Nghiên cứu xác định điều kiện hấp phụ hơi benzen của than hoạt tính, zeolit A, zeolit Y, zeolit MOR và định hướng xử lý hơi benzen trong môi trường

Nghiên cứu xác định điều kiện hấp phụ hơi benzen của than hoạt tính, zeolit A, zeolit Y, zeolit MOR và định hướng xử lý hơi benzen trong môi trường Nghiên cứu xác định điều kiện hấp phụ hơi benzen của than hoạt tính, zeolit A, zeolit Y, zeolit MOR và định hướng xử lý hơi benzen trong môi trường luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Ngân NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN HẤP PHỤ HƠI BENZEN CỦA THAN HOẠT TÍNH, ZEOLIT A, ZEOLIT Y, ZEOLIT MOR VÀ ĐỊNH HƢỚNG XỬ LÝ HƠI BENZEN TRONG MÔI TRƢỜNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội, 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Ngân NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN HẤP PHỤ HƠI BENZEN CỦA THAN HOẠT TÍNH, ZEOLIT A, ZEOLIT Y, ZEOLIT MOR VÀ ĐỊNH HƢỚNG XỬ LÝ HƠI BENZEN TRONG MƠI TRƢỜNG Chun ngành: Hóa mơi trường Mã số: 60440120 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Trần Thị Thanh Vân PGS.TS Đỗ Quang Trung Hà Nội, 2017 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Trần Thị Thanh Vân thầy giáo PGS.TS Đỗ Quang Trung 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, Phịng thí nghiệm Hóa mơi trường tạo điều kiện tận tình hướng dẫn em suốt thời gian làm nghiên cứu Cảm ơn thầy 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 học viên phịng 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 Nguyễn Thị Ngân MỤC LỤC MỞ ĐẦU ………………………………………………………………………… Chương 1: TỔNG QUAN ………………………………………… ………………3 1.1 Q trình phát sinh độc tính benzen khơng khí ……………….3 1.2 Q trình vận chuyển tồn lưu benzen khơng khí ………… ….7 1.3 Các phương pháp xử lý benzen khơng khí ………………………… 10 Chương 2: THỰC NGHIỆM ………………………………………………………20 2.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu ………………………………… ………20 2.2 Hóa chất, thiết ……………… …………………………………………….20 2.2.1 Hóa chất vật liệu …………………………………………………….20 2.2.2 Thiết bị ……… ……………………………………………………… 21 2.3 Các phương pháp đánh giá tính chất đặc trưng vật liệu ……………….24 2.4 Khảo sát khả hấp phụ benzen ………………… ……………… 25 2.4.1 Khảo sát điều kiện vận hành thiết bị ………………….……………… 26 2.4.2 Khảo sát khả hấp phụ benzen loại vật liệu ………….26 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN …………………………………… …28 3.1 Đánh giá tính chất đặc trưng vật liệu ………………………………… 28 3.1.1 Than hoạt tính ………………………………………………………….28 3.1.2 Đặc trưng cấu trúc bề mặt zeolit ……………………………… …31 3.2 Khảo sát khả tạo benzen ……………………………….… …….36 3.3 Khảo sát khả hấp phụ benzen than hoạt tính ……………… 37 3.3.1 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc theo tầng rỗng đến trình loại bỏ benzen…………….……………………………………………………… 37 3.3.2 Ảnh hưởng nồng độ đầu đến khả hấp phụ benzen THT …39 3.3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ benzen THT …….39 3.4 Khảo sát khả hấp phụ benzen số loại zeolit (A, Y, MOR) 40 3.4.1 Ảnh hưởng nồng độ đầu đến khả hấp phụ benzen zeolit 41 3.4.1 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc theo tầng rỗng đến trình loại bỏ benzen …………….……………………………………………………….42 3.4.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ benzen zeolit ……44 3.5 Định hướng ứng dụng xử lý benzen môi trường …………………48 KẾT LUẬN ……………………………………………………………………… 50 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Tính chất đặc trưng cấu trúc lỗ xốp số loại zeolit …………… 18 Bảng 3.1 Thành phần hoá học bề mặt mẫu zeolit ……………………… 35 Bảng 3.2 Đặc trưng cấu trúc lỗ xốp zeolit HY, A, MOR ……………… … 35 Bảng 3.3: Nồng độ benzen dung dịch hấp thụ nhiệt độ khác 36 Bảng 3.4: Hàm lượng benzen 40 0C lưu lượng khí khác ………………36 Bảng 3.5: Ảnh hưởng tốc độ dịng khí đến dung lượng hấp phụ THT… 38 Bảng 3.6 Ảnh hưởng nồng độ benzen ban đầu đến khả hấp phụ benzen THT ………………………………………………………………………… 39 Bảng 3.7 Ảnh hưởng nồng độ benzen ban đầu đến khả hấp phụ benzen zeolit ………………………………………………………………………….41 Bảng 3.8: Ảnh hưởng tốc độ dịng khí đến dung lượng hấp phụ Z-Y … 42 Bảng 3.9: Ảnh hưởng tốc độ dòng khí đến dung lượng hấp phụ Z-M ….42 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sự phát sinh VOCs vào khơng khí [1] ……………………………….3 Hình 1.2: Sự phân bố tích tụ benzen thể ………………………… Hình 1.3: Các phương pháp xử lý dung môi hữu ………………………………10 Hình 1.4: Sự di chuyển chất bị hấp phụ bề mặt riêng THT …… 15 Hình 1.5: Cấu trúc zeolit A, Y, MOR …………………………………………16 Hình 1.6: hình ảnh n-hexan lỗ trỗng zeolit MFI, BEA, STT, CHA 18 Hình 2.1 Mặt trước thiết bị ………………………………………………… 22 Hình 2.2: Các phận bên thiết bị ………………………………………….23 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị …………………………………23 Hình 2.4: Biểu thị phụ thuộc đại lượng hấp phụ vào áp suất …………………25 Hình 3.1 Ảnh SEM mẫu THT ……………………………………………… 28 Hình 3.2 Phổ hồng ngoại mẫu THT ………………………………………….29 Hình 3.3 Đường hấp phụ - giải hấp phụ nitơ mẫu THT …………………… 30 Hình 3.4: Ảnh SEM mẫu zeolit HY, MOR, A ……………………………… 31 Hình 3.5: Phổ IR mẫu Zeolit A ……………………………………………….32 Hình 3.6: Phổ IR mẫu Zeolit HY …………………………………………… 33 Hình 3.7: Phổ IR mẫu MOR ………………………………………………….33 Hình 3.8: Kết đo EDX mẫu zeolit ……………………………………… 35 Hình 3.9: Đường cong trình hấp phụ benzen THT tốc độ dịng khác ……………………………………………………………………38 Hình 3.10: Đường cong tích lũy benzen THT 40 500C …………….40 Hình 3.11: Đường cong q trình hấp phụ benzen Z-Y tốc độ dịng khác ……………………………………………………………… 43 Hình 3.12: Đường cong trình hấp phụ benzen Z-M tốc độ dịng khác ……………………………………………………………………43 Hình 3.13: Đường cong tích lũy benzen Z-M 40 500C …………… 44 Hình 3.14: Đường cong tích lũy benzen Z-Y 40 500C …………… 45 Hình 3.15: Mơ hình tương tác benzen zeolit HY ………………………47 Hình 3.16: Sơ đồ xử lý VOCs sử dụng than hoạt tính ……………………………49 DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT THT Than hoạt tính Z-Y Zeolit HY Z-A Zeolit A Z-M Zeolit modernit hay MOR IR Phổ hồng ngoại SEM Kính hiển vi điện tử quét EDX Phổ tán xạ lượng tia X VOCs Dung môi hữu dễ bay (Volatile organic compounds) MỞ ĐẦU Các kho chứa vũ khí thiết bị kỹ thuật quân sự, kho, bồn chứa nhiên liệu , hóa chất, kho, xưởng chuyên sửa chữa sản xuất loại vũ khí, khí tài, thiết bị kỹ thuật, thường phải sử dụng nhiều loại dung mơi độc hại có nhiều khả gây cháy, nổ, dễ phân tán tác nhân môi trường gây ảnh hưởng trực tiếp đến hệ sinh thái sức khỏe người lao động Ví dụ kho chứa nhóm ngành sản xuất, sửa chữa thiết bị quang học, điện tử có dây chuyền cơng nghệ, sản phẩm đa dạng, cơng đoạn gây phát sinh nhiễm thường là: tẩy màng sơn, xử lý bề mặt thiết bị quang học, rửa, sấy linh kiện, chi tiết điện Các khí thải phát sinh chứa chủ yếu tác tác nhân hữu như: axeton, etylen, benzen, toluen, xylen, butylaxetat,….[24, 26, 34] Trong đó, kho hầu hết sử dụng hệ thống thơng gió mà chưa sử dụng hệ thống hút thu gom xử lý khí gây nhiễm khơng khí xung quanh Theo kết nghiên cứu cơng bố xử lý khơng khí nhiễm dung mơi hữu dễ bay phương pháp hấp phụ than hoạt tính, than hoạt tính biến tính, zeolit loại vật liệu sở zeolit nhiều phịng thí nghiệm giới quan tâm nghiên cứu Dung lượng hấp phụ vật liệu dung mơi hữu nói riêng, khí gây nhiễm nói chung ngồi việc phụ thuộc trực tiếp vào chất vật liệu hấp phụ (kích thước hạt, diện tích bề mặt riêng, thể tích lỗ xốp,…) cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ, ẩm, tốc độ dịng khí, nồng độ khí Hiện nay, sử dụng vật liệu than hoạt tính, zeolit có kết khả quan ứng dụng nhiều công nghiệp, nhiên sử dụng vật liệu để hấp phụ cột nhiều hạn chế như: trình hấp phụ cột thường bị ảnh hưởng nhiều chuyển khối, tụt giảm áp suất cao ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ hấp phụ hiệu tiếp xúc chất bị hấp phụ với vật liệu hấp phụ Do đó, ln chủ đề nghiên cứu hấp dẫn để phát triển vật liệu có khả làm tăng tốc độ chuyền nhiệt/ chuyển khối tốc độ hấp thụ [5, 21] Vì vậy, Hình 3.10: Đường cong tích lũy benzen THT 40 500C Sau 35 phút hệ bắt đầu đạt cân hấp phụ tương đương dung lượng hấp phụ cân động 40 500C 0,8690 0,5098 mg/g Đặc biệt dung lượng hấp phụ cân động thu 400C lớn so với 500C chứng tỏ trình hấp phụ benzen THT trình hấp phụ vật lý Theo kết nghiên cứu đặc trưng cấu trúc mẫu THT cho thấy, đặc trưng nhóm chức bề mặt tính chất lỗ xốp vật liệu trình hấp phụ vật lý THT xảy sau: ba khoảng kích thước lỗ xốp kích thước lỗ nhỏ chiếm phần trăm hệ thống lỗ xốp THT (micropores) hấp phụ xảy theo chế lấp đầy thể tích lỗ; lỗ trung bình (mesopores) thường hấp phụ theo chế ngưng tụ mao quản; lỗ lớn (Macropore) chúng hoạt động kênh cho chất bị hấp phụ vào lỗ nhỏ lỗ trung bình Vì vậy, với chế hấp phụ sau tiền xử lý bề mặt THT khơng xuất nhóm chức gây nên tương tác hay cản trở trình khuếch tán benzen vào lỗ xốp than, khơng ảnh hưởng đến trình hấp phụ than 3.4 Khảo sát khả hấp phụ benzen số loại zeolit (A, Y, MOR) Tương tự trình nghiên cứu khả hấp phụ benzen THT, nghiên cứu khả hấp phụ benzen zeolit tiến hành với 03 nội dung 40 điều kiện thực nghiệm với THT, kết nghiên cứu đánh giá phần sau: 3.4.1 Ảnh hưởng nồng độ đầu đến khả hấp phụ benzen zeolit Quá trình khảo sát thực với 03 loại zeolit, 400C; tốc độ dịng khí 0,3 lít/phút; thời gian hấp phụ 45 phút Dung lượng hấp phụ nồng độ ban đầu benzen khác cho bảng 3.5 sau: Bảng 3.7 Ảnh hưởng nồng độ benzen ban đầu đến khả hấp phụ benzen zeolit TT Nồng độ benzen đầu Dung lƣợng hấp phụ zeolit (mg/g) vào (ppmv) Z-A Z-Y Z-M 21,8 0,2188 0,8341 0,7038 25,3 0,30325 0,8423 0,7299 39,4 0,33601 0,8652 0,7502 Kết cho bảng 3.5 thấy rằng, THT dung lượng hấp phụ vật liệu thay đổi theo chiều thuận Điều hoàn toàn phù hợp mà dung lượng hấp phụ chưa đạt tới giá trị cực đại khoảng nồng độ nhỏ tiến hành nghiên cứu benzen Từ kết khảo sát cho thấy 03 loại zeolit dung lượng hấp phụ benzen zeolit A thấp nhất, nhỏ nhiều so với hai loại zeolit lại, điều cho thấy phân tử benzen không vào bên lỗ xốp micropores Z-A hệ thống mao zeolit A có kích thước cửa sổ Å nhỏ so với đường kính động học benzen vào khoảng 5,85 Å Một phần benzen giữ lại tương tác yếu hệ thống π - benzen với tâm bề mặt Z-A khơng có q trình hấp phụ tràn đầy lỗ xốp than hoạt tính [29] Vì vậy, nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng thời gian tiếp xúc theo tầng rỗng đến trình loại bỏ benzen ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ benzen zeolit thực với hai vật liệu Z-Y, Z-M 41 3.4.2 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc theo tầng rỗng đến trình loại bỏ benzen Quá trình nghiên cứu tiến hành với tốc độ dịng khí từ 0,15 đến 0,45 lít/phút; 40 C0; lượng vật liệu hấp phụ 0,5 g; nồng độ đầu benzen 21,8 ppmv; thể tích cột chứa vật liệu 2,7 ml Kết nghiên cứu đưa bảng 3.4, 3.6 hình 3.10, 3.11 Bảng 3.8: Ảnh hưởng tốc độ dịng khí đến dung lượng hấp phụ Z-Y Tốc độ dòng Thời gian lƣu khí (l/phút) (s) 0,15 1,16 0,8341 0,30 0,58 0,8284 0,45 0,32 0,6958 TT Dung lƣợng hấp phụ Z-Y (mg/g) Bảng 3.9: Ảnh hưởng tốc độ dịng khí đến dung lượng hấp phụ Z-M Tốc độ dịng Thời gian lƣu khí (l/phút) (s) 0,15 1,16 0,7038 0,30 0,58 0,6833 0,45 0,32 0,5070 TT Dung lƣợng hấp phụ Z-M (mg/g) Từ kết nghiên cứu bảng 3.6 3.7 cho thấy nồng độ đầu vào benzen với thời gian lưu thấp 0,32 giây dung lượng hấp phụ vật liệu giảm đáng kể Chứng tỏ tốc độ dịng khí ảnh hưởng nhiều đến dung lượng hấp phụ, đặc biệt thời gian lưu không đảm bảo để phân từ khí khuyếch tán qua bề mặt vật liệu hấp phụ 42 Hình 3.11: Đường cong q trình hấp phụ benzen Z-Y tốc độ dòng khác Hình 3.12: Đường cong q trình hấp phụ benzen Z-M tốc độ dòng khác Từ kết nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ dòng đến khả hấp phụ hai vật liệu Z-Y Z-M cho thấy, với tốc độ 0,15 0,3 lít/phút dung lượng hấp phụ vật liệu thay đổi không nhiều Nhưng độ dốc đường cong cho hình 3.11 3.12 có khác nhau, tốc độ dịng 0,3 lít/phút có dốc so với đường 0,15 lít phút Tuy vậy, khơng có khác biệt nhiều hai tốc độ khảo sát này, tức khoảng tốc độ dòng khảo sát với nồng độ 43 benzen đầu vào tốc độ dịng khơng ảnh hưởng đến dung lượng hấp phụ vật liệu 3.4.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ benzen zeolit Quá trình khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ benzen zeolit tiến hành tương tự THT, hai nhiệt độ 400C 500C, thời gian hấp phụ khảo sát khoảng từ đến 60 phút, đường cong tích lũy benzen zeolit cho hình sau: Hình 3.13: Đường cong tích lũy benzen Z-M 40 500C Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ vật liệu Z-M cho thấy, tăng nhiệt độ khả hấp phụ benzen vật liệu Z-M tăng sau 40 đến 45 phút trình hấp phụ đạt cân Dung lượng hấp phụ cân động điều kiện khảo sát 0,7088 0,7701 với nhiệt độ 400C 500C, ứng 500C dung lượng hấp phụ cân động tăng xấp xỉ 8% so với 400C Chứng tỏ trình hấp phụ benzen vật liệu Z-M phụ thuộc vào nhiệt độ Kết nghiên cứu cho thấy phù hợp với kết nghiên cứu zeolit MOR zeolit β công bố tác giả Shuai Ban thuộc trường đại học Utrecht Utrecht, Netherlands [29] 44 Hình 3.14: Đường cong tích lũy benzen Z-Y 40 500C Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ vật liệu Z-Y tương tự kết khảo sát vật liệu Z-M, tăng nhiệt độ khả hấp phụ benzen vật liệu Z-M tăng sau 40 đến 45 phút trình hấp phụ đạt cân Dung lượng hấp phụ cân động điều kiện khảo sát 0,8421và 1,2247 với nhiệt độ 400C 500C, ứng 500C dung lượng hấp phụ cân tăng xấp xỉ 32% Từ hai kết nghiên cứu hình 3.13 3.14 cho thấy khả hấp phụ benzen vật liệu Z-Y tốt so với vật liệu Z-M Điều giải thích tác nhân benzen với đường kính động học 5,85 Å nhỏ nhiều so với kích thước hệ thống mao quản Z-Y khoảng từ Å, benzen dễ dàng di chuyển vào bên lỗ xốp vật liệu Z-Y giữ lại ỏ Trong khí đó, vật liệu Z-MOR với hai hệ thống mạng lưới kênh (lỗ xốp) đuợc hình thành 12 vịng oxi có kích thước 7,2x6,5 Å kích thước kênh nhỏ tạo thành từ vịng oxi có kích thước 5,7x2,9 Å nhỏ so với đường kính động học benzen, benzen khó khăn để di chuyển vào bên kênh nhỏ Đồng thời tỷ lệ Si/Al vật liệu Z-Y nhỏ nhiều so với vật liệu Si/Al kết cho bảng thành phần hóa học, 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 45 Ngoài ra, tạo thành tế bào nguyên tố tinh thể zeolit Y đơn vị sodalit liên kết qua thành phần, mặt thành phần có mặt tham gia liên kết mặt thành phần tự Chính mặt thành phần tự có tương tác trực tiếp với vịng benzen, làm khả hấp phụ vật liệu Z-Y nhiệt độ tăng tốt với vật liệu Z-M Theo kết nghiên cứu tác giả Shuai Ban cho thấy, trình hấp phụ benzen zeolit Y bắt đầu 10 kpa, tăng nhanh áp suất tăng, với vùng áp suất cao q trình hấp phụ biến đổi Với vùng áp suất thấp khả hấp phụ benzen zeolit Y phụ thuộc vào nhiệt độ nhiều so với zeolit mordenit [29] Các kết nghiên cứu khả hấp phụ benzen zeolit HY cho thấy, trình hấp phụ benzen zeolit HY tạo thành phức bền HYbenzen, nhiên thuộc loại hấp phụ vật lý, có hai dạng phức tạo liên kết benzen với H tương tác van der van (vdW) benzen bên vòng 12-T 4-T zeolit Đối với vật liệu zeolit HY trình hấp phụ benzen phụ thuộc vào tương tác benzen nhóm hydro mặt đơn vị tế bào, thơng thường nhóm H xác định thông quan phương pháp đo phổ IR [9] Tuy nhiên, kết nghiên cứu có mặt nhóm hydro tế bào khác như: Theo tác giả Jirák, tế bào đơn vị tìm thấy 21.1±5.5 H(1), 30.9±7.0 H(3), khơng có xuất H(2), H(4) Nhóm tác giả Czjzek [34], tìm thấy 28.6±1.0 H(1), 15.0 ±1.0 H(3), 9.5±1.0 H(2) khơng tìm thấy xuất H(4) Trong đó, nhóm tác giả Vitale tìm thấy có xuất bốn loại hydro đơn vị tế bào zelit HY [13] Kết nghiên cứu nhóm tác giả Fabien Jousse [36] đưa mơ hình tương tác benzen zeolit HY với tỷ lệ Si/Al= 2.43 có vị trí xuất tương tác cho hình 3.14 sau: 46 (a) (b) Hình 3.15: Mơ hình tương tác benzen zeolit HY (a): Liên kết benzen – H tương tác benzen với HY lực vdW (b): Hình ảnh vị trí benzen hai trường hợp tạo phức - Trong mơ hình H(1): Phân tử benzen tạo phức với proton H(1) (tạo phối trí với proton) cửa sổ vịng 12-T, lượng tương tác nhiệt độ (K) khoảng từ -58.8÷ -45.3 KJ.mol-1, khoảng cách benzen proton zeolit khoảng 2.4÷3 Å khoảng cách phụ thuộc vào điều kiện mơi trường - Trong mơ hình H(2): Phân tử benzen tạo phối trí với H(2) vịng 6-T, với lượng tương tác khoảng -56.8÷ -39.0 KJ.mol-1, khoảng cách tạo H(2) rộng so với H(1) H(2) liên kết với oxi cấu trúc nhô nhiều so với H(1) Khi tạo thành tương tác “zeolit oxy – hydro benzen” - Trong mô hình 2H(1): phân tử benzen tạo phối trí với proton H(1) hai vòng 12-T 4-T, lượng tương tác khoảng từ -56.7 ÷ -44.1 KJ.mol-1, khoảng cách benzen- 2H(1) khoảng từ 2.7÷4.5 Å Trong trường hợp không xuất tương tác (cả khoảng cách lượng) Zeolit O H benzen 47 - Trong mơ hình W: benzen vào ben cấu trúc vòng 12-T, tạo nên tương tác Zeolit O H benzen, tương tác đương đối ổn định có lượng tương tác -41,9 KJ.mol-1 Đối với kết nghiên cứu nhóm tác giả Siricharn S Jirapongphan [30], hấp phụ benzen zeolit HY xảy loại sau: H1, 2H1, H2, W thêm hai loại U6 U4 3.5 Định hƣớng ứng dụng xử lý benzen môi trƣờng Qua kết khảo sát cho thấy, với trình nghiên cứu khả hấp phụ benzen khơng khí nồng độ nhỏ 20 đến 40 ppmv khả hấp phụ vật liệu nghiên cứu than hoạt tính zeolit (Z-Y, Z-M) gần tương đương Tuy nhiên, đối khoảng nhiệt độ khảo sát nhỏ 50 0C vật liệu Z-Y có dung lượng hấp phụ tăng nhiệt độ tăng dung lượng hấp phụ vật liệu Z-M bị ảnh hưởng nhiệt độ tăng Với điều kiện khảo sát điều kiện thường tồn benzen phát sinh kho, bồn chứa nồng độ benzen nhỏ, nhiệt độ thay đổi theo mùa khoảng 20 đến 40 0C Trên sở kết khảo sát phần hướng ứng dụng xử lý benzen kho chứa theo hai phương pháp sau: Xử lý benzen phương pháp hấp phụ động: Q trình hấp phụ động tiến hành thơng qua thơng gió tự nhiên kho chứa, vật liệu hấp phụ đóng gói treo theo sơ đồ định phù hợp với đặc điểm nhà kho khác Sau thời gian, chúng gỡ xuống hoạt hóa để tái sinh dùng lại Xử lý benzen phương pháp hấp phụ qua cột: Khí chứa benzen (hoặc VOCs) thu hồi qua hệ thống bơm hút, sau dẫn qua hai cột hấp phụ liên tiếp Trong cột lớp vật liệu hấp phụ có khả giữ lại VOCs Khí sau qua cột hấp phụ số ngồi khơng khí Khi sử dụng vật liệu hấp phụ THT: Quá trình tái sinh sử dụng dịng nước nóng rửa giải trực tiếp cột (cột 3) để kéo VOCs khỏi lớp vật liệu hấp phụ Hỗn hợp dịng khí phía cột hấp phụ dẫn 48 qua bình ngưng hóa lỏng lẫn VOCs hai pha riêng rẽ VOCs nhẹ thu hồi, nước dẫn tới phận đun nước sôi để tái sử dụng.Sau mẻ hấp phụ, hệ thống tự động thay đổi vị trí van cột Các cột không di chuyển có hệ thống đường ống di chuyển Cột hấp phụ nhiều VOCs trở thành cột tái sinh cột hấp phụ trở thành cột 1, cột vừa tái sinh trở thành cột Đối với vật liệu zeolit trình tái sinh thay dịng nước nóng dịng khơng khí nóng Q trình xử lý dung mơi hữu bay VOCs, sử dụng thiết bị hấp phụ than hoạt tính Sơ đồ hệ thống hấp phụ sau: Hình 3.16: Sơ đồ xử lý VOCs sử dụng than hoạt tính 49 KẾT LUẬN Trong q trình thực luận văn tốt nghiệp, thu số kết sau: Đã tiến hành đánh giá tính chất đặc trưng vật liệu hấp phụ than hoạt tính, zeolite…bằng phương pháp phân tích đại: IR, SEM-EDX, BET Các vật liệu nghiên cứu khảo sát có diện tích bề mặt riêng lớn từ 450-915 m2/g, thể tích lỗ xốp lớn Vật liệu zeolit có kích thước hạt đồng đều, than hoạt tính có kích thước từ 0,5÷1mm Khảo sát khả tạo benzen: Nồng độ benzen tạo tăng tịnh tiến theo nhiệt độ, trình hấp phụ thu nhiệt nhiệt độ cao khả hấp phụ tăng Khi tốc độ dịng khí tăng dung lượng hấp phụ benzen than hoạt tính giảm, tốc độ dịng khí nhỏ 0.45 lít/phút không ảnh hưởng đến khả hấp phụ benzen than hoạt tính Khảo sát xác định điều kiện hấp phụ benzen THT, zeolit: vật liệu khảo sát có khả hấp phụ tốt khoảng nồng độ nhỏ khảo sát từ 20 40 ppmv; thời gian lưu benzen đạt 0.58 giây đến 1,16 giây Tốc độ khí 0,3 lít/phút sau khoảng 35 phút hệ bắt đầu đạt cân hấp phụ tương đương dung lượng hấp phụ cân động 40 50 0C 0,8690 0,5098 mg/g Trong loại vật liệu zeolit nghiên cứu zeolit A có khả hấp phụ benzen nhất, dung lượng hấp phụ đạt 0,21 ÷ 0,33 mg/g Vật liệu zeolit mordenite có dung lượng hấp phụ cân động điều kiện khảo sát 0,7088 0,7701 với nhiệt độ 40 0C 50 0C Vật liệu zeolit Y có dung lượng hấp phụ cân động điều kiện khảo sát 0,8421 1,2247 với nhiệt độ 40 0C 50 0C Bước đầu đề xuất phương án định hướng xử lý benzen kho chứa hóa chất nhằm giảm thiểu lượng benzen phát thải mơi trường, q trình xử lý benzen kho chứa thực theo hai phương pháp: Phương háp hấp phụ thụ động phương pháp hấp phụ cột 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh [1] A.F-Coseron and et, “Adsorption of volatile organic compounds in pure silica CHA, BEA, MFI and STT-type zeolites”, Microporous and mesoporous materials 173 (2013) 147-154 [2] Abdul Halim Abdul Karim Mohammed, Ibtehal Kareem Shakir, Karim Khalifa Esgair, “The use of prepared zeolite Y from Iraqi kaolin for fluid catalytic cracking of vacuum gas oil”, Journal of Engineering, V19, No.10, (2013) [3] Abdulrahman Bahrami, Hosien Mahjub, Marzieh Sadeghian, Farideh Golbabaei, “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, 12, 2011 [4] Austin Shepherd, Activated carbon adsorption for treatment of VOC emissions, Boston Massachusetts, 2001 [5] B Silva and et (2011), “Reutilization of Cr-Y zeolite obtained by biosorption in the catalytic oxidation of volatile organic compounds”, Journal of Hazardous materials, 192, PP 545-553 [6] C.L Chuang, P.C Chiang, E.E Chang (2003), “Modeling VOCs adsorption onto activated carbon”, Chemosphere, PP.17 [7] Chaiwat Rongsayamanont, Khaornak Sopajaree, “Modification of synthetic zeolite pellets from Lignite Fly Ash B: Treatability study, World of coal ash, Covington Kentucky-USA, 2007 [8] D Mehandjiev, A Naydenov, G Ivanov (2001), “Ozone decomposition, benzene and CO oxidation over NiMnO3- ilmenite and NiMn2O4-spinel catalysts”, Applied Catalysis A: General 206, PP 13-18 [9] Dombrowski, Jürgen Hoffmann, Johanna Fruwert, Infrared spectroscopic investigation of Hydroxy-group siting in H Faujasites, J Chem Soc., Faraday 10] Fabien Jousse, Scott M Auerbach, Daniel P Vercauteren, “Adsorption sites and diffusion rates of benzene in HY zeolite by force field based simulations”, 51 J Phys Chem B, 104, 2360-2370, 2000 [11] Feng Dong Yu, Ling Ai Luo, Georges Grevillot, “Adsorption isotherms of VOCs onto an activated carbon monolith experimental measurement and correlation with different models”, J Chem Eng Data 2002, 47,467-473 [12] Frédéric Delage, Pascaline Pré, Pierre Le Cloirec, “Effects of moisture on warming of activatied carbon bed during VOC adsorption”, J Environ Eng 125, 1160, 1999 [13] G Vitale, L.M Bull, B.M Powell, A.K Cheetham, “A neutron diffraction study of the acid form of zeolite Y and its complex with Benzene”, J Chem.Soc., Chem Com, 1995, 2253-2254 [14] H Robsin, Verified synthesis of zeolitic materials, Elsevier Science B.V, 6971 (2001) [15] Huimin Zheng, Liang Zhao, Qing Yang, Jinsen Gao, Baojian Shen, Chunming Xu, “Influence of Framework Protons on the adsorption sites of the Benzene/HY system”, Ind Eng Chem Res 2014, 53,13610-13617 [17] Huimin Zheng, Liang Zhao, Qing Yang, Shanqing Dang, “Insight into the adsorption mechanism of Benzene in HY zeolites: the effect of loading”, RSC Advances, 1-27, 2016 [18] Isabel A.A.C Esteves, Marta S.S Lopes, Pedro M.C Nunes, José P.B Mota (2008), “Adsorption of natural gas and biogass components on activated carbon” Saparation and purification technology, 62, PP 281 [19] Jons S Gulliver (2012), Transport and Fate of chemical in the environment Springer [20] M.A Lillo-Ródenas, D.Cazorla-Amorós, A Linares-Solano, “Behaviour of activated carbons with different pore size distributions and suface oxygen groups for benzene and toluen adsorption at low concentrations”, Carbon 43, 1758, 2005 [21] Marsh Harry, Fransisco Rodriguez – Reinoson (2006), “Activated carbon”, Elsevier Spain [22] Mirjam Czjzek, Hervé Jobic, “Direct determination of proton positions in D-Y 52 and H-Y zeolite samples by neutron powder diffraction”, J Phys Chem, 1992, 96, 1535-1540 [23] Mohamed Mkhtar Mohame, Tarek M Salama, “Effect of mordenite dealumination on the structure of encapsulated molybdenum catalysts”, Journal of Colloid and Interface science 249, 104-112, (2002) [24] Principles of toxicology (2000), Environmental and industrial applications, Jonh Wiley & Sons [25] R.Koch, 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 [26] Ralf Koppmann (2007), Volatile organic compounds in the atmosphere, Blackwell Publishing [27] Ransal R.C, Goyal M, Activated carbon adsroption, Taylor & Francis Group, USA, 2005 [28] Saad F Tahir, Carolyn A Koh (1997), “Catalytic oxidation of ethane over supported metal oxide catalysts”, Chemosphere, Vol.34, No.8, PP 1787-1793 [29] Shuai Ban - Utrecht University, Utrecht, Netherlands, Computer Simulation of zeolites: Adsorption, diffusion and dealumination, 2009 [30] Siricharn S Jiraponghan, Juliusz Warzwoda, David E Budil, Albert Sacco Jr, “Simulation of benzene adsorption in zeolited HY using supercage – based docking”, Microporous and Mesoporous Materials 94, 2006, 358-363 [34] Suleeporn Sangrajang (2008), Toxicological review of benzene: cancer aspect, Thai cancer journal [35] Takuji Yamamoto, Sho Kataoka, Takao Ohmori, “Characterization of carbon cryogel microspheres as adsorbents for VOC”, Journal of Hazardous Materials 177 (2010) 331-335 53 [36] Wen-His Cheng (2008), “Adsorption characteristics of granular activated carbon and SPME indication of VOCs breakthrough”, Aerosol and Quality research, Vol.8, N0.2, PP.178 [37] William F Naylor, Dennis O Rester, “Determining activated carbon performance”, Pollution Engneering, 1995, 28-29 [38] Wtodzimierz Mozgawa, Magdalena Król, Katarzyna Barczyk, “FT-IR studies of zeolites from different structural groups”, CHEMIK, 65, 7, 667-674, (2011) [39] Yuan Gao, Li LI, Jianjun Zhang, Wenjuan Shu and Liqiong Gao, “Simultaneous determination of triacetin, acetic ether, butyl acetate and amorolfine hydrochloride in amorolfine liniment by HPLC”, Pak.J Pharm Sci, Vol 25, No.2, 389, 2012 Tiếng Việt [40] Trần Quang Sáng, Đỗ Ngọc Khuê, Lê Huy Du (2011), “Nghiên cứu ảnh hưởng kích thước hạt đến khả hấp phụ than hoạt tính dạng bột”, Tạp chí Hóa học, T.49(3),tr 336 [41] Huỳnh Thị Ngọc Trinh, Nguyễn Thị Yến Nhị, “Nghiên cứu cấu trúc tính hấp phụ amonium nước Than Trà Bắc”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, số 6, 2012 54 ... Nguyễn Thị Ngân NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN HẤP PHỤ HƠI BENZEN CỦA THAN HOẠT TÍNH, ZEOLIT A, ZEOLIT Y, ZEOLIT MOR VÀ ĐỊNH HƢỚNG XỬ LÝ HƠI BENZEN TRONG MÔI TRƢỜNG Chuyên ngành: Hóa mơi trường Mã số:... Vì v? ?y, nội dung đề tài ? ?Nghiên cứu xác định điều kiện hấp phụ benzen than hoạt tính, Zeolit - A, zeolit - Y, zeolit - MOR định hướng xử lý benzen mơi trường? ?? với mục đích xây dựng định hướng. .. tán benzen vào lỗ xốp than, khơng ảnh hưởng đến q trình hấp phụ than 3.4 Khảo sát khả hấp phụ benzen số loại zeolit (A, Y, MOR) Tương tự trình nghiên cứu khả hấp phụ benzen THT, nghiên cứu khả hấp