Nghiên cứu khả năng hấp phụ hơi dung môi hữu cơ của zeolit composit tổng hợp trên cơ sở zeolit y và tributyl phosphat, tricresyl phosphat

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Đặng Thị Uyên NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ HƠI DUNG MÔI HỮU CƠ CỦA ZEOLIT COMPOSIT TỔNG HỢP TRÊN CƠ SỞ ZEOLIT Y VÀ TRIBUTYL PHOSPHAT, TRICRESYL PHOSPHAT LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội, 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Đặng Thị Uyên NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ HƠI DUNG MÔI HỮU CƠ CỦA ZEOLIT COMPOSIT TỔNG HỢP TRÊN CƠ SỞ ZEOLIT Y VÀ TRIBUTYL PHOSPHAT, TRICRESYL PHOSPHAT Chuyên ngành: Hóa môi trường Mã số: 60440120 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trần Hồng Côn Hà Nội, 2017 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo PGS.TS Trần Hồng Côn giao đề tài nhiệt tình giúp đỡ em, cho em kiến thức q báu q trình nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô Phòng thí nghiệm Hóa mơi trường tạo điều kiện tận tình hướng dẫn em suốt thời gian làm nghiên cứu Cảm ơn thầy cô Khoa Hóa học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên tạo điều kiện giúp đỡ em trình làm thực nghiệm Xin chân thành cảm ơn bạn học viên phòng thí nghiệm Hóa mơi trường nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Hương giúp đỡ trình tìm tài liệu làm thực nghiệm Em xin chân thành cảm ơn! Học viên Đặng Thị Uyên MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nhiễm VOCs khơng khí .2 1.1.1 Nguồn phát sinh VOCs vào khí .2 1.1.2 Hiện trạng nhiễm VOCs khơng khí 1.1.3 Sự tồn lưu vận chuyển VOCs khí .7 1.1.4 Độc tính VOCs thể người 12 1.2 Các phương pháp xử lý VOCs khơng khí 19 1.2.1 Xử lý VOCs phương pháp phân hủy 19 1.2.2 Xử lý VOCs phương pháp thu hồi (ngưng tụ, hấp phụ, hấp thụ, phân tách qua màng) 21 1.3 Tổng quan vật liệu hấp phụ ứng dụng xử lý VOCs 23 1.3.1 Vật liệu cacbon hoạt tính 24 1.3.2 Vật liệu Zeolit 24 1.3.3 Vật liệu zeolit compozit 26 Chương 2: THỰC NGHIỆM 28 2.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu luận văn 28 2.2 Nguyên vật liệu, hóa chất .28 2.3.Thiết bị .29 2.3.1 Dụng cụ, thiết bị sử dụng chế tạo vật liệu 29 2.3.2 Thiết bị phân tích 29 2.3.3 Thiết bị hấp phụ VOCs phòng thí nghiệm 30 2.4.Phương pháp nghiên cứu 32 2.4.1 Tổng hợp vật liệu compozit zeolit – photpho 32 2.4.2 Các phương pháp đánh giá tính chất đặc trưng vật liệu 33 2.4.3 Nghiên cứu hấp phụ benzen, butyl axetat khơng khí vật liệu compozit zeolit 36 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40 3.1.Tổng hợp vật liệu .40 3.2.Hấp phụ benzen butyl axetat khơng khí vật liệu compozit zeolit…………………………………………………………………………… 46 3.2.1 Xác định điều kiện tạo VOCs .46 3.2.2 Hấp phụ benzen khơng khí vật liệu compozit zeolit 48 3.2.3 Hấp phụ butyl axetat khơng khí vật liệu compozit zeolit 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Nồng độ VOCs môi trường KK số xưởng, trạm sửa chữa Bảng 1.2: Ước tính tải lượng số chất gây ONKK từ hoạt động công nghiệp nước năm 2009 (Nguồn: Ngân hàng Thế giới năm 2010) Bảng 2.1 Hàm lượng benzen diện tích bề mặt pic tương ứng .38 Bảng 2.2 Hàm lượng butyl axetat diện tích bề mặt pic tương ứng .39 Bảng 3.1 Vật liệu compozit zeolit sử dụng nghiên cứu hấp phụ VOCs 46 Bảng 3.2 Nồng độ VOCs tạo thành nhiệt độ khác 47 Bảng 3.3 Lượng VOCs 40 0C lưu lượng dòng khí khác 47 Bảng 3.4 Ảnh hưởng nồng độ đầu benzen đến dung lượng hấp phụ vật liệu compozit zeolit 48 Bảng 3.5: Ảnh hưởng tốc độ dòng khí đến dung lượng hấp phụ benzen vật liệu compozit zeolit 50 Bảng 3.6 Ảnh hưởng nồng độ đầu butyl axetat đến dung lượng hấp phụ vật liệu compozit zeolit 55 Bảng 3.7 Ảnh hưởng tốc độ dòng khí đến dung lượng hấp phụ butyl axetat vật liệu compozit zeolit .57 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sự phát sinh VOCs vào khơng khí Hình 1.2 So sánh dung lượng phát thải VOCs theo nhóm ngành phát thải nước Mỹ, nước thuộc OECD, Đông Á theo Global .5 Hình 1.3 Sự phát thải VOCs xu hướng đến năm 2020 EU (EMEP-2005), USA (NEI 2005), China (Klimont -2002) Hình 1.4 Thành phần hóa học hạt mù quang hóa khơng khí tầng đối lưu…………………………………………………………………………… ……8 Hình 1.5 Chu trình sản xuất HOx O3 bầu khơng khí ô nhiễm…….…9 Hình 1.6 Cơ chế Chapman đạt trạng thái cân bằng……………… …………10 Hình 1.7 Sự phân bố tích tụ benzen thể người .14 Hình 1.8 Các phương pháp xử lý VOCs khơng khí .19 Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống xử lý VOCs phương pháp oxi hóa nhiệt 20 Hình 1.10 Mơ hình oxi nhiệt có xúc tác sử dụng xử lý VOCs .20 Hình 1.11 Sơ đồ xử lý VOCs sử dụng than hoạt tính, zeolit 22 Hình 1.12 Mơ hình hấp phụ động phân tử khí cột .22 Hình 1.13 Sơ đồ đường cong q trình hấp phụ động 22 Hình 1.14 Mơ hình hấp phụ benzen đơn vị cấu trúc zeolit HY .26 Hình 1.15 Sự hình thành màng zeolit-hữu 27 Hình 2.1 Các phận thiết bị hấp phụ VOCs PTN 31 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị hấp phụ VOCs 31 Hình 2.3 Sơ đồ tổng hợp vật liệu không tạo liên kết bền với zeolit 32 Hình 2.4 Đồ thị “V-t” .35 Hình 2.5: Sự phụ thuộc hàm lượng benzen diện tích bề mặt pic 39 Hình 2.6: Sự phụ thuộc hàm lượng butyl axetat diện tích bề mặt pic 39 Hình 3.1 Phổ hồng ngoại mẫu a: ZYTCP; b: ZYTBP 40 Hình 3.2 Ảnh FeSEM giản đồ EDX mẫu HY, ZYTBP ZYTCP 42 Hình 3.3 Giản đồ hấp phụ - khử hấp phụ nito phân bố kích thước mao quản mẫu HY, ZYTBP, ZYTCP .43 Hình 3.4 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu; 1:ZYTCP, 2: ZYTBP, 3:HY 45 Hình 3.5 Ảnh hưởng nồng độ đầu benzen đến dung lượng hấp phụ vật liệu compozit zeolit…………………………………………………………………… 48 Hình 3.6 Đường cong q trình hấp phụ benzen vật liệu compozit zeolit 51 Hình 3.7: Đường cong tích lũy benzen vật liệu zeolit compozit 53 Hình 3.8 Ảnh hưởng nồng độ đầu butyl axetat đến dung lượng hấp phụ vật liệu compozit zeolit 56 Hình 3.9 Đường cong trình hấp phụ butyl axetat vật liệu compozit zeolit…………………………………………………………………… 56 Hình 3.10: Đường cong tích lũy butyl axetat vật liệu zeolit compozit .59 DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT HY Zeolit HY TCP Tricresyl photphat TBP Tributyl phophat TBP Tributyl photphat TCP Tricresyl photphat DM Dung mơi HC Hữu KK Khơng khí VOCs Dung môi hữu dễ bay (benzen, butyl axetat) IR Phổ hồng ngoại X-ray Nhiễu xạ tia X SEM-EDX Kính hiển vi điện tử quét - phổ tán xạ lượng tia X BET Brunauer-Emmet-Teller l/ph lít/phút ppmv Parts per million by volume Co-Benzen Nồng độ đầu Benzen, ppmv Co-Butyl axetat Nồng độ đầu Butyl axetat, ppmv VKTBKT Vũ khí thiết bị kỹ thuật MỞ ĐẦU Hiện nay, có nhiều ứng dụng quan trọng khó thay nên nhiều loại dung môi độc hại sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực, nhiều ngành sản xuất đời sống sinh hoạt Trong lĩnh vực quân sự, kho chứa vũ khí, trang thiết bị quân sự, kho, bồn chứa nhiên liệu, dây chuyền sản xuất, sửa chữa, bảo dưỡng trang bị, khí tài… làm phát tán nhiều loại dung môi độc hại có khả gây cháy, nổ axeton, etylen, benzen, toluen, xylen, butylaxetat… Trong đó, kho hầu hết sử dụng hệ thống thơng gió mà chưa sử dụng biện pháp thu gom, xử lý Các dung môi độc hại phát tán vào mơi trường đất, nước hay khơng khí gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người lao động tác động xấu đến môi trường sinh thái Để giảm lượng VOCs phát thải vào khơng khí, có hai nhóm phương pháp chính: phương pháp thu hồi (ngưng tụ, hấp phụ, hấp thụ…) phương pháp phân hủy (oxi hóa nhiệt, oxi hóa có xúc tác, phân hủy sinh học…) Phương pháp oxy hóa nhiệt áp dụng phổ biến, chủ yếu trường hợp thành phần lớn có khí thải chất có mùi khó chịu cháy kết hợp với oxi điều kiện thích hợp để tạo thành chất độc hại Tuy nhiên, giải pháp tiêu thụ lượng lớn lượng hồn tồn khơng phù hợp cho nhóm phân tử quan trọng, cụ thể VOCs chứa clo Phương pháp hấp phụ áp dụng hiệu dung lượng phát thải khơng q lớn, có chi phí thấp so với phương pháp oxy hóa nhiệt, đồng thời có khả thu hồi, tái sử dụng chất hấp phụ chất bị hấp phụ Zeolit loại vật liệu zeolit composit vật liệu hấp phụ ứng dụng nhiều xử lý dung mơi hữu nói chung benzen, butyl axetat nói riêng khơng khí Tại Việt Nam, vật liệu zeolit composit nghiên cứu năm gần chưa có nhiều kết ứng dụng hấp phụ dung môi hữu Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo vật liệu zeolit compozit, khảo sát yếu tố ảnh hưởng xác định dung lượng hấp phụ cân động điều kiện khảo sát hấp phụ VOCs có ý nghĩa lớn cho việc xây dựng mơ hình hấp phụ VOCs vật liệu thực tế 4.5 HY ZYTBP ZYTCP 4.0 3.5 q (mg/g) 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 10 20 30 40 50 60 t (phut) (c) Hình 3.7: Đường cong tích lũy benzen vật liệu zeolit compozit (a): Đường cong tích lũy vật liệu zeolit compozit 30 oC (b): Đường cong tích lũy vật liệu zeolit compozit 40 oC (c): Đường cong tích lũy vật liệu zeolit compozit 50 oC Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ benzen vật liệu zeolit compozit cho thấy, sau từ 45 đến 60 phút vật liệu hấp phụ đạt cân Tại 30oC, dung lượng hấp phụ cân động tăng theo thứ tự: HY < ZYTBP < ZYTCP đạt tương ứng là: 0,7231 mg/g, 0,8206 mg/g, 1,0822 mg/g Tại 40oC, dung lượng hấp phụ cân động tăng theo thứ tự: HY < ZYTBP < ZYTCP đạt tương ứng là: 0,8246 mg/g, 1,0256 mg/g, 2,2076 mg/g Tại 50oC, dung lượng hấp phụ cân động vật liệu tăng theo thứ tự: HY < ZYTBP < ZYTCP đạt tương ứng 1,2141 mg/g, 1,7428 mg/g, 4,004 mg/g Mặt khác, 50oC, nồng độ đầu benzen tăng 49,5 % so với nồng độ đầu benzen 40oC tăng 87,9% so với nồng độ đầu benzene 30oC, tương ứng với tăng nhiệt độ nồng độ dung lượng hấp phụ cân động hai vật liệu tổng hợp có độ tăng lớn hơn: so với 40oC, dung lượng hấp phụ cân động vật liệu 50oC HY, ZYTBP, ZYTCP tăng 53 47,2 %; 69,9 %; 81,3 %, so với 30oC dung lượng hấp phụ cân động vật liệu 50oC HY, ZYTBP, ZYTCP tăng 67,9 %; 112,4 %; 269,9 % Đánh giá so sánh dung lượng hấp phụ cân động vật liệu 40oC so với 30oC Từ kết đánh giá cho thấy, khả hấp phụ benzen vật liệu compozit HY tốt Điều giải thích tác nhân benzen với đường kính động học 5,85 Å nhỏ nhiều so với kích thước hệ thống mao quản HY khoảng từ Å, benzen dễ dàng di chuyển vào bên lỗ xốp vật liệu Z-Y giữ lại ỏ Đồng thời tỷ lệ Si/Al vật liệu HY nhỏ, dẫn đến tâm hấp phụ (Si-OH-Al) vật liệu Z-Y nhiều nên có khả tạo liên kết hydro với tác nhân benzen tốt Đối với hai vật liệu compozit dung lượng hấp phụ cân động 50oC tăng lớn so với phần trăm tăng lên nồng độ đầu benzen, điều giải thích nồng độ đầu benzen thấp hấp phụ nằm khoảng tuyến tính q C Đặc biệt, vật liệu ZYTCP có dung lượng hấp phụ cân động lớn nhiều so với vật liệu vật liệu compozit ZYTBP, điều giải thích có tương tác elecron π vòng benzen elecron π tác nhân phenyl nhóm tricresol hợp chất photpho có vật liệu Cũng theo tác giả Qin Hu, có xuất tác nhân vòng thơm, khả hấp phụ có khác nhau, giải thích có tương tác giữ electron – π benzen phenyl vật liệu nghiên cứu hấp phụ benzen [26] Thêm vào đó, tăng nhiệt độ giúp làm tăng trình khuếch tán benzen qua lớp photpho để vào giữ lại nhiều lớp zeolit bên Qua kết nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng gồm tốc độ dòng, nồng độ đầu benzen, nhiệt độ đến dung lượng hấp phụ vật liệu HY hệ vật liệu compozit zeolit (ZYTBP, ZYTCP) nhận thấy: Khi kết hợp tác nhân hữu TBP TCP với zeolit tăng khả hấp phụ chọn lọc vật liệu tác nhân benzen, có tương tác tác nhân với benzen dòng khí mang 54 3.2.3 Hấp phụ butyl axetat khơng khí vật liệu zeolit compozit 3.2.3.1 Ảnh hƣởng nồng độ đầu Khảo sát ảnh hưởng nồng độ dầu butyl axetat đến dung lượng hấp phụ vật liệu, với điều kiện sau: nhiệt độ 40oC, thời gian hấp phụ 45 phút, tốc độ dòng khí mang butyl axetat 0,15 l/ph; 0,30 l/ph; 0,45 l/ph tốc độ dòng KK hòa trộn thêm vào cho tổng tốc độ dòng khí đạt 0,45 lít/phút Khi đó, dung lượng hấp phụ nồng độ ban đầu khác butyl axetat trình bày bảng 3.6 Bảng 3.6 Ảnh hưởng nồng độ đầu butyl axetat đến dung lượng hấp phụ vật liệu zeolit compozit q (mg/g) TT Vật liệu Co-Butyl axetat = 7,2 Co-Butyl axetat = 14,9 Co-Butyl axetat = 22,1 (ppmv) (ppmv) (ppmv) HY 0,2375 0,3164 0,5817 ZYTBP 0,4268 0,9340 1,1108 ZYTCP 0,2853 0,3461 0,4476 Kết bảng 3.6, tương tự trình hấp phụ benzen, dung lượng hấp phụ butyl axetat vật liệu thay đổi theo chiều thuận, tức nồng độ đầu vào butyl axetat tăng dung lượng hấp phụ tăng Kết dung lượng hấp phụ thu cho thấy phù hợp dung lượng hấp phụ chưa đạt tới giá trị cực đại khoảng nồng độ nhỏ tiến hành nghiên cứu butyl axetat 55 1.2 1.0 Co-Butyl axetat = 7,2 (ppmv) Co-Butyl axetat = 14,9 (ppmv) Co-Butyl axetat = 22,1 (ppmv) q (mg/g) 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 HY ZYTBP ZYTCP Mau Hình 3.8 Ảnh hưởng nồng độ đầu butyl axetat đến dung lượng hấp phụ vật liệu zeolit compozit Kết hình 3.8 cho thấy, dung lượng hấp phụ butyl axetat vật liệu zeolit compozit hầu hết lớn vật liệu zeolit Trong đó, vật liệu ZYTBP có dung lượng hấp phụ butyl axetat lớn so với vật liệu khác, điều có tương hợp hòa tan tác nhân butyl axetat với photpho - TBP 3.2.3.2 Ảnh hƣởng thời gian tiếp xúc tầng rỗng Quá trình nghiên cứu tiến hành với tốc độ dòng khí từ 0,15 đến 0,60 l/ph; thông số hệ thống khác cố định gồm: lượng vật liệu 0,5 g (khi thể tích cột chứa vật liệu 2,9 ml); nhiệt độ 40oC; thời gian hấp phụ 40 phút; nồng độ đầu butyl axetat 7,2 ppmv, tương đương với tốc độ dòng khí mang butyl axetat 0,30 l/ph, tốc độ dòng khí thay đổi nhờ q trình trộn khơng khí sạch, khơ với dòng khí chứa butyl axetat Khi đó, ứng với tốc độ dòng khí khảo sát thứ tự gồm 0,15 l/ph; 0,30l/ph; 0,45 l/ph 0,60 l/ph cho giá trị thời gian lưu tương ứng 1,16 s; 0,58 s; 0,32 s 56 0,29s; kết nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ dòng khí đến dung lượng hấp phụ butyl axetat vật liệu trình bày bảng 3.7 hình 3.9 Bảng 3.7 Ảnh hưởng tốc độ dòng khí đến dung lượng hấp phụ butyl axetat vật liệu compozit zeolit q (mg/g) Vật liệu TT W = 0,15 W = 0,30 W = 0,45 W = 0,60 (l/ph) (l/ph) (l/ph) (l/ph) HY 0,2516 0,2528 0,2496 0,2109 ZYTBP 0,4409 0,4443 0,4378 0,4201 ZYTCP 0,2713 0,2751 0,2803 0,2610 Kết nghiên cứu bảng 3.7 cho thấy, tương tự trình hấp phụ benzen, nồng độ đầu butyl axetat với thời gian lưu thấp dung lượng hấp phụ vật liệu giảm đáng kể Từ kết đánh giá ảnh hưởng tốc độ dòng khí đến dung lượng hấp phụ vật liệu bảng 3.7, qua lựa chọn tốc độ dòng từ 0,15 l/ph đến 0,45 l/ph cho nghiên cứu ZYTCP -0,15 l/ph ZYTCP -0,30 l/ph ZYTCP -0,45 l/ph C t-Butyl axetat (ppmv) C t-Butyl axetat (ppmv) ZYTBP -0,15 l/ph ZYTBP -0,30 l/ph ZYTBP -0,45 l/ph 10 20 30 40 50 60 10 20 30 40 50 t (phut) t (phut) Hình 3.9 Đường cong q trình hấp phụ butyl axetat vật liệu zeolit compozit 57 60 Ảnh hưởng tốc độ dòng khí mang đến khả hấp phụ butyl axetat vật liệu thể hình 3.9 cho thấy, với tốc độ dòng 0,45 l/ph đường cong tất mẫu nghiên cứu dốc Kết tương tự kết nghiên cứu hấp phụ benzen vật liệu, tức nồng độ đầu thấp 7,2 ppmv butyl axetat dung lượng hấp phụ chưa bị ảnh hưởng nhiều thay đổi tốc độ dòng khí mang 3.2.3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ Quá trình khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến dung lượng hấp phụ butyl axetat vật liệu zeolit compozit tiến hành 30oC, 40oC 50oC, thời gian hấp phụ khoảng từ đến 60 phút, tốc độ dòng khí mang butyl axetat 0,15 l/ph tốc độ dòng KK hòa trộn 0,15 l/ph Khi đó, nồng độ đầu butyl axetat nhiệt độ khảo sát đạt 5,13 ppmv, 7,2 ppmv 16,5 ppmv Với điều kiện khảo sát đường cong tích lũy butyl axetat vật liệu zeolit compozit trình bày hình 3.10 0.35 0.30 0.45 0.40 0.25 0.35 0.20 q (mg/g) q (mg/g) HY ZYTBP ZYTCP 0.50 HY ZYTBP ZYTCP 0.15 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.10 0.05 0.00 0.05 0.00 10 20 30 40 50 60 10 20 30 t (phut) t (phut) (b) (a) 58 40 50 60 1.4 HY ZYTBP ZYTCP 1.2 q (mg/g) 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 10 20 30 40 50 60 t (phut) (C) Hình 3.10: Đường cong tích lũy butyl axetat vật liệu zeolit compozit (a): Đường cong tích lũy vật liệu zeolit compozit 30 oC (b): Đường cong tích lũy vật liệu zeolit compozit 40 oC (c): Đường cong tích lũy vật liệu zeolit compozit 50 oC Kết hình 3.10 cho thấy, trình hấp phụ tác nhân butyl axetat sau từ 45 đến 60 phút vật liệu đạt cân hấp phụ Tại 30oC, dung lượng hấp phụ cân động tác nhân butyl axetat tăng dần theo thứ tự là: HY < ZYTCP < ZYTBP đạt tương ứng là: 0,1729 mg/g, 0,1936 mg/g, 0,2851 mg/g Tại 40oC, dung lượng hấp phụ cân động tăng dần theo thứ tự là: HY < ZYTCP < ZYTBP đạt tương ứng là: 0,2516 mg/g, 0,2713 mg/g, 0,4409 mg/g Tại 50oC, dung lượng hấp phụ cân động tăng dần theo thứ tự là: HY < ZYTCP < ZYTBP đạt tương ứng là: 0,5503 mg/g, 0,6825 mg/g, 1,1728 mg/g Đồng thời, 50oC, nồng độ đầu butyl axetat tăng 129,2 % so với nồng độ đầu butyl axetat 40oC tăng 221,6% so với nồng độ đầu butyl axetat 30oC tương ứng với tăng nhiệt độ nồng độ dung lượng hấp phụ cân động hai vật liệu tổng hợp có độ tăng lớn hơn: so với 40oC, dung lượng hấp phụ cân động vật liệu 50oC HY, ZYTCP, ZYTBP 59 118,7 %; 151,6 %; 166,0 %, so với 30oC dung lượng hấp phụ cân động vật liệu 50oC HY, ZYTCP, ZYTBP 218,3%; 252,5%; 311,4% Đánh giá so sánh dung lượng hấp phụ cân động vật liệu 40oC so với 30oC Kết nghiên cứu cho thấy, ngồi mẫu vật liệu dung lượng hấp phụ cân động hai vật liệu zeolit compozit 50 oC có độ tăng lớn so với tăng lên tương ứng phần trăm nồng độ đầu butyl axetat điều kiện khảo sát 40oC 30oC Đối với loại vật liệu compozit zeolit ZYTCP, hai nhiệt độ khảo sát có dung lượng hấp phụ cân động nhỏ vật liệu compozit zeolit ZYTBP, xấp xỉ với mẫu vật liệu HY Vật liệu ZYTBP có dung lượng hấp phụ cân động lớn so với mẫu khảo sát Điều tương tác hòa tan tác nhân butyl axetat vào tác nhân phopho (TBP), dẫn đến tác nhân butyl axetat khuếch tán tốt giữ lại zeolit Ngược lại, tác nhân photpho (TCP) làm cản trở trình khuếch tán butyl axetat nên tăng nhiệt độ kèm theo tăng nồng độ đầu butyl axetat dung lượng hấp phụ vật liệu ZYTCP tăng Cũng từ kết cho thấy, khả hấp phụ butyl axetat vật liệu compozit HY tốt, trường hợp hấp phụ benzen, điều giải thích tác nhân butyl axetat với đường kính động học nhỏ nhiều so với kích thước hệ thống mao quản HY (8 Å), butyl axetat dễ dàng di chuyển vào bên lỗ xốp vật liệu HY Qua kết nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng gồm tốc độ dòng, nồng độ đầu VOCs, nhiệt độ đến dung lượng hấp phụ butyl axetat vật liệu zeolit compozit ZYTBP, ZYTCP nhận thấy: Các vật liệu zeolit compozit có dung lượng hấp phụ cân động lớn từ 1,3 đến 3,3 lần so với mẫu vật liệu hai tác nhân benzen butyl axetat khảo sát nồng độ thấp (nhỏ 50 ppmv) Khi đưa tác nhân hữu TBP TCP lên zeolit làm tăng khả hấp phụ chọn lọc vật liệu, có tương tác tác nhân với VOCs dòng khí mang 60 KẾT LUẬN Nghiên cứu khả hấp phụ dung môi hữu zeolit compozit sở zeolit HY tributyl photphat, tricresyl photphat, luận văn thu kết gồm: Tổng hợp vật liệu: Đã tổng hợp vật liệu compozit zeolit - photpho hữu (ZYTCP ZYTBP ) sở HY với tác nhân hữu tricresyl photphat tributyl photphat Vật liệu tổng hợp có liên kết hóa học tác nhân hữu với zeolit Diện tích bề mặt riêng theo BET vật liệu ZYTBP, ZYTCP tương ứng 409,34 m2/g 388,17 m2/g, đường kính mao quản trung bình lớn so với zeolit (mẫu HY 2,2973 nm; hai mẫu ZYTCP, ZYTBP 2,4639 nm 2,4288) Đồng thời, vật liệu tổng hợp có khả chịu nhiệt tốt vật liệu nền, vật liệu ZYTCP có khả chịu nhiệt tốt ZYTBP Kết khảo sát khả hấp phụ Benzen Butyl axetat hai vật liệu tổng hợp được: Khi đưa tác nhân hữu vào để tạo thành vật liệu zeolit compozit giúp làm giảm tính ưa nước, tăng tính ưa dầu, ưa hữu vật liệu, qua làm tăng khả hấp phụ chọn lọc vật liệu tác nhân benzen butyl axetat + Với tác nhân Benzen: Dung lượng hấp phụ cân động tăng theo thứ tự: HY < ZYTBP < ZYTCP đạt tương ứng là: 0,7231 mg/g, 0,8206 mg/g, 1,0822 mg/g 30oC; tương ứng 0,8246 mg/g, 1,0256 mg/g, 2,2076 mg/g 40oC; tương ứng 1,2141 mg/g, 1,7428 mg/g, 4,004 mg/g 50oC Như vậy, vật liệu zeolit compozit tổng hợp có dung lượng hấp phụ cân động lớn từ 1,4 đến 3,3 lần so với mẫu vật liệu tác nhân benzen khảo sát nồng độ thấp (nhỏ 50 ppmv) Đặc biệt, hai vật liệu tổng hợp được, vật liệu ZYTCP có dung lượng hấp phụ cân động benzen lớn nhiều so với vật liệu vật liệu ZYTBP + Với tác nhân Butyl axetat: Dung lượng hấp phụ cân động tác nhân butyl axetat tăng dần theo thứ tự là: HY < ZYTCP < ZYTBP đạt tương ứng là: 0,1729 mg/g, 0,1936 mg/g, 0,2851 mg/g 30oC, đạt tương ứng 0,2516 mg/g, 61 0,2713 mg/g, 0,4409 mg/g 40oC đạt tương ứng là: 0,5503 mg/g, 0,6825 mg/g, 1,1728 mg/g 50oC.Các vật liệu zeolit compozit có dung lượng hấp phụ cân động lớn từ 1,2 đến 2,1 lần so với mẫu vật liệu butyl axetat khảo sát nồng độ thấp (nhỏ 50 ppmv) Vật liệu ZYTBP có dung lượng hấp phụ cân động butyl axetat lớn nhiều so với vật liệu vật liệu ZYTCP Các kết nghiên cứu đạt cho thấy sử dụng vật liệu compozit sở zeolit, silicagel tác nhân hữu để tăng khả hấp phụ chọn lọc tác nhân VOCs, đặc biệt tác nhân VOCs phát sinh từ trạm sửa chữa, sản xuất loại vũ khí khí tài, thiết bị kỹ thuật Quân 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Nguyễn Thị Hương (2015), Nghiên cứu khảo sát số vật liệu ứng dụng hấp phụ dung môi hữu dễ bay xưởng sửa chữa, sản xuất VKTBKT, Báo cáo nhiệm vụ, Viện Khoa học Công nghệ quân Đỗ Ngọc Khuê (2010), Công nghệ xử lý chất thải nguy hại phát sinh từ hoạt động quân sự, Nhà xuất Quân đội Nhân dân Nguyễn Hữu phú (1998), Hấp phụ xúc tác bề mặt vật liệu vô mao quản, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Tiếng Anh: Abdulrahman Bahrami, Hosien Mahjub, Marzieh Sadeghian, Farideh Golbabaei (2011), “Determination of Benzene, Toluene and Xylene concentrations in Air using HPLC developed method compared to Gas chromatography”, International Journal of Occupational Hygiene, Vol.3 (No.1), pp 12-17 Ahmad Fausi Ismail, Norida Ridzuan, Sunarti Abdul Rahman (2002), “Latest development on the membrane formation for gas separation”, Membrane Sci&Tech, Vol 24, pp 1025-1043 Ambrose J.L, Mao H, Mayne H.R, Stutz J, Talbot R, Sive B.C (2007), “Nighttime nitrate radical chemistry at Appledore Island, Maine during the 2004 International consortium for atmosphere research on Transport and Transformation”, Journal of Geophysical research, Vol 112, D21302 Amin Kalantarifard, Jo Gwang Gon, and Go Su Yang (2016), “Formaldehyde adsorption into Clinoptilolite zeolite modified with the addition of rich materials and desorption performance using microwave heating”, Terr Atmos Ocean Sci, Vol 27 (No.6), pp.865-875 Austin Shepherd (2001), Activatied carbon adsorption for treatment of VOC emissions, Presend at the 13th Annual EnviroExpo, Boston Massachusetts 63 Chuang C.L, Chiang P.C, Chang E.E (2003), “Modeling VOCs adsorption onto activated carbon”, Chemosphere, 53, pp.17-27 10 Cloirec P Le (2004), Nanoporous adsorbents for air pollutant removal, Imperial College Press, chapter 25, pp 772-811 11 Cloirec P Le and Faur C (2006), “Adsorption of organic compounds onto activatied carbon - applications in water and air treatments”, Elservier, pp 375-419 12 Dale C Wiliams and Lawrence N O’RJI, Daniel A Stone (1993), “Kenitics of the reactions of OH radicals with selected acetates and other esters under simulated atmospheric conditions”, International Journal of Chemical kinetics, Vol 25, pp.539-548 13 Daniel J Jacob (1999), Introduction to atmospheric chemistry, Harvard Univesity 14 Duc Hoai Do, Christophe Walgraeve, Abebech Nuguse Amare, Krishna Rani Barai, Amelia Estigoy Parao, Kristof Demeestere, Herman van Langenhove (2015), “Airborne volatile organic compounds in urban and industrial locations in four developing countries”, Atmospheric Environment, 119, pp 330-338 15 EPA, Technical Overview of Volatile Organic Compounds on http://www.epa.gov/indoor-air-quality-iaq/technical-overview-volatileorganic-compounds 16 Ernest Hodgson (2004), A textbook of modern toxicology, Jonh Wiley & Sons 17 Faisal I Khan, Aloke Kr Ghoshal, (2000), “Removal of volatile organic compounds from polluted air”, Jounal of Loss prevention in the process industries, 13, pp 527-545 18 Fangkun Wu, Ye Yu, Jie Sun, Junke Zhang, Guiqian Tang, Yuesi Wang (2016) “Characteristic, source apportionment and reactivity of ambient volatile organic compound at Dinghu Mountain in Guangdong province, China”, Science of the total environment, 548-549, pp 347-359 64 19 Frédéric Delage, Pascaline Pré, Pierre Le Cloirec (1999), “Effects of moisture on warming of activated carbon bed during VOC adsorption”, J Environ Eng, 125, pp.1160-1167 20 Harold F Hemmond, Elizabeth J Fechner, (1994), Chemical Fate and Transport in the environment, Academic press, Inc 21 Hester R E and R.M Harrison, (1995), Volatile organic compounds in the atmosphere, Royal society of chemistry (RSC) 22 Huimin Zheng, Liang Zhao, Qing Yang, Shanqing Dang (2016), Insight into the adsorption mechanism of Benzene in HY zeolites: the effect of loading, RSC Advances, pp.1-27 23 Jons S Gulliver (2012), Transport and Fate of chemical in the environment Springer 24 Koch R., R Knispel, M Elend, M Siese and C Zetzsch (2007), Consecutive reactions of aromatic - OH adducts with NO, NO2 and O2: benzene, naphthalene, toluene, m- and p-xylene, hexamethylbenzene, phenol, m-cresol and aniline Atmospheric chemistry and physic 25 Lillo-Ródenas M.A, Cazorla-Amorós D, Linares-Solano A (2005), “Behaviour of activated carbons with different pore size distributions and suface oxygen groups for benzene and toluen adsorption at low concentrations”, Carbon, 43, pp.1758-1767 26 Qin Hu, Jin Jun Li, Zheng Ping Hao, Lan Dong Li, Shi Zhang Qiao (2009), “Dynamic adsorption of volatile organic compounds on organofunctionalized SBA-15 materials”, Chemical engineering journal, 149, pp 281-288 27 Ralf Koppmann (2007), Volatile organic compounds in the atmosphere, Blackwell Publishing 28 Robert Snyder (1993), The toxicolology of benzene, Environmental health perspectives 29 Robsin H (2001), Verified synthesis of zeolitic materials, Elsevier Science B.V, Amsterdam, The Netherlands 65 30 Roger Atkinson (1994), Gas-phase Tropospheric chemistry of organic compounds, J Phys Chem Ref Dato, Monograph 31 Satoshi Yamazaki, Kazuao Tsutsumi (1997), “Adsorption characteristic of synthesized mordenite membranes”, Adsorption, 3, pp.165-171 32 Shirai Tomoko and et (2007), “Seasonal variations of atmospheric C2 - C7 nonmethane hydrocacbons in Tokyo”, Journal of Geophysical research, Vol 112, D24305 33 Shuai Ban (2009), Computer Simulation of zeolites: Adsorption, diffusion and dealumination, Utrecht University, Utrecht, Netherlands 34 Stanley E Manahan (2003), Toxicological chemistry and biochemistry, CRC 35 Suleeporn Sangrajang (2008), “Toxicological review of benzene: cancer aspect”, Thai cancer journal, Vol 28(No.2), pp.93-100 36 Teeguarden J.G and et (2005), “Derivation of a Human Equivalent concentration for n-butanol using A physiologically based Pharmacokinetic Model for n- Butyl acetate and Metabolites n- Butanol and n- Butylric acid”, Toxicological sciences, 85, pp 429-446 37 U.S.Department of health and human services (2007), Toxicological frofile for benzene, Agency for Toxic Substances and Disease Registry, Georgia 38 Vigneron S., J Hermia, J Chaouki, (1994), Characterization and control of odours and VOC in the process industries, Elsevier 39 Vipin K Saini, João Pires (2017), “Development of metal organic framework199 immobilized zeolite foam for adsorption of common indoor VOCs”, Journal of environmental sciences, 55, pp 321 – 330 40 Wen-His Cheng (2008), “Adsorption characteristics of granular activated carbon and SPME indication of VOCs breakthrough”, Aerosol and Quality research, Vol.8 (No.2), pp.178-187 41 Xueyang Zhang, Bin Gao, Anne Elise Creamer, Chengcheng Cao, Yuncong Li (2017), “Adsorption of VOCs onto engineered carbon materials: A review”, Journal of Hazardous Materials, 338, pp 102–123 66 42 Yuan Gao, Li LI, Jianjun Zhang, Wenjuan Shu and Liqiong Gao (2012), “Simultaneous determination of triacetin, acetic ether, butyl acetate and amorolfine hydrochloride in amorolfine liniment by HPLC”, Pak.J Pharm Sci, Vol 25 (No.2), pp.389-394 43 Zoccolillo L and et (2001), “Simulataneous determination of Benzene and total aromatic fraction of Gasoline by HPLC-DAD”, Chro, Vol 54, pp.659663 67 ... TỰ NHIÊN Đặng Thị Uyên NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ HƠI DUNG MÔI HỮU CƠ CỦA ZEOLIT COMPOSIT TỔNG HỢP TRÊN CƠ SỞ ZEOLIT Y VÀ TRIBUTYL PHOSPHAT, TRICRESYL PHOSPHAT Chun ngành: Hóa mơi... TCP Tricresyl photphat TBP Tributyl phophat TBP Tributyl photphat TCP Tricresyl photphat DM Dung môi HC Hữu KK Khơng khí VOCs Dung mơi hữu dễ bay (benzen, butyl axetat) IR Phổ hồng ngoại X-ray... kết ứng dụng hấp phụ dung mơi hữu Vì v y, việc nghiên cứu chế tạo vật liệu zeolit compozit, khảo sát y u tố ảnh hưởng xác định dung lượng hấp phụ cân động điều kiện khảo sát hấp phụ VOCs có ý