Luận án tiến sĩ về tổng hợp và ứng dụng vật liệu carbon hoạt tính

Carbon hoạt tính (carbon hoat tinh) là một loại vật liệu có diện tích bề mặt lớn, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện hóa. Được sản xuất từ các nguyên liệu giàu carbon như vỏ trấu và bã mía, quá trình tổng hợp carbon hoạt tính thường diễn ra qua hai giai đoạn: carbon hóa và hoạt hóa. Việc tối ưu hóa các điều kiện tổng hợp và lựa chọn chất hoạt hóa thích hợp là rất quan trọng để tạo ra carbon có hoạt tính hấp phụ cao. Theo một nghiên cứu, vỏ trấu chứa hơn 37% carbon, làm cho nó trở thành nguồn nguyên liệu lý tưởng cho sản xuất carbon hoạt tính. "Việc sử dụng carbon hoạt tính từ vỏ trấu không chỉ giúp giảm thiểu chất thải nông nghiệp mà còn tạo ra vật liệu có giá trị cho ngành công nghiệp". Điều này cho thấy sự tiềm năng của carbon hoạt tính trong việc xử lý ô nhiễm môi trường.

Quá trình tổng hợp carbon hoạt tính bao gồm hai bước chính: carbon hóa và hoạt hóa. Carbon hóa diễn ra ở nhiệt độ thấp trong môi trường không có oxy, trong khi hoạt hóa thường được thực hiện ở nhiệt độ cao hơn với sự có mặt của các khí oxy hóa như CO2. Việc lựa chọn nguyên liệu thô cũng ảnh hưởng lớn đến tính chất của carbon hoạt tính. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng carbon hoạt tính từ vỏ trấu có độ xốp và diện tích bề mặt lớn hơn so với các nguồn nguyên liệu khác. "Carbon hoạt tính từ vỏ trấu có khả năng hấp phụ cao, giúp loại bỏ các hợp chất hữu cơ trong nước và không khí hiệu quả hơn". Điều này chứng tỏ rằng carbon hoạt tính có thể đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng môi trường.

Carbon hoạt tính được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ xử lý nước thải đến sản xuất điện cực cho các cảm biến điện hóa. Các composite như ZIF-11/RHAC được phát triển từ carbon hoạt tính có khả năng cải thiện tính dẫn điện và khả năng hấp phụ. Việc kết hợp carbon hoạt tính với các vật liệu khác như TiO2 cũng cho thấy tiềm năng lớn trong việc xử lý ô nhiễm. "Chúng tôi đã phát triển điện cực biến tính từ ZIF-11/RHAC để xác định nhanh trichlosan với giới hạn phát hiện thấp, cho thấy khả năng ứng dụng thực tiễn cao". Điều này không chỉ mở ra hướng đi mới trong nghiên cứu mà còn có thể ứng dụng trong các sản phẩm tiêu dùng hàng ngày.

Nghiên cứu về carbon hoạt tính và các composite của nó đã chỉ ra rằng đây là vật liệu tiềm năng cho nhiều ứng dụng thực tiễn. Từ việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp đến việc phát triển các ứng dụng mới, carbon hoạt tính không chỉ có giá trị kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường. "Chúng tôi hy vọng rằng những nghiên cứu này sẽ mở ra cơ hội cho việc phát triển các vật liệu mới có tính năng vượt trội hơn". Từ đó, việc ứng dụng carbon hoạt tính trong các lĩnh vực khác nhau sẽ ngày càng trở nên phổ biến và hiệu quả.