Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp dệt nhuộm tại Việt Nam đang phát triển nhanh chóng nhưng cũng kéo theo tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do nước thải chứa hàm lượng hóa chất và thuốc nhuộm dư thừa rất lớn. Nước thải dệt nhuộm đặc trưng bởi độ màu cao, nồng độ các hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học (BOD, COD cao), cùng các hóa chất phụ trợ như hồ tinh bột biến tính, NaOH, H2SO4, các muối kim loại và chất tẩy giặt. Khoảng 10% đến 30% lượng thuốc nhuộm và hóa chất sử dụng trong quá trình công nghệ bị thải trực tiếp ra ngoài nguồn nước tiếp nhận. Độ màu cao ngăn cản ánh sáng truyền qua mặt nước, làm chậm quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh, ức chế sinh trưởng vi sinh vật và phá vỡ cân bằng sinh thái. Đồng thời, khi pH của nước thải vượt quá 9, môi trường nước bị kiềm hóa mạnh, gây độc trực tiếp cho hệ thủy sinh và gây ăn mòn hệ thống dẫn thoát nước.

Mặc dù có nhiều công nghệ xử lý như keo tụ, màng lọc nano hay vật liệu tổ hợp sinh học, phương pháp hấp phụ sử dụng than hoạt tính vẫn được đánh giá cao về hiệu quả khử màu. Tuy nhiên, than hoạt tính thương mại thường có giá thành tương đối cao. Nhằm giải quyết vấn đề kinh tế và giảm thiểu ô nhiễm rác thải nông nghiệp, việc tận dụng vỏ hạt Mắc-ca (Macadamia) – phụ phẩm nông nghiệp chiếm 70% đến 77% khối lượng hạt sau chế biến với hàm lượng cellulose đạt khoảng 41,2% và độ tro thấp dưới 1% – để chế tạo than hoạt tính là một hướng đi giàu tiềm năng.

Đề tài "Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir từ than Maccadamia được hoạt hóa từ K2CO3 để xử lý màu Methylene Orange" của tác giả Cao Văn Mỹ Như được thực hiện nhằm giải quyết các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể:

  1. Khảo sát khả năng xử lý màu Methylene Orange (MO) trong mẫu nước thải giả định bằng vật liệu than hoạt tính chế tạo từ vỏ Mắc-ca thông qua tác nhân hoạt hóa hóa học K2CO3, so sánh với than cốc Mắc-ca chưa hoạt hóa.
  2. Xây dựng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir nhằm mô tả cân bằng và cơ chế hấp phụ màu Methylene Orange của vật liệu than điều chế được.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Nước thải dệt nhuộm giả định chứa chất màu Methylene Orange; vật liệu than sinh học (than cốc và than hoạt tính) điều chế từ vỏ quả Mắc-ca bằng tác nhân hoạt hóa K2CO3.
  • Phạm vi nghiên cứu: Nguồn nguyên liệu vỏ Mắc-ca được thu thập tại thôn 7, xóm 2, xã An Lộc, huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng, Việt Nam. Toàn bộ các thí nghiệm điều chế, phân tích cấu trúc vật liệu và khảo sát động thái hấp phụ được tiến hành tại phòng thí nghiệm thuộc Trung tâm Nghiên cứu – Thực nghiệm, Trường Đại học Thủ Dầu Một, tỉnh Bình Dương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài xây dựng dựa trên cơ sở lý thuyết hóa lý bề mặt, cơ chế hấp phụ phân bố hai chiều giữa pha rắn và pha lỏng, cùng công nghệ nhiệt phân và hoạt hóa hóa học vật liệu carbon.

Cơ sở lý thuyết và mô hình áp dụng

  • Cơ chế hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng: Quá trình hấp phụ xảy ra do tương tác tĩnh điện, liên kết phân tử (hấp phụ vật lý) hoặc lực nội phân tử (hấp phụ hóa học) giữa chất bị hấp phụ (phân tử phẩm màu MO) và bề mặt chất hấp phụ (than hoạt tính). Trong môi trường nước, sự hấp phụ chịu sự chi phối của quá trình khuếch tán, chuyển khối, độ phân cực của cấu tử và sự cạnh tranh của các phân tử dung môi.
  • Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir: Mô hình được thiết lập dựa trên các giả thuyết: phân tử chất bị hấp phụ liên kết tại các trung tâm xác định trên bề mặt đồng nhất về mặt năng lượng; mỗi trung tâm chỉ hấp phụ duy nhất một phân tử (hấp phụ đơn lớp) và không có sự tương tác qua lại giữa các phân tử bị hấp phụ cạnh nhau. Phương trình Langmuir dạng tuyến tính được sử dụng để xác định dung lượng hấp phụ cực đại ($q_{max}$) và hằng số cân bằng ($K_L$): $$\frac{C}{q} = \frac{1}{q_{max} \cdot K_L} + \frac{C}{q_{max}}$$ Trong đó: $q$ là dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g), $C$ là nồng độ cân bằng của dung dịch (mg/L), $q_{max}$ là dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g), và $K_L$ là hằng số hấp phụ Langmuir (L/mg).
  • Phản ứng hoạt hóa hóa học bằng K2CO3: Hoạt hóa hóa học ở nhiệt độ cao diễn ra theo phản ứng khử cacbon để hình thành hệ thống mao quản xốp phát triển: $$2\text{C} + \text{K}_2\text{CO}_3 \rightarrow 2\text{K} + 3\text{CO}$$

Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm

Tác giả đã kết hợp đồng bộ các phương pháp phân tích thực nghiệm chuyên sâu:

  • Phương pháp thu thập, kế thừa tài liệu: Tổng hợp tài liệu trong và ngoài nước về thuốc nhuộm, tính chất nước thải dệt nhuộm và công nghệ sản xuất than hoạt tính từ phế phẩm nông nghiệp.
  • Phương pháp chế tạo vật liệu: Than hóa yếm khí vỏ Mắc-ca ở 350°C trong 60 phút, phối trộn dung dịch K2CO3 theo tỉ lệ khảo sát (1:1:10 ml nước cất, lắc 120 vòng/phút trong 24 giờ), sấy khô ở 110°C, nung hoạt hóa ở 650°C trong 60 phút (thời gian gia nhiệt 20 phút), sau đó rửa bằng nước RO đến pH trung tính (pH = 7) và sấy khô 24 giờ ở 110°C.
  • Phương pháp phân tích cấu trúc vật liệu:
    • Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR 4600) nhằm xác định các nhóm chức hóa học trên bề mặt vật liệu.
    • Kính hiển vi điện tử quét (SEM - FEI Quanta 200) nhằm quan sát hình thái học bề mặt và độ xốp của than.
    • Phân tích diện tích bề mặt riêng BET (Quantachrome Instruments version 11.0).
  • Phương pháp đo đạc quang phổ và tiêu chuẩn áp dụng:
    • Phương pháp đo mật độ quang bằng máy quang phổ UV-Vis Jasco V-630 để xác định nồng độ phẩm màu Methylene Orange trước và sau xử lý.
    • Lấy mẫu theo tiêu chuẩn TCVN 5999:1995; bảo quản mẫu theo TCVN 4556:1988; xác định màu theo TCVN 6185:2015; xác định chỉ số hấp phụ theo TCVN 2305-78 và tiêu chuẩn GB/T 12496.10-1999.
  • Phương pháp xử lý số liệu: Tính toán dung lượng hấp phụ ($q$), hiệu suất hấp phụ ($H$), vẽ đường chuẩn và hồi quy tuyến tính các thông số động học và đẳng nhiệt bằng các phần mềm chuyên dụng.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

Chương 1 trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ thực trạng phát triển công nghiệp dệt nhuộm chưa đi đôi với hệ thống xử lý nước thải hoàn chỉnh, gây áp lực lớn lên nguồn nước tiếp nhận. Tác giả chỉ rõ các tác động tiêu cực của các gốc thuốc nhuộm, sự cản trở quang hợp và độ độc đối với thủy sinh. Từ đó, đề tài xác định mục tiêu trọng tâm là chế tạo than hoạt tính từ vỏ quả Mắc-ca bằng tác nhân K2CO3, khảo sát khả năng loại bỏ màu Methylene Orange và xây dựng mô hình đẳng nhiệt Langmuir. Chương này cũng phân định rõ đối tượng, phạm vi nghiên cứu tại Trường Đại học Thủ Dầu Một và nêu bật ý nghĩa khoa học lẫn giá trị thực tiễn trong việc tận dụng nguồn phế phẩm dồi dào từ vùng nguyên liệu Lâm Đồng.

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

Chương 2 tổng hợp hệ thống cơ sở lý luận và bức tranh nghiên cứu liên quan đến đề tài:

  • Tổng quan nước thải dệt nhuộm: Phân tích đặc tính dòng thải qua các công đoạn (kéo sợi, hồ sợi, giũ hồ, nấu tẩy, làm bóng, nhuộm, in hoa, hoàn tất). Phân loại chi tiết các dòng thuốc nhuộm công nghiệp: hoạt tính (chứa nhóm Azo $-N=N-$, antraquinon, có khả năng tạo amin thơm gây ung thư), trực tiếp, hoàn nguyên (nhân thơm đa vòng), phân tán, lưu huỳnh (cầu nối $-S-S-$), thuốc nhuộm axit ($R-SO_3Na$) và thuốc nhuộm pigmen.
  • Thành phần tính chất nước thải dệt nhuộm: Dẫn chứng các thông số ô nhiễm như pH (từ 10 đến trên 12), nồng độ COD ($450 - 3000\text{ mg/L}$), chất rắn lơ lửng SS ($120 - 1300\text{ mg/L}$), và độ màu đạt mức $7000\text{ Pt-Co}$.
Công đoạn sản xuất Chất ô nhiễm chính trong nước thải Đặc tính nước thải
Hồ sợi, giũ hồ Tinh bột, glucozo, carboxymethyl xenlulozo, polyvinyl alcol, nhựa, mỡ, sáp BOD cao (chiếm 34 - 50% tổng BOD)
Nấu, tẩy NaOH, sáp, dầu mỡ, tro, soda, silicat natri, xơ sợi vụn Độ kiềm cao, màu tối, BOD cao (~30% tổng BOD)
Tẩy trắng Hipoclorit, hợp chất chứa clo, NaOH, AOX, axit Độ kiềm cao, chiếm 5% tổng BOD
Làm bóng NaOH, tạp chất tự nhiên Độ kiềm cao, BOD thấp (< 1% tổng BOD)
Nhuộm Thuốc nhuộm các loại, axit axetic, muối kim loại Độ màu rất cao, BOD khá cao (~6% tổng BOD), TS cao
In hoa Chất màu, tinh bột, dầu, đất sét, muối kim loại, axit Độ màu cao, BOD cao, chứa nhiều dầu mỡ
Hoàn thiện Vệt tinh bột, mỡ động vật, muối vô cơ Tính kiềm nhẹ, BOD thấp
  • Tổng quan các phương pháp hóa lý: Phân tích cơ chế và ưu nhược điểm của các phương pháp keo tụ - tạo bông, tuyển nổi, trao đổi ion, điện hóa (oxi hóa anot, khử catot, tuyển nổi điện, keo tụ điện hóa) và đi sâu vào phương pháp hấp phụ (cơ chế phân bố hai chiều, dung lượng, hiệu suất, giải hấp và tái sinh vật liệu).
  • Tổng quan về cây Mắc-ca và than hoạt tính: Trình bày nguồn gốc thực vật học, tiềm năng sinh khối vỏ hạt Mắc-ca (tro $< 1%$, cellulose $\approx 41,2%$). Khái quát cấu trúc vi xốp (micropore $d < 2\text{ nm}$), xốp trung bình (mesopore $2\text{ nm} < d < 50\text{ nm}$) và xốp lớn (macropore $d > 50\text{ nm}$); các nhóm chức bề mặt chứa oxy (carboxyl, lactone, phenol, hydroxyl). So sánh phương pháp hoạt hóa vật lý (hơi nước, $CO_2$ ở 800 - 850°C) và hoạt hóa hóa học ($K_2CO_3, ZnCl_2, H_3PO_4$ ở 500 - 800°C).
  • Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế: Tổng hợp các công trình điều chế than hoạt tính từ phế phẩm thực vật (sọ dừa, trấu, xơ dừa, vỏ ngũ cốc, lá phượng hoàng, vỏ quả phỉ, vỏ chuối, vỏ tỏi, lá trà, cỏ nến, vỏ lạc, cuống bông, mùn cưa...).

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương 3 thiết lập chi tiết quy trình chuẩn bị vật liệu, hóa chất, thiết bị và các bước bố trí thí nghiệm:

  • Vật liệu và hóa chất: Vỏ hạt Mắc-ca tại Lâm Đồng, thuốc nhuộm Methyl Orange, $K_2CO_3, Na_2HPO_4\cdot12H_2O, KH_2PO_4, NaOH\text{ 1N}, HCl\text{ 1N}, KBr$. Thiết bị gồm máy quang phổ UV-Vis Jasco V-630, cân phân tích Ohaus PA214C, máy khuấy từ IKA C-MAG HS4, tủ sấy MMM Ecocell L111, lò nung Nabita B150, máy lắc KS 260B, máy đo pH Mettler Toledo, hệ thống FT-IR 4600, SEM FEI-Quanta 200 và Quantachrome BET.
  • Thí nghiệm 1 - Điều chế than hoạt tính nano: Quy trình gồm đập nhỏ, rửa sạch vỏ, sấy khô 110°C (48 giờ), than hóa 350°C trong 60 phút. Sau đó ngâm ủ với tác nhân $K_2CO_3$ theo tỷ lệ khối lượng (khảo sát từ 1:0,5 đến 1:5; chọn tỉ lệ 1:1:10 ml nước cất, lắc 120 vòng/phút trong 24 giờ), sấy khô 110°C (24 giờ), nung hoạt hóa ở 650°C trong 60 phút (gia nhiệt 20 phút), rửa sạch bằng nước RO đến pH = 7 và sấy khô hoàn thiện ở 110°C trong 24 giờ.
  • Thí nghiệm 2 - Khảo sát khả năng hấp phụ và lập mô hình đẳng nhiệt:
    • Khảo sát ảnh hưởng của pH: Dải pH từ 2 đến 10 (liều lượng than cố định 0,5 g/L, thời gian tiếp xúc 30 phút), tiến hành song song trên than cốc và than hoạt tính $K_2CO_3$.
    • Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc: Khảo sát các mốc thời gian 0, 10, 30, 60, 120, 180, 240, 300, 360 phút tại giá trị pH tối ưu và liều lượng 0,5 g/L.
    • Khảo sát liều lượng và nồng độ chất hấp phụ: Xác định dung lượng hấp phụ tối ưu và thu thập số liệu cân bằng để dựng đồ thị tuyến tính phương trình Langmuir.

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Chương 4 phân tích sâu về hình thái cấu trúc và khả năng xử lý chất màu của vật liệu:

  • Đặc trưng phổ hồng ngoại FT-IR:
    • Than cốc: Quá trình nhiệt phân yếm khí làm suy giảm đáng kể các nhóm chức so với vỏ nguyên liệu ban đầu. Xuất hiện các peak đặc trưng: nhóm $-\text{OH}$ polyphenolic tại bước sóng $3422,06\text{ cm}^{-1}$; liên kết $C \equiv C$ trong alkyne tại $2929,82\text{ cm}^{-1}$; nhóm $-\text{OH}$ tại $1446,35\text{ cm}^{-1}$; liên kết $C = C$ tại $1595,2\text{ cm}^{-1}$ và $1524,45\text{ cm}^{-1}$; liên kết $C = O$ tại $1696,84\text{ cm}^{-1}$ và $1805,53\text{ cm}^{-1}$.
    • Than hoạt tính $K_2CO_3$: Xuất hiện các đỉnh hấp thụ đặc trưng phong phú: dao động tinh thể $-\text{OH}$ hydrat tại $3533,92\text{ cm}^{-1}$ và $-\text{OH}$ hydroxyl tại $3436,53\text{ cm}^{-1}$; nhóm carboxyl ($C = O$) từ polyphenol hoặc nhóm carbonat tại $1585,2\text{ cm}^{-1}$; liên kết $C - H$ trong nhóm $N - CH_3$ tại $2924,52\text{ cm}^{-1}$; liên kết $C - H$ hydrogen thơm tại $839,85\text{ cm}^{-1}$; liên kết $C - N$ trong amin aliphatic hoặc alcohol/phenol tại $1049,09\text{ cm}^{-1}$.
  • Hình thái bề mặt qua ảnh chụp SEM:
    • Than cốc: Bề mặt vật liệu biến đổi trở nên gồ ghề, hình thành một số lỗ rỗng nhất định do sự thoát đi của các hợp chất dễ bay hơi dưới tác dụng của nhiệt độ than hóa yếm khí.
    • Than hoạt tính $K_2CO_3$: Bề mặt phát triển mật độ cao các lỗ rỗng li ti phân bố đồng đều, tạo thành mạng lưới mao quản dày đặc do tác nhân $K_2CO_3$ phản ứng và ăn mòn sâu vào cấu trúc cacbon trong quá trình hoạt hóa nhiệt độ cao.
  • Khảo sát quá trình hấp phụ màu Methylene Orange:
    • Vật liệu than hoạt tính $K_2CO_3$: Đạt điều kiện tối ưu tại pH = 8, thời gian tiếp xúc cân bằng 240 phút, liều lượng vật liệu 1 g/L; hiệu suất xử lý màu Methylene Orange đạt 92,17%.
    • Vật liệu than cốc Mắc-ca: Đạt điều kiện tối ưu tại pH = 7, thời gian tiếp xúc cân bằng 240 phút, liều lượng vật liệu 2 g/L; hiệu suất xử lý màu đạt 88,41%.
    • Đánh giá mô hình Langmuir: Đồ thị tuyến tính của phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir biểu diễn sự tương quan chặt chẽ giữa dung lượng hấp phụ thực nghiệm và nồng độ cân bằng, khẳng định cơ chế hấp phụ đơn lớp trên bề mặt đồng nhất của than hoạt tính Mắc-ca hoạt hóa bằng $K_2CO_3$.

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

Chương 5 đúc kết toàn bộ các kết quả đạt được về quy trình điều chế than hoạt tính từ vỏ Mắc-ca bằng tác nhân $K_2CO_3$ và khả năng khử màu MO trong dung dịch. Tác giả khẳng định tính khả thi của việc ứng dụng than nano Mắc-ca vào mô hình xử lý nước thải và đưa ra các đề xuất về việc tiếp tục khảo sát trên các dòng nước thải thực tế và tối ưu hóa quy trình tái sinh vật liệu.

Kết quả và đóng góp

Kết quả nghiên cứu chính

Khóa luận đã điều chế thành công than hoạt tính từ nguồn phế phẩm vỏ hạt Mắc-ca bằng phương pháp hoạt hóa hóa học với $K_2CO_3$ và đánh giá toàn diện động thái hấp phụ thuốc nhuộm Methylene Orange.

Thông số khảo sát Than cốc Mắc-ca (chưa hoạt hóa) Than hoạt tính Mắc-ca ($K_2CO_3$)
Điều kiện than hóa 350°C trong 60 phút 350°C trong 60 phút
Điều kiện nung hoạt hóa Không qua hoạt hóa 650°C trong 60 phút (gia nhiệt 20 phút)
Giá trị pH tối ưu pH = 7 pH = 8
Thời gian xử lý tối ưu 240 phút 240 phút
Liều lượng hấp phụ tối ưu 2 g/L 1 g/L
Hiệu suất xử lý màu MO 88,41% 92,17%
Đặc trưng hình thái bề mặt Gồ ghề, ít lỗ xốp Mật độ lỗ xốp li ti dày đặc, mao quản phát triển

Đóng góp khoa học và thực tiễn

  • Giá trị thực tiễn: Khóa luận đưa ra giải pháp kỹ thuật hữu ích nhằm tiêu thụ khối lượng lớn vỏ hạt Mắc-ca phế phẩm từ ngành chế biến nông sản tại Tây Nguyên (Lâm Đồng), biến phụ phẩm thành vật liệu xử lý môi trường có giá trị gia tăng cao, giúp giảm thiểu chi phí xử lý nước thải dệt nhuộm so với việc sử dụng than thương mại đắt tiền.
  • Giá trị khoa học: Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về cấu trúc nhóm chức (FT-IR), hình thái mao quản (SEM), các thông số vận hành tối ưu (pH, thời gian, liều lượng) và thiết lập thành công phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, tạo nền tảng cho việc tính toán thiết kế các cột hấp phụ quy mô pilot và công nghiệp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của đề tài: Các thí nghiệm hấp phụ mới chỉ được thực hiện trên mẫu nước thải giả định đơn cấu tử (chứa phẩm màu Methylene Orange pha trong phòng thí nghiệm) với dung tích mẻ nhỏ, chưa tiến hành thử nghiệm trên mẫu nước thải dệt nhuộm thực tế vốn có thành phần phức tạp chứa nhiều ion kim loại, chất trợ và chất hoạt động bề mặt cạnh tranh hấp phụ.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng khảo sát khả năng xử lý trên các nguồn nước thải thực tế từ các nhà máy dệt nhuộm.
    • Nghiên cứu cơ chế giải hấp phụ và đánh giá số chu kỳ tái sinh, tái sử dụng của than hoạt tính $K_2CO_3$ nhằm tối ưu hóa hiệu quả kinh tế.
    • Nghiên cứu ứng dụng thêm các mô hình đẳng nhiệt và động học hấp phụ khác (như Freundlich, Temkin, Pseudo-first/second-order) để mô tả toàn diện hơn động học quá trình.

Giá trị tham khảo

Báo cáo tốt nghiệp là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường, Công nghệ Hóa học và Khoa học Vật liệu.

Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên môn cao bao gồm:

  • Quy trình chi tiết điều chế và hoạt hóa than sinh học bằng tác nhân hóa học $K_2CO_3$ từ nguồn sinh khối thực vật có hàm lượng cellulose cao.
  • Phương pháp phân tích và đối chiếu phổ FT-IR, ảnh SEM để nhận diện sự biến đổi nhóm chức và cấu trúc lỗ xốp trước và sau hoạt hóa.
  • Trình tự bố trí thí nghiệm Jartest khảo sát các yếu tố ảnh hưởng (pH, thời gian, liều lượng) và phương pháp toán học tuyến tính hóa để xây dựng phương trình đẳng nhiệt Langmuir.

Câu hỏi thường gặp

1. Nguồn nguyên liệu vỏ Mắc-ca được thu thập từ đâu và có đặc tính gì thuận lợi cho việc chế tạo than hoạt tính?
Vỏ hạt Mắc-ca được thu thập tại thôn 7, xóm 2, xã An Lộc, huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng. Vỏ Mắc-ca chiếm khoảng 70% - 77% khối lượng hạt, có hàm lượng cellulose cao (~41,2%), hàm lượng tro rất thấp (< 1%) và diện tích bề mặt tự nhiên cao hơn nhiều loại vỏ hạt khác, tạo điều kiện hình thành cấu trúc rỗng xốp phong phú sau khi nung hoạt hóa.

2. Quy trình điều chế than hoạt tính Mắc-ca bằng tác nhân K2CO3 diễn ra như thế nào?
Vỏ Mắc-ca được đập nhỏ, rửa sạch, sấy ở 110°C trong 48 giờ, sau đó than hóa yếm khí ở 350°C trong 60 phút. Than thu được đem ngâm ủ với dung dịch $K_2CO_3$ theo tỉ lệ 1:1:10 ml nước cất, lắc ở tốc độ 120 vòng/phút trong 24 giờ rồi sấy khô ở 110°C trong 24 giờ. Tiếp theo, mẫu được nung hoạt hóa ở nhiệt độ 650°C trong 60 phút (gia nhiệt 20 phút), rửa lại bằng nước RO đến khi đạt pH trung tính (pH = 7) và sấy khô ở 110°C trong 24 giờ.

3. Sự khác biệt về cấu trúc bề mặt giữa than cốc và than hoạt tính K2CO3 thể hiện qua ảnh SEM như thế nào?
Ảnh SEM cho thấy than cốc chỉ có bề mặt gồ ghề với một số ít lỗ rỗng hình thành do sự bay hơi của các hợp chất dễ bay hơi khi nung yếm khí. Ngược lại, mẫu than hoạt tính $K_2CO_3$ hình thành mật độ dày đặc các lỗ xốp li ti ăn sâu vào bên trong vật liệu nhờ tác động ăn mòn hóa học mạnh của tác nhân $K_2CO_3$ ở nhiệt độ cao.

4. Hiệu suất khử màu Methylene Orange của than hoạt tính K2CO3 vượt trội hơn than cốc chưa hoạt hóa ở những điểm nào?
Than hoạt tính $K_2CO_3$ đạt hiệu suất xử lý màu MO lên tới 92,17% tại pH = 8 với liều lượng chỉ 1 g/L sau 240 phút tiếp xúc. Trong khi đó, than cốc Mắc-ca chưa hoạt hóa cần liều lượng gấp đôi (2 g/L) ở pH = 7 trong cùng thời gian 240 phút nhưng hiệu suất xử lý chỉ đạt 88,41%.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Cao Văn Mỹ Như đã nghiên cứu thành công quy trình chế tạo than hoạt tính từ phụ phẩm vỏ hạt Mắc-ca thông qua hoạt hóa hóa học bằng $K_2CO_3$. Vật liệu tạo thành sở hữu mạng lưới mao quản phát triển và hệ nhóm chức bề mặt phong phú, đem lại hiệu suất xử lý phẩm màu Methylene Orange đạt 92,17% ở điều kiện tối ưu (pH = 8, liều lượng 1 g/L, thời gian 240 phút). Kết quả xây dựng phương trình đẳng nhiệt Langmuir đã khẳng định cơ chế hấp phụ đơn lớp hiệu quả trên bề mặt vật liệu, chứng minh tiềm năng ứng dụng thực tiễn cao của than sinh học Mắc-ca trong công nghệ kiểm soát và xử lý ô nhiễm nước thải dệt nhuộm.