Tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng của vật liệu hấp phụ từ bã mía kết hợp bùn đỏ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ THỊ KIM ANH TỔNG HỢP, ĐẶC TRƯNG VÀ ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ BÃ MÍA KẾT HỢP BÙN ĐỎ Chuyên ngành : Kỹ thuật Hóa học Mã số: 60520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2018 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học : PGS TS Nguyễn Quang Long (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : PGS.TS Nguyễn Đ nh Thành (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : TS Ngô Thanh An (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 27 tháng 01 năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Chủ tịch: PGS.TS Ng Mạnh Th ng Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Đ nh Thành Phản biện 2: TS Ngô Thanh An y viên: TS Đào Thị Kim Thoa y viên, thư ký: TS Nguyễn Văn D ng Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KTHH ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lê Thị Kim Anh MSHV: 1570164 Ngày, tháng, năm sinh: 09-10-1986 Nơi sinh: Đồng Nai Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số : 60520301 I TÊN ĐỀ TÀI: Tổng hợp, đặc trưng ứng dụng vật liệu hấp phụ từ bã mía kết hợp bùn đỏ II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: − Nghiên cứu tạo vật liệu khác để ứng dụng xử lý H2S từ nguồn nguyên liệu ban đầu bùn đỏ bã mía − Phân tích đặc trưng vật liệu vật liệu xử lý H2S tạo từ nguyên liệu ban đầu bùn đỏ bã mía − Khảo sát yếu tố tổng hợp vật liệu ảnh hưởng đến khả hấp phụ H2S Đánh giá khả hấp phụ khí CO2 III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 10/07/2017 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/12/2017 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): PGS TS Nguyễn Quang Long Tp HCM, ngày tháng năm 2018 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Lời em xin kính gửi lời cảm ơn đến Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh, Khoa Kỹ thuật Hóa học Phịng Đào tạo Sau đại học có chương tr nh học hay hỗ trợ nhiệt t nh để em hồn thành khóa học Đặc biệt em kính gửi lời cảm ơn sâu s c đến Thầy Nguyễn Quang Long tận t nh hướng dẫn, giúp đỡ em tr nh học c ng tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn Ngồi ra, em kính gửi lời cảm ơn em đến Thầy Phan Thanh Sơn Nam – trưởng khoa Kỹ thuật Hóa học tư vấn, hướng dẫn cho em từ bước chân vào Trường, c ng hỗ trợ cho em hết m nh đến bảo vệ luận văn Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến tập thể Thầy/C khoa Kỹ thuật Hóa học giảng dạy cho em học phần bổ ích chương tr nh, giúp em có kiến thức để hồn thành luận văn Em c ng kính gửi lời cảm ơn em đến Trường Đại học C ng nghiệp Thực phẩm, Thầy Trưởng khoa C ng nghệ Hóa học tạo điều kiện c ng hỗ trợ em tr nh học c ng làm luận văn Trường ĐH Bách Khoa c ng làm luận văn Trung tâm C ng nghệ Việt – Đức Trường Em c ng xin gửi lời cảm ơn đến bạn chung lớp hỗ trợ m nh tr nh học, c ng bạn sinh viên, học viên thực đề tài phịng Thí nghiệm Xúc tác, cảm ơn v bạn nhiệt t nh hướng dẫn m nh tr nh làm phòng, hỗ trợ dẫn m nh điều m nh chưa biết phòng, hướng dẫn m nh sử dụng thiết bị cách nhiệt t nh Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn đến tất Thầy/C , đồng nghiệp bạn sinh viên Kính chúc Thầy/C , đồng nghiệp bạn sinh viên sức khỏe thành c ng TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn tr nh bày cách tạo mẫu theo tỉ lệ khác từ nguyên liệu ban đầu bùn đỏ, bã mía bentonite Kết tr nh tạo mẫu 12 mẫu với tỉ lệ mẫu khác 334,424,514 (bã mía- bùn đỏ-bentonite), đem nung nhiệt độ nung khác 200oC, 300oC, 400oC 500oC thời gian Vật liệu sau nung đem kiểm tra độ hấp phụ H2S CO2 Kết thu vật liệu có tỉ lệ bã mía (30 ) bùn đỏ (30 ) bentonite (40 ) nung nhiệt độ 400oC có khả hấp phụ tốt H2S (49mgS/g) CO2 Lựa chọn hai mẫu có khả hấp phụ tốt đo đặc tính FTIR, XRD, BET, SEM LỜI CAM ĐOAN T i xin cam đoan c ng tr nh nghiên cứu khoa học độc lập riêng t i Các số liệu sử dụng phân tích luận văn có nguồn gốc rõ ràng, c ng bố theo quy định Các kết nghiên cứu luận văn t i tự t m hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn Việt Nam Các kết chưa c ng bố nghiên cứu khác Học viên cao học Lê Thị Kim Anh MỤC LỤC CHƢƠNG ĐẶT VẤN ĐỀ CHƢƠNG TỔNG QUAN 2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÁC NGUỒN NĂNG LƢỢNG 2.1.1 Nguồn lƣợng biogas 2.2 CÁC NGUỒN Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ 10 2.2.1 Phân loại chất thải khí thải cơng nghiệp 11 2.2.2 Phƣơng pháp xác định chất ỗ nhiễm khơng khí 12 2.3 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ TH I 12 2.4 GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ BÙN ĐỎ KẾT HỢP VỚI BÃ MÍA 13 2.4.1 Cơng nghệ thải bùn đỏ đặc tính bùn đỏ 13 2.4.2 Bã mía 15 2.5 HẤP PHỤ .16 2.5.1 Khái niệm 16 2.5.2 Mơ hình hấp phụ 17 2.6 CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN .19 2.6.1 CÁC CƠNG TRÌNH TRONG NƢỚC 19 2.6.2 CÁC CƠNG TRÌNH NƢỚC NGOÀI 19 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 21 3.1 PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN 21 3.1.1 Tổng hợp vật liệu 21 3.1.2 Khảo sát đặc trƣng vật liệu 29 3.1.3 Khảo sát khả xử lý H2S CO2 biogas 33 CHƢƠNG KẾT QU VÀ BÀN LUẬN 36 4.1 ĐẶC TÍNH CỦA NGUYÊN LIỆU .36 4.1.1 Bùn đỏ 36 4.1.2 Bã mía 39 4.2 ĐẶC TÍNH CỦA VẬT LIỆU 43 4.2.1 Tỷ lệ mẫu vật liệu sau tạo 43 HVTH: LÊ THỊ KIM ANH LUẬN VĂN THẠC SĨ 4.2.2 Kích thƣớc 44 4.2.3 Lực tạo hạt 44 4.2.4 Lực vỡ hạt 46 4.3 khảo sát khả hấp phụ khí .47 4.3.1 Hấp phụ khí H2S 47 4.3.2 Hấp phụ khí CO2 51 4.4 CẤU TRÚC VẬT LIỆU 55 4.4.1 Phổ nhiễu xạ tia X 55 4.4.2 Phổ hồng ngoại FTIR 56 4.4.3 Phân tích nhiệt vi sai (DTA – TG) 58 4.4.4 Diện tích bề mặt (BET) 59 4.4.5 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 61 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64 5.1 KẾT LUẬN 64 5.2 KIẾN NGHỊ 64 HVTH: LÊ THỊ KIM ANH LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH nh XRD bùn đỏ [5] .15 nh Sự biến đổi pha tinh thể theo nhiệt độ đốt cháy [6] .15 nh ánh giá độ b n c h c tr n h t ri ng l theo chi u d c; theo chi u ngang) .21 nh m a nguy n liệu k ch th c< , 5mm .29 nh áy nghi n dao 29 nh Tủ s y v l nung 32 nh Xilanh để t o m u 33 nh ng chu n Zn Cu 38 nh ết qu ph n t ch nhiệt DT -TG bùn đỏ 39 nh ết qu nh ết qu XRD bùn đỏ 40 T R bùn đỏ 39 nh ết qu ph n t ch nhiệt DT -TG b m a 42 nh ết qu nh ác m u v t liệu nung nhiệt độ o gi .44 nh ác m u v t liệu nung nhiệt độ gi .44 nh ác m u v t liệu nung nhiệt độ gi .45 nh T R b m a .43 ác m u v t liệu nung nhiệt độ gi 45 nh h nh lực t o h t 46 nh Qu c n s t 46 nh ng cong tr nh h p ph 2S v i v t liệu nung t i nh ng cong h p ph tr nh h p ph 2S t i nhiệt độ o C 49 o C 50 nh ng cong tr nh h p ph 2S v i v t liệu h p ph đ ợc nung C (F = L/h; C0 = 1000 ppm; D = 0,8 cm) 51 o nh ng cong tr nh h p ph oC (F = 2S v i v t liệu nung L/h; C0 = 1000ppm; D = 0,8 cm) 52 nh ết qu đo XRD m u HVTH: LÊ THỊ KIM ANH 56 LUẬN VĂN THẠC SĨ nh ết qu đo XRD m u nh ết qu T R m u 57 nh ết qu T R m u 58 nh ết qu T R m u 58 nh ết qu ph n t ch nhiệt DT -TG m u 59 nh ết qu ph n t ch nhiệt DT -TG m u 59 nh ết qu ph n t ch nhiệt DT -TG m u 60 56 nh ết qu đo diện t ch b m t v t liệu 60 nh ết qu đo diện t ch b m t v t liệu 61 nh ết qu đo diện t ch b m t v t liệu 61 nh nh ch p S v t liệu 422 .62 nh nh ch p S v t liệu 63 nh ch p S v t liệu 63 nh HVTH: LÊ THỊ KIM ANH LUẬN VĂN THẠC SĨ H nh F3.1 Đồ thị C C0 m u 33432 nung 300C FN2 = 200ml/ph HVTH: LÊ THỊ KIM ANH 81 LUẬN VĂN THẠC SĨ H nh F3.2 Đồ thị C C0 m u 424 nung 300C FN2 = 200ml/ph H nh F3.3 Đồ thị C C0 m u 432 nung 300C FN2 = 200ml/ph G Số liệu thí nghiệm hấp phụ CO2 ứng với tỉ lệ m u nung G C =100 ml/ph, D=0,8 cm Bảng G T lệ C Co m u nung 400C FN2= 100ml/ph Th i gian C/C0 3-3-4 4-2-4 5-1-4 40 1,01 0,99 0,96 80 0,83 0,70 0,93 120 0,87 0,91 0,88 160 0,95 0,94 0,93 200 1,01 0,96 0,96 240 1,02 0,96 0,94 280 1,01 0,98 0,96 320 0,97 0,96 0,96 360 1,04 0,98 1,01 HVTH: LÊ THỊ KIM ANH 82 LUẬN VĂN THẠC SĨ 400 0,99 0,98 0,99 H nh G1.1 Đồ thị C C0 m u 33442 nung 400C FN2 = 100ml/ph HVTH: LÊ THỊ KIM ANH 83 LUẬN VĂN THẠC SĨ H nh G1.2 Đồ thị C C0 m u 42442 nung 400C FN2 = 100ml/ph H nh G1.3 Đồ thị C C0 m u 442 nung 400C FN2 = 100ml/ph G 2=150 ml/ph, D=0,8cm BảngG.2 T lệ C Co m u nung 400C FN2= 150ml/ph Th i gian s C/C0 3-3-4 4-2-4 5-1-4 40 0,99 0,96 1,00 80 0,70 0,82 0,91 120 0,83 0,87 0,91 160 0,93 0,89 0,98 200 0,94 0,92 0,97 240 0,99 0,93 1,00 280 0,99 0,92 0,98 320 0,97 0,93 0,98 360 0,99 0,93 0,98 HVTH: LÊ THỊ KIM ANH 84 LUẬN VĂN THẠC SĨ 400 0,96 0,95 0,98 H nh G2.1 Đồ thị C C0 m u 33442 nung 400C FN2 = 150ml/ph HVTH: LÊ THỊ KIM ANH 85 LUẬN VĂN THẠC SĨ H nh G2.2 Đồ thị C C0 m u 42442 nung 400C FN2 = 150ml/ph H nh G2.3 Đồ thị C C0 m u 442 nung 400C FN2 = 150ml/ph G 2=200 ml/ph, D=0,8 cm Bảng G.3 T lệ C Co m u nung 400C FN2= 200ml/ph Th i gian s C/C0 3-3-4 4-2-4 5-1-4 20 0,99 1,01 1,00 40 0,99 1,03 1,01 60 0,99 0,99 0,98 80 1,02 0,93 1,00 100 0,72 0,93 0,88 120 0,80 0,90 1,03 140 0,89 0,93 1,03 160 0,92 0,95 0,98 180 0,97 0,98 0,98 200 0,99 0,99 0,98 HVTH: LÊ THỊ KIM ANH 86 LUẬN VĂN THẠC SĨ H nh G3.1 Đồ thị C C0 m u 33442 nung 400C FN2 = 200ml/ph HVTH: LÊ THỊ KIM ANH 87 LUẬN VĂN THẠC SĨ H nh G3.2 Đồ thị C C0 m u 42442 nung 400C FN2 = 200ml/ph H nh G3.3 Đồ thị C C0 m u 442 nung 400C FN2 = 200ml/ph H Số liệu thí nghiệm hấp phụ CO2 ứng với tỉ lệ m u nung C H.1 Lƣu lƣợng N2 =100 ml/ph, D=0,8 cm Bảng H T lệ C Co m u nung 500C FN2= 100ml/ph Th i gian s C/C0 3-3-4 4-2-4 5-1-4 40 1,02 0,99 1,00 80 0,92 0,89 0,89 120 0,97 1,04 0,92 160 0,99 1,01 0,96 200 1,02 1,01 0,99 240 1,00 1,01 0,99 280 0,97 1,01 1,00 320 0,96 1,02 1,00 HVTH: LÊ THỊ KIM ANH 88 LUẬN VĂN THẠC SĨ 360 0,96 1,01 0,99 400 0,93 0,99 0,99 H nh H1.1 Đồ thị C C0 m u 33452 nung 500C FN2 = 100ml/ph H nh H1.2 Đồ thị C C0 m u 42452 nung 500C FN2 = 100ml/ph HVTH: LÊ THỊ KIM ANH 89 LUẬN VĂN THẠC SĨ H nh H1.3 Đồ thị C C0 m u 452 nung 500C FN2 = 100ml/ph H.2 Lƣu lƣợng N2=150 ml/ph, D=0,8 cm Bảng H.2 T lệ C Co m u nung 500C FN2= 150ml/ph Th i gian s C/C0 3-3-4 4-2-4 5-1-4 40 1,01 1,00 1,01 80 0,86 0,85 0,93 120 0,92 0,94 0,96 160 0,93 0,94 0,98 200 0,96 0,97 0,99 240 0,98 0,98 0,99 280 0,96 1,00 1,01 320 0,98 1,00 1,01 360 0,98 1,00 0,98 400 0,99 0,98 1,01 HVTH: LÊ THỊ KIM ANH 90 LUẬN VĂN THẠC SĨ H nh H2.1 Đồ thị C C0 m u 33452 nung 500C FN2 = 150ml/ph H nh H2.2 Đồ thị C C0 m u 42452 nung 500C FN2 = 150ml/ph HVTH: LÊ THỊ KIM ANH 91 LUẬN VĂN THẠC SĨ H nh H2.3 Đồ thị C C0 m u 452 nung 500C FN2 = 150ml/ph H 2=200 ml/ph, D=0,8cm Bảng H.3 T lệ C Co m u nung 500C FN2= 200ml/ph Th i gian s C/C0 3-3-4 4-2-4 5-1-4 20 1,01 1,01 1,01 40 101 1,03 1,03 60 0,99 1,04 1,03 80 0,92 0,97 1,00 100 1,01 1,01 0,93 120 0,99 1,01 1,01 140 1,01 0,98 1,03 160 0,98 1,00 1,00 180 0,98 1,00 1,00 200 0,95 1,01 1,00 HVTH: LÊ THỊ KIM ANH 92 LUẬN VĂN THẠC SĨ H nh H3.1 Đồ thị C C0 m u 33452 nung 500C FN2 = 200ml/ph H nh H3.2 Đồ thị C C0 m u 42452 nung 500C FN2 = 200ml/ph HVTH: LÊ THỊ KIM ANH 93 LUẬN VĂN THẠC SĨ H nh H3.3 Đồ thị C C0 m u 452 nung 500C FN2 = 200ml/ph HVTH: LÊ THỊ KIM ANH 94 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG v t n: L Th im nh g y, tháng, năm sinh: a li n l c: , D TPHCM i sinh: ồng 09-10-1986 ng Th i, P T n hánh iệp, Qu n , QUÁ TRÌNH Đ O TẠO - Từ năm đến năm : h c đ i h c hệ vừa h c vừa l m t i Tr ng i c ách khoa TP , ng nh ỹ thu t hóa h c – Thực phầm - Từ năm 5- nay: l h c vi n cao h c ng nh Tr ng ách hoa TP ỹ thu t hóa h c – Q TRÌNH CÔNG TÁC - Từ năm đến năm Vina – T i nh D ng - Từ tháng tr ng i h c HVTH: LÊ THỊ KIM ANH 8: l m nh n vi n t i ng ty Orion ood đến l m th ký t i hoa ng nghệ óa h c ng nghiệp Thực ph m Th nh phố h inh 95 LUẬN VĂN THẠC SĨ ... TÀI: Tổng hợp, đặc trưng ứng dụng vật liệu hấp phụ từ bã mía kết hợp bùn đỏ II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: − Nghiên cứu tạo vật liệu khác để ứng dụng xử lý H2S từ nguồn nguyên liệu ban đầu bùn đỏ bã mía. .. b c, l tổ hợp nhi u ph ng pháp khác 2.4 GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ BÙN ĐỎ KẾT HỢP VỚI BÃ MÍA 2.4.1 Cơng nghệ thải bùn đỏ đặc tính bùn đỏ 2.4.1.1 ng nghệ th i bùn đỏ : Th i bùn đỏ tr n đ... 2.4 GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ BÙN ĐỎ KẾT HỢP VỚI BÃ MÍA 13 2.4.1 Cơng nghệ thải bùn đỏ đặc tính bùn đỏ 13 2.4.2 Bã mía 15 2.5 HẤP PHỤ .16