Thạc Sĩ Nghiên cứu động học quá trình chuyển hóa bằng sắt, kẽm hóa trị không đối với 2,4,6-trinitrotoluen và

Luận án tiến sĩ năm 2011
Đề tài: Nghiên cứu động học quá trình chuyển hóa bằng sắt, kẽm hóa trị không đối với 2,4,6-trinitrotoluen và 2,4,6-trinitroresorxin


MỤC LỤC
CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT iv
DANH MỤC CÁC BẢNG . vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vii
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 4
1.1. Lý thuyết cơ bản về phản ứng khử các hợp chất hữu cơ bằng kim loại,
phản ứng Fenton, phản ứng kiểu Fenton dị thể 4
1.1. 1. Cơ chế phản ứng phân hủy một số hợp chất hữu cơ bằng kim loại . 4
1.1.2. Động học, cơ chế phản ứng khử các hợp chất hữu c ơ bằng kim loại 5
1.1.3. Cơ chế phản ứng Fenton 7
1.1.4. Cơ chế phản ứng chuy ển hóa theo phương pháp oxi hóa nâng cao ki ểu
Fenton . 8
1. 1. 5. Phương trình động học phản ứng dị thể . 13
1.2. Các yếu tố ảnh h ưởng đến tốc độ quá trình chuyển hóa một số hợp chất
hữu cơ bằng kim loại . 16
1.2.1. Ảnh hưởng của diện tích bề mặt tiếp xúc của kim loại 16
1. 2. 2. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu chất ô nhiễm 17
1.2.3. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy . 18
1.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ 18
1.2.5. Ảnh hưởng của pH dung dịch 18
1.2.6. Ảnh hưởng của H2O2 19
1.2.7. Ảnh hưởng của các ligan hữu cơ 20
1.3. Đặc điểm cấu tạo và tính chất cơ bản của hợp chất TNT , TNR 21
1.3.1. Đặc điểm cấu tạo của các hợp chất TNT, TNR . 21
1.3.2. Tính chất cơ bản của một số hợp chất nitro thơm 21
1.3.3. Độc tính của các hợp chất TNT, TNR . 23
1.4. Hiện trạng công nghệ xử lý chất thải chứa các hợp chất TNT, TNR 24
1. 4. 1. Các nguồn phát sinh chất thải chứa hợp chất TNT, TNR 24
1.4.2. Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải chứa các hợp chất TNT, TNR . 25
1.5. Kết luận phần tổng quan . 31
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP VÀ THỰC NGHIỆM 33
2.1. Đối tượng nghiên cứu 33
2.2. Thiết bị v à hóa ch ất . 33
2.2.1. Thiết bị 33
2.2.2. Hóa chất . 33
2.3. Các phương pháp nghiên cứu . 34
2.3.1. Phương pháp phân tích TNT, TNR 34
2.3.2. Phương pháp xử lý số liệu 39
2.4. Thực nghiệm 41
2.4.1. Chuẩn bị hóa chất 41
2.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến tốc độ chuyển hóa
TNT(TNR) trong hệ Fe0(Zn0)/NaCl 42
2.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến tốc độ chuyển hóa
TNT(TNR) trong hệ Fe0(Zn0)/O 2(kk) 43
2.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến tốc độ chuyển hóa
TNT(TNR) trong hệ Fe0(Zn0)/Ligan/O2(kk) 44
2.4.5. Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến tốc độ chuyển hóa
TNT(TNR) trong hệ Fe0/EDTA/H2O2/O 2(kk) . 45
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 47
3.1. Nghiên cứu đặc điểm quá trình chuyển hóa TNT(TNR) trong hệ
Fe0(Zn0)/NaCl . 47
3. 1. 1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa TNT(TNR) trong
hệ Fe0(Zn0)/NaCl 47
3.1.2. Tốc độ khoáng hóa . 60
3.1.3. Cơ chế chuyển hóa . 61
3. 2. Nghiên cứu đặc điểm quá trình chuyển hóa TNT và TNR trong hệ
Fe0(Zn0)/O2(kk) 69
3. 2. 1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuy ển hóa TNT và TNR trong
hệ Fe0(Zn0)/O2(kk) 69
3.2.2. Tốc độ khoáng hóa . 77
3. 3. Nghiên cứu đặc điểm quá trình chuyển hóa TNT(TNR) trong hệ
Fe0(Zn0)/L/O2(kk ) 82
3.3.1. Ảnh hưởng của chất tạo phức 82
3. 3. 2. Ảnh hưởng của các yếu tố khác đến quá trình chuyển hóa TNT và
TNR trong hệ Fe
0/EDTA/O 2(kk) . 88
3. 3. 4. Cơ chế chuyển hóa . 96
3. 4. Nghiên cứu đặc điểm quá trình chuyển hóa TNT và TNR trong hệ
Fe0/EDTA/H2O2/ O2(kk) . 99
3. 4. 1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuy ển hóa TNT và TNR trong
hệ Fe0/EDTA/H2O2/O2
(kk) . 99
3.4.2. Tốc độ khoáng hóa . 107
3. 4. 3. Cơ chế quá trình chuyển hóa . 107
3.5. Tổng hợp kết quả nghiên cứu . 111
3. 5. 1. Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình chuyển hóa TNT
(TNR) 111
3. 5. 2. Về động học và cơ chế phân hủy 111
3. 5. 3. Về tốc độ chuyển hóa và độ khoáng hóa 112
3.5.4. Đề xuất phương án sử dụng kim loại sắt để chuyển hóa TNT (TNR)
trong xử lý môi trường . 114
KẾT LUẬN 117
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ . 118
PHỤ LỤC . 135


MỞ ĐẦU
Xử lý ô nhiễm môi trường đã và đang trở thành vấn đề được cả thế giới quan
tâm nghiên cứu. Mối quan tâm hàng đầu của các quốc gia là nghiên cứu xây dựng
công nghệ xử lý hữu hiệu nguồn nước thải công nghiệp chứa các hợp chất khó bị
phân hủy bằng những phương pháp đơn giản (trong các nguồn nước thải chứa
những hợp chất hữu cơ khó bị phân hủy có những nguồn chứa các hợp chất nitro
thơm được sinh ra từ các nhà máy sản xuất thuốc phóng, thuốc nổ). Gần đây, nhiều
công trình nghiên cứu về công nghệ xử lý các hợp chất nitro thơm đã đề xuất một số
giải pháp công nghệ đạt hiệu quả cao dựa trên các phương pháp: ozon hóa, điện
hóa, quang hóa, hấp phụ và các phản ứng oxi hóa nâng cao.
Nhiều công trình đã khẳng định rằng, quá trình oxi hóa nâng cao có thể ứng dụng
để xử lý nước thải chứa các chất hữu cơ khó phân hủy trong đó có các hợp chất có tính
nổ [60, 81, 83, 97, 13 1, 138], thuốc trừ sâu [49, 5 7, 75, 7 8, 101, 13 9], thuốc diệt cỏ [57,
88], các loại nguồn nước thải từ các nhà sản xuất hóa chất, nhà máy lọc dầu và khí đốt,
nhà máy chế hóa nhiên liệu, làm sạch động cơ và kim loại [79, 80, 83, 93, 94, 9 5, 99,
131]. Ngoài ra, quá trình oxi hóa nâng cao được ứng dụng để phân hủy chất thải độc
hại, các chất thải không thể phân huỷ bởi vi khuẩn [21, 8 8].
Hiện nay, nghiên cứu sử dụng kim loại để khử các hợp chất có tính nổ đã và đang
được quan tâm. Ưu điểm của phương pháp này là có khả năng phân hủy cao, công
nghệ đơn giản, dễ dàng áp dụng, giá thành thấp [20, 34, 35, 71, 79, 80, 110, 137, 138].
Tuy nhiên, phương pháp này còn hạn chế là quá trình phân hủy không triệt để, chỉ tạo
ra những sản phẩm ít độc hơn với môi trường chứ không thể khoáng hóa chúng hoàn
toàn. Một số thử nghiệm cho thấy phản ứng phân hủy các hợp chất hữu cơ bền vững
bằng kim loại có mặt oxi không khí, được bổ sung các chất tạo phức như EDTA, Dglucozơ thì có thể đạt hiệu quả xử lý rất cao. Lúc này, trong hệ phản ứng không chỉ có
quá trình khử hóa các hợp chất nitro mà còn xảy ra quá trình oxi hóa nâng cao. Chính
vì vậy, các hệ phản ứng có thành phần là kim loại, các chất tạo phức và oxi không khí
đã ngày càng dành được nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực công
nghệ môi trường.
Về mặt lý thuyết, phản ứng oxi hóa nâng cao bằng kim loại sắt hóa trị không với
sự có mặt oxi không khí tự sinh ra tác nhân oxi hóa mạnh HO*. Bản chất và cơ chế của


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Trần Văn Chung và cộng sự (1998), Nghiên cứu qui trình công nghệ xử lý các
chất thải nguy hiểm của các cơ sở quốc phòng sản xuất thuốc phóng
thuốc nổ, Báo cáo kết quả đề tài cấp Bộ Quốc phòng, Cục KHCN-MT
2. Lê Văn Cát (1999), Cơ sở hóa học và k ỹ thuật xử lý nước, NXB Thanh Niên, Hà N ội.
3. Nguyễn Văn Đạt, Nguyễn Quang Toại, Đỗ Ngọc Khuê, (1997), Nghiên cứu xử lý
nước thải chứa TNT bằng phương pháp hấp phụ trên than hoạt tính,
Tạp chí Nghiên cứu KHKT-CNQS, số 20 tr.22-25
4. Nguyễn Đức Huệ (2005), Các phương pháp phân tích hữu cơ, NXB Đại Học
Quốc Gia Hà Nội, Hà Nội, 455 tr.
5. Hoàng Nhâm, Hóa học vô cơ T2 (2003) , 291 tr, T3 (2003), 327 tr. Nxb Giáo dục.
6. Trần Văn Nhân (1990), Giáo trình Hóa lý, Nxb GD, tập 3 trang 138-147.
7. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2005), Công nghệ xử lý nước thải, NXB KHKT,
Hà Nội
8. Đỗ Ngọc Khuê và cộng sự (2006), Ứng dụng các giải pháp công nghệ sinh
học(sử dụng thực vật bậc cao và chế phẩm vi sinh) để cải tạo phục hồi
các vùng đất bị ô nhiễm thuốc phóng thuốc nổ. Báo cáo tổng kết nhiệm
vụ CNSH cấp Bộ Quốc phòng, Cục KHCN-MT/BQP.
9. Đỗ Ngọc Khuê (2010), Công nghệ xử lý các chất thải nguy hại phát sinh từ hoạt
động quân sự, Nhà xuất bản Quân đội nhân dân, 263 tr., Hà Nội.
10. Đỗ Ngọc Khuê và cộng sự (2005), Nghiên cứu công nghệ sinh học xử lý các
chất thải quốc phòng đặc chủng và sự ô nhiễm vi sinh vật, Báo cáo tổng
kết đề tài cấp Nhà nước, mã số KC.04.10, Bộ Khoa học Công nghệ.
11. Đỗ Ngọc Khuê, Lê Trình (2003), Một số vấn đề về khoa học và công nghệ môi
trường. Bộ Quốc phòng, Trung tâm KHKT-CNQS, NXB Quân đội nhân
dân, Hà Nội.
12. Đỗ Ngọc Khuê và cộng sự (2000), “Nghiên cứu đề xuất một số phương án
công nghệ xử lý môi trường đặc thù cho ngành CNQP, Kỹ thuật và Hậu
cần” và “Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn để xây dựng qui chuẩn
120
môi trường các khu vực hủy đạn”, Báo cáo tổng kết 2 nhiệm vụ BVMT,
Cục KHCN-MT
13. Phan Tống Sơn, Trần Quốc Sơn, Đặng Như Tại, Cơ sở hóa học hữu cơ, NXB
Đại học và Trung học chuy ên nghiệp, Hà Nội, (Tập 1 - năm 1976, 446
tr., Tập 2 - năm 1980, 464 tr.
14. Lê Trọng Thiếp (2002), Hóa học và độ bền vật liệu nổ, Nhà xuất bản Quân đội
nhân dân, Hà Nội.
15. Trần Minh Trí, Trần Mạnh Trung (2005), Các quá trình oxi hóa nâng cao
trong xử lý nước thải và nước thải, cơ sở khoa học và ứng dụng, Nhà
xuất bản Khoa học và ứng dụng.
16. Trần Mạnh Trí (2001), Áp dụng các quá trình oxi hóa nâng cao để xử lý các
chất hữu cơ khó phân hủy Sinh học và các chất hữu cơ độc hại trong
nước thải công nghiệp, Hội nghị xúc tác - hấp phụ toàn quốc lần thứ 2,
Hà Nội, tháng 6-2001.
17. Nguyễn Đình Triệu (2000), Các phương pháp phân tích vật lý và hóa lý, Tập 1,
NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà Nội, 520 tr.
18. Nguyễn Đình Triệu (2005), Các phương pháp phân tích vật lý và hóa lý (tập
2) Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 328 tr.