Luận án Nghiên cứu tổng hợp Zeolite A từ tro bay các nhà máy nhiệt điện than bằng phương pháp thủy nhiệt với sự hỗ trợ của siêu âm, ứng dụng xử lý NH4+ trong nước thải

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP ZEOLITE A TỪ TRO BAY CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA SIÊU ÂM, ỨNG DỤNG XỬ LÝ NH4+ TRONG NƯỚC THẢI

Ngành:

Kỹ thuật môi trường

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án "Nghiên cứu tổng hợp Zeolite A từ tro bay các nhà máy nhiệt điện than bằng phương pháp thủy nhiệt với sự hỗ trợ của siêu âm, ứng dụng xử lý NH4+ trong nước thải" giải quyết nhu cầu cấp thiết về việc tận dụng tro bay từ các nhà máy nhiệt điện than tại Việt Nam để sản xuất vật liệu có giá trị gia tăng cao là Zeolite A, đồng thời xử lý hiệu quả ô nhiễm môi trường. Đề tài tập trung xây dựng quy trình tổng hợp Zeolite A từ tro bay loại F, đảm bảo cấu trúc và chất lượng vật liệu đáp ứng yêu cầu xử lý NH4+ trong nước thải, với mục tiêu nồng độ đầu ra ≤ 5 mg/L.

Nội dung nghiên cứu bao gồm đánh giá khả năng cải thiện hiệu quả trích ly Silic (Si) từ tro bay bằng siêu âm dạng đầu phát và phát triển quy trình tổng hợp Zeolite A bằng phương pháp thủy nhiệt có hỗ trợ siêu âm (một hoặc hai giai đoạn). Đồng thời, luận án xây dựng bộ dữ liệu về các thông số đặc trưng của vật liệu và công nghệ cho quá trình xử lý NH4+ trong nước thải, bao gồm cả nước thải nhân tạo chứa các kim loại nặng như Zn2+ và Ni2+.

Kết quả nghiên cứu đã xác định được điều kiện tối ưu để trích ly Si từ tro bay đạt hiệu suất cao 65,92% trong 50 phút ở 90°C với biên độ rung 50% (tương ứng năng lượng tiêu thụ 5,35 kJ/g tro bay), không cần bước nung chảy và thời gian chiết xuất ngắn. Siêu âm được chứng minh có khả năng hòa tan hiệu quả tinh thể quartz, góp phần tăng hiệu suất trích ly Si. Zeolite A đã được tổng hợp thành công với độ kết tinh cao (84,9% cho 01 giai đoạn siêu âm và 83,7% cho 02 giai đoạn siêu âm) và kích thước hạt nhỏ (0,5-1,5 µm), đặc biệt khi siêu âm được áp dụng ở giai đoạn trước thủy nhiệt.

Về ứng dụng, Zeolite A tổng hợp cho thấy khả năng hấp phụ NH4+ rất nhanh trong điều kiện tĩnh, đạt cân bằng chỉ sau khoảng 5 phút với khả năng hấp phụ tối đa qmax=434,8 mg NH4+-N/g zeolite A. Trong điều kiện hấp phụ động bằng mô hình cột đệm cố định dòng liên tục, Zeolite A dạng hạt cũng xử lý tốt NH4+. Các thông số thiết kế cho cột hấp phụ liên tục đã được đề xuất, bao gồm tốc độ qua cột ≤ 20 m/h và chiều cao lớp vật liệu ≥ 600 mm, cho phép xử lý nồng độ NH4+ đầu vào trung bình ≤ 40 mg NH4+-N/L và tối đa 50 mg NH4+-N/L. Những kết quả này khẳng định tiềm năng ứng dụng cao của Zeolite A tổng hợp từ tro bay trong xử lý nước thải, mang lại ý nghĩa kinh tế và môi trường.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN

• MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

• PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

• NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

• PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

• Ý NGHĨA KHOA HỌC THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN

  • Ý nghĩa khoa học:
  • Ý nghĩa thực tiễn:

• BỐ CỤC LUẬN ÁN

  • Chương 1 - Tổng quan
  • Chương 2 - Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm
  • Chương 3- Kết quả và thảo luận

• CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

  • 1.1. Giới thiệu chung về zeolite
  • 1.2. Đặc trưng của tro bay từ nhà máy nhiệt điện than
  • 1.3. Tổng quan về nghiên cứu tổng hợp zeolite bằng phương pháp thủy nhiệt có hỗ trợ siêu âm
  • 1.4. Tổng quan hiện trạng ô nhiễm NH4+ trong nước thải tại Việt Nam
  • 1.5. Phương pháp trao đổi ion bằng zeolite

• CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM

  • 2.1. Nghiên cứu tổng hợp zeolite A từ tro bay nhiệt điện than bằng phương pháp thủy nhiệt hỗ trợ siêu âm
    • 2.1.1. Sơ đồ nghiên cứu tổng thể
    • 2.1.2. Vật liệu, hóa chất và thiết bị
      • a. Tro bay
      • b. Mô hình nghiên cứu
    • 2.1.3. Nghiên cứu quy trình thực nghiệm
  • 2.2. Nghiên cứu quá trình hấp phụ NH4+ của zeolite A tổng hợp từ tro bay nhiệt điện than
    • 2.2.1. Vật liệu, hóa chất và thiết bị
      • a. Vật liệu
      • b. Mô hình hấp phụ tĩnh
    • 2.2.2. Nghiên cứu quy trình thực nghiệm
      • Nội dung nghiên cứu hấp phụ tĩnh
      • Nội dung nghiên cứu hấp phụ động

• CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

  • 3.1. Nghiên cứu tổng hợp zeolite A từ tro bay nhiệt điện than bằng phương pháp thủy nhiệt hỗ trợ siêu âm
    • 3.1.1 Khảo sát vật liệu và các yếu tố ảnh hưởng
    • 3.1.2. Nghiên cứu khả năng tăng hiệu quả trích ly Si từ tro bay
      • a. Xác định thành phần tro bay
      • b. Quy hoạch thực nghiệm trích ly Si từ tro bay than
      • c. Đánh giá hiệu quả trích ly Si từ tro bay than
    • 3.1.3. Nghiên cứu tổng hợp zeolite A bằng phương pháp thủy nhiệt hỗ trợ siêu âm 01 giai đoạn
      • a. Cấu trúc, thành phần pha các mẫu tổng hợp
      • b. Kết quả đo SEM, EDS
    • 3.1.4. Nghiên cứu tổng hợp zeolite A bằng phương pháp thủy nhiệt hỗ trợ siêu âm 02 giai đoạn
      • a. Cấu trúc tinh thể các mẫu tổng hợp
      • b. Kết quả đo SEM, EDS
    • 3.1.5. Đặc trưng của zeolite A tổng hợp được
  • 3.2. Nghiên cứu quá trình hấp phụ tĩnh (gián đoạn) của zeolite A
    • 3.2.1. Xác định thời gian đạt cân bằng
    • 3.2.2. Xác định đường đẳng nhiệt hấp phụ phù hợp với quá trình trao đổi ion bằng zeolite A tổng hợp được
    • 3.2.3. Xác định ảnh hưởng của các cation cạnh tranh
    • 3.2.4. Xác định khả năng hoàn nguyên và tái sử dụng zeolite A
  • 3.3. Nghiên cứu quá trình hấp phụ động (liên tục) của zeolite A
    • 3.3.1. Xác định thời gian lưu nước
    • 3.3.2. Khả năng hấp phụ của vật liệu trên sự biến thiên của nồng độ ô nhiễm trong nước thải
    • 3.3.3. Xác định chiều cao cột hấp phụ

• KẾT LUẬN

  • Kết quả nghiên cứu của luận án

• Những đóng góp mới của luận án

• Hướng nghiên cứu tiếp theo

• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ