Công nghệ sản xuất thuốc phóng và công nghệ xử lý nước thải sản xuất thuốc phóng 1.2.1.. Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải sản xuất thuốc phóng 2 gốc Chương II.. Phương pháp nghiên c
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-
Đoàn Thị Ngãi TÓM TẮT LUẬN VĂN
“NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU XÚC TÁC QUANG
TRÊN CƠ SỞ Cu2O XỬ LÝ NƯỚC THẢI
SẢN XUẤT THUỐC PHÓNG”
Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ
Mã số: 60440113
Người hướng dẫn khoa học:
TS Nguyễn Thị Hoài Phương PGS.TS Nguyễn Hùng Huy LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
HÀ NỘI - 2014
Trang 2Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm về vật liệu xúc tác quang hoá
1.1.1 Vật liệu xúc tác quang hoá
1.1.2 Vật liệu Cu2O
1.1.3 Ứng dụng của vật liệu Cu2O
1.2 Công nghệ sản xuất thuốc phóng và công nghệ xử lý nước thải sản xuất thuốc phóng
1.2.1 Tổng quan về thuốc phóng
1.2.2 Dây chuyền công nghệ sản xuất thuốc phóng hai gốc
1.2.3 Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải sản xuất thuốc phóng 2 gốc
Chương II THỰC NGHIỆM
2.1 Hoá chất, thiết bị, dụng cụ thí nghiệm
2.1.1 Hoá chất
2.1.2 Dụng cụ, thiết bị
2.2 Phương pháp tổng hợp vật liệu Cu 2 O
2.2.1 Quá trình tổng hợp
* Chuẩn bị dung dịch:
- Dung dịch 1: Dung dịch CuSO4 nồng độ từ 0,05 M ÷ 0,15M
- Dung dịch 2: Dung dịch muối kali natri tatarate (KNaC4H4O6) 1,5 M
và NaOH 2,0 M
- Dung dịch 3: Dung dịch glucôzơ 0,5 M
Tiến hành tổng hợp theo các bước sau:
Bước 1: Cho dung dịch CuSO4 vào bình phản ứng, cho tiếp lượng dung dịch chứa hỗn hợp NaOH và C4H4O6NaK, khuấy đều hỗn hợp trên máy khuấy từ
Bước 2: Sau thời gian 20 - 30 phút cho thêm dung dịch etylen glycol vào hỗn hợp, để dung dịch chất phân tán và Cu2+
được phân tán đồng đều
Trang 3Bước 3: Sau thời gian 15 phút, nhỏ từ từ từng giọt dung dịch glucôzơ 10% vào bình phản ứng theo những lượng tính toán sẵn cho từng thí nghiệm
Bước 4: Sản phẩm được lọc, rửa bằng nước cất 4 lần
Bước 5: Sấy khô hạt thu được trong tủ sấy chân không ở nhiệt độ 60o
C trong 8h Bảo quản trong môi trường tự nhiên
2.2.2 Phương pháp nghiên cứu
Xác định thành phần pha bằng phân tích phổ nhiễu xạ tia X trên thiết bị X’Pert Pro tại Viện Hoá học - Vật liệu/ Viện Khoa học và Công
nghệ quân sự Kích thước và hình dạng của hạt Cu2O được xác định bằng phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) tại Viện Khoa học Vật liệu/Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Thành phần hoá học được xác định trên thiết bị phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) trên thiết bị LA 6490 tại Trung tâm Comfa/ Viện Khoa học Vật liệu/Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
2.3 Thử nghiệm xử lý nước thải sản xuất thuốc phóng
2.3.1 Chuẩn bị dung dịch mẫu thử nghiệm
Mẫu giả dung dịch nước thải nhà máy sản xuất thuốc phóng: Pha dung dịch từ thuốc phóng 2 gốc dạng lá Cân khoảng 0,5g thuốc phóng lá đã cắt nhỏ cho vào lọ pha dung dịch khô Thêm từ từ axeton và lắc kỹ cho đến khi thuốc phóng tan ra, dung dịch có màu vàng Lọc qua giấy lọc băng xanh, sau đó định mức 1 lít bằng nước cất đến vạch
2.3.2 Tiến trình xử lý nước thải chứa NG và Cent II
Cân lượng xúc tác Cu2O bột cho vào dung dịch mẫu thử nghiệm chứa
NG, Cent II có pH=7 một lượng theo tính toán cho từng thí nghiệm
Sơ đồ thí nghiệm xử lý NG, Cent II sử dụng ánh sáng cưỡng bức bằng chiếu đèn thuỷ ngân và chiếu đèn tử ngoại UV được thực hiện như hình sau:
Trang 4Hình 2.2 Sơ đồ thí nghiệm sử dụng đèn chiếu
2.3.3 Đánh giá khả năng xử lý
- Độ chuyển hoá của NG, Cent II được xác định theo công thức sau:
100
0
C
C C
Trong đó: C0 là nồng độ của NG (Cent II) trong dung dịch ban đầu; C là nồng độ NG (Cent II) sau khi xúc tác quang hoá
- Xác định thành phần hoá học và hàm lượng mẫu nước thải trước và
sau xử lý bằng phân tích phổ hồng ngoại trên thiết bị Impact 410 phương pháp phân tích trắc quang UV-vis và sắc kí lỏng cao áp (HPLC)
2.3.4 Xác định chỉ số COD
Kết quả được tính theo công thức:
0
2
1 ) 8 1000 (
V
C V V
Trong đó: V1, V2 lần lượt là thể tích dung dịch muối Morh tiêu tốn cho mẫu trắng và mẫu đo (ml) V0 là thể tích dung dịch mẫu dùng
để chuẩn độ (ml) CN là nồng độ đương lượng của muối Morh (0,25N)
8 là đương lượng của O2 được quy đổi theo phản ứng
Trang 5Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Nghiên cứu tổng hợp vật liệu Cu 2 O
3.1.1 Nghiên cứu quá trình hình thành Cu 2 O
Quá trình hình thành Cu2O bằng phương pháp khử trong dung dịch CuSO4 bằng glucôzơ trong môi trường kiềm được diễn ra qua từng các giai đoạn theo dõi hiện tượng trong quá trình hình thành Cu2O được ghi lại tại hình 3.1 sau đây
Hình 3.1 Dung dịch muối Cu 2+
(a), phức Cu 2+ (b), CuOH (c), Cu 2 O (d)
3.1.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp Cu 2 O
3.1.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chất khử
Trong đó tỷ lệ mol CuSO4/glucôzơ được thay đổi theo bảng dưới đây:
Bảng 3.1 Ký hiệu các mẫu phản ứng
Tỷ lệ mol Cu2+/glucôzơ 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30
Trang 6Sản phẩm Cu2O tổng hợp được phân tích trên giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) và SEM để xác định thành phần pha, hình thái học và kích thước hạt Kết quả phân tích thể hiện qua hình 3.2 và bảng 3.2
M
M5
Hình 3.2 Giản đồ XRD của Cu 2 O chế tạo ở các tỷ lệ mol Cu 2+ /glucôzơ
khác nhau
Trên phổ XRD các mẫu chế tạo thu được các pic ở (110), (111), (200), (220), (311), (222) là các pic đặc trưng của oxit Cu2O
Trang 7M1 M2
M3
M4
M5
Hình 3.3 Ảnh SEM các mẫu
Cu 2 O chế tạo ở tỷ lệ
Cu 2+ /glucôzơ khác nhau
Các hạt Cu2O hình cầu với các kích thước khác nhau được thể hiện qua kết quả chụp ảnh hiển vi điện tử quét SEM được tổng hợp trên bảng 3.2
Trang 8Bảng 3.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ mol Cu /glucôzơ đến kích thước Cu 2 O
(SEM), nm
Khi nồng độ Cu2+ thấp các hạt tạo thành được phân bố đồng đều hơn Chọn tỉ lệ mol Cu2+/glucôzơ phù hợp để phản ứng xảy ra là 0,15
3.1.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chất phân tán
Kết quả khảo sát kích thước các hạt hình thành trong điều kiện thể tích chất phân tán khác nhau được thể hiện trong bảng 3.3 Kết quả chụp SEM cho thấy kích thước các hạt hình thành với nồng độ phân tán khác nhau là khác nhau
Trang 9N3 N4
N5
Hình 3.4 Ảnh SEM của Cu 2 O chế tạo ở các tỷ lệ EG/Cu 2+ khác nhau
Bảng 3.3 Ảnh hưởng của nồng độ chất phân tán đến kích thước Cu 2 O
Dựa vào kết quả thu được, điều kiện tối ưu được lựa chọn khi
sử dụng tỉ lệ mol EG/Cu2+ là 0,6 với kích thước hạt thu được là từ 200 -
350 nm
Trang 103.1.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ khuấy
Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến hình thái học của các hạt thông qua chụp ảnh SEM các mẫu chế tạo được thể hiện trong hình 3.4
Hình 3.5 Ảnh SEM các mẫu chế tạo với tốc độ khuấy khác nhau (a), (b), (c), (d) ứng với tốc độ khuấy: 50, 100, 200, 400 vòng/phút
Khi tốc độ khuấy cao độ đồng đều của hạt giảm, hình dạng của hạt cũng có sự khác nhau
3.1.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ phản ứng ảnh hưởng đến quá trình khử Cu2+ (CuSO4) thành Cu và Cu+ Để nghiên cứu sự ảnh hưởng này ta tiến hành điều
S4800-NIHE 10.0kV 16mm x 30.0k SE(M, LA0) 28/3/2014 14:37 1um
S4800-NIHE 10.0kV 16mm x 30.0k SE(M, LA0) 28/3/2014
13:06 1um S4800-NIHE 10.0kV 16mm x 30.0k SE(M, LA0)
28/3/2014 13:06 `1um
S4800-NIHE 10.0kV 16mm x 30.0k SE(M, LA0)
28/3/2014 14:42 1um
Trang 11chế ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau từ nhiệt độ 30C đến 60C, các điều kiện khác được giữ nguyên Kết quả được thể hiện trong hình 3.6
Hình 3.6 Ảnh SEM các mẫu hạt Cu 2 O hình thành ở nhiệt độ khác nhau
(a), (b), (c), (d) ứng với nhiệt độ phản ứng: 30oC, 40oC, 50oC, 60oC
Ở nhiệt độ cao hơn 60o
C cho thấy khi nhiệt độ tăng thì hình dạng các hạt bắt đầu có sự thay đổi, các hạt có xu hướng kết khối lại với nhau, có sự xuất hiện tinh thể lập phương của Cu2O Điều này cho thấy để có hình dạng và kích thước đồng đều nên tiến hành phản ứng ở nhiệt độ dưới 50oC
S4800-NIHE 10.0kV 16mm x 30.0k SE(M, LA0)
28/3/2014 13:06 `1um
S4800-NIHE 10.0kV 16mm x 30.0k SE(M, LA0) 28/3/2014 15:06 `1um
S4800-NIHE 10.0kV 16mm x 30.0k SE(M, LA0) 28/3/2014
13:06 `1um
S4800-NIHE 10.0kV 16mm x 30.0k SE(M, LA0) 28/3/2014
13:06 `1um
Trang 12TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1 Nguyễn Văn Đạt (2004), Ứng dụng các kỹ thuật phân tích hiện đại để điều tra hiện trạng và đánh giá hiệu quả xử lý các chất thải quốc phòng đặc chủng bằng phương pháp sinh học, Đề tài nhánh đề tài Nhà nước
2 Nguyễn Văn Đạt (1995), Nghiên cứu phương pháp làm sạch nước thải chứa TNT bằng phương pháp hấp phụ trên than hoạt tính, Chuyên san nghiên cứuKHKTQS, số 13, Tr 19-21
3 Nguyên Văn Đạt, Nguyễn Quang Toại (1998), Nghiên cứu phân tích thành phần nước thải của xưởng sản xuất thuốc phóng lá bằng phương pháp sắc ký lỏng cao áp Chuyên san Nghiên cứu Khoa học
Kỹ thuật Quân sự
4 Nguyễn Văn Đạt, Nguyễn Quang Toại, Đỗ Ngọc Khuê (1997), Nghiên cứu xử lý nước thải chứa TNT bằng phương pháp hấp điện phân Chuyên sanNghiên cứu KHKTQS, số 20, Tr 22-25
5 Ngô Văn Giao, Công nghệ sản xuất thuốc phóng và nhiên liệu tên lửa, Tập 1, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội
6 Đỗ Ngọc Khuê, Tô Văn Thiệp, Phạm Kiên Cường, Đỗ Bình Minh, Nguyễn Hoài Nam (2007), Nghiên cứu khả năng sử dụng một số loại thực vật thủy sinh để khử độc cho nước thải bị nhiễm nitroglyxerin của cơ sở sản xuất thuốc phóng Tạp chí Khoa học và Công nghệ
125-132
Trang 137 Đỗ Ngọc Khuê (2003), Công nghệ xử lý nước thải các cơ sở sản xuất quốc phòng, M ột số vấn đề về Khoa học và Công nghệ Môi trường, N hà xuất bản Quân đội nhân dân
8 Đỗ Ngọc Khuê, Nguyễn Văn Toại, Nguyễn Văn Đạt, Đinh Ngọc Tấn, Tô Văn Thiệp (2001), Hiện trạng công nghệ xử lý một số nước thải độc hại đặc thù của sản xuất quốc phòng Thông tin Khoa học Quân sự, Tr 38-87.50
9 Nguyễn Thị Lụa (2012), T ổ n g h ợ p , n g h i ê n c ứ u t í
n h c h ấ t v à k h ả n ă n g ứ n g d ụ n g c ủ a C u 2 O k í c h t h ư ớ c n
a n o m e t , Luận án Tiến sĩ, Đại học Khoa học Tự nhiên/ Đại học Quốc Gia Hà Nội
10 Nguyễn Thị Hoài Phương (2005), N g h i ê n c ứ u s ử d ụ
n g o z o n đ ể p h â n h u ỷ n i t r o g l y x e r i n v à đ i m e t y l đ i p h
e n y l u r e t r o n g n ư ớ c t h ả i s ả n x u ấ t t h u ố c p h ó n g h a i g
ố c , Luận văn cao học, Học viện Kỹ thuật Quân sự
11 Nguyễn Đình Triệu (1999), C á c p h ư ơ n g p h á p v ậ t l í
ứ n g d ụ n g t r o n g h o á h ọ c , Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội
12 Đỗ Xuân Tung (2004), P h â n t í c h t h à n h p h ầ n v à c
h ấ t l ư ợ n g t h u ố c p h ó n g k e o , Viện Thuốc phóng, thuốc nổ
Tiếng Anh
13 Chen J.Y., Zhou P.J., Li J.L and Wang Y (2008), “ Studies
on the photocatalytic perform ance o f cuprous oxide/chitosan nanocomposites activated by visible light”, C a r - b o h y d r P o l y
m , 72, pp 128-132
Trang 1414 De Jongh P.E., Vanmaekelberg D.H and Kelly J.J (1999),
“Cu2O: a catalyst for the photochemical decomposition o f water”, C h
e m C o m m u n , pp 1069-1070
15 Fang Luo, Di Wu, Lei Gao, Suoyuan Lian, Enbo Wang, Zhenhui Kang, Yang Lan, Lin Xu (2005), “Shape-controlled synthesis
o f Cu2O nanocrystals assisted by Triton X-100”, J o u r n a l o f c r y s
t a l G r o w t h , 285, pp 534-540
16 Gu Y., Zhang Y., Zhang F.,Wei J.,Wang C., Du Y and YeW (2010), “Investigation o f photoelectrocatalytic activity o f Cu2O nanoparticles for p- nitrophenol using ratating ring disk electrode and application for electrocatalytic determination”, E l e c t r o c h i m A c
t a , 56, pp 953-958
17 Han C.H., Li Z.Y and Shena J.Y (2009), “Photocatalytic degradation of dodecylben-zenesulfonate over TiO2-Cu2O under visible irradiation”, J H a z a r d M a t e r , 168, pp.215-219.51
18 Hara M., Kondo T., Komda M., Ikeda S., Shinohara K., Tanaka A., Kondo J.N and Domen K (1998), “Cu2O as a photocatalyst for overall water splitting under visible light irradiation”,
C h e m C o m m u n , pp 357-358
19 Hu C.C., Nian J.N and Teng H (2008), “Electrodeposited p-type Cu2O as photo-catalyst for H 2evolution from water reduction in the presence of WO3”, S o l E n e r g y M a t e r S o l C e l l s 311,
pp 1071-1076
20 Kuo C.H., Chen C.H and Huang M.H (2007), “Seed-mediated synthesis of monodis-persed Cu2O nanocubes with five
Trang 15different size ranges from 40 to 420 nm”, A d v F u n c t M a t e r
17, pp 3773-3780
21 Kuo C.H and Huang M.H (2008), “Facile synthesis o f Cu2O nanocrystals with systematic shape evolution from cubic to octahedral structures”, J P h y s C h e m C 112,pp 18355-18360
22 Li J., Liu L and Yu Y (2004), “Preparation o f highly photocatalytic active nano-size TiO2-Cu2O particle composites with a novel electrochemical method”, E l e c t r o c h e m C o m m u n 6,
pp 940-943
23 Liang X.D., Gao L and Yang S.W (2009), “Facile synthesis and shape evolution o f single-crystal cuprous oxide”, J A d
v M a t e r 21, pp 2068-2071
24 Nazim Z Muradov (1994), Solar detoxification o f nitroglycerine contaminated water using immobilized titania, F l o r i d
a s o l a r e n e r g y c e n t e r ,53, pp 283-288
25 Ozin G.A., Arsenault A.C and Cademartiri L (2009), N a
n o c h e m i s t r y : A C h e m i c a l A p p r o a c h t o N a n o m a t e r
i a l s , C a m b r i d g e , UK
26 Ozkan U.S (2009), D e s i g n o f H e t e r o g e n e o u s C a
t a l y s t s , W iley VCH
27 Qingwei Zhu, Yihe Zhang, Fengshan Zhou, Fengzhu Lv, Zhengfang Ye, Feidi Fan, Paul K Chu (2012), “Cuprous oxide created
on sepiolite: Preparation, characterization, and photocatalytic activity in treatment o f red 52 water from 2,4,6-trinitrotoluene manufacturing”, Journal o f Hazardous Material
Trang 1628 Ramamurthy V and Schanze K.S (1998), Organic and Inorganic Photochemistry, Marcel Dekke - Inc
29 Scanlon D.O., Morgan B.J and W atson G.W (2009),
“Modeling the polaronic nature o f p-type defects in Cu2O: The failure
of GGA and GGA+U”, J Chem Phys, 131, pp 1-8
30 Schmid G (2008), Nanotechnology: Principles and Fundamentals, Wiley-CH, Ger-many
31 Ung Thi Dieu Thuy, Nguyen Quang Liem, Christopher M
A Parlett, Georgi M Lalev, Karen Wilson (2014), “Synthesis o f CuS and CuS/ZnS core/shell nanocrystals for photocatalytic degradation o f dyes under visible light”, Catalysis Communications, 44, pp 62-67
32 Xu C.,Wang X., Yang L and W u Y (2009), “Fabrication o
f a graphene- cuprous oxide composite”, J Solid State Chem, 182, pp 2486-2490
33 Zhang Y., Deng B., Zhang T.R., Gao D.M and Xu A.W (2010), “Shape effects o f Cu2O polyhedral microcrystals on photocatalytic activity”, J Phys Chem C 114, pp 5073-5079
34 Zhou B., Wang H., Liu Z., Yang Y., Huang X., Lu Z., Sui
Y and Su W (2011), “Enhanced photocatalytic activity o f flowerlike Cu2O/Cu prepared using solvent-thermal route”, Mater Chem Phys.126, pp 847-852
35 Van Hieu Nguyen and Bich Ha Nguyen (2012), “Visible light responsive titania-based nanostructures for photocatalytic, photovoltaic and photoelectrochemical applications”, Adv Nat Sci.: Nanosci Nanotech, Vol 3, pp 023001-023010
