Nghiên cứu xử lý nước nhiễm mặn bằng phương pháp chưng cất màng kết hợp graphene oxide sử dụng ánh sáng mặt trời

• Tác giả: Quang Phuc
• Người hướng dẫn: TS. Trần Thị Tường Vân
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu xử lý nước nhiễm mặn bằng phương pháp chưng cất màng kết hợp vật liệu graphene oxide sử dụng ánh sáng mặt trời trực tiếp
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• ABSTRACT
• MỤC LỤC BẢNG
• MỤC LỤC HÌNH
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Tầm vấn đề
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Các công nghệ khử mặn thông dụng hiện nay
• 2.2. Công nghệ màng
• 2.3. Thẩm phân điện và thẩm tách điện
• 2.4. Công nghệ trao đổi ion
• 2.5. Công nghệ nhiệt
• 2.6. Công nghệ khử mặn trong tương lai
• 2.7. Công nghệ chống cặn màng
• 2.7.1. Một số cấu hình chống cặn màng
• 2.7.2. Ưu điểm của công nghệ chống cặn màng
• 2.7.3. Nhược điểm của công nghệ chống cặn màng
• 2.7.4. Công nghệ chống cặn màng sử dụng năng lượng mặt trời
• 2.8. Vật liệu graphene oxide
• 2.9. Các nghiên cứu trong và ngoài nước
• 3. CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Hóa chất và vật liệu
• 3.2. Mô hình và thiết bị thí nghiệm
• 3.2.1. Mô hình thí nghiệm
• 3.2.2. Thiết bị thí nghiệm
• 3.3. Phương pháp nghiên cứu
• 3.3.1. Phương pháp tổng quan tài liệu, thu thập thông tin
• 3.3.2. Phương pháp thống kê, phân tích dữ liệu
• 3.3.3. Phương pháp so sánh
• 3.3.4. Phương pháp mô hình hóa
• 3.3.5. Phương pháp thí nghiệm khoa học
• 3.3.6. Phương pháp chuyên gia
• 3.3.7. Phương pháp tổng hợp vật liệu
• 3.3.8. Phương pháp đo đặc tính vật liệu
• 3.3.8.1. Phương pháp đo SEM
• 3.3.8.2. Phương pháp đo độ xếp
• 3.3.8.3. Phương pháp đo FTIR
• 3.3.8.4. Phương pháp đo góc tiếp xúc nước
• 3.3.9. Phương pháp thí nghiệm vận hành mô hình chống cặn màng
• 3.3.10. Quy trình thí nghiệm
• 3.3.11. Công thức tính toán
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Đặc tính của màng PTFE ban đầu và màng PTFE biến tính với graphene oxide
• 4.2. Đặc điểm vật liệu GO và dung dịch GO được sử dụng
• 4.3. Đặc điểm hình thái màng
• 4.4. Kết quả vận hành mô hình chống cặn màng
• 4.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ dòng nước mặn và nhiệt độ dòng nước cất đến hiệu quả vận hành mô hình chống cặn màng sử dụng màng PTFE ban đầu
• 4.6. Hiệu quả vận hành mô hình màng chống cặn đối ánh sáng mặt trời trực tiếp trong ngày có nắng sử dụng màng PTFE ban đầu và màng PTFE/GO đối với nước mặn giả lập
• 4.7. Hiệu quả vận hành mô hình màng chống cặn đối ánh sáng mặt trời trực tiếp trong các ngày có điều kiện thời tiết khác nhau sử dụng màng PTFE ban đầu và màng PTFE/GO đối với nước mặn thật
• 4.8. So sánh chất lượng của nước cất thu được khi vận hành mô hình chống cặn màng đối với QCVN 01-1:2018/BYT
• 4.9. Đặc tính hình thái của màng PTFE ban đầu và màng PTFE/GO sau quá trình vận hành mô hình chống cặn màng
• 4.10. So sánh kết quả của đề tài với các nghiên cứu khác
• 4.11. Hướng phát triển của đề tài
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu chưng cất màng với graphene oxide

Nghiên cứu về chưng cất màng kết hợp với graphene oxide trong xử lý nước nhiễm mặn đang thu hút sự chú ý lớn từ cộng đồng khoa học. Công nghệ này không chỉ giúp cải thiện hiệu quả xử lý nước mà còn tận dụng nguồn năng lượng tái tạo từ ánh sáng mặt trời. Việc áp dụng graphene oxide vào quá trình này hứa hẹn sẽ mang lại những kết quả khả quan trong việc giảm thiểu ô nhiễm nước.

1.1. Định nghĩa và nguyên lý hoạt động của chưng cất màng

Chưng cất màng là một công nghệ xử lý nước sử dụng màng bán thấm để tách muối và các tạp chất ra khỏi nước. Nguyên lý hoạt động dựa trên sự chênh lệch áp suất và nhiệt độ, cho phép nước bay hơi và ngưng tụ thành nước sạch.

1.2. Tại sao graphene oxide lại quan trọng trong xử lý nước

Graphene oxide có tính chất vật lý và hóa học đặc biệt, giúp tăng cường khả năng thẩm thấu của màng. Việc sử dụng graphene oxide không chỉ cải thiện hiệu suất xử lý mà còn giảm thiểu năng lượng tiêu thụ trong quá trình chưng cất.

II. Vấn đề và thách thức trong xử lý nước nhiễm mặn

Nước nhiễm mặn đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng, đặc biệt ở các vùng ven biển và đồng bằng sông Cửu Long. Sự xâm nhập của nước mặn làm giảm chất lượng nguồn nước ngọt, ảnh hưởng đến sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp. Các công nghệ hiện tại vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu xử lý hiệu quả.

2.1. Tác động của nước nhiễm mặn đến môi trường

Nước nhiễm mặn không chỉ ảnh hưởng đến nguồn nước sinh hoạt mà còn làm giảm năng suất cây trồng, gây thiệt hại cho nền kinh tế địa phương. Sự xâm nhập của nước mặn cũng làm suy giảm đa dạng sinh học trong các hệ sinh thái nước ngọt.

2.2. Những hạn chế của các công nghệ xử lý hiện tại

Các công nghệ xử lý nước nhiễm mặn hiện tại như thẩm thấu ngược và chưng cất truyền thống thường gặp phải nhiều vấn đề như chi phí cao, tiêu tốn năng lượng lớn và hiệu suất không ổn định. Điều này tạo ra nhu cầu cấp thiết cho các giải pháp mới.

III. Phương pháp chưng cất màng với graphene oxide

Phương pháp chưng cất màng sử dụng graphene oxide đã được nghiên cứu và phát triển để cải thiện hiệu quả xử lý nước nhiễm mặn. Việc kết hợp giữa màng PTFE và graphene oxide giúp tăng cường khả năng thẩm thấu và giảm thiểu năng lượng tiêu thụ.

3.1. Quy trình chế tạo màng PTFE GO

Màng PTFE được chế tạo bằng cách kết hợp với graphene oxide thông qua các phương pháp hóa học. Quá trình này giúp tạo ra một lớp màng có khả năng thẩm thấu cao, đồng thời giữ lại các tạp chất và muối trong nước.

3.2. Ứng dụng ánh sáng mặt trời trong quá trình chưng cất

Sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn năng lượng cho quá trình chưng cất giúp giảm thiểu chi phí vận hành. Năng lượng mặt trời được chuyển đổi thành nhiệt, làm tăng nhiệt độ nước và thúc đẩy quá trình bay hơi.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy màng PTFE/GO có hiệu suất xử lý nước nhiễm mặn cao hơn so với màng PTFE thông thường. Hiệu suất khử muối đạt trên 90%, cho thấy tiềm năng ứng dụng lớn trong thực tiễn.

4.1. So sánh hiệu suất giữa màng PTFE và PTFE GO

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng màng PTFE/GO có thông lượng nước cao hơn, cho phép xử lý nước nhiễm mặn hiệu quả hơn. Điều này mở ra cơ hội cho việc áp dụng công nghệ này trong các hệ thống xử lý nước quy mô lớn.

4.2. Ứng dụng trong các dự án xử lý nước tại Việt Nam

Công nghệ chưng cất màng với graphene oxide có thể được áp dụng trong các dự án xử lý nước tại các vùng bị ảnh hưởng bởi nước nhiễm mặn, đặc biệt là ở đồng bằng sông Cửu Long, nơi nguồn nước ngọt đang ngày càng khan hiếm.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về chưng cất màng với graphene oxide mở ra hướng đi mới trong việc xử lý nước nhiễm mặn. Công nghệ này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất xử lý mà còn góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

5.1. Tương lai của công nghệ chưng cất màng

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ vật liệu, chưng cất màng có thể được cải tiến hơn nữa để đạt hiệu suất tối ưu. Nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình và giảm chi phí sản xuất.

5.2. Khuyến nghị cho các nghiên cứu tiếp theo

Cần có thêm nhiều nghiên cứu về ứng dụng thực tiễn của công nghệ này trong các điều kiện khác nhau. Việc hợp tác giữa các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp cũng rất quan trọng để đưa công nghệ vào thực tiễn.