Tóm tắt: Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử

Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tửNghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tửNghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tửNghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tửNghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử

- - - MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án: Hiện Việt Nam giới, việc nghiên cứu xử lý thu hồi kim loại có giá trị từ chất thải nhiều nhà khoa học công ty quan tâm, đặc biệt từ nguồn nước thải công nghiệp điện tử, loại chất thải chứa nhiều nguyên tố quý Đây việc làm có ý nghĩa mặt nhằm giải phần vấn đề môi trường, mặt giảm bớt nguy phụ thuộc vào nước thứ ba, tăng hiệu giảm chi phí sản xuất Một phương pháp sử dụng phổ biến để thu hồi kim loại, nguyên tố quý có giá trị nước thải cơng nghiệp phương pháp trích ly lỏng – lỏng có độ chọn lọc cao chi phí vận hành thấp Tuy nhiên, công nghệ thu hồi kim loại dựa phương pháp trích ly thơng thường có hệ thống thiết bị cồng kềnh, tiêu tốn nhiều dung môi u cầu trích ly nhiều bậc, hồn ngun nhiều bậc Để giải vấn đề này, tiến hành hồn ngun đồng thời với trích ly nhờ mơ đun màng kỵ nước đóng vai trị thiết bị tiếp xúc (công nghệ SLMSD) thiết bị phân riêng dầu – nước (ESMS) Do đó, luận án “Nghiên cứu trình trích ly với hỗ trợ màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải công nghiệp điện tử” đặt mục tiêu chung cụ thể sau: Mục tiêu chung: nâng cao hiệu công nghệ xử lý thu hồi kim loại quý, đất nước thải công nghiệp phương pháp trích ly tăng cường Mục tiêu cụ thể: Khảo sát phương pháp trích ly tăng cường có SLMSD (Supported Liquid Membrane with Strip Dispersion – Phương pháp trích ly với hỗ trợ màng dung dịch hoàn nguyên phân tán pha hữu cơ) Đề xuất bước phát triển phương pháp trích ly tăng cường ESMS (Extraction-Stripping with Membrane as oil – water Separators - Phương pháp trích ly với hỗ trợ màng màng đóng vai trị thiết bị phân riêng dầu – nước) Đánh giá hiệu phương pháp ESMS so với phương pháp SLMSD trích ly truyền thống Xây dựng mơ hình cho ESMS nhằm đánh giá ảnh hưởng lưu lượng dòng qua màng (yếu tố ảnh hưởng định đến tốc độ hồn ngun), xác định tham số mơ hình giải mơ hình trường hợp tổng qt - Đề xuất hướng nghiên cứu nhằm áp dụng công nghệ ESMS vào thực tế Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Thu hồi nguyên tố Indium dung dịch thải q trình khắc axit cơng nghệ sản xuất hình tinh thể lỏng (LCD), dung dịch thải có thành phần đặc trưng sau: 200 mg/L In 3+, 2% khối lượng axit oxalic, pH = Nghiên cứu, mơ hình hóa phát triển phương pháp trích ly với hỗ trợ màng ESMS nhằm thu hồi kim loại có giá trị Luận án thực với Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Xử lý môi trường theo hướng thu hồi kim loại quý hiếm, nguyên tố đất cho phép thu nguồn kim loại quý hàng chục hàng năm đồng thời bảo vệ môi trường tránh làm cạn kiệt tài nguyên Luận án đề xuất cơng nghệ trích ly hồn ngun đồng thời, liên tục sử dụng màng kỵ nước đóng vai trị phân riêng hệ dầu – nước, thực ba công đoạn thiết bị cho hiệu suất tách In3+ lớn có độ tinh khiết cao, giảm đáng kể thời gian thực q trình so với cơng nghệ trích ly truyền thống, kích thước hệ thống nhỏ gọn, dễ vận hành Do đó, đề tài có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao, có khả triển khai thực tế Luận án dự kiến có đóng góp sau: (i) Phát triển cơng nghệ ESMS để thu hồi Indium Đây công nghệ có triển vọng áp dụng vào thực tế (ii)Xây dựng mơ hình tốn học, xác định thơng số mơ hình, giải tốn trường hợp tổng quát cho hệ ESMS (iii) Đề xuất hướng phát triển dựa kết nghiên cứu luận án nhằm đưa công nghệ ESMS áp dụng vào thực tế Cấu trúc luận án: Luận án với 112 trang, bao gồm: Mở đầu (3 trang); Chương – Tổng quan (37 trang); Chương – Phương pháp nghiên cứu (15 trang); Chương – Nghiên cứu thu hồi Indium công nghệ SLMSD (12 trang); Chương - Nghiên cứu thu hồi Indium công nghệ ESMS (27 trang); Kết luận (2 trang); Danh mục cơng trình cơng bố tác giả với cơng trình (1 trang); Tài liệu tham khảo (6 trang) với 80 tài liệu; 16 bảng 63 hình vẽ NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN Nội dung luận án gồm chương Trong chương trình bày tổng quan phương pháp thu hồi kim loại từ nước thải, từ lựa chọn phương pháp thu hồi Indium thích hợp Do phương pháp trích ly truyền thống (SX) vận hành bậc nên thường u cầu trích ly nhiều bậc hồn ngun nhiều bậc Điều dẫn đến hệ thống thiết bị cồng kềnh lượng dung môi tiêu tốn lớn Tiến hành trích ly hồn ngun đồng thời sử dụng màng kỵ nước giải vấn đề Từ đó, luận án đề xuất hai phương án cơng nghệ trích ly tăng cường cách kết hợp cơng nghệ truyền thống (dựa phương pháp trích ly) cơng nghệ tiên tiến (có trợ giúp màng chất lỏng), bao gồm công nghệ SLMSD công nghệ ESMS Chương trình bày đối tượng phương pháp nghiên cứu Chương nghiên cứu thu hồi Indium công nghệ SLMSD với màng đóng vai trị tạo bề mặt tiếp xúc pha Kết cho thấy tốc độ chuyển khối SLMSD nhỏ SX điều kiện diện tích tiếp xúc pha tạo màng nhỏ diện tích tiếp xúc pha tạo nhờ khuấy trộn Từ đó, cơng nghệ ESMS sử dụng diện tích tiếp xúc pha nhờ khuấy trộn, cịn màng đóng vai trị thiết bị phân riêng dầu – nước phát triển Chương phát triển công nghệ ESMS để thu hồi Indium Do cơng nghệ có triển vọng áp dụng vào thực tế nên cần đưa thông số để thiết kế hệ ESMS làm việc liên tục, nhằm ứng dụng cơng nghiệp Vì chương này, mơ hình cho q trình ESMS thiết lập nhằm nghiên cứu trình với mục tiêu đủ đơn giản (để nghiên cứu trình) đồng thời thơng số mơ hình xác định dễ dàng dựa vào sổ tay (số liệu cân pha) nhờ thực thí nghiệm trích ly đơn giản Sơ đồ ESMS làm việc liên tục đề xuất cuối chương Kết luận luận án hướng nghiên cứu nhằm bước đưa công nghệ ESMS áp dụng công nghiệp trình bày phần cuối luận án Chương TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THU HỒI KIM LOẠI SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY Sau tổng quan thu hồi kim loại quý từ nước thải nhận thấy trích ly phương pháp ứng dụng phổ biến để thu hồi Indium từ nước thải hay dịch hòa tách chất thải điện tử Do cơng nghệ xử lý nước thải thu hồi kim loại dựa phương pháp trích ly lựa chọn để thu hồi Indium từ dung dịch thải q trình khắc axit cơng nghiệp sản xuất LCD Phương pháp trích ly truyền thống vận hành bậc, thường u cầu trích ly nhiều bậc, hoàn nguyên nhiều bậc dẫn đến hệ thống thiết bị cồng kềnh, lượng dung môi tiêu tốn lớn Để giảm kích thước thiết bị lượng dung mơi tiêu tốn, hai phương án trích ly tăng cường đưa q trình hồn ngun thực đồng thời với q trình trích ly: (i) Trích ly – Hồn ngun màng đóng vai trò tạo bề mặt tiếp xúc SLMSD Đây phương pháp nghiên cứu; (ii) Trích ly – Hồn ngun màng đóng vai trị thiết bị phân riêng pha ESMS Đây phương pháp mới, phát triển cách hệ thống luận án Tiến hành tổng quan nghiên cứu xử lý nước thải thu hồi kim loại nhận thấy: (i)SLMSD cho phép đạt nồng độ ion kim loại nước thải sau xử lý nhỏ mg/L đồng thời cho phép nâng cao nồng độ ion kim loại dung dịch hoàn nguyên nhờ điều chỉnh tỉ lệ thể tích nước thải vào dung dịch hoàn nguyên với độ ổn định màng lỏng cao nên quan tâm nghiên cứu nhằm ứng dụng công nghiệp, đặc biệt công nghiệp điện tử; (ii) Đã có nghiên cứu bước đầu đánh giá khả thu hồi Indium từ môi trường axit vô HCl, HNO3, H2SO4 SLMSD với kết tốt Khi nghiên cứu thu hồi Indium từ hình LCD thải cơng nghệ SLMSD, 94% Indium loại bỏ khỏi dung dịch đầu khoảng 20 phút; (iii) Hiện chưa ghi nhận nghiên cứu liên quan đến thu hồi Indium từ dung dịch chứa axit oxalic Lý dung dịch khắc axit truyền thống thường sử dụng axit vô hỗn hợp axit vô Mãi đến gần đây, axit hữu axit oxalic đưa vào sử dụng Cần lưu ý rằng: axit oxalic có khả cạnh tranh với D2EHPA để tạo phức với Indium, có mặt axit oxalic giảm tốc độ phản ứng trích ly đáng kể khiến cho q trình trích ly trở nên khó khăn nhiều; (iv) Hiện chưa ghi nhận nghiên cứu đề cập đến công nghệ ESMS Các thơng số cho q trình trích ly tăng cường nhằm thu hồi Indium lựa chọn sau: (i) Dung mơi trích ly D2EHPA 0,08M pha loãng Isopar-L;(ii) Nhiệt độ: 25 ± 10C; (iii) Dung dịch đầu có pH=1 (là giá trị pH đặc trưng nước thải trình khắc axit); (iv) Dung dịch hoàn nguyên HCl 5M; (v) Dung dịch đầu chứa 2% khối lượng axit oxalic (là nồng độ đặc trưng nước thải trình khắc axit); (vi) Mô đun màng sợi rỗng kỵ nước Liqui – Cel Membrana với diện tích màng 1,4 m2; (viii) Lưu lượng tuần hồn phía dung dịch đầu dung dịch hoàn nguyên L/phút Chương ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu Thu hồi Indium từ dung dịch 200 mg/L In3+, 2% khối lượng axit oxalic, pH = 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp thực nghiệm 2.2.1.1.1 Phương pháp trích ly gián đoạn 360 ml dung dịch đầu chứa In3+ 540 ml dung mơi trích ly chứa D2EHPA hòa tan Isopar-L trộn lẫn khuấy Sau khoảng thời gian định, 3ml mẫu lấy pipet, sau ly tâm để phân riêng pha nước pha hữu Nồng độ Indium pha nước đo máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (Perkin Elmer Aanalyst-200) Tất thí nghiệm thực tốc độ khuấy (540 rpm) nhiệt độ phòng (25 0C±1) Thời gian tiến hành thí nghiệm 60 – 150 phút 2.2.1.2 Phương pháp trích ly tăng cường SLMSD Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống SLMSD Hình 2.2 Quá trình chuyển khối qua màng Sơ đồ hệ thống SLMSD (hình 2.1) bao gồm: – Thùng chứa dung dịch đầu; – Bơm dung dịch đầu; – Mô đun màng sợi rỗng; – Thùng chứa dung dịch hoàn nguyên phân tán pha hữu cơ; 5Bơm dung dịch hoàn nguyên – dung dịch hữu Trong sơ đồ này, dung dịch đầu tiếp xúc dung mơi trích ly bề mặt màng tính kỵ nước màng ngăn cản dung dịch đầu qua mao quản màng Ở phía dung dịch đầu, ion kim loại Me+ (ở In3+) khuếch tán qua lớp biên, tiếp xúc với D2EHPA xảy phản ứng tạo phức Phức tạo thành khuếch tán qua màng sang phía dung dịch hồn ngun Tại bề mặt tiếp xúc hai pha phía dung dịch hồn ngun, phức phản ứng với axit mạnh tạo muối giải phóng D2EHPA tự Ở có hai dịng vật chất di chuyển ngược chiều nhau: dịng Me+ di chuyển từ phía dung dịch đầu sang phía dung dịch hồn ngun; dịng H+ di chuyển theo chiều ngược lại tạo nên hiệu ứng ghép cặp Chừng cịn trì chênh lệch nồng độ H+ dung dịch hoàn nguyên dung dịch đầu ion kim loại cịn vận chuyển sang phía dung dịch hồn ngun Vì phản ứng trích ly tạo H + nên pH phía dung dịch đầu giảm Bằng cách giữ pH phía dung dịch đầu khơng đổi, chọn pH dung dịch hồn ngun nhỏ, trì grad(H+) Do vậy, hệ thống thiết bị SLMSD gọn gàng, tách triệt để ion kim loại Ở đây, trích ly Indium xảy bề mặt màng Vai trị mơ đun màng sơ đồ cung cấp bề mặt tiếp xúc ổn định cho pha nước pha hữu Trong trình vận hành, pha nước chảy sợi rỗng dung dịch hoàn nguyên tuần hoàn bên ngồi Chênh lệch áp suất 0,3 bar phía dung dịch đầu dung dịch hoàn nguyên trì để ngăn khơng cho dung dịch hữu từ phía hồn ngun sang phía dung dịch đầu Tỉ lệ dung dịch đầu dung dịch hoàn nguyên (Vf/Vs) thường chọn Để đạt nồng độ indium dung dịch hồn ngun cao thay đổi tỉ lệ Các thông số cho thí nghiệm SLMSD chọn dựa tổng quan tài liệu chương 2.2.1.3 Phương pháp trích ly tăng cường ESMS Sơ đồ ESMS với pha hữu hồn ngun gián đoạn (BESMS) Hình 2.4 Sơ đồ thí nghiệm hệ ESMS (F: lưu lượng kế; P: áp kế) 1-Thùng chứa dung dịch đầu; 2- cánh khuấy; – mô đun màng sợi rỗng; – thùng chứa dung dịch hoàn nguyên; – bơm tuần hoàn dung dịch hoàn nguyên; – bơm tuần hoàn dung dịch đầu; V1, V2 – van điều chỉnh Hai chế độ vận hành đưa ra: chế độ cân áp suất (no – flow scheme) chế độ thay đổi áp suất (oscillation scheme) Với chế độ cân áp suất, khơng có dịng dung dịch hữu qua màng Với chế độ thay đổi áp suất, ban đầu tăng áp suất phía dung dịch đầu để phức tạo thành chảy qua mao quản màng sang phía dung dịch hoàn nguyên Sau thời gian định, lại điều chỉnh áp suất để pha dầu hoàn nguyên qua màng quay trở lại dung dịch đầu để tiếp tục thực q trình trích ly Chế độ cân áp suất (No-flow scheme): Trong trình vận hành, van V1, V2 điều chỉnh để giữ cân áp suất ống ngồi ống mơ đun màng, khơng có dịng qua màng Chế độ thay đổi áp suất (Oscillation scheme):Trước hết hệ vận hành với chế độ cân áp suất phút, sau 150 ml dung dịch hữu bơm từ phía trích ly sang phía hồn ngun cách điều chỉnh van Tiếp đó, van điều chỉnh lại để chạy chế độ cân áp suất khoảng thời gian định (3, 10 20 phút) Sau đó, 150 ml dung dịch hữu chảy ngược lại từ thùng dung dịch hoàn nguyên tới thùng trích ly cách điều chỉnh van Tiếp đó, vịng thực với công đoạn kết thúc thí nghiệm Ở thời điểm khác nhau, mẫu lỏng lấy hai thùng, đem ly tâm Nồng độ Indium pha nước đo AAS (xem mô tả mục 2.2.3) Để tăng hiệu q trình hồn ngun nhằm tăng hiệu suất thu hồi kim loại, hoàn nguyên dầu tiến hành liên tục thông qua hai mô đun màng kỵ nước Membrana (hình 2.5) Sơ đồ sử dụng hai mơ đun màng kỵ nước Phức tạo thành sau phản ứng trích ly đưa qua màng 1, sau hoàn nguyên thùng chứa dung dịch hoàn nguyên Pha hữu sau hoàn nguyên đưa qua màng 2, quay trở lại thùng chứa dung dịch đầu để tiếp tục thực phản ứng trích ly Do q trình hoàn nguyên liên tục, sau thời gian định, Indium loại bỏ hồn tồn khỏi dung dịch đầu Indium thu hồi tối đa vào dung dầu hoàn nguyên Để giải vấn đề trên, sơ đồ hoàn nguyên pha dầu liên tục ESMS – tuần hoàn khảo sát - Tiến hành thí nghiệm với lưu lượng Q = 250ml/phút, thu kết sau: - 200 - N ồn g độ In 3+ , m g/ - 150 100 Cf Cs 50 - - 20 40 - Thời gian, phút - Hình 4.5 Sự phụ thuộc vào thời gian nồng độ Indium dung dịch đầu (Cf) dung dịch hoàn nguyên (Cs) hệ ESMS –C So sánh với ESMS - O (hình 4.6, 4.7) nhận thấy: sử dụng ESMS - C, loại bỏ triệt để Indium dung dịch đầu với tốc độ cao hơn; hiệu suất thu hồi Indium tăng lên (từ 60% lên 90%) Nguyên nhân tất dung mơi trích ly hồn ngun đồng thời lưu lượng dịng hồn ngun tăng lên Do đó, cơng nghệ ESMS - C có triển vọng ứng dụng công nghiệp Để hiểu thêm trình ESMS – C; đánh giá ảnh hưởng lưu lượng qua màng Q lên hiệu trình, từ xác định giá trị Q thích hợp; dự đoán thời gian cần thiết để loại bỏ kim loại dung dịch đầu đến mức độ định đồng thời đưa số thông số để thiết kế hệ ESMS liên tục, mơ hình thu hồi Indium từ dung dịch thải trình khắc axit công nghiệp sản xuất LCD sử dụng công nghệ ESMS-C đưa 4.2.3 Thiết lập mơ hình cho ESMS - C Các giả thiết: (i) Chỉ có pha hữu qua màng; (ii) Lưu lượng dòng Q qua màng màng nhau; (iii) Đạt khuấy lý tưởng thùng chứa dung dịch đầu dung dịch hồn ngun; (iv) Q trình hoàn nguyên xảy nhanh nên 𝑓 𝑓𝑓 = Để tiện theo dõi, ký hiệu 𝑓𝑓𝑓 = 𝑓𝑓 ; 𝑓𝑓𝑓 = 𝑓𝑓 ; (v)𝑓 ∗ = 𝑓 𝑓 𝑓 𝑓 𝑓 - Hệ phương trình mơ tả: - 𝑓𝑓 𝑓 − = 𝑓 (4 1) 𝑓 𝑓 ) (𝑓 − 𝑓 𝑓 𝑓 𝑓 𝑓𝑓𝑓 𝑓 = - 𝑓 − 𝑓 ) − (4 2) 𝑓 𝑓 ( 𝑓 𝑓 𝑓 𝑓 𝑓 (4.3) - 𝑓𝑓𝑓 𝑓𝑓 =.𝑓 𝑓𝑓 𝑓𝑓𝑓 = (4.4) Với: 𝑓 = 0: 𝑓 (4.5) 𝑓𝑓 = 𝑓 0, 𝑓𝑓 = 0, 𝑓𝑓 = 4.2.4 Xác định tham số mơ hình: - Các tham số mơ hình gồm: tích hệ số chuyển khối diện tích tiếp xúc pha; số mũ n, hệ số cân H lưu lượng dòng Q - Do H, n thơng số phụ thuộc vào q trình cân pha, xác định nhờ thí nghiệm trích ly Từ kết thí nghiệm lấy gần n = - Tham số kA cần xác định từ thí nghiệm ESMS Từ thí nghiệm ESMS cân cho thấy: ()𝑓𝑓𝑓 𝑓 (≈ 2()𝑓𝑓 Do ()𝑓𝑓𝑓𝑓 xác định gián tiếp từ thí nghiệm trích ly - Q lưu lượng dòng qua màng Đây tham số liên quan đến tốc độ hồn ngun dung mơi trích ly, điều khiển trình vận hành ảnh hưởng đến hiệu tồn q trình - Xác định H: từ thí nghiệm trích ly ′ 𝑓 (1+� )−�′�0 𝑓 � - Xác định kA: Từ đồ thị − � tìm kA(SX) 𝑓-0 � �� - Suy kA(ESMS) = 2.kA(SX).Kết thể bảng sau: - Bảng Các giá trị kA, H ứng với dung dịch đầu có nồng độ khác 𝑓 0, mg/L 𝑓 No 9.8 187.5 1639 65 Giải mơ hình - 𝑓 𝑓1 = (1 + + 𝑓 2) 𝑓 𝑓 2𝑓 𝑓𝑓 0.270 - kA (SX) kA (ESMS) 0.1 0.2 0.248 - 0.105 - 0.21 0.782 - 0.094 - 0.188 H - 𝑓𝑓 𝑓2 𝑓𝑓 𝑓 1) 𝑓𝑓 1𝑓 + (1 𝑓 𝑓𝑓 𝑓 ( 4.55) - 𝑓=− ( 𝑓 1𝑓 + - - - (4.56) -1 𝑓 𝑓 222𝑓2) 𝑓 - 1𝑓 = (4 57) − (𝑓 𝑓𝑓1𝑓 + 𝑓2𝑓 )+ 𝑓 3 𝑓𝑓 - Với 𝑓1, nghiệm phương trình: 𝑓 𝑓𝑓𝑓 𝑓𝑓 𝑓𝑓𝑓𝑓 + (1 + ( 𝑓𝑓 𝑓+ =0 𝑓 𝑓 - Từ điều kiện đầu: 𝑓 - = = 𝑓0 ; 𝑓0 ; 𝑓 -𝑓 𝑓2− - - 𝑓 𝑓 𝑓 𝑓 = 𝑓 = 𝑓𝑓2 𝑓 𝑓 𝑓 - - 𝑓1 − 𝑓 - 𝑓𝑓 - Kết giải mơ hình: Với kA = 0,21; H = 0,25; 𝑓𝑓 𝑓𝑓= 0,9; 𝑓𝑓 = , ; - 𝑓 𝑓 - - 100 - 50 - - = , 𝑓 𝑓 t h u đ ợ c : � � = −0,423� 128,3� + −0,069� 33,17� 𝑓� = 31,51�−0,423� − 193−0,069� + 161,47 4.2.5 - So sánh kết tính theo mơ hình với thực nghiệm: 200 N ồn g độ In3 + , m 20 40 60 Hình 11 So sánh nồng độ Indium dung dịch đầu, dung dịch hồn ngun tính theo mơ hình giá trị đo từ thực nghiệm theo thời gian (�0 = 161,47��� , �= 0.075�/� ℎú�) - Có thể thấy mơ hình mơ tả tốt thay đổi nồng độ In3+ dung dịch đầu Đối với thay đổi nồng độ In3+ dung dịch hồn ngun, mơ hình mơ tả chiều hướng q trình cịn số sai lệch mơ hình thực nghiệm 150 Cf, mơ hình Cs, mơ hình Cf, thí nghiệm Cs, thí nghiệm T hời gian, phút - Những nguyên nhân dẫn đến sai lệch mô hình với thực nghiệm: - - Giả thiết đường cân pha tuyến tính Thực tế mối quan hệ phi tuyến - - Giả thiết 𝑓 𝑓𝑓 = Thực tế: 𝑓𝑓𝑓 ≠ - Sử dụng mơ hình cho phép đánh giá ảnh hưởng lưu lượng Q lên tốc độ trích ly Kết cho thấy, – phút đầu, tốc độ trích ly ứng với giá trị Q khác (75; 150; 250 315 mL/phút) Ứng với thời gian sau phút, Q tăng từ 75 mL/phút đến 250 mL/phút, tốc độ trích ly tăng Tuy nhiên Q tăng từ 250 mL/phút đến 315 mL/phút, tốc độ trích ly tăng khơng đáng kể đạt giá trị lớn Q = 315 mL/phút (tương ứng với điều kiện vận tốc hồn nguyên vận tốc trích ly) - Nhằm đánh giá xem mơ hình thu có đáp ứng mục tiêu đặt ban đầu khơng, thí nghiệm giá trị lưu lượng Q khác (75 mL/phút 150 mL/phút) thực Kết cho thấy mô hình xây dựng đạt mục tiêu đặt nên áp dụng mơ hình cho trường hợp nồng độ In3+ dung dịch đầu 200 mg/L 4.2.6 Kiểm chứng mơ hình điều kiện khác - Thí nghiệm CESMS lưu lượng khác (75ml/phút, 150 ml/phút, 250 ml/phút), nồng độ khác (khoảng 10mg/L, 200 mg/L, 2000 mg/L) tiến hành Sau kết tính theo mơ hình so sánh với thực nghiệm Nhận thấy mơ hình ứng dụng cho khoảng nồng độ khác (từ thấp đến cao) Kết giải mơ hình thể bảng 4.6 4.3 Đề xuất sơ đồ ESMS làm việc liên tục Sơ đồ ESMS đề xuất Nước thải đưa vào liên tục với lưu lượng F L/phút; nước thải sau xử lý lấy liên tục với lưu lượng F L/phút Lưu lượng dòng hữu qua màng màng Q L/phút Các mô đun màng cho phép phân riêng hiệu pha dầu – nước Pha dầu qua màng pha dầu (do nước thải thường chứa tạp không qua màng), thể dung dịch muối Indium thu có độ tinh khiết cao Mặc dù sơ đồ cần sử dụng thiết bị phân riêng dầu – nước 1,2 để tách nước thải sau xử lý muối InCl3 để đưa sang bể điện phân hai thiết bị yêu cầu suất nhỏ ứng với thiết bị nhỏ gọn - -Bảng Kết giải mơ hình ứng với nồng độ đầu khác nhau, lưu lượng Q khác Cf0 69 1 16 17 165 , mg/L 46 Q, l/min .075 H 270 �� � 591 �� � 872 �� � 688 �� � 10.151 �� � 463 kA 200 �� 0.409 �� 0.068 66 - 150 270 - 502 - 153 - 837 16 00422- 250 270 507 651 68.6 - - 4 284 -9.492 15.442 69 655 158 00 200 200 -0.431 0.477 -0.129 0.194 - 61.47 075 250 28.295 3.175 1.507 192.977 61.470 210 0.423 0.069 0- 150 250 6.7 0 - 11 8.087 0.519 1.105 239.711 68.606 210 0.444 0.132 - 21 50 50 28.9 0.2 87 379 79 289 11 6.506 283.174 16 6.668 0.2 10 0.486 0.200 - 701.87 075 150 0 780 780 99 1.355 20.324 73 7.545 81.546 19 4.434 58.947 - 1923.3 2060.8 17 28.900 701.900 0 188 188 - 0.508 0.548 - 0.051 0.095 0.2 - - - 50 80 0.2 0.7 604 094 105 3.900 502 412 2160.400 165 8.000 0.1 88 0.612 0.142 - Nhận xét: - kA coi khơng đổi tồn thí nghiệm thực (tức ứng với nồng độ đầu khác lưu lượng Q khác nhau) - H thay đổi theo nồng độ Tuy nhiên khoảng nồng độ thấp, H xấp xỉ Chỉ C0f lớn (2000mg/L), H thay đổi đáng kể - Có thể giải mơ hình theo trình tự sau: o Xác định kA, H từ thí nghiệm trích ly o Thay kA, H vào phương trình (69, 70) để xác định𝑓 1, 𝑓2 - o Từ tính hệ số 𝑓11, 𝑓12, 𝑓31, 𝑓32 21 4.4 Kết luận - Các sơ đồ ESMS với màng kỵ nước sử dụng để phân riêng hiệu pha nước pha hữu phát triển cách có hệ thống để bước tăng hiệu q trình Trong đó, công nghệ ESMS – C với chế độ hồi lưu pha hữu liên tục cho phép thu hồi Indium từ nước thải với hiệu suất thu hồi đạt 90,6% lưu lượng dòng qua màng Q = 250 mL/phút Đồng thời 99,5% Indium tách khỏi dung dịch ban đầu khoảng 30 phút - Mơ hình cho ESMS – C xây dựng dựa phương trình cân vật liệu giải trường hợp tổng quát Đã xác định thơng số mơ hình tương ứng sau:  k.A = 0,21 L/phút  H = 0,25 nồng độ In 3+ dung dịch đầu nhỏ 200 mg/L  H = 0,78 nồng độ In3+ dung dịch đầu 2000 mg/L Mơ hình thu cho phép đánh giá ảnh hưởng lưu lượng dịng qua màng Q đến hiệu trích ly thu hồi Khi Q tăng, tốc độ trích ly thu hồi tăng Từ mơ hình xác định lưu lượng Q thích hợp 315 mL/phút - Có thể ứng dụng mơ hình để định hướng tính tốn thiết kế hệ ESMS làm việc liên tục - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Việc sử dụng màng kỵ nước để tiến hành q trình hồn ngun dung mơi đồng thời với q trình trích ly nâng cao hiệu suất thu hồi Indium từ dung dịch chứa axit oxalic Các mơ đun màng đóng vai trò thiết bị tiếp xúc dầu – nước thiết bị phân riêng dầu – nước Với lợi tạo diện tích tiếp xúc pha dầu – nước lớn cách dễ dàng việc phân tán pha nước pha hữu cơ, sơ đồ trình với việc sử dụng màng làm thiết bị phân riêng dầu – nước (ESMS) cho hiệu thu hồi ion cao sơ đồ sử dụng màng tạo bề mặt tiếp xúc pha (SLMSD) điều kiện diện tích màng nồng độ chất trích ly 38 Ngồi ra, màng kỵ nước đóng vai trò thiết bị phân riêng dầu – nước, tái sinh dung mơi trích ly tăng lên nhờ dịng đối 39 - lưu qua màng, hiệu thu hồi ion tăng Công nghệ SLMSD cho phép loại bỏ đến 99% Indium dung dịch chứa axit oxalic với hiệu suất thu hồi lên đến 90% Tuy nhiên, so với phương pháp trích ly truyền thống, cơng nghệ SLMSD u cầu diện tích màng lớn, làm tăng chi phí vận hành q trình Các sơ đồ công nghệ ESMS với màng kỵ nước sử dụng làm thiết bị phân riêng dầu nước nghiên cứu phát triển cách hệ thống: ESMS cân (ESMS - E), ESMS dao động (ESMS - O) ESMS tuần hoàn (ESMS - C) Công nghệ ESMS cải thiện tốc độ chuyển khối so với công nghệ SLMSD với đặc điểm sau: - Tăng diện tích tiếp xúc pha dầu – nước nhờ phân tán dung dịch đầu dung mơi trích ly (ESMS - E) - ESMS – O có tốc độ hồn ngun cao so với ESMS – E nhờ thay dòng khuếch tán dòng đối lưu cách cho phép dung mơi trích ly chuyển động qua lại hai phía màng: từ dung dịch đầu sang dung dịch hoàn nguyên ngược lại - ESMS - C tăng tốc độ hồn ngun cách cho dung mơi trích ly tuần hoàn hệ thống nhờ sử dụng thêm mô đun màng kỵ nước Với sơ đồ này, dung mơi trích ly hồn ngun liên tục Công nghệ ESMS - C cho phép loại bỏ gần hoàn toàn Indium dung dịch chứa axit oxalic (nồng độ dung dịch đầu sau xử lý cịn mg/L) với tốc độ trích ly cao SLMSD điều kiện đạt hiệu suất thu hồi tương đương 90,6% In3+ từ nước thải thu hồi lưu lượng dịng qua màng 250 mL/phút thời gian 30 phút Mô hình tốn q trình ESMS với chế độ hồi lưu pha hữu liên tục xây dựng gồm hệ phương trình mơ tả q trình chuyển khối pha nước, pha hữu cơ, pha hoàn nguyên điều kiện biên Đã xác định tham số kA - tích tốc độ chuyển khối diện tích tiếp xúc pha H - hệ số cân giải mơ hình trường hợp tổng qt Từ mơ hình áp dụng cho trường hợp cụ thể quy mơ phịng thí nghiệm Dựa vào mơ hình đánh giá ảnh hưởng lưu lượng dịng qua màng dự đốn thời gian lưu cần thiết để đạt hiệu mong muốn - Từ mơ hình cho thấy khoảng từ nồng độ dung dịch đầu thấp (10 mg/L) đến cao (2000 mg/L), kA coi khơng đổi (k.A = 0,21 L/phút); H thay đổi khoảng nồng độ thấp (từ 10 mg/L đến 200 mg/L) thay đổi đáng kể (khoảng lần) nồng độ cao Khi dòng hữu hồn ngun lớn, hiệu trích ly In3+ cao Lưu lượng Q thích hợp xác định điều (đặc trưng cho tốc độ trích k𝑓𝑓 =𝑓 𝑓𝑓 ly) 𝑓2 = 𝑓 với iện 𝑓1 = � 𝑓1 𝑓 𝑓 - (đặc trưng cho tốc độ hồn ngun) - Mơ hình đưa khơng áp dụng cho trường hợp thu hồi Indium mà áp dụng kim loại khác xác định tham số kA H Với kết luận đây, điểm bật luận án nghiên cứu phát triển cơng nghệ trích ly hồn ngun đồng thời liên tục sử dụng màng kỵ nước để phân riêng hệ dầu – nước, thực ba công đoạn thiết bị cho hiệu suất thu hồi In 3+ 90%, hiệu suất tách 99%, giảm đáng kể thời gian thực q trình so với phương pháp trích ly truyền thống, kích thước hệ thống nhỏ gọn, dễ vận hành tiêu tốn dung mơi - Tuy nhiên, kết luận án dừng lại nghiên cứu bước đầu nhằm thiết kế trình ESMS xây dựng mơ hình tính cho q trình gián đoạn Để áp dụng kết vào thực tế sản xuất, cần phải có nghiên cứu tiếp theo, hướng đến vấn đề cụ thể sau: - Tiếp tục nghiên cứu, phát triển hệ ESMS liên tục; - Phát triển mơ hình xây dựng luận án hệ ESMS liên tục; - Thiết kế hệ ESMS liên tục quy mô phịng thí nghiệm; - Tính tốn, chuyển từ quy mơ phịng thí nghiệm lên quy mơ cơng nghiệp nghiên cứu tối ưu hóa thơng số vận hành ... VỀ CÔNG NGHỆ THU HỒI KIM LOẠI SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY Sau tổng quan thu hồi kim loại quý từ nước thải nhận thấy trích ly phương pháp ứng dụng phổ biến để thu hồi Indium từ nước thải hay dịch. .. chất thải điện tử Do cơng nghệ xử lý nước thải thu hồi kim loại dựa phương pháp trích ly lựa chọn để thu hồi Indium từ dung dịch thải trình khắc axit cơng nghiệp sản xuất LCD Phương pháp trích ly. .. nước thải vào dung dịch hoàn nguyên với độ ổn định màng lỏng cao nên quan tâm nghiên cứu nhằm ứng dụng công nghiệp, đặc biệt cơng nghiệp điện tử; (ii) Đã có nghiên cứu bước đầu đánh giá khả thu hồi