Nghiên cứu động học quá trình chuyển hóa bằng sắt, kẽm hóa trị không đối với 2,4,6-trinitrotoluen và 2,4,6-trinitroresorxin

Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ quá trình chuyển hóa một số hợp chất hữu cơ bằng kim loại .... Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến tốc độ chuyển hóa TNTTNR trong hệ Fe 0 Zn 0 /NaCl

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ

- -

LÊ QUỐC TRUNG

NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA

BẰNG SẮT, KẼM HÓA TRỊ KHÔNG ĐỐI VỚI

2,4,6-TRINITROTOLUEN VÀ 2,4,6-TRINITRORESORXIN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

HÀ NỘI - 2011

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ

- -

LÊ QUỐC TRUNG

NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA

BẰNG SẮT, KẼM HÓA TRỊ KHÔNG ĐỐI VỚI

2,4,6-TRINITROTOLUEN VÀ 2,4,6-TRINITRORESORXIN

Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý

Mã số: 62 44 31 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

GS.TSKH Nguyễn Đức Hùng PGS.TS Trần Văn Chung

HÀ NỘI - 2011

3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác

Hà Nội, ngày 19 tháng 5 năm 2011

Tác giả

Lê Quốc Trung

LỜI CẢM ƠN

Luận án này được hoàn thành tại các phòng thí nghiệm của Viện Hóa học - Vật liệu, Viện khoa học & Công nghệ Quân sự, Bộ Quốc phòng; Phòng thí nghiệm Hoá - Lý và phân tích môi trường, Viện kỹ thuật hoá sinh và tài liệu nghiệp vụ, Tổng cục Hậu cần - Kỹ thuật, Bộ Công an

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn GS.TSKH Nguyễn Đức Hùng, PGS.TS Trần Văn Chung đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình hoàn thành luận án này

Em xin chân thành cám ơn các thầy cô trong Viện Khoa học & Công nghệ Quân sự, các cán bộ, công nhân viên Phòng đào tạo sau đại học, các cán bộ của 2 phòng thí nghiệm đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành các số liệu thực nghiệm trong quá trình hoàn thành cuốn luận án

Hà Nội, ngày 19 tháng 5 năm 2011

Nghiên cứu sinh: Lê Quốc Trung

i

MỤC LỤC

CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Lý thuyết cơ bản về phản ứng khử các hợp chất hữu cơ bằng kim loại, phản ứng Fenton, phản ứng kiểu Fenton dị thể 4

1.1.1 Cơ chế phản ứng phân hủy một số hợp chất hữu cơ bằng kim loại 4

1.1.2 Động học, cơ chế phản ứng khử các hợp chất hữu cơ bằng kim loại 5

1.1.3 Cơ chế phản ứng Fenton 7

1.1.4 Cơ chế phản ứng chuyển hóa theo phương pháp oxi hóa nâng cao kiểu Fenton 8

1.1.5 Phương trình động học phản ứng dị thể 13

1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ quá trình chuyển hóa một số hợp chất hữu cơ bằng kim loại 16

1.2.1 Ảnh hưởng của diện tích bề mặt tiếp xúc của kim loại 16

1.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu chất ô nhiễm 17

1.2.3 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy 18

1.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ 18

1.2.5 Ảnh hưởng của pH dung dịch 18

1.2.6 Ảnh hưởng của H2O2 19

1.2.7 Ảnh hưởng của các ligan hữu cơ 20

1.3 Đặc điểm cấu tạo và tính chất cơ bản của hợp chất TNT, TNR 21

1.3.1 Đặc điểm cấu tạo của các hợp chất TNT, TNR 21

1.3.2 Tính chất cơ bản của một số hợp chất nitro thơm 21

1.3.3 Độc tính của các hợp chất TNT, TNR 23

1.4 Hiện trạng công nghệ xử lý chất thải chứa các hợp chất TNT, TNR 24

1.4.1 Các nguồn phát sinh chất thải chứa hợp chất TNT, TNR 24

1.4.2 Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải chứa các hợp chất TNT, TNR 25

1.5 Kết luận phần tổng quan 31

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ THỰC NGHIỆM 33

2.1 Đối tượng nghiên cứu 33

2.2 Thiết bị và hóa chất 33

2.2.1 Thiết bị 33

2.2.2 Hóa chất 33

2.3 Các phương pháp nghiên cứu 34

2.3.1 Phương pháp phân tích TNT, TNR 34

2.3.2 Phương pháp xử lý số liệu 39

2.4 Thực nghiệm 41

2.4.1 Chuẩn bị hóa chất 41

2.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến tốc độ chuyển hóa TNT(TNR) trong hệ Fe 0 (Zn 0 )/NaCl 42

2.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến tốc độ chuyển hóa TNT(TNR) trong hệ Fe 0 (Zn 0 )/O 2 (kk) 43

2.4.4 Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến tốc độ chuyển hóa TNT(TNR) trong hệ Fe 0 (Zn 0 )/Ligan/O 2 (kk) 44

2.4.5 Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến tốc độ chuyển hóa TNT(TNR) trong hệ Fe 0 /EDTA/H 2 O 2 /O 2 (kk) 45

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47

3.1 Nghiên cứu đặc điểm quá trình chuyển hóa TNT(TNR) trong hệ Fe 0 (Zn 0 )/NaCl 47

3.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa TNT(TNR) trong hệ Fe 0 (Zn 0 )/NaCl 47

3.1.2 Tốc độ khoáng hóa 60

3.1.3 Cơ chế chuyển hóa 61

3.2 Nghiên cứu đặc điểm quá trình chuyển hóa TNT và TNR trong hệ Fe 0 (Zn 0 )/O 2 (kk) 69

3.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa TNT và TNR trong hệ Fe 0 (Zn 0 )/O 2 (kk) 69

3.2.2 Tốc độ khoáng hóa 77

3.3 Nghiên cứu đặc điểm quá trình chuyển hóa TNT(TNR) trong hệ Fe 0 (Zn 0 )/L/O 2 (kk) 82

iii

3.3.1 Ảnh hưởng của chất tạo phức 82

3.3.2 Ảnh hưởng của các yếu tố khác đến quá trình chuyển hóa TNT và TNR trong hệ Fe 0 /EDTA/O 2 (kk) 88

3.3.4 Cơ chế chuyển hóa 96

3.4 Nghiên cứu đặc điểm quá trình chuyển hóa TNT và TNR trong hệ Fe 0 /EDTA/H 2 O 2 /O 2 (kk) 99

3.4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa TNT và TNR trong hệ Fe 0 /EDTA/H 2 O 2 /O 2 (kk) 99

3.4.2 Tốc độ khoáng hóa 107

3.4.3 Cơ chế quá trình chuyển hóa 107

3.5 Tổng hợp kết quả nghiên cứu 111

3.5.1 Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình chuyển hóa TNT (TNR) 111

3.5.2 Về động học và cơ chế phân hủy 111

3.5.3 Về tốc độ chuyển hóa và độ khoáng hóa 112

3.5.4 Đề xuất phương án sử dụng kim loại sắt để chuyển hóa TNT (TNR) trong xử lý môi trường 114

KẾT LUẬN 117

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 118

PHỤ LỤC 135

CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

C Nồng độ tại thời điểm nào đó [mg/l]

C0 Nồng độ đầu [mg/l]

C0TNT(TNR) Nồng độ đầu TNT (TNR)

COD Nhu cầu oxi hoá học

CtTNT(TNR) Nồng độ tại thời điểm t của TNT (TNR)

DNT Dinitrotoluen

E0 Năng lượng [eV]

EDTA Axit etylendiamintetraaxetic

Fe0 Sắt hóa trị không

HMX Thuốc nổ octogen (cyclotetramethylen tetranitramin)

HPLC Sắc ký lỏng hiệu năng cao

HPLC/MS Sắc ký lỏng hiệu năng cao-khối phổ

IC Tổng cacbon vô cơ [mg/l]

TOC Tổng cacbon hữu cơ [mg/l]

tR Thời gian lưu [phút]

UV-VIS Tử ngoại khả kiến

Vm Tốc độ phản ứng cực đại

Zn0 Kẽm hóa trị không

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 So sánh hằng số tốc độ phản ứng phân hủy TNT(TNR) theo diện tích

bề mặt tiếp xúc của kim loại sắt và kẽm trong hệ Fe0(Zn0)/NaCl 50 Bảng 3.2 So sánh hằng số tốc độ phản ứng phân hủy TNT(TNR) theo diện tích

bề mặt tiếp xúc của kim loại sắt và kẽm trong hệ Fe0(Zn0)/O2(kk) 71 Bảng 3.3 So sánh độ chuyển hóa TNT(TNR) ở điều kiện tối ưu một số hệ

phản ứng kiểu Fenton 87 Bảng 3.4 So sánh hằng số tốc độ phản ứng phân hủy TNT(TNR) theo diện tích bề

mặt tiếp xúc của kim loại sắt và kẽm trong hệ Fe0(Zn0)/EDTA/O2(kk) 90 Bảng 3.5 So sánh hằng số tốc độ phản ứng phân hủy TNT(TNR) theo diện tích

bề mặt tiếp xúc của kim loại sắt trong hệ Fe0/EDTA/H2O2/O2(kk) 102 Bảng 3.6 So sánh độ chuyển hóa TNT và TNR 113 Bảng 3.7 So sánh độ độ khoáng hóa TNT và TNR 113

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read