bộ giáo dục đào tạo quốc phòng VIN KHOA HC V CễNG NGH QUN S Tễ VN THIP NGHIấN CU C IM QU TRèNH HP PH T PHA LNG CA MT S DN XUT NITRO CA PHENOL V TOLUEN L THNH PHN CA VT LIU N luận án tiến sĩ hoá học Hà Nội 2011 giáo dục đào tạo quốc phòng VIN KHOA HC V CễNG NGH QUN S Tễ VN THIP NGHIấN CU C IM QU TRèNH HP PH T PHA LNG CA MT S DN XUT NITRO CA PHENOL V TOLUEN L THNH PHN CA VT LIU N Chuyên ngành: Hoá lý thuyết hoá lý M số: 62 44 31 01 luận án tiến sĩ hoá học ngời hớng dẫn khoa học: GS.TSKH Ngc Khuờ TS inh Ngc Tn Hà Nội - 2011 i Lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các kết nghiên cứu đa luận án trung thực Những kết luận khoa học cha đợc công bố công trình khác Ngày tháng năm 2011 Tỏc gi Tụ Vn Thip ii LI CM N Tụi xin by t lũng bit n sõu sc ti GS.TSKH Ngc Khuờ v TS inh Ngc Tn ó ch o, hng dn tn tỡnh sõu sỏt v giỳp tụi sut quỏ trỡnh thc hin cng nh hon thnh bn lun ỏn ny Tụi xin chõn thnh cm n Th trng, cỏn b nhõn viờn Vin Cụng ngh mi / Vin Khoa hc v Cụng ngh quõn s ó h tr v to mi iu kin thun li cho tụi quỏ trỡnh thc hin lun ỏn Tụi xin trõn trng cm n Phũng o to, Vin Khoa hc v Cụng ngh quõn s ó giỳp tụi sut thi gian hc tp, nghiờn cu v hon thnh lun ỏn Tụi xin trõn trng cm n Vin Hoỏ hc-Mụi trng Quõn s/B T lnh Hoỏ hc; Vin Hoỏ hc- Vt liu/ Vin Khoa hc v Cụng ngh quõn s; Vin Hoỏ hc/Vin Khoa hc v Cụng ngh Vit Nam ó giỳp , quỏ trỡnh thc hin lun ỏn Tụ Vn Thip iii Mục lục trang Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Mở đầu Chơng - Tổng quan 1.1 Khái niệm chung hấp phụ 1.2 Phân loại hấp phụ 1.2.1 Hấp phụ vật lý 1.2.2 Hấp phụ hóa học 1.2.3 Hp ph tnh in 1.3 Các đặc trng trình hấp phụ 1.3.1 Năng lợng hấp phụ 1.3.2 Hệ số hấp phụ khử hấp phụ 1.3.3 Thời gian hấp phụ 1.3.4 Nhiệt hấp phụ tích phân 1.3.5 Nhiệt hấp phụ vi phân 1.4 Lý thuyt c bn v trình hp ph 1.4.1 Hấp phụ pha khí 1.4.2 Hp ph pha lng 1.4.3 c im ca than hot tớnh 1.5 Hin trng nghiờn cu v cỏc quỏ trỡnh hp ph cỏc dn xut nitro ca toluen v phenol 1.5.1 Hin trng nghiờn cu v hp ph cỏc cht hu c t pha lng v ng dng x lý mụi trng 1.5.2 Hin trng nghiờn cu quỏ trỡnh hp ph t pha lng ca cỏc dn xut nitro ca toluen v phenol thành phần vật liệu nổ Chơng - Đối tợng phơng pháp nghiên cứu 2.1 Đối tợng nghiên cứu 2.2 Phơng pháp nghiên cứu 2.2.1 Phơng pháp chuẩn bị chất hấp phụ 2.2.2 Phơng pháp xác định thông số cấu trúc xốp than hoạt tính 2.2.3 Phơng pháp xác định số axit - bazơ đặc tính bề mặt than hoạt tính 2.2.4 Phơng pháp xác định số hấp phụ iốt than hoạt tính 2.3.5 Điều kiện phân tích định lợng dẫn xuất nitro toluen phenol phơng pháp sắc ký lỏng hiệu cao 4 5 7 8 9 10 10 10 13 21 24 24 24 41 41 41 41 41 45 46 iv 2.3.6 Phơng pháp thực nghiệm 2.3.7 Phng phỏp x lý s liu Chơng - Kết thảo luận 3.1 Kho sỏt la chn phng phỏp phõn tớch 3.1.1 Ph t ngoi kh kin c trng ca cỏc dn xut nitro ca toluen v phenol 3.1.2 Kho sỏt c trng sc HPLC ca cỏc dn xut nitro ca toluen v phenol 3.2 Kho sỏt la chn vt liu hp ph nghiờn cu ng hc quỏ trỡnh hp ph cỏc dn xut nitro ca toluen v phenol t pha lng 3.2.1 Kho sỏt kh nng hp ph cỏc dn xut nitro ca toluen v phenol t pha lng lờn mt s cht hp ph 3.2.2 Cu trúc xp din tích b mt ca loi than hot tớnh 3.2.3 Ch s axit - baz v c tớnh b mt ca than hot tớnh 3.2.4 Ch s hp ph it ca than hot tớnh 3.3 Xỏc nh hm c trng quỏ trỡnh hp ph cỏc dn xut nitro ca toluen v phenol 47 47 57 58 58 58 63 66 66 67 72 76 76 80 80 84 3.4 Phng trỡnh ng nhit hp ph ca cỏc h mụi trng nc 3.4.1 Thit lp cỏc phng trỡnh ng nhit hp ph theo lý thuyt Toth 3.4.2 Thit lp cỏc phng trỡnh ng nhit hp ph theo lý thuyt Freundlich 3.5 Các yu t nh hng n quỏ trỡnh hp ph . 89 89 3.5.1 nh hng ca pH mụi trng 97 3.5.2 nh hng ca nhit v nhit ng hc quỏ trỡnh hp ph 3.5.3 nh hng ca thi gian v ng hc quỏ trỡnh hp ph 101 3.5.4 nh hng ca hn hp cỏc dn xut nitro ca toluen v phenol 105 3.6 Nghiờn cu nh hng ca dung mụi n kh nng hp ph 108 Chơng - ứng dụng kết nghiên cứu để hoàn thiện công nghệ xử lý nớc thải nhiễm dẫn xuất nitro toluen phenol 116 4.1 Thit lp mô hình tính toán lợng chất hấp phụ 115 4.1.1 C s thit lp 115 4.1.2 i vi cỏc dung dch cha 01 cht ụ nhim 115 4.1.3 i vi cỏc dung dch cha nhiu hn 01 cht ụ nhim 116 4.1.4 Kim tra s phự hp ca mụ hỡnh 118 v 4.2 ng dng kt qu nghiờn cu hon thin cụng ngh x lý nc thi cha TNT v nc thi sn xut DNT bng phng phỏp hp ph 119 4.2.1 S cụng ngh v nguyờn lý hot ng 119 4.2.2 iu kin cụng ngh x lý nc thi cha TNT bng phng phỏp hp ph trờn than hot tớnh 120 4.2.3 iu kin cụng ngh x lý nc thi cha sn xut DNT 123 4.3 ng dụng kết nghiên cứu để hoàn thiện gii phỏp cụng ngh tng hp x lý nc thi cha mt s thnh phn vật liệu nổ 125 Kết luận 128 Danh mục công trình 130 Tài liệu thảm khảo 131 Phụ lục vi Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt a Dung lợng hấp phụ AG A o Than hoạt tính ép viên (Nga) Anstron am, amax Dung lợng hấp phụ cực đại B Hằng số cấu trúc xốp theo Dubinin BET Brunauer-Emmett-Teller D Debye DNP DNT đvC EC Ed EL Et GC-MS HPLC IR k Kd KF KL k1 k2 LD50 m MNP MNT P; Ps Dinitrotophenol Dinitrotoluen Đơn vị cacbon Năng lợng cảm ứng (lực Debye) Năng lợng tơng tác định hớng Năng lợng tán xạ London Năng lợng tơng tác tĩnh điện Phơng pháp sắc ký khí khối phổ Phơng pháp sắc ký lỏng hiệu cao Phơng pháp phổ hồng ngoại Hằng số Boltzmann Hằng số phân bố Hằng số hấp phụ Freundlich Hằng số hấp phụ Langmuir Hằng số hấp phụ bậc Hằng số hấp phụ bậc Liều gây chết 50% động vật thí nghiệm Khối lợng chất hấp phụ Mononitrophenol Mononitrotoluen q SEM SBET T áp suất áp suất bão hoà chất bị hấp phụ Điện tích Hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy) Diện tích bề mặt riêng than hoạt tính tính theo BET Nhiệt độ tuyệt đối vii TEM TQ TM TNP TNR Hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy) Than hoạt tính dùng cho xử lý nớc Trung Quốc Than hoạt tính Trà Bắc (Việt Nam) Trinitrophenol hay cũn gi l picric axit Trinitroresorxin hay cũn gi l styphnic axit TNT Trinitrotoluen UV-VIS Phơng pháp phổ tử ngoại khả kiến V Thể tích dung dịch VLN Vật liệu nổ Vlớn (cm /g) Tổng thể tích mao quản lớn than hoạt tính Vnhỏ(cm3/g) Tổng thể tích mao quản than hoạt tính Vtổng (cm3/g) Tổng thể tích xốp than hoạt tính Vtrung(cm3/g) Tổng thể tích mao quản trung bình than hoạt tính Wo Thể tích không gian hấp phụ mao quản nhỏ theo Dubinin Mô men lỡng cực c Hàm đặc trng theo Toth G Biến thiên lợng tự Gibbs H Nhiệt hấp phụ S Độ giảm Entropi hấp phụ viii danh mục bảng Bảng 2.1: Điều kiện phân tích định lợng dẫn xuất nitro toluen phenol phơng pháp HPLC Bảng 2.2: Điều kiện thí nghiệm đánh giá hiệu suất hấp phụ dẫn xuất nitro toluen phenol Bảng 2.3: Điều kiện thí nghiệm xác định thông số hàm đặc trng c Bảng 2.4: Điều kiện thí nghiệm ảnh hởng pH đến khả hấp phụ Bảng 2.5: Điều kiện thí nghiệm ảnh hởng nhiệt độ đến khả hấp phụ Bảng 2.6: Điều kiện thí nghiệm ảnh hởng thời gian đến khả hấp phụ Bảng 2.7: Điều kiện thí nghiệm ảnh hởng dung môi đến qúa trình hấp phụ Bảng 2.8: Điều kiện thí nghiệm ảnh hởng dung môi hữu môi trờng nớc đến hiệu hấp phụ TNT than TQ Bng 3.1 c trng ph UV-VIS ca cỏc dn xut nitro ca toluen v phenol Bng 3.2 Mt s c trng sc ký ca cỏc dn xut nitro ca toluen v phenol Bng 3.3: Hiu sut hp ph (%) ca mt s loi than hot tớnh i vi cỏc dn xut nitro ca toluen v phenol Bng 3.4: Hiu sut hp ph ca mt s loi zeolit v bentonit i vi cỏc dn xut nitro ca toluen v phenol Bng 3.5 Cỏc thụng s cu trỳc xp ca than hot tớnh TQ, TM v AG Bng 3.6: Ch s pH ca cỏc loi than hot tớnh mụi trng nc Bng 3.7: Cỏc tham s ca hm c trng c Bảng 3.8: Phơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Toth Bng 3.9: Cỏc thụng s ca phng trỡnh ng nhit Freundlich Bảng 3.10: Các phơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich Bng 3.11: Cỏc thụng s phng trỡnh ng nhit hp ph theo (3.14) Bng 3.12: Cỏc tham s c trng cho cỏc h hp ph Bảng 3.13: Phơng trình mô tả phụ thuộc dung lợng hấp phụ than hoạt tính vào nồng độ ion H+ dung dịch Bng 3.14: Cỏc thụng s nhit ng ca cỏc h hp ph 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 ... ký lỏng hiệu cao Phơng pháp phổ hồng ngoại Hằng số Boltzmann Hằng số phân bố Hằng số hấp phụ Freundlich Hằng số hấp phụ Langmuir Hằng số hấp phụ bậc Hằng số hấp phụ bậc Liều gây chết 50% động vật. .. 1.3.1 Năng lợng hấp phụ 1.3.2 Hệ số hấp phụ khử hấp phụ 1.3.3 Thời gian hấp phụ 1.3.4 Nhiệt hấp phụ tích phân 1.3.5 Nhiệt hấp phụ vi phân 1.4 Lý thuyt c bn v trình hp ph... lợng dẫn xuất nitro toluen phenol phơng pháp HPLC Bảng 2.2: Điều kiện thí nghiệm đánh giá hiệu suất hấp phụ dẫn xuất nitro toluen phenol Bảng 2.3: Điều kiện thí nghiệm xác định thông số hàm đặc