(Đồ án hcmute) biến tính nhựa thải polystyrene để xử lý zn(ii), cd(ii) và cu(ii) trong nước thải

- Khảo sát ảnh hưởng của nước thải thực tế đến hiệu suất xử lý kim loại nặng.. ---Đề nghị chỉnh sửa: ---3 Tổng quan Tổng quan đầy đủ các vấn đề liên quan trực tiếp đến đề tài chú ý

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

BIẾN TÍNH NHỰA THẢI POLYSTYRENE

ĐỂ XỬ LÝ ZN(II), CD(II) VÀ CU(II) TRONG NƯỚC THẢI

SKL 006 77 8

GVHD: TRẦN THỊ KIM ANH SVTH : BÙI DUY TÂN MSSV: 15150129 NGUYỄN MINH TÍ MSSV: 15150139

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

-    -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

BIẾN TÍNH NHỰA THẢI POLYSTYRENE

ĐỂ XỬ LÝ ZN(II), CD(II) VÀ CU(II)

TRONG NƯỚC THẢI

GVHD: TS TRẦN THỊ KIM ANH

SVTT: BÙI DUY TÂN 15150129

NGUYỄN MINH TÍ 15150139

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 01/2020

Trang 3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

GIẤY XÁC NHẬN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐÃ ĐƯỢC CHỈNH SỬA THEO YÊU CẦU CỦA HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài: BIẾN TÍNH NHỰA THẢI POLYSTYRENE ĐỂ XỬ LÝ ZN(II), CD(II)

VÀ CU(II) TRONG NƯỚC THẢI

Là khoá luận tốt nghiệp đại học của Sinh viên:

Cán bộ hướng dẫn: TS Trần Thị Kim Anh

Đồ án tốt nghiệp này đã được bảo vệ tại hội đồng đánh giá đồ án tốt nghiệp của Bộ môn Công nghệ Môi trường, Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường đại học Sư

Phạm Kỹ Thuật Tp HCM vào ngày …… tháng … năm …

Thành phần Hội đồng đánh giá khóa luận tốt nghiệp đại học gồm: (Ghi rõ học hàm, học vị, họ và tên) 1

2

3

4

Đồ án tốt nghiệp này đã được chỉnh sửa theo ý kiến đóng góp của Cán bộ đọc phản biện và hội đồng đánh giá đồ án Tp HCM, ngày tháng năm CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)

CÁN BỘ PHẢN BIỆN (Ký và ghi rõ họ tên)

XÁC NHẬN CỦA BỘ MÔN CNMT

(Ký, ghi rõ họ tên)

Trang 4

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Bùi Duy Tân MSSV: 15150129

Nguyễn Minh Tí MSSV: 15150139

1 TÊN ĐỀ TÀI

BIẾN TÍNH NHỰA THẢI POLYSTYRENE ĐỂ XỬ LÝ ZN(II), CD(II)

Lĩnh vực: Nghiên cứu  Thiết kế  Quản lý 

2 NỘI DUNG VÀ NHIỆM VỤ

- Nghiên cứu điều chế nhựa trao đổi ion từ nhựa Polystyrene thải (PSW) bằng phương pháp Sulfunat hóa

- Xây dựng đường chuẩn cho các ion kim loại nặng Zn2+, Cd2+, Cu2+

- Khảo sát các đặc trưng của các vật liệu đã điều chế được bằng các phương pháp FTIR, SEM/EDX, XRD và TGA

- Khảo sát tính chất vật lý và hóa học của nhựa trao đổi vừa chế tạo

- Khảo sát ảnh hưởng khối lượng nhựa đến hiệu quả xử lý kim loại nặng khi vận hành gián đoạn

- Khảo sát hiệu suất xử lý kim loại nặng khi vận hành liên tục

- Khảo sát quá trình hoàn nguyên nhựa

- Khảo sát ảnh hưởng của nước thải thực tế đến hiệu suất xử lý kim loại nặng

- Nghiên cứu và tính toán các tham số của phương trình hấp phụ đẳng nhiệt và động lực hấp phụ

3 THỜI GIAN THỰC HIỆN: từ / / 2019 đến / / 2019

4 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Trần Thị Kim Anh

Đơn vị công tác: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Tp HCM, ngày tháng năm CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký và ghi rõ họ tên)

Trang 5

ĐÁNH GIÁ TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Bùi Duy Tân MSSV: 15150129

Nguyễn Minh Tí MSSV: 15150139 Tên đề tài: BIẾN TÍNH NHỰA THẢI POLYSTYRENE ĐỂ XỬ LÝ ZN(II), CD(II)

Thời gian thực hiện: từ / / 2019 đến / / 2019

- Xay nhựa và rây nhựa có kích thước theo yêu cầu

Sửa lại phần phương pháp nghiên cứu phần vận hành liên tục

- Thay đổi giá trị thời gian khảo sát từ 30 – 120ml thành 5 – 20 phút

- Không dùng xúc tác AgSO4

Trang 6

- Khối lượng riêng

- Độ ẩm

- Độ tinh khiết (hàm lượng kim loại nặng trong nhựa)

- Độ Sulfunat

- Đương lượng trao đổi

- Xác định lại khối lượng riêng với khối lượng 5g nhựa PSW-S

- Xác định lại đương lượng trao đổi với nồng độ

Chụp XRD, SEM/EDX nhựa trước và sau khi Sulfunate

Tuần 6

07/10

–12/10

- Xác định các phương trình Langmuir và Freundlich

- Xác định thời gian HRT

Xác định lại phương trình Langmuir và Freundlich thay đổi lượng nhựa thay

vì thay đổi nồng độ đầu vào

- Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng vào đến hiệu quả

xử lý của quá trình vận hành liên tục

Thay đổi nồng độ đầu vào

từ 5 – 15ppm thành 10 – 30ppm

- Hoàn nguyên theo mẻ bằng NaCl

Thay đổi nồng độ muối NaCl từ 5 – 15% sang 0.5 – 6M

Trang 7

- Hoàn nguyên theo mẻ bằng NaCl

Chạy lại khảo sát lượng nhựa và xác định dung lượng hấp phụ

Tuần 10

04/11

– 09/11

- Xác định các thông số cho quá trình hoàn nguyên vận hành liên tục

- Vận hành liên tục nhựa đã hoàn nguyên, lặp lại quá trình này cho đến khi nhựa không còn khả năng hoàn nguyên

Chạy nước thải xi mạ kẽm thực tế

Tuần 11

11/11

– 16/11

- Xác định các thông số cho quá trình hoàn nguyên vận hành liên tục

- Vận hành liên tục nhựa đã hoàn nguyên, lặp lại quá trình này cho đến khi nhựa không còn khả năng hoàn nguyên

- GVHD xem xét và chỉnh sửa báo cáo

- Sửa lại cách sắp xếp tài liệu tham khảo

- Đánh số thứ tự công thức

- Bổ sung ảnh chụp FTIR sau khi xử lý

Tp HCM, ngày tháng năm CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN

Bùi Duy Tân Nguyễn Minh Tí

Trang 8

PHIẾU NHẬN XÉT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

(Mẫu dùng cho cán bộ hướng dẫn khóa luận thuộc lĩnh vực nghiên cứu/ quản lý)

Cơ quan công tác: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Tên đề tài: BIẾN TÍNH NHỰA THẢI POLYSTYRENE ĐỂ XỬ LÝ ZN(II), CD(II)

Vắng mặt > 50% các buổi gặp giáo viên hướng dẫn và trễ tiến độ công

Vắng mặt 50% - 30% các buổi gặp giáo viên hướng dẫn và trễ tiến độ

Vắng mặt trên 10 - 30% các buổi gặp giáo viên hướng dẫn Tích cực trong

Có mặt đầy đủ các buổi gặp giáo viên hướng dẫn Tích cực trong làm việc,

2

Trình bày thuyết minh không theo format chuẩn, không thống nhất giữa

Trình bày thuyết minh theo format chuẩn, nhưng còn nhiều lỗi: đề mục

không rõ ràng, bảng biểu, hình vẽ không được đánh số, nhiều lỗi chính tả,

đánh máy

1 Trình bày thuyết minh theo format chuẩn nhưng còn một vài lỗi nhỏ 1.5

Trang 9

3

Cơ sở nghiên cứu (Tính cấp thiết, mục tiêu, tổng quan tài liệu, tài liệu tham khảo) Max 2 Trình bày không đầy đủ và chưa rõ ràng (<50%) cơ sở nghiên cứu 0.5

4

Mô tả phương pháp thực hiện không rõ ràng PPNC không phù hợp với

Mô tả phương pháp thực hiện chưa rõ ràng PPNC phù hợp (50 – 70%)

Mô tả phương pháp thực hiện cụ thể, rõ ràng, phù hợp (>90%) với mục

5

Giải quyết vấn đề (Kết quả đáp ứng mục tiêu và nội dung; xử lý kết quả;

nhận xét, lý luận, giải thích kết quả)

Max 2

Trang 10

b) Nhược điểm của đồ án

2) Thái độ, tác phong làm việc

3 Ý kiến kết luận Đề nghị cho bảo vệ  hay Không cho bảo vệ 

Tp HCM, ngày tháng năm

NGƯỜI NHẬN XÉT (Ký và ghi rõ họ tên)

Trang 11

(Mẫu dùng cho cán bộ đọc phản biện khóa luận thuộc lĩnh vực nghiên cứu/ quản lý)

Người nhận xét (học hàm, học vị, họ tên): PGS TS Nguyễn Văn Sức

Cơ quan công tác: Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm………

Họ và tên sinh viên: Bùi Duy Tân MSSV: 15150129 Nguyễn Minh Tí MSSV: 15150139 Tên đề tài: BIẾN TÍNH NHỰA THẢI POLYSTYRENE ĐỂ XỬ LÝ ZN(II), CD(II) VÀ CU(II) TRONG NƯỚC THẢI Nhận xét và đề nghị chỉnh sửa: 1) Hình thức (Trình bày rõ ràng, đúng quy định; Bố cục chặt chẽ, mạch lạc, hợp lý; Bảng biểu, hình ảnh, sơ đồ rõ, đẹp, đúng quy định; Chính tả) Nhận xét:

-

Đề nghị chỉnh sửa:

-

2) Phần đặt vấn đề (Làm rõ tính cấp thiết của đề tài; Mục tiêu, nội dung nghiên cứu phù hợp) Nhận xét: -

Trang 12

-Đề nghị chỉnh sửa:

-3) Tổng quan (Tổng quan đầy đủ các vấn đề liên quan trực tiếp đến đề tài (chú ý tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước); Trình bày trích dẫn và liệt kê tài liệu tham khảo đúng quy định) Nhận xét:

-

Đề nghị chỉnh sửa: - Cách sắp xếp tài liệu tham khảo không hợp lý, ví dụ phần biến tính nhựa thải, theo quy trình của tác giả nào? Công thức không đánh số thứ tự, nguồn trích dẫn? - Phần tổng quan viết cẩu thả, không rỏ ràng Ví dụ: nhựa trao đổi ion chứ không phải là “nhựa ion” hoặc “nhựa” trang 4

-

4) Phương pháp nghiên cứu (Phương pháp nghiên cứu phù hợp với mục tiêu, nội dung của đề tài, Viết rõ ràng, dễ hiểu) Nhận xét:

Trang 13

-

Đề nghị chỉnh sửa: - Xem lại quy trình xác định độ sunfonate nhựa thải - Sử dụng phần mềm Solver (trong Excel) để xác định các tham số của các model dựa và tham số MSE để đánh giá sự phù hợp của mô hình đối với các thí nghiệm - Cần phải bổ sung các tham số a, b trong mô hình BDST (xuất sứ từ mô hình Bohart-Adam để dự doán tb (thời gian tại điểm breakthrough) khi thay đổi chiều cao của lớp chất hấp phụ và lưu lượng qua cột - Bổ sung thêm phổ FTIR của nhựa trao đổi ion sau khi trao đổi với Cu (II), Cd (II và Zn (II) - Bổ sung thêm các đồ thị biểu diễn hằng số phân bố Kd theo Ce - Cần có số liệu đầy đủ về nước thải xi mạ

-

5) Kết quả thảo luận (Kết quả thu được đáp ứng mục tiêu, nội dung của đề tài, Xử lý số liệu và thảo luận, đánh giá số liệu, có nhận xét đối chiếu các nghiên cứu liên quan) Nhận xét:

-

Trang 14

-

6) Kết luận – Kiến nghị và Tính khả thi của đề tài (Kết luận ngắn gọn, súc tích, đáp ứng được mục tiêu, nội dung đề ra, phù hợp với kết quả thu được) Nhận xét:

-

Trang 15

-

Tp HCM, ngày 24 tháng 12 năm 2019

Trang 16

(Mẫu dùng cho cán bộ phản biện khóa luận thuộc lĩnh vực nghiên cứu/ quản lý)

Người nhận xét (học hàm, học vị, họ tên):

Cơ quan công tác:

Trình bày thuyết minh theo format chuẩn, nhưng còn nhiều lỗi: đề mục

không rõ ràng, bảng biểu, hình vẽ không được đánh số, nhiều lỗi chính tả,

đánh máy

1

Trình bày thuyết minh theo format chuẩn nhưng còn một vài lỗi nhỏ 1.5

2

Cơ sở nghiên cứu (Tính cấp thiết, mục tiêu, tổng quan tài liệu, tài liệu tham khảo) Max 2

Trang 17

3

Mô tả phương pháp thực hiện không rõ ràng PPNC không phù hợp với

Mô tả phương pháp thực hiện chưa rõ ràng PPNC phù hợp (>50%) với

Mô tả phương pháp thực hiện cụ thể, rõ ràng, phù hợp (>90%) với mục

4

Giải quyết vấn đề (Kết quả đáp ứng mục tiêu và nội dung; xử lý kết quả;

nhận xét, lý luận, giải thích kết quả)

Max 4

Hiểu rõ tất cả kết quả và xử lý kết quả phù hợp (sai sót <10%) 3.5-4

1 Câu hỏi phản biện (ít nhất 3 câu hỏi/sinh viên)

Trang 18

2 Ý kiến kết luận Đề nghị cho bảo vệ  hay Không cho bảo vệ 

Tp HCM, ngày tháng năm

Trang 19

BÁO CÁO NỘI DUNG ĐƯỢC ĐIỀU CHỈNH

NỘI DUNG CHI TIẾT

Báo cáo điều chỉnh

(dựa trên báo cáo chính thức)

5

Sử dụng phần mền Solver để xác

định các tham số của các model

dựa vào tham số MSE để đánh giá

sự phù hợp của mô hình đối với

các thí nghiệm

Chưa chỉnh sửa theo nhận xét của GVPB vì trong 1 tuần chúng em không đủ thời gian

Trang 20

trong mô hình BDST (xuất sứ từ

mô hình Bohart – Adam để dự

đoán t b (thời gian tại điểm

breakthrough) khi thay đổi chiều

cao của lớp chất hấp phụ và lưu

lượng qua cột

để tìm hiểu kỹ các vấn đề GVPB yêu cầu bổ sung, dẫn đến sự sai xót nếu bổ sung Và chúng em xin ghi nhận ý kiến nhận xét của thầy Những nhận xét này có thể là hướng đi mới cho đề tài về sau

7 Bổ sung thêm các đồ thị biểu diễn

8

Bổ sung thêm phổ FTIR của nhựa

trao đổi ion sau khi trao đổi với

Cu(II), Cd(II) và Zn(II)

Đã bổ sung phổ FTIR của nhựa trao đổi ion sau khi trao đổi với Cu(II), Cd(II) và Zn(II) và phổ FTIR của nhựa trao đổi ion sau khi hoàn nguyên bằng NaCl –

Trang 21

LỜI CÁM ƠN

Để hoàn thành được khóa luận với đề tài “Biến tính nhựa thải Polystyrene để xử

lý Zn(II), Cd(II) và Cu(II) trong nước thải”, bên cạnh sự nỗ lực của nhóm, nhóm luôn nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của các thầy cô cùng những lời động viên, khuyến khích từ phía gia đình và bạn bè

Nhóm xin chân thành gửi lời cảm ơn đến TS Trần Thị Kim Anh, giáo viên hướng dẫn tốt nghiệp, đã kiên nhẫn, tận tâm hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ, lập kế hoạch

và chia sẻ những kiến thức hay, đóng góp nhiều ý kiến thiết thực trong suốt quá trình nhóm chúng em thực hiện khóa luận

Trong quá trình thực hiện nghiên cứu đề tài nhóm em cũng đã nhận được sự giúp

đỡ từ Cô Lê Thị Bạch Huệ - giáo viên quản lý phòng thí nghiệm Môi Trường, nhóm

em xin chân thành cảm ơn Cô đã tạo điều kiện thuận lợi để nhóm em hoàn thành đề tài

Nhóm cũng xin cảm ơn tất cả thầy cô trong bộ môn công nghệ môi trường đã dạy

dỗ, giúp đỡ cho tất cả sinh viên trong 4 năm đại học Dù đã cố gắng thực hiện tốt nhất

có thể nhưng đâu đó nhóm em vẫn có những sai xót trong quá trình thực hiện đề tài, kính mong các thầy/cô xem xét và góp ý sửa chữa giúp nhóm em

Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, chúng em muốn nói lời cảm ơn từ sâu thẳm trái tim đến gia đình thân yêu, giáo viên, bạn bè của chúng em vì tình yêu, sự giúp đỡ và hỗ trợ vô tận của mọi người trong việc thực hiện đề tài

Nhóm em xin chân thành cảm ơn!

Tp HCM, ngày 23 tháng 12 năm 2019 NHÓM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Trang 22

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là Bùi Duy Tân, sinh viên khóa 2015 của ngành Công nghệ Kỹ thuật Môi trường, mã số sinh viên: 15150129

Tôi tên là Nguyễn Minh Tí, sinh viên khóa 2015 của ngành Công nghệ Kỹ thuật Môi trường, mã số sinh viên: 15150139

Chúng tôi đảm bảo rằng khóa luận tốt nghiệp này là nghiên cứu khoa học của chúng tôi đã được thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Trần Thị Kim Anh

Các tài liệu tham khảo trong luận án này là từ các nguồn đáng tin cậy đã được xác minh và công bố rộng rãi cho công chúng Chúng tôi đã trích dẫn các nguồn tham khảo rõ ràng trong danh sách các tài liệu tham khảo Kết quả nghiên cứu trong dự án này đã được chúng tôi thực hiện nghiêm túc, trung thực và không trùng lặp các chủ đề khác

Danh dự và uy tín của chúng tôi là sự đảm bảo cho sự đảm bảo này

Tp HCM, ngày 23 tháng 12 năm 2019 NHÓM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Trang 23

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN iLỜI CAM ĐOAN iiMỤC LỤC iiiDANH MỤC BẢNG viDANH MỤC HÌNH viiDANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xTÓM TẮT xii

MỞ ĐẦU 1CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 41.1 Khái niệm chung về nhựa trao đổi ion 41.1.1 Khái niệm 41.1.2 Phân loại 41.1.3 Tính chất 51.1.4 Ứng dụng 61.2 Tổng hợp nhựa trao đổi ion 61.3 Phương pháp xử lý kim loại nặng 81.4 Quá trình hoàn nguyên nhựa 101.5 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt 111.5.1 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 121.5.2 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 131.6 Động lực hấp phụ 131.6.1 Mô hình Thomas 151.6.2 Mô hình Yoon – Nelson 16CHƯƠNG 2 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH NHỰA POLYSTYRENE THẢI THÀNH HẠT TRAO ĐỔI ION 17

Trang 24

2.1 Nguyên vật liệu 172.1.1 Vật liệu 172.1.2 Hóa chất 172.1.3 Thiết bị - máy móc sử dụng 172.1.4 Dụng cụ thí nghiệm 172.2 Phương pháp biến tính nhựa PSW 172.2.1 Giới thiệu một số phương pháp biến tính nhựa Polystyrene thải 172.2.2 Quy trình biến tính nhựa Polystyrene thải thành nhựa trao đổi ion 192.2.3 Khảo sát tính chất vật lý của PSW-S 212.2.4 Khảo sát tính chất hóa học của nhựa PSW-S 232.2.5 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng nhựa đến hiệu quả xử lý kim loại nặng khi vận hành gián đoạn 262.2.6 Khảo sát hiệu suất xử lý kim loại nặng khi vận hành liên tục 282.2.7 Quá trình hoàn nguyên nhựa 302.2.8 Khảo sát ảnh hưởng của nước thải thực tế đến hiệu suất xử lý kim loại nặng 34CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 363.1 Khảo sát các thông số tối ưu trong quá trính biến tính 363.1.1 Thể tích H2SO4 98% 373.1.2 Thời gian phản ứng 383.1.3 Nhiệt độ phản ứng 393.2 Khảo sát các đặc tính của hạt trao đổi ion vừa chế tạo 403.2.1 Đặc tính chung 403.2.2 Khảo sát đặc tính FTIR, SEM/EDX, XRD và TGA 423.3 Khảo sát hiệu quả xử lý kim loại nặng khi vận hành gián đoạn 503.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của lượng nhựa đến hiệu suất xử lý kim loại nặng 50

Trang 25

3.4 Khảo sát hiệu quả xử lý kim loại nặng khi vận hành liên tục 543.4.1 Khảo sát ảnh hưởng lưu lượng qua cột đến hiệu suất xử lý 543.4.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ kim loại nặng đầu vào đến hiệu suất xử lý 573.4.3 Khảo sát ảnh hưởng lượng nhựa trong cột đến hiệu suất xử lý 593.4.4 Phương trình động học hấp phụ Thomas và Yoon Nelson 623.5 Quá trình hoàn nguyên nhựa 683.5.1 Khảo sát nồng độ NaCl 683.5.2 Khảo sát thể tích NaCl hoàn nguyên 693.5.3 Khảo sát thời gian hoàn nguyên 703.6 Khảo sát sự ảnh hưởng của nước thải thực tế đến hiệu suất khử kim loại nặng 71KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 74TÀI LIỆU THAM KHẢO 77PHỤ LỤC xiii

Trang 26

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Các phương pháp biến tính nhựa PSW thành hạt trao đổi ion 18 Bảng 3.1 Đặc tính của nhựa PSW mua ở bốn nơi khác nhau 36 Bảng 3.2 So sánh tính chất vật lý của nhựa Indion 220 Na và PSW-S 41 Bảng 3.3 So sánh nhựa PSW-S và nhựa Indion 220 Na 41 Bảng 3.4 Các tham số trong khảo sát hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của nhựa

PSW-S với các ion kim loại nặng Zn2+, Cd2+, Cu2+ 53 Bảng 3.5 Các tham số trong khảo sát hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich của nhựa PSW-S với các ion kim loại nặng Zn2+, Cd2+, Cu2+ 54 Bảng 3.6 Dữ liệu hấp phụ cột khi lưu lượng thay đổi với nồng độ ban đầu 100 ppm

và khối lượng nhựa 20g 55 Bảng 3.7 Dữ liệu hấp phụ cột khi nồng độ kim loại nặng đầu vào thay đổi với lưu lượng 0.5 L/h và khối lượng nhựa 20g 57 Bảng 3.8 Dữ liệu hấp phụ cột khi thay đổi khối lượng nhựa với lưu lượng 0.5 L/h

và khối lượng nhựa nồng độ đầu vào 40 ppm 60 Bảng 3.9 Hằng số động học hấp phụ Thomas và Yoon-Nelson của các quá trình hấp phụ Zn2+ 62 Bảng 3.10 Hằng số động học hấp phụ Thomas và Yoon-Nelson của các quá trình hấp phụ Cd2+ 64 Bảng 3.11 Hằng số động học hấp phụ Thomas và Yoon-Nelson của các quá trình hấp phụ Cu2+ 66 Bảng 3.12 Dữ liệu hấp phụ cột khi vận hành với nước thải thực có nồng độ ban đầu

70 ppm và khối lượng nhựa 30g 71 Bảng 3.13 Hằng số động học hấp phụ Thomas và Yoon-Nelson của các quá trình hấp phụ Zn2+ 72

Trang 27

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Đường cong thoát của cột hấp phụ 14Hình 2.1 Quy trình điều chế nhựa trao đổi ion từ PSW 19Hình 2.2 Quy trình xác định khối lượng riêng của nhựa PSW-S 21Hình 2.3 Quy trình xác định độ trương nở của nhựa PSW-S 22Hình 2.4 Quy trình xác định độ ẩm của nhựa PSW-S 23Hình 2.5 Quy trình xác định độ sulfunate của nhựa PSW-S Error! Bookmark not defined

Hình 2.6 Quy trình xác định đương lượng trao đổi của nhựa PSW-S 24Hình 2.7 Quy trình ảnh hưởng khối lượng nhựa đến hiệu quả xử lý kim loại nặng khi vận hành gián đoạn 26Hình 2.8 Quy trình khảo sát ảnh hưởng lưu lượng đến hiệu suất xử lý 28Hình 2.9 Quy trình khảo sát ảnh hưởng nồng độ kim loại đến hiệu suất xử lý 28Hình 2.10 Quy trình khảo sát ảnh hưởng lượng nhựa trong cột đến hiệu quả xử lý29Hình 2.11 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ NaCl tới hiệu quả hoàn nguyên 31Hình 2.12 Khảo sát ảnh hưởng thể tích NaCl tới hiệu quả hoàn nguyên 32Hình 2.13 Khảo sát ảnh hưởng thời gian ngâm nhựa tới hiệu quả hoàn nguyên 33Hình 2.14 Quá trình hoàn nguyên liên tục 34Hình 2.15 Quá trình khảo sát ảnh hưởng của nước thải thực tế đến hiệu quả xử lý 34Hình 3.1 Thể tích axit H2SO4 98% tối ưu 37Hình 3.2 Thời gian phản ứng tối ưu 38Hình 3.3 Nhiệt độ phản ứng tối ưu 39Hình 3.4 Nhựa PSW sau khi sulfunate 42Hình 3.5 Phổ FTIR của vật liệu nhựa PSW chưa sulfunat hóa 43Hình 3.6 Phổ FTIR của vật liệu nhựa PSW đã sulfunat hóa (PSW-S) 43

Trang 28

Hình 3.7 Phổ FTIR của vật liệu nhựa PSW-S sau khi trao đổi với các ion kim loại nặng 44Hình 3.8 Phổ FTIR của vật liệu nhựa PSW-S sau khi hoàn nguyên bằng NaCL 45Hình 3.9 Ảnh SEM của mẫu nhựa thải polystyrene trước khi Sulfunate ở mức độ phóng ảnh khác nhau: a) 100um, b) 500um 46Hình 3.10 Ảnh SEM của mẫu nhựa thải polystyrene sau khi Sulfunate hóa ở mức

độ phóng ảnh khác nhau: c) 100um, b) 500nm 46Hình 3.11 Ảnh SEM EDX của mẫu nhựa thải polystyrene trước khi sulfunate 47Hình 3.12 Ảnh SEM của mẫu nhựa thải polystyrene sau khi Sulfunate hóa 47Hình 3.13 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi thành phần các nguyên tố trước và sau Sulfunate 48Hình 3.14 Phổ XRD của vật liệu nhựa PSW trước và sau quá trình Sulfunat hóa 48Hình 3.15 Phổ phân tích nhiệt vi sai của mẫu vật liệu nhựa PSW chưa Sulfunat hóa 49Hình 3.16 Phổ phân tích nhiệt vi sai của mẫu vật liệu PSW đã Sulfunat hóa

(PSW-S) 49Hình 3.17 Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của lượng nhựa đến hiệu suất xử lý ion

Zn2+ 50Hình 3.18 Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của lượng nhựa đến hiệu suất xử lý ion

Cd2+ 50Hình 3.19 Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của lượng nhựa đến hiệu suất xử lý ion

Cu2+ 51Hình 3.20 Đồ thị phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của nhựa PSW-S với các ion kim loại nặng Zn2+, Cd2+, Cu2+ 52Hình 3.21 Đồ thị phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich của nhựa PSW-S với các ion kim loại nặng Zn2+, Cd2+, Cu2+ 53Hình 3.22 Khảo sát lưu lượng với nồng độ mỗi kim loại cố định C0 = 30 ppm và khối lượng nhựa m = 20g 57Hình 3.23 Khảo sát nồng độ đầu vào với lưu lượng Q = 0.5 L/h và khối lượng nhựa

Trang 29

Hình 3.24 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng nhựa với lưu lượng Q = 0.5 L/h và nồng

độ đầu vào mỗi kim loại là 40 ppm 61Hình 3.25 Phương trình động học Thomas (1) và Yoon Nelson (2) dạng tuyến tính của quá trình hấp phụ ion Zn2+ 63(a) Lưu lượng dòng chảy; (b) Nồng độ ion kim loại ban đầu; (c) Khối lượng nhựa 63Hình 3.26 Phương trình động học Thomas (1) và Yoon Nelson (2) dạng tuyến tính của quá trình hấp phụ ion Cd2+ 65(a) Lưu lượng dòng chảy; (b) Nồng độ ion kim loại ban đầu; (c) Khối lượng nhựa 65Hình 3.27 Phương trình động học Thomas (1) và Yoon Nelson (2) dạng tuyến tính của quá trình hấp phụ ion Cu2+ 67(a) Lưu lượng dòng chảy; (b) Nồng độ ion kim loại ban đầu; (c) Khối lượng nhựa 67Hình 3.28 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ dung dịch NaCl ngâm nhựa đến hiệu suất của quá trình hoàn nguyên 68Hình 3.29 Khảo sát ảnh hưởng thể tích dung dịch NaCl ngâm nhựa đến hiệu suất của quá trình hoàn nguyên 69Hình 3.30 Khảo sát ảnh hưởng thời gian ngâm nhựa đến hiệu suất của quá trình hoàn nguyên 70Hình 3.31 Khảo sát ảnh hưởng của nước thải thực tế đến hiệu quả xử lý 72Hình 3.32 Phương trình động học Thomas (1) và Yoon Nelson (2) dạng tuyến tính 73

Trang 30

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

PSW: Polystyrene waste – Nhựa Polystyrene thải

PSW-S: Polystyrene waste Sulfonate - Nhựa Polystyrene thải đã Sulfonate FTIR: Frustrated total internal reflection – Phương pháp chụp quang phổ hồng ngoại

SEM: Scanning Electron Microscope – Chụp bề mặt bằng kính hiển vi điện tử EDX: Energy-dispersive X-ray spectroscopy –Phổ tán xạ năng lượng tia X

XRD: X-ray Diffraction – Nhiễu xạ tia X

TGA: Thermal gravimetric analysis – Phân tích nhiệt trọng lượng

Trang 31

ABSTRACT

Due to its superior properties such as transparency, odorless, durable, easy to shape, easy to process, Polystyrene (PS) is used in life quite widely This type of thermoplastic is present in many important fields, such as the production of boxes, children's toys, disposable plastic dishes, etc On the other hand, the relatively short service life leads to waste The annual environment from PS plastic is huge Finding a new solution that can solve the current situation is extremely important, in which recycling plastic waste into materials capable of handling pollutants is the top priority Because this is a dual effective method, both protecting the environment and saving resources, bringing high economic efficiency, besides handling difficult pollutants by conventional methods In this topic, the authors decided to select waste PS plastic (PSW) from disposable plastic dishes to form ion exchange resins by sulfonate method The method of using ion exchange resins is being widely applied in the fields of supply water and wastewater because of its safety, environment friendliness, simple operation and high efficiency Therefore, the topic is to transform PSW into ion exchange resin That has opened a new direction in the problem of plastic waste treatment in general and PS plastic in particular

The research results are very positive, when ion exchange resins after being modified from PSW resin have the efficiency of handling heavy metals and Ca2+ ions

> 90% Prepared resins are a strong acid ion exchange resin based on HSO3- proven to exist by FTIR, TGA, SEM-EDX, XRD methods Visually, the ion exchange resins are created in a dark gray color, sufficiently burnt, not brittle, relative ductility, high abrasion, no swelling The exchange capacity is 0.763 eq/L, the efficiency of handling heavy metals (Zn2+, Cd2+, Cu2+) reaches > 90% in continuous operating conditions The project creates the foundation for future researches on waste plastic recycling and water treatment

Key words: Polystyrene, waste PS plastic, sulfonate method, X-ray energy dispersion spectroscopy, scanning electron microscope analysis, infrared spectroscopy analysis, thermal weight analysis, hard water, heavy metals

Trang 32

TÓM TẮT

Do các tính chất ưu việt như trong suốt, không mùi vị, bền, dễ tạo hình, dễ gia công nên Polystyrene (PS) được sử dụng trong đời sống khá rộng rãi Loại nhựa nhiệt dẻo này có mặt trong nhiều lĩnh vực quan trọng, phải kể đến như sản xuất hộp, đồ chơi trẻ em, chén dĩa nhựa sử dụng một lần… Mặt khác, vòng đời sử dụng khá ngắn dẫn đến lượng rác thải ra môi trường hằng năm từ nhựa PS là rất lớn Việc tìm ra một giải pháp mới có thể giải quyết được hiện trạng trên là vô cùng quan trọng, trong đó biện pháp tái chế nhựa thải thành vật liệu có khả năng xử lý các chất ô nhiễm được ưu tiên hơn cả Vì đây là phương pháp hiệu quả kép, vừa bảo vệ môi trường vừa tiết kiệm tài nguyên, mang lại hiệu quả cao về kinh tế, bên cạnh đó còn xử lý các tác nhân gây ô nhiễm khó xử lý bằng các phương pháp thông thường Trong đề tài này, nhóm tác giả quyết định lựa chọn nhựa PS thải (PSW) từ chén nhựa sử dụng một lần điều chế tạo thành nhựa trao đổi ion bằng phương pháp sulfonate Phương pháp sử dụng nhựa trao đổi ion đang được ứng dụng rộng rãi khắp các lĩnh vực xử lý nước cấp và nước thải bởi tính chất an toàn, thân thiện với môi trường, vận hành đơn giản nhưng mang lại hiệu quả xử lý cao Do đó, việc đề tài hướng tới là biến tính nhựa PSW thành nhựa trao đổi ion Điều đó đã mở ra một hướng đi mới trong vấn đề xử lý rác thải nhựa nói chung và nhựa PS thải nói riêng

Kết quả nghiên cứu rất khả quan, khi nhựa trao đổi ion sau khi được biến tính từ nhựa PSW có hiệu suất xử lý kim loại nặng và ion Ca2+ > 90% Nhựa điều chế thuộc loại nhựa trao đổi ion axit mạnh có gốc HSO3- được chứng minh tồn tại bằng các phương pháp đo FTIR, TGA, SEM-EDX, XRD Bằng cảm quan, nhựa trao đổi ion tạo

ra có màu xám đen, cháy vừa đủ, không giòn, độ dẻo tương đối, độ mài mòn cao, không trương nở Dung lượng trao đổi 0.763 eq/L, hiệu quả xử lý kim loại nặng (Zn2+,

Cd2+, Cu2+) đạt > 90% trong điều kiện vận hành liên tục Đề tài tạo ra nền tảng cho các công trình nghiên cứu mảng tái chế nhựa thải và xử lý nước trong tương lai

Từ khóa: Polystyrene, nhựa PS thải, phương pháp sulfonate, phổ tán sắt năng

Trang 33

MỞ ĐẦU

Do sự phát triển của nền kinh tế và quá trình đô thị hóa diễn ra nhanh chóng, dẫn đến nhu cầu sử dụng các sản phẩm sử dụng một lần ngày càng gia tăng Các loại hàng hóa như cốc, chén đĩa nhựa dùng một lần, hay các loại bao bì nhựa… được ưa chuộng

vì tính tiện ích cũng như tính tiết kiệm rất nhiều thời gian của nó Bên cạnh các mặt tích cực đó, hằng năm lượng rác thải nhựa do con người thải ra tăng nhanh chóng mặt, khi so sánh với hầu hết các loại vật liệu nhân tạo khác thì con số thu được đều vược xa [1] Điều đó có thể thấy rõ khi nhìn vào thành phần rác thải đô thị, qua sự chênh lệch

về tỷ lệ rác thải nhựa (tính theo khối lượng) từ 1% ở năm 1960 và hơn 10% trong năm

2005 đối với các nước phát triển trung bình và cao [2] Không dừng lại ở đó, tỷ lệ này không ngừng tăng đều suốt năm mươi năm qua [3] Lượng rác thải nhựa nhiều là thế, nhưng chỉ số ít chúng được thu gom, tái chế, tái sử dụng một cách hợp lý Điều đó ảnh hưởng xấu không chỉ đối với môi trường mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người Vì các tính chất nổi bậc mà thành phần chính được dùng trong các sản phẩm chứa thực phẩm sử dụng một lần của con người là nhựa Polystyrene [4] Cũng như một số loại nhựa khác, khi tái sử dụng chúng ở nhiệt độ cao, styren sẽ được giải phóng, đây là chất độc đối với con người vì chúng có thể phá hủy DNA, gây độc thần kinh, gây ung thư… khi di chuyển vào thức ăn và đi vào cơ thể của con người [4,5]

Nước đóng vai trò quan trọng trong đời sống của con người và sinh vật, tuy nhiên

do sự phát triển công nghiệp mà môi trường nước ngày càng ô nhiễm nặng Khi nguồn nước mặt bị ô nhiễm thì không chỉ môi trường và hệ sinh thái ảnh hưởng, mà ngay cả sức khỏe con người cũng bị đe dọa Hiện nay, một trong những nguyên nhân gây ra các căn bệnh hiểm nghèo như: ung thư, quái thai, vô sinh… là kim loại nặng Kim loại nặng như Hg, Cd, Cu, Zn… thường không tham gia hoặc ít tham gia vào các quá trình sinh hóa trong cơ thể sinh vật, nhưng chúng lại tích tụ trong cơ thể chúng Sau đó dựa vào lưới thức ăn mà lượng độc tố kia dễ dàng đi vào cơ thể con người [6] Vì thế, việc loại bỏ, chiết tách kim loại nặng ra khỏi nước thải là điều rất quan trọng và cần thiết

Trang 34

Hiện nay, nhiều phương pháp chuyển hóa, lọc màng, thẩm thấu ngược…đã được

áp dụng để xử lý kim loại nặng trong nước thải Trong đó phương pháp trao đổi ion có nhiều ưu điểm hơn khi kết hợp tái chế vật liệu thải, điều đó giúp tiết kiệm chi phi hơn

so với các phương pháp lọc màng, mặt khác so với phương pháp kết tủa thì trao đổi ion hạn chế lượng bùn thải nguy hại hơn [7]

Một số nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc ứng dụng nhựa trao đổi ion được chế tạo

từ nhựa Polystyrene thải để xử lý kim loại nặng là khả thi Theo nghiên cứu của I Bekri-Abbe, S Bayoudh và M Baklouti, 2006 về chuyển đổi chất thải Polystyrene thành chất hấp phụ, sử dụng trong việc loại bỏ các ion Chì và Cadmium khỏi dung dịch nước thì kết quả thu được nhựa trao đổi ion sau khi cho 5g nhựa PS thải (0.5 – 1

mm2) vào 100ml axit H2SO4 96% và khuẩy ở 60oC trong 90 phút, dung lượng trao đổi của nhựa trao đổi ion là 0.8 meq/g Theo nghiên cứu của P Thuy, N Hung, B Bruggen, 2018 về nghiên cứu tổng hợp vật liệu trao đổi ion từ nhựa thải bằng phản ứng sulfo hóa dạng đồng thể, ứng dụng loại bỏ Cr3+ trong môi trường nước thu được vật liệu trao đổi ion khi cho lượng nhựa thải được lắc liên tục với các thể tích dung môi cyclohexane, ở tốc độ 200 vòng/phút trong khoảng thời gian tối ưu Sau đó, thêm vào 10 ml axit sulfuric nồng 98%, phản ứng sulfo hóa ở dạng dung dịch đồng nhất được thực hiện ở cùng tốc độ lắc, thời gian lắc tối ưu của polystyrene trong cyclohexane là 50 phút, tạo ra được sản phẩm có tổng dung lượng trao đổi cao nhất lên đến 15.3 mg/g

Từ các vấn đề trình bày như trên, nhóm tác giả ứng dụng tái chế nhựa thải có nguồn gốc từ Polystyrene thành nhựa trao đổi ion có khả năng xử lý nước thải chứa kim loại nặng Cu, Cd và Zn

Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu chế tạo nhựa trao đổi ion từ nhựa polystyrene thải (PSW) bằng phương pháp sulfonate an toàn, thân thiện với môi trường

Ứng dụng cho khử kim loại nặng trong nước

Trang 35

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: Từ kết quả nghiên cứu của đề tài biến tính nhựa polystyrene thải thành nhựa trao đổi ion có khả năng khử kim loại nặng, đây được coi là cơ sở khoa học cho các đề tài biến tính các loại nhựa khác thành các vật liệu có ích cho môi trường, nhất là đối với môi trường nước Với khả năng xử lý kim loại nặng, hạt nhựa trao đổi ion được chế tạo từ nhựa polystyrene thải, cho thấy tính ứng dụng cao và góp phần tạo dựng nền tảng bền vững cho các vật liệu xử lý nước được chế tạo từ rác thải

Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài có tính thực tiễn cao khi có nguồn nguyên liệu được sử dụng là nhựa thải, ngoài việc góp phần giảm thiểu lượng nhựa thải ra ngoài môi trường, còn được ứng dụng để xử lý kim loại nặng trong môi trường nước Qua đó đề cao tính tái chế rác thải trong thực tiễn

Phương pháp nghiên cứu

Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp nghiên cứu tài liệu

- Phương pháp xây dựng đường chuẩn, tính toán nồng độ kim loại nặng

- Phương pháp biến tính Sulfonate PSW với xúc tác bạc sulfate (Andrea E Holboke, 1989)

- Khảo sát ba thông số tối ưu để biến tính nhựa PSW bằng phương pháp thực nghiệm phân đoạn (Heuristic)

- Phương pháp thực nghiệm trên mô hình để kiểm chứng ảnh hưởng của các yếu tố như nồng độ đầu vào, lưu lượng qua cột, lượng nhựa…đến khả năng khử kim loại nặng của nhựa

- Xử lý số liệu chạy cột thông qua phương trình động học hấp phụ Thomas

và Yoon Nelson để tính toán dung lượng trao đổi ion của vật liệu

- Phương pháp chụp khảo sát các đặc tính FTIR, SEM/EDX, XRD và TGA

để chứng minh có tồn tại gốc -HSO3gắn trên nhựa sau khi biến tính và một số tính chất khác

Trang 36

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm chung về nhựa trao đổi ion

1.1.1 Khái niệm

Hạt nhựa trao đổi ion có thể hiểu đơn giản là những hạt nhựa không hòa tan trong nước và có chứa những ion có thể dễ dàng trao đổi với những ion khác có trong dung dịch Việc trao đổi ion này diễn ra nhanh chóng và không làm thay đổi tính chất vật lý của hạt nhựa

Những hạt nhựa trao đổi ion được tổng hợp bằng phương pháp hóa học, là phản ứng trùng ngưng styrene và divinylbenzen DVB Các phân tử styrene tạo nên cấu trúc

cơ bản cho hạt nhựa trao đổi ion, còn DVB là cầu nối các polymer có tính không tan bền vững, đây là những cầu nối ba chiều giúp tạo nên cấu trúc rỗng trong các hạt nhựa trao đổi ion

Hạt nhựa trao đổi ion được chia làm hai phần: gốc của chất trao đổi ion và nhóm ion có khả năng trao đổi hay còn gọi là nhóm hoạt tính

Trang 37

- Anionit là chất trao đổi ion có chứa các nhóm chức amin bậc nhất R-NH2, amin bậc hai R-R’NH, amin bậc ba R-R2’N, amin bậc bốn R-R2’N+-OH Chúng có khả năng hút ion âm từ dung dịch điện ly, mang tính kiềm Các loại hạt này thường được sử dụng để loại bỏ nitrat hay những tạp chất hữu cơ Trong nhóm này cũng được chia làm hai loại:

+ Các anionit bazo mạnh: chứa một lượng lớn các nhóm chức kiềm mạnh như amin bậc bốn –N(CH2)3-OH có thể phân ly OH- trong nước, chúng sẽ hấp thu các điện tích dương kết hợp với anion có trong dung dịch có môi trường pH khác nhau

+ Các anionit bazo yếu: chứa một lượng lớn các nhóm chức kiềm yếu như amin bậc nhất –NH3-Cl, amin bậc ba –NR2 có thể phân ly trong nước và OH- kiềm yếu Nhóm này làm việc trong môi trường trung tính hoặc axit

- Các anionit lưỡng tính: chứa những nhóm có khả năng trao đổi cả cation và anion Sự kết hợp trao đổi này giúp loại bỏ hầu hết các chất cặn bẩn, các ion có trong nước

1.1.3 Tính chất

Màu sắc: Các hạt nhựa trao đổi ion thường có một số màu như: vàng, nâu, đen… Hình thái: Ở dạng hình tròn có kích thước khoảng 0.04 – 1 mm

Độ nở: Thể tích sẽ tăng khi ngâm vào trong nước

Độ ẩm: Là tỉ lệ khối lượng nước trên khối lượng nhựa ở dạng khô (độ ẩm khô), hoặc ở dạng ướt (độ ẩm ướt)

Tính chịu nhiệt: chịu được nhiệt độ ở giới hạn nhất định thường từ 20oC – 50oC

sẽ cho hiệu quả làm việc tốt nhất Nhiệt độ quá cao sẽ làm hạt nhựa bị phân giải Tính dẫn điện: Chất trao đổi ion ẩm dẫn điện tốt, tính dẫn điện của nó phụ thuộc vào dạng ion

Tính chịu oxy hóa: Hạt nhựa sẽ bị lão hóa khi tiếp xúc với những chất oxi hóa mạnh

Trang 38

Tính chịu mài mòn: Có khả năng vỡ vụn trong quá trình vận hành nếu có sự cọ sát va chạm

Trên thực tế, ta có thể thấy một số loại hạt nhựa trao đổi ion sau:

 Hạt nhựa styrene có dạng gel màu vàng trong suốt

 Hạt macroprous trong suốt

 Hạt macroprous cation styrene màu vàng nhạt hoặc màu nâu xám

 Hạt macroprous anion styrene có màu trắng

 Hạt acrylic màu trắng hặc trắng sữa

- Loại bỏ nitrat NO3-, ClO4-, CO32-, CN-, SO42-

Khi lựa chọn sử dụng hạt nhựa trao đổi ion, tùy theo mục đích loại bỏ để ta có thể chọn được loại hạt phù hợp nhất

1.2 Tổng hợp nhựa trao đổi ion

 Tổng hợp nhựa trao đổi cation

Polymer hóa huyền phù styrene và divinylbenzene (DVB) [9]: ban đầu ở dạng lỏng, cho vào thùng phản ứng Chất hoạt động bề mặt giữ cho hệ được phân tán ổn định Khuấy trộn, styrene và DVB hình thành từng khối lớn, tăng tốc độ khuấy, hạt nhỏ hơn được hình thành, tăng tốc độ khuấy đến khi kích thước hạt đạt yêu cầu khoảng

Trang 39

ra và hình thành các hạt nhỏ Divinylbenzene là tác nhân tạo nối ngang, làm cho hạt nhựa có độ cứng, không có styrene hạt nhựa có thể hòa tan trong nước

Polystyrene – DVB cần có hoạt tính hóa học dể sử dụng làm chất trao đổi ion Các nhóm hoạt tính được gắn vào và mỗi nhóm chức có một điện tích cố định, có thể cân bằng bởi điện tích đối tượng ứng Nhựa cation axit mạnh được tạo ra khi xử lý hạt nhựa trong axit sunfuric đậm đặc (gọi là quá trình sunfonat hóa), nhóm sunfonic axit mang điện tích âm, bền Quan trọng là các tâm mang điện này phân bố trên toàn bộ hạt

Đồng trùng hợp styrene với divinylbenzene, sau đó sunfo hóa bằng axit sunfuric đậm đặc Loại nhựa này có hóm đặc trưng là –SO3H, bền hóa học, bền cơ, bền nhiệt đến 150 oC Quá trình đồng trùng hợp tiến hành ở 80 oC, trong 18 giờ, sunfo hóa bằng axit sunfuric đậm đặc ở 100 oC, trong 8 giờ, với Ag2SO4 làm xúc tác

 Tổng hợp nhựa trao đổi anion

Loại nhựa này chứa nhóm chức hoạt động kiềm amin bậc bốn –N(CH2)3-OH Tổng hợp bằng cách amin hóa đồng trùng hợp đã chloromethyl hóa của styrene và divinylbenzene [9]

Nhựa anion kiềm mạnh được hoạt hóa qua hai giai đoạn: trước tiên chloromethyl hóa, sau đó amin hóa Quá trình hai bước bắt đầu cùng với vật liệu styrene và divinylbenzene Điểm khác biệt là lượng DVB được dùng ít hơn, làm cho hạt xốp hơn Bước phản ứng đầu tiên là gắn nhóm chloromethyl vào mỗi vòng benzen trong cấu trúc của hạt Nhựa chloromethyl trung gian này cần để phản ứng với amin trong quá trình amin hóa Loại amin sử dụng sẽ xác định chức năng của loại nhựa Amin thường được sử dụng là trimethylamin (TMA), sẽ tạo ra nhựa trao đổi anion kiềm mạnh loại 1

Sử dụng dimethylanolamin (DMEA) sẽ tạo ra nhựa anion loại 2

Để tăng diện tích tiếp xúc giữa hạt nhựa với nước, thì hạt nhựa trao đổi được tạo

ra với kích thước phù hợp mà vẫn đảm bảo hiệu suất

Trang 40

1.3 Phương pháp xử lý kim loại nặng

Hiện nay, có nhiều phương pháp được ứng dụng để xử lý kim loại nặng trong nước thải như:

- Phương pháp kết tủa bằng hóa chất và tách cặn kim loại nặng ra ngoài dưới dạng hyđroxit như theo kết quả nghiên cứu của Lertchai Charerntanyarak, 1999 về ứng dụng loại bỏ kim loại nặng dùng hóa chất trong quá trình tạo bông và kết tủa Phương pháp này có thể đạt 90% hiệu quả xử lý khử kim loại nặng Tuy phương pháp đơn giản, dễ sử dụng, hiệu quả xử lý cao và xử lý đồng thời nhiều kim loại nặng nhưng bên cạnh đó mặt hạn chế của phương pháp này là với nồng độ kim loại thấp thì hiệu quả xử lý không triệt để, tạo ra nhiều bùn thải kim loại, tốn kém chi phí vận chuyển bùn thải đi xử lý cũng như chi phí sử dụng hóa chất [10]

- Phương pháp điện hóa: đây là phương pháp nhúng các điện cực vào trong nước thải có chứa kim loại nặng sau đó sử dụng dòng điện một chiều cho chạy qua (theo kết quả báo cáo năm 2005 từ bài báo nghiên cứu của M Hunsoma) Theo đó, hiệu xuất xử lý đạt 99% đồng thời có nhiều ưu điểm hơn phương pháp kết tủa bằng hóa chất vì phương pháp điện hóa ứng dụng rộng rãi trong nước thải có nồng độ kim loại cao, đơn giản và dễ sử dụng, không cần dùng hóa chất Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm trên thì phương pháp này đòi hỏi tiêu hao năng lượng lớn, chi phí xử lý cao [11]

- Phương pháp hấp phụ: Người ta sử dụng vật liệu hấp phụ từ than hoạt tính như kết quả nghiên cứu của Y Liu, M C Lam, H H Fang, 2001 theo kiểu hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Hiệu quả xử lý trung bình đạt 99% với nồng độ đầu vào

từ 10-100 ppm, phương pháp này đơn giản và dễ sử dụng, ngoài ra có thể nhả hấp phụ để tái sinh vật liệu hấp phụ cho một quá trình xử lý tiếp theo [12]

- Phương pháp trao đổi ion: Sử dụng vật liệu polymer có chứa sẵn những ion trao đổi Khi cho nguồn nước đi qua vật liệu này những ion trong nước sẽ trao đổi với ion trên vật liệu và sẽ bị giữ lại trên vật liệu lọc đó Với ưu điểm là khả năng thu

Tiêu đề	Biến tính nhựa thải polystyrene để xử lý Zn(II), Cd(II) và Cu(II) trong nước thải
Tác giả	Bùi Duy Tân, Nguyễn Minh Tí
Người hướng dẫn	TS. Trần Thị Kim Anh
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công nghệ Kỹ thuật Môi Trường
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	137
Dung lượng	8,12 MB