nghiên cứu công nghệ chế tạo tấm lọc xử lý hơi độc bằng carbon nano ứng dụng trong mặt nạ phòng hóa

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN KH-CN QUÂN SỰ VIỆN NHIỆT ĐỚI MƠI TRƯỜNG CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP THÀNH PHỐ BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TẤM LỌC XỬ LÝ HƠI ĐỘC BẰNG CARBON NANO ỨNG DỤNG TRONG MẶT NẠ PHÒNG HĨA Tổ chức chủ trì nhiệm vụ: VIỆN NHIỆT ĐỚI MÔI TRƯỜNG Chủ nhiệm nhiệm vụ: PGS TS Lê Anh Kiên Thành phố Hồ Chí Minh- 2022 ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN KH-CN QUÂN SỰ VIỆN NHIỆT ĐỚI MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP THÀNH PHỐ BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TẤM LỌC XỬ LÝ HƠI ĐỘC BẰNG CARBON NANO ỨNG DỤNG TRONG MẶT NẠ PHỊNG HĨA (Đã chỉnh sửa theo kết luận Hội đồng nghiệm thu ngày 30/6/2022) Chủ nhiệm nhiệm vụ (Ký tên) Lê Anh Kiên Cơ quan chủ trì nhiệm vụ VIỆN NHIỆT ĐỚI MƠI TRƯỜNG (Ký tên đóng dấu) Lê Văn Tâm VIỆN KH – CN QS VIỆN NHIỆT ĐỚI MÔI TRƯỜNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TP Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 07 năm 2022 BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KH&CN I THÔNG TIN CHUNG Tên nhiệm vụ: Nghiên cứu công nghệ chế tạo lọc xử lý độc carbon nano ứng dụng mặt nạ phịng hóa Thuộc: Chương trình khoa học cơng nghệ cấp thành phố Chủ nhiệm nhiệm vụ: Họ tên: Lê Anh Kiên Ngày, tháng, năm sinh: 20/5/1975 Học hàm, học vị: Tiến sĩ Chức danh khoa học: Phó Giáo sư (2019), Nghiên cứu viên cao cấp Nam/ Nữ: Nam Chức vụ: Viện trưởng Tên quan, đơn vị công tác: Viện Nhiệt đới môi trường, Viện KHCN quân sự, BQP Địa chỉ: 57A Trương Quốc Dung, Q Phú Nhuận, TPHCM Địa chỉ: 343/19L Nguyễn Trọng Tuyển, Quận Tân Bình, Tp Hồ Chí Minh Điện thoại: ĐTDĐ: 0918053364 (028) 38 463850 E-mail: leanhkien@vnn.vn Tổ chức chủ trì nhiệm vụ: Tên đơn vị chủ trì đề tài: Viện Nhiệt đới mơi trường Điện thoại: (028) 38446262-38446265 Fax: (028) 38 424 525 Địa chỉ: 57A Trương Quốc Dung, Q Phú Nhuận, TP.HCM Họ tên thủ trưởng đơn vị: PGS TS Lê Anh Kiên -1- Số tài khoản: 3711.2.9061774.00000 Kho bạc Nhà nước Phú Nhuận II TÌNH HÌNH THỰC HIỆN Thời gian thực đề tài: - Theo Hợp đồng ký kết: 18 tháng từ tháng 12/2020 đến tháng 6/2022 - Thực tế thực hiện: 18 tháng từ tháng 12/2020 đến tháng 6/2022 - Được gia hạn (nếu có): khơng gia hạn Kinh phí sử dụng kinh phí: a) Tổng số kinh phí thực hiện: 1.234 triệu đồng, đó: + Kính phí hỗ trợ từ nghiệp khoa học: 1.234 triệu đồng + Kinh phí từ nguồn khác: triệu đồng b) Tình hình cấp sử dụng kinh phí từ nguồn NSKH: Số TT Theo kế hoạch Thời gian Kinh phí (Tháng, năm) (Tr.đ) 01/2021 617 12/2021 494 Thực tế đạt Thời gian Kinh phí (Tháng, năm) (Tr.đ) 01/2021 617 12/2021 494 Ghi (Số đề nghị toán) 617 494 c) Kết sử dụng kinh phí theo khoản chi: Đối với đề tài: Số TT Nội dung khoản chi Trả công lao động (khoa học, phổ thông) Nguyên, vật liệu, lượng Thiết bị, máy móc Xây dựng, sửa chữa nhỏ Chi khác Tổng cộng Đơn vị tính: Triệu đồng Theo kế hoạch Tổng SNKH 397,7257 Thực tế đạt Nguồn khác Nguồn khác Tổng SNKH 397,7257 397,7257 397,7257 530,55 530,55 530,55 530,55 0 0 0 0 305,7243 1.234 305,7243 1.234 305,7243 617 305,7243 617 - Lý thay đổi (nếu có): Các văn hành trình thực đề tài: (Liệt kê định, văn quan quản lý từ công đoạn xác định nhiệm vụ, xét chọn, phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh -2- phí thực có); văn tổ chức chủ trì đề tài, dự án (đơn, kiến nghị điều chỉnh có) Số Số, thời gian ban TT hành văn Tên văn Số 1053/QĐ-SKHCN Quyết định v/v thành lập Hội đồng tư ngày 30/9/2020 Sở vấn tuyển chọn, giao trực tiếp tổ chức, cá nhân chủ trì thực nhiệm KHCN TPHCM vụ nghiên cứu khoa học công nghệ Ngày 07/10/2020 Biên họp Hội đồng tư vấn tuyển Sở KHCN TPHCM chọn, giao trực tiếp tổ chức, cá nhân chủ trì thực nhiệm vụ nghiên cứu khoa học công nghệ Ngày 10/11/2020 Biên Thẩm định tài Sở KHCN TPHCM Giấy xác nhận phối hợp thực Ngày 23/09/2020 nhiệm vụ KH&CN Số 1385/QĐ-SKHCN Quyết định v/v phê duyệt nhiệm vụ ngày 08/12/2020 nghiên cứu khoa học công nghệ Sở KHCN TPHCM Số 109/2020/HĐ- Hợp đồng thực nhiệm vụ nghiên QPTKHCN ngày cứu khoa học công nghệ 14/12/2020 Số 83/QĐ-SKHCN Quyết định v/v phê duyệt kế hoạch ngày 08/2/2021 Sở lựa chọn nhà thầu nhiệm vụ: KHCN TPHCM Nghiên cứu chế tạo lọc xủ lý độc carbon nano ứng dụng mặt nạ phịng hóa -3- Ghi Báo cáo tiến độ thực nhiệm vụ Ngày 17/06/2021 kỳ 06/2021 Số 826/QĐSKHCN Quyết định v/v thành lập Hội đồng tư ngày 16/11/2021 vấn giám định nhiệm vụ khoa học Sở KHCN TPHCM công nghệ Biên họp Hội đồng tư vấn giám 10 Ngày 25/11/2021 định nhiệm vụ khoa học công nghệ Báo cáo tiến độ thực nhiệm vụ 11 Ngày 28/03/2022 kỳ 03/2021 Biên Hội thảo “Nghiên cứu công 12 Ngày 23/5/2022 nghệ chế tạo lọc xử lý độc carbon nano ứng dụng mặt nạ phịng hóa” 13 Số 161/QĐ-VNĐMT Quyết định v/v thành lập Hội đồng ngày 27/5/2022 KHCN cấp sở đánh giá nghiệm thu VNĐMT đề tài Biên Đánh giá kết nhiệm vụ 14 Ngày 02/6/2022 KHCN cấp thành phố Biên Họp hội đồng tư vấn nghiệm 15 Ngày 30/6/2022 thu nhiệm vụ khoa học công nghệ Tổ chức phối hợp thực đề tài: Số TT Tên tổ chức Tên tổ chức đăng ký theo tham gia Thuyết minh thực Nội dung tham gia chủ yếu - Lý thay đổi (nếu có): -4- Sản phẩm chủ yếu đạt Cá nhân tham gia thực đề tài: (Người tham gia thực đề tài thuộc tổ chức chủ trì quan phối hợp, không 10 người kể chủ nhiệm) Số TT Tên cá nhân đăng ký theo Thuyết minh PGS.TS Lê Anh Kiên ThS Phạm Quốc Nghiệp ThS Nguyễn T Kim Yến Tên cá nhân Nội dung tham tham gia gia thực PGS.TS Lê Xây dựng kế Anh Kiên hoạch thực công việc tổng thể chi tiết cho cá nhân, nội dung thực hiện; kiểm soát tiến độ xây dựng chuẩn đánh giá chất lượng công việc thành viên thực hiện; xây dựng báo cáo tổng kết tổ chức công bố kết thực đề tài ThS Phạm Tham gia nghiên Quốc Nghiệp cứu tổng quan; thực kiểm soát tiến độ chất lượng công việc; thực công tác điều phối, phối hợp với đơn vị cá nhân tham gia đề tài ThS Nguyễn Nghiên cứu tổng T Kim Yến quan, thực thí nghiệm, viết báo cáo chuyên đề -5- Sản phẩm chủ yếu đạt Xây dựng kế hoạch thực công việc tổng thể chi tiết cho cá nhân, nội dung thực hiện; kiểm soát tiến độ xây dựng chuẩn đánh giá chất lượng công việc thành viên thực hiện; xây dựng báo cáo tổng kết tổ chức công bố kết thực đề tài Chuyên đề nghiên cứu tổng quan Chuyên đề nội dung 2, 3, Chuyên đề nghiên cứu tổng quan ThS Phạm Công Minh ThS Phạm Công Minh ThS Trần ThS Trần Phương Chiến Phương Chiến ThS Nguyễn Đình Chinh KS Lê T Thúy Hằng ThS Phạm Hồng Tuân ThS Phạm Hồng Tuân ThS Phạm Thanh Hải ThS Phạm Thanh Hải 10 ThS Nguyễn Thành Luân ThS Nguyễn Thành Luân ThS Nguyễn Đình Chinh KS Lê T Thúy Hằng Tham gia nghiên cứu tổng quan, phân tích kết thí nghiệm, viết báo cáo chuyên đề Nghiên cứu tổng quan, thực thí nghiệm, viết báo cáo chuyên đề Nghiên cứu tổng quan, thực thí nghiệm, viết báo cáo chuyên đề Nghiên cứu tổng quan, thực thí nghiệm, viết báo cáo chuyên đề Nghiên cứu tổng quan, thực thí nghiệm, viết báo cáo chuyên đề Nghiên cứu tổng quan, thực thí nghiệm, viết báo cáo chuyên đề Nghiên cứu tổng quan, thực thí nghiệm, viết báo cáo chuyên đề - Lý thay đổi ( có): -6- Chuyên đề nghiên cứu tổng quan Chuyên đề nội dung 2, Chuyên đề nội dung 2, 3, Chuyên đề nghiên cứu tổng quan Chuyên đề nội dung 2, Chuyên đề nghiên cứu tổng quan Chuyên đề nội dung 2, Chuyên đề nghiên cứu tổng quan Chuyên đề nội dung 3, Chuyên đề nghiên cứu tổng quan Chuyên đề nội dung 2, Chuyên đề nghiên cứu tổng quan Chuyên đề nội dung 2, 3, Tình hình hợp tác quốc tế: Số TT Theo kế hoạch Thực tế đạt (Nội dung, thời gian, kinh phí, (Nội dung, thời gian, địa điểm, tên tổ chức hợp tác, kinh phí, địa điểm, tên tổ số đoàn, số lượng người tham chức hợp tác, số đoàn, số gia ) lượng người tham gia ) Ghi chú* - Lý thay đổi (nếu có): Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị: Số TT Theo kế hoạch Thực tế đạt (Nội dung, thời gian, kinh (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm ) 01 hội thảo phí, địa điểm ) Ghi chú* Hội thảo: “Nghiên cứu công nghệ chế tạo lọc xử lý độc carbon nano ứng dụng mặt nạ phịng hóa” Ngày 23/05/2022 Địa điểm: Viện Nhiệt đới môi trường, Số 57A Trương Quốc Dung, P10, Phú Nhuận, Tp Hồ Chí Minh - Lý thay đổi (nếu có): Tóm tắt nội dung, cơng việc chủ yếu: (Nêu mục 15 thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát nước nước ngoài) Số TT 1.1 Thời gian (Bắt đầu, kết thúc Các nội dung, công việc - tháng … năm) chủ yếu (Các mốc đánh giá chủ yếu) Theo kế Thực tế hoạch đạt Nội dung 1: Nghiên cứu 01/2021- 01/2021xác định loại nguyên liệu 02/2021 02/2021 Carbon nano phù hợp dùng cho mặt nạ phịng hóa Cơng việc 1: Nghiên cứu 01/2021- 01/2021tổng quan công nghệ vật 02/2021 02/2021 -7- Người, quan thực Lê Anh Kiên, Phạm Quốc Nghiệp, 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 liệu carbon lọc khí ứng dụng dân dụng cơng nghiệp Công việc 2: Nghiên cứu tổng quan ứng dụng hấp phụ khí độc CNT carbon aerogel, đánh giá khả ứng dụng hấp phụ khí độc dùng cho mặt nạ phịng hóa Cơng việc 3: Nghiên cứu phân tích lựa chọn cơng nghệ chế tạo lọc khí độc chứa carbon nano kết hợp vải khơng dệt Nội dung 2: Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm lọc khí độc CNT Cơng việc 1: Chế tạo vật liệu CNT nghiên cứu tính tốn xác định lực ép tối thiểu tối đa vật liệu CNT vải không dệt Công việc 2: Nghiên cứu tính tốn độ thơng khí, độ hấp phụ khối lượng vật liệu chế tạo Công việc 3: Nghiên cứu xây dựng quy trình cơng nghệ, xác định thơng số cơng nghệ q trình chế tạo lọc sử dụng CNT Công việc 4: Nghiên cứu đánh giá độ thơng khí lọc chế tạo theo lực hít thở người bình thường Cơng việc 5: Nghiên cứu thử nghiệm khả khử khí độc lọc chế tạo theo TCVN/QS 1223:2010 Nội dung 3: Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm lọc Phạm Công Minh 01/202102/2021 01/202102/2021 Lê Anh Kiên, Phạm Quốc Nghiệp, Phạm Công Minh, Trần Phương Chiến 01/202102/2021 01/202102/2021 Lê Anh Kiên, Phạm Quốc Nghiệp, Phạm Công Minh, Trần Phương Chiến 03/202106/2021 03/202106/2021 03/202106/2021 03/202106/2021 Lê Anh Kiên, Phạm Quốc Nghiệp, Phạm Công Minh, Phạm Thanh Hải 03/202106/2021 03/202106/2021 03/202106/2021 03/202106/2021 Lê Anh Kiên, Phạm Quốc Nghiệp, Trần Phương Chiến, Nguyễn Đình Chinh Phạm Quốc Nghiệp, Phạm Thanh Hải, Lê Thị Thúy Hằng 03/202106/2021 03/202106/2021 Phạm Quốc Nghiệp, Phạm Thanh Hải, Lê Thị Thúy Hằng 03/202106/2021 03/202106/2021 Phạm Quốc Nghiệp, Phạm Thanh Hải, Lê Thị Thúy Hằng 04/202107/2021 04/202107/2021 -8- Từ hai đồ thị hình 3.20 3.21 ta xác định số thông số động lực học đặc trưng cho trình hấp phụ, động lực xảy cột vật liệu hấp phụ Kết xấc định tính tốn trình bày bảng 4.12 Bảng 3.12 Thơng số động lực q trình hấp phụ C6C6, hấp thụ HCN STT Thụng số động lực Với HCN Với C6C6 Chiều dày lớp không sử dụng hO (cm) 0,79 0,46 Chiều dày lớp làm việc LO (cm) 1,50 1,00 Hệ số phòng độc K (phút/cm) 21,38 13,55 Tốc độ chuyển tuyến hấp thụ (cm/phút) 0,047 0,074 Các thông số động lực bảng 3.12 giá trị sở quan trọng dùng tính tốn thiết kế tầng lọc khí độc dùng carbon nano làm vật liệu lọc độc - Kết xác định trở lực lớp vật liệu theo chiều dày lớp trình bày đồ thị hình 3.22 P (Pa) 600 y = 95.657 L 400 200 L (cm) 0 -200 Hình 3.22 Đồ thị phụ thuộc trở lực tầng lọc vào chiều dày lớp vật liệu ( với v = 0,41 lít/phút.cm2) 107 Kết đồ thị hình 3.22 sử dụng để tính tốn xác định chiều dày lớp vải than hoạt tính hộp lọc độc 3.4.3.3 Tính toán thiết kế hộp lọc độc Trên sở vỏ hộp lọc MV- có, đề tài xây dựng phương án kết cấu hộp lọc sau: - Kết cấu hộp lọc: theo kiểu tiết diện không đổi - Kết cấu tầng lọc hơi, khí độc: kiểu tiết diện khơng đổi Vải than hoạt tính cắt thành tròn xếp theo lớp hộp lọc độc - Kết cấu tầng lọc xol khí: kết cấu theo nguyên lý "phát triển" có nghĩa phin lọc có diện tích làm việc lớn nhiều lần tiết diện ngang hộp lọc độc Đề tài chọn kiểu kết cấu đàn phong cầm phin lọc hộp lọc độc MV- Thiết kế tầng lọc hơi, khí độc: Theo đồ thị hình 3.20 3.21, để hộp lọc có thời gian bảo vệ với HCN benzen đạt 35 phút tương ứng ta tính tầng vật liệu lọc hộp lọc phải không nhỏ 2,0 cm Trong với chiều dày tầng vật liệu cm, theo đồ thị hình 3.22, tầng than hộp lọc có trở lực 190 Pa Khi tính trở lực tầng giấy, hộp lọc có trở lực vượt giá trị 150-170 theo đăng ký ban đầu Qua kết thí nghiệm sơ tầng giấy, để trở lực toàn hộp lọc nhỏ 200 Pa, nhóm đề tài xác định trở lực cho tầng than không vượt 140 Pa Do tầng vải than hộp lọc thiết kế cho phép tối đa có chiều cao L = 1,50 cm Với chiều cao 1,5 cm, hộp có thời gian bảo vệ với HCN với benzen khoảng 15 phút Thiết kế tầng lọc xol khí độc: + Để trở lực hộp lọc ∆PHL ≤ 200, với trở lực tầng than ∆PTT ≤ 140, ta có giá trị trở lực tầng giấy: 108 ∆PTG ≤ 200 - 140 = 60 (mmH2O) + Tầng giấy gồm phin lọc làm từ giấy lọc xol khí, lắp ráp với đáy hộp làm kín keo Phin lọc có kết cấu kiểu đàn phong cầm + Trở lực giấy phin lọc tính theo cơng thức gần sau: ∆P = K L V S đây: ∆P - trở lực, Pa, Pascan K - hệ số tỷ lệ L - chiều dày giấy lọc, mm V – lưu lượng dịng khí, lít/phút S - diện tích giấy đo diện tích hiệu dụng phin lọc, cm2 Với giấy lọc xol khí, theo kết bảng 3.21 ta tính đ−ợc tính đ−ợc hệ số K: K= ∆P S 2,75 50 = = 687,5 L V 0,8 2,5 Ở xác định ∆PTG ≤ 60, tính tới trở lực kết cấu phần đáy, riêng phin lọc phải có trở lực ∆PPL ≤ 55 Pa Do ta tính diện tích hiệu dụng Shd phin lọc L V 0,8 30 Shd ≥ K = 687,5 ≈ 300 ∆P 55 Giữa Shd phin lọc diện tích hình học Shh miếng giấy dùng gấp phin lọc có quan hệ với theo cơng thức thực nghiệm sau: Shd = α Shh Thơng thường α có giá trị từ 0,85 đến 0,90 nên ta có: Shd 300 Shh = = = 330 ÷ 350 α 0,85 ÷ 0,9 109 + Như ta tính Shh phin lọc cần thiết kế chế tạo Thông số kỹ thuật phin lọc thiết kế trình bày bảng 3.13 Bảng 3.13 Chỉ tiêu kỹ thuật phin lọc thiết kế Chỉ tiêu STT Giá trị tính toán Chiều cao múi, mm 14,5 Số múi giấy 33 Diện tích cấu tạo, cm2 364 Diện tích hiệu dụng, cm2 310 ÷ 327 Trở lực, Pa 50,4 ÷ 53,2 3.4.3.4 Chế tạo hộp lọc kiểm tra, đánh giá chất lượng sản phẩm: Đã tiến hành lắp rắp, chế thử hộp lọc Quá trình chế tạo hộp lọc MV5 thể Hình 3.23 Căn thiết kế hộp lọc MV5 qua q trình thử nghiệm, tính tốn tiêu chất lượng hộp lọc sử dụng vật liệu carbon Bảng 3.14 Bảng 3.14 Chỉ tiêu chất lượng hộp lọc độc quân STT Chỉ tiêu kỹ thuật Kích thước, mm - Đường kính - Chiều cao Kết 110 110 Khối lượng vật liệu, gam 100 ± Trở lực hô hấp, Pa 147 - 216 Thời gian bảo vệ với: - Benzen, mg/lít - Clopicrin, mg/lít - Axit xyanhydric, 4,5 mg/lít 110 >35 >35 >35 Hình 3.23 Quá trình chế tạo hộp lọc MV5 111 Bảng 3.15 Đánh giá khả hấp phụ loại vật liệu Hỗn hợp CNT/CA Chỉ tiêu S BET, m /g Khối lượng vật liệu, gam Khối lượng hộp lọc, gam Trở lực hô hấp, Pa Thời gian bảo vệ (phút) với: - C6H6, mg/lít - CCl3NO2, mg/lít - HCN, 4,5 mg/lít Hệ số lọt qua (%) CA CNT TCVN/QS 1223:2010 1% CNT 2% CNT 3% CNT 4% CNT 5% CNT 1051,5 1023,4 1005,3 989,6 978,7 ̴ 1163,8 240,2 - 100 100 100 100 100 100 50 - ̴ 340 ̴ 340 ̴ 340 ̴ 340 ̴ 340 ̴ 340 ̴ 300 300-340 180-195 180-195 180-195 180-195 180-195 180195 115 147-216 77,8 72,52 71,86 68,55 63,17 80-94 12-15 >35 86,47 82,85 76,18 70,35 75,63 73,76 72,42 66,48 65,68 62,79 83-98 72-92 16-18 13-15 >35 >35