Qua những lần tham gia các tiết học với môn Hóa học tại phòng thực hành đặc biệt là những lần cùng cô giáo chuẩn bị các dụng cụ, hóa chất cho tiết học. Chúng em thấy từ tủ hóa chất thoát ra nhiều mùi khó chịu làm chúng em bị ho, đau đầu, chóng mặt. Mặc dù các lọ hóa chất được vặn chặt nắp, phân loại, sắp xếp gọn gàng theo từng ô nhưng mỗi lần mở tủ hóa chất đều làm chúng em và cô giáo cảm thấy ngột ngạt, khó chịu. Chúng em biết rằng mỗi lần chuẩn bị các dụng cụ, thí nghiệm cho các tiết dạy các thầy cô cũng đã vô tình hít phải lượng hơi độc không nhỏ từ những hóa chất dễ bay hơi ở nhiệt độ thường mặc dù đã đeo khẩu trang, mặc quần áo bảo hộ, đeo găng tay,...
ĐỀ TÀI DỰ THI CUỘC THI KHOA HỌC KĨ THUẬT CẤP TỈNH DÀNH CHO HỌC SINH THCS NĂM HỌC 2020 - 2021 TÊN DỰ ÁN Lĩnh vực dự thi: Kĩ thuật môi trường MỤC LỤC A LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI B CÂU HỎI NGHIÊN CỨU, MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Câu hỏi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu Ý nghĩa thực tiễn .4 Giả thiết khoa học C THIẾT KẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU I PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Thiết kế nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu II THIẾT KẾ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Thiết kế Cách sử dụng .6 D TIẾN TRÌNH NGHIÊN CỨU I QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU Tìm hiểu số khí độc có tủ hóa chất Đồ dùng vật liệu Công đoạn lắp ráp Phân tích liệu Kiểm tra mơ hình thực tế 10 Thảo luận 14 II KẾT LUẬN .15 E TÀI LIỆU THAM KHẢO 15 A LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Qua lần tham gia tiết học với mơn Hóa học phịng thực hành đặc biệt lần giáo chuẩn bị dụng cụ, hóa chất cho tiết học Chúng em thấy từ tủ hóa chất nhiều mùi khó chịu làm chúng em bị ho, đau đầu, chóng mặt Mặc dù lọ hóa chất vặn chặt nắp, phân loại, xếp gọn gàng theo lần mở tủ hóa chất làm chúng em cô giáo cảm thấy ngột ngạt, khó chịu Chúng em biết lần chuẩn bị dụng cụ, thí nghiệm cho tiết dạy thầy vơ tình hít phải lượng độc khơng nhỏ từ hóa chất dễ bay nhiệt độ thường đeo trang, mặc quần áo bảo hộ, đeo găng tay, Qua quan sát tủ làm khung thép có sơn chống gỉ, có thiết kế quạt hút tủ để hút khơng khí thải trực tiếp ngồi mơi trường Tuy nhiên khí thải ngồi mơi trường có chứa số loại khí độc khuyếch tán qua kẽ hở lọ đựng hóa chất phản ứng với chất ngồi mơi trường dẫn đến ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng sức khỏe thầy cô bạn học sinh tham gia chuẩn bị thí nghiệm thực hành Ở trường THCS có tủ đựng hóa chất Huyện Bảo Thắng có 23 trường THCS, có 23 tủ hóa chất phục vụ việc dạy học Trong phần lớn tủ đựng hóa chất có hệ thống quạt hút thơng gió, số tủ trang bị thêm hệ thống khử mùi than hoạt tính Các tủ đựng hóa chất có thêm than hoạt tính có chức hấp phụ mùi khí chưa khử hồn tồn khí độc hại Việc đầu tư cho tủ đựng hóa chất có hệ thống hấp phụ mùi than hoạt tính khơng phải trường học thực kinh phí cao Qua tìm hiểu giá thành tủ đựng hóa chất có than hoạt tính giúp hấp phụ phần lượng khí q trình lưu trữ có giá thành tương đối cao dao động từ 20.000.000- 100.000.000 Nhưng khơng khử phần lớn khí độc hại Vì lượng khí độc hại thải ngồi khơng ảnh hưởng đến sức khỏe thầy cô, bạn đồng thời gây ô nhiễm môi trường B CÂU HỎI NGHIÊN CỨU, MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU, GIẢ THUYẾT KHOA HỌC Câu hỏi nghiên cứu Để thực dự án, nhóm tác giả đặt câu hỏi nghiên cứu sau: (1) Thiết bị chế tạo từ thiết bị, nguyên liệu gì? (2) Hiệu thực tế thiết bị mang lại ? (3) Điều kiện áp dụng thực tiễn nào? (4) Thiết bị hoạt động nào? Có tiện lợi khơng? Giá thành có rẻ khơng? Nhóm nghiên cứu đề xuất giải pháp để khử khí độc có tủ đựng hóa chất vận dụng kiến thức mơn hóa học Kết dựa sở khoa học từ môn hóa có tác dụng số chất khí với dung dịch nước vơi Mục đích nghiên cứu Chế tạo thiết bị lọc khí độc tủ hóa chất với giá thành rẻ; loại bỏ phần lớn khí độc có tính axit oxit axit; hấp phụ mùi từ hạn chế khí ngồi gây nhiễm mơi trường Có thể tự động bật/tắt thiết bị hẹn Ý nghĩa thực tiễn Thiết bị lọc khí giúp lọc, xử lý khí độc sinh tủ hóa chất trường học giúp đảm bảo khơng khí an toàn, sạch, bảo vệ sức khỏe học sinh thầy giáo tham gia thực hành thí nghiệm nhà trường, góp phần bảo vệ mơi trường Ngồi ra, thiết bị thiết kế với chi phí thấp, dễ dàng tháo lắp cải tiến cho tất tủ hóa chất cịn hạn chế hệ thống khử mùi trường học Giả thiết khoa học Thiết bị tự động bật/ tắt thiết bị hẹn giờ; loại bỏ phần lớn khí độc có tính axit oxit axit; hấp phụ mùi từ hạn chế khí ngồi gây nhiễm mơi trường C THIẾT KẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU I Phương pháp nghiên cứu Thiết kế nghiên cứu Khái quát vấn đề lí luận, mức độ ảnh hưởng khí độc đến sức khỏe người Đánh giá kết luận hiệu hoạt động thiết bị qua lần thử nghiệm Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tài liệu tổng quan: Nghiên cứu tài liệu liên quan đến tính chất hóa học chất dễ bay hơi; sở lý thuyết phương pháp sử dụng hóa chất để khử khí độc thơng qua phản ứng hóa học - Phương pháp thử nghiệm hóa học: + Đánh giá tính khả thi phương pháp đề xuất: Khảo sát khả xử lý khí có tính axit để kiểm tra hiệu suất hoạt động thiết bị + Chế tạo thử nghiệm thiết bị + Thí nghiệm trường, đánh giá hiệu II Thiết kế nguyên lý hoạt động Sơ đồ: Hình Sơ đồ thiết bị Thiết kế Chúng em dựa kiến thức mơn hóa học, vật lí để lựa chọn ngun vật liệu trình thiết kế thiết bị lọc khí: - Hóa chất: + Nước vơi trong( 10 lít) để chuyển axit, oxit axit có muối + Than hoạt tính gáo dừa có tác dụng hấp phụ mùi - Nguyên vật liệu khác: + Hai bình nhựa dung tích 20 lít: dùng để chứa nước vôi + Quạt hút công suất 710W: có tác dụng hút khí tủ đựng hóa chất + Ống, cút nối, ốc vít, dây điện… + Tủ điện, cơng tắc hẹn giờ: có tác dụng bật/tắt điều chỉnh chế độ hoạt động thiết bị + Mặt bàn gỗ: có tác dụng cố định thiết bị Cách sử dụng: cắm điện, bật công tắc quạt hút khí (có thể cài đặt chế độ hẹn giờ), tồn khí vào bình số 1, có đựng dung dịch nước vơi Các khí khơng bị giữ lại nước vôi dẫn qua ống chứa than hoạt tính bị than hoạt tính hấp phụ màu, mùi trước ngồi qua cửa khí D TIẾN TRÌNH NGHIÊN CỨU I Q trình nghiên cứu Tìm hiểu số khí độc có tủ hóa chất Để phân tích cụ thể thành phần khí có tủ đựng hóa chất, phải thực quan trắc Đây việc khó điều kiện trường học chúng em cịn hạn chế kinh phí Qua kiến thức học giúp đỡ thầy cô giáo chúng em tìm hiểu hóa chất tồn tủ hóa chất mức độ ảnh hưởng hóa chất đến sức khỏe người, từ lựa chọn nguyên vật liệu phù hợp cho q trình thiết kế Một số hóa chất dễ bay có tủ hóa chất: + Axit clohiđric HCl hợp chất dễ bay dẫn đến ăn mòn kim loại tủ hóa chất Ngồi ra, chúng có khả ăn mịn mơ người, gây tổn thương quan hơ hấp, mắt, da ruột + Khí SO2 khơng màu, khơng cháy, có vị hăng, cay Những triệu chứng tượng nhiễm độc SO2 co hẹp dây quản kèm theo tăng kích thích thở SO2 tiếp xúc với niêm mạc ẩm ướp tạo thành axít Khí SO vào thể qua đường hơ hấp hòa tan vào nước bọt vào đường tiêu hóa, sau phân tán vào đường tuần hồn máu + Khí cacbonic gây rối loạn hơ hấp tế bào chiếm chỗ oxy; gây nên tượng hiệu ứng nhà kính, làm cho bầu khí nóng lên + Iốt chất rắn có màu tím thẫm/xám thăng hoa nhiệt độ thường tạo chất khí màu tím hồng có mùi khó chịu, tiếp xúc trực tiếp với da gây thương tổn, cần phải cẩn thận thao tác với nguyên tố hóa học Hơi iốt gây khó chịu cho mắt màng nhầy + Brom chất lỏng màu đỏ nâu, dễ bay Brom brom độc Khi bay hơi, brom tác dụng với nước khơng khí tạo phản ứng: Br2 + H2O → HBr + HBrO + Dung dịch amoniac (NH4OH) hợp chất dễ bay hơi, có mùi khai, độc Nếu hít nhiều amoniac bị bỏng đường hơ hấp (rát cổ họng) Khí amoniac gây ức chế thần kinh tạo nên cảm giác khó chịu, cáu gắt Hơ hấp: Ho, đau ngực (nặng), đau thắt ngực, khó thở, thở nhanh, thở khò khè Mắt, miệng, họng: Chảy nước mắt đốt mắt, mù mắt, đau họng nặng, đau miệng Tim mạch: Nhanh, mạch yếu, sốc Thần kinh: Lẫn lộn, lại khó khăn, chóng mặt, thiếu phối hợp, bồn chồn, ngẩn ngơ Da: Môi xanh lợt màu, bỏng nặng tiếp xúc lâu Dạ dày đường tiêu hóa: Đau dày nghiệm trọng, nôn Đồ dùng vật liệu + Đồ dùng: Cưa, khoan, máy cắt, mỏ hàn, dao rạch giấy, thước, bút dạ, keo dính, keo nến, sung bắn keo, ốc, vít, tơ-vít, … + Vật liệu: bình đựng nước nước vơi (dung tích 20 lít, lượng nước vơi bình khoảng 10 lít), ống nhựa PVC D48, quạt hút gió, than hoạt tính (loại than gáo dừa), lưới, cút, ống nối, nhựa, tủ điện, … Công đoạn lắp ráp “Thiết bị lọc khí độc tủ hóa chất trường học” Bước 1: Đo, cắt phận cần lắp ghép thiết bị Bước 2: Lắp gắn kết phận thiết bị Bước 3: Lắp gắn kết phận thiết bị mặt phẳng cố định (mặt bàn nhựa) Bước 4: Gắn thiết bị vào tủ hóa chất thử nghiệm Phân tích liệu Qua nghiên cứu tài liệu tiến hành thực nghiệm nhóm nghiên cứu chúng em lắp đặt thành cơng “Thiết bị lọc khí độc tủ hóa chất trường học” Thiết bị lọc khí độc tủ hóa chất vận dụng kiến thức Hóa học, Tốn học, Cơng nghệ, Vật lí, Vai trò phận thiết bị lọc khí độc tủ hóa chất: + Quạt hút gió: hút khí lưu trữ tủ đựng hóa chất ngồi + Bình đựng nước vơi trong: gồm bình nhựa Khơng dùng bình kim loại nước vơi gặp kim loại có phản ứng ăn mịn làm gỉ sét bình Bình 1: Đựng dung dịch nước vôi phản ứng với chất có khơng khí HCl, HBr, SO2, CO2 để tạo muối PTHH xảy ra: 2HCl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2H2O 2HBr + Ca(OH)2 → CaBr2 + 2H2O CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O SO2 + Ca(OH)2 → CaSO3 + H2O Bình 2: Đựng dung dịch nước vôi giúp việc lọc khí thêm lần để loại bỏ hồn tồn khí độc cịn xót lại bình + Ống đựng than hoạt tính (lắp bình 2): Than hoạt tính gáo dừa đốt nhiệt độ cao mơi trường thiếu oxi, than xốp, có khả hấp phụ tốt với chất khí, chất lỏng nhờ lỗ rỗng, xốp nằm bên Sử dụng ống than hoạt tính gáo dừa cuối bình có có vai trị hấp phụ màu, mùi chất khơng bị giữ lại bình 1, thải ngồi mơi trường qua lỗ khí + Dung dịch nước vơi trong: dùng vơi tơi hịa với nước lạnh, dùng giấy lọc lọc qua phễu lọc + Tủ điện: có vai trị bật tắt điều chỉnh chế độ hoạt động hẹn thiết bị + Mặt bàn: để cố định thiết bị Kiểm tra mơ hình thực tế - Để kiểm tra cụ thể thành phần khí đầu vào sau xử lí qua thiết bị khó khăn Phải nhờ quan trắc, điều kiện trường học chúng em chưa làm - Trong điều kiện chưa quan trắc cụ thể thành phần khí độc, nhóm chúng em tiến hành thử nghiệm kiểm tra công suất hoạt động thiết bị Khảo sát khả xử lý khí có tính axit, cách phân tích hàm lượng khí HCl khí thải, sử dụng phương pháp so màu Phương pháp tiến hành sau: 5.1.Dụng cụ - Bình hấp thụ khí: + Bình hấp thụ khí có hai nhánh nhánh sâu gần sát đáy bình, nhánh mặt thống + Bình thuỷ tinh 10 lít có van đáy + Máy đo độ đục 5.2.Hoá chất + NaOH dung dịch 0.1M + Axit nitric, dung dịch 25 % + Bạc nitrat, dung dịch 0,1M + Dung dịch HCl chuẩn chứa 0,01 mg HCl/ml (10ppm), chuẩn bị theo TCVN 1056 - 86 5.3.Sơ đồ lấy mẫu khí Sơ đồ để lấy mẫu khí ống khói 10 Ống khói Dung dich hấp thụ - Bình hấp thụ khí Bình tạo áp Bình chứa nước Cách lắp sơ đồ: - Bình chứa dung dịch hấp thụ nối trực tiếp với van xả khí ống khói cắm ngập dung dịch gần sát đáy bình hấp thụ - Nối từ bình hấp thụ sang bình tạo áp ống mềm Đổ đầy nước vào bình tạo áp đậy kín (chú ý để hở chút khoảng không mực nước nắp bình) - Khi vận hành nước tháo từ van tháo đáy bình tạo áp xuống bình chứa nước có vạch chia độ Sơ đồ lắp xong kiểm tra độ kín ống nối, nắp bình Tháo từ từ van đáy bình tạo áp quan sát mức nước ống dài cắm sâu vào dung dịch hấp thụ, mực nước ống nhỏ thấp mực nước phía ngồi khoảng 1.5-2 cm được, có nghĩa khí hấp thụ vào dung dịch Khi mực nước bình hứng nước đạt 10 lít dừng lại, lặp lại q trình nhiều lần để lấy thể tích khí nhiều Lấy mẫu bình hấp thụ để kiểm tra hàm lượng HCl có khí ống khói + Nguyên tắc: HCl tạo kết tủa với AgNO3 dung dịch So sánh độ đục mẫu với nồng độ HCl tiêu chuẩn để xác định hàm lượng HCl có mẫu + Tiến hành: Hút 25ml mẫu vào ống so màu Thêm ml axit nitric 25%, ml bạc nitrat 0.1M, lắc Để 10 phút Đo độ đục Làm tiêu chuẩn với 10ppm, 25ppm, 50ppm để so sánh độ đục với mẫu Lấy số đo tiêu chuẩn HCl sát với mẫu để tính kết 11 Dùng máy đo độ đục để đọc kết đo Nồng độ HCl dung dịch hấp thụ = Trong đó: Am: Số đo mẫu Ctc: Nồng độ tiêu chuẩn HCl Atc: Số đo tiêu chuẩn * Thử nghiệm lần 1: Khảo sát khả xử lý khí có tính axit Thiết bị gồm bình nước vơi trong, ống than hoạt tính, quạt hút Trong thí nghiệm này, khí đầu vào có khí HCL Lấy sút hấp thụ HCL, dùng AgNO3 kết tủa ion clo, sau so với mẫu chuẩn máy đo độ đục để tính hàm lượng HCL có mẫu, thu kết sau: Tên mẫu Tiêu chuẩn Đầu vào Đầu Số đo 15 NTU 20 NTU 05 NTU Hiệu suất xử lý khí: H% = 12 Nồng độ 25 ppm 33.3 ppm 10 ppm Kết luận: Hiệu suất xử lý khí đạt 70% * Thử nghiệm lần 2: Khảo sát khả xử lý khí có tính axit Thiết bị gồm bình nước vơi Trong thử nghiệm 2, khí đầu vào có khí HCL, thực lần thử nghiệm Nhưng thiết bị gồm bình nước vơi trong, kết thu sau: Tên mẫu Số đo Nồng độ Tiêu chuẩn 15 NTU 25 ppm Đầu vào 20 NTU 33.3 ppm Đầu 02 NTU 3.3 ppm Hiệu suất xử lý khí đạt 90,10% Kết luận: Hiệu suất H= 90, 10%; * Thử nghiệm lần 3: Khảo sát khả xử lý khí có tính axit Trong thử nghiệm này, khí đầu vào có chứa HCL, gắn thêm bảng điện cài đặt chế độc hoạt động tiến hành thử nghiệm 2, kết thu theo bảng sau: Tên mẫu Số đo Tiêu chuẩn 15 NTU Đầu vào 20 NTU Đầu 02 NTU Hiệu suất xử lý khí đạt 90.10% 13 Nồng độ 25 ppm 33.3 ppm 3.3 ppm Ảnh thiết bị hoạt động tủ đựng hóa chất nhà trường - Có thể điều chỉnh tốc độ quạt hút phù hợp, đảm bảo lượng khí độc hấp thụ qua dung dịch nước vơi nhiều có gắn cơng tắc cài đặt hoạt động hẹn Thảo luận - Vì khơng thực quan trắc để phân tích cụ thể thành phần, nồng độ khí có tủ đựng hóa chất thành phần, nồng độ khí sau xử lí qua thiết bị Đây đề nhóm gặp khó khăn Cũng hướng phát triển nghiên cứu đề tài tương lai - Nhóm chúng em kiểm tra, giải thích kết dựa kiến thức môn học Các chất khí độc hấp thụ, phản ứng bình chứa dung dịch nước vơi (lội qua nước vơi trong); sau lại than hoạt tính hấp phụ mùi, màu lần thải mơi trường ngồi Nên khẳng định khí sau lọc qua thiết bị phần lớn sạch, an tồn với mơi trường - Chi phí để chế tạo lắp đặt thiết bị vừa rẻ, dễ làm, có khả áp dụng phạm vi rộng điều kiện trường học cịn nhiều khó khăn + Quạt hút: 750.000 đồng 14 + bình đựng nước dung tích 20 lít: 80.000 đồng + Ống nối, cút, keo nến, keo dính, ốc, vít, dây sắt …: 230.000 đồng + Mặt gỗ: 100.000 đồng + Than hoạt tính gáo dừa: 50.000 đồng + Bảng điện, thiết bị hẹn giờ: 290.000 đồng Tổng chi phí cho thiết bị: 1.500.000 đồng - Nhóm chúng em có hướng phát triển thiết bị lắp cảm biến khí, thực quan trắc II Kết luận Đề tài nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thiết bị lọc khí độc tủ hoá chất trường học nguyên vật liệu đơn giản bình nhựa, ống nhựa PVC D48, quạt hút, sử dụng dung dịch nước vôi cho phép xử lý khí có tính axit với hiệu suất đạt 90,1% xử lý khí gây mùi hiệu màng lọc than hoạt tính… Thiết bị hoạt động ổn định, tự động cách đặt hẹn Đây thiết bị đơn giản, dễ thực hiện, có hiệu cao áp dụng tủ hoát chất trường hợp cịn khó khăn điều khiện trang thiết bị vật chất, góp phần bảo vệ mơi trường sức khỏe thầy cô bạn học sinh Hướng phát triển “Thiết bị lọc khí độc tủ hóa chất trường học”: - Có thể lắp thiết bị cảm biến khí Khi thiết bị có khả phát hiện, đo lường hàm lượng khí độc tủ hóa chất tự động bật chế độ hoạt động để vận hành thiết bị tiến hành lọc khí… - Có thể áp dụng phạm vi rộng như: Phịng thực hành thí nghiệm, cabin xe tải, cẩu trục phải làm việc mơi trường có nhiều khí độc, bụi nhiễm (các nhà máy sản xuất hóa chất, sản xuất phân bón ) hay ngồi cơng trường có nhiều khí bụi độc hại Khi đó, mơi trường xung quanh có chứa nhiều khí độc hại thiết bị chúng em đóng vai trị lọc khí để ln đảm bảo mơi trường làm việc lành E TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sách giáo KHTN NXB Giáo dục (2018) [2] Sách giáo KHTN NXB Giáo dục (2018) [3] Sách hướng dẫn công nghệ NXB Giáo dục(2018) [4] Mạng internet… 15