ứng dụng của nano cacbon trong việc hấp thụ dầu

MỤC LỤC Lời cam đoan liêm chính học thuật i Lời nói đầu và cảm ơn ii Mục lục iii Tóm tắt v Danh sách các bảng biểu, hình vẽ, sơ đồ vi Danh sách các ký hiệu, chữ viết tắt viii MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 6 1.1. Vai trò của dầu mỏ 6 1.1.1. Đối với nền kinh tế 6 1.1.2. Đối với chính trị 7 1.2. Sự cố tràn dầu 8 1.2.1. Khái niệm 8 1.2.2. Nguyên nhân sự cố tràn dầu 8 1.2.3. Ảnh hưởng của sự cố tràn dầu 8 1.2.4. Các sự cố tràn dầu trên Thế giới và Việt Nam 10 1.3. Các biện pháp xử lý sự cố tràn dầu 16 1.3.1. Biện pháp cơ học 16 1.3.2. Biện pháp sinh học 17 1.3.3. Biện pháp hóa học 18 1.4. Hấp phụ 18 1.4.1. Hiện tượng hấp phụ 18 1.4.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học 18 1.4.3. Phân loại vật liệu hấp phụ 19 1.4.4. Yêu cầu kỹ thuật của các loại vật liệu hấp phụ dầu 21 1.4.5. Đặc tính hấp phụ của carbon có cấu trúc nano 22 1.5. Tổng quan về vật liệu carbon nano sợi 23 1.5.1. Giới thiệu chung về carbon nano sợi 23 1.5.2. Các tính chất của CNFs 24 1.5.3. Các ứng dụng của CNFs 26 1.5.4. Các phương pháp tổng hợp 27 CHƯƠNG 2: QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM 28 2.1. Nguyên vật liệu 28 2.2. Quy trình tổng hợp 28 2.2.1. Cơ chế phát triển của CNFs 29 2.2.2. Chức hóa bề mặt felt carbon 30 2.2.3. Tổng hợp xúc tác 31 2.2.4. Tổng hợp nano composite 32 2.3. Quy trình đánh giá sự hấp thu dầu của vật liệu 34 2.3.1. Quá trình định tính 35 2.3.2. Quá trình định lượng 36 2.4. Các phương pháp đánh giá sản phẩm 37 2.4.1. Tính toán sự thay đổi khối lượng 37 2.4.2. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 37 2.4.3. Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HRTEM) 39 2.4.4. Phương pháp hấp phụ đẳng nhiệt BET 40 2.4.5. Phân tích nhiệt trọng trường TGA 42 2.4.6. Phổ quang điện tử tia X (XPS) 43 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47 3.1. Tổng hợp và đánh giá đặc tính sản phẩm 47 3.1.1. Kết quả chức hóa 47 3.1.2. Kết quả tổng hợp nano composite CCNF 48 3.2. Đánh giá khả năng lưu giữ dầu diesel (diesel retention) 53 3.2.1. Đánh giá tính kỵ nước của sản phẩm 53 3.2.2. Kết quả đánh giá định tính khả năng lưu giữ dầu diesel 53 3.2.3. Kết quả định lượng 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ Bảng 1.1. Danh sách các vụ tràn dầu 13 Bảng 2.1. Chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu diesel oil 0,05S 35 Bảng 3.1. Thành phần các nguyên tố trước và sau khi chức hóa 49 Bảng 3.2. Đặc tính của sản phẩm thu được 49 Bảng 3.3. Đặc tính của đệm carbon và một số mẫu sản phẩm 56 Bảng 3.4. Một số đặc tính của sản phẩm tổng hợp M4, M5 57 Hình 1. Thiết bị phản ứng tổng hợp CNFs của T. V. Hughes và C. R. Chambers 1 Hình 2. CNT tổng hợp được trong nghiên cứu của Liu và các cộng sự 2 Hình 3. Cấu trúc vật liệu dạng lưới (A), tổ ong (B) …..3 Hình 1.1. Nhu cầu sử dụng dầu thô hằng ngày trên thế giới từ 2006 đến 2019 6 Hình 1.2. Vài hình ảnh về sự cố tràn dầu 8 Hình 1.3. Vài hình ảnh về hậu quả của sự cố tràn dầu 10 Hình 1.4. Hình ảnh về vụ tràn dầu trên vịnh Mexico 10 Hình 1.5. Quân đội Iraq đã phá hoại các đường ống dẫn dầu, gây ra thảm họa tràn dầu nghiêm trọng 11 Hình 1.6. Vụ tràn dầu đã làm lan tràn 140 triệu gallons ra mặt biển vịnh Campeche 12 Hình 1.7. Chiếc tàu chờ dầu Atlantic Empress đã bốc chảy cách bờ biển 300 hải lý 12 Hình 1.8. Sự cố tràn dầu tại Kho và cảng xăng dầu hàng không Liên Chiểu 15 Hình 1.9. Dùng phao quây để thu gom tràn dầu 17 Hình 1.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên HPVL và HPHH 19 Hình 1.11. Các loại vật liệu hấp phụ sơ đẳng 20 Hình 1.12. Các loại vật liệu hấp phụ dầu hữu cơ tổng hợp 21 Hình 1.13. Các loại vật liệu hấp phụ vô cơ 21 Hình 1.14. Góc tiếp xúc của giọt nước trên bề mặt của vật liệu CCNFs 23 Hình 1.15. Cấu trúc của CNFs 24 Hình 2.1. Felt carbon từ công ty CeraMaterials 28 Hình 2.2. Các giai đoạn tổng hợp CCNF 29 Hình 2.3. Cơ chế phát triển của CNFs 29 Hình 2.4. Bề mặt felt carbon dưới ảnh SEM. 30 Hình 2.5. Hệ thống thiết bị chức hóa đệm carbon 31 Hình 2.6. Quy trình tổng hợp xúc tác Nifelt carbon 32 Hình 2.7. Sơ đồ thiết bị tổng hợp vật liệu nano composite 33 Hình 2.8. Sơ đồ hệ thống thiết bị tổng hợp CNFs theo phương pháp CVD 34 Hình 2.9. Giản đồ nhiệt quá trình tổng hợp 34 Hình 2.10. Dụng cụ xy ranh dùng ép dầu ra khỏi vật liệu hấp phụ 36 Hình 2.11. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) JEOL 6010FEG, Phòng thí nghiệm dầu khí Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng 37 Hình 2.12. Sơ đồ cấu tạo kính hiển vi điện tử quét (SEM) 38 Hình 2.13. Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HRTEM) Viện hàn lâm khoa học Việt Nam 39 Hình 2.14. Vòng trễ trên đường đẳng nhiệt hấp phụ – giải hấp phụ 40 Hình 2.15. Thiết bị đo hấp phụ bằng nitơ ASAP 2020 tại phòng thí nghiệm dầu khí Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng 42 Hình 2.16. Máy phân tích nhiệt trọng trường TGA STAD 6000, Phòng thí nghiệm hóa học dầu và khí Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng 43 Hình 2.17. Phổ quang điện tử tia XXPS của một số nguyên tố 44 Hình 2.18. Cấu tạo của thiết bị XPS 45 Hình 3.1. Kết quả phổ XPS của carbon xốp trước (A, C) và sau (B, D) chức hóa. 47 Hình 3.2. Hình thái bề mặt của đệm carbon trước (A) và sau (B) chức hóa 48 Hình 3.3. Hình thái bên ngoài của vật liệu trước (A) và sau (B) khi tổng hợp 48 Hình 3.4. Đường hấp phụ và giải hấp phụ của sản phẩm thu được 49 Hình 3.5. Sự phân bố thể tích riêng theo đường kính mao quản 50 Hình 3.6. Kết quả chụp SEM ở độ phóng đại: x10000 (A); x30000 (B) 50 Hình 3.7. Ảnh TEM với các mức phóng đại khác nhau của mẫu khi chức hóa đệm carbon (A, C) và khi không chức hóa đệm carbon (B, D) 51 Hình 3.8. Giản đồ phân tích nhiệt trọng trường của carbon xốp và sản phẩm, (A) sự giảm khối lượng, (B) vi phân khối lượng theo nhiệt độ. 52 Hình 3.9. Khả năng thấm ướt của sản phẩm với nước (A) và với dầu (B) 53 Hình 3.10. Khả năng hấp thu dầu của CCNF 54 Hình 3.11. Ảnh chụp mẫu trước và sau khi tách dầu bằng CCNF 54 Hình 3.12. Khả năng lưu giữ dầu DO của mẫu M1 55 Hình 3.13. Khả năng lưu giữ dầu DO của đệm carbon và các mẫu tổng hợp 55 Hình 3.14. Thiết bị ép (A) và quá trình ép bằng xy ranh (B) 57 Hình 3.15. Khả năng lưu giữ dầu DO của các mẫu sau khi ép 58 Hình 3.16. Khả năng thu hồi dầu DO từ các mẫu bằng phương pháp ép 58 DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT BDDT : Brunauer, L. Deming, W. Deming, Teller CNFs : Carbon nanofibers (Carbon nano sợi) CNTs : Carbon nanotubes (Carbon nano ống) CVD : Chemical Vapor Deposition (Kết tụ hóa học trong pha hơi) LPG : Liquified Petroleum Gas (Khí dầu mỏ hóa lỏng) SEM : Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử quét) TEM : Transmission Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử truyền qua) HRTEM: Highresolution Transmission Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao) TGA : Thermogravimetric Analysis (Phân tích nhiệt lượng trọng trường) XPS : X ray Photoelectron Spectroscopy (Phổ quang điện tử tia X) BET : Brunauer Emmett Teller (Hấp phụ đẳng nhiệt) UHV : Ultra High Vacuum (Chân không siêu cao) DO : Diesel Oil (dầu diesel) FO : Fuel Oil (dầu đốt lò) TCVN : Tiêu Chuẩn Việt Nam SCTD : Sự cố tràn dầu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1. Vai trò của dầu mỏ 87 Ngày nay, với sự phát triển của xã hội, nhu cầu năng lượng trong đời sống đang ngày càng tăng lên. Chính vì vậy, dầu mỏ đóng vai trò là một trong những nguồn sản xuất nhiên liệu quan trọng nhất đối với các quốc gia trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. 1.1.1. Đối với nền kinh tế Nửa cuối thế kỷ XX, thế giới chứng kiến sự bứt phá và chiếm lĩnh vị trí thống trị của dầu mỏ và khí thiên nhiên với nền công nghiệp và dịch vụ xã hội, bỏ xa nhiên liệu hóa thạch truyền thống là than đá. Và cho đến nay dầu mỏ vẫn đang là một trong những nguồn năng lượng quan trọng nhất trong một nền kinh tế. Dầu lửa được coi là “vàng đen”, chính vì sự ứng dụng rộng rãi trong gần như mọi hoạt động sống của con người. Nó là nguồn nhiên liệu cho hầu hết các phương tiện giao thông vận tải, và các ngành sản xuất khác (ngành công nghiệp hóa dầu để sản xuất các chất dẻo). Hình 1.1. Nhu cầu sử dụng dầu thô hằng ngày trên thế giới từ 2006 đến 2019 64 Đối với nhiều quốc gia xuất khẩu dầu lửa, thì ngành công nghiệp khai thác dầu lửa là xương sống cho cả một nền kinh tế. Nó đóng vai trò là nguồn thu nhập chính cho cả một nền kinh tế quốc gia. Đối với những nước nhập khẩu dầu mỏ, mọi ảnh hưởng dù là nhỏ nhất tới lượng cung, làm thay đổi giá dầu đều có ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc ngành sản xuất của những nước này. Dầu mỏ, tại các nước nhập khẩu, có thể coi là thứ thuốc bôi trơn cho nền kinh tế phát triển. Một quốc gia muốn duy trì được một nền kinh tế ổn định, và phát triển đều cần phải có một chiến lược năng lượng dầu mỏ một cách hợp lý, một chính sách an ninh năng lượng toàn diện đảm bảo đủ nguồn dầu mỏ cần thiết cung cấp cho cả nền kinh tế. 1.1.2. Đối với chính trị Chưa bao giờ trong lịch sử, dầu mỏ được coi là một công cụ đắc lực trong chính trị quốc tế như hiện nay. Chính vì tầm quan trọng và tính chất ngày càng khan hiếm của dầu mỏ đã khiến cho nó luôn ở trung tâm của rất nhiều các cuộc tranh cãi, được nhiều nước sử dụng để mặc cả cho những vấn đề chính trị khác. Sức nặng của nó trên bàn đàm phán và sức thu hút mạnh mẽ của nó đối với các nước lớn là thứ luôn được cân nhắc tới. Nhiều bài học cho thấy, dầu mỏ chính là nguyên nhân dẫn đến nhiều cuộc xung đột, chiến tranh trên thế giới. Có thể kể đến ở đây một số cuộc chiến vị dầu mỏ như: Cuộc chiến Iran Iraq năm 1980. Cuộc chiến Iraq Kuwait 1991 hay còn gọi là cuộc chiến Vùng Vịnh: Iraq thôn tính Coet với mục đích độc hưởng “dầu mỏ trong vùng mỏ dầu” này. Chiến tranh Iraq 2003. Cuộc tranh giành quyền sở hữu biển Caspi giữa các nước xung quanh nó như Nga, Cadacxtan, Iran, Adecbaigian, Tuôcmênixtan… Sự tranh giành trong đường ống dẫn dầu giữa Nga, Trung Quốc… Đặc biệt, trong bối cảnh hiện nay, tình trạng khan hiếm dầu lửa kèm theo nhu cầu ngày càng tăng của loại hàng hữu hạn này đã lôi kéo mọi quốc gia, đặc biệt là các nước lớn vào cuộc chiến này. Nhằm đảm bảo sự phát triển bền vững của mình, các quốc gia trên thế giới đang vận động mạnh mẽ, tìm mọi cách để đảm bảo, và tăng cường nguồn cung dầu ổn định cho mình. Cùng với việc phát triển của xã hội, nhu cầu sử dụng năng lượng tăng lên rất nhiều, trong đó dầu mỏ là nguồn năng lượng chiếm một lượng rất lớn. Tuy nhiên, với việc phát triển đó sẽ kèm theo những hệ lụy đến môi trường. Việc sử dụng dầu mỏ sẽ thải ra môi trường những chất độc hại, gây ô nhiễm không khí

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LIÊM CHÍNH HỌC THUẬT i Lời nói đầu cảm ơn ii Mục lục iii Tóm tắt v Danh sách bảng biểu, hình vẽ, sơ đồ vi Danh sách ký hiệu, chữ viết tắt viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Vai trò dầu mỏ 1.1.1 Đối với kinh tế 1.1.2 Đối với trị 1.2 Sự cố tràn dầu 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Nguyên nhân cố tràn dầu 1.2.3 Ảnh hưởng cố tràn dầu 1.2.4 Các cố tràn dầu Thế giới Việt Nam .10 1.3 Các biện pháp xử lý cố tràn dầu .16 1.3.1 Biện pháp học 16 1.3.2 Biện pháp sinh học 17 1.3.3 Biện pháp hóa học .18 1.4 Hấp phụ 18 1.4.1 Hiện tượng hấp phụ .18 1.4.2 Hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học 18 1.4.3 Phân loại vật liệu hấp phụ 19 1.4.4 Yêu cầu kỹ thuật loại vật liệu hấp phụ dầu .21 1.4.5 Đặc tính hấp phụ carbon có cấu trúc nano 22 1.5 Tổng quan vật liệu carbon nano sợi 23 1.5.1 Giới thiệu chung carbon nano sợi 23 1.5.2 Các tính chất CNFs .24 1.5.3 Các ứng dụng CNFs 26 1.5.4 Các phương pháp tổng hợp 27 CHƯƠNG 2: QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM 28 2.1 Nguyên vật liệu 28 2.2 Quy trình tổng hợp 28 2.2.1 Cơ chế phát triển CNFs 29 2.2.2 Chức hóa bề mặt felt carbon 30 2.2.3 Tổng hợp xúc tác 31 2.2.4 Tổng hợp nano composite 32 2.3 Quy trình đánh giá hấp thu dầu vật liệu 34 2.3.1 Q trình định tính .35 2.3.2 Quá trình định lượng 36 2.4 Các phương pháp đánh giá sản phẩm 37 2.4.1 Tính tốn thay đổi khối lượng 37 2.4.2 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 37 2.4.3 Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HR-TEM) 39 2.4.4 Phương pháp hấp phụ đẳng nhiệt BET 40 2.4.5 Phân tích nhiệt trọng trường TGA .42 2.4.6 Phổ quang điện tử tia X (XPS) 43 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .47 3.1 Tổng hợp đánh giá đặc tính sản phẩm 47 3.1.1 Kết chức hóa 47 3.1.2 Kết tổng hợp nano composite C-CNF 48 3.2 Đánh giá khả lưu giữ dầu diesel (diesel retention) .53 3.2.1 Đánh giá tính kỵ nước sản phẩm 53 3.2.2 Kết đánh giá định tính khả lưu giữ dầu diesel .53 3.2.3 Kết định lượng .54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ Bảng 1.1 Danh sách vụ tràn dầu 13 Bảng 2.1 Chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu diesel oil 0,05S 35 Bảng 3.1 Thành phần nguyên tố trước sau chức hóa 49 Bảng 3.2 Đặc tính sản phẩm thu 49 Bảng 3.3 Đặc tính đệm carbon số mẫu sản phẩm .56 Bảng 3.4 Một số đặc tính sản phẩm tổng hợp M4, M5 57 Hình Thiết bị phản ứng tổng hợp CNFs T V Hughes C R Chambers .1 Hình CNT tổng hợp nghiên cứu Liu cộng Hình Cấu trúc vật liệu dạng lưới (A), tổ ong (B) … Hình 1.1 Nhu cầu sử dụng dầu thô ngày giới từ 2006 đến 2019 Hình 1.2 Vài hình ảnh cố tràn dầu Hình 1.3 Vài hình ảnh hậu cố tràn dầu 10 Hình 1.4 Hình ảnh vụ tràn dầu vịnh Mexico 10 Hình 1.5 Quân đội Iraq phá hoại đường ống dẫn dầu, gây thảm họa tràn dầu nghiêm trọng 11 Hình 1.6 Vụ tràn dầu làm lan tràn 140 triệu gallons mặt biển vịnh Campeche 12 Hình 1.7 Chiếc tàu chờ dầu Atlantic Empress bốc chảy cách bờ biển 300 hải lý 12 Hình 1.8 Sự cố tràn dầu Kho cảng xăng dầu hàng không Liên Chiểu 15 Hình 1.9 Dùng phao quây để thu gom tràn dầu 17 Hình 1.10 Ảnh hưởng nhiệt độ lên HPVL HPHH 19 Hình 1.11 Các loại vật liệu hấp phụ sơ đẳng 20 Hình 1.12 Các loại vật liệu hấp phụ dầu hữu tổng hợp .21 Hình 1.13 Các loại vật liệu hấp phụ vô .21 Hình 1.14 Góc tiếp xúc giọt nước bề mặt vật liệu C-CNFs 23 Hình 1.15 Cấu trúc CNFs .24 Hình 2.1 Felt carbon từ cơng ty CeraMaterials .28 Hình 2.2 Các giai đoạn tổng hợp C-CNF 29 Hình 2.3 Cơ chế phát triển CNFs 29 Hình 2.4 Bề mặt felt carbon ảnh SEM 30 Hình 2.5 Hệ thống thiết bị chức hóa đệm carbon 31 Hình 2.6 Quy trình tổng hợp xúc tác Ni/felt carbon .32 Hình 2.7 Sơ đồ thiết bị tổng hợp vật liệu nano composite 33 Hình 2.8 Sơ đồ hệ thống thiết bị tổng hợp CNFs theo phương pháp CVD 34 Hình 2.9 Giản đồ nhiệt trình tổng hợp 34 Hình 2.10 Dụng cụ xy ranh dùng ép dầu khỏi vật liệu hấp phụ 36 Hình 2.11 Kính hiển vi điện tử qt (SEM) JEOL 6010-FEG, Phịng thí nghiệm dầu khí - Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng 37 Hình 2.12 Sơ đồ cấu tạo kính hiển vi điện tử quét (SEM) 38 Hình 2.13 Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HR-TEM) - Viện hàn lâm khoa học Việt Nam 39 Hình 2.14 Vịng trễ đường đẳng nhiệt hấp phụ – giải hấp phụ 40 Hình 2.15 Thiết bị đo hấp phụ nitơ ASAP 2020 phịng thí nghiệm dầu khí Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng 42 Hình 2.16 Máy phân tích nhiệt trọng trường TGA STAD 6000, Phịng thí nghiệm hóa học dầu khí - Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng .43 Hình 2.17 Phổ quang điện tử tia X-XPS số nguyên tố .44 Hình 2.18 Cấu tạo thiết bị XPS 45 Hình 3.1 Kết phổ XPS carbon xốp trước (A, C) sau (B, D) chức hóa 47 Hình 3.2 Hình thái bề mặt đệm carbon trước (A) sau (B) chức hóa 48 Hình 3.3 Hình thái bên ngồi vật liệu trước (A) sau (B) tổng hợp 48 Hình 3.4 Đường hấp phụ giải hấp phụ sản phẩm thu 49 Hình 3.5 Sự phân bố thể tích riêng theo đường kính mao quản 50 Hình 3.6 Kết chụp SEM độ phóng đại: x10000 (A); x30000 (B) 50 Hình 3.7 Ảnh TEM với mức phóng đại khác mẫu chức hóa đệm carbon (A, C) khơng chức hóa đệm carbon (B, D) .51 Hình 3.8 Giản đồ phân tích nhiệt trọng trường carbon xốp sản phẩm, (A) giảm khối lượng, (B) vi phân khối lượng theo nhiệt độ 52 Hình 3.9 Khả thấm ướt sản phẩm với nước (A) với dầu (B) .53 Hình 3.10 Khả hấp thu dầu C-CNF 54 Hình 3.11 Ảnh chụp mẫu trước sau tách dầu C-CNF 54 Hình 3.12 Khả lưu giữ dầu DO mẫu M1 .55 Hình 3.13 Khả lưu giữ dầu DO đệm carbon mẫu tổng hợp 55 Hình 3.14 Thiết bị ép (A) trình ép xy ranh (B) 57 Hình 3.15 Khả lưu giữ dầu DO mẫu sau ép .58 Hình 3.16 Khả thu hồi dầu DO từ mẫu phương pháp ép .58 DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT BDDT : Brunauer, L Deming, W Deming, Teller CNFs : Carbon nanofibers (Carbon nano sợi) CNTs : Carbon nanotubes (Carbon nano ống) CVD : Chemical Vapor Deposition (Kết tụ hóa học pha hơi) LPG : Liquified Petroleum Gas (Khí dầu mỏ hóa lỏng) SEM : Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử quét) TEM : Transmission Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử truyền qua) HR-TEM: High-resolution Transmission Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao) TGA : Thermogravimetric Analysis (Phân tích nhiệt lượng trọng trường) XPS : X - ray Photoelectron Spectroscopy (Phổ quang điện tử tia X) BET : Brunauer - Emmett - Teller (Hấp phụ đẳng nhiệt) UHV : Ultra - High Vacuum (Chân không siêu cao) DO : Diesel Oil (dầu diesel) FO : Fuel Oil (dầu đốt lò) TCVN : Tiêu Chuẩn Việt Nam SCTD : Sự cố tràn dầu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Vai trò dầu mỏ [87] Ngày nay, với phát triển xã hội, nhu cầu lượng đời sống ngày tăng lên Chính vậy, dầu mỏ đóng vai trị nguồn sản xuất nhiên liệu quan trọng quốc gia giới nói chung Việt Nam nói riêng 1.1.1 Đối với kinh tế Nửa cuối kỷ XX, giới chứng kiến bứt phá chiếm lĩnh vị trí thống trị dầu mỏ khí thiên nhiên với cơng nghiệp dịch vụ xã hội, bỏ xa nhiên liệu hóa thạch truyền thống than đá Và dầu mỏ nguồn lượng quan trọng kinh tế Dầu lửa coi “vàng đen”, ứng dụng rộng rãi gần hoạt động sống người Nó nguồn nhiên liệu cho hầu hết phương tiện giao thông vận tải, ngành sản xuất khác (ngành cơng nghiệp hóa dầu để sản xuất chất dẻo) Hình 1.1 Nhu cầu sử dụng dầu thơ ngày giới từ 2006 đến 2019 [64] Đối với nhiều quốc gia xuất dầu lửa, ngành công nghiệp khai thác dầu lửa xương sống cho kinh tế Nó đóng vai trị nguồn thu nhập cho kinh tế quốc gia Đối với nước nhập dầu mỏ, ảnh hưởng dù nhỏ tới lượng cung, làm thay đổi giá dầu có ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc ngành sản xuất nước Dầu mỏ, nước nhập khẩu, coi thứ thuốc bôi trơn cho kinh tế phát triển Một quốc gia muốn trì kinh tế ổn định, phát triển cần phải có chiến lược lượng dầu mỏ cách hợp lý, sách an ninh lượng toàn diện đảm bảo đủ nguồn dầu mỏ cần thiết cung cấp cho kinh tế 1.1.2 Đối với trị Chưa lịch sử, dầu mỏ coi công cụ đắc lực trị quốc tế Chính tầm quan trọng tính chất ngày khan dầu mỏ khiến cho ln trung tâm nhiều tranh cãi, nhiều nước sử dụng để mặc cho vấn đề trị khác Sức nặng bàn đàm phán sức thu hút mạnh mẽ nước lớn thứ cân nhắc tới Nhiều học cho thấy, dầu mỏ nguyên nhân dẫn đến nhiều xung đột, chiến tranh giới Có thể kể đến số chiến vị dầu mỏ như: - Cuộc chiến Iran - Iraq năm 1980 - Cuộc chiến Iraq - Kuwait 1991 hay gọi chiến Vùng Vịnh: Iraq thơn tính Coet với mục đích độc hưởng “dầu mỏ vùng mỏ dầu” - Chiến tranh Iraq 2003 - Cuộc tranh giành quyền sở hữu biển Caspi nước xung quanh Nga, Cadacxtan, Iran, Adecbaigian, Tuôcmênixtan… - Sự tranh giành đường ống dẫn dầu Nga, Trung Quốc… Đặc biệt, bối cảnh nay, tình trạng khan dầu lửa kèm theo nhu cầu ngày tăng loại hàng hữu hạn lôi kéo quốc gia, đặc biệt nước lớn vào chiến Nhằm đảm bảo phát triển bền vững mình, quốc gia giới vận động mạnh mẽ, tìm cách để đảm bảo, tăng cường nguồn cung dầu ổn định cho Cùng với việc phát triển xã hội, nhu cầu sử dụng lượng tăng lên nhiều, dầu mỏ nguồn lượng chiếm lượng lớn Tuy nhiên, với việc phát triển kèm theo hệ lụy đến mơi trường Việc sử dụng dầu mỏ thải môi trường chất độc hại, gây nhiễm khơng khí, nước, đất… Trong số phải kể đến nhiễm cố tràn dầu trình vận chuyển, tồn chứa gây 1.2 Sự cố tràn dầu 1.2.1 Khái niệm [65] Tràn dầu giải phóng hydrocarbon dầu mỏ lỏng vào môi trường hoạt động người gây ô nhiễm môi trường Thuật ngữ thường đề cập đến vụ dầu tràn xảy môi trường biển sông Dầu bao gồm nhiều loại khác từ dầu thô, sản phẩm lọc dầu (như xăng dầu diesel), bồn chứa dầu tàu, dầu thải chất thải dính dầu Việc phát tán cần hàng tháng chí hàng năm để dọn Một số hình ảnh cố tràn dầu trình bày hình 1.2 Hình 1.2 Vài hình ảnh cố tràn dầu [66] 1.2.2 Nguyên nhân cố tràn dầu [3] Tràn dầu thường xảy hoạt động tìm kiếm, thăm dò, khai thác, vận chuyển, chế biến, phân phối, tàng trữ dầu sản phẩm dầu mỏ Nguyên nhân trực tiếp thường rò rỉ vỡ đường ống, bể chứa dầu; tai nạn đâm va gây thủng tàu, đắm tàu, cố giàn khoan dầu khí, sở lọc hóa dầu; hoạt động tàu thuyền cập cảng để bốc xếp hàng hoá phát sinh nhiều nước thải nhiễm dầu 1.2.3 Ảnh hưởng cố tràn dầu [2] - Ảnh hưởng đến kinh tế: Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Hoa Kỳ (NRC) đưa số ước đoán, hàng năm có khoảng 3,2 triệu dầu làm nhiễm biển từ nguồn khác Nguồn ô nhiễm lớn xuất phát từ sở công nghiệp dân cư thị Theo NRC, có khoảng 960.000 dầu ô nhiễm từ nguồn này, chiếm 30% Đứng hàng thứ hai phải kể đến ô nhiễm hoạt động tàu chở dầu, 22%, sau vụ tai nạn tàu chở dầu, 13% Khi môi trường bị ảnh hưởng nghiêm trọng kéo theo tác động không nhỏ đến người, sinh vật kinh tế Chẳng hạn, ảnh hưởng kinh tế vụ tràn dầu ven bờ Vịnh Mê-hi-cô bắt đầu bước rõ Trước tiên, dầu tràn gây ảnh hưởng sâu xa sinh thái ven bờ Đại Tây Dương Mỹ Vùng biển rộng hàng nghìn ki-lo-mét vuông Vịnh Mê-hi-cô bị ô nhiễm, chục loài sinh vật biển lục địa loại cá, chim, san hơ, động vật có vú, bị dầu thô đe dọa, môi trường sinh thái vùng nước bị nhiễm, năm khơi phục Hơn tác động mạnh đến ngành du lịch ven bờ Vịnh Mê-hi-cô Thứ hai, vụ tràn dầu, công nghiệp dầu mỏ, chiếm nửa tổng lượng kinh tế Vịnh Mê-hi-cô đứng trước thách thức nghiêm trọng Tổng thống Mỹ Ô-ba-ma trước tuyên bố lệnh cấm khoan giếng thăm dò tháng, đến cuối tháng 6, khai thác dầu mỏ ngồi khơi Mỹ thiệt hại 135 triệu USD Thứ ba, ảnh hưởng tràn dầu, nghề cá Vịnh Mê-hi-cô chiếm 20% thị trường Mỹ bị tác động mạnh Hơn 30% mặt nước Vịnh Mê-hi-cô cấm đánh bắt cá Ngoài ra, ngành vận tải biển bị ảnh hưởng lớn phía hữu quan phong tỏa mặt biển bị ảnh hưởng dầu loang, phòng ngừa tàu thuyền vào cảng mang thêm dầu tràn Ủy ban Bảo vệ tài nguyên thiên nhiên Mỹ đưa cảnh báo dầu tràn phát tán nhiều chất độc hại, người tiếp xúc hít vào, thể xuất loạt phản ứng bất lợi, chí mắc bệnh ung thư, chi phí chữa bệnh tuyệt đối chi tiêu lâu dài to lớn - Ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống sinh vật: Các chuyên gia đánh giá nồng độ dầu nước đạt 0,1mg/l gây chết lồi sinh vật phù du; ảnh hưởng lớn đến non ấu trùng sinh vật đáy; dầu bám vào thể sinh vật hấp thụ qua trình lọc nước làm giảm giá trị sử dụng Đối với chim biển, dầu thấm ướt lông chim, làm tác dụng bảo vệ thân nhiệt chức mặt nước Nhiễm dầu, chim di chuyển khó khăn, phải di chuyển chổ ở, chí bị chết Dầu cịn ảnh hưởng đến khả nở trứng chim Cá, nguồn lợi lớn biển đánh giá loài chịu tác động tiêu cực mạnh mẽ cố tràn dầu: Dầu gây ô nhiễm môi trường làm cá chết hàng loạt thiếu oxy hòa tan nước; dầu bám vào cá làm giảm giá trị sử dụng gây mùi khó chịu; dầu làm trứng khả phát triển, trứng bị ung, thối Ô nhiễm dầu làm biến đổi cân oxy, gây độc tính tiềm tàng hệ sinh thái, cản trở hoạt động kinh tế vùng ven biển - Ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống người: Những nghiên cứu hậu dầu tràn sức khỏe người cho thấy người bị tổn thương thần kinh, da, mắt, miệng tiếp xúc với hợp chất hữu bay dầu Nạn nhân bị rối loạn nhận thức, định hướng, suy yếu tứ chi Dầu gây ảnh hưởng ngắn hạn tới chức thận, phổi gan Một số hình ảnh hậu cố tràn dầu trình bày hình 1.3 Hình 1.3 Vài hình ảnh hậu cố tràn dầu [67] 1.2.4 Các cố tràn dầu Thế giới Việt Nam 1.2.4.1 Các cố tràn dầu Thế giới [88] a Sự cố tràn dầu vịnh Mexico Ngày 21/4/2010, giàn khoan dầu Deepwater Horizon, khơi bang Louisiana - vịnh Mexico bất ngờ phát nổ chìm, làm 11 công nhân thiệt mạng, gây cố tràn dầu nghiêm trọng Mỹ khoảng nửa kỷ qua, đe dọa hệ sinh thái khu vực vốn chịu nhiều tác động tình trạng bão lũ xói mịn vùng bờ biển Giàn khoan bốc cháy dội suốt 36 trước chìm Trước vụ nổ xảy ra, có khoảng 2,6 triệu lít dầu giàn khoan Deepwater Horizon với cơng suất 8.000 thùng dầu/ngày Hình 1.4 Hình ảnh vụ tràn dầu vịnh Mexico [68] Lực lượng bảo vệ bờ biển Mỹ ước tính, sau cố xảy ra, ngày có tới 5.000 thùng dầu tràn biển, cao gấp lần so với dự báo trước Tuy nhiên, Giám đốc điều hành phụ trách thăm dị khai thác Cơng ty dầu khí Bristish Petroleum, ông Doug Suttles cho dự báo Lực lượng bảo vệ bờ biển Mỹ Hình 2.18 Cấu tạo thiết bị XPS (1) Nguồn tia X; (2) Buồng chứa mẫu; (3) Bơm chân không; (4) Bộ phận phân tích; (5) Bộ phận thu nhận tín hiệu; (6) Bộ phận chuyển đổi tín hiệu sang dạng peak Nguồn tia X có loại: - Kα Al mang lượng 1486 eV Kα Mg mang lượng 1256 eV Bơm chân không: Thiết bị sử dụng hệ thống bơm khác để đạt môi trường chân không cao UHV Môi trường chân không cao ngăn chặn ô nhiễm mẫu hỗ trợ cho việc phân tích mẫu xác  Mục đích: - Loại bỏ khí hấp thụ từ mẫu - Loại bỏ hấp phụ chất gây ô nhiễm mẫu - Ngăn chặn tạo hồ quang có điện áp cao - Buồng chứa mẫu - Mẫu đặt buồng tiếp xúc với mơi trường bên ngồi - Nó đóng lại bơm chân khơng thấp Sau mẫu đưa vào buồng có UHV  Bộ phận phân tích: Bộ phận phân tích lượng electron có nhiều kiểu, phổ biến phận phân tích bán cầu đồng tâm, sử dụng điện trường hai bề mặt bán cầu để phân tán chùm electron theo động chúng Mỗi tích điện trái dấu tạo thành điện trường cong Khi điện tử di chuyển ống, điện trường biến đổi để dẫn điện tử theo ống  Bộ phận thu nhận tín hiệu Thu nhận tín hiệu từ phận phân tích mẫu, sau dạng tín hiệu tiếp tục chuyển sang phận chuyển đổi tín hiệu  Bộ phận chuyển đổi tín hiệu Chuyển đổi tín hiệu phận thu nhận tín hiệu, nhằm chuyển sang tín hiệu hiển thị dạng peak để dễ dàng quan sát phân tích thành phần nguyên tố Trong nghiên cứu này, mẫu đệm carbon trước sau chức hóa phân tích phổ quang điện tử tia X (XPS) máy Multulab 200 (Thermo Electron) với điện cực Al Kα (hv = 1486.6 eV); peak C1s mức lượng 284.4 (+/- 0.2)eV sử dụng làm chuẩn để hiệu chỉnh peak cịn lại Q trình tách peak tiến hành dựa vào phương pháp Donjach-Sunjic với cách tạo đường theo phương pháp Shirley CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tổng hợp đánh giá đặc tính sản phẩm 3.1.1 Kết chức hóa Trước hết, tác giả tiến hành q trình chức hóa trình bày chương Sau trình chức hóa hồn thành, mẫu đánh giá đặc tính phương pháp đo phổ quang điện tử tia X – XPS Kết thể hình 3.1 Hình 3.1 Kết phổ XPS carbon xốp trước (A, C) sau (B, D) chức hóa Từ giản đồ hình 3.1 (A B) cho thấy hai mẫu xuất hai peak tương ứng với C1s O1s, trường hợp mẫu chức hóa cường độ peak O1s lớn so với mẫu khơng chức hóa Kết khẳng định lại thơng qua kết phân tích thành phần nguyên tố cho thấy hàm lượng oxy sau chức hóa tăng lên khoảng 3% khối lượng trình bày bảng 3.1 Bảng 3.1 Thành phần nguyên tố trước sau chức hóa Mẫu Carbon xốp Carbon xốp chức hóa %C 91,71 88,72 %O 8,29 11,28 Nhằm hiểu rõ chất liên kết hình thành sau q trình chức hóa, nhóm tác giả tiến hành tách peak phổ XPS O1s kết thể hình 3.1 (C D) Từ giản đồ thu cho thấy trước sau chức hóa xuất peak, theo số nghiên cứu công bố [58 - 60] peak thu tương ứng với liên kết C-O, C-O-C (ứng với B.E 531.8 eV) liên kết C=O (ứng với B.E 533.3 eV) H2O (ứng với B.E 536 eV) Điều cho thấy q trình chức hóa khơng xuất thêm liên kết Tuy nhiên, so sánh cường độ nhóm chức, trước chức hóa cường độ nhóm C-O, C-O-C cao so với nhóm C=O, cịn sau chức hóa lại thấp C=O, q trình chức hóa làm tăng có mặt nhóm C=O Bên cạnh đó, tác giả cịn quan sát hình thái bề mặt đệm carbon trước sau chức hóa kính hiển vi điện tử quét SEM Kết thể hình 3.2 A B Hình 3.2 Hình thái bề mặt đệm carbon trước (A) sau (B) chức hóa Từ hình ta thấy, sau chức hóa, bề mặt đệm carbon trở nên xù xì hơn, có nhiều khuyết tật 3.1.2 Kết tổng hợp nano composite C-CNF Trước hết, tác giả tiến hành tổng hợp mẫu chuẩn (M1) nhiệt độ tổng hợp 650 C sau chức hóa đệm carbon, điều kiện lại nêu Sau trình tổng hợp, mẫu đưa Quan sát cho thấy, mẫu trở nên đen so với trước tổng hợp Ảnh chụp phương pháp SEM cho thấy khác bề mặt felt carbon trước (Hình 3.3A) sau tổng hợp (Hình 3.3B) Trên bề mặt felt carbon sau tổng hợp không cịn trơn láng trước mà có phủ lớp vật liệu làm cho bề mặt xù xì o Trước tổng hợp Sau tổng hợp Hình 3.3 Hình thái bên vật liệu trước (A) sau (B) tổng hợp Tiến hành cân mẫu, sử dụng công thức 2.2 để tính tỷ lệ thu sản phẩm, phần trăm CNFs gắn đệm carbon tăng lên 162% khối lượng Sự tăng khối lượng mẫu sau trình tổng hợp cho thấy ngồi felt carbon ban đầu, trình tổng hợp hình thành nên loại vật liệu khác bề mặt bên cấu trúc xốp mẫu xúc tác ban đầu Như vậy, so với trình tổng hợp bề mặt đệm carbon khơng chức hóa (kết nhóm tác giả cơng bố [6]) tỷ lệ phần trăm thu sản phẩm tăng lên 1.75 lần (các giá trị cụ thể trình bày bảng 3.2) Để đánh giá đặc tính sản phẩm thu được, trước hết mẫu đo bề mặt riêng phương pháp hấp phụ đẳng nhiệt nitơ lỏng (BET) Kết đo trình bày bảng 3.2, đường hấp phụ giải hấp phụ thể hình 3.4 Bảng 3.2 Đặc tính sản phẩm thu Đặc tính Carbon xốp Sản phẩm M1 Tỷ lệ CNF tạo thành (% khối lượng) SBET (m2/g) Sản phẩm (khơng chức hóa)(*) - 162 92.6 1.05 184 105 (*): Kết nhóm tác giả cơng bố [6] Hình 3.4 Đường hấp phụ giải hấp phụ sản phẩm thu Từ kết thấy rõ phần trăm CNFs gắn đệm carbon tăng lên 162% khối lượng diện tích bề mặt riêng tăng lên đến khoảng 184 lần, so với kết thu không chức hóa ta nhận thấy giá trị tăng lên đến 1.75 lần Như vậy, việc chức hóa làm tăng tỷ lệ phần trăm sản phẩm diện tích bề mặt riêng sản phẩm so với không chức hóa đệm carbon điều kiện tiến hành Bên cạnh đó, kết đo đường hấp phụ giải hấp phụ mẫu sau tổng hợp cho thấy có xuất vịng vịng trễ kiểu IV, theo phân loại BDDT Brunauer [61] Với dạng vịng trễ khẳng định lớp CNFs nằm bề mặt carbon xốp có cấu trúc mao quản với kích thước lỗ trung bình, hay gọi mesoporous Như loại vật chất hình thành có kích thước nhỏ nhiều so với felt carbon Hình 3.5 Sự phân bố thể tích riêng theo đường kính mao quản Sự phân bố thể tích xốp theo kích thước lỗ xốp mơ tả hình 3.5 cho thấy phần chủ yếu có đường kính khoảng nm, ngồi khơng thấy xuất lỗ xốp có đường kính lớn 50 nm, kích thước đặc trưng cho vật liệu macroporous (vật liệu mao quản lớn) Kết đo hấp phụ nitơ cho thấy bề mặt riêng phần vi mao quản (microporous) nhỏ (0.4 m2.g-1) Đặc điểm làm cho vật liệu tổng hợp có ưu điểm lớn việc sử dụng làm chất mang cho xúc tác hạn chế phản ứng chuyển hóa sâu hay nói cách khác nâng cao độ chọn lọc phản ứng Để đánh giá hình thái bề mặt sản phẩm thu được, tác giả tiến hành đo mẫu kính hiển vi điện tử quét (SEM), kết thể hình 3.6 A B Hình 3.6 Kết chụp SEM độ phóng đại: x10000 (A); x30000 (B) Quan sát ảnh chụp SEM, cho thấy loại vật liệu có kích thước nhỏ, sản phẩm thu sau phản ứng có bề mặt riêng lớn nhiều so với trước trình tổng hợp Ở độ phóng đại lớn (hình 3.6B) ta nhận thấy quan sát bên ngồi có xuất vật liệu dạng tương tự sợi Kết chụp SEM giải thích cho việc mẫu trở nên đen sau trình tổng hợp Màu đen carbon hấp thụ ánh sáng vùng khả kiến Cường độ màu tăng lên lượng ánh sáng bị hấp thụ nhiều Sự hấp thụ ánh sáng xảy bề mặt, diện tích bề mặt riêng cao khả hấp thụ ánh sáng lớn, màu sản phẩm đen Để xem xét rõ hình thái bề mặt vi cấu trúc sản phẩm, mẫu phân tích kính hiển vi điện tử truyền qua Kết trình bày hình 3.7 với kết mẫu thu khơng chức hóa A B C D Hình 3.7 Ảnh TEM với mức phóng đại khác mẫu chức hóa đệm carbon (A, C) khơng chức hóa đệm carbon (B, D) Từ kết ta thấy, sợi thu có kích thước nhỏ, khoảng 20 nm Và kích thước sợi thu chức hóa khơng chức hóa khơng có chênh lệch nhiều Điều chứng tỏ diện tích bề mặt riêng chức hóa đệm carbon tăng lên theo tăng lên hiệu suất thu sản phẩm, khơng phụ thuộc vào kích thước sợi Nhằm mục đích đánh giá ảnh hưởng mức độ khuyết tật thành phần carbon không dạng carbon cấu trúc nano mong muốn carbon vô định hình lên chất lượng sản phẩm, nhiều kết nghiên cứu cơng bố cho thấy vị trí khuyết tật cấu trúc thường có hoạt tính hóa học lớn phần lại vật liệu carbon, điều dẫn đến độ bền oxy hóa vật liệu giảm [62, 63] Từ phân tích này, tác giả tiến hành phân tích nhiệt trọng trường carbon xốp ban đầu sản phẩm tổng hợp môi trường oxy nhằm đánh giá độ bền nhiệt CNFs tạo thành Kết phân tích trình bày hình 3.8 Hình 3.8 Giản đồ phân tích nhiệt trọng trường carbon xốp sản phẩm, (A) giảm khối lượng, (B) vi phân khối lượng theo nhiệt độ Từ giản đồ (hình 3.8A) dễ dàng nhận thấy nhiệt độ bắt đầu giảm khối lượng carbon xốp cao so với sản phẩm độ bền nhiệt mơi trường oxy carbon xốp cao Kết thấy rõ đường vi phân khối lượng (hình 3.8B), cụ thể carbon xốp có peak giá trị nhiệt độ đỉnh 685 oC, nhiệt độ mà tốc độ phân huỷ carbon xốp đạt cực đại, sản phẩm tổng hợp đường vi phân khối lượng có peak xuất hiện, giá trị nhiệt độ đỉnh peak 535 oC 655oC Kết phù hợp với kết công bố Gregg cộng [62] Việc phủ CNFs lên carbon xốp làm giảm độ bền oxy hoá carbon xốp Điều trước hết ảnh hưởng có mặt xúc tác nickel ảnh hưởng chồng lặp phần nhiệt độ phân huỷ CNFs carbon xốp Từ kết đánh giá trên, tác giả đưa nhận định ban đầu sản phẩm CNFs thu để khẳng định điều đó, cần có thêm phân tích sâu rõ ràng 3.2 Đánh giá khả lưu giữ dầu diesel (diesel retention) Đối với vật liệu xốp đệm carbon, cách tạo hình đệm carbon nên sợi tồn khoảng trống lớn, hay nói cách khác vật liệu có độ rỗng (porosity) cao Độ rỗng tỉ lệ thể tích phần lỗ rỗng hay khoảng trống nằm khối chất hay vật liệu so với tổng thể tích khối vật liệu Vì vậy, khác với vật liệu hấp phụ rắn, bên cạnh hấp phụ chất lỏng lực tương tác phần tử chất lỏng vật liệu, cịn có khả giữ lại lượng lớn chất lỏng khoảng trống Vì vậy, nhà nghiên cứu đưa khái niệm khả Đó khả “lưu giữ” chất lỏng (liquid retention) 3.2.1 Đánh giá tính kỵ nước sản phẩm Đối với vật liệu sử dụng hấp thu dầu tính kỵ nước ưa dầu đặc tính quan trọng định đến khả phân tách Do vậy, trước hết mẫu C-CNF đánh giá đặc tính Q trình đánh giá tính kỵ nước ưa dầu sản phẩm nano composite CCNF thực cách nhỏ nước dầu lên bề mặt sản phẩm Sau tiến hành quan sát khả thấm ướt sản phẩm hai chất đo góc thấm ướt giọt nước bề mặt sản phẩm Kết thể hình 3.9 A B Hình 3.9 Khả thấm ướt sản phẩm với nước (A) với dầu (B) Từ hình cho thấy vật liệu tổng hợp có tính siêu kỵ nước góc thấm ướt lớn có khả hấp thu dầu tốt dầu thấm tức tiếp xúc với sản phẩm Từ ta sử dụng để tách dầu khỏi nước hiệu 3.2.2 Kết đánh giá định tính khả lưu giữ dầu diesel Sau thực bước nói chương 2, kết thể hình 3.10 Hình 3.10 Khả hấp thu dầu C-CNF Từ kết thu cho thấy vòng giây, sản phẩm hấp thu hết lượng dầu có nước kết thể hình 3.11 Từ nói CCNF có tốc độ hấp thu dầu tốt Hình 3.11 Ảnh chụp mẫu trước sau tách dầu C-CNF 3.2.3 Kết định lượng Để đánh giá định lượng khả lưu giữ dầu sản phẩm tổng hợp, trước hết tác giả thực quy trình ngâm đề xuất Xiang Ge cộng [56] Kết thu sau tính tốn cơng thức 2.1 thể hình 3.12 Hình 3.12 Khả lưu giữ dầu DO mẫu M1 Quá trình thu hồi dầu tái sinh mẫu sau ngâm thực cách rửa với dung môi xăng thơm Kết cho thấy vật liệu có khả tái sử dụng nhiều lần khả lưu giữ dầu sản phẩm sau lần tái sinh khơng có chênh lệch nhiều so với sản phẩm ban đầu Từ hình 3.12 ta thấy rằng, khả lưu giữ dầu sản phẩm gấp lần khối lượng vật liệu ban đầu Từ nhận định khả lưu giữ dầu vật liệu mà tác giả đề cập chương 1, nói vật liệu có khả lưu giữ dầu tốt, phát triển thương mại Để so sánh khả lưu giữ dầu sản phẩm tổng hợp so với đệm carbon ban đầu, tác giả tiếp tục tiến hành ngâm đệm carbon thực theo quy trình mẫu M1 Kết thể hình 3.13 cho thấy khả lưu giữ đệm carbon tốt so với M1 diện tích bề mặt riêng M1 lớn đệm carbon nhiều Hình 3.13 Khả lưu giữ dầu DO đệm carbon mẫu tổng hợp Theo nhận định tác giả, đệm carbon có độ rỗng lớn nên dầu bị lưu giữ lại khoảng trống nhiều Cịn mẫu M1, khối lượng đơn vị thể tích tăng lên, CNFs hình thành đệm carbon chiếm lấy khoảng trống đó, làm cho độ rỗng đệm giảm nhiều Vì lượng dầu lưu giữ lại thấp Để kiểm chứng lại nhận định vừa nêu trên, tác giả tiến hành khảo sát sản phẩm tổng hợp M2, M3 có số đặc tính trình bày bảng 3.3 Quá trình lặp lại nhiều lần (7 lần) mẫu M1 Giá trị thể biểu đồ hình 3.13 lấy từ giá trị trung bình lần lặp Từ biểu đồ hình 3.13 cho thấy, hiệu suất tăng lên (lượng CNFs tổng hợp gắn bề mặt đệm carbon nhiều hơn) khả lưu giữ dầu mẫu giảm xuống Bảng 3.3 Đặc tính đệm carbon số mẫu sản phẩm Đặc tính Đệm carbon M1 M2 M3 Tỷ lệ CNF tạo thành (% khối lượng) _ 162 78.6 58.4 1.05 184 167 130 BET (m2/g) Với kết khả tái sinh mẫu vừa trình bày cho thấy việc sử dụng dung môi cho hiệu tái sinh tốt, nói dầu hấp phụ rửa khỏi vật liệu Tuy nhiên, dung môi sử dụng để thu hồi dầu có chi phí cao Hơn nữa, lực dung môi dầu cao, nên việc tách dầu khỏi dung mơi khó khăn tốn Vì vậy, nhiều nhà nghiên cứu giới áp dụng phương pháp ép để tiến hành thu hồi dầu Phương pháp đơn giản, dễ thực hiện, chi phí thấp Q trình ép tác giả tiến hành theo quy trình đề cập chương (phương pháp đề xuất Fan Z cộng [57]), thiết bị sử dụng để ép piston trình ép thể hình 3.14 cho mẫu đệm carbon, M4, M5 Các đặc tính M4, M5 thể bảng 3.4 A B Hình 3.14 Thiết bị ép (A) trình ép xy ranh (B) Bảng 3.4 Một số đặc tính sản phẩm tổng hợp M4, M5 Đặc tính M4 M5 Tỷ lệ CNF tạo thành (% khối lượng) 14.4 92.6 26 105.15 BET (m2/g) Để trình lưu giữ dầu vật liệu đạt trạng thái bão hòa, dầu nhỏ từ từ vào xy ranh có chứa mẫu, sau đợi 30 phút để dầu thừa Tiến hành cân khối lượng mẫu Sử dụng công thức 2.1 để đánh giá khả lưu giữ sản phẩm tổng hợp sau lần ép Kết trình bày hình 3.15 Hình 3.15 Khả lưu giữ dầu DO mẫu sau ép Từ kết thu hình 3.15 cho thấy, sau lần ép đầu tiên, khả lưu giữ vật liệu giảm nhiều so với lần Sau cân xong, tác giả tiến hành ép dầu cân lại khối lượng mẫu sau ép Từ xác định lượng dầu ép Kết thể hình 3.16 Hình 3.16 Khả thu hồi dầu DO từ mẫu phương pháp ép Kết cho thấy, lần ép đầu tiên, lượng dầu thu thấp so với lượng dầu lưu giữ vật liệu Từ lần ép thứ hai trở đi, lượng dầu ép giống với lượng dầu lưu giữ mẫu có xu hướng ổn định Mặt khác, từ lần ép sau, lượng dầu thu từ đệm carbon đến mẫu M5 có xu hướng tăng dần, kết ngược lại với kết thu phương pháp ngâm sử dụng dung môi để tái sinh Kết cho phép khẳng định sau ép, lượng dầu lại bên vật liệu, khoảng cách sợi vật liệu sát lại, khiến độ rỗng nhỏ nhiều Do đó, lượng dầu thu lần ép sau thấp lần đầu Kết phù hợp với số nghiên cứu công bố công bố tác giả Han Hu công bố tác giả Xiang Ge [55, 56] Và đó, vai trị diện tích bề mặt riêng thể hiện, cụ thể diện tích bề mặt riêng lớn khả lưu giữ dầu tăng Quá trình sử dụng phương pháp ép thực dễ dàng, đơn giản Do có đặc tính bền nên vật liệu tái sử dụng nhiều lần ... liệu hấp phụ dầu hấp phụ khoảng 5kg dầu vật liệu hấp phụ dầu xếp loại kém, không kinh tế khơng có khả thành sản phẩm thương mại;  Nếu 1kg vật liệu hấp phụ dầu hút khoảng 5-10kg dầu vật liệu hấp. .. ưa dầu thấp vật liệu có khả hấp phụ dầu thấp Rơm rạ Bã mía Vỏ trấu Mùn cưa Hình 2.4 Các loại vật liệu hấp phụ sơ đẳng [76] 1.4.3.2 Vật liệu hấp phụ dầu hữu tổng hợp [2] Hiện nay, vật liệu hấp. .. liệu hấp phụ dầu xếp loại khá, có khả thương mại;  Còn 1kg vật liệu hấp phụ dầu hút khoảng 10kg dầu vật liệu hấp phụ dầu xếp loại tốt;  Theo tiêu chuẩn Nhật Bản vật liệu hấp phụ dầu chấp nhận mặt