Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu sử dụng tro than bay làm chất hấp phụ và xúc tác phân hủy dioxin

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu hus nghiên cứu sử dụng tro than bay nhà máy nhiệt điện làm chất hấp lưu và xúc tác phân huỷ đioxin, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên

• Tác giả: Kiều Hoàng Hà
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Đức Huệ
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Hoá Hữu Cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Sử Dụng Tro Than Bay Nhà Máy Nhiệt Điện Làm Chất Hấp Lưu Và Xúc Tác Phân Hủy Đioxin
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2000
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu chung về Đioxin. Đặc tính hóa và độc tính của Đioxin. Nghiên cứu phân hủy và loại bỏ Đioxin ra khỏi môi trường
• 1.2. Phản ứng phân hủy quang hóa. Giới thiệu chung về tro than bay. Một số phương pháp điều chế chất hấp lưu từ tro than bay. Ứng dụng của zeolit điều chế từ tro bay
• 2. CHƯƠNG 2: MỤC ĐÍCH NỘI DUNG VÀ ĐỊNH HƯỚNG CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN
• 2.1. Mục đích - Nội dung. Các nhiệm vụ cụ thể
• 2.2. Định hướng và ứng dụng
• 2.3. Điều chế chất hấp lưu từ tro than bay. Xác định thành phần cấu tạo của tro bay và tro sau khi đun kiềm. Phương pháp phổ hồng ngoại
• 2.4. Phương pháp nhiễu xạ tia X
• 2.5. Phương pháp phân tích Đioxin. Máy sắc kí khí detectơ cộng kết điện tử GC/ECD
• 2.6. Khảo sát khả năng hấp phụ của Đioxin trên tro bay đã đun kiềm. Phương pháp định lượng phân tích Đioxin. Khả năng lửa giải của Đioxin hấp phụ trên tro than bay. Sử dụng tro than bay đã đun kiềm trong việc chống lan tỏa Đioxin. Quang phân hủy Đioxin dưới tác dụng của tia tử ngoại trong sự có mặt của tro than bay. Phân hủy Đioxin dưới tác dụng của đèn tử ngoại xúc tác tro bay. Phân hủy Đioxin dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời. Nhiệt phản hủy Đioxin. Phân tích cấu trúc của tro than bay. Phân tích thành phần nguyên tố. Phân tích phổ nhiễu xạ tia X. Ngăn chặn sự lan tỏa của Đioxin
• 2.7. Vài nhận xét về Đioxin ở Việt Nam. Sử dụng tro bay đã xử lý kiềm trong việc chống lan tỏa Đioxin
• 2.8. Quang phân hủy Đioxin trong sự có mặt của tro than bay
• 2.9. Nhiệt phản hủy Đioxin trong sự có mặt của tro than bay
• 2.10. Phương pháp xác định Đioxin
• 2.11. Phương pháp phân tích nhanh Đioxin
• 2.12. Phương pháp phân tích Đioxin đối với những mẫu thực tế
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu sử dụng tro than bay làm chất hấp phụ dioxin

Tro than bay, một sản phẩm phụ từ quá trình đốt cháy, đã được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong việc xử lý ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng tro than bay như một chất hấp phụ hiệu quả cho dioxin, một trong những chất độc hại nhất hiện nay. Dioxin có khả năng gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, do đó việc tìm kiếm các phương pháp xử lý hiệu quả là rất cần thiết. Tro than bay không chỉ có khả năng hấp phụ tốt mà còn là một giải pháp kinh tế và thân thiện với môi trường.

1.1. Đặc điểm hóa lý của dioxin và tác động của nó

Dioxin là một nhóm hợp chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp, với đặc tính độc hại cao. Các đồng phân của dioxin, đặc biệt là 2378-TCDD, có độ độc rất lớn, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và động vật. Việc hiểu rõ về đặc điểm hóa lý của dioxin là cần thiết để phát triển các phương pháp xử lý hiệu quả.

1.2. Vai trò của tro than bay trong xử lý dioxin

Tro than bay có khả năng hấp phụ dioxin nhờ vào cấu trúc bề mặt lớn và tính chất hóa học đặc biệt. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng tro than bay có thể giảm thiểu nồng độ dioxin trong môi trường, từ đó góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường.

II. Vấn đề ô nhiễm dioxin và thách thức trong xử lý

Ô nhiễm dioxin là một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất hiện nay, đặc biệt ở những khu vực bị ảnh hưởng bởi chiến tranh hoặc các hoạt động công nghiệp. Dioxin có thể tồn tại lâu dài trong môi trường và tích tụ trong chuỗi thức ăn, gây ra nhiều tác hại cho sức khỏe con người. Thách thức lớn nhất trong việc xử lý dioxin là tìm ra phương pháp hiệu quả và tiết kiệm chi phí. Các phương pháp hiện tại như phân hủy nhiệt hoặc hóa học thường đòi hỏi thiết bị phức tạp và chi phí cao.

2.1. Nguyên nhân gây ô nhiễm dioxin

Dioxin được sinh ra từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm quá trình sản xuất công nghiệp, đốt rác thải và sử dụng thuốc trừ sâu. Việc hiểu rõ nguyên nhân gây ô nhiễm là cần thiết để phát triển các biện pháp phòng ngừa hiệu quả.

2.2. Tác động của ô nhiễm dioxin đến sức khỏe

Ô nhiễm dioxin có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, bao gồm ung thư, rối loạn nội tiết và các vấn đề sinh sản. Việc giảm thiểu ô nhiễm dioxin là rất quan trọng để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

III. Phương pháp nghiên cứu sử dụng tro than bay làm chất xúc tác phân hủy dioxin

Nghiên cứu này áp dụng các phương pháp hiện đại để đánh giá khả năng hấp phụ và phân hủy dioxin của tro than bay. Các thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện kiểm soát để xác định hiệu quả của tro than bay trong việc giảm thiểu nồng độ dioxin. Kết quả cho thấy tro than bay có khả năng hấp phụ dioxin tốt, mở ra hướng đi mới trong việc xử lý ô nhiễm môi trường.

3.1. Thiết kế thí nghiệm và phương pháp phân tích

Thí nghiệm được thiết kế để đánh giá khả năng hấp phụ dioxin của tro than bay. Các mẫu tro than bay được xử lý và phân tích bằng các phương pháp sắc ký khí để xác định nồng độ dioxin trước và sau khi xử lý.

3.2. Kết quả thí nghiệm và phân tích dữ liệu

Kết quả thí nghiệm cho thấy tro than bay có khả năng hấp phụ dioxin hiệu quả, với tỷ lệ giảm nồng độ dioxin đáng kể. Phân tích dữ liệu cho thấy mối liên hệ giữa các yếu tố như nhiệt độ, thời gian và nồng độ dioxin ban đầu.

IV. Ứng dụng thực tiễn của tro than bay trong xử lý dioxin

Tro than bay không chỉ là một chất hấp phụ hiệu quả mà còn có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Việc sử dụng tro than bay trong xử lý dioxin có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các công nghệ xử lý ô nhiễm hiệu quả và bền vững.

4.1. Ứng dụng trong xử lý nước thải

Tro than bay có thể được sử dụng để xử lý nước thải chứa dioxin, giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ nguồn nước. Việc áp dụng công nghệ này có thể mang lại lợi ích kinh tế và môi trường lớn.

4.2. Ứng dụng trong xử lý đất ô nhiễm

Tro than bay cũng có thể được sử dụng để xử lý đất ô nhiễm dioxin, giúp phục hồi môi trường và đảm bảo an toàn cho sức khỏe cộng đồng. Việc áp dụng công nghệ này có thể giúp giảm thiểu chi phí xử lý và tăng cường hiệu quả.

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

Nghiên cứu về việc sử dụng tro than bay làm chất hấp phụ và xúc tác phân hủy dioxin đã cho thấy nhiều triển vọng tích cực. Tro than bay không chỉ có khả năng hấp phụ tốt mà còn là một giải pháp kinh tế và thân thiện với môi trường. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển công nghệ này có thể giúp giải quyết vấn đề ô nhiễm dioxin một cách hiệu quả hơn trong tương lai.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy tro than bay có khả năng hấp phụ dioxin hiệu quả, mở ra hướng đi mới trong việc xử lý ô nhiễm môi trường. Việc áp dụng công nghệ này có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình xử lý và đánh giá hiệu quả lâu dài của tro than bay trong việc xử lý dioxin. Việc phát triển các công nghệ mới và cải tiến quy trình hiện tại sẽ là cần thiết để đạt được kết quả tốt nhất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN I. G IỚ I T H IỆ U CH U N G V Ề Đ IO X IN : 1. Đặc tính hóa lý và dộc tính của Đioxin: Các Polyclodibenzo-p-dioxin ( PCĐ D s) là nhũng hợp chất hữu cơ có cấu tiúc đa vòng phảng, có đặc tính sinh hóa , hóa lý khác nhau. Chúng có câu tạo chung như sau: x ,y = 1 - 4 N h ư vạy c á c P C D D s c ó tất cả 7 5 đ ổ n g phân k h á c n h a u , phụ th u ộ c v à o số n g u y ê n tử c lo và cách sấp x ế p của ch ú n g tron g phân tử.

Đ io x in là tên g ọ i ám c h ỉ m ộ t đ ổ n g phân đ ộ c n h ất trong s ố c á c P C D D s , đ ó là 2 3 7 8-T etraclod ib en zo-p -< Jioxm ( 2378 T C D D ). C ác P C D D s k h ô n g c ó ứng d ụ n g tron g thực tế, d o đ ó c h ú n g k h ô n g đư ợc sản x u ấ t m ộ t cá ch c ó ch ủ ý n h u n g c h ứ n g c ó th ể sin h ra từ n h ĩẻ u n g u ó n k h á c nhau như: là sản phẩm phụ tron g quá trình sản x u ấ t th u ố c trừ sâu, trừ c ỏ ; sin h ra trong quá trình ch á y n ổ c á c hợp ch ấ t P o lv c lo b ip h e n y l ( PC B s ); h a y từ trong tro than b a y của c á c lò đ ố t rác thành p h ố. Hiộu suất hình thành Đioxin từ các quá trình này phụ thuộc vào nhiểu yếu tố nhưnhiệt độ, môi trường , xúc tác. Ví dụ như trong quá trình sảri xuất 245-T nhiệt độ tạo thành Đioxin thuận lợi nhấì là 3 0 0 ° c [18].

Để khống chế được sự hình thành và phương hướng loại bỏ Đioxin ra khỏi môi trường, chúng ta cần phải hiểu rõ vể các đầc tính hóa lý của nó: 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Công thức tổng cứng của Đ ioxin: C i H 2 4 0 2 ƠL, Trọng lượng phân từ: 312,934 ( IUPAC ) [57] Tỷ trọng, thể rắn ở 25°c [15]: 1,827 (g/ml) Á p su ất b ay h ơ i (mmHg) [3 9 ] ở 3 2 ,1 °C : 3 ,4 6. 10‘6 Điểm sôi thông thường ở 1 attn [39]: tính theo độ C: 421,2 độK : 69435 độR : 790,2 Phân hủy Iihiệt [56], [61]: Bắt đầu bị đề clo hóa nhanh ở 750°c Phân hủy hoàn toàn ở nhiệt độ >1200°c Điểm nóng chảy [15]: 305,0°c Đô tan của Đioxin [27], [60], [61], [53]: D ung m ôi Đ ộ tan (m g /lit) ở H ệ sô' h o ạ t đ ộ k h i pha 1 atm và 2 5 °c lo ã n g v ô c ù n g (g ) Nước 0,000317 5 ,6 .1CT10 C h ất đ ộ c m àu d a ca m 580 23Ố8 O-Diclobenzen 1400 2043 Clobenzen 720 4394 C lo r o fo m 370 10854 n-Octanol 48 42700 M e ta n o l 10 7 9 6 .864 B enzen 570 6350 Bảng 1 : C ác g iá trị về đ ộ tan củ a Đ io x in 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Hệ số khuếch tán trong nuức ở 25°c [50]: 5,6 ,10'6 (cm/sec) Hệ số phân bố ( g/g ) [34], [39]: Hệ Ocíanol / nước: 1400.000 Hệ các chất rắn hữu cơ / nước: 4Ó8.000 Hệ sinh hoá / Nước: 35.500 Thức ăn gia súc / chất béo: 35 Hằng số tốc độ phân hủy của Đioxin ( giờ 'l ) [41], [57]: Trong đất: 8,0.10'e Trong tầm tích: 8,0. 10 *6 Như vậy, trong điều kiện thông thường rõ ràng Đioxin là chất rắn khó bay hơi: P t ^ 3,46 .10'9mmHg, độ ían trong nước thấp: 0,000317 mg/lít, nhiệt độ sôi rất cao: 421,2°c, nhiệt độ phân hủy cao: > 1200°c. Do những tính chất trên của Đioxin, thời gian phân huỷ của nó trong đất khoảng từ 10 đến 12 nảm [62].

Các PCDDs là những chất độc sinh thái. Độ độc của các đồng phân cũng rất khác nhau, trong đó đồng phân 2378-TCDD có độ độc cao nhất, liều LD50 của nó đối với chuột là 0,6 ng/kg, nhỏ gấp hàng chục ngàn lần so với các loại thuốc trừ sâu độc hại nhất đã biết ( có liều LD50 = 50 mg/kg ). Độ độc tương đối của một số đống phân của Đioxin dược chi ra trong bảng dưới đây: Tên đổng 2378 12378 123478 123678 123789 1234Ố78 12345678 phân TCDD p 5c d d h 6c d d HgCDD h 6c d d h 7c d d OgCDD Độ độc rương đối 1,0 0,5 0,1 0,1 0,1 0,01 0,001 Bảnệ2: Dỏ độc tương đối của một số đổng phân Đioxin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Phương pháp phản tích Đioxin: VỊ mức độ độc của đioxin rất cao, do vây ta phải có phương pháp phân tích c ó độ nhạy và độ chọn lọc cao .Mức độ phát hiện đioxin trong các mẫu môi trường phải thấp hơn nhiều so với mức cần thiết để phát hiện thuốc trừ sâu.

Mức đô phát hiện 1 picrogam ( lpg: 10'12 g) hoăc bé hơn là mức cẩn thiết để phát hiện các PCDDs trong 1 g mẫu. Việc phân tích sẽ phức tạp hơn nhiều khi trong mẫu có một s ố chất gây càn trờ. Trong những năm gần đây việc phân tích PCDD trong các mẫu môi trường đã có những buớc phát triển đáng kể. Nét đậc trưng nhất của các phương pháp phân tích là dựa trên hệ thống sắc ký phối phổ phân giải cao ( GQMS ).

Điễu kiện cẩn đầu tiên cho một kết quả phân tích chính xác là mẫu phải được lấy đảc trung, phải được bảo quàn tốt, việc chiết mấu phải cho hiệu quả cao, phép tinh chế mẫu ( làm sạch, làm giàu mảu ) phải có độ thu hổi cao, và cuối cùng là việc tách các đổng phân hoặc nhóm các đồng phân thành các phân đoạn càng đơn giản càng tốt. Một số các bài báo đã thảo luận các phương pháp phân tích PCDD khác nhau, hầu hết các phương pháp cũ đã được đưa ra thào luận và được xen xét lại. Tuy nhiên đã có một số phương pháp đã được đua ra hiện nay như phương pháp của Kiney, 1978; Rappe và Buser, 1981 [49]; Esposito các cộng sự, 1980 ; Karasek và Onuska, 1982 [33] ;Tieknan, 1983 [58]; và Tosine, 1983 [59] ;Lamparski và cộng sự, 1980 [35] đã dược áp dụng để phân tích PCDD. Trong các phương pháp nêu trên người ta thường phải sử đụng các hệ thống cột tách khác nhau như cột silicagen, kalisilicat, A120 3.

Các hệ thống cột này có nhược điểm là phức tạp, tốn nhiều dung môi để chiết, gần đây chúng tôi cũng đã nghiên cứu và tìm ra một hệ thống cột chiết dùng tro than bay đã xử lý để chiết PCDD cho hiệu quả và độ chọn lọc cao [7], Những phương pháp trên do phải dùng hệ thống GC/MS và các hóa chất đất tiền cho nên chi phí cho một mẫu phân tích thường rất cao. Để giảm bớt chi phí phân tích mẫu^đồng thời để việc phân tích PCDD được phát triển rộng rãi ờ các phòng thí nhgiệm kliòng có hệ thống GC/MS người ta đã bắt đầu nghiên cứu phân 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] tích các PCDDs trên hệ thống sắc ký khí detectơ cộng kết điện từ ( GC/ECD) [42], [59]. Trong phương pháp phân tích GC/ECD người ta thường làm thí nghiệm song song hai mầu, trong mẫu so sánh ta thường cho thêm một lượng chinh xác các PCDDs cần phân tích và kết quả phân tích định tính và định lượng của mẫu phân tích được tính thông qua thời gian lưu và đô lớn píc của PCDD này. Tốc độ phát triển của các phương pháp pháp phân tích Đ ioxin hết sức nhanh chóng, hiện nay người ta có thể xác định được lượng 2378 — TCDD ờ trong nước ờ dưới mức 10' 14 g/g.

Đặc biệt đã có những tiến bộ rất lớn trang việc tách các đổng phân của Đ ioxin. Nám 19Ố0, trên sác đổ một pic ứng với tổ hợp của 20 đồng phân PCDDs. Nhưng chỉ đến năm 1979, 1 píc trên sắc đồ chỉ ứng với một đồng phân PCDD [12], [36], [55]. Phương pháp phân tích sác k í khí đetedơECD ( GC/ECD).

+ Nguyên tắc hoạt động của máy sắc kí khí. Mẫu từ buồng bay hơi nhờ khí mang được đưa vào cột tách nằm trong buổng điẻu nhiệt. Sau khi rời cột tách tạ i các thời điểm khác nhau các cấu tử lần lượt đi vào detectơ, tại đây chúng được chuyển thành tín hiệu điện. Túi hiệu điện này được khuyêbh đại và chuyển qua bộ phận tích phân kế (thường là máy tính) xử lỷ và in ra.

Các tín hiệu in ra thuừng tương ứng với các pic. Thời gian lưu của pic là đại lượng dăc trưng định tính cho chất cẩn phân tích, diện ưch của pic là thước đo định lượng cho từng chất trong hỗn hợp cần phân tích. Các đại lượng đặc trưng của phương pháp sắc k i khí. a) Thời gian lưu: Thời gian từ khi bơm mẫu đến điểm cực đại của pic gọi là thời gian lưu toàn phẩn t-R — tR + to tR : thời gian lưu toàn phần (giây).

t'R : thời gian lưu thật hay thời gian lưu hiệu chỉnh (giây). 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] to : thời gian chết tức thời gian từ lúc bơm mẫu tới khi xuất hiện đỉnh đung m ôi hoặc khí mang (giây). M ỗi một chất, một nguyên lố có thời gian lưu xác định. V ì vậy, mỗi pic của sac đồ ứng với một hoặc một nhóm câu tử trong hồn hợp phân tích, b) Năng suất cột tách: Đô rộng của pic sác kí phụ thuộc vào năng suất của côt táchvà thời gian lưu.

Năng suất tách của cột thể hiện qua số đĩa lý thuyết n và được xác định: n: số đĩa lý lý thuyết. tR: thời gian lưu. ơ : độ lêch chuẩn của pic sắc khí. c) Chiều cao đĩa lý thuyết.

Chiều cao đĩa lỹ thuyết là khoảng cách cần thiết để hàm lượng bất kỳ cấu tử lách nào trong pha động nằm cân bằng với nồng đô của nó trong pha tình. L : Chiểu cao của cột tách, h: Chiều cao đĩa lỹ thuyết, n: Số đĩa lý thuyết. Chiều cao đĩa lý thuyết càng nhỏ hiệu suất càng cao.