Đang tải... (xem toàn văn)
Sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp làm gia tăng lượng các chất ô nhiễm phát thải vào môi trường làm ô nhiễm môi trường nghiêm trọng trong đó có thủy ngân. Hơi thủy ngân được phát thải chủ yếu từ quá trình đốt các nhiên liệu hóa thạch như: dầu mỏ, than... quá trình hoạt động của núi lửa và một số quá trình khác. Mỗi năm, hoạt động khai thác mỏ thủ công thải ra môi trường khoảng 1000 tấn thủy ngân, chiếm 3040% lượng ô nhiễm thủy ngân do con người tạo ra trên Trái đất. Hơi thủy ngân dễ dàng đi vào cơ thể thông qua quá trình hô hấp. Với khả năng tan trong mỡ, dễ kết hợp với các phân tử. Cho nên nó có thể làm mất chức năng của các cơ quan, hủy hoại nghiêm trọng tới hệ thần kinh trung ương. Nếu hít phải một lượng lớn thủy ngân có thể dẫn tới tử vong. Ngoài ra, hơi thủy ngân cũng là nguyên nhân của các bệnh ung thư, rối loạn hô hấp, vô sinh. Do vậy, việc nghiên cứu vật liệu có khả năng hấp phụ hơi thủy ngân cao là việc làm hết sức cần thiết và cấp bách.Hiện nay, có nhiều phương pháp được sử dụng để xử lý hơi thủy ngân, trong đó phương pháp hấp phụ trên than hoạt tính được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả nhất. Quá trình lưu giữ thuỷ ngân trên than hoạt tính chủ yếu là hấp phụ vật lý, độ bền liên kết yếu. Thuỷ ngân và các hợp chất của nó có khả năng bay hơi và dễ phát tán trở lại môi trường ngay ở nhiệt độ thường. Do vậy, người ta đã nghiên cứu biến tính than hoạt tính nhằm thay đổi cấu trúc bề mặt làm tăng dung lượng hấp phụ đồng thời tạo liên kết bền hơn giữa thủy ngân với than hoạt tính. Có nhiều phương pháp xử lý bề mặt than, trong đó gắn kết với các hợp chất halogenua được ứng dụng nhiều.Trong khuôn khổ luận văn này, em đã chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liêu than hoạt tính biến tính bằng Iotđua để hấp phụ hơi thủy ngân” sử dụng nguồn than hoạt tính có sẵn trong nước (Than hoạt tính Trà Bắc – Trà Vinh) và tiến hành ngâm tẩm với Iot để thu được vật liệu có khả năng hấp phụ tốt hơi thủy ngân với hi vọng vật liệu này được ứng dụng để kiểm soát thủy ngân một cách tốt hơn giúp cuộc sống của chúng ta ngày một tươi đẹp hơn.
§å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT LỜI MỞ ĐẦU Sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp làm gia tăng lượng các chất ô nhiễm phát thải vào môi trường làm ô nhiễm môi trường nghiêm trọng trong đó có thủy ngân. Hơi thủy ngân được phát thải chủ yếu từ quá trình đốt các nhiên liệu hóa thạch như: dầu mỏ, than quá trình hoạt động của núi lửa và một số quá trình khác. Mỗi năm, hoạt động khai thác mỏ thủ công thải ra môi trường khoảng 1000 tấn thủy ngân, chiếm 30-40% lượng ô nhiễm thủy ngân do con người tạo ra trên Trái đất. Hơi thủy ngân dễ dàng đi vào cơ thể thông qua quá trình hô hấp. Với khả năng tan trong mỡ, dễ kết hợp với các phân tử. Cho nên nó có thể làm mất chức năng của các cơ quan, hủy hoại nghiêm trọng tới hệ thần kinh trung ương. Nếu hít phải một lượng lớn thủy ngân có thể dẫn tới tử vong. Ngoài ra, hơi thủy ngân cũng là nguyên nhân của các bệnh ung thư, rối loạn hô hấp, vô sinh. Do vậy, việc nghiên cứu vật liệu có khả năng hấp phụ hơi thủy ngân cao là việc làm hết sức cần thiết và cấp bách. Hiện nay, có nhiều phương pháp được sử dụng để xử lý hơi thủy ngân, trong đó phương pháp hấp phụ trên than hoạt tính được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả nhất. Quá trình lưu giữ thuỷ ngân trên than hoạt tính chủ yếu là hấp phụ vật lý, độ bền liên kết yếu. Thuỷ ngân và các hợp chất của nó có khả năng bay hơi và dễ phát tán trở lại môi trường ngay ở nhiệt độ thường. Do vậy, người ta đã nghiên cứu biến tính than hoạt tính nhằm thay đổi cấu trúc bề mặt làm tăng dung lượng hấp phụ đồng thời tạo liên kết bền hơn giữa thủy ngân với than hoạt tính. Có nhiều phương pháp xử lý bề mặt than, trong đó gắn kết với các hợp chất halogenua được ứng dụng nhiều. Trong khuôn khổ luận văn này, em đã chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liêu than hoạt tính biến tính bằng Iotđua để hấp phụ hơi thủy ngân” sử dụng nguồn than hoạt tính có sẵn trong nước (Than hoạt tính Trà Bắc – Trà Vinh) và tiến hành ngâm tẩm với Iot để thu được vật liệu có khả năng hấp phụ tốt hơi thủy ngân với hi vọng vật liệu này được ứng dụng để kiểm soát thủy ngân một cách tốt hơn giúp cuộc sống của chúng ta ngày một tươi đẹp hơn. Ph¹m ThÞ Hång Thñy MSSV: 510303047 1 §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về thủy ngân (Hg) 1.1.1. Thủy ngân và các hợp chất Thủy ngân là kim loại chuyển tiếp đứng thứ 80 trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học, kim loại duy nhất ở thể lỏng ở nhiệt độ thường, màu trắng bạc, lóng lánh, đông đặc ở -40 0 C; sôi ở 357 0 C; tỷ trọng 13,6; trọng lượng phân tử 200,61. Hình 1.1.Thủy ngân kim loại Hình 1.2.Khoáng Cinnabarit trong ở nhiệt độ phòng tự nhiên Trong tự nhiên, thủy ngân có mặt ở dạng vết của nhiều loại khoáng, đá.Các loại khoáng này trung bình chứa khoảng 80 phần tỷ thủy ngân.Quặng chứa thủy ngân chủ yếu là Cinnabarit (HgS). Các loại nguyên liệu, than đá và than nâu chứa vào khoảng 100 phần tỷ thủy ngân. Hàm lượng trung bình tự nhiên trong đất trồng là 0,1 phần triệu. Để trong không khí, bề mặt thủy ngân bị xạm đi do thủy ngân bị oxi hóa tạo thành oxit thủy ngân Hg 2 O rất độc, ở dạng bột mịn, rất dễ xâm nhập vào cơ thể. Nếu đun nóng tạo thành HgO. Thủy ngân có khả năng tạo hỗn hống với các kim loại, nên hơi của nó có tác dụng ăn mòn kim loại mạnh. Thủy ngân rất dễ bay hơi do nhiệt độ bay hơi của nó rất thấp. Ở 20 0 C nồng độ bão hòa hơi thủy ngân là 20mg/m 3 , và nó có thể bay hơi cả trong môi trường lạnh. Ph¹m ThÞ Hång Thñy MSSV: 510303047 2 §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT Thủy ngân được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Ba lĩnh vực được sử dụng nhiều nhất là: Công nghiệp sản xuất Cl 2 và NaOH bằng phương pháp điện phân sử dụng điện cực thủy ngân (điện cực calomen), nhà máy sản xuất các thiết bị điện, như đèn hơi thủy ngân, pin thủy ngân, máy nắn và ngắt dòng, các thiết bị kiểm tra công nghệ, nông nghiệp: sử dụng một lượng lớn thủy ngân trong sản xuất chất chống nấm trong việc làm sạch hạt giống. Nhưng do các hóa chất này gây nhiễm độc cho người dùng và tồn tại lâu dài trong môi trường tự nhiên nên từ năm 1996 ở Việt Nam đã cấm sử dụng các chất này. Thủy ngân còn được sử dụng trong các lĩnh vực như y tế; chế tạo các dụng cụ nghiên cứu khoa học và dụng cụ trong phòng thí nghiệm (nhiệt kế, áp kế…); chế tạo các hỗn hống được sử dụng trong các công việc sau: trong nha khoa để hàn trám răng, trong ắc quy sắt–niken, các hỗn hống với vàng và bạc trước kia dùng để mạ vàng, mạ bạc theo phương pháp hóa học ngày nay được thay thế bằng phương pháp điện phân, tách vàng và bạc ra khỏi quặng của chúng; chế tạo ra các hợp chất hóa học có chứa thủy ngân. 1.1.2. Độc tính và nguồn phát thải của thủy ngân a. Độc tính của thủy ngân[1] Thủy ngân(Hg) là một trong ba kim loại (Hg, Pb, Cd) được coi là nguy hiểm nhất đối với con người. Thủy ngân được tìm ra và đưa vào sử dụng từ rất lâu. Chính vì vậy,thủy ngân có mặt khắp nơi và mức độ gây hại đang ngày càng một nghiêm trọng hơn. Thủy ngân là chất độc tích lũy sinh học dễ dàng hấp thụ qua da, qua các cơ quan hô hấp và tiêu hóa.Tính độc của thủy ngân phụ thuộc vào dạng hóa học và con đường tiếp xúc của nó. Ở dạng nguyên chất, thủy ngân ở trạng thái lỏng, mức độc của Hg chỉ ở dạng trung bình vì nó lưu chuyển nhanh khắp cơ thể làm cho các bộ phận ít có khả năng hấp thu nó. Nếu nuốt phải thủy ngân kim loại thì sau đó lại được thải ra ngoài gần như hoàn toàn (99%) qua đường tiêu hóa mà không gây hậu quả nghiêm trọng. Để chứng minh cho điều này, một nhà nghiên cứu của trung tâm Ph¹m ThÞ Hång Thñy MSSV: 510303047 3 §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT phòng và điều trị nhiễm độc ở Vienne đã làm thí nghiệm với chính cơ thể của mình bằng cách nuốt 100 g thuỷ ngân kim loại, kết quả là thuỷ ngân vào trong dạ dày, ruột, sau đó được thải ra ngoài. Hàm lượng thuỷ ngân trong nước tiểu đã lên tới 80mg/L sau hai tháng sau đó giảm dần đến hết. Nhưng thủy ngân dễ bay hơi ở nhiệt độ thường, nên hít phải hơi thủy ngân trong thời gian dài sẽ rất độc. Khi hít phải hơi thủy ngân sẽ gây phá hủy nghiêm trọng hệ thần kinh trung ương. Ngoài ra, hơi thủy ngân cũng là nguyên nhân của các bệnh ung thư, rối loạn hô hấp, vô sinh. Khi thủy ngân ở dạng ion (Hg 2 2+ ) xâm nhập vào dạ dày sẽ tác dụng với ion Cl - tạo thành hợp chất không tan Hg 2 Cl 2 và được đào thải ra ngoài nên ion Hg 2 2+ ít gây độc. Ion thủy ngân (II) thì lại rất độc, nó thường dễ dàng kết hợp với các amino axit có chứa lưu huỳnh của protein. Ion Hg 2+ cũng tạo liên kết với hemoglobin và albumin trong huyết thanh. Ion thủy ngân có thể xâm nhập vào cơ thể qua đường nước bọt và da.Chúng có thể tập trung chủ yếu trong gan và thận. Nguy hiểm là thủy ngân nguyên chất làm nhiễm bẩn không khí, chuyển thành dạng metyl thủy ngân (CH 3 )Hg + bền vững và có quá trình chuyển hóa một thời gian dài trong cơ thể. Trong các hợp chất của thủy ngân, metyl thủy ngân là dạng độc nhất, đến mức chỉ vài microlit rõi vào da có thể gây tử vong. Chất này hòa tan mỡ và thành phần chất béo của màng não tủy. Thủy ngân có khả năng phản ứng với các axit amin chứa lưu huỳnh, các hemoglobin, abumin.Thủy ngân có khả năng liên kết màng tế bào, làm thay đổi hàm lượng kali, thay đổi cân bằng axit bazo của các mô, làm thiếu hụt năng lượng cung cấp cho tế bào thần kinh. Metyl thủy ngân có khả năng hòa tan trong chất béo, qua màng tế bào, tới não, phá hủy hệ thần kinh trung ương. Metyl thủy ngân làm phân liệt nhiễm sắc thể và ngăn cản quá trình phân chia tế bào.Metyl thủy ngân đặc biệt nguy hại tới các phôi đang phát triển, tác động gấp 5–6 lần so với người lớn. Như vậy, hai dạng tồn tại của thủy ngân gây độc mạnh: thủy ngân nguyên tố dạng hơi và ion thủy ngân (II) (ở dạng ion metyl thủy ngân). Nồng độ tối đa Ph¹m ThÞ Hång Thñy MSSV: 510303047 4 §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT cho phép của ion thủy ngân (II) theo WHO trong nước uống là 1µg/l, với nước nuôi thủy sản là 0,5µg/l… b. Các nguồn phát thải của thủy ngân Thủy ngân là một kim loại nặng được sử dụng khá nhiều trong công nghiệp và đời sống. Hàm lượng thủy ngân phát thải vào sinh quyển ngày càng tăng, vừa do các quá trình tự nhiên (chủ yếu là do hoạt động núi lửa), vừa do các hoạt động của con người. Trong 200 năm qua, thủy ngân lắng đọng trên bề mặt của trái đất đã tăng gấp ba lần do hoạt động của con người. Theo ước tính, từ các hoạt động của con người đã phát thải khoảng 1000–6000 tấn thủy ngân hàng năm, trong đó có khoảng 30–55% thủy ngân phát thải vào khí quyển trên phạm vi toàn cầu, 40% lượng thủy ngân phát thải từ các nhà máy nhiệt điện, 21% do hoạt động đốt than, mặc dù lượng thủy ngân trong than là tương đối thấp, khoảng 0,12–3,3 ppm, nhưng lượng than được đốt hàng năm lại rất lớn. Thủy ngân phát thải vào khí quyển chủ yếu từ quá trình than nhiệt điện; công nghệ luyện kim; sản xuất pin; sản xuất và xử lý bóng đèn huỳnh quang; quá trình đốt chất thải rắn đô thị và bệnh viện (5%); khai thác mỏ vàng; sản xuất thuốc bảo vệ thực vật,…Mỗi năm, hoạt động khai thác mỏ thủ công thải ra môi trường khoảng 1000 tấn thủy ngân, chiếm 30–40% lượng ô nhiễm thủy ngân do con người tạo ra trên Trái đất. Mỹ là quốc gia đứng đầu thế giới gây ra nạn ô nhiễm thủy ngân, với 440 nhà máy chạy điện bằng than đá đã tạo ra khoảng 48 tấn Hg/năm, các lò thiêu và ngành công nghiệp khai thác đã đưa vào bầu khí quyển khoảng 150 tấn Hg/năm. Trong than có chứa trung bình khoảng 0,1–0,3mgHg/kg, trong chất thải đô thị chiếm khoảng 0,5–5mgHg/kg. Các lò đốt than là nguồn phát thải thủy ngân lớn nhất ở Hoa Kỳ. Trung bình một nhà máy điện đốt than xử lý được khoảng 40% lượng thủy ngân phát thải và 60% còn lại thì phát thải ra ngoài môi trường. Ph¹m ThÞ Hång Thñy MSSV: 510303047 5 §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT Hình 1.3 Các nguồn phát thải thủy ngân ở Mỹ 1.2. Các phương pháp xử lý thủy ngân 1.2.1. Phương pháp khử Bản chất của phương pháp khử là chuyển các chất tan trong nước thành các chất không tan, bằng cách thêm tác chất vào và tách chúng ra dưới dạng kết tủa.Chất phản ứng dùng là hydroxit canxi và natri, cacbonat natri, sulfit natri. Thủy ngân trong nước có thể tồn tại ở dạng kim loại,các hợp chất vô cơ: oxit, clorua, nitrat, xianua (Hg(CN) 2 ), thioxanat (Hg(NCS) 2 ), xinat (Hg(OCN) 2 ). Thủy ngân kim loại được lọc và lắng. Phần không lắng được oxy hóa bằng clo hoặc NaOCl. Sau đó, xử lý nước bằng chất khử (NaHSO 4 hoặc Na 2 SO 3 ) để loại bỏ thủy ngân và clo dư. Thủy ngân có thể được tách ra khỏi nước bằng phương pháp khử với các chất là sulfat sắt, bisulfit natri, bột sắt, khí H 2 S, hydrazine. Đầu tiên cho vào nước thải các chất sulfat natri, bisulfit natri hoặc khí H 2 S. Sau đó xử lý nước bằng clorua natri, kali, magie, canxi hoặc sulfit magie với lượng 0,1g/L. Khi đó, Ph¹m ThÞ Hång Thñy MSSV: 510303047 6 §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT thủy ngân sẽ lắng ở dạng hạt. Để loại các hạt keo phân tán cao, dùng các chất keo tụ như Al 2 (SO 4 ) 3 .18H 2 O, FeSO 4 . 7H 2 O,… 1.2.2. Phương pháp trao đổi ion Dựa trên nguyên tắc của phương pháp trao đổi ion dùng ionit là nhựa hữu cơ tổng hợp, các chất cao phân tử có gốc chứa các nhóm chức trao đổi ion. Nhựa trao đổi ion có thể tổng hợp từ hợp chất vô cơ hay hữu cơ có gắn các nhóm như (-SO 3 H), (-COO-), amin … Các cation và anion được thay thế các ion trao đổi (H + , Cl - ) trên bề mặt nhựa trao đổi ion theo phản ứng sau: n RH + Me n+ → R n Me + nH + RCl + A − → RA + Cl − Quá trình trao đổi ion có thể được tiến hành trong các cột anionit hoặc cationit. Đây là phương pháp có hiệu suất cao, có thể thu hồi các sản phẩm có giá trị kinh tế. 1.2.3. Phương pháp đông tụ và keo tụ Cơ sở của phương pháp là dựa trên quá trình trung hòa điện tích giữa các hạt keo và liên kết các hạt keo lại với nhau dẫn đến trạng thái keo của các hạt bị phá vỡ tạo thành các khối bông lớn và sa lắng xuống. Trong quá trình sa lắng chúng kéo theo các hạt lơ lửng và các tạp chất khác. Các chất đông tụ thường dùng là các muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp hai muối đó như: Al 2 (SO 4 ) 3 .18H 2 O, KAl(SO 4 ) 3 .12H 2 O, Fe 2 (SO 4 ) 3 .2H 2 O, FeCl 3 Việc lựa chọn chất đông tụ phụ thuộc vào tính chất lý hóa, nồng độ của các tạp chất trong nước, pH và giá thành của các chất đông tụ. Để tăng cường hiệu quả của quá trình đông tụ người ta còn dùng chất trợ đông tụ có nguồn gốc thiên nhiên như tinh bột, dertin, xenlulozo, các este hay poliacrylamit 1.2.4. Phương pháp hấp phụ Ph¹m ThÞ Hång Thñy MSSV: 510303047 7 §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT Hấp phụ là quá trình phân ly các chất ô nhiễm trong pha khí và lỏng dựa trên ái lực của các chất rắn đối với các chất ô nhiễm. Trong quá trình xử lý, các chất ô nhiễm bị giữ lại trên bề mặt của các chất hấp phụ ở dạng rắn. Quá trình xử lý bằng phương pháp được chia thành 2 dạng: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Vật liệu hấp phụ là những loại chất, hợp chất có độ xốp, bề mặt riêng lớn, bền hóa học. Các chất hấp phụ thường được sử dụng là: than hoạt tính, zeolit… Thông thường quá trình xử lý thường kết hợp quá trình hấp phụ lên bề mặt và phản ứng chuyển hóa của chất bị hấp phụ với chất được mạng trên chất hấp phụ. Vật liệu hấp phụ có thể được hoàn nguyên bởi nhiệt độ, giảm áp suất hay dùng khí trơ hoặc các hóa chất. Ưu điểm của phương pháp hấp phụ là có thể sử dụng khi hàm lượng chất ô nhiễm thấp, quá trình vận hành có thể tự động hóa, có thể thu hồi chất gây ô nhiễm. Tuy nhiên, với hàm lượng chất ô nhiễm cao thì hấp phụ lại không có hiệu quả cao do nhanh chóng đạt sự cân bằng. Bên cạnh đó, quá trình lưu giữ các chất độc hại trên vật liệu hấp phụ chủ yếu là hấp phụ vật lý, độ bền liên kết yếu do đó chúng có khả năng phát tán trở lại môi trường. Do đó, hướng đi mới trong vấn đề này là nghiên cứu biến tính các vật liệu hấp phụ với một số nhóm chức hoặc axit hoặc bazơ nhằm thay đổi cấu trúc bề mặt làm tăng dung lượng hấp phụ đồng thời tạo liên kết bền hơn giữa các chất độc hại với vật liệu hấp phụ. Vì các nhóm chức này được liên kết và giữ ở cạnh/góc của lớp vòng thơm, các cạnh/góc này chứa các tâm hấp phụ chính nên sự có mặt của các hợp chất bề mặt hay các loại phân tử sẽ làm biến đổi đặc tính bề mặt và đặc điểm của vật liệu hấp phụ. Ph¹m ThÞ Hång Thñy MSSV: 510303047 8 §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT 1.3. Một số vật liệu xử lý hấp phụ hơi thủy ngân Hơi thủy ngân là khí ô nhiễm nguy hiểm đối với con người, động vật và các hệ sinh thái của Trái đất nói chung. Các dòng khí thải thoát ra từ các nhà máy than nhiệt điện là một trong những nguồn chính phát thải thủy ngân. Trong các phương pháp xử lý hơi thủy ngân, phương pháp phun vật liệu vào dòng khí thải được ứng dụng nhiều để kiểm soát thủy ngân. Do đó, nghiên cứu và ứng dụng các loại vật liệu trong xử lý hơi thủy ngân là một hướng phát triển mạnh, đã có nhiều công trình nghiên cứu về việc xử lý hơi thủy ngân trước và sau khi đưa vào môi trường. Trong các nghiên cứu đó, các tác giả đã tiến hành chế tạo các loại vật liệu khác nhau, biến tính chúng trong các điều kiện hấp phụ sao cho đạt hiệu suất tối ưu nhất, dễ thực hiện trong điều kiện xử lý môi trường và áp dụng trong các ngành công nghiệp có liên quan đến phát thải hơi thủy ngân theo khuynh hướng xử lý tốt tại nguồn phát thải. 1.3.1. Các loại vật liệu từ than hoạt tính Nhiều nghiên cứu cho thấy than hoạt tính có khả năng hấp phụ hơi thủy ngân khá tốt. Để nâng cao khả năng hấp phụ, người ta đã tiến hành biến tính chúng bằng cách ngâm tẩm trong các dung dịch muối halogen (Cl, Br, I), ngâm tẩm với các chất có chứa lưu huỳnh (S, H 2 S, dithizon, dithiocacbamat,…) hoặc gắn các nhóm chức khác vào chúng (nhóm amino). a. Than hoạt tính Than hoạt tính (AC - activated carbon) là một loại chất hấp phụ đã được nghiên cứu loại bỏ hơi thuỷ ngân trong các dòng thải ở quy mô phòng thí nghiệm cũng như quy mô thương mại do có nhiều ưu điểm như diện tích bề mặt lớn, kích thước mao quản đa dạng, dễ kiếm và thuận lợi cho việc xử lý khí thải. Tuy nhiên chi phí cho việc sử dụng trực tiếp than hoạt tính cho việc hấp phụ rất cao do than hoạt tính đã hấp phụ thủy ngân không thể tái sinh hoặc tái chế một cách kinh tế. Chi phí của việc sử dụng than hoạt tính để loại bỏ 82% thủy ngân có thể nằm trong giới hạn giữa 110.000$ và 150.000$ đối với 1kg thủy ngân. Ph¹m ThÞ Hång Thñy MSSV: 510303047 9 §å ¸n tèt nghiÖp Khoa CNSH&MT Một số cách để giảm thiểu chi phí này là tăng cường mối liên kết của thủy ngân, tăng khả năng của chất hấp phụ và tăng khả năng phân tán của chất hấp phụ. Các phương pháp để tăng mối liên kết của thủy ngân với than hoạt tính là ngâm tẩm than với các phần tử phản ứng khác chẳng hạn như brom, clo, iot, lưu huỳnh, các hợp chất hữu cơ, nano bạc. Việc tạo ra một chất hấp phụ than hoạt tính có khả năng tái sinh sẽ làm giảm chi phí liên quan đến quá trình loại bỏ thủy ngân và xử lý chất thải hấp phụ này[2]. b. Than hoạt tính biến tính bằng brom Liu và cộng sự đã nghiên cứu bổ sung khí brom vào hệ chứa khí thải với tro bay để chuyển đổi thủy ngân từ dạng nguyên tố (Hg 0 ) thành dạng đã oxy hóa (Hg 2+ ) nhằm dễ dàng loại bỏ thủy ngân ra khỏi khí thải thông qua các hệ thống xử lý hiện có. Sự có mặt của 0,4 ppm Br 2 cùng với tro bay có thể oxy hóa khoảng 60% lượng Hg 0 trong toàn bộ khí thải của nhà máy than nhiệt điện. Ngoài ra, nhóm tác giả tiếp tục nghiên cứu quá trình hoạt hóa như trên với chất hấp phụ thông qua việc tạo ra than hoạt tính brom hóa (Br-AC - bromide activated carbon), tức là gắn kết brom lên trên bề mặt than hoạt tính[3,4]. Br-AC đã được sản xuất với quy mô thương mại để sử dụng như một chất hấp phụ thủy ngân trong các nhà máy than nhiệt điện. Một vài nghiên cứu chỉ ra rằng 90% thủy ngân được loại bỏ tại tốc độ phun khoảng 5lb Br-AC đối với một triệu feet khối của khối khí. Tốc độ phun của Br-AC nhỏ hơn nhiều so với than hoạt tính, (AC được phun với tốc độ khoảng 10-20 lb đối với một triệu feet khối của khối khí). Tốc độ phun vật liệu giảm nhằm đạt hiệu quả loại bỏ thủy ngân tốt hơn. Tuy nhiên, một vấn đề cần quan tâm là phương pháp xử lý thích hợp với Br-AC đã qua sử dụng vì việc chôn lấp chúng sẽ gây nguy hại đối với môi trường. Giải pháp tốt nhất là có một chất hấp phụ biến tính để loại bỏ thủy ngân từ khí thải và có thể tái chế một cách hiệu quả[2,4,5]. c. Than hoạt tính biến tính bằng hợp chất clorua Ph¹m ThÞ Hång Thñy MSSV: 510303047 10 [...]... 2Cl- [HgCl4] 2Trong nghiên cứu này tác giả cho rằng quá trình hấp phụ của vật liệu chế tạo bao gồm cả hấp phụ vật lý và hóa học Với quá trình hấp phụ hóa học thủy ngân ở dạng hơi đã chuyển sang dạng phức như: [HgCl]+, [HgCl2], [HgCl4]2-[9] d Than hoạt tính biến tính bằng hợp chất iodua Yong-Chil Seo và các cộng sự đã sử dụng than hoạt tính với kích thước khoảng 1,1 mm để biến tính bằng Cl và I với... tranh giữa chất bị hấp phụ và dung môi trên bề mặt chất hấp phụ Cặp nào có tương tác mạnh thì hấp phụ xảy ra cho cặp đó Tính chọn lọc của cặp tương tác phụ thuộc vào các yếu tố: độ tan của chất bị hấp phụ trong nước, tính ưa nước hoặc kị nước của chất hấp phụ, mức độ kị nước của các chất bị hấp phụ trong môi trường nước So với hấp phụ trong pha khí, sự hấp phụ trong môi trường nước thường có tốc độ chậm... trọng hấp phụ của hơi thủy ngân trên silver-loaded ACF và ACF đạt kết quả tốt (so sánh với than hoạt tính dạng bột và than hoạt tính dạng bột có gắn nano bạc) Bảng 1.4 Tải trọng hấp phụ hơi thủy ngân trên các dạng than hoạt tính Vật liệu Than hoạt tính dạng bột Than hoạt tính dạng sợi Không gắn Gắn nano Không gắn Gắn nano bạc bạc bạc bạc Tải trọng hấp phụ (mg/g) 7,0 48,0 29,4 192,3 Như vậy, khả năng hấp. .. trên sợi than hoạt tính 64 (%) 44 13 Tải trọng hấp phụ hơi thủy ngân (µg/g) 11343 1907 755 Kết quả này cho thấy khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của vật liệu không phụ thuộc vào tổng lượng lưu huỳnh trên bề mặt sợi than hoạt tính cũng như tổng diện tích bề mặt của vật liệu Yan và các cộng sự đã nghiên cứu biến tính than hoạt tính bằng lưu huỳnh, các tác giả cho biết than hoạt tính có ngâm tẩm lưu huỳnh... lượng hấp phụ của vật liệu khi có và không có sự hiện diện của SO2 theo Bảng 1.5 Bảng 1.5 Dung lượng hấp phụ hơi thủy ngân của vật liệu CaO Chất hấp phụ CaO Dung lượng hấp phụ (µg/g) Không có SO2 trong dòng thải 0,73 Có SO2 trong dòng thải 1,20 Thực nghiệm với Ca(OH)2 ở nhiệt độ 1250C trong 32 phút, khí thải có tốc độ dòng 1 lít/phút, lượng thủy ngân đầu vào 19,9 µg/m 3, tỷ lệ chất hấp phụ và thủy ngân. .. trung tính - Sấy vật liệu ở nhiệt độ từ 100 – 1100C trong khoảng thời gian 12 giờ, để nguội đến nhiệt độ phòng Than hoạt tính (AC) sau khi biến tính bằng I2 được ký hiệu là IAC 2.5 Thiết kế hệ thống hấp phụ hơi thủy ngân Để phục vụ cho quá trình nghiên cứu vật liệu hấp phụ hơi thủy ngân, hệ thống thiết bị thí nghiệm qui mô phòng thí nghiệm được thiết kế và lắp đặt như trong Hình 2.1 Hình 2.1 Mô hình hấp. .. dung lượng hấp phụ của vật liệu khi có và không có sự hiện diện của SO2 theo Bảng 1.6 Bảng 1.6 Dung lượng hấp phụ hơi thủy ngân của vật liệu Ca(OH)2 Chất hấp phụ Ca(OH)2 Dung lượng hấp phụ (µg/g) Không có SO2 trong dòng thải 0,54 Có SO2 trong dòng thải 1,15 Với hỗn hợp Ca(OH)2 và tro bay, khí thải có tốc độ dòng 1 lít/phút, lượng thủy ngân đầu vào 21,47 µg/m3, tỷ lệ chất hấp phụ và thủy ngân 6,3 x... này yếu nên dễ bị phá vỡ Trong hấp phụ vật lý, các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo thành hợp chất hóa học (không hình thành các liên kết hóa học) mà chất bị hấp phụ chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ Trong hấp phụ vật lý, nhiệt hấp phụ không lớn (10–40 kJ/mol) 1.4.2 .Hấp phụ hóa học (hấp phụ hoạt hóa) Hấp phụ hóa học là kết quả của... thể hiện khả năng hấp phụ tốt hơn so với than hoạt tính không được ngâm tẩm và quá trình hấp phụ hơi thủy ngân của vật liệu xảy ra theo 2 cơ chế hấp phụ vật lý và hóa học Bên cạnh đó khi tăng nhiệt độ thì quá trình hấp phụ vật lý giảm còn quá trình hấp phụ hóa học tăng lên Liu và các cộng sự khi tổng hợp vật liệu than hoạt tính tẩm lưu huỳnh cũng cho biết, tỉ lệ lưu huỳnh trên than có thể thay đổi từ... 4:1 đến 1:2 và quá trình hấp phụ này chịu ảnh hưởng của nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng từ 140˚C đến 400˚C, có sự hình thành các phân tử HgS gây chắn các tâm hấp phụ nên quá trình hấp phụ giảm f Than hoạt tính dạng sợi gắn nano bạc Các nhà khoa học đã nghiên cứu, tổng hợp các sợi than hoạt tính với nano bạc Ứng dụng hấp phụ hơi thủy ngân và giải hấp để thu hồi vật liệu Các nghiên cứu của Yang Guo-hua và . và thực hiện đề tài Nghiên cứu chế tạo vật liêu than hoạt tính biến tính bằng Iotđua để hấp phụ hơi thủy ngân sử dụng nguồn than hoạt tính có sẵn trong nước (Than hoạt tính Trà Bắc – Trà. việc sử dụng trực tiếp than hoạt tính cho việc hấp phụ rất cao do than hoạt tính đã hấp phụ thủy ngân không thể tái sinh hoặc tái chế một cách kinh tế. Chi phí của việc sử dụng than hoạt tính để. đã nghiên cứu, tổng hợp các sợi than hoạt tính với nano bạc. Ứng dụng hấp phụ hơi thủy ngân và giải hấp để thu hồi vật liệu. Các nghiên cứu của Yang Guo-hua và các cộng sự về khả năng hấp phụ