Xem mẫu
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
……..….***…………
PHAN MINH TÂN
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MỘT SỐ POLYME ƯA NƯỚC VÀ ỨNG
DỤNG CỐ ĐỊNH CÁC KIM LOẠI NẶNG TRONG BÙN THẢI
CÔNG NGHIỆP
Chuyên ngành: Hoá hữu cơ
Mã số: 62.44.01.14
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC
HÀ NỘI - 2016
Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Người hướng dãn khoa học 1: GS.TS. Nguyễn Văn Khôi
Người hướng dãn khoa học 2: PGS. TS. Trần Đại Lâm
Phản biện 1: GS.TS. Thái Hoàng
Phản biện 2: GS.TS. Bùi Chương
Phản biện 3: GS.TS. Nguyễn Văn Tuyến
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại Học
viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ
Việt Nam vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng … năm 2016
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học của luận án
Lĩnh vực polyme ưa nước đã phát triển nhanh chóng trong thời gian gần đây
nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng ngày càng cao. Polyme tan trong nước tổng hợp
chiếm một thị phần ứng dụng rất lớn trong cuộc sống như: xử lý nước, sản xuất giấy,
chế biến khoáng sản, công nghiệp dệt may, giày da, mỹ phẩm, dược phẩm, thu hồi
dầu tăng cường và đặc biệt là sử dụng trong cố định kim loại nặng. Tuy nhiên, ở Việt
Nam hiện nay có rất ít thông tin về việc nghiên cứu và chế tạo loại polyme này.
Thực tế rất nhiều nhà máy ở các khu công nghiệp vẫn hàng ngày xả thải trực
tiếp nước thải, bùn thải có chứa các các thành phần nguy hại với hàm lượng vượt quá
giới hạn cho phép ra môi trường. Hậu quả là môi trường nước kể cả nước mặt và
nước ngầm ở nhiều khu vực đang bị ô nhiễm kim loại nặng nghiêm trọng. Khi thải bỏ
tùy tiện bùn thải công nghiệp (BTCN) vào môi trường, kim loại nặng (KLN) sẽ dễ
dàng phát tán sang môi trường đất, nước mặt và nước ngầm. Đây là mối nguy hiểm
tiềm tàng đối với sức khỏe của con người cũng như hệ sinh thái tự nhiên.
Hiện nay, vẫn có nhiều nghiên cứu tổng hợp, sử dụng polyme như một loại phụ
gia cho quá trình bê tông hóa bùn thải để cải thiện tính chất của bê tông và khả năng
lưu giữ kim loại nặng nhằm hạn chế đến mức thấp nhất mức độ thôi nhiễm kim loại
nặng ra môi trường. Hướng nghiên cứu này dựa trên khả năng tạo phức của polyme
với các kim loại nặng, giúp cho các kim loại nặng có tính ổn định cao trong bê tông.
Xuất phát từ tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, chúng tôi lựa chọn đề tài
luận án: “Nghiên cứu chế tạo một số polyme ưa nước và ứng dụng cố định kim loại
nặng trong bùn thải công nghiệp” được thực hiện với mục tiêu tổng hợp thành công
một số polyme ưa nước và sử dụng chúng để cố định một số ion kim loại nặng: Cu2+,
Pb2+ và Ni2+... trong xử lý bùn thải công nghiệp.
2. Mục tiêu của luận án
- Nghiên cứu lựa chọn các yếu tố phù hợp để tổng hợp copolyme: copolyme Nvinyl pyrrolidon-acrylamit (VP-AM), N-vinyl pyrrolidon-N,N’-dimethylacryamit
(VP-DMAm), polyme hydroxamic axit (PHA).
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng cố định kim loại nặng của
polyme như: nhiệt độ, thời gian, pH, hàm lượng polyme.
- Nghiên cứu quá trình đóng rắn bùn thải công nghiệp kết hợp xi măng và
polyme.
- Nghiên cứu lựa chọn đơn phối liệu cho quá trình sản xuất gạch không nung từ
bùn thải công nghiệp, xi măng, cát và polyme.
3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án
- Nghiên cứu tổng hợp và tính chất copolyme (VP-AM)
- Nghiên cứu tổng hợp và tính chất copolyme (VP-DMAm)
- Nghiên cứu tổng hợp và tính chất polyme (PHA)
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng cố định của polyme với ion kim loại
- Nghiên cứu quá trình đóng rắn bùn thải công nghiệp kết hợp xi măng và polyme.
- Nghiên cứu lựa chọn đơn phối liệu cho quá trình sản xuất gạch không nung từ bùn
thải công nghiệp, xi măng, cát và copolyme VP-DMAm
1
4. Cấu trúc của luận án
Luận án gồm các phần chính sau:
- Mở đầu : 2 trang
- Phần tổng quan: 50 trang
- Phần thực nghiệm: 18 trang
- Phần kết quả thảo luận: 53 trang
- Kết luận: 2 trang
CHƯƠNG I – TỔNG QUAN
1.1. Polyme ưa nước và ứng dụng
1.2. Polyme ưa nước ứng dụng xử lý môi trường.
1.3. Cơ sở lý thuyết trùng hợp và đồng trùng hợp
1.4. Bùn thải công nghiệp và các biện pháp xử lý
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Hóa chất thiết bị sử dụng
2.1.1. Hoá chất
- Các monome VP, DMAm, AM, PAM.
- Các chất khơi mào: amoni pesunfat (APS), axit ascorbic (As), Hydroxylamin
hidroclorit (NH2OH.HCl)
- Một số muối kim loại: CuSO4, CrCl3, Pb(NO3)2, NiCl2, Co(NO3)2.
- Xi măng pooc lăng PC40, cát, bùn
2.1.2. Dụng cụ, thiết bị
- Dụng cụ: bể điều nhiệt, máy khuấy cơ, cân phân tích, bình sục khí nitơ, nhiệt
kế, bình cầu, sinh hàn hồi lưu, cốc thuỷ tinh, ống thuỷ tinh, bình tam giác, pipet và
các dụng cụ thủy tinh khác.
- Tủ sấy chân không Karl Kolb 101-1A (Đức)
- Máy đo pH để bàn, thang đo pH/ORP
- Thiết bị phổ IR, phân tích nhiệt DSC, TGA, FE-SEM, GPC, EDX, AAS...
- Thiết bị đo độ bền nén và độ bền uốn C071A Matest (Ý).
2.2. Phương pháp thực nghiệm và nội dung nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp thực nghiệm
- Tổng hợp polyme
+ Tổng hợp copolyme (VP-AM) và (VP-DMAm) bằng phương pháp trùng hợp
dung dịch:
+ Tổng hợp polyhydroxamic axit (PHA) từ poly acryamit.
- Xác định hiệu suất chuyển hóa thành copolyme bằng phương pháp kết tủa
- Xác định hiệu suất chuyển hóa tổng theo phương pháp chuẩn độ nối đôi
- Xác định thành phần copolyme bằng phương pháp phân tích nguyên tố
- Phương pháp xác định hằng số đồng trùng hợp bằng phương pháp Kelen- Tudos
- Xác định hàm lượng nhóm chức trong PHA
- Xác định cường độ nén của viên gạch
- Xác định cường độ uốn
- Xác định độ hút nước của viên gạch
- Xác định hàm lượng kim loại nặng bị thôi nhiễm
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng hợp và tính chất copolymer (VP-AM)
2
- Nghiên cứu tổng hợp và tính chất copolymer (VP-DMAm)
- Nghiên cứu tổng hợp và tính chất của poly hydroxamic axit (PHA)
- Nghiên cứu khả năng cố định một số ion kim loại nặng bằng polyme
- Nghiên cứu quá trình đóng rắn bùn thải bằng xi măng kết hợp với polyme
- Nghiên cứu lựa chọn đơn phối liệu chế tạo gạch không nung ở quy mô phòng thí
nghiệm.
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu tổng hợp và tính chất copolyme (VP-AM)
3.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố lên quá trình đồng trùng hợp VP
và AM bằng phương pháp trùng hợp dung dịch
3.1.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng
Kết quả khảo sát hiệu suất chuyển hóa theo thời gian ở các nhiệt độ khác nhau
được biểu diễn trên hình 3.1.
Hình 3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian tới hiệu suất chuyển hóa của phản ứng
VP với AM
Kết quả cho thấy rằng khi tăng nhiệt độ thì hiệu suất chuyển hóa tăng mạnh ở
giai đoạn đầu (90 phút đầu) sau đó tăng chậm và không đổi sau 240 phút đối với tất
cả các điều kiện thí nghiệm và sản phẩm thu được chủ yếu là các copolyme, hiện
tượng này là do ban đầu các gốc tự do còn linh động dễ phản ứng, khi mạch phân tử
phát triển dài hơn thì độ nhớt dung dịch tăng làm hiệu suất chuyển hóa chậm lại.
Ngoài ra, việc tăng nhiệt độ từ 30-40oC cũng làm tăng hiệu suất phản ứng tổng cũng
như phản ứng hình thành copolyme. Tuy nhiên nếu tiếp tục tăng nhiệt độ (từ 40 45oC) thì hiệu suất phản ứng giảm là do tốc độ của các phản ứng thứ cấp tăng
(chuyển mạch, ngắt mạch), quá trình này được làm rõ hơn qua độ suy giảm M w và
PDI (bảng 3.1).
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến M w và PDI của copolyme (VP-AM)
Nhiệt độ (oC)
30
35
40
45
57300
55400
53300
50500
M w (g/mol)
PDI
1,63
1,65
1,66
1,71
3.1.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào
Kết quả khảo sát được trình bày trong hình 3.2 và bảng 3.2.
3
nguon tai.lieu . vn
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
……..….***…………
PHAN MINH TÂN
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MỘT SỐ POLYME ƯA NƯỚC VÀ ỨNG
DỤNG CỐ ĐỊNH CÁC KIM LOẠI NẶNG TRONG BÙN THẢI
CÔNG NGHIỆP
Chuyên ngành: Hoá hữu cơ
Mã số: 62.44.01.14
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC
HÀ NỘI - 2016
Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Người hướng dãn khoa học 1: GS.TS. Nguyễn Văn Khôi
Người hướng dãn khoa học 2: PGS. TS. Trần Đại Lâm
Phản biện 1: GS.TS. Thái Hoàng
Phản biện 2: GS.TS. Bùi Chương
Phản biện 3: GS.TS. Nguyễn Văn Tuyến
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại Học
viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ
Việt Nam vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng … năm 2016
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học của luận án
Lĩnh vực polyme ưa nước đã phát triển nhanh chóng trong thời gian gần đây
nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng ngày càng cao. Polyme tan trong nước tổng hợp
chiếm một thị phần ứng dụng rất lớn trong cuộc sống như: xử lý nước, sản xuất giấy,
chế biến khoáng sản, công nghiệp dệt may, giày da, mỹ phẩm, dược phẩm, thu hồi
dầu tăng cường và đặc biệt là sử dụng trong cố định kim loại nặng. Tuy nhiên, ở Việt
Nam hiện nay có rất ít thông tin về việc nghiên cứu và chế tạo loại polyme này.
Thực tế rất nhiều nhà máy ở các khu công nghiệp vẫn hàng ngày xả thải trực
tiếp nước thải, bùn thải có chứa các các thành phần nguy hại với hàm lượng vượt quá
giới hạn cho phép ra môi trường. Hậu quả là môi trường nước kể cả nước mặt và
nước ngầm ở nhiều khu vực đang bị ô nhiễm kim loại nặng nghiêm trọng. Khi thải bỏ
tùy tiện bùn thải công nghiệp (BTCN) vào môi trường, kim loại nặng (KLN) sẽ dễ
dàng phát tán sang môi trường đất, nước mặt và nước ngầm. Đây là mối nguy hiểm
tiềm tàng đối với sức khỏe của con người cũng như hệ sinh thái tự nhiên.
Hiện nay, vẫn có nhiều nghiên cứu tổng hợp, sử dụng polyme như một loại phụ
gia cho quá trình bê tông hóa bùn thải để cải thiện tính chất của bê tông và khả năng
lưu giữ kim loại nặng nhằm hạn chế đến mức thấp nhất mức độ thôi nhiễm kim loại
nặng ra môi trường. Hướng nghiên cứu này dựa trên khả năng tạo phức của polyme
với các kim loại nặng, giúp cho các kim loại nặng có tính ổn định cao trong bê tông.
Xuất phát từ tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, chúng tôi lựa chọn đề tài
luận án: “Nghiên cứu chế tạo một số polyme ưa nước và ứng dụng cố định kim loại
nặng trong bùn thải công nghiệp” được thực hiện với mục tiêu tổng hợp thành công
một số polyme ưa nước và sử dụng chúng để cố định một số ion kim loại nặng: Cu2+,
Pb2+ và Ni2+... trong xử lý bùn thải công nghiệp.
2. Mục tiêu của luận án
- Nghiên cứu lựa chọn các yếu tố phù hợp để tổng hợp copolyme: copolyme Nvinyl pyrrolidon-acrylamit (VP-AM), N-vinyl pyrrolidon-N,N’-dimethylacryamit
(VP-DMAm), polyme hydroxamic axit (PHA).
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng cố định kim loại nặng của
polyme như: nhiệt độ, thời gian, pH, hàm lượng polyme.
- Nghiên cứu quá trình đóng rắn bùn thải công nghiệp kết hợp xi măng và
polyme.
- Nghiên cứu lựa chọn đơn phối liệu cho quá trình sản xuất gạch không nung từ
bùn thải công nghiệp, xi măng, cát và polyme.
3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án
- Nghiên cứu tổng hợp và tính chất copolyme (VP-AM)
- Nghiên cứu tổng hợp và tính chất copolyme (VP-DMAm)
- Nghiên cứu tổng hợp và tính chất polyme (PHA)
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng cố định của polyme với ion kim loại
- Nghiên cứu quá trình đóng rắn bùn thải công nghiệp kết hợp xi măng và polyme.
- Nghiên cứu lựa chọn đơn phối liệu cho quá trình sản xuất gạch không nung từ bùn
thải công nghiệp, xi măng, cát và copolyme VP-DMAm
1
4. Cấu trúc của luận án
Luận án gồm các phần chính sau:
- Mở đầu : 2 trang
- Phần tổng quan: 50 trang
- Phần thực nghiệm: 18 trang
- Phần kết quả thảo luận: 53 trang
- Kết luận: 2 trang
CHƯƠNG I – TỔNG QUAN
1.1. Polyme ưa nước và ứng dụng
1.2. Polyme ưa nước ứng dụng xử lý môi trường.
1.3. Cơ sở lý thuyết trùng hợp và đồng trùng hợp
1.4. Bùn thải công nghiệp và các biện pháp xử lý
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Hóa chất thiết bị sử dụng
2.1.1. Hoá chất
- Các monome VP, DMAm, AM, PAM.
- Các chất khơi mào: amoni pesunfat (APS), axit ascorbic (As), Hydroxylamin
hidroclorit (NH2OH.HCl)
- Một số muối kim loại: CuSO4, CrCl3, Pb(NO3)2, NiCl2, Co(NO3)2.
- Xi măng pooc lăng PC40, cát, bùn
2.1.2. Dụng cụ, thiết bị
- Dụng cụ: bể điều nhiệt, máy khuấy cơ, cân phân tích, bình sục khí nitơ, nhiệt
kế, bình cầu, sinh hàn hồi lưu, cốc thuỷ tinh, ống thuỷ tinh, bình tam giác, pipet và
các dụng cụ thủy tinh khác.
- Tủ sấy chân không Karl Kolb 101-1A (Đức)
- Máy đo pH để bàn, thang đo pH/ORP
- Thiết bị phổ IR, phân tích nhiệt DSC, TGA, FE-SEM, GPC, EDX, AAS...
- Thiết bị đo độ bền nén và độ bền uốn C071A Matest (Ý).
2.2. Phương pháp thực nghiệm và nội dung nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp thực nghiệm
- Tổng hợp polyme
+ Tổng hợp copolyme (VP-AM) và (VP-DMAm) bằng phương pháp trùng hợp
dung dịch:
+ Tổng hợp polyhydroxamic axit (PHA) từ poly acryamit.
- Xác định hiệu suất chuyển hóa thành copolyme bằng phương pháp kết tủa
- Xác định hiệu suất chuyển hóa tổng theo phương pháp chuẩn độ nối đôi
- Xác định thành phần copolyme bằng phương pháp phân tích nguyên tố
- Phương pháp xác định hằng số đồng trùng hợp bằng phương pháp Kelen- Tudos
- Xác định hàm lượng nhóm chức trong PHA
- Xác định cường độ nén của viên gạch
- Xác định cường độ uốn
- Xác định độ hút nước của viên gạch
- Xác định hàm lượng kim loại nặng bị thôi nhiễm
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng hợp và tính chất copolymer (VP-AM)
2
- Nghiên cứu tổng hợp và tính chất copolymer (VP-DMAm)
- Nghiên cứu tổng hợp và tính chất của poly hydroxamic axit (PHA)
- Nghiên cứu khả năng cố định một số ion kim loại nặng bằng polyme
- Nghiên cứu quá trình đóng rắn bùn thải bằng xi măng kết hợp với polyme
- Nghiên cứu lựa chọn đơn phối liệu chế tạo gạch không nung ở quy mô phòng thí
nghiệm.
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu tổng hợp và tính chất copolyme (VP-AM)
3.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố lên quá trình đồng trùng hợp VP
và AM bằng phương pháp trùng hợp dung dịch
3.1.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng
Kết quả khảo sát hiệu suất chuyển hóa theo thời gian ở các nhiệt độ khác nhau
được biểu diễn trên hình 3.1.
Hình 3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian tới hiệu suất chuyển hóa của phản ứng
VP với AM
Kết quả cho thấy rằng khi tăng nhiệt độ thì hiệu suất chuyển hóa tăng mạnh ở
giai đoạn đầu (90 phút đầu) sau đó tăng chậm và không đổi sau 240 phút đối với tất
cả các điều kiện thí nghiệm và sản phẩm thu được chủ yếu là các copolyme, hiện
tượng này là do ban đầu các gốc tự do còn linh động dễ phản ứng, khi mạch phân tử
phát triển dài hơn thì độ nhớt dung dịch tăng làm hiệu suất chuyển hóa chậm lại.
Ngoài ra, việc tăng nhiệt độ từ 30-40oC cũng làm tăng hiệu suất phản ứng tổng cũng
như phản ứng hình thành copolyme. Tuy nhiên nếu tiếp tục tăng nhiệt độ (từ 40 45oC) thì hiệu suất phản ứng giảm là do tốc độ của các phản ứng thứ cấp tăng
(chuyển mạch, ngắt mạch), quá trình này được làm rõ hơn qua độ suy giảm M w và
PDI (bảng 3.1).
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến M w và PDI của copolyme (VP-AM)
Nhiệt độ (oC)
30
35
40
45
57300
55400
53300
50500
M w (g/mol)
PDI
1,63
1,65
1,66
1,71
3.1.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào
Kết quả khảo sát được trình bày trong hình 3.2 và bảng 3.2.
3