Preview Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ trấu và ứng dụng làm chất hấp phụ

www.twitter.com/daykemquynhon 

https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn 

www.facebook.com/daykem.quynhon 

www.daykemquynhon.blogspot.com 

LỜI CẢM ƠN 

www.daykemquynhon.ucoz.com 

MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com 

Để hoàn thành chương trình đại học và thực hiện tốt khóa luận tốt 

nghiệp, em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô 

khoa Hóa cùng các thầy cô Phòng thí nghiệm Môi trường - Trường Đại học Quy 

Nhơn. 

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Thị Diệu Cẩm 

đã giao đề tài và tận tình giúp đỡ, động viên, chia sẻ, hướng dẫn em trong suốt quá 

trình thực hiện đề tài khóa luận này. 

Em cũng gửi lời cảm ơn tất cả các thầy cô trong khoa Hóa và toàn thể 

các thầy cô đã dạy em trong suốt khóa học tại trường Đại Học Quy Nhơn. 

Do hạn chế về thời gian cũng như trình độ hiểu biết nên đề tài nghiên 

cứu này không tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp 

của các thầy, các cô để bản báo cáo được hoàn thiện hơn. 

Quy Nhơn, tháng 

Sinh viên 

DIỄN ĐÀN TOÁN - LÍ - HÓA 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN 

năm 

Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú 

www.facebook.com/daykemquynhonofficial 

www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial





MỤC LỤC 



MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1 

1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................. 1 

2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................ 2 

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................... 2 

3.1. Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................... 2 

3.2. Phạm vi nghiên cứu .......................................................................................... 2 

4. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................... 2 

4.1 Nghiên cứu lý thuyết .......................................................................................... 2 

4.1.1 Chế tạo than hoạt tính bằng phương pháp hoạt hóa hóa học ............................. 2 

4.1.2. Đường chuẩn xác định nồng độ xanh methylen ............................................... 3 

Bảng 1.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn xanh methylen ......................................... 3 

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm .................................................................................... 4 

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THAN HOẠT TÍNH ................................................. 4 

1.1. Giới thiệu chung về than hoạt tính ..................................................................... 4 

1.1.1. Định nghĩa ...................................................................................................... 4 

1.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển ...................................................................... 5 

1.1.3. Phân loại ......................................................................................................... 7 

1.1.3.1. Phân loại theo Misec .................................................................................... 7 

1.1.3.2. Phân loại Meclenbua .................................................................................... 7 

1.1.3.3. Phân loại theo Đu-bi-nin .............................................................................. 8 

1.1.4. Cấu trúc mao quản của than hoạt tính .............................................................. 9 

1.1.5. Tái sinh than hoạt tính ................................................................................... 11 


1.1.5.1. Tái sinh bằng nhiệt ..................................................................................... 11 








1.1.5.2. Tái sinh bằng hơi nước ............................................................................... 12 

1.1.6. Ứng dụng ...................................................................................................... 12 



1.2. Tính chất vật lý ................................................................................................ 12 

1.2.1. Kích thước hạt .............................................................................................. 12 

1.2.2. Diện tích bề mặt riêng ................................................................................... 13 

1.2.3. Cấu trúc vật lý ............................................................................................... 14 

1.2.4. Khối lượng riêng ........................................................................................... 15 

1.3. Tính chất hóa học ............................................................................................. 15 

1.4. Tính chất hấp phụ của than hoạt tính ................................................................ 17 

1.4.1. Nhiệt động học hấp phụ ................................................................................ 18 

1.4.1.1. Một số khái niệm về hấp phụ ..................................................................... 18 

1.4.1.2. Đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir .................................................................... 19 

1.4.1.3. Đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich .................................................................. 20 

1.4.1.4. Đẳng nhiệt hấp phụ BET ............................................................................ 21 

1.4.1.5. Đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich biến tính - mô hình hấp phụ bề mặt vỏ - hạt 

(mô hình hấp phụ “vỏ - hạt”) .................................................................................. 23 

1.4.2. Động học hấp phụ trên than hoạt tính ............................................................ 26 

1.4.2.1. Phương trình động học biểu kiến bậc 1 Lagergren ...................................... 26 

1.4.2.2. Phương trình động học biểu kiến hấp phụ bậc 2 ......................................... 27 

Chương 2. THỰC NGHIỆM ................................................................................... 29 

2.1. Thiết bị, hóa chất, dụng cụ .............................................................................. 29 

2.1.1. Thiết bị ......................................................................................................... 29 

2.1.2. Hóa chất ....................................................................................................... 29 

2.1.3. Dụng cụ ....................................................................................................... 29 

2.2. Điều chế than hoạt tính ................................................................................... 30 


2.3. Xác định một số thông số đặc trưng cho vật liệu ............................................. 31 








2.3.1. Đo chỉ số Iot ................................................................................................. 31 

2.3.2. Độ ẩm ........................................................................................................... 33 



2.4. Các phương pháp đặc trưng vật liệu ................................................................. 33 

2.4.1. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ...................................................... 33 

2.4.2. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ (BET) .......................... 34 

2.4.3. Phương pháp phân tích nhiệt ......................................................................... 34 

2.4.4. Phương pháp phổ quang điện tử tia X (X – ray photoelectron spectroscopy – 

XPS) ....................................................................................................................... 35 

2.4.5. Phương pháp quang phổ hồng ngại (Infrared Spectroscopy IR) ..................... 35 

2.5. Thí nghiệm đánh giá khả năng hấp phụ ............................................................ 35 

Chương III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 36 

3.1. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng than hoạt tính từ nguyên liệu 

trấu ......................................................................................................................... 36 

3.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ tẩm vỏ trấu bằng Na 2 CO 3 ........................................ 36 

3.1.2. Ảnh hưởng tỉ lệ chất hoạt hóa đến khả năng hấp phụ than hoạt tính .............. 38 

3.1.3. Ảnh hưởng thời gian ngâm hoạt hóa ............................................................. 39 

3.1.4. Ảnh hưởng của hàm lượng chất hoạt hóa ...................................................... 40 

3.1.5. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nhiệt phân ................................................ 42 

3.1.6. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt phân ................................................. 44 

3.2. Đặc trưng vật liệu than hoạt tính điều chế ........................................................ 45 

3.2.1. Hình ảnh sản phẩm than hoạt tính điều chế được ........................................... 45 

3.3. Đánh giá khả năng hấp phụ của than hoạt tính điều chế ................................... 51 

3.3.1. Khảo sát pH hấp phụ xanh metylen của vật liệu AC821-128 ......................... 51 

3.3.1.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ xanh methylen của vật liệu 

AC821-128 ............................................................................................................. 53 


3.3.3. Đánh giá dung lượng hấp phụ xanh methylen của than hoạt tính điều chế .... 54 








KẾT LUẬN ............................................................................................................ 55 

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 55 











DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 



BET 

DTA 

TGA 

IR 

XPS 

S BET 

S I 

SEM 

UIPAC 

Đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ (the Brunauer – Joyner 

– Halenda) 

Phân tích nhiệt vi sai (Different Thermo Analysis) 

Phân tích nhiệt trọng lượng (Different Thermo Gravimetry 

Analysis) 

Phương pháp quang phổ hồng ngại (Infrared Spectroscopy IR) 

Phương pháp phổ quang điện tử tia X (X – ray photoelectron 

spectroscopy) 

Diện tích bề mặt riêng tính theo phương trình BET 

Diện tích bề mặt tính theo hấp phụ iot 

Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron 

Mcroscopy) 

Danh pháp Hóa học theo Liên minh Quốc tế về Hóa học thuần 

túy và Hóa học ứng dụng (International Union of Pure and 

Applied Chemistry Nomenclature) 









DANH MỤC BẢNG 



Bảng 1.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn xanh methylen ......................................... 3 

Bảng 1.2. Thành phần nguyên tố một số loại than hoạt tính .................................... 16 

Bảng 3.1. Ảnh hưởng nhiệt độ hoạt hóa đến khả năng hấp phụ của than hoạt tính . 35 

Bảng 3.2. Các thông số đặc trưng của than hoạt tính với nhiệt độ tẩm khác nhau .... 36 

Bảng 3.3. Ảnh hưởng thời gian ngâm hoạt hóa đến khả năng hấp phụ than hoạt tính38 

Bảng 3.5. Các thông số đặc trưng của than hoạt tính với nồng độ chất hoạt hóa 

khác nhau ............................................................................................................... 40 

Bảng 3.6. Ảnh hưởng của thời gian nhiệt phân đến khả năng hấp phụ than hoạt tính41 

Bảng 3.7. Các thông số đặc trưng của than hoạt tính thời gian nhiệt phân khác nhau42 

Bảng 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt phân đến khả năng hấp phụ của than hoạt 

tính ......................................................................................................................... 42 

Bảng 3.9. Các thông số đặc trưng của than hoạt tính với nhiệt độ nhiệt phân khác 

nhau ........................................................................................................................ 44 

Bảng 3.10. Ảnh hưởng pH hấp phụ xanh methylen của AC821-128 ....................... 49 

Bảng 3.11. Ảnh hưởng thời gian đạt cân bằng hấp phụ xanh methylen của AC821- 

128 ......................................................................................................................... 51 

Bảng 3.12. Mối quan hệ giữa C e và q e trong quá trình hấp phụ xanh methylen trên 

vật liệu AC821-128 ................................................................................................ 52 

Bảng 3.13. Các thông số tính theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich ..... 53 









DANH MỤC HÌNH 

Hình 1.1. Đường chuẩn xanh methylen ..................................................................... 4 



Hình 1.2. Cấu trúc mao quản của than hoạt tính ........................................................ 9 

Hình 1.3. Mô hình hấp phụ đơn lớp Langmuir và đa lớp BET................................. 21 

Hình 1.4. Mô hình hấp phụ vỏ SAM ....................................................................... 23 

Hình 2.1: Quy trình điều chế than hoạt tính từ vỏ trấu............................................. 30 

Hình 3.1. Ảnh hưởng nhiệt độ hoạt hóa đến khả năng hấp phụ của than hoạt tính ... 36 

Hình 3.2. Ảnh hưởng tỉ lệ chất họat hóa đến khả năng hấp phụ than hoạt tính ........ 37 

Hình 3.3. Ảnh hưởng thời gian ngâm hoạt hóa đến khả năng hấp phụ than hoạt tính39 

Hình 3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng chất hoạt hóa khả năng hấp phụ của than hoạt 


Hình 3.5. Ảnh hưởng của thời gian nhiệt phân đến khả năng hấp phụ của than hoạt 


3.1.6. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt phân ................................................. 42 

Hình 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt phân đến khả năng hấp phụ của than hoạt 


3.2. Đặc trưng vật liệu than hoạt tính điều chế ........................................................ 44 

Hình 3.7. Ảnh SEM của vật liệu (a) AC6, (b) AC-Na-6 và (c) AC-Na-8 ................. 44 

Hình 3.8. Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N 2 đối với vật liệu AC và 

AC821-128 ............................................................................................................. 45 

Hình 3.9. Phổ IR của vật liệu AC và AC821-128 .................................................... 46 

Hình 3.10. Phổ XPS của vật liệu (a, b) AC và (c, d) AC821-128 ........................... 47 

Hình 3.11. Giản đồ DTG-TGA của mẫu trấu không hoạt hóa ................................. 48 


Hình 3.12. Giản đồ DTG-TGA của mẫu trấu hoạt hóa. ........................................... 48 

Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc ∆pH i và pH i của AC821-128 ................... 49 








Hình 3.15. Ảnh hưởng pH hấp phụ xanh methylen của AC821-128 ........................ 50 



Hình 3.16. Ảnh hưởng thời gian đến khả năng hấp phụ xanh methylen của AC821- 

128 ......................................................................................................................... 51 

Hình 3.17. Đường đẳng nhiệt hấp Langmuir của AC821-128 ................................. 52 

Hình 3.18. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich của AC821-128 .......................... 52 









MỞ ĐẦU 

1. Lý do chọn đề tài 



Than hoạt tính từ lâu đã được chế tạo và sử dụng cho nhiều mục đích khác 

nhau, từ ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày đến các ứng dụng trong công nghiệp. 

Than hoạt tính với những đặc tính tuyệt vời có thể làm sạch nước, không khí thậm 

chí là tham gia vào các quá trình tinh chế các chất hóa học hữu ích khác. Hiện nay 

trên thị trường có rất nhiều loại than hoạt tính khác nhau, sản xuất theo nhiều 

phương pháp và đi từ các nguồn nguyên liệu rất khác nhau như khí thiên nhiên, bã 

thải nông nghiệp hay than bùn, … Tuy đa dạng về mặt mẫu mã, chủng loại nhưng 

những tính chất cơ bản của chúng không khác xa nhau. 

Việt Nam là một nước có truyền thống Nông nghiệp lâu đời, hiện nay 

tuy xã hội phát triển một số ngành nghề đa dạng như: Công nghiệp, Thương nghiệp, 

Dịch vụ… nhưng không vì thế mà Nông nghiệp mất đi vị thế của mình. Tiêu biểu 

như: Việt Nam vẫn là nước đứng thứ hai trên thế giới trong lĩnh vực xuất khẩu gạo 

chỉ sau Thái Lan. Mỗi năm Việt Nam sản xuất 40 triệu tấn lúa và thải ra hơn 8 triệu 

tấn trấu khi xay sát. Đây là nguồn năng lượng lớn và ổn định có khuynh hướng tăng 

đều mỗi năm. Trước đây, những phế phụ phẩm nông nghiệp này thường được 

dùng để làm chất đốt để nấu ăn, dùng trong các lò sấy, nung gạch, một phần được 

đốt thành tro ủ để bón cho tơi xốp đất. Những năm gần đây do sản lượng nông 

nghiệp tăng nhanh nên lượng phế phụ phẩm nông nghiệp thải ra hàng năm rất lớn. 

Nhiều nơi trở thành vấn nạn. Ví dụ như việc xả trấu bừa bãi xuống kênh rạch và đốt 

vỏ trấu ở một số thời điểm trong năm đã làm ô nhiễm trầm trọng. 

Theo một số nghiên cứu thì trấu có khả năng cháy và sinh nhiệt tốt do thành 

phần có 75% là chất xơ: 1kg trấu khi đốt sinh ra 3400 kcal bằng 1/3 năng lượng 

được tạo ra từ dầu hỏa nhưng giá lại thấp hơn đến 25 lần (năm 2006). Hiện nay đã 

có một vài cơ sở chế biến trực tiếp vỏ trấu thành củi trấu và trấu viên làm chất đốt 

cho sinh hoạt nhưng chủ yếu là ở các vùng nông thôn vì củi trấu và than trấu vẫn 

gây ra nhiều khói và khí độc có trong trấu nên các sản phẩm này vẫn chưa được 

cung cấp cho các khu vực có nhu cầu chất đốt cao như đô thị, khu vực đông dân, 

các nhà máy, khu công nghiệp và nhiệt điện. 



1 









Những phế phụ phẩm này nếu sản xuất tạo thành than hoạt tính với số lượng 

lớn thì có thể là nguyên liệu chất lượng cao và rẻ tiền cung cấp cho các đô thị, 

khu vực đông dân, các nhà máy, khu công nghiệp và nhiệt điện. Đem lại lợi ích kinh 

tế lớn đồng thời giải quyết được vấn nạn ô nhiễm môi trường. Trên cơ sở lý luận và 

thực tiễn được phân tích ở trên chúng em chọn đề tài: ‘‘Nghiên cứu chế tạo than 

hoạt tính từ vỏ trấu và ứng dụng làm chất hấp phụ’’. 

2. Mục đích nghiên cứu 

Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ trấu có khả năng hấp phụ các chất 

hữu cơ (đại diện là xanh metylen) nhằm ứng dụng làm chất hấp phụ trong công 

nghệ xử lý nước cấp và nước thải. 

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 

3.1. Đối tượng nghiên cứu 

Vỏ trấu. 

3.2. Phạm vi nghiên cứu 

- Điều chế than hoạt tính từ vỏ trấu gồm một giai đoạn: than hóa và hoạt hóa 

đồng thời bằng cách nung yếm khí một giai đoạn. 

- Đánh giá khả năng hấp phụ xanh methylen trong dung dịch nước của các 

vật liệu AC điều chế quy mô phòng thí nghiệm. 

4. Phương pháp nghiên cứu 

4.1 Nghiên cứu lý thuyết 

4.1.1 Chế tạo than hoạt tính bằng phương pháp hoạt hóa hóa học 

liệu. 

Đặc trưng vật liệu bằng các phương pháp hóa lý hiện đại như: 

- Nhiễu xạ Rơnghen: nhằm xác định cấu trúc. 

- Kính hiển vi điện tử quét: nhằm xác định hình thái bề mặt ngoài của vật 

- Phổ hồng ngoại: nhằm xác định các liên kết trong vật liệu điều chế được. 

- Diện tích bề mặt và phân bố mao quản: được đo bởi kỹ thuật hấp phụ và 

giải hấp phụ N2 ở 77 K. 



2 







4.1.2. Đường chuẩn xác định nồng độ xanh methylen 



Phương pháp lập đường chuẩn xanh methylen được tiến hành như sau: Pha 

các dung dịch chuẩn xanh methylen có nồng độ lần lượt là 0,2 mg/L, 0,4 mg/L, 0,8 

mg/L, 1,0 mg/L và 2,0 mg/L, 4 mg/L, 6 mg/L, 8 mg/L, 9 mg/L, 10mg/L. Sau đó tiến 

hành đo mật độ quang của các dung dịch chuẩn trên tại bước sóng 662,5 nm, ghi lại 

các các giá trị mật độ quang (A) và nồng độ tương ứng (C) của xanh methylen. 

Vẽ đồ thị biễu diễn mốiquan hệ giữa (C) và (A) bằng phần mềm Excel 2007. 

Phương trình đường chuẩn có dạng: A = a.C + b 

hằng số. 

Trong đó: C là nồng độ của xanh methylen; A là mật độ quang và a, b là các 

Phương pháp lập đường chuẩn xác định nồng độ xanh methylen được tiến 

hành như trên, kết quả được trình bày ở Bảng 1.1. 

Bảng 1.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn xanh methylen 

Nồng 

độxanh metylen 

(mg/L) 

Mật độ 

quang 

(Abs) 

Nồng 

độxanhmetylen 

(mg/L) 

Mật độ 

quang 

(Abs) 

0,2 0,039 4,0 1,119 

0,4 0,106 6,0 1,601 

0,8 0,201 8,0 2,062 

1,0 0,291 9,0 2,256 

2,0 0,619 10 2,527 

Từ kết quả đã xác định Bảng 1.1, xây dựng đồ thị và phương trình biểu diễn 

sự phụ thuộc giữa mật độ quang A và nồng độ xanh methylen Hình 1.1. Giới hạn 

đường chuẩn của xanh methylen có nồng độ nhỏ hơn 10 mg/L 



3 









4.2 Nghiên cứu thực nghiệm 

Hình 1.1. Đường chuẩn xanh methylen 

- Điều chế than hoạt tính từ vỏ trấu gồm một giai đoạn: hoạt hóa hóa học và 

than hóa đồng thời bằng cách nung yếm khí một giai đoạn. 

- Đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu theo phương pháp chuẩn. Nồng độ 

hợp chất hữu cơ được xác định theo phương pháp trắc quang. 

- Xác định các đặc trưng vật liệu: phương pháp quang phổ hồng ngoại (IR), 

phương pháp hấp phụ - khử hấp phụ nitơ (BET), phương pháp hiển vi điện tử quét 

(SEM), phổ quang điên tử tia X (XPS), phương pháp phân tích nhiệt (TG-DTA). 

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THAN HOẠT TÍNH 

1.1. Giới thiệu chung về than hoạt tính 

1.1.1. Định nghĩa 

Gần đây, cacbon được xem như là một nguyên tố tuyệt vời của cuộc cách 

mạng khoa học vật liệu. Từ cacbon chúng ta sẽ có được than hoạt tính, một chất hấp 

phụ xốp rất tốt, với các đặc tính tuyệt vời, được ứng dụng rộng rãi trong công 

nghiệp. 

Than hoạt tính là một thuật ngữ thường được sử dụng cho một nhóm các chất 

hấp phụ dạng tinh thể, có cấu trúc dạng mao quản làm cho diện tích bề mặt lớn, khả 

năng hấp phụ tốt hơn. 



4 









Than hoạt tính có thành phần chủ yếu là cacbon, chiếm từ 85 đến 95% khối 

lượng. Phần còn lại là các nguyên tố khác như hydro, nitơ, lưu huỳnh, oxi,… có sẵn 

trong nguyên liệu ban đầu hoặc mới liên kết với cacbon trong quá trình hoạt hóa. 

Thành phần của than hoạt tính thông thường là: 88% C; 0.5% H; 0.5% N; 1% S và 

6-7% O. Tuy nhiên hàm lượng oxy trong than hoạt tính có thể thay đổi từ 1- 20% 

phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu ban đầu, cách điều chế. Than hoạt tính thường có 

diện tích bề mặt nằm trong khoảng 800 đến 1500m 2 /g và thể tích lỗ xốp từ 0,2 đến 

0,6 cm 3 /g [19]. 

Nhiều nguyên liệu khác nhau có thể được sử dụng như gỗ, nhựa, đá hay các 

vật liệu tổng hợp để sản xuất than hoạt tính mà không cần đưa chúng về dạng 

cacbon, đồng thời vẫn có được hiệu quả tương tự. Than hoạt tính sau khi sử dụng có 

thể được tái sinh (làm sạch hoặc giải hấp phụ) và có thể sử dụng hàng trăm, thậm 

chí hàng ngàn lần. 

Than hoạt tính được sản xuất từ các nguyên liệu tự nhiên bằng cách than hóa 

và xử lý tiếp. Trong quá trình này, một vài thành phần chuyển hóa thành khí và bay 

hơi khỏi nguyên liệu ban đầu tạo thành các lỗ trống xốp (mao quản). 

Hiện nay trên thị trường, than hoạt tính được bán dưới ba dạng: 

- Than hoạt tính dạng bột 

- Than hoạt tính dạng hạt 

- Dạng than hoạt tính cải tiến (dưới áp suất cao), thường là viên. 

1.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển 

thế kỉ trước: 

Than hoạt tính ở dạng than gỗ đã được hoạt hóa đã được sử dụng từ nhiều 

- Người Ai Cập sử dụng than gỗ từ khoảng năm 1500 TCN để làm chất hấp 

phụ chữa bệnh. 

- Người Hin du cổ ở Ấn Độ đã biết làm sạch nước uống bằng cách lọc qua 

than gỗ. 

Sản xuất than hoạt tính trong công nghiệp bắt đầu từ khoảng những năm 

1900, được sử dụng để làm vật liệu tinh chế đường bằng cách than hóa hỗn hợp các 

nguyên liệu có nguồn gốc từ thực vật bằng hơi nước hoặc CO 2 . Than hoạt tính còn 



5 







được sử dụng trong các mặt nạ phòng độc trong thế chiến thứ nhất. 



- Năm 1793 Ken-xơ đã dùng than gỗ để hút mùi hôi ở những vết thương có 

tính hoại tử. 

- Năm 1773 Silo đã quan sát và mô tả hiện tượng hấp phụ trên than gỗ. 

- Năm 1777 Phôn-tan-na đã đưa than nóng đỏ vào ống chứa khí úp ngược 

trên thủy ngân và nhận thấy phần lớn khí trong ống bị than hút mất. 

- Trong lĩnh vực dung dịch, năm 1785 Tô-vơlo-vit đã thấy than gỗ có thể tẩy 

màu nhiều dung dịch. 

- Năm 1794 Lip-man cũng thấy than gỗ tẩy màu tốt các dung dịch đường mía 

và năm 1805 Gu-li-on đã dung than gỗ để tẩy màu trong công nghiệp đường. 

than tẩy màu. 

- Sang đầu thể kỷ 20, vào năm 1922 Bi-si mới thành công trong việc chế tạo 

-Than được chế tạo bằng cách trộn than máu với potdineeg rửa và sấy. 

- Năm 1872 Han-xơ nghiên cứu khả năng than sọ dừa hấp thụ N 2 , H 2 ,NH 3 

và HCN ở khoảng nhiệt độ từ 0-70°C thấy HCN được hấp thụ tốt hơn NH 3 , N 2 , H 2 . 

- Tại Việt Nam, than hoạt tính được nghiên cứu từ những năm 60 của thế kỷ 

trước (Bách Khoa Hà Nội, Quốc phòng) và được sản xuất từ nguyên liệu than đá + 

dầu cốc (Quốc phòng) hay từ bã mía (Nhà máy phân đạm Bắc Giang). Các loại sản 

phẩm trên có chất lượng không cao, sản lượng thấp vì không đáp ứng được chất 

lượng. Vào thập kỷ 90, nhà máy than hoạt tính Trà Bắc được đưa vào hoạt động, 

sản phẩm được sản xuất từ xơ dừa với chất lượng tốt (diện tích bề mặt ~ 1000 

m2/g). Sản phẩm có nhiều dạng: xử lý nước, nước thải hay xử lý khí. Sản lượng 

hàng năm của nhà máy đạt xấp xỉ 1000 tấn, phần lớn dành cho xuất khẩu [7]. 

Một vài nghiên cứu than hoạt tính dạng sợi với mục tiêu sử dụng làm mặt nạ 

phòng độc được tiến hành ở bộ quốc phòng. Nguyên liệu sử dụng là các loại vải. 

Than hoạt tính dạng sợi được chế tạo theo phương pháp than hoá và hoạt hoá với 

hơi nước [8].Tại viện Khoa học Việt Nam, viện Vật liệu (TP. HCM) cũng đã tiến 

hành nghiên cứu than hoạt tính dạng sợi từ xơ dừa, xơ đay, chế tạo theo công nghệ 

than hoá và hoạt hoá với hơi nước [9]. 


1.1.3. Phân loại 


6 







1.1.3.1. Phân loại theo Misec 



Có nhiều cách để phân loại than hoạt tính. Cách đơn giản nhất theo Misec là 

phân loại theo hình dáng bên ngoài của nó. Theo cách này than hoạt tính được phân 

thành hai nhóm: 

a. Than bột: 

Nhóm này gồm than tẩy màu và than y tế. Vì độ khuếch tán trong dung dịch 

nhỏ nên quá trình hấp phụ xảy ra trong dung dịch rất chậm. Để tăng cường độ thiết 

lập cân bằng hấp phụ than được nghiền thành bột mịn. 

b. Than hạt 

Than hạt chủ yếu được dùng trong hấp phụ khí và hơi, vì vậy còn có tên gọi 

là than khí. Đôi khi than hạt cũng được dùng trong môi trường lỏng, đặc biệt là để 

lọc nước. 

Than hạt có thể là dạng mảnh hoặc dạng trụ. Nguyên liệu được xay đến kích 

thước nhất định và được hoạt hóa. Than hạt dạng trụ hoàn chỉnh được chế tạo theo 

quy trình phức tạp hơn. Nguyên liệu được chuẩn bị ở dạng vữa, ép vữa thành sợi và 

cắt thành hạt rồi tiếp tục các bước sản xuất khác. 

1.1.3.2. Phân loại Meclenbua 

Meclenbua phân loại than hoạt tính theo mục đích sử dụng và vì vậy than 

gồm nhiều loại: 

a. Than tẩy màu 

Đây là nhóm cơ bản, có ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp để 

tẩy màu dung dịch. Ở đây, than hấp phụ chất bẩn có màu. Kích thước phân tử chất 

màu thay đổi trong phạm vi rộng từ dạng phân tử thông thường tới dạng lớn và tới 

các tiểu phân có độ phân tán keo. Than tẩy màu dùng ở dạng bột mịn có kích thước 

hạt khoảng 80 – 100 µm. Than tẩy màu còn gồm than kiềm, than axit và than trung 

tính. 

b. Than y tế 

Than có khả năng hấp phụ các chất tan phân tán dạng keo trong dịch dạ dày 

và ruột. Đây cũng là than tẩy màu, chỉ khác là có độ sạch cao. Trong quá trình sản 

xuất không nên dùng những chất tẩm chứa nhiều cation độc như thiếc, đồng, thủy 



7 







ngân,… 

c. Than hấp phụ 



Tùy vào chất lượng và đích sử dụng, than hấp phụ còn được chia thành ba 

loại: 

- Than ngưng tụ: Than được dùng để gom hơi các chất hữu cơ trong không 

khí, chẳng hạn dùng để tách benzen khỏi các khí thiên nhiên nhằm quay vòng dung 

môi dễ bay hơi trở lại quy trình sản xuất. Than có hoạt tính cao, độ bền cơ học cao, 

trở lực lớp than đối với dòng khí nhỏ, khả năng lưu trữ chất bị hấp phụ thấp. 

Thường than được sản xuất dưới dạng viên định hình hay dạng mảnh đường kính từ 

2 – 8 mm, chiều dài khoảng 1,5 lần đường kính. 

- Than xúc tác: cũng là một dạng than khí, có độ xốp lớn, có thể dùng làm 

chất xúc tác trong tổng hợp nhiều chất vô cơ cũng như hữu cơ. 

- Than khí: Than có khả năng hấp phụ chọn lọc khí và hơi. Có thể dùng than 

này để tách các hợp phần khí hay hơi ra khỏi hỗn hợp của chúng. Than có ứng dụng 

rộng rãi trong công nghệ dầu mỏ để làm sạch các chất thơm, không khí,…; để làm 

sạch nước,… Than được sản xuất dưới dạng mảnh hay hạt định hình với kích thước 

tùy thuộc vào mục đích sử dụng. 

1.1.3.3. Phân loại theo Đu-bi-nin 

Đu-bi-nin đã dựa vào cấu trúc xốp để phân loại than hoạt tính. Chia than hoạt 

tính thành dạng thu hồi và dạng khí là không có ý nghĩa về đặc trưng cấu trúc. Theo 

ông chia than thành ba dạng dưới đây là hợp lý: 

a. Than hoạt tính hấp phụ khí 

Dùng cho hấp phụ khí, hơi và các chất dễ bay hơi. Dạng than này thuộc chất 

hấp phụ có cấu trúc xốp nhỏ loại I. Đặc trưng cấu trúc của dạng than này là khi tăng 

thể tích hấp phụ trong lỗ xốp nhỏ làm dễ dàng cho sự hấp phụ đẳng nhiệt 

b. Than hoạt tính thu hồi 

Dùng hấp phụ hơi các dung môi công nghiệp nhằm thu hồi và đưa chúng trở 

lại chu trình sản xuất. Dạng than này thuộc chất hấp phụ có cấu trúc hỗn tạp. Dung 

tích hấp phụ lớn nhưng khả năng lưu giữ chất bị hấp phụ thấp, nhất là trong điều 

kiện khử hấp phụ bằng hơi quá nhiệt. 



8 







c. Than tẩy màu 



Than tẩy màu dùng để tẩy màu và lọc sạch dung dịch, chất lỏng. Than chủ 

yếu thuộc chất hấp phụ có cấu trúc loại II. Than chứa tỷ lệ lớn lỗ có kích thước đủ 

lớn để hấp phụ các phân tử màu và các tạp chất khác có mặt trong pha lỏng. Khi cần 

hấp phụ các chất có phân tử nhỏ khỏi dung dịch thì dùng tan có cấu trúc loại I. 

Sự phân loại than hoạt tính giúp chúng ta có định hướng dễ dàng trong sản xuất và 

trong việc tìm loại than thích hợp cho mục đích sử dụng của mình. Than hoạt tính 

được sản xuất từ các cơ sở khác nhau, tuy có nhãn hiệu và tên thành phẩm khác 

nhau, nhưng có thể có tính chất hấp phụ giống nhau. 

1.1.4. Cấu trúc mao quản của than hoạt tính 

của chúng: 

nm. 

nm. 

Các mao quản trong than hoạt tính được chia thành ba loại theo kích thước 

- Mao quản micro (mao quản nhỏ): những mao quản có bán kính nhỏ hơn 1 

- Mao quản meso (mao quản trung): những mao quản có bán kính từ 1-25 

- Mao quản macro (mao lớn): những mao quản có bán kính trên 25 nm. 

Hình 1.2. Cấu trúc mao quản của than hoạt tính 

Than hoạt tính có mao quản lớn thường được sử dụng để vận chuyển chất 

lỏng, còn việc hấp phụ thường sử dụng than hoạt tính có các mao quản vừa và nhỏ. 



9 









Các mao quản được hình thành trong quá trình sản xuất, khi mà nguyên liệu được 

hoạt hóa. Các mao quản này không được tạo ra bằng phản ứng hóa học. 

Than hoạt tính chế tạo từ than bùn có cả mao quản meso và micro. Trong quá 

trình sản xuất có thể điều khiển được quá trình hình thành mao quản meso – micro 

và tạo ra nhiều mao quản meso cho than hoạt tính có nhiều ứng dụng. Than hoạt 

tính dạng bột có chứa nhiều mao quản meso. Than hoạt tính loại này có các mao 

quản meso kích thước 1 - 4 nm, cùng với các mao quản meso lớn hơn, gần như là 

dạng bột. 

Than hoạt tính chế tạo từ than đá cũng có cả mao quản micro và meso và 

cũng đa chức năng. Một trong những loại than phổ biến nhất trên thị trường có cỡ 

hạt khoảng 0,4 – 1,4 mm. Một loại than mới được sử dụng và ngày càng được dùng 

nhiều có cỡ hạt nhỏ hơn, khoảng 0,4 – 0,85 mm. 

Than hoạt tính sản xuất từ vỏ dừa chỉ có cấu trúc mao quản micro, kích 

thước dưới 1 nm. 

Than hoạt tính chế tạo bằng hoạt hóa hóa học có độ xốp cao hơn nhiều so với 

việc hoạt hóa bằng hơi nước, tạo ra được nhiều mao quản micro và meso. 

1.1.5. Tái sinh than hoạt tính 

Nếu loại bỏ hết các tạp chất trong than hoạt tính đã sử dụng thì chúng có thể 

được tái sinh và sử dụng lại. Sau khi tái sinh, than hoạt tính có thể phục hồi đến 

80% hiệu quả sử dụng, mà trong thực tế là 100% vì ít khi sử dụng than hoạt tính đến 

giới hạn của nó. Theo lý thuyết, việc này có thể thực hiện nhiều lần theo ý muốn. 

Đối với các loại than hoạt tính mềm (than hoạt tính từ than bùn hay vỏ trấu sẽ giảm 

chất lượng khi tái sinh) thì các hạt sẽ trở nên nhỏ hơn sau mỗi lần tái sinh. Còn với 

các loại than hoạt tính cứng hơn, như vỏ dừa hay than đá, sẽ vẫn giữ được chất 

lượng tốt và có thể tái sinh khoảng vài trăm lần. Có 2 cách để tái sinh than hoạt tính: 

bằng nhiệt (tái sinh nhiệt) và bằng hơi nước (tái sinh hơi nước). 

1.1.5.1. Tái sinh bằng nhiệt 

Tái sinh bằng nhiệt trong công nghiệp được thực hiện theo các bước sau: 

Than hoạt tính được sấy khô. Sau đó gia nhiệt để cacbon hóa các tạp chất 

chứa trong các mao quản của than hoạt tính.Tiếp tục than hoạt tính được hoạt hóa ở 



10 









khoảng 700 – 1000 °C. Ở nhiệt độ này các tạp chất sẽ chuyển thành hơi và thoát ra 

khỏi than hoạt tính. Quá trình này được thực hiện trong môi trường yếm khí để đảm 

bảo rằng than hoạt tính không bị đốt cháy. Bằng cách này, các mao quản sẽ được 

hình thành một lần nữa và than hoạt tính được tái sinh. 

Ở một số vùng, tái sinh nhiệt được thực hiện theo các bước sau: 

Bắt đầu bằng việc đổ than hoạt tính vào sàng và rửa sạch với nước nóng từ 

vòi. Nếu than hoạt tính có cỡ hạt 0,4 – 0,85 mm thì chúng sẽ chui qua được các lỗ 

sàng thông thường khi rửa. Bạn có thể sàng với các loại lưới tốt hơn hoặc bỏ qua 

hoàn toàn bước này. Sau đó đun sôi than hoạt tính trong nước 10 – 15 phút để hòa 

tan môt vài rượu bậc cao (đã tái sinh được 15 – 20%). Đun đến khi bay hơi hoặc 

đun lại nếu cần thiết.Than hoạt tính sau đó được sấy khô. Sau khi than đã khô, nó 

được đặt vào một lò sấy điện. Bật lò ở 140 °C hoặc 150 °C và nung than hoạt tính 

trong khoảng 2 – 3 giờ, tắt lò và đợi cho than hoạt tính nguội. Bây giờ nó đã sẵn 

sàng để tái sử dụng lại. Các tạp chất khi bay hơi khỏi than hoạt tính trong quá trình 

đun nóng có mùi rất tệ. Đồng thời, việc tái sinh than hoạt tính trong lò điện rất nguy 

hiểm vì nó có thể cháy. Than hoạt tính làm từ gỗ và than bùn cháy ở khoảng 200°C 

còn than đá ở khoảng 400 °C. Than đá vẫn có thể tái sinh trong lò điện ở khoảng 

300 – 350 °C nếu muốn. 

1.1.5.2. Tái sinh bằng hơi nước 

Tái sinh bằng hơi nước được thực hiện theo các bước sau: Lọc ngược dòng 

với nước nóng. Được thực hiện từ trên xuống. Trong các bộ lọc than hoạt tính luôn 

luôn thực hiện từ dưới lên. Sau đó, hơi nước được cho đi qua than hoạt tính. Nó 

cũng được thực hiện từ trên xuống. Hơi nước ở 120 – 130 °C và than hoạt tính cũng 

được làm nóng đến nhiệt độ tương tự. Tất cả các tạp chất sẽ bay hơi khỏi các mao 

quản. Cuối cùng than hoạt tính được rửa ngược và sẵn sàng sử dụng lại. 

1.1.6. Ứng dụng 

Than hoạt tính là một chấp hấp phụ quý và linh hoạt, được sử dụng cho 

nhiều mục đích:Loại bỏ màu, mùi, vị không mong muốn hoặc các tạp chất hữu cơ, 

vô cơ trong nước thải (công nghiệp và sinh hoạt).Làm sạch không khí, kiểm soát ô 

nhiễm không khí từ khí thải công nghiệp, làm sạch hóa chất, dược phẩm, làm chất 

thu hồi vàng, bạc và các kim loại quý khác trong lĩnh vực luyện kim. Đồng thời 



11 









than hoạt tình còn làm chất mang xúc tácvà loại bỏ các độc tố và vi khuẩn của một 

số bệnh. 

1.2. Tính chất vật lý 

Than hoạt tính được sản xuất và bán trên thị trường quốc tế rất đa dạng. Mỗi 

loại than đều có công dụng riêng biệt đáp ứng các nhu cầu công nghiệp cụ thể. Tuy 

nhiên, xét về mặt vật lý và đặc trưng kỹ thuật thì chúng có những đặc điểm chung 

quyết định đến khả năng hấp phụ là:Kích thước hạt, diện tích bề mặt riêng, cấu trúc 

vật lý và khối lượng riêng. 

1.2.1. Kích thước hạt [167-1] 

Có nhiều nhiều phương pháp sản xuất than hoạt tính khác nhau nên các loại 

than hoạt tính có nhiều tính chất, hình dạng và kích thước hạt khác nhau. Trước khi 

đưa vào sử dụng cần xác định được các thông số như kích thước hạt và diện tích bề 

mặt riêng của hạt than,… Vì những thông số này là một trong những nhân tố ảnh 

hưởng trực tiếp đến tính chất của than hoạt tính. Người ta thường sử dụng hai 

phương pháp để xác định kích thước hạt than là:Phương pháp hiển vi điện tử và 

phương pháp hấp phụ lên bề mặt.Vì kích thước và diện tích bề mặt các hạt than 

khác nhau nên trong tính toán thường lấy giá trị trung bình. Phương pháp xác định 

trực tiếp bằng kính hiển vi điện tử cho giá trị đường kính trung bình hạt than với các 

phương pháp sản xuất khác nhau. Ví dụ, than máng có đường kính hạt trung bình là 

100 ÷ 300 Å; than sản xuất bằng lò lỏng có đường kính hạt trung bình là 180 ÷ 600 

Å; than sản xuất bằng lò khí có đường kính hạt trung bình là 400 ÷ 800 Å. Phương 

pháp nhiệt phân cho than hoạt tính có đường kính hạt trung bình lớn nhất là 1400 ÷ 

4000 Å. Người ta đã đưa ra công thức tính đường kính trung bình của hạt than hoạt 

tính [45-2]. 

Trong đó: n – số hạt; d – đường kính hạt. 

Kích thước hạt cũng được xác định bằng phương pháp gián tiếp nhờ phương 

pháp hấp phụ theo BET. 

1.2.2. Diện tích bề mặt riêng [168-1] 



12 









Hai phương pháp thường dùng để xác định diện tích bề mặt riêng của than 

hoạt tính là:Phương pháp tính toán hình học và phương pháp tính toán theo lượng 

chất lỏng phân tử thấp hoàn toàn trơ hóa học với than hoạt tính nhưng được hấp phụ 

lên bề mặt của than hoạt tính. 

Theo phương pháp thứ nhất, các kích thước hình học của than hoạt tính được 

xác định bằng kính hiển vi điện tử. Nếu chấp nhận các hạt than hoạt tính có dạng 

khối cầu và bề mặc các hạt than phẳng nhẵn tuyệt đối thì diện tích bề mặt riêng S h 

được tính theo công thức: 

Trong đó: 

– khối lượng riêng của than hoạt tính; 

D A – đường kính bề mặt trung bình hạt than; 

Trong đó: n – số hạt; d – đường kính hạt; 

Diện tích bề mặt riêng xác định theo phương pháp này gọi là diện tích bề mặt 

hình học riêng (S h ). 

Theo phương pháp thứ hai, diện tích bề mặt riêng được xác định theo lượng 

chất lỏng phân tử thấp hoàn toàn trơ hóa học với than hoạt tính nhưng hấp phụ lên 

bề mặt than hoạt tính. Trong số chất lỏng phân tử thấp, thường dùng là nitơ ở nhiệt 

độ sôi của nó hay các dung dịch iot, phenol,… Diện tích riêng bề mặt được tính 

toán bằng phương pháp này gọi là diện tích hấp phụ riêng S p . Giá trị S p cho mỗi 

chất lỏng hấp phụ khác nhau thì khác nhau vì chất lỏng phân tử lượng lớn hơn thì 

khả năng hấp phụ kém hơn. Để đánh giá mức độ phẳng nhẵn bề mặt các cấu trúc 

than có thể sử dụng tỷ số giữa diện tích hấp phụ riêng và diện tích bề mặt hình học 

riêng. Tỷ số này càng lớn bề mặt tiếp xúc giữa hai pha càng cao. 

1.2.3. Cấu trúc vật lý [169-1] 

Cấu trúc của than hoạt tính được đánh giá bằng mức độ phát triển cấu trúc 

bậc nhất của nó. Mức độ phát triển cấu trúc này phụ thuộc vào phương pháp sản 

xuất và nguyên liệu đầu đưa vào để sản xuất than. Cấu trúc bậc nhất phát triển mạnh 

nhất trong than sản xuất bằng phương pháp lò. Liên kết hóa học C – C đảm bảo cho 

cấu trúc có độ bền cao. Số lượng các hạt than sơ khai có cấu trúc dao động từ vài 



13 







hạt đối với than có cấu trúc thấp đến 600 hạt đối với than có cấu trúc cao. 



Trong thời gian bảo quản, các cấu trúc bậc nhất của than hoạt tính tiếp xúc 

với nhau, liên kết lại với nhau tạo thành liên kết bậc hai của than hoạt tính. Mức độ 

bền vững của cấu trúc bậc hai phụ thuộc vào độ bền liên kết giữa các cấu trúc bậc 

nhất và dao động trong khoảng độ bền của liên kết Van der Waals đến độ bền liên 

kết hydro có trong than. Cấu trúc bậc hai càng bền vững khi các hạt than có kích 

thước càng nhỏ, mức độ nhám bề mặt càng lớn và hàm lượng các nhóm chứa oxy 

trên bề mặt than càng cao. 

Cấu trúc của than hoạt tính có thể xác định trực tiếp bằng kính hiển vi điện tử 

và có thể đánh giá gián tiếp qua lượng dầu được than hoạt tính hấp phụ (trị số dầu 

của than). Trị số dầu của than họa tính là lượng dầu hay lượng chất lỏng không bốc 

hơi (ml), trơ hóa học với than hoạt tính được hấp phụ lên bề mặt của than họa tính 

tạo thành bột nhão. Theo lý thuyết, lượng dầu hấp phụ này chính là khoảng không 

gian giữa các hạt than khi các hạt than này nằm sát với hạt kia. Nếu cấu trúc của 

than càng lớn, mức độ kết bó chặt chẽ của than giảm, lượng dầu cần thiết để trộn 

miết với than càng nhiều hơn. Như vậy, trị số dầu là đại lượng tổng hợp để đánh giá 

giá trị diện tích bề mặt riêng và mức độ cấu trúc của than hoạt tính. 

1.2.4. Khối lượng riêng [170-1] 

Khối lượng riêng của than hoạt tính là đại lượng phụ thuộc vào phương pháp 

xác định nó. Chẳng hạn, nếu như dùng rượu, axeton để xác định khối lượng riêng 

của than hoạt tính thì rượu và axeton lại là các phân tử quá lớn, không len lỏi và các 

khe, kẽ giữa các hạt than và trên bề mặt than. Như vậy, thể tích do các hạt than 

chiếm sẽ lớn và khối lượng riêng sẽ nhỏ hơn khối lượng riêng thực của than. Khối 

lượng riêng của than hoạt tính xác định bằng phương pháp này dao động trong 

khoảng từ 1800 ÷ 1900 km/m 3 . Khi xác định khối lượng riêng của than hoạt tính 

trong heli lỏng, thu được giá trị từ 1900 ÷ 2000 kg/m 3 . Khối lượng riêng của than 

hoạt tính được tính toán theo hằng số mạng tinh thể là 2160 ÷ 2180 kg/m 3 . 

Than hoạt tính dạng bột là các hạt nằm sát bên nhau và ở các góc cạnh, các 

cung là không khí, vì thế khối lượng riêng của nó nhỏ hơn nhiều và dao động từ 80 

÷ 300 kg/m 3 , phụ thuộc vào mức độ phát triển cấu trúc của than. Than có cấu trúc 

càng lớn, khoảng trống giữa các cấu trúc càng nhiều và giá trị khối lượng riêng càng 



14 







nhỏ. 



Qua ứng dụng của than hoạt tính, người ta thấy rằng giá trị khối lượng riêng 

1860 kg/m 3 thường được sử dụng khá phổ biến. 

1.3. Tính chất hóa học [161-1] 

Phân tích cấu tạo và cấu trúc của than hoạt tính bằng tia Rơnghen cho thấy 

các hạt than hoạt tính có cấu trúc mạng phẳng, cấu tạo từ các vòng cacbon, vị trí sắp 

xếp các nguyên tử cacbon trong vòng giống vị trí sắp xếp các nguyên tử cacbon 

trong benzen. Các nguyên tử cacbon liên kết với nhau bằng liên kết hóa học như 

sau: Khoảng 3 ÷ 7 mạng cacbon phẳng sắp xếp thành từng lớp, mạng này lên 

mạng khác, nhưng không trồng khít và chính xác như nhau mà các nguyên tử 

cacbon ở các mạng khác nhau nằm lệch nhau tạo thành các tinh thể sơ khai của than 

hoạt tính. Khoảng cách giữa các nguyên tử cacbon trong cùng một mạng là 1,42 Å, 

khoảng cách giữa các nguyên tử cacbon tương ứng ở hai mạng kề nhau là 3,6 ÷ 3,7 

Å. 

Trong mỗi tinh thể sơ khai của than hoạt tính chứa khoảng 100 ÷ 200 nguyên 

tử cacbon. Các tinh thể sơ khai sắp xếp tự do và liên kết với nhau để tạo thành các 

hạt than đầu tiên. Số lượng các tinh thể sơ khai trong hạt than quyết định kích thước 

của hạt than, chẳng hạn than hoạt tính được sản xuất bằng phương pháp khuếch tán 

MacDG – 100 chứa khoảng 5000 ÷ 10000 tinh thể. 

Trong quá trình sản xuất, do có sự va chạm, khuấy trộn, các hạt than sơ khai 

thường có dạng khối cầu hoặc gần cầu. Các khối cầu nằm bên trong hỗn hợp phản 

ứng lại liên kết với nhau nhằm tăng kích thước của hạt để giảm năng lượng tự do bề 

mặt và tạo thành các chuỗi. Hình dạng và kích thước của chuỗi phụ thuộc vào tính 

chất của từng loại than. Các chuỗi hạt như vậy được gọi là cấu trúc hạt bậc nhất của 

than hoạt tính. Trong tinh thể khối của hạt than hoạt tính, các nguyên tử cacbon nằm 

ở mặt ngoài (cạnh hoặc mép) có mức độ hoạt động hóa học lớn, và vì vậy, nó là 

trung tâm của các quá trình oxy hóa tạo cho bền mặt than hoạt tính hàng loạt các 

nhóm hoạt động hóa học khác nhau. Ngoài cacbon, trong thành phần hóa học của 

than hoạt tính còn có hydro, lưu huỳnh, oxy và các chất khác. Các nguyên tử này 

được đưa vào than hoạt tính cùng với nguyên liệu đầu và trong quá trình oxy hóa. 



15 









Sự có mặt của các hợp chất chứa oxy trên bề mặt than hoạt tính được chứng minh 

bằng phản ứng axit huyền phù trong nước của than hoạt tính. 

Bảng 1.2. Thành phần nguyên tố một số loại than hoạt tính [252-2] 

Hàm lượng (%) 

Loại 

Cacbon Oxy Hydro 

Chất dễ bay 

Tăng cường máng 95,2 3,6 0,6 5 

Bán tăng cường lò 99,2 0,4 0,3 1,2 

Tăng cường lò 

lỏng 

hơi 

98,2 0,8 0,3 1,4 

Nhìn chung, tùy vào từng loại than với các phương pháp sản xuất khác nhau, 

thành phần của chúng cũng khác nhau, nhưng nằm trong giới hạn cho phép:Cacbon: 

80 ÷ 99,5%, Hydro: 0,3 ÷ 1,3%, Oxy: 0,5 ÷ 1,5%, Nitơ: 0,1 ÷ 0,7% và Lưu huỳnh: 

0,1 ÷ 0,7% [142-4]. 

1.4. Tính chất hấp phụ của than hoạt tính 

Than hoạt tính là vật liệu rắn, đa mao quản (mao quản nhỏ, mao quản trung 

bình và mao quản lớn), trên bề mặt than hoạt tính có chứa các tâm hoạt tính của các 

vi tinh thể graphit biến dạng, các nhóm chức oxy - carbon (axit, bazơ, trung hòa, ưa 

nước hoặc kỵ nước,...). Do đó, than hoạt tính là vật liệu hấp phụ đa năng. 

Về cơ bản, than hoạt tính là vật liệu hấp phụ kỵ nước (hydrophobic), nhưng 

khi biến tính bề mặt than hoạt tính bằng các nhóm C-OH, COOH,... thì tính kỵ nước 

của than hoạt tính giảm và tính ưa nước tăng lên. Do đó than hoạt tính là chất hấp 

phụ tốt cho các chất hữu cơ không phân cực hoặc phân cực yếu. 

Mao quản nhỏ của than hoạt tính là “miền hấp phụ” tốt cho các phân tử nhỏ 

(các hơi, khí của VOC, benzen, toluen, xylen,...). Các mao quản trung bình là 

“không gian” thu hút các phân tử lớn (các hợp chất màu, thuốc nhuộm, các chất hữu 

cơ tự nhiên NOC - Natural Organic Compounds,...). 

Như vậy, than hoạt tính là vật liệu hấp phụ có đặc trưng chủ yếu 

hydrophobic, và đa năng: vừa hấp phụ tốt trong pha khí và vừa hấp phụ hiệu quả 

trong pha lỏng, có thể hấp phụ chọn lọc các phân tử nhỏ và cũng có thể hấp phụ 

chọn lọc các phân tử lớn. Tất nhiên, để đạt được các kết quả đó người ta phải biết 



16 









cách điều chỉnh (trong sản xuất và biến tính) cấu trúc mao quản và tính chất bề mặt 

của than hoạt tính một cách hợp lý. 

Để khảo sát khả năng hấp phụ (nhiệt động học hấp phụ) và tốc độ hấp phụ 

(động học hấp phụ), người ta cần phải dựa vào các quy luật nhiệt động học phù hợp 

cho quá trình hấp phụ trên than hoạt tính. 

1.4.1. Nhiệt động học hấp phụ 

1.4.1.1. Một số khái niệm về hấp phụ 

Hấp phụ là hiện tượng gia tăng nồng độ một chất nào đó trên bề mặt phân 

cách pha (khí - rắn hoặc lỏng - rắn) so với nồng độ trong pha thể tích (khí hoặc 

lỏng). 

Chất được gia tăng nồng độ được gọi là chất bị hấp phụ (adsorbate), chất rắn 

có bề mặt phân cách được gọi là chất hấp phụ (adsorbent). 

Trong quá trình hấp phụ, chất hấp phụ và chất bị hấp phụ tương tác với nhau 

bởi một lực liên kết đặc thù. Khi lực liên kết yếu, không làm thay đổi cấu trúc vỏ 

electron của các tiểu phân hấp phụ (phân tử, nguyên tử, ion,..) thì sự hấp phụ được 

gọi là hấp phụ vật lý. Khi lực liên kết mạnh dẫn đến sự hình thành liên kết hóa học, 

thì sự hấp phụ được gọi là hấp phụ hóa học. 

Dung lượng hấp phụ (adsorption capacity) là đại lượng đặc trưng cho khả 

năng hấp phụ của một chất hấp phụ. 

co 

− ce 

qe 

= V 

m 

(1.3) 

Trong đó, q e : dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g) 

C o : nồng độ chất bị hấp phụ (mg/L) 

C e : nồng độ chất bị hấp phụ khi đạt trạng thái cân bằng (mg/L) 

V: thể tích của pha khí (hoặc lỏng) chứa chất bị hấp phụ (mL) 

m: khối lượng chất hấp phụ 

Mối quan hệ giữa dung lượng hấp phụ (q e ) với áp suất (pha khí) hay nồng độ 

(pha lỏng) của chất bị hấp phụ (ở trạng thái cân bằng hấp phụ), tại một nhiệt độ 

không đổi (T = const), được gọi là phương trình đẳng nhiệt hấp phụ, hoặc thường 

được gọi tắt là đẳng nhiệt hấp phụ. 



17 







e = f(Pe)T T= const (1.4) 



qe = f(Ce)T T= const (1.5) 

Mối quan hệ giữa qe và f(Pe)T, f(Ce)T trong phương trình 1.4; 1.5 được 

gọi là đẳng nhiệt hấp phụ. Nó được xây dựng trên cơ sở lý thuyết, kinh nghiệm hay 

bán kinh nghiệm tùy thuộc vào tiền đề, giả thiết, bản chất của hệ và kinh nghiệm xử 

lý số liệu thực nghiệm. 

Sau đây là các đẳng nhiệt hấp phụ thường được sử dụng trong nghiên cứu 

hấp phụ trên than hoạt tính. 

1.4.1.2. Đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 

Phương trình đẳng nhiệt Langmuir được thiết lập vào năm 1918 bởi nhà 

khoa học Mỹ Langmuir, dựa vào các giả thiết sau: 

- Các tiểu phân bị hấp phụ (phân tử, nguyên tử hoặc ion) liên kết với bề mặt 

chất hấp phụ trên các tâm hấp phụ xác định, cố định (localized sites). 

Mỗi một tâm hấp phụ chỉ liên kết với một tiểu phân bị hấp phụ. 

Trạng thái năng lượng của các tiểu phân hấp phụ là như nhau trên mọi tâm 

hấp phụ và không phụ thuộc vào sự có mặt hay không có mặt tiểu phân bị hấp phụ ở 

tâm bên cạnh. Như vậy, mô hình Langmuir đã giả thiết rằng bề mặt là hoàn toàn 

đồng nhất và không có (hoặc có thể bỏ qua) sự tương tác ngang giữa các tiểu phân 

bị hấp phụ. 

Trên cơ sở giả thiết đó, phương trình đẳng nhiệt Langmuir được thiết lập như 

sau: 

[S - A]: phức hấp phụ 

θ: phần bề mặt bị hấp phụ (1.6) 

qe 

θ = 

qo 

(1.7) 

Trong đó, qe: dung lượng hấp phụ cân bằng 

q 0 : dung lượng hấp phụ cực đại, khi toàn bề mặt bị hấp phụ, tạo thành đơn 

lớp phân tử bề mặt 

Do đó 0 ≤ θ ≤ 1 

Khi đạt trạng thái cân bằng, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ khử hấp phụ. Từ 

phương trình 1.6, ta có: 



18 









Tốc độ hấp phụ: v 1 = k 1 P A (1- θ) 

Tốc độ khử hấp 

phụ: v 2 = k 2 θ 

Khi cân bằng: v 1 = v 2 

hay 

k 1 P A (1- θ) = k 2 θ 

KPA 

θ = 

1 + KPA 

(1.8) 

Với 

Biến đổi phương trình 1.7 và 1.8, ta có phương trình đẳng nhiệt 

Langmuir dạng: 

KPA 

qe 

= q 

0 1+ 

KPA 

(1.9) 

Lưu ý rằng: , do đó, K đặc trưng cho lực hấp phụ của tâm. Khi K 

tăng, nghĩa là k1 tăng, k2 giảm, K càng lớn thì tâm có lực hấp phụ càng lớn. 

q 0 : là dung lượng hấp phụ cực đại, đơn lớp đặc trưng cho khả năng hấp phụ 

của vật liệu, q 0 càng lớn, vật liệu có khả năng hấp phụ càng lớn. 

Phương trình Langmuir áp dụng cho hấp phụ trong pha khí và cho pha lỏng. 

Trong trường hợp pha lỏng, đẳng nhiệt Langmuir có dạng: 

KCA 

qe 

= q 

0 1+ 

KCA 

(1.10) 

Nghĩa là, thay vì áp suất PA cân bằng, thì nồng độ cân bằng của chất A được 

sử dụng. 

Phương trình Langmuir chỉ ra hai tính chất đặc trưng của hệ: 

Trong vùng nồng độ nhỏ KC A 1, khi đó qe ≈ q 0 tức là qe không phụ 

thuộc vào C. 

Như vậy, phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry chỉ phù hợp trong vùng 

nồng độ dung dịch đủ loãng (vùng tuyến tính). Khi nồng độ dung dịch đủ lớn thì 

phương trình Langmuir thuộc miền hấp phụ bão hòa. 

Đẳng nhiệt Langmuir được áp dụng cho hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. 

1.4.1.3. Đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 


Khi quan sát mối tương quan giữa q e và C e từ thực nghiệm, Freundlich đã 

nhận thấy nó tuân theo dạng hàm mũ nên ông đưa ra phương trình mô tả hoàn toàn 


19 







có tính chất kinh nghiệm: 



q 

1 n 

e 

= KFCe 

(1.11) 

Trong đó, qe - dung lượng hấp phụ, với 

- khối lượng chất bị hấp phụ. 

q 

e 

x 

= 

m ; x- lượng chất bị hấp phụ; m 

KF - hằng số hấp phụ Freundlich. Nếu C e = 1 đơn vị thì q e = K F tức là K F 

chính là dung lượng hấp phụ tại C e = 1. Như vậy nó là đại lượng đặc trưng cho khả 

năng hấp phụ của vật liệu. Ví dụ khi nghiên cứu so sánh tính chất hấp phụ của một 

số loại than, người ta chọn một loạt các chất bị hấp phụ có tính chất khác nhau như: 

p-nitrophenol, dinitrophenol, trinitrophenol, metylen blue, và đánh giá khả năng hấp 

phụ trong cùng một điều kiện. Giá trị K F nhận được cho từng hệ là một đại lượng 

định lượng cho khả năng hấp phụ của từng loại than đối với một chất bị hấp phụ. 

n: hệ số mũ của biến C, đặc trưng cho bản chất lực tương tác của hệ. Nếu n > 

1: sự hấp phụ thuận lợi. 

Đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich áp dụng cho quá trình hấp phụ trên vật liệu 

có bề mặt không đồng nhất về năng lượng và trong vùng nồng độ chất tan (chất bị 

hấp phụ) không cao. Tuy là một phương trình kinh nghiệm nhưng 

phương trình Freundlich được sử dụng có hiệu quả để mô tả các số liệu cân 

bằng hấp phụ trong môi trường nước, đặc biệt là hệ than hoạt tính và chất hữu cơ 

[2-3]. 

1.4.1.4. Đẳng nhiệt hấp phụ BET 

Trong nhiều trường hợp, sự hấp phụ xảy ra không theo quy luật Langmuir 

tạo ra trên đơn lớp phân tử hấp phụ, mà là tạo ra trên một vài lớp hấp phụ (đa lớp) 

phân tử, nghĩa là các phân tử chồng chất lên nhau: 



20 







Hình 1.3. Mô hình hấp phụ đơn lớp Langmuir và đa lớp BET 



Để mô tả sự hấp phụ đa lớp, một mô hình đẳng nhiệt hấp phụ BET được đề 

nghị bởi 3 tác giả Brunauer, Emmett và Teller [36], [40], [60], [78]. Các ông đã xây 

dựng mô hình này dựa trên các giả thuyết sau: 

Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất về mặt năng lượng và sự hấp phụ chỉ xảy ra 

đơn lớp. Sau khi đơn lớp hấp phụ hoàn thành, sự hấp phụ xẩy ra theo cơ chế đa lớp 

(mô hình b, hình 1.3) 

Phân tử chất bị hấp phụ và chất hấp phụ chỉ tương tác với nhau ở lớp thứ 

nhất, còn ở các lớp sau được hình thành nhờ lực phân tử của chất bị hấp phụ giữa 

các lớp với nhau. 

Sự hấp phụ bao giờ cũng tiến tới trạng thái cân bằng hấp phụ. 

Dựa trên các giả thuyết đó, phương trình BET được thiết lập như sau: 

p 

c v 

p 

s 

θ = = 

vm 

⎛ p ⎞⎛ p p ⎞ 

⎜1− ⎟⎜1− + c ⎟ 

⎝ ps ⎠⎝ ps ps 

⎠ 

Biến đổi 1.12 thành dạng tuyến tính, ta được phương trình sau: 

p 

c p 

p 

s 

= 

v( ps 

− p) 

⎛ p ⎞⎛ p p ⎞ 

⎜1− ⎟⎜1− + c ⎟ 

⎝ ps ⎠⎝ ps ps 

⎠ 

v và v m - Thể tích hấp phụ tại P/Ps và hấp phụ đơn lớp phân tử (mmol/g) 

P - Áp suất chất bị hấp phụ; Ps - Áp suất hơi bão hòa chất bị hấp phụ 

C - Hằng số phụ thuộc nhiệt vi phân hấp phụ q và nhiệt ngưng tụ λ 

Trong các mao quản của than hoạt tính, số lớp hấp phụ giới hạn bởi n lớp 


dẫn đến phương trình: 

v = 

n n+1 

vmcx{1-(n+1)x +nx } 

n+1 

(1-x){1-(c-1)x-cx } 

(1.14) 


21 







Nếu thay n = ∞ ta nhận được phương trình 1.12. Nếu thay n = 1 ta nhận 

được phương trình Langmuir. 



Từ phương trình BET dựng đồ thị đường thẳng sự phụ thuộc P/v(Ps- P) vào 

P/P s với hệ số góc K = tgα = (C-1)/v m C và cắt trục tung tại h = 1/v m C. Từ đó, tính 

được các giá trị C, v m và diện tích bề mặt riêng S(m 2 /g) của chất hấp phụ. 

Nếu C rất lớn, 1/v m C ≈0 và (C-1)/C ≈1 phương trình BET sẽ có dạng: 

p 1 p 

= 

v p p v ps 

( − ) 

s 

m 

(1.15) 

Khi đó, chỉ cần một điểm của đường hấp phụ đẳng nhiệt trong vùng áp suất 

tương đối P/Ps ≈ 0,2 - 0,3 ta sẽ tính được diện tích bề mặt riêng. 

Nếu đường đẳng nhiệt có một điểm uốn B rõ rệt thì tại đó sự hấp phụ 

đơn lớp kết thúc và sự hấp phụ đa lớp bắt đầu. Đại lượng hấp phụ tại điểm B 

chính là vm và tính được diện tích bề mặt riêng. 

Phương pháp BET hiện nay vẫn được coi là phương pháp tốt nhất để tính 

diện tích bề mặt. Tuy nhiên, do hạn chế về giả thuyết tính đồng nhất của bề mặt và 

bỏ qua tương tác ngang giữa các phân tử, phương trình BET thường chỉ đúng trong 

vùng áp suất tương đối (P/ Ps ) trong khoảng 0,05 - 0,35. Dưới 0,05 có sự sai lệch do 

tính không đồng nhất của bề mặt [36], [57], [68] 

1.4.1.5. Đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich biến tính - mô hình hấp phụ bề mặt vỏ 

- hạt (mô hình hấp phụ “vỏ - hạt”) 

Gần đây [66], [79], các nhà khoa học Nhật Bản rất quan tâm đến hiện tượng 

hấp phụ của các chất hữu cơ phân tử lớn (NOM: chất hữu cơ trong tự nhiên - 

Natural Organic Matter) trên than hoạt tính bột siêu mịn và than hoạt tính bột mịn 

thông thường. Các tác giả Naoya Ando và cộng sự [55] nhận thấy rằng trên than 

hoạt tính siêu mịn (S-PAC), dung lượng hấp phụ của NOM tăng so với than hoạt 

tính bột mịn thông thường (PAC). Trong khi đó, các chất hữu cơ phân tử nhỏ (ví dụ 

như polyethylene glycols - PEG) có dung lượng hấp phụ như nhau trên cả hai loại 

than hoạt tính S-PAC và PAC. Dựa trên nhiều kết quả thực nghiệm về hấp phụ chất 

hữu cơ trên S-PAC, Yoshihiko Matsui [89-96] đã đề nghị một mô hình hấp phụ vỏ 

hạt (Shell Adsorption Model, SAM). 



22 









Mô hình SAM được trình bày tóm tắt như sau: Nội dung chính của SAM là 

các phân tử hữu cơ lớn không thể xâm nhập vào bên trong hạt (thông qua các mao 

quản nhỏ và trung bình) mà chỉ hấp phụ ở bên ngoài bề mặt than hoạt tính (ở “vỏ” 

của 1 hạt than). 

Ý tưởng khoa học đó được diễn đạt bởi một số biểu thức như sau: 

Sự hấp phụ các chất hữu cơ trên than hoạt tính trong dung dịch thường được 

diễn tả bởi phương trình đẳng nhiệt Freundlich 1.11 [94-96]: 

q 

1 n 

e 

= KFCe 

Ở phương trình 1.11 này, q e không phụ thuộc vào kích thước của hạt chất 

hấp phụ (K F và n đặc trưng cho lực và tâm hấp phụ bề mặt). Nhưng trong mô hình 

SAM, hấp phụ trên bề mặt ngoài (vỏ) của hạt hấp phụ thì qe phải phụ thuộc vào 

kích thước của hạt hấp phụ. 

Giả thiết rằng, hạt than hoạt tính có dạng hình cầu như hình 1.3 dưới đây: 

Hình 1.4. Mô hình hấp phụ vỏ SAM 

Sự hấp phụ các chất hữu cơ phân tử lớn chỉ thực hiện ở bề mặt ngoài (vỏ) 

của hạt. Do đó phương trình Freundlich 1.11 phải được biểu diễn bởi phương trình: 

( ) = ( ) 

n 

q r, R K r, R . C 

s s e 

1 

(1.16) 

Trong đó, q S : dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào bán kính hạt 

K S : hằng số Freundlich phụ thuộc vào bán kính hạt 

C e : nồng độ chất bị hấp phụ đạt cân bằng 

Do đó, dung lượng hấp phụ của chất hấp phụ có bán kính hạt R, ứng với 



23 







nồng độ cân bằng Ce được xác định như sau [94]: 



2 

R 

R 3r 

1 3 

n 

2 2 

q ( , ) 

3 3 ( , ) 

0 

s 

r R dr = Ce Ks 

r R r dr 

R R 

∫ 

0 

∫ 

Vì kích thước hạt hấp phụ không đồng nhất, ta có: 

R 

1 3 ∞ ⎡ 

⎤ 

n 

e 

= 

e 3 0 

s R 

R 

∫ ⎢∫ 

⎥ 

0 

2 2 

( , ) ( ) 

q C K r R r dr f R dR 

⎣ 

⎦ 

Ở đây, fR(R) là hàm phân bố kích thước hạt 

(1.17) 

(1.18) 

Theo sơ đồ hình 1.8, sự hấp phụ chỉ xảy ra trong khoảng δ: sự hấp phụ ở bề 

mặt ngoài với xác suất p = 1; tại độ dày δ, p = 0, tương ứng với phương trình: 

dạng: 

⎡ ⎛ r-R+ δ ⎞ ⎤ 

Ks 

( r, R) = K0 

⎢max ⎜ ,0⎟( 1− p) 

+ p⎥ 

⎣ ⎝ δ ⎠ ⎦ 

(1.19) 

Trong đó, K 0 : hệ số Freundlich trong mô hình hấp phụ trên bề mặt phẳng 

K S : hệ số Freundlich trong mô hình hấp phụ vỏ 

p: xác suất hấp phụ theo chiều sâu δ của hạt 

Thực vậy, tại r = R thì K S = K 0 

r = 0 thì K S = 0 

Phương trình đẳng nhiệt Freundlich biến tính áp dụng cho mô hình SAM có 

1 

3K 

∞ ⎧ R 

0 

⎡ r-R+ 

n 

⎛ δ ⎞ ⎤ ⎫ 

e 

= 

e 

ax ,0 1 

3 ∫ ⎨ 

− + ⎬ 

0 ∫0 

⎢ ⎜ ⎟ ⎥ R 

2 

( ) ( ) 

q C m p p r dr f R dR 

R ⎩ ⎣ ⎝ δ ⎠ ⎦ ⎭ 

(1.20) 

Từ phương trình 1.20 có thể nhận thấy rằng: dung lượng hấp phụ q e phụ thuộc vào 

C e , K 0 , n như trong trường hợp hấp phụ thông thường (không phụ thuộc vào kích 

thước hạt), ngoài ra q e còn phụ thuộc vào R, δ, p và f R (R). Đối với các phân tử nhỏ, 

có thể xâm nhập sâu vào bên trong hạt, tức là δ→R; còn các phân tử lớn, không thể 

xâm nhập vào bên trong các mao quản nhỏ nên chỉ hấp phụ bên ngoài hạt (vỏ), 

δ→0. Đại lượng không thứ nguyên p biểu thị khả năng xâm nhập của phân tử chất 

hấp phụ vào sâu bên trong hạt: p = 1, hấp phụ ở vỏ hạt; p giảm dần khi phân tử chất 

hấp phụ xâm nhập sâu vào bên trong hạt. 

Các kết quả thực nghiệm về hấp phụ của PSS (poly - styrene sulfonate) trên các loại 

than hoạt tính siêu mịn (S-PAC) khá phù hợp với mô hình SAM, được biểu diễn 

định lượng bởi phương trình 1.20. Từ phương trình 1.20 có thể nhận thấy rằng: 

dung lượng hấp phụ q e phụ thuộc vào C e , K 0 , n như trong trường hợp hấp phụ thông 

thường (không phụ thuộc vào kích thước hạt), ngoài ra q e còn phụ thuộc vào R, δ, p 

và f R (R). Đối với các phân tử nhỏ, có thể xâm nhập sâu vào bên trong hạt, tức là 



24 









δ→R; còn các phân tử lớn, không thể xâm nhập vào bên trong các mao quản nhỏ 

nên chỉ hấp phụ bên ngoài hạt (vỏ), δ→0. Đại lượng không thứ nguyên p biểu thị 

khả năng xâm nhập của phân tử chất hấp phụ vào sâu bên trong hạt: p = 1, hấp phụ 

ở vỏ hạt; p giảm dần khi phân tử chất hấp phụ xâm nhập sâu vào bên trong hạt. 

Các kết quả thực nghiệm về hấp phụ của PSS (poly - styrene sulfonate) trên 

các loại than hoạt tính siêu mịn (S-PAC) khá phù hợp với mô hình SAM, được biểu 

diễn định lượng bởi phương trình 1.20. 

1.4.2. Động học hấp phụ trên than hoạt tính 

Các tham số động học hấp phụ rất quan trọng trong nghiên cứu ứng dụng 

than hoạt tính. Quá trình hấp phụ thường xảy ra với tốc độ rất nhanh (nếu là trên bề 

mặt phẳng hoặc trong hệ mao quản rộng). Song hấp phụ là quá trình khá phức tạp, 

bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố: khuếch tán, bản chất cấu trúc xốp, thành phần hóa 

học của chất bị hấp phụ,.. Chất hấp phụ than hoạt tính thường có bề mặt riêng lớn, 

mao quản nhỏ nên các phân tử chất hấp phụ thường bị cản trở bởi sự chuyển chất 

(khuếch tán) từ pha khí hoặc pha lỏng đến bề mặt than hoạt tính. Vì vậy các thông 

số động học thực (intrisic adsorptive parameter) rất khó xác định. Do đó, hiện nay 

người ta thường ứng dụng các phương trình động học hình thức để mô tả tốt nhất 

các số liệu các số liệu thực nghiệm động học hấp phụ nhận được và xác định các 

hằng số tốc độ biểu kiến. 

Có nhiều mô hình động học hấp phụ được áp dụng như mô hình Weber - 

Morris, mô hình Elovich, phương trình Ritchie,.. nhưng mô hình động học 

biểu kiến bậc 1 Lagergren và bậc 2 được sử dụng nhiều hơn cả trong nghiên cứu 

động học hấp phụ trên THT [13], [64], [97-99]. 

1.4.2.1. Phương trình động học biểu kiến bậc 1 Lagergren 

Lagergren cho rằng: tốc độ hấp phụ của chất tan, trong dung dịch lên bề mặt 

chất hấp phụ mao quản, phụ thuộc bậc nhất với độ chưa che phủ của chất hấp phụ: 

dθ 

= k (1 ) 1 

−θ 

dt 

Trong đó: θ - phần bề mặt đã bị hấp phụ 

với: 

(1.22) 

(1.21) 



25 







q i - dung lượng hấp phụ của cấu tử i tại thời điểm t 

q e - dung lượng hấp phụ cân bằng của cấu tử i 



k 1 - hằng số tốc độ hấp phụ bậc 1 

dt - biến thiên thời gian vô cùng nhỏ 

Theo 1.21, tốc độ hấp phụ tỉ lệ bậc nhất với bề mặt tự do (1-θ) của chất hấp 

phụ nên thay 1.22 vào 1.21, ta được: 

⎛ q ⎞ 

i 

d ⎜ ⎟ 

⎝ q 

e ⎠ q 

i q 

e 

− q 

= 

i 

k1(1 − ) = k1 

dt qe 

qe 

(1.23) 

Vì q e = const nên ta có: 

dqi 

k ( ) 

1 

qe 

qi 

q = − e 

(1.24) 

hoặc: 

dq 

i 

1 

qe 

− q = k dt 

i 

Tích phân 2 vế của (1.25), ta được: 

k1t 

lg( qe − qi ) = lg( qe 

) − 

2,303 

(1.25) 

(1.26) 

Các phương trình 1.24; 1.25; 1.26 là các dạng khác nhau của phương trình 

Lagergren dạng 1.21. 

Người ta cho rằng, tốc độ hấp phụ bậc 1 tỉ lệ bậc nhất với bề mặt tự do 

(1-θ), nghĩa là một tâm hấp phụ chỉ có thể hấp phụ một tiểu phân (phân tử, 

nguyên tử, ion,...) chất bị hấp phụ. Mô hình này thích hợp với sự hấp phụ xảy ra 

trong mao quản hẹp. 

1.4.2.2. Phương trình động học biểu kiến hấp phụ bậc 2 

Theo mô hình động học này, tốc độ hấp phụ sẽ phụ thuộc bậc 2 vào độ chưa 

che phủ bề mặt chất hấp phụ: 

dθ 

= k (1 ) 2 

−θ 

dt 

2 


(1.27) 

Trong đó, k 2 : hằng số tốc độ hấp phụ bậc 2 

(các ký hiệu và ý nghĩa của các đại lượng khác như ở phương trình 1. 21) 


26 









Mô hình này tương ứng với sự hấp phụ trên than hoạt tính có đường kính lớn 

hơn so với các tiểu phân chất bị hấp phụ . 

Từ phương trình 1.27 có thể dẫn đến dạng tuyến tính như sau: 

dqi 

dt 

= k ( ) 

2 

qe 

− qi 

2 

Tích phân biểu thức (1.28), ta được: 

t 1 t 

= + 

qt k q q 

2 

2 e 

e 

(1.28) 

(1.29) 

Từ phương trình 1.26 và 1.29, chúng ta có thể xác định thực nghiệm được 

các giá trị k 1 và k 2 và tốc độ hấp phụ của các hệ nghiên cứu. 

Mô hình động học đã nêu trên chủ yếu áp dụng cho các loại than hoạt tính 

thông thường và phổ biến, chưa có nghiên cứu nào đề cập riêng đến trường hợp 

than hoạt tính siêu mịn. 



27 







Chương 2. THỰC NGHIỆM 



2.1. Thiết bị, hóa chất, dụng cụ 

2.1.1. Thiết bị 

Tủ sấy. 

Lò nung. 

Máy hút chân không. 

Máy khuấy từ gia nhiệt. 

Máy li tâm. 

Cân phân tích điện tử. 

2.1.2. Hóa chất 

Dung dịch Na2CO3 

Xanh methylen (methylen blue: MB) C16H18ClN3S (Trung Quốc). 

Dung dịch HCl 

Dung dịch NaOH 

2.1.3. Dụng cụ 

Dụng cụ thủy tinh các loại. 

Cốc nhựa ,cốc nung, cốc thủy tinh. 

Buret. 

Cối mã não. 

Nhiệt kế. 

Giấy bạc, giấy lọc. 

Giấy PH. 

Pipet. 

2.2. Điều chế than hoạt tính 

Than hoạt tính từ nguyên liệu vỏ trấu được chế tạo theo phương pháp hoạt hóa 

hóa học từ một giai đoạn: than hóa và hoạt hóa hóa học đồng thời bằng cách nung 











yếm khí một giai đoạn. Phản ứng tiến hành trong cốc nung phản ứng kín được được 

phủ bởi lớp giấy bạc nhằm ngăn chặn sự thâm nhập của oxy vào vùng phản ứng. Cốc 

phản ứng được đặt trong lò nung, đầu thoát khí nằm ở phía ngoài lò. Nhiệt độ nung 

của lò có thể đạt tới 3000 o C. Nhiệt độ của lò được điều chỉnh bằng Rơle nhiệt có 

khoảng nhiệt độ điều chỉnh là 10 o C. 

Trong tất cả các thí nghiệm quá trình nhiệt phân xảy ra theo hai giai đoạn: gia 

nhiệt đến một nhiệt độ nhất định và ủ tại nhiệt độ đó. Tốc độ tăng nhiệt trong vùng 

nghiên cứu(có xảy ra phản ứng nhiệt phân) 300 – 900 o C đạt khoảng 7 – 10 o C/phút. 

Nhiệt độ ủ được thực hiện từ 600 – 900 o C; thời gian ủ từ 1 - 3 giờ. 

Kiểm tra hàm lượng hóa chất hoạt hóa được tiến hành như sau: xác định thể 

tích dung dịch mà nguyên liệu có thể hút được bằng thí nghiệm độc lập. Pha dung dịch 

chứa hóa chất có nồng độ tương ứng để tẩm. Nguyên liệu đã tẩm được sấy khô, bảo 

quản trước khi tiến hành nhiệt phân [14]. 

Chất hoạt hóa được chọn là chất kiềm Na 2 CO 3 đối với hoạt hóa trấu. Sôđa được 

sử dụng bởi lý do: ngoài tác dụng hoạt hóa còn có tác dụng tạo thành hợp chất silicat 

tan trong nước từ thành phần silic có trong trấu. Trong quá trình rửa, sản phẩm hợp 

chất silicat tan vào nước tạo ra độ xốp cho than, bản thân silicat cũng là một sản phẩm 

có giá trị. Với tác nhân hoạt hóa là sôđa, ngoài tác dụng của một chất kiềm nó còn bị 

phân hủy ở nhiệt độ cao (~ 700 o C) tạo ra khí CO 2 , đó cũng là tác nhân hoạt hóa (vật 

lý) [38]. 

Quy trình điều chế than hoạt tính từ vỏ trấu bằng tác nhân hoạt hóa Na 2 CO 3 

được trình bày ở Hình 2.1. 











Hình 2.1: Quy trình điều chế than hoạt tính từ vỏ trấu 

Quy trình sản xuất than hoạt tính từ trấu một giai đoạn: 

- Trấu (được nghiền, rửa sạch với nước cất, PH = 7). Sấy khô ở nhiệt độ T = 80 

o C trong 24 giờ. 

- Lấy 10g trấu ngâm tẩm bằng Na 2 CO 3 (x%) với tỉ lệ ngâm a:b (khối lượng gam 

mẫu/số mL Na 2 CO 3 (x%)) ở nhiệt độ T1 o C trong t1 (giờ). Làm sạch với nước cất đến 

PH = 7. Sấy khô ở nhiệt độ T = 80 o C trong 24 giờ. 

- Lấy 3g mẫu khô đem nhiệt phân Ở nhiệt độ T2 o C trong T2 (giờ) ở lò nung. 

Sau đó nghiền, sàng lọc đến kích thước < 850 µm. 

Vật liệu cacbon không hoạt hóa cũng được điều chế tương tự như quy trình ở 

Hình 2.1 nhưng không sử dụng chất hoạt hóa Na 2 CO 3 . 

2.3. Xác định một số thông số đặc trưng cho vật liệu 

2.3.1. Đo chỉ số Iot 

Chỉ số iot là lượng iot cực đại bị hấp phụ trên 1 gam than hoạt tính. 

Các bước tiến hành: 

Chuẩn hóa dung dịch Iot 0.05 N: hút 20 mL dung dịch iot vào bình tam giác 

100 mL. Chuẩn độ với sodium thiosulfate chuẩn cho đến khi dung dịch Iod chuyển 

sang màu vàng nhạt. Thêm vài giọt tinh bột và tiếp tục chuẩn độ cho đến khi 1 giọt 











làm cho dung dịch không màu. Xác định dung dịch Iot thông thường theo công thức 

sau: 

Phương trình chuẩn độ: 

I2 + 2Na 2 S 2 O 3 2NaI + Na 2 S 4 O 6 

Từ phương trình chuẩn độ ta có công thức: 

C 1 = (*) 

Trong đó: 

C 0 : nồng độ của Na 2 S 2 O 3 (mol/L) 

V 0 : thể tích của Na 2 S 2 O 3 (mL) 

C 1 : nồng độ ban đầu của I 2 (mol/L) 

V 1 : thể tích của I 2 (mL) 

Cân lấy 0.1 g than hoạt tính cho vào bình tam giác 100 mL. Sau đó thêm vào 

bình nón 20 mL I 2 đã xác định nồng độ ở trên. Lắc đều trong vòng 15 phút, sau đó 

chuẩn độ bằng Na 2 S 2 O 3 cho đến khi dung dịch chuyển sang màu vàng nhạt.Thêm vài 

giọt dung dịch tinh bột và tiếp tục chuẩn độ với sodium thiosulfate cho đến khi 1 giọt 

tạo 1 dung dịch không màu. Ghi lại thể tích sodium thiosulfate đã sử dụng ta sẽ tính 

được chỉ số iot. 

Chỉ số iot được tính theo công thức: 

Q (mg I 2 /g than) = [C 1 .V 1 – C 2 .V 2 ].MI 2 / m than (g) 

Trong đó : Q: chỉ số iot là hàm lượng iod đã hấp phụ trên một đơn vị trọng 

lượng khô của than hoạt tính (mg/g) 

C 1 : nồng độ iot ban đầu của dung dịch (mol/L) 

V 1 : thể tích ban đầu của dung dịch (mL) 

C 2 : nồng độ iot sau khi hấp phụ của dung dịch (mol/L) 

V 2 : thể tích dung dịch sau hấp phụ (mL) 

MI 2 : khối lượng phân tử của iot (g/moL) [MI 2 = 254 (g/moL)] 

m: khối lượng than dùng để hấp phụ I 2 (g) 

Nồng độ Na 2 S 2 O 3 là: [Na 2 S 2 O 3 ] = 0.05N 

Chỉ số iot là một thông số không khó xác định, nó có mối tương quan khá mật 











thiết với diện tích bề mặt của các mao quản có kích thước lớn hơn 10 A o [3,7]. Mối 

quan hệ giữa diện tích bề mặt của than hoạt tính với chỉ số iot có dạng [39]: 

− 17 

S = IN 

I 

1,07 

(4) 

Trong đó: IN là chỉ số iot tính theo mg/L. SI là diện tích bề mặt tính theo hấp 

phụ iot (m2/g). Do có mối tương quan khá chặt chẽ với diện tích bề mặt nên các nhà 

sản xuất than hoạt tính hay sử dụng nó làm thông số kiểm soát quá trình chế tạo than 

xử lý nước. Đối với than hoạt tính thông dụng dùng cho xử lý nước, chỉ số iod thường 

nằm trong khoảng 900 mg/g. Chỉ số iot của một loại than nào đó được coi là thể tích 

của vùng mao quản nhỏ. 

2.3.2. Độ ẩm [37, 38] 

Cân chính xác khoảng 0.2g than hoạt tính cho vào cốc nung đã được sấy ở nhiệt 

độ (100 ± 5) o C đến khối lượng không đổi. Chuyển chén chứa mẫu vào tủ sấy và sấy 

mẫu trong tủ sấy 20 phút tại (100 ± 5) o C. Để nguội mẫu trong bình hút ẩm trong 

khoảng 15 phút sau đó cân thật nhanh để tránh sai số do ảnh hưởng của độ ẩm không 

khí. Xác định khối lượng sau khi sấy từ đó tính được độ ẩm của than hoạt tính theo 

công thức sau: 

a = 

Trong đó: 

a: độ ẩm (%) 

M 0 : khối lượng chén cân có chứa mẫu trước khi sấy (g) 

mr: khối lượng chén cân có chứa mẫu sau khi sấy (g) 

2.4. Các phương pháp đặc trưng vật liệu 

2.4.1. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 

Hiển vi điện tử quét thường được sử dụng để nghiên cứu kích thước và hình 

dạng tinh thể vật chất do khả năng phóng đại và tạo ảnh của mẫu rất rõ nét và chi tiết 

[47]. Ảnh hiển vi điện tử quét được ghi trên máy JEOL JSM 6500F , ở Viện Kỹ thuật 

Hóa học, Đại học Bách khoa Hà Nội. 


2.4.2. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ (BET) 










Phương pháp này được sử dụng để xác định bề mặt (diện tích bề mặt riêng 

m 2 /g), thể tích mao quản và sự phân bố mao quản theo đường kính. 

Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N 2 của các mẫu được thực hiện tren 

máy Omnisorp – 100. Diện tích bề mặt riêng được tính từ dạng tuyến tính của phương 

trình BET trong khoảng P/P o < 0,03. Đường phân bố kích thước mao quản được xác 

định từ nhánh khử hấp phụ với việc sử dụng phương pháp Brunauer – Joyner – 

Halenda (BJH) [47]. Kết quả mẫu được ghi trên máy Micromeritics Tristar 300. Mẫu 

được đo ở Viện Kỹ thuật Hóa học, Đại học Bách khoa Hà Nội. 

2.4.3. Phương pháp phân tích nhiệt 

Phân tích nhiệt là nhóm các phương pháp nghiên cứu tính chất của mẫu đo khi 

tác động nhiệt lên mẫu theo một chương trình gia nhiệt với một tốc độ nào đó khi mẫu 

được đặt trong môi trường nhất định. Việc cung cấp nhiệt năng làm tăng nhiệt độ của 

mẫu lên một giá trị xác định tùy thuộc vào nhiệt lượng cung cấp và nhiệt dung của 

mẫu. Ở trạng thái vật lý bình thường, nhiệt dung của mẫu biến đổi đồng biến theo 

nhiệt độ, nhưng khi trạng thái của mẫu thay đổi thì sự biến đổi này bị gián đoạn. Khi 

mẫu được cung cấp nhiệt năng, cùng với sự gia tăng nhiệt độ các quá trình vật lý và 

hóa học có thể xảy ra, ví dụ nóng chảy hoặc phân hủy đi kèm theo sự biến đổi 

entanpy....Các quá trình biến đổi entanpy có thể ghi nhận bằng phương pháp phân tích 

nhiệt. 

Nói chung nguyên tắc của phương pháp này dựa trên sự thay đổi các tính chất 

của vật liệu như entanpy, kích thước, tính chất từ theo sự thay đổi nhiệt độ của mẫu 

nghiên cứu đã được chương trình hóa. 

Trong phép phân tích nhiệt, người ta thường dùng hai phương pháp là phương 

pháp phân tích nhiệt vi sai (Different Thermo Analysis, DTA) và phương pháp phân 

tích nhiệt trọng lượng (Different Thermo Gravimetry Analysis, TGA). 

Nguyên tắc của phép phân tích nhiệt vi sai là: xác định sự biến đổi nhiệt độ của 

mẫu đo và mẫu so sánh theo thời gian khi chúng chịu ảnh hưởng của cùng một 

chương trình nhiệt độ. Phân tích trọng lượng dựa vào sự thay đổi khối lượng của mẫu 

nghiên cứu khi ta nung nóng mẫu. Khi mẫu được đốt nóng, trọng lượng của mẫu bị 

thay đổi là do mẫu bị phân hủy nhiệt tạo ra khí thoát ra ( khí CO 2 , SO 2 ...) hay bị mất 

nước vật lý (ẩm hay hấp phụ), nước cấu trúc (nước hydrat hay nước kết tinh trong tinh 











thể mẫu). Nếu cân liên tục mẫu bị đốt nóng, ta có thể biết sự thay đổi về trọng lượng 

của mẫu theo nhiệt độ [48, 49]. Kết quả mẫu được ghi trên máy Shimadzu DTA – 50 

H. Các mẫu được đo ở phòng thí nghiệm Vô cơ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 

Hà Nội. 

2.4.4. Phương pháp phổ quang điện tử tia X (X – ray photoelectron spectroscopy 

– XPS) 

Phổ qua điện tử tia X là kỹ thuật phân tích tính chất trên bề mặt vật liệu dựa vào 

phổ đồ. Thường được sử dụng để xác định thành phần cơ bản, trạng thái hóa học bề 

mặt, trạng thái điện tử của các nguyên tố trên bề mặt vật liệu. 

Phổ XPS được ghi trên phổ kế ESCA Lab 250 (Thermo Scientific Corporation) 

với một nguồn tia X đơn sắc của Al Kα (1486,6 eV). Năng lượng liên kết được chuẩn 

bởi sử dụng C 1s (284,8 eV). Độ phân giải năng lượng là 0,48 eV và mỗi bước quét là 

0,1 eV. Đối với phổ XPS dải hóa trị, mỗi bước quét là 0,05 eV. Mẫu đo ở Khoa Hóa 

học và Khoa học nano, ĐH Ewha Woman, Hàn Quốc [48]. 

2.4.5. Phương pháp quang phổ hồng ngại (Infrared Spectroscopy IR) 

Phương pháp phổ hồng ngại ứng dụng nhiều trong phân tích cấu trúc, phát hiện 

nhóm OH bề mặt, phân biệt các tâm axit Bronsted và Lewis và xác định các nhóm 

chức trong mẫu [48]...Phổ hồng ngại của mẫu được ghi trên máy IRA ffinity – 1S 

(Shimazu) ở nhiệt độ phòng trong vùng 400 – 4000 o C cm -1 . Mẫu được đo tại khoa Hóa 

học, Trường Đại học Quy Nhơn. 

2.5. Thí nghiệm đánh giá khả năng hấp phụ 

Cho 0,1 g than hoạt tính và 100 mL dung dịch xanh methylen 20 mg/L vào 

cốc 250 mL. Khuấy đều trên máy khuấy từ, sau 30, 60, 90, 120, 150, 180 phút. Lấy 10 

mL hỗn hợp trên và ly tâm (tốc độ 6000 vòng/phút trong 15 phút), nồng độ xanh 

methylen được xác định bằng phương pháp trắc quang ở bước sóng 662,5 nm (UV 

1800, Shimadzu).

Preview Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ trấu và ứng dụng làm chất hấp phụ

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?