Điều chế than hoạt tính từ vỏ củ ấu: Ứng dụng hấp phụ thuốc nhuộm và làm điện cực siêu tụ điện

Abstract

This study presents the synthesis and application of activated carbon (AC) derived from Trapa bicornis shell waste for dual purposes: wastewater treatment and energy storage. The AC was successfully prepared via solid-state pyrolysis and chemical activation with potassium hydroxide (KOH). XRD analysis confirmed a characteristic amorphous carbon structure with broad diffraction peaks at 2θ ≈ 23–30° and 45°. The material exhibited a porous surface with a high specific surface area of 774 m²/g. For environmental remediation, the AC was tested on real wastewater from a traditional sedge mat dyeing village, achieving 99.89% color removal and over 70% reduction in BOD₅ and COD. Furthermore, as a supercapacitor electrode material in 1.0 M Na₂SO₄ electrolyte, the AC delivered a maximum specific capacitance of 32 F/g at 0.5 A/g, 1V potential, and maintained 86.5% of its initial capacitance after 2000 cycles.

Tóm tắt

Trong nghiên cứu này, kết quả tổng hợp và khảo sát ứng dụng của vật liệu than hoạt tính (AC) từ phế phẩm vỏ củ ấu cho hai mục tiêu: xử lý nước thải và lưu trữ năng lượng được trình bày. Vật liệu được điều chế thành công bằng phương pháp nung pha rắn và hoạt hóa hóa học bằng potassium hydroxide (KOH). Phân tích XRD xác nhận cấu trúc carbon vô định hình đặc trưng, với đỉnh nhiễu xạ rộng tại 2θ ≈ 23–30° và 45°. Vật liệu có bề mặt xốp và diện tích bề mặt riêng đạt 774 m²/g. Trong ứng dụng xử lý môi trường, vật liệu đã được thử nghiệm trên mẫu nước thải thực tế từ làng nghề dệt chiếu Định Yên (Đồng Tháp), cho hiệu suất khử màu 99,89% và giảm trên 70% chỉ số BOD₅ và COD. Ngoài ra, khi ứng dụng làm điện cực siêu tụ điện trong dung dịch điện giải 1,0 M Na₂SO₄, vật liệu ghi nhận điện dung riêng cực đại là 32 F/g tại mật độ dòng 0,5 A/g, điện thế 1V và duy trì 86,5% điện dung sau 2000 chu kỳ.