Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở zeolit ứng dụng xử lý một số dun
Luận án: Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở zeolit ứng dụng xử lý một số dung môi hữu cơ dễ bay hơi luận án ts khoa học vật chất 624401. Xem tóm tắ
Năm xuất bản
Số trang
139
Thời gian đọc
21 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- 1. Vật liệu compozit zeolit: Tổng quan và ứng dụng xử lý VOCs
- Số trang:
- 139 trang
- Trường:
- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
- Chuyên ngành:
- Hóa Môi trường
- Tác giả:
- Nguyễn Thị Hương
- Năm:
- 2018
Tóm tắt nội dung luận án
I. Vật liệu compozit zeolit Tổng quan và ứng dụng xử lý VOCs
Ô nhiễm không khí do dung môi hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) là vấn đề môi trường cấp bách. Các VOCs như benzen và butyl axetat có độc tính cao, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường. Chúng phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau, từ công nghiệp đến sinh hoạt. Cần có những giải pháp hiệu quả để kiểm soát và xử lý loại chất này.
Nhiều phương pháp xử lý VOCs đã được áp dụng, bao gồm phân hủy hóa học, sinh học, cũng như các phương pháp thu hồi như ngưng tụ, hấp thụ, hấp phụ và phân tách qua màng. Trong số đó, hấp phụ được đánh giá cao về hiệu quả, đặc biệt với nồng độ VOCs thấp. Phương pháp này còn cho phép tái sử dụng dung môi hoặc vật liệu hấp phụ.
Vật liệu compozit zeolit thể hiện tiềm năng vượt trội trong lĩnh vực này. Zeolit, với cấu trúc mao quản đặc trưng và diện tích bề mặt lớn, có khả năng hấp phụ chọn lọc mạnh mẽ. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong hấp phụ, xúc tác và trao đổi ion. Tuy nhiên, zeolit nguyên chất thường có tính ưa nước cao, điều này hạn hưởng khả năng hấp phụ các hợp chất hữu cơ trong môi trường ẩm. Do đó, chế tạo vật liệu nano compozit trên cơ sở zeolit bằng cách kết hợp với các vật liệu khác là hướng đi chiến lược. Việc này nhằm khắc phục nhược điểm, tăng cường tính kị nước và ưa hữu cơ của vật liệu, từ đó cải thiện đáng kể hiệu suất xử lý VOCs trong không khí.
1.1. Hiện trạng ô nhiễm VOCs và độc tính
Ô nhiễm không khí do VOCs là vấn đề cấp bách. Dung môi hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) gây hại sức khỏe con người. VOCs phát sinh từ nhiều nguồn: công nghiệp, giao thông, sinh hoạt. Benzen và butyl axetat là các VOCs điển hình. Chúng có độc tính cao, ảnh hưởng hệ thần kinh, hô hấp. Cần các giải pháp hiệu quả để xử lý loại chất này.
1.2. Các phương pháp xử lý VOCs hiện hành
Nhiều phương pháp được áp dụng để loại bỏ VOCs. Phương pháp phân hủy hóa học, sinh học được sử dụng. Phương pháp thu hồi bao gồm ngưng tụ, hấp phụ, hấp thụ. Phân tách qua màng cũng là một lựa chọn. Hấp phụ được xem là hiệu quả cho nồng độ thấp. Nó cho phép tái sử dụng dung môi hoặc vật liệu.
1.3. Vai trò của vật liệu hấp phụ zeolit
Vật liệu compozit zeolit thể hiện tiềm năng lớn. Zeolit tự nhiên và zeolit tổng hợp có cấu trúc mao quản đặc trưng. Chúng có diện tích bề mặt lớn, khả năng hấp phụ chọn lọc. Ứng dụng của zeolit rộng rãi trong hấp phụ, xúc tác, trao đổi ion. Tuy nhiên, zeolit nguyên chất có thể có tính ưa nước cao. Điều này hạn chế hiệu quả hấp phụ hợp chất hữu cơ. Chế tạo vật liệu nano compozit từ zeolit giúp khắc phục nhược điểm. Sự kết hợp với các vật liệu khác tăng tính kị nước, ưa hữu cơ. Mục tiêu là cải thiện hiệu suất xử lý VOCs.
II. Quy trình tổng hợp vật liệu compozit zeolit đa dạng
Quá trình tổng hợp vật liệu compozit zeolit đòi hỏi sự chuẩn bị kỹ lưỡng về nguyên vật liệu và thiết bị. Các hóa chất tiền chất như zeolit, các hợp chất silic và photphat hữu cơ được lựa chọn với độ tinh khiết cao. Các thiết bị phòng thí nghiệm tiêu chuẩn như máy khuấy, lò nung, hệ thống lọc và các dụng cụ thủy tinh chuyên dụng được đảm bảo sẵn sàng. Việc kiểm soát chặt chẽ các điều kiện môi trường trong quá trình tổng hợp là yếu tố then chốt để đảm bảo chất lượng và tính đồng nhất của vật liệu.
Quy trình tổng hợp compozit zeolit-silicagel được thực hiện với việc khảo sát các yếu tố ảnh hưởng. Tỷ lệ giữa zeolit và silicagel là một trong những thông số quan trọng nhất. Tỷ lệ này không chỉ ảnh hưởng đến cấu trúc vật liệu mà còn tác động trực tiếp đến tính chất hóa lý vật liệu của compozit cuối cùng. Bên cạnh đó, thời gian phản ứng cũng được tối ưu hóa để đạt được vật liệu với cấu trúc mong muốn và hiệu suất hấp phụ cao. Quá trình tổng hợp thường bao gồm các bước trộn đều, làm khô và nhiệt luyện ở điều kiện kiểm soát nghiêm ngặt.
Nghiên cứu cũng tập trung vào việc tổng hợp các loại compozit khác như zeolit-silica và zeolit-photphat hữu cơ. Chế tạo vật liệu nano compozit zeolit-silica được thực hiện từ các tiền chất cơ silic như polymethylhydrosiloxan (PMHS) và tetraetylortosilicat (TEOS). Tỷ lệ giữa PMHS và TEOS, cùng với hàm lượng zeolit, đều có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất hóa lý vật liệu của compozit. Việc đa dạng hóa các thành phần nền giúp khám phá và phát triển các loại vật liệu hấp phụ với tính chất vượt trội, mở rộng khả năng ứng dụng trong xử lý môi trường.
2.1. Nguyên vật liệu và thiết bị chế tạo
Quá trình tổng hợp đòi hỏi nguyên vật liệu hóa chất tinh khiết. Các tiền chất silic, zeolit, photphat hữu cơ được chuẩn bị. Thiết bị phòng thí nghiệm tiêu chuẩn được sử dụng. Máy khuấy, lò nung, hệ thống lọc là cần thiết. Các dụng cụ thủy tinh chuyên dụng được đảm bảo. Đảm bảo điều kiện môi trường tổng hợp ổn định.
2.2. Tổng hợp compozit zeolit silicagel
Quy trình tổng hợp compozit zeolit-silicagel được thực hiện. Tỉ lệ zeolit:silicagel là yếu tố quan trọng. Ảnh hưởng của tỉ lệ này đến tính chất vật liệu được khảo sát. Thời gian phản ứng cũng được tối ưu hóa. Mục tiêu là tạo ra vật liệu compozit zeolit với cấu trúc tối ưu. Quá trình tổng hợp thường bao gồm trộn, làm khô, nhiệt luyện. Kiểm soát các điều kiện này để đạt được vật liệu mong muốn.
2.3. Tổng hợp compozit zeolit silica và photphat hữu cơ
Ngoài silicagel, silica và photphat hữu cơ cũng được sử dụng. Chế tạo vật liệu nano compozit zeolit-silica từ tiền chất cơ silic. Tỉ lệ polymethylhydrosiloxan (PMHS) và tetraetylortosilicat (TEOS) ảnh hưởng. Ảnh hưởng của hàm lượng zeolit tới tính chất compozit zeolit-silica được nghiên cứu. Tổng hợp compozit zeolit-photphat hữu cơ cũng được tiến hành. Mỗi loại compozit mang lại tính chất hóa lý vật liệu khác biệt. Sự đa dạng trong tổng hợp mở rộng khả năng ứng dụng.
III. Đánh giá cấu trúc tính chất hóa lý vật liệu compozit
Phân tích cấu trúc bề mặt của vật liệu compozit zeolit là bước thiết yếu. Hiển vi điện tử quét (SEM) cung cấp hình ảnh chi tiết về hình thái và sự phân bố các pha trên bề mặt vật liệu. Thành phần hóa học tại các điểm khác nhau được xác định bằng phân tích EDX. Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) mang lại độ phân giải cao hơn, cho phép quan sát cấu trúc vật liệu ở cấp độ nano. Những phương pháp này giúp hiểu rõ mối quan hệ giữa cấu trúc và hiệu suất của vật liệu hấp phụ.
Các phương pháp phân tích bổ sung được sử dụng để xác định diện tích bề mặt và các tính chất hóa lý khác. Phổ hồng ngoại (FT-IR) giúp xác định các nhóm chức hóa học hiện diện. Nhiễu xạ tia X (X-Ray) phân tích cấu trúc tinh thể và độ tinh khiết của các thành phần. Diện tích bề mặt riêng, thể tích mao quản và kích thước lỗ rỗng được đo bằng phương pháp BET. Phân tích nhiệt (TG/DTA) đánh giá độ bền nhiệt và các quá trình chuyển pha của vật liệu. Những thông số này là đặc trưng quan trọng của tính chất hóa lý vật liệu, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hấp phụ.
Đánh giá tính kị nước và ưa hữu cơ của vật liệu là yếu tố then chốt cho ứng dụng xử lý VOCs. Phương pháp khối lượng được sử dụng để định lượng các tính chất này. Vật liệu hấp phụ lý tưởng phải có tính ưa hữu cơ cao để hấp phụ hiệu quả các dung môi hữu cơ. Đồng thời, tính kị nước giúp giảm thiểu sự hấp phụ hơi nước, duy trì hiệu suất trong môi trường ẩm. Việc chế tạo vật liệu nano compozit với sự cân bằng giữa các tính chất này là mục tiêu chính, đảm bảo vật liệu compozit zeolit có thể hoạt động tối ưu trong các điều kiện thực tế.
3.1. Phương pháp phân tích cấu trúc bề mặt
Phân tích cấu trúc bề mặt vật liệu là rất quan trọng. Hiển vi điện tử quét (SEM) cung cấp hình ảnh cấu trúc. Thành phần hóa học bề mặt được xác định bằng EDX. Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) cho độ phân giải cao. Những phương pháp này giúp hiểu rõ cấu trúc vật liệu. Sự phân bố các pha và hình thái bề mặt được quan sát. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hấp phụ.
3.2. Xác định diện tích bề mặt và tính chất nhiệt
Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR) xác định các nhóm chức. Nhiễu xạ tia X (X-Ray) phân tích cấu trúc tinh thể. Diện tích bề mặt riêng được đo bằng phương pháp BET. Thể tích mao quản và kích thước lỗ rỗng cũng được tính. Phân tích nhiệt (TG/DTA) đánh giá độ bền nhiệt của vật liệu. Những thông số này đặc trưng cho tính chất hóa lý vật liệu. Chúng là yếu tố quyết định khả năng hấp phụ.
3.3. Đánh giá tính kị nước và ưa hữu cơ
Khả năng kị nước và ưa hữu cơ là then chốt. Đánh giá được thực hiện bằng phương pháp khối lượng. Vật liệu cần có tính ưa hữu cơ cao để hấp phụ VOCs. Đồng thời, tính kị nước giúp tránh hấp phụ hơi nước. Kiểm soát các tính chất này là mục tiêu của chế tạo vật liệu nano. Vật liệu hấp phụ lý tưởng cần cân bằng các yếu tố. Việc này đảm bảo hiệu suất xử lý VOCs trong môi trường ẩm.
IV. Khả năng hấp phụ VOCs của compozit zeolit hiệu quả
Để đánh giá hiệu quả của vật liệu compozit zeolit, hệ thống hấp phụ hơi VOCs phòng thí nghiệm được chuẩn bị kỹ lưỡng. Các cột hấp phụ được nạp vật liệu, sau đó được lắp đặt vào thiết bị thí nghiệm. Điều kiện vận hành thiết bị, bao gồm nhiệt độ, lưu lượng khí, và nồng độ VOCs đầu vào, được khảo sát và tối ưu hóa để đảm bảo kết quả chính xác và đáng tin cậy. Hàm lượng hơi benzen và butyl axetat được xác định bằng các phương pháp phân tích chuẩn, đảm bảo tính lặp lại và chính xác của dữ liệu thí nghiệm.
Nghiên cứu quá trình hấp phụ benzen trên vật liệu compozit zeolit được tiến hành một cách chi tiết. Các yếu tố như nồng độ benzen ban đầu, thời gian tiếp xúc tầng rỗng và nhiệt độ môi trường đều được khảo sát ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ. Kết quả cho thấy cấu trúc vật liệu và tính chất cơ học compozit đóng vai trò quan trọng trong khả năng giữ benzen. Mục tiêu là xác định các điều kiện tối ưu để vật liệu hấp phụ đạt hiệu suất cao nhất trong việc loại bỏ benzen từ không khí.
Tương tự, quá trình hấp phụ hơi butyl axetat cũng được nghiên cứu kỹ lưỡng. Ảnh hưởng của nồng độ đầu, thời gian tiếp xúc và nhiệt độ được đánh giá để hiểu rõ cơ chế hấp phụ của vật liệu hấp phụ đối với hợp chất này. So sánh hiệu suất giữa benzen và butyl axetat cho thấy sự đa dạng trong khả năng hấp phụ của vật liệu compozit zeolit. Kết quả này không chỉ chứng minh tiềm năng ứng dụng rộng rãi của vật liệu trong xử lý các dung môi hữu cơ dễ bay hơi khác nhau mà còn mở ra hướng phát triển các loại vật liệu xúc tác có khả năng xử lý đồng thời nhiều loại ô nhiễm.
4.1. Chuẩn bị hệ thống hấp phụ hơi VOCs
Cột hấp phụ được chuẩn bị kỹ lưỡng cho thí nghiệm. Thiết bị hấp phụ hơi VOCs phòng thí nghiệm được lắp đặt. Điều kiện vận hành thiết bị được khảo sát và tối ưu. Kiểm soát nhiệt độ, lưu lượng khí, nồng độ đầu là cần thiết. Hàm lượng hơi benzen và butyl axetat được xác định. Phương pháp phân tích chuẩn được áp dụng để đo lường. Đảm bảo tính chính xác và lặp lại của kết quả thí nghiệm.
4.2. Khảo sát hấp phụ benzen trên compozit
Nghiên cứu quá trình hấp phụ benzen được tiến hành. Ảnh hưởng của nồng độ benzen ban đầu được khảo sát. Thời gian tiếp xúc tầng rỗng là một yếu tố quan trọng. Nhiệt độ môi trường ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ. Tính chất cơ học compozit và bề mặt cũng tác động. Mục tiêu là xác định điều kiện hấp phụ tối ưu. Đánh giá khả năng của vật liệu hấp phụ đối với benzen.
4.3. Khảo sát hấp phụ butyl axetat trên compozit
Quá trình hấp phụ hơi butyl axetat cũng được nghiên cứu. Tương tự benzen, ảnh hưởng nồng độ đầu được đánh giá. Thời gian tiếp xúc và nhiệt độ cũng được thay đổi. So sánh hiệu suất hấp phụ giữa benzen và butyl axetat. Vật liệu compozit zeolit cho thấy khả năng hấp phụ đa dạng. Kết quả này chứng minh tiềm năng ứng dụng rộng rãi. Đặc biệt trong xử lý các dung môi hữu cơ dễ bay hơi khác.
V. Nghiên cứu chi tiết compozit zeolit silicagel và silica
Nghiên cứu tập trung vào ảnh hưởng của tỷ lệ zeolit:silicagel trong vật liệu compozit zeolit-silicagel. Sự thay đổi tỷ lệ này có tác động đáng kể đến cấu trúc vật liệu, bao gồm diện tích bề mặt riêng và kích thước lỗ rỗng. Những thay đổi này trực tiếp ảnh hưởng đến tính chất hóa lý vật liệu và khả năng hấp phụ VOCs. Mục tiêu là tìm ra tỷ lệ tối ưu giúp tăng cường hiệu quả hấp phụ, cung cấp cơ sở quan trọng cho việc chế tạo vật liệu nano compozit với hiệu suất cao nhất làm vật liệu hấp phụ.
Thời gian phản ứng là yếu tố then chốt trong quy trình tổng hợp compozit. Thời gian phản ứng quá ngắn có thể dẫn đến việc tổng hợp không hoàn chỉnh, trong khi thời gian quá dài có thể gây ra sự biến đổi cấu trúc không mong muốn hoặc suy giảm tính chất cơ học compozit. Nghiên cứu đã xác định thời gian phản ứng tối ưu, đảm bảo rằng vật liệu được hình thành với cấu trúc ổn định, diện tích bề mặt lớn và độ bền cơ học cần thiết, từ đó tối đa hóa hiệu quả hấp phụ và khả năng tái sử dụng của vật liệu.
Ảnh hưởng của hàm lượng zeolit trong compozit zeolit-silica cũng được khảo sát kỹ lưỡng. Hàm lượng zeolit cao có thể tăng cường khả năng trao đổi ion và cải thiện đặc tính hấp phụ. Tuy nhiên, nó cũng có thể ảnh hưởng đến tính chất cơ học compozit và quá trình tổng hợp. Nghiên cứu này giúp tìm ra sự cân bằng lý tưởng giữa hàm lượng zeolit và các thành phần khác, nhằm đạt được hiệu suất hấp phụ tối đa đồng thời duy trì độ bền và ổn định của vật liệu. Những kết quả này là nền tảng cho việc phát triển các vật liệu xúc tác và hấp phụ tiên tiến.
5.1. Ảnh hưởng tỉ lệ thành phần đến compozit zeolit silicagel
Nghiên cứu tập trung vào tỉ lệ zeolit:silicagel. Sự thay đổi tỉ lệ này tác động đáng kể đến cấu trúc vật liệu. Nó ảnh hưởng đến diện tích bề mặt, kích thước lỗ rỗng. Tính chất hóa lý vật liệu cũng thay đổi theo tỉ lệ. Tỉ lệ tối ưu giúp tăng cường khả năng hấp phụ VOCs. Kết quả cung cấp thông tin cho việc chế tạo vật liệu nano hiệu quả. Việc này đảm bảo hiệu suất cao nhất của vật liệu hấp phụ.
5.2. Tối ưu hóa thời gian phản ứng tổng hợp
Thời gian phản ứng là yếu tố then chốt trong quy trình tổng hợp compozit. Thời gian phản ứng quá ngắn có thể không hoàn thành tổng hợp. Thời gian quá dài có thể dẫn đến sự thay đổi cấu trúc không mong muốn. Nghiên cứu xác định thời gian phản ứng tối ưu. Mục đích là đạt được vật liệu có tính chất cơ học compozit tốt nhất. Cũng như tối đa hóa diện tích bề mặt và độ bền. Quá trình này cần sự kiểm soát chặt chẽ.
5.3. Ảnh hưởng hàm lượng zeolit đến compozit zeolit silica
Hàm lượng zeolit trong compozit zeolit-silica rất quan trọng. Hàm lượng zeolit cao có thể tăng cường khả năng trao đổi ion. Tuy nhiên, nó cũng có thể ảnh hưởng đến tính chất cơ học compozit. Khảo sát này giúp tìm ra sự cân bằng lý tưởng. Mục tiêu là đạt được hiệu suất hấp phụ tối đa. Đồng thời duy trì độ bền và khả năng tái sử dụng. Nghiên cứu này là cơ sở cho việc phát triển các vật liệu xúc tác mới.
VI. Kết luận về chế tạo ứng dụng vật liệu compozit zeolit
Nghiên cứu đã đạt được thành công trong chế tạo vật liệu nano compozit trên cơ sở zeolit. Các loại compozit như zeolit-silicagel, zeolit-silica và zeolit-photphat hữu cơ đã được tổng hợp một cách có hệ thống. Quy trình tổng hợp compozit đã được tối ưu hóa để đạt được các cấu trúc vật liệu và tính chất hóa lý vật liệu mong muốn. Việc đặc trưng hóa vật liệu bằng nhiều phương pháp phân tích tiên tiến đã cung cấp cái nhìn toàn diện về đặc điểm của chúng, mở ra triển vọng lớn cho ứng dụng thực tiễn, đặc biệt trong lĩnh vực bảo vệ môi trường.
Vật liệu compozit zeolit được tổng hợp đã thể hiện hiệu suất hấp phụ cao đối với các dung môi hữu cơ dễ bay hơi. Khả năng xử lý benzen và butyl axetat trong không khí đã được chứng minh thông qua các thí nghiệm chi tiết. Các yếu tố như nồng độ chất ô nhiễm, thời gian tiếp xúc và nhiệt độ môi trường đã được làm rõ ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ. Vật liệu cho thấy tính ưa hữu cơ và kị nước tốt, đây là yếu tố then chốt giúp chúng duy trì hiệu suất cao ngay cả trong môi trường có độ ẩm nhất định. Kết quả này khẳng định tiềm năng của loại vật liệu hấp phụ mới này trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm không khí.
Để phát triển hơn nữa, cần tiếp tục nghiên cứu nhằm tối ưu hóa các đặc tính của vật liệu. Việc mở rộng ứng dụng sang các loại VOCs khác và khảo sát khả năng tái sinh, tái sử dụng của vật liệu là những hướng đi quan trọng. Tiềm năng phát triển các vật liệu xúc tác dựa trên compozit zeolit cũng rất lớn. Ứng dụng trong các hệ thống xử lý khí thải công nghiệp và phát triển quy mô lớn cho chế tạo vật liệu nano sẽ góp phần đáng kể vào sự phát triển bền vững và bảo vệ môi trường, mang lại lợi ích thiết thực cho xã hội.
6.1. Thành công trong tổng hợp vật liệu compozit
Nghiên cứu đã thành công trong chế tạo vật liệu nano compozit trên cơ sở zeolit. Các loại compozit zeolit-silicagel, zeolit-silica, zeolit-photphat hữu cơ được tổng hợp. Quy trình tổng hợp compozit đã được tối ưu hóa. Vật liệu được đặc trưng bằng nhiều phương pháp phân tích tiên tiến. Cấu trúc vật liệu và tính chất hóa lý vật liệu được xác định rõ. Điều này mở ra triển vọng lớn cho ứng dụng thực tiễn. Đặc biệt là trong lĩnh vực môi trường.
6.2. Hiệu quả xử lý VOCs của vật liệu
Vật liệu compozit zeolit thể hiện hiệu suất hấp phụ cao. Khả năng xử lý benzen và butyl axetat trong không khí được chứng minh. Ảnh hưởng của nồng độ, thời gian tiếp xúc, nhiệt độ được làm rõ. Vật liệu có tính ưa hữu cơ và kị nước tốt. Đây là yếu tố then chốt cho hiệu quả xử lý VOCs. Kết quả khẳng định tiềm năng của vật liệu hấp phụ mới. Chúng có thể là giải pháp cho vấn đề ô nhiễm không khí.
6.3. Hướng nghiên cứu và ứng dụng tiềm năng
Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa vật liệu. Mở rộng ứng dụng sang các loại VOCs khác. Khảo sát khả năng tái sinh và tái sử dụng vật liệu. Tiềm năng phát triển vật liệu xúc tác dựa trên compozit zeolit. Ứng dụng trong các hệ thống xử lý khí thải công nghiệp. Phát triển quy mô lớn cho chế tạo vật liệu nano. Góp phần vào sự phát triển bền vững và bảo vệ môi trường.
Mục lục chi tiết luận án
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (139 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Hương NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ ZEOLIT ỨNG DỤNG XỬ LÝ MỘT SỐ DUNG MÔI HỮU CƠ DỄ BAY HƠI LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội - 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Hương NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ ZEOLIT ỨNG DỤNG XỬ LÝ MỘT SỐ DUNG MÔI HỮU CƠ DỄ BAY HƠI Chuyên ngành: Hóa môi trường Mã số: 62440120 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Trần Hồng Côn Hà Nội - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Hương LỜI CẢM ƠN Luận án này được thực hiện và hoàn thành tại Phòng thí nghiệm Hóa môi trường, Khoa Hóa học, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội và Viện Hóa học - Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự, Bộ Quốc phòng.
Xin bày tỏ lòng kính trọng, sự biết ơn sâu sắc đến PGS. Lê Thanh Sơn, PGS. Trần Hồng Côn, những người Thầy giáo đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ tôi không những về mặt chuyên môn mà còn về cuộc sống tinh thần trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận án. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô, các anh, chị tại Phòng Thí nghiệm Hóa Môi trường, Khoa Hóa học - nơi tôi tham gia học tập và thực hiện luận án.
Và tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các đồng chí, đồng nghiệp tại Phòng Hóa Hữu cơ và các đồng chí tại các phòng, ban của Viện Hóa học - Vật liệu, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự đã luôn tạo điều kiện tốt nhất về vật chất và tinh thần và luôn động viên khi tôi gặp khó khăn trong suốt thời gian tôi tham gia học tập và thực hiện luận án. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân, bạn bè đã cổ vũ và động viên tôi hoàn thành bản luận án này. Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Hương MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC. 1 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT.
4 DANH MỤC BẢNG BIỂU……………………………………………………….5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ…………………………………………. Hiện trạng ô nhiễm và độc tính của VOCs trong không khí. Nguồn phát sinh, quá trình tồn lưu và vận chuyển VOCs trong không khí. Độc tính của benzen và butyl axetat đối với cơ thể người.
Các phương pháp xử lý VOCs trong không khí. Xử lý VOCs bằng phương pháp phân hủy……………………………. Xử lý VOCs bằng phương pháp thu hồi (ngưng tụ, hấp phụ, hấp thụ, phân tách qua màng). Tổng quan về vật liệu hấp phụ ứng dụng trong xử lý VOCs.
Vật liệu zeolit ứng dụng trong xử lý VOCs trong không khí. Vật liệu compozit zeolit ứng dụng trong xử lý VOCs trong không khí. Phương pháp tổng hợp vật liệu compozit zeolit. Nguyên vật liệu, hóa chất.
Dụng cụ, thiết bị sử dụng chế tạo vật liệu. Thiết bị phân tích. Thiết bị hấp phụ hơi VOCs phòng thí nghiệm. Tổng hợp vật liệu.
Error! Bookmark not defined. Tổng hợp vật liệu compozit zeolit……………………………………. Vật liệu compozit zeolit - silicagel. Vật liệu compozit zeolit - silica.
Vật liệu compozit zeolit - photphat hữu cơ. Các phương pháp đánh giá tính chất đặc trưng của vật liệu. Phương pháp hiển vi điện tử quét-thành phần hoá học bề mặt (SEM- EDX) và kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM). Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR).
Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-Ray). Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng (BET). Phương pháp phân tích nhiệt (TG/DTA). Phương pháp khối lượng đánh giá tính ưa hữu cơ của vật liệu.
Nghiên cứu quá trình hấp phụ benzen, butyl axetat trong không khí của vật liệu compozit zeolit. Chuẩn bị cột hấp phụ. Khảo sát điều kiện vận hành thiết bị. Khảo sát hấp phụ hơi VOCs của các loại vật liệu.
Phương pháp xác định hàm lượng hơi benzen và butyl axetat. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Tổng hợp vật liệu compozit zeolit. Vật liệu compozit zeolit - silicagel.
Ảnh hưởng của tỷ lệ zeolit:silicage tới tính chất của compozit zeolit- silicagell. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng tới tính chất của compozit zeolit- silicagel…………………………………………………………………. Vật liệu compozit zeolit - silica. Nghiên cứu vật liệu từ tiền chất cơ silic.
Ảnh hưởng của tỉ lệ PMHS:TEOS tới tính chất của compozit zeolit. Ảnh hưởng của hàm lượng zeolit tới tính chất compozit zeolit-silica. Vật liệu compozit zeolit - photphat hữu cơ. Đánh giá khả năng kị nước, ưa hữu cơ của vật liệu compozit zeolit….
Hấp phụ hơi benzen và butyl axetat trong không khí của vật liệu compozit zeolit. Xác định điều kiện tạo hơi benzen và butyl axetat. Hấp phụ hơi benzen trên vật liệu compozit zeolit. Ảnh hưởng của nồng độ đầu.
Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc tầng rỗng. Ảnh hưởng của nhiệt độ…………………………………………. Hấp phụ hơi butyl axetat trên vật liệu compozit zeolit. Ảnh hưởng của nồng độ đầu.
Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc tầng rỗng. Ảnh hưởng của nhiệt độ ………………………………………. Hấp phụ benzen trong không khí bằng phương pháp hấp phụ tĩnh….117 KẾT LUẬN ………………………………………………………………………121 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA CÁC TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN………………………………………………………………….123 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 124 3 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Y Zeolit HY M Zeolit mordenit SG Silica gel CP-TMS 3-cloropropyl ethoxysilan TEOS Tetra etylorthosilicat PMHS Poly metyl hydrosiloxan TCP Tricresyl photphat TBP Tributyl phophat PH Photphat hữu cơ PDMS Polydimetylsiloxan CY Compozit zeolit HY CM Compozit zeolit MOR KK Không khí TSP Tổng bụi lơ lửng VKTBKT Vũ khí trang bị kỹ thuật VOCs Các chất hữu cơ dễ bay hơi IR Phổ hồng ngoại X-ray Nhiễu xạ tia X SEM-EDX Kính hiển vi điện tử quét - phổ tán xạ năng lượng tia X L/ph lít/phút Co-Benzen Nồng độ đầu của Benzen, ppmv Co-Butyl axetat Nồng độ đầu của Butyl axetat, ppmv BET Brunauer-Emmet-Teller ppmv Phần triệu theo thể tích (Parts per million by volume) 4 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Nguồn phát thải và thành phần chính của VOCs tại một số nước trên thế giới .2: Thành phần của khí thải phát sinh từ các ngành do tiêu thụ năng lượng.
Nồng độ VOCs trong môi trường KK tại một số xưởng, trạm sửa chữa .4: Tính chất đặc trưng lỗ xốp của một số loại zeolit. Một số loại vật liệu compozit zeolit ứng dụng để xử lý hơi VOCs…….6: Một số loại zeolit và các tác nhân hữu cơ ứng dụng cho chế tạo vật liệu compozit zeolit-hữu cơ. Hàm lượng benzen và diện tích bề mặt pic tương ứng. Hàm lượng butyl axetat và diện tích bề mặt pic tương ứng.
Kí hiệu mẫu vật liệu compozit zeolit - silicagel………………………. Thành phần hoá học bề mặt các mẫu Y; M; SG; CYSG. Kí hiệu mẫu vật liệu compozit zeolit - silica…………………………. Thành phần hoá học bề mặt mẫu CYPT.
Vật liệu compozit zeolit sử dụng trong nghiên cứu hấp phụ benzen và butyl axetat. Nồng độ VOCs trong dung dịch hấp thụ tại các nhiệt độ khác nhau. Hàm lượng VOCs tại 40 0C ở tốc độ dòng khí khác nhau. Ảnh hưởng nồng độ đầu của benzen đến dung lượng hấp phụ của vật liệu zeolit và compozit zeolit .9: Ảnh hưởng của tốc độ dòng khí đến dung lượng hấp phụ benzen của vật liệu zeolit và compozit zeolit.
Ảnh hưởng nồng độ đầu của butyl axetat đến dung lượng hấp phụ của vật liệu compozit zeolit.11: Ảnh hưởng của tốc độ dòng khí đến dung lượng hấp phụ butyl axetat của vật liệu zeolit và compozit zeolit. Diện tích pic benzen tương ứng theo thời gian trong túi 2 (Y)………119 Bảng 3. Diện tích pic benzen tương ứng theo thời gian trong túi 3 (CYPH.120 6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1. Sự phát thải VOCs và xu hướng đến năm 2020 của Châu âu (EMEP- 2005), Mỹ (NEI 2005), Trung Quốc (Klimont -2002).
Tải lượng phát thải VOCs của các khu vực trên thế giới từ năm 1970 - 2012. Sự phân bố và tích tụ của benzen trong cơ thể người………………. Các phương pháp xử lý hơi VOCs……………………………………. Sơ đồ hệ thống xử lý VOCs bằng phương pháp oxi hóa nhiệt……….
Mô hình oxi hóa nhiệt có xúc tác sử dụng trong xử lý VOCs………. Sơ đồ quá trình xử lý VOCs bằng công nghệ màng lọc. Sơ đồ xử lý VOCs sử dụng vật liệu hấp phụ than hoạt tính hoặc zeolit. Mô hình hấp phụ động của phân tử khí trên cột……………………….
Sơ đồ đường cong thoát của quá trình hấp thụ động…………………. Cấu trúc zeolit HY (a) và zeolit MOR (b)……………………………. Mô hình khuếch tán VOCs của một số loại zeolit. Động học hấp phụ của một số loại dung môi hữu cơ trên các zeolit: a.
Mô hình hấp phụ benzen trong đơn vị cấu trúc của zeolit HY………. Sự hình thành màng zeolit trên chất mang vô cơ…………………. Minh họa liên kết của zeolit với đế thủy tinh bằng các chất kết dính hữu cơ và hợp chất silan……………………………………………………………. Sự hình thành compozit zeolit - hữu cơ không tạo liên kết bền với nền.
Thiết bị hấp phụ hơi VOCs trong phòng thí nghiệm. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị hấp phụ hơi VOCs. Sơ đồ tổng hợp vật liệu compozit zeolit - silicagel. Sơ đồ tổng hợp vật liệu compozit zeolit - silica.
Sơ đồ tổng hợp vật liệu compozit zeolit - photphat hữu cơ. Hình ảnh vật liệu và bình chứa dung môi khảo sát…………………. Sự phụ thuộc của hàm lượng benzen và diện tích bề mặt pic……….9: Sự phụ thuộc của hàm lượng butyl axetat và diện tích bề mặt pic. Phổ IR của các mẫu SG; SGCP.
Phổ IR của mẫu CMSG. Ảnh SEM mẫu Y, M; SG; SGCP; CYSG. Giản đồ EDX của các mẫu Y; M; SG; CYSG. Giản đồ XRD của các mẫu Y và CYSG.
Giản đồ XRD của mẫu M và CMSG. Giản đồ hấp phụ - khử hấp phụ nitơ (a, c) và phân bố kích thước mao quản (b, d) của vật liệu CYSG. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu CYSG. Sự hình thành vật liệu compozit zeolit - silica……………………….10: Ảnh SEM và giản đồ EDX của mẫu PT2:1.
Giản đồ hấp phụ - khử hấp phụ nitơ (a) và phân bố kích thước mao quản của mẫu PT2:1 (b)………………………………………………………. Giản đồ XRD của mẫu PT2:1………………………. Phổ IR của mẫu CYPT. Phổ IR của mẫu CMPT.
Ảnh FESEM và giản đồ EDX của mẫu CYPT. Ảnh FESEM và giản đồ EDX của CMPT.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Nguyễn Thị Hương (2018). Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở zeolit ứng d [Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội]. LuanAn.net. https://luanan.net/tai-lieu-khac/che-tao-vat-lieu-compozit-tren-co-so-zeolit-ung-dung-xu-ly-mot-so-dung-moi-huu
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở zeolit ứng d" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án: Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở zeolit ứng dụng xử lý một số dung môi hữu cơ dễ bay hơi luận án ts khoa học vật chất 624401. Xem tóm tắ
Luận án "Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở zeolit ứng d" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Năm bảo vệ: 2018.
Luận án "Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở zeolit ứng d" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở zeolit ứng d" thuộc chuyên ngành Hóa môi trường. Danh mục: Tài liệu khác.
Luận án "Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở zeolit ứng d" có bao nhiêu trang?
Luận án "Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở zeolit ứng d" có 139 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở zeolit ứng d" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.