(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử

(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử

LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Số liệu kết nêu luận án trung thực, chưa cơng bố cơng trình khác Các tài liệu sử dụng luận án có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Hà Nội, ngày TM Tập thể hướng dẫn tháng năm 2021 Tác giả luận án Đặng Thị Tuyết Ngân PGS TS Trần Trung Kiên LỜI CẢM ƠN Trong q trình thực luận án, tơi nhận nhiều giúp đỡ, tạo điều kiện Bộ phận đào tạo sau đại học, Viện Kỹ thuật Hóa học, Bộ mơn Q trình – Thiết bị Cơng nghê Hóa Thực phẩm trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn chân thành giúp đỡ Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới GS Da-Ming Wang PGS Trần Trung Kiên hướng dẫn, dìu dắt, động viên truyền cảm hứng cho suốt thời gian thực luận án Tôi xin cảm ơn tồn thể thầy đại gia đình Hóa Cơng khuyến khích, tạo điều kiện đồng thời cho tơi nhiều đóng góp q báu xác đáng để tơi hồn thiện luận án Xin cảm ơn lab MSL Khoa Cơng nghệ Hóa học - trường đại học Quốc gia Đài Loan (NTU) tạo điều kiện để thực nghiên cứu luận án Xin cảm ơn Quỹ đổi sáng tạo Vingroup động viên tinh thần vật chất để tơi có điều kiện thực luận án tốt Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình thân yêu đồng hành chỗ dựa vững để tơi đủ dũng khí vượt qua khó khăn đường chọn Tác giả luận án Đặng Thị Tuyết Ngân MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC HÌNH vi DANH MỤC CÁC BẢNG ix MỞ ĐẦU Chương - TỔNG QUAN THU HỒI KIM LOẠI TRONG NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY 1.1 Ý nghĩa việc thu hồi kim loại nước thải công nghiệp 1.2 Các phương pháp xử lý, thu hồi kim loại nước thải 1.2.1 Phương pháp kết tủa hóa học 1.2.2 Phương pháp trao đổi ion 1.2.3 Phương pháp hấp phụ 1.2.4 Phương pháp điện hóa (điện phân) 10 1.2.5 Phương pháp màng 10 1.2.6 Phương pháp nhiệt (cô đặc) 10 1.2.7 Phương pháp trích ly 11 1.2.8 Phương pháp sinh học 12 1.2.9 Kết luận 12 1.3.Công nghệ xử lý nước thải thu hồi kim loại dựa phương pháp trích ly 14 1.3.1.Phương pháp trích ly 14 1.3.2.Công nghệ xử lý nước thải thu hồi kim loại dựa phương pháp trích ly 17 1.3.3.Những vấn đề tồn công nghệ thu hồi kim loại dựa phương pháp trích ly truyền thống 18 1.3.4.Kết luận 19 1.4.Phát triển phương pháp trích ly tăng cường 20 1.4.1 Giới thiệu chung phương pháp trích ly tăng cường màng lỏng (phương pháp màng lỏng) 20 1.4.1.1 Vận chuyển tăng cường 20 1.4.1.2 Sự phát triển công nghệ màng lỏng 25 1.4.2 Trích ly – Hoàn nguyên với màng làm thiết bị tiếp xúc pha SLMSD 27 1.4.2.1 Giới thiệu chung SLMSD 27 1.4.2.1 Tóm tắt nghiên cứu sử dụng SLMSD để thu hồi kim loại 28 1.4.1.3 Tóm tắt nghiên cứu thu hồi Indium thiết bị tiếp xúc loại màng 31 1.4.3.Trích ly – Hồn nguyên với màng làm thiết bị phân pha ESMS 32 1.5.Các thơng số ảnh hưởng đến q trình trích ly tăng cường để thu hồi Indium 33 1.5.1.Các thông số ảnh hưởng đến q trình trích ly Indium 33 1.5.1.1 Lựa chọn chất trích ly 33 1.5.1.2 Lựa chọn dung mơi pha lỗng 34 1.5.1.3 Nhiệt độ 35 1.5.1.4 Tốc độ khuấy trộn 35 i 1.5.1.5 pH dung dịch đầu 35 1.5.1.6 Loại dung dịch hoàn nguyên nồng độ 35 1.5.1.7 Sự có mặt Axit Oxalic (OA) 35 1.5.2.Các thông số ảnh hưởng đến vận chuyển qua màng 36 1.5.2.1 Chọn màng 36 1.5.2.2 Chế độ thủy động phía dung dịch đầu phía dung dịch hồn ngun 38 1.5.2.3 Áp suất tới hạn hai phía màng 38 1.6 Kết luận 39 Chương ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41 2.1 Đối tượng nghiên cứu 41 2.2 Phương pháp nghiên cứu 41 2.2.1 Phương pháp thực nghiệm 41 2.2.1.1 Phương pháp trích ly 41 2.2.1.2 Phương pháp trích ly tăng cường SLMSD 41 2.2.1.3 Phương pháp trích ly tăng cường ESMS 44 2.2.2 Phương pháp mơ hình 50 2.2.2.1 Mơ hình SLMSD 50 2.2.2.2 Mô hình ESMS 51 2.2.3 Phương pháp phân tích 51 2.2.3.1 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS - Atomic Absorption Spectrometric) 52 2.2.3.2 Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS (Atomic Absorption Spectrometer) 52 2.2.4 Phương pháp đánh giá tương hợp mô hình thực nghiệm 54 2.2.5 Cơng thức tính toán 55 Chương NGHIÊN CỨU THU HỒI INDIUM TỪ DỊCH THẢI CỦA Q TRÌNH KHẮC AXIT BẰNG CƠNG NGHỆ SLMSD 56 3.1 Mở đầu 56 3.2 Kết thảo luận 56 3.2.1 Khảo sát khả thu hồi Indium SLMSD 56 3.2.1.1 Ở nồng độ D2EHPA 0,6M 56 3.2.1.2 Ở nồng độ D2EHPA 0,08M 57 3.2.2 Khảo sát SLMSD SX điều kiện khác 59 3.2.2.1 Ở nồng độ D2EHPA 0,08M 59 3.2.2.2 Ở nồng độ D2EHPA 0,2M 61 3.2.2.3 Ở nồng độ D2EHPA 0,08M dung dịch đầu không chứa OA 62 3.2.3 So sánh diện tích tiếp xúc pha tạo SLMSD SX 63 3.2.4 Phân tích, lựa chọn điều kiện thích hợp để tiến hành thí nghiệm SLMSD 64 3.3 Kết luận 66 Chương PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ ESMS DÙNG ĐỂ THU HỒI INDIUM TỪ NƯỚC THẢI 68 4.1 Mở đầu 68 4.2 Kết thảo luận 69 4.2.1 Khả thu hồi Indium BESMS 69 ii 4.2.1.1 Chế độ cân áp suất (khơng có dịng đối lưu) 69 4.2.1.2 Chế độ thay đổi áp suất 70 4.2.2 Khảo sát thu hồi Indium với ESMS - C 72 4.2.3 Thiết lập mơ hình cho ESMS - C 74 4.2.3.1 Đưa hệ phương trình mơ tả 74 4.2.3.2 Các giả thiết mơ hình 74 4.2.3.3 Các tham số mơ hình 75 4.2.4 Xác định tham số mơ hình 75 4.2.4.1 Xác định H, n 75 4.2.4.2 Xác định k.A 77 4.2.5 Giải mơ hình 79 4.2.6 So sánh kết tính theo mơ hình với thực nghiệm: 82 4.2.7 Kiểm chứng mô hình điều kiện khác 87 4.3 Đề xuất sơ đồ ESMS làm việc liên tục 93 4.4 Kết luận 94 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt ITO LCD ELM SLM FSSLM HFSLM SLMSD ESMS BESMS Tên tiếng Anh Indium – tin oxide Liquid Crystal Display Emulsion Liquid Membrane Supported Liquid Membrane Flat Sheet Supported Liquid Membrane Hollow Fiber Supported Liquid Membrane Supported liquid membrane with strip dispersion Extraction – Stripping with Membrane as oil – water Separators Batch Extraction – Stripping with Membrane as oil – water Separators ESMS – E ESMS - O ESMS - C SX D2EHPA TBP IPA PLM PTFE PIM CTA PP PS OA Cf, mg/L Solvent Extraction Bis-2,2-ethylhexyl phosphoric acid Tributylphosphate Isopropyl alcohol Polymer Polytetrafluoroethylene Polymer Inclusion Membrane Cellulose Triacetate Polypropylene Polysulphones Oxalic acid Cs, mg/L 𝑉𝑓 , 𝐿 iv Tên tiếng Việt Indium thiếc oxit Màn hình tinh thể lỏng Màng lỏng loại nhũ tương Công nghệ màng lỏng với hỗ trợ màng rắn Công nghệ SLM với mô đun màng phẳng Công nghệ SLM với mô đun màng sợi rỗng Công nghệ SLM với dung dịch hoàn nguyên phân tán dung mơi trích ly Trích ly – Hồn ngun với màng đóng vai trị thiết bị phân riêng dầu – nước ESMS với chế độ hoàn nguyên gián đoạn ESMS cân ESMS dao động ESMS với chế độ hồn ngun liên tục, cịn gọi ESMS tuần hồn Trích ly Polyme Màng polyme dạng gel Axit oxalic Nồng độ Indium dung dịch đầu thời điểm t Nồng độ Indium dung dịch hoàn nguyên thời điểm t Thể tích dung dịch đầu 𝑉𝑠 , 𝐿 𝑉𝑜 , 𝐿 P, L/(m2.phút) k, L/(m2.phút) A, m2 𝜂 𝑇𝐿 , % 𝜂 𝑇𝐻 , % %klg PTPU NA Thể tích dung dịch hồn ngun Thể tích dung mơi trích ly Hệ số thấm qua màng Hệ số chuyển khối Diện tích tiếp xúc pha Hiệu suất trích ly Hiệu suất thu hồi % khối lượng Phương trình phản ứng Khơng có thơng tin Permeability Area Non – available v DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1 Phân bố Indium giới Hình 1.2 Sản lượng khai thác Indium giới Hình 1.3 Quy trình thu hồi Indium từ nước thải cơng nghiệp q trình khắc axit Hình 1.4 Phương pháp trao đổi ion Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống thiết bị khuấy trộn – lắng Hình 1.6 Cơng nghệ xử lý nước thải thu hồi kim loại dựa phương pháp trích ly Hình 1.7 Khuếch tán kết hợp với phản ứng hóa học Hình 1.8 Trích ly phenol (khuếch tán + phản ứng hóa học) Hình 1.9 Cơ chế vận chuyển tăng cường đơn giản Hình 1.10 Sự vận chuyển oxy qua màng chế vận chuyển tăng cường Hình 1.11 Cơ chế vận chuyển tăng cường Cu2+ Hình 1.12 Cơ chế vận chuyển tăng cường, ghép cặp chiều Hình 1.13 Màng lỏng ELM Hình 1.14 Màng lỏng SLM Hình 1.15 Cơng nghệ SLM sử dụng mơ đun màng phẳng Hình 1.16 Sự khơng ổn định màng SLM Hình 1.17 Sơ đồ SLMSD Hình 1.18: Cấu tạo hóa học D2EHPA Hình 1.19 Các loại mơ đun màng SLM Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống SLMSD Hình 2.2 Quá trình chuyển khối qua màng Hình 2.3 Hình ảnh hệ thí nghiệm SLMSD Hình 2.4 Sơ đồ thí nghiệm hệ BESMS Hình 2.5 Sơ đồ ESMS với pha hữu hồn ngun liên tục Hình 2.6 Hệ thí nghiệm CESMS Hình 2.7 Mơ đun màng sợi rỗng Liqui-Cel (nhìn bên ngồi) Hình 2.8 Cấu tạo chi tiết mơ đun màng sợi rỗng Liqui-Cel Hình 2.9 Quá trình hấp thụ phát xạ lượng Hình 2.10 Sơ đồ hệ thống máy hấp thụ nguyên tử AAS Hình 2.11 Máy đo phổ hấp thụ nguyên tử Hình 3.1 Sự thay đổi theo thời gian nồng độ Indium dung dịch đầu dung dịch hoàn nguyên ([D2EHPA] = 0,6M; pH=1; OA = 2%klg) Hình 3.2 Sự thay đổi theo thời gian nồng độ Indium dung dịch đầu dung dịch hoàn nguyên ([D2EHPA] = 0,08M; pH=1; OA = 2%klg) Hình 3.3 Đồ thị xác định hệ số thấm qua màng nồng độ D2EHPA 0,08M Hình 3.4 Sự phụ thuộc nồng độ In3+ vào thời gian theo mơ hình Hình 3.5 So sánh tốc độ trích ly SLMSD SX [D2EHPA] = 0,08M Hình 3.6 Biểu diễn đồ thị 3.5 hệ tọa độ logarit Hình 3.7 So sánh tốc độ trích ly SLMSD SX [D2EHPA] = 0,2M vi 5 16 17 20 21 21 22 24 25 25 26 26 27 28 34 38 42 43 44 45 46 47 48 49 52 53 54 57 58 58 59 60 60 61 Hình 3.8 Biểu diễn hình 3.7 hệ tọa độ logarit Hình 3.9 So sánh tốc độ trích ly SLMSD SX OA = 0% Hình 3.10 Biểu diễn hình 3.9 hệ tọa độ logarit Hình 3.11 Cơ chế chuyển khối qua màng Hình 4.1 Sự thay đổi theo thời gian nồng độ Indium dung dịch đầu dung dịch hoàn nguyên hệ BESMS chế độ cân Hình 4.2 Đồ thị xác định kA BESMS chế độ cân áp suất Hình 4.3 Sự thay đổi nồng độ Indium dung dịch đầu (Cf) dung dịch hoàn nguyên (Cs) theo thời gian hệ ESMS với chế độ làm việc khác Hình 4.4 Dữ liệu hình 4.3 thể hệ logarit Hình 4.5 Sự phụ thuộc vào thời gian nồng độ Indium dung dịch đầu (Cf) dung dịch hoàn nguyên (Cs) hệ ESMS - C Hình 4.6 Sự phụ thuộc nồng độ Indium dung dịch đầu vào thời gian hai hệ BESMS CESMS Hình 4.7 Biểu diễn lại đồ thị hình 4.6 hệ logarit Hình 4.8 Đồ thị xác định H, n Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ 𝐶𝑓∗ – 𝐶𝑜 Hình 4.10 Đồ thị xác định kA Hình 4.11 So sánh nồng độ Indium dung dịch đầu, dung dịch hồn ngun tính theo mơ hình giá trị đo từ thực nghiệm theo thời gian (Cf0 = 167mg/L, Q = 0.25L/phút) Hình 4.12 So sánh nồng độ Indium dung dịch đầu (Cf) dung dịch hoàn nguyên (Cs) theo mơ hình giá trị đo từ thực nghiệm theo thời gian (𝐶𝑓0 = 162 𝑚𝑔/𝐿, 𝑄 = 0,075𝐿/𝑝ℎú𝑡) Hình 4.13 So sánh nồng độ Indium dung dịch đầu, dung dịch hồn ngun tính theo mơ hình giá trị đo từ thực nghiệm theo thời gian (Cf0 = 169 mg/L, Q = 0.15Lphút) Hình 4.14 Sự thay đổi nồng độ Indium dung dịch đầu theo thời gian lưu lượng Q khác (theo mơ hình) Hình 4.15 Biểu diễn liệu hình 4.14 hệ tọa độ logarit Hình 4.16 So sánh nồng độ Indium dung dịch đầu, dung dịch hoàn ngun tính theo mơ hình giá trị đo từ thực nghiệm theo thời gian (Cf0 = mg/L, Q = 0.075L/phút) Hình 4.17 So sánh nồng độ Indium dung dịch đầu, dung dịch hồn ngun tính theo mơ hình giá trị đo từ thực nghiệm theo thời gian (Cf0 = mg/L, Q = 0.15L/phút) Hình 4.18.So sánh nồng độ Indium dung dịch đầu tính theo mơ hình giá trị đo từ thực nghiệm theo thời gian (Cf0 = mg/L, Q = 0.25L/phút) Hình 4.19 So sánh nồng độ Indium dung dịch đầu, dumg dịch hồn ngun tính theo mơ hình giá trị đo từ thực nghiệm theo thời gian (Cf0 = 1729 mg/L, Q = 0.075L/phút) Hình 4.20 So sánh nồng độ Indium dung dịch đầu, dung dịch hồn ngun tính theo mơ hình giá trị đo từ thực nghiệm theo thời gian (Cf0 = 1702 mg/L, Q = 0.15L/phút) vii 62 63 63 64 69 69 70 71 72 73 73 76 77 78 82 84 85 86 87 88 88 89 89 90 Hình 4.21 So sánh nồng độ Indium dung dịch đầu tính theo mơ hình giá trị đo từ thực nghiệm theo thời gian ( Cf0 = 1658 mg/L, Q = 0.25L/phút) Hình 4.22 Đề xuất sơ đồ ESMS làm việc liên tục viii 90 93 ... luận án ? ?Nghiên cứu q trình trích ly với hỗ trợ màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải công nghiệp điện tử? ?? đặt mục tiêu chung cụ thể sau: Mục tiêu chung: nâng cao hiệu công nghệ xử lý thu. .. đẩy mạnh nghiên cứu thu hồi, tái sử dụng nguyên tố từ nguồn chất thải, nước thải công nghiệp Với ý nghĩa vậy, việc nghiên cứu giải pháp thu hồi nguyên tố quý từ nước thải công nghiệp điện tử vấn... phản ứng trích ly lấy liên tục nhờ phản ứng với dung dịch hồn ngun, dung mơi trích ly sau tái sinh lại đưa trở lại thiết bị trích ly để tiếp tục thực phản ứng trích ly nên cân phản ứng trích ly