Nghiên cứu và chế tạo vật liệu dựa trên cơ sở graphene để khử mặn trong nước biển

luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ Nghiên cứu và

Trang 1

luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Nghiên cứu và chế tạo vật liệu dựa trên

cơ sở Graphene để khử mặn trong nước

biển.

HOÀNG THỊ CHIỆN

Chien.HT202631M@sis.hust.edu.vn

Chuyên ngành Kỹ thuật hóa học

Giảng viên hướng dẫn: TS.Vũ Thị Tần

Bộ môn: Công nghệ các chất vô cơ

Viện: Kỹ thuật hóa học

HÀ NỘI, 07/2022

Chữ ký của GVHD

Chia s ■ câu chuy ■ n thành công trên 123doc - ki ■ m 5 tri ■ u ch ■ i 7 tài li ■ u! Nghe có v ■ khó tin nh ■ ng ■ ây là con s ■ hoàn toàn chính xác mà BQT 123doc ■ ã thu th ■■■■ c sau ■■ t tng k ■ t doanh thu tháng 11 uy tín cao nh ■ t Mong mu ■ n mang l ■ i cho c ■ ng ng xã h ■ i m ■ t ngu ■ n tài nguyên tri th ■ c quý báu, phong phú, ■ Sau h ■ n m ■ t n ■ m ra ■■ i, 123doc ■ ã t ■ ng b ■■ c kh ■ ng nh v ■ trí c ■ a mình trong l ■ nh v ■ c tài li ■ u và kinh doanh online Sau h ■ n m ■ t n ■ m ra ■■ i, 123doc ■ ã t ■ ng b ■■ c kh ■ ng nh v ■ trí c ■ a mình trong l ■ nh v ■ c tài li ■ u và kinh doanh online Tính ■■ n th ■ i ■ m tháng 5/2014; 123doc v ■■ ■ c 100.000 l ■■ t truy c ■ p m ■ i ngày, s ■ u 2.000.000 thành viên ■■ ng ký, l ■ t vào top 200 các website ph ■ bi ■ n nh ■ i Vi ■ t Nam, t ■ tìm ki ■ m thu ■ c top 3 Google Nh ■■■■ c danh hi ■ u do c ■ ng ng bình ch ■ n là website ki ■ m ti ■ n online hi ■ u qu ■ và uy tín nh ■

mt member không m ■ y n ■ i b ■ t c ■ a c ■ ng ng 123doc ■ ã xu ■ t s ■ ■■ ng trong danh sách Top danh thu cao nh ■ t tháng t ■ o c ■ i gia t ■ ng thu nh ■ p online cho t ■ t c ■ các thành viên c ■ a website.

tri ■ n khai event khuy ■ n mãi th ■ p v ■ i nh ■ ng ■ ãi c ■ c k ■ p d ■ n ng b ■ nhé, tr ■■ c tiên hãy cùng tìm hi ■ u thông tin v ■ Khách hàng có th ■ dàng tra c ■ u tài li ■ u m ■ t cách chính xác, nhanh chóng.

Mang l ■ i tr ■ nghi ■ m m ■ i m ■ cho ng ■■ i dùng, công ngh ■ hi ■ n th ■ hi ■ ■■ ■ n online không khác gì so v ■ i b ■ n g ■ c B ■ n có th ■ phóng to, thu nh ■ tùy ý.

Luôn h ■■ ng t ■ i là website d ■ ■■ u chia s ■ và mua bán tài li ■ u hàng ■■ u Vi ■ t Nam Tác phong chuyên nghi ■ p, hoàn h ■ o, cao tính trách nhi ■ m ■ ng ng ■■ i dùng M ■ c tiêu hàng ■■ ■ a 123doc.net tr ■ thành th ■ vi ■ n tài li ■ u online l ■ n nh ■ t Vi ■ t Nam, cung c ■ p nh ■ ng tài li ■■■ c không th ■ tìm th ■ y trên th ■ ■■ ng ngo ■ i tr ■ 123doc.net

123doc cam k ■ t s ■ mang l ■ i nh ■ ng quy ■ n l ■ t nh ■ t cho ng ■■ i dùng Khi khách hàng tr ■ thành thành viên c ■ a 123doc và n ■ p ti ■ n vào tài kho ■ n c ■ a 123doc, b ■ n s ■ ■■■ c h ng nh ■ ng quy ■ n l ■ i sau n ■ p ti ■ n trên website

Th ■ a thu ■ n s ■ ng 1 CH ■ P NH ■ N CÁC ■ I ■ U KHO ■ N TH ■ A THU ■ N Chào m ■ ng b ■■■ ■ i 123doc.

Sau khi nh ■ n xác nh ■ n t ■ ■■ ng h ■ th ■ ng s ■ chuy ■ n sang ph ■ n thông tin xác minh tài kho ■ n email b ■ ■■ ng ký v ■ i 123doc.netLink xác th ■ c s ■ ■■■ c g ■ i v ■ ■■ a ch ■ email b ■ ■■ ng ky, b ■ n vui lòng ■■ ng nh ■ p email c ■ a mình và click vào link 123doc ■ ã g ■ i

Th ■ a thu ■ n s ■ ng 1 CH ■ P NH ■ N CÁC ■ I ■ U KHO ■ N TH ■ A THU ■ N Chào m ■ ng b ■■■ ■ i 123doc.net! Chúng tôi cung c ■ p D ■ ch V ■ (nh ■ ■■■ c mô t ■■■ i ây) cho b ■ n, tùy thu ■ c vào các “ ■ i ■ u Kho ■ n Th ■ a Thu ■ n v ■ ng D ■ ch V ■ ” sau ■ ây (sau ■ ây ■■■ c g ■ t T ■ ng th ■ i ■ m, chúng tôi có th ■ p nh ■ KTTSDDV theo quy ■ t

Xu ■ t phát t ■ ý t ng t ■ o c ■ ng ng ki ■ m ti ■ n online b ■ ng tài li ■ u hi ■ u qu ■ nh ■ t, uy tín cao nh ■ t Mong mu ■ n mang l ■ i cho c ■ ng ng xã h ■ i m ■ t ngu ■ n tài nguyên tri th ■ c quý báu, phong phú, ■ a d ■ ng, giàu giá tr ■ ■■ ng th ■ i mong mu ■ n t ■ i ■ u ki ■ n cho cho các users có thêm thu nh ■ p Chính vì v ■ y 123doc.net ra ■■ ■ m ■ áp ■ ng nhu c ■ u chia s ■ tài li ■ u ch ■■■ ng và ki ■ m ti ■ n online.

Sau h ■ n m ■ t n ■ m ra ■■ i, 123doc ■ ã t ■ ng b ■■ c kh ■ ng nh v ■ trí c ■ a mình trong l ■ nh v ■ c tài li ■ u và kinh doanh online Tính ■■ n th ■ i ■ m tháng 5/2014; 123doc v ■■ ■ c 100.000 l ■■ t truy c ■ p m ■ i ngày, s ■ u 2.000.000 thành viên ■■ ng ký, l ■ t vào top 200 các website ph ■ bi ■ n nh ■ i Vi ■ t Nam, t ■ tìm ki ■ m thu ■ c top 3 Google Nh ■■■■ c danh hi ■ u do c ■ ng ng bình ch ■ n là website ki ■ m ti ■ n online hi ■ u qu ■ và uy tín nh ■

Nhi ■ u event thú v ■ , event ki ■ m ti ■ n thi ■ t th ■ c 123doc luôn luôn t ■ o c ■ i gia t ■ ng thu nh ■ p online cho t ■ t c ■ các thành viên c ■ a website.

123doc s ■ u m ■ t kho th ■ vi ■ n kh ■ ng l ■ i h ■ n 2.000.000 tài li ■ t c ■ nh v ■ c: tài chính tín d ■ ng, công ngh ■ thông tin, ngo ■ i ng ■ , Khách hàng có th ■ dàng tra c ■ u tài li ■ u m ■ t cách chính xác, nhanh chóng.

ut phát t ■ ý t ng t ■ o c ■ ng ng ki ■ m ti ■ n online b ■ ng tài li ■ u hi ■ u qu ■ nh ■ t, uy tín cao nh ■ t Mong mu ■ n mang l ■ i cho c ■ ng ng xã h ■ i m ■ t ngu ■ n tài nguyên tri th ■ c quý báu, phong phú, ■ a d ■ ng, giàu giá tr ■ ■■ ng th ■ i mong mu ■ n t ■ i ■ u ki ■ n cho cho các users có thêm thu nh ■ p Chính vì v ■ y 123doc.net ra ■■ ■ m ■ áp ■ ng nhu c ■ u chia s ■ tài li ■ u ch ■■■ ng và ki ■ m ti ■ n online.

thay vì m ■ i m ■ t cá nhân kinh doanh t ■ th ■ c hi ■ n ngh ■ a v ■ a mình thì s ■ p t ■ i, ngh ■ a v ■ a c ■ a hàng tri ■ u nhà bán hàng l ■ i chuy ■ n giao sang ■■ ■ qu ■ n lý, công ngh ■ hi ■ n th ■ hi ■■■ ■ n online không khác gì so v ■ i b ■ n g ■ c B ■ n có th ■ phóng to, thu nh ■ tùy ý.

Luôn h ■■ ng t ■ i là website d ■ ■■ u chia s ■ và mua bán thay vì m ■ i m ■ t cá nhân kinh doanh t ■ th ■ c hi ■ n ngh ■ a v ■ a mình thì s ■ p t ■ i, ngh ■ a v ■ a c ■ a hàng tri ■ u nhà bán hàng l ■ i chuy ■ n giao sang ■■ ■ qu ■ n lý hoàn h ■ o, cao tính trách nhi ■ m ■ ng ng ■■ i dùng M ■ c tiêu hàng ■■ ■ a 123doc.net tr ■ thành th ■ vi ■ n tài li ■ u online l ■ n nh ■ t Vi ■ t Nam, cung c ■ p nh ■ ng tài li ■ ■■ c không th ■ tìm th ■ y trên th ■■■ ng ngo ■ i tr ■ 123doc.net

123doc cam k ■ t s ■ mang l ■ i nh ■ ng quy ■ n l ■ t nh ■ t cho ng ■■ i dùng Khi khách hàng tr ■ thành thành viên c ■ a 123doc và n ■ p ti ■ n thay vì m ■ i m ■ t cá nhân kinh doanh t ■ th ■ c hi ■ n ngh ■ a v ■ a mình thì s ■ p t ■ i, ngh ■ a v ■ a c ■ a hàng tri ■ u nhà bán hàng l ■ i chuy ■ n giao sang ■■ ■ qu ■ n lý quy ■ n l ■ i sau n ■ p ti ■ n trên website

123doc cam k ■ t s ■ mang l ■ i nh ■ ng quy ■ n l ■ t nh ■ t cho ng ■■ i dùng Khi khách hàng tr ■ thành thành viên c ■ a 123doc và n ■ p ti ■ n vào tài kho ■ n c ■ a 123doc, b ■ n s ■ ■■■ c h ng nh ■ ng quy ■ n l ■ i sau n ■ p ti ■ n trên website thay vì m ■ i m ■ t cá nhân kinh doanh t ■ th ■ c hi ■ n ngh ■ a v ■ a mình thì s ■ p t ■ i, ngh ■ a v ■ a c ■ a hàng tri ■ u nhà bán hàng l ■ i chuy ■ n giao sang ■■ ■ qu ■ n lýChào m ■ ng b ■■■ ■ i 123doc.

Sau khi nh ■ n xác nh ■ n tLink xác th ■ c s ■ ■■■ c g ■ i v ■ ■■ a ch ■ email b ■ ■■ ng ky, b ■ n vui lòng ■■ ng nh ■ p email c ■ a mình và click vào linkông tin xác minh tài kho ■ n email b ■ ■■ ng ký v ■ i 123doc.netLink xác th ■ c s ■ ■■■ c g ■ i v ■ ■■ a ch ■ email b ■ ■■ ng ky, b ■ n vui lòng ■■ ng nh ■ p email c ■ a mình và click vào link 123doc ■ ã g ■ i

Sau Link xác th ■ c s ■ ■■■ c g ■ i v ■ ■■ a ch ■ email b ■ ■■ ng ky, b ■ n vui lòng ■■ ng nh ■ p email c ■ a mình và click vào linkí c ■ a mình trong l ■ nh v ■ c tài li ■ u và kinh doanh online Tính ■■ n th ■ i ■ m tháng 5/2014; 123doc v ■■ ■ c 100.000 l ■■ t truy c ■ p m ■ i ngày, s ■ u 2.000.000 thành viên ■■ ng ký, l ■ t vào top 200 các website ph ■ bi ■ n nh ■ i Vi ■ t Nam, t ■ tìm ki ■ m thu ■ c top 3 Google Nh ■■■■ c danh hi ■ u do c ■ ng ng bình ch ■ n là website ki ■ m ti ■ n online hi ■ u qu ■ và uy tín nh ■

Sau khi nh ■ n xác nh ■ n t ■ ■■ ng h ■ th ■ ng s ■ chuy ■ n sang ph ■ n thông tin xác minh tài kho ■ n email b ■ ■■ ng ký v ■ i CH ■ P NH ■ N CÁC ■ I ■ U KHO ■ N TH ■ A THU ■ N Chào m ■ ng b ■ ■■ ■ i 123doc.net! Chúng tôi cung c ■ p D ■ ch V ■ (nh ■ ■■■ c mô t ■■■ i ây) cho b ■ n, tùy thu ■ c vào các “ ■ i ■ u Kho ■ n Th ■ a Thu ■ n v ■ D ■ ng D ■ ch V ■ ” sau ■ ây (sau ■ ây ■■■ c g ■ t T ■ ng th ■ i ■ m, chúng tôi có th ■ p nh ■ KTTSDDV theo quy ■ t

Nhi ■ u event thú v ■ , event ki ■ m ti ■ n thi ■ t th ■ c 123doc luôn luôn t ■ o c ■ i gia t ■ ng thu nh ■ p oLink xác th ■ c s ■ ■■■ c g ■ i v ■ ■■ a ch ■ email b ■ ■■ ng ky, b ■ n vui lòng ■■ ng nh ■ p email c ■ a mình và click vào linkc ■ a website.

Trang 2

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn: Hoàng Thị Chiện

Đề tài luận văn: Nghiên cứu và chế tạo vật liệu dựa trên cơ sở Graphene

để khử mặn trong nước biển

Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học

Mã số SV : 20202631M

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác

giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 18/07/2022

với các nội dung sau:

1 Sửa lại các lỗi chính tả, cú pháp các trang 2, 4, 5, 6, 7, 9, 11, 13,

17, 25, 37, 45

2 Đã sửa lại các hình 1.3, 1.4, 3.6 và 3.9

3 Đã đổi lại vị trí mục 1.2 và 1.3

4 Đã đánh lại số thứ tự hình vẽ trang 18, 25, 26, 29, 31

5 Đã trích dẫn lại tài liệu tham khảo

6 Đã rút gọn phần kết luận của luận văn

Ngày 15 tháng 08 năm 2022

Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

Trang 3

Lời cảm ơn

Trước hết em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới cô TS Vũ

Thị Tần, người đã giao đề tài và trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành luận văn này

Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong bộ môn Công nghệ các chất vô

cơ, Viện kỹ thuật hóa học và Viện Đào tạo sau đại học - Trường Đại học Bách

khoa Hà Nội đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho em trong quá trình học

tập và nghiên cứu

Em xin cảm ơn các thầy phản biện, các thầy trong hội đồng chấm luận văn

đã đồng ý đọc duyệt và đóng góp ý kiến để em có thể hoàn chỉ luận văn này

Cuối cùng xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn động viên và ủng hộ em

Xin chân thành cảm ơn!

Tóm tắt nội dung luận văn

Sự bùng nổ dân số trong những năm gần đây dẫn đến tình trạng khan hiếm

nước ngọt phục vụ cho sinh hoạt và sản xuất, đặc biệt ở những vùng ven biển và

hải đảo Hiện nay, các hệ thống khử mặn chủ yếu dựa trên nguyên lý chưng cất

hoặc các quá trình màng (NF, RO); những công nghệ này đòi hỏi cơ sở hạ tầng tốt,

chi phí đầu tư và vận hành cao, không thích hợp với các điều kiện kinh tế-xã hội ở

vùng ven biển, hải đảo và không thể ứng dụng trên những thuyền bè đánh bắt xa

bờ Trong bối cảnh này, vật liệu lọc graphene là một giải pháp đầy hứa hẹn cho

quá trình khử mặn nước biển, tuy nhiên giá thành cao và sự ổn định của vật liệu

lọc vẫn còn là những nhược điểm cố hữu Nghiên cứu này tập trung vào việc chế

tạo màng lọc composite/graphene áp dụng cho quá trình khử muối trong nước biển

Quảng Ninh, Việt Nam Đầu tiên, một quy trình tiền xử lý than chì thô được đề

xuất làm cơ sở cho quá trình tổng hợp graphen oxit (rGO), sau đó rGO được cố

định trên nền vật liệu composite để tạo thành màng khung xốp –

composite/graphen có kích thước mao quản nhỏ, tạo điều kiện thuận lợi cho quá

trình khử mặn nước biển Các phương pháp phân tích cấu trúc vật liệu như SEM,

XRD, BET sẽ được sử dụng để đặc trưng hóa vật liệu đã tổng hợp Cuối cùng đã

chế tạo thành công Graphene có kích thước mao quản nhỏ hơn 1nm và xây dựng

thành công hệ lọc Graphene-PU với hiệu suất loại bỏ muối khoảng 71,4 mg/g (sau

khi lọc 500 mL dung dịch muối) Kết quả cao hơn đáng kể so với kết quả của than

hoạt tính (2-20 mg/g), màng ống nano carbon (5 mg/g), hoặc Graphene oxy hóa

3D (66,3 mg/g)

HỌC VIÊN

Ký và ghi rõ họ tên

Trang 4

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHUNG 1

1.1 Tổng quan về quá trình khử mặn và lựa chọn công nghệ 1

1.1.1 Sự phân bố nguồn nước trên trái đất và sự cần thiết phải khử mặn nước biển 1 1.1.2 Tình hình khử mặn nước biển 2

1.1.3 Thành phần của nước biển 3

1.1.4 Các quá trình khử mặn hiện nay 3

1.1.5 Phương pháp nhiệt 5

1.1.6 Phương pháp lọc màng 9

1.1.7 Phân tích lựa chọn công nghệ khử muối 13

1.2 Vật liệu graphene 15

1.2.1 Giới thiệu về vật liệu graphene 15

1.2.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình khử mặn bằng graphene 17

1.2.3 Các phương pháp tổng hợp graphene 20

1.3 Vật liệu than chì xốp Expanded Graphite (EG) 24

1.3.1 Cấu trúc và tính chất 24

1.3.2 Phương pháp tổng hợp 25

1.4 Vật liệu graphen oxit (GO) 26

1.4.1 Cấu trúc và tính chất của GO 26

1.4.2 Phương pháp tổng hợp GO 27

1.5 Vật liệu graphen oxit dạng khử rGO 29

1.5.1 Cấu trúc và tính chất của rGO 29

1.5.2 Các phương pháp tổng hợp rGO 29

1.6 Vật liệu PU (bọt xốp Polyurethane) 31

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHỬ MẶN BẰNG MÀNG LỌC DỰA TRÊN CƠ SỞ GRAPHENE 33

2.1 Mục đích nghiên cứu 33

2.2 Đối tượng nghiên cứu 33

2.3 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị 33

2.3.1 Hóa chất 33

2.3.2 Dụng cụ và thiết bị 34

2.4 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu 34

2.5 Phương pháp chế tạo vật liệu lọc dựa trên cơ sở graphen 34

Trang 5

2.5.1 Phương pháp chế tạo EG từ graphite 34

2.5.2 Phương pháp chế tạo GO 35

2.5.3 Phương pháp chế tạo rGO 36

2.5.4 Phương pháp chế tạo vật liệu lọc composite PU –rGO 36

2.6 Sơ đồ hệ lọc muối 40

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41

3.1 Kết quả chế tạo graphite bông xốp EG 41

3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của lượng axit H2SO4 41

3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của lượng (NH4)2S2O4 41

3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của kích thước hạt graphit 42

3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian sốc nhiệt lò vi sóng đến KV 43 3.1.5 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ sốc nhiệt bằng lò nung đến KV 45 3.2 Kết quả khử muối 46

3.2.1 Kết quả khử muối bằng EG 46

3.2.2 Kết quả khử muối bằng rGO 47

3.2.3 Kết quả khử muối bằng EG và rGO 49

3.2.4 Kết quả khử muối bằng hệ PU và rGO 50

3.2.5 Kết quả phân tích vật liệu trước và sau khi khử muối 55

KẾT LUẬN 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

Trang 6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Trang 7

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Biểu đồ phân bố nước trên trái đất 1

Hình 1.2 Thành phần của nước biển 3

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý khử muối 4

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống khử mặn MSF 7

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên tắc khử mặn MED 8

Hình 1.6 Sơ đồ quá trình điện thẩm tách 10

Hình 1.7 Qúa trình thẩm thấu ngược 12

Hình 1.8 Cơ chế lọc muối của màng RO 12

Hình 1.9 Dạng 3D của các tấm graphen trong mạng lưới graphit 16

Hình 1.10 Nguyên lý khử mặn của màng Graphene 17

Hình 1.11 Nguyên lý giữ muối của màng 2D Graphene 18

Hình 1.12 Phương pháp tách lớp graphene bằng băng dính 20

Hình 1.13 Sơ đồ mô tả quá trình tách hóa học graphit thành graphen 21

Hình 1.14 Tổng hợp graphen bằng phân tách pha lỏng LPE 23

Hình 1.15 Sự hình thành lớp màng graphen trên bề mặt đế Ni 24

Hình 1.16 Hình ảnh than chì xốp Expanded Graphite 25

Hình 1.17 Chế tạo EG bằng phương pháp xen chèn H2SO4/HNO3 [12] 26

Hình 1.18 Chế tạo EG bằng phương pháp sốc nhiệt [13] 26

Hình 1.19 Cấu trúc của GO 27

Hình 1.20 Qúa trình khử GO thành rGO 29

Hình 1.21 Phản ứng giữa các nhóm chức của GO với Axit ascobic 31

Hình 1.22 Phản ứng chính hình thành PU 32

Hình 2.1 PU được làm sạch và sấy 37

Hình 2.2 Nhúng PU vào dung dịch GO 37

Hình 2.3 Mặt cắt ngang của các tấm PU ngâm trong các nồng độ GO khác nhau 38

Hình 2.4 PU trước và sau nhúng GO 39

Hình 2.5 Khử hệ PU – GO bằng tác nhân axit ascorbic 39

Hình 2.6 Sơ đồ hệ lọc muối 40

Hình 3.1 Ảnh hưởng của lượng axit H2SO4 đến Kv 41

Hình 3.2 Ảnh hưởng của lượng (NH4)2S2O8 đến Kv 42

Hình 3.3 Ảnh hưởng của kích thước hạt graphite đến Kv 43

Hình 3.4 Ảnh hưởng của thời gian sốc nhiệt đến Kv 44

Trang 8

Hình 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ lò nung đến Kv 45

Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn độ dẫn điện của nước muối sau lọc bằng EG 47

Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn độ dẫn điện của nước muối sau lọc bằng rGO 48

Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn độ dẫn điện của nước muối sau lọc bằng EG+rGO 50

Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn độ dẫn điện của nước muối sau lọc bằng PU-rGO 51

Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn độ dẫn điện của nước muối sau lọc bằng PU-rGO với khối lượng rGO=5g 52

Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn độ dẫn điện của nước khử ion sau khi tái sinh PU-rGO 53

Hình 3.12 Ảnh SEM bề mặt vật liệu sau khi lọc muối 53

Hình 3.13 Ảnh SEM với độ phóng đại 10.000 lần của các mẫu EG khi chế tạo bằng graphit kích thước khác nhau 55

Hình 3.14 XRD của graphite và 3 mẫu Graphite giãn nở 56

Hình 3.15 phổ Raman của mẫu Graphite, và 3 mẫu Graphite giãn nở có kích thước khác nhau 57

Hình 3.16 Ảnh SEM của GO ( hình a, b); Ảnh SEM của rGO ( hình c,d) 58

Hình 3.17 Ảnh SEM của Rgo trước khi ngâm tẩm PU 58

Hình 3.18 Hình ảnh TEM của mẫu rGO 59

Hình 3.19 Ảnh phân tích XRD của Rgo và GO 60

Hình 3.20 Ảnh phân tích Raman của GO và hệ rGO 61

Hình 3.21 Hình ảnh đo BET của vật liệu 61

Hình 3.22 Hình ảnh đo kích thước mao quản BET 62

Hình 3.23 Ảnh phân tích SEM của hệ PU-RGO 62

Hình 3.24 Kết quả phân tích XRD của PU- rGO 63

Hình 3.25 Kết quả phân tích EDX của PU- rGO 63

Hình 3.26 Diện tích bề mặt riêng của (chấm đỏ), PVA-rGO (ô vuông) 64

Hình 3.27: Kích thước mao quản của rGO (chấm đỏ), PU-rGO (ô vuông) 65

Trang 9

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Điều kiện làm việc và công suất lọc nước của công nghệ nhiệt và

màng[13] 14

Đặc tính của PU: 32

Bảng 2.1 Danh mục các nguyên vật liệu sử dụng trong luận văn 33

Bảng 2.2 Khảo sát thời gian nhúng PU trong GO 37

Bảng 2.3 Khảo sát nồng độ GO 38

Bảng 2.4 Khảo sát tác nhân khuấy 38

Bảng 2.5 Khảo sát số lần nhúng 38

Bảng 3.1 Khảo sát ảnh hưởng của lượng axit H2SO4 đến Kv 41

Bảng 3.2 Khảo sát ảnh hưởng của lượng (NH4)2S2O8 đến Kv 42

Bảng 3.3 Khảo sát ảnh hưởng của kích thước hạt graphite đến Kv 43

Bảng 3.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian sốc nhiệt đến Kv 44

44

Bảng 3.5 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lò nung đến Kv 45

Bảng 3.6 Kết quả khử muối bằng EG 46

Bảng 3.7 Kết quả khử muối bằng rGO 48

Bảng 3.8 Kết quả khử muối bằng hệ EG và rGO 49

Bảng 3.9 Kết quả khử muối bằng hệ PU-rGO 50

Bảng 3.10: Diện tích bề mặt riêng cụ thể của vật liệu 57

Trang 10

Khoảng 71% bề mặt trái đất được bao phủ bởi nước, nước không phải tài

nguyên khan hiếm Tuy nhiên, trong tổng lượng nước trên thế giới (bao phủ 71%

bề mặt trái đất), chỉ có 3% là nước ngọt mà con người có thể sử dụng được [1]

Hình 1.1 Biểu đồ phân bố nước trên trái đất

Hiện nay do vấn đề gia tăng dân số, ô nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu,…

đã khiến cho nguồn nước ngọt sử dụng được càng khan hiếm trầm trọng Theo

Liên hợp quốc và Y tế thế giới hiện nay khoảng 0,7-1,2 tỷ người không có nước

sử dụng [10] Với tình trạng biến đổi khí hậu hiện nay, người ta ước tính rằng vào

năm 2030, khoảng một nửa dân số thế giới sẽ sống trong tình trạng thiếu nước

[10] Ngân hàng thế giới cho rằng, trong tương lai không xa, nước sạch có thể là

yếu tố gây mất ổn định chính trị, xung đột vũ trang hay giảm tăng trưởng kinh tế,

nghèo đói, bệnh tật

Để đảm bảo khả năng cung cấp nước trong tương lai, bao gồm việc bảo vệ các

nguồn nước ngọt tự nhiên sẵn có Hai cách khả thi duy nhất để làm tăng khối lượng

tài nguyên nước ngọt đó là khử mặn nước và tái sử dụng nước

Nước biển là nguồn nước dường như không giới hạn, có thể được sử dụng mà

không làm suy giảm hệ sinh thái nước ngọt tự nhiên Kỹ thuật khử muối có thể

cung cấp nước ở bất cứ nơi nào có nguồn nước mặn hoặc lợ Bằng cách chuyển

đổi chỉ một một phần nhỏ các nguồn nước mặn thành nước ngọt, đã đóng góp đáng

kể vào việc giải quyết vấn đề khan hiếm nước Do đó quá trình khử muối được coi

là một cách tốt nhất để chống lại hoặc giảm thiểu tình trạng khan hiếm nước

Về mặt địa lý Việt Nam có ba mặt giáp biển Đông và Nam giáp biển Đông

(thuộc Thái Bình Dương) với bờ biển kéo dài khoảng 3.260 km, kể từ Móng Cái ở

phía bắc đến Hà Tiên ở phía tây Nam, và với hệ thống đảo ven bờ gồm có 2.773

Trang 11

2

nhu cầu vật chất tối thiểu cho lượng dân cư sống tại đây là một yêu cầu cực kỳ

quan trọng, nó ảnh hưởng sâu sắc tới tình hình an ninh, chính trị và quân sự

Hiện nay nhà nước ta đã dùng nhiều phương pháp nhằm cung cấp nước sạch

đến các vùng này như đưa các xe nước sạch từ trong đất liền ra, xây dựng đường

ống cung cấp nước từ các vùng lân cận… Tuy nhiên các phương pháp này rất

tốn kém và không thể chủ động được cho người dân sống trong khu vực Đó không

thể là một phương pháp dùng để duy trì lâu dài và đòi hỏi phải có những phương

pháp khác thay thế Đồng thời, đất nước ta đang trong quá trình công nghiệp hoá,

đô thị hoá mạnh mẽ, các thành phố du lịch ven biển, các thành phố cảng sẽ mọc

lên nhanh chóng và tại các đô thị này nguồn nước ngọt cũng không dễ dàng được

cung cấp đầy đủ

Từ những nhìn nhận như vậy ta thấy khử mặn nước biển là việc làm cần

thiết để giải quyết phần nào nguồn nước sinh hoạt cho một bộ phận dân cư nói trên

1.1.2 Tình hình khử mặn nước biển

Kể từ đầu thế kỷ này, trên thế giới có khoảng 13.500 nhà máy khử

khoảng 120 quốc gia Công suất sản phẩm hiện nay gần như gấp đôi thập kỷ trước

Dự đoán công suất khử mặn trên thị trường vượt 70 tỷ đô la trong 20 năm tới

Khoảng 10 tỷ đô la sẽ được đầu tư cho việc lắp đặt các nhà máy khử mặn trên thế

Năm 1996, các quốc gia vùng vịnh và Mỹ chiếm 65% sản lượng trên toàn

thế giới Đến năm 2000, tỷ lệ này giảm xuống 60% do sản lượng của các nước như

Nhật, Ý, Tây Ban Nha và Hàn Quốc tăng Hiện nay, sản lượng của các nước này

chiếm 44%

Năm 1996, thị trường thế giới dùng MSF (Phương pháp chưng cất nhiều

bậc Multi-stage Flash) khử mặn nước biển và nước lợ chiếm hơn 54% trong khi

quá trình RO (Thẩm thấu ngược - Reverse Osmosis) chiếm gần 36% Đến năm

2000, tỷ lệ này rút ngắn tương ứng là 42.4% và 41.1% Riêng đối với nước biển,

năm 2000, MSF chiếm 70% và RO chiếm 18% công suất khử mặn

Năm 2000, công suất sản phẩm dùng công nghệ MSF chiếm khoảng 93%

tổng công suất dùng phương pháp nhiệt, công suất RO chiếm 88% tổng công suất

dùng công nghệ màng

Hiện nay phương pháp khử mặn chiếm ưu thế là phương pháp MSF, chiếm

từ khoảng 63% đến 97% đối với từng từng quốc gia Quá trình MSF đã được chứng

minh là phù hợp với điều kiện khắc nghiệt ở những quốc gia này Nhiệt độ nước

Trang 12

3

RO ở Nhật, Tây Ban Nha và Mỹ được sử dụng nhiều với các nguồn có nồng độ

muối thấp (chủ yếu là nước lợ và nước sông)

1.1.3 Thành phần của nước biển

Nước biển là sản phẩm kết hợp giữa những khối lượng khổng lồ các axit và

sinh ra do quá trình phong hóa các đá thời nguyên thủy và tạo thành muối và nước

ngọt 2000 lần Vì biển và các đại dương thông nhau nên thành phần các chất trong

nước biển tương đối đồng nhất Hàm lượng muối (độ mặn) có thể khác nhau nhưng

tỷ lệ về những thành phần chính thì hầu như không đổi

Hình 1.2 Thành phần của nước biển

1.1.4 Các quá trình khử mặn hiện nay

Khử mặn là quá trình loại bỏ các khoáng hòa tan (bao gồm nhưng không

hạn chế trong muối) từ các nguồn nước như nước biển, nước lợ hoặc nước đã được

- Quá trình sử dụng màng: ví dụ thẩm thấu ngược hoặc thẩm tách bằng điện

- Quá trình dựa vào liên kết hóa học: ví dụ trao đổi ion

Trong các quá trình trên, các quá trình dựa vào liên kết hóa học như trao đổi

ion chủ yếu dùng cho một số ngành công nghiệp cần nước chất lượng cao để sản

Trang 13

4

xuất và không phù hợp với nước đã qua xử lý hoặc nước lợ Với nội dung của đề

tài, quá trình này không được thảo luận sâu hơn trong nghiên cứu này

Hai quá trình còn lại, dựa vào sự thay đổi trạng thái vật lý của nước và lọc qua

màng, được sử dụng thông dụng cho nước đã qua xử lý và nước lợ, nước biển;

được phát triển qua nhiều năm cho các ứng dụng thương mại quy mô lớn Và có

rất nhiều thay đổi trong thiết kế và ứng dụng của hai quá trình này mà chưa đạt tới

quy mô thương mại hoặc được chấp nhận rộng rãi nhưng trong hoàn cảnh hiện tại

thì nó là ứng dụng tiềm năng

Quá trình khử muối được mô tả với cả phương pháp màng và phương pháp

nhiệt, được khái quát như sau:

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý khử muối

Phương pháp nhiệt chia làm hai loại chính Loại thứ nhất, nước được

bốc hơi và hơi được cô đặc lại Loại thứ hai bao gồm làm đóng băng nước, sau đó

phân tách và làm tan băng Quá trình đầu thì được sử dụng nhiều trong khử mặn

cho thương mại và trong hầu hết các trường hợp, thường kết hợp với nhà máy nhiệt

điện để thực hiện đồng thời hai mục đích Chỉ một số rất ít hệ thống sử dụng phương

pháp đóng băng

Phương pháp bốc hơi được thực hiện bằng cách nước được tiếp xúc với bề mặt

thiết bị trao đổi nhiệt mà ở đó diễn ra quá trình bay hơi nước Nước cấp dạng bong

bóng có thể tạo ra gọi là quá trình bốc hơi Quá trình bốc hơi bao gồm bay hơi

nhanh nhiều bậc MSF, chưng hơi đa bậc MED, bay hơi đơn bậc nén cơ học (SEE-

VC), làm ẩm- tách ẩm và một số phương pháp khác dựa vào năng lượng mặt trời

Nén hơi được kết hợp với quá trình khử mặn đơn hoặc đa hiệu ứng để cải thiện

hiệu suất của năng lượng nhiệt Trong quá trình nén hơi, hơi nhiệt độ thấp được

tạo ra trong cùng một hiệu ứng hoặc ảnh hưởng bốc hơi có trước được nén lại và

sử dụng để khởi động quá trình bốc hơi trong giai đoạn đầu tiên hoặc ảnh hưởng

bốc hơi tương tự Quá trình nén hơi kết hợp chặt chẽ các thiết bị thành phần

bao gồm thiết bị nén hơi cơ khí, ejector phun khí, bộ phận TVC, bể hấp thụ/ nhả

hấp phụ và cột hấp phụ/ nhả hấp phụ

BỘ PHÂN TÁCH NHIỆT HOẶC MÀNG

Các dạng năng lượng

Nhiệt, Điện, Cơ

Nước biển hoặc

Muối được giữ lại

Trang 14

5

Quá trình khử mặn bằng màng bao gồm thẩm thấu ngược RO và điện

thẩm tách ED, áp suất cao/ điện tích đẩy nước sạch thấm qua màng bán thấm, dung

dịch muối đậm đặc ở lại Với quá trình RO, áp suất là động lực của quá trình thì

với quá trình ED, điện năng là động lực của quá trình, tạo ra các ion muối mang

điện được di chuyển qua màng trao đổi điện tích, nước có nồng độ muối thấp ở lại

Quá trình RO được sử dụng thông dụng cho ứng dụng công nghiệp trong đó quá

trình ED thì bị hạn chế

1.1.5 Phương pháp nhiệt

Quá trình bay hơi dựa vào chu kỳ nước tự nhiên: khi nước muối được gia

nhiệt, sản phẩm là hơi nước, từ đó ngưng tụ lại thành nước sạch

Phương pháp nhiệt đã được biết đến và sử dụng rộng rãi từ năm 1960 Công

nghệ này đã được áp dụng nhiều ở các nước Trung Đông [2] Nhà máy lọc nước

biển lớn nhất thế giới là nhà máy Shuaiba III của Saudi Arabia, dựa trên nguyên

tắc chưng nước cất từ nước biển qua nhiều giai đoạn có khả năng sản xuất 880.000

Hai dạng phương pháp nhiệt chủ yếu là chưng cất nhanh nhiều bậc MSF

(Multi-stage Flash) và chưng cất đa hiệu ứng MED (Multi-effect Distillation) [14]

Khoảng hơn nửa công suất khử muối trên thế giới sử dụng nguyên tắc công

nghệ bay hơi nhiều bậc (MSF) Phần quan trọng của hệ thống MSF là hoạt động

sử dụng tuần hoàn dung dịch muối Hầu hết các hệ thống MED hoạt động kiểu

song song, ở nhiệt độ thấp, với hoặc không TVC Lắp đặt hệ thống MVC thường

kết hợp ở quá trình ME

MSF và MED thông thường được sử dụng chủ yếu ở hệ thống khử

muối nước biển quy mô lớn Những quá trình này nói chung yêu cầu lượng năng

lượng lớn để khử nước muối mà không quan tâm tới nồng độ muối, bởi vậy

khử muối nước lợ (thường đòi hỏi ít năng lượng) thông thường không sử dụng

công nghệ này

Quá trình bốc hơi đòi hỏi năng lượng nhiệt và cơ để tạo sự bốc hơi từ

nước lợ hoặc nước muối Chi phí vận hành tốt nếu năng lượng nhiệt chi phí thấp

1.1.5.1 Phương pháp chưng cất nhiều bậc Multi- stage Flash (MSF)

MSF là một phần quan trọng của ngành công nghệ khử muối cho nước uống

đô thị trên thế giới và được sử dụng chủ yếu cho khử muối nước biển Quá trình

này được phát triển ở quy mô thương mại sử dụng hơn 30 năm qua

Đặc trưng của hệ thống:

- Có từ 15 đến 25 bậc;

- Cần có công đoạn ổn định nước để tăng độ cứng, điều chỉnh pH và tiệt

trùng

Định dạng
Số trang	77
Dung lượng	3 MB

Tiêu đề	Nghiên cứu và chế tạo vật liệu dựa trên cơ sở Graphene để khử mặn trong nước biển
Tác giả	Hoàng Thị Chiện
Người hướng dẫn	TS. Vũ Thị Tần
Trường học	Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ thuật hóa học
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Hà Nội