Luận văn Nghiên cứu xử lý tro xỉ nhiệt điện bằng chất kết dính vô cơ trên cơ sở cao lanh

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu xử lý tro xỉ nhiệt điện bằng chất kết dính vô cơ trên cơ sở cao lanh

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ DUNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ TRO XỈ NHIỆT ĐIỆN BẰNG CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ TRÊN CƠ SỞ CAO LANH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2019
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ DUNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ TRO XỈ NHIỆT ĐIỆN BẰNG CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ TRÊN CƠ SỞ CAO LANH Chuyên ngành: Hóa môi trường Mã số: 8440112.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Phƣơng Thảo PGS. TS Trần Hồng Côn Hà Nội - 2019
3. LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắ m xin m ơn TS Phương Th o, PGS. TS Trần Hồng Côn giao ề tài và tận tình hướng ẫn t o mọi iều i n tốt nh t trong suốt quá trình nghiên ứu và hoàn thành uận văn này. Em xin hân thành m ơn toàn th thầy ô trong Khoa Hóa họ Trường Đ i họ Khoa họ T nhiên Đ i họ Quố gia Hà Nội nhi t t nh gi ng y truyền t ho m nh ng iến thứ qu u trong suốt thời gian qua góp phần ho n thân em hoàn thành uận văn này ư tốt hơn. Em xin gửi ời m ơn tới thầy ô anh hị và n trong Ph ng th nghi m Hóa Môi trường Khoa Hóa họ Trường Đ i họ Khoa họ T nhiên giúp ỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu và học tập t i ây. Cuối cùng em xin c m ơn nhóm ề tài ĐT – CNMT. 01/17 gia nh và người thân t o mọi iều ki n tốt nh t về vật ch t ũng như tinh thần cho em hoàn thành tốt luận văn này. Em xin hân thành m ơn Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Học viên Nguyễn Thị Dung
4. MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU . ............................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ..................................................................................... 2 1.1. Tổng quan tro xỉ nhiệt điện ............................................................................... 2 1.1.1. Tình hình phát th i tro xỉ nhi t i n than .......................................................... 2 1.1.2. Tình hình xử lý, tái chế, tái sử dụng tro xỉ ........................................................ 4 1.2. Cơ sở lý thuyết về polyme vô cơ và sự hình thành bê tông polyme ............... 9 1.2.1. Cơ hế s hình thành geopolyme ...................................................................... 9 1.2.2. Cơ hế polyme hóa tr c tiếp ........................................................................... 11 1.2.3. Cơ hế polyme hóa gián tiếp ........................................................................... 12 1.2.4. Một số nghiên cứu và ứng dụng công ngh geopolyme ................................. 12 1.3. Tổng quan về cao lanh ..................................................................................... 14 1.3.1. Khái ni m chung ............................................................................................. 14 1.3.2. Thành phần, ch t ư ng cao lanh Vi t Nam ................................................... 17 CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM ............................................................................. 21 2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu.................................................................... 21 2.2. Hóa chất và dụng cụ ......................................................................................... 21 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................. 24 2.3.1. X ịnh một số thành phần, tính ch t của nguyên vật li u ........................... 24 2.3.2. Tổng h p ch t kết nh vô ơ trên ơ sở cao lanh – NaOH ............................ 32 2.3.3. Tổng h p ch t kết nh trên ơ sở cao lanh – Ca(OH)2 .................................. 32 2.3.4. Nghiên cứu nh hưởng của tỷ l phối li u ến kh năng óng rắn tro xỉ ....... 32 2.3.5. Đ nh gi h năng gây ô nhiễm thứ c p của vật li u ..................................... 33 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 34 3.1. Thành phần, tính chất của nguyên vật liệu ................................................... 34 3.1.1. Thành phần, tính ch t của tro bay và xỉ nhi t i n ......................................... 34 3.1.2. Thành phần chính một số mẫu cao lanh kh o sát ........................................... 35
5. 3.2. Các thông số của chất kết dính vô cơ ............................................................. 37 3.2.1. Ch t kết dính cao lanh – NaOH ...................................................................... 37 3.2.2. Ch t kết dính cao lanh – Ca(OH)2 .................................................................. 41 3.3. Ảnh hƣởng của thành phần phối liệu và một số điều kiện đến khả năng đóng rắn tro xỉ ......................................................................................................... 45 3.3.1. Ảnh hưởng của hàm ư ng NaOH ến ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn ..................................................................................................................... 45 3.3.2. Ảnh hưởng của hàm ư ng Ca(OH)2 ến ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn ..................................................................................................................... 47 3.3.3. Ảnh hưởng của tỷ l hỗn h p NaOH/ Ca(OH)2 ến ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn ................................................................................................. 49 3.3.4. Ảnh hưởng của hàm ư ng ch t kết dính ến ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn .............................................................................................................. 51 3.3.5. Ảnh hưởng của tỷ l tro bay/ tro xỉ nhi t i n ến ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn ................................................................................................. 53 3.3.6. Ảnh hưởng của l ép ịnh h nh ến ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn ..................................................................................................................... 55 3.3.7. Ảnh hưởng của thời gian ưu ê tông tươi ến ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn ....................................................................................................... 56 3.3.8. Ảnh hưởng của thời gian ưu ưỡng ến ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn ..................................................................................................................... 57 3.4. Một số đặc tính hóa lý khác của vật liệu sau đóng rắn ................................. 58 3.5. Đặc trƣng cấu trúc một số vật liệu sau đóng rắn .......................................... 62 3.6. Đánh giá khả năng gây ô nhiễm thứ cấp của vật liệu ................................... 65 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 70
6. DANH MỤC BẢNG BIỂU B ng 1.1. Lư ng tro của các nhà máy phía Bắc ------------------------------------------- 4 B ng 1.2. S n ư ng và phần trăm sử dụng tro bay t i một số nước trên thế giới ---- 8 B ng 1.3. C ặ i m chính của khoáng vật nhóm kaolinit ------------------------- 16 B ng 2.1. Danh mục các hóa ch t sử dụng trong nghiên cứu-------------------------- 21 B ng 2.2. Danh mục dụng cụ, thiết bị sử dụng ------------------------------------------ 22 B ng 2.3. Thứ t và ịnh ư ng các ch t trong phân tích Al3+ ------------------------ 30 B ng 3.1. Thành phần hóa học của tro bay và tro xỉ của ba nhà máy nhi t i n Ph L i, Uông Bí và Thái Bình ----------------------------------------------------------------- 34 B ng 3.2. Thành phần nhôm, sắt, silic oxit và thông số khác trong mẫu caolanh -- 35 B ng 3.3. S phụ thuộc của ộ trương nở của cao lanh vào nồng ộ NaOH và thời gian ngâm ------------------------------------------------------------------------------------- 37 B ng 3.4. Ảnh hưởng của hàm ư ng NaOH ến nồng ộ aluminat và silicat t do trong ch t kết dính cao lanh - NaOH ------------------------------------------------------ 39 B ng 3.5. S phụ thuộc của ộ nhớt vào hàm ư ng NaOH --------------------------- 40 B ng 3.6. S phụ thuộc của ộ trương nở của ao anh vào hàm ư ng Ca(OH)2 và thời gian ngâm ------------------------------------------------------------------------------- 41 B ng 3.7. Ảnh hưởng của hàm ư ng Ca(OH)2 ến nồng ộ aluminat và silicat t do trong dung dịch ------------------------------------------------------------------------------ 42 B ng 3.8. Ảnh hưởng của hàm ư ng Ca(OH)2 ến ộ nhớt của ch t kết dính ----- 43 B ng 3.9. Ảnh hưởng của hàm ư ng NaOH và a on ư ến ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn -------------------------------------------------------------------- 45 B ng 3.10. Ảnh hưởng của hàm ư ng Ca(OH)2 và a on ư ến ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn -------------------------------------------------------------- 48 B ng 3.11. Ảnh hưởng của tỷ l hỗn h p kiềm NaOH - Ca(OH)2 và a on ư ến ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn ------------------------------------------ 50 B ng 3.12. Ảnh hưởng của hàm ư ng ch t kết dính ến ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn ------------------------------------------------------------------------ 52
7. B ng 3.13. Ảnh hưởng của tỷ l tro bay/xỉ tới ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn --------------------------------------------------------------------------------------- 53 B ng 3.14. Ảnh hưởng của l ép ịnh h nh ến ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn ---------------------------------------------------------------------------------- 55 B ng 3.15. Ảnh hưởng của thời gian ưu ê tông tươi ến ường dộ kháng nén của vật li u sau óng rắn ------------------------------------------------------------------------ 56 B ng 3.16. Ảnh hưởng của thời gian ưu ưỡng ến ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn ----------------------------------------------------------------------------- 57 B ng 3.17. Một số ặc tính hóa lý khác của vật li u sau óng rắn ------------------- 59 B ng 3.18. pH pha nước khi ngâm vật li u sau óng rắn 28 ngày tuổi -------------- 66 B ng 3.19. Nồng ộ các ch t có kh năng gây ô nhiễm nước của vật li u tro xỉ sau óng rắn 28 ngày hi ngâm trong nước --------------------------------------------------- 68
8. DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Tứ di n SiO4 và AlO4 ----------------------------------------------------------- 10 H nh 1.2. Cơ hế polyme hóa tr c tiếp --------------------------------------------------- 11 H nh 1.3. Cơ hế polyme hóa gián tiếp --------------------------------------------------- 12 Hình 1.4. C u trúc của cao lanh ----------------------------------------------------------- 15 H nh 2.1. M y nén và huôn ú vật li u ------------------------------------------------ 23 Hình 2.2. Máy nghiền trộn phối li u PTN ------------------------------------------------ 23 Hình 2.3. Hi n tư ng nhiễu x trên tinh th ---------------------------------------------- 24 Hình 2.4. Nguyên lý phổ tán x năng ư ng tia X -------------------------------------- 26 Hình 2.5. Nguyên lý phát huỳnh quang tia X ------------------------------------------- 27 Hình 3.1. Gi n ồ XRD tro bay và tro xỉ nhi t i n Ph L i -------------------------- 35 Hình 3.2. Gi n ồ XRD cao lanh Trúc Thôn M1 --------------------------------------- 36 Hình 3.3. Ảnh hưởng của nồng ộ NaOH ến kh năng trương nở của cao lanh theo thời gian --------------------------------------------------------------------------------- 38 Hình 3.4. Ảnh hưởng của hàm ư ng NaOH ến nồng ộ aluminat và silicat t do -------------------------------------------------------------------------------------------------- 39 Hình 3.5. Ảnh hưởng của hàm ư ng NaOH ến ộ nhớt của dung dịch (120 giờ) 40 Hình 3.6. Ảnh hưởng của hàm ư ng Ca(OH)2 ến kh năng trương nở của cao lanh theo thời gian --------------------------------------------------------------------------- 42 Hình 3.7. Ảnh hưởng của hàm ư ng Ca(OH)2 ến nồng ộ aluminat và silicat t do trong dung dịch --------------------------------------------------------------------------- 43 Hình 3.8. S phụ thuộc của ộ nhớt vào hàm ư ng Ca(OH)2 ------------------------ 44 Hình 3.9. Ảnh hưởng của hàm ư ng NaOH và a on ư ến ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn -------------------------------------------------------------------- 46 Hình 3.10. Ảnh vật li u sau óng rắn bằng ch t kết nh trên ơ sở cao lanh – NaOH ------------------------------------------------------------------------------------------ 46 Hình 3.11. Ảnh hưởng của hàm ư ng Ca(OH)2 và a on ư ến ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn -------------------------------------------------------------- 48 Hình 3.12. Ảnh vật li u sau óng rắn bằng ch t kết dính cao lanh – Ca(OH)2 ------ 49
9. Hình 3.13. Ảnh hưởng của tỷ l hỗn h p NaOH – Ca(OH)2 và a on ư ến ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn ------------------------------------------ 50 Hình 3.14. Ảnh vật li u sau óng rắn bằng ch t kết dính cao lanh kiềm hỗn h p NaOH – Ca(OH)2 ---------------------------------------------------------------------------- 51 Hình 3.15. Ảnh hưởng của hàm ư ng ch t kết nh ến ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn ------------------------------------------------------------------------ 52 Hình 3.16. Ảnh hưởng của tỷ l tro bay/xỉ tới ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn --------------------------------------------------------------------------------------- 54 Hình 3.17. Ảnh hưởng của l ép ịnh h nh ến ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn ---------------------------------------------------------------------------------- 55 Hình 3.18. Ảnh hưởng của thời gian ưu ê tông tươi ến ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn ------------------------------------------------------------------------ 56 Hình 3.19. Ảnh hưởng của thời gian ưu ưỡng ến ường ộ kháng nén của vật li u sau óng rắn ----------------------------------------------------------------------------- 58 Hình 3.20. H số hóa mềm và ộ hút nước của một số mẫu vật li u sau óng rắn - 61 Hình 3.21. Hình nh chụp SEM của một số mẫu vật li u ------------------------------ 63 Hình 3.22. Ảnh SEM - EDX mẫu TXCXV2 (15%C) ---------------------------------- 63 Hình 3.23. Ảnh SEM - EDX mẫu TXCXV3 (15%C) ---------------------------------- 64 Hình 3.24. Ảnh SEM - EDX mẫu TXCXV4 (15%C) ---------------------------------- 64 Hình 3.25. Gi n ồ XRD tro xỉ và một số mẫu vật li u sau óng rắn ---------------- 65 H nh 3.26 . pH pha nước khi ngâm vật li u sau óng rắn 28 ngày tuổi -------------- 67
10. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Ch viết tắt Tiếng Vi t Tiếng Anh ASTM Hi p hội vật i u và thử American Society for Testing and nghi m Hoa Kỳ Materials BTCL Bê tông hịu ửa EDX T n x năng ư ng tia X Energy Dispersive X-ray Spectrometry MKN Hàm ư ng m t hi nung P Cường ộ h ng nén (Mpa) PTN Ph ng th nghi m QCVN Quy huẩn Vi t Nam SEM Hi n vi i n tử quét Scanning Electron Microscopy TCVN Tiêu huẩn Vi t Nam TKPT Tinh hiết phân t h XRD Nhiễu x tia X X-Ray diffraction XRF Huỳnh quang tia X X-ray fluorescence