Báo cáo đề tài khoa học kĩ thuật dành cho học sinh trung học, đề tài thiết bị thu khí thải

MỤC LỤC Trang MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT NỘI DUNG DỰ ÁN Giới thiệu tổng quan vấn đề để nghiên cứu 1.1 Các nguồn tạo khí độc 1.2 Các thực hành khối 10 1.3 Các thực hành khối 11 1.4 Các thực hành khối 12 Giả thuyết khoa học phát biểu mục đích nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu 3.1 Cơ sở lí thuyết 3.1.1 Các chất khí hấp thụ vào bình nước (H2O) 3.1.2 Các chất khí hấp thụ vào dung dịch bazơ(dung dịch NaOH, dung dịch Ca(OH)2) 3.1.3 Các chất khí hấp phụ vào cacbon hoạt tính(C) 3.1.4 Xử lý bình hấp thụ 3.2 Thiết bị 3.2.1 Hệ thống thu gom hơi, khí độc 3.2.2 Hệ thống hấp thụ khí tan nước 3.2.3 Hệ thống hấp thụ khí tan phản ứng với dung dịch bazơ 3.2.4 Hệ thống hấp phụ khí khơng tan nước, bazơ 3.3 Phương pháp 3.3.1 Chọn lọc hóa chất để hấp thụ 3.3.2 Thiết kế thiết bị 3.3.3 Hoàn thiện vận hành Kết nghiên cứu 4.1 Hệ thống thiết bị hoàn thiện 4.2 Khả hấp thụ, hấp phụ thiết bị Phân tích số liệu – Kết thảo luận 5.1 Số liệu cho nghiên cứu tiền phát triển 5.2 Số liệu cho nghiên cứu xây dựng phát triển hệ thống 5.3 Số liệu cho ứng dụng 5.4 Ý kiến người dùng Nhận định kết luận 6.1 Điểm sáng 6.2 Hạn chế 6.3 Kết luận Tài liệu tham khảo LỜI CẢM ƠN Sau tháng nỗ lực tìm hiểu với thảo luận nhóm thí nghiệm thực hành thầy cô hướng dẫn với theo dõi tượng xảy trình thực hành Nhóm chúng em xuất ý tưởng đầu cách xử lí số chất khí q trình thực hành gây nhiễm đến môi trường xung quanh Với hướng dẫn thầy Nguyễn Văn Diệp với giúp đỡ bạn bè lớp chúng em hình thành ý tưởng sáng chế hệ thống thiết bị thu gom, xử lí sử dụng chất khí vào sản xuất nơng nghiệp Được quan tâm đạo sát Ban giám hiệu trường THPT Phan Chu Trinh, với giúp đỡ thầy giáo mơn Hóa học chúng em viết ý tưởng mong góp ý Nhà trường, quý thầy cô, anh chị, bạn bè để chúng em hoàn thiện sản phẩm Mặc dù chúng em có nhiều cố gắng có để hồn thiện ý tưởng viết tránh khỏi thiếu sót mong đóng góp chân thành quý thầy cô Chúng em xin chân thành cảm ơn! ., tháng 12 năm 2022 HỌC SINH TÓM TẮT DỰ ÁN Trong mơn học hóa học THCS THPT có nhiều thực hành thí nghiệm liên quan đến việc sử dụng hóa chất thơng thường, hóa chất độc hại Nếu người thực hành khơng tìm hiểu kĩ lí thuyết, bước tiến hành thí nghiệm dễ làm rơi vãi hóa chất mơi trường làm ảnh hưởng đến sức khỏe, môi trường Khi mở lọ, chai đựng hóa chất làm mơi trường lượng lớn khí độc, độc tiến hành thí nghiệm sinh số chất khí Hiện chưa có thiết bị để thu gom, xử lí nguồn chất độc phịng thí nghiệm nhà trường phổ thông Từ thực tế nhóm chúng em hình thành nên ý tưởng làm để thu gom, xử lí sử dụng chúng vào mục đích nơng nghiệp Được hướng dẫn thầy Nguyễn Văn Diệp nhóm chúng em thảo luận thống tự chế tạo thiết bị làm việc Các vật liệu dùng để chế tạo dụng cụ thân thiện với mơi trường việc tái sử dụng ống nhựa có sẵn nhà, tự chế cacbon hoạt tính từ ngun liệu dễ tìm (sọ dừa, tre nứa,…) Thiết bị xây dựng linh kiện, công cụ đơn giản dễ kiếm, dễ mua, giá lại rẻ mà hiệu cao theo tiêu chí đề từ trước, gồm có: Thiết bị thu khí thải: thiết bị thu lượng khí độc, độc vào bình chứa để khơng ngồi Thiết bị hấp thụ khí: dạng thiết bị bình chứa lọc khí thải thu vào chất dễ phản ứng lọc (sản phẩm làm chế phẩm nơng nghiệp) Thiết bị hấp thụ khí hóa chất: dạng thiết bị bình chứa chứa chất hóa học sẵn sàng hấp thụ, phản ứng khí thải cịn sót thiết bị hấp thụ khí Thiết bị hấp thụ khí cacbon hoạt chất: thiết bị xử lí tồn khí độc, độc cịn sót lại hai thiết bị khí ngồi mơi trường hồn tồn ⇨ Những thiết bị hỗ trợ tạo thành thiết bị hồn chỉnh để làm khí độc, độc mà cịn tạo chế phẩm nông nghiệp đáp ứng phần nhu cầu người Giới thiệu tổng quan vấn đề để nghiên cứu 1.1 Các nguồn tạo khí độc: Trong chương trình trung học sở, trung học phổ thông hệ thống trường đại học, cao đẳng, trung cấp chun nghiệp…đều có mơn học thực hành gắn liền với sở lí thuyết khoa học Nhưng q trình thực hành, thí nghiệm vơ tình thải mơi trường quanh ta tác nhân gây hại đến môi trường Đặc biệt phịng thí nghiệm hố học Khi thực hành người ta phải mở nắp chai, lọ đựng hóa chất đặc để pha lỗng hay trích lấy hóa chất cho thí nghiệm để pha, trộn, điều chế hay cho chất tác dụng với 1.2 Các thực hành khối 10: + Bài thực hành số (trang 120/SGK hóa học 10): Hóa chất sử dụng lọ đựng dung dịch HCl đặc (37%) bốc khói (HCl khí) khơng khí ẩm điều chế HCl, khí Cl2 Khí Cl2, HCl gây nhiễm khơng khí + Bài thực hành số (trang 121/SGK hóa học 10): Hóa chất sử dụng lọ đựng Brom, khí Clo điều chế, khí Clo chất khí mùi xốc, độc,… 1.3 Các thực hành khối 11: + Bài thực hành số (trang 24/SGK hóa học 11): Sử dụng hóa chất dung dịch HCl đặc, đem pha loãng; phản ứng trao đổi ion sinh khí CO (gây hiệu ứng nhà kính) + Bài thực hành số (trang 63/SGK hóa học 11): Sử dụng hóa chất dung dịch HNO3 đặc (68%) bốc khói mạnh khơng khí (gây nhiễm môi trường + Bài thực hành số (trang 148/SGK hóa học 11): Sử dụng đến lọ đựng hóa chất dễ bay (dung dịch NH3) khí NH3 ngồi có mùi khai xốc độc + Bài thực hành số (trang 216/SGK hóa học 11): Sử dụng lọ đựng dung dịch NH3, phản ứng axit với muối cacbonat sinh khí CO (gây hiệu ứng nhà kính) 1.4 Các thực hành khối 12: + Bài thực hành số (trang 38/SGK hóa học 12): Sử dụng phản ứng đốt đèn cồn sinh khí CO2 (gây hiệu ứng nhà kính) + Bài thực hành số (trang 78/SGK hóa học 12): Sử dụng phản ứng đốt đèn cồn sinh khí CO2 (gây hiệu ứng nhà kính) + Bài thực hành số (trang 78/SGK hóa học 12): Sử dụng hóa chất dễ bay (dung dịch HCl, dung dịch NH3) hơi, khí độc + Bài thực hành số (trang 168/SGK hóa học 12): Sản phẩm phản ứng có khí độc SO2 Giả thuyết khoa học phát biểu mục đích nghiên cứu Giả thuyết khoa học: Thiết bị hệ thống khép kín gồm ba cơng đoạn: Quạt hút hơi, khí độc Dẫn hơi, khí độc qua bình hấp thụ (dựa vào tính tan, khả phản ứng ) sau qua bình hấp phụ (bằng cacbon hoạt tính) mắc nối tiếp Mục tiêu: Hấp thụ hết hơi, khí độc khơng cho rị rỉ mơi trường khơng khí biến đổi số khí độc thành sản phẩm phân bón cho trồng (NH3 tạo phân đạm amoni) Tính mới, tính khoa học khả ứng dụng đề tài: Như trình bày phần tổng quan nguồn tạo hơi, khí độc phịng thí nghiệm nhà trường phổ thơng nhiều Tuy nhiên chưa có thiết bị để gom xử lí hơi, khí độc Dự án khoa học có điểm sáng tạo đầy ý nghĩa: - Vận dụng kiến thức liên môn để tạo dự án (Vật lí, Hóa học, Sinh họa, Kỹ thuật nông nghiệp,…) - Sự vận hành thiết bị phù hợp với môn, phù hợp với điều kiện phịng thí nghiệm Nhà trường phổ thông - Bảo vệ môi trường không khí, biến đổi tái sử dụng số khí độc vào việc chăm sóc trồng Tiềm ứng dụng: Thiết bị trang bị cho phịng thực hành Hóa-Sinh, xa nâng cấp thiết bị để xử lí nguồn khí độc khác quy mô lớn trang trại chăn nuôi, khu công nghiệp, Phương pháp nghiên cứu: 3.1 Cơ sở lí thuyết: 3.1.1 Các chất khí hấp thụ vào nước(H2O): - Khí Cl2: Tan nước (ở 20 0C, thể tích nước hịa tan 2,5 lít khí Cl2) khơng Cl2 tan nước mà cịn phản ứng: Cl2 + H2O HCl + HClO - Khí HCl: Tan nhiều nước (ở 20 0C, thể tích nước hịa tan tới gần 500 thể tích khí HCl) - Khí NH3: Tan tốt nước (ở điều kiện thường, lít nước hịa tan khảng 800 lít khí NH3) Các khí: Cl2, HCl, NH3,…được quạt hút hấp thụ bình đựng nước 3.1.2 Các chất khí hấp thụ vào dung dịch bazơ(dung dịch NaOH, dung dịch Ca(OH)2) - Khí SO2, CO2, H2S, NO2,…có tính chất phản ứng với dung dịch bazơ (dung dịch NaOH hay dung dịch Ca(OH)2,…) + Với dung dịch NaOH: SO2 + 2NaOH Na2SO3 + H2O SO2 + NaOH NaHSO3 CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O CO2 + NaOH NaHCO3 H2S + 2NaOH Na2S + 2H2O H2S + NaOH NaHS 2NO2 + 2NaOH NaNO3 + NaNO2 + H2O + Với dung dịch Ca(OH)2: CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O 2CO2 + Ca(OH)2 Ca(HCO3)2 CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O 3.1.3 Các chất khí hấp phụ vào cacbon hoạt tính(C): - CO, NO,…do có đặc điểm không tan, không phản ứng với H 2O, NaOH nên hấp phụ vào Cacbon hoạt tính - Cacbon hoạt tính có diện tích bề mặt lớn nên hấp phụ nhiều phân tử khí (nếu tính đơn vị khối lượng từ 500 đến 2500 m2/g ) 3.1.4 Xử lý bình hấp thụ - Ngồi việc hấp thụ chất hơi, khí độc đó, nhóm nghiên cứu cịn trọng đến việc xử lí bình hấp thụ - Sau lần thực hành, thí nghiệm nhóm trung hịa bình hấp thụ tạo dung dịch có ích (sử dụng làm phân bón cho trồng với NH4+) 3.2 Thiết bị: 3.2.1 Hệ thống thu gom hơi, khí độc: (Hình 1) - Quạt hút hơi, khí độc dùng dịng điện chiều: Cơng suất quạt tăng giảm tùy vào lượng hơi, khí thực hành - Quạt đặt phận bảo vệ (đảm bảo kín, dễ vận hành) - Hơi, khí độc dẫn chuyền thơng qua hệ thống ống dẫn khí đưa vào cột hấp thụ Hình 1: Quạt hút hơi, khí độc 3.2.2 Hệ thống hấp thụ khí tan nước: (Hình 2) Như ta biết hấp thụ q trình hỗn hợp khí cho tiếp xúc với chất lỏng nhằm mục đích hịa tan chọn lọc hay nhiều phân tử hỗn hợp khí để mục đích giữ lại phân tử khí - Khí quạt hút dẫn vào bình hấp thụ đựng nước (khí dẫn vào phía bình hấp thụ (bình 1), để tăng diện tích tiếp xúc tốt nhất) - Trong bình đựng nước xảy q trình hịa tan hơi, khí độc có số phản ứng hóa học xảy ra: Ví dụ: Cl2 + H2O HCl + HClO NH3 + H2O NH4+ + OH- 2NO2 + H2O HNO3 + HNO2 Hình 2: Bình hấp thụ hơi, khí độc nước(bình 1) 3.2.3 Hệ thống hấp thụ khí tan phản ứng với dung dịch bazơ: (Hình 3) - Khí sau khỏi bình (từ phía bình 1) dẫn qua phía (bình 2) - Bình chứa dung dịch bazơ (dung dịch NaOH dung dịch Ca(OH)2) nên hấp thụ hết oxit axit, axit (SO 2, CO2, H2S, NO2,…); phản ứng hóa học xảy (mục 3.1.2.) 10 Hình 3: Bình hấp thụ khí độc dung dịch bazơ(bình 2) 3.2.4 Hệ thống hấp phụ khí khơng tan nước, bazơ: (Hình 4) - Khí sau khỏi bình (từ phía bình 2) dẫn qua phí (bình 3) - Bình chứa cacbon hoạt tính (than hoạt tính) nên hấp phụ hết oxit trung tính (CO, NO,…) 11 Hình 4: Bình hấp thụ khí độc cacbon hoạt tính 3.3 Phương pháp: 3.3.1 Chọn lọc hóa chất để hấp thụ: - Với chất khí dễ tan nước, dung dịch axit, dung dịch bazơ,… Nhóm nghiên cứu chọn lựa hóa chất nước (H2O) Hóa chất nước có ưu điểm dễ tìm kiếm, khơng độc hại, không gây 12 nguy hiểm cho người thí nghiệm thân thiện với mơi trường dùng với khối lượng lớn - Đối với chất không tan, không hấp thụ nước, nhóm nghiên cứu chọn lựa dung dịch NaOH để hấp thụ oxit axit, axit - Đối với khí (có tính chất trung tính) nhóm nghiên cứu tạo cacbon hoạt tính để hấp phụ (cacbon hoạt tính tạo từ từ gáo dừa khơ ) 3.3.2 Thiết kế thiết bị: - Hình thành ý tưởng với hướng dẫn Thầy Nguyễn Văn Diệp, nhóm nghiên cứu vẽ hình ảnh thiết bị, dựng mơ hình sau chỉnh sửa cho phù hợp với nguyên lí hoạt động - Thảo luận, tham khảo vật liệu thị trường để chọn lựa cho phù hợp với thiết bị (theo phương châm dễ tìm, rẻ, phù hợp,…) - Kiểm tra thơng số lí hóa để tạo thiết bị phù hợp 3.3.3 Hoàn thiện vận hành: - Sau lắp đặt xong tiến hành vận hành thí nghiệm để tiếp tục chỉnh sửa, cải tiến cho đạt hiệu - Thử nghiệm nhiều lần để kiểm tra ổn định thiết bị an toàn vận hành 13 Hình 5: Thiết bị xử lí khí độc hồn thiện - Đưa thiết bị vào phịng thí nghiệm để vận hành nhiều Thầy, Cô, bạn bè đến dự góp ý để hồn thiện 14 Kết nghiên cứu: 4.1 Hệ thống thiết bị hoàn thiện: - Thiết bị tạo từ quạt điện chiều - Bình hấp thụ làm nhựa tổng hợp có độ bền học, độ bền với hóa chất cao - Tồn thiết bị lắp đặt cố định mặt sàn gỗ tự nhiên, có tính động cao an tồn - Dễ vận hành dễ sửa chữa xảy hư hỏng 4.2 Khả hấp thụ, hấp phụ thiết bị: - Khi sử dụng thiết bị để hút xử lý khí độc (như Cl 2, HCl, NH3, NO2,…) khơng khí xung quanh khơng bị nhiễm - Dùng thị màu (quỳ tím) kiểm tra dung dịch bình hấp thụ (bình 1)thì quỳ tím đổi màu (hấp thụ HCl quỳ tím có màu đỏ; hấp thụ NH3 quỳ tím có màu xanh,…) 15 Phân tích số liệu – Kết thảo luận: 5.1 Số liệu cho nghiên cứu tiền phát triển (giai đoạn thu nhập thông tin ) Yêu cầu Ứng dụng sử dụng Cánh quạt Dùng để thu khí Ống dẫn khí Dùng để dẫn khí Nhựa tổng hợp Là nơi xảy phản ứng hóa Ống nhựa tổng học chứa sản phẩm phản ứng hợp Bình chứa Ghi 5.2 Số liệu cho nghiên cứu xây dựng phát triển hệ thống (giai đoạn thử nghiệm) Để thử nghiệm hệ thống, chúng em nhiều lần thực thiết bị Qua vài lần thất bại giúp đỡ thầy cô chúng em hồn thành sản phẩm mà chúng em muốn tạo Có lẽ thời gian gấp rút trình độ thực hành, kiến thức cịn hạn chế nên sản phẩm có lẽ cịn nhiều thiếu xót Sau nhiều lần tổng hợp lại chúng em hoàn thành thiết bị hiệu mong muốn 5.3 Số liệu cho ứng dụng Qua nhiều lần thực nghiệm chúng em đạt thành công số kinh nghiệm định Thực hành đạt hiệu cao, thu gom hết khí độc hại làm thực hành tạo môi trường học tập tốt, đem lại nhiều lợi ích cho thầy, trị nhà trường 5.4 Ý kiến người dùng 16 Nhận nhiều lời khen từ người có ý đóng góp chân thành Chúng em tiếp thu lời góp ý người để hồn thành thiết bị cách tốt Đề tài có ý nghĩa thực tiễn phịng thực hành thí nghiệm Việt Nam đặc biệt phòng thực hành cịn thiếu máy móc, dụng cụ ., Nếu trang bị cho phòng thực hành thí nghiệm thiết bị có tác dụng tốt đến người học môi trường Giảm bớt lượng chi phí cho nhà trường vấn đề xử lí rác thải ngồi mơi trường Nếu sử dụng với quy mơ lớn giải phần lớn việc ô nhiễm môi trường, tạo mơi trường học tập thuận lợi cho thầy trị, xử lí khí độc, độc mà cịn đem sản phẩm từ khí độc, độc làm chế phẩm nông nghiệp 17 Nhận định kết luận 6.1 Điểm sáng Là thiết bị mẻ, tạo môi trường học tập tốt cho học sinh, môi trường học tập sạch, làm chế phẩm nông nghiệp mà không tốn kém, giảm chi phí bảo vệ mơi trường 6.2 Hạn chế Chưa thể phổ biến nhân rộng cho phòng thực hành 6.3 Kết luận Tuy thiết bị cịn thơ sơ đem lại lợi ích lớn trước tiên môi trường học tập sau phát triển Chúng em cố gắng để làm cho thiết bị ngày phát triển 18 Tài liệu tham khảo Sách giáo khoa lớp 10 –NXBGD Sách giáo khoa lớp 11 –NXBGD Sách giáo khoa lớp 12 –NXBGD Một số trang web: http://baigiang.violet.vn/; http://tailieu.vn/; http://hocmai.vn/; http://luyenthi.hoc360.vn; http://chiennc.violet.vn/ BAN GIÁM HIỆU ., ngày 16 tháng 12 năm 2022 Người thực 19 Nhận xét – Góp ý: 20