thiết kế quy trình sản xuất đề tài kỹ thuật chiếu xạ chùm tia điện tử ứng dụng trong điều chỉnh cấu trúc và nâng cao hiệu năng vật liệu

Trang 1 TRÌNH SẢN XUẤTĐề tài: KỸ THUẬT CHIẾU XẠ CHÙM TIA ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU CHỈNH CẤU TRÚC VÀ NÂNG CAO HIỆU NĂNG VẬT LIỆUGVHD: VÕ NGUYỄN XUÂN PHƯƠNGLÊ GIA HÂN :61800164 Trang 2

Trang 1

TRÌNH SẢN

TỬ ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU CHỈNH CẤU TRÚC VÀ NÂNG CAO HIỆU NĂNG VẬT LIỆU

GVHD: VÕ NGUYỄN XUÂN PHƯƠNG

LÊ GIA HÂN :61800164 PHẠM THỊ HỒNG YẾN-61800253 Nguyễn Thùy Bảo Trân -61800878 Phạm Thanh Tâm -61800845

Trang 2

CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG KỸ THUẬT CHIẾU XẠ CHÙM TIA ĐIỆN TỬ TRONG THAY ĐỔI CẤU TRÚC VÀ ĐIỀU CHỈNH ĐẶC

TÍNH LÍ HÓA CỦA NGUYÊN VẬT LIỆU

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 2: BẢN CHẤT HÓA HỌC CHIẾU

XẠ ĐỐI VỚI HỢP CHẤT HỮU CƠ

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG KỸ THUẬT CHIẾU XẠ CHÙM

TIA ĐIỆN TỬ TRONG XỬ LÝ Ô NHIỄM HỮU CƠ

TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC VÀ MÔI TRƯỜNG

KHÔNG KHÍ CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG KỸ THUẬT CHIẾU

Trang 3

BẢN CHẤT HÓA HỌC CHIẾU XẠ ĐỐI VỚI HỢP CHẤT HỮU CƠ

Nguyễn Thùy Bảo Trân -61800878

Trang 4

MANG NĂNG LƯỢNG TỚI VẬT

VÀ PHẠM VI CSDA

ĐA TÁN XẠ HẠT NHÂN BREMSSTRAHLUNG BỨC XẠ

Trang 5

Tương Tác Của Điện Tử Mang Năng Lượng

Với Phân Tử Nước

Sự phân bố không gian ban đầu không

đồng nhất của các sự kiện ion hóa trong các

mũi dọc theo đường và sự tiến hóa theo thời

gian bằng cách khuếch tán và phản ứng lên

đến phân bố đồng nhất ở ≈10 −7 s.

TỔNG QUAN VỀ BỨC XẠ HÓA CHẤT LỎNG

Trang 6

HÓA HỌC BỨC XẠ CỦA NƯỚC

Sơ đồ phản ứng của các sản phẩm

thoáng qua được tạo ra bằng cách chiếu

xạ trong nước không có hoặc có chất tan

loãng S hoạt động như một chất khử gốc

Trang 7

Tương Tác Của Điện Tử Mang Năng Lượng Với Phân Tử Hữu Cơ

Trong Dung Môi Nước

Tính chất của các gốc tự

do chính từ quá trình phân giải phóng xạ nước Tạo ra các gốc thứ cấp

Sự khử một electron và sự oxi hóa trong dung môi hữu

cơ

Trang 8

Metanol Hydrocarbonclo hoá Cyclohexane

Carbohydrate Protein

Vitamin

Trang 11

• Trong số các vitamin tan trong chất béo, chỉ có vitamin A và E là bằng chứng về sự nhạy cảm với bức xạ.

Trang 12

Chương 3: Ứng dụng kỹ thuật chiếu xạ chùm tia điện tử trong xử lý ô nhiễm hữu cơ trong môi trường nước và môi

trường khí.

Phạm Thanh Tâm -61800845

Trang 13

3.1 Xử lý chất hữu cơ ô nhiễm trong môi trường nước.

Cung cấp hệ thống nước sạch là một trong những mục tiêu phát triển bền vững do Liên hợp quốc (LHQ) đề ra Tuy nhiên, sự gia tăng lượng nước chưa xử lý vào môi trường cùng với hạn chế trong công tác quản lý dẫn đến suy giảm chất lượng nước ngọt.

Phương pháp oxi hóa tiên tiến (Advanced Oxidation Processes, AOP) ứng dụng bức xạ ion hóa là một trong những công nghệ xử lý nước thải tiên tiến đã được nghiên cứu và đưa vào

sử dụng…

Một số nghiên cứu sử dụng bức xạ ion hóa, dưới dạng tia gamma (γ) hoặc điện tử (e −) đã được triển khai để loại bỏ các chất ô nhiễm tồn lưu, khử trùng nước và bùn đã qua xử lý Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp xử lý sử dụng bức xạ ion hóa có triển vọng về mặt kỹ thuật và hiệu quả kinh tế

Trang 14

3.1.1 Xử lý bùn thải sau khi lắng nước

Hình 3.1 Sơ đồ quy trình xử lý nước sinh hoạt

Trang 15

Một số phương pháp xử lý bùn tiên tiến (AST)

thủy phân nhiệt oxy hóa hóa học

phân hủy sinh học

Trang 17

3.1.1.1 Chuẩn bị mẫu.

Hình 3.2 Mẫu bùn thải

Trang 18

3.1.1.2 Chiếu xạ chùm tia điện tử

Các mẫu được chiếu xạ bởi chùm tia quét xung 5MeV phát ra từ máy gia tốc tuyến tính UELR 5-1S (khoảng thời gian xung 3,5 μs với tốc độ lặp lại chùm 120 Hz).

Chùm tia quét với tần số 1 Hz trên bề rộng 40 cm Cường độ dòng điện tia trung bình của các điện tử là 57 μA với tốc độ trung bình là 135 kGy / h trong quá trình chiếu xạ.

Sau đó ta phân tích mẫu bằng các phương pháp: phân tích vi sinh, xác định nồng độ kim

loại nặng, xác định nồng độ monome acrylamide.

Trang 19

3.1.1.3 Đánh giá kết quả.

Bảng 3.2 Tổng số vi sinh vật, nấm mốc và Escherichia coli sau ảnh hưởng của các liều lượng khác nhau

của chùm tia điện tử

Trang 21

3.1.2 Chiếu xạ phân hủy các chất ô nhiễm không phân hủy sinh học trong nước thải dệt nhuộm sau khi được xử lí.

Nước thải dệt nhuộm là một hỗn hợp phức tạp của các chất hữu cơ và muối vô cơ, nổi tiếng

là có độ pH dao động, màu mạnh, COD cao và tổng nồng độ chất rắn lơ lửng cao

Các phương pháp xử lí thông thường nước thải cuối cùng vẫn chứa một lượng đáng kể các chất không thể phân hủy và màu sắc dẫn đến giá trị nồng độ COD và TSS cao hơn so với chỉ tiêu xả thải cho phép

Nghiên cứu khả năng phân hủy sinh học được đánh giá về tỷ lệ BOD / COD với việc sử dụng gốc hydroxyl ( OH) được tạo ra thông qua chiếu xạ EB.

Trang 22

3.1.2.1 Phương pháp thực hiện.

Bước 1 • Chuẩn bị mẫu nước thải.

Bước 2 • Chiếu xạ chùm tia điện tử

Bước 3 • Sử dụng thêm bùn hoạt tính.

Bước 4 • Quá trình thích nghi

Bước 5 • Đo đạc các chỉ số

Trang 23

3.1.2.2 Đánh giá kết quả.

Hình 3.3 Phổ hấp thụ của nước thải hỗn hợp với

các liều lượng hấp thụ khác nhau

Hình 3.4 Ảnh hưởng của trước xử lý EB đến khả năng phân hủy sinh học của nước thải hỗn hợp.

Trang 24

Hình 3.5 Ảnh hưởng của EB sau xử lý đến khả năng phân hủy sinh học của nước thải hỗn hợp.

Trang 25

3.2 Xử lí chất hữu cơ ô

nhiễm trong môi trường khí

( khí thải, khí dễ bay hơi ). Click icon to add picture

Các công nghệ xử lý thông thường để

kiểm soát VOC như oxy hóa nhiệt, hấp

thụ, hấp phụ hoặc oxy hóa chất xúc tác

có chi phí bảo trì cao.

Gần đây, đã có nhiều nghiên cứu về việc

xử lý VOC bằng phương pháp xử lý bằng

chùm tia điện tử (EB)

Trang 26

3.2.1 Phương pháp thực hiện.

Bước 1: Hệ thống cân bàn ( Bench scale system ).

Hình 3.6 Hệ thống sơ đồ cân bàn xử lý VOCs.

Trang 27

3.2.2 Đánh giá kết quả.

Hình 3.7 Hiệu suất loại bỏ toluen chỉ bằng EB và

hỗn hợp EB-Ceramic Hình 3.8 Hiệu suất loại bỏ toluene chỉ bằng EB và xúc tác EB

Trang 28

Hình 3.9 Hiệu quả loại bỏ Toluen và nhiệt độ của

lớp xúc tác theo liều lượng hấp phụ Hình 3.10 Hiệu quả loại bỏ styren và nhiệt độ của lớp xúc tác theo liều lượng hấp phụ

Trang 29

Hình 3.11 (a, b) So sánh hiệu suất loại bỏ theo loại lò phản ứng (chỉ EB, chỉ xúc tác và hỗn hợp xúc tác EB).

Trang 30

Hình 3.12 So sánh cân bằng khối lượng cho các thử nghiệm chỉ với toluen (a) EB, (b) hỗn hợp xúc tác - EB

Trang 31

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG KỸ THUẬT CHIẾU XẠ CHÙM TIA ĐIỆN TỬ

TỔNG HỢP VẬT CHẤT

LÊ GIA HÂN-61800164

Trang 32

Quy tắc

Các định luật bảo toàn năng lượng và động lượng thiết lập rằng các electron chùm tia phải truyền một phần năng lượng của chúng bất cứ khi nào chúng va chạm vào hạt nhân của mẫu vật Sau sự kiện đã xảy ra thì electron bị tán

xạ theo một góc θ so với quỹ đạo ban đầu của nó

4.1 TƯƠNG TÁC CHÙM ĐIỆN TỬ- MẪU

VẬT 4.1.1 Knock-on dịch chuyển và phún xạ

Hình 4.1: Mẫu TiO2 được chiếu xạ bởi một chùm tia điện tử.

Trang 33

4.1.2 SẠC MẪU

-Hiệu ứng sạc mẫu có tầm quan trọng đặc biệt bất cứ khi nào

mẫu được nghiên cứu là vật liệu cách điện

- Phương trình bảo toàn điện tích qua vùng được chiếu sáng của mẫu TEM : I0 +IS =IT +IE -I+ - dQ/dt

-Trong trường hợp mẫu SEM, hiệu ứng sạc được biểu hiện thông qua sự gia tăng điện tích âm vì mẫu SEM dày hơn nhiều so với TEM

Trang 34

Hình 4 2: Phương trình bảo toàn điện tích qua vùng được chiếu sáng của mẫu TEM

Trang 35

Sự kết tinh của các mẫu TEM vô định hình chịu sự bắn phá

điện tử đã được ghi nhận rộng rãi Đôi khi sự kết tinh xảy ra

cục bộ trên các miền nhỏ của mẫu vật Vào những thời điểm

khác và các miền kết tinh nhanh chóng mở rộng ra ngoài

vùng chiếu xạ; hiện tượng này thường được gọi là "kết tinh

nổ- explosive crystallization”."

4.2 Kết tinh do chùm tia điện

tử gây ra (chuyển pha)

Hình 4 3: giản đồ về sự phân bố lại của các đầu vào năng lượng chùm dọc theo một mẫu vật vô định hình được chiếu xạ theo Qinnet al.51

Hầu hết năng lượng đầu vào được sử dụng để kích thích các

nguyên tử của mẫu vật và chỉ một phần nhỏ được lưu trữ dưới

dạng khuyết tật Các các nguyên tử trong mẫu vật được kích

thích sắp xếp lại cho đến khi chúng có dạng tinh thể cấu hình

khi mẫu phân rã thành trạng thái năng lượng thấp hơn (thấp

hơn hơn trạng thái vô định hình ban đầu).

Trang 36

4.3.1 Hạt nano

4.3 Sự tổng hợp chùm electron gây ra gần như không chiều cấu trúc nano

Hai cách tiếp cận chính chiếm ưu thế trong các giao thức để tổng hợp hạt nano được tạo ra từ điện tử: chùm điện tử gây rasự phân mảnh (EBIF) của tiền chất và sự tạo mầm / kết tủa cục bộ của các hạt nano tinh thể được nhúng trong các màng mỏng.

Trang 37

4.3.2 Tổng hợp EBIF của các hạt nano

Trong một thí nghiệm điển hình, chùm điện tử của TEM dần dần ngưng tụ trên một tiền chất hạt Khi mật độ dòng điện tăng, tiền thân có thể bị biến đổi cấu trúc (thay đổi hình dạng, giảm thể tích) cho đến khi sau một ngưỡng mật độ dòng điện nhất định, nó trải qua một Phản ứng "bùng nổ" trong đó số lượng lớn các hạt nano bị đẩy ra ngoài (phân mảnh) Các hạt nano làbắt bởi sự hỗ trợ carbon của lưới TEM Lớn nhất các hạt nano nằm gần hạt tiền chất hơn và kích thước của chúng giảm dần khi khoảng cách của chúng với nó tăng lên Trong một số trường hợp, các hạt nano dần dần tăng kích thước nếu

tiền chất bị phân mảnh tiếp tục được chiếu xạ bởi một chất hội tụ chùm tia

Hình 4.4: TEM của hạt nano Ag

Trang 38

4.4 Sự tạo hạt / kết tủa của các hạt nano

do điện tử tạo ra chiếu

micromet.

Trang 39

Chùm điện tử cũng có thể kích hoạt sự phát triển của C onion với sự có mặt của kim loại xúc tác sự hình thành tiến trình.

Trên thực tế, một số vật liệu kim loại có thể bị kẹt lạibên trong các lớp graphitic hiển thị các cấu trúc lai vớicác nguyên tử kim loại xen kẽ giữa các lớp graphit.

Trongnói chung, vai trò xúc tác của các kim loại là để tăng tốc

xử lý bằng cách tạo điều kiện cho sự đứt gãy các liên kết C-C bằng cách trực tiếpchuyển một phần năng lượng được hấp thụ từ chínhchùm tia

Phương pháp này được thực hiện bởi Oku et al trong khi sản xuấtC nano-hành bằng cách chiếu xạ C vô định hình với Pd clus-ters 89,90Trong một tác phẩm khác, onion carbon “khổng lồ” (lên đếnĐường kính 37,5 nm) được tạo ra bằng cách chiếu

xạ nano Alhạt ngồi trên màng C vô định hình, Các onion bắt đầu sự phát triển của chúng tại mặt phân cách phim Al / C trong khi chùm tia mô phỏngchiếu sáng một cách đồng thời một nhóm các hạt nano thưa thớt-tưởng nhớ qua bộ phim

4.5 Các loại cấu trúc nano chiều gần

như không-chiều khác

Hình 4 6: Hình TEM của Graphitic (KIM GRAPHIT)

Trang 40

4.6 Hạt nano / dây nano lai-hybirds

Đôi khi, tiền chất rắn được sử dụng để kích động sự phát triển của các hạt nano tự nó là một cấu trúc nano thay vì một quy mô lớn hơn vật tư Đặc biệt, cấu trúc nano một chiều như vì các dây nano có thể được sử dụng làm vật liệu tiền thân để tổng hợp các hạt nano được kích hoạt Sản phẩm cuối cùng của một quy trình là một loại cấu trúc nano lai kếthợp các hạt nano phân bố trên chất nền một chiều Ba các tác phẩm được trình bày trong phần này và quá trình tổng hợp mỗi người trong số họ khác nhau đáng kể, do đó,

chúng sẽ được đối xử riêng biệt

Hình 4 7: Hình TEM của các hạt nano Sn-SnO2

Trang 41

4.7 Cấu trúc nano một chiều 4.7.1 Sự tổng hợp chùm dây nano được hỗ trợ bởi xúc tác

Hình 4 8: Hình TEM một dây nano B / BOX đơn lẻ.

Trang 42

4.7.2 Sự tổng hợp gần như không có chất xúc tác gây ra chùm tia

không có chất xúc tác cấu trúc nano chiều

Các báo cáo mô tả việc sản xuất các dây nano bên trong TEM không cần vật liệu xúc tác có nhiều hơn Người ta có thể phân loại các thí nghiệm theo ba quy trình tổng hợp: (1) tăng trưởng bằng cách ép đùn, trong đó các dây nano phát triển bám rễ ở gốc của chúng thành vật liệu tiền thân (2) Tăng trưởng manh mún Một thủ tục tương tự như EBIF (3) Tăng trưởng

do biến đổi hình thái toàn cầu, nơi các phần lớn của (hoặc toàn bộ) vật liệu tiền thân biến đổi thành các bó dây nano Mỗi chế độ này đều có tập hợp các quá trình vật lý đặc trưng thúc đẩy sự phát triển các cơ chế Hãy để chúng tôi bắt đầu với các ví dụ về sự phát triển của phun ra Tăng trưởng bằng cách ép đùn đòi hỏi phải tạo ra một trường lực trong các vật liệu

tiền chất để thúc đẩy tiền chất vật liệu hướng tới các cạnh của nó.

Hình 4 9: Hình TEM từ một mảnh Zeolit Ag

Trang 43

cấu trúc nano hai chiều chính xác là thứ tự được liệt kê ở trên.

Trang 44

4.8.1 Sự sắp xếp lại nguyên tử trong cấu trúc nano 2D được tạo ra bởi

chùm tia điện tử

Hình 4 10: Hình TEM của ZnO

Trang 45

gây ra

Hình 4 11: Hình TEM của 1 graphene

Trang 46

Hình 4 11: Hình TEM của 1 graphene Hình 4 12: Hình STEM

Trang 48

CHƯƠNG 5

Ứng dụng kỹ thuật chiếu xạ chùm tia điện tử trong thay đổi cấu trúc và điều chỉnh đặc tính lí hóa của nguyên vật

liệu

Eaglewood Realty

Phạm Thị Hồng Yến - 61800253

Trang 49

Vật liệu vô cơ

Vật liệu hữu cơ

Thay đổi cấu trúc và hiệu năng vật liệu

Trang 50

ZEOLITE ZSM-5

• Tăng hiệu suất loại bỏ chất định hướng cấu trúc

• ZSM5 vẫn giữ cấu trúcc tinh thể ban đầu theo

khung mạng MFI của ZSM5

• Nhiệt độ yêu cầu để loại bỏ hết chất định hướng

cấu trúc giảm

Trang 51

ZEOLITE

Hiệu ứng nhiệt và tổn thất khối

lượng liên quan của chất tổng

hợp (20-NaZ-0 và 30-NaZ-0) và

chất được chiếu xạ (20-NaZ- z và

30-NaZ- z , với z từ 10 đến 150

kGy) mẫu trong luồng không khí

với tốc độ gia nhiệt 6 K phút 1

Các mẫu XRD của các mẫu Các dạng nhiễu xạ của các mẫu tách rời thu được từ quá trình nung ở nhiệt

độ cao ( detemp- 20-NaZ- cal và detemp- 30-NaZ- cal ) và các mẫu được tách ra thông qua con đường chiếu xạ nhiệt độ phòng (20-NaZ-

z và 30-NaZ- z với z từ 10 kGy đến

150 kGy).

Trang 52

CACBON HOẠT HÓA

• Nồng độ của liên kết C-C sp2 trên bề mặt AC tăng

• AC được chiếu xạ tia e chứa lượng vật chất vô định hình thấp hơn so với AC không được xử lý

• Diện tích bề mặt cụ thể và tổng thể tích lỗ của AC tăng lên sau khi chiếu chùm tia điện tử.

• Các tính chất điện hóa của AC được tăng cường nhờ chiếu xạ chùm tia e Điện dung riêng của điện xoay chiều chịu bức xạ chùm e ở liều 200 kGy tăng 24% so với điện xoay chiều không được xử lý Bức xạ chùm tia điện tử có thể được sử dụng để điều chỉnh bề mặt AC cho các ứng dụng điện hóa.

Bảng: thông số peak của AC khi được chiếu xạ chùm tia điện tử

Trang 53

NYLON 6

• Phần trăm hấp thụ nước của Nylon 6 đã giảm đáng kể khi chiếu xạ bằng bức xạ chùm tia điện tử với sự hiện diện của triallyl isocyanurat

• Độ cứng, độ bền kéo, độ bền uốn và khả năng chống va đập của Nylon 6 cũng được cải thiện

Sự biến đổi hấp thụ nước với liều bức xạ chùm tia điện tử

Trang 54

• Chỉ số kết tinh của kenaf cellulose giảm khi tăng

liều hấp thụ chùm tia điện

• Liều chiếu xạ chùm điện tử tăng lên thì trọng

lượng phân tử, độ phân tán và nhiệt độ phân hủy

của cellulose giảm

• Tăng tỷ lệ xenlulo với kích thước hạt từ 0–1000nm Cơ chế dự đoán từ xellulose thành nanocellulose

Trang 55

thiet.ke.quy.trinh.san.xuat.de.tai.ky.thuat.chieu.xa.chum.tia.dien.tu.ung.dung.trong.dieu.chinh.cau.truc.va.nang.cao.hieu.nang.vat.lieuthiet.ke.quy.trinh.san.xuat.de.tai.ky.thuat.chieu.xa.chum.tia.dien.tu.ung.dung.trong.dieu.chinh.cau.truc.va.nang.cao.hieu.nang.vat.lieuthiet.ke.quy.trinh.san.xuat.de.tai.ky.thuat.chieu.xa.chum.tia.dien.tu.ung.dung.trong.dieu.chinh.cau.truc.va.nang.cao.hieu.nang.vat.lieuthiet.ke.quy.trinh.san.xuat.de.tai.ky.thuat.chieu.xa.chum.tia.dien.tu.ung.dung.trong.dieu.chinh.cau.truc.va.nang.cao.hieu.nang.vat.lieu

Tiêu đề	Kỹ Thuật Chiếu Xạ Chùm Tia Điện Tử Ứng Dụng Trong Điều Chỉnh Cấu Trúc Và Nâng Cao Hiệu Năng Vật Liệu
Tác giả	Lê Gia Hân, Phạm Thị Hồng Yến, Nguyễn Thùy Bảo Trân, Phạm Thanh Tâm
Người hướng dẫn	GVHD: Võ Nguyễn Xuân Phương
Thể loại	đề tài

Định dạng
Số trang	55
Dung lượng	3,05 MB