Nghiên cứu tổng hợp hệ vật liệu Zeolite X biến tính Ag+ , Ba2+ ứng dụng chế tạo bộ lọc khử muối biển

Bài viết này giới thiệu quá trình tổng hợp hệ vật liệu Zeolite X biến tính với ion Ag+ , Ba2+ có khả năng loại bỏ muối biển, ứng dụng trong chế tạo bộ lọc khử muối tạo nước ngọt từ nước biển. Hàm lượng Ag+ , Ba2+ hấp phụ trong zeolite sau khi tối ưu quá trình biến tính lần lượt là 36,99 % và 3,97 % khi phân tích bằng phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu tổng hợp hệ vật liệu Zeolite X biến tính Ag+ , Ba2+ ứng dụng chế tạo bộ lọc khử muối biểnNghiên cứu khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HỆ VẬT LIỆU ZEOLITE X BIẾN TÍNH Ag+, Ba2+ ỨNG DỤNG CHẾ TẠO BỘ LỌC KHỬ MUỐI BIỂN Nguyễn Văn Tuấn, Tô Văn Thiệp, Tô Lan Anh, Nguyễn Thị Minh Nguyệt, Nguyễn Thị Nhung, Nguyễn Khánh Hoàng Việt* Tóm tắt: Bài báo này giới thiệu quá trình tổng hợp hệ vật liệu Zeolite X biến tính với ion Ag+, Ba2+ có khả năng loại bỏ muối biển, ứng dụng trong chế tạo bộ lọc khử muối tạo nước ngọt từ nước biển. Hàm lượng Ag+, Ba2+ hấp phụ trong zeolite sau khi tối ưu quá trình biến tính lần lượt là 36,99 % và 3,97 % khi phân tích bằng phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX). Hệ vật liệu Zeolite - Ag+- Ba2+ được tổng hợp có khả năng xử lý nước biển có độ mặn 25 ‰ xuống 2,2 ‰ trong thời gian khhoảng 60 phút. Từ những kết quả đạt được, hệ vật liệu này sẽ tiếp tục được nghiên cứu, hoàn thiện, tối ưu về thành phần và tỉ lệ vật liệu, ứng dụng để chế tạo bộ lọc khử muối biển sử dụng cho các lực lượng quân đội trong điều kiện hoạt động độc lập, làm nhiệm vụ trên biển dài ngày.Từ khóa: Bộ lọc khử muối biển; Zeolite; Tác chiến trên biển. 1. MỞ ĐẦU Tác chiến trên môi trường biển đảo là hoạt động mang tính đặc thù của nhiều lực lượngtrong quân đội. Trong quá trình làm nhiệm vụ dài ngày trên biển, các lực lượng này phảiđối mặt với những tình huống chứa nhiều yếu tố rủi ro như thiếu nước uống và thực phẩmlàm ảnh hưởng đến sức khỏe và tính mạng. Do đó, bộ đội cần được trang bị các thiết bịthiết yếu sử dụng trong các trường hợp khẩn cấp hay trong trạng thái cần cứu sinh. Khihoạt động trên biển bị thiếu nước, bộ đội không thể uống nước biển vì nước biển có nồngđộ muối cao làm mất cân bằng điện giải của cơ thể. Do đó, việc trang bị một bộ lọc có khảnăng loại muối từ nước biển tạo nước ngọt cho bộ đội sử dụng trong quá trình làm nhiệmvụ dài ngày trên biển thực sự cần thiết và có ý nghĩa. Bộ lọc này cần có cấu tạo gọn nhẹ,có tính cơ động cao, có khả năng xử lý nhanh trong việc loại bỏ muối, cặn bẩn và tạo ranước sạch, an toàn khi uống. Trên thế giới, đã có một số sản phẩm có tác dụng loại muốinước biển như HydroPack, SeaPack, LifePack™, X-Pack™, tuy nhiên, các sản phẩm nàycó giá thành cao và đòi hỏi thời gian lọc kéo dài từ 6-8 giờ, cho 500mL nước lọc có thể sửdụng được. Bộ trang bị cơ số cá nhân đảo chìm đang sử dụng bộ lọc nước Seapack có khảnăng lọc nước khá tốt tuy nhiên thời gian lọc kéo dài (lọc 500mL nước biển trong 5 giờ),trọng lượng mang vác khá lớn (1,6 kg khi không lọc nước và 2,6 kg khi lọc nước). Hiện nay, có thể sử dụng rất nhiều phương pháp để loại muối tạo nước ngọt từ nướcbiển như phương pháp sử dụng nhiệt, màng lọc, thẩm thấu ngược, điện thẩm tách, trao đổiion hay sử dụng các vật liệu hấp phụ ion...[1, 2, 12, 14]. Trong đó, phương pháp sử dụngvật liệu zeolite có khả năng trao đổi và hấp phụ ion là phương pháp đơn giản, chi phí thấpvà cho hiệu quả cao trong thời gian ngắn mà không cần đến các thiết bị hiện đại, phù hợpkhi cần loại muối biển khẩn cấp. Zeolite là hợp chất vô cơ dạng aluminosilicat tinh thểđược hình thành từ mạng lưới các tứ diện SiO4- liên kết trong không gian ba chiều tạothành khối đa diện, với các lỗ xốp trật tự có khả năng trao đổi cation và hấp phụ đặc biệt[8]. Đối với vật liệu zeolite có cấu trúc dạng Sodalite, mức độ trao đổi ion giảm theo tứ tựAg+ > Na+, Li+, K+. Ở dạng Faujasite, mức độ trao đổi ion giảm giữa các kiềm thổ theo thứtự Ba2+ > Sr2+ > Ca2+ > Mg2+. Mức độ trao đổi ion cũng phụ thuộc vào nồng độ ion trongdung dịch trao đổi và hóa trị của cation trao đổi. Đối với các cation hóa trị như nhau, mứcđộ chọn lọc ion phụ thuộc và bán kính ion hidrat hóa [10]. Dựa trên những tính chất đặctrưng đó, zeolite đã được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực như xử lý chất thải, nướcTạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san FEE, 08 - 2018 309 Hóa học – Sinh học – Môi trườngthải, lọc nước và khí, công nghiệp xây dựng [7, 8]. Trên thế giới, đã có một số công trìnhnghiên cứu về khả năng loại muối biển của hệ vật liệu zeolite [8, 10, 11, 13]. Phương phápnày cũng đã được sử dụng trong chế tạo bộ kit khử muối biển MK-2 của quân đội Mỹ vớihàm lượng Cl- giảm từ trên 24.000 ppm xuống 2750 ppm, SO42- giảm từ 2350 ppm xuống1350 ppm. Ở Việt Nam, các công trình nghiên cứu sử dụng vật liệu Zeolite trong xử lýnước biển còn hạn chế, phần lớn quá trình xử lý nước mặn được tiến hành theo nguyên lýlọc màng hay điện thẩm tách [4-6]. Do đó, trong nghiên cứu này, chúng tôi đã thử nghiệmtiến hành tổng hợp hệ vật liệu Zeolite X biến tính ion Ag+ và Ba2+ có khả năng loại muốibiển, ứng dụng chế tạo bộ lọc khử muối biển sử dụng cho bộ đội khi hoạt động độc lập trênbiển trong thời gian dài hoặc trạng thái cần ...