MỤC LỤC 1. Đặt vấn đề 2 2. Tổng quan vấn đề nghiên cứu liên quan đến đề tài 4 3. Mục tiêu nghiên cứu 6 4. Địa điểm, thời gian và đối tượng nghiên cứu 6 5. Nội dung nghiên cứu 6 6. Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu 6 7. Dự kiến kết quả nghiên cứu 7 9. Phân chia trách nhiệm của các thành viên trong nhóm 9 10. Tài liệu tham khảo 10
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG ĐỂ CƯƠNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TÊN ĐỀ TÀI “ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TRAO ĐỔI ANION TỪ POLYSTYREN PHẾ LIỆU, ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC SINH HOẠT VÀ NƯỚC THẢI” Nhóm sinh viên thực Bùi Thị Anh Đào Thị Lý Đặng Thị Lý Lê Sao Tuyết Nhi Lớp : ĐH3KM1 Giảng viên hướng dẫn : TS Mai Văn Tiến HÀ NỘI 9/2015 MỤC LỤC Đặt vấn đề 1 Đặt vấn đề Nhựa chất liệu tiện dụng mà người phát minh Với đặc tính rẻ, bền, tiện lợi, nhựa ứng dụng hầu hết lĩnh vực đời sống từ túi nilon đồ dùng, chai lọ nhựa… Tuy nhiên, sống ngày phải đối mặt với mối đe dọa từ thứ chất liệu gây nên Những phế phẩm, rác thải từ nhựa bị vứt cách bừa bãi xuống biển ngày, đưa giới tới bờ vực ô nhiễm nặng nề Một polyme quen thuộc với polystyrene Polystyren (thường viết tắt PS) loại nhựa nhiệt dẻo, tạo thành từ phản ứng trùng hợp styren: Nhựa PS chia thành loại khác nhau: - Hạt nhựa HIPS (High Impact Polystyrene) có khả chịu lực tốt, dùng làm vỏ xe máy, vỏ tivi, hộp, khay đựng bánh kẹo, hũ sữa chua, hũ yaout, làm chén, đĩa loại dùng lần,… - Hạt nhựa GPPS (General Purpose Polystyrene) có màu suốt Nhựa GPPS có ứng dụng rộng làm vỏ hộp đựng mứt, vỏ bánh kẹo, lọ mỹ phẩm, cánh quạt, Hiện việc xử lý rác thải polyme có rác thải PS môi trường vấn đề nhức nhối chưa tìm giải pháp thích hợp hiệu Nhựa có tính bền, nhẹ, thời gian phân hủy phế phẩm từ nhựa xếp tốp đầu số loại rác thải bị vứt bừa bãi xuống biển, đại dương Thống kê cho thấy, dây cước câu cá làm từ nhựa tan biến sau 600 năm, chai nhựa với khoảng 450 năm vật dụng nhựa khác 400 năm Khi lẫn vào đất ngăn cản ôxi qua đất, gây xói mòn đất, làm cho đất bạc màu, không tơi xốp, chất dinh dưỡng, từ làm cho trồng chậm tăng trưởng Thực tế PS làm từ dầu mỏ nguyên chất chôn lấp chúng đất ảnh hưởng tới môi trường đất nước, tạo khí thải có chất độc dioxin Fura gây ngộ độc, ảnh hưởng tuyến nội tiết, gây ung thư, giảm khả miễn dịch, rối loạn chức tiêu hóa dị tật bẩm sinh trẻ nhỏ Bên cạnh rác thải PS làm mỹ quan tới cảnh quan Để hạn chế khắc phục tác hại rác thải polyme phế liệu PS, nước quốc gia giới có nhiều giải pháp như: - Chôn lấp, thiêu đốt (chiếm phần lớn) - Tái chế sử dụng phế liệu để chế tạo sản phẩm thứ cấp bê tông xốp, xốp cách âm, xốp cách nhiệt, hộp xốp tái chế - Chế tạo dầu crackinh: Đưa phế liệu vào lò hấp đốt thiêu kết không khí thành dầu - Các biện pháp khác Tuy nhiên biện pháp không hiệu quả, chất lượng sản phẩm thứ cấp không tốt chí gây ảnh hưởng đến sức khỏe người (chả hạn hộp cơm tái chế đựng thức ăn nhiệt độ cao), biện pháp chôn lấp thiêu đốt chúng lại vấn đề gây ô nhiễm môi trường không khí đất nước nặng nề, biện pháp chưa thực triệt để hiệu quả, giải đước vấn đề ô nhiễm lại phát sinh vấn đề ô nhiễm, nguy hiểm tiềm ẩn khác môi trường sức khỏe sinh vật, người Trong vấn đề chuyển phế liệu sang dầu cần lượng tốn hơn, chi phí đắt đỏ nước phát triển Việt Nam ta Việc xử lý chúng khó khăn tốn tái chế biện pháp khả quan tận dụng tính chất bền chúng, nguồn phế liệu rác thải PS săn có Cần thiết phải tìm hướng giải hiệu quả, tránh gây lãng phí bảo vệ môi trường cụ thể môi trường nước (nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp,…) đạt hiệu kinh tế Mặt khác Việt Nam nhu cầu sử dụng vật liệu trao đổi ion lớn nhiên nước ta phải nhập chủ yếu từ nước khác chủ yếu từ trung quốc, chất lượng chưa hẳn đảm bảo Loại vật liệu trao đổi ion ứng dụng xử lý môi trường cụ thể môi trường nước đem lại hiệu cao nước chưa có sản xuất loại vật liệu Từ mong muốn phát triển loại vật liệu Việt Nam, đồng thời xử lý phế liệu PS lâu phân hủy, xử lý số anion độc hại nước thải Chúng em đưa ý tưởng nghiên cứu “Chế tạo vật liệu trao đổi anion từ polystyren phế liệu” Biện pháp vừa xử lý phần phế liệu polystyren cách tái chế, vừa xử lý ô nhiễm nước số anion độc hại vấn đề cấp bách nay, tạo sản phẩm đảm bảo mặt chất lượng hiệu kinh tế cao nguyên liệu tái chế từ nguồn phế liệu dồi nước giảm việc nhập vật liệu từ nước Tổng quan vấn đề nghiên cứu liên quan đến đề tài Hiện ô nhiễm nước vấn đề quan tâm hàng đầu giới, có nhiều nghiên cứu để đưa giải pháp xử lý ô nhiễm nước (nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiêp,…) Trong có xử lý ion độc hại nước vật liệu biến tính vật liệu nhựa trao đổi ion Hạt nhựa trao đổi ion đóng vai trò quan trọng lọc xử lý nước Việc chọn hạt nhựa phù hợp cho mục đích xử lý nước nhằm đem lại hiệu cao mà giá thành tốt mong muốn nhà sản xuất lẫn người tiêu dùng Về nguyên tắc, vật liệu dùng để trao đổi ion chất không hoà tan có chứa ion dễ dàng trao đổi với ion khác dung dịch phản ứng với Sự trao đổi không làm biến đổi tính chất vật lý vật liệu trao đổi ion Bên cạnh nhựa trao đổi ion loại polyme có khả trao đổi chọn lọc anion độc hại (Cl-, SO42-, NO3-, PO43-, …) môi trường nước Về nhựa trao đổi ion phổ biến tổng hợp chế tạo sở polystyren copolyme có khả trao đổi ion dương nhóm amine trao đổi ion âm Các loại nhựa tổng hợp sử dụng chủ yếu để tinh nước PS (polystyrene) loại nhựa cứng suốt, mùi vị, cháy cho lửa không ổn định PS không màu dễ tạo màu, hình thức đẹp, dễ gia công phương pháp ép ép phun phần PS có thùng xốp, hộp xốp đựng thức ăn, để kê giữ bảo vệ thiết bị máy móc,… Quá trình tổng hợp polystyren copolyme tạo thành từ phản ứng trùng hợp styren (CH[C6H5]-CH2)n , đồng trùng hợp styren với monome khác,… Trên thực tế loại nhựa trao đổi ion chế tạo từ PS copolystyren phải sử dụng phản ứng biến tính thông qua phản ứng sunfua hóa, clometyl hóa copolyme styren đivinylbenzen, phản ứng amin hóa với amin bậc hai Clometyl hóa copolyme styren đivinylbenzen sau phản ứng amin hóa với amin bậc hai chế tạo nhựa trao đổi anion: Hiện giới có nhiều nghiên cứu ứng dụng vật liệu trao đổi anion vào xử lý nước thải mà chủ yếu nước thải sinh hoạt có chứa anion độc hại (Cl-, SO42-, NO3-, PO43-, …) mà tái chế chủ yếu từ phế liệu (thùng xốp, hộp xốp, kệ gữi thiết bị máy móc,…) Như tổng hợp zeolite năm 1913 Permutit Company (Mỹ), cacbonate zeolite sử dụng làm vật liệu trao đổi ion năm 1935 Nhựa trao đổi cation trùng hợp formadehyde, trao đổi anion (sản phẩm trùng hợp polyamines and formaldehyde) Các sản phẩm tách loại tất ion nước, nhựa anion tách acid yếu Si kiềm Năm 1944, nhóm nhà nghiên cứu Mỹ, D’ Alelio phát triển nhựa trao đổi anion - đồng trùng hợp styrene divinylbenzen Nhựa anion loại phát triển năm 1948, tách hoàn toàn khoáng nước dùng rộng rãi ngày Tại Việt Nam có nhiều đề tài nghiên cứu nhựa trao đổi ion giáo sư tiến sĩ trường đại học, chưa đưa vào sản xuất mà chủ yếu nhập từ nước Trung Quốc, Mĩ, Ấn Độ,… chất lượng sản phẩm chưa hẳn đảm bảo giá thành cao Vì việc nghiên cứu, đưa vào sản xuất nước nhựa trao đổi ion mang lại sản phẩm đảm bảo chất lượng giá thành phù hợp đặc biệt sản phẩm tái chế từ nguồn phế liệu PS Biện pháp dùng nhựa trao đổi anion tái chế từ phế liệu có nhiều tiện ích thời gian sử dụng lâu dài, tái sinh nhiều lần với chi phí thấp, lượng tiêu tốn nhỏ, hiệu cao Đặc biệt phương pháp xử lý nước thân thiện với môi trường hấp thu chất sẵn có nước, phù hợp với điều kiện nhu cầu nước ta Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu chung: Nghiên cứu xử lý tận dụng nguồn phế liệu Polystyren thải để chế tạo vật liệu trao đổi anion, ứng dụng xử lý nước sinh hoạt, nước thải ô nhiễm - Mục tiêu cụ thể: Chế tạo nhựa trao đổi anion từ PS phế liệu thử nghiệm đánh giá khả trao đổi anion vật liệu, cụ thể: Cl-, NO2- , NO3-, PO43-, … Địa điểm, thời gian đối tượng nghiên cứu - Địa điểm: Phòng thí nghiệm khoa Môi Trường, Trường Đại Học Tài Nguyên Môi Trường Hà Nội - Thời gian nghiên cứu: Dự kiến từ tháng năm 2015 đến tháng năm 2016 - Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu mới, vật liệu nhựa có khả trao đổi anion ứng dụng xử lí môi trường nước Nội dung nghiên cứu + Tổng quan tài liệu PS nghiên cứu chế tạo nhựa trao đổi anion từ PS phế liệu + Thu thập, phân loại xử lý PS phế liệu để tổng hợp nhựa trao đổi anion + Nghiên cứu khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp nhựa: nhiệt độ, nồng độ chất phản ứng, chất xúc tác ( Friedel – Crafts ) + Khảo sát khả trao đổi anion nhựa với anion Cl-, NO2- , NO3- , PO43- Phương pháp luận phương pháp nghiên cứu * Phương pháp luận (Cách tiếp cận): Xuất phát từ tình hình thực tế nay, nước bị ô nhiễm anion (Cl- , NO2- , NO3-, PO43-, …) ngày nhiều phổ biến Các anion nước thải thải ao, hồ mà chúng có nước sinh hoạt hàng ngày điều gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường sống người, sinh vật Vì việc nghiên cứu loại vật liệu biến tính có khả trao đổi ion đề tài hấp dẫn nước ta Như việc sử dụng PS phế liệu làm biến tính chúng phản ứng hóa học: clometyl hóa copolyme styren đivinylbenzen sau phản ứng amin hóa với amin bậc hai để điều chế nhựa trao đổi với anion có nước nhằm làm giảm nồng độ anion * Các phương pháp nghiên cứu - Phương pháp tổng hợp polyme, phản ứng trao đổi ion, phản ứng vòng thơm, sunfua hóa, clometyl hóa, phản ứng không mạch tạo lưới dựa thiết bị tổng hợp hữu để chế tạo nhựa trao đổi anion - Phương pháp gia công: Sử dụng kỹ thuật gia công chế biến nhựa (nhựa nhiệt dẻo) trao đổi anion để biết độ dẻo, khả chịu nhiệt độ bền chúng môi trường nước - Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp phân tích hện đại đặc trưng phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), phương pháp phân tích nhiệt, phổ hấp thụ nguyên tử AAS, phương pháp tiêu chuẩn ISO ASTM nhằm phân tích, đánh giá khả hấp thụ trao đổi ion hạt nhựa - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Thu tập tài liệu khả trao đổi anion PS - Phương pháp kế thừa: Kế thừa nghiên cứu công nhận vấn đề liên quan đến đề tài - Phương pháp thống kê, so sánh để phân tích kết đạt sử dụng phương pháp phương pháp khác Dự kiến kết nghiên cứu * Ý nghĩa khoa học: Việc nghiên cứu sử dụng PS phế liệu để chế tạo vật liệu nhựa trao đổi ion có ý nghĩa to lớn mặt khoa học như: tận dụng lượng lớn PS phế liệu, tạo thêm loại vật liệu (nhựa trao đổi ion) có tính ứng dụng lớn xử lí môi trường nước, tiết kiệm mặt kinh tế, giảm thiểu khả gây ô nhiễm môi trường * Ý nghĩa thực tế: Chế tạo loại vật liệu xử lí ô nhiễm từ phế liệu góp phần giảm thiểu tác nhân gây ô nhiễm môi trường Kế hoạch thực Bảng kế hoạch thực đề tài nghiên cứu khoa học Tháng 10 TT Nội dung Lựa chọn xây dựng đề tài X nghiên cứu khoa học Báo cáo thông qua đề cương nghiên cứu Tổ chức nghiên cứu khuôn khổ đề cương phê duyệt, bao gồm thu thập số liệu thực địa, kết hợp với phân tích số liệu viết tổng quan tài liệu Viết báo cáo Báo cáo thử nhóm Báo cáo kết nghiên cứu trước hội đồng 11 12 X X X X X X X X Phân chia trách nhiệm thành viên nhóm STT Họ tên Trách nhiệm cụ thể Bùi Thị Anh Thu thập tài liệu, thu thập phân loại xử lý phế liệu, mua hóa chất, tham gia tổng hợp vật liệu Khảo sát đánh giá sản phẩm Tổng hợp xử lý kết phân tích Đặng Thị Lý Thu thập tài liệu, thu thập phân loại xử lý phế liệu, mua hóa chất, tham gia tổng hợp vật liệu Khảo sát đánh giá sản phẩm Tổng hợp xử lý kết phân tích Đào Thị Lý Thu thập tài liệu, thu thập phân loại xử lý phế liệu, mua hóa chất, tham gia tổng hợp vật liệu Khảo sát đánh giá sản phẩm Tổng hợp xử lý kết phân tích Lê Sao Tuyết Nhi Thu thập tài liệu, thu thập phân loại xử lý phế liệu, mua hóa chất, tham gia tổng hợp vật liệu Khảo sát đánh giá sản phẩm Tổng hợp xử lý kết phân tích Quản lý qũy nhóm Tất thành viên nhóm phải có trách nhiệm tham gia thảo luận, đưa ý kiến để thu kết hiệu cuối cho đề tài nghiên cứu 10 Tài liệu tham khảo Lê Văn Cát, (2002).Hấp thụ trao đổi ion xử lí nước nước thải.NXB thống kê Hà Nội Trần Văn Nhân Ngô Thị Nhân Giáo trình công nghệ xử lý nước thải NXB KHKT Trần Thị Thu Hằng, (2013) Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite nhựa polyethylene mùn cưa NXB BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO GS.TSKH Nguyễn Đình Đức, Vật liệu composite-tiềm ứng dụng Đại Học Quốc Gia Hà Nội GS.ThS Ngô Duy Cường, Hóa học hợp chất cao phân tử tr24, 25, 99, 100, 101, 102 6.PGS.TS Trịnh Lê Hùng, Kỹ thuật xử lý nước thải NXB GD tr108, 109 TS Lê Minh Đức, Bài giảng nhựa trao đổi ion tr5, 11, 12, 13 10 [...]...10 Tài liệu tham khảo 1 Lê Văn Cát, (2002).Hấp thụ và trao đổi ion trong xử lí nước và nước thải.NXB thống kê Hà Nội 2 Trần Văn Nhân Ngô Thị Nhân Giáo trình công nghệ xử lý nước thải NXB KHKT 3 Trần Thị Thu Hằng, (2013) Nghiên cứu chế tạo vật liệu composite trên nền nhựa polyethylene và mùn cưa NXB BỘ GIÁO DỤC và ĐÀO TẠO 4 GS.TSKH Nguyễn Đình Đức, Vật liệu composite-tiềm năng và ứng dụng Đại Học Quốc... 4 GS.TSKH Nguyễn Đình Đức, Vật liệu composite-tiềm năng và ứng dụng Đại Học Quốc Gia Hà Nội 5 GS.ThS Ngô Duy Cường, Hóa học các hợp chất cao phân tử tr24, 25, 99, 100, 101, 102 6.PGS.TS Trịnh Lê Hùng, Kỹ thuật xử lý nước thải NXB GD tr108, 109 7 TS Lê Minh Đức, Bài giảng nhựa trao đổi ion tr5, 11, 12, 13 10