Nghiên cứu quy trình tổng hợp erlotinib hydrochloride

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-----------------

Đoàn Văn Hưởng

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU HẤP THỤ HƠI Hg TRÊN
CƠ SỞ BIẾN TÍNH THAN HOẠT TÍNH TRÀ BẮC VỚI LƯU HUỲNH

Chuyên ngành: Hóa Môi trường
Mã số:60.44.41

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015


Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đỗ Quang Trung
TS. Chu Xuân Quang

Phản biện 1: TS. Phương Thảo
Phản biện 2: PGS.TS Đỗ Khắc Uẩn

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sỹ họp
tại: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN. Vào hồi 8 giờ
ngày 31 tháng 12 năm 2015

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin - Thư viện ĐHGQ


MỞ ĐẦU
Ô nhiễm hơi thủy ngân trong môi trường không khí hiện đang là vấn đề quan
tâm của nhiều quốc gia trên thế giới, không chỉ bởi kim loại này có độc tính cao mà
hàng ngày con người đang đưa vào khí quyển một lượng thủy ngân khổng lồ thông
qua việc đốt các loại nhiên liệu hóa thạch, rác thải và các hoạt động công nghiệp khác.
Có nhiều phương pháp để kiểm soát hơi thủy ngân phát thải vào không khí,
nhưng xử lý thủy ngân tại nguồn là một phương pháp hiệu quả.
Than hoạt tính được mang lên bề mặt một số như nguyên tố lưu huỳnh hay
halogen có thể tăng khả năng hấp phụ thủy ngân và kiểm soát tốt sự phát tán của
chúng vào môi trường.
Do vậy, đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp phụ hơi Hg trên cơ sở biến
tính than hoạt tính Trà Bắc với lưu huỳnh” góp phần nghiên cứu, chế tạo ra loại vật
liệu phù hợp hấp phụ hơi thủy ngân trên cơ sở các nguồn nguyên liệu sẵn có trong
nước.

1


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.

Tính chất và độc tính của thủy ngân

Tính chất
- Thủy ngân là kim loại màu trắng bạc, có nhiệt độ nóng chảy thấp -38,86˚C và nhiệt
độ sôi cao 356,66˚C. Thủy ngân dễ bay hơi, trong pha hơi có chứa các nguyên tử thủy
ngân. Ở 20˚C, áp suất hơi bão hòa của thủy ngân là 1,3x10-3 mmHg. [4]

- Về mặt hóa học:
+ Thủy ngân tương đối trơ; nó không tác dụng với oxy ở nhiệt độ thường, tác động rõ
rệt tại 300˚C tạo ra HgO và ở 400˚C oxit đó lại phân hủy cho ra thủy ngân nguyên tố.
+ Thủy ngân tác dụng với lưu huỳnh và iôt dễ dàng ở nhiệt độ thường nên người ta
thường dùng lưu huỳnh ở dạng bột mịn để thu gom các hạt thủy ngân.
Độc Tính
Ở dạng kim loại lỏng, thủy ngân tương đối trơ, không độc.. Khi hít phải hơi thủy ngân,
nó sẽ được dẫn truyền lên não nhờ máu và gây ra phá hủy nghiêm trọng đối với hệ
thần kinh trung ương. Độc tính chủ yếu của thủy ngân là phá hủy màng tế bào, đặc biệt
đối với các tế bào trong hệ thần kinh [3]
1.2.

Các nguồn phát thải hơi thủy ngân

1.2.1. Khai thác và sử dụng than đá
Việc sử dụng một lượng lớn than đá làm chất đốt trong các nhà máy nhiệt điện,
các hoạt động công nghiệp hay sinh hoạt đã làm phát thải vào môi trường không khí
475 tấn thuỷ ngân (theo thống kê năm 2010); trong khi đó, quá trình đốt các loại nhiên
liệu hoá thạch khác phát thải khoảng 10 tấn thuỷ ngân vào môi trường không khí.[5;9]
1.2.2. Sản xuất và thải bỏ bóng đèn huỳnh quang
Bên cạnh nguồn gây ô nhiễm từ các nhà máy nhiệt điện, việc sử dụng và thải bỏ
các loại đèn huỳnh quang cũng là nguồn phát thải thủy ngân chủ yếu vào môi trường
không khí.
Hàm lượng thủy ngân trong đèn huỳnh quang được chế tạo trước năm 1992 là >
40mg trong bóng 120cm và > 30 mg trong bóng 60cm, các con số này lần lượt giảm
xuống < 21mg và <10mg trước năm 1997.
.
2

1.2.3. Đốt rác thải y tế, rác thải sinh hoạt
Theo thống kê của EPA (Environmental Protection Agency), lượng thủy ngân
phát thải vào không khí ở Mỹ từ các hoạt động đốt chất thải nguy hại chiếm: 4,0%, lò
đốt chất thải bệnh viện: 11,0%, lò đốt chất thải đô thị: 18,5% .
1.2.4. Một số hoạt động khác
- Quá trình khái thác và thu hồi vàng, đặc biệt là ở khu vực khai thác tư nhân với quy
mô nhỏ và vừa.
- Quá trình hoạt động của ngành công nghiệp sản xuất xi măng.
- Công nghiệp sản xuất xút-clo.
- Sản xuất monome vinyl clorua cũng tiêu thụ một lượng lớn thuỷ ngân clorua và ngày
càng tăng, đặc biệt ở Trung Quốc.
- Sự ứng dụng của thủy ngân trong nha khoa.
1.3. Hiện trạng ô nhiễm hơi thủy ngân ở Việt Nam
- Hiện nay, ở Việt Nam phương pháp thiêu đốt vẫn được sử dụng rất phổ biến để xử lý
rác thải. Ưu điểm của phương pháp là xử lý nhanh, giảm được đáng kể thể tích chất
thải, tuy nhiên việc đốt các chất thải nguy hại lại phát sinh ra các khí độc như SO2,
NOx, HCl, Hg, CO…
- Theo kết quả nghiên cứu, điều tra, khảo sát tại một số cơ sở, nhà máy xử lý chất thải
tại Hà Nội và khu vực lân cận của nhóm nghiên cứu thuộc Trường Đại học Khoa học
Tự nhiên và Viện Công nghệ Môi trường, hàm lượng hơi thủy ngân trong không khí
xung quanh một số nhà máy xử lý chất thải từ 0.05- 0.2μgHg/Nm3, khí thải từ lò đốt
chất thải y tế từ 0.236-0.354 μgHg/Nm3.
1.4. Tổng quan về một số vật liệu hấp phụ hơi Hg
1.4.1. Vật liệu hấp phụ hơi thủy ngân trên cơ sở biến tính than hoạt tính
Đặc điểm quan trọng và ưu việt nhất của than hoạt tính là diện tích bề mặt lớn
và có thể biến tính thích hợp để thay đổi đặc tính hấp phụ và làm cho than trở nên
thích hợp hơn trong các ứng dụng đặc biệt.
Than hoạt tính biến tính bằng các hợp chất của lưu huỳnh
- Mang lưu huỳnh lên trên bề mặt than hoạt tính qua phản ứng giữa lưu huỳnh nguyên
tố và bề mặt than ở nhiệt độ cao.

- Than hoạt tính mang lưu huỳnh lên bề mặt bằng con đường biến tính với các hợp
chất của lưu huỳnh như: H2S, SO2, Dithizone…
3


Than hoạt tính biến tính bằng các hợp chất halogenua
- Than hoạt tính biến tính bằng hợp chất clorua như: ZnCl2, CuCl2...
- Than hoạt tính biến tính bằng bromua.
- Than hoạt tính biến tính bằng iodua
1.4.2. Các vật liệu hấp phụ hơi thủy ngân khác
- Vật liệu nano có TiO2.
- Vật liệu hấp phụ nền boxit
- Vật liệu nền đất sét
- Vật liệu nền sắt oxit
- Vật liệu hấp phụ nền zeolit

4


Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM
2.1. Hóa chất dụng cụ và nguyên vật liệu
2.1.1. Hóa chất, dụng cụ
Các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu là các hoác chất tinh khiết hoặc được pha từ
hóa chất tinh khiết như:
- Lưu huỳnh nguyên tố, Thủy ngân kim loại
- Dung dịch HgCl2 1g/l, Dung dịch KMnO4 0,1N, Dung dịch EDTA 0,1N, Dung dịch
KSCN 0,1N, Dung dịch H2SO4 (1:1), Dung dịch gốc Dithizone, Dung dịch
hydroxinamin hydrochloride HONH2HCl và một số hóa chất thí nghiện khác
Thiết bị, dụng cụ sử dụng trong nghiên cứu:
- Cân phân tích AHAU - PA214

- Máy đo quang Spectroquant Nova 30
- Máy đo pH – Hanna - HI1217
- Máy lọc hút chân không, máy lắc, tủ sấy, lò nung và dụng cụ trong phòng thí nghiệm
2.1.2. Nguyên vật liệu
- Than hoạt tính Trà Bắc có kích thước hạt 0.5 – 1mm được xử lý loại bỏ các
tạp chất bằng cách ngâm lần lượt trong các dung dịch NaOH, HCl sau đó rửa sạch
bằng nước deion đến pH trung tính. Than sau khi rửa sạch được sấy khô làm nguyên
liệu chế tạo vật liệu biến tính. (Vật liệu AC0)
- Than hoạt tính biến tính bằng dung dịch CS2 : 10g than được ngâm trong 100ml dung
dịch CS2 1% (dung môi C2H5OH) thời gian 24 giờ. Sau thời gian ngâm tẩm CS2, làm
khô than trong tủ sấy hút chân không. (Vật liệu AC-CS2)
- Than hoạt tính biến tính bằng dung dịch Methylene blue: 10g than được ngâm, lắc
với 100ml dung dịch Methylene blue 1% pha trong nước cất trong 24 giờ. Sau đó than
được lọc và sấy trong tủ chân không đến khô. (Vật liệu AC-M)
- Than hoạt tính biến tính bằng dung dịch Natri thiosunphat:10g than được ngâm, lắc
với 100ml dung dịch Natri thiosunphat 1% trong 24 giờ. Sau đó than được lọc và sấy
trong tủ chân không đến khô. (Vật liệu AC-T)
- Than hoạt tính biến tính bằng dung dịch dithizone:10g than được ngâm lắc với 100ml
dung dịch dithizone 1% (trong dung môi CHCl3) trong 24 giờ. Sau đó than được lọc và
sấy trong tủ chân không đến khô.(Vật liệu AC-D)
- Than hoạt tính biến tính bằng lưu huỳnh nguyên tố: 0g than trộn đều với 1g bột lưu
huỳnh sau đó đưa vào bình kín và nung ở nhiệt độ 500oC trong 2 giờ. (Vật liệu AC-S)
- Cát thạch anh được lựa chọn để làm chất độn với các vật liệu hấp phụ có đường kính
hạt 0,5 – 1,18 mm. Cát được rửa sạch, ngâm trong HCl 1 M trong thời gian 3 giờ, sau
đó được rửa sạch bằng nước cất và sấy khô ở nhiệt độ 100-110⁰C.
5


2.2. Thiết bị nghiên cứu hấp phụ hơi thủy ngân
Thiết bị nghiên cứu hấp phụ hơi thủy ngân sử dụng trong luận văn là sản phẩm

thuộc đề tài “Nghiên cứu xử lý hiệu quả hơi thủy ngân tại các lò đốt rác, cơ sở xử lý,
tái chế các loại bóng đèn huỳnh quang, đèn cao áp có chứa thủy ngân bằng các vật liệu
biến tính có dung lượng hấp phụ cao” Mã số: KC.08.15/11-15. (hình 2.2). Cấu tạo của
thiết bị bao gồm:
1. Hệ thống sinh hơi Hg ổn định và kiểm soát được nồng độ;
2. Hệ thống khí mang hơi Hg tới các thiết bị hấp phụ/hấp thụ (bao gồm bộ làm
khô không khí, máy hút/thổi khí, buồng điều nhiệt chính xác tới ±0,1oC);
3. Hệ thống điều chỉnh tốc độ/lưu lượng khí một cách chính xác;
4. Hệ thống các thiết bị phụ trợ nghiên cứu khả năng hấp phụ hơi Hg của các vật
liệu nghiên cứu (bao gồm bộ cân bằng nhiệt, cột hấp phụ, bộ trộn khí);
5. Hệ thống hấp thụ cố định hoàn toàn hơi Hg trước và sau hấp phụ để phân tích
Hg và đánh giá khả năng hấp phụ của các vật liệu nghiên cứu;
6. Hệ thống phụ trợ nghiên cứu ảnh hưởng của các khí khác đến quá trình hấp
phụ hơi Hg;
7. Hệ thống bảo hiểm an toàn hơi Hg trong khi thao tác thí nghiệm;
8. Các thiết bị và dụng cụ phụ trợ khác.
2 sử dụng
bom khí

Đo và ĐC lưu
lượng khí

Buồng điều nhiệt

Khí thải ra
ngoài

Van ba
thông
Hộp hút

ẩm

Ống hóa
hơi Hg

Bộ
trộn
khí

Ống hấp thụ
hơi Hg

Ống hấp
phụ hơi
Hg

Bình chặn
hơi Hg

Máy bơm
hút

Hộp điều
khiển

Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống thiết bị nghiên cứu hấp phụ hơi Hg
2.3. Thiết bị xử lý khí thải lò đốt rác quy mô 3-5m3/giờ
Thiết bị xử lý khí thải lò đốt rác quy mô 3-5m3/giờ là sản phẩm nghiên cứu
thuộc đề tài KC.08.15/11-15. (hình 2.3). Thiết bị hoạt động trên nguyên lý như sau:
6

Khí thải sau xử lý từ hệ thống thiết bị xử lý thông thường của lò đốt rác thải
được dẫn vào tháp đệm ướt 1, tại đây nước hoặc dung dịch xử lý bổ sung được bơm từ
thùng chứa 7 phun thành những hạt nhỏ tạo điều kiện tiếp xúc tốt nhất giữa pha khí và
pha lỏng. Lưu lượng kế lỏng được lắp trên đường dẫn để điều chỉnh dòng dung dịch
vào tháp đệm ướt. Khí thải tiếp tục được dẫn vào một trong hai cột hấp phụ 2 và 3, tại
đây hơi Hg sẽ bị giữ lại trên cột hấp phụ. khí thải sau khi được xử lí sẽ được thải ra
ngoài môi trường. Toàn bộ hệ thống được tạo áp suất âm bằng quạt hút 4. Dung dịch
kiềm ở thùng chứa 7 được pha bằng nước công nghiệp từ thùng chứa 8 với kiềm từ
thùng chứa 9.
18

7

91

6

Khí
vào

2
1

1

3
1

4

5
Khí

ra
Bùn

Hình 2.2. Sơ đồ thiết bị hấp phụ hơi thủy ngân công suất 3-5m3/giờ
Trong đó:1: Tháp đệm ướt; 2, 3: Các tháp hấp phụ; 4: Bơm hút khí; 5: Lưu lượng kế
khí; 6: Lưu lượng kế lỏng, 7: Thùng chứa dung dịch kiềm; 8. Bể chứa nước công
nghiệp; 9: Bể chứa kiềm

Hình 2.3. Pilot xử lý hơi thủ ngân đặt tại khu vực đốt rác huyện Lương Sơn – Hòa
Bình thuộc chi nhánh Công ty TNHH đầu tư thương mại Hoàng Long
7


2.4 Các phƣơng pháp xác định hơi Hg
Để xác định hơi thủy ngân trong quá trình nghiên cứu, hơi thủy ngân được hấp
thụ vào dung dịch và chuyển sang dạng ion Hg2+. Thủy ngân sau khi được hấp thụ và
cố định trong dung dịch 0,1N KMnO4 pha trong 1,0M HNO3 sẽ được xử lý khử hết
KMnO4 bằng một trong các chất khử như hydroxylamine, axit ascorbic hay H2O2 và
phân tích bằng một trong các phương pháp sau:
2.4.1. Phương pháp trắc quang với thuốc thử dithizon
Trong các nghiên cứu này, dung dịch mẫu không có hoặc có không đáng kể các
ion như vàng, bạc, đồng…; cho nên không cần sử dụng các tác nhân loại trừ các ion
cản trở. Dung dịch mẫu phân tích được chỉnh về pH 4 – 5 bằng dung dịch đệm axetat;
sau đó thủy ngân được chiết bằng dung dịch dithizon 0,001% trong CCl4. Sau khi tách
khỏi pha nước, pha hữu cơ được đem so màu ở bước sóng 500 nm. Nồng độ thủy ngân

trong dung dịch được xác định bằng phương pháp đường chuẩn.
2.4.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử bay hơi lạnh
Các máy hấp thụ nguyên tử có trang bị bộ hóa hơi lạnh (AAS-CVG) đều có thể
sử dụng để phân tích thủy ngân. Quy trình phân tích đã được chỉ dẫn trong tài liệu đi
kèm với máy.
Mẫu phân tích sau khi khử toàn bộ KMnO4 dư về Mn2+ được đưa vào bộ hóa
hơi lạnh, sử dụng Sn2+ để khử Hg2+ về Hg0; sau đó dòng khí mang trơ sẽ được sục qua
dung dịch để cuốn hơi thủy ngân dẫn vào cuvet đo hấp thụ Hg. Nồng độ Hg trong
dung dịch được xác định thông qua đường chuẩn hoặc theo phương pháp thêm chuẩn.
Nồng độ thủy ngân trong dòng khí cần đo được xác định giống như công thức ở phần
trên.
2.5. Xác định đặc trƣng của vật liệu
- Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM – Scanning Electronic Microscopy)
- Đo phổ hồng ngoại (IR)
- Xác định diện tích bề mặt riêng

8


CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Đánh giá, lựa chọn vật liệu biến tính phù hợp hấp phụ xử lý hơi thủy ngân
3.1.1. Khảo sát khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của một số vật liệu chưa biến tính
Chúng tôi tiến hành khảo sát với các vật liệu: Than hoạt tính Trà Bắc, quặng
pyroluzit, laterit và pyrit. Qui trình nghiên cứu được thực hiện như sau:
 Các vật liệu được nghiền, rây để có kích thước từ 0,5 – 1mm, rửa sạch bằng nước
deion và sấy khô.
 Cân mỗi loại vật liệu 1g, nhồi vào cột hấp phụ của thiết bị nghiên cứu.
o
 Tiến hành hấp phụ hơi Hg tại các nhiệt độ 30 C với tốc độ dòng khí mang 0,5
lít/phút, nồng độ hơi Hg là 32,267mg/m3, thời gian hấp phụ trong 4 giờ.

Các kết quả thử nghiệm được trình bày trong bảng 3.1.
Bảng 3.1. Khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của vật liệu chưa biến tính ở 30oC
STT

Loại vật liệu

m0

mt

q(mg/g)

1

Than Trà Bắc

3,872

2,960

0,912

2

Pyroluzit

3,872

3,220

0,652

3

Laterit

3,872

3,449

0,423

4

Pyrit

3,872

3,197

0,675

Các kết quả thực nghiệm cho thấy than hoạt tính có khả năng hấp phụ hơi Hg
tốt nhất trong số các vật liệu khảo sát.
3.1.2. Khảo sát khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của than biến tính bằng lưu huỳnh
và một số hợp chất có lưu huỳnh
1g vật liệu biến tính ở trên (mục 2.1.2) được nhồi vào cột hấp phụ. Điều kiện
nghiên cứu tượng tự mục 3.1.1. Kết quả nghiên cứu được trình bày trong bảng 3.2.
Bảng 3.2. Khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của than biến tính bằng
lưu huỳnh nguyên tố và một số hợp chất có lưu huỳnh

STT

Loại vật liệu

m0

mt

q(mg/g)

1

AC-CS2

3,872

2,307

1,835

2

AC-M

3,872

1,225

2,647

3

AC-T

3,872

1,329

2,543

4

AC-D

3,872

1,259

2,613

5

AC-S
3,872
0,654
3,218
Từ các kết quả thu được ở trên có thể thấy rằng, than biến tính bằng lưu huỳnh

nguyên tố cho khả năng hấp phụ hơi thủy ngân tốt hơn.
9

3.2. Nghiên cứu biến tính than hoạt tính bằng lƣu huỳnh nguyên tố
3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng lưu huỳnh đến khả năng hấp phụ của
vật liệu
Than hoạt tính Trà Bắc (chuẩn bị như mục 2.1.2) được trộn với lưu huỳnh theo
các tỷ lệ 1%; 3%; 5%; 10%; 20%; 30% và 40%. Sau đó nung ở nhiệt độ 500oC trong 2
giờ. Các mẫu nghiên cứu được ký hiệu lần lượt là AC-S1, AC-S3; AC-S5; AC-S10;
AC-S20; AC-S30 và AC-S40. Sau đó lấy 1g vật liệu tương ứng nhồi vào cột hấp phụ.
Điều kiện khả sát tương tự như các mục trên.
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng lưu huỳnh đến khả năng hấp phụ
hơi thủy ngân của vật liệu
STT

Mẫu

m0 (mg)

mt (mg)

q(mg/g)

1

AC-S1

3,872

1,118

2,754

2

AC-S3

3,872

0,435

3,437

3

AC-S5

3,872

0,404

3,468

4

AC-S10

3,872

0,645

3,227

5

AC-S20

3,872

0,930

2,942

6

AC-S30

3,872

1,467

2,405

Từ các kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng lưu huỳnh cho thấy, khả
năng hấp phụ của vật liệu có xu hướng tăng khi tăng hàm lượng lưu huỳnh tăng từ 15% , và có xu hướng giảm khi hàm lượng lưu huỳnh tiếp tục tăng từ 10-40%.
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến quá trình chế tạo vật liệu
Trên cơ sở các số liệu thu được ở mục 3.3.1, chúng tôi lựa chọn 2 vật liệu có
khả năng hấp phụ cao nhất là AC-S3 và AC-S5 để sử dụng trong nghiên cứu này.
Các mẫu than được trộn với bột lưu huỳnh theo tỉ lệ 3% và 5% sau đó được
nung ở nhiệt độ từ 400oC đến 800oC trong 2 giờ. Vật liệu sau đó được tiến hành đánh
giá khả năng hấp phụ. Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong bảng 3.4, 3.5.

Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến dung lượng hấp phụ của vật liệu AC-S3
STT

Mẫu vật liệu

m0 (mg)

mt (mg)

q (mg/g)

1

AC-S3-400

3,872

0,768

3,104

2

AC-S3-500

3,872

0,432

3,440

3

AC-S3-600

3,872

0,826

3,046

4

AC-S3-700

3,872

0,990

2,882

5

AC-S3-800

3,872

0,911

2,961

10


Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến dung lượng hấp phụ của vật liệu AC-S5
STT

Mẫu vật liệu

m0 (mg)

mt (mg)

q (mg/g)

1

AC-S5-400

3,872

0,566

3,306

2

AC-S5-500

3,872

0,406

3,466

3

AC-S5-600

3,872

0,435

3,437

4

AC-S5-700

3,872

0,448

3,424

5

AC-S5-800

3,872

0,451

3,421

Từ các kết quả thu được có thể thấy, nhiệt độ nung có ảnh hưởng mạnh mẽ đến
khả năng lưu giữ của lưu huỳnh trên bề mặt than: Khi tăng nhiệt độ từ 400oC lên
500oC thì khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của vật liệu cũng tăng lên nhưng tiếp tục
tăng nhiệt độ hấp đến 600oC, 700oC, 800oC thì khả năng hấp phụ hơi trên bề có xu
hướng giảm.
Qua đây có thể kết luận rằng, đối với phương pháp chế tạo vật liệu biến tính
than bằng lưu huỳnh mà nhóm nghiên cứu thì nhiệt độ nung thích hợp là 500oC.
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nung vật liệu
Để lựa chọn thời gian hấp phù hợp cho quá trình biến tính vật liệu than hoạt
tính với lưu huỳnh chúng tôi tiến hành như sau: các mẫu than hoạt tính được trộn đều
với 5% lưu huỳnh sau đó hấp ở 500oC, thời gian hấp lần lượt là 0.5; 1; 2; 3; 4 và 5 giờ.
Quy trình đánh giá khả năng hấp phụ hơi thủy của vật liệu được tiến hành tương tự
như các thí nghiệm ở trên. Kết quả thí nghiệm được trình bày trong bảng 3.6.
Các số liệu thu được ở trên cho thấy thời gian nung có ảnh hưởng đến quá trình
chế tạo vật liệu. Khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của vật liệu tăng dần khi thời gian
hấp tăng từ 0,5 giờ đến 3 giờ, tuy nhiên, tiếp tục kéo dài thời gian nung thì khả năng
hấp phụ hơi thủy ngân của vật liệu có xu hướng giảm.
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của thời gian nung đến khả năng hấp phụ của vật liệu AC-S5
STT

Mẫu vật liệu

m0 (mg)

mt (mg)

q (mg/g)

1

AC-S5-0.5

3,872

1,004

2,868

2

AC-S5-1

3,872

0,790

3,082

3

AC-S5-2

3,872

0,445

3,427

4

AC-S5-3

3,872

0,441

3,431

5

AC-S5-4

3,872

0,465

3,407

6

AC-S5-5

3,872

0,538

3,334

11


Như vậy với tỉ lệ phối trộn là 5% lưu huỳnh và nhiệt độ hấp là 500oC thì thời
gian hấp vật liệu thích hợp là 2 đến 3 giờ. Nghiên cứu tiếp theo chúng tôi thực hiện với
vật liệu được chế tạo theo quy trình của vật liệu AC-S5-2.
3.2.4. Đánh giá khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của vật liệu AC-S5-2
a. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ
Quá trình hấp phụ được thực hiện ở nhiệt độ lần lượt là 300C, 400C, 500C, 600C,
700C và 800C. Kết quả nghiên cứu được trình bày trong bảng 37.
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của vật liệu
STT

Nhiệt độ

m0 (mg)

mt (mg)

q (mg/g)

1

300C

3,872

0,450

3,426

2

400C

3,872

0,446

3,422

3

0

50 C

3,872

0,449

3,423

4

600C

3,872

0,453

3,419

5

700C

3,872

0,447

3,420

6
800C
3,872
0,461
3,411
0
Kết quả thu được cho thấy khi thay đổi nhiệt độ hấp phụ từ 30 C đến 800C thì
khả năng hấp hơi thủy ngân của vật liệu suy giảm không đáng kể, điều này cho thấy
hơi thủy ngân được bắt giữ khá tốt trên vật trong khoảng nhiệt độ nghiên cứu.
b. Đánh giá dung lượng hấp phụ cân bằng động của vật liệu
Nghiên cứu xác định dung lượng hấp phụ cân bằng của vật liệu với 1g vật liệu,
lưu lượng dòng khí là 0,5 L/phút. Quá trình hấp phụ được thực hiện ở nhiệt độ 300C,
nồng độ hơi là 32,267mg/m3. Kết quả nghiên cứu được trình bày trong bảng 3.8.
Bảng 3.8. Kết quả xác định dụng lượng hấp phụ cân bằng của vật liệu

Thời gian
(giờ)

∑mo(mg)

∑mt (mg)

∑( m0- mt) (mg/g)

2

1,936

0,173

1,763

4

3,872

0,439

3,433

6

5,808

0,723

5,085

8

7,744

1,511

6,233

10

9,680

2,025

7,655

12

11,616

2,898

8,718

14

13,552

3,814

9,738

12


16

15,488

4,726

10,762

18

17,424

5,725

11,699

20

19,360

6,886

12,474

22

21,296

7,911

13,385

24

23,232

9,632

13,600

26

25,168

11,223

13,945

28

27,104

13,063

14,041

30

29,040

14,986

14,054

32
30,976
16,923
14,053
Từ các kết quả thu được trong bảng có thể thấy với điều kiện nghiên cứu như đã
trình bày ở trên, sau 32 giờ thì nồng thủy ngân đầu ra tương đương với đầu vào. Dung
lượng hấp phụ cân bằng động của vật liệu là 14,053mg/g.
3.3. Xác định một số đặc trƣng vật liệu
Bề mặt riêng của vật liệu BET
Diện tích bề mặt của than được xác định bằng sự hấp phụ khí N2. Đường hấp
phụ đẳng nhiệt của N2 được xác định ở vùng áp suất tương đối từ 0 tới 1 và ở nhiệt độ
77,35K. Diện tích bề mặt được xác định từ đồ thị BET trong vùng áp suất tương đối từ
0 – 0,3.

Hình 3.1; 3.2 và 3.3 là kết quả do BET của 3 mẫu than hoạt tính nguyên
khai và than hoạt tính biến tính bằng lưu huỳnh nguyên tố 5% (AC-S5-2) và
than biến lưu huỳnh nguyên tố 30% (AC-S30-2).

Hình 3.1. Đồ thị tọa độ BET của than chưa biến tính
13


Hình 3.2. Đồ thị tọa độ BET của vật liệu AC-S5-2

Hình 3.3. Đồ thị tọa độ BET của vật liệu AC-S30-2

Từ đồ thị BET tính được diện tích bề mặt của than hoạt tính là 853.4773
m²/g, còn đối với than biến tính bằng lưu huỳnh nguyên tố 5% là 556,0400 m²/g
và của than biến lưu huỳnh nguyên tố 30% là 43.2032 m²/g. Kết quả cho thấy
diện tích bề mặt của than bị giảm đi đáng kể khi biến tính và đặc biệt giảm
nhanh chóng khi tăng hàm lượng từ 5% đến 30%.
Phổ IR và ảnh SEM của vật liệu

14


Hình.3.4. Phổ hồng ngoại của than trước khi biến tính

Hình 3.5. Phổ hồng ngoại của vật liệu AC-S5-2
Qua biểu đồ phổ IR nhận thấy dao động C=S không xuất hiện một cách rõ ràng,
nên trong trường hợp này có thể lưu huỳnh chỉ bám trên than hoạt tính mà không tạo
liên kết.

Hình 3.6. Ảnh SEM của than chưa biến tính và của vật liệu AC-S5-2
15


Trên hình ảnh chụp SEM thu được trong hình 3.6, chúng ta có thể nhận thấy

những hạt lưu huỳnh xuất hiện trên bề mặt vật liệu biến tính một cách khá đồng đều,
trong khi ở than hoạt tính chưa biến tính không có.
3.4. Bƣớc đầu sử dụng vật liệu AC-S5-2 vào mô hình thiết bị xử lý khí thải lò đốt
rác quy mô 3-5m3/giờ.
Trước khi thử nghiệm xử lý hơi thủy ngân trên thết bị, chúng tôi tiến hành đo,
các định nồng độ hơi thủy ngân trong khí thải lò đốt với từng đối tượng rác thải khác
nhau sau khi qua hệ thống xử lý thông thường của công ty. Kết quả thu được thể hiện
trong bảng 3.9.
Bảng 3.9. Nồng độ Hg trong khí thải của lò đốt rác sau hệ thống xử lý thông thường
Nồng độ Hg

Nồng độ Hg theo

(mg/m3)

QCVN 30:2012BTNMT

Mẫu

Loại rác thải

M1

Sinh hoạt

KPH

M2

Sinh hoạt

KPH

M3

Sinh hoạt

KPH

M4

Sinh hoạt

KPH

M5

Sinh hoạt + Y tế

0,53

M6

Sinh hoạt + Y tế

0,44

M7

Sinh hoạt+ Thuốc

bảo vệ thực vật

0,44

Giá trị tối đa cho
Giá trị tối đa
phép loại A
cho phép loại B
0,5 mg/Nm3

0,2 mg/Nm3

Ghi chú:
- KPH: là nồng độ của chỉ tiêu đo dưới giới hạn phát hiện của phương pháp đo (Hg:
AAS gián tiếp, Các khí khác đo bằng máy đo hiện trường).
Từ kết quả trên cho thấy hơi thủy ngân chỉ xuất hiện khi lò đốt rác thải sinh
hoạt cùng với rác thải y tế hay đốt thuốc bảo vệ thực vật. Nồng độ thủy ngân trong khí
thải trong khoảng 0,44 đến 0,53 mg/m3. Do vậy thiết bị xử lý hơi thủy ngân được vận
hành với khí thải khi lò đốt tiến hành đốt các loại rác thải cùng với rác thải y tế, thuốc
bảo vệ thực vật.
Kết quả thử nghiệm ở điều kiện thực tế tại lò đốt rác thải được thể hiện trên
bảng 3.10.

16


Bảng 3.10. Kết quả thử nghiệm thực tế của thiết bị xử lý hơi thủy ngân tại lò đốt rác
STT Mẫu

Nguồn rác thải

Lƣu lƣợng khí
3

Hg (mg/m3)

(m /h)
Đợt 1

M1

Sinh hoạt + Y tế

2,8

0,00

M2

Sinh hoạt + Y tế

3,3

0,00

M3

Y tế

3,4

0,00

M4

Sinh hoạt + Y tế

3,5

0,00

3,3

0,00

M5

Sinh hoạt+ Thuốc
bảo vệ thực vật

M6

Sinh hoạt + Y tế

2,8

0,00

M7

Sinh hoạt + Y tế

3,4

0,00

M8

Sinh hoạt

3,6

0,00

M9

Sinh hoạt+ Thuốc
bảo vệ thực vật

2,8

0,00

M10

Sinh hoạt + Y tế

3,1

0,00

Đợt 2
M1

Sinh hoạt

3,0

0,00

M2

Sinh hoạt + Y tế

2,9

0,00

M3

Sinh hoạt

2,7

0,00

M4

Sinh hoạt

3,4

0,00

M5

Sinh hoạt+ Thuốc
bảo vệ thực vật

2,8

0,00

M6

Sinh hoạt

3,7

0,00

M7

Sinh hoạt + Y tế

3,8

0,00

M8

Sinh hoạt

3,3

0,00

M9

Sinh hoạt + Y tế

3,2

0,00

M10

Sinh hoạt

3,1

0,00

Kết quả trên bảng 3.10. cho thấy dòng khí qua thiết bị xử lý hoàn toàn không
phát hiện thấy hơi thủy ngân; mặc dù khi nguồn rác thải đem đốt có rác thải y tế; thuốc
BVTV và thiết bị xử lý liên tục theo các ca đốt rác của lò đốt. Điều này cho thấy thiết
bị xử lý tốt và an toàn đối với hơi thủy ngân trong khí thải. Qua hai đợt thử nghiệm,
thiết bị hoạt động ổn định và không có sự cố về máy móc cũng như về vật liệu.

17

KẾT LUẬN
Trong quá trình thực hiện luận văn chúng tôi đã thu được những kết quả chính sau:
-

Đã khảo sát, đánh giá khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của một số loại nguyên
vật liệu cơ bản, sẵn có ở Việt Nam. Trên cơ sở đó lựa chọn được loại nguyên
liệu thích hợp là than hoạt tính Trà Bắc để tiến hành biến tính làm vật liệu hấp
phụ, xử lý hơi thủy ngân trong khí thải lò đốt rác.

-

Đã khảo sát, lựa chọn các điều kiện thích hợp để biến tính than hoạt tính Trà
Bắc với lưu huỳnh nguyên tố. Tỉ lệ phối trộn lưu huỳnh nguyên tố thích hợp là
3-5%, nhiệt độ nung 500oC, thời gian nung 2 giờ.

-

Đánh giá khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của vật liệu chế tạo được. Các kết
quả cho thấy khả năng hấp phụ hơi thủy ngân của vật liệu AC-S5 tốt hơn gấp
nhiều lần so với than thông thường, với lưu lượng dòng khí là 0,5 L/phút, nhiệt
độ hấp phụ 300C, nồng độ hơi Hg là 32,267mg/m3 thời gian đạt cân bằng của

-

vật liệu là 32 giờ, dung lượng hấp phụ cân bằng động của vật liệu là
14,053mg/g.
Bước đầu khảo sát, thử nghiệm xử lý hơi thủy ngân trong khí thải lò đốt rác thải
của Công ty TNHH đầu từ thương mại Hoàng Long, kết quả cho thấy với nồng

độ hơi thủy ngân xác định được là trong khoảng 0,44 đến 0,53 mg/m3, thiết bị
đã xử lý được hoàn toàn lượng hơi thủy ngân trong khí thải. Qua nhiều đợt vận
hành thử nghiệm cũng cho thấy, thiết bị hoạt động ổn định và hiệu quả. Trên cơ
sở các kết quả này, có thể mở rộng quy mô thiết kế thiết bị xử lý lớn hơn áp
dụng cho caccs cơ sở đốt rác thải có tiềm ẩn hàm lượng thủy ngân cao như đốt
rác thải y tế hay xử lý thiêu đốt các loại thuốc bảo vệ thực vật hay các loại rác
thải khác.

18