Luận án Nghiên cứu chế tạo một số polyme ưa nước và ứng dụng cố định các kim loại nặng trong bùn thải công nghiệp

MỤC LỤC

DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT.i

MỤC LỤC. iii

DANH MỤC HÌNH.viii

DANH MỤC BẢNG. xi

MỞ ĐẦU. 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.3

1.1. Polyme ưa nước và ứng dụng. 3

1.1.1. Một số polyme ưa nước tự nhiên.3

1.1.1.1. Tinh bột biến tính. 3

1.1.1.2. Dẫn xuất alkyl và hydroxylalkylxenlulo.5

1.1.1.3. Cacboxymetylxenlulo.7

1.1.2. Một số polyme ưa nước tổng hợp.9

1.1.2.1. Polyvinyl ancol. 9

1.1.2.2. Polyvinylpyrolidon. 10

1.1.2.3. Polyacrylamit (PAM). 11

1.2. Polyme ưa nước ứng dụng xử lý môi trường.14

1.2.1. Một số nghiên cứu ứng dụng polyme dùng để cố định kim loại nặng. 14

1.2.2. Bản chất liên kết polyme - kim loại nặng. 21

1.2.2.1. Liên kết Hydro.21

1.2.2.2. Cầu nối phân tử nước. 22

1.2.2.3. Tương tác tĩnh điện giữa proton của polyme và ion kim loại.23

1.2.2.4. Liên kết kỵ nước (hấp phụ). 23

1.2.2.5. Liên kết phối trí hay liên kết phức. 24

1.2.2.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến tương tác giữa polyme và kim loại nặng. 27

1.3. Cơ sở lý thuyết trùng hợp và đồng trùng hợp.29

1.3.1. Phản ứng trùng hợp.29iv

1.3.2. Phản ứng đồng trùng hợp gốc.30

1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trùng hợp và đồng trùng hợp.32

1.3.4. Các phương pháp tiến hành phản ứng trùng hợp. 33

1.3.5. Một số hệ khơi mào. 35

1.4. Bùn thải công nghiệp và các biện pháp xử lý. 39

1.4.1. Bùn thải công nghiệp.39

1.4.2. Thành phần của bùn.40

1.4.3. Tác hại của kim loại nặng trong bùn thải công nghiệp đến môi trường. 41

1.4.4. Các biện pháp xử lý bùn thải công nghiệp. 43

1.4.5. Cố định bùn thải bằng xi măng.45

1.4.6. Polyme – bê tông hóa rắn bùn thải. 52

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU58

2.1. Hóa chất thiết bị sử dụng. 58

2.1.1. Hóa chất.58

2.1.2. Dụng cụ, thiết bị. 58

2.2. Phương pháp thực nghiệm và nội dung nghiên cứu. 60

2.2.1. Phương pháp thực nghiệm. 60

2.2.1.1. Tổng hợp polyme.60

2.2.1.2. Xác định hiệu suất chuyển hóa thành copolyme bằng phương pháp kếttủa.61

2.2.1.3. Xác định hiệu suất chuyển hóa tổng theo phương pháp chuẩn độ nối đôi

.622.2.1.4. Xác định thành phần copolyme bằng phương pháp phân tích nguyên tố.64

2.2.1.5. Phương pháp xác định hằng số đồng trùng hợp bằng phương pháp

Kelen- Tudos.65v

2.2.1.6. Xác định hàm lượng nhóm chức trong PHA. 67

2.2.1.7. Xác định cường độ nén của viên gạch:. 68

2.2.1.8. Xác định cường độ uốn:. 69

2.2.1.9. Xác định độ hấp thụ nước của viên gạch:. 70

2.2.1.10. Xác định hàm lượng kim loại nặng bị thôi nhiễm. 70

2.2.2. Phương pháp nghiên cứu. 71

2.2.2.1. Nghiên cứu tổng hợp và tính chất copolyme (VP-AM). 71

2.2.2.2. Nghiên cứu tổng hợp và tính chất copolyme (VP-DMAm). 72

2.2.2.3. Nghiên cứu tổng hợp và tính chất của poly hydroxamic axit (PHA).72

2.2.2.4. Nghiên cứu khả năng cố định một số ion kim loại nặng bằng polyme. 73

2.2.2.5. Nghiên cứu quá trình đóng rắn bùn thải bằng xi măng kết hợp với

polyme.74

2.2.2.6. Nghiên cứu lựa chọn đơn phối liệu chế tạo gạch không nung ở quy mô

phòng thí nghiệm. 75

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ THẢO LUẬN. 76

3.1. Nghiên cứu tổng hợp và tính chất copolyme (VP-AM). 76

3.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố lên quá trình đồng trùng hợp VP và

AM bằng phương pháp trùng hợp dung dịch.76

3.1.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng.76

3.1.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào. 77

3.1.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ monome. 78

3.1.2. Xác định hằng số đồng trùng hợp VP và AM. 80

3.1.3. Đặc trưng tính chất sản phẩm copolyme (VP-AM). 82

3.1.3.1. Phổ hồng ngoại FTIR copolyme (VP-AM).82

3.1.3.2. Nhiệt vi sai quét (DSC) của copolyme (VP-AM).84

3.1.3.3. Phân tích nhiệt trọng lượng TGA của copolyme (VP-AM). 85vi

3.1.3.4. Nghiên cứu hình thái học bề mặt sản phẩm (VP-AM). 86

3.2. Nghiên cứu tổng hợp và tính chất copolyme (VP-DMAm). 88

3.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố lên quá trình đồng trùng hợp VP và

DMAm bằng phương pháp trùng hợp dung dịch.88

3.2.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng.88

3.2.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào. 89

3.2.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ monome. 90

3.2.2. Xác định hằng số đồng trùng hợp VP và DMAm. 92

3.2.3. Đặc trưng tính chất sản phẩm copolyme (VP-DMAm). 94

3.2.3.1. Phổ hồng ngoại FTIR copolyme (VP-DMAm). 94

3.2.3.2. Nhiệt vi sai quét (DSC) của copolyme (VP-DMAm).96

3.2.3.3. Phân tích nhiệt trọng lượng TGA của copolyme (VP-DMAm). 97

3.2.3.4. Nghiên cứu hình thái học bề mặt sản phẩm (VP-DMAm). 98

3.3. Nghiên cứu tổng hợp và tính chất polyme (PHA). 100

3.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố lên quá trình tổng hợp PHA từ

phản ứng của PAM với hydroxylamin.100

3.3.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng.100

3.3.1.2. Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng nhóm chức.101

3.3.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ NH2OH.HCl đến hàm lượng nhóm chức.101

3.3.2. Đặc trưng tính chất sản phẩm PHA. 102

3.3.2.1. Phổ hồng ngoại FTIR polyme PHA.102

3.3.2.2. Nhiệt vi sai quét (DSC) của polyme PHA. 104

3.3.2.3. Phân tích nhiệt trọng lượng TGA của copolyme. 105

3.3.2.4. Nghiên cứu hình thái học bề mặt sản phẩm PHA.106vii

3.4. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng cố định của polyme với ion

kim loại. 107

3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian.107

3.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH.109

3.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ polyme. 112

3.5. Nghiên cứu quá trình đóng rắn bùn thải công nghiệp kết hợp xi măng và

polyme.115

3.5.1. Nghiên cứu tính chất cơ lý và độ hấp thụ nước từ tổ hợp bùn thải – xi

măng – polyme. 118

3.5.2. Nghiên cứu khả năng thôi nhiễm kim loại nặng từ tổ hợp bùn thải – xi

măng – polyme. 120

3.6. Nghiên cứu lựa chọn đơn phối liệu cho quá trình sản xuất gạch không nung

từ bùn thải công nghiệp, xi măng, cát và copolyme VP-DMAm. 123

3.6.1. Thay đổi tỉ lệ phối trộn bùn thải, cát (cố định hàm lượng xi măng). 123

3.6.2. Thay đổi tỉ lệ phối trộn copolyme (cố định tỷ lệ bùn/cát là 1/1).125

3.6.3. Khả năng thôi nhiễm kim loại nặng từ gạch không nung chế tạo từ bùn thải,

cát, xi măng và copolyme VP-DMAm. 126

KẾT LUẬN CHUNG.129

NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN.131

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬNÁN ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ.132

TÀI LIỆU THAM KHẢO.133

PHỤ LỤC.143