Nghiên cứu kỹ thuật điện hóa cao áp tạo plasma điện cực ứng dụng để phân huỷ axít 2,4 dichlorophenoxyacetic và axít 2,4,5 trichlorophen oxyacetic trong môi trường nước TT

BӜ GIÁO DӨ&9¬Ĉ¬27ҤO BӜ QUӔC PHỊNG VIӊN KHOA HӐC VÀ CƠNG NGHӊ QN SӴ TRҪ19Ă1&Ð1* NGHIÊN CӬU KӺ THUҰ7Ĉ,ӊN HỐ CAO ÁP TҤO PLASMA Ĉ,ӊN CӴC ӬNG DӨ1*Ĉӆ PHÂN HUӸ AXÍT 2,4-DICHLOROPHENOXYACETIC VÀ AXÍT 2,4,5-TRICHLOROPHENOXYACETIC 7521*0Ð,75ѬӠ1*1ѬӞC Ngành : Kӻ thuұt hố hӑc Mã sӕ : 52 03 01 TĨM TҲT LUҰN ÁN TIӂ16Ƭ.Ӻ THUҰT HOÁ HӐC Hà Nӝi - 2022 &Ð1*75Ỵ1+ĈѬӦC HỒN THÀNH TҤI VIӊN KHOA HӐC VÀ CƠNG NGHӊ QUÂN SӴ- BӜ QUӔC PHÒNG 1J˱ͥLK˱ͣng d̳n khoa h͕c: GS TSKH NguyӉQĈӭc Hùng TS NguyӉQ9ăQ+RjQJ Phҧn biӋn 1: Phҧn biӋn 2: Phҧn biӋn 3: LuұQiQÿѭӧc bҧo vӋ tҥi HӝLÿӗQJÿiQKJLiOXұn án TS cҩp ViӋn, hӑp tҥi ViӋn Khoa hӑc Công nghӋ quân sӵ vào hӗi :…giӡ…phút, ngày… WKiQJ«QăP Có thӇ tìm hiӇu luұn án tҥi: - 7KѭYLӋn ViӋn khoa hӑc Công nghӋ quân sӵ - 7KѭviӋn Quӕc gia ViӋt Nam MӢ ĈҪU 1.Tính cҩp thiӃt cӫDÿӅ tài luұn án Chҩt ÿӝc axít 2,4-dichlorophenoxyacetic (2,4-D) axít 2,4,5-trichlo rophenoxyacetic (2,4,5-T) thành phҫn phân hӫy cӫa chҩW ÿӝc da cam dioxin tӗQGѭWҥi ViӋt Nam Ngồi ra, nơng nghiӋp viӋc sӱ dөng hoá chҩt 2,4-' ÿӇ diӋt cӓ thӡi gian dài FNJQJ gây ô nhiӉP P{L WUѭӡng nghiêm trӑng cҫQÿѭӧc xӱ lý Kӻ thuұW ÿLӋn hóa cao áp mӝt chiӅu tҥo plasma mӝt nhӳng SKѭѫQJSKiS[ӱ lý có khҧ QăQJ mang lҥi hiӋu quҧ FDRÿӕi vӟi hӧp chҩt chҩt Fѫ FOR Yj Kӧp chҩt mҥch vịng chӭa clo khó phân huӹ gây nhiӉm P{LWUѭӡng Vì vұy, nghiên cӭu sinh lӵa chӑQÿӅ tài “Nghiên cͱu kͿ thu̵t ÿL͏n hóa cao áp t̩o plasma ÿL͏n c͹c ͱng dͭng ÿ͋ phân huͽ axít 2,4-dich lorophenoxyacetic axít 2,4,5-trichlorophenoxyacetic WURQJP{LWU˱ͥng Q˱ͣc” ÿӇ giҧi quyӃt vҩQÿӅ nhiӉm P{LWUѭӡng nói Mөc tiêu nghiên cӭu Nghiên cӭu sӱ dөng kӻ thuұt plasma ÿLӋn cӵc ÿӇ xӱ lý hӧp chҩt 2,4-D, 2,4,5-T gây ô nhiӉPWURQJP{LWUѭӡQJQѭӟc Các chҩt ô nhiӉm sau xӱ lý phân huӹ hồn tồn khơng gây nhiӉPP{LWUѭӡng ĈӕLWѭӧng phҥm vi nghiên cӭu Luұn án nghiên cӭu sӱ dөng kӻ thuұt ÿLӋn hóa cao áp dịng mӝt chiӅu khoҧQJÿLӋn áp tӯ 0÷20 kV ÿӇ thӵc hiӋn phҧn ӭQJÿLӋn hóa tҥo mơi WUѭӡQJ NKt WUrQ ÿLӋn cӵc cho q trình hình thành plasma vӟi mөF ÿtFK phân huӹ chҩt hӳXFѫ{QKLӉm 2,4-D 2,4,5-7WURQJQѭӟc Nӝi dung nghiên cӭu Nghiên cӭu yӃu tӕ ҧQKKѭӣQJÿӃn sӵ xuҩt hiӋQSODVPDWUrQÿLӋn cӵc, sӵ hình thành tác nhân hoҥWÿӝng Nghiên cӭu yӃu tӕ ҧQKKѭӣQJÿӃn hiӋu suҩt phân huӹ, ÿӝng hӑc, FѫFKӃ, hӧp chҩt trung gian cӫa trình phân huӹ 2,4-D, 2,4,5-T Nghiên cӭu hiӋu suҩt xӱ lý 2,4-D 2,4,5-T thông qua chӍ sӕ môi WUѭӡQJQKѭ&2'72&ĈiQKJLiFiFFKӍ WLrXP{LWUѭӡng sau xӱ lý 3KѭѫQJSKiSQJKLrQFӭu Luұn án sӱ dөQJ SKѭѫQJ SKiS Wәng quan lý thuyӃt kӃt hӧp thӵc nghiӋPÿӇ thӵc hiӋn nӝi dung nghiên cӭu éQJKƭDNKRDKӑc thӵc tiӉn cӫa luұn án KӃt quҧ luұn án làm rõ yӃu tӕ ҧQK Kѭӣng ÿӃn sӵ hình thành plasma WURQJP{LWUѭӡQJQѭӟc khҧ QăQJKuQKWKjQKFiFWiFQKkQKRҥt tính Ĉánh giá hiӋu quҧ xӱ lý chҩt hӳXFѫ ô nhiӉm 2,4-D, 2,4,5-T bҵng kӻ thuұt SODVPDÿLӋn hóa khҧ QăQJ áp dөng thӵc tiӉn Bӕ cөc cӫa luұn án Nӝi dung cӫa luұQ iQ ÿѭӧc trình bày có cҩX WU~F WKHR TXL ÿӏnh bao gӗm: Phҫn mӣ ÿҫu; &KѭѫQJ  7әQJ TXDQ &KѭѫQJ  ĈӕL Wѭӧng SKѭѫQJSKiSQJKLrQFӭu; &KѭѫQJ.Ӄt quҧ thҧo luұn; Phҫn kӃt luұn; Tài liӋu tham khҧo; Phө lөc, Cө thӇ QKѭVDX Mӣ ÿҫu: SѫOѭӧc vӅ chҩWÿӝc gây ô nhiӉm 2,4-D 2,4,5-T, tính cҩp thiӃt viӋc nghiên cӭu sӱ dөng kӻ thuұt plasma ÿLӋn hoá ÿӇ xӱ lý chҩt ô nhiӉm &KѭѫQJTәng quan Giӟi thiӋu kӻ thuұt, ÿһFÿLӇm cӫDSODVPDÿLӋn hóa, tính chҩt mӝt sӕ kӻ thuұt xӱ lý 2,4-D, 2,4,5-T, ӭng dөng kӻ thuұt plasma lҥnh xӱ lý chҩt ô nhiӉm tҥi ViӋt Nam thӃ giӟi CKѭѫQJĈӕLWѭӧng YjSKѭѫQJSKiSQJKLrQFӭu ĈӕL Wѭӧng nghiên cӭu yӃu tӕ ҧQK KѭӣQJ ÿӃn sӵ hình thành plasma, hiӋu suҩt phân hӫy 2,4-D, 2,4,5-T PKѭѫQJ SKiS nghiên cӭu dӵa thӵc nghiӋm, SKkQ WtFK ÿiQK JLi rút kӃt luұn vӟi trình phân huӹ hӧp chҩt 2,4-D, 2,4,5-T &KѭѫQJ.Ӄt quҧ thҧo luұn ;iF ÿӏnh kӃt quҧ yӃu tӕ ҧQK KѭӣQJ ÿӃn trình hình thành plasma, [iFÿӏnh tác nhân hoҥWÿӝng, hiӋu suҩt phân huӹ 2,4-D, 2,4,5-T, nghiên cӭXÿӝng hӑc, cѫFKӃ cӫa trình phân huӹ 2,4-D, 2,4,5-T &KѭѫQJ7ӘNG QUAN 1.1 .KiLTXiWYӅSODVPD x 6͹W̩RWKjQKSODVPD Vұt chҩt tӗn tҥi chӫ yӃu ӣ ba dҥng rҳn, lӓng khí Tҥi trҥng thái khí nӃu tiӃp tөc cung cҩS QăQJ Oѭӧng, trình va chҥm giӳa hҥt chҩt khí mҥnh khiӃn chúng vӥ thành tӯng phҫn tҥo hҥWPDQJÿLӋn tích ion electron trҥng thái plasma Khái niӋm plasma mӣ rӝng xem plasma gӗm nhӳng hҥWQKѭÿLӋn tӱ, ion hҥt trung tính QKѭ hҥt nguyên tӱ, phân tӱ FNJQJQKѭ gӕc tӵ photon x Phân lo̩i plasma DӵDYjRÿһFÿLӇm nhiӋWÿӝng hӑc có thӇ phân loҥi plasma theo nhiӋt ÿӝ thành hai loҥLFѫEҧn là: plasma nhiӋt (thermal plasma) plasma lҥnh (non-thermal plasma) Dӵa vào tính chҩWKRiQJѭӡi ta có thӇ phân loҥi thành plasma hoá hӑc (plasma chemistry), plasma vұt lý (plasma physics) 3ODVPDÿLӋQKyD x ͿWKX̵WW̩RSODVPDÿL͏QKyD PODVPDÿLӋQKyDÿѭӧFKuQKWKjQKWURQJGXQJGӏFK ӣÿLӋQiSFDR, trình plasma WҥRUD H2, O2 WUѭӟF WLӃSWөF FXQJ FҩS QăQJ OѭӧQJ ÿӫ OӟQ VӁ KuQKWKjQKWUҥQJWKiLSODVPDVLQKUD JӕFWӵGROHx, H2O2… hҥt nano x S͹ hình thành tác nhân ho̩t tính WURQJSODVPDÿL͏n hóa Gӕc tӵ OHx ÿѭӧc hình thành qua mӝt sӕ FѫFKӃ: 3KkQOLQѭӟc: H2O + e-  Hx + OHx + eIon hoá: H2O + e-  H2O+ + 2eH2O+ + H2O2 H3O+ + OHx Sӵ phát xҥ cӫa tia UV xҧ\UDSODVPDFNJQJJySSKҫQJk\ÿӭt liên kӃt O-O dүQÿӃn sӵ hình thành OHx theo phҧn ӭng: H2O2 + hv  2OHx H2O2 mӝt nhӳng tác nhân oxi hố hình thành q trình tҥo plasma dung dӏch theo phҧn ӭng: OHx + OHx  H2O2 2H2O  H2O2 + H2 Các phҧn ӭQJÿLӋn hóa xҧ\UDQKѭăQPzQÿLӋn cӵc, khӱ ion kim loҥi thành hҥt nano xҧy theo phҧn ӭng sau: Me  Men+ Men+ + (n/2)H2 Meo(nano) + nH+ x Xúc tác t̩o g͙c t͹ OHx WURQJSODVPDÿL͏n hóa Xúc tác khí: Khí oxi sӫi bӑt plasma góp phҫn tҥo vӟi electron gӕc tӵ superoxit (xO2-) dүQÿӃn sӵ hình thành H2O2 cuӕi gӕc tӵ OHx WKHRFѫFKӃ phҧn ӭng: e- + O2xO22 xO2- + 2H+  H2O2 + O2 H2O2 + e- + H+ OHx + H2O Xúc tác kim loҥi: gӕc tӵ OHx ÿѭӧc hình thành có mһt cӫa ion Fe2+ dung dӏch qua phҧn ӭng Fenton: Fe2+ + H2O2 OHx + OH- + Fe3+ Fe3+ + H2O2 H+ + Fe2+ + HOx2 Các hҥt nano sҳt hóa trӏ khơng xúc tác cho sӵ hình thành gӕc tӵ x OH theo phҧn ӭng: Fe0 + O2 +2H+ Ѝ Fe2+ + H2O2 Fe0 + H2O2 +2H+ Ѝ Fe2+ + 2H2O Fe2+ + H2O2 Ѝ Fe3+ + OHx + OHx Tình tr̩ng nhi͍m 2,4-D, 2,4,5-T &KҩWÿӝFDxít 2,4-D, 2,4,5-T thành phҫn phân hӫy cӫa chҩt da cam dioxin hiӋn vүn cịn tӗQGѭ ӣ mӝt sӕ sân bay Ngồi ra, thuӕc trӯ cӓ 2,4-D FNJQJ ÿѭӧc sӱ dөng phә biӃn gây ô nhiӉPP{LWUѭӡng, hӋ sinh thái nên hiӋn hoҥt chҩt bӏ cҩm sӱ dөQJWKHR4Ĉ%11-PTNT &KѭѫQJĈӔ,7ѬӦNG VÀ PHѬѪ1*3+È31*+,Ç1&ӬU ĈӕLWѭӧng nghiên cӭu ĈӕL Wѭӧng nghiên cӭu yӃu tӕ ҧQK Kѭӣng ÿӃn sӵ hình thành plasma, hiӋu suҩW Fѫ FKӃ ÿӝng hӑc trình phân hӫy 2,4-D, 2,4,5-T Khҧo sát chӍ sӕ ô nhiӉPQKѭ&2' TOC, TDS, Cl-, pH sau xӱ lý 2.2 ThiӃt bӏ tҥRSODVPDÿLӋn hóa x Ngu͛QÿL͏n m͡t chi͉u cao áp NguӗQÿLӋn mӝt chiӅXFDRiSÿѭӧc biӃQÿәi tӯ nguӗQÿLӋQÿҫu vào pha 380 Volt chuyӇQVDQJÿLӋn áp mӝt chiӅu tӯ 0÷20 kV, P = 15 kVA x C̭u t̩o bình ph̫n ͱQJYjÿL͏n c͹c Bình phҧn ӭng làm bҵng thuӹ tinh hai lӟp chӏu nhiӋt Lӟp bên chӭa dung dӏch phҧn ӭng, lӟp bên Qѭӟc tuҫn hoàn qua bӇ әn nhiӋt ĈLӋn cӵc anot catot kim loҥi chӃ tҥo dҥng hình trө, bӑc kín xung quanh bҵng nhӵa epoxy tҥo diӋQWtFKÿLӋn cӵc tiӃp xúc vӟi dung dӏch Hình 2.4 Mơ hình q trình t̩RSODVPDÿL͏n hóa x͵ lý 2,4-D, 2,4,5-T 2.3.Hố chҩt phөc vө nghiên cӭu Axít 2,4-D, 2,4,5-7KmQJ6LJPD$OGULFKYjFiFKyDFKҩWFҫQWKLӃWNKiF 2.4.&iFSKѭѫQJSKiSQJKLrQFӭu Nghiên cӭu yӃu tӕ ҧQK KѭӣQJ ÿӃn trình phân huӹ 2,4-D, 2,4,5-T ÿѭӧFÿiQKJLiWK{QJTXDKLӋu suҩt phân hӫy theo công thӭc: HiӋu suҩt phân hӫy: 7URQJÿy H(%) = C0  C t u100% C0 H(%) : hiӋu suҩt trình xӱ lý sau t phút; C0: NӗQJÿӝ mүXEDQÿҫu, mg/L; Ct: NӗQJÿӝ mүu tҥi thӡLÿLӇm t, mg/L 2.5.ThiӃt bӏ YjSKѭѫQJSKiSSKkQWtFK ;iFÿӏnh 2,4-D, 2,4,5-T bҵng sҳc ký lӓng cao áp HPLC 1100, Agilent ;iFÿӏnh sҧn phҭm phân huӹ bҵng máy GC-MS 6890-5975, Agilent ;iFÿӏnh H2O2, gӕc tӵ OHx bҵng phә UV-Vis UH 5300, Hitachi ;iFÿӏQKNtFKWKѭӟc hҥt, thӃ Zeta vӟi thiӃt bӏ SZ-100, Horiba ;iFÿӏQKKjPOѭӧng kim loҥi bҵng phә ICP-MS 7800/7850, Agilent ;iFÿӏQKÿӝ dүQÿLӋn (EC) vӟi thiӃt bӏ HI 8733, Hanna ;iFÿӏnh giá trӏ pH vӟi thiӃt bӏ HI 8314, Hanna ;iF ÿӏnh tәng cacbon hӳX Fѫ (TOC) dung dӏch vӟi thiӃt bӏ TOC-5000A, Shimadzu &KѭѫQJ.ӂT QUҦ VÀ THҦO LUҰN 3.1 Các yӃu tӕ ҧQKKѭӣQJÿӃn sӵ KuQKWKjQKSODVPDWUrQÿLӋn cӵc Quá trình nghiên cӭXÿLӅu kiӋn xuҩt hiӋn plasma cho thҩy sӵ xuҩt hiӋn plasma phө thuӝc vào yӃu tӕ QKѭÿLӋn áp (Hình 3.2), khoҧng cách giӳa KDLÿLӋn cӵc (Hình 3.3)ÿӝ dүQÿLӋn (Hình 3.4.), nhiӋWÿӝ dung dӏch (Hình 3.5), NtFKWKѭӟc cӫDÿLӋn cӵc pH cӫa dung dӏch (Bҧng 3.2) 120 15 kV-Cu 15 kV-Fe 15 kV-W 10 kV-Cu 10 kV-Fe 10 kV-W kV-Cu kV-Fe kV-W 100 Plasma xuҩt hiӋn I(m A) 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 120 t (phót) Hình 3.2 S͹ xṷt hi͏n plasma WUrQÿL͏n c͹Fÿ͛ng, s̷t, volfram phͭ thu͡c YjRÿL͏n áp ͧ T= 30 oC, h = 200 mm, pH=7, EC = 1,4 µS/cm 110 200 200 200 220 220 220 230 230 230 300 300 300 100 90 Plasma xuҩt hiӋn 80 I(m A) 70 60 50 40 30 mm-Cu mm-Fe mm-W mm-Cu mm-Fe mm-W mm-Cu mm-Fe mm-W mm-Cu mm-Fe mm-W 20 10 0 20 40 60 80 100 120 t (phót) Hình 3.3 S͹ xṷt hi͏n plasma WUrQÿL͏n c͹Fÿ͛ng, s̷t, volfram phͭ thu͡c vào kho̫QJFiFKÿL͏n c͹c ͧ T=30 oC, V=15 kV, pH=7, EC=1,4 µS/cm 160 20 µS-Cu 20 µS-Fe 20 µS-W 30 µS-Cu 30 µS-Fe 30 µS-W 50 µS-Cu 50 µS-Fe 50 µS-W 100 µS-Cu 100 µS-Fe 100 µS-W 150 µS-Cu 150 µS-Fe 150 µS-W Plasma xuҩt hiӋn 140 I (m A) 120 100 80 60 40 20 50 100 150 200 250 300 t (giây) Hình 3.4 S͹ xṷt hi͏n plasma WUrQÿL͏n c͹Fÿ͛ng, s̷t, volfram phͭ thu͡c YjRÿ͡ d̳QÿL͏n ͧ T=30 oC, V=15 kV, pH=7, h=200 mm 250 20 20 20 30 30 30 40 40 40 50 50 50 Plasma [XҩWKLӋQ 200 I(m A) 150 100 50 o C C C o C o C o C o C o C o C o C o C o C o o Cu Fe W Cu Fe W Cu Fe W Cu Fe W 0 20 40 60 80 100 120 t (phót) Hình 3.5 S͹ xṷt hi͏n plasma WUrQÿL͏n c͹Fÿ͛ng, s̷t, volfram phͭ thu͡c vào nhi͏Wÿ͡ dung d͓ch ͧ V=15 kV, pH=7, h=200 mm, EC=1,4 µS/cm Bҧng 3.2 Sӵ ҧQKKѭӣng cӫa yӃu tӕ ÿӃn sӵ xuҩt hiӋn plasma EC Plasma xuҩt hiӋn (phút) U(kV)T(oC) h(mm) pH Ø (mm) (µS/cm) Cu Fe W 30 200 1,4 10 30 200 1,4 60 35 20 15 30 200 1,4 30 20 15 30 220 1,4 35 10 15 30 230 1,4 40 12 15 30 300 1,4 15 15 30 200 20 15 30 200 30 3,2 2,5 15 30 200 50 15 30 200 100