Nghiên cứu xử lý nước nhiễm mặn bằng chưng cất màng với graphene oxide và ánh sáng mặt trời

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

1.2. Nội dung nghiên cứu

1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.3.1. Đối tượng nghiên cứu

1.3.2. Phạm vi nghiên cứu

1.4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

1.4.1. Ý nghĩa khoa học

1.4.2. Ý nghĩa 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 chưng cất màng

2.8. Một số cấu hình chưng cất màng

2.9. Ưu điểm của công nghệ chưng cất màng

2.10. Nhược điểm của công nghệ chưng cất màng

2.11. Công nghệ chưng cất màng sử dụng năng lượng mặt trời

2.12. Vật liệu màng

2.13. Vật liệu graphene oxide

2.14. Về các nghiên cứu trong và ngoài nước

2.14.1. Nghiên cứu trong nước

2.14.2. Nghiên cứu 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. Nội dung nghiên cứu

3.4. Phương pháp nghiên cứu

3.4.1. Phương pháp tổng quan tài liệu, thu thập thông tin

3.4.2. Phương pháp thống kê, phân tích dữ liệu

3.4.3. Phương pháp so sánh

3.4.4. Phương pháp mô hình hóa

3.4.5. Phương pháp thực nghiệm khoa học

3.4.6. Phương pháp chuyên gia

3.4.7. Phương pháp tổng hợp vật liệu

3.4.8. Phương pháp đo đặc tính vật liệu

3.4.9. Phương pháp đo SEM

3.4.10. Phương pháp đo độ xốp

3.4.11. Phương pháp đo FTIR

3.4.12. Phương pháp đo góc tiếp xúc nước

3.4.13. Phương pháp thí nghiệm vận hành mô hình chưng cất màng

3.5. Quy trình thí nghiệm

3.6. 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. Đặc tính hóa học bề mặt màng

4.5. Kết quả vận hành mô hình chưng cất màng

4.5.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ dòng nước mặn và nhiệt độ dòng nước cất đến hiệu quả vận hành mô hình chưng cất màng sử dụng màng PTFE ban đầu

4.5.2. Hiệu quả vận hành mô hình màng chưng cất dưới 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

4.5.3. Hiệu quả vận hành mô hình màng chưng cất dưới 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 thực tế

4.5.4. So sánh chất lượng của nước cất thu được khi vận hành mô hình chưng cất màng dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp với QCVN 01-1:2018/BYT

4.5.5. Đặc tính hình thái của màng PTFE ban đầu và màng PTFE/GO sau quá trình vận hành mô hình chưng cất màng

4.5.6. So sánh kết quả của đề tài với các nghiên cứu khác

4.5.7. Hướng phát triển của đề tài

5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC II

I. Giới thiệu về nước nhiễm mặn

Nước nhiễm mặn là một vấn đề nghiêm trọng đối với nhiều vùng, đặc biệt là Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Sự xâm nhập mặn không chỉ gây khó khăn cho việc sử dụng nước sinh hoạt mà còn ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp. Theo báo cáo của Ủy hội sông Mê Công, nguồn nước ở ĐBSCL đang ngày càng khan hiếm và ô nhiễm. Việc xử lý nước nhiễm mặn trở thành một nhiệm vụ cấp thiết nhằm bảo vệ tài nguyên nước và đảm bảo sinh kế của người dân. Xử lý nước nhiễm mặn thông qua công nghệ chưng cất màng (MD) kết hợp với graphene oxide và ánh sáng mặt trời là một giải pháp tiềm năng. Công nghệ này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tối ưu hóa hiệu suất xử lý nước.

1.1 Tầm quan trọng của việc xử lý nước

Việc xử lý nước nhiễm mặn có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường. Nước sạch không chỉ cần thiết cho sinh hoạt mà còn là yếu tố quyết định cho sự phát triển bền vững của nền kinh tế. Công nghệ chưng cất màng có nhiều ưu điểm như hiệu suất khử mặn cao và yêu cầu diện tích nhỏ. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn gặp một số thách thức như thông lượng thấp và tiêu tốn nhiều năng lượng. Việc cải thiện hiệu suất của màng PTFE bằng cách sử dụng graphene oxide có thể giúp khắc phục những nhược điểm này.

II. Công nghệ chưng cất màng

Công nghệ chưng cất màng (MD) là một phương pháp hiệu quả để xử lý nước nhiễm mặn. Công nghệ này hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng một màng bán thấm để tách nước từ dung dịch muối. MD có thể hoạt động ở nhiệt độ và áp suất thấp, giúp tiết kiệm năng lượng. Việc ứng dụng graphene oxide vào màng PTFE không chỉ cải thiện khả năng thẩm thấu mà còn nâng cao hiệu suất khử mặn. Các nghiên cứu cho thấy màng PTFE/GO có thông lượng thấm tốt hơn so với màng PTFE gốc, với hiệu suất khử mặn vẫn giữ được trên 90%. Điều này chứng tỏ rằng việc sử dụng graphene oxide trong công nghệ MD là một bước tiến quan trọng trong việc cải thiện chất lượng nước.

2.1 Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ MD

Công nghệ chưng cất màng có nhiều ưu điểm như hiệu suất khử mặn cao, khả năng hoạt động ở nhiệt độ thấp và yêu cầu diện tích nhỏ. Tuy nhiên, công nghệ này cũng có những nhược điểm như thông lượng nước thấp và tiêu tốn nhiều năng lượng cho việc nâng nhiệt độ. Việc sử dụng graphene oxide để cải thiện màng PTFE có thể giúp tăng cường hiệu suất và giảm thiểu tiêu tốn năng lượng. Nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa về mặt lý thuyết mà còn mang lại giá trị thực tiễn cao trong việc giải quyết vấn đề nước nhiễm mặn.

III. Ứng dụng ánh sáng mặt trời trong xử lý nước

Ánh sáng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo dồi dào và vô tận, có thể được ứng dụng trong công nghệ xử lý nước. Việc sử dụng ánh sáng mặt trời để hỗ trợ quá trình chưng cất màng không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn làm tăng hiệu suất của quá trình xử lý nước. Nghiên cứu cho thấy rằng việc kết hợp ánh sáng mặt trời với công nghệ MD có thể nâng cao khả năng khử mặn của màng PTFE/GO, đồng thời giảm thiểu chi phí vận hành. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển công nghệ xanh trong xử lý nước, góp phần bảo vệ môi trường.

3.1 Lợi ích của việc sử dụng năng lượng mặt trời

Sử dụng năng lượng mặt trời trong công nghệ chưng cất màng mang lại nhiều lợi ích. Đầu tiên, nó giúp giảm thiểu chi phí năng lượng, đặc biệt trong các khu vực có nhiều ánh nắng. Thứ hai, việc sử dụng năng lượng tái tạo như ánh sáng mặt trời góp phần vào việc bảo vệ môi trường, giảm thiểu ô nhiễm và khí thải. Cuối cùng, công nghệ này có thể được áp dụng rộng rãi ở nhiều khu vực khác nhau, đặc biệt là những nơi đang phải đối mặt với tình trạng xâm nhập mặn và khan hiếm nước.

IV. Kết luận và khuyến nghị

Nghiên cứu về xử lý nước nhiễm mặn bằng công nghệ chưng cất màng kết hợp với graphene oxide và ánh sáng mặt trời đã chỉ ra rằng đây là một giải pháp khả thi và hiệu quả. Việc cải thiện màng PTFE bằng graphene oxide đã nâng cao hiệu suất xử lý nước, đồng thời giảm thiểu tiêu tốn năng lượng. Để phát triển công nghệ này hơn nữa, cần tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện quy trình, đồng thời mở rộng ứng dụng trong thực tiễn. Các cơ sở nghiên cứu và chính quyền địa phương cần phối hợp chặt chẽ để triển khai các dự án thí điểm, từ đó đánh giá hiệu quả và khả năng áp dụng rộng rãi của công nghệ này.

4.1 Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Để tối ưu hóa hơn nữa công nghệ xử lý nước nhiễm mặn, cần thực hiện các nghiên cứu sâu hơn về tính chất của graphene oxide và cách thức cải thiện màng PTFE. Đồng thời, cần đánh giá hiệu quả của công nghệ này trong các điều kiện thực tế khác nhau, từ đó đưa ra những khuyến nghị phù hợp cho việc ứng dụng rộng rãi. Hơn nữa, việc kết hợp với các công nghệ khác như điện hóa hoặc trao đổi ion có thể mang lại những kết quả tích cực trong việc xử lý nước nhiễm mặn.

Luận văn thạc sĩ: Xử lý nước nhiễm mặn bằng phương pháp chưng cất màng kết hợp graphene oxide và ánh sáng mặt trời