Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của luận án "Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử" là nâng cao hiệu quả công nghệ xử lý và thu hồi kim loại quý, đất hiếm trong nước thải công nghiệp bằng phương pháp trích ly tăng cường. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của luận án: Hiện nay ở Việt Nam cũng như trên thế giới, việc nghiên cứu xử lý và thu hồi các kim loại có giá trị từ chất thải đang được nhiều nhà khoa học và các công ty quan tâm, đặc biệt từ nguồn nước thải của công nghiệp điện tử, là loại chất thải chứa nhiều nguyên tố quý hiếm. Đây là việc làm hết sức có ý nghĩa một mặt nhằm giải quyết được phần nào vấn đề môi trường, một mặt giảm bớt nguy cơ phụ thuộc vào nước thứ ba, tăng hiệu quả và giảm chi phí sản xuất. Một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến để thu hồi các kim loại, các nguyên tố quý hiếm có giá trị trong nước thải công nghiệp là phương pháp trích ly lỏng – lỏng do có độ chọn lọc cao và chi phí vận hành thấp. Tuy nhiên, công nghệ thu hồi kim loại dựa trên phương pháp trích ly thông thường có hệ thống thiết bị cồng kềnh, tiêu tốn nhiều dung môi do yêu cầu trích ly nhiều bậc, hoàn nguyên nhiều bậc. Để giải quyết vấn đề này, có thể tiến hành hoàn nguyên đồng thời với trích ly nhờ mô đun màng kỵ nước đóng vai trò thiết bị tiếp xúc (công nghệ SLMSD) hoặc thiết bị phân riêng dầu – nước (ESMS). Do đó, luận án “Nghiên cứu quá trình trích ly với sự hỗ trợ của màng ứng dụng thu hồi Indium từ dung dịch thải của công nghiệp điện tử” đặt ra các mục tiêu chung và cụ thể như sau: Mục tiêu chung: nâng cao hiệu quả công nghệ xử lý và thu hồi kim loại quý, đất hiếm trong nước thải công nghiệp bằng phương pháp trích ly tăng cường. Mục tiêu cụ thể: - Khảo sát phương pháp trích ly tăng cường đã có SLMSD (Supported Liquid Membrane with Strip Dispersion – Phương pháp trích ly với sự hỗ trợ của màng trong đó dung dịch hoàn nguyên được phân tán trong pha hữu cơ). - Đề xuất và từng bước phát triển phương pháp trích ly tăng cường mới ESMS (Extraction-Stripping with Membrane as oil – water Separators - Phương pháp trích ly với sự hỗ trợ của màng trong đó màng đóng vai trò thiết bị phân riêng dầu – nước). - Đánh giá hiệu quả phương pháp ESMS so với phương pháp SLMSD và trích ly truyền thống. - Xây dựng mô hình cho ESMS nhằm đánh giá ảnh hưởng của lưu lượng dòng qua màng (yếu tố ảnh hưởng quyết định đến tốc độ hoàn nguyên), xác định các tham số của mô hình và giải mô hình trong 1
trường hợp tổng quát. - Đề xuất hướng nghiên cứu nhằm áp dụng công nghệ ESMS vào thực tế Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Thu hồi nguyên tố Indium trong dung dịch thải của quá trình khắc axit trong công nghệ sản xuất màn hình tinh thể lỏng (LCD), dung dịch thải có thành phần đặc trưng như sau: 200 mg/L In3+, 2% khối lượng axit oxalic, pH = 1. Nghiên cứu, mô hình hóa và phát triển phương pháp trích ly với sự hỗ trợ của màng ESMS nhằm thu hồi các kim loại có giá trị. Luận án được thực hiện với Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Xử lý môi trường theo hướng thu hồi các kim loại quý hiếm, các nguyên tố đất hiếm cho phép thu được nguồn kim loại quý hiếm hàng chục tấn hàng năm đồng thời bảo vệ được môi trường và tránh làm cạn kiệt tài nguyên. Luận án đã đề xuất được công nghệ trích ly hoàn nguyên đồng thời, liên tục sử dụng màng kỵ nước đóng vai trò phân riêng hệ dầu – nước, thực hiện ba công đoạn trong một thiết bị cho hiệu suất tách In3+ lớn và có độ tinh khiết cao, giảm đáng kể thời gian thực hiện quá trình so với công nghệ trích ly truyền thống, kích thước hệ thống nhỏ gọn, dễ vận hành. Do đó, đây là đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, có khả năng triển khai trong thực tế. Luận án dự kiến sẽ có những đóng góp sau: (i) Phát triển công nghệ mới ESMS để thu hồi Indium. Đây là công nghệ có triển vọng áp dụng vào thực tế. (ii) Xây dựng mô hình toán học, xác định các thông số của mô hình, giải bài toán trong trường hợp tổng quát cho hệ ESMS. (iii) Đề xuất hướng phát triển dựa trên các kết quả nghiên cứu của luận án nhằm đưa công nghệ ESMS áp dụng vào thực tế. Cấu trúc của luận án: Luận án với 112 trang, bao gồm: Mở đầu (3 trang); Chương 1 – Tổng quan (37 trang); Chương 2 – Phương pháp nghiên cứu (15 trang); Chương 3 – Nghiên cứu thu hồi Indium bằng công nghệ SLMSD (12 trang); Chương 4 - Nghiên cứu thu hồi Indium bằng công nghệ ESMS (27 trang); Kết luận (2 trang); Danh mục các công trình công bố của tác giả với 3 công trình (1 trang); Tài liệu tham khảo (6 trang) với 80 tài liệu; 16 bảng và 63 hình vẽ. NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN Nội dung luận án gồm 4 chương. Trong đó chương 1 trình bày tổng 2
quan các phương pháp thu hồi kim loại từ nước thải, từ đó lựa chọn phương pháp thu hồi Indium thích hợp. Do phương pháp trích ly truyền thống (SX) vận hành từng bậc nên thường yêu cầu trích ly nhiều bậc và hoàn nguyên nhiều bậc. Điều đó dẫn đến hệ thống thiết bị cồng kềnh và lượng dung môi tiêu tốn lớn. Tiến hành trích ly hoàn nguyên đồng thời sử dụng màng kỵ nước có thể giải quyết vấn đề trên. Từ đó, luận án đã đề xuất hai phương án công nghệ trích ly tăng cường bằng cách kết hợp công nghệ truyền thống (dựa trên phương pháp trích ly) và công nghệ tiên tiến (có trợ giúp của màng chất lỏng), bao gồm công nghệ SLMSD và công nghệ ESMS. Chương 2 trình bày đối tượng và phương pháp nghiên cứu. Chương 3 nghiên cứu thu hồi Indium bằng công nghệ SLMSD với màng đóng vai trò tạo bề mặt tiếp xúc pha. Kết quả cho thấy tốc độ chuyển khối của SLMSD luôn nhỏ hơn SX ở cùng điều kiện do diện tích tiếp xúc pha tạo ra bởi màng nhỏ hơn diện tích tiếp xúc pha tạo ra nhờ khuấy trộn. Từ đó, công nghệ ESMS sử dụng diện tích tiếp xúc pha nhờ khuấy trộn, còn màng đóng vai trò thiết bị phân riêng dầu – nước đã được phát triển. Chương 4 phát triển công nghệ ESMS để thu hồi Indium. Do công nghệ có triển vọng áp dụng vào thực tế nên cần đưa ra các thông số để thiết kế hệ ESMS làm việc liên tục, nhằm ứng dụng trong công nghiệp. Vì vậy trong chương này, mô hình cho quá trình ESMS đã được thiết lập nhằm nghiên cứu quá trình với mục tiêu đủ đơn giản (để nghiên cứu quá trình) đồng thời các thông số của mô hình có thể xác định dễ dàng dựa vào sổ tay (số liệu cân bằng pha) hoặc nhờ thực hiện thí nghiệm trích ly đơn giản. Sơ đồ ESMS làm việc liên tục cũng được đề xuất ở cuối chương này. Kết luận của luận án và hướng nghiên cứu tiếp theo nhằm từng bước đưa công nghệ ESMS áp dụng trong công nghiệp sẽ được trình bày trong phần cuối của luận án này. Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THU HỒI KIM LOẠI SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY Sau khi tổng quan thu hồi kim loại quý hiếm từ nước thải nhận thấy trích ly là phương pháp được ứng dụng phổ biến nhất để thu hồi Indium từ nước thải hay dịch hòa tách chất thải điện tử. Do đó công nghệ xử lý nước thải và thu hồi kim loại dựa trên phương pháp trích ly đã được lựa chọn để thu hồi Indium từ dung dịch thải của quá trình khắc axit trong công nghiệp sản xuất LCD. 3
Phương pháp trích ly truyền thống vận hành từng bậc, do đó thường yêu cầu trích ly nhiều bậc, hoàn nguyên nhiều bậc dẫn đến hệ thống thiết bị cồng kềnh, lượng dung môi tiêu tốn lớn. Để giảm kích thước thiết bị cũng như lượng dung môi tiêu tốn, hai phương án trích ly tăng cường đã được đưa ra trong đó quá trình hoàn nguyên được thực hiện đồng thời với quá trình trích ly: (i) Trích ly – Hoàn nguyên trong đó màng đóng vai trò tạo bề mặt tiếp xúc SLMSD. Đây là phương pháp hiện đã và đang được nghiên cứu; (ii) Trích ly – Hoàn nguyên trong đó màng đóng vai trò thiết bị phân riêng pha ESMS. Đây là phương pháp mới, sẽ được phát triển một cách hệ thống trong luận án này. Tiến hành tổng quan các nghiên cứu xử lý nước thải và thu hồi kim loại nhận thấy: (i)SLMSD cho phép đạt được nồng độ ion kim loại trong nước thải sau khi xử lý nhỏ hơn 1 mg/L đồng thời cho phép nâng cao nồng độ ion kim loại trong dung dịch hoàn nguyên nhờ điều chỉnh tỉ lệ thể tích giữa nước thải đi vào và dung dịch hoàn nguyên với độ ổn định của màng lỏng cao nên rất được quan tâm nghiên cứu nhằm ứng dụng trong công nghiệp, đặc biệt trong công nghiệp điện tử; (ii) Đã có những nghiên cứu bước đầu đánh giá khả năng thu hồi Indium từ các môi trường axit vô cơ như HCl, HNO3, H2SO4 bằng SLMSD với kết quả tốt. Khi nghiên cứu thu hồi Indium từ màn hình LCD thải bằng công nghệ SLMSD, 94% Indium được loại bỏ khỏi dung dịch đầu trong khoảng 20 phút; (iii) Hiện chưa ghi nhận bất cứ nghiên cứu nào liên quan đến thu hồi Indium từ dung dịch chứa axit oxalic. Lý do vì các dung dịch khắc axit truyền thống thường sử dụng axit vô cơ hoặc hỗn hợp các axit vô cơ. Mãi đến gần đây, các axit hữu cơ như axit oxalic mới được đưa vào sử dụng. Cần lưu ý rằng: axit oxalic có khả năng cạnh tranh với D2EHPA để tạo phức với Indium, do đó sự có mặt của axit oxalic có thể giảm tốc độ phản ứng trích ly đáng kể và khiến cho quá trình trích ly trở nên khó khăn hơn nhiều; (iv) Hiện chưa ghi nhận bất cứ nghiên cứu nào đề cập đến công nghệ ESMS. Các thông số cơ bản cho quá trình trích ly tăng cường nhằm thu hồi Indium được lựa chọn như sau: (i) Dung môi trích ly là D2EHPA 0,08M pha loãng trong Isopar-L;(ii) Nhiệt độ: 25 ± 10C; (iii) Dung dịch đầu có pH=1 (là giá trị pH đặc trưng của nước thải của quá trình khắc axit); (iv) Dung dịch hoàn nguyên là HCl 5M; (v) Dung dịch đầu chứa 2% khối lượng axit oxalic (là nồng độ đặc trưng trong nước thải của quá trình khắc axit); (vi) Mô đun màng sợi rỗng kỵ nước Liqui – 4
Cel của Membrana với diện tích màng là 1,4 m2; (viii) Lưu lượng tuần hoàn phía dung dịch đầu và dung dịch hoàn nguyên đều là 1 L/phút Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu Thu hồi Indium từ dung dịch 200 mg/L In3+, 2% khối lượng axit oxalic, pH = 1. 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp thực nghiệm 2.2.1.1.1. Phương pháp trích ly gián đoạn 360 ml dung dịch đầu chứa In3+ và 540 ml dung môi trích ly chứa D2EHPA hòa tan trong Isopar-L được trộn lẫn và khuấy đều. Sau mỗi khoảng thời gian nhất định, 3ml mẫu được lấy bằng pipet, sau đó ly tâm để phân riêng pha nước và pha hữu cơ. Nồng độ Indium trong pha nước được đo bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (Perkin Elmer Aanalyst-200). Tất cả các thí nghiệm được thực hiện ở cùng tốc độ khuấy (540 rpm) ở tại nhiệt độ phòng (250C±1). Thời gian tiến hành thí nghiệm là 60 – 150 phút. 2.2.1.2. Phương pháp trích ly tăng cường SLMSD Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống SLMSD Hình 2.2 Quá trình chuyển khối qua màng Sơ đồ hệ thống SLMSD (hình 2.1) bao gồm: 1 – Thùng chứa dung dịch đầu; 2 – Bơm dung dịch đầu; 3 – Mô đun màng sợi rỗng; 4 – Thùng chứa dung dịch hoàn nguyên phân tán trong pha hữu cơ; 5- Bơm dung dịch hoàn nguyên – dung dịch hữu cơ. Trong sơ đồ này, dung dịch đầu chỉ tiếp xúc dung môi trích ly tại bề mặt màng do tính kỵ nước của màng ngăn cản dung dịch đầu đi qua các mao quản màng. Ở phía dung dịch đầu, ion kim loại Me+ (ở đây là In3+) được khuếch tán qua lớp biên, tiếp xúc với D2EHPA và xảy ra phản ứng tạo phức. Phức tạo thành được khuếch tán qua màng sang 5
phía dung dịch hoàn nguyên. Tại bề mặt tiếp xúc hai pha phía dung dịch hoàn nguyên, phức phản ứng với axit mạnh tạo muối và giải phóng D2EHPA tự do. Ở đây có hai dòng vật chất di chuyển ngược chiều nhau: dòng Me+ di chuyển từ phía dung dịch đầu sang phía dung dịch hoàn nguyên; dòng H+ di chuyển theo chiều ngược lại tạo nên hiệu ứng ghép cặp. Chừng nào còn duy trì được chênh lệch nồng độ H+ giữa dung dịch hoàn nguyên và dung dịch đầu thì ion kim loại còn có thể vận chuyển sang phía dung dịch hoàn nguyên. Vì phản ứng trích ly ở đây tạo ra H+ nên pH phía dung dịch đầu sẽ giảm. Bằng cách giữ pH phía dung dịch đầu không đổi, chọn pH của dung dịch hoàn nguyên rất nhỏ, có thể duy trì grad(H+). Do vậy, hệ thống thiết bị SLMSD gọn gàng, có thể tách triệt để các ion kim loại. Ở đây, sự trích ly Indium chỉ xảy ra trên bề mặt màng. Vai trò của mô đun màng trong sơ đồ này là cung cấp bề mặt tiếp xúc ổn định cho các pha nước và pha hữu cơ. Trong quá trình vận hành, pha nước được chảy trong các sợi rỗng trong khi dung dịch hoàn nguyên được tuần hoàn bên ngoài. Chênh lệch áp suất 0,3 bar giữa phía dung dịch đầu và dung dịch hoàn nguyên được duy trì để ngăn không cho dung dịch hữu cơ từ phía hoàn nguyên đi sang phía dung dịch đầu. Tỉ lệ dung dịch đầu trên dung dịch hoàn nguyên (Vf/Vs) thường được chọn là 5. Để đạt được nồng độ indium trong dung dịch hoàn nguyên cao có thể thay đổi tỉ lệ trên. Các thông số cơ bản cho thí nghiệm SLMSD đã được chọn dựa trên tổng quan tài liệu trong chương 1. 2.2.1.3. Phương pháp trích ly tăng cường ESMS Sơ đồ ESMS với pha hữu cơ được hoàn nguyên gián đoạn (BESMS) Hình 2.4 Sơ đồ thí nghiệm của hệ ESMS (F: lưu lượng kế; P: áp kế) 6
1-Thùng chứa dung dịch đầu; 2- cánh khuấy; 3 – mô đun màng sợi rỗng; 4 – thùng chứa dung dịch hoàn nguyên; 5 – bơm tuần hoàn dung dịch hoàn nguyên; 6 – bơm tuần hoàn dung dịch đầu; V1, V2 – van điều chỉnh Hai chế độ vận hành được đưa ra: chế độ cân bằng áp suất (no – flow scheme) và chế độ thay đổi áp suất (oscillation scheme). Với chế độ cân bằng áp suất, không có dòng dung dịch hữu cơ qua màng. Với chế độ thay đổi áp suất, ban đầu tăng áp suất phía dung dịch đầu để phức tạo thành chảy qua các mao quản màng sang phía dung dịch hoàn nguyên. Sau một thời gian nhất định, lại điều chỉnh áp suất để pha dầu đã hoàn nguyên qua màng quay trở lại dung dịch đầu để tiếp tục thực hiện quá trình trích ly. Chế độ cân bằng áp suất (No-flow scheme): Trong quá trình vận hành, van V1, V2 được điều chỉnh để giữ cân bằng áp suất giữa trong ống và ngoài ống của mô đun màng, vì vậy không có dòng qua màng. Chế độ thay đổi áp suất (Oscillation scheme):Trước hết hệ được vận hành với chế độ cân bằng áp suất trong 3 phút, sau đó 150 ml dung dịch hữu cơ được bơm từ phía trích ly sang phía hoàn nguyên bằng cách điều chỉnh các van. Tiếp đó, các van được điều chỉnh lại để chạy ở chế độ cân bằng áp suất trong khoảng thời gian nhất định (3, 10 và 20 phút). Sau đó, 150 ml dung dịch hữu cơ chảy ngược lại từ thùng dung dịch hoàn nguyên tới thùng trích ly bằng cách điều chỉnh các van. Tiếp đó, vòng tiếp theo được thực hiện với các công đoạn như trên cho đến khi kết thúc thí nghiệm. Ở các thời điểm khác nhau, mẫu lỏng được lấy ở cả hai thùng, đem ly tâm. Nồng độ Indium trong pha nước được đo bằng AAS (xem mô tả ở mục 2.2.3). Để tăng hiệu quả của quá trình hoàn nguyên nhằm tăng hiệu suất thu hồi kim loại, sự hoàn nguyên dầu được tiến hành liên tục thông qua hai mô đun màng kỵ nước của Membrana (hình 2.5). Sơ đồ này sử dụng hai mô đun màng kỵ nước. Phức tạo thành sau phản ứng trích ly được đưa qua màng 1, sau đó được hoàn nguyên ở thùng chứa dung dịch hoàn nguyên. Pha hữu cơ sau hoàn nguyên được đưa qua màng 2, quay trở lại thùng chứa dung dịch đầu để tiếp tục thực hiện phản ứng trích ly. Do quá trình hoàn nguyên liên tục, sau một thời gian nhất định, Indium có thể được loại bỏ hoàn toàn khỏi dung dịch đầu và Indium có thể được thu hồi tối đa vào dung dịch hoàn nguyên. 7
Hình 2.5 Sơ đồ ESMS với pha hữu cơ được hoàn nguyên liên tục ESMS - C Trong sơ đồ này, 600mL dung dịch đầu được phân tán trong 900 mL dung dịch hữu cơ chứa D2EHPA 0,08M trong thùng chứa dung dịch đầu, 600mL dung dịch hoàn nguyên được phân tán trong 900 ml dung dịch hữu cơ chứa D2EHPA 0,08M trong thùng chứa dung dịch hoàn nguyên; phản ứng trích ly và phản ứng hoàn nguyên được thực hiện bằng cách phân tán pha nước vào pha hữu cơ nhờ khuấy trộn. Hệ nhũ tương dung dịch đầu – dung môi trích ly và phức – dung dịch hoàn nguyên được tuần hoàn ở hai phía của màng. Phức tạo thành được đưa qua màng 1 để hoàn nguyên. Dung môi đã tái sinh được đưa qua màng 2 để tiếp tục thực hiện phản ứng trích ly. Lưu lượng dòng qua màng 1 và màng 2 được điều chỉnh sao cho có giá trị bằng nhau. Mô đun màng Hình 2.7 Cấu tạo chi tiết mô đun màng sợi rỗng Liqui-Cel Mô đun này có đường kính 6,35 cm, chiều dài 20,3 cm. Diện tích màng là 1,4 m2. Đường kính trong của sợi rỗng là 220 µm, đường kính ngoài là 300 µm. Mao quản có kích thước 0,03 µm, độ ngoằn nghoèo 2,5 và độ xốp xấp xỉ 40%. - Chuẩn bị hóa chất: Dung dịch đầu: In3+ 200 mg/L, 2% khối lượng axit oxalic, pH=1. 8
Dung môi trích ly: D2EHPA trong Isopar-L với nồng độ 0,08M – 0,6M. Dung dịch hoàn nguyên: dung dịch HCl 5M. 2.2.2. Phương pháp mô hình 2.2.2.1. Mô hình SLMSD Để đánh giá hiệu quả các quá trình chuyển khối thường dựa vào hệ số chuyển khối k (L/m2.phút) và diện tích tiếp xúc giữa hai pha A (m2). Đối với các thiết bị chuyển khối nói chung, khó xác định A. Do đó, tích k.A thường được dùng làm chỉ tiêu đánh giá hiệu quả chuyển khối. Phương trình chuyển khối có dạng chung như sau: 𝐺 = 𝑘. 𝐴(𝐶 𝑓 − 𝐶 ∗ ) 𝑓 (3. 1) với: G: năng suất chuyển khối, mg/phút. 𝐶 𝑓 : nồng độ Indium trong dung dịch đầu, mg/L. 𝐶 ∗ : nồng độ Indium cân bằng trong dung dịch đầu, mg/L. 𝑓 Giả sử 𝐶 ∗ = 0. Giả thiết này coi như chấp nhận được khi tốc độ 𝑓 hoàn nguyên pha hữu cơ rất lớn so với tốc độ trích ly đối với SLMSD hoặc ứng với giai đoạn đầu của quá trình trích ly. Kết hợp với phương trình cân bằng vật liệu ta có [70]: 𝐶𝑓 𝑘𝐴 (3. 2) 𝑙𝑛 0 = − .𝑡 𝐶𝑓 𝑉𝑓 Từ phương trình trên xác định được 𝑘 . Đối với hệ SLM hay SLMSD, 𝑘 thường được ký hiệu là 𝑃 (gọi là độ thấm qua màng). 2.2.2.2. Mô hình ESMS Mô hình ESMS sẽ được xây dựng trong chương 4 để đánh giá được ảnh hưởng của điều kiện vận hành lên hiệu suất trích ly và hiệu suất thu hồi Indium. Đồng thời mô hình này cho phép dự đoán sự thay đổi nồng độ Indium trong dung dịch đầu và dung dịch hoàn nguyên theo thời gian, xác định thời gian cần thiết để đạt được hiệu quả xử lý, thu hồi như mong muốn. Yêu cầu mô hình này phải đủ đơn giản để nghiên cứu quá trình, các thông số có thể được xác định dễ dàng từ các số liệu cân bằng pha. Hiện tại chưa ghi nhận bất cứ nghiên cứu nào đưa ra mô hình tương tự. 2.2.3. Phương pháp phân tích: sử dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử để xác định nồng độ In3+ trong dung dịch. 9
2.2.4. Phương pháp đánh giá sự tương hợp giữa mô hình và thực nghiệm. Chương 3. NGHIÊN CỨU THU HỒI INDIUM TỪ DỊCH THẢI CỦA QUÁ TRÌNH KHẮC AXIT BẰNG CÔNG NGHỆ SLMSD 3.1. Mở đầu Trong các phương pháp trích ly tăng cường đang có, phương pháp trích ly với sự hỗ trợ của màng SLMSD có nhiều triển vọng ứng dụng trong công nghiệp. Vì vậy, trước hết phương pháp này đã được khảo sát để nghiên cứu thu hồi Indium. 3.2. Kết quả và thảo luận 3.2.1. Khảo sát khả năng thu hồi Indium bằng SLMSD 3.2.1.1. Ở nồng độ D2EHPA 0,6M SLMSD được khảo sát ứng với điều kiện như sau: pH của dung dịch đầu là 1; nồng độ D2EHPA là 0.6M; nồng độ OA là 2% klg. Kết quả được thể hiện trong hình sau: 800 Nồng độ In3+, mg/L 600 400 Cf Cs 200 0 0 20 40 Thời gian, phút Hình 3. 1 Sự thay đổi theo thời gian của nồng độ Indium trong dung dịch đầu và dung dịch hoàn nguyên ([D2EHPA] = 0,6M; pH=1; OA = 2%klg) Hình 3.1 cho thấy nồng độ Indium trong dung dịch đầu giảm dần theo thời gian, trong khi đó nồng độ Indium trong dung dịch hoàn nguyên tăng dần. Điều đó chứng tỏ quá trình hoàn nguyên được diễn ra đồng thời với quá trình trích ly. Do tốc độ phản ứng hoàn nguyên xảy ra rất nhanh, nên nồng độ Indium trong pha hữu cơ có thể coi luôn được duy trì rất nhỏ (gần tới 0). Vì vậy, SLMSD có khả năng tách tương đối triệt để In3+ trong pha dung dịch đầu. Khả năng tách triệt để của SLMSD đối với các kim loại khác như Cu2+, Zn2+, Cr6+, Y3+, Eu3+, Co3+,…cũng đã được công bố [37] [73][78] [79]. 10
Kết quả nghiên cứu ở đây cho thấy 99,5% In3+ có thể được loại bỏ khỏi dung dịch đầu trong khoảng 20 phút với hệ số tăng nồng độ là 4,5 (tương ứng với hiệu suất thu hồi là 90%). Có thể đạt được hệ số tăng nồng độ cao hơn bằng cách điều chỉnh tỉ lệ thể tích giữa dung dịch đầu và dung dịch hoàn nguyên. 3.2.1.2. Ở nồng độ D2EHPA 0,08M 200 Nồng độ In3+, mg/L Cf Cs 150 100 50 0 0 50 100 150 Thời gian, phút Hình 3. 2 Sự thay đổi theo thời gian của nồng độ Indium trong dung dịch đầu và dung dịch hoàn nguyên ([D2EHPA] = 0,08M; pH=1; OA = 2%klg) Theo hình 3.2, mặc dù quá trình trích ly và hoàn nguyên vẫn xảy ra đồng thời nhưng với tốc độ chậm hơn nhiều so với trường hợp 0,6M D2EHPA. Sau hơn 2 giờ, nồng độ Indium trong dung dịch đầu vẫn còn gần 70 mg/L. Thời gian cần thiết để đạt nồng độ Indium < 1mg/L trong nước thải là rất lớn (khoảng 15h) theo mô hình SLMSD ở mục 2.2.2.1. 3.2.2. Khảo sát SLMSD và SX ở những điều kiện khác nhau Các giá trị k.A tính được ở các điều kiện khác nhau của SX và SLMSD được tổng hợp trên bảng 3.1. Bảng 3.1 So sánh diện tích tiếp xúc pha tạo bởi SLMSD và SX k.A,L/phút Dung dịch đầu chứa Dung dịch đầu không 2%OA chứa OA 0,08M 0,2M 0,08M SLMSD 0,0043 0,0239 0,153 SX 0,049 0,139 1,341 Nhận thấy, tích k.A của SLMSD trong cả 3 trường hợp khảo sát ở trên đều nhỏ hơn nhiều so với SX. Kết quả tương tự thu được khi nghiên cứu thu hồi Cu2+ bằng SLM đã được công bố bởi B. 11
Raghuraman [71]. Theo tác giả, nguyên nhân dẫn đến k.A của SLMSD nhỏ hơn của SX là do diện tích tiếp xúc pha tạo ra bởi màng nhỏ hơn nhiều so với diện tích tiếp xúc pha do khuấy trộn. Do đó, diện tích tiếp xúc pha tạo ra do khuấy trộn sẽ được tính toán trong phần tiếp theo. 3.2.3. So sánh diện tích tiếp xúc pha tạo ra bởi SLMSD và SX Ứng với điều kiện thí nghiệm SX: Vf = 0.36 lít. Giả sử kích thước giọt nhũ tương tạo ra là 100 µm (chọn trong khoảng kích thước nhũ tương đặc trưng) xác định được diện tích tiếp xúc pha tạo ra trong trường hợp trích ly truyền thống là 21,6𝑚2 (lớn hơn nhiều so với SLMSD). 3.2.4. Phân tích, lựa chọn điều kiện thích hợp để tiến hành thí nghiệm SLMSD Giả thiết giai đoạn khuếch tán qua lớp biên phía dung dịch đầu là giai đoạn quyết định tốc độ quá trình ở nồng độ ion kim loại thấp. Khi đó, đưa ra được mô hình cho SLMSD như sau: 1 1 (3.15) = 1 1 𝑃 1 1 1 𝛿0 . 𝜏 𝑑 𝑜 1 . (𝐿. 𝑑)3 . 2 . 1 + . . . 1,62 𝐷𝑜 𝜀 𝑑 𝑙𝑔 𝐷 𝐷 𝑎3 𝑣3 Với: d là đường kính trong của sợi rỗng, m. 𝐷 𝑎 là hệ số khuếch tán của Mn+ trong dung dịch đầu, m2/s 𝑣 là vận tốc chuyển động trung bình của dung dịch đầu, m/s. L là chiều dài mô đun, m 𝐷 là hệ số phân bố của 𝑀 𝑛+ trong pha dung dịch đầu và pha trích. 𝐷 𝑜 là độ khuếch tán của phức Indium-D2EHPA trong pha hữu 𝑘𝑇 cơ; có thể được tính từ phương trình Stokes – Einstein: 𝐷 𝑜 = 6𝜋𝜂𝑟. Theo mô hình trên, hiệu quả của công nghê SLMSD phụ thuộc vào nhiều thông số như: dung môi trích ly, dung môi pha loãng, dung dịch hoàn nguyên, nhiệt độ, vận tốc tuần hoàn ở phía dung dịch đầu, pH của dung dịch đầu, nồng độ chất trích ly và sự có mặt của axit oxalic, các thông số của màng kỵ nước (ảnh hưởng đến hệ số khuếch tán qua màng). Tuy nhiên, để so sánh với quá trình trích ly truyền thống, chỉ khảo sát các thông số liên quan đến sự có mặt của màng kỵ nước, bao gồm: - Vận tốc tuần hoàn phía dung dịch đầu 12
- Các thông số của màng như: độ xốp, độ ngoằn ngoèo của mao quản, độ dày của màng. Theo phương trình 3.15: độ dày của màng càng giảm, độ xốp càng tăng, chiều dài mô đun càng nhỏ thì tốc độ khuếch tán qua màng càng lớn. Tuy nhiên, loại màng được chọn ở đây là loại được dùng phổ biến nhất trong các hệ SLM hoặc SLMSD để thu hồi kim loại từ dung dịch với dung môi là nước, do đó các thông số như độ xốp 𝜀, độ ngoằn nghoèo của mao quản 𝜏, độ dày của màng 𝛿 𝑜 là các thông số đã cố định. Vận tốc tuần hoàn của dung dịch đầu sẽ ảnh hưởng đến chiều dày lớp biên phía dung dịch đầu, do đó ảnh hưởng đến hệ số thấm qua màng P. Khi vận tốc này tăng, theo mô hình trên P sẽ giảm. Thí nghiệm khảo sát và chọn vận tốc tuần hoàn thích hợp đã được thực hiện bởi [79]. Kết quả cho thấy, với mô đun này, vận tốc tuần hoàn thích hợp phía dung dịch đầu là 1 L/phút. Thí nghiệm ở đây đã tiến hành ở điều kiện tối ưu này. Do đó, có thể coi hệ số chuyển khối thu được ở đây đã là giá trị lớn nhất ở cùng điều kiện với quá trình trích ly gián đoạn. Điều đó có nghĩa là tốc độ trích ly (hay tích k.A) của SLMSD luôn nhỏ hơn trích ly truyền thống ở cùng điều kiện. Muốn tăng tốc độ chuyển khối này cần tăng diện tích màng. Điều này dẫn tới chi phí đầu tư tăng. 3.3. Kết luận Khảo sát khả năng thu hồi Indium bằng công nghệ SLMSD ở hai giá trị nồng độ khác nhau cho thấy: công nghệ SLMSD cho phép thu hồi Indium đạt yêu cầu đề ra ở cả hai nồng độ. Ứng với nồng độ D2EHPA 0,6M: nồng độ Indium trong nước thải đạt dưới 1 mg/L sau 36 phút; hiệu suất thu hồi 90%; hệ số tăng nồng độ 4,5. Tuy nhiên, ở nồng độ dung môi trích ly rất thấp (0,08M), thời gian trích ly để đạt yêu cầu lên đến 900 phút (tức15h). Mặc dù SLMSD có nhiều ưu điểm như không yêu cầu bước tách pha nên có thể ứng dụng cả cho những hệ có khối lượng riêng pha nước và pha hữu cơ xấp xỉ nhau; diện tích tiếp xúc pha tạo ra bởi màng ổn định và là thông số đã biết;…Tuy nhiên, tốc độ chuyển khối của SLMSD luôn nhỏ hơn trích ly rất nhiều ở cùng điều kiện nồng độ do diện tích tiếp xúc do màng tạo ra nhỏ hơn nhiều so với khuấy trộn (xét ở cùng thể tích). Khi đó, muốn tăng kA cần tăng diện tích màng khiến chi phí đầu tư cũng tăng. Do đó, trong chương 4, sơ đồ công nghệ mới ESMS sẽ được đưa 13
ra nhằm giảm diện tích màng cần sử dụng bằng cách tận dụng diện tích tiếp xúc pha tạo ra nhờ khuấy trộn, còn màng chỉ đóng vai trò thiết bị phân riêng dầu – nước. Chương 4. PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ ESMS DÙNG ĐỂ THU HỒI INDIUM TỪ NƯỚC THẢI 4.1. Mở đầu Nội dung của chương này là phát triển phương án trích ly tăng cường trong đó sử dụng màng kỵ nước đóng vai trò phân riêng hệ dầu – nước, gọi tắt là ESMS (Extraction – Stripping with Membrane as oil – water Separators). Các màng kỵ nước sử dụng được cho công nghệ SLM hay SLMSD đều có thể sử dụng cho sơ đồ ESMS. Do đó, mô đun màng sợi rỗng Membrana được chọn để phân riêng pha nước và pha hữu cơ ở đây. Đối với công nghệ này, bằng cách phân tán pha nước trong pha hữu cơ để thực hiện quá trình trích ly và hoàn nguyên, một màng kỵ nước được sử dụng làm thiết bị phân riêng dầu – nước. Do tính kỵ nước của màng, các dung dịch nước (dung dịch đầu và dung dịch hoàn nguyên) không thể đi qua màng, trong khi đó dung dịch hữu cơ chứa chất trích ly có thể chuyển động qua lại giữa thiết bị trích ly và thiết bị hoàn nguyên. Do đó, dung dịch đầu và dung dịch hoàn nguyên không tiếp xúc với nhau, nhưng phức tạo thành được đưa sang thùng hoàn nguyên để tái sinh dung môi, sau đó lại được đưa trở lại thùng chứa dung dịch đầu để tiếp tục thực hiện quá trình trích ly. Ở đây, diện tích tiếp xúc cho quá trình trích ly không được cung cấp bởi màng, do đó có thể giảm diện tích màng cần sử dụng, so với SLM hoặc SLMSD. Trong chương này, hai sơ đồ ESMS sẽ được khảo sát: - ESMS với pha hữu cơ được hoàn nguyên gián đoạn (BESMS – batch ESMS): trong sơ đồ này một mô đun màng kỵ nước được sử dụng. Phức tạo thành sau khi trích ly được đưa sang thùng chứa dung dịch hoàn nguyên để tái sinh dung môi rồi quay trở lại thùng chứa dung dịch đầu để tiếp tục trích ly. Với sơ đồ này, hai chế độ vận hành sẽ được khảo sát:  Chế độ cân bằng áp suất (ESMS - E)  Chế độ thay đổi áp suất (chế độ dao động) (ESMS- O) - ESMS với pha hữu cơ được hoàn nguyên liên tục (ESMS – C): 14
trong sơ đồ này hai mô đun màng kỵ nước được sử dụng. Mô đun màng thứ nhất dùng để phân riêng dung dịch đầu và dung dịch hữu cơ (phức tạo thành) nhằm cho phép phức tạo thành sang thùng chứa dung dịch hoàn nguyên để tái sinh. Mô đun màng thứ hai dùng để phân riêng dung dịch hoàn nguyên và dung dịch hữu cơ (dung môi đã tái sinh) nhằm cho phép dung môi đã tái sinh quay trở lại thùng chứa dung dịch đầu để tiếp tục trích ly. 4.2. Kết quả và thảo luận 4.2.1. Khả năng thu hồi Indium bằng BESMS 4.2.1.1. Chế độ cân bằng áp suất (không có dòng đối lưu) 200 cf Nồng độ In3+, mg/L 150 cs 100 50 0 0 20 40 60 80 100 120 Thời gian, phút Hình 4.1 Sự thay đổi theo thời gian của nồng độ Indium trong dung dịch đầu (cf) và dung dịch hoàn nguyên (cs) trong hệ BESMS ở chế độ cân bằng Với sự tái sinh chất trích ly nhờ dòng khuếch tán, sự thu hồi Indium được tăng lên và sau 20 phút, 90% Indium được tách ra khỏi nước thải. Theo mô hình tính được (𝑘𝐴) 𝐸𝑆𝑀𝑆 ≈ 0.1 𝑙/𝑚𝑖𝑛 . Nhận thấy: (𝑘𝐴) 𝐸𝑆𝑀𝑆 ≈ 2(𝑘𝐴) 𝑆𝑋 . Do vậy, màng không chỉ đóng vai trò thiết bị phân riêng dầu – nước mà còn giúp tăng tốc độ trích ly ban đầu do quá trình hoàn nguyên vẫn diễn ra đồng thời với quá trình trích ly. Tuy nhiên, hiệu quả hoàn nguyên thấp. Do đó, chế độ thay đổi áp suất được sử dụng, trong đó các phức trên không những có thể khuếch tán mà còn chảy qua màng, dẫn đến tốc độ chuyển khối qua màng cao hơn so với chế độ cân bằng áp suất. 15
4.2.1.2. Chế độ thay đổi áp suất 200 Cf, ts = 3 phút Cf, ts = 10 phút Nồng độ In3+ , mg/L Cf, ts = 20 phút Cs, ts = 3 phút 150 Cs, ts = 10 phút Cs, ts = 20 phút 100 50 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Thời gian, phút Hình 4. 3 Sự thay đổi nồng độ Indium trong dung dịch đầu (cf) và dung dịch hoàn nguyên (cs) theo thời gian trong quá trình ESMS với các chế độ làm việc khác nhau, ts thể hiện thời gian dung dịch hữu cơ ở trong thùng hoàn nguyên. Với ts=3 phút, 90% In3+ được loại bỏ trong 12 phút, trong khi 90% Indium được loại bỏ trong khoảng 20 phút với chế độ không dòng. Với ts=10 phút, tốc độ loại bỏ Indium được cải thiện hơn nữa: 90% Indium được loại bỏ trong khoảng 8 phút. Tuy nhiên, nếu tăng ts tới 20 phút cho hiệu ứng ngược lại: 90% Indium được loại bỏ trong khoảng 36 phút. Ảnh hưởng này có thể được giải thích như sau. Thời gian của mỗi chu kỳ là tc=9+ts. Lưu lượng dòng trung bình của dung dịch hữu cơ được tái sinh là 150/(9+ts). Với ts=3, 10, 20 phút, lưu lượng trung bình tương ứng tính được lần lượt là 12,5; 7,9; 5,2 ml/phút. Về mặt lý thuyết, lưu lượng này càng cao, tốc độ loại bỏ Indium càng cao do chất trích ly quay lại thùng trích ly nhanh hơn. Khi ts tăng từ 3 tới 10 phút, mặc dù lưu lượng trung bình của dung dịch được hoàn nguyên giảm, sự hoàn nguyên được thực hiện hoàn toàn hơn nên tốc độ trích ly cao hơn. Tuy nhiên, khi ts tăng từ 10 đến 20 phút, tốc độ tái sinh chất trích ly không đổi, nhưng lưu lượng trung bình giảm nên tốc độ loại bỏ Indium giảm. 4.2.2. Khảo sát thu hồi Indium với ESMS - C Đối với BESMS, do pha dầu được đưa qua màng để hoàn nguyên rồi quay lại để thực hiện quá trình trích ly, không phải tất cả 16
dầu đều được hoàn nguyên. Để giải quyết vấn đề trên, sơ đồ hoàn nguyên pha dầu liên tục ESMS – tuần hoàn đã được khảo sát. Tiến hành thí nghiệm với lưu lượng Q = 250ml/phút, thu được kết quả như sau: Nồng độ In3+, mg/L 200 150 100 Cf Cs 50 0 0 20 40 Thời gian, phút Hình 4.5. Sự phụ thuộc vào thời gian của nồng độ Indium trong dung dịch đầu (Cf) và dung dịch hoàn nguyên (Cs) trong hệ ESMS – C So sánh với ESMS - O (hình 4.6, 4.7) nhận thấy: khi sử dụng ESMS - C, có thể loại bỏ triệt để Indium trong dung dịch đầu với tốc độ cao hơn; hiệu suất thu hồi Indium cũng tăng lên (từ 60% lên 90%). Nguyên nhân là do tất cả dung môi trích ly có thể được hoàn nguyên đồng thời lưu lượng dòng hoàn nguyên tăng lên. Do đó, công nghệ ESMS - C có triển vọng ứng dụng trong công nghiệp. Để hiểu thêm về quá trình ESMS – C; đánh giá ảnh hưởng của lưu lượng qua màng Q lên hiệu quả quá trình, từ đó xác định giá trị Q thích hợp; dự đoán thời gian cần thiết để loại bỏ kim loại trong dung dịch đầu đến một mức độ nhất định đồng thời đưa ra một số thông số để thiết kế hệ ESMS liên tục, mô hình thu hồi Indium từ dung dịch thải của quá trình khắc axit trong công nghiệp sản xuất LCD sử dụng công nghệ ESMS-C sẽ được đưa ra dưới đây. 4.2.3. Thiết lập mô hình cho ESMS - C Các giả thiết: (i) Chỉ có pha hữu cơ qua màng; (ii) Lưu lượng dòng Q qua màng 1 và màng 2 bằng nhau; (iii) Đạt được khuấy lý tưởng trong thùng chứa dung dịch đầu và dung dịch hoàn nguyên; (iv) Quá 17
trình hoàn nguyên xảy ra rất nhanh nên 𝐶 𝑜𝑠 = 0. Để tiện theo dõi, ký hiệu 𝐶 𝑜𝑓 = 𝐶 𝑜 ; 𝑉 𝑜𝑓 = 𝑉𝑜 ; (v)𝐶 ∗ = 𝐻. 𝐶 𝑜𝑛 . 𝑓 Hệ phương trình mô tả: 𝑑𝐶 𝑓 (4. 1) −𝑉𝑓 . = 𝑘. 𝐴(𝐶 𝑓 − 𝐻. 𝐶 𝑜𝑛 ) 𝑑𝑡 𝑑𝐶 𝑜 (4. 2) 𝑉𝑜 . = 𝑘. 𝐴(𝐶 𝑓 − 𝐻. 𝐶 𝑜𝑛 ) − 𝑄. 𝐶 𝑜 𝑑𝑡 𝑑𝐶 𝑠 (4.3) 𝑉𝑠 . = 𝑄. 𝐶 𝑜 𝑑𝑡 𝐶 𝑜𝑠 = 0 (4.4) Với: 0 (4.5) 𝑡 = 0: 𝐶 𝑓 = 𝐶 𝑓 , 𝐶 𝑜 = 0, 𝐶 𝑠 = 0 4.2.4. Xác định tham số của mô hình: Các tham số của mô hình gồm: tích của hệ số chuyển khối và diện tích tiếp xúc pha; số mũ n, hệ số cân bằng H và lưu lượng dòng Q. Do H, n là các thông số phụ thuộc vào quá trình cân bằng pha, do đó có thể xác định nhờ thí nghiệm trích ly. Từ kết quả thí nghiệm có thể lấy gần đúng n = 1. Tham số kA cần được xác định từ thí nghiệm ESMS. Từ thí nghiệm ESMS cân bằng cho thấy: (𝑘𝐴) 𝐸𝑆𝑀𝑆 ≈ 2(𝑘𝐴) 𝑆𝑋 . Do đó (𝑘𝐴) 𝐸𝑆𝑀𝑆 có thể được xác định gián tiếp từ thí nghiệm trích ly. Q là lưu lượng dòng qua màng. Đây là tham số liên quan đến tốc độ hoàn nguyên của dung môi trích ly, có thể điều khiển trong quá trình vận hành và ảnh hưởng đến hiệu quả của toàn bộ quá trình. Xác định H: từ thí nghiệm trích ly. 𝐶 𝑓 (1+𝐻 ′ )−𝐻 ′ 𝐶 0 𝑓 Xác định kA: Từ đồ thị 𝑙𝑛 𝐶0 − 𝑡 tìm được kA(SX). 𝑓 Suy ra kA(ESMS) = 2.kA(SX).Kết quả được thể hiện ở bảng sau: Bảng 4. 3. Các giá trị kA, H ứng với dung dịch đầu có nồng độ khác nhau No. 𝐶 0 , mg/L 𝑓 H kA (SX) kA (ESMS) 1 9.8 0.270 0.1 0.2 2 187.58 0.248 0.105 0.21 3 1639.65 0.782 0.094 0.188 Giải mô hình 𝑐1 𝑉𝑜 𝑐2 𝑉𝑜 (4.55) 𝑦1 = (1 + 𝑚1 ) 𝑒 𝑚1 𝑡 + (1 + 𝑚 )𝑒 𝑚2 𝑡 𝑉𝑓 𝑄 𝑉𝑓 𝑄 2 18
1 (4.56) (𝑐 𝑚 𝑒 𝑚1 𝑡 + 𝑐2 𝑚2 𝑒 𝑚2 𝑡 ) 𝑦2 = − 𝑄 1 1 1 (4.57) 𝑦3 = − (𝑐1 𝑒 𝑚1 𝑡 + 𝑐2 𝑒 𝑚2 𝑡 ) + 𝑐3 𝑉𝑠 Với 𝑚1 , 𝑚2 là các nghiệm của phương trình: 𝑉 𝑜𝑖𝑙 2 𝑘𝐴 𝑉 𝑜𝑖𝑙 𝑘𝐴 . 𝑚 + (1 + ( + 𝐻)) . 𝑚 + =0 (4.58) 𝑄 𝑄 𝑉𝑓 𝑉𝑓 𝑚2 𝑚1 Từ các điều kiện đầu: 𝑐1 = . 𝑦0. 𝑉𝑓 ; 𝑐2 = . 𝑦0. 𝑉𝑓 ; 𝑚2 −𝑚1 1 𝑚1 −𝑚2 1 𝑉𝑓 0 𝑐3 = . 𝑦 𝑉𝑠 1 Kết quả giải mô hình: Với kA = 0,21; H = 0,25; 𝑉 𝑜𝑖𝑙 = 0,9; 𝑉𝑓 = 𝑉𝑠 = 0,6; 𝑄 = 0,075 thu được: 𝐶 𝑓 = 128,3𝑒 −0,423𝑡 + 33,17𝑒 −0,069𝑡 𝐶 𝑠 = 31,51𝑒 −0,423𝑡 − 193𝑒 −0,069𝑡 + 161,47 4.2.5. So sánh kết quả tính theo mô hình với thực nghiệm: 200 Nồng độ In3+, mg/L 150 100 Cf, mô hình Cs, mô hình 50 Cf, thí nghiệm Cs, thí nghiệm 0 0 20 40 60 Thời gian, phút Hình 4. 11. So sánh giữa nồng độ Indium trong dung dịch đầu, dung dịch hoàn nguyên tính được theo mô hình và giá trị đo được từ thực nghiệm theo thời gian (𝐶 0 = 161,47𝑝𝑝𝑚, 𝑄 = 0.075𝑙/𝑝ℎú𝑡) 𝑓 Có thể thấy mô hình đã mô tả khá tốt sự thay đổi nồng độ In3+ trong dung dịch đầu. Đối với sự thay đổi nồng độ In3+ trong dung dịch hoàn nguyên, mô hình đã mô tả được chiều hướng quá trình mặc dù vẫn còn một số sai lệch giữa mô hình và thực nghiệm. 19
Những nguyên nhân dẫn đến sai lệch của mô hình với thực nghiệm: - Giả thiết đường cân bằng pha là tuyến tính. Thực tế đó là mối quan hệ phi tuyến. - Giả thiết 𝐶 𝑜𝑠 = 0. Thực tế: 𝐶 𝑜𝑠 ≠ 0 Sử dụng mô hình trên cho phép đánh giá ảnh hưởng của lưu lượng Q lên tốc độ trích ly. Kết quả cho thấy, trong 3 – 5 phút đầu, tốc độ trích ly như nhau ứng với cả 4 giá trị Q khác nhau (75; 150; 250 và 315 mL/phút). Ứng với thời gian sau 5 phút, khi Q tăng từ 75 mL/phút đến 250 mL/phút, tốc độ trích ly tăng. Tuy nhiên khi Q tăng từ 250 mL/phút đến 315 mL/phút, tốc độ trích ly tăng không đáng kể và đạt giá trị lớn nhất tại Q = 315 mL/phút (tương ứng với điều kiện tại đó vận tốc hoàn nguyên bằng vận tốc trích ly). Nhằm đánh giá xem mô hình thu được có đáp ứng mục tiêu đặt ra ban đầu không, thí nghiệm tại các giá trị lưu lượng Q khác nhau (75 mL/phút và 150 mL/phút) đã được thực hiện. Kết quả cho thấy mô hình xây dựng được đã đạt được những mục tiêu đặt ra nên có thể áp dụng mô hình cho trường hợp nồng độ In3+ trong dung dịch đầu là 200 mg/L. 4.2.6. Kiểm chứng mô hình ở các điều kiện khác Thí nghiệm CESMS ở các lưu lượng khác nhau (75ml/phút, 150 ml/phút, 250 ml/phút), các nồng độ khác nhau (khoảng 10mg/L, 200 mg/L, 2000 mg/L) đã được tiến hành. Sau đó kết quả tính theo mô hình được so sánh với thực nghiệm. Nhận thấy mô hình cũng có thể ứng dụng cho các khoảng nồng độ khác (từ rất thấp đến rất cao). Kết quả giải mô hình được thể hiện ở bảng 4.6. 4.3. Đề xuất sơ đồ ESMS làm việc liên tục Sơ đồ ESMS đã được đề xuất. Nước thải được đưa vào liên tục với lưu lượng F L/phút; nước thải sau xử lý được lấy ra liên tục với lưu lượng F L/phút. Lưu lượng dòng hữu cơ qua màng 1 và màng 2 đều là Q L/phút. Các mô đun màng cho phép phân riêng hiệu quả pha dầu – nước. Pha dầu qua màng là pha dầu sạch (do nước thải thường chứa các tạp không đi qua màng), vì thể dung dịch muối Indium thu được có độ tinh khiết cao. Mặc dù trong sơ đồ vẫn cần sử dụng thiết bị phân riêng dầu – nước 1,2 để tách nước thải sau khi xử lý và muối InCl3 để đưa sang bể điện phân nhưng hai thiết bị này chỉ yêu cầu năng suất rất nhỏ ứng với thiết bị nhỏ gọn. 20