Nghiên cứu chế tạo vật liệu trao đổi Anion từ Polystiren phế thải ứng dụng để xử lý PO4 3- trong môi trường nước

Bài báo này trình bày một số kết quả nghiên cứu chế tạo vật liệu trao đổi anion từ polystiren phế thải và thử nghiệm khả năng xử lý PO4 3- của vật liệu trong nước vởi mục đích nghiên cứu vật liệu xử lý nước có chi phí thấp, thân thiện với môi trường và tái sử dụng chất thải rắn. Quá trình tổng hợp nhựa trao đổi anion từ polystiren phế thải trải qua ba giai đoạn bao gồm phân loại và làm sạch, phản ứng clometyl hóa vòng thơm và phản ứng amin hóa để tạo nhựa trao đổi anion.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu chế tạo vật liệu trao đổi Anion từ Polystiren phế thải ứng dụng để xử lý PO4 3- trong môi trường nướcTạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 33, Số 1 (2017) 36-42Nghiên cứu chế tạo vật liệu trao đổi Anion từ Polystirenphế thải ứng dụng để xử lý PO43- trong môi trường nướcHoàng Anh Huy*, Mai Văn TiếnTrường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, Số 41A Phú Diễn, Từ Liêm, Hà Nội, Việt NamNhận ngày 12 tháng 12 năm 2016Chỉnh sửa ngày 15 tháng 02 năm 2017; Chấp nhận đăng ngày 15 tháng 03 năm 2017Tóm tắt: Bài báo này trình bày một số kết quả nghiên cứu chế tạo vật liệu trao đổi anion từpolystiren phế thải và thử nghiệm khả năng xử lý PO43- của vật liệu trong nước vởi mục đíchnghiên cứu vật liệu xử lý nước có chi phí thấp, thân thiện với môi trường và tái sử dụng chất thảirắn. Quá trình tổng hợp nhựa trao đổi anion từ polystiren phế thải trải qua ba giai đoạn bao gồmphân loại và làm sạch, phản ứng clometyl hóa vòng thơm và phản ứng amin hóa để tạo nhựa traođổi anion. Ảnh hưởng của các tác nhân phản ứng clometyl hóa, nhiệt độ, thời gian và hàm lượngetylen điamin tới hiệu suất phản ứng, khả năng trao đổi của nhựa đã được nghiên cứu đánh giákhảo sát. Độ bền kéo, độ bền nén của nhựa được xác định bằng các phương pháp tiêu chuẩn. Độbền kéo của nhựa đạt 28,90 (N/mm2), độ bền nén 54,40 (N/mm2), dung lượng trao đổi cực đại đốivới ion PO43- của nhựa đạt 10,50 mgPO43-/g.Từ khóa: Trao đổi anion, polystiren, clometyl hóa, amination.1. Đặt vấn đềtốn diện tích đất, đồng thời còn gây ô nhiễmcho các thành phần môi trường đất và nước.Nếu dùng phương pháp đốt chi phí sẽ cao vàgây ô nhiễm môi trường do sinh ra khói bụi, cáckhí độc trong đó có thể có dioxin, gây hại chosức khỏe con người, môi trường và tiềm ẩnnguy cơ làm suy giảm tầng ozon. Dùng phươngpháp tái sinh nhựa phế liệu thường không thuđược sản phẩm chất lượng cao do PS dễ phânhủy nhiệt và giá thành sản phẩm tạo ra lại caohơn nhựa “nguyên sinh” nếu xét về góc độ nănglượng [1].Hiện nay, ở nước ta nhu cầu về sử dụngnhựa trao đổi ion ứng dụng trong xử lý ô nhiễmnước thải và nước sinh hoạt là khả lớn và đangphải nhập khẩu hoàn toàn từ nước ngoài. Vềbản chất nhựa trao đổi ion có thành phần chínhlà nhựa copolime stiren và divinylbenzen, đượcPolystiren (PS) là loại nhựa được tổng hợptừ nguyên liệu dầu mỏ, nhựa PS được ứng dụngđể sản xuất các đồ gia dụng và các sản phẩmcông nghiệp phục vụ hầu hết các lĩnh vực củađời sống xã hội. Các sản phẩm chế từ nhựa PSsau khi hết niên hạn sử dụng được thải bỏ và trởthành phế thải gây nguy hại cho môi trường dođặc tính hóa lý và độ bền của chúng trong tựnhiên. Hiện tại phế liệu PS chủ yếu được thảibỏ ra môi trường mà chưa có một hình thức haybiện pháp xử lý và tái sử dụng hợp lý với tổnglượng thải bỏ trên thế giới tăng đều mỗi nămước tính khoảng trên 100.000 tấn/năm. Phế thảitừ các sản phẩm PS này nếu đem chôn lấp sẽ_______Tác giả liên hệ. ĐT: 84-932249680.Email: hahuy@hunre.edu.vn36H.A. Huy, M.V. Tiến / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 33, Số 1 (2017) 36-42CH2CH...CH2ClCH2...CHOCH3CH2CH37...R2NH HClXúc tác Friedel crfatsCH2ClCH2R2N+HCl-Hình 1. Sơ đồ phản ứng tổng hợp nhựa trao đổi anion.tổng hợp thông qua việc biến tính thế vòngthơm trên mạch đại phân tử để tạo ra các nhómchức hoạt động có khả năng trao đổi ion theo sơđồ phản ứng hình 1 [2-4]. Với cơ sở khoa họcvà tính cấp thiết này, việc nghiên cứu chế tạonhựa trao đổi anion từ nguồn nguyên liệu phếthải PS có tính khoa học và ứng dụng cao.2. Thực nghiệm2.1. Nguyên liệu, hóa chất- Xốp PS phế liệu;- Nhôm clorua hexahydrat, AlCl3.6H2O,99,9% (Merck-Đức);- Thiếc clorua dehydrat, công thứcSnCl2.2H2O, 99,8% (Merck-Đức);- Clorometyl ete, ClCH2-OCH3, 99,9%, d =1,06 g/ml (Merck-Đức);- Etylen điamin, (C2H5)2NH, 99,8%, 0,9g/cm3 (Sigma- Aldrich);- Etanol, C2H5OH (Việt Nam);- Xylene, (CH3)2C6H4, 99,9% (Merck-Đức);- Dung dịch chuẩn gốc PO43- (Merck- Đức).2.2. Phương pháp tổng hợp nhựa trao đổi iontừ PS phế liệua) Tách phân loại và làm sạch PSXốp PS phế thải sau khi thu gom được phânloại, tách và loại bỏ các chất bẩn và các thànhphần nhựa phế liệu khác, rửa sạch, làm khô,đưa vào máy băm nhỏ tới kích thước hạt cỡ1mm. Sau đó hòa tan hoàn toàn vật liệu bằngdung môi xăng thơm hoặc xylen, kết tủa lại hạtnhựa PS và lọc rửa lại bằng etanol, lặp lại quátrình này 2 tới 3 lần để loại bỏ hết tạp chất vàphụ gia, ta thu được PS sạch rồi đem đi sấy ởnhiệt độ ở 80oC trong thời gian từ 2 ÷ 3 giờ.b) Tổng hợp nhựa trao đổi anion từ PSphế thảiNhựa trao đổi anion tổng hợp từ PS phế thảitrải qua 2 giai đoạnGiai đoạn 1: Phản ứng clometyl hóa+ Nhựa PS phế thải sau khi làm sạch đượchòa tan hoàn toàn bằng dung môi xylen với cácnồng độ khác nhau từ 2÷10% theo khối lượng.Tiến hành phản ứng clometyl hóa tại dải nhiệtđộ từ 120÷160oC trong bình cầu 3 cổ nhám cósinh hàn hồi lưu và lắp n ...