TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG & MƠI TRƢỜNG

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP THAN HOẠT TÍNH TỪ
CÂY MAI DƢƠNG VÀ ỨNG DỤNG VÀO XỬ LÝ Ô NHIỄM NƢỚC

NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG
MÃ NGÀNH: 306

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Bùi Văn Năng
Sinh viên thực hiện: Đồn Thị Như Quỳnh
Mã sinh viên: 1153061929
Lớp: 56A - KHMT
Khố học: 2011 - 2015

Hà Nội, 2015


LỜI CẢM ƠN
Thực hiện kế hoạch đào tạo của trƣờng Đại học Lâm Nghiệp, để đánh
giá kết quả học tập của sinh viên sau 4 năm học và làm quen với việc nghiên
cứu khoa học. Đƣợc sự đồng ý của Nhà trƣờng, Khoa Quản lý Tài nguyên
rừng và Môi trƣờng, bộ môn Quản lý Môi trƣờng, đã cho phép tôi tiến hành
thực hiện khóa luận tốt nghiệp: “Nghiên cứu tổng hợp than hoạt tính từ cây
Mai Dƣơng và ứng dụng vào xử lý ô nhiễm nƣớc”
Sau thời gian nghiên cứu, đến nay khóa luận đã hồn thành. Nhân dịp
này, cho phép tơi đƣợc bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc nhất tới Th.S Bùi Văn
Năng, ngƣời đã nhiệt tình truyền đạt, hƣớng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện
thuận lợi nhất để tơi hồn thành tốt bài khóa luận.
Xin đƣợc gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu nhà trƣờng, trƣờng Đại học

Lâm Nghiệp, đã tạo môi trƣờng học tập tốt nhất giúp tơi có thể học hỏi, trau
dồi kiến thức từ sách vở, môi trƣờng thực tiễn, thầy cô và bạn bè.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn quý thầy cô trong khoa Quản lý tài
nguyên rừng và mơi trƣờng, Ban giám đốc, cùng tồn thể cán bộ cơng nhân
viên của Trung tâm Thí nghiệm – Thực hành, trƣờng Đại học Lâm Nghiệp đã
tạo điều kiện tốt nhất giúp tơi hồn thành bài khóa luận này.
Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, ngƣời thân, nhóm NCKH
lớp 57B - KHMT và tồn thể bạn bè đã giúp đỡ, động viên và góp ý trong
suốt quá trình học tập và thực hiện khóa luận để tơi hồn thành tốt bài khóa
luận của mình.
Tơi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 9 tháng 5 năm 2015
Sinh viên
Đoàn Thị Nhƣ Quỳnh


TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUN RỪNG VÀ MƠI TRƯỜNG

TĨM TẮT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
1. Tên khóa luận:
“Nghiên cứu tổng hợp than hoạt tính từ cây Mai Dương và ứng dụng
vào xử lý ô nhiễm nước”
2. Sinh viên thực hiện: ĐOÀN THỊ NHƢ QUỲNH
3. Giáo viên hƣớng dẫn: Th.S BÙI VĂN NĂNG
4. Mục tiêu nghiên cứu:
Mục tiêu nghiên cứu của khóa luận nhằm:
- Nghiên cứu tổng hợp đƣợc than hoạt tính từ cây Mai Dƣơng;
- Nghiên cứu ứng dụng than hoạt tính từ cây Mai Dƣơng vào xử lý môi
trƣờng nƣớc.

5. Đối tƣợng nghiên cứu:
- Cây Mai Dƣơng, một loài thực vật ngoại lai xâm lấn;
- Dung dịch Xanh Metylen, dung dịch Mn2+ và nƣớc thải dệt nhuộm
đƣợc sử dụng để đánh giá khả năng hấp phụ của than hoạt tính đƣợc tổng hợp
từ cây Mai Dƣơng.
6. Nội dung nghiên cứu
Để thực hiện các mục tiêu trên, khóa luận lựa chọn một số nội dung
nghiên cứu sau:
- Nghiên cứu tổng hợp than hoạt tính từ cây Mai Dƣơng;
- Nghiên cứu ứng dụng than hoạt tính từ cây Mai Dƣơng vào xử lý môi
trƣờng nƣớc:
+ Khảo sát khả năng xử lý chất màu h u cơ

anh Metylen trong nƣớc;

+ Khảo sát khả năng hấp phụ kim loại nặng Mn2+) trong nƣớc;
+ Khảo sát khả năng xử lý nƣớc thải dệt nhuộm.


- Đề xuất hƣớng sử dụng cây Mai Dƣơng làm vật liệu hấp phụ trong xử lý
môi trƣờng.
7. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phƣơng pháp kế thừa tài liệu;
- Phƣơng pháp lấy mẫu cây Mai Dƣơng;
- Phƣơng pháp tổng hợp than hoạt tính từ cây Mai Dƣơng;
- Phƣơng pháp Scanning Electron Microscope SEM ;
- Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm;
- Phƣơng pháp phân tích trong phịng thí nghiệm;
- Phƣơng pháp xử lý số liệu.
8. Những kết quả đạt đƣợc

Từ quá trình nghiên cứu, khóa luận đã đạt đƣợc nh ng kết quả sau:
- Đã tổng hợp đƣợc than hoạt tính từ loài thực vật xâm hại Mai Dƣơng
(Mimosa pigra L.) bằng hai phƣơng pháp khác nhau là phƣơng pháp than hóa,
biến tính thành than hoạt tính và phƣơng pháp tẩm chất hoạt hóa ZnCl2 3M.
- Kết quả thu đƣợc từ hai phƣơng pháp tổng hợp cho thấy, tổng hợp than
hoạt tính từ cây Mai Dƣơng bằng phƣơng pháp tẩm chất hoạt hóa ZnCl2 3M
cho chất lƣợng sản phẩm than hoạt tính cũng nhƣ hiệu quả hấp phụ cao hơn
so với phƣơng pháp than hóa và biến tính thành than hoạt tính.
- Mẫu than hoạt tính M3L100 – Mẫu than đƣợc tẩm ZnCl2 3M ở nhiệt độ
100oC luôn cho hiệu suất hấp phụ cao hơn các mẫu than hoạt tính khác tổng
hợp đƣợc, và hiệu suất luôn đạt cao hơn hoặc tƣơng đƣơng với hiệu suất của
mẫu than hoạt tính thị trƣờng ở các chỉ tiêu hấp phụ màu Xanh Metylen, hấp
phụ nồng độ Mn2+ và thông số COD.
- Mẫu than hoạt tính M3L100 có cấu trúc xốp và lỗ rỗng phát triển nhất
so với các mẫu than hoạt tính tổng hợp đƣợc. Với lƣợng than xử lý là 0,5g
mẫu than M3L100 cho hiệu suất hấp phụ màu

anh Metylen đạt 99,82%;

hiệu suất xử lý nồng độ Mn2+ trong dung dịch đạt 99,10%; hiệu suất xử lý
COD đạt 77,43%; BOD5 đạt 33,45% và độ đục đạt 34,71% đối với mẫu nƣớc


thải dệt nhuộm. Các kết quả phân tích của mẫu than M3L100 có hiệu suất hấp
phụ tƣơng đƣơng với mẫu than hoạt tính thị trƣờng.
- Từ việc tổng hợp đƣợc than hoạt tính từ lồi ngoại lại xâm lấn Mai
Dƣơng, sẽ tạo sản phẩm là vật liệu hấp phụ ứng dụng vào xử lý ơ nhiễm mơi
trƣờng, trong đó có xử lý ô nhiễm nƣớc thải ngành dệt nhuộm. Khuyến khích
ngƣời dân diệt trừ cây Mai Dƣơng, góp phần nâng cao hiệu quả xử lý loài
ngoại lai xâm lấn này ra khỏi hệ sinh thái.

Hà Nội, ngày 9 tháng 5 năm 2015
Sinh viên
Đoàn Thị Nhƣ Quỳnh


MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU................................. 3
1.1. Cây Mai Dƣơng Mimosa Pigra L.) .......................................................... 3
1.1.1. Đặc điểm sinh học ................................................................................... 3
1.1.2. Phân bố và sinh thái ................................................................................ 3
1.1.3. Chu kỳ sống và tiềm năng xâm lấn ......................................................... 4
1.1.4. Hiểm họa từ cây Mai Dƣơng................................................................... 5
1.1.5. Các biện pháp kiểm soát cây Mai Dƣơng trên Thế giới và ở Việt Nam 6
1.2. Than hoạt tính ............................................................................................ 9
1.2.1. Định nghĩa ............................................................................................... 9
1.2.3. Đặc trƣng về tính chất vật lý, hóa học của than hoạt tính....................... 9
1.2.4. Khả năng hấp phụ của than hoạt tính .................................................... 11
1.2.5. Nguyên liệu chế tạo than hoạt tính........................................................ 11
1.2.6. Phƣơng pháp sản xuất than hoạt tính .................................................... 12
1.2.7. Tình hình sản xuất và ứng dụng của than hoạt tínhtrên Thế giới và ở
Việt Nam ......................................................................................................... 13
Chƣơng 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 17
2.1. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................. 17
2.2. Đối tƣợng nghiên cứu............................................................................... 17
2.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 17
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu.......................................................................... 17
2.4.1. Phƣơng pháp kế thừa tài liệu................................................................. 17
2.4.2. Phƣơng pháp lấy mẫu cây Mai Dƣơng ................................................. 18

2.4.3. Phƣơng pháp tổng hợp than hoạt tính từ cây Mai Dƣơng .................... 19
2.4.4. Phƣơng pháp Scanning Electron Microscope (SEM) ........................... 20
2.4.5. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm đánh giá khả năng hấp phụ của than hoạt
tính từ cây Mai Dƣơng .................................................................................... 21
2.4.6. Phƣơng pháp phân tích các chỉ tiêu, các thơng số ơ nhiễm .................. 21
2.4.7. Phƣơng pháp xử lý số liệu..................................................................... 25
Chƣơng 3. THỰC NGHIỆM ........................................................................... 26


3.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm ................................................. 26
3.1.1. Hóa chất................................................................................................. 26
3.1.2. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm .............................................................. 26
3.2. Thực nghiệm ............................................................................................ 27
3.2.1. Tổng hợp than hoạt tính từ cây Mai Dƣơng.......................................... 27
3.2.2.

ác định khả năng hấp phụ

anh Metylen trong dung dịch bằng than

hoạt tính ........................................................................................................... 32
3.2.3. ác định khả năng hấp phụ Mn2+ trong nƣớc bằng than hoạt tính ....... 34
3.2.4. ác định khả năng xử lý nƣớc thải dệt nhuộm bằng than hoạt tính ..... 35
Chƣơng 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .......................................................... 37
4.1. Kết quả tổng hợp than hoạt tính từ cây Mai Dƣơng ................................ 37
4.1.1. Sản phẩm tổng hợp từ phƣơng pháp 1: Than hóa và biến tính thành than
hoạt tính ........................................................................................................... 37
4.1.2. Sản phẩm tổng hợp từ phƣơng pháp 2: Tổng hợp than hoạt tính từ tác
nhân hoạt hóa nCl2 3M ................................................................................. 42
4.2. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ


anh Metylen trong dung dịch bằng

các mẫu than hoạt tính..................................................................................... 45
4.3. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Mn2+ trong nƣớc bằng các mẫu than
hoạt tính ........................................................................................................... 52
4.4. Kết quả ứng dụng xử lý nƣớc thải dệt nhuộm bằng than hoạt tính từ cây
Mai Dƣơng. ..................................................................................................... 56
4.4.1. Kết quả phân tích các thơng số COD, BOD và độ đục ban đầu của nƣớc
thải dệt nhuộm tại làng nghề Vạn Phúc .......................................................... 56
4.4.2. Kết quả phân tích khả năng xử lý nƣớc thải dệt nhuộm bằng than hoạt
tính từ cây Mai Dƣơng .................................................................................... 58
4.5. Đề xuất hƣớng ứng dụng .......................................................................... 65
Chƣơng 5. KẾT LUẬN –TỒN TẠI – KHYẾN NGHỊ .................................. 67
5.1. Kết luận .................................................................................................... 67
5.2. Tồn tại ...................................................................................................... 68
5.3. Khuyến nghị ............................................................................................. 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BOD5

:

Biochemical Oxygen Demand
(Nhu cầu oxy sinh hóa)


BTNMT : Bộ Tài ngun Mơi trƣờng
Chemicali Oxygen Demand

COD

:

CP

: Cổ phần

DO

: Dessolved Oxygen (Chỉ số ơxy hịa tan)

QCCP

: Quy chuẩn cho phép

QCVN

: Quy chuẩn Việt Nam

SEM

:

TCN

: Trƣớc Công Nguyên


TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

(Nhu cầu oxy hóa học)

Scanning Electron Microscope
(Kính hiển vi điện tử quét)


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1: Danh mục các hóa chất cần thiết cho nghiên cứu .......................... 26
Bảng 3.2: Các mẫu than tổng hợp đƣợc từ cây Mai Dƣơng bằng phƣơng pháp
than hóa và biến tính thành than hoạt tính ...................................................... 31
Bảng 4.1. Khối lƣợng mẫu trƣớc và sau khi than hóa .................................... 37
Bảng 4.2: Khối lƣợng mẫu trƣớc và sau khi hoạt hóa .................................... 42
Bảng 4.3: Kết quả đo độ hấp thụ quang của Xanh Metylen ở các mức nồng độ
khác nhau......................................................................................................... 45
Bảng 4.4: Nồng độ của Xanh Metylen sau khi xử lý bằng than hoạt tính ...... 46
Bảng 4.5: Kết quả phân tích Mn2+ sau khi xử lý bằng than hoạt tính ............. 53
Bảng 4.6: Kết quả phân tích mẫu nƣớc thải dệt nhuộm .................................. 56
Bảng 4.7: Kết quả phân tích nồng độ COD của mẫu nƣớc thải dệt nhuộm
trƣớc và sau xử lý bằng than hoạt tính. ........................................................... 58
Bảng 4.8: Kết quả phân tích BOD5 của mẫu nƣớc thải dệt nhuộm trƣớc và sau
khi xử lý bằng các mẫu than hoạt tính. ........................................................... 60
Bảng 4.9: Kết quả đo độ đục và hiệu suất trƣớc và sau xử lý của các mẫu than
......................................................................................................................... 61
Bảng 4.10: Kết quả đo độ hấp phụ quang Abs của mẫu nƣớc thải dệt nhuộm
trƣớc và sau khi xử lý bằng các mẫu than. ...................................................... 64



DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 3.1: Thân Mai Dƣơng trƣớc khi than hóa .............................................. 28
Hình 3.2: Q trình bơm N2 vào bình nung .................................................... 28
Hình 3.3: Hệ thống chƣng cất than trong q trình hoạt hóa.......................... 29
Hình 3.4: Mẫu than sau biến tính đƣợc rửa bằng H2O và NaOH ................... 30
Hình 4.1: Vật liệu trƣớc và sau khi than hóa .................................................. 37
Hình 4.2: Ảnh SEM của mẫu M1L1 ............................................................... 38
Hình 4.3: Ảnh SEM của mẫu M2L1 ............................................................... 38
Hình 4.4: Ảnh SEM của mẫu M1L2.1.a ở điểm ảnh 40µm và 20µm ............ 40
Hình 4.5. Ảnh SEM của mẫu M1L2.1.b ở điểm ảnh 40µm và 20µm ............ 40
Hình 4.6. Ảnh SEM của mẫu M1L2.2.a ở điểm ảnh 40µm và 20µm............. 41
Hình 4.7. Ảnh SEM của mẫu M1L2.2.b ở điểm ảnh 40µm và 20µm ............ 41
Hình 4.8: Ảnh SEM của mẫu M3L50 ở các điểm ảnh 50µm và 40µm .......... 43
Hình 4.9: Ảnh SEM của mẫu M3L100 ở các điểm ảnh 50µm và 40µm ........ 44
Hình 4.10: Biểu đồ kết quả phân tích khả năng hấp phụ Xanh Metylen của
mẫu than M1L2.1.a với các lƣợng khác nhau ................................................. 48
Hình 4.11: Biểu đồ thể hiện hiệu suất hấp phụ màu Xanh Metylen của các
mẫu ở các lƣợng than khác nhau. .................................................................... 48
Hình 4.12: Biểu đồ so sánh khả năng hấp phụ Xanh Metylen của các mẫu than
so với than thị trƣờng ...................................................................................... 50
Hình 4.13: Sự thay đổi màu của dung dịch Xanh Metyen khi hấp phụ qua than
hoạt tính ở các lƣợng than khác nhau.............................................................. 51
Hình 4.14: Biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý Mn2+trong dung dịch của các mẫu
ở các lƣợng than khác nhau. ............................................................................ 54
Hình 4.15: Biểu đồ so sánh khả năng hấp phụ và hiệu suất xử lý Mn2+của các
mẫu than so với than thị trƣờng. ..................................................................... 55
Hình 4.16: Biểu đồ so sánh kết quả phân tích các chỉ tiêu ơ nhiễm với QCVN
13: 2015/BTNMT............................................................................................ 57



Hình 4.17: Biểu đồ thể hiện nồng độ COD trƣớc và sau xử lý bằng các mẫu
than và hiệu suất xử lý COD ........................................................................... 59
Hình 4.18: Biểu đồ thể hiện nồng độ và hiệu suất xử lý BOD5 của các mẫu
than hoạt tính ................................................................................................... 60
Hình 4.19: Biểu đồ thể hiện độ đục và hiệu suất xử lý của các mẫu than hoạt
tính ở lƣợng than 0,5 gam. .............................................................................. 62
Hình 4.20: Biểu đồ thể hiện độ đục và hiệu suất xử lý của các mẫu than hoạt
tính ở lƣợng than 1,5 gam. .............................................................................. 62
Hình 4.21: Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý độ đục ở lƣợng than 0,5g và 1,5g
......................................................................................................................... 62
Hình 4.22: Hình ảnh quét phổ của mẫu khi xử lý bằng than hoạt tính ........... 64
Hình 4.23: Biểu đồ so sánh độ hấp phụ quang của các mẫu than ở lƣợng than
0,5g và 1,5g đối với nƣớc thải dệt nhuộm ...................................................... 65


ĐẶT VẤN ĐỀ
Mai Dƣơng (Mimosa pigra L.) là một loài cây bụi, mọc dày đặc và rất
nhiều gai cứng, đƣợc xem là một trong các loài ngoại lai xâm hại ở nhiều
quốc gia trên Thế giới trong đó có Việt Nam. Cây Mai Dƣơng mọc tràn lan,
khó kiểm sốt và tiêu diệt. Làm thay đổi thảm thực vật, gây tác hại đến hệ
động vật ở nh ng vùng nó xâm lấn. Hầu nhƣ có rất ít lồi thực vật có thể mọc
đƣợc dƣới tán Mai Dƣơng, việc mọc dày đặc còn cản trở việc đi lại của con
ngƣời, động vật và gia súc chăn thả. Sự xâm hại của Mai Dƣơng sẽ làm giảm
hoặc tuyệt chủng các loài bản địa, suy giảm sự đa dạng sinh học. Đã có rất
nhiều biện pháp để kiểm soát Mai Dƣơng nhƣ cơ giới (cắt, nhổ...), vật lý
đốt...), hóa học (thuốc diệt cỏ...) và biện pháp tổng hợp (phối hợp các biện
pháp trên). Tuy nhiên, mỗi biện pháp có nh ng khó khăn riêng và hầu nhƣ
chƣa có biện pháp nào ngăn chặn hồn toàn sự xâm lấn của cây Mai Dƣơng.

Cùng với sự suy giảm đa dạng sinh học do các loài ngoại lai gây ra, tình
hình ơ nhiễm mơi trƣờng, đặc biệt là ô nhiễm môi trƣờng nƣớc cũng trở nên
nghiêm trọng. Sự phát thải của các ngành công nghiệp nhƣ chế biến thực
phẩm, cơng nghiệp dệt nhuộm... hay khai thác khống sản, mạ... đã làm cho
vấn đề ô nhiễm môi trƣờng nƣớc bởi các hợp chất h u cơ và kim loại nặng trở
thành vấn đề cấp bách. Nh ng vấn đề này sẽ ảnh hƣởng trực tiếp đến chất
lƣợng cuộc sống cũng nhƣ sự phát triển bền v ng của mỗi quốc gia.
Chiến lƣợc bảo vệ Môi trƣờng Quốc gia của Việt Nam đã xác định mục tiêu
đến năm 2020 phải hình thành và phát triển ngành cơng nghiệp tái chế chất
thải. Nghiên cứu xử lý màu, chất h u cơ và kim loại nặng trong nƣớc thải
bằng các vật liệu hấp phụ giá thành thấp, thân thiện với môi trƣờng, đƣợc chế
tạo từ các chất thải, vật liệu có trong tự nhiên đang là vấn đề đƣợc nhiều tác
giả nghiên cứu thực hiện trên Thế giới.
Có nhiều phƣơng pháp khác nhau để xử lý nƣớc thải của các ngành cơng
nghiệp trên, trong đó phƣơng pháp hấp phụ bằng than hoạt tính là phƣơng
pháp có hiệu quả cao và đƣợc ứng dụng rộng rãi.
1


Than hoạt tính là một trong nh ng vật liệu hấp phụ đƣợc sử dụng khá phổ
biến, bởi nh ng đặc tính tuyệt vời nhƣ có thể làm sạch nƣớc, khơng khí, khử
màu, khử mùi, tham gia vào q trình tinh chế các chất hóa học h u ích
khác,... Vì vậy, việc ứng dụng than hoạt tính vào mục đích xử lý môi trƣờng
ngày càng tăng cao.
Từ định hƣớng sử dụng cây Mai Dƣơng làm nguyên liệu tổng hợp than
hoạt tính, khơng chỉ giúp nâng cao hiệu quả diệt trừ cây Mai Dƣơng, bảo tồn
đa dạng sinh thái môi trƣờng, mà cịn thu đƣợc sản phẩm là than hoạt tính để
xử lý môi trƣờng bị ô nhiễm. Điều này không chỉ đem lại nhiều lợi ích mà cịn
thực sự ý nghĩa trong việc bảo vệ mơi trƣờng từ chính lồi ngoại lai xâm hại.
Khóa luận “Nghiên cứu tổng hợp than hoạt tính từ cây Mai Dương và

ứng dụng vào xử lý ơ nhiễm nước” sẽ giúp tìm hiểu rõ hơn về các đặc tính
của cây Mai Dƣơng cũng nhƣ của than hoạt tính, từ đó đƣa ra phƣơng pháp
tổng hợp than hoạt tính từ cây Mai Dƣơng, hiệu quả xử lý của than hoạt tính
từ cây Mai Dƣơng đối với nƣớc thải dệt nhuộm, nh ng ý nghĩa từ việc tổng
hợp than hoạt tính từ cây Mai Dƣơng đem lại.

2


Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Cây Mai Dƣơng (Mimosa Pigra L.)
1.1.1. Đặc điểm sinh học
Cây Mai Dƣơng cịn có các tên khác là: Cây Ngƣu ma vƣơng, cây Mắc
cỡ Mỹ, cây Trinh n nâu,..., tên khoa học là Mimosa Pigra L., thuộc họ
Mimosaceae, chi Mimosa (Phạm Hoàng Hộ, 1999), có 400 – 500 lồi, hầu hết
có nguồn gốc từ Trung và Nam Mỹ. Cây Mai Dƣơng đƣợc Linnaeus mơ tả là
một lồi riêng lần đầu tiên vào năm 1759 Lonsdale, 1992 [19], [33].
Mimosa Pigra L. là loài cây bụi mọc nơi đất trống, ẩm ƣớt của vùng
nhiệt đới. Thân màu xanh lúc còn nhỏ và dần trở nên thân gỗ với độ dài đến 3
m và phân bố ngẫu nhiên. Lá màu xanh sáng, lá kép dài 20 – 25 cm, gồm 15
cặp lá đơn mọc đối, dài khoảng 5 cm, với phiến lá không cuống, dạng thon
hẹp, lá xếp lại khi bị va chạm hoặc vào ban đêm. Hoa nhỏ màu tím hoặc hồng,
dạng tia và chụm lại từng nhóm thành một đầu trịn có đƣờng kính 1 - 2 cm.
Phát hoa mọc trên một trục dài 2 - 3 cm với hai trong mỗi nách lá, trong khi
đó vành có 4 cánh với 8 bao phấn màu hồng. Trái có lơng rất dày đặc, có từ
20 - 25 hạt, trái mọc thành từng chùm trên nách lá, trái dài 6,5 - 7,5 cm, và
rộng từ 0,7 - 1 cm. Trái chuyển sang màu nâu khi chín, gây ra thành từng
phần nhỏ mang 1 hạt. Hạt có màu nâu hoặc xanh ơ liu, dẹp, bầu trịn, dài 4 - 6
mm và rộng 2 mm (Walden et al., 1999) [6], [19], [25], [28].

1.1.2. Phân

và sinh th i

Cây Mai Dƣơng có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới châu Mỹ từ Mexico qua
Trung Mỹ đến Bắc Argentina, và nay đã lan rộng khắp vùng nhiệt đới
(Chopping, 2004; Lonsdale, 1992). Hiện nay, cây Mai Dƣơng là cỏ dại ở Mỹ,
Úc, Malaysia, Myanmar, Lào, Thái Lan, Campuchia và Việt Nam (Trần Văn
Hiến, 2006; Lonsdale và cộng sự, 1995).
Khí hậu nhiệt đới với hai mùa khơ và mƣa rất thích hợp cho cây Mai
Dƣơng tăng trƣởng. Mai Dƣơng bành trƣớng rất nhanh ở nơi đất trống, sống
3


đƣợc ở nh ng vùng có lƣợng mƣa thấp hơn 750 mm hoặc cao hơn 2250 mm
và chịu đƣợc ngập nƣớc trong thời gian dài. Cây Mai Dƣơng không kén đất,
nhƣng thƣờng mọc ở nơi ẩm ƣớt nhƣ đồng bằng ven sông, ven biển tạo nên
thảm bụi cao dày đặc. Nó tạo thành tầng cây rậm rạp che bóng khơng cho hột
của các cây bản địa nảy mầm, nó có rất ít lồi thiên địch, và ít bị ảnh hƣởng
bởi sự cạnh tranh khác loài (Lonsdale và cộng sự, 1995; Walden và cộng sự,
2004) [6], [19].
1.1.3. Chu kỳ s ng và tiềm năng xâm lấn
Cây Mai Dƣơng sinh sản bằng hột và trƣởng thành rất nhanh. Cây bắt
đầu ra hoa khoảng 6 - 8 tháng sau khi nảy mầm. Mỗi năm cây tạo một lƣợng
hột rất lớn, trung bình 9000 hột/cây (Lonsdale và cộng sự, 1995; Marambe và
cộng sự, 2004; Walden và cộng sự, 2004) [21].
Hột đƣợc bao bọc bởi lớp áo nhiều lông, rất nhẹ giúp chúng dễ dàng di
chuyển theo gió, hay bám trên ngƣời, động vật, xe cộ cơ giới và cả trong đất
và cát nhƣng chủ yếu phát tán theo dòng nƣớc, nƣớc lũ, hệ thống kênh rạch...
Hột cực kỳ cứng và có thể duy trì miên trạng trong vịng 15 năm tùy thuộc

vào mơi trƣờng, có thể sống hơn 5 năm trong phịng thí nghiệm, và tồn tại ít
nhất 23 năm trong đất cát. Vì ln có một lƣợng lớn hột nằm sâu trong đất
nên phải kiểm soát cây mầm nhiều năm sau khi loại trừ cây trƣởng thành.
Nhiệt độ cao không ảnh hƣởng đến sức sống của hột. Hơn n a, dao động
nhiệt độ còn làm vỡ vỏ hột để giúp hột dễ hút nƣớc và nảy mầm, thƣờng nảy
mầm vào mùa mƣa hoặc sau khi cháy. Mai Dƣơng còn nảy chồi rất mạnh từ
gốc thân đã bị chặt. Cây Mai Dƣơng tăng trƣởng với một thân đơn độc khi
còn non, khi trƣởng thành có nhiều nhánh mọc từ gốc với hệ thống rễ phụ.
Cây tăng trƣởng và ra hoa quanh năm. Tuổi thọ của cây tùy thuộc vào từng
loại đất, cây thƣờng chết trong khoảng 5 năm tuổi. Cây trƣởng thành còn bị
chết với một tỉ lệ nhất định, đƣợc bổ sung bằng cây nảy mầm, và chúng tồn
tại ít nhất 15 năm [20], [21].

4


Quần thể Mai Dƣơng tăng trƣởng và phát triển rất nhanh quanh hệ thống
sơng ngịi, ao hồ. Diện tích của vùng bị xâm lấn tăng gấp đôi sau 1 đến 2 năm.
Cây có khả năng tái sinh, lan rộng cực kì lớn, theo hàm mũ cơ số 2, nếu 1 ha
khơng đƣợc kiểm sốt, sau 10 năm cây có thể phát triển thành 1024 ha [30].
Theo số liệu của Phòng Nghiên cứu Khoa học và Môi trƣờng, nh ng
năm 1984 - 1985, Vƣờn Quốc gia Tràm Chim chỉ có vài bụi Mai Dƣơng xuất
hiện. Năm 1999, diện tích bị Mai Dƣơng xâm lấn khoảng 150 ha. Đến năm
2000, loài cây này đã lây lan, chiếm diện tích gần 1000 ha. Và đến năm 2013
con số này đã là 2200 ha (chiếm 25% diện tích rừng). Với tốc độ nhanh nhƣ
vậy, nếu không sớm đƣa nh ng biện pháp diệt trừ Mai Dƣơng, có thể nó sẽ
xâm lấn tồn hệ sinh thái của Vƣờn Quốc gia [5], [30].
1.1.4. Hiểm họa từ cây Mai Dương
Với sự tăng trƣởng và phát triển nhanh chóng, cây Mai Dƣơng hiện
đang xâm lấn mạnh các khu bảo tồn đất ngập nƣớc ở Úc, Thái Lan, Mỹ

(Florida) và châu Phi. Ở Úc, 450 km2 đồng bằng ngập lũ và đầm lầy đã bị cây
Mai Dƣơng bao phủ. Nh ng nơi có cây Mai Dƣơng mọc dày đặc, các lồi
chim, bị sát, thực vật thân thảo, và cây mầm của các lồi cây khác ít hơn ở
thảm thực vật bản địa, rất ít lồi thực vật có thể mọc đƣợc dƣới tán Mai
Dƣơng. Cây Mai Dƣơng là mối đe dọa ngành chăn ni, nhất là chăn ni
trâu, bị, khi bị mắc kẹt trong bụi Mai Dƣơng thì khó có thể tự đi ra đƣợc.
Động vật bậc cao hầu nhƣ không ăn lá cây Mai Dƣơng ngay cả khi hiếm thức
ăn. Theo Miller, 2004, lƣợng Axit amin Mimosine đƣợc ly trích từ cây Mai
Dƣơng ở nồng độ 0,2% trọng lƣợng khơ của lá có thể gây độc nhƣ gây bƣớu
cổ với nhiều loài động vật bậc cao [6], [28].
Hơn n a, sự phát triển của loài Mai Dƣơng cũng giới hạn dịng chảy
sơng ngịi, làm ảnh hƣởng đến ngƣ dân, du lịch và giao thông thủy [24].
Hiện nay, ở Việt Nam, sự xâm lấn của cây Mai Dƣơng đang trở thành
mối hiểm họa đối với nhiều khu vực trên cả nƣớc. Tại Quảng Trị, năm 2007
tồn tỉnh chỉ có 1015 ha đất bị nhiễm cây Mai Dƣơng nhƣng đến năm 2014

5


con số này là 10000 ha. Ở các tỉnh vùng đồng bằng sơng Cửu Long, diện tích
cây Mai Dƣơng đã lên đến 6000 ha, các tỉnh Đông Nam Bộ, Tây Nguyên và
các tỉnh phía Bắc là trên 10000 ha [39].
Ở Vƣờn Quốc gia Tràm Chim, cây Mai Dƣơng đang xâm lấn các đồng
cỏ năng là bãi ăn, bãi nghỉ của loài chim quý hiếm nhƣ Sếu đầu đỏ. Cây Mai
Dƣơng không chỉ làm ảnh hƣởng đến hoạt động của đàn sếu, mà còn gây trở
ngại cho việc đi lại của con ngƣời và các lồi vật khác do thân có nhiều gai,
lại mọc khá dày. Nguy hiểm hơn, với tốc độ phát triển khá nhanh, Mai Dƣơng
sẽ làm thay đổi thảm thực vật bản địa, phá vỡ cân bằng sinh thái của Vƣờn
Quốc gia, giảm giá trị bảo tồn của vùng cỏ đất ngập nƣớc, giảm giá trị du lịch
sinh thái của Vƣờn Quốc gia Tràm Chim (Trần Văn Hiến, 2006) [6], [28].

1.1.5. Các biện pháp kiểm soát cây Mai Dương trên Th giới và

Việt Nam

Trƣớc thực trạng xâm lấn nguy hại ngày một rộng mà loài Mai Dƣơng
gây ra, trên Thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam đã có rất nhiều các biện pháp,
nghiên cứu khác nhau về phòng ngừa, diệt trừ đƣợc đƣa ra nhằm kiểm soát
Mai Dƣơng.
Cho đến nay, trên Thế giới đã có khá nhiều cơng trình nghiên cứu về
các biện pháp phịng trừ cây Mai Dƣơng [5], [6], [20], [24], [29].
Chỉ trong vòng từ năm 1992 trở lại đây đã có trên 3 cuộc hội thảo Quốc
tế chuyên bàn về vấn đề cây Mai Dƣơng và các biện pháp phịng trừ chúng,
song có thể khẳng định rằng, khơng một biện pháp đơn lẻ nào có thể mang lại
hiệu quả cao và triệt để trong việc phịng trừ lồi này. Từ đó, nhiều biện pháp
khác nhau đã đƣợc khuyến cáo ứng dụng nhƣ biện pháp thủ công cơ giới:
nhổ, chặt; biện pháp đốt hay sử dụng thuốc trừ cỏ và biện pháp sinh học.
- Biện pháp thủ công nhƣ cắt, nhổ, chặt đốn bằng máy hay bằng tay đƣợc
áp dụng rất có hiệu quả. Tuy nhiên, hai biện pháp này đều rất tốn kém vì cần
nhiều nhân cơng lao động nên có tính khả thi thấp.
Với biện pháp này, tại vƣờn Quốc gia Rakadu - Thái Lan ngƣời ta đã áp dụng
thành công để ngăn chặn sự xâm lấn của cây Mai Dƣơng khi chúng còn mọc
6


rải rác (Siriworakul & Schultz, 1992).
- Biện pháp đốt: thƣờng chỉ áp dụng sau khi cắt hay đã sử dụng thuốc trừ
cỏ để làm tăng tỷ lệ chết của cây. Tuy nhiên, sẽ kích thích cho hạt nảy mầm
nhiều hơn. Bên cạnh đó cũng có thể xảy ra rủi ro cháy rừng khi triển khai trên
diện rộng.
- Biện pháp hoá học: phun thuốc diệt cỏ, đƣa thuốc vào đất... đã đƣợc sử

dụng để diệt trừ Mai Dƣơng ở Mexico, Costa - Rica, Australia và Thái Lan
vào nh ng năm 70 - 80 của thế kỷ XX. Cho đến nay, nó đƣợc coi là biện pháp
có hiệu quả phịng trừ cao, triệt để và kinh tế nhất, do đó nó đƣợc ứng dụng
rộng rãi ở nhiều nƣớc trên thế giới.
- Biện pháp sinh học: Ngƣời ta đã tiến hành điều tra nguồn ký sinh thiên
địch của cây Mai Dƣơng tại vùng bản xứ của nó nhƣ Brazil, Mexico,
Venezuela, sau đó du nhập và nhân thả ở các vùng bị nhiễm Mai Dƣơng. Hiện
nay, ở Úc đã nghiên cứu và nhân thả đƣợc 14 tác nhân sinh học có khả năng
ứng dụng để trừ cây Mai Dƣơng, nhƣng trong đó chỉ có 2 lồi lồi có khả
năng hạn chế tốt cây Mai Dƣơng là sâu đục thân Carmenta mimosae đƣợc
nhân thả ở Úc năm 1989, ở Thái Lan 1991; và sâu đục ngọn Neurostrota
gunniell đƣợc thả ở Úc năm 1989 Julien, 1992; Forno, 1991 . Trong đó lồi
sâu đục thân Carmentamimosae đã đƣợc tổ chức CSIRO hỗ trợ để nhân thả ở
Việt Nam từ 1995 - 1997. Hai loài mọt đục hạt Mai Dƣơng là Acanthosce
lides puniceus và A. quadridentatus cũng đã đƣợc nhân thả thành công ở Úc
và Thái Lan.
Bên cạnh các lồi cơn trùng, hƣớng nghiên cứu sử dụng các lồi nấm gây
hại cho Mai Dƣơng dƣới dạng phịng trừ cổ điển và thuốc trừ cỏ sinh học
cũng đang đƣợc quan tâm nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều nƣớc đặc biệt là
Úc và Thái Lan. Cho đến nay, loài nấm có triển vọng nhất đã đƣợc xác định
và ứng dụng thành cơng để phịng trừ Mai Dƣơng là Phloeospora mimosae
pigrae. Lồi nấm này có thể phát triển nhanh và hạn chế đƣợc khả năng phát
triển của cây. Tuy nhiên, nó chỉ có khả năng hạn chế phát triển của các cây
non cao dƣới 80 cm và khơng có khả năng diệt triệt để.
7


Tại Việt Nam, cũng đã có nhiều nghiên cứu và biện pháp đƣợc đƣa ra để
diệt trừ loài Mai Dƣơng. Ví dụ nhƣ: “Ứng dụng trồng nấm nhằm kiểm sốt
hiểm họa cây Mai Dương”. Sử dụng thân hóa gỗ của cây Mai Dƣơng làm

nguyên liệu để trồng nhiều loài nấm. Kết quả cho thấy các lồi nấm thu đƣợc
có hình dạng, màu sắc, kích thƣớc khơng khác gì so với trồng trên mạt cƣa,
không chứa độc tố, năng suất nấm có thể chấp nhận đƣợc [25].
Mới đây nhất là nghiên cứu “Dùng muối ăn diệt cây Mai Dương” của
các nhà khoa học gồm TS Đỗ Thƣờng Kiệt, PGS - TS Bùi Trang Việt và TS
Trần Triết (khoa sinh học Trƣờng ĐH Khoa học tự nhiên, ĐHQG TP.HCM ,
vừa nghiên cứu và pha chế thành cơng loại dung dịch có thể làm tàn lụi cây
Mai Dƣơng.
Chế phẩm xử lý chủ yếu là muối ăn và các chất phụ gia bám dính nên
vừa không độc cho ngƣời phun, môi trƣờng, giá thành lại rẻ so với thuốc hóa
học đang đƣợc dùng để tận diệt cây Mai Dƣơng hiện nay. Nhóm tác giả cho
rằng nếu kết hợp phƣơng pháp này với phƣơng pháp chặt, đốt sẽ cho hiệu quả
triệt để và dần dần có thể tiêu diệt đƣợc lồi cây phá hoại này, nhƣng cũng sẽ
mất thời gian khá dài [29].
Hầu hết, các biệt pháp diệt trừ Mai Dƣơng là kết hợp gi a chặt, đốt và
phun thuốc hóa học. Các biện pháp hầu nhƣ đều khó thực hiện do chi phí cao,
thời gian kéo dài (không theo kịp với sức lan tỏa của cây) hoặc làm ảnh
hƣởng đến môi trƣờng.
Với nh ng đặc tính của cây Mai Dƣơng, việc nghiên cứu “Tổng hợp
than hoạt tính từ cây Mai Dƣơng” sẽ góp phần nâng cao hiệu quả diệt trừ cây
Mai Dƣơng và bảo vệ môi trƣờng. Việc tận dụng phần sinh khối của lồi
ngoại lai xâm lấn, có hàm lƣợng cacbon khá cao trong thân gỗ nhƣ Mai
Dƣơng để làm nguyên liệu sản xuất than hoạt tính là hƣớng nghiên cứu rất
mới, khơng chỉ mang lại nhiều ý nghĩa về sinh thái và bảo vệ mơi trƣờng mà
cịn tạo tiền đề cho các nghiên cứu tƣơng tự tiếp tục hoàn thiện và ứng dụng
vào thực tiễn.
8


1.2. Than hoạt tính

1.2.1. Định nghĩa
Có rất nhiều định nghĩa về than hoạt tính, tuy nhiên có thể nói chung
rằng than hoạt tính là một dạng của cacbon đã đƣợc xử lý để mang lại một cấu
trúc rất xốp, do đó có diện tích bề mặt rất lớn.
Theo Wikipedia Than hoạt tính (Activated Carbon) là một chất gồm chủ
yếu là ngun tố carbon ở dạng vơ định hình (bột), một phần n a có dạng tinh
thể vụn grafit. Than hoạt tính có diện tích bề mặt ngồi rất lớn nên đƣợc ứng
dụng nhƣ một chất lý tƣởng để lọc hút nhiều loại hóa chất [27].
Than hoạt tính có thành phần chủ yếu là cacbon, chiếm từ 85 đến 95%
khối lƣợng. Phần còn lại là các nguyên tố khác nhƣ hydro, nito, lƣu huỳnh,
oxi,... có sẵn trong nguyên liệu ban đầu hoặc mới liên kết với cacbon trong
q trình hoạt hóa, thông thƣờng là: 88% C; 0,5% H; 0,5% N; 1% S và 6 - 7%
O. Tuy nhiên, có thể thay đổi thành phần phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu
ban đầu và cách điều chế.
Than hoạt tính là chất khơng độc (kể cả một khi đã ăn phải nó), sau khi
sử dụng có thể tái sinh (làm sạch hoặc giải hấp phụ) và có thể sử dụng hàng
trăm, thậm chí hàng ngàn lần [10], [34].
1.2.3. Đặc trưng về tính chất vật lý, hóa học của than hoạt tính
1.2.3.1. Đặc trưng về tính chất vật lý
a, Kích thước hạt và bề mặt riêng của than hoạt tính
Các phƣơng pháp sản xuất than hoạt tính khác nhau sẽ tạo ra các loại
than có tính chất, hình dạng, kích thƣớc khác nhau.
Ví dụ: than máng có đƣờng kính hạt trung bình là 100 - 300A0. Lị lỏng là 180
- 600 A0. Lị khí 400 - 800 A0. Phƣơng pháp nhiệt phân, đƣờng kính hạt trung
bình lớn nhất là 1400 - 4000 A0.
Than hoạt tính thƣờng có diện tích bề mặt nằm trong khoảng 800 đến
1500 m2/g và thể tích lỗ xốp từ 0,2 đến 0,6 cm3/g.

9



Phƣơng pháp để xác định kích thƣớc, diện tích riêng bề mặt hạt than là
phƣơng pháp kính hiển vi điện tử và hấp phụ lên bề mặt [32].
b, Cấu trúc vật lý của than hoạt tính
Cấu trúc của than hoạt tính đƣợc đánh giá bằng mức độ phát triển cấu
trúc bậc nhất của nó. Mức độ phát triển cấu trúc chuỗi phụ thuộc vào phƣơng
pháp sản xuất và phụ thuộc vào nguyên liệu đầu đƣa vào sản xuất than.
Cấu trúc bậc nhất phất triển mạnh nhất trong than sản xuất bằng
phƣơng pháp lị. Liên kết hố học C - C đảm bảo cho cấu trúc có độ bền cao.
Số lƣợng các hạt than sơ khai có cấu trúc dao động từ vài hạt đối với than có
cấu trúc thấp đến 600 hạt đối với than có cấu trúc cao.
Cấu trúc của than hoạt tính có thể xác định trực tiếp bằng kính hiển vi điện tử
[12], [17].
c, Khối lượng riêng
Khối lƣợng riêng than hoạt tính là đại lƣợng phụ thuộc vào phƣơng
pháp xác định nó.
Khi xác định khối lƣợng riêng của than hoạt tính trong Heli lỏng nhận
đƣợc giá trị từ 1900 – 2000 kg/m3. Khối lƣợng riêng của than hoạt tính đƣợc
tính tốn theo hằng số mạng tinh thể nhận giá trị từ 2180 – 2160 kg/m3.
Than hoạt tính dạng bột là các hạt nằm ở sát bên nhau và ở các góc
cạnh, các cung là khơng khí vì thế khối lƣợng riêng của nó nhỏ hơn nhiều và
dao động từ 80 - 300 kg/m3 phụ thuộc vào mức độ phát triển cấu trúc của
than. Than có cấu trúc càng lớn khoảng trống gi a các cấu trúc càng nhiều và
giá trị khối lƣợng riêng càng nhỏ [9].
1.2.3.2. Đặc trưng về mặt hóa học
Trong tinh thể khối của hạt than hoạt tính các ngun tử cácbon nằm ở
mặt ngồi (nguyên tử cacbon cạnh hoặc mép) có mức độ hoạt động hố học
lớn và vì vậy nó là trung tâm của các q trình ơxy hố tạo cho bề mặt than
hàng loạt các nhóm hoạt động hố học khác nhƣ nhóm hydroxyl, cacbonyl,
xeton... Ngồi Cacbon trong thành phần hố học của than hoạt tính cịn có

10


hydro, lƣu huỳnh, oxy và các khoáng chất khác. Các nguyên tử này đƣợc đƣa
vào than hoạt tính cùng với ngun liệu đầu và trong q trình oxy hố. Sự có
mặt của các hợp chất chứa oxy trên bề mặt than hoạt tính đƣợc chứng minh
bằng phản ứng axit huyền phù trong nƣớc của than hoạt tính. Sự có mặt của
các khống chất trong than hoạt tính cho phản ứng kiềm yếu.
Sự có mặt các nhóm phân cực trên bề mặt than hoạt tính là yếu tố quan
trọng quyết định khả năng tác dụng hóa học, lý học của than hoạt tính với các
nhóm phân cực, liên kết đơi có trong mạch đại phân tử [9], [25].
1.2.4. Khả năng hấp phụ của than hoạt tính
Hấp phụ là một q trình mà một chất rắn đƣợc sử dụng để loại bỏ các
chất hịa tan ra khỏi nƣớc.
Mơ tả hấp phụ:
Các phân tử từ khí hoặc chất lỏng sẽ đƣợc gắn một cách vật lý để bám
vào bề mặt chất rắn, trong trƣờng hợp này là bề mặt của than hoạt tính.
Quá trình hấp phụ diễn ra trong ba bƣớc sau:
• Vĩ mô vận chuyển: Sự chuyển động của vật liệu h u cơ thông qua hệ
thống vĩ mô, lỗ chân lông của than hoạt tính vĩ mơ, lỗ chân lơng > 50 nm);
• Vi vận chuyển: Sự chuyển động của vật liệu h u cơ thông qua hệ thống
trung - lỗ chân lông và vi lỗ chân lông của than hoạt tính (vi lỗ chân lơng < 2
nm; trung lỗ chân lơng 2 – 50 nm);
• Hấp phụ: Các tập tin đính kèm vật lý của vật liệu h u cơ trên bề mặt
của than hoạt tính trong các trung - lỗ chân lông và vi lỗ chân lông của than
hoạt tính.
Mức độ hoạt động hấp phụ dựa vào nồng độ của chất trong nƣớc, nhiệt
độ và sự phân cực của chất này. Một chất phân cực (chất hòa tan tốt trong
nƣớc) khơng hoặc có thể là bị loại bỏ bằng than hoạt tính, một chất khơng
phân cực có thể đƣợc loại bỏ hồn tồn bằng than hoạt tính [4], [16].

1.2.5. Nguyên liệu ch tạo than hoạt tính
Hầu hết các nguyên liệu chứa Cacbon đều có thể dùng tạo than hoạt
tính. Nhƣng nguồn nguyên liệu cho sản xuất than hoạt tính chủ yếu là nh ng
11


nguyên liệu có hàm lƣợng cacbon cao nhƣng lại chứa ít các thành phần vô cơ
khác nhƣ gỗ, than non, than đá... Bên cạnh đó, rất nhiều loại chất thải nông
nghiệp nhƣ vỏ trấu, lõi ngô, gáo dừa, bã dong riềng... bởi nguyên liệu này có
sẵn, rẻ tiền, hàm lƣợng cacbon cao và các thành phân vô cơ thấp [10].
Cây Mai Dƣơng (Mimosa pigra L.) là một loài thực vật ngoại lai xâm
lấn, đang trực tiếp đe dọa đến hệ sinh thái, nh ng khu vực mà chúng mọc lên.
Là lồi cây bụi, có hàm lƣợng cacbon trong thân khá cao, việc sử dụng thân
cây Mai Dƣơng vào sản xuất than hoạt tính khơng chỉ góp phần diệt trừ sự
xâm hại của lồi này mà cịn có thể ứng dụng than hoạt tính tổng hợp từ cây
Mai Dƣơng vào xử lý môi trƣờng, bảo vệ môi trƣờng.
1.2.6. Phương ph p sản xuất than hoạt tính
Than hoạt tính chủ yếu đƣợc sản xuất bằng cách nhiệt phân ngun liệu
thơ có chứa cacbon ở nhiệt độ dƣới 1000oC. Quá trình sản xuất gồm hai bƣớc
[13], [31]:
a, Q trình than hóa
Q tình than hóa là q trình phân hủy nhiệt ngun liệu để đƣa
nguyên liệu ban đầu về dạng cacbon, đồng thời làm bay hơi một số chất h u
cơ nhẹ và tạo mao quản ban đầu.
Nguyên tắc của quá trình sản xuất than nguyên liệu thực vật là dùng
nhiệt phân hủy nguyên liệu trong điều kiện khơng có khơng khí. Dƣới tác
dụng của nhiệt từ nhiệt độ thƣờng tới 170oC, vật liệu bị khô đều; từ 170 180oC, vật liệu phân hủy theo nh ng quá trình thu nhiệt, ở đây các hợp phần
của ngun liệu bị biến tính, giải phóng oxit cacbon, khí cacbonic, axit
axetic...tiếp theo từ 280 - 380oC xảy ra sự phân hủy phát nhiệt giải phóng
methanol, hắc-ín... Q trình cacbon hóa xem nhƣ kết thúc ở khoảng 400 600oC.

b, Q trình hoạt hóa
Q trình hoạt hóa trong sản xuất than có ý nghĩa rất lớn đến việc quyết
định đến tính chất của than sau hoạt hóa.
12


Mục đích của q trình hoạt hóa là giải phóng độ xốp sơ cấp đã có sẵn
trong than, đồng thời tạo nên độ xốp thứ cấp làm than có hoạt tính cao.
Hoạt hóa có thể phân chia một cách có điều kiện thành hai phƣơng pháp:
+ Phương pháp hoạt hóa hóa lý: dùng các chất oxi hóa nhƣ hơi nƣớc,
dioxit cacbon... làm tác nhân tác dụng với than nguyên liệu.
+ Phương pháp hoạt hóa hóa học: chủ yếu dùng cho than gỗ. Nguyên
liệu thƣờng đƣợc sử dụng là gỗ trộn với chất hoạt hóa và chất hút nƣớc
thƣờng là H3PO4 hoặc ZnCl2 , thƣờng ở nhiệt độ 500oC, có khi lên tới 800oC.
Trong các muối vơ cơ thì chất có tác dụng hoạt hóa mạnh là ZnCl2 vì là chất
khử hydrat hóa mạnh, đồng thời là chất bảo vệ cho than không bị cháy.
* Một số kết quả về việc nghiên cứu sử dụng ZnCl2 làm tác nhân hoạt
hóa để chế tạo than hoạt tính [25]:
Du-bi-nin và Sê-meeno-va đã nghiên cứu tác dụng hoạt hóa các muối
ZnCl2; CaCl2 và hỗn hợp hai muối này đối với nguyên liệu gỗ thông mộc.
Nh ng sản phẩm chế tạo đƣợc đều có hoạt tính cao đối với hấp phụ hơi
benzene và tẩy màu xanh metylen. Khả năng hoạt hóa của CaCl2 trong chế tạo
than khí cũng nhƣ than tẩy màu đều thấp hơn của ZnCl2. Tác nhân quan trọng
nhất của các tác nhân hóa học là khử hydrat tạo điều kiện cho các hợp chất
h u cơ dễ phân hủy dƣới tác dụng của nhiệt, đồng thời ngăn cách quá trình
nhiệt phân tạo ra sản phẩm khơng bị cacbon hóa nhƣ hắc-ín.
Với đề tài “Nghiên cứu tổng hợp than hoạt tính từ cây Mai Dƣơng”, tác
nhân hoạt hóa đƣợc dùng là ZnCl2 nồng độ 3M, dung dịch ZnCl2 3M đƣợc
tẩm theo tỷ lệ: 3ml dung dịch ZnCl2/1g nguyên liệu, sau đó, nung nguyên liệu
đã tẩm bằng lị nung trong điều kiện khơng có khơng khí. Nhiệt độ tối ƣu là

500 - 700oC.
1.2.7. T nh h nh sản xuất và ứng dụng của than hoạt t nh trên Th giới và
Việt Nam

13


Với nh ng đặc tính tuyệt vời, từ nhiều thế kỉ trƣớc, than hoạt tính đã trở
thành chất hấp phụ quí và linh hoạt, đƣợc sử dụng rộng rãi cho nhiều mục
đích khác nhau:
- Từ khoảng năm 1500 TCN ngƣời Ai Cập đã biết sử dụng than gỗ để
làm chất hấp phụ ch a bệnh
- Ngƣời Hin-du cổ ở Ấn Độ đã biết làm sạch nƣớc uống bằng cách lọc
qua than gỗ.
- Năm 1794 Lip-man cũng thấy than gỗ tẩy màu tốt các dung dịch đƣờng
mía và năm 1805 Gu-li-on đã dùng than gỗ để tẩy màu công nghiệp đƣờng.
- Trải qua nhiều thế kỷ với nhu cầu sử dụng cao, vào năm 1870 than hoạt
tính đã có trên thị trƣờng thƣơng mại.
Sản xuất than hoạt tính trong cơng nghiệp bắt đầu từ khoảng nh ng năm
1900, đƣợc sử dụng để làm vật liệu tinh chế đƣờng bằng cách than hóa hỗn
hợp các nguyên liệu có nguồn gốc thực vật bằng hơi nƣớc hoặc CO2. Than
hoạt tính cịn đƣợc sử dụng trong các mặt nạ phòng độc trong chiến tranh thế
giới thứ nhất [10].
Nhu cầu sản xuất cũng nhƣ sử dụng than hoạt tính ngày càng tăng cao,
bởi nh ng ứng dụng mà nó đem lại nhƣ: loại bỏ màu, mùi, vị không mong
muốn và các tạp chất h u cơ, vô cơ trong nƣớc thải công nghiệp và sinh hoạt,
thu hồi dung mơi, làm sạch khơng khí, làm sạch nhiều hóa chất, dƣợc phẩm,
thực phẩm và nhiều ứng dụng trong pha khí. Chúng cũng đƣợc biết đến trong
nhiều ứng dụng trong y học, sử dụng để loại bỏ các độc tố và vi khuẩn. Than
hoạt tính đƣợc sử dụng hàng ngày để tinh sạch nƣớc uống, lọc nƣớc, khử

mùi... Và nó đã trở thành ngun liệu khơng thể thiếu trong nhiều lĩnh vực.
Dự báo nhu cầu than hoạt tính của Thế giới tăng khoảng 10% - 25%/năm
trong giai đoạn từ 2013 - 2018. Hiện tại, ngành công nghiệp sản xuất than
hoạt tính của Thế giới đạt khoảng 1,2 triệu tấn/năm, trong khi nhu cầu than
hoạt tính dự báo có thể đạt tới 1,9 triệu tấn trong năm 2016; 2,3 triệu tấn trong
năm 2017 hay 3 triệu tấn trong năm 2018 [22].
14