Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanocomposite Fe2O3/MgO/Bentonite, ứng dụng xử lí khí H2S Quản Thị Thu Trang Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS Chuyên ngành: Khoa học môi trường; Mã số: 60 85 02 Người hướng dẫn: TS Phan Thị Ngọc Bích Năm bảo vệ: 2014 Abstract: Tổng hợp vật liệu nano composite Fe/MgO/bentonit Đánh giá đặc trưng vật liệu chế tạo Xây dựng mơ hình thí nghiệm đánh giá hiệu loại bỏ H2S vật liệu nanocomposit Fe/MgO/bentonit Keywords: Môi trường; Bảo vệ môi trường; Vật liệu nanocomposite Fe2O3/MgO/Bentonite; Xử lí khí H2S Content: MỞ ĐẦU Hydro sunfua (H2S) khí độc hại, khơng màu sắc nhýng có mùi khó chịu (mùi trứng thối) phát thải vào khí từ nguồn tự nhiên nhân tạo Hydro sunfua coi chất độc phổ rộng Nó đầu độc số hệ thống khác thể, đặc biệt hệ thống thần kinh Chỉ với nồng độ 300 ppm khí quyển, H2S gây chết người sau 20 phút tiếp xúc H2S cháy khơng hồn tồn tạo SO2 khí độc người môi trường Hydro sunfua với nồng độ thấp khoảng 1ppm có khả ăn mòn Đây nguyên nhân gây gây hư hỏng giảm tuổi thọ của thiết bị điện, thiết bị vận chuyển xử lý nước thải, đường ống dẫn khí, dầu… Do tác hại mà việc loại bỏ H2S yêu cầu hàng đầu bắt buộc Công nghệ xử lý H2S đời phát triển qua kỷ với nhiều báo, nhiều cơng trình khoa học cơng bố Nhìn chung, cơng nghệ xử lý H2S mạnh riêng, hiệu với qui mơ, điều kiện cụ thể Đồng thời chúng có bất lợi, nhược điểm vấn đề cần tiếp tục giải Chính vậy, cơng nghệ xử lý H2S đã, luôn nhà nghiên cứu nhiều công ty, tập đồn cơng nghiệp giới quan tâm ý Hiện giới xu hướng nghiên cứu quan tâm phát triển vật liệu xúc tác sở muối oxit kim loại Fe, Co loại chất mang khác (các oxit, cacbon, bentonite) Trong số đó, người ta ý nhiều đến vật liệu sắt hợp chất sắt tổ hợp composite chúng với thành phần khác ưu điểm như: lượng bề mặt diện tích bề mặt lớn, nhiều dạng hợp chất sắt Feo, -FeOOH, -Fe2O3, -Fe2O3, Fe3O4,…có hoạt tính hóa học, đặc biệt khả hấp phụ/ xúc tác cao, nguyên liệu rẻ, thân thiện với môi trường, không khó khăn việc chế tạo Vật liệu xúc tác oxit sắt Fe2O3 số chất mang oxit MgO, Al2O3, SiO2, ZrO2 tổng hợp khảo sát khả oxi hóa loại H2S Kết nghiên cứu cho thấy vật liệu Fe/MgO thể hoạt tính cao thực q trình loại H2S nhiệt độ thường Với ưu điểm này, vật liệu Fe/MgO nhận quan tâm ngày tăng nhà nghiên cứu Bên cạnh với phát triển khoa học nano, bentonit xem chất nguồn lý tưởng để chế tạo loại vật liệu nano composite Trên sở phân tích trên, đề tài lựa chọn “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanocomposit Fe2O3/MgO/Bentonit, ứng dụng xử lí khí H2S” với mục tiêu nội dung nghiên cứu sau: Mục tiêu nghiên cứu - Tổng hợp vật liệu nanocomposit Fe2O3/MgO/bentonit (có thể viết Fe/MgO/bentonit) - Xây dựng quy trình cơng nghệ xử lý hiệu H2S sở sử dụng vật liệu chế tạo Nội dung nghiên cứu - Tổng hợp vật liệu nano composite Fe/MgO/bentonit - Đánh giá đặc trưng vật liệu chế tạo - Xây dựng mơ hình thí nghiệm đánh giá hiệu loại bỏ H2S vật liệu nanocomposit Fe/MgO/bentonit TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Phan Thị Ngọc Bích, Quản Thị Thu Trang (2013), “Tổng hợp xác ðịnh ðặc trýng vật liệu xúc tác Fe/MgO Phần Tổng hợp vật liệu MgO hoạt tính”, Tạp chí Hố học ISSN: 0866 7144, 50(5B), tr 246-249 Phan Thị Ngọc Bích, Quản Thị Thu Trang (2013), “Tổng hợp xác ðịnh ðặc trýng vật liệu xúc tác Fe/MgO Phần Tổng hợp vật liệu xúc tác Fe/MgO”, Tạp chí Hố học ISSN: 0866 7144, 51(3), tr 348-351 Bùi Văn Ga, Trương Lê Bích Trâm, Trương Hồng Thiên, Phạm Duy Phúc, Đặng Hữu Thanh, Juliand Arnaud (2007), “Hệ thống cung cấp khí biogas cho động kéo máy phát điện 2HP”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, 3(20), tr 80-85 Bùi Văn Ga, Trần Văn Quang, Trương Lê Bích Trâm (2008), “Tối ưu hóa q trình cung cấp biogas cho động tĩnh sử dụng hai nhiên liệu biogas-dầu mỏ”, Tạp chí Khoa học cơng nghệ, 5(28), tr.22-30 Hồ Thị Lan Hương (2011), “Tổng quan khí sinh học phát điện Việt Nam”, http://devi-renewable.com/2011/04/09/tong-quan-khi-sinh-hoc-phat-dien-vietnam/ Nguyễn Thị Hạnh (2010), “Tổng hợp vật liệu gốm diopzit CaO.MgO.2SiO2 nghiên cứu ảnh hýởng talc ðến cấu trúc, tính chất vật liệu”, Luận vãn thạc sỹ khoa học Hóa học, Ðại học khoa học tự nhiên – ÐHQG, Hà Nội Dương Nguyên Khang (2008), “Hiện trạng xu hướng phát triển công nghệ Biogas Việt Nam”, Hội nghị khoa học khoa CNTY 12/2008, ĐH Nơng Lâm -TPHCM Phạm Vãn Lâm (2008), “Hồn thiện công nghệ chế tạo thiết bị xử lý nýớc nhiễm asen sử dụng vật liệu hiệu nãng cao NC-F20 cho vùng nông thôn Hà Nam”, Báo cáo tổng kết dự án phát triển Khoa học Công nghệ cấp Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Trịnh Xn Sỹ (2011), “Nghiên cứu q trình già hóa vật liệu oxit sắt vơ định hình - Ứng dụng lọc Asen”, Luận văn Thạc sĩ khoa học Hóa học, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên- Đại học Quốc gia, Hà Nội 10 Lê Văn Cát (2002), “Hấp phụ trao đổi ion kĩ thuật xử lý nước nước thải”, Nhà xuất Thống kê, Hà Nội Tiếng Anh 11 Abdul Rahim Yacob, Mohd Khairul Asyraf Amat Mustajab, and Nur Syazeila Samadi (2009), “Calcination temperature of nano MgO effect on base transesterification of palm oil”, World Academy of Science- Engineering and Technology, 56, p 408-412 12 Andrea Mary Siefers (2010), “A novel and cost-effective hydro sunfuaremoval technology using tire derived rubber particles”, Thesis of master of science, Iowa State University 13 Ahmed S Al-Kady,M Gaber, Mohamed M Hussein, El-Zeiny M Ebeida (2011), “Structural and fluorescence quenching characterization of hematit nanoparticles”, Spectrochimica Acta Part A, 83, p.398-405 14 Ali Mohamadalizadeh, Jafar Towfighi, Alimorad Rashidi, Mehrdad Manteghian, Ali Mohajeri and Rohollah Arasteh (2011), “Nanoclays as nano adsorbent for oxidation of H2S into elemental sulfur”, Korean J Chem Eng., 28(5), p.1221-1226 15 Arthur Wellinger, Anna Lindberg (2003), “Energy from biological conversion of organic waste”, Biogas upgrading and utilisation, IEA Bioenergy Task 24 16 ASTM D6646 - 03(2008) - “Standard Test Method for Determination of the Accelerated Hydrogen Sulfide Breakthrough Capacity of Granular and Pelletized Activated Carbon” 17 Bandosz, T J.(2002), “On the adsorption/oxidation of hydrogen sulfide on activated carbons at ambient temperatures”, Journal of Colloid and Interface Science, 246, p.1-20 18 Bagreev, A., Katikaneni, S., Parab, S., & Bandosz, T.J.(2005), “Desulfurization of digester gas: prediction of activated carbon bed performance at low concentrations of hydrogen sulfide”, Catalysis Today, 99, p.329-337 19 Benjamin Valdez Salas (2012), “H2S Pollution and Its Effect on Corrosion of Electronic Components”, Air Quality- New Perspective, Chapter 13, p 264-286 20 Cameron Cline, Alie Hoksberg, Ray Abry, and Albert Janssen (2003), “Biological Process for H2S Removal from Gas Streams: The Shell-Paques/THIOPAQŽ Gas Desulfurization Process”, the LRGCC Proceedings (Oklahoma), USA 21 CDM (2010), “Biogas Energy Management”, Final Report of Biogas Energy Management Study (City of Klamath Falls-USA) 22 CDC (2010), “Hydrogen Sulfide: Health Effects”, Agency for Toxic Substance & Disease Registry, chapter 3, p.21-108 23 D L Heguy, G J Nagl, Joo, Yong-Gun Shul (2005), ”Support effects in catalytic wet oxidation of H2S to sulfur on supported iron oxide catalysts”, Applied Catalysis A: General, (284), p.1–4 24 D Park, D.S Lee and J.M Park (2005), “Continuous biological ferrous iron oxidation in a submerged membrane bioreactor”, Water Science & Technology, 51(6–7 p), p 59–68 25 De Ming Wang (2008), “Breakthrough Behavior of H2S Removal with an Iron Oxide Based CG-4 Adsorbent in a Fixed-Bed Reactor”, Thesis of master of science, University of Saskatchewan, Cananda 26 EPA (1991), “Hydro sunfuaCorrosion: Its Consequences, Detection and Control”, Office of Water (WH-595), United States 27 Eun-Ku Lee, Kwang-Deog Jung, Oh-Shim Joo, and Yong-Gun Shul (2005), “Selective Oxidation of Hydro sunfuato Elemental Sulfur with Fe/MgO Catalysts in a Slurry Reactor”, ull Korean Chem Soc, 26(2), p.281-284 28 Eun-Ku Lee, Kwang-Deog Jung, Oh-Shim Joo, Yong-Gun Shul (2005), “Support effects in catalytic wet oxidation of H2S to sulfur on supported iron oxide catalysts”, Applied Catalysis A: General 284, p.1–4 (2005) 29 Hasmukh A Patel, Razesh S Somani, Hari C Bajaj and Raksh V Jasra (2006), “Nanoclays for polymer nanocomposits, paints, inks, greases and cosmetics formulations, drug delivery vehicle and waste water treatment”, Bull Mater Sci., 29(2), p.133–14 30 H Zeng, A B Yu, G Q (Max) Lu, and D R Paul (2005), “Clay-Based Polymer Nanocomposits: Research and Commercial Development”, Journal of Nanoscience and Nanotechnology , 5, p.1574–1592 31 Huming Bao, and Paul L Koch (2007), “Oxygen isotope fractionation in ferric oxide-water systems: Low temperature synthesis”, Geochimica et Cosmochimica Acta, 63(5), p 599–613 32 Jerry Hughes Martin II (2008), “A New Method to Evaluate Hydro sunfuaRemoval from Biogas”, Master thesis, North Carolina State University 33 Jana Drbohlavova, Radim Hrdy, Oldrich Schneeweiss and Jaromir Hubalek (2009), “Preparation and properties of various magnetic nanoparticles”, 9, p 2352-2362 DOI: 10.3390/s90402352 34 Kwang-Deog Jung, Oh-Shim Joo, Seong-Hoon Choo, Sung-hwan Han (2003), “Catalytic wet oxidation of H2S to sulfur on Fe/MgO catalyst”, Applied Catalysis A: General 240, p.235241 35 Lana Skrtic (2006), “Hydrogen Sulfide, Oil and Gas, and People’s Health”, Master’s of Science, University of California 36 L.M Frare, M.G.A Vieira, M.G.C Silva, N.C Pereira and M.L Gimenes (2010) , “Hydrogen Sulfide Removal from Biogas Using Fe/EDTA Solution: Gas/Liquid Contacting and Sulfur Formation”, Environmental Progress & Sustainable Energy , 29 (No.1) DOI 10.1002/ep, p.34-41 37 M Syed, G Soreanu, P Falletta and M Béland (2006), “Removal of hydro sunfuafrom gas streams using biological processes”, Canadian biosystems engineering, 48, 2.1-2.14 38 Nagl, G.J(1991), “Proceedings of the Ninth Gas Research Institute Sulfur Recovery Conference”, The State of Liquid Redox, Gas Research Institute Chicago 39 Nirattisai Rakmak, Wisitsree Wiyaratn, Charun Bunyakan, Juntima Chungsiriporn (2003), “Synthesis of Fe/MgO Nano-Crystal Catalysts by Sol-Gel Method for Hydro sunfuaRemoval”, Chemical Engineering Journal, 162(1), p 84-90 40 Nicolas Abatzoglou (2009), “A review of biogas purification processes”, Biofuels Bioprod Bioref., 3, p.42-71; DOI 10.1002/bbb.117 41 Phạm Văn Lâm (2011), “Arsenic removal fom drinking water using ourselves manufactured nanocomposit NC-MF and NC –F20”, Vietnam – Japan Seminar on “Biological filtration simultaneous removal of arsenic from water”, HaNoi, VietNam 42 Ramesh Chandra Sahu, Rajkishore Oatel and Bakin Chandra Ray (2011), “Removal of hydro sunfuausing Red Mud at abrient conditions”, Fuel Processing Technology, 92, p 15871592 43 S.K Sahoo at al.(2010), “Characterization of γ- and α-Fe2O3 nano powders synthesized by emulsion precipitation-calcination route and rheological behaviour of α-Fe2O3”, International Journal of Engineering, Science and Technology, 2(8), p 118-126 44 Steven McKinsey Zicari (2003),”Removal of hydro sunfuafrom biogas using cow manure compost”, Master thesis, Cornell University (USA) 45 Suprakas Sinha Ray, Masami Okamoto (2003), “Polymer/layered silicate nanocomposits: a review from preparation to processing”, Prog Polym Sci., 28, p.1539–1641 46 Tae Yoon Lee (2007), “Beneficial Reuse of Coal Fly-Ash as Porous Reactive Aggregates for Removal of Hydrogen Sulfide”, Materials Science Forum , 544-545, p.525-528 47 Worksafebc (2009), “Hydrogen Sulide in Industry”, http://www.worksafebc.com/publications/health_and_safety/by_topic/assets/pdf/hydrogen_sulfid e.pdf 48 Weixin Yuan, Teresa J Bandosz (2007), “Removal of hydro sunfuafrom biogas on sludgederived adsorbents”, Fuel, 86(17-18), p 2736-2746 49 Z.M Shareefdeen (2009), “Development of a biofilter media for removal of hydrogen sulfide”, Global NEST Journal, 11(2), p 218-222 ... loại vật liệu nano composite Trên sở phân tích trên, đề tài lựa chọn Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanocomposit Fe2O3/ MgO/ Bentonit, ứng dụng xử lí khí H2S với mục tiêu nội dung nghiên cứu sau:... tiêu nghiên cứu - Tổng hợp vật liệu nanocomposit Fe2O3/ MgO/ bentonit (có thể viết Fe /MgO/ bentonit) - Xây dựng quy trình cơng nghệ xử lý hiệu H2S sở sử dụng vật liệu chế tạo Nội dung nghiên cứu - Tổng. .. Tổng hợp vật liệu nano composite Fe /MgO/ bentonit - Đánh giá đặc trưng vật liệu chế tạo - Xây dựng mơ hình thí nghiệm đánh giá hiệu loại bỏ H2S vật liệu nanocomposit Fe /MgO/ bentonit TÀI LIỆU THAM