Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ hơi hg trên cơ sở biến tính than hoạt tính trà bắc với lưu huỳnh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Đoàn Văn Hưởng NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU HẤP PHỤ HƠI Hg TRÊN CƠ SỞ BIẾN TÍNH THAN HOẠT TÍNH TRÀ BẮC VỚI LƯU HUỲNH LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Đoàn Văn Hưởng NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU HẤP PHỤ HƠI Hg TRÊN CƠ SỞ BIẾN TÍNH THAN HOẠT TÍNH TRÀ BẮC VỚI LƯU HUỲNH Chun ngành: Hố Mơi trường Mã sớ: 60.44.41 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS ĐỖ QUANG TRUNG TS CHU XUÂN QUANG Hà Nội - 2015 LỜI CẢM ƠN Tôi xin cảm ơn PGS TS Đỗ Quang Trung, TS Chu Xuân Quang giao đề tài tận tình hướng dẫn suốt thời gian thực luân luận văn Cảm ơn thầy cô, anh chị, bạn em sinh viên Phòng Thí nghiệm Nghiên cứu Triển khai Tiến Khoa học Công nghệ - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên; Phòng Thí nghiệm Hố Mơi trường – Khoa Hóa học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên tạo điều kiện giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu lãnh đạo, anh chị em cán cơng nhân viên làm việc Lò đốt rác thải chi nhánh Công ty TNHH đầu tư thương mại Hoàng Long đặt huyện Lương Sơn – Hòa Bình suốt thời gian tơi thực cơng việc Trân trọng cảm ơn! Hà Nội, 11/2015 Học viên Đoàn Văn Hưởng MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tính chất độc tính thủy ngân 1.2 Các nguồn phát thải thủy ngân 1.2.1 Khai thác sử dụng than đá 1.2.2 Sản xuất thải bỏ bóng đèn huỳnh quang 1.2.3 Đốt rác thải y tế, rác thải sinh hoạt 1.2.4 Một số hoạt động khác 1.3 Hiện trạng ô nhiễm thủy ngân Việt Nam 1.4 Tổng quan số vật liệu hấp phụ Hg 1.4.1 Vật liệu hấp phụ thủy ngân sở biến tính than hoạt tính 1.4.2 Các vật liệu hấp phụ thủy ngân khác Chƣơng THỰC NGHIỆM 14 17 2.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu luận văn 17 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 17 2.1.2 Nội dung nghiên cứu 17 2.2 Hóa chất dụng cụ nguyên vật liệu 17 2.1.1 Hóa chất dụng cụ 17 2.1.2 Nguyên vật liệu 17 2.3 Thiết bị nghiên cứu hấp phụ thủy ngân 18 2.4 Thiết bị xử lý khí thải lò đốt rác quy mơ 3-5m3/giờ 20 2.5 Các phƣơng pháp xác định Hg 21 2.5.1 Phương pháp trắc quang với thuốc thử dithizon 22 2.5.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử bay lạnh 22 2.6 Xác định đặc trƣng vật liệu 23 2.6.1 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM – Scanning Electronic Microscopy) 23 2.6.2 Đo phổ hồng ngoại (IR) 23 2.6.3 Xác định diện tích bề mặt riêng 23 2.7 Đánh giá khả hấp phụ thủy ngân vật liệu 23 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 3.1 Đánh giá, lựa chọn vật liệu biến tính phù hợp hấp phụ xử lý thủy ngân 25 3.1.1 Khảo sát khả hấp phụ thủy ngân số vật liệu chưa biến tính 25 3.1.2 Khảo sát khả hấp phụ thủy ngân than biến tính lưu huỳnh số hợp chất có lưu huỳnh 25 3.2 Nghiên cứu biến tính than hoạt tính lƣu huỳnh nguyên tố 26 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng lưu huỳnh đến khả hấp phụ vật liệu 26 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung đến trình chế tạo vật liệu 27 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian nung vật liệu 29 3.2.4 Đánh giá khả hấp phụ thủy ngân vật liệu AC-S5-2 31 3.3 Xác định số đặc trƣng vật liệu 33 3.4 Bƣớc đầu sử dụng vật liệu AC-S5-2 vào mơ hình thiết bị xử lý khí thải lò đốt rác quy mơ 3-5m3/giờ 37 KẾT LUẬN 40 Tài liệu tham khảo 41 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tải trọng hấp phụ cân thủy ngân vật liệu BPL (µg/g) Bảng 3.1 Khả hấp phụ thủy ngân vật liệu chưa biến tính 30oC Bảng 3.2 Khả hấp phụ thủy ngân than biến tính lưu huỳnh số hợp chất có lưu huỳnh Bảng 3.3 Ảnh hưởng hàm lượng lưu huỳnh đến khả hấp phụ thủy ngân vật liệu Bảng 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ nung đến dung lượng hấp phụ vật liệu AC-S3 Bảng 3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ nung đến dung lượng hấp phụ vật liệu AC-S5 Bảng 3.6 Ảnh hưởng thời gian nung đến khả hấp phụ vật liệu AC-S5 Bảng 3.7 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ thủy ngân vật liệu AC-S5-2 Bảng 3.8 Kết xác định dụng lượng hấp phụ cân vật liệu Bảng 3.9 Nồng độ Hg khí thải lò đốt rác sau hệ thống xử lý thông thường Bảng 3.10 Kết thử nghiệm thực tế thiết bị xử lý thủy ngân lò đốt rác 12 25 26 27 28 28 30 31 32 37 38 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các nguồn phát thải thuỷ ngân vào mơi trường khơng khí Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống thiết bị nghiên cứu hấp phụ Hg 20 Hình 2.2 Thiết bị nghiên cứu hấp phụ thủy ngân 20 Hình 2.3 Sơ đồ thiết bị hấp phụ thủy ngân công suất 3-5m3/giờ 21 Hình 2.4 Pilot xử lý thủ ngân đặt khu vực đốt rác huyện Lương Sơn – Hòa Bình thuộc chi nhánh Cơng ty TNHH đầu tư thương mại Hồng Long 21 Hình 3.1 So sánh khả hấp phụ thủy ngân than biến tính lưu huỳnh số hợp chất có lưu huỳnh 26 Hình 3.2 So sánh ảnh hưởng hàm lượng lưu huỳnh đến khả hấp phụ thủy ngân 27 Hình 3.3 So sánh ảnh hưởng nhiệt độ nung đến dung lượng hấp phụ vật liệu AC-S3 28 Hình 3.4 So sánh ảnh hưởng nhiệt độ nung đến dung lượng hấp phụ vật liệu AC-S5 29 Hình 3.5 So sánh ảnh hưởng thời gian nung vật liệu đến khả hấp phụ vật liệu AC-S5 30 Hình 3.6 Đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ thủy ngân vật liệu AC-S5-2 31 Hình 3.7 Đường cong tích lũy vật liệu 33 Hình 3.8 Đồ thị tọa độ BET than hoạt tính 34 Hình 3.9 Đồ thị tọa độ BET vật liệu AC-S5-2 34 Hình 3.10 Đồ thị tọa độ BET vật liệu AC-S30-2 35 Hình.3.11 Phổ hồng ngoại than trước biến tính 36 Hình 3.12 Phổ hồng ngoại vật liệu AC-S5-2 36 Hình 3.13 Ảnh SEM than chưa biến tính vật liệu AC-S5-2 37 MỞ ĐẦU Ơ nhiễm thủy ngân mơi trường khơng khí vấn đề quan tâm nhiều quốc gia giới, không kim loại có độc tính cao mà hàng ngày người đưa vào khí lượng thủy ngân khổng lồ thông qua việc đốt loại nhiên liệu hóa thạch, rác thải hoạt động cơng nghiệp khác Mặc dù có khuyến cáo việc hạn chế sử dụng thủy ngân số lĩnh vực sản xuất công nghiệp, nhiên, dấu hiệu tích cực thấy nước phát triển nước phát triển lại có xu hướng tăng có dịch chuyển số ngành sản xuất (sử dụng thủy ngân) từ nước phát triển sang nước phát triển Có nhiều phương pháp để kiểm soát thủy ngân phát thải vào khơng khí, xử lý thủy ngân nguồn phương pháp hiệu phương pháp lọc ẩm loại bỏ 80-90% Hg(II) khơng xử lý Hg0, khơng tan khơng có phản ứng mơi trường nước Do vậy, lượng thủy ngân lại sau xử lý cần xử lý bổ trợ phương pháp khác để xử lý triệt để phương pháp dựa nguyên lý hấp phụ Than hoạt tính mang lên bề mặt số nguyên tố lưu huỳnh hay halogen tăng khả hấp phụ thủy ngân kiểm soát tốt phát tán chúng vào môi trường Ở nước ta nay, sở có phát thải thủy ngân vào khơng khí lò đốt nhiên liệu hóa thạch, lò đốt rác thải, sở xử lý, tái chế loại bóng đèn huỳnh quang…hầu khơng có hệ thống xử lý thủy ngân kim loại Do vậy, đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ Hg sở biến tính than hoạt tính Trà Bắc với lưu huỳnh” góp phần nghiên cứu, chế tạo loại vật liệu phù hợp hấp phụ thủy ngân sở nguồn nguyên liệu sẵn có nước CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tính chất độc tính thủy ngân Thủy ngân kim loại màu trắng bạc, có nhiệt độ nóng chảy thấp -38,86˚C nhiệt độ sôi cao 356,66˚C Thủy ngân dễ bay hơi, pha có chứa nguyên tử thủy ngân Ở 20˚C, áp suất bão hòa thủy ngân 1,3x10-3 mmHg [4] Về mặt hóa học, thủy ngân tương đối trơ; khơng tác dụng với oxy nhiệt độ thường, tác động rõ rệt 300˚C tạo HgO 400˚C oxit lại phân hủy cho thủy ngân nguyên tố Đặc biệt, thủy ngân lại tác dụng với lưu huỳnh iôt dễ dàng nhiệt độ thường nên người ta thường dùng lưu huỳnh dạng bột mịn để thu gom hạt thủy ngân bé lọt vào khe bàn khe sàn thủy ngân bị rơi vãi, bột lưu huỳnh mịn bao phủ xung quanh hạt thủy ngân lỏng ngăn cản bay hơi, đồng thời lại hình thành hợp chất bền HgS không gây độc với người Ở dạng kim loại lỏng, thủy ngân tương đối trơ, không độc Nếu nuốt phải thủy ngân kim loại lỏng vào bụng lại thải ngồi, khơng gây độc hại Tuy nhiên, trạng thái lại độc Khi hít phải thủy ngân, dẫn truyền lên não nhờ máu gây phá hủy nghiêm trọng hệ thần kinh trung ương Ảnh hưởng thủy ngân đến sức khỏe người công bố từ lâu cơng trình nghiên cứu khoa học phương tiện thông tin đại chúng Độc tính chủ yếu thủy ngân phá hủy màng tế bào, đặc biệt tế bào hệ thần kinh Khi tác động lên hệ thần kinh trung ương thường gây hội chứng thần kinh khơng bình thường run chân tay, giảm trí nhớ, cáu gắt, xa lánh cộng đồng, chí làm giảm tốc độ truyền thần kinh ngoại biên dẫn đến cảm xúc khơng ổn định, tính trầm cảm tăng Mặt khác, dễ bay nên xử lý thủy ngân cách hiệu thách thức lớn nhà nghiên cứu.[3] 1.2 Các nguồn phát thải thủy ngân Hàm lượng thủy ngân phát thải vào sinh ngày tăng, có nguồn gốc từ trình tự nhiên hoạt động người Theo ước tính, lượng thủy ngân phát thải từ hoạt động người khoảng 2.000-3.400 tấn/năm, khoảng 30-55% thủy ngân phát thải vào khí phạm vi tồn cầu [10] Thống kê Chương trình mơi trường liên hiệp quốc (UNEP), lượng thuỷ ngân phát thải vào khí khu vực Đông Nam Á lớn nhất, chiếm khoảng 40% tổng lượng phát thải thuỷ ngân toàn cầu Các nguồn phát thải thuỷ ngân từ hoạt động người chủ yếu từ lò đốt chất thải thị, chất thải y tế, trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, sản xuất xử lý bóng đèn huỳnh quang; sản xuất hình LCD máy vi tính, sản xuất xút-clo q trình nấu chảy kim loại màu.Thủy ngân sử dụng trình sản xuất linh kiện điện tử, nhiệt kế thủy ngân, thuốc trừ sâu, áp kế chất hàn Năm 2010, tổng lượng thuỷ ngân phát thải vào khơng khí từ hoạt động người ước tính khoảng 1.960 Theo báo cáo đánh giá kỹ thuật lượng phát thải thủy ngân toàn cầu chương trình mơi trường liên hiệp quốc (UNEP), nguồn phát thải thuỷ ngân chủ yếu thể hình 1.1 Hình 1.1 Các nguồn phát thải thuỷ ngân vào mơi trường khơng khí Theo thống kê EPA (Environmental Protection Agency), lượng thủy ngân phát thải vào khơng khí Mỹ từ hoạt động: nhà máy than nhiệt điện chiếm 31,0%, lò đốt chất thải nguy hại: 4,0%, lò đốt chất thải bệnh viện: 11,0%, lò đốt chất thải thị: 18,5%, q trình sản xuất khí clo: 5,6%, q trình sản xuất xi măng: 3,0%, trình khác 27,0% [7] 1.2.1 Khai thác sử dụng than đá Việc sử dụng lượng lớn than đá làm chất đốt nhà máy nhiệt điện, hoạt động công nghiệp hay sinh hoạt làm phát thải vào mơi trường khơng khí 475 thuỷ ngân (theo thống kê năm 2010); đó, q trình đốt loại nhiên liệu hố thạch khác phát thải khoảng 10 thuỷ ngân vào mơi trường khơng khí.[5;9] Mỹ nhiều quốc gia giới (trong có Việt Nam) sử dụng than đá để sinh điện trình đốt than nguồn gây nhiễm khơng khí chủ yếu Hàm lượng Dung lƣợng hấp phụ (mg/g) 4.000 3.500 3.306 3.466 3.437 3.424 3.421 AC-S5-500 AC-S5-600 AC-S5-700 AC-S5-800 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 0.500 0.000 AC-S5-400 Vật liệu hấp phụ Hình 3.4 So sánh ảnh hưởng nhiệt độ nung đến dung lượng hấp phụ vật liệu AC-S5 Từ kết thu thấy, nhiệt độ nung có ảnh hưởng mạnh mẽ đến khả lưu giữ lưu huỳnh bề mặt than - Khi tăng nhiệt độ từ 400oC lên 500oC khả hấp phụ thủy ngân vật liệu tăng lên Điều 500oC (trên nhiệt độ sơi lưu huỳnh) việc thâm nhập lưu huỳnh lên bề mặt than tốt so với nhiệt độ 400oC – nhiệt độ mà lưu huỳnh trạng thái lỏng - Khi tiếp tục tăng nhiệt độ hấp đến 600oC, 700oC, 800oC khả hấp phụ bề mặt lưu huỳnh có xu hướng giảm Điều lý giải phần lượng lưu huỳnh hóa bên dẫn đến lượng lưu huỳnh lưu giữ bề mặt than giảm đáng kể Ngoài ra, tăng nhiệt độ nung lưu huỳnh tương tác phá hủy cực mạnh với bề mặt thiết bị nghiên cứu (bình nung chế tạo inox), điều gây tổn hao lượng lượng lưu huỳnh đáng kể q trình chế tạo vật liệu Qua kết luận rằng, phương pháp chế tạo vật liệu biến tính than lưu huỳnh mà nhóm nghiên cứu nhiệt độ nung thích hợp 500oC 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian nung vật liệu Để lựa chọn thời gian hấp phù hợp cho trình biến tính vật liệu than hoạt tính với lưu huỳnh tiến hành sau: mẫu than hoạt tính trộn với 5% lưu huỳnh sau hấp 500oC, thời gian hấp 0.5; 1; 2; 3; Quy trình đánh giá khả hấp phụ thủy vật liệu tiến hành tương tự thí nghiệm Kết thí nghiệm trình bày bảng 29 Bảng 3.6 Ảnh hưởng thời gian nung đến khả hấp phụ vật liệu AC-S5 STT Mẫu vật liệu m0 (mg) mt (mg) q (mg/g) AC-S5-0.5 3,872 1,004 2,868 AC-S5-1 3,872 0,790 3,082 AC-S5-2 3,872 0,445 3,427 AC-S5-3 3,872 0,441 3,431 AC-S5-4 3,872 0,465 3,407 AC-S5-5 3,872 0,538 3,334 Dung lượng hấp phụ (mg/g) 3.500 3.427 3.431 3.407 3.400 3.334 3.300 3.200 3.082 3.100 3.000 2.900 2.868 2.800 2.700 2.600 2.500 AC-S5-0.5 AC-S5-1 AC-S5-2 AC-S5-3 AC-S5-4 AC-S5-5 Vật liệu hấp phụ Hình 3.5 So sánh ảnh hưởng thời gian nung vật liệu đến khả hấp phụ vật liệu AC-S5 Các số liệu thu cho thấy thời gian nung có ảnh hưởng đến q trình chế tạo vật liệu Khả hấp phụ thủy ngân vật liệu tăng dần thời gian hấp tăng từ 0,5 đến giờ, nhiên, tiếp tục kéo dài thời gian nung khả hấp phụ thủy ngân vật liệu có xu hướng giảm Điều với thời gian hấp ngắn (0,5 đến giờ) chưa đủ để lưu huỳnh phân bố tốt bề mặt than thời điểm 2-3 Kéo dài thời gian hấp lên - phần lưu huỳnh thể khí ngồi dẫn đến khả hấp phụ thủy ngân vật liệu giảm Ngoài ra, tương tự mục 3.2.2 trên, kéo dài thời gian nung gây phá hủy bề mặt thiết bị nghiên cứu tổn hao lượng lưu huỳnh đáng kể Như với tỉ lệ phối trộn 5% lưu huỳnh nhiệt độ hấp 500oC thời gian hấp vật liệu thích hợp đến Nghiên cứu thực với vật liệu chế tạo theo quy trình vật liệu AC-S5-2 30 3.2.4 Đánh giá khả hấp phụ thủy ngân vật liệu AC-S5-2 a Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ Trong thực ứng dụng vật liệu hấp phụ xử lý thủy ngân, nhiệt độ làm việc thường dao động khoảng khoảng định Do để đảm bảo vật liệu hoạt động hiệu với điều kiện nhiệt độ thay đổi tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ thủy ngân vật liệu chế tạo Các bước chuẩn bị thơng số thí nghiệm thực tương tự thí nghiệm với 1g vật liệu nghiên cứu trộn với 5g cát thạch anh, tốc độ dòng khí 0,5 lít/phút, nồng độ Hg 32,267 mg/m3, thời gian hấp phụ Khác biệt chỗ trình hấp phụ thực nhiệt độ 300C, 400C, 500C, 600C, 700C 800C Kết nghiên cứu trình bày bảng Bảng 3.7 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ thủy ngân vật liệu AC-S5-2 STT Nhiệt độ m0 (mg) mt (mg) q (mg/g) 300C 3,872 0,450 3,426 40 C 3,872 0,446 3,422 500C 3,872 0,449 3,423 600C 3,872 0,453 3,419 70 C 3,872 0,447 3,420 800C 3,872 0,461 3,411 Dung lượng hấp phụ (mg/g) 4.000 3.500 3.426 3.422 3.423 3.419 3.420 3.411 30 40 50 60 70 80 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 0.500 0.000 Nhiệt độ hấp phụ (độ C) Hình 3.6 Đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ thủy ngân vật liệu AC-S5-2 31 Kết thu cho thấy thay đổi nhiệt độ hấp phụ từ 300C đến 800C khả hấp thủy ngân vật liệu suy giảm không đáng kể, điều cho thấy thủy ngân bắt giữ tốt vật khoảng nhiệt độ nghiên cứu b Đánh giá dung lượng hấp phụ cân động vật liệu Nghiên cứu xác định dung lượng hấp phụ cân vật liệu với 1g vật liệu, lưu lượng dòng khí 0,5 L/phút Q trình hấp phụ thực nhiệt độ 300C, nồng độ 32,267mg/m3 Kết nghiên cứu trình bày bảng 3.8 Bảng 3.8 Kết xác định dụng lượng hấp phụ cân vật liệu Thời gian (giờ) ∑mo(mg) ∑mt (mg) ∑( m0- mt) (mg/g) 1,936 0,173 1,763 3,872 0,439 3,433 5,808 0,723 5,085 7,744 1,511 6,233 10 9,680 2,025 7,655 12 11,616 2,898 8,718 14 13,552 3,814 9,738 16 15,488 4,726 10,762 18 17,424 5,725 11,699 20 19,360 6,886 12,474 22 21,296 7,911 13,385 24 23,232 9,632 13,600 26 25,168 11,223 13,945 28 27,104 13,063 14,041 30 29,040 14,986 14,054 32 30,976 16,923 14,053 Từ kết thu bảng thấy với điều kiện nghiên cứu trình bày trên, sau 32 nồng thủy ngân đầu tương đương với đầu vào Dung lượng hấp phụ cân động vật liệu 14,053mg/g 32 16.000 13.945 14.054 13.385 13.600 14.041 14.053 12.474 11.699 10.762 Dung lượng hấp phụu (mg/g) 14.000 12.000 10.000 9.738 8.718 8.000 7.655 6.233 6.000 5.085 4.000 3.433 2.000 1.763 0.000 10 15 20 25 30 35 Thời gian hấp phụ (giờ) Hình 3.7 Đường cong tích lũy vật liệu 3.3 Xác định số đặc trƣng vật liệu Vật liệu sau tổng hợp gửi xác định vài thông số đặc trưng như: Xác định bề mặt riêng than (BET), chụp SEM, phổ hồng ngoại Bề mặt riêng vật liệu BET Diện tích bề mặt than xác định hấp phụ khí N2 Đường hấp phụ đẳng nhiệt N2 xác định vùng áp suất tương đối từ tới nhiệt độ 77,35K Diện tích bề mặt xác định từ đồ thị BET vùng áp suất tương đối từ – 0,3 Hình 3.8; 3.9 3.10 kết BET mẫu than hoạt tính nguyên khai than hoạt tính biến tính lưu huỳnh nguyên tố 5% (AC-S5-2) than biến lưu huỳnh nguyên tố 30% (AC-S30-2) 33 Hình 3.8 Đồ thị tọa độ BET than chưa biến tính Hình 3.9 Đồ thị tọa độ BET vật liệu AC-S5-2 34 Hình 3.10 Đồ thị tọa độ BET vật liệu AC-S30-2 Từ đồ thị BET tính diện tích bề mặt than hoạt tính 853.4773 m²/g, than biến tính lưu huỳnh nguyên tố 5% 556,0400 m²/g than biến lưu huỳnh nguyên tố 30% 43.2032 m²/g Kết cho thấy diện tích bề mặt than bị giảm đáng kể biến tính đặc biệt giảm nhanh chóng tăng hàm lượng từ 5% đến 30% Điều giải thích nung nhiệt độ cao, lưu huỳnh xâm nhập vào mao quản tương tác với bề mặt vật liệu Tuy nhiên tăng hàm lượng lưu huỳnh đồng thời làm giảm diện tích bề mặt than mạnh lượng lưu huỳnh lớn bít mao quản than Đây lý làm giảm khả hấp phụ thủy ngân vật liệu mục 3.1 Phổ IR ảnh SEM vật liệu 35 Hình.3.11 Phổ hồng ngoại than trước biến tính Hình 3.12 Phổ hồng ngoại vật liệu AC-S5-2 Qua biểu đồ phổ IR nhận thấy dao động C=S không xuất cách rõ ràng, nên trường hợp lưu huỳnh bám than hoạt tính mà khơng tạo liên kết 36 Hình 3.13 Ảnh SEM than chưa biến tính vật liệu AC-S5-2 Trên hình ảnh chụp SEM thu hình 3.13, nhận thấy hạt lưu huỳnh xuất bề mặt vật liệu biến tính cách đồng đều, than hoạt tính chưa biến tính khơng có 3.4 Bƣớc đầu sử dụng vật liệu AC-S5-2 vào mơ hình thiết bị xử lý khí thải lò đốt rác quy mơ 3-5m3/giờ Lò đốt rác thải chi nhánh Cơng ty TNHH đầu tư thương mại Hoàng Long đặt huyện Lương Sơn – Hòa Bình có cơng suất từ 2-3 rác thải/giờ vận hành 16/24 ngày Khí thải từ lò đốt dẫn qua hệ thống dập bụi giải nhiệt nước sau thải trực tiếp mơi trường qua hệ thống ống khói Do chủng loại rác thải thu gom sở đốt rác huyện Lương Sơn – Hòa Bình thuộc chi nhánh Cơng ty TNHH đầu tư thương mại Hồng Long đa dạng, có rác thải sinh hoạt số loại rác thải nguy hại rác thải y tế, thuốc bảo vệ thực vật Lịch đốt loại rác luân phiên theo ca ngày tuần Vì vậy, trước thử nghiệm xử lý thủy ngân thết bị, tiến hành đo, định nồng độ thủy ngân khí thải lò đốt với đối tượng rác thải khác sau qua hệ thống xử lý thông thường công ty Kết thu thể bảng 3.9 Bảng 3.9 Nồng độ Hg khí thải lò đốt rác sau hệ thống xử lý thông thường Mẫu Loại rác thải Nồng độ Hg (mg/m3) Nồng độ Hg theo QCVN 30:2012BTNMT M1 Sinh hoạt KPH M2 Sinh hoạt KPH Giá trị tối đa cho Giá trị tối đa phép loại A cho phép loại B M3 Sinh hoạt KPH 0,5 mg/Nm3 37 0,2 mg/Nm3 M4 Sinh hoạt KPH M5 Sinh hoạt + Y tế 0,53 M6 Sinh hoạt + Y tế 0,44 M7 Sinh hoạt+ Thuốc bảo vệ thực vật 0,44 Ghi chú: - KPH: nồng độ tiêu đo giới hạn phát phương pháp đo (Hg: AAS gián tiếp, Các khí khác đo máy đo trường) Từ kết cho thấy thủy ngân xuất lò đốt rác thải sinh hoạt với rác thải y tế hay đốt thuốc bảo vệ thực vật Nồng độ thủy ngân khí thải khoảng 0,44 đến 0,53 mg/m3 Do thiết bị xử lý thủy ngân vận hành với khí thải lò đốt tiến hành đốt loại rác thải với rác thải y tế, thuốc bảo vệ thực vật Để tiến hành thử nghiệm, cột hấp phụ nhồi than hoạt tính biến tính lưu huỳnh với khối lượng 1,5 kg cho cột Khí thải sau hệ thống xử lý thơng thường lò đốt trích độ cao 15m tính từ chân cột dẫn vào thiết bị ống mềm Trước dẫn vào thiết bị, dẫn qua hệ thống gồm thùng lắng cột rửa khí bổ sung Cán vận hành liên hệ để có lịch đốt rác cụ thể lò đốt, có lịch đốt rác thải y tế thuốc bảo vệ thực vật, thiết bị nghiên cứu vận hành liên tục theo ca từ đến giờ, đồng thời lấy mẫu khí thải sau qua cột hấp phụ để phân tích hàm lượng thủy ngân Kết thử nghiệm điều kiện thực tế lò đốt rác thải thể bảng 3.10 Bảng 3.10 Kết thử nghiệm thực tế thiết bị xử lý thủy ngân lò đốt rác STT Mẫu Nguồn rác thải Lƣu lƣợng khí (m3/h) Hg (mg/m3) Đợt M1 Sinh hoạt + Y tế 2,8 0,00 M2 Sinh hoạt + Y tế 3,3 0,00 M3 Y tế 3,4 0,00 M4 Sinh hoạt + Y tế 3,5 0,00 M5 Sinh hoạt+ Thuốc bảo vệ thực vật 3,3 0,00 M6 Sinh hoạt + Y tế 2,8 0,00 38 M7 Sinh hoạt + Y tế 3,4 0,00 M8 Sinh hoạt 3,6 0,00 M9 Sinh hoạt+ Thuốc bảo vệ thực vật 2,8 0,00 M10 Sinh hoạt + Y tế 3,1 0,00 Đợt M1 Sinh hoạt 3,0 0,00 M2 Sinh hoạt + Y tế 2,9 0,00 M3 Sinh hoạt 2,7 0,00 M4 Sinh hoạt 3,4 0,00 M5 Sinh hoạt+ Thuốc bảo vệ thực vật 2,8 0,00 M6 Sinh hoạt 3,7 0,00 M7 Sinh hoạt + Y tế 3,8 0,00 M8 Sinh hoạt 3,3 0,00 M9 Sinh hoạt + Y tế 3,2 0,00 M10 Sinh hoạt 3,1 0,00 Kết bảng 3.10 cho thấy dòng khí qua thiết bị xử lý hồn tồn khơng phát thấy thủy ngân; nguồn rác thải đem đốt có rác thải y tế; thuốc BVTV thiết bị xử lý liên tục theo ca đốt rác lò đốt Điều cho thấy thiết bị xử lý tốt an toàn thủy ngân khí thải Qua hai đợt thử nghiệm, thiết bị hoạt động ổn định khơng có cố máy móc vật liệu Ngồi ra, q trình theo dõi nhiệt độ dòng khí thải từ nới trích dòng xuống thiết bị, tất ca đốt với nguồn rác khác dao động từ 45 đến 55oC Trong khoảng nhiệt độ này, khả hấp phụ thủy ngân vật liệu không thay đổi, không ảnh hưởng đến khả xử lý thủy ngân thiết bị 39 KẾT LUẬN Trong trình thực luận văn tốt nghiệp thu kết sau: - - - Đã khảo sát, đánh giá khả hấp phụ thủy ngân số loại nguyên vật liệu bản, sẵn có Việt Nam Trên sở lựa chọn loại nguyên liệu thích hợp than hoạt tính Trà Bắc để tiến hành biến tính làm vật liệu hấp phụ, xử lý thủy ngân khí thải lò đốt rác Đã khảo sát, lựa chọn điều kiện thích hợp để biến tính than hoạt tính Trà Bắc với lưu huỳnh nguyên tố Tỉ lệ phối trộn lưu huỳnh nguyên tố thích hợp 3-5%, nhiệt độ nung 500oC, thời gian nung Đánh giá khả hấp phụ thủy ngân vật liệu chế tạo Các kết cho thấy khả hấp phụ thủy ngân vật liệu AC-S5 tốt gấp nhiều lần so với than thông thường, với lưu lượng dòng khí 0,5 L/phút, nhiệt độ hấp phụ 300C, nồng độ Hg 32,267mg/m3 thời gian đạt cân vật liệu 32 giờ, dung lượng hấp phụ cân động vật liệu - 14,053mg/g Bước đầu khảo sát, thử nghiệm xử lý thủy ngân khí thải lò đốt rác thải Cơng ty TNHH đầu từ thương mại Hoàng Long, kết cho thấy với nồng độ thủy ngân xác định khoảng 0,44 đến 0,53 mg/m3, thiết bị xử lý hoàn toàn lượng thủy ngân khí thải Qua nhiều đợt vận hành thử nghiệm cho thấy, thiết bị hoạt động ổn định hiệu Trên sở kết này, mở rộng quy mô thiết kế thiết bị xử lý lớn áp dụng cho caccs sở đốt rác thải có tiềm ẩn hàm lượng thủy ngân cao đốt rác thải y tế hay xử lý thiêu đốt loại thuốc bảo vệ thực vật hay loại rác thải khác 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Trần Hồng Cơn, Đỗ Quang Trung, Hồng Văn Hà, Phương Thảo, Đồng Kim Loan, Đoàn Văn Hưởng, Dương Quốc Văn (2014), “Thiết kế, chế tạo thiết bị nghiên cứu hấp phụ xử lý thủy ngân từ trình xử lý, tái chế bóng đèn huỳnh quang đốt rác thải”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên Công nghệ, Tập 30 (Số 5s), 14-21 Nguyễn Thanh Hải, (2014), “Khảo sát tình hình nhiễm khơng khí số sở đốt rác tái chế chất thải”, Tuyển tập báo cao hội thảo Các công nghệ phương pháp xử lý ô nhiễm thủy ngân Nguyễn Đức Huệ (2010), Giáo trình Độc học mơi trường, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà Nội Hồng Nhâm (2005), Hóa vơ cơ, Nhà xuất Giáo dục Huỳnh Việt Quang, Tạ Quốc Dũng (2012), “Nghiên cứu phương pháp xử lý thủy ngân khai thác khí”, Tạp chí Dầu khí (Số 4) 55-57 Tiếng Anh C Battistoni, E Bemporad, A Galdikas, S Kačiulis, G Mattogno, S.Mickevičius, V Olevano (1996), “Interaction of mercury vapour with thin films of gold”, Appl Surf Sci 103, pp 107–111 C D Livengood, and M H Mendelsohn (1997), “Improved mercury control in wet scrubbing through modified speciation”, Presented at the EPRIDOE-EPA Combined Utility Air Pollutant Control Symposium, Washington, D.C Chuanmin Chen, Jianhua Zhang (2011), “The effect of anions on mercury reemission from wet flue gas desulfurization liquors”, The fourth international conference on intelligent computation technology and automation D.Wang, Lei He, S.Wei, X.Feng (2006), “Estimation of mercury emission from different sources to atmosphere in Chongqing, China”, Science of the Total Environment 366, 722–728 10 E Pitoniak, C.Y Wu, D.W Mazyck, K.W Powers, W Sigmund (2005), “Adsorption enhancement mechanisms of silica–titania nanocomposites for elemental mercury vapor removal”, Environ Sci Technol 39, pp 1269–1274 11 H Hsi, M.J Rood, M Rostam-Abadi (2000), “Effects of sulfur impregnation temperature on the properties and mercury adsorption capacities of activated carbon fibers (ACFs)”, Environ Sci Technol 25, 2785-2791 41 12 H Yang et al (2007), “Adsorbents for capturing mercury in coal-fired boiler flue gas”, Journal of Hazardous Materials 146, 1–11, 13 H Zeng et al (2004), “Removal of elemental mercury from coal combustion flue gas by chloride-impregnated activated carbon”, Fuel, 83, 143–146 14 J Dong, Z Xu, S.M Kuznicki (2009), “Mercury removal from flue gases by novel regenerable magnetic nanocomposite sorbents”, Environ Sci Technol 43, pp 3266–3271 15 J Johnson (2001), Power plants to limit mercury, C&EN 79 (1) 16 Despina Karatza, Amedeo Lancia, Dino Musmarra, Clelia Zucchini (2000), “Study of mercury absorption and desorption on sulfur impregnated carbon”, Experimental Thermal and Fluid Science 21, 150-155 17 L DazA, S MENDIOROZ, J A PAJARES (1991) “MERCURY ADSORPTION BY SULFURIZED FIBROUS SILICATES” Clays and Clay Minerals, Vol 39, No 1, 14-21 18 Min Jang, Seung Mo Hong, Jae K Park (2005), “Characterization and recovery of mercury from spent fluorescent lamps”, Waste Management 25, 5–14 19 N.D Hutson, B.C Attwood, K.G Scheckel (2007), “XAS and XPS characterization of mercury binding on brominated activated carbon”, Environ Sci Technol 41, pp 1747–1752 20 REN Jian-li, CHEN Jun-jie, LUO Yu-ya (2009), “Research on vapor mercury adsorption by Ca-based sorbents”, International conference on energy and environment technology 21 Rob Rieck, Ken Zarker (2007), “HWTR program manager Fluorescent Lamp Recycling in Washington State”, Washington State, Department of Ecology 22 Sandra Vitoloa, Roberto Pini (1999) “Deposition of sulfur from H2S on porous adsorbents and effect on their mercury adsorption capacity”, Geothermics, 28, pp 341- 354 23 Sang-Sup Lee, Joo-Youp Lee, Tim C Keener (2009), “The effect of methods of preparation on the performance of cupric chloride-impregnated sorbents for the removal of mercury from flue gases”, Fuel Processing Technology, 88, pp 2053– 2056 24 Sang Tae Chung, Kwang Il Kim, Yu Ran Yun (2009), “Adsorption of elemental mercury vapor by impregnated activated carbon from a commercial respirator cartridge”, Powder Technology, 192, pp 47–53 42 25 S.B Ghorishi, R.M Keeney, S.D Serre (2002), “Development of a Climpregnated activated carbon for entrained-flow capture of elemental mercury”, Environ Sci Technol 36, pp 4454–4459 26 Shengji Wu, Md Azhar Uddin *, Eiji Sasaoka (2006), “Characteristics of the removal of mercury vapor in coal derived fuel gas over iron oxide sorbents”, Fuel 85, 213–218 27 S.H Liu, N.Q Yan, Z.R Liu, Z Qu, H.P.Wang, S.G Chang, C Miller (2007), “Using bromine gas to enhance mercury removal from flue gas of coal-fired power plants”, Environ Sci Technol 41, pp 1405–1412 28 Sung Jun Lee, Yong-Chil Seo, Jongsoo Jurng, Tai Gyu Lee (2004), “Removal of gas-phase elemental mercurybyiodine- and chlorine-impregnated activated carbons” , Atmospheric Environment 38, 4887–4893 29.Thomai Panagiotou, Joseph R Morency, Constane L Senior (2000), “LABORATORY DUCT INJECTION OF A ZEOLITE-BASED MERCURY SORBENT”, Presented at the Annual Meeting of the Air & Waste Management Association, Salt Lake City, UT 30 UNEP Global Mercury Assessment (2013), Sources, Emissions, Releases and Environmental Transport 31 Wenguo Feng; Seokjoon Kwon; Xue Feng; Eric Borguet; and Radisav D Vidic (2006), “Sulfur Impregnation on Activated Carbon Fibers through H2S Oxidation for Vapor Phase Mercury Removal”, Carbon, 44, pp 2998–3004 32 Witoon Apisitpuvakul, Pornpote Piumsomboon, Daniel J Watts, Woranut Koetsinchai (2008), “LCA of spent fluorescent lamps in Thailand at various rates of recycling”, Journal of Cleaner Production 16 33 Y Liu (2009), “Zeolite-supported silver nanoparticles for coal-fired power plant mercury emission control”, Ph.D Thesis, University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada 34 Y.Liu, Z.Zhan, F.Du, S.Kong, (2009), “Indoor air concentrations of mercury species in incineration plants for municipal solid waste (MSW) and hospital waste (HW)”, Chemosphere 75, 266–271 35 Yoshimi Matsumuray (1974), “Adsorption of mercury vapor on the surface of activated carbon modified by oxidation or iodization”, Atmospheric environment, vol.8, 1321 – 1327 36 Ying Li, Patrick Murphy, Chang-Yu Wu (2008), “Removal of elemental mercury from simulated coal-combustion flue gas using a SiO –TiO nanocomposite”, Fuel Processing Technology 89, 567 – 573 43 ... vật liệu hấp phụ từ nguồn nguyên vật liệu có sẵn nước với giá thành chấp nhận đóng vai trò quan trọng 1.4 Tổng quan số vật liệu hấp phụ Hg 1.4.1 Vật liệu hấp phụ thủy ngân sở biến tính than hoạt. .. KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Đoàn Văn Hưởng NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU HẤP PHỤ HƠI Hg TRÊN CƠ SỞ BIẾN TÍNH THAN HOẠT TÍNH TRÀ BẮC VỚI LƯU HUỲNH Chun ngành: Hố Mơi trường Mã sớ: 60.44.41... trưng hấp phụ tương tác hấp phụ than hoạt tính Thêm vào đó, biến tính bề mặt than thực q trình khử khí mang kim loại lên bề mặt than [26] Than hoạt tính biến tính hợp chất lưu huỳnh Mang lưu huỳnh