Ứng dụng graphit tróc nở mang từ tính (EG-NiFe2O4) trong xử lý ô nhiễm dầu .pdf

NTTU-NCKH-05 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐÈ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN Bộ - GIẢNG VIÊN 2016 -2017 Tên đề tài: ứng dụng graphit tróc nở mang từ tính (EG-NiFe2O4) xử lý nhiễm dầu sổ hợp đồng: 2017.01,08/HĐ-KHCN Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Thị Thương Đơn vị công tác: Viện kỹ thuật công nghệ cao NTT Thời gian thực hiện: 12 tháng TP Hồ Chỉ Minh, ngày 30 thảng 01 năm 2018 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành BÁO CÁO TÔNG KẾT ĐÈ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN Bộ - GIẢNG VIÊN 2016-2017 Tên đề tài: ứng dụng graphit tróc nở mang từ tính (EG-NiFe2O4) xử lý nhiễm dầu sổ hợp đồng: 2017.01.08/HĐ-KHCN Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Thị Thương Đơn vị công tác: Viện kỳ thuật công nghệ cao NTT Thời gian thực hiện: 12 tháng Các thành viên phổi họp cộng tác: STT Họ tên ThS Nguyen Thị Thương TS Bạch Long Giang ThS Trấn Vãn Thuận CN Nguyễn Hữu Vinh CN Trấn Thành Chuyên ngành Hóa - Vật liệu Co’ quan cơng tác ĐH NTT Hóa học ĐH NTT Hóa học ĐH NTT Hóa - Vật liệu ĐH NTT Môi trường ĐH NTT Ký tên MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tình hình ô nhiễm dầu biện pháp xử lý giới Việt Nam 1.1.1 Hiện trạng tràn dầu nước the giới 1.1.2 Các phương pháp xù lý nước nhiễm dầu 11 1.2 Graphite tróc nỡ EG .13 1.2.1 Khái niệm 13 1.2.2 Các phương pháp tổng hợp 14 1.2.3 Các cơng trình nghiên cứu ve vật liệu EG 15 1.3 Vật liệu ferrite 17 1.4 Graphite tróc nở mang từ tính MEG 19 1.4.1 Khái niệm 19 1.4.2 Các công trình nghiên cứu ve vật liệu MEG 20 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu 22 2.1 Quy trình tổng họp EG 22 2.2 Quy trình tổng họp MEG 24 2.3 Quy trình xử lý dầu 26 2.4 Các phương pháp phân tích 27 2.4.1 Phương pháp đánh giá hiệu quà khà nâng hấp phụ dầu vật liệu 27 2.4.2 Phương pháp phân tích đánh giá tính chất vật lý 27 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THAO LUẬN 29 3.1 Tính chất vật lý MEG 29 3.2 Kháo sát yếu tố ảnh hường đén quátrình tổng họp vật liệu 31 3.2.1 Nhiệt độ nung 31 3.2.2 Thời gian nung 32 3.2.3 Tỷ lệ thành phần 33 3.3 Khảo sát khả hấp phụ dầu cùa MEG 34 3.3.1 Thời gian hấp phụ dầu 34 3.3.2 Độ mặn cũa nước 35 3.3.3 Hàm lượng dầu nước 36 3.3.4 Che độ mặt nước Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kýhiệu/ chữ viết tắt Chữ viết tắt đầy đủ/tiếng Anh Ý nghĩa tương ứng (nếu có) Ẳmeg Adsorption of MEG Độ hấp phụ dấu MEG BET Brunauer, Emmett and Teller Phân tích bề mặt CO Crude oil Dẩu thô DO Diesel oil Dẩu Diesel EDX Energy-dispersive X-ray Phô tán xạ lượng tia X EG Exfoliated graphite Graphit tróc nở GIC Graphite intercalated compound Hỗn hợp graphit xen chèn MEG Magnetic graphite Graphit tróc nở mang từ tính SEM Scanning electron microscope Kính hiên vi điện tử quét XRD X-ray diffraction Phố nhiễu xạ tia X VSM Vibrating sample magnetometer Từ kể mẫu rung DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1-1: Ảnh hưởng cố tràn dầu vịnh Mexico Ân Độ Hình 1-2: Sự cố tràn dầu cảng Dung Quất - Việt Nam 10 Hình 1-3: Một số thiết bị vây thu hoi dau (A) Rào cản bang bọt nước, (B) Đập đất với cống xã nước bên (C) Tường chan bên 12 Hình 1-4: Các phương pháp xư lý cố dầu tràn .12 Hình 1-5: Hình ảnh SEM cùa vật liệu EG tổng hợp điều kiện ti lệ H2O2: H2SƠ4khác (A) 5:75; (B) 15:75; (C) 20:75 14 Hình 1-6: cấu trúc tinh thể ferrite 18 Hình 1-7: Khả từ tính cùa vật liệu Ferrite 19 Hình 2-1: Nguyên lý tổng hợp vật liệu EG từ graphit vảy 22 Hình 2-2: Quy trình tổng hợp vật liệu EG từ graphit vảy Việt Nam 23 Hình 2-3: Nguyên lý tổng hợp MEG thông qua phương pháp sol-gel 24 Hình 2-4: Phương pháp tổng hợp vật liệu MEG 25 Hình 2-5: Hình ảnh trình hấp phụ dau DO: (a) MEG ban đầu; (b) MEG rài dầu, (c), (d) sừ dụng nam châm đất để MEG no dầu, (e) MEG sau no dầu, (f) phần dầu sau gạn 26 Hình 3-1: ảnh SEM cùa vật liệu (a) EG; (b) MEG 29 Hình 3-2: ảnh FTIR cùa vật liệu Error! Bookmark not defined Hình 3-3: ảnh XRD vật liệu Error! Bookmark not defined Hình 3-4: ảnh VSM vật liệu 30 Hình 3-5: Biểu đồkhảo sát nhiệt độ nung MEG 32 Hình 3-6: Biểu đồkhảo sát thợi gian nung MEG 33 Hình 3-7: Biểu đồkhảo sát tỷ lệ EG: NiFe2O4 34 Hình 3-8: Biểu đồkhảo sát thời gian hấp phụ DO vàco MEG 35 Hình 3-9: Biểu đồkhảo sát độ mặn cùa nước dầu DO co 37 Hình 3-10: Biểu đo khào sát hàm lượng dầu DO co nước 36 Hình 3-11: Biểu đo khâo sát che độ mặt nước dầu DO COError! defined Bookmark not DANH MỤC • CÁC BẢNG BIẾU Bàng 3-1: Bảng giá trị BET Pore cùa vật liệu 29 Bàng 3-2: Bảng khảo sát nhiệt độ nung 31 Bàng 3-3: Bảng khảo sát thời gian nung 32 Bàng 3-4: Bảng khảo sát tỳ lệ thành phần 33 Bàng 3-5: Bảng khảo sát thời gian hấp phụ dầu DO Error! Bookmark notdefined Bàng 3-6: Bảng khảo sát thời gian hấp phụ dầu co Error! Bookmark notdefined Bảng 3-7: Bảng khảo sát độ mặn cùa nuớc dầu DO .Error! Bookmark not defined Bảng 3-8: Bảng khảo sát độ mặn cùa nước dầu co Error! Bookmark not defined Bảng 3-9: Bảng khảo sát hàm lượng dầu DO nước Error! Bookmark not defined Bàng 3-10: Bàng khảo sát hàm lượng dầu co nước Error! Bookmark not defined Bàng 3-11: Bàng khảo sát chế độ mặt nước dầu DO Error! Bookmark not defined Bảng 3-12: Bàng khảo sát che độ mặt nước dầu co Error! Bookmark not defined TÓM TẮT KỂT QUẢ NGHIÊN cứu Sán phẩn đăng ký thuyết minh Sản phẩm thực đạt Quy trình cơng nghệ tổng hợp vật liệu Ọuy trình cơng nghệ tổng họp vật liệu EG-NiFe2O4 EG-NiFe2O4 - Quy trình cơng nghệ xù lý dầu mơi truờng nước bang graphit tróc nở mang từ trường nước bang graphit tróc nở mang từ tính tính - tạp chí nước (VAST) Quy trình cơng nghệ xừ lý dầu mơi hội thảo tạp chí nước Thời gian đăng ký : từ ngày Thời gian nộp báo cáo: đến MỞĐẢƯ Trong năm gần đây, cố tràn dầu giới Việt Nam xảy ngày nhiều với quy mô lớn, làm ô nhiễm môi trường trầm trọng, gây cân sinh thái, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người đời sống sinh vật biển, gây thiệt hại lớn kinh tế Trong loại vật liệu hấp phụ, graphit tróc nở mang từ tính (Magnetics exfoliated graphit - MEG) có khả hấp phụ dầu cao, mặt nước sau trình hấp phụ, xử dụng xử lý tràn dầu biên Vì vậy, đe tài “ứng dụng graphit tróc nở mang từ tính (EG-NiFe2O4) xử lý ô nhiễm dầu” nhằm tận dụng nguồn graphit dạng vảy sằn có Việt Nam, mở hướng de tong hợp vật liệu ứng dụng công nghệ xử lý dầu tràn ngành dầu khí Việt Nam Quy trình cơng nghệ chế tạo EG với tác nhân xen chèn H2SO4 H2O2 từ nguồn graphit dạng vảy Việt Nam quy mơ phịng thí nghiệm đạt yêu cầu tính on định, lớp EG tách hồn tồn, diện tích bề mặt riêng lớn kích thước lỗ xốp lớn tương ứng 28.9 m2/g 0.0053 cm3/g Vật liệu MEG loại vật liệu mang từ tính, thơng qua việc kết hợp vật liệu EG Niken-sắt từ (NiFe2O4), tồng hợp phương pháp solgel kết hợp với sốc nhiệt cho hiệu cao quy trình cơng nghệ ổn định phù hợp với điều kiện Việt Nam Vật liệu EG-NiFe2O4 có cấu trúc (BET: 32.9 m2/g), hạt nano NiFe2O4phân tán đồng graphit (phân tích SEM) từ tính đạt 14 emu/g (phân tích VSM) Tiến hành đánh giá khả hấp phụ dầu vật liệu EG-NiFe2O4 quy mơ phịng thí nghiệm hiệu hấp phụ dầu thô (CO) đạt giá trị 25.8g/g vật liệu thấp dầu Diesel (DO) có giá trị 30.2g/g Ngồi ra, đề tài nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện tong hợp bao gom thời gian tiếp xúc, lượng dầu nặng độ mặn nước khả hấp phụ EG-NiFe2O4 tổng hợp cho co DO khảo sát Như vậy, quy trình công nghệ xử lý nước nhiễm dầu từ cố tràn dầu vật liệu EG-NiFe2O4 đơn giản, dề áp dụng, phù họp với điều kiện Việt Nam CHƯƠNG 1:TĨNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tình hình nhiễm dầu biện pháp xử lý giới Việt Nam 1.1.1 Hiện trạng tràn dầu nước giới Ngày nay, sản phẩm dầu mỏ có mặt hầu hết lình vực đời sống sinh hoạt hàng ngày cùa người công nghiệp Theo số liệu thống kê, khoảng 65 đen 70% lượng sử dụng từ dầu mỏ, có khoảng 20 đến 22% từ than, đến 6% từ lượng nước đến 12% từ lượng hạt nhân Cùng với phát triển chung đó, trạng nhiễm dầu cơng đoạn khai thác vận chuyến ngày tăng Hình 1-1: Ảnh hưởng cố tràn dầu vịnh Mexico Án Độ Tràn dầu phóng thải hydrocarbon dầu mỏ lỏng vào môi trường hoạt động người gây ô nhiễm mơi trường Dầu có the bao gồm nhiều loại khác từ dầu thô, sản phàm lọc dầu (như xăng dầu diesel), từ bồn chứa dầu tàu, dầu thải chất thải dính dầu Theo thống kê ITOPF (International Tanker Owners Pollution Federation Ltd) từ nhiều năm qua, số vụ tràn dầu qua năm có xu hướng giảm dần, nhiên vụ tràn dầu với quy mô lớn lại xảy nhiều hon, cụ thể thập niên 90 có khoảng 358 vụ tràn dầu với tổng lượng dầu tràn 1.138.000 tấn, 10 vụ (chiếm 3% tống số vụ) có tong khối lượng dầu tràn 830.000 (chiếm 73% số lượng dầu tràn) Một số tai nạn tràn dầu điển hình như: năm 1979, tàu Atlantic Empress đồ biển 287.000 dầu; năm 1983, tàu Castillop de Bellver để tràn 252.000 tấn; đến 1991, tàu ABT Summer để tràn 260.000 dầu biển, đỉnh điểm vụ tràn dầu lớn giới xảy chiến tranh vùng Vịnh năm 1991, Iraq đổ khoảng 800.000 dầu thô vịnh Ba Tư Gần nhất, năm 2010, đường ống dẫn dầu vịnh Mexico phát no gây vụ tràn dầu tồi tệ lịch sử, lượng dầu tràn vịnh Mexico 4,9 triệu thùng với lượng dầu bao phủ khoảng 180.000 km2 mặt biển Trong năm gần đà xảy nhiều số tràn dầu, lượng phế thải dầu đồ biển ngày nhiều, hậu gây ô nhiễm nghiêm trọng vùng ven biển, cửa sông Việt Nam Hiện nay, thực trạng ô nhiềm dầu vùng ven cửa sông, vùng thềm lục địa Việt Nam vùng Biền Đông ngày gia tăng Có nhiều nguồn gây nhiễm dầu, nhiễm từ nguồn ngồi khơi Biến Đơng, nhiễm từ lục địa đổ Các nguồn gây ô nhiễm dầu xảy có tính thường xun, tích tụ gia tăng theo thời gian, có nguồn gây nhiễm tức thời gây thiệt hại lớn có tác động xấu đến mơi trường, hệ sinh thái ven biên Hình 1-2: Sự cố tràn dầu cảng Dung Quất - Việt Nam 10 ... đe tài ? ?ứng dụng graphit tróc nở mang từ tính (EG-NiFe2O4) xử lý ô nhiễm dầu? ?? nhằm tận dụng nguồn graphit dạng vảy sằn có Việt Nam, mở hướng de tong hợp vật liệu ứng dụng công nghệ xử lý dầu tràn... trình cơng nghệ xù lý dầu mơi truờng nước bang graphit tróc nở mang từ trường nước bang graphit tróc nở mang từ tính tính - tạp chí nước (VAST) Quy trình cơng nghệ xừ lý dầu mơi hội thảo tạp... lớn kinh tế Trong loại vật liệu hấp phụ, graphit tróc nở mang từ tính (Magnetics exfoliated graphit - MEG) có khả hấp phụ dầu cao, mặt nước sau trình hấp phụ, xử dụng xử lý tràn dầu biên Vì vậy,