Nghiên cứu tăng cấu trúc xốp của tro bay bằng biến tính hóa học trong điều kiện mềm

353

NGHIÊN CỨU TĂNG CẤU TRÚC XỐP CỦA TRO BAY

BẰNG BIẾN TÍNH HÓA HỌC TRONG ĐIỀU KIỆN MỀM

Nguyễn Tuấn Dung*

, Nguyễn Thanh Mỹ, Trần Thị Minh Huyền

Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Đến Tòa soạn 18-01-2012

Abstract

Increasing demand for energy has led to an increase in the utilization of coal and, subsequently, in producing large

quantities of fly ash as a waste product. Since fly ash is enriched with SiO2 and Al2O3, this waste product can be

transformed into zeolite-like crystalline materials as a result of chemical treatment. In this study, the change in the

porous structure of Pha Lai fly ash chemically treated with HCl and NaOH 2 M solutions at 50oC was examined. The

results showed that the NaOH-treated fly ash (FA-NaOH) had a much greater specific area (SSA) and pore volume than

the HCl-treated fly ash (FA-HCl) and untreated fly ash (FA). The XRD patterns showed the presence of NaP in the FA￾NaOH. The FE-SEM images showed that after the NaOH treatment, FA changes its shape of smooth balls into the

rough surfaces, but not in the case of FA-HCl. The obtained results predict that FA-NaOH could be used as the efficient

adsorbent for environmental pollutant removal.

Keywords: Pha Lai fly ash, chemical modification, porous structure change, efficient adsorbent.

1. MỞ ĐẦU

Tro than bay là chất phế thải của các nhà máy

nhiệt điện, có thành phần chủ yếu ngoài lượng

cacbon chưa cháy hết là các oxit kim loại như silic,

nhôm, sắt, canxi.... Do nhu cầu về năng lượng nhiệt

điện tăng cao, lượng tro bay thải ra môi trường cũng

gia tăng nhanh chóng, gây một sức ép lớn cho môi

trường. Việc nghiên cứu tái sử dụng tro bay thực sự

có ý nghĩa kinh tế xã hội cao, thu hút sự quan tâm

mạnh mẽ của đông đảo các nhà khoa học. Ngoài lĩnh

vực chế tạo vật liệu xây dựng, tro bay còn được

nghiên cứu làm vật liệu hấp phụ ứng dụng xử lý

nước thải [1]. Trong lĩnh vực này, đặc điểm cấu trúc

và diện tích bề mặt của vật liệu đóng vai trò đặc biệt

quan trọng. Các nghiên cứu đều chỉ ra rằng tro bay

có dạng các hạt cầu tròn nhẵn, độ xốp rất nhỏ, diện

tích bề mặt riêng thấp, cỡ từ 0,5 đến 2 m2

/g [2, 3], do

đó dung lượng hấp phụ của tro bay thấp, phải sử

dụng với lượng lớn. Việc biến tính tro bay để khắc

phục các yếu điểm này, tăng giá trị cho vật liệu là

việc làm hết sức cần thiết. Trong bài báo này chúng

tôi trình bày kết quả nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc

xốp và diện tích bề mặt riêng của tro bay nhà máy

nhiệt điện Phả Lại sau khi xử lý axit, xử lý kiềm ở

nhiệt độ thấp.

2. THỰC NGHIỆM

2.1. Biến tính tro bay

Sử dụng tro bay (FA) của Nhà máy sản xuất tro

bay Phả Lại loại nhỏ mịn (kích thước hạt cỡ 10 µm),

cho 10g vào 20 mL dung dịch HCl và NaOH nồng

độ 2 M, khuấy liên tục ở 50oC trong 24 giờ. Rửa

sạch sản phẩm bằng nước cất tới môi trường trung

tính, sấy khô ở nhiệt độ 105oC trong 24 giờ, thu

được tro bay FA-HCl và FA-NaOH.

2.2. Nghiên cứu các tính chất của tro bay

Cấu trúc tinh thể của tro bay ban đầu và tro bay

đã qua xử lý được xác định bằng phổ nhiễu xạ tia X

ghi trên máy D8 Advance Brucker (CHLB Đức).

Cấu trúc xốp và diện tích bề mặt riêng được xác định

theo phương pháp BET nhờ thực nghiệm hấp phụ

khí nitơ trên thiết bị TriStar 3000 của hãng

Micromeritics. Hình thái cấu trúc của tro bay trước

và sau khi biến tính được nghiên cứu bằng kính hiển

vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM) trên thiết bị

Hitachi 4800 (Nhật Bản).

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Nghiên cứu cấu trúc tinh thể

Cấu trúc tinh thể của các mẫu tro bay trước và

sau khi biến tính (FA, FA-HCl và FA-NaOH) được

nghiên cứu bằng phương pháp phân tích nhiễu xạ tia

X (XRD), kết quả trình bày trên hình 1.

Ta thấy giản đồ XRD của mẫu FA trên hình 1

thể hiện các cấu trúc tinh thể đặc trưng của tro bay

(quartz, mullite, hematite) phù hợp với các tài liệu

TẠP CHÍ HÓA HỌC T. 50(3) 353-356 THÁNG 6 NĂM 2012