Luận án tiến sĩ nghiên cứu xử lý 2 4 6 trinitroresorcinol tnr và 2 4 6 trinitrop

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ NGUYỄN CAO TUẤN NGHIÊN CỨU XỬ LÝ 2,4,6-TRINITRORESORCINOL (TNR) VÀ 2,4,6-TRINITROPHENOL (TNP) TRONG NƯỚC THẢI SẢN XUẤT THUỐC GỢI NỔ BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA LẠNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội - Năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ NGUYỄN CAO TUẤN NGHIÊN CỨU XỬ LÝ 2,4,6-TRINITRORESORCINOL (TNR) VÀ 2,4,6-TRINITROPHENOL (TNP) TRONG NƯỚC THẢI SẢN XUẤT THUỐC GỢI NỔ BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA LẠNH Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 9 52 03 20 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. TS Nguyễn Văn Hoàng 2. TS Đặng Kim Chi Hà Nội - Năm 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận án này là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác, các dữ liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ.

Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Tác giả luận án Nguyễn Cao Tuấn ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, NCS xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Văn Hoàng (Viện Công nghệ mới/ Viện KH-CN Quân sự) và GS.TS Đặng Kim Chi (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) đã luôn tận tình chỉ bảo, định hướng nghiên cứu và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án này. NCS xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo Viện KH-CN quân sự đã tận tình, tâm huyết truyền tải cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm chuyên môn quý báu giúp tôi hoàn thành luận án này. NCS xin trân trọng cảm ơn Thủ trưởng Viện Công nghệ mới, Phòng Đào tạo, Phòng Công nghệ môi trường/ Viện Công nghệ mới, Phòng Phân tích/ Viện Hóa học - Vật liệu đã luôn hỗ trợ và tạo rất nhiều điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình nghiên cứu và viết luận án. NCS xin được cảm ơn gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã luôn động viên, cổ vũ và giúp đỡ tận tình để tôi hoàn thành bản luận án này.

iii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC CÁC BẢNG. viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ. 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.

TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHỨA TNR, TNP VÀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHỨA HỢP CHẤT NITROPHENOL. Tính chất lý, hóa và độc tính của TNR và TNP. Đặc điểm nước thải chứa TNR và TNP. Tổng quan một số phương pháp xử lý nước thải có chứa hợp chất phenol, nitrophenol không sử dụng plasma lạnh.

KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ PLASMA VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO PLASMA LẠNH CHO XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG. Khái niệm và phân loại plasma. Phương pháp tạo plasma lạnh cho xử lý môi trường. CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG CỦA PLASMA ĐẾN MÔI TRƯỜNG NƯỚC.

Các va chạm trong plasma. Cơ chế tác động của plasma đến môi trường nước. Một số phương pháp xác định gốc tự do hydroxyl ( OH). HIỆN TRẠNG NGHIÊN CỨU PLASMA LẠNH ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 35 1.

Các mô hình nghiên cứu xử lý nước thải bằng plasma lạnh. Một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước thải của plasma. Các nghiên cứu trong nước. Các nghiên cứu ngoài nước.

42 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM. THIẾT BỊ, HÓA CHẤT. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM.

Khảo sát đặc điểm của plasma lạnh. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy TNR và TNP bằng plasma lạnh. 59 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM, TÍNH CHẤT CỦA PLASMA LẠNH.

Khảo sát sự hình thành plasma lạnh trong không khí từ quá trình phóng điện màn chắn DBD và điện áp tối ưu. Khảo sát nồng độ khí O3 hòa tan tạo thành từ quá trình plasma lạnh. Khảo sát nồng độ H2O2 tạo thành từ quá trình plasma lạnh. Khảo sát cường độ bức xạ tử ngoại UV.

Nghiên cứu xác định tốc độ hình thành gốc hydroxyt ( OH) từ quá trình plasma lạnh. Khảo sát pH của dung dịch trong hệ plasma lạnh. NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN HỦY TNR VÀ TNP TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC BẰNG PLASMA LẠNH. Xây dựng đường chuẩn TNR và TNP trên thiết bị HPLC.

Ảnh hưởng của công suất nguồn phát đến hiệu suất phân hủy TNP và TNR. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến hiệu suất phân hủy TNR và TNP 85 3. Ảnh hưởng của pH ban đầu. Ảnh hưởng của lưu lượng tuần hoàn.

Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực và diện tích tiếp xúc plasma đến khả năng phân hủy TNR và TNP. NGHIÊN CỨU SỰ KHOÁNG HÓA VÀ TỐC ĐỘ QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY TNR, TNP TRONG HỆ PLASMA LẠNH. Nghiên cứu sự khoáng hóa TNR và TNP trong hệ plasma lạnh. Nghiên cứu tốc độ quá trình phân hủy TNR, TNP và TOC.

ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ TÁC NHÂN OXI HÓA ĐẾN HIỆU QUẢ XỬ LÝ TNR VÀ TNP TRONG HỆ PHẢN ỨNG PLASMA LẠNH. THỬ NGHIỆM XỬ LÝ NƯỚC THẢI DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT THUỐC GỢI NỔ CHÌ STYPHNAT VÀ ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH XỬ LÝ. Xác định lượng H2O2 cần thiết để xử lý nước thải dây chuyền sản xuất thuốc gợi nổ chì styphnat. Nghiên cứu thử nghiệm xử lý nước thải dây chuyền sản xuất thuốc gợi nổ chì styphnat trong phòng thí nghiệm.

Đề xuất quy trình và tính toán các hạng mục chủ yếu của hệ thống xử lý nước thải dây chuyền sản xuất chì styphnat. 126 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ. 128 Phụ lục 1: Kết quả xác định LOD, LOQ các phương pháp phân tích.1 Phụ lục 2: Một số kết quả thí nghiệm. Một số hình ảnh thí nghiệm.

7 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Bước sóng C Nồng độ d Khoảng cách điện cực DCĐiện một chiều ETổng mức năng lượng bức xạ tử ngoại HHiệu suất phân hủy ICường độ dòng điện JMật độ dòng điện neMật độ điện tử QLưu lượng tThời gian TeNhiệt độ của electron TgNhiệt độ của khí TiNhiệt độ của ion UHiệu điện thế v Tốc độ phân hủy 2,3-DHB Axit 2,3-dihydroxybenzoic 2,5-DHB Axit 2,5-dihydroxybenzoic AOPs Các quá trình oxi hoá nâng cao (Advance oxidation process) BOD5 Nhu cầu oxi sinh hóa (Biological oxygen demand) BTNMT Bộ Tài nguyên và môi trường COD Nhu cầu oxi hóa học (Chemical oxygen demand) DBD Phóng điện màn chắn (Dielectric barrier discharge) DDNP Diazodinitrophenol DOC Cacbon hữu cơ hòa tan (Dissolved oganic cacbon) EOP Quá trình oxi hoá điện hóa (Electrochemical oxidation process) vii GAD Phóng điện cung trượt (Gliding arc discharges) GC-MS Sắc kí khí khối phổ (Gas chromatography–mass spectrometry) GHCP Giới hạn cho phép HPLC Sắc ký lỏng hiệu năng cao (High performance liquid chromatography) HV Nguồn cao áp (High voltage) NPs Các hợp chất Nitrophenol MNP Mononitrophenol PCB Polyclorbiphenyl POPs Các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân huỷ (Persistent Organic Pollutants) QCCP Quy chuẩn cho phép QCVN Quy chuẩn Việt Nam RF Tần số radio (Radio frequency) CNQP Công nghiệp quốc phòng TOC Tổng các bon hữu cơ (Total oganic cacbon) TNR Axit styphnic (2,4,6- Trinitroresorcinol) TNP Axit picric (2,4,6- Trinitrophenol) UV Tia cực tím (Ultraviolet) VSV Vi sinh vật viii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1: Đặc trưng chất lượng nước thải dây chuyền sản xuất chì styphnat. Phân loại Plasma. Các quá trình oxi hóa nâng cao (AOPs) trong plasma lạnh. Tóm tắt một số ưu điểm và hạn chế của một số phương pháp xử lý nước thải chứa hợp chất nitrophenol.

Thông số kỹ thuật của mô hình plasma lạnh xử lý nước thải. Nhiệt độ của dung dịch nước trong quá trình xử lý plasma lạnh. Tốc độ trung bình tạo thành gốc OH ở các mức điện áp khác nhau trong khoảng t=30 phút. Ảnh hưởng công suất nguồn phát tới hiệu suất (H, %) và tốc độ phân hủy (mg/L.phút) của TNR (C0, TNR = 115,6mg/L, Q=415 mL/phút).

Ảnh hưởng công suất nguồn phát tới hiệu suất (H, %) và tốc độ phân hủy (a, mg/phút) của TNP (C0, TNP = 135,3mg/L, Q=415 mL/phút). Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến hiệu suất (H, %) và tốc độ phân hủy (a, mg/L.ph) của TNR. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến hiệu suất (H, %) và tốc độ phân hủy (a, mg/ph) của TNP. Khả năng xử lý TNR và TNP ở các pH ban đầu khác nhau.

Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực. Điều kiện tối ưu để phân hủy TNR và TNP bằng plasma lạnh. Sự suy giảm nồng độ chất ô nhiễm, COD và TOC theo thời gian. Hằng số tốc độ biểu kiến kbk phản ứng phân hủy TNR và TNP trong hệ plasma lạnh.

Phương trình tốc độ phản ứng giả bậc 1 quá trình phân hủy TNR và TNP. Khả năng phân hủy TNR và TNP trong các hệ phản ứng plasma lạnh khác nhau 102 Bảng 3. Tổng hợp kết quả xác định hằng số tốc độ biểu kiến kbk. So sánh tốc độ hình thành gốc OH khi sung H2O2.

Hằng số tốc độ biểu kiến kbk quá trình xử lý COD khi bổ sung H2O2 ở các nồng độ khác nhau 109 Bảng 3. Kết quả phân tích các chỉ tiêu nước thải dây chuyền sản xuất chì styphnat trước và sau xử lý bằng plamsa lạnh 111 Bảng 3. Tổng hợp các thông số công nghệ cơ bản dây chuyền xử lý nước thải sản xuất chì styphnat 124 x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1. Sơ đồ công nghệ sản xuất thuốc gợi nổ chì styphnat.

Vật chất di chuyển từ thể rắn sang thể lỏng, thể khí và thể Plasma với sự gia tăng năng lượng 18 Hình 1.3: Plasma lạnh trong bảo quản thực phẩm.4: Plasma nhiệt trong gia công nhiệt luyện tôi thấm Nitơ. Cấu hình phong điện màn chắn (DBD) thường gặp [8]. Mô hình phóng điện corona cơ bản. Phóng điện plasma tần số radio (RF).

Sơ đồ nguyên lý của buồng phản ứng plasma vi sóng. Sơ đồ nguyên lý của lò phản ứng plasma cung trượt. Các quá trình xảy ra trong không khí và nước khi plasma xuất hiện. Các mô hình phản ứng plasma lạnh điển hình.

Sơ đồ mô hình thí nghiệm tạo plasma lạnh từ phóng điện màn chắn DBD 49 • Hình 2. Phản ứng của axit salicylic với gốc OH. Sơ đồ nghiên cứu tổng thể của luận án.1: Mật độ tia lửa điện phát ra khi plasma hình thành tại.65 các công suất khác nhau.2: Sự biến đổi nồng độ O3 trong dung dịch theo thời gian. Phổ hấp thụ của dung dịch H2TiO4.

Đường chuẩn xác định hàm lượng H2O2 bằng phương pháp UV-Vis.5: Sự biến đổi nồng độ H2O2 trong dung dịch theo thời gian.6: Cường độ ánh sáng UV tại bước sóng 254nm và 312nm với công suất nguồn phát thay đổi 70 Hình 3. Sắc đồ HPLC 2,3-DHB (a) và 2,5-DHB (b). Đường chuẩn 2,3-dihydroxybenzoic (2,3-DHB). Đường chuẩn 2,5-dihydroxybenzoic (2,5-DHB).

Nồng độ sản phẩm chuyển hóa axit salicylic ở thời điểm 30 phút. Nồng độ sản phẩm phân hủy axit salicylic ở các thời điểm khác nhau. Nồng độ sản phẩm phân hủy axit salicylic ở các chế độ plasma khác nhau 76 Hình 3.