Luận Văn Thạc Sĩ: Điều Chế và Đánh Giá Tính Chất Zeolite Từ Tro Bay Ứng Dụng Trong Nông Nghiệp

• Tác giả: Nguyễn Bảo Nguyên
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Minh Viễn
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Điều chế và đánh giá tính chất của zeolite từ tro bay định hướng ứng dụng trong nông nghiệp
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Xâm nhập mặn và hạn hán
• 1.2. Tổng quan về zeolite
• 1.3. Ứng dụng zeolite trong nông nghiệp
• 1.4. Tổng quan về Zeolite K-F
• 1.5. Tính cấp thiết đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4. Hóa chất và dụng cụ
• 2.5. Dụng cụ và thiết bị
• 2.6. Quy trình tổng hợp Zeolite K-F
• 2.7. Phương pháp bề mặt đáp ứng
• 2.8. Phương pháp phân tích đặc trưng vật liệu
• 2.8.1. Nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.8.2. Kính hiển vi điện tử (FESEM)
• 2.8.3. Tán xạ năng lượng tia X (EDX)
• 2.8.4. Hấp phụ - giải hấp đẳng nhiệt N2
• 2.8.5. Quang phổ hấp phụ nguyên tử (AAS)
• 2.9. Thí nghiệm đánh giá dung lượng trao đổi cation K+
• 2.10. Thí nghiệm đánh giá giảm tác động xâm nhập mặn
• 2.11. Mô tả thí nghiệm đánh giá dung lượng hấp phụ Na+
• 2.12. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Na+
• 2.13. Động học hấp phụ Na+
• 2.14. Thí nghiệm đánh giá giữ nước
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Thành phần tro bay
• 3.2. Tối ưu hóa các thông số công nghệ bằng phần mềm Design Expert
• 3.3. Các tính chất đặc trưng của vật liệu
• 3.3.1. Phân tích cấu trúc vật liệu
• 3.3.2. Phân tích hình thái vật liệu
• 3.3.3. Phân tích thành phần nguyên tố
• 3.3.4. Diện tích bề mặt riêng và cấu trúc mao quản vật liệu
• 3.3.5. Dung lượng hấp phụ cation Na+ của vật liệu
• 3.4. Khả năng giữ nước của vật liệu
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Điều chế zeolite từ tro bay

Điều chế zeolite từ tro bay là một quá trình quan trọng trong nghiên cứu này. Phương pháp thủy nhiệt được sử dụng để tổng hợp zeolite K-F từ tro bay, với các thông số công nghệ được tối ưu hóa bằng phần mềm Design Expert 13. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp bao gồm nồng độ KOH, nhiệt độ thủy nhiệt và tỷ lệ Si/Al. Kết quả cho thấy, zeolite K-F tổng hợp có dung lượng trao đổi cation cao, đạt 202 mg/g, phù hợp cho ứng dụng trong nông nghiệp.

1.1. Phương pháp thủy nhiệt

Phương pháp thủy nhiệt được áp dụng để tổng hợp zeolite K-F từ tro bay. Quá trình này bao gồm việc xử lý tro bay với dung dịch KOH ở nhiệt độ cao, tạo điều kiện cho sự hình thành cấu trúc tinh thể của zeolite. Các thông số như nồng độ KOH, nhiệt độ và tỷ lệ Si/Al được điều chỉnh để tối ưu hóa hiệu suất tổng hợp.

1.2. Tối ưu hóa thông số công nghệ

Sử dụng phần mềm Design Expert 13, các thông số công nghệ được tối ưu hóa để đạt được zeolite K-F với dung lượng trao đổi cation cao nhất. Kết quả tối ưu bao gồm nồng độ KOH 3.8M, nhiệt độ thủy nhiệt 150°C và tỷ lệ Si/Al 0.34. Điều này chứng tỏ hiệu quả của phương pháp thủy nhiệt trong việc tổng hợp zeolite từ tro bay.

II. Ứng dụng zeolite trong nông nghiệp

Zeolite tổng hợp từ tro bay có nhiều ứng dụng tiềm năng trong nông nghiệp, đặc biệt là trong việc cải tạo đất, xử lý đất nhiễm mặn và giữ nước. Zeolite K-F được chứng minh có khả năng hấp phụ Na+ trong môi trường nước nhiễm mặn, đồng thời cung cấp ion K+ giúp cây trồng phát triển. Ngoài ra, zeolite còn có khả năng giữ nước trong đất cát, giúp cải thiện năng suất nông nghiệp ở các vùng hạn hán.

2.1. Cải tạo đất và xử lý đất nhiễm mặn

Zeolite K-F có khả năng hấp phụ Na+ trong môi trường nước nhiễm mặn, giúp giảm tác động của xâm nhập mặn. Các nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ và động học hấp phụ cho thấy, zeolite K-F hấp phụ Na+ theo cơ chế vật lý, phù hợp để xử lý đất nhiễm mặn. Điều này góp phần cải thiện chất lượng đất và tăng năng suất cây trồng.

2.2. Giữ nước trong đất cát

Zeolite K-F được chứng minh có khả năng giữ nước trong đất cát, giúp kéo dài thời gian nước được giữ lại trong đất. Điều này đặc biệt hữu ích trong việc cải thiện năng suất nông nghiệp ở các vùng hạn hán. Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc bổ sung zeolite vào đất cát giúp tăng khả năng giữ nước, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển nông nghiệp bền vững.

III. Đánh giá zeolite từ tro bay

Đánh giá zeolite tổng hợp từ tro bay bao gồm việc phân tích cấu trúc, hình thái và tính chất hóa học của vật liệu. Các phương pháp như nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử (FESEM) và tán xạ năng lượng tia X (EDX) được sử dụng để xác định cấu trúc và thành phần của zeolite K-F. Kết quả cho thấy, zeolite K-F có cấu trúc tinh thể ổn định và diện tích bề mặt lớn, phù hợp cho các ứng dụng trong nông nghiệp.

3.1. Phân tích cấu trúc và hình thái

Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) và kính hiển vi điện tử (FESEM) được sử dụng để phân tích cấu trúc và hình thái của zeolite K-F. Kết quả cho thấy, zeolite K-F có cấu trúc tinh thể ổn định và hình thái bề mặt đồng nhất, đảm bảo hiệu quả trong các ứng dụng thực tế.

3.2. Phân tích thành phần hóa học

Phương pháp tán xạ năng lượng tia X (EDX) được sử dụng để xác định thành phần hóa học của zeolite K-F. Kết quả cho thấy, zeolite K-F chứa các nguyên tố chính như Si, Al, K, và O, phù hợp với cấu trúc và tính chất của zeolite. Điều này khẳng định hiệu quả của quá trình tổng hợp từ tro bay.