nghiên cứu ảnh hưởng của khoáng chất bentonit di linh biến tính đến phản ứng phân hủy nhiệt policlobiphenyl

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  PHẠM VĂN THẾ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KHOÁNG CHẤT BENTONIT DI LINH BIẾN TÍNH ĐẾN PHẢN ỨNG PHÂN HỦY NHIỆT POLICLOBIPHENYL LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC HÀ NỘI - 2011 M ỤC L ỤC MỞ ĐẦU ………………… …………………………………….……………….1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN…………… ……………………………………….3 1.1. Giới thiệu về policlobiphenyl……… ……………………… ……………….3 1.1.1. Định nghĩa……… …………………………………… ………… 3 1.1.2. Cấu tạo, thành phần và tính chất ………………………… ………3 1.1.3. Độc tính của PCBs…………….………………………… ……… 5 1.2. Các phương pháp xử lý PCBs………….………………………… ……… 9 1.2.1. Một số quy định về xử lý PCBs…………… ………………….…….9 1.2.2. Các phương pháp xử lý PCBs…………………………… ……… 11 1.3. Bentonit 13 1.3.1. Bentonit trong tự nhiên.…………………………………….……….13 1.3.2. Tính chất của bentonit……………………………….…….……… 15 1.3.3. Cấu trúc tinh thể và thành phần hóa học của montmorillonit… 16 1.3.4. Các tính chất bentonit………………………………………… ……18 1.3.5. Khoáng sét bentonit ở Việt Nam 21 1.3.6. Xúc tác là oxit kim loại……………………………………… …….22 1.4. Những ứng dụng của bentonit……… ………………………………………24 1.4. 1. Bentonit được ứng dung trong lĩnh vực môi trường 24 1.4. 2. Bentonit được ứng dung trong lĩnh vực công nghiệp 24 1.4. 3. Một số ứng dụng khác 26 Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…… …28 2.1. Đối tượng nghiên cứu 28 2.2. Hoá chất, dụng cụ và thiết bị 28 2.3. Phương pháp nghiên cứu 30 2.3.1. Phương pháp tổng quan tài liệu 30 2.3.2. Phương pháp sắc ký khí 30 2.3.3. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen 32 2.3.4. Phương pháp khử hóa theo chương trình nhiệt độ 33 2.3.5. Phương pháp phân tích nhiệt vi sai 34 2.4. Chuẩn bị mẫu MB-M 36 2.5. Chuẩn bị mẫu tẩm PCBs 37 2.6. Thực nghiệm phân hủy PCBs 37 2.7. Thực nghiệm đánh giá vật liêu MB, MB-M 38 Chƣơng 3. KẾT QUẢ THẢO LUẬN……… …… ………………….41 3.1. Các đặc trưng phổ của vật liệu MB và MB-M 41 3.1.1.Phổ nhiễu xạ tia X 41 3.1.2. Đặc trưng phổ TPR 45 3.2. Đặc tính hấp phụ PCBs của vật liệu MB và MB-M 51 3.3. Phân hủy nhiệt PCBs trên MB và MB-M 52 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 PH Ụ L ỤC 67 CÁC CHỮ VIẾT TẮT AAS : Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử CEC : Dung lượng trao đổi cation D : Khoảng cách giữa 2 lớp trung gian của khoáng DMA : Phép đo cơ lý động DSC : Phép đo nhiệt lượng kế quét vi sai DTA : Phép đo nhiệt vi sai GC/ECD : Phương pháp sắc ký khí đetectơ cộng kết điện tử GC/MS : Phương pháp sắc ký khí detectơ khối phổ HPLC : Sắc ký lỏng cao áp M : Khối lượng phân tử MB : Bentonit biến tính kiềm MB-Cr : MB hấp phụ trao đổi với ion crom (III) MB-Fe : MB hấp phụ trao đổi với ion sắt (III) MB-FeCr : MB hấp phụ trao đổi với các ion sắt (III) và crom (III) MB-M : MB hấp phụ trao đổi với ion kim loại Meq : mili đương lượng gam MO : Oxit kim loại PA : Tinh khiết phân tích PCBs : Policlobiphenyl PCB28 : 2,4,4’- Triclobiphenyl PCB52 : 2,2’,5,5’- Tetraclobiphenyl PCB101 : 2,2’,4,5,5’- Pentaclobiphenyl PCB138 : 2,2’,3,4,4’,5’- Hexaclobiphenyl PCB153 : 2,2’,3,5,6,6’- Hexaclobiphenyl PCB180 : 2,2’,3,4,4’,5,5’- Heptaclobiphenyl POPs : Các hợp chất cơ clo bền ppb : phần tỷ (n g/l) ppm : phần triệu (µg/l) TEF : Hệ số độ độc tương đương TGA : Phép đo trọng lượng nhiệt kế TMA : Phép đo cơ nhiệt VOCs : Các hợp chất cơ clo dễ bay hơi XRD : Phép đo nhiễu xạ tia X Ze : Số điện tích DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU trang Bảng 1 Thành phần hóa học của bentonit Di Linh và bentonit Hoa Kỳ 18 Bảng 2 Đường kính hydrat hóa của một số cation kim loại 21 Bảng 3 Lượng cation kim loại trao đổi hấp phụ tính cho 100 gam MB 37 Bảng 4 Phương trình định lượng 6 PCBs điển hình và hệ số được sử dụng tính quy về tổng 209 PCBs 40 Bảng 5 Các đặc trưng của MB và MB-M sấy khô ở 105 o C, 50 mmHg 41 Bảng 6 Các đặc trưng của MB và MB-M sấy khô ở 50 o C, 50 mmHg 44 Bảng 7 So sánh khả năng hấp phụ PCBs trên MB và MB-M 48 Bảng 8 Thời gian và nhiệt độ xuất hiện pic trên phổ TPR của mẫu MB-M 50 Bảng 9 Thành phần hóa học của bentonit Di Linh 51 Bảng 10 Đặc trưng phân hủy PCBs ở 600 o C trên các vật liệu khác nhau 53 Bảng 11 Sản phẩm khí tạo thành khi phân hủy PCBs ở 600 o C trên MB 54 Bảng 12 Nồng độ 6 PCBs trong dầu biến thế 55 Bảng 13 Kết quả kháo sát phân hủy PCBs trên các vật liệu MB-M 56 Bảng 14 Nồng độ 6 PCBs còn lại sau phân huỷ nhiệt (x 10-2 µg/ml) 57 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ trang Hình 1 Công thức cấu tạo tổng quát của PCBs 3 Hình 2 Công thức cấu tạo của một số PCBs chứa nguyên tử Cl ở vị trí para và meta 8 Hình 3 Sự hình thành bentonit trong tự nhiên 14 Hình 4 Cấu trúc tinh thể của montmorillonit 16 Hình 5 Các vị trí trao đổi của montmorillonit 19 Hình 6 Sơ đồ thiết bị dùng để nghiên cứu phân huỷ PCBs 38 Hình 7 Phổ nhiễu xạ tia X của: (a) MB, (b) MB-Fe(III) (2 mg muối trên 3g MB) 42 Hình 8 Phổ nhiễu xạ tia X của: (a) MB, (b) MB-Cr(III) (2 mg muối trên 3g MB) 43 Hình 9 Phổ nhiễu xạ tia X của: (a) MB, (b) MB-FeCr(III) (2 mg muối trên 3g MB) 43 Hình 10 Phổ nhiễu xạ tia X của bentonit 44 Hình 11 Phổ TPR của MB 46 Hình 12 Phổ TPR của MB-Fe 46 Hình 13 Phổ TPR của MB-Cr 47 Hình 14 Phổ TPR của MB-FeCr 47 Hình 15 Phổ TPR của hệ xúc tác (CuO-CeO 2 -Cr 2 O 3 )/γ-Al 2 O 3 49 Hình 16 Sắc đồ phân tích PCBs trong dầu biến thế phế thải 55   Ph  - 1  MỞ ĐẦU Polyclobiphenyl (PCBs)  .    , PCBs          .   .   -bon, .   209     [10].     . ,  .       qua        [29, 33].                                 Ph  - 2  [8].            nh bentonit s PCBs   ,  “Nghiên cứu ảnh hƣởng của khoáng chất bentonit Di Linh biến tính đến phản ứng phân hủy nhiệt policlobiphenyl”   h     : nh gi nh h c bentonit Di Linh t nhin v bentonit Di Linh bin t n kh nng phn hy nhi  v policlobiphenyl.  N  +  entonit   (III) (III) X  TPR. + Nghin c kh nng phn hy nhi policlobiphenyl trn c s s d SiO 2 , bentonit Di Linh t nhin v  . + ete ph v dete k i t n th sn phm phn hy.   Ph  - 3  + nh gi lin h gi  t v li nh h  kh nng phn hy  policlobiphenyl. Chƣơng 1 TÔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về policlobiphenyl 1.1.1. Định nghĩa Policlobiphenyl  -carbon duy nh   nhau [29]. PCBs d  3 .  1.1.2. Cấu tạo, thành phần và tính chất 1.1.2.1. Cấu tạo  12 H 10-n Cl n 10. h Hình 1. Công thức cấu tạo tổng quát của PCBs   Ph  - 4               0     1.1.2.2. Tính chất của PCBs                        [...]... - - - + Tính chất hấp phụ của bentonit Tính chất hấp phụ của khoáng sét bentonit được quyết định bởi tính chất bề mặt và cấu trúc lớp của chúng Theo tính toán, di n tích bề mặt của bentonit vào khoảng 200 – 760 m2/g trong khi di n tích bề mặt của cao lanh là vào khoảng 15 – 20 m2/g, silicagel 200 – 800 m2/g Di n tích bề mặt của bentonit gồm di n tích bề mặt ngoài và di n tích bề mặt trong Di n tích... nhiên, ĐHQGHN Chƣơng 2 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là khoáng bentonit Di Linh tự nhiên và bentonit Di Linh biến tính bằng NaHCO3 (MB); các muối của sắt và muối của crom; canxi oxit, SiO2 và PCBs trong dầu thải biến thế 2.2 Hoá chất, dụng cụ và thiết bị Các thí nghiệm nghiên cứu xử lý PCBs và phân tích các chất trước và sau xử lý PCBs được thực hiện... khoảng 735 tới 8500C 1.3.5 Khoáng sét bentonit ở Việt Nam Việt Nam có nguồn khoáng sét bentonit khá phong phú [5], phân bố ở các vùng miền của tổ quốc, như ở thung lũng Sông Ba (Phú Yên), Di Linh (Lâm Đồng), Tuy Phong (Bình Thuận), Cổ Định (Thanh Hóa), + Mỏ khoáng sét bentonit Di Linh Mỏ khoáng sét bentonit Di Linh có di n tích phân bố khoảng 2,4 km2 trên cao nguyên Di Linh, có trữ lượng khoảng 20... tính chất thấm lọc của huyền phù sét Đó là hệ số độ keo của sét, là tỷ số của hàm lượng phần trăm hợp phần keo sét và hàm lượng phần trăm của sét 1.3.4 Các tính chất bentonit + Tính chất trao đổi cation Như đã nêu ra ở trên, vì trong bentonit chứa lượng lớn khoáng montmorillonit, do vậy khi nói đến tính chất trao đổi cation của montmorillonit, điều đó cũng đồng nghĩa với nói đến đặc trưng về tính chất. .. chất clo hữu cơ, thậm chí cả các hợp chất có độc tính cao như dioxin và furan [32] Trong hầu hết các nghiên cứu xử lý các hợp chất clo hữu cơ bằng xúc tác oxy hoá đều bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố như tính chất hoá lý của vật liệu xúc tác, nồng độ chất phản ứng, môi trường phản ứng và thời gian phản Phạm Văn Thế, 2011 - 25 Khoa Môi trường Luận văn thạc sỹ Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN ứng. .. thân khoáng, cấu tạo dạng thấu kính, phân lớp ngang Độ phân lớp thay đổi từ phân lớp trung bình, phân lớp mỏng đến vi phân lớp Chiều dày thân khoáng thường nhỏ, từ 0,5 đến 1,5m Tại phần trên của tập 2 các thân khoáng bentonit luân phiên xen kẽ với các lớp điatomit Bentonit có màu vàng đất đến trắng phớt vàng, bị nứt nẻ nhiều gần như bị vỡ vụn, vết vỡ vỏ chai, trơn tay, hạt rất mịn 1.3.2 Tính chất của bentonit. .. Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội a Hóa chất, dung cụ + Hóa chất: - Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu gồm khoáng sét bentonit Di Linh đã được biến tính bằng NaHCO3 Vật liệu MB được chế tạo từ khoáng bentonit Di Linh biến tính kiềm được cung cấp bởi Phòng thí nghiệm độc chất thuộc Trung tâm giáo dục và phát triển sắc ký, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - Dầu biến thế phế thải có nồng độ PCBs là 418... cho những nghiên cứu trên động vật Mặc dù độ “vênh” giữa các thí nghiệm nghiên cứu và thực tiễn hoàn toàn có thể xảy ra , song những ảnh hưởng của PCBs đến sức khỏe con người và môi trường là điều đã được khẳng định Trong quá trình nghiên cứu về policlodibenzo-p-dioxin (PCDD), policlodibenzo-p-furan (PCDF), các nghiên cứu cấu trúc của các PCBs trong cùng nhóm và sự giống nhau về cấu trúc của PCBs... thực hiện Các nghiên cứu trên hầu hết thực hiện phản ứng xúc tác ở trạng thái dị thể Trong đó bản chất của chất mang và xúc tác kim loại hoặc đa kim loại quyết định khá lớn đến tốc độ của phản ứng Xúc tác kim loại thường dùng là kim loại chuyển tiếp có obitan d trống Trong khóa luận chúng tôi sử dụng xúc tác kim loại là Cr, Fe tẩm trên chất mang bentonit 1.4 Những ứng dụng chủ yếu của bentonit Trên... X=Cl, Br, F; Q: nhiệt lượng tỏa ra của phản ứng Trên cơ sở phản ứng của Aldolphe Wurtz, năm 1860, Fitfig đã mở rộng ra rằng, các hợp chất cacbonhydro thơm có chứa halogen cũng phản ứng mạnh mẽ với natri kim loại, theo phản ứng (2): R-X + Ar-X + 2Na  R-Ar + 2Na (2) Trong đó, Ar là hợp chất hydro cacbon thơm Dioxin, furan, PCBs là những hợp chất cacbonhydro thơm chứa halogen Vì thế, các hợp chất này có . NHIÊN  PHẠM VĂN THẾ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KHOÁNG CHẤT BENTONIT DI LINH BIẾN TÍNH ĐẾN PHẢN ỨNG PHÂN HỦY NHIỆT POLICLOBIPHENYL LUẬN VĂN THẠC SỸ.  Nghiên cứu ảnh hƣởng của khoáng chất bentonit Di Linh biến tính đến phản ứng phân hủy nhiệt policlobiphenyl   h. MB-M 48 Bảng 8 Thời gian và nhiệt độ xuất hiện pic trên phổ TPR của mẫu MB-M 50 Bảng 9 Thành phần hóa học của bentonit Di Linh 51 Bảng 10 Đặc trưng phân hủy PCBs ở 600 o C trên các vật