Nghiên cứu tổng hợp polyme hữu cơ dạng anionic và thăm dò ứng dụng trong xử lý môi trường

MỤC LỤC. 1

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. 4

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ. 5

DANH MỤC BẢNG. 7

MỞ ĐẦU . 8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN. 10

1.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP POLYME HỮU CƠ

DẠNG ANIONIC TRÊN CƠ SỞ ACRYLAMIT VÀ AXIT ACRYLIC . 10

1.1.1. Cơ chế phản ứng đồng trùng hợp. 10

1.1.2. Quá trình đồng trùng hợp acrylamit và axit acrylic. 12

1.1.2.1. Quá trình khơi mào . 12

1.1.2.2. Cơ chế của phản ứng đồng trùng hợp AA và AM . 13

1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đồng trùng hợp. 17

1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH ĐỒNG TRÙNG HỢP . 18

1.2.1. Trùng hợp khối. 18

1.2.2. Trùng hợp dung dịch. 19

1.2.3. Trùng hợp nhũ tương . 20

1.2.4 Trùng hợp huyền phù và huyền phù ngược . 22

1.3. TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG POLYME HỮU CƠ DẠNG ANIONIC 24

1.3.1. Một số nghiên cứu tổng hợp polyme hữu cơ dạng anionic. 24

1.3.2. Ứng dụng của chất keo tụ polyme hữu cơ dạng anionic. 26

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM . 35

2.1. HÓA CHẤT, THIẾT BỊ. 35

2.1.1. Hóa chất. 35

2.1.2. Dụng cụ, thiết bị. 36

2.2. PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH. 37

pdf79 trang | Chia sẻ: honganh20 | Ngày: 05/03/2022 | Lượt xem: 311 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Nghiên cứu tổng hợp polyme hữu cơ dạng anionic và thăm dò ứng dụng trong xử lý môi trường, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ước, kết quả cho thấy điều kiện phản ứng và động học của phản ứng ảnh hưởng đến cấu trúc mạng lưới polyme. Động học của phản ứng trùng hợp axit acrylic rất phức tạp vì ngoài ở pH rất cao hoặc pH rất thấp, ở pH trung bình hỗn hợp bao gồm cả axit và muối. Như vậy sự trùng hợp của axit acrylic cũng là một quá trình đồng trùng hợp. Các nồng độ tương đối của axit acrylic và sự ion hoá của nó được mô tả theo phương trình Henderson– Hasselbach: pH = pKa + log   1 Ở đây:  là phần ion hoá đối với một hợp phần đã biết pKa. Theo Nemec và Bauer thì pKa của axit acrylic = 4,2 và polyacrylic thì pKa = 4,75. Ở Việt Nam, cũng đã có một vài nghiên cứu ứng dụng chất keo tụ polyme hữu cơ trong xử lý các loại nước thải. Nhóm nghiên cứu Phạm Thị Phương Trinh [14] của Đại học Cần Thơ đã nghiên cứu ứng dụng chất trợ keo tụ sinh học PAA trong xử lý nước thải thủy sản, nhóm nghiên cứu trường Đại học Bách Khoa đã nghiên cứu ứng dụng chất keo tụ polyme hữu cơ thân thiện môi trường PG𝛼21Ca ứng dụng trong xử lý nước thải nhà máy dệt nhuộm. Bên cạnh đó, việc ứng dụng chất keo tụ polyme hữu cơ trongViện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu chế tạo các loại chất keo tụ polyme hữu cơ trên cơ sở phản ứng trùng hợp trong dung dịch. Sản phẩm là polyacrylamit dạng nonionic, aninonic. Sản phẩm đã được ứng dụng để làm vật liệu liên kết đất, liên kết bùn thải công nghiệp [15, 16] . 1.3.2. Ứng dụng của chất keo tụ polyme hữu cơ dạng anionic Sau hơn một thế kỷ phát triển, polyme hữu cơ dạng anionic đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của mọi quốc gia trên thế giới. Chúng chủ yếu được sử dụng để xử lý nước, làm giấy, thăm dò dầu mỏ, chế biến khoáng sản [17] Trong đó được sử dụng để xử lý nước chiếm tỉ trọng lớn. Điều đó cho 27 thấy rằng, polyme hữu cơ dạng anionic có thể đóng một vai trò quan trọng trong xử lý nước thải, nước thải đô thị, nước thải công nghiệp và ngay cả trong việc khử nước bùn dư thừa. Bảng 1.1. Tình hình nghiên cứu ứng dụng polyme hữu cơ dạng anionic tại một số quốc gia Quốc gia Xử lý nước thải Làm giấy Thăm dò dầu Khoáng sản Ngành khác Tổng Mỹ 60 25 0 11 4 100% Châu Âu 45 32 12 8 3 100% Nhật Bản 36 45 11 4 4 100% Trung Quốc 40 15 35 5 5 100% Hiện nay chất keo tụ polyme hữu cơ được nghiên cứu, chế tạo cũng như ứng dụng rất nhiều trong đời sống như xử lý nước thải, chế biến quặng, xử lý vải sợi, sản xuất giấy... Quá trình sử dụng polyme hữu cơ dạng anionic làm chất keo tụ được hình thành như sau: (A) Sự phân tán của chất keo tụ trong dung dịch. (B) Sự khuyếch tán của chất keo tụ đối với bề mặt dung dịch-lỏng. (C) Sự hấp phụ chất keo tụ lên bề mặt của các hạt. (D) va chạm của các hạt mang một chất kết tụ hấp phụ với các hạt khác. (E) Sự hấp phụ chất keo tụ lên các hạt khác để tạo thành các khối keo nhỏ. (F) Sự phát triển của các khối keo nhỏ cho các hạt lớn hơn và mạnh hơn bằng va chạm tiếp theo và hấp phụ. 28 Hình 1.2. Quá trình hình thành hạt keo khi sử dụng polyme hữu cơ dạng anionic Một số cơ chế keo tụ như cầu nối polyme, hấp phụ và trung hòa điện tích đã được đề xuất để giải thích sự ổn định của hạt keo và cơ chế tạo thành hạt keo [18]. Các cơ chế chính của quá trình hình thành hạt keo liên quan đến việc loại bỏ các chất ô nhiễm hòa tan, các kim loại nặng trong nước là quá trình trung hòa điện tích đẫn đến sự hình thành cầu nối tĩnh điện. Các cơ chế này chủ yếu phụ thuộc vào sự hấp phụ của chất kết tụ trên bề mặt hạt [19]. Nếu có một số mối quan hệ giữa các phân đoạn polyme và bề mặt hạt, sau đó có thể xảy ra hiện tượng hấp thụ các chuỗi polyme. Hình 1.3. Quá trình kết hợp của polyme và hạt keo  Cơ chế hóa học quá trình keo tụ  Trung hòa điện tích Đối với trường hợp chất keo tụ và chất hấp phụ có điện tích ngược thì cơ chế trung hòa là cơ chế chính. Trong nhiều trường hợp thực tế, các hạt keo trong nước thải được tích điện âm và do đó các chất kết tụ vô cơ (muối kim loại) và các polyelectrolic cation là thích hợp hơn. Sự kết tụ này có thể xảy ra chỉ đơn giản là do sự giảm bớt bề mặt của các hạt (giảm khả năng zeta) và do 29 đó làm giảm lực đẩy điện giữa các hạt keo, cho phép tạo ra lực hút Van der Waals để hình thành sự kết hợp của hạt keo ban đầu với các vật liệu lơ lửng để hình thành các khối keo. Trong nhiều nghiên cứu, người ta nhận thấy rằng sự kết tụ tối ưu xảy ra ở các polyelectrolic để trung hòa lượng hạt hoặc để cho một điện thế zeta gần với 0 (điểm đẳng điện). Tại thời điểm này, các hạt sẽ có xu hướng kết tụ dưới ảnh hưởng của lực Van der Waals [20]. Nếu quá nhiều polyme được sử dụng sẽ sảy ra sự đảo ngược, các hạt sẽ trở nên phân tán, nhưng với một điện tích dương chứ không phải là tích điện âm. Do đó, việc bổ sung thêm một polyme có trọng lượng phân tử cao là rất cần thiết sẽ làm tăng hiệu quả cầu nối để liên kết các khối keo nhỏ với nhau và xảy ra lắng đọng nhanh [21].  Cầu nối polyme Nhìn chung, cầu nối polyme xảy ra khi các polyme dài với trọng lượng phân tử cao (lên tới vài triệu) và mật độ điện tích của các hạt keo hấp thụ theo các cuộn hoặc chuỗi kéo dài. Điều này tạo lên khả năng gắn kết và tương tác của các phân đoạn polyme. Do đó tạo ra 'cầu nối' giữa các hạt như trong hình 1.3 [22-24]. Để có cầu nối xảy ra, chiều dài của chuỗi polyme lớn hay polyme có trọng lượng phân tử cao. Do đó một polyme có chuỗi dài hơn (trọng lượng phân tử cao) sẽ có hiệu quả hơn chuỗi ngắn hơn (trọng lượng phân tử thấp) [25]. Bên cạnh đó, bề mặt của các hạt là các cation, anion, lưỡng tính để gắn kết các phân đoạn của các chuỗi polyme khi bị hấp phụ trên bề mặt các hạt khác. Đồng thời, lượng polyme không nên quá nhiều (lượng hấp phụ không nên quá cao) nếu không các bề mặt hạt sẽ được nhiều polyme dẫn đến không có vị trí nào có thể hình thành "cầu nối" với các hạt khác [26]. Vì vậy, chỉ cần một lượng polyme bị hấp phụ vừa đủ. Tuy nhiên, lượng hấp thụ không nên quá thấp; nếu không có đủ thì “cầu nối” không thể được hình thành. Mật độ điện tích cần phải tương đối cao để kết tụ vách tĩnh điện hiệu quả. Khi mật độ điện tích bị giảm, việc nối cầu sẽ trở nên dễ dàng hơn. 30 Hình 1.4. Sự hình thành keo tụ bằng cầu nối polyme Như vậy, cơ chế keo tụ chủ yếu của các chất đa điện ly là trung hòa điện tích bề mặt và tạo cầu nối. Quá trình trung hòa điện tích bề mặt diễn ra khi điện tích của chất keo tụ trái dấu với điện tích hạt lơ lửng. Đối với các chất keo tụ trung tính thì cơ chế keo tụ chủ yếu là tạo cầu nối polyme. Khi các phân tử polyme dài bị hấp thụ lên bề mặt của hạt, chúng có xu hướng tạo thành các cuộn, trải ra một khoảng từ bề mặt vào pha nước và đuôi của chúng có thể lỏng lẻo. Các cuộn này có thể tiếp xúc và gắn lên các hạt khác tạo cầu giữa hai hạt. Việc sử dụng kết hợp với các polyme hoặc polyelectrolytes, đặc biệt là với những polyme có trọng lượng phân tử cao đã giúp cải thiện hiệu suất rất lớn cho quá trình phân tách công nghiệp. PAM hòa tan trong nước đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ để phân tách chất lỏng, làm sạch nước dựa trên polyme là một giải pháp tốt trong các ứng dụng công nghiệp, gần đây đã có thêm cách sử dụng mới là xử lý dòng chảy xây dựng nhưng lại ít được ứng dụng. Hiện nay có một số sản phẩm dựa trên polyme hữu cơ dạng anionic được bán trên thị trường để sử dụng trong quản lý trầm tích công trường xây dựng. Những sản phẩm này có thể được áp dụng để kiểm soát xói mòn, làm sạch dòng chảy đầy cặn lắng và khử cặn ướt trong quá trình làm sạch ao. Chúng được chế tạo để sử dụng cùng với các biện 31 pháp xử lý khác, như là một phần của phương pháp đa rào cản, để giảm thiểu xói mòn đất và cải thiện việc giải quyết các trầm tích lơ lửng [27]. Polyme hữu cơ dạng anionic chứa các nhóm axit cacboxylic có tính axit yếu, do đó mật độ điện tích phụ thuộc vào pH. Cơ chế keo tụ các hạt của polyme được mô tả bằng cầu nối polyme, trung hòa điện tích bao gồm các hiệu ứng vá tĩnh điện và hiệu ứng keo tụ. Việc sử dụng rộng rãi các polyme làm chất keo tụ là do các thuộc tính đặc trưng riêng biệt của chúng: Dễ sử dụng và không ảnh hưởng đến độ pH của môi trường, được sử dụng với lượng nhỏ (1-5ppm) không giống như muối vô cơ, trong hầu hết các trường hợp, các khối bông cặn được hình thành trong quá trình keo tụ bởi các polyme hữu cơ lớn hơn và mạnh hơn trong quá trình đông tụ với muối vô cơ. Hơn nữa, sử dụng các hợp chất vô cơ tạo ra khối lượng bùn lớn hơn. Trong số các chất keo tụ polyme, các polyme tổng hợp có thể được điều chỉnh bằng cách kiểm soát khối lượng phân tử, phân bố khối lượng phân tử, cấu trúc của các polyme, bản chất và tỷ lệ phần trăm của các nhóm ion [28, 29]. Chất keo tụ dựa trên acrylamit và axit acrylic, đã được tổng hợp bằng chiếu xạ chùm electron [30-32]. Chất kết bông dựa trên polyacrylamit, được sử dụng trong quá trình keo tụ, là các hợp chất có khối lượng phân tử cao hòa tan trong nước và có những ưu điểm chính như tính linh hoạt và hiệu quả trong xử lý nước thải [33]. Hiệu quả keo tụ của polyacrylamit vượt trội hơn so với các chất keo tụ hữu cơ và vô cơ, về liều lượng sử dụng thấp hơn và khối lượng bùn thấp hơn. Ngoài ra, hiệu quả của chúng chỉ bị ảnh hưởng một chút bởi độ pH của nước [33]. Dong Ho Yoon [34] đã tổng hợp nanocomperzit cation polyaceylamit/silica và ứng dụng làm chất keo tụ trong công nghệ sản xuất giấy. Nanocomperzit tổng hợp đã đưa vào hệ thống chứa nước và bột giấy. Tiến hành nghiên cứu khả năng keo tụ và phân tích khả năng thoát nước. Kết quả nghiên cứu cho thấy nanocomperzit có khả năng giữ các chất độn và bột giấy. Yingying Shan [35] đã tổng hợp cation polyacrylamit và ứng dụng trong việc cải thiện hệ thống thoát nước trong nghành công nghệ sản xuất giấy. Nhóm tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng cation polyacrylamit, tốc độ di chuyển cation, thời gian, pH đung dịch đến tỉ lệ thoát nước trong hệ thống 32 thoát nước. Kết quả nghiên cứu cho thấy cation polyacrylamit làm tăng nhanh hơn tỉ lệ thoát nước trong hệ thống nước thải trong công nghiệp sản xuất giấy. Nó có thể được sử dụng trong môi trường trung tính và cả môi trường kiềm. Các ngành công nghiệp giấy và bột giấy là một ngành công nghiệp cần rất nhiều nước và có thể tiêu thụ lượng nước rất lớn như 60m3 nước ngọt cho mỗi tấn giấy sản xuất. Do vậy, lượng nước thải và các cặn của bột giấy của các nhà máy giấy thải phụ thuộc vào quá trình sản xuất. Do đó, các phương pháp xử lý nước thải từ các nhà máy khác nhau trở nên phức tạp bởi vì không có nhà máy giấy nào cũng xả nước thải giống hệt nhau. Nước thải từ các nhà máy giấy và bột giấy tạo thành một nguồn gây ô nhiễm nước rất lớn vì nó có chứa các chất hữu cơ gây ra nhu cầu cao sinh hóa oxy (BOD) và nhu cầu oxy hóa học (COD), chiết (axit nhựa), chất hữu cơ clo (đo như halogenua hữu cơ, AOX), chất rắn lơ lửng, kim loại, các axit béo, tanin, lignin và các dẫn xuất của nó, vv. Bên cạnh đó, lignin và các dẫn xuất của nó có thể hình thành các hợp chất có độc tính cao. Alkylphenol polyethoxylates (APEO) hoặc các hợp chất nonylphenolic cũng có thể được tìm thấy trong bột giấy và giấy các nhà máy nước thải. Nước thải độc hại cho sinh vật dưới nước thể hiện tác dụng gây đột biến mạnh và suy giảm sinh lý. Do đó, cẩn có phương pháp và công nghệ xử lý nước thải phù hợp tuân theo các quy định về môi trường. Nhiều nghiên cứu đã được tiến hành về xử lý bột giấy và giấy trong các nhà máy xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học như các phương pháp xử lý hiếu khí và kỵ khí thông thường. Godkay và Dilek đã chỉ ra rằng bột và nước thải nhà máy giấy có thể được xử lý bằng loại nấm trắng thối tuy nhiên cần nhiều thời gian cho quá trình xử lí. Nước thải các ngành công nghiệp giấy và bột giấy là nguồn gây ô nhiễm lớn đới với thuỷ sản do trong nước thải chứa nhiều chất rắn lơ lửng, kim loại, các axit béo, vv. Do vậy, đây là loại nước thải nguy hiểm đối với thủy sản và sinh vật. Cation và anion của polyacrylamit với trọng lượng phân tử và mật độ khác nhau đã được nghiên cứu để xử lý nước thải của nhà máy sản xuất bột giấy và giấy. Các thí nghiệm được được tiến hành và chỉ ra rằng liều lượng của 33 polyacrylamit dao động 0,5-15 mg mỗi lít (Wong, et al 2006) [36]. Thí nghiệm được khuấy nhanh tại 200 rpm trong 2 phút sau đó khuấy chậm ở 40 rpm trong 15 phút và thời gian xử lý là 30 phút. Hiệu quả của PAMS được đo dựa trên việc giảm độ đục, việc loại bỏ các chất rắn lơ lửng (TSS) và giảm nhu cầu oxy hóa học (COD). Khi kết hợp PAM với cation Organopal 5415 giúp cho trọng lượng phân tử cao và mật độ điện thấp. Sự kết hợp này làm cho hiệu quả loại bỏ độ đục 95% và loại bỏ chất rắn lơ lửng TSS 98%. Polyacrylamit trọng lượng phân tử cao được chấp nhận như một chất keo tụ hiệu quả và an toàn trong xử lý nước uống. Các loại polyacrylamit thể hiện tính độc thấp đối với các hệ động vật có vú (LD50> 5mg/kg qua miệng và da) và cá (LC50> 100mg/l). Các nghiên cứu trong thời gian dài đã khẳng định polyacrylamit không có ảnh hưởng bất lợi đáng kể nào trong các nghiên cứu tính độc qua đường miệng và không có các vết thương tái phát trên 3 thế hệ chuột và phản ứng nhẹ trên da và mắt ở liều cao. Các nghiên cứu về bệnh dịch ở con người chứng minh rằng không có mối liên quan nào giữa sự tiếp xúc với polyacrylamit và các khối U. Mặt khác, polyacrylamit có kích thước quá lớn cũng không cho phép hấp thụ qua đường ruột, các sản phẩm polyacrylamit dưới dạng nhũ tương ngược gây dị ứng nhẹ với da và mắt dưới các điều kiện thử nghiệm nhất định. Trong các vấn đề môi trường polyacrylamit vẫn được coi là tác nhân keo tụ an toàn, thân thiện với môi trường, hiệu quả về giá thành và vẫn được sử dụng rộng rãi trong chống xói mòn cũng như các ứng dụng công nghiệp khác. Rất nhiều polyme tan trong nước hoạt động như chất keo tụ cho nhiều loại vật liệu phân tán. Polyme được dùng cho ứng dụng này bao gồm các phân tử cationic, anionic, trung tính tương ứng thu được từ các monome như dimetylaminoetyl methacrylat, acrylic axit và acrylamit. Do các loại polyme hiệu quả và vật liệu bazơ phân ly nên hoạt động này không thể giải thích bằng cơ chế đơn giản. Cơ chế keo tụ chủ yếu của các chất đa điện ly là trung hòa điện tích bề mặt và tạo cầu. Quá trình trung hòa điện tích bề mặt diễn ra khi điệt tích của chất keo tụ trái dấu với điện tích hạt lơ lửng. Đối với các chất keo tụ trung tính 34 thì cơ chế keo tụ chủ yếu là tạo cầu polyme. Khi các phân tử polyme dài bị hấp thụ lên bề mặt của hạt, chúng có xu hướng tạo thành các cuộn, trải ra một khoảng từ bề mặt vào pha nước và đuôi của chúng có thể lỏng lẻo. Các cuộn này có thể tiếp xúc và gắn lên các hạt khác tạo cầu giữa hai hạt. 35 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1. HÓA CHẤT, THIẾT BỊ 2.1.1. Hóa chất - Các hóa chất dùng cho quá trình nghiên cứu đều ở dạng tinh khiết phân tích hoặc tinh khiết, bao gồm: + Acrylamit C3H5NO (AM) (CH2=CH–CONH2) (CN – Trung Quốc): Độ tinh khiết 99,9%, tan trong nước, d = 1,12 g/cm3, M = 71,079 g/mol, điểm chảy 82-85oC, được sử dụng không qua kết tinh lại. + Axit acrylic C3H4O2 (AA) (CH2=CHCOOH) (CN – Trung Quốc): Độ tinh khiết 99,5%, có thể trộn lẫn với nước, d = 1,051 g/ml, điểm nóng chảy 14oC, M = 72,063 g/mol, được sử dụng không qua tinh chế lại. + Natri hydroxit (NaOH) (CN – Trung Quốc): Độ tinh khiết 98%, là chất rắn không màu, hút ẩm mạnh, tan nhiều trong nước và tỏa nhiệt, M = 39,997 g/mol, điểm nóng chảy 318oC, sử dụng không qua tinh chế lại. + Amoni pesunfat (NH2)4S2O8 (CN–Trung Quốc): Độ tinh khiết 98%, tan trong nước (độ tan 80g/100ml ở 25 oC), M = 228,18 g/ml, d = 1,98 g/cm3, điểm nóng chảy < 100oC (phân hủy), được sử dụng không qua tinh chế. + Axit Ascorbic (C6H8O6) (CN–Trung Quốc): Độ tinh khiết 99,7%, tan trong nước và một số dung môi khác như đietyl ete, clorofom, benzen, xăng ete, dầu, chất béo M = 176,124 g/mol, d = 1,65g/ml, nhiệt độ nóng chảy 190 – 192oC, được sử dụng không qua tinh chế lại. + Natri cacbonat (Na2CO3) (CN–Trung Quốc): Độ tinh khiết 99,8%, dễ tan trong nước, Na2CO3 khan là chất bột màu trắng, hút ẩm và nóng chảy ở 851°C, nóng chảy không phân hủy tới 853°C, M = 105,9884 g/mol, d = 2,54 g/cm3, sử dụng không qua tinh chế lại. + Isopropanol (C3H8O) (CN–Trung Quốc): Độ tinh khiết 99,7%, là một hợp chất không màu, dễ cháy có mùi đặc trưng, tan trong nước, etanol, ete, clorofom, nó hòa tan etyl xenlulozo, polyvinyl butyral, nhiều loại dầu, ankanoid, keo và nhựa tự nhiên, M = 60,096 g/mol, d = 0,786 g/ml, nhiệt độ sôi 82,6°C (180,7°F), đóng băng ở −89°C (−128°F). + Etanol (C2H5OH) (CN–VN): Độ tinh khiết 99,7%, tan vô hạn trong 36 nước, M = 46,7 g/mol, điểm nóng chảy -114,1°C, được sử dụng không qua tinh chế lại. + Các hóa chất khác được sử dụng không qua tinh chế lại. 2.1.2. Dụng cụ, thiết bị - Một số thiết bị, dụng cụ phòng thí nghiệm: Cân phân tích, tủ sấy - Thiết bị phản ứng đùn trục vít phòng thí nghiệm model JH35-25, xuất xứ Trung Quốc: Công suất đùn: 1-5 kg/h, động cơ 5,5 kW, 3x380V, 50Hz, điều khiển tốc độ quay của động cơ bằng hộp truyền động và biến tần hiển thị LCD tại Công ty TNHH Công nghệ và Dịch vụ Thương mại Lạc Trung. Hình 2.1. Thiết bị phản ứng đùn trục vít model JH35-25 - Thiết bị đo độ nhớt RheolabQC, hãng Anton Paar của Australia, tốc độ 0,01 – 1500 vòng/phút, dải nhiệt độ từ -20 tới 180°C tại Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. - Máy đo pH Hana HI98107, hãng HANNA của Romani tại Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. - Phổ hồng ngoại được ghi trên Quang phổ kế hồng ngoại biến đổi Fourier FTIR IMPACT Nicolet 410 trong vùng 4000-400cm-1tại Phòng Phổ hồng ngoại Viện Hoá học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 37 - Phân tích nhiệt trọng lượng TGA (Thermal Gravimertric Analysis) được ghi trên thiết bị phân tích nhiệt TA – 50 Shimadzu tại Phòng Phân tích nhiệt, Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. - Nhiệt vi sai quét DSC ( Differential Scanning Calorimetry) được ghi trên thiết bị phân tích nhiệt TA – 60 Shimadzu tại Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 2.2. PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH 2.2.1. Tổng hợp polyme hữu cơ dạng anionic trên cơ sở acryamit và axit acrylic. Tiến hành nghiên cứu quá trình đồng trùng hợp acrylamit và axit acrylic với tổng nồng độ monome là 35% trên thiết bị phản ứng đùn trục vít quy mô 5kg/giờ theo 2 giai đoạn. Giai đoạn 1: Polyme hóa sơ bộ 500g hỗn hợp phản ứng trên thiết bị phòng thí nghiệm. Chuẩn bị 2 dung dịch, trong đó, dung dịch 1: Hòa tan 87,5g AM cùng với nước cất rồi thêm 0,35g Na2CO3 ; dung dịch 2: Trung hòa 83,25ml AA với NaOH (tỷ lệ khối lượng AA/AM = 50 :50). Sau khi trộn 2 dung dịch này lại với nhau thu được hỗn hợp dung dịch với tổng nồng độ monome là 35%. Thêm lần lượt các chất khơi mào APS và AAs với khối lượng 1,167g và 0,583g, tương ứng (tổng nồng độ các chất khơi mào là 1% so với khối lượng monome, và tỷ lệ khối lượng APS/AAs là 2:1). Cuối cùng thêm 2,67ml Isopropanol - chất điều chỉnh khối lượng (1,2% so với khối lượng monome). Và điều chỉnh cho pH của hỗn hợp phản ứng về khoảng 5 bằng dung dịch NaOH và HCl. Gia nhiệt tới nhiệt độ phản ứng khoảng 35oC, khuấy với tốc độ 25 vòng/phút đến khi đạt độ nhớt yêu cầu. Giai đoạn 2: Chế tạo trên thiết bị phản ứng đùn trục vít quy mô phòng thí nghiệm. Hỗn hợp phản ứng sau khi phản ứng sơ bộ được đưa vào phễu nạp liệu của máy đùn trục vít với tốc độ nạp liệu 60 g/phút, rồi từ vùng nạp liệu được vít đùn vận chuyển sang các vùng phản ứng với tốc độ trục vít là 60 vòng/phút và gia nhiệt đến nhiệt độ phản ứng 80oC. Sản phẩm sau quá trình đồng trùng hợp trên máy đùn được lấy ra ở đầu khuôn. 38 Sản phẩm sau quá trình phản ứng trong máy đùn được đưa ra ngoài qua đầu khuôn, làm khô trong tủ sấy ở nhiệt độ 106oC đến khối lượng không đổi và nghiền đến kích thước theo yêu cầu. Cuối cùng đem đi đóng gói vào bảo quản.  Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đồng trùng hợp - Ảnh hưởng của thời gian polyme hóa sơ bộ: Điều kiện: + Nồng độ monome: 35% + Nồng độ chất khơi mào APS/AAs: 1% + Tỷ lệ khối lượng APS/AAs: 2:1 + Tỷ lệ khối lượng AA/AM: 50/50 + Chất điều chỉnh khối lượng: 1,2% + pH: 5 + Nồng độ chất tạo bọt: 1% Khảo sát: Thời gian polyme hóa sơ bộ được thay đổi từ: 15, 20, 30 và 35 phút. - Ảnh hưởng của nồng độ monome: Điều kiện: + Nồng độ chất khơi mào APS/AAs: 1% + Tỷ lệ khối lượng APS/AAs: 2:1 + Tỷ lệ khối lượng AA/AM: 50/50 + Chất điều chỉnh khối lượng: 1,2% + Thời gian polyme hóa: 25 phút + pH: 5 + Nồng độ chất tạo bọt: 1% Khảo sát: Nồng độ monome thay đổi từ 25, 30, 35, 40%. - Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng AA/AM: Điều kiện: + Nồng độ monome: 35% + Nồng độ chất khơi mào APS/AAs: 1% 39 + Tỷ lệ khối lượng APS/AAs: 2:1 + Chất điều chỉnh khối lượng: 1,2% + Thời gian polyme hóa: 25 phút + pH: 5 + Nồng độ chất tạo bọt: 1% Khảo sát: Tỷ lệ khối lượng AA/AM được thay đổi từ 80/20, 70/30, 60/40, 50/50, 40/60, 30/70. - Ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào APS/AAs: Điều kiện: + Nồng độ monnome: 35% + Tỷ lệ khối lượng APS/AAs: 2:1 + Tỷ lệ khối lượng AA/AM: 50/50 + Chất điều chỉnh khối lượng: 1,2% + Thời gian polyme hóa: 25 phút + pH: 5 + Nồng độ chất tạo bọt: 1% Khảo sát: nồng độ chất khơi mào APS/AAs được thay đổi từ 0,8; 0,9; 1,0; 1,1%. - Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng APS/AAs: Điều kiện: + Nồng độ monnome: 35% + Nồng độ chất khơi mào APS/AAs: 1% + Tỷ lệ khối lượng AA/AM: 50/50 + Chất điều chỉnh khối lượng: 1,2% + Thời gian polyme hóa: 25 phút + pH: 5 + Nồng độ chất tạo bọt: 1% 40 Khảo sát: tỷ lệ khối lượng APS/AAs được thay đổi từ 1:1, 2:1, 3:1, 4:1. - Ảnh hưởng của pH: Điều kiện: + Nồng độ monnome: 35% + Nồng độ chất khơi mào APS/AAs: 1% + Tỷ lệ khối lượng APS/AAs: 2:1 + Tỷ lệ khối lượng AA/AM: 50/50 + Chất điều chỉnh khối lượng: 1,2% + Thời gian polyme hóa: 25 phút + Nồng độ chất tạo bọt: 1% Khảo sát: pH được thay đổi từ 3, 4, 5, 6. - Ảnh hưởng của chất điều chỉnh khối lượng: Điều kiện: + Nồng độ monnome: 35% + Nồng độ chất khơi mào APS/AAs: 1% + Tỷ lệ khối lượng APS/AAs: 2:1 + Tỷ lệ khối lượng AA/AM: 50/50 + pH: 5 + Thời gian polyme hóa: 25 phút + Nồng độ chất tạo bọt: 1% Khảo sát: Chất điều chỉnh khối lượng được thay đổi từ 0,5; 0,8; 1,2; 1,6; 2. - Ảnh hưởng của nồng độ chất tạo bọt: Điều kiện: + Nồng độ monnome: 35% + Nồng độ chất khơi mào APS/AAs: 1% + Tỷ lệ khối lượng APS/AAs: 2:1 + Tỷ lệ khối lượng AA/AM: 50/50 41 + Chất điều chỉnh khối lượng: 1,2% + Thời gian polyme hóa: 25 phút + pH: 5 Khảo sát: Nồng độ chất tạo bọt được thay đổi từ: 0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,25% (theo khối lượng monome).  Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến thông số thiết bị phản ứng đùn trục vít - Ảnh hưởng của nhiệt độ gia công: Điều kiện: + Tốc độ nạp liệu: 60g/phút + Tốc độ trục vít: 60 vòng/phút Khảo sát: Thời gian nhiệt độ gia công thay đổi từ 50, 60, 70, 80, 900C - Ảnh hưởng của tốc độ nạp liệu: Điều kiện: + Nhiệt độ gia công: 800C + Tốc độ trục vít: 60 vòng/phút Khảo sát: Tốc độ nạp liệu được thay đổi từ 40; 50; 60; 70 g/phút - Ảnh hưởng của tốc độ trục vít: Điều kiện: + Nhiệt độ gia công: 800C + Tốc độ nạp liệu: 60g/phút Khảo sát: Tốc độ trục vít được thay đổi từ 50, 60, 70, 80 vòng/phút. 2.2.2. Nghiên cứu ứng dụng chất keo tụ polyme hữu cơ dạng anionic trong xử lý nước thải - Thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Viện Hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. - Đối tượng thí nghiệm: polyme hữu cơ dạng anionic đã được chế tạo dạng bột, KLPT 10000 – 15000 đvC, mức độ ion 20 – 25%, pH từ 5-7; thời gian hòa tan ≤ 60 phút, tạp chất không tan ≤ 0,1%. - Mẫu thí nghiệm: Mẫu nước thải được lấy tại đầu vào của bể keo tụ 42 thuộc hệ thống xử lý nước thải của Công ty Cổ phần Đầu tư Công nghiệp Việt Hưng. Mẫu nước thải được phân tích các chỉ tiêu cơ bản để định hướng cho việc lựa chọn loại và liều lượng hóa chất thí nghiệm. Bảng 2.1. Đặc trưng của mẫu nước thải TT Chỉ tiêu Đơn vị đo Kết quả phân tích QCVN 40:2011/BTNMT (B) 1 Nhiệt độ oC 33,5 40 2 Độ màu Pt/Co 491 150 3 pH - 7,3 5,5 ÷ 9 4 BOD5 (20 oC) mgO2/l 328 50 5 COD mgO2/l 480 150 6 TSS mg/l 516 100 7 Tổng Nito mg/l 45,3 40 8 Tổng Photpho mg/l 8,2 6 9 As mg/l 0,8 0,1 10 Hg mg/l 0,005 0,01 11 Crom tổng mg/l 5 0,1 12 Pb mg/l 8 0,5 13 Cd mg/l 0,4 0,1 14 Cu mg/l 7,6 2 15 Zn mg/l 12 3 16 Ni mg/l 4,2 0,5 17 Mn mg/l 4,8 1 18 Fe mg/l 15,4 5 - Tiến hành thí nghiệm: Lấy 100mg/L PAC và 300mg/L polyme hữu cơ dạng anionic cho vào mẫu nước thải. Sau đó khuấy nhanh trong vòng 2 phút với tốc độ khuấy 200 vòng/phút. Để lắng trong v

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfnghien_cuu_tong_hop_polyme_huu_co_dang_anionic_va_tham_do_un.pdf
Tài liệu liên quan