Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanocomposite Fe2O3-MgO-Bentonite ứng dụng xử lý khí H2S

LỜI CÁM ƠN

MỞ ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Tổng quan khí H2S

1.2. Các nguồn phát sinh H2S

1.2.1. Nguồn tự nhiên

1.2.2. Nguồn nhân tạo

1.3. Độc tính và đặc tính ăn mòn của H2S

1.3.1. Độc tính của H2S

1.4. Hiện trạng ô nhiễm H2S trong môi trường tại Việt Nam

1.5. Các phương pháp loại bỏ H2S

1.5.1. Phương pháp hóa học

1.5.1.1. Quá trình rắn-khí (quá trình khô)

1.5.1.2. Quá trình lỏng-khí (quá trình ướt)

1.5.2. Phương pháp sinh học

1.5.3. Phương pháp màng

1.6. Tình hình nghiên cứu và triển khai công nghệ loại bỏ H2S

1.6.1. Tình hình nghiên cứu và triển khai công nghệ loại bỏ H2S trên thế giới

1.6.2. Tình hình nghiên cứu và triển khai công nghệ loại bỏ H2S tại Việt Nam

1.7. Tổng quan vật liệu

1.7.1. Vật liệu MgO

1.7.2. Khoáng sét bentonit

1.7.3. Vật liệu nanocomposit Fe2O3/MgO/bentonit

2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

2.1. Phương pháp tổng hợp vật liệu

2.2. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm

2.3. Tổng hợp nanocomposit Fe2O3/MgO/bentonit

2.3.1. Điều chế α-Fe2O3

2.3.2. Tổng hợp Fe2O3/bentonit

2.3.3. Tổng hợp MgO

2.3.4. Tổng hợp nanocomposit Fe/MgO

2.3.5. Tổng hợp vật liệu Fe/MgO/bentonit bằng phương pháp trộn cơ học (mẫu F1BM)

2.3.6. Tổng hợp vật liệu bằng phương pháp kết tủa trong dung dịch (Mẫu F2BM)

2.4. Phương pháp tạo hạt vật liệu

2.5. Xác định các đặc trưng cơ bản của vật liệu

2.6. Xác định hiệu quả xử lý H2S của vật liệu nano composite Fe/MgO/bentonit sử dụng công nghệ khô

2.7. Phương pháp thực nghiệm

2.8. Phương pháp xác định hàm lượng H2S trong dòng khí

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Tổng hợp vật liệu nanocomposit Fe/MgO/bentonit

3.1.1. Điều chế α-Fe2O3

3.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ

3.1.3. Ảnh hưởng của thời gian ủ mẫu

3.1.4. Tổng hợp Fe2O3/bentonit từ dung dịch FeCl3 (Mẫu FB)

3.1.5. Tổng hợp vật liệu Fe/MgO/bentonit bằng phương pháp trộn cơ học (mẫu F1BM)

3.1.6. Tổng hợp vật liệu Fe/MgO/bentonit bằng phương pháp kết tủa (mẫu F2MB)

3.2. Xác định hiệu quả xử lý H2S của vật liệu nano composite Fe/MgO/bentonit sử dụng công nghệ khô

3.2.1. Khả năng xử lý H2S của vật liệu Fe/MgO/bentonite

3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc tầng rỗng quá trình loại bỏ H2S

3.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ khí H2S ban đầu đến khả năng loại bỏ H2S

3.2.4. So sánh hiệu quả loại bỏ H2S của vật liệu F2MB với vật liệu thương mại Trung Quốc

3.2.5. Khảo sát thời gian sống của vật liệu khi hệ thống vận hành ở chế độ gián đoạn với tái sinh riêng biệt

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về khí H2S

Khí H2S, hay hydro sunfua, là một chất khí độc hại, không màu và có mùi hôi đặc trưng giống như trứng thối. H2S thường phát sinh từ quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí, như trong các đầm lầy và bãi rác. Khí này nặng hơn không khí, do đó thường tập trung ở những vị trí thấp, gây nguy hiểm cho con người. H2S có thể gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, bao gồm ngộ độc và tử vong khi tiếp xúc với nồng độ cao. Đặc biệt, nồng độ 300 ppm có thể gây chết người chỉ sau 20 phút tiếp xúc. H2S cũng có tính ăn mòn, gây hư hỏng cho các thiết bị và đường ống dẫn khí, dầu. Do đó, việc loại bỏ H2S là một yêu cầu cấp thiết trong công nghệ xử lý khí.

1.1 Nguồn phát sinh H2S

Khoảng 90% khí H2S phát thải vào không khí có nguồn gốc tự nhiên, từ quá trình phân hủy động thực vật và chất thải hữu cơ. Các vi khuẩn khử sulfat trong điều kiện thiếu oxy sẽ chuyển hóa sulfat thành H2S. Ngoài ra, H2S cũng phát sinh từ các hoạt động nhân tạo như khai thác dầu khí, sản xuất giấy, và xử lý nước thải. H2S là một thành phần tự nhiên trong dầu thô và khí tự nhiên, và có thể gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý đúng cách.

II. Tình hình nghiên cứu và triển khai công nghệ loại bỏ H2S

Công nghệ xử lý H2S đã phát triển qua nhiều thập kỷ với nhiều phương pháp khác nhau. Các phương pháp hóa học, sinh học và vật lý đều được áp dụng để loại bỏ H2S. Trong đó, việc sử dụng vật liệu xúc tác như vật liệu nanocomposite Fe2O3/MgO/Bentonite đang được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ. Các nghiên cứu cho thấy rằng vật liệu này có khả năng hấp phụ và xúc tác cao, giúp loại bỏ H2S hiệu quả. Việc phát triển các vật liệu mới không chỉ giúp nâng cao hiệu quả xử lý mà còn giảm thiểu chi phí và tác động đến môi trường.

2.1 Các phương pháp loại bỏ H2S

Các phương pháp hóa học như hấp phụ và oxi hóa H2S đã được áp dụng rộng rãi. Phương pháp sinh học sử dụng vi khuẩn để chuyển hóa H2S thành các sản phẩm không độc hại cũng đang được nghiên cứu. Bên cạnh đó, các công nghệ mới như sử dụng vật liệu nanocomposite đang mở ra hướng đi mới trong việc xử lý H2S. Việc kết hợp giữa các vật liệu như Fe2O3, MgO và bentonite tạo ra các sản phẩm có tính năng vượt trội, giúp tăng cường khả năng loại bỏ H2S trong môi trường.

III. Tổng hợp vật liệu nanocomposite Fe2O3 MgO Bentonite

Quá trình tổng hợp vật liệu nanocomposite Fe2O3/MgO/Bentonite được thực hiện thông qua các phương pháp như trộn cơ học và kết tủa trong dung dịch. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc điều chỉnh các thông số như nhiệt độ và thời gian ủ mẫu có ảnh hưởng lớn đến tính chất của vật liệu. Vật liệu sau khi tổng hợp được đánh giá về khả năng xử lý H2S, cho thấy hiệu quả cao trong việc loại bỏ khí độc này. Việc sử dụng vật liệu nano không chỉ giúp tăng cường hiệu quả xử lý mà còn mở ra nhiều ứng dụng trong lĩnh vực môi trường.

3.1 Đặc trưng của vật liệu nanocomposite

Vật liệu nanocomposite Fe2O3/MgO/Bentonite có nhiều đặc tính nổi bật như diện tích bề mặt lớn, khả năng hấp phụ cao và tính năng xúc tác tốt. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng vật liệu này có thể hoạt động hiệu quả trong điều kiện nhiệt độ thường, giúp loại bỏ H2S một cách hiệu quả. Việc sử dụng vật liệu nanocomposite không chỉ mang lại hiệu quả cao trong xử lý khí mà còn thân thiện với môi trường, góp phần giảm thiểu ô nhiễm không khí.

Luận Văn Thạc Sĩ: Tổng Hợp Vật Liệu Nanocomposite Fe2O3-MgO-Bentonite Ứng Dụng Xử Lý Khí H2S