Luận án Nghiên cứu chế tạo một số polyme ưa nước và ứng dụng cố định các kim loại nặng trong bùn thải công nghiệp

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MỘT SỐ POLYME ƯA NƯỚC VÀ ỨNG DỤNG CỐ ĐỊNH CÁC KIM LOẠI NẶNG TRONG BÙN THẢI CÔNG NGHIỆP

Ngành:

Hoá hữu cơ

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án "Nghiên cứu chế tạo một số polyme ưa nước và ứng dụng cố định các kim loại nặng trong bùn thải công nghiệp" của Phan Minh Tân tập trung vào việc giải quyết vấn đề ô nhiễm kim loại nặng từ bùn thải công nghiệp tại Việt Nam. Nhận thấy polyme ưa nước có tiềm năng lớn trong xử lý môi trường và cố định kim loại nặng nhưng còn ít nghiên cứu trong nước, luận án đặt mục tiêu tổng hợp thành công các polyme ưa nước và ứng dụng chúng để cố định các ion kim loại nặng như Cu2+, Pb2+ và Ni2+ trong bùn thải công nghiệp.

Nội dung nghiên cứu chính bao gồm việc tổng hợp và đánh giá tính chất của các copolyme N-vinyl pyrrolidon-acrylamit (VP-AM), N-vinyl pyrrolidon-N,N'-dimethylacryamit (VP-DMAm) và polyme hydroxamic axit (PHA). Luận án đã khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp như nhiệt độ, thời gian, nồng độ chất khơi mào và nồng độ monome để xác định điều kiện tối ưu. Các sản phẩm polyme được đặc trưng bằng các phương pháp FTIR, DSC, TGA và FE-SEM, cho thấy sự có mặt của các đơn vị monome làm tăng tính cứng nhắc, cồng kềnh của copolyme.

Bên cạnh đó, luận án cũng nghiên cứu khả năng cố định kim loại nặng của các polyme này, khảo sát ảnh hưởng của thời gian tương tác, pH và nồng độ polyme. Kết quả cho thấy khả năng cố định kim loại nặng tốt nhất đạt được tại thời gian 60 phút, pH = 6 và nồng độ polyme tối ưu (0,04% cho PAM, PHA; 0,03% cho copolyme VP-AM, VP-DMAm). Khả năng tương tác giảm dần theo thứ tự VP-DMAm > VP-AM > PHA và lớn nhất với Cu2+, Ni2+, Co2+.

Đặc biệt, luận án đã ứng dụng các polyme này trong quá trình đóng rắn bùn thải công nghiệp kết hợp xi măng để chế tạo gạch không nung. Nghiên cứu đã lựa chọn được đơn phối liệu tối ưu (bùn : xi măng : cát là 40:20:40 và 0,03% copolyme VP-DMAm) để sản xuất thử nghiệm gạch block xây dựng. Các mẫu gạch này không chỉ có khả năng cố định kim loại nặng hiệu quả, giảm đáng kể mức độ thôi nhiễm so với mẫu không polyme, mà còn đảm bảo các chỉ tiêu cơ lý như cường độ nén, cường độ uốn, độ hút nước đạt tiêu chuẩn TCVN 6477-2011. Các đóng góp mới của luận án bao gồm việc đưa ra điều kiện tối ưu cho tổng hợp và cố định kim loại nặng, cũng như thử nghiệm thành công chế tạo gạch không nung từ bùn thải công nghiệp.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1. Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học của luận án
  • 2. Mục tiêu của luận án
  • 3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án
  • 4. Cấu trúc của luận án

• 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
  • 2.1.2. Dụng cụ, thiết bị
  • 2.2. Phương pháp thực nghiệm và nội dung nghiên cứu
  • 2.2.1. Phương pháp thực nghiệm
  • 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu

• 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
  • 3.1.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào
  • 3.1.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ monome
  • 3.1.2. Xác định hằng số đồng trùng hợp VP và AM
  • 3.1.3. Đặc trưng tính chất sản phẩm copolyme (VP-AM)
  • 3.1.3.1. Phổ hồng ngoại FTIR copolyme (VP-AM)
  • 3.1.3.2. Nhiệt vi sai quét (DSC) của copolyme (VP-AM)
  • 3.1.3.3. Phân tích nhiệt trọng lượng TGA của copolyme (VP-AM)
  • 3.1.3.4. Nghiên cứu hình thái học bề mặt sản phẩm (VP-AM)
  • 3.2. Nghiên cứu tổng hợp và tính chất copolyme (VP-DMAm)
  • 3.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố lên quá trình đồng trùng hợp VP và DMAm bằng phương pháp trùng hợp dung dịch
  • 3.2.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng
  • 3.2.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào
  • 3.2.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ monome
  • 3.2.2. Xác định hằng số đồng trùng hợp VP và DMAm
  • 3.2.3. Đặc trưng tính chất sản phẩm copolyme (VP-DMAm)
  • 3.2.3.1. Phổ hồng ngoại FTIR copolyme (VP-DMAm)
  • 3.2.3.2. Nhiệt vi sai quét (DSC) của copolyme (VP-DMAm)
  • 3.2.3.3. Phân tích nhiệt trọng lượng TGA của copolyme (VP-DMAm)
  • 3.2.3.4. Nghiên cứu hình thái học bề mặt sản phẩm (VP-DMAm)
  • 3.3. Nghiên cứu tổng hợp và tính chất polyme (PHA)
  • 3.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố lên quá trình tổng hợp PHA từ phản ứng của PAM với hydroxylamin
  • 3.3.1.1. Anh hưởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng
  • 3.3.1.2. Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng nhóm chức
  • 3.3.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ NH2OH.HCl đến hàm lượng nhóm chức
  • 3.3.2. Đặc trưng tính chất sản phẩm PHA
  • 3.3.2.1. Phổ hồng ngoại FTIR polyme PHA
  • 3.3.2.2. Nhiệt vi sai quét (DSC) của polyme PHA
  • 3.3.2.3. Phân tích nhiệt trọng lượng TGA của copolyme
  • 3.3.2.4. Nghiên cứu hình thái học bề mặt sản phẩm PHA
  • 3.4. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng cố định của polyme với ion kim loại
  • 3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian
  • 3.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH.
  • 3.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ polyme.
  • 3.5. Nghiên cứu quá trình đóng rắn bùn thải công nghiệp kết hợp xi măng và polyme.
  • 3.5.1. Nghiên cứu tính chất cơ lý và độ hấp hút nước từ tổ hợp bùn thải – xi măng – polyme
  • 3.5.2. Nghiên cứu khả năng thôi nhiễm kim loại nặng từ tổ hợp bùn thải – xi măng – polyme
  • 3.6. 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
  • 3.6.1. Thay đổi tỉ lệ phối trộn bùn thải, cát (cố định hàm lượng xi măng)
  • 3.6.2. Thay đổi tỉ lệ phối trộn copolyme (cố định tỷ lệ bùn/cát là 1/1)
  • 3.6.3. Khả năng thôi nhiễm kim loại nặng từ gạch không nung chế tạo từ bùn thải, cát, xi măng và copolyme VP-DMAm

• KẾT LUẬN CHUNG

• NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ