Nghiên cứu đề xuất và thử nghiệm công nghệ xử lý policlobiphenyl trong dầu biến thế phế thải

Nghiên cứu đề xuất thử nghiệm công nghệ xử lý policlobiphenyl dầu biến phế thải Bùi Trung Thành Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS Chuyên ngành: Khoa học môi trường; Mã số 60 85 02 Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Quang Huy Năm bảo vệ: 2013 Abstract Nghiên cứu sử dụng vật liệu hấp phụ PCBs phân hủy nhiệt PCBs Nghiên cứu sử dụng bentonit biến tính NaHCO3 cation Cu(II), Ni(II) Ce(III) làm chất xúc tác cho phản ứng phân hủy nhiệt PCBs Tiến hành phân hủy nhiệt PCBs với trợ giúp xúc tác nhiệt độ 500oC Đánh giá phân hủy nhiệt xúc tác clobenzen – hợp chất thường có mặt khí thải phân hủy nhiệt PCBs Từ kết nghiên cứu đề xuất mô hình công nghệ xử lý PCBs Keywords Khoa học môi trường; Xử lý policlobiphenyl; Dầu biến phế thải MỞ ĐẦU Phương pháp xử lý hợp chất ô nhiễm hữu khó phân hủy (POPs) thường gặp chôn lấp thiêu hủy nhiệt độ cao, buồng đốt sơ cấp 700oC buồng đốt thứ cấp lớn 1.000oC [55] Các phương pháp xử lý thường không an toàn, tiêu thụ lượng lớn, mặt khác thiêu hủy hợp chất POPs vùng nhiệt độ không đủ cao dễ dẫn đến việc hình thành sản phẩm thứ cấp độc hại dioxin furan [55, 59] Phương pháp oxy hóa nhiệt xúc tác oxit kim loại để xử lý POPs hợp chất clo hữu khác nhà khoa học tập trung nghiên cứu nhằm hạ thấp nhiệt độ phân hủy chất, hạn chế hình thành sản phẩm phụ độc hại Thông thường, xúc tác kim loại quý cho hoạt tính cao oxy hoá hợp chất clo dễ bay (VOCs) Tuy nhiên, xúc tác không thích hợp để chuyển hoá VOCs, chúng dễ bị hoạt tính hợp chất clo gây Ở nhiệt độ cao, hoạt tính xúc tác oxit kim loại tương đương với hoạt tính xúc tác kim loại quý [14] Ngày nay, để thay cho xúc tác kim loại quý, người ta sử dụng xúc tác oxit kim loại chuyển tiếp, chẳng hạn Cr2O3, CuO, Co3O4, TiO2 [28, 31] Khoáng sét có nhiều tính chất đặc biệt khả hấp phụ cao, có trung tâm mang tính axít – bazơ, có khả lưu giữ phân tử nước khoang trống bên khoáng, đặc biệt điều kiện định chúng đóng vai trò chất xúc tác cho phản ứng hóa học [55] Do tính chất đặc biệt khoáng sét, nên loại vật liệu nghiên cứu sử dụng để xử lý môi trường, đó, khoáng sét giầu montmorillonit sử dụng làm vật liệu hấp phụ, làm chất xúc tác để loại bỏ chất ô nhiễm vô hữu môi trường Việc nghiên cứu sử dụng kết hợp khoáng sét oxít kim loại chuyển tiếp phân hủy hợp chất POPs vấn đề thu hút ý nhà khoa học, nhiên chưa có nhiều công trình nghiên cứu vấn đề Do luận văn lựa chọn hướng nghiên cứu vấn đề nêu để xử lý số hợp chất POPs, policlobiphenyl (PCBs) Việt Nam nước nhập dầu biến có chứa lượng lớn PCBs Đây nguồn gây ô nhiễm PCBs lớn nước ta nay, việc nghiên cứu xử lý PCBs đối tượng khác nói chung dầu biến phế thải nói riêng Việt Nam chưa quan tâm cách mức PCBs hỗn hợp gồm 209 chất clo sử dụng dầu biến thế, làm chất pha chế dầu thủy lực thiết bị khai thác mỏ, làm chất dẻo hóa, chất cho vào mực in, PCBs hợp chất có khả gây ung thư, gây ảnh hưởng đến hệ thần kinh, hệ miễn dịch, hệ nội tiết, hệ sinh dục người động vật PCBs chất bền khó phân hủy đường sinh học hóa học Thực phân hủy PCBs không quy cách làm phát sinh hợp chất độc dioxin furan Do đặc tính nêu trên, PCBs bị cấm sử dụng từ năm 1979 tiến tới loại bỏ chúng khỏi vật dụng theo quy định Nghị định Stockholm năm 2001 Với mục tiêu hướng đến thực Nghị định Stockholm năm 2001 góp phần vào việc xử lý PCBs nhằm ngăn chặn không để PCBs phát thải gây ô nhiễm môi trường từ dầu biến nói chung dầu biến phế thải nói riêng, luận văn lựa chọn thực đề tài "Nghiên cứu đề xuất thử nghiệm công nghệ xử lý policlobiphenyl dầu biến phế thải" Những nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu sử dụng vật liệu hấp phụ PCBs phân hủy nhiệt PCBs - Nghiên cứu sử dụng bentonit biến tính NaHCO3 cation Cu(II), Ni(II) Ce(III) làm chất xúc tác cho phản ứng phân hủy nhiệt PCBs - Tiến hành phân hủy nhiệt PCBs với trợ giúp xúc tác nhiệt độ 500oC - Đánh giá phân hủy nhiệt xúc tác clobenzen – hợp chất thường có mặt khí thải phân hủy nhiệt PCBs - Từ kết nghiên cứu đề xuất mô hình công nghệ xử lý PCBs TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Lâm Vĩnh Ánh, Bùi Trung Thành (2003), “Vai trò Cu2O việc xử lý dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT) phương pháp thiêu đốt hệ thống lò đốt hai cấp”, Hội nghị Hoá học toàn quốc lần thứ IV, Hà Nội Nguyễn Đức Chuy, Trần Thị Mây, Nguyễn thị Thu (2002), “Nghiên cứu chuyển hóa tro bay Phả Lại thành sản phẩm chứa zeolit số tính chất đặc trương chúng”, Tạp chí Khoa học, số 4, tr 35 – 40 Nguyễn Đức Cự (2004), “Ô nhiễm thuốc trừ sâu clo hữu trầm tích vùng ven bờ Việt Nam”, Tạp chí khoa học biển, số 4(4), tr 192 – 204 Lê Đức, Phạm Văn Khang, Nguyễn Ngọc Minh (2004), Phương pháp phân tích môi trường, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Đình Huề, Trần Kim Thanh, Nguyễn Thị Thu (2003), Động hoá học xúc tác, NXB Giáo dục, Hà Nội Đỗ Quang Huy (1991), Đóng góp vào việc nghiên cứu phương pháp phân tích dioxin khả hấp phụ dioxin nước sét bentonit Di Linh, Luận án Tiến sỹ, Hà Nội Nguyễn Kiều Hưng, Phạm Hoàng Giang, Phạm Văn Thế, Đỗ Quang Huy, Nguyễn Xuân Cự (2010), "Nghiên cứu xử lý policlobiphenyl phương pháp hoá nhiệt xúc tác, Phần III Đặc tính bentonit hấp phụ cation kim loại (MB-M) vai trò xúc tác phản ứng oxy hóa nhiệt phân hủy policlobiphenyl", Tạp chí Hóa học Ứng dụng, số 1, tr 6-13 Nguyễn Kiều Hưng, Đỗ Quang Huy, Trần Văn Sơn, Đỗ Sơn Hải, Đỗ Thị Việt Hương (2008), "Nghiên cứu xử lý policlobiphenyl phương pháp hoá nhiệt xúc tác, Phần I Ảnh hưởng chất mang MB chất phản ứng CAO đến phân hủy nhiệt policlobiphenyl", Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa học Tự nhiên Công nghệ, số 24(4), tr 292 - 297 65 Nguyễn Kiều Hưng, Đỗ Quang Huy, Nguyễn Xuân Cự, Trần Văn Sơn, Đỗ Sơn Hải, Đỗ Thị Việt Hương (2008), "Nghiên cứu xử lý policlobiphenyl phương pháp hoá nhiệt xúc tác, Phần II Ảnh hưởng thời gian, nhiệt độ chất xúc tác đến phản ứng phân hủy policlobiphenyl", Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa học Tự nhiên Công nghệ, số 24, (1S), tr 81 - 86 10 Lưu Cẩm Lộc (2007), “Nghiên cứu trình oxi hoá CO xúc tác sở đồng, crom nikem chất mang”, Tạp chí Hoá học, số 3(3), tr 35–37 11 Trương Minh Lương (2001), Nghiên cứu xử lý biến tính Bentonit Thuận Hải làm xúc tác cho phản ứng Ankyl hóa Hydrocacbon thơm, Luận án tiến sỹ khoa học, Hà Nội 12 Phạm Ngọc Nguyên (2006), “Giáo trình Kỹ thuật phân tích vật lý”, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 13 Hoàng Nhâm (2000), Hoá học vô tập 3, NXB Giáo dục, Hà Nội 14 Hồ Sĩ Thoảng, Lưu Cẩm Lộc (2007), Chuyển hoá Hiđrocacbon Cacbon oxit hệ xúc tác kim loại oxit kim loại, NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Hà Nội 15 Nguyễn Văn Thường, Lâm Vĩnh Ánh, Nguyễn Kiều Hưng, Đỗ Quang Huy (2010), "Nghiên cứu xử lý clobenzen phương pháp oxy hoá nhiệt xúc tác oxit kim loại", Tạp chí Hóa học Ứng dụng, số 2, tr 1-6 16 Nguyễn Anh Tuấn (2009), Giới thiệu nội dung dự án WB/GEF, Tổng cục Môi trường, Vi sinh vật học môi trường, (73), tr 2513 - 2521 17 Đào Văn Tường (2006), “Động học xúc tác”, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Tiếng Anh 18 Alther G R., Evans J C & Pankoski S E (1988), Organo modified clays for stabilization of organic hazardous waste, 9th National Conference of the Management of Uncontrolled Hazardous Waste Sites, Washington, DC, USA, pp 440 - 445 66 19 Agzamkhodzhaev A.A, Muminov S.Z, Pribylov A.A, Gulyamova D.B (2009), " Equilibrium adsorption of n-hexane and carbon tetrachloride vapors on sodium and polyhydroxyaluminum montmorillonites", Colloid Journal 71(5), pp 687 - 691 20 Van den Berg M (1998), Toxic Equivalency Factors (TEFs) for PCBs, PCDDs, PCDFs for Humans and Wildlife, Environment Health Perspect (12), pp.775 - 792 21 M Boufatit, H Ait - Amar, W.R McWhinnie (2006), Development of Algerian material montmorillonite clay Adsorption of phenol, 2-dichlorophenol and 2, 4, trichlorophenol from aqueous solutions onto montmorillonite exchanged with transition metal complexes, Chemical Engineering and Applied Chemistry, Aston University, Aston Triangle, Birmingham B4 7ET, UK 22 Boyd S.A., Jaynes W F & Ross B S (1991), Immobilization of organic contaminants by organo-clays: application to soil restoration and hazardous waste containment, in: organic substances and sediments in water, Lewis Publication, Chelsea, MI, USA (1), pp.181-200 23 Breen C., Adams J M., and Riekel C (1985), "Review of the diffusion of water and pyridine in the interlayer space of monlmorillonite: Relevance to kinetics of catalytic reactions in clays", Clays & Clay Minerals (33), pp 275 - 284 24 Brixie J M & Boyd S A (1994), "Organic chemicals in the environment: treatment of contaminated soils with organoclays to reduce leachable pentachlorophenol", Journal of Environmental Quality (23), pp.1283 - 1290 25 Brindley and Lemaitre (1987), "Thermal, oxidation and reduction reactions of clay minerals", Chemistry of Clays and Clay Minerals (6), Longman, England, pp 319 - 370 26 Cadena F (1989), "Use of Tailored Bentonite for Selective Removal of Organic Pollutants", J Environ Eng (115), pp 757 - 767 27 Chang - Mao Hung (2006), “Selective catalytic oxidation of ammonia to nitrogen on CuO-CeO2 bimetallic oxide catalysts”, Aerosol and air quality research 6(2), pp 150-169 67 28 Dimitrios Delimaris, Theophilos Ioannides (2008), “VOC oxidation over MnOx - CeO2 catalysts prepared by a combustion method”, Applied Catalysis B: Environmental (84), pp 303 - 312 29 Joint FAO/WHO Food Standard programme, Codex Committee on Food Additives and Contaminants, 33rd Session (2001), Position paper on Dioxins and Dioxin-like PCBs, CX/FAC 01/29, The Hague, The Netherlands 30 Fahn R., Fenderl K (1983), "Reaction products of organic dye molecules with acid - treated montmorillonite", Clay Minerals (18), pp 447 - 458 31 Flessner U., Jones D.J., Roziere J., Zajac J., Storaro L., Lenarda M., Pavan M., Jimenezlopez A., Rodriquez - Castellon E., Trombetta M., Busca G (2001), "A study of the surface acidity of acid - treated montmorillonite clay catalysts", Journal of Molecular Catalysis A, Chemical (168), pp 247 - 256 32 Fripiat J.J., Jelli A., Poncelet G., Andre J (1965), "Thermodynamic Properties of Adsorbed Water Molecules and Electrical Conduction in Montmorillonites and Silicas", J Phys Chem (69), pp 2185 - 2197 33 Fripiat J.J (1990), Spectroscopic Characterization of Minerals and Their Surfaces, American Chemical Society, Washington 34 Fukushima Y (1984), "X-ray diffraction study of aqueous montmorillonite emulsions", Clays Clay Miner (32), pp 320 - 326 35 Greenland D.J (1965), "Interaction between clays and organic compounds in soils II Adsorption of soil organic compounds and its effect on soil properties", Soils and Fertilizers (28), pp 521 - 532 36 Grim R.E (1968), Clay Mineralogy, 2nd Ed., McGraw - HillBook Co., New York 37 Sheiichiro Imamura (1992), “Catalytic decomposition of halogenated organic compounds and deactivation of the catalysts”, Catalysis today (11), pp 547 - 567 38 Jones T.R (1983), "The properties and uses of clays which swell in organic solvents", Clay Miner (18), pp 399 - 410 68 39 Jonghyuk Seok, Jongwon Seok, Kyung-Yub Hwang (2005), "Thermal-chemical destruction of polychlorinated biphenyls (PCBs) in waste insulating oil", Journal of hazardous Materials, Elsevier (B124), pp 133 - 138 40 Jouany C., Chassin P (1987), "Determination of the surface energy of clay– organic complexes from contact angles measurements", Colloids Surf (27), pp 289 - 303 41 Kovar L., DellaGuardia R and Thomas J.K (1984), "Reaction of radical cations of tetramethylbenzidine with colloidal clays", J Phys Chem (88), pp 3595 - 3599 42 Landelout H (1987), Chemistry of Clays and Clay Minerals, Mineralogical Society, New York 43 Laszlo P (1987), Chemical reactions on clays, Science 20 (235), pp 1473 1477 44 Masuda T., Fuse T., Kikuchi E (1987), The effect of spilled-over hydrogen on the activity of montmorillonite pillared by aluminum oxide for conversion of trimetylbenzene, J Catal (106), pp 38 - 46 45 Men-Ling Liu, Hsin-Fu Chang (1992), Study on Treatment of Organic Wastewater with Modified Bentonite Adsorbent, Proc IVth Int Conf on Fundamentals of Adsorption, Kyoto 46 Alex Mikszewski (2004), Emerging Technologies for the In Situ Remediation of PCB-Contaminated soils and Sediments: Bioremediation and Nanoscale ZeroValent Iron, U.S Environmental Protection Agency, Washington, DC 47 Nam P et al (1999), "Assessment of Radiolysis and Chemical Dehalogenation for decontamination of PCBs and PCDDs in soil", 19th International Symposium on Halogenated Environmental Organic Pollutants and POPs, Dioxin 99, Venice, Italy 48 Ormerod E.C., Newman A.C.D (1983), "Water sorption on Ca-saturated clays: II Internal and external surfaces of montmorillonite", Clay Miner (18) pp 289 299 69 49 Raymahashay B.C (1987), "A comparative study of clay minerals for pollution control", J Geol Soc India (30), pp 408 - 413 50 K.S Ryoo (1999), "Disposal of polychlorinated biphenyls (PCBs) by a combined chemical with thermal treatment", J Korean Chem Soc (43), pp 286 293 51 Shen Y H (2002), "Removal of phenol from water by adsorption-flocculation using Organobentonite", Water Research (36), pp.1107-1114 52 SICS-Inido Puplications (2000), Remediation Technologies and on Clean Technologies for the Reduction and Elimination of POPs, Proceedings of Expert Group Meetings on POPs and Pesticides Contamination 53 Soma Y., Soma M (1988), "Adsorption of benzidines and anilines on Cu and Fe - montmorillonites studied by Resonance Raman Spectroscopy", Clay Miner (23), pp - 12 54 J.Sterte, J.E Otterstedt (1987), Catalytic Cracking of heavy oil: Use of alumina – montmorillonites both as catalysts and as matrices for Rare Earth Exchanged Zeolite Y Molecular Sieve, Department of Engineering Chenmistry 1, Chalmers University of Technology, 42196 Goteborg (Sweden) 55 M.Taralunga, J Mijoin, P.Magnoux (2005), “Catalytic destruction of chlorinated POPs - catalytic oxidation of clobenzen over PtHFAU catalysts”, Applied Catalysis B: Environmental (60), pp 163 - 171 56 Tennakoon D.T., Jones W., Thomas J.M., Rayment T., Klinowski J (1983), "Structural characterisation of catalytically important clay - organic intercalates", Molecular Crystals and Liquid Crystals, pp 147 - 155 57 Thomason T.B., Hong G.T., Swallow K.C & Modell M (1990), The MODAR supercritical oxidation process, Innovative Hazardous aste Treatment Technology Series (1), Thermal Processes Technomic Publishing Inc trimetylbenzene, J Catal (106), pp 38 - 46 70 58 Velde B (1992), Introduction to clay minerals: Chemistry origins, uses and environmental significance, Chapman and Hall, London - Glassgow - New York Tokyo - Melbourne - Medras 59 R.Weber, K Nagai, J Nishino, et al (2002), “Effects of selected metal oxides on the dechlorination and destruction of PCDD and PCDF”, Chemosphere (46), pp 1247 - 1253 60 WHO (2003), Polychlorinated biphenyls: Human Health Aspects, UNEP and WHO joint sponsorship Publisher, Geneva 61 M.P Zakharich, I.I Zaitsev, V.P Komar, F.N Nikonovich, M.P Ryzhkov and I.V Skornyakov (2001), "Analysis of transformer oil using IR anlyzer", Journal of Applied Spectroscopy (68), pp 61 - 70 62 K.I Zimina, A.A Rozhdestvensksya, A.G Sinyuk and B.B Krol (1967), "Spectral study of Aromatic hydrocarbons and oxidized sulfur compounds in transformer oil from tuimazy petroleum", Chemistry and Technology of fuels and oils (3), pp 32-36 71