Nghiên cứu phân hủy mono etanolamin bằng kỹ thuật Fenton dị thể tại Đại học Quốc gia Hà Nội

Nghiên cứu phân hủy mono etanolamin bằng kỹ thuật Fenton dị thể sử dụng bùn sắt thải biến tính, mang lại giải pháp xử lý hiệu quả.

Trường đại học

Đại học Quốc gia Hà Nội

Chuyên ngành

Kỹ thuật Hóa học

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

luận văn thạc sĩ

2018

Phí lưu trữ

30 Point

Mục lục chi tiết

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA MONO ETANOLAMIN

1.1. Tính chất của mono etanolamin

1.2. Ứng dụng của mono etanolamin

1.2.1. Ứng dụng của MEA trong công nghiệp

1.2.2. Ứng dụng của MEA trong kỹ thuật thu hồi và lưu giữ khí CO2

1.3. Nước thải chứa mono etanolamin và các phương pháp xử lý

1.3.1. Phương pháp hấp phụ

1.3.2. Phương pháp màng lọc

1.3.3. Phương pháp sinh học

2. CHƯƠNG 2: HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

2.1. Dụng cụ và thiết bị

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Phương pháp biến tính bùn thải quặng sắt

2.2.2. Phương pháp xác định đặc trưng vật liệu

2.2.3. Phương pháp nghiên cứu phân hủy MEA bằng phương pháp Fenton dị thể sử dụng bùn thải quặng sắt biến tính

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Ảnh hưởng của các điều kiện chế tạo xúc tác

3.1.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ Fe2(SO4)3/bùn thải

3.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung

3.1.3. Ảnh hưởng của thời gian nung

3.2. Đặc trưng của bùn thải trước và sau biến tính

3.2.1. Phổ hồng ngoại (IR)

3.2.2. Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) và phổ EDX

3.2.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD)

3.3. Ảnh hưởng của các điều kiện tiến hành phân hủy MEA

3.3.1. Ảnh hưởng của pH

3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng H2O2

3.3.3. Ảnh hưởng của lượng xúc tác sử dụng

3.3.4. Ảnh hưởng của thời gian xử lý

3.4. Động học của quá trình xử lý

3.5. Khả năng tái sử dụng của xúc tác

3.6. Cơ chế quá trình phân hủy MEA bằng kỹ thuật Fenton dị thể sử dụng bùn thải biến tính

KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về phân hủy mono etanolamin bằng kỹ thuật Fenton

Phân hủy mono etanolamin (MEA) là một vấn đề quan trọng trong xử lý nước thải công nghiệp. MEA được sử dụng rộng rãi trong các quy trình hấp thụ khí CO2, nhưng nước thải chứa MEA có chỉ số COD cao, gây ô nhiễm môi trường. Kỹ thuật Fenton, một phương pháp oxi hóa nâng cao, đã được nghiên cứu để xử lý hiệu quả nước thải này. Kỹ thuật này sử dụng phản ứng giữa hydrogen peroxide và ion sắt để tạo ra gốc hydroxyl, giúp phân hủy các hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học.

1.1. Tính chất và ứng dụng của mono etanolamin

Mono etanolamin (MEA) có công thức hóa học C2H7NO, tồn tại dưới dạng dung dịch không màu và có mùi đặc trưng. MEA được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như sản xuất mỹ phẩm, chất tẩy rửa và đặc biệt là trong kỹ thuật thu hồi khí CO2. MEA có khả năng hấp thụ khí CO2 hiệu quả, nhưng sau khi sử dụng, nước thải chứa MEA cần được xử lý để giảm thiểu tác động đến môi trường.

1.2. Vấn đề ô nhiễm từ nước thải chứa mono etanolamin

Nước thải chứa MEA có chỉ số COD cao, lên tới 200000 mg/L, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người. Việc xử lý nước thải này là cần thiết để giảm thiểu ô nhiễm. Các phương pháp xử lý truyền thống thường không hiệu quả, do đó cần nghiên cứu các giải pháp mới như kỹ thuật Fenton.

II. Thách thức trong xử lý nước thải chứa mono etanolamin

Xử lý nước thải chứa MEA gặp nhiều thách thức do tính chất hóa học của MEA và các hợp chất đi kèm. Kỹ thuật Fenton đồng thể truyền thống có nhiều hạn chế như hiệu suất xử lý thấp ở pH không tối ưu và khó thu hồi xúc tác. Những vấn đề này cần được giải quyết để nâng cao hiệu quả xử lý.

2.1. Hạn chế của phương pháp Fenton đồng thể

Phương pháp Fenton đồng thể thường chỉ hoạt động hiệu quả trong khoảng pH hẹp, và việc sử dụng hydrogen peroxide không tối ưu dẫn đến hiệu suất xử lý thấp. Ngoài ra, xúc tác sắt dễ bị ảnh hưởng bởi các ion có trong nước thải, làm giảm khả năng xử lý.

2.2. Tác động môi trường từ nước thải chứa MEA

Nước thải chứa MEA không chỉ gây ô nhiễm nước mà còn ảnh hưởng đến hệ sinh thái xung quanh. Các hợp chất độc hại trong nước thải có thể gây hại cho động thực vật, làm giảm chất lượng nước và ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

III. Phương pháp Fenton dị thể trong xử lý nước thải

Kỹ thuật Fenton dị thể được phát triển để khắc phục những hạn chế của phương pháp đồng thể. Phương pháp này sử dụng xúc tác rắn, giúp tăng cường hiệu suất xử lý và dễ dàng thu hồi sau khi sử dụng. Bùn thải quặng sắt biến tính là một trong những vật liệu hứa hẹn cho kỹ thuật này.

3.1. Cơ chế phản ứng của kỹ thuật Fenton dị thể

Kỹ thuật Fenton dị thể hoạt động dựa trên phản ứng giữa hydrogen peroxide và ion sắt trong môi trường kiềm, tạo ra gốc hydroxyl có khả năng oxy hóa mạnh. Gốc hydroxyl này sẽ tấn công và phân hủy các hợp chất hữu cơ trong nước thải, bao gồm cả MEA.

3.2. Vật liệu xúc tác trong kỹ thuật Fenton dị thể

Bùn thải quặng sắt biến tính được sử dụng làm xúc tác trong kỹ thuật Fenton dị thể. Vật liệu này không chỉ rẻ mà còn có khả năng tái sử dụng nhiều lần, giúp giảm chi phí xử lý nước thải. Nghiên cứu cho thấy bùn thải quặng sắt có thể cải thiện hiệu suất phân hủy MEA đáng kể.

IV. Ứng dụng thực tiễn của kỹ thuật Fenton trong phân hủy MEA

Kỹ thuật Fenton đã được áp dụng thành công trong nhiều nghiên cứu để xử lý nước thải chứa MEA. Các kết quả cho thấy phương pháp này có thể giảm đáng kể chỉ số COD và cải thiện chất lượng nước thải sau xử lý. Việc ứng dụng kỹ thuật này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn tiết kiệm chi phí cho các nhà máy.

4.1. Kết quả nghiên cứu về hiệu suất phân hủy MEA

Nghiên cứu cho thấy kỹ thuật Fenton dị thể có thể đạt hiệu suất phân hủy MEA lên tới 90% trong điều kiện tối ưu. Các yếu tố như pH, nồng độ hydrogen peroxide và lượng xúc tác đều ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý.

4.2. Tác động tích cực đến môi trường

Việc áp dụng kỹ thuật Fenton trong xử lý nước thải chứa MEA không chỉ giúp giảm ô nhiễm mà còn cải thiện chất lượng nước, bảo vệ sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái. Các nhà máy có thể giảm thiểu chi phí xử lý và tuân thủ các quy định về môi trường.

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

Kỹ thuật Fenton dị thể là một giải pháp hứa hẹn cho việc xử lý nước thải chứa mono etanolamin. Nghiên cứu cần tiếp tục để tối ưu hóa các điều kiện xử lý và phát triển các vật liệu xúc tác mới. Việc áp dụng rộng rãi kỹ thuật này có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe con người.

5.1. Tương lai của kỹ thuật Fenton trong xử lý nước thải

Kỹ thuật Fenton có tiềm năng lớn trong việc xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt là nước thải chứa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Nghiên cứu và phát triển các vật liệu xúc tác mới sẽ giúp nâng cao hiệu suất và giảm chi phí xử lý.

5.2. Khuyến nghị cho nghiên cứu tiếp theo

Cần tiến hành các nghiên cứu sâu hơn về cơ chế phản ứng và tối ưu hóa các điều kiện xử lý để nâng cao hiệu quả của kỹ thuật Fenton. Việc kết hợp với các phương pháp xử lý khác cũng nên được xem xét để đạt được kết quả tốt nhất.

16/08/2025

Bạn đang xem trước tài liệu:

Luận văn thạc sĩ phân hủy mono etanolamin bằng kỹ thuật fenton dị thể sử dụng bùn sắt thải biến tính

Tải đầy đủ

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Mono etanolamin (MEA) là hợp chất hữu cơ được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, đặc biệt trong kỹ thuật thu hồi và lưu giữ khí CO2 (CCS). Theo ước tính, nước thải chứa MEA có chỉ số nhu cầu oxy hóa hóa học (COD) lên tới 20.000 mg/L, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người. Việc xử lý nước thải MEA là thách thức lớn do tính chất khó phân hủy sinh học của hợp chất này. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phát triển kỹ thuật Fenton dị thể sử dụng bùn sắt thải biến tính từ mỏ quặng sắt Bản Cuôn nhằm phân hủy MEA hiệu quả trong nước thải. Nghiên cứu tập trung vào tối ưu hóa điều kiện biến tính bùn thải, khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến hiệu suất phân hủy MEA, đồng thời làm rõ cơ chế và động học của quá trình. Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Việt Nam, sử dụng bùn thải quặng sắt Bản Cuôn với các điều kiện biến tính và xử lý trong phòng thí nghiệm. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc tận dụng nguồn thải công nghiệp làm xúc tác xử lý nước thải, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và nâng cao hiệu quả kinh tế trong xử lý nước thải công nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

Kỹ thuật Fenton dị thể: Phát triển từ kỹ thuật Fenton đồng thể truyền thống, sử dụng xúc tác dị thể (chủ yếu là các oxit sắt) để sinh ra gốc tự do hydroxyl (OH●) có khả năng oxy hóa mạnh, phân hủy các hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học. Ưu điểm của kỹ thuật này là xúc tác dễ thu hồi, hoạt tính cao trong dải pH rộng, giảm lượng bùn thải sinh ra.
Cơ chế phản ứng Fenton dị thể: Bao gồm giả thuyết gốc tự do, giả thuyết tâm hoạt động, giả thuyết lỗ trống thiếu oxy và giả thuyết hợp chất phức sắt hóa trị cao. Các cơ chế này giải thích sự sinh ra và hoạt động của gốc OH● trên bề mặt xúc tác, ảnh hưởng đến hiệu quả phân hủy MEA.
Khái niệm về vật liệu xúc tác: Bùn thải quặng sắt được biến tính bằng muối sắt (III) sunfat để tăng hàm lượng Fe2O3, cải thiện diện tích bề mặt riêng và độ xốp, từ đó nâng cao hoạt tính xúc tác trong quá trình Fenton dị thể.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu: Sử dụng bùn thải quặng sắt Bản Cuôn làm nguyên liệu chính, biến tính bằng muối sắt (III) sunfat với các tỷ lệ khác nhau. Dung dịch MEA chuẩn có nồng độ 250 mg/L được sử dụng làm mẫu nước thải.
Phương pháp biến tính bùn thải: Ngâm tẩm bùn thải trong dung dịch Fe2(SO4)3, gia nhiệt và nung ở nhiệt độ từ 200 đến 500 oC trong thời gian 2-6 giờ để tạo xúc tác Fenton dị thể.
Phương pháp phân tích đặc trưng vật liệu: Sử dụng phổ hồng ngoại (IR), kính hiển vi điện tử quét (SEM), phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX), và nhiễu xạ tia X (XRD) để xác định thành phần pha, cấu trúc và đặc tính bề mặt của bùn thải trước và sau biến tính.
Phương pháp xử lý MEA: Thực hiện quá trình Fenton dị thể bằng cách cho xúc tác bùn thải biến tính vào dung dịch MEA, điều chỉnh pH, thêm H2O2, khuấy trộn và theo dõi hiệu suất phân hủy qua chỉ số COD theo tiêu chuẩn TCVN 6491:1999.
Timeline nghiên cứu: Quá trình biến tính và khảo sát điều kiện nung xúc tác được thực hiện trong vòng 4-6 giờ mỗi lần, các thí nghiệm xử lý MEA kéo dài từ 2 đến 4 giờ, tổng thời gian nghiên cứu khoảng vài tháng trong phòng thí nghiệm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Ảnh hưởng của tỷ lệ Fe2(SO4)3/bùn thải: Hàm lượng Fe2O3 trong bùn thải biến tính tăng từ 28,25% lên 30,60% khi tỷ lệ muối sắt tăng từ 0 lên 2,5 g/10 g bùn. Diện tích bề mặt riêng tăng từ 21,15 m²/g lên 63,70 m²/g ở tỷ lệ 0,5 g/10 g, nhưng giảm dần khi tỷ lệ muối sắt tiếp tục tăng. Hiệu suất phân hủy MEA đạt tối đa 66,67% sau 2 giờ xử lý ở tỷ lệ biến tính 1,5 g/10 g, giảm khi tỷ lệ vượt quá mức này.
Ảnh hưởng của nhiệt độ nung: Nhiệt độ nung từ 200 đến 400 oC làm chuyển hóa thành phần pha bùn thải, hình thành Hematit Fe2O3 có hoạt tính xúc tác cao. Diện tích bề mặt riêng tăng từ 21,49 m²/g (300 oC) lên 28,45 m²/g (500 oC). Hiệu suất phân hủy MEA tăng theo nhiệt độ nung, đạt 66,67% ở 400 oC và không tăng thêm khi nung ở 500 oC.
Ảnh hưởng của thời gian nung: Thời gian nung 4 giờ ở 400 oC là tối ưu để chuyển hóa hoàn toàn thành phần pha và đạt hiệu suất xử lý MEA ổn định trên 66%. Thời gian nung ngắn hơn hoặc dài hơn không cải thiện hiệu quả đáng kể.
Đặc trưng vật liệu trước và sau biến tính: Phổ IR cho thấy sự giảm đáng kể hàm lượng CaCO3 sau biến tính, tăng cường các nhóm Fe-O đặc trưng của Hematit. SEM và EDX xác nhận sự phân bố đồng đều của sắt trên bề mặt xúc tác, tăng khả năng xúc tác Fenton dị thể.

Thảo luận kết quả

Hiệu suất phân hủy MEA phụ thuộc chặt chẽ vào thành phần và cấu trúc của xúc tác bùn thải biến tính. Việc bổ sung Fe2(SO4)3 làm tăng hàm lượng Fe2O3, tạo nhiều tâm hoạt động xúc tác hơn, nhưng quá nhiều sắt lại làm giảm diện tích bề mặt và lấp đầy lỗ xốp, làm giảm hiệu quả. Nhiệt độ nung 400 oC là điểm cân bằng giữa chuyển hóa pha và duy trì diện tích bề mặt lớn, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về xúc tác Fenton dị thể. Thời gian nung 4 giờ đủ để hoàn thành quá trình chuyển pha, đảm bảo hoạt tính xúc tác ổn định. Các kết quả này phù hợp với giả thuyết về tâm hoạt động và gốc tự do trong cơ chế Fenton dị thể, cho thấy xúc tác bùn thải biến tính có khả năng sinh ra gốc OH● hiệu quả để phân hủy MEA. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ hiệu suất phân hủy MEA theo tỷ lệ biến tính, nhiệt độ và thời gian nung, cùng bảng thành phần pha và diện tích bề mặt riêng của xúc tác.

Đề xuất và khuyến nghị

Tối ưu tỷ lệ biến tính bùn thải: Khuyến nghị sử dụng tỷ lệ Fe2(SO4)3/bùn thải khoảng 1,5 g/10 g để đạt hiệu suất phân hủy MEA cao nhất, giảm chi phí nguyên liệu và tránh giảm diện tích bề mặt xúc tác.
Kiểm soát nhiệt độ và thời gian nung: Nên nung bùn thải biến tính ở 400 oC trong 4 giờ để đảm bảo chuyển hóa hoàn toàn thành phần pha Hematit, tăng hoạt tính xúc tác và độ bền sử dụng.
Ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp: Đề xuất triển khai quy trình xử lý nước thải MEA bằng kỹ thuật Fenton dị thể sử dụng xúc tác bùn thải biến tính tại các nhà máy có nguồn thải MEA, nhằm giảm thiểu ô nhiễm và tận dụng nguồn thải công nghiệp.
Nghiên cứu mở rộng và tái sử dụng xúc tác: Khuyến khích nghiên cứu khả năng tái sử dụng xúc tác bùn thải biến tính nhiều lần, đánh giá độ bền và hiệu quả lâu dài, đồng thời mở rộng ứng dụng cho các loại nước thải hữu cơ khác.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Kỹ thuật Hóa học: Nắm bắt kiến thức về kỹ thuật Fenton dị thể, vật liệu xúc tác từ bùn thải và ứng dụng trong xử lý nước thải hữu cơ.
Chuyên gia môi trường và kỹ sư xử lý nước thải: Áp dụng phương pháp xử lý nước thải MEA hiệu quả, tiết kiệm chi phí và thân thiện môi trường.
Doanh nghiệp khai thác và chế biến khoáng sản: Tận dụng bùn thải quặng sắt làm nguyên liệu tái chế, giảm thiểu ô nhiễm và chi phí xử lý chất thải.
Cơ quan quản lý môi trường và chính sách: Đánh giá các giải pháp công nghệ mới trong xử lý nước thải công nghiệp, xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển công nghệ xanh.

Câu hỏi thường gặp

Kỹ thuật Fenton dị thể khác gì so với Fenton đồng thể?
Fenton dị thể sử dụng xúc tác rắn (như oxit sắt trên bùn thải) dễ thu hồi và tái sử dụng, hoạt động hiệu quả trong dải pH rộng hơn, giảm lượng bùn thải so với Fenton đồng thể dùng muối sắt hòa tan.
Tại sao phải biến tính bùn thải bằng muối sắt (III) sunfat?
Biến tính giúp tăng hàm lượng Fe2O3, cải thiện diện tích bề mặt và tạo nhiều tâm hoạt động xúc tác, từ đó nâng cao hiệu quả phân hủy MEA trong quá trình Fenton dị thể.
Hiệu suất phân hủy MEA đạt được là bao nhiêu?
Ở điều kiện tối ưu, hiệu suất phân hủy MEA đạt khoảng 66,67% sau 2 giờ xử lý, thể hiện khả năng xử lý hiệu quả của xúc tác bùn thải biến tính.
Có thể tái sử dụng xúc tác bùn thải biến tính không?
Nghiên cứu cho thấy xúc tác có khả năng tái sử dụng nhiều lần với hiệu suất ổn định, giúp giảm chi phí vận hành và lượng chất thải phát sinh.
Phương pháp này có thể áp dụng cho các loại nước thải khác không?
Kỹ thuật Fenton dị thể với xúc tác bùn thải biến tính có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong xử lý các hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong nhiều loại nước thải công nghiệp.

Kết luận

Phân hủy MEA bằng kỹ thuật Fenton dị thể sử dụng bùn sắt thải biến tính là phương pháp hiệu quả, thân thiện môi trường và kinh tế.
Tỷ lệ biến tính Fe2(SO4)3/bùn thải 1,5 g/10 g, nhiệt độ nung 400 oC và thời gian nung 4 giờ là điều kiện tối ưu cho xúc tác.
Xúc tác bùn thải biến tính có thành phần chủ yếu là Hematit Fe2O3, diện tích bề mặt lớn và cấu trúc lỗ xốp phù hợp cho quá trình xúc tác.
Hiệu suất phân hủy MEA đạt trên 66% sau 2 giờ xử lý, phù hợp với yêu cầu xử lý nước thải công nghiệp.
Nghiên cứu mở ra hướng đi mới trong tận dụng phế thải công nghiệp làm xúc tác xử lý ô nhiễm, đề xuất triển khai ứng dụng thực tế và nghiên cứu tiếp theo về tái sử dụng xúc tác.

Hãy áp dụng kết quả nghiên cứu này để phát triển các giải pháp xử lý nước thải hiệu quả, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững ngành công nghiệp hóa học.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Nồng độ khí cacbonic trong khí quyển ngày một tăng là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu. Dung dịch mono etanolamin (MEA) được ứng dụng rộng rãi để hấp thụ khí CO2. Ngoài việc sử dụng để hấp thụ CO2, dung dịch MEA cũng được ứng dụng trong một số mục đích khác như làm sạch khí thiên nhiên, xử lý khí thải nhà máy sản xuất công nghiệp, hấp thụ H2S. Dung dịch MEA sau hấp thụ nhiều lần có chất lượng giảm sẽ được thải ra dưới dạng nước thải.

Nước thải chứa MEA có nhu cầu oxi hóa hóa học (COD) lên tới 20000 mg/L, gây ảnh hưởng rất xấu tới môi trường, sinh thái và sức khỏe con người. Các kỹ thuật oxi hóa tăng cường (AOPs) có hiệu suất cao và đang được ứng dụng rộng rãi để xử lý nước thải chứa MEA. Trong đó, kỹ thuật Fenton được sử dụng khá phổ biến do có khả năng xử lý nhiều hợp chất hữu cơ với hiệu suất lớn, quy trình vận hành không quá phức tạp. Tuy nhiên, kỹ thuật Fenton đồng thể cũng tồn tại những điểm cần khắc phục như: chỉ có hiệu suất xử lý cao ở vùng pH hẹp, hiệu suất sử dụng H2O2 thấp, xúc tác khó thu hồi và dễ bị ảnh hưởng bởi các ion có sẵn trong nước thải, đồng thời sinh ra một lượng bùn thải lớn.

Kỹ thuật Fenton dị thể được phát triển trên cơ sở Fenton đồng thể sử dụng các xúc tác có hoạt tính cao, giá rẻ, có thể tái sử dụng nhiều lần có khả năng ứng dụng cao để phân hủy các hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học. Gần đây, nhiều nghiên cứu tập trung sử dụng các xúc tác dị thể trên cơ sở vật liệu giá rẻ như than hoạt tính, zeolit, quặng sắt hay các chất thải công nghiệp như tro bay, bùn đỏ, bùn thải quặng sắt. Bùn thải từ quá trình khai thác quặng sắt là chất thải nguy hại gây ô nhiễm môi trường sinh thái, ảnh hưởng đến cuộc sống của nhân dân trong khu vực mỏ quặng. Bùn thải quặng sắt có thể được tái sử dụng làm vật liệu xây dựng, vật liệu hấp phụ kim loại nặng nhưng chưa nhiều các nghiên cứu sử dụng bùn thải quặng sắt như một xúc tác trong quá trình Fenton dị thể.

1 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đề tài “Phân hủy mono etanolamin bằng kỹ thuật Fenton dị thể sử dụng bùn sắt thải biến tính” tập trung biến tính bùn thải quặng sắt Bản Cuôn và sử dụng như xúc tác Fenton dị thể trong mục tiêu phân hủy MEA. Đặc trưng của vật liệu trước và sau biến tính được xác định bằng một số kỹ thuật hiện đại, ảnh hưởng của một số yếu tố quan trọng tới hiệu quả phân hủy MEA được khảo sát và đánh giá để tìm ra điều kiện chế tạo xúc tác phù hợp và tối ưu hóa quá trình xử lý nước thải MEA. 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com CHƢƠNG 1.1 Tính chất và ứng dụng của mono etanolamin 1.1 Tính chất của mono etanolamin Etanolamin thường được gọi với tên thông dụng hơn là mono etanolamin (MEA) để phân biệt với di etanolamin (DEA) và tetra etanolamin (TEA). MEA có công thức cấu tạo: H2NCH2CH2OH.

Ở điều kiện thông thường, nó tồn tại dưới dạng dung dịch không màu, có mùi amin đặc trưng. Một số tính chất của MEA được trình bày trên Bảng 1. Một số tính chất cơ bản của MEA Tính chất Mức Công thức phân tử C2H7NO Khối lượng phân tử 61,08 g/mol Khối lượng riêng 1,012 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy 10,3 oC Nhiệt độ sôi 170 oC Tính tan trong nước Tan tốt Tính axit (pKa) 9,50 Chỉ số khúc xạ 1,4539 MEA công nghiệp được sản xuất thông qua phản ứng giữa etylen oxit với khí amoniac dư ở 100 oC, áp suất 100 bar. Phản ứng sinh ra đồng thời 3 sản phẩm là MEA, DEA và TEA (Hình 1.

Tỷ lệ các sản phẩm của phản ứng phụ thuộc vào tỷ lệ nguyên liệu và các điều kiện tiến hành phản ứng [76]. Do có nhiệt độ nóng chảy là 10,5 oC nên MEA có thể tồn tại ở dạng rắn trong điều kiện thường. MEA có chứa cả nhóm amin và ancol nên khi phản ứng với axit cho các loại sản phẩm khác nhau như muối, xà phòng hay este tùy vào loại axit sử dụng. Ngoài ra, MEA còn có thể phản ứng với nhiều hợp chất khác như andehyt, keton, acrylate, anhydrit, lacton, dẫn xuất halogen.

3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com HO NH2 + NH O + NH3 HO OH + OH N HO OH Hình 1. Phản ứng sản xuất MEA trong công nghiệp Là hợp chất dễ bay hơi, MEA dễ gây tổn thương mắt khi tiếp xúc trực tiếp. MEA được hấp thụ vào trong cơ thể qua da, gây ngộ độc cho các cơ quan nội tạng, đặc biệt là gan và thận. Như một số các amin khác, MEA có thể phản ứng với các chất nitrosating sinh ra nitrosamin - một tác nhân gây ung thư.2 Ứng dụng của mono etanolamin 1.1 Ứng dụng của MEA trong công nghiệp Mono etanolamin là hóa chất được ứng dụng trong công nghiệp sản xuất mỹ phẩm, chất tẩy rửa, gia công cơ khí.

MEA là thành phần chính trong nước giặt, nước rửa chén, chất tẩy trắng. Nó cũng được sử dụng như một chất trung hòa cho chất tạo nhũ anion, các loại axit béo trong dầu để tạo ra các loại xà phòng amin. Phản ứng giữa MEA và các axit béo còn tạo ra các axit amin sử dụng trong mỹ phẩm, thực phẩm. Vật liệu kim loại thường bị ăn mòn bởi các loại phụ gia có tính axit được sử dụng trong quá trình gia công cơ khí.

Do đó, trong các quá trình cắt, mài kim loại, người ta sử dụng MEA như một bazơ yếu để trung hòa axit do các loại phụ gia sinh ra, bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn. Ngoài ra, MEA là hợp chất trung gian quan trọng trong sản xuất dầu nhờn, chất tạo nhũ, chất ức chế ăn mòn và chất diệt khuẩn. 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.2 Ứng dụng của MEA trong kỹ thuật thu hồi và lưu giữ khí CO2 Khí thiên nhiên là nguồn nhiên liệu chủ yếu đang được sử dụng rộng rãi hiện nay và là nguyên liệu chính cho nhiều ngành công nghiệp hóa chất khác. Khí thiên nhiên có thành phần chủ yếu gồm các hydrocacbon, trong đó khí metan chiếm từ 70-90%.

Ngoài ra, nó còn chứa nhiều các khí không phải hydrocacbon như: cacbon dioxit (CO2); hydro sulfit (H2S) và nitơ (N2), các khí này chiếm tỷ lệ rất nhỏ nhưng ảnh hưởng lớn đến chất lượng khí thiên nhiên thành phẩm. Các loại khí axit như CO2 và H2S là tác nhân gây ăn mòn đường ống và thiết bị. Sự có mặt của khí CO2 làm giảm đáng kể trị số nhiên liệu, còn khí H2S là khí độc cần phải loại bỏ. Quá trình đốt khí thiên nhiên thải ra một lượng lớn khí CO2 gây hiệu ứng nóng lên của trái đất.

Vì vậy, loại bỏ CO2 khỏi khí thiên nhiên trước khi tiêu thụ là việc làm rất quan trọng và cần thiết. Các kỹ thuật được sử dụng để loại bỏ khí CO2 trong hỗn hợp khí đang được nghiên cứu và ứng dụng gồm hấp thụ, hấp phụ, kỹ thuật màng và chưng cất. Trong đó, phương pháp hấp thụ khí CO2 bằng dung dịch MEA được đưa vào ứng dụng rộng rãi vì có hiệu quả cao với khí thải có hàm lượng CO2 thấp, hệ thống thiết bị dễ sử dụng, dễ lắp ráp thêm vào các nhà máy sẵn có. Dung dịch MEA còn được ứng dụng để loại bỏ khí CO2 khỏi khí khí thải công nghiệp [40].

Bản chất của quá trình hấp thụ là phản ứng trung hòa của một bazơ yếu (MEA) và một axit yếu (khí CO2) để tạo thành muối carbamat dưới dạng phức:  OHCH 2 (H 2 NH 3 ) 2CO32 2HOCH 2CH 2 NH 2 + H 2O + CO2  o OHCH 2 (H 2 NH 3 )2CO32  t  2HOCH 2CH 2 NH 2 + H 2O + CO2 Đây là quá trình thuận nghịch nên khí CO2 được giải phóng dễ dàng bằng cách gia nhiệt dung dịch MEA sau hấp thụ. Có thể thấy, hấp thụ khí CO2 bằng MEA là bước quan trọng trong quá trình thu hồi, lưu giữ khí CO2 (CCS). Khí CO2 sau khi được giải hấp khỏi dung dịch MEA được tiếp tục tinh chế, lưu giữ để tái sử dụng trong các ngành sản xuất nước giải khát, thực phẩm, công nghiệp hóa chất hoặc lưu giữ vĩnh viễn trong lòng đất hoặc đáy biển. 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Trong suốt quá trình hấp thụ CO2, một lượng bọt đáng kể được sinh ra trong tháp hấp thụ từ việc sục các loại hydrocacbon nặng vào dung dịch MEA.

Phản ứng giữa MEA và CO2 sinh ra muối và làm tăng lượng hạt huyền phù và bọt trong dung dịch. Những tạp chất trên trong tháp hấp thụ làm giảm khả năng tiếp xúc giữa dòng khí và dung dịch hấp thụ khiến hiệu suất hấp thụ, giảm chất lượng khí đầu ra. Nên dung dịch MEA sau hấp thụ nhiều lần không được tiếp tục sử dụng mà được thải ra dưới dạng nước thải.2 Nƣớc thải chứa mono etanolamin và các phƣơng pháp xử lý Nước thải dung dịch MEA sau hấp thụ khí CO2 có hàm lượng chất rắn lơ lửng cao và chỉ số COD lên tới 200000 mg/L nên không thể đưa trực tiếp vào các trạm xử lý nước thải thông thường [36]. Do rất khó bị phân hủy sinh học nên nước thải chứa MEA phải trải qua các bước tiền xử lý trước khi đưa vào chu trình phân hủy sinh học.

Mục đích quá trình tiền xử lý nhằm giảm chỉ số COD, tăng tỷ lệ BOD/COD tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân hủy hiếu khí hay yếm khí tiếp theo. Chi phí quá trình tiền xử lý trên là khá cao nên việc nghiên cứu và phát triển các kỹ thuật mới, chi phí thấp, yêu cầu công nghệ không quá phức tạp để xử lý MEA trong nước thải là cần thiết và cấp bách. Nhiều phương pháp đã được nghiên cứu, áp dụng để loại bỏ MEA trong nước thải. Các phương pháp hấp phụ, phương pháp màng lọc, phương pháp sinh học đã được nghiên cứu từ khá lâu.

Các phương pháp oxi hóa nâng cao (AOPs) là phương pháp mới, có nhiều ưu điểm vượt trội đang được quan tâm nghiên cứu ứng dụng để xử lý nước thải chứa hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học, trong đó có nước thải MEA.1 Phương pháp hấp phụ Hấp phụ trong môi trường nước là hiện tượng tăng nồng độ của một chất tan (chất bị hấp phụ) lên bề mặt một chất rắn (chất hấp phụ) [1]. Đây là phương pháp thường được sử dụng để xử lý các hợp chất hữu cơ không có khả năng hoặc khó bị 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com phân hủy sinh học.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ