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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ - TRẦN VĂN CƠNG NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ĐIỆN HỐ CAO ÁP TẠO PLASMA ĐIỆN CỰC ỨNG DỤNG ĐỂ PHÂN HUỶ AXÍT 2,4-DICHLOROPHENOXYACETIC VÀ AXÍT 2,4,5-TRICHLOROPHENOXYACETIC TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ - TRẦN VĂN CƠNG NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ĐIỆN HỐ CAO ÁP TẠO PLASMA ĐIỆN CỰC ỨNG DỤNG ĐỂ PHÂN HUỶ AXÍT 2,4-DICHLOROPHENOXYACETIC VÀ AXÍT 2,4,5-TRICHLOROPHENOXYACETIC TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC Ngành : Kỹ thuật hoá học Mã số : 52 03 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TSKH Nguyễn Đức Hùng TS Nguyễn Văn Hoàng Hà Nội –2022 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các kết nghiên cứu số liệu trình bày luận án trung thực, chưa công bố cơng trình khoa học khác, liệu tham khảo trích dẫn đầy đủ Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả luận án Trần Văn Công ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin bày tỏ kính trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc tới tập thể giáo viên hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Đức Hùng; TS Nguyễn Văn Hồng ln quan tâm, tận tình hướng dẫn, bảo động viên để tơi hoàn thành luận án Nghiên cứu sinh bày tỏ lịng cảm ơn đến Ban Giám đốc Viện Khoa họcCơng nghệ quân sự, Thủ trưởng Cán phòng Đào tạo giúp đỡ tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu khoa học có ý kiến đóng góp q báu nội dung, bố cục luận án Xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo Viện Công nghệ mới; Viện Công nghệ môi trường; Viện Hố học mơi trường qn tạo điều kiện thuận lợi thời gian, sở vật chất, thiết bị để thực nội dung luận án Cảm ơn tập thể Phịng Cơng nghệ mơi trường, Phịng Cơng nghệ thân mơi trường, Phịng Cơng nghệ xử lý môi trường, thầy cô đồng nghiệp trực tiếp giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu thực nghiệm Cuối cùng, muốn gửi lời cảm ơn tới gia đình, bố mẹ anh chị em, vợ bạn bè dành cho tình u tin tưởng để tơi có động lực tâm thực thành công luận án Tác giả Luận án iii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT……………… DANH MỤC CÁC BẢNG…………………………………………… DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ………………………………………… MỞ ĐẦU……………………………………………………………… CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN………………………………………… 1.1 Khái quát plasma………………………………………… 1.1.1 Sự tạo thành plasma……………………………………… 1.1.2 Phân loại plasma…………………………………………… 1.1.3 Tính chất plasma……………………………………… 1.2 Plasma điện hóa………………………………………………… 1.2.1 Kỹ thuật tạo plasma điện hóa……………………………… 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hình thành plasma điện hóa… 1.2.3 Sự hình thành gốc tự plasma điện hóa……… 1.2.4 Xúc tác tạo gốc tự OH• plasma điện hóa………… 1.2.5 Ứng dụng kỹ thuật plasma điện hóa……………………… 1.3 Axít 2,4-dichlorophenoxyacetic 2,4,5-trichlorophenoxyacetic 1.3.1 Tính chất 2,4-D 2,4,5-T…………………………… 1.3.2 Độc tính 2,4-D 2,4,5-T…………………………… 1.3.3 Tình trạng nhiễm 2,4-D 2,4,5-T Việt Nam………… 1.3.4 Phương pháp xử lý 2,4-D 2,4,5-T……………………… 1.4 Kết luận chương 1…………………………………………… CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU… 2.1 Đối tượng nghiên cứu………………………………………… 2.2 Thiết bị tạo plasma điện hóa…………………………………… 2.2.1 Nguồn điện chiều cao áp……………………………… 2.2.2 Cấu tạo bình phản ứng điện cực………………………… iv 2.3 Hóa chất phục vụ nghiên cứu…………………………………… 2.4 Các phương pháp nghiên cứu………………………………… 2.4.1 Sơ đồ thực nghiệm………………………………………… 2.4.2 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm tạo plasma để xử lý chất nhiễm 2.4.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến xuất plasma…… 2.4.4 Khảo sát khả phân huỷ chất ô nhiễm 2,4-D 2,4,5-T 2.5 Thiết bị phương pháp phân tích …………………………… 2.5.1 Xác định 2,4-D 2,4,5-T sắc ký lỏng hiệu cao 2.5.2 Xác định sản phẩm phân huỷ sắc ký khí khối phổ…… 2.5.3 Xác định H2O2 phổ UV-Vis………………………… 2.5.4 Xác định kích thước hạt dung dịch………………… 2.5.5 Xác định hàm lượng kim loại phổ ICP-MS………… 2.5.6 Xác định tính chất dung dịch……………………………… 2.5.7 Xác định nhu cầu oxi hoá học …………………………… 2.5.8 Xác định tổng cacbon hữu dung dịch…………… 2.5.9 Xác định gốc tự OH• phổ UV-Vis………………… 2.6 Kết luận chương 2……………………………………………… CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến hình thành plasma điện hóa… 3.1.1 Sự xuất plasma điện hóa……………………………… 3.1.2 Ảnh hưởng điện áp đến khả tạo plasma………… 3.1.3 Ảnh hưởng khoảng cách đến khả tạo plasma…… 3.1.4 Ảnh hưởng độ dẫn điện đến khả tạo plasma…… 3.1.5 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả tạo plasma………… 3.1.6 Ảnh hưởng pH đến khả tạo plasma……………… 3.1.7 Ảnh hưởng kích thước điện cực đến khả tạo plasma 3.1.8 Ảnh hưởng vật liệu điện cực đến khả tạo plasma 3.2 Đặc trưng dung dịch thực kỹ thuật plasma điện hóa v 3.2.1 Sự thay đổi pH dung dịch……………………………… 3.2.2 Sự thay đổi độ dẫn điện dung dịch…………………… 3.2.3 Sự hình thành hạt nano kim loại dung dịch……… 3.2.4 Sự hình thành H2O2 dung dịch……………………… 3.2.5 Sự hình thành gốc tự OH• dung dịch…………… 3.3 Hiệu suất phân hủy 2,4-D 2,4,5-T kỹ thuật plasma điện hóa…………………………………………………………… 3.3.1 Ảnh hưởng chất kim loại điện cực………………… 3.3.2 Ảnh hưởng thời gian…………………………………… 3.3.3 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu………………………… 3.3.4 Ảnh hưởng lưu lượng khơng khí ……………………… 3.3.5 Ảnh hưởng yếu tố đồng thời với plasma…………… 3.3.6 Ảnh hưởng tính chất dung dịch……………………… 3.3.7 Sự thay đổi độ dẫn điện dung dịch 2,4-D, 2,4,5-T sau xử lý 3.3.8 Sự thay đổi pH dung dịch 2,4-D, 2,4,5-T sau xử lý………… 3.3.9 Xác định nhu cầu oxi hóa hóa học COD…………………… 3.3.10.Xác định tổng cacbon hữu TOC………………………… 3.4 Động học phân huỷ 2,4-D, 2,4,5-T kỹ thuật plasma điện hóa……………………………………………………… 3.4.1 Tốc độ phân huỷ 2,4-D, 2,4,5-T phụ thuộc vào nồng độ đầu 3.4.2 Tốc độ phân huỷ 2,4-D, 2,4,5-T phụ thuộc vào pH ban đầu 3.4.3 Tốc độ phân huỷ 2,4-D, 2,4,5-T phụ thuộc vào độ dẫn điện 3.4.4 Cơ chế phân huỷ 2,4-D, 2,4,5-T…………………………… 3.5 Kết luận chương 3…………………………………………… KẾT LUẬN…………………………………………………………… DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ…… DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………… PHỤ LỤC……………………………………………………………… 130 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT amu Đơn vị nguyên tử C Nồng độ, mg/L E Điện trường, V/m eV Năng lượng, J eo Điện tích h+ Lỗ trống dương h Chiều cao điện cực, mm H Hiệu suất phân hủy, % I Cường độ dòng điện, A K Độ Kelvin kPa keV k Hằng số Boltzmann kVKilovolt LD50 Liều lượng gây chết 50 %, mg/kg mA Miliampe M Nồng độ Mol, mol/L nm nanomet ne Mật độ điện tử no Mật độ khí trung tính Pa Pascal, N/m2 rD Bán kính Debye s Thời gian giây T Nhiệt độ, oC vii Te Nhiệt độ electron Th Nhiệt độ hạt nặng Ti Nhiệt độ hạt ion Tg Nhiệt độ khí t Thời gian, phút U Hiệu điện thế, V α Độ ion hố λ Bước sóng, nm Thế Zeta, mV εo Hằng số điện môi ε Hệ số hấp thụ phân tử, M -1 cm - Ø: Đường kính, mm AOPs cao Các q trình oxi hố nâng Abs Độ hấp thụ phân tử Advanced oxidation processes BSTFA N,O-Bis(trimethylsilyl)trifluoro Absorption acetamide N,O-Bis(trimethylsilyl) COD Nhu cầu oxy hoá hoá học trifluoro acetamide DBD Phóng điện chắn Chemical oxygen demand DC Dòng điện chiều Dielectric barrie discharge EC Độ dẫn điện Direct current EI Năng lượng ion hóa Electric conductivity EPA Kỳ Cục bảo vệ môi trường Hoa Energy ion GD Phóng điện khí Environmetal protection GAD Phóng điện hồ quang trượt GC-MS Sắc ký khí khối phổ agency Gas discharge Gliding arc discharge Gas chromatography mass viii HDAW Phóng điện hỗn h HDBW Phóng điện hỗn h HPLC Sắc ký lỏng hiệu ICP-MS Khối phổ nguyên cảm ứng NPs Hạt nano POPs Hợp chất ô nhiễm QCVN Qui chuẩn Việt na SA Axít salycilic TCVN Tiêu chuẩn Việt n TMS Trimethyl silan TOC Tổng cacbon hữu TNR 2,4,6-trinitroresoc TDS Tổng chất rắn hồ UV Tia cực tím UV-Vis Phổ hấp thụ phân VOC Hợp chất hữu 2,4-D Axít 2,4-Diclorop 2,4,5-T Axít 2,4,5-Trichlo 2,3-DHB Axít 2,3-dihydroxybenzoic 2,5-DHB Axít 2,5-dihydroxybenzoic Head to Tail 196 100 50 48 40 (mainlib) Phenol, 2,3,5-trichloro- 60 P-36 162 100 50 50 40 (Text File) Average of 9.913 to 9.948 min.: M57.D\data.ms 162 100 50 50 49 50 126 63 100 40 Head to Tail 60 100 50 49 40 (replib) Phenol, 2,3-dichloro- 60 P-37 196 100 50 48 40 196 100 50 48 48 97 50 40 60 Head to Tail 196 100 50 48 40 (mainlib) Phenol, 2,4,5-trichloro- 60 P-38 196 100 50 48 40 196 100 50 48 48 50 97 100 40 60 Head to Tail 196 100 97 50 48 40 (replib) Phenol, 2,4,6-trichloro- 60 P-39 162 100 50 40 49 (Text File) Average of 9.823 to 9.865 min.: M57.D\data.ms 162 100 50 49 53 50 40 Head to Tail 60 162 100 50 53 40 (replib) Phenol, 2,4-dichloro- 60 P-40 162 100 50 40 40 100 50 40 49 50 40 60 Head to Tail 162 100 50 49 40 (replib) Phenol, 3,4-dichloro- 60 P-41 128 100 50 43 56 40 128 100 50 43 56 50 50 40 60 128 100 50 50 40 (mainlib) Parachlorophenol 60 P-42 94 100 50 40 55 40 94 100 50 40 55 55 40 50 40 100 60 50 40 55 40 (replib) Phenol 60 ... khó phân huỷ gây nhiễm mơi trường nước Từ phân tích trên, thấy đề tài luận án ? ?Nghiên cứu kỹ thuật điện hóa cao áp tạo plasma điện cực ứng dụng để phân huỷ axít 2,4- dichlorophenoxyacetic axít 2,4, 5trichlorophenoxyacetic... án nghiên cứu sử dụng kỹ thuật điện hóa cao áp dịng chiều tạo plasma với mục đích phân huỷ chất hữu ô nhiễm 2,4- D 2,4, 5-T môi trường nước Phạm vi nghiên cứu khoảng điện áp từ 0÷20 kV với dòng điện. .. DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ - TRẦN VĂN CƠNG NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ĐIỆN HỐ CAO ÁP TẠO PLASMA ĐIỆN CỰC ỨNG DỤNG ĐỂ PHÂN HUỶ AXÍT 2,4- DICHLOROPHENOXYACETIC