Nghiên cứu tổng hợp zeolite a từ tro bay các nhà máy nhiệt điện than bằng phương pháp thủy nhiệt với sự hỗ trợ của siêu âm, ứng dụng xử lý nh4+ trong nước thải

Nghiên cứu tổng hợp zeolite a từ tro bay các nhà máy nhiệt điện than bằng phương pháp thủy nhiệt với sự hỗ trợ của siêu âm, ứng dụng xử lý nh4+ trong nước thải Nghiên cứu tổng hợp zeolite a từ tro bay các nhà máy nhiệt điện than bằng phương pháp thủy nhiệt với sự hỗ trợ của siêu âm, ứng dụng xử lý nh4+ trong nước thải Nghiên cứu tổng hợp zeolite a từ tro bay các nhà máy nhiệt điện than bằng phương pháp thủy nhiệt với sự hỗ trợ của siêu âm, ứng dụng xử lý nh4+ trong nước thải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ  LÊ VĂN TÂM NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP ZEOLITE A TỪ TRO BAY CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA SIÊU ÂM, ỨNG DỤNG XỬ LÝ NH4+ TRONG NƯỚC THẢI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP Hồ Chí Minh - 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ  LÊ VĂN TÂM NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP ZEOLITE A TỪ TRO BAY CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA SIÊU ÂM, ỨNG DỤNG XỬ LÝ NH4+ TRONG NƯỚC THẢI Ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 9520320 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TS Nguyễn Kỳ Phùng PGS TS Phạm Hồng Nhật TP Hồ Chí Minh - 2023 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết trình bày luận án hồn tồn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Các liệu tham khảo trích dẫn đầy đủ TP.HCM, ngày tháng 05 năm 2023 Tác giả luận án Lê Văn Tâm LỜI CẢM ƠN Luận án hoàn thành Viện Nhiệt đới môi trường/Viện Khoa học Công nghệ qn Trong q trình nghiên cứu tơi nhận nhiều giúp đỡ quý báu thầy cô, nhà khoa học, đồng nghiệp, bạn bè gia đình Trước tiên, tơi xin trân trọng cảm ơn thầy GS TS Nguyễn Kỳ Phùng PGS TS Phạm Hồng Nhật trực tiếp hướng dẫn, truyền cho tri thức bảo, giúp đỡ, động viên, khích lệ tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành luận án Tơi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám đốc Viện KH-CN quân sự, Phòng Đào tạo/Viện KH-CN quân sự, Ban huy Viện Nhiệt đới môi trường cán phịng chun mơn Viện giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình học tập nghiên cứu Tơi đặc biệt chân thành cảm ơn giảng viên Viện KH-CN quân sự, Thầy, Cô, nhà khoa học công tác Quân đội, giảng dạy tạo điều kiện giúp đỡ thời gian theo học làm việc Viện NĐMT/Viện KH-CN quân Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Quang Long- Khoa Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, GS.TS Nguyễn Phước Dân, Trung tâm nghiên cứu nước khu vực Châu Á, PGS.TS Phùng Chí Sỹ, TS Trần Minh Chí- Viện NĐMT/Viện KH-CN qn có góp ý q báu cho tơi q trình thực luận án Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Thị Kim Phụng Kỹ sư Nguyễn Thị Trúc Phương- Khoa Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM nhiệt tình hỗ trợ tơi trình nghiên cứu Sau cùng, xin bày to lời tri ân sâu săc tới bố, me, gia đình bạn bè bên cạnh ủng hộ giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận án i MỤC LỤC Trang MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii DANH MỤC CÁC BẢNG .iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ v MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung zeolite 1.1.1 Cấu trúc zeolite 1.1.2 Tính chất zeolite 1.1.3 Zeolite A 1.2 Đặc trưng tro bay từ nhà máy nhiệt điện than 1.3 Tổng quan nghiên cứu tổng hợp zeolite 12 1.3.1 Cơ chế trình kết tinh thủy nhiệt 12 1.3.2 Các phương pháp tổng hợp zeolite từ tro bay 12 1.3.3 Cơ chế siêu âm nguyên lý hoạt động siêu âm đầu phát 15 1.3.4 Quy trình tổng hợp zeolite thủy nhiệt hỗ trợ siêu âm 18 1.4 Tổng quan trạng ô nhiễm NH4+ nước thải Việt Nam .23 1.5 Phương pháp trao đổi ion zeolite 26 1.5.1 Khái niệm hấp phụ trao đổi ion .26 1.5.2 Mơ hình hấp phụ trình trao đổi ion 26 1.5.3 Đường đẳng nhiệt hấp phụ trình trao đổi ion zeolite 27 1.5.4 Phương trình động học trình trao đổi ion 29 1.5.5 Tổng quan nghiên cứu ứng dụng zeolite tro bay xử lý NH4+, KLN nước thải 30 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 35 2.1 Nghiên cứu tổng hợp zeolite A từ tro bay nhiệt điện than phương pháp thủy nhiệt hỗ trợ siêu âm 35 2.1.1 Sơ đồ nghiên cứu tổng thể 35 2.1.2 Vật liệu, hóa chất thiết bị 36 2.1.3 Nghiên cứu quy trình thực nghiệm 38 2.2 Nghiên cứu trình hấp phụ NH4+ zeolite A tổng hợp từ tro bay nhiệt điện than .47 2.2.1 Vật liệu, hóa chất thiết bị 47 2.2.2 Nghiên cứu quy trình thực nghiệm 48 ii 2.3 Phương pháp phân tích 52 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 55 3.1 Nghiên cứu tổng hợp zeolite A từ tro bay nhiệt điện than phương pháp thủy nhiệt hỗ trợ siêu âm 55 3.1.1 Khảo sát vật liệu yếu tố ảnh hưởng 55 3.1.2 Nghiên cứu khả tăng hiệu trích ly Si từ tro bay 59 3.1.3 Nghiên cứu tổng hợp zeolite A phương pháp thủy nhiệt hỗ trợ siêu âm 01 giai đoạn 65 3.1.4 Nghiên cứu tổng hợp zeolite A phương pháp thủy nhiệt hỗ trợ siêu âm 02 giai đoạn 76 3.1.5 Đặc trưng zeolite A tổng hợp 85 3.2 Nghiên cứu trình hấp phụ tĩnh (gián đoạn) zeolite A 88 3.2.1 Xác định thời gian đạt cân 89 3.2.2 Xác định đường đẳng nhiệt hấp phụ phù hợp với trình trao đổi ion zeolite A tổng hợp 90 3.2.3 Xác định ảnh hưởng cation cạnh tranh 94 3.2.4 Xác định khả hoàn nguyên tái sử dụng zeolite A 95 3.3 Nghiên cứu trình hấp phụ động (liên tục) zeolite A 97 3.3.1 Xác định thời gian lưu nước 97 3.3.2 Khả hấp phụ vật liệu biến thiên nồng độ ô nhiễm nước thải 98 3.3.3 Xác định chiều cao cột hấp phụ 99 KẾT LUẬN 101 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Việt BET - Tiếng Anh Brunauer–Emmett–Teller BTNMT Bộ Tài Nguyên Môi Trường - CEC Dung lượng trao đổi cation ĐBSCL Đồng sông Cửu Long EDS Phổ tán xạ lượng tia X Energy - dispersive X - ray spectroscopy HRT Thời gian lưu Hydraulic retention time ICP-MS Thiết bị khối phổ plasma cao Inductively Coupled Plasma tần Mass Spectrometry KLN Kim loại nặng LOI Mất nung NĐT Nhiệt điện than - NMĐT Nhà máy điện than - PTN Phòng thí nghiệm - QCVN Quy chuẩn Việt Nam - RSD Độ lệch chuẩn tương đối - SEM Kính hiển vi điện tử quét TP HCM Thành phố Hồ Chí Minh - TLTK Tài liệu tham khảo - TN Tổng Nitơ Total Nitrogen TS Tổng hàm lượng chất rắn Total Solid TSS Tổng chất rắn lơ lửng Total Suppended Solid US EPA Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ - UV-vis Quang phổ tử ngoại khả kiến Ultraviolet - Visible spectroscopy XLNT Xử lý nước thải XRD Nhiễu xạ tia X X-ray Diffraction XRF Huỳnh quang tia X X-ray Fluorescence Cation exchange capacity - Loss on ignition Scanning electron microscope - iv DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Tính chất số loại zeolite từ tro bay có khả trao đổi ion cao Bảng 1.2 Thành phần pha số loại tro bay 10 Bảng 1.3 Thành phần số loại tro bay từ NMĐT Việt Nam .11 Bảng 1.4 Đặc tính tro bay NMĐT Duyên Hải .11 Bảng 1.5 Phân tích ưu nhược điểm phương pháp tổng hợp zeolite 14 Bảng 1.6 Các nguồn ô nhiễm amoni phương pháp xử lý Việt Nam 24 Bảng 2.1 Giá trị mã hóa giá trị thực nghiệm yếu tố thực nghiệm 41 Bảng 2.2 Ma trận thực nghiệm ba biến X1, X2, X3 42 Bảng 2.3 Giá trị mã hóa giá trị thực nghiệm yếu tố thực nghiệm 44 Bảng 2.4 Ma trận thực nghiệm ba biến X1, X2, X3 45 Bảng 2.5 Giá trị mã hóa giá trị thực nghiệm yếu tố thực nghiệm 46 Bảng 2.6 Ma trận thực nghiệm hai biến X1, X2 47 Bảng 3.1 So sánh thành phần tro bay trước sau siêu âm 55 Bảng 3.2 Thành phần nguyên tố mẫu zeolite M3 tổng hợp 58 Bảng 3.3 Thành phần tro bay loại F Nhiệt điện than Duyên Hải .59 Bảng 3.4 Thiết kế tổng hợp trung tâm (central composite) biến đáp ứng 62 Bảng 3.5 So sánh hiệu trích ly Si với nghiên cứu khác .63 Bảng 3.6 Cường độ peak mẫu zeolite A tổng hợp 68 Bảng 3.7 Độ kết tinh mẫu tổng hợp zeolite A 69 Bảng 3.8 Thành phần nguyên tố zeolite A tổng hợp 70 Bảng 3.9 Độ kết tinh sản phẩm zeolite A 78 Bảng 3.10 Thành phần nguyên tố zeolite A tổng hợp 82 Bảng 3.11 Thời gian đạt cân amoni lên vật liệu zeolite A 89 Bảng 3.12 Kết thí nghiệm cân hấp phụ .90 Bảng 3.13 Kết xử lý số liệu xác định cặp thông số (q c) 91 v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Cấu trúc sơ cấp Zeolite .7 Hình 1.2 Cấu trúc thứ cấp Zeolite Hình 1.3 Hình thái cấu trúc Zeolite A Hình 1.4 Quy trình điển hình tổng hợp thủy nhiệt truyền thống 12 Hình 1.5 Quy trình tổng hợp zeolite giai đoạn Hollman 13 Hình 1.6 Quy trình điển hình tổng hợp zeolite phương pháp nung chảy trước thủy nhiệt 13 Hình 1.7 Quy trình tổng hợp zeolite phương pháp muối nóng chảy .14 Hình 1.8 (a) Nhiệt độ áp suất dung dịch tác dụng sóng siêu âm, (b) Cơ chế hình thành vi bọt khí tác dụng sóng siêu âm 16 Hình 1.9 Quy trình tổng hợp zeolite X Claudia Belviso .18 Hình 1.10 Quy trình tổng hợp zeolite A Bukhari 20 Hình 1.11 Quy trình tổng hợp nanozeolite X Boycheva S 21 Hình 1.12 Hàm lượng Amoni nước thải CCN Hà Nội giai đoạn 2011 - 2016 .24 Hình 1.13 Mơ hình hấp phụ vị trí liên kết (site-binding model) 27 Hình 1.14 (a) Loại bỏ asen amoni nước thải zeolite; (b) Loại bỏ đồng amoni nước thải zeolite Y 30 Hình 1.15 Sự biến đổi hệ số phân phối với khả hấp phụ ion zeolite tổng hợp 31 Hình 2.1 Sơ đồ nghiên cứu tổng thể 35 Hình 2.2 Tro bay khơng qua ray (bên trái) qua ray 50 µm (bên phải) 37 Hình 2.3 Mơ hình nghiên cứu tổng hợp zeolite A .37 Hình 2.4 Các thí nghiệm khảo sát tổng hợp zeolite A phương pháp thủy nhiệt có hỗ trợ siêu âm .39 Hình 2.5 Sơ đồ nghiên cứu khả trích ly Si 40 Hình 2.6 Sơ đồ nghiên cứu tổng hợp zeolite A sử dụng siêu âm giai đoạn 43 Hình 2.7 Sơ đồ nghiên cứu tổng hợp zeolite A sử dụng siêu âm giai đoạn 46 Hình 3.1 Phổ XRD zeolite tổng hợp theo quy trình thủy nhiệt có hỗ trợ siêu âm 56 Hình 3.2 Ảnh chụp SEM hình thái cấu trúc mẫu zeolite M3 tổng hợp 56 Hình 3.3 Ảnh chụp EDS zeolite A tổng hợp 57 Hình 3.4 Phổ XRD tro bay thơ tro bay sau trích ly 60 vi Hình 3.5 Biểu đồ đáp ứng bề mặt hiệu suất trích ly: (a) biên độ rung 35 %, (b) biên độ rung 50 %, (c) biên độ rung 65 %, (d) nhiệt độ 85 °C, (e) nhiệt độ 90 °C, (f) nhiệt độ 95 °C 61 Hình 3.6 Phổ XRD 17 mẫu tổng hợp 66 Hình 3.7 Phổ XRD mẫu ii-03 có xuất zeolite A X 67 Hình 3.8 Kết phân tích EDS 04 mẫu đại diện 71 Hình 3.9 Ảnh SEM 04 mẫu đại diện 73 Hình 3.10 So sánh cấu trúc tinh thể 04 mẫu đại diện 75 Hình 3.11 Phổ XRD 09 mẫu tổng hợp 78 Hình 3.12 So sánh cấu trúc tinh thể 09 mẫu tổng hợp 82 Hình 3.13 Đường cong đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ zeolite A tổng hợp 85 Hình 3.14 Quy trình tổng hợp zeolite A đề xuất 87 Hình 3.15 Thời gian đạt cân hấp phụ NH4+ lên zeolite A 89 Hình 3.16 Phương trình tuyến tính đường đẳng nhiệt Langmuir 91 Hình 3.17 Phương trình tuyến tính đường đẳng nhiệt Freundlich .92 Hình 3.18 Các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ 93 Hình 3.19 Biểu đồ cạnh tranh ion NH4+ Zn2+ nước thải 94 Hình 3.20 Biểu đồ cạnh tranh ion NH4+ Ni2+ nước thải 95 Hình 3.21 Khả hồn ngun tái sử dụng zeolite A 96 Hình 3.22 Theo dõi khả xử lý NH4+ vận tốc qua cột khác 97 Hình 3.23 Theo dõi khả xử lý NH4+ nồng độ đầu vào khác 98 Hình 3.24 Đường hấp phụ tới hạn theo chiều cao cột 99 98 Trong nghiên cứu này, thí nghiệm thực với vận tốc lọc ≤20 m/h, hiệu xử lý amoni đạt 90% Khi tăng vận tốc lọc đến 30,57 m/h hiệu suất xử lý giảm nhanh 3.3.2 Khả hấp phụ vật liệu biến thiên nồng độ nhiễm nước thải Hình 3.23 Theo dõi khả xử lý NH4+ nồng độ đầu vào khác Kết Hình 3.23 cho thấy điều kiện chiều cao cột vật liệu vận tốc lọc, nồng độ chất amoni đầu vào (C0) tăng nồng độ amoni đầu (Ct) tăng lên hiệu xử lý (thể qua tỷ số Ct/C0) giảm Khi 99 C0 tăng lên dung lượng hấp phụ cân (q) vật liệu tăng lên C0 cao q đạt đến giá trị giới hạn không tăng Nghiên cứu cho thấy C0 tăng dần từ 30 mg/L đến 50 mg/L, Ct có giá trị cao có xu hướng tăng dần tới giá trị giới hạn amoni nước thải sau xử lý (5 mg/L) Xu hướng tương tự ghi nhận thí nghiệm hấp phụ amoni tro bay nhiệt điện than [13] than sinh học biến tính từ lõi ngơ [15] Kết thí nghiệm cho thấy vận tốc qua cột m/h, nồng độ amoni đầu nằm nồng độ giới hạn amoni nước thải sau xử lý (5 mg/L) trường hợp tăng nồng độ amoni đầu vào lên đến 50 mg/L, chứng tỏ cột lọc có khả xử lý nước thải với nồng độ đầu vào NH4+ lên đến 50 mg/L Hiệu xử lý amoni thí nghiệm đạt 90% 3.3.3 Xác định chiều cao cột hấp phụ Vùng Vùng Cgiớihạn Vùng Hình 3.24 Đường hấp phụ tới hạn theo chiều cao cột Kết Hình 3.24 cho thấy, điều kiện C0=50 mg/L, V=5m/h, chiều dài cột vật liệu giảm thời gian tới hạn thời gian bão hòa ngắn Xu hướng tương tự ghi nhận nghiên cứu hấp phụ amoni tro bay than [13] than sinh học lõi ngô [15] Thời gian tới hạn thời gian bão hòa theo chiều dài cột 300 mm, 450 mm 600 mm 1,42 h, 100 3,08 h 5,75 h; 42 h, 60 h 60 h Các nghiên cứu trước cho thấy thời gian tới hạn xuất sau h với C0=40 mg/L, V=1 m/h, vật liệu hấp phụ than sinh học lõi ngô [15], hay thời gian tới hạn 2h với C0=30 mg/L, V=0,64 m/h, vật liệu hấp phụ tro bay than [13] Thời gian tới hạn 02 nghiên cứu dài vận tốc qua cột thấp Kết thí nghiệm cho thấy chiều cao cột hấp phụ 300 mm không hiệu xử lý chất ô nhiễm nồng độ chất nhiễm đầu NH4+ mau chóng vượt qua ngưỡng xả thải mg NH4+-N/L quy định số Quy chuẩn Việt Nam sau h vận hành Hệ thống hoạt động ổn định với chiều cao cột hấp phụ 600 mm Tuy nhiên, vùng biểu thị khả hấp phụ lại cột (vùng Hình 3.24) cịn lớn cho thấy sử dụng cột với thông số đầu vào phù hợp tận dụng hết khả xử lý vật liệu Các thí nghiệm cho thấy với chiều cao cột hấp phụ 600 mm, khả xử lý ổn định trì nồng độ đầu NH4+ mức từ 1-2 mg/L sau h vận hành Kết cho thấy chiều cao cột hấp phụ mức 600 mm thông số phù hợp thiết kế hệ thống cột hấp phụ sử dụng zeolite A dạng hạt Tuy nhiên, nồng độ amoni đầu vào thiết kế nên chọn trung bình ≤ 40 mg/L Nồng độ C0=50 mg/L nên xem nồng độ tối đa thiết kế hệ thống ổn định vận hành liên tục với nồng độ amoni lên đến 50 mg/L, gây khó khăn vận hành theo dõi chất lượng nước sau xử lý Nhận xét: Zeolite A dạng hạt xử lý tốt NH4+ nước thải theo chế hấp phụ động mơ hình cột đệm cố định dịng liên tục Một số thơng số thiết kế cho q trình xử lý NH4+ zeolite A dạng cột liên tục xác định: + Tốc độ qua cột: ≤ 20 m/h + Chiều cao lớp vật liệu: ≥ 600 mm + Nồng độ đầu vào NH4+ trung bình: ≤ 40 mg NH4+-N/L + Nồng độ NH4+ tối đa xử lý: 50 mg NH4+-N/L Mơ hình hồn tồn ứng dụng thực tế xử lý amoni, thay cho phương pháp xử lý dạng cột sử dụng loại vật liệu hấp phụ khác tro bay nhiệt điện, than hoạt tính từ lõi ngơ Thời gian tới hạn cột 5,75 h với nồng độ C0=50 mg/L, H=600 mm, V=5 m/h cho thấy tiềm ứng dụng zeolite A xử lý NH4+ nước thải 101 KẾT LUẬN Qua kết nghiên cứu luận án rút số kết luận đóng góp luận án sau: Kết nghiên cứu luận án Đã xác định điều kiện để nâng hiệu trích ly Si lên đến 65,92% 50 phút, 90°C biên độ rung 50%, tương ứng với lượng tiêu thụ 5,35 kJ/g tro bay Đây hiệu suất trích ly cao xét đến thời gian trích ly ngắn khơng có bước nung chảy Nghiên cứu chứng minh siêu âm hịa tan hiệu tinh thể quartz tro bay, qua góp phần làm tăng hiệu suất trích ly Si từ tro bay than Đã nghiên cứu tổng hợp zeolite A từ tro bay than nhà máy nhiệt điện phương pháp thủy nhiệt có hỗ trợ siêu âm Kết cho thấy chế độ siêu âm 01 giai đoạn điều kiện 90oC, 50’ biên độ rung 50%, tương ứng với lượng tiêu thụ 3,9 kJ/g tro bay, zeolite A từ tro bay nhà máy nhiệt điện than tổng hợp thành công với độ kết tinh cao, đạt 84,9% điều kiện không lọc trước thủy nhiệt, kích thước hạt 1-2 µm Ở chế độ siêu âm 02 giai đoạn với thời gian siêu âm 15’ biên độ rung 80% giai đoạn trước thủy nhiệt, tương ứng với lượng tiêu thụ 1,25 kJ/g tro bay, tổng hợp zeolite A có độ kết tinh 83,7%, tương đương với độ kết tinh trường hợp siêu âm giai đoạn giúp tạo zeolite có kích thước nhỏ (0,5-1,5 µm) Đã khảo sát đặc trưng vật liệu khả xử lý NH4+ zeolite A tổng hợp Kết cho thấy, điều kiện hấp phụ tĩnh, zeolite A tổng hợp có tốc độ hấp phụ nhanh đạt cân khoảng phút, khả hấp phụ tối đa zeolite A ion NH4+ qmax=434,8 (mg NH4+N/g zeolite A) Phương trình đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, biểu diễn phương trình (3.3) biểu diễn tốt cho trình hấp phụ Zeolite A dạng hạt xử lý tốt NH4+ nước thải theo chế hấp phụ động mơ hình cột đệm cố định dịng liên tục, cho thấy tính khả thi việc ứng dụng zeolite A tổng hợp từ tro bay NMĐT xử lý NH4+ nước thải 102 Những đóng góp luận án: - Xác định điều kiện trích ly Si từ tro bay nhiệt điện than đạt hiệu suất cao (65,92%) với hỗ trợ siêu âm (20 kHz, 1500 W) nhiệt độ vừa phải (90oC) thời gian ngắn (50 phút) - Tổng hợp thành công Zeolite A phương pháp siêu âm hai giai đoạn, tạo sản phẩm đạt hiệu suất độ kết tinh cao (83,7%) với kích thước hạt nhỏ (0,5 – 1,0 μm) Hướng nghiên cứu - Nghiên cứu tổng hợp zeolite A quy mô bán công nghiệp - Nghiên cứu tổng hợp zeolite A có chất lượng đáp ứng nhu cầu ứng dụng khác công nghiệp hút ẩm etanol, rây phân tử, … 103 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ Lê Văn Tâm, Lê Anh Kiên, Nguyễn Kỳ Phùng (2022), “Effect of ultrasound on silicon extraction from coal fly ash”, Chemical Engineering Transactions, 97, pp 145-150 Lê Văn Tâm, Nguyễn Thị Trúc Phương, Nguyễn Quang Long, Phạm Quốc Nghiệp, Phạm Hồng Nhật (2021), “Đánh giá khả tổng hợp zeolite A từ tro bay nhà máy nhiệt điện than phương pháp thủy nhiệt hỗ trợ siêu âm”, Tạp chí Nghiên cứu KH&CN Quân sự, Số Đặc san Hội nghị khoa học dành cho NCS CBNC trẻ, tr 188-193 Lê Văn Tâm, Phạm Hồng Tuân, Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Thị Xuân Hồng, Phạm Hồng Nhật (2022), “Xử lý amoni nước thải mơ hình cột liên tục sử dụng zeolite A tổng hợp từ tro bay than”, Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Nhiệt đới môi trường, tr 9-14 Lê Văn Tâm, Dương Công Thịnh, Nguyễn Thành Trí, Nguyễn Thị Xuân Hồng, Phạm Hồng Nhật (2022), “Hấp phụ amoni nước thải zeolite A tổng hợp từ tro bay than”, Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Nhiệt đới môi trường, tr 178-184 Lê Văn Tâm, Nguyễn Thanh Tùng, Lê Thị Thu Thủy, Phạm Hồng Nhật (2023), “Tác động siêu âm lên trình tổng hợp zeolite A từ tro bay than”, Tạp chí Phát triển khoa học công nghệ- Khoa học Trái đất môi trường, ĐHQG TP.HCM, (2), tr 600-608 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ Công thương (2021), Dự thảo “Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia thời kỳ 2021-2030, tầm nhìn đến năm 2045”, Hà Nội Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn (2014), Quyết định 639/QĐBNN-KH phê duyệt Quy hoạch nông nghiệp, nông thôn vùng Đồng sông Cửu Long đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030 điều kiện biến đổi khí hậu, Hà Nội Bộ Tài (2012), Cơng văn số 9433/BTC-CST ngày 13/7/2012 việc điều chỉnh tăng thuế nhập ưu đãi mặt hàng Zeolite giảm thuế nhập ưu đãi mặt hàng ATH Soda Flake Caustic Bộ Tài nguyên Môi trường (2021), Báo cáo trạng môi trường quốc gia giai đoạn 2016-2020, Hà Nội Bộ Tài nguyên Môi trường (2017), Báo cáo môi trường quốc gia 2017Chuyên đề quản lý chất thải, Hà Nội Công ty Cổ phần Cơ Điện Hoàng Hưng (2018), Báo cáo ĐTM dự án “Nhà máy Sản xuất cấu kiện kim loại công suất 15.000 sản phẩm/năm xử lý – tráng phủ kim loại với quy mô 2.420 sản phẩm/năm”, Đồng Nai Nguyễn Đức Chuy, Trần Thị Mây, Nguyễn Thị Thu (2002), “Nghiên cứu chuyển hóa tro bay Phả Lại thành sản phẩm chứa zeolit số tính chất đặc trưng chúng”, Tạp chí khoa học Trường Đại học sư phạm Hà Nội, Nguyễn Tuấn Dung, Nguyễn Thanh Mỹ, Trần Thị Minh Huyền, Vũ Xuân Minh (2013), “Nghiên cứu khả hấp phụ ion Cu2+ tro bay Phả Lại biến tính”, Tạp chí Khoa học Công nghệ, 51 (1), tr 107-114 Nguyễn Thị Hồng Hạnh, Trần Thị Như Mai (2010), “Ứng dụng zeolite để tách chì kẽm nguồn nước bị nhiễm”, Tạp chí khoa học phát triển; (6), tr 989-993 10 Lý Cẩm Hùng (2020), Nghiên cứu giải pháp công nghệ thiết kế, chế tạo thiết bị xử lý tro bay nhà máy nhiệt điện chạy than thành nguyên liệu cho nhà máy xi măng vật liệu không nung, Đề tài nghiên cứu cấp quốc gia, Trường Đại học Tài nguyên môi trường, Tp Hồ Chí Minh 105 11 Lê Anh Kiên (2019), Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng dự án thuộc Trung tâm điện lực Duyên Hải đến đời sống, sản xuất người dân đề xuất giải pháp quản lý, Báo cáo tổng kết đề tài, Viện Nhiệt đới mơi trường, Tp Hồ Chí Minh 12 Đỗ Quang Minh (2016), Hóa học chất răn, Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh 13 Văn Hữu Tập, Nguyễn Thị Tuyết, Hồng Thị Bích Hồng (2018), Nghiên cứu khả hấp phụ amoni tro bay mơ hình cột, Tạp chí Khoa học & Công nghệ, 190 (14), tr 135-140 14 Thủ tướng Chính phủ (2017), Quyết định số 452/QĐ-TTg ngày 12/04/2017 phê duyệt Đề án đẩy mạnh xử lý, sử dụng tro, xỉ, thạch cao nhà máy nhiệt điện, nhà máy hóa chất, phân bón làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng cơng trình xây dựng 15 Trường Đại học khoa học, Đại học Thái Nguyên (2019), “Nghiên cứu xử lý amoni (NH4+-N) nước bị nhiễm than sinh học biến tính sản xuất từ phế phụ phẩm nông nghiệp”, Đề tài khoa học công nghệ 16 Mai Tuyên (2004), Xúc tác zeolite hóa dầu, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 17 Viện Công nghệ mới/Viện KH-CN quân (2019- 2021), Quan trăc môi trường sở bảo đảm hậu cần, kỹ thuật, cơng nghiệp quốc phịng, Nhiệm vụ mơi trường hàng năm- cấp Bộ Quốc phịng, Hà Nội Tiếng Anh 18 ACI Committee 226, Fly ash in concrete ACI Mater J 84, 381–409 (1987) 19 Ahmaruzzaman M (2010), “A review on the utilization of fly ash”, Progress in Energy and Combustion Science, 36, pp 327–363 20 Aldahri T., Behin J., Kazemian H., Rohani S (2016), “Synthesis of zeolite Na-P from coal fly ash by thermo-sonochemical treatment”, Fuel 182, pp 494–501 21 American Society for Testing and Materials, Specification for fly ash and raw of calcined natural pozzolan for use as a mineral admixture in Portland cement concrete, ASTM, Philadelphia, PA, ASTM C618-78, 1978 22 Auerbach Scott M., Carrado Kathleen A., Dutta Prabir K (2003), Handbook of zeolite science and technology, CRC Press 106 23 Barrer R.M (1982), Hydrothermal chemistry of zeolites, Academic, Toronto, Canada 24 Benjamin M M , Lawler D F (2013), Water Quality Engineering: Physical/Chemical Treatment Processes, 1st Edition, Wiley 25 Belviso C., Cavalcante F., Lettino A., Fiore S (2011), “Effects of ultrasonic treatment on zeolite synthesized from coal fly ash”, Ultrasonics Sonochemistry, 18, pp 661–668 26 Belviso C., Cavalcante F., Fiore S (2013), “Ultrasonic waves induce rapid zeolite synthesis in a seawater solution”, Ultrasonics Sonochemistry, 20, pp 32–36 27 Belviso C (2017), “State-of-the-art applications of fly ash from coal and biomass: A focus on zeolite synthesis processes and issues”, Progress in Energy and Combustion Science, 65, pp 109–135 28 Belviso C (2018), “Ultrasonic vs hydrothermal method: Different approaches to convert fly ash into zeolite How they affect the stability of synthetic products over time?”, Ultrasonics - Sonochemistry, 43, pp 9–14 29 Bezerra M.A., Santelli R.E., Oliveira E.P., Villar L.S., Escaleira L.A (2008), “Response surface methodology (RSM) as a tool for optimization in analytical chemistry”, Talanta 76 , pp 965–977 30 Boycheva S., Marinov I., Miteva S., Zgureva D (2020), “Conversion of coal fly ash into nanozeolite Na-X by applying ultrasound assisted hydrothermal and fusion-hydrothermal alkaline activation”, Sustainable Chemistry and Pharmacy, 15, 100217 31 Breck D.W (1975), “Zeolite Molecular Sieves: Structure, Chemistry and Use”, Journal of Chromatographic Science, 13(4) 32 Bruker AXS GmbH (2014), Diffrac.Suite-User manual, Karlsruhe, Germany 33 Bukhari S.S., Behin J, Kazemian H, Rohani S (2014), “A comparative study using direct hydrothermal and indirect fusion methods to produce zeolites from coal fly ash utilizing single-mode microwave energy”, Journal of Material Science, 49, pp 8261–71 34 Bukhari S.S., Rohani S., Kazemian H (2016), “Effect of ultrasound energy on the zeolitization of chemical extracts from fused coal fly ash”, Ultrasonics Sonochemistry, 28, pp 47–53 107 35 Bukhari S.S (2016), Microwave and Ultrasound Assisted Zeolitization of Coal Fly Ash, Electronic Thesis and Dissertation Repository, 3997, Đại học Western Ontario, Ontario, Canada 36 Cardoso A M , Martha B Horn, Lizete S Ferret, Carla M.N Azevedo, Marcal Pires (2015), “Integrated synthesis of zeolites 4A and Na–P1 using coal fly ash for application in the formulation of detergents and swine wastewater treatment”, Journal of Hazardous Materials, 287, pp 69–77 37 Carette G G , Malhotra V M (2011), “Characterization of Canadian fly ashes and their relative performance in concrete”, Canadian Journal of Civil Engineering, 14(5), pp 667-682 38 Chareonpanich M., Jullaphan O., Tang C (2011), “Bench-scale synthesis of zeolite A from subbituminous coal ashes with high crystalline silica content”, Journal of Cleaner Production, 19 (1), pp 58–63 39 Clair N Sawyer, Perry L McCarty, Gene F Parkin (2003), Chemistry for Environmental Engineering and Science textbook, 5th Edition, McGrawHill Education 40 El-Khaiary M I., Malash G F., Ho Y S (2010), “On the use of linearized pseudo-second-order kinetic equations for modeling adsorption systems”, Desalination, 257, pp 93–101 41 Ferrarini Suzana F., Cardoso Ariela M , Paprocki A., Pires M (2016), “Integrated Synthesis of Zeolites Using Coal Fly Ash: Element Distribution in the Products, Washing Waters and Effluent”, Journal of the Brazilian Chemical Society, 27 (11), pp 2034-2045 42 Fukui K., Arai K., Kanayama K., Yoshida H (2006), “Phillipsite synthesis from fly ash prepared by hydrothermal treatment with microwave heating”, Advanced Powder Technology, 17 (4), pp 369–382 43 Ghadamnan E, Nabavi SR, Abbasi M (2019), “Nano LTA Zeolite in Water Softening Process: Synthesis, Characterization, Kinetic studies and process optimization by Response Surface Methodology (RSM)”, Journal of Water and Environmental Nanotechnology, 4(2), pp 119-138 44 Hui K.S., Chao C.Y.H (2006), “Synthesis of MCM-41 from coal fly ash by a green approach: Influence of synthesis pH”, Journal of Hazardous Materials, 137 (2), pp 1135–1148 45 Hums E., Musyoka N M., Baser H., Inayat A., Schwieger W (2015), “Insitu ultrasound study of the kinetics of formation of zeolites Na–A and 108 Na–X from coal fly ash”, Research on Chemical Intermediates, 41, pp 4311–4326 46 Inada M., Tsujimoto H., Eguchi Y., Enomoto N., Hojo J (2005), “Microwave-assisted zeolite synthesis from coal fly ash in hydrothermal process”, Fuel, 84 (12-13), pp.1482–1486 47 Jha B., Singh D N (2011), “A Review on synthesis, characterization and industrial applications of flyash zeolites”, Journal of Materials Education, 33 (1-2), pp 65-132 48 Jha V.K., Hayashi S (2009), “Modification on natural clinoptilolite zeolite for its NH4+ retention capacity”, Journal of Hazardous Materials, 169 (1-3), pp 29–35 49 Jha V.K., Nagae M., Matsuda M and Miyake M (2009), “Zeolite Formation from Coal Fly Ash and Heavy Metal Ion Removal Characteristics of Thus-Obtained Zeolite X in Multi-Metal Systems”, Journal of Environmental Management, 90 (8), pp 2507-2514 50 Ju T., Jiang J., Meng Y., Yan F., Xu Y., Gao Y (2020), “An investigation of the effect of ultrasonic waves on the efficiency of silicon extraction from coal fly ash”, Ultrasonics - Sonochemistry, 60, 104765 51 Juan R., Hernández S., Andrés JM., Ruiz C (2007), “Synthesis of granular zeolitic materials with high cation exchange capacity from agglomerated coal fly ash”, Fuel, 86 (12-13), pp 1811-1821 52 Kim J.K., Lee H.D (2009), “Effects of step change of heating source on synthesis of zeolite 4A from coal fly ash”, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 15 (5), pp 736–742 53 Kolay P.K., Singh D.N (2002b), “Characterization of an alkali activated lagoon ash and its application for heavy metal retention”, Fuel, 81 (4), pp 483-489 54 Lee M.G , Yi G., Ahn B.J., Roaddich F (2000), “Conversion coal fly ash into zeolite and heavy metal removal characteristics of the products”, Korean Journal of Chemical Engineering, 17, pp 325-331 55 Lei L.C., Li X.J., Zhang X.W (2008), “Ammonium removal from aqueous solutions using microwave-treated natural Chinese zeolite”, Separation Purification Technology, 58 (3), pp 359–366 56 Li C.-C., Qiao X.-C (2016), “A new approach to prepare mesoporous silica using coal fly ash”, Chemical Engineering Journal, 302, pp 388– 394 109 57 Liu H., Peng S., Shu L., Chen T., Bao T., Frost RL (2013), “Magnetic zeolite NaA: Synthesis, characterization based on metakaolin and its application for the removal of Cu2+, Pb2+”, Chemosphere, 91 (11), pp 1539-1546 58 Mark E D., Robert J D (2003), “Fundamentals of chemical reaction engineering”, Mc Graw Hill 59 Ma W., Brown P.W., Komarneni S (1998), “Characterization and cation exchange properties of zeolite synthesized from fly ashes”, Journal of Material Research, 13 (1), pp 3-7 60 Mehta P.K (1994), Testing and correlation of fly ash properties with respect to pozzolanic behavior, Electric Power Research Institute, Palo Alto, CA, Report CS3314 61 Mehta P.K (1983), “Pozzolanic and cementitious by-products as mineral admixtures for concrete- A critical review”, Proceedings of 1st International Conference on the Use of Fly Ash, Silica Fume, Slag, and Other Mineral By-products in Concrete, Montebello, PQ 62 Metcalf & Eddy, Inc (2004), “Wastewater engineering treatment and reuse (fourth edition)”, Mc Graw Hill 63 Minnesota Rural Water Association (2020), Minnesota Water Works Operations Manual, Fifth Publication, USA 64 Mintova S., Barrier N (2016), “Verified syntheses of zeolitic materials”, Third revised Edition, International Zeolite Association 65 Musyoka N M., Petrik L.F., Hums E (2011), “Ultrasonic assisted synthesis of zeolite A from coal fly ash using mine waters (acid mine drainage and circumneutral mine water) as a substitute for ultra pure water”, IMWA 2011, Aachen, Germany 66 Oboh I O., Aluyor E.O., Audu T.O.K (2013), “Second-order kinetic model for the adsorption of divalent metal ions on Sida acuta leaves”, International Journal of Physical Sciences, (34), pp 1722-1728 67 Ojumu T.V., Plessis P.W.D., Petrik L.F (2016), “Synthesis of zeolite A from coal fly ash using ultrasonic treatment – A replacement for fusion step”, Ultrasonics Sonochemistry, 31, pp 342–349 68 Panek R., Madej J., Bandura L., Slowik G (2017), “Fly ash-derived MCM-41 as a low-cost silica support for polyethyleneimine in postcombustion CO2 Capture”, Journal of CO2 Utilization, 22, pp 81–90 110 69 Panek R., Madej J., Bandura L., Slowik G (2021), “Recycling of Waste Solution after Hydrothermal Conversion of Fly Ash on a Semi-Technical Scale for Zeolite Synthesis”, Materials, 14, 1413 70 Peric J , Trgo M., Medvidovic N.V (2004), “Removal of zinc, copper and lead by natural zeolite- a comparison of adsorption isotherms”, Water Research, 38 (7), pp 1893–1899 71 Pham N.Q., Le K.A (2021), “Coal Fly Ash in Vietnam and its Application as a Lightweight Material”, Chemical Engineering Transactions, 83, pp 31-36 72 Popova M., Boycheva S., Lazarova H., Zgureva D., Lázár K., Szegedi Á (2019), “VOC oxidation and CO2 adsorption on dual adsorption/catalytic system based on fly ash zeolites”, Catalysis Today, 357, pp 518-525 73 Qiu W, Zheng Y (2019), “Removal of lead, copper, nickel, cobalt, and zinc from water by a cancrinite-type zeolite synthesized from fly ash”, Chemical Engineering Journal, 145, pp 483-488 74 Querol X., Alastuey A., Angel López-Soler, Plana F., Andrés J.M., Juan R., Ferrer P., Ruiz C.R (1997), “A fast method for recycling fly ash: microwave-assisted zeolite synthesis”, Environmetal Science Technology, 31(9), pp 2527–2533 75 Querol X., Moreno N , Alastuey A., Juan R., Andrés J.M., Angel LópezSoler, Ayora C., Medinaceli A., Valero A (2005), “Synthesis of high ion exchange zeolites from coal fly ash”, Geologica Acta, 5(1), pp.49-57 76 Querol X., Moreno N., Uman J.C , Alastuey A., Hernandez E., Angel López-Soler and Plana F (2002b), “Synthesis of zeolites from coal fly ash: an overview”, International Journal of Coal Geology, 50, pp 413-423 77 Querol X., Moreno N., Umaña J.C., Juan R., Hernández S., FernandezPereira C., Ayora C., Janssen M., García-Martínez J., Linares-Solano A., Cazorla-Amoros D (2002), “Application of zeolitic material synthesised from fly ash to the decontamination of waste water and flue gas”, Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 77 (3), pp 292-298 78 Rayalu S.S., Bansiwal A.K., Meshram S.U., Labhsetwar N., Devotta S (2006), Catalysis Surveys from Asia, 10 (2),74 79 Ripp J (1996), Analytical detection limit guidance & Laboratory: Guide for Determining Method Detection Limits, Wisconsin, USA 80 Rouquerol F., Rouquerol J., Sing K.S.W (1999), Adsorption by powders and porous solids, Academic Press, Waltham, MA, USA 111 81 Shih W.H and Chang H L (1996), “Conversion of fly ash into zeolites for ion-exchange applications”, Materials Letters, 28 (4-6), pp 263-268 82 Shoumkova A, Stoyanova V (2013), “Zeolites formation by hydrothermal alkali activation of coal fly ash from thermal power station “Maritsa 3”, Bulgaria”, Fuel, 103, pp 533-541 83 Sing K., Everett D., Haul R., Moscou L., Peirotti R., Rouquerol J (1985), “IUPAC commission on colloid and surface chemistry including catalysis”, Pure Applied Chemistry, 57, pp 603–619 84 Sivalingam S., Sen S (2018), “Rapid ultrasound assisted hydrothermal synthesis of highly pure nanozeolite X from fly ash for efficient treatment of industrial effluent”, Chemosphere, 210, pp 816-823 85 Somerset V., Petrik L., Iwuoha E (2008), “Alkaline hydrothermal conversion of fly ash precipitates into zeolites 3: the removal of mercury and lead ions from wastewater”, Journal of Environmental Management, 87 (1), pp 125-131 86 Sonics & Materials, Inc (2021), Operational Manual- Part No VCX500, Part No VCX750, Part No VCX15000, USA 87 Hielscher Ultrasonics GmbH 400W (2017), UP400St Operation Manual, Germany 88 Stat-Ease Inc (2019), Design Expert 12 software, Minneapolis, United States 89 Steenbruggen G., Hollman G.G (1998), “The synthesis of zeolites from fly ash and the properties of the zeolite products”, Journal of Geochemical Exploration, 62 (1-3), pp 305-309 90 Tanaka H., Eguchi H., Fujimoto S., Hino R (2006), “Two-step process for synthesis of a single phase Na–A zeolite from coal fly ash by dialysis” , Fuel, 85 (10-11), pp 1329-1334 91 Tanaka H., Fujii A., Fujimoto S., Tanaka Y (2008), “Microwave-Assisted Two-Step Process for the Synthesis of a Single-Phase Na-A Zeolite from Coal Fly Ash”, Advanced Powder Technology, 19 (1), pp 83–94 92 Thi N.D (2021), “Evaluating the Removal of Hexavalent Chromium (Cr VI) in Wastewater by Low-Cost Adsorbent Modified from Waste Fly Ash”, Chemical Engineering Transactions, 89, pp 547-552 93 Treacy M.M.J., Higgins J.B (2007), Collection of simulated XRD powder patterns for zeolites, Elsevier, Amsterdam, The Netherlands 112 94 Visa M., Popa N (2015), “Adsorption of Heavy Metals Cations onto Zeolite Material from Aqueous Solution”, Journal of Membrane Science & Technology, (1):133 95 Wang J , Guo X (2020), “Adsorption isotherm models: Classification, physical meaning, application and solving method”, Chemosphere, 258, 127279 96 Wang J., Guo X (2020), “Adsorption kinetic models: Physical meanings, applications, and solving methods”, Journal of Hazardous Materials, 390, 122156 97 Wdowin M., Franus M., Panek R., Badura L., Franus W (2014), “The conversion technology of fly ash into zeolites”, Clean Technology and Environmental Policy, 16, pp.1217–1223 98 WHO (2002), Eutrophication and Health, France 99 Yu J., Yang Y., Chen W., Xu D., Guo H., Li K., Liu H (2016), “The synthesis and application of zeolitic material from fly ash by one-pot method at low temperature”, Green Energy & Environment, (2), pp 166-171 100 Yuan N., Cai H., Liu T., Huang Q., Zhang X (2019), “Adsorptive removal of methylene blue from aqueous solution using coal fly ashderived mesoporous silica material”, Adsorption Science & Technology, 37, pp 333–348 101 Zhao Y., Zhang B., Zhang X., Wang J., Liu J., Chen R (2010), “Preparation of highly ordered cubic NaA zeolite from halloysite mineral for adsorption of ammonium ions”, Journal of Hazardous Materials, 178 (1-3), pp 658–664 102 Zhou C., Gao Q., Luo W., Zhou Q., Wang H., Yan C., Duan P (2015), “Preparation, characterization and adsorption evaluation of spherical mesoporous Al-MCM-41 from coal fly ash”, Journal of the Taiwan Institute Chemical Engineers, 52, pp 147–157