Nghiên cứu công nghệ loại bỏ hiệu quả chất ô nhiễm AmôniNitơ trong môi trường nước bằng phương pháp: ozôn hóa xúc tác

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HÓA HỌC BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KHCN THUỘC CÁC HƢỚNG KHCN ƢU TIÊN CẤP VIỆN HÀN LÂM KHCNVN TÊN ĐỀ TÀI Nghiên cứu công nghệ loại bỏ hiệu chất ô nhiễm Amôni-Nitơ mơi trường nước phương pháp: ozơn hóa xúc tác Mã số: VAST.07.01/18-19 H KHCN u t v C :M tr ệ tr v t :Vệ H t : T s L H G H Nộ , 5/2020 ã VAST07) VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HÓA HỌC BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KHCN THUỘC CÁC HƢỚNG KHCN ƢU TIÊN CẤP VIỆN HÀN LÂM KHCNVN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ LOẠI BỎ HIỆU QUẢ CHẤT Ô NHIỄM AMONINITƠ TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC BẰNG PHƢƠNG PHÁP: OZƠN HĨA XÚC TÁC Mã số: VAST.07.01/18-19 H C KHCN u t : M tr v v Vệ H ệ t : ThS Lê Hà Giang ã Chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trì ThS Lê Hà Giang TS Hoàng Mai Hà VAST07 Xác nhận Hội đồng nghiệm thu cấp Viện Hàn lâm KHCNVN* P ả bệ P ả bệ H ộ , 5/2020 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH iii DANH MỤC BẢNG iii KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT iii THÔNG TIN CHUNG CỦA ĐỀ TÀI v SẢN PHẨM ĐỀ TÀI ĐẠT ĐƢỢC SO VỚI ĐĂNG KÝ vi BÁO CÁO ĐỀ TÀI MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU H ệ trạ ễ ễ o 1.1 T ễ o tr t ế 1.2 T ễ o tạ V ệt N 1.2.1 T ễ o tầ 1.2.2 T ễ o tro Cá p p áp xử o ầ uồ 3 T ứu xử o tr t ế bằ p p áp ozo e xúc tác 4 T V ệt N xử bằ o p v ột số p áp ozo e ất ữu ộ tro tr tạ CHƢƠNG II CÁC PHƢƠNG PHÁP, KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI 2.1 Tổ p xú tá 2.2 Kỹ t uật p â tí 2.3 T ự ệ á oạt tí xú tá 2.4 Thực nghiệ á oạt tính xúc tác mẫu c thật CHƢƠNG III: BÁO CÁO CHI TIẾT CÁC SẢN PHẨM ĐỀ TÀI 3.1 ặ tr vật ệu xMCG 3.1.1 Kết p â tí 3.1.3 Ả XRD TEM 10 3.1.4 Kết BET 10 3.2 ặ tr vật ệu Fe-Co/D 11 3.2.1 Kết p â tí XRD 11 3.2.2 Kết p â tí EDX 11 3.2.3 Ả SEM 11 3.2.4 Kết BET 12 3.3 T số v tí 3.4 Kết t ất ệ ột số oạ xú tá sử dụ oạt tí xú tá tr i tro oạ bỏ NH4+ bằ t 12 ozo 13 3.4.1 tro p ò oạt tí xú tá v ột số u ệ ả ế p ả ứ t í ệ 13 3.4.2 K ả ấp p ụ v ò t O3 tro xú tá v du d 13 3.4.3 Ả ệt ộ tro tr xử o tr ệ xú tá 14 3.4.4 Ả ất ữu 3.5 N ứu ột số u xú tá 15MCG quy t í 3.5.1 Ả 3.5.2 Ả 3.5.3 Ả 3.6 á ộ tro tr xử o 14 ệ ả ế tr xử o tr ệ ệ 15 o ầu v o 15 pH 15 xú tá , o tro ệu oạ bỏ o tr du xú tá d 16 ạt Fe-Co/D 18 3.7 á ệu oạ bỏ o tr ẫu t ự tế tr xú tá bột 15MCG v ạt Fe-Co/D 18 3.8 á s át tr xử 19 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 ii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 2.1 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Sự p â bố uồ tr t ế Quá tr oxy o v u ệ vắ ặt v ặt ất xúc tác [9] ộ sả p ẩ tr oxy o tr ệ xú tá khác ng chuẩn c a NH4+, NO2-, NO3G ả XRD xMCG, GO ,b v M O/Co3O4 (c) P ổ FTIR xMCG Ả SEM v TEM xMCG Gả ễu xạ XRD Ả SEM ; KOH tre ted o te (b); Fe/D (c); Fe-Co/D (d) K ả ấp p ụ v ò t O3 tro xú tá v du d H ệu oạ bỏ o , ộ sả p ẩ tr xú tá ệt ộ u H ệu p â yp e o v o tro ù ột du d tr ệ xú tá Fe-MgO/CNT Fe-Fe3O4/GO sử dụ tr ozo , P e o 50 /L, NH4+ 50 mg/L T=50oC; 1g/L xúc tác, pH =7 , 12mg/L O3 Ả o ầu v o tr ệ xú tá 15MCG Ả pH tro tr p â y o v xúc tác 15MCG Ả số u ệ tro p ả ứ ozo e p â y o xúc tác xMCG Ả xú tá v o p ả ứ ozo e p â y o tr xú tá xMCG á ệu oạ bỏ o tr xú tá ạt Fe-Co/D DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 3.6 Cá t số ặ tr MC v xMCG t eo p Kết p â tí EDX ẫu Fe-Co/D T số b ặt xú tá T số xú tá sử dụ tro t H ệu xử o tro ẫu t ự tế tr Fe-Co/D C p í sả xuất Fe-Co/D p áp BET ệ xú tá 15MCG v KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT AOPs BET Fe-Fe3O4/GO Fe-MgO/CNT P p áp oxy â o P p áp ẳ ệt ấp p ụ - ấp p ụ Ox t sắt, sắt tr tr r p e ox t Ox t sắt, ox t e tr bo o tube iii t EDX Fe3O4/GO GO FE-SEM FT-IR TEM HPLC HR-TEM D D-KOH Fe/D Fe-Co/D xMCG 15MCG P p áp p ổ tá sắ t X Fe3O4 graphen oxit graphen oxit P p áp ể v ệ tử quét P p áp p ổ oạ P p áp í ể v ệ tử truy qu P p áp sắ ỏ ệu o P p áp ể v ệ tử truy qu ộ p â Do o te b ầu Do o t b ế tí v hydroxit Ox t sắt tr Do o t Ox t s t, ox t ob tr Do o t Oxit magie, Oxit coban graphen oxit Ox t e, Ox t ob tr r p e ox t r p e ox t 15% v ố iv ả o THÔNG TIN CHUNG CỦA ĐỀ TÀI T t : Nghiên cứu công nghệ loại bỏ H KHCN u t : K o hiệu chất ô nhiễm Amôni-Nitơ Vật ệu môi trường nước phương pháp: ozơn Mã số : VAST07 hóa xúc tác Mã số t : VAST.07 01/18-19 T t ự ệ :2 Từ 01/2018 ế Cấp : Vệ 12/2019 KH&CNVN Kinh phí - Tổ số: 600 tr ệu Tro , từ â sá SNKH: 600 tr ệu P t ứ oá : - K oá từ p ầ , tro +K +K C p í o p í H â ố : 405,000,000 o oá : 195,000,000 ệ t -H v t :L H G -H , -P ò uy - ệ t oạ ố - ệ t oạ d v - v : T sỹ :H ộ B : 38361145 : 0974858796 tr t :Vệ H ệ t oạ : 04-37564312 ỉ: V ệ H ặt -N F x: 04-38361145 E-mail: giangnasa86@gmail.com Fax: 04-38361283 E-mail: vanthu@ich.vast.vn A18,Ho Quố V ệt, Cầu G ấy,H Nộ Mụ t u t Nghiên cứu xử lý NH4+-N tro tr c bằ p p áp oxy - khử sử dụ p p áp oz xú tá ằ ạt hiệu cao cho q trình xử lý chất nhiễm NH4+-N tro c 10 N ữ ộ du  Nội dung 1:Thuyết minh nhiệm vụ  Nội dung 2: Tổng quan v tình hình nghiên cứu xử lý NH4+-N tro v o c +  Nội dung 3: Tổng h p số hệ xúc tác có khả uyển hóa NH4 -N v ộ ch n l c N2 o ệ xúc tác oxit coban, oxit sắt, oxit coban- sắt, oxit mangan- sắt,…  Nội dung 4:Tổng h p số hệ xúc tác compozit coban oxit/ chất mang, oxit sắt/ chất mang,  Nội dung 5: á oạt tí v ộ ch n l xú tá ối v i hệ xúc tác tổng h p tìm hệ xúc tác tố u, ệu cao xử lý NH4+-N  Nội dung 6:Khảo sát thông số pH, nồ ộ xúc tác, nồ ộ NH4+-N, nồ ộ + ozo tro ể ạt hiệu suất xử lý NH4 -N cao  Nội dung 7: Xử t ệ qu p ị t í ệ v tố u t số ả ế ệu xuất xử  Nội dung 8: Tổ ết, á ết t ự ệ v T T SẢN PHẨM ĐỀ TÀI ĐẠT ĐƢỢC SO VỚI ĐĂNG KÝ Số Tên sản phẩm Yêu cầu đề tài lƣợng Sản phẩm dạng I Vật ệu xú tá ệu o tro xử NH4+-N Bài7 báo 50 g 01 Thực tế -04 xúc tác -Kí t ạt o 50 – 300 nm ạt y u ầu v - ạt ỉt u xú tá í t ạt d ệ tí b ặt 50 – 300 m2/g -02 xúc tác - ột t ể 20 -50% ạt y u ầu v - H ệu suất >90%, ộ uyể ệu suất v >80% ộ uyể hóa -01 B báo tr tạp í -01 báo uy t uộ SCI/SCI-E SCI-E -01 b báo tr tạp í -01 Bài báo uy tro oặ ộ tạp í quố , quố tế, Sản phẩm dạng II Quy tr tổ xú tá bột Quy trình xử lý c ô nhiễm + NH4 -N môi 01 tr c p p áp ozo hóa xúc tác 8o tạo p 01 01 Quy tr ổ , xú tá ạt y u ầu: -Kí t ạt o 50 – 300 nm - ạt ỉt u xú tá d ệ tí b ặt 50 – 300 m2/g -01 quy trình bột -01 quy trình ạt -01 quy trình Quy tr ổ v t số ạt ệu suất ã tố u o ệu suất oxy >90%, ộ hóa NH4+-N o ệu suất uyể >90%, ộ uyể >80% >80% T o tạo 01 t sĩ - ã ấp bằ 01 t sỹ -01 Mức độ đạt đƣợc nƣớc thực tế chứa hàm lƣợng amoni cao sau xử lý amoni STT Chỉ tiêu Nƣớc sau xử lý Thực tế QCVN: 02 01 pH 20% hình thành thêm pha oxit MgO vô dễ v o du d ox t M O, pH = 10.7 C ế tr oxy 6.8 6.45 pH s u p ả ứ 6.23 pH oạt s 5MCG 10MCG 15MCG 20MCG 25MCG Điều kiện: pH 9; 0,6g/L, 50oC; 2h, 30MCG Hình 3.11.Ả số u ệ tro p ả ứ ozo e p â y o tr xúc tác xMCG t ể t ể ệ s u: [40, 41] Tỷ lệ (%N ) sản phẩm 100% 90% 80% 70% Gas 60% NO2 50% NO3 40% NH4 30% 20% 10% 0% 0,1g/L 0,3g/L 0,6g/L 1g/L 2g/L 3g/L Hàm lƣợng xúc tác Tỷ lệ (% N) sản phẩm 100% OH   S  OH  S (1) O3  OH  S  O3  S  OH (2) O3  S  O  S  O (3) O3  O  S  O 2  S  O (4) O3  GO  O 2  (5) O3  OH   HO  O 2  (6) O3  HO  OH  2O (7)  O3  O   OH 90% 80% 70% Gas 60% NO2 50% NO3  NH  OH  NH  H 2O (9) NH  OH  N  H O  5H NH4 40% (8)   (10)  NH   OH  NO  4H 2O  3H  (11) 30% 20% NO 2   OH  NO3  H 2O 10% 0% Khong ion SO4 CO3 Br Ca2+  NH   OH  NO  5H 2O  H Na2+ Các ion tồn dung dịch Hình 3.12 Ả amoni xúc tác xMCG xú tá v ion p ả ứ 17 ozo e p â (12)  (13) y 3.6 Đánh giá hiệu loại bỏ amoni xúc tác dạng hạt Fe-Co/D a b Hình 3.13 á ệu oạ bỏ o tr xú tá ạt Fe-Co/D + Kết 3.13 o t ệu p â y NH4 o từ 86-96 % tùy từ xú tá sử dụ V o te b ế tí KOH o oạt tí xú tá 86% ộ sả p ẩ í N2 t ấp ạt 45% K bổ su t Fe v o ẫu o te b ế tí Fe orpor ted o te ộ uyể t ể ộ từ + 45.25 lên 65.13 % v ệu suất xử NH4 t từ 86% lên 89.9% C ất xú tá Fe-Co/D ứ dụ xử o tro NH4+ 50 /L ộ uyể NH4+ ạt 95.76% v ộ í t 77.68% C ất xú tá Fe-Co/D oạt ộ ổ , ộb o s u u ỳ tá s xú tá v ạt ộ uyể tr 90%, ộ í N2 từ 66.13 ế 77.68%, tro u ệ p ả ứ pH = 9, u ozo 30 /p út, xú tá /L, t p ả ứ 120 p út v tố ộ uấy 600 vò /p út, ệt ộ p ả ứ 50oC H ệu xú tá y u o so v ột số tr ã bố [19, 46] 3.7 Đánh giá hiệu loại bỏ amoni mẫu nƣớc thực tế xúc tác dạng bột 15MCG dạng hạt Fe-Co/D Lấy ẫu ầ v bảo : TCVN 6000-1995 ISO 5667-11:1993 Mẫu bảo ự u ệ ệt ộ p ò v ẫu s V ệ H Lâ K o v C ệ V ệt N Mẫu ầ từ b C T T Cụ 4, Hạ Hộ – Tâ Lập – P – H Nộ Quá tr t ự ệ t í ệ tr ệ p ot tả tro p ầ p ụ ụ Kết p â tí ẫu ầ tr v s u xử tr b y tro bả sau: Bảng 3.5 H ệu xử Chỉ tiêu thử nghiệm Đơn vị o tro ẫu t ự tế tr Co/D Mẫu nƣớc Mẫu nƣớc trƣớc xử lý sau xử lý Xúc tác Fe-Co/D (1g/L), 50oC 18 ệ xú tá 15MCG v FeMẫu nƣớc sau xử lý Xúc tác 15MCG (0.6g/L) 50oC Phƣơng pháp phân tích pH - 7,0 7,0 7,0 TCVN 6492:2001 NH4+_N mg/l 24,78