Luận án tiến sĩ nghiên cứu điều chế tio2 nano từ quặng ilmenit

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VIỆT HÙNG NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ TiO 2 NANO TỪ QUẶNG ILMENIT THEO PHƯƠNG PHÁP AMONI HYDRO SUNFAT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Hà Nội – 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VIỆT HÙNG NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ TiO 2 NANO TỪ QUẶNG ILMENIT THEO PHƯƠNG PHÁP AMONI HYDRO SUNFAT Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số: 62520301 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS LÊ XUÂN THÀNH Hà Nội – 2017 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Phó giáo sư - Tiến sĩ Lê Xuân Thành, người đã luôn tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình nghiên cứu để tôi hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn các giảng viên trong Bộ môn Công nghệ các chất vô cơ – Viện Kỹ thuật Hóa học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ và đóng góp ý kiến quý báu cho tôi trong quá trình thực hiện luận án. Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn Viện Kỹ thuật Hóa học, Viện Đào tạo Sau đại học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã luôn hướng dẫn và quan tâm giúp đỡ về các thủ tục hành chính trong thời gian tôi học tập và nghiên cứu tại trường.

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam nơi tôi đang công tác luôn tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành tốt nhiệm vụ học tập, nghiên cứu và làm việc. Cũng nhân dịp này, tôi xin dành những tình cảm sâu sắc và lòng biết ơn vô hạn tới những người thân yêu trong gia đình: bố mẹ và các anh chị em đã luôn chia sẻ, động viên và hỗ trợ tôi. Cuối cùng, xin được gửi tình cảm đặc biệt tới vợ và hai con thân yêu của tôi, nguồn động lực và sức mạnh tinh thần to lớn nhất giúp tôi vượt qua khó khăn để sớm hoàn thành công trình nghiên cứu của mình. Hà nội, ngày tháng 8 năm 2017 Tác giả Nguyễn Việt Hùng i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận án được trích dẫn từ các bài báo đã được xuất bản của tôi và các đồng tác giả. Các kết quả là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng 8 năm 2017 Giáo viên hướng dẫn Tác giả Nguyễn Việt Hùng ii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN. i LỜI CAM ĐOAN.

ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU. vii DANH MỤC CÁC BẢNG. ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ.

xi MỞ ĐẦU. Giới thiệu chung và ứng dụng titan dioxit TiO2. Giới thiệu chung về titan dioxit TiO2. Một số ứng dụng của nano titan dioxit.

Các phương pháp sản xuất bột màu titan dioxit và điều chế nano TiO2. Phương pháp sản xuất bột màu titan dioxit. Phương pháp điều chế nano titan dioxit. Phương pháp phân tán nano titan dioxit.

Một số dạng dung dịch phân tán. Một số phương pháp phân tán. Phạm vi và tình hình nghiên cứu. Tình hình nghiên cứu, sản xuất, ứng dụng và tiêu thụ titan dioxit TiO2 trong và ngoài nước.

Tình hình nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng titan dioxit trên thế giới. Tình hình nghiên cứu sản xuất và ứng dụng titan dioxit trong nước. Tiềm năng nguồn quặng ilmenit và tình hình khai thác quặng ilmenit ở Việt Nam. Tiềm năng nguồn quặng ilmenit của Việt Nam.

Một số mỏ quặng ilmenit ở Việt Nam. Khu mỏ Cẩm Hòa (Hà Tĩnh). Khu mỏ Kỳ Khang (Hà Tĩnh). Khu mỏ Vĩnh Thái (Quảng Trị).

Khu mỏ Thuận An (Thừa Thiên-Huế). Khu mỏ Đề Gi (Bình Định). Khu mỏ Gò Đình (Bình Thuận). Tình hình khai thác quặng ilmenit ở Việt Nam.

Nhận xét chung:. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM. Đối tượng nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu tính chất vật liệu.

Phương pháp thực nghiệm. Nghiên cứu phân hủy quặng ilmenit bằng NH4HSO4 trong lò nung ống. Nghiên cứu hòa tách (NH4)2TiO(SO4)2 và tinh chế dung dịch chứa titan từ hỗn hợp thu được sau khi phân hủy quặng ilmenit bằng NH4HSO4. Nghiên cứu hòa tách (NH4)2TiO(SO4)2.

Nghiên cứu kết tinh và tách loại tạp chất sắt ra khỏi dung dịch muối titan. Nghiên cứu kết tinh muối kép (NH4)2TiO(SO4)2 từ dung dịch sau tách sắt. Nghiên cứu loại bỏ hợp chất của flo ra khỏi dung dịch sau tách sắt. Nghiên cứu kết tinh muối kép (NH4)2TiO(SO4)2.

Nghiên cứu quá trình nung (NH4)2TiO(SO4)2 để tạo thành nano TiO2. Nghiên cứu điều chế TiO2 nano phân tán trong dung môi gốc nước và ứng dụng trong công nghệ xử lý môi trường. Nghiên cứu biến tính, phân tán nano TiO2 trong dung môi gốc nước. Nghiên cứu ứng dụng nano TiO2 biến tính để xử lý nước thải.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Nghiên cứu công nghệ phân hủy quặng ilmenit bằng amoni hydro sunfat trong thiết bị lò nung ống phòng thí nghiệm. Ảnh hưởng của kích thước hạt quặng đến hiệu suất phân hủy quặng ilmenit. Ảnh hưởng của tỷ lệ phối liệu đến hiệu suất phân hủy quặng.

Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất phân hủy quặng. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phân hủy quặng ilmenit. Ảnh hưởng của chế độ cấp khí đến quá trình phân hủy quặng. Cơ chế phản ứng của quá trình nung phân hủy quặng ilmenit bằng amoni hydro sunfat.

Xác định các thông số công nghệ hợp lý và đề xuất quy trình công nghệ nung phân hủy quặng ilmenit bằng amoni hydro sunfat. Nghiên cứu hòa tách hỗn hợp thu được sau khi phân hủy quặng ilmenit bằng NH4HSO4. Ảnh hưởng của tỷ lệ lỏng/rắn đến hiệu suất thu hồi titan trong quá trình hòa tách. Ảnh hưởng của nhiệt độ pha lỏng đến hiệu suất thu hồi titan trong quá trình hòa tách.

Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thu hồi titan trong quá trình hòa tách. Nghiên cứu tách loại tạp chất sắt ra khỏi dung dịch muối titan. Ảnh hưởng của hệ số cô đặc đến hiệu suất tách loại (NH4)3FeF6. Ảnh hưởng của nồng độ NH4HF2 trong dung dịch đến hiệu suất tách loại (NH4)3FeF6.

Ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch khi kết tinh đến hiệu suất tách loại (NH4)3FeF6. Nghiên cứu kết tinh muối kép titan từ dung dịch sau tách sắt. Nghiên cứu loại bỏ hợp chất chứa flo ra khỏi dung dịch sau tách sắt. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết tinh muối kép (NH4)2TiO(SO4)2.

Ảnh hưởng của hàm lượng TiO2 trong dung dịch đến quá trình kết tinh (NH4)2TiO(SO4)2. Ảnh hưởng của nồng độ của các tác nhân diêm tích đến quá trình kết tinh muối kép (NH4)2TiO(SO4)2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình kết tinh muối kép (NH4)2TiO(SO4)2. Ảnh hưởng của chế độ khuấy trộn đến quá trình kết tinh muối kép (NH4)2TiO(SO4)2.

Ảnh hưởng của thời gian già hóa đến quá trình kết tinh muối kép (NH4)2TiO(SO4)2. Nghiên cứu quá trình nung phân hủy muối kép (NH4)2TiO(SO4)2 thành sản phẩm nano TiO2. Giản đồ TG/DTA. Ảnh hưởng của chế độ nhiệt đến quá trình nung phân hủy muối kép (NH4)2TiO(SO4)2.

Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình nung phân hủy (NH4)2TiO(SO4)2. Nghiên cứu phân tán nano TiO2. Ảnh hưởng của SiO2 đến tính chất bề mặt hạt TiO2. Khả năng phân tán của nano TiO2 biến tính bằng SiO2 trong dung môi gốc nước.

Nghiên cứu thử nghiệm ứng dụng sản phẩm trong xử lý môi trường. Nghiên cứu tác động quang hóa của nano TiO2 biến tính trong hệ phân tán. Lập đường chuẩn của dung dịch xanh metylen (MB). Xác định dung lượng hấp phụ bão hòa của xúc tác nano TiO2 biến tính.

Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/xúc tác. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ xanh methylen. Khảo sát ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng trong phản ứng phân hủy xanh metylen. So sánh hoạt tính quang xúc tác của TiO2 nano biến tính (sản phẩm luận án) với TiO2 thương mại P25 (TiO2-P25) trong phản ứng phân hủy MB.

Đánh giá hoạt tính xúc tác TiO2 nano biến tính trong quá trình xử lý nước thải. Đánh giá hoạt tính xúc tác TiO2 nano biến tính trong xử lý nước thải với hệ thiết bị phản ứng gián đoạn. Đánh giá hoạt tính xúc tác TiO2 nano biến tính trong xử lý nước thải với hệ thiết bị phản ứng liên tục. Đánh giá chung về mặt kĩ thuật của việc sử dụng TiO2 nano biến tính trong xử lý nước thải.

115 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 117 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 129 vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU 1. Các chữ viết tắt DSC : nhiệt lượng kế quét vi sai (differential scanning calorimetry) DTA : phân tích nhiệt vi sai (differential thermal analyis) HĐBM : hoạt động bề mặt kính hiển vi điện tử truyền qua phân hủy cao (high resolution HR-TEM : transmission electron microscope) HVĐTQ : hiển vi điện tử quét SEM : kính hiển vi điện tử quét (scanning electron microscope) TEM : kính hiển vi điện tử truyền qua (transmission electron microscope) TGA : phân tích nhiệt trọng lượng (thermo gravimetry analysis) XRD : nhiễu xạ tia X (x-ray diffraction) BET : phương pháp xác định bề mặt riêng (brunauer emmett teller) sản phẩm trung gian thu được sau phân hủy quặng bằng amoni hydro SPTG : sunfat ATS : amoni titanyl sunfat COD : nhu cầu oxy sinh hóa (biochemical oxygen demand) TOC : tổng cacbon hữu cơ (total organic carbon) VOC : hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (volatile organic compounds) TNT : trinitrotoluen MTBE : metyl tert butyl ete AOPs : quá trình oxy hóa tăng cường (advanced oxydation processes) UV : tia cực tím (ultra violet) 2.

Các ký hiệu η : hiệu suất phân hủy quặng η’ : hiệu suất tách loại tạp chất sắt T : thời gian riêng Hs : Hiệu suất sản phẩm sau nung ms : khối lượng mẫu sau nung mLT : khối lượng mẫu lý thuyết D : khoảng cách mặt mạng θ : góc tạo bởi mặt mạng với tia tới hay tia “phản xạ” vii Λ : độ dài bước sóng β : độ rộng pic ở nửa chiều cao pic đặc trưng υ : tần số I : cường độ bức xạ α(υ) : hệ số hấp thụ r : kích thước tinh thể trung bình với họ mặt mạng (hkl) ω : tần số bức xạ viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.