh SEM của mẫu TSHS thủy nhiệt theo thời gian: (a) mẫu LH240 KOH 3h; (b) mẫu LH240 KOH 5h; (c) mẫu LH240 KOH 10h; (d) mẫu LH240
KOH 15h
Đặc trưng bề mặt của các mẫu tổng hợp được nghiên cứu bằng quan sát qua kính hiển vi điện tử quét SEM (hình 3.3). Hình 3.3a cho thấy các bề mặt vật liệu mẫu 3 h ở độ phóng đại 20.0 k không bằng phẳng nhưng độ thô ráp thấp, dấu hiệu bề mặt phá hủy ít. Khi thời gian thủy nhiệt ở 5 h (Hình 3.3b)
thì vật liệu dạng mảnh, tấm (lá sả ban đầu) đã bị phá hủy thành các khối nhỏ hơn, độ nhám bề mặt tăng, độ xốp, các hệ thống mao quản đã bị phá hủy thành các vách lõm không đồng nhất, đồng thời độ nhám bề mặt tăng so với mẫu 3 h; mẫu ở thời gian thủy nhiệt 10 h (Hình 3.3c) thì mức độ phá vỡ các vách ống tăng lên, thành các mảng nhỏ không bằng phẳng, độ nhám bề mặt tăng mạnh làm xuất hiện các vết lõm nhỏ mới hình thành bề mặt rỗ dày đặc, điều này làm tăng đáng kể mức độ kém đồng nhất và diện tích bề mặt riêng;
khi thời gian thủy nhiệt ở 15 h (Hình 3.3d) thì độ nhám bề mặt không tăng đáng kể. Cấu trúc này cho phép TSHS có độ xốp lớn, rất phù hợp làm vật liệu hấp phụ.
3.1.2.2. Phổ hồng ngoại FTIR
Các đặc trưng liên kết trong cấu trúc TSHS được xác định bằng phân tích phổ IR biểu diễn trên hình 3.4.
Hình 3. 4. Phổ IR của mẫu TSHS thủy nhiệt theo thời gian
Các TSHS được phân tích phổ IR trong khoảng bước sóng 4000 − 500 cm−1. Dựa vào phổ IR (Hình 3.4) cho thấy các mẫu thủy nhiệt theo thời gian 3 h, 5 h, 10 h, 15 h có kết quả gồm các peak hấp thụ đặc trưng như
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
Độ truyền qua (%)
Tần số (cm-1)
3h 5h 10h 15h
O-H C-H C=C; C=O
-COO C-H
C-O
C-O-C
vùng 3200-3600 cm−1 của liên kết O−H; vùng 2700-2900 cm−1 của liên kết C−H, C−C của C (sp3), vùng 100-1300 cm-1 của liên kết C−O và C−O−C [75] không thay đổi, tuy nhiên, các peak đặc trưng cho liên kết của nhóm carboxyl −COO, C=O và C=C vùng 1600-1800 cm−1 có sự dịch chuyển nhẹ sau quá trình thủy nhiệt, đồng thời vai phổ tại vùng 2000-2200 cm−1 đặc trưng cho liên kết ba giữa C≡C hoặc C≡N trong bã chưng cất tinh dầu sả đã biến mất trong sản phẩm sau thủy nhiệt chứng tỏ các liên kết này đã bị phá hủy. Ở điều kiện nhiệt độ thấp TSHS được tạo ra, có chứa hàm lượng các nhóm chức đáng kể giúp cho nó trở thành tiền chất hiệu quả để sản xuất than sinh học hoạt hóa, xúc tác [70]. Sự thay đổi không nhiều của phổ IR các mẫu TSHS so với nguyên liệu chứng tỏ mức độ carbon hóa chưa hoàn toàn. Kết quả đặc tính cấu trúc của TSHS này hoàn toàn phù hợp với các nghiên cứu khác đã công bố [74], [76], [77].
3.1.2.3. Phổ đo diện tích bề mặt (BET)
Hình 3. 5. Đường đẳng nhiệt hấp phụ nitrogen
Diện tích bề mặt riêng, cấu trúc và kích thước của TSHS được xác định từ đường đẳng nhiệt hấp phụ/ giải hấp phụ nitrogen của TSHS mẫu LH240
KOH 5h, LH240 KOH 10h và LH240 KOH 15h được minh họa trong Hình 3.5. Dung lượng hấp phụ/ giải hấp phụ của mẫu 10h là cao nhất; diện tích bề mặt cụ thể thu được từ phân tích BET là 14,9122 m2/g (mẫu LH240 KOH 5h);
24,6146 m2/g (mẫu LH240 KOH 10h) và 11,7707 m2/g (mẫu LH240 KOH 15h); thể tích vi lỗ tính được từ phân tích BET là 0,001756 cm3/g. So sánh ba mẫu ta thấy, diện tích bề mặt của mẫu LH240 10h là lớn nhất. Diện tích bề mặt của TSHS mẫu 10h có giá trị tương đương hoặc lớn hơn so với một số mẫu than sinh học thủy nhiệt khác [78]–[80]. Vì vậy, chọn vật liệu TSHS mẫu thủy nhiệt trong 10 giờ để sử dụng cho các thí nghiệm hấp phụ tiếp theo.
3.1.2.4. Điểm đẳng điện pHpzc của vật liệu TSHS
Điểm đẳng điện pHpzc là một đặc tính quan trọng của chất hấp phụ, được xác định từ kết quả thực nghiệm. Hình 3.6 cho thấy rằng, điện tích điểm không của TSHS là 7,2. Có nghĩa là bề mặt của TSHS tích điện dương khi dung dịch có pH < 7,2 và ngược lại khi dung dịch có pH > 7,2 thì bề mặt của TSHS là tích điện âm. Như vậy trong môi trường acid, bề mặt vật liệu tích điện dương còn trong môi trường base thì bề mặt vật liệu tích điện âm.
Hình 3. 6. Đồ thị xác định pHpzc của TSHS