Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu biến tính than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ hơi thủy ngân

Hiện nay, có nhiều phương pháp được sử dụng để xử lý hơi thủy ngân, trong đó phương pháp hấp phụ trên than hoạt tính được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả nhất. Quá trình lưu giữ thuỷ ngân trên than hoạt tính chủ yếu là hấp phụ vật lý, độ bền liên kết yếu. Thuỷ ngân và các hợp chất của nó có khả năng bay hơi và dễ phát tán trở lại môi trường ngay ở nhiệt độ thường. Do vậy, người ta đã nghiên cứu biến tính than hoạt tính nhằm thay đổi cấu trúc bề mặt làm tăng dung lượng hấp phụ đồng thời tạo liên kết bền hơn giữa thủy ngân với than hoạt tính. Trong khuôn khổ luận văn này, chúng tôi đã chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu biến tính than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ hơi thủy ngân” với hi vọng vật liệu này được ứng dụng để kiểm soát, xử lý hơi thuỷ ngân phát thải trong các quá trình thực tiễn.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - PHẠM VĂN CỬ NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH THAN HOẠT TÍNH LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ HƠI THỦY NGÂN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM VĂN CỬ NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH THAN HOẠT TÍNH LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ HƠI THỦY NGÂN Chuyên ngành: Hóa Môi Trường Mã số: 60 44 41 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HOÀNG VĂN HÀ Hà Nội - 2012 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS Hoàng Văn Hà giao đề tài nhiệt tình giúp đỡ, cho em kiến thức quí báu trình nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Trần Hồng Côn thầy, cô phòng thí nghiệm Hóa môi trường tận tình bảo hướng dẫn em suốt thời gian làm luận văn Cảm ơn phòng thí nghiệm Khoa Hóa học – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên tạo điều kiện giúp đỡ trình làm thực nghiệm Xin chân thành cảm ơn bạn học viên, sinh viên làm việc phòng thí nghiệm Hóa môi trường giúp đỡ trình tìm tài liệu làm thực nghiệm Tôi xin chân thành cảm ơn! Học viên cao học Phạm Văn Cử MỤC LỤC MỤC LỤC International Union of Pure and Applied Chemistry Nuclear magnetic resonance X-ray Photoemission Spectroscopy .4 LỜI MỞ ĐẦU .4 Chương 1: Tổng quan 1.1.Giới thiệu chung thủy ngân 1.1.1.Một số tính chất ứng dụng thủy ngân .6 1.1.2.Nguồn phát thải độc tính thủy ngân 1.2.4.Nhóm cacbon – oxi bề mặt than hoạt tính[7] 15 2.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu 27 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 27 2.1.2 Nội dung nghiên cứu .28 2.2 Thiết bị hóa chất nghiên cứu .28 2.2.1 Sơ đồ thiết bị hấp phụ thủy ngân 28 2.2.2 Một số thiết bị dụng cụ khác 30 2.4.1 Phương pháp Phổ hồng ngoại [5] 31 2.4.2 Phương pháp tính tải trọng hấp phụ cực đại[1] .32 KẾT LUẬN .53 DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng Tên bảng Trang 3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình tạo Hg 35 3.2 Kết chuẩn độ xác định nồng độ Br2 36 3.3 Kết đánh giá khả mang bromua than hoạt tính 38 3.4 Kết đánh giá khả hấp phụ Hg than hoạt tính nhiệt độ khác 42 3.5 Kết đánh giá khả hấp phụ Hg than biến tính CB1 nhiệt độ khác 43 3.6 Kết đánh giá khả hấp phụ Hg than biến tính CB2 nhiệt độ khác 44 3.7 Kết đánh giá khả hấp phụ Hg than biến tính CB3 nhiệt độ khác 44 3.8 Kết đánh giá khả hấp phụ Hg than biến tính CB4 nhiệt độ khác 45 3.9 Kết hấp phụ Hg loại than 40oC 47 3.10 Kết hấp phụ Hg loại than 50oC 48 3.11 Kết hấp phụ Hg loại than 60oC 50 3.12 Mối liên hệ lượng Hg hấp phụ cột theo thời gian 52 DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang 1.1 Ảnh X-Quang chụp bệnh nhân uống thủy ngân nguyên tố 1.2 So sánh mạng tinh thể chiều than chì (a) cấu trúc turbostratic (b) 2.1 Sơ đồ thiết bị hấp phụ Hg 26 2.2 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 30 2.3 Đường phụ thuộc Ct/q vào Ct 30 2.4 Đường chuẩn xác định nồng độ Hg2+ 32 3.1 Sơ đồ khối thiết bị hóa hấp phụ Hg 33 3.2 Sự phụ thuộc nhiệt độ vào trình tạo Hg 35 3.3 Đồ thị thể mối liên hệ lượng Br2 đem ngâm tẩm với lượng Br2 mang than 38 3.4 Đồ thị biễu diễn tọa độ BET than hoạt tính 39 3.5 Đồ thị biễu diễn tọa độ BET than biến tính CB4 40 3.6 Phổ hồng ngoại than hoạt tính 41 3.7 Phổ hồng ngoại than biến tính 41 3.8 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ tới khả hấp phụ Hg than hoạt tính 43 3.9 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ tới khả hấp phụ Hg loại than biến tính 46 3.10 Đồ thị biễu diễn khả hấp phụ Hg loại than 40oC 48 3.11 Đồ thị biễu diễn khả hấp phụ Hg loại than 50oC 49 3.12 Đồ thị biễu diễn khả hấp phụ Hg loại than 60oC 50 3.13 Đồ thị biểu diện lượng Hg hấp phụ cột vật liệu CB4 53 theo thời gian DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Viết tắt Tên tiếng anh Tên tiếng việt EPA FTIR Environmental Protection Cơ quan Bảo vệ Môi trường Agency Hoa Kỳ Fourier Transform Infrared Phổ hồng ngoại biến đổi chuỗi Fourier IR Infrared Phổ hồng ngoại IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry Nuclear magnetic resonance Liên hiệp Hóa học Thuần túy X-ray Photoemission Spectroscopy Phổ quang điện tử tia X NMR XPS Ứng dụng Quốc tế Phổ cộng hưởng từ hạt nhân LỜI MỞ ĐẦU Sự phát triển mạnh mẽ công nghiệp làm gia tăng lượng chất ô nhiễm phát thải vào môi trường có thủy ngân Hơi thủy ngân phát thải chủ yếu từ trình đốt nhiên liệu hóa thạch như: dầu mỏ, than, trình hoạt động núi lửa số trình khác Hơi thủy ngân dễ dàng vào thể thông qua trình hô hấp Với khả tan mỡ, dễ kết hợp với phân tử Cho nên làm chức quan, hủy hoại nghiêm trọng tới hệ thần kinh trung ương Nếu hít phải lượng lớn thủy ngân dẫn tới tử vong Do vậy, việc nghiên cứu loại vật liệu có khả hấp phụ thủy ngân cao cần thiết Hiện nay, có nhiều phương pháp sử dụng để xử lý thủy ngân, phương pháp hấp phụ than hoạt tính sử dụng rộng rãi có hiệu Quá trình lưu giữ thuỷ ngân than hoạt tính chủ yếu hấp phụ vật lý, độ bền liên kết yếu Thuỷ ngân hợp chất có khả bay dễ phát tán trở lại môi trường nhiệt độ thường Do vậy, người ta nghiên cứu biến tính than hoạt tính nhằm thay đổi cấu trúc bề mặt làm tăng dung lượng hấp phụ đồng thời tạo liên kết bền thủy ngân với than hoạt tính Trong khuôn khổ luận văn này, chọn thực đề tài “Nghiên cứu biến tính than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ thủy ngân” với hi vọng vật liệu ứng dụng để kiểm soát, xử lý thuỷ ngân phát thải trình thực tiễn Chương 1: Tổng quan 1.1 Giới thiệu chung thủy ngân Thủy ngân nguyên tố vỏ trái đất, tìm thấy kim loại tự nhiên (hiếm thấy) hay chu sa (HgS), corderoit (Hg3S2Cl2), livingstonit (HgSb4S8) khoáng chất khác với chu sa quặng phổ biến Người Trung Quốc Hindu cổ đại biết tới thủy ngân tìm thấy mộ cổ Ai Cập vào khoảng năm 1500 TCN Người Ấn độ Trung Quốc cổ đại biết dùng thủy ngân để hòa tan vàng bạc Tại Tây Ban Nha người ta tìm thấy thủy ngân tự nhiên đáy hồ núi cao Các nước có nhiều thủy ngân Nga, Mỹ, Tây Ban Nha Trong ngôn ngữ châu Âu, nguyên tố thủy ngân đặt tên Mercury, lấy theo tên thần Mercury người La Mã, biết đến với tính linh động tốc độ Hầu hết Hg bị người La Mã tiêu thụ tạo chất màu đỏ thần sa, Hg sử dụng để điều trị nhiều bệnh khác Sau suy sụp đế quốc La Mã , Hg chủ yếu sử dụng để bào chế thuốc Năm 1643, Toricelli phát minh dụng cụ đo nhiệt gọi nhiệt kế sơ khởi chưa sử dụng Hg Mãi đến năm 1720, Fahrenheit giới thiệu nhiệt kế Hg bắt đầu đưa vào nghiên cứu khoa học 1.1.1 Một số tính chất ứng dụng thủy ngân Thủy ngân nguyên tố hóa học bảng tuần hoàn có ký hiệu Hg (từ tiếng Hy Lạp hydrargyrum, tức thủy ngân (hay bạc lỏng) số nguyên tử 80 Là kim loại lưỡng tính nặng có ánh bạc, thủy ngân nguyên tố kim loại biết có dạng lỏng nhiệt độ thường, có tính dẫn nhiệt dẫn điện tốt Thủy ngân có khối lượng phân tử tương đối lớn 200,59, nóng chảy -38.87oC, nhiệt độ sôi 356,72oC khối lượng riêng 13,534 g/cm 25oC Thủy ngân nguyên tố dạng dễ bay thủy ngân, có áp suất 25 oC 0,3Pa, hóa nhiệt độ phòng Thủy ngân không tan nước (56 mg/lít 25 oC), không tan axit clohyđric Thủy ngân nguyên tố tan chất béo axit nitric, tan pentan (C5H12) (2,7 mg/lít), tan axit sulfuric sôi Thủy ngân tạo hợp kim với phần lớn kim loại, bao gồm vàng, nhôm bạc, đồng không tạo với sắt Do đó, người ta chứa thủy ngân bình sắt Telua tạo hợp kim, phản ứng chậm để tạo telurua thủy ngân Hợp kim thủy ngân gọi hỗn hống Kim loại có hệ số nở nhiệt số trạng thái lỏng, hoạt động hóa học kẽm cadmium Trạng thái ôxi hóa phổ biến thủy ngân +1 +2 Rất hợp chất thủy ngân có hóa trị +3 tồn Thủy ngân độc, gây chết người bị nhiễm độc qua đường hô hấp Trong tự nhiên, thủy ngân có mặt dạng vết nhiều loại khoáng, đá Các loại khoáng trung bình chứa khoảng 80 phần tỷ thủy ngân Quặng chứa thủy Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn theo tọa độ BET than biến tính CB4 Từ đồ thị BET ta tính diện tích bề mặt than hoạt tính 853,4773 ± 37,9284 m²/g, than biến tính brom 614,3706 ± 27,3382 m²/g Chứng tỏ diện tích bề mặt than biến tính brom nhỏ than chưa biến tính Điều giải thích biến tính Br 2, bề mặt xốp than tác dụng với Br2 thông qua phản ứng oxi hóa làm cho lỗ xốp lớn lên Đồng thời với việc gốc Br─ bám bề mặt lỗ xốp làm cho bề mặt riêng than giảm Điều làm giảm khả hấp phụ vật lý than hoạt tính biến tính so với than hoạt tính Nhưng làm tăng khả hấp phụ hóa học than biến tính so với than hoạt tính Đặc biệt Hg, lực brom với Hg kim loại lớn nên khả giữ Hg than biến tính cao 3.2.2.2 Phổ IR số vật liệu Các nhóm chức tồn than hoạt tính than biến tính xác định phổ hấp thụ hồng ngoại Do mẫu dạng rắn thường khuếch tán ánh sáng mạnh, nên để có lớp khuếch tán ánh sáng ít, thuận lợi cho trình đo người ta dùng phương pháp nghiền chất với bột KBr tinh khiết KBr không hấp thụ vùng 400cm-1 nghiên cứu chất vùng hấp thụ rộng Hình 3.6 Phổ hồng ngoại than hoạt tính Hình 3.7 Phổ hồng ngoại than biến tính Từ kết phổ hồng ngoại cho thấy than biến tính tồn liên kết -C-Br (500,67 cm-1), liên kết giả thiết Br oxi hóa bề mặt than tạo liên kết –C-Br 3.3 Khảo sát đánh giá khả hấp phụ thủy ngân 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ lên khả hấp phụ thủy ngân Để khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ lên khả hấp phụ thủy ngân, ta tiến hành thí nghiệm nhiệt độ là: 30 oC, 40oC, 50oC, 60oC, 70oC với vật liệu sau: C, CB1, CB2, CB3, CB4, CB5 3.3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ lên khả hấp phụ thủy ngân than hoạt tính Nhồi vào cột hấp phụ (4) 0.5g than hoạt tính, thực thí nghiệm nhiệt độ khác nhau, là: 30 oC, 40oC, 50oC, 60oC, 70oC Điểu chỉnh tốc độ khí 1l/ph, thực 30ph Dung dịch KMnO sau hấp thụ Hg khử hết MnO4─ dư dung dịch H2O2 môi trường axit Định mức 25ml, đem phân tích lượng Hg phương pháp AAS Bảng 3.4 Kết đánh giá khả hấp phụ thủy ngân than hoạt tính nhiệt độ khác Nhiệt độ mo m m0 – m % Hg bị hấp phụ 30oC 0,39 0,0405 0,3495 89,61 40oC 0,875 0,095 0,78 89,14 50oC 1,00 0,1225 0,8775 87,75 60oC 1,28 0,221 1,059 82,73 70oC 1,525 0,3125 1,2125 79,51 Trong đó: m: khối lượng Hg chưa bị hấp phụ thu lại dung dịch KMnO4; m0-m: lượng Hg hấp phụ than; m o: khối lượng Hg sinh qua cột hấp phụ Hình 3.8 Đồ thị biễu diễn ảnh hưởng nhiệt độ tới hấp phụ Hg than hoạt tính Theo Hình 3.4 ta thấy nhiệt độ có ảnh hưởng tới khả hấp phụ Hg than hoạt tính Nhiệt độ tỉ lệ nghịch với khả hấp phụ Hg than hoạt tính Do khả hấp phụ vật lý than hoạt tính giảm nhiệt độ tăng 3.3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ lên khả hấp phụ thủy ngân loại than biến tính Tiến hành thí nghiệm tương tự phần 3.3.1.1 thay than hoạt tính loại than biến tính CB1, CB2, CB3 CB4 Kết thu thể Bảng 3.5, 3.6, 3.7 3.8 Bảng 3.5 Kết đánh giá khả hấp phụ thủy ngân than biến tính CB1 nhiệt độ khác Nhiệt độ mo m1 m0 – m1 % Hg bị hấp phụ 30oC 0,39 0,008 0,382 97,95 40oC 0,875 0,021 0,854 97,60 50oC 1,00 0,02225 0,97775 97,77 60oC 1,28 0,042 1,238 96,72 70oC 1,525 0,057 1,468 96,26 Trong đó: mo: khối lượng Hg sinh qua cột hấp phụ: m 1: khối lượng Hg chưa bị hấp phụ CB1 thu lại dung dịch KMnO 4; m0-m1: lượng Hg hấp phụ CB1 Bảng 3.6 Kết đánh giá khả hấp phụ thủy ngân than biến tính CB2 nhiệt độ khác Nhiệt độ mo m2 m0 – m2 % Hg bị hấp phụ 30oC 0,39 0,003 0,387 99,23 40oC 0,875 0,00825 0,86675 99,06 50oC 1,00 0,0155 0,9845 98,45 60oC 1,28 0,02625 1,25375 97,95 70oC 1,525 0,03425 1,49075 97,75 Trong đó: mo: khối lượng Hg sinh qua cột hấp phụ: m 2: khối lượng Hg chưa bị hấp phụ CB2 thu lại dung dịch KMnO 4; m0-m2: lượng Hg hấp phụ CB2 Bảng 3.7 Kết đánh giá khả hấp phụ thủy ngân than biến tính CB3 nhiệt độ khác Nhiệt độ mo m3 m0 – m3 % Hg bị hấp phụ 30oC 0,39 0,00225 0,3878 99,423 40oC 0,875 0,0055 0,8695 99,371 50oC 1,00 0,0135 0,9865 98,65 60oC 1,28 0,02225 1,256 98,262 70oC 1,525 0,0257 1,499 98,315 Trong đó: mo: khối lượng Hg sinh qua cột hấp phụ: m 3: khối lượng Hg chưa bị hấp phụ CB3 thu lại dung dịch KMnO 4; m0-m3: lượng Hg hấp phụ CB3 Bảng 3.8 Kết đánh giá khả hấp phụ thủy ngân than biến tính CB4 nhiệt độ khác Nhiệt độ mo m4 m0 – m4 % Hg bị hấp phụ 30oC 0,39 0,0015 0,3885 99,615 40oC 0,875 0,00575 0,86925 99,343 50oC 1,00 0,0105 0,9895 98,95 60oC 1,28 0,013 1,267 98,98 70oC 1,525 0,0225 1,5025 98,524 Trong đó: mo: khối lượng Hg sinh qua cột hấp phụ: m 4: khối lượng Hg chưa bị hấp phụ CB4 thu lại dung dịch KMnO 4; m0-m4: lượng Hg hấp phụ CB4 Hình 3.9 Đồ thị biễu diễn ảnh hưởng nhiệt độ tới hấp phụ Hg loại than biến tính Kết luận: Nhiệt độ cao khả hấp phụ thủy ngân than hoạt tính than biến tính giảm Nhưng than hoạt tính thay đổi rõ rệt than biến tính Điều giải thích than biến tính có brom Nên khả hấp phụ vật lý có hấp phụ hóa học, mà hấp phụ hóa học không bị ảnh hưởng nhiều nhiệt độ Đối với than biến tính khả hấp phụ Hg từ 96.26% đến 99.615% cao hẳn so với than hoạt tính thông thường Khả hấp phụ Hg than biến tính tốt lượng Hg hấp phụ than tỉ lệ thuận với khối lượng brom mang than 3.3.2 Khảo sát khả hấp phụ thủy ngân loại than nhiệt độ định 3.3.2.1 Khảo sát khả hấp phụ thủy ngân loại than biến tính 400C Để khảo sát khả hấp phụ thủy ngân loại than biến tính 40 oC tiến hành thí nghiệm sau: ổn định nhiệt độ thiết bị hóa thủy ngân 40oC, nhồi 0,5g vật liệu là: C, CB1, CB2, CB3, CB4, CB5 vào cột hấp phụ Điều chỉnh lưu lượng dòng khí 1l/ph, lượng Hg sau qua cột hấp phụ hấp thụ hệ thống (4) chứa 20ml KMnO Để khử hết KMnO4 dư ta dùng dung dịch H2O2 định mức 25ml Sau để phân tích lượng Hg có dung dịch ta sử dụng phương pháp AAS Kết thu Bảng 3.9 Bảng 3.9 Kết hấp phụ thủy ngân loại than 40oC Vật Liệu m (mg) mT % Hg bị hấp phụ OC (Không tải) 0,875 0 Cacbon 0,095 0,78 89,14 CB1 0,021 0,854 97,60 CB2 0,00825 0,86675 99,06 CB3 0,0055 0,8695 99,37 CB4 0,00575 0,869 99,34 CB5 0,01175 0,863 98,66 Trong đó: m: lượng Hg không bị hấp phụ thu lại dung dịch KMnO4; mT: khối lượng Hg bị hấp phụ vật liệu Hình 3.10 Đồ thị biễu diễn khả hấp phụ Hg loại than 40oC Theo kết thu Hình 3.9 ta thấy khả hấp phụ than biến tính tốt hẳn khả hấp phụ than hoạt tính thông thường Và khả hấp phụ than biến tính tỉ lệ thuận với khối lượng brom hấp phụ than Đặc biệt, than biến tính CB5 hấp phụ tối đa brom khả hấp phụ Hg lại có xu hướng giảm 3.3.2.2 Khảo sát khả hấp phụ thủy ngân loại than biến tính 50oC Tương tự phần 3.3.2.1, khảo sát khả hấp phụ loại than 500C Kết thu thể Bảng 3.10 Bảng 3.10 Kết hấp phụ thủy ngân loại than 50oC Vật Liệu m (mg) mT % Hg bị hấp phụ OC (Không tải) 0 Cacbon 0,1225 0,8775 87,75 CB1 0,02225 0,9778 97,78 CB2 0,0155 0,9845 98,45 CB3 0,0135 0,9865 98,65 CB4 0,0105 0,9895 98,95 CB5 0,022 0,978 97,80 Trong đó: m: lượng Hg không bị hấp phụ thu lại dung dịch KMnO4; mT: khối lượng Hg bị hấp phụ vật liệu Hình 3.11 Đồ thị biễu diễn khả hấp phụ Hg loại than 50oC Kết thu tương tự phần 3.3.2.1 Theo kết thu Hình 3.10 ta thấy khả hấp phụ than biến tính tốt hẳn khả hấp phụ than hoạt tính thông thường Và khả hấp phụ than biến tính tỉ lệ thuận với khối lượng brom hấp phụ than Than biến tính CB5 hấp phụ than biến tính khác 3.3.2.3 Khảo sát khả hấp phụ thủy ngân loại than biến tính 60oC Tương tự phần 3.3.2.1, khảo sát khả hấp phụ loại than 600C Bảng 3.11 Kết hấp phụ thủy ngân loại than 60oC Vật Liệu m (mg) mT % Hg bị hấp phụ OC (Không tải) 1,28 0 Cacbon 0,221 1,059 82,73 CB1 0,042 1,238 96,72 CB2 0,02625 1,254 97,97 CB3 0,02225 1,258 98,28 CB4 0,005 1,275 98,98 CB5 0,04125 1,239 96,80 Trong đó: m: lượng Hg không bị hấp phụ thu lại dung dịch KMnO4; mT: khối lượng Hg bị hấp phụ vật liệu Hình 3.12 Đồ thị biễu diễn khả hấp phụ Hg loại than 60oC Kết thu tương tự phần 3.3.2 Theo kết thu Hình 3.11 ta thấy khả hấp phụ than biến tính tốt hẳn khả hấp phụ than hoạt tính thông thường Và khả hấp phụ than biến tính tỉ lệ thuận với khối lượng brom hấp phụ than Khả hấp phụ than biến tính CB5 lại có xu hướng giảm 3.3.3 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại than biến tính CB4 50 oC [Hg] = 33.33 mg/m3 Theo phần 3.3.2 ta thấy khả hấp phụ Hg vật liệu CB4 tốt Cho nên tiến hành nghiên cứu tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu 50oC Cách tiến hành: Điều chỉnh nhiệt độ ổn định 50 oC Nhồi vào cột hấp phụ 0,5g than biến tính CB4, lưu lượng dòng khí là: w =1L/ph Tiến hành xác định dung lượng hấp phụ cực đại than biến tính CB4 cách: đo đầu thuỷ ngân mốc thời gian khác Lượng thủy ngân hấp phụ cột theo thời gian tính công thức: m = mHg – mt (mg) mHg = [Hg].t.w với [Hg] = 33,33 mg/m , w = 1L/ph Trong đó: m: khối lượng Hg hấp phụ cột theo thời gian; m Hg: khối lượng thủy ngân vào cột hấp phụ t (mg); m t: khối lượng thuỷ ngân không bị hấp phụ lại dung dịch sau thời gian t (mg); t: thời gian chạy mẫu (h) Tải trọng hấp phụ thủy ngân vật liệu tính công thức: [ Hg ] t.w − mt = m (mg/g) q= 0.5 0.5 Khảo sát tính toán khối lượng thuỷ ngân hấp thụ cột không đổi dừng lại Kết thu thể Bảng 3.10 biểu diễn Hình 3.12 đây: Bảng 3.12 Mối liên hệ lượng thuỷ ngân hấp phụ cột theo thời gian Thời gian (h) mt (mg) m (mg) q (mg/g) 0,006 3,994 7,988 0,012 7,988 15,976 0,015 11,985 23,970 0,008 15,992 31,984 10 1,138 18,862 37,724 12 1,138 22,862 45,728 14 1,677 26,232 52,464 16 1,137 30,863 61,726 18 1,366 34,634 69,268 20 1,168 38,832 77,664 22 0,268 43,732 87,464 24 0,108 47,892 95,784 26 2,757 49,243 98,486 27 4,7445 49,250 98,500 28 6,749 49,245 98,490 Trong đó: q: tải trọng hấp phụ vật liệu CB4 50oC [Hg] = 33,33 mg/m3 Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn lượng thủy ngân hấp phụ cột vật liệu CB4 theo thời gian Từ đồ thị Hình 3.12 ta thấy: tăng thời gian hấp phụ lên đến 26h khối lượng thuỷ ngân hấp phụ than tăng dần Khi tiếp tục tăng thời gian lên khối lượng thuỷ ngân hấp phụ than không đổi Tại thời điểm 26h than đạt cân Dung lượng hấp phụ cực đại than CB4 50 oC nồng độ Hg = 33,33 mg/m3 là: qmax = 49.243 = 98.486(mg / g ) 0.5 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu thực luận văn tốt nghiệp, thu số kết sau: Đã tính toán lắp đặt thiết bị nghiên cứu hấp phụ Hg nhiệt độ khác Đã tiến hành chế tạo loại vật liệu từ than hoạt tính biến tính Br phân tích đánh giá số vật liệu chụp phổ IR, chụp BET cho thấy có khác biệt, thay đổi bề mặt than thường chưa biến tính than biến tính Khảo sát khả hấp phụ Hg than hoạt tính thường cho thấy khả hấp phụ Hg tỉ lệ nghịch với nhiệt độ Nhiệt độ cao khả hấp phụ than giảm Ở 30 oC hấp phụ 89,61% lượng Hg giảm xuống 79,51% 70oC Khả hấp phụ Hg than biến tính giảm xuống nhiệt độ tăng không đáng kể Đối với than CB4, 30 oC 99,615% lượng Hg bị hấp phụ giảm xuống 98,524 % 70oC Than biến tính Br2 có khả xử lý Hg tốt hẳn than hoạt tính thường Ở 30oC lượng Hg bị hấp phụ than 89,61%, than CB4 99,615% Ở 70oC lượng Hg bị hấp phụ than 79,51%, than CB4 98,524% Khả hấp phụ Hg tỉ lệ thuận với khối lượng Br2 mang than Tiến hành khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại than biến tính 50oC [Hg] 33.33 mg/m3 Tải trọng hấp phụ cực đại than CB4 98,486 mg/g Trong thời gian tới mở rộng nghiên cứu biến tính than hoạt tính S nguyên tố, halogenua khác,… nhằm hấp phụ thủy ngân Đây hướng nghiên cứu có ứng dụng thực tiễn to lớn công hạn chế, kiểm soát lượng thủy ngân phát thải môi trường không việc xử lý bóng đèn huỳnh quang mà trình đốt nguyên liệu hóa thạch, đốt rác, trình công nghiệp khác TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Vũ Ngọc Ban (2007), Giáo trình Thực tập Hóa lí, Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội Nguyễn Đức Huệ (2010), Giáo trình Độc học môi trường, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà Nội Hoàng Nhâm (2005), Hóa vô cơ, Nhà xuất Giáo dục Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (2004), Hóa lí, Tập hai, Nhà xuất Giáo dục Nguyễn Đình Triệu (1999), Các phương pháp vật lý ứng dụng hóa học, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội Tiếng Anh Arnold Greenberg (1985), “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 16th Edition”, American Public Health Association, Washington, DC, pp 221 Bansal R.C , Goyal M.(2005), “Activated Carbon Adsorption”, Taylor & Francis Group, USA Changmei Sun, Rongjun Qu, Chunnuan Ji, Qun Wang, Chunhua Wang, Yanzhi Sun, Guoxiang Cheng (2006), “A chelating resin containing S, N and O atoms: Synthesis and adsorption properties for Hg(II)”, European Polymer Journal, 42, pp 188–194 David A Olson, MD Clinical Neurologist, Dekalb Neurology Associates, Decatur, Georgia (2011), “Mercury toxicity”, American Academy of Neurology, pp 10 Derbyshire, F., Jagtoyen, M., Andrews, R., Rao, A., Martin-Gullon, I., and Grulke, E.A (2001), “Chemistry and Physics of Carbon”, L.R Radiovic, Ed., Marcel Dekker, New York, Vol 27, p.1 11 Harada M Minamata disease (1995), “methylmercury poisoning in Japan caused by environmental pollution”, Crit Rev Toxicol, 25(1), pp 1-24 12 Hongqun Yang, Zhenghe Xu, Maohong Fan, Alan E Bland, Roddie R Judkins (2007), “Adsorbents for capturing mercury in coal-fired boiler flue gas”, Journal of Hazardous Materials, 146, pp 1–11 13 Jagtoyen, M and Derbyshire, F., (1998), “Proc Emerging Solutions to VOC Air Toxics Control”, Florida, March 4–6 14 John H Pavlish, Everett A Sondreal, Michael D Mann1, Edwin S Olson, Kevin C Galbreath, Dennis L Laudal, Steven A Benson (2003), “Status review of mercury control options for coal-fired power plants”, Fuel Processing Technology, 82, pp 89 – 165 15 K.P Lisha, Shihabudheen M Maliyekkal, T Pradeep (2010), “Manganese dioxide nanowhiskers: A potential adsorbent for the removal of Hg(II) from water”, Chemical Engineering Journal, 160, pp 432–439 16 Marsh Harry, Rodriguez-Reinoso Francisco (2006), “Activated Carbon”, Elsevier, Spain 17 R.K Sinha, P.L Walker Jr (1972), “Removal of Mercury by Sulfurized Carbons”, Carbon, 10 (6), pp 754-756 18 Yin Chun Yang, Aroua Mohd Kheireddine(2007), “Review of modifications of activated carbon for enhancing contaminant uptakes from aqueous solutions”, Separation and Purification Technology, 52, pp 403–415 19 Yoshio Tsutsumi, Takatsuki (JP); Teruo Fukui, Nara (JP); Katsuya Noguchi, Toyonaka (JP); Takashi Kobayashi (1998), “Bromine-impregnated activated carbon and process for preparing the same”, Takeda chemical industries, Ltd, Osaka 20 Z Li, X.Sun, J Luo and J Y Hwang (2002), “Unburned Carbon from Fly Ash for Mercury Adsorption: II Adsorption Isotherms and Mechanisms”, Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering, 1, pp.79-96 [...]... thể hấp phụ liên lục một lượng lớn thủy ngân trong khí đốt nhiên liệu và giải hấp thủy ngân khi tăng nhiệt độ các khí đốt nhiên liệu này lên vài trăm độ.[12] Chương 2: Thực nghiệm 2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu biến tính than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ hơi thủy ngân và ứng dụng trong quá trình xử lý bóng đèn huỳnh quang thải bỏ 2.1.2 Nội dung nghiên cứu Nghiên. .. cứu Nghiên cứu biến tính than hoạt tính bằng cách ngâm tẩm dung dịch brom ở các điều kiện khác nhau Khảo sát và so sánh khả năng hấp phụ hơi thủy ngân trên than ở các nhiệt độ khác nhau Khảo sát và so sánh khả năng hấp phụ hơi thủy ngân trên các vật liệu ở các nhiệt độ khác nhau Khảo sát khả năng hấp phụ hơi thủy ngân trên các vật liệu khác nhau ở cùng một nhiệt độ Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại... lượng thủy ngân tích lũy trong dòng hơi nước rất thấp so với than chưa lưu hóa Điều này dẫn tới phản ứng giữa thủy ngân với lưu huỳnh trên bề mặt than, tạo thành thủy ngân sunphua Các nhà nghiên cứu LopezGonzalev đã phát hiện ra rằng than hoạt tính đã được lưu hóa là các chất hấp phụ tốt hơn để loại bỏ HgCl2 khỏi dung dịch nước 1.3 Một số vật liệu xử lý thủy ngân khác Than hoạt tính và than biến tính. .. năng tạo liên kết phụ thuộc vào từng loại vật liệu và từng điều kiện phản ứng.[4] Z.Li và các cộng sự thuộc trường Đại học Michigan đã nghiên cứu sự hấp phụ thủy ngân trên vật liệu than hoạt tính từ tro bay thấy rằng lượng thủy ngân hấp phụ tối ưu là 91% tổng lượng thủy ngân bị hấp phụ ở nhiệt độ 400 oC trong 4h với lưu lượng dòng vào là 100ml/phút – 800ml/phút với hàm lượng thủy ngân có từ 0.001mg/m3... Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại của một số vật liệu 2.2 Thiết bị và hóa chất nghiên cứu 2.2.1 Sơ đồ thiết bị hấp phụ hơi thủy ngân Sơ đồ thiết bị hấp phụ hơi thủy ngân được nhóm nghiên cứu đề tài tự thiết kế như trong Hình 2.1 Bao gồm: thiết bị điều nhiệt (1), hộp tạo hơi thủy ngân (2), nhiệt kế để kiểm soát nhiệt độ (3), cột hấp phụ (4), ống hấp thụ hơi Hg đựng KMnO4 (5), bình bảo vệ đựng KMnO4... 1.1.2.2 Độc tính của thủy ngân Thủy ngân tồn tại dưới bất kỳ dạng nào cũng đều độc hại, độc tính phổ biến nhất vẫn là ảnh hưởng tới hệ thần kinh, tiêu hóa và hệ thống các cơ quan của thận Nguyên nhân gây ngộ độc thủy ngân có thể do hít phải hơi thủy ngân, ăn phải thủy ngân và hấp thụ thủy ngân qua da Thủy ngân có khả năng phản ứng với các axit amin chứa lưu huỳnh, các hemoglobin, abumin Thủy ngân có khả... HgS Do nồng độ thủy ngân ra là rất thấp (cỡ ppb) nên các nhà khoa học đã nghiên cứu thiết kế một loại thiết bị bay hơi trực tiếp thủy ngân kim loại và hấp phụ hơi thủy ngân với quy mô phòng thí nghiệm Cả quá trình bay hơi và hấp phụ thủy ngân được giữ cố định ở nhiệt độ 800C Các tác giả đã tiến hành thí nghiệm nghiên cứu bản chất liên kết của thuỷ ngân với vật liệu Kết quả thấy rằng chúng tạo liên... xử lý than với NH3 trước và sau sự oxi hóa với HNO 3, và sử dụng phổ IR, thấy rằng không có sự hấp phụ nhóm amide, phổ IR cũng chỉ ra có phản ứng của NH 3 với cấu trúc lactone trên lớp cacbon 1.2.6.2 Biến tính bề mặt than hoạt tính bằng halogen Đặc điểm bề mặt của than, than hoạt tính và muội được biến tính bằng một số phương pháp xử lý với halogen Sự hấp phụ halogen gồm cả hấp phụ vật lý và hấp phụ. .. quạt gió (8) Hình 2.1: Sơ đồ thiết bị hấp phụ hơi thủy ngân Nguyên tắc vận hành: Hơi thủy ngân sẽ được hút từ hộp tạo hơi Hg (2) bởi máy hút khí có lưu lượng kế (6), hơi Hg sẽ đi qua cột hấp phụ (3) đã được nhồi vật liệu nghiên cứu và có bông PE giữ hai đầu Lượng hơi Hg không bị hấp phụ sẽ đi qua hai ống hấp thụ, mỗi ống có chứa 10ml dung dịch KMnO 4 0,025M Nếu còn hơi Hg sẽ đi qua bình bảo vệ (6) và... và Boehm nghiên cứu bằng cách đun hồi lưu than đã clo hóa với NaOH 2,5M và xử lý với amoniac để thay thế nhóm clo bằng nhóm amin Sự có mặt của nhóm amin đã làm bề mặt than có tính chất kiềm, điều này làm tăng đáng kể khả năng hấp phụ axit 1.2.6.3 Biến tính bề mặt than bằng sự lưu huỳnh hóa Các hợp chất cacbon-lưu huỳnh trên bề mặt được nghiên cứu rộng rãi trên than gỗ, than hoạt tính, muội than Các