Thanh bên bài viết

Ngày xuất bản: 09/12/2025
Số lượt xem tóm tắt: 2
Số xuất bản
Tập 15 Số Online First: Chuyên san Khoa học Tự nhiên (Tiếng Việt)
Chuyên mục
Khoa học Tự nhiên (Tiếng Việt)
Trích dẫn bài báo
Nguyễn, N. T., Hồ, C. H., Ngô, T. H. N., Lê, T. T. Q., & Phạm, N. T. (2025). Nghiên cứu sự hấp phụ một số phân tử hữu cơ dễ bay hơi trên bề mặt carbon hoạt tính bằng phương pháp phiếm hàm mật độ. Tạp chí Khoa học Đại học Đồng Tháp, 15(Online First). https://dthujs.vn/index.php/dthujs/article/view/2319

##plugins.generic.badges.manager.settings.showBlockTitle##

Nghiên cứu sự hấp phụ một số phân tử hữu cơ dễ bay hơi trên bề mặt carbon hoạt tính bằng phương pháp phiếm hàm mật độ

Nguyễn Ngọc Trí1, , Hồ Công Hậu2, Ngô Thị Hồng Nhung2, Lê Thị Tú Quyên2, Phạm Ngọc Thạch2
1 Phòng thí nghiệm Hóa học tính toán và mô phỏng, Khoa Khoa học Tự nhiên, Trường Đại học Quy Nhơn, Việt Nam
2 Phòng thí nghiệm Hóa học tính toán và mô phỏng, Khoa Khoa học Tự nhiên, Trường Đại học Quy Nhơn

Nội dung chính của bài viết

Tóm tắt

Trong nghiên cứu này, các cấu trúc hình học bền của sự hấp phụ các phân tử hữu cơ (gồm HCHO, C2H5OH, CH3COCH3) trên bề mặt carbon hoạt tính (AC) ở trạng thái thuần khiết và pha tạp kim loại Fe/Zn được xác định ở mức lý thuyết PBEPBE/6-31G(d). Sự hình thành các tương tác giữa các vị trí của phân tử và bề mặt AC tập trung ở tâm các vòng carbon và các nhóm chức trong các phân tử hữu cơ. Đối với bề mặt pha tạp Fe (Fe@AC) hay pha tạp Zn (Zn@AC), các tương tác bền được hình thành ưu tiên tại các vị trí Fe/Zn và các nhóm chức. Năng lượng hấp phụ của các phân tử trên các bề mặt tính được trong khoảng từ -6,2 đến -8,3 kJ.mol-1 đối với AC và từ -7,4 đến -49,3 kJ.mol-1 đối với Zn@AC và -166,3 đến -292,7 kJ.mol-1 đối với Fe@AC. Các kết quả phân tích AIM và NBO khẳng định sự hình thành và độ bền của các tương tác liên phân tử trong quá trình hấp phụ. Các tương tác yếu kiểu H‧‧‧C*/π đóng vai trò quan trọng trong việc làm bền các cấu hình hấp phụ đối với bề mặt AC thuần khiết. Bên cạnh đó, các tương tác tĩnh điện kiểu O‧‧‧Fe/Zn có một phần bản chất cộng hóa trị đóng góp đáng kể vào độ bền các cấu hình hấp phụ giữa các phân tử hữu cơ với bề mặt AC pha tạp Fe/Zn. Đáng chú ý, việc pha tạp Fe lên bề mặt AC làm tăng cường khả năng hấp phụ các phân tử hữu cơ hơn so với việc pha tạp Zn.

Từ khóa

Thuyết phiếm hàm mật độ, Sự hấp phụ, Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, Carbon hoạt tính.

Chi tiết bài viết

Creative Commons License

Bài báo này được cấp phép theo Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Tài liệu tham khảo

Aksu, Z., & Yener, J. (2001). A comparative adsorption/biosorption study of mono-chlorinated phenols onto various sorbents. Waste Manage, 21(8), 695-702. https://doi.org/10.1016/S0956-053X(01)00006-X.
Almujaybil, M. J., Abunaser, D. F. M., Gouda, M., Khalaf, M. M., Mohamed, I. M. A., El-Lateef, & H. M. A. (2022). Facile Synthesis of Fe(0)@Activated Carbon Material as an Active Adsorbent towards the Removal of Cr (VI) from Aqueous Media. Catalysts, 12, 515. https://doi.org/10.3390/catal12050515.
Chen, T., Fu, C., Liu, Y., Pan, F., Wu, F., You, Z., & Li, J. (2021). Adsorption of volatile organic compounds by mesoporous graphitized carbon: Enhanced organophilicity, humidity resistance, and mass transfer. Separation and Purification Technology, 264, 118464. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2021.118464.
Chen, X., Xu, L., Liu, L. L., Zhao, L. S., Chen, C. P., Zhang, Y., & Wang, X. C. (2017). Adsorption of formaldehyde molecule on the pristine and transition metal doped graphene: First-principles study. Applied Surface Science, 396, 1020–1025. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.11.080.
Dronskowski, R. (2006). Computational Chemistry of Solid State Materials: A Guide for Materials Scientists, Chemists, Physicists and Others. Germany, Wiley‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.
Dursun, G., Cicek, H., & Dursun, A. (2005). Adsorption of phenol from aqueous solution by using carbonised beet pulp. J. Hazard. Mater. B, 125(1-3), 175–182. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2005.05.023.
Fan, X., Zhao J., Cheng C., Xu, Y., & Zhang, H. (2023). Engineered Fe-doped activated carbon from industry waste for peroxymonosulfate activation: Performance and mechanism. Separation and Purification Technology, 325, 124607. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.124607.
Fatemeh, S., Negar, S., Worawit, W., Ronbanchob, A., & Aree, C. (2024). Adsorption of volatile organic compounds on biochar: A review. Process Safety and Environmental Protection, 182, 559–578. https://doi.org/10.1016/j.psep.2023.11.071.
Frisch, M. J. et al. (2010). Gaussian 09. US: Gaussian, Inc., Wallingford CT.
Gao, X., Zhou, Q., Wang, J., Xu, L., & Zeng, W. (2020). Adsorption of SO2 molecule on Ni-doped and Pd-doped graphene based on first-principle study. Applied Surface Science, 517, 146180. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.146180.
Goncharuk, V. V., Kucheruk, D. D., Kochkodan, V. M., & Badekha, V. P. (2002). Removal of organic substances from aqueous solutions by reagent enhanced reverse osmosis. Desalination, 143(1), 45-51. https://doi.org/10.1016/S0011-9164(02)00220-5.
Hamid, R., Mojgan, H. M., Parthasarathi, M., Amanda, L.-L., & Majid, S. (2020). Emissions of volatile organic compounds from crude oil processing – Global emission inventory and environmental release. Science of the Total Environment, 727, 138654. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138654.
Le, M. C., Le, V. K., & Nguyen, N. H. (2013). Theoretical study on the adsorption of phenol on activated carbon using density functional theory. J. Mol. Model., 19, 4395-4402. https://doi.org/10.1007/s00894-013-1950-5.
Nguyen, N. H., Nguyen, T. T. H., Le, V. K., & Le, M. C. (2015). Theoretical study of carbon dioxide activation by metals (Co, Cu, Ni) supported on activated carbon. Journal of Molecular Modeling, 21(322), 1-9. https://doi.org/10.1007/s00894-015-2864-1.
Park, K. H., Balathanigaimani, M. S., Shim, W. G., Lee, J. W., & Moon, H. (2010). Adsorption characteristics of phenol on novel corn grain-based activated carbons. Microporous and Mesoporous Materials, 127(1-2), 1-8. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2009.06.032.
Popelier, P. L. A. (2000). Atom in Molecules. UK: Pearson Education Ltd., Essex.
Rengaraj, S., Moon, S. H., Sivabalan, R., Arabindoo, B., & Murugesan, V. (2002). Agricultural solid waste for the removal of organics: adsorption of phenol from water and wastewater by palm seed coat activated carbon. Waste Manage, 22(5), 543-548. https://doi.org/10.1016/S0956-053X(01)00016-2.
Salame, I. I., & Bandosz, T. J. (2003). Role of surface chemistry in adsorption of phenol on activated carbons. J. Colloid. Interface. Sci, 264(2), 307-312. https://doi.org/10.1016/S0021-9797(03)00420-X.
Shen, H., Zou, X., Yang, H., Zhong, W., Wang, Y., Wang, S., & Deng, M. (2021). Adsorption of Organic Molecules and Surfactants on Graphene: A Coarse-Grained Study. The Journal of Physical Chemistry A, 125(2), 700–711. https://doi.org/10.1021/acs.jpca.0c11111.
Timothy, O. A., Opeyemi, A. O., & Damian, C. O. (2021). Adsorption and photocatalytic removal of Rhodamine B from wastewater using carbon-based materials. FlatChem, 29, 100277. https://doi.org/10.1016/j.flatc.2021.100277.
Wagner, R., Bag, S., Trunzer, T., Garcia, P. F., Wenzel, W., Berensmeier, S., & Franzreb, M. (2021). Adsorption of organic molecules on carbon surfaces: Experimental data and molecular dynamics simulation considering multiple protonation states. Journal of Colloid and Interface Science, 589, 424–437. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2020.12.107.
Weinhold, F. et al. (2001). GenNBO 5.G. US: Theoretical Chemistry Institute, University of Wisconsin: Madison, WI.
Xiao, W., Jiang, X., Liu, X., Zhou, W., Garba, Z. N., Lawan, I., & Yuan, Z. (2020). Adsorption of organic dyes from wastewater by metal-doped porous carbon materials. Journal of Cleaner Production, 124773. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.124773.
Yafei, S. (2023). Biomass-derived porous carbons for sorption of Volatile organic compounds (VOCs). Fuel, 336, 126801. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.126801.
Zhou, J., Saeidi, N., Wick, L. Y., Kopinke, F. D., & Georgi, A. (2021). Adsorption of polar and ionic organic compounds on activated carbon: Surface chemistry matters. Science of the Total Environment, 794, 148508. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.148508.
Zhou, K., Ma, W., Zeng, Z., Ma, X., Xu, X., Guo, Y., & Li, L. (2019). Experimental and DFT study on the adsorption of VOCs on activated carbon/metal oxides composites. Chemical Engineering Journal, 372, 1122-113. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.04.218.