NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SiO2 THU HỒI TỪ TRO TRẤU TRONG TỔNG HỢP ZEOLITE

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA MÔI TRƯỜNG  - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SiO2 THU HỒI TỪ TRO TRẤU TRONG TỔNG HỢP ZEOLITE” Người thực hiện  : LƯỜNG THỊ HẰNG Lớp : K58-MTB Khóa : 58 Chuyên ngành : KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Giáo viên hướng dẫn : TS TRỊNH QUANG HUY Hà Nợi – 2017 HỌC VIỆN NƠNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA MÔI TRƯỜNG  - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: “ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SiO2 THU HỒI TỪ TRO TRẤU TRONG TỔNG HỢP ZEOLITE ” Người thực hiện  : LƯỜNG THỊ HẰNG Lớp : K58-MTB Khóa : 58 Chuyên ngành : KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Giáo viên hướng dẫn : TS TRỊNH QUANG HUY Địa điểm thực tập : BM CƠNG NGHỆ MƠI TRƯỜNG Hà Nợi – 2017 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp, ngoài sự cố gắng của bản thân đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, bảo tận tình thầy giáo, gia đình bạn bè Nhân dịp này, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy TS Trịnh Quang Huy giảng viên môn Công nghệ Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam, người hướng dẫn thực khóa luận tận tình truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm q báu cho tơi q trình học tập nghiên cứu Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy ThS Nguyễn Ngọc Tú, cô ThS Hồ Thị Thúy Hằng - giảng viên môn Công nghệ môi trường cô ThS Vũ Thị Xuân Hương - giảng viên môn Vi sinh vật, thầy - cô bảo giúp đỡ nhiều q trình nghiên cứu Tơi xin trân trọng cảm ơn tồn thể q thầy, giáo môn Công nghệ Môi trường – Học viện Nông nghiệp Việt Nam tạo điều kiện giúp đỡ thời gian thực tập môn Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình anh Trần Minh Hoàng, chị Đinh Phương Thảo, bạn Bùi Thị Hồng Thủy, bạn Dương Hải Ly suốt trình thực nghiên cứu Cuối tối xin bày tỏ ơn sâu sắc tới bố mẹ, gia đình bạn bè ủng hộ, động viên, giúp đỡ tạo điều kiện cho thực khóa luận Hà Nợi, ngày 06 tháng 02 năm 2017 Người thực hiện Lường Thị Hằng MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa đầy đủ CEC Khả trao đổi cation ( Cation Exchange Capacity) LOI Hàm lượng nung (Loss On Ignition) SEM Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope) SBU Đơn vị xây dựng cấu trúc thứ cấp (Secondary Building Units) TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscope) XRD Phổ nhiễu xạ tia X (X – Ray Diffraction) XRF Huỳnh quang tia X (X - Ray Fluorescence) MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam biết đến nước có nơng nghiệp lúa nước lâu đời với lượng lúa gạo xuất năm đứng thứ Thế giới Theo thống kê Bộ Nông Nghiệp Phát Triển Nông Thơn, tính đến tháng 12/2015 sản lượng lúa nước ước tính đạt 45,22 triệu Vỏ trấu chiếm 15 đến 20 % khối lượng hạt lúa, với sản lượng hàng chục lúa tương ứng với lượng lớn vỏ trấu phát sinh năm triệu (Nguyễn Đặng Anh Thi, 2014) Vỏ trấu thường người dân sử dụng làm chất đốt, chất độn chuồng, thức ăn cho gia súc, ủ gốc cây, làm giá thể trồng nấm, nhiên phần lớn chúng bị bỏ đồng ruộng, đổ kênh mương hay đốt trực tiếp đồng ruộng gây lẵng phí nguồn tài nguyên ảnh hưởng khơng nhỏ tới mơi trường Dó đó, viêc nghiên cứu giải pháp tận thu nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp để sử dụng hiệu nguồn tài nguyên giảm thiểu tác động xấu tới môi trường vấn đề quan trọng Theo Trần Văn Đức, 2012 vỏ trấu SiO chiếm 21,02% tro trấu tỷ lệ tăng cao với 90,66% theo Bùi Huy Hiền tro trấu SiO chiếm tới 95,4% khối lượng Từ kết cho thấy tro trấu nguồn vật liệu tiềm để thu hồi SiO2 theo nghiên cứu ngồi nước SiO2 thu hồi từ tro trấu thành phần sử dụng để tổng hợp Zeolite (W.Panpa- 2009, Nguyễn Thị Huyền-2014 ) Zeolite nhơm silicat có cấu trúc tinh thể xác định, có lỗ xốp với kích thước nano đặn, cấu trúc zeolite có tứ diện SiO4 AlO4 liên kết với qua nguyên tử oxi, không gian bên tinh thể nối với đường rãnh có kích thước ổn định, nhờ hệ thống lỗ xốp đường rãnh mà zeolite hấp phụ phân tử có kích thước nhỏ lỗ hổng, ứng dụng vô ý nghĩa lĩnh vực mơi trường, ngồi zeolite với chức xúc tác, trao đổi ion ứng dụng y tế, nơng nghiệp cơng nghiệp khác Có loại zeolite zeolite tự nhiên zeolite tổng hợp( Tạ Ngọc Đơn, 2002), zeolite tự nhiên có chi phí sử dụng thấp độ tính khiết chưa cao, với zeolite tổng hợp độ tinh khiết cao giá thành cao Vì việc sử dụng nguồn SiO2 thu hồi từ trỏ trấu để tổng hợp zeolite khắc phục tồn phương pháp giảm tác động xấu tới môi trường trấu gây mà đảm bảo chất lượng giá thành zeolite Xuất phát từ thực tiễn tiến hành đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng SiO2 thu hồi từ tro trấu tổng hợp Zeolite” để tạo Zeolite tổng hợp từ SiO2 thu hồi từ tro trấu đánh giá đặc tính vật liệu Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá đặc tính tro khả thu hồi SiO2 từ tro trấu - Tổng hợp đánh giá tính chất Zeolite từ nguồn SiO2 thu hồi từ tro trấu Chương TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Hiện trạng phát sinh vỏ trấu từ sản xuất nơng nghiệp Việt Nam đất nước có truyền thống sản xuất nông nghiệp lâu đời, năm 2013 nước ta sản xuất khoảng 44 triệu lúa nước đứng thứ hai giới sản xuất lúa gạo Cây lúa trồng quan trọng thuộc nhóm ngũ cốc, lúa lương thực người dân Việt Nam Ngành nơng nghiệp trồng lúa Việt Nam năm gần đạt tiến vượt bậc việc áp dụng cơng nghệ góp phần tạo tổng sản lượng lúa hàng năm cao đến năm 2014 nước ta sản xuất khoảng 44 triệu lúa Bảng 1.1: Diễn biến tình hình sản xuất lúa nước giai đoạn từ 1995 - 2014 Năm Diện tích (1000ha) Năng suất (tấn/ha) Sản lượng (triệu tấn) 1995 6,766 3,68 24,96 2000 7,666 4,24 32,52 2005 7,326 4,88 35,79 2006 7,324 4,89 35,82 2007 7,305 4,86 35,56 2008 7,414 5,22 38,72 2011 7,657 38,285 2012 7,75 5,6 43,4 2013 7,742 5,43 42,04 2014 7,8 5,7 44,46 Nguồn: Cục trồng trọt ( 2014) Hàng năm bên cạnh lượng nông sản thu hoạch lượng phế phụ phẩm phát sinh từ lúa lớn Phụ phẩm bao gồm có: tấm, cám, vỏ trấu rơm rạ Trong thành phần hạt lúa, vỏ trấu chiếm khoảng 20% khối lượng, chế biến lúa tạo khoảng 200 kg vỏ trấu Như vây, hàng năm khối lượng vỏ trấu lên tới triệu tấn/năm Trong sản lượng trấu thu gom khoảng từ 4-5 triệu tấn, phần cịn lại khơng thu gom thải mơi trường bên ngồi Với tính chất tự nhiên cứng, có xơ dễ gây trầy khiến sản phẩm làm từ trấu có dinh dưỡng, độ ăn mòn cao lượng tro q nhiều Cho tới chưa có phương án sử dụng hữu hiệu rộng rãi nguồn phế liệu trừ làm nhiên liệu đốt thẳng với hiệu không cao hay sử dụng làm chất độn cho phân chuồng Lượng trấu không sử dụng lớn, đặc biệt nhà máy xay xát gạo Do có giá trị kinh tế, giá trị sử dụng nên vỏ trấu coi loại phế thải nông nghiệp yếu tố gây nhiễm mơi trường Đã có hàng loạt cơng trình nghiên cứu, tận dụng vỏ trấu làm nguyên liệu để phục vụ đời sống sản xuất triển khai thực tế Và nhiều doanh nghiệp, sở sản xuất, người dân làm giàu từ nguồn phế phẩm Song với khối lượng trấu phát sinh lớn với nơng nghiệp cịn mang tính nhỏ lẻ nên khó khăn việc thu gom mà trấu thải bỏ ngồi mơi trường gây nhiễm ngiêm trọng ảnh hưởng đến sức khoẻ người dân Do cần có hướng việc nghiên cứu tận thu ứng dụng trấu quy mô công nghiệp hướng nghiên cứu đầy triển vọng nghiên cứu quy trình tách SiO2 từ trấu Sử dụng tro trấu làm nguyên liệu để thu hồi SiO lúc giải hai vấn đề Một thu hồi SiO2 ứng dụng rộng rãi vào nhiều lĩnh vực khác Hai khai thác sử dụng cách có hiệu nguồn phế thải vỏ trấu khổng lồ, giảm thiểu khả gây nhiễm mơi trường Những năm gần đây, có nhiều tiến khoa học kỹ thuật ứng dụng vào việc tận thu phế, phụ phẩm trình sản xuất nông sản, thực phẩm để sản xuất phân hữu vi sinh, vật liệu xây dựng, thức ăn chăn ni, khí đốt, lượng… Tuy nhiễn cịn hạn chế chưa ứng dụng cách phổ biến mà diễn chủ yếu quy mô hộ gia đình Do đặc thù sản xuất nơng nghiệp nước ta cịn mang tính nhỏ lẻ, phân tán nên việc thu gom, phân loại phế phụ phẩm nơng nghiệp khó khăn Chính phế phẩm nông nghiệp không tận dụng triệt để, lượng lớn phế phẩm thải bỏ cách đốt chí đổ xuống ao, hồ, sơng suối… vừa gây lãng phí, vừa gây nhiễm mơi trường nghiêm trọng Hiện nay, trấu tận dụng làm nhiên liệu lò đốt (nhà máy nhiệt điện, lò sản xuất gạch), sản xuất giấy…Tuy nhiên, vấn đề gặp phải nhà máy nhiệt điện sử dụng trấu làm chất đốt làm lượng phế phụ phẩm tro trấu thải sau trình đốt, nung lớn Phế phẩm khó xử lý, chứa SiO2, nên hầu hết thải môi trường Trong nhiều năm gần đây, tận dụng tro trấu từ trấu vào ngành sản xuất khác tập trung nghiên cứu Hiện nay, tro trấu sử dụng ngành công nghiệp như: công nghiệp sản xuất xi măng, chế biến cao xu, công nghiệp sản xuất thép chất lượng cao vật liệu cách nhiệt, vật liệu tổng hợp zeolite ứng dụng xử lý mơi trường 1.2 Thành phần, tính chất vỏ trấu 1.2.1 Thành phần hóa học vỏ trấu Vỏ trấu có kích thước trung bình khoảng – 10 mm dài, – mm rộng dày 0.2 mm , chiếm khoảng 20 – 21% trọng lượng hạt Vỏ trấu có cấu tạo bền dai nhằm bảo vệ cho phôi nội nhũ khỏi bị tác động học hóa học từ bên ngồi Thành phần hóa học vỏ trấu tương tự nhiều sợi hữu phổ biến chứa cellulose, lignin, hemicelluloses silica Sau đốt, thành phần hữu bị phân hủy thu tro trấu Tuỳ vào mục đích sử dụng, đặc trưng vật lí hố học đánh giá theo nhiều tiêu chí khác Thành phần hố học vỏ trấu biến động theo giống lúa, mùa vụ, đặc trưng canh tác nông nghiệp vùng khác nhau.Tuy nhiên thành phần vỏ trấu chủ yếu cellulos hemicelluloses, lignin chiếm 90% khối lượng số kim loại khác như: Si, P, K, Al Thành phần hoá học vỏ trấu thể qua bảng sau: ... tài: ? ?Nghiên cứu ứng dụng SiO2 thu hồi từ tro trấu tổng hợp Zeolite? ?? để tạo Zeolite tổng hợp từ SiO2 thu hồi từ tro trấu đánh giá đặc tính vật liệu Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá đặc tính tro. .. tro khả thu hồi SiO2 từ tro trấu - Tổng hợp đánh giá tính chất Zeolite từ nguồn SiO2 thu hồi từ tro trấu Chương TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Hiện trạng phát sinh vỏ trấu từ sản xuất... 21,02% tro trấu tỷ lệ tăng cao với 90,66% theo Bùi Huy Hiền tro trấu SiO chiếm tới 95,4% khối lượng Từ kết cho thấy tro trấu nguồn vật liệu tiềm để thu hồi SiO2 theo nghiên cứu nước SiO2 thu hồi từ