Phần I: Lí do chọn đề tài Ô nhiễm các sự cố tràn dầu thực sự là một thảm họa đối với sinh vật thủy sinh, việc xử lý ô nhiễm tràn dầu cũng vì thế mà được nhiều nhà khoa học trong nước và Quốc tế hết sức quan tâm. Với sản lượng sản xuất và tiêu thụ dầu hàng năm rất lớn, việc vận tải và rò rỉ trong khi sản xuất, khai thác và chế biến dầu mỏ thường gây ra những ô nhiễm nghiêm trọng. Một số vụ tràn dầu rất lớn gần đây đã gây hậu quả hết sức nghiêm trọng: Ngày 2042010 thảm họa Deepwater Horizon đã được các ước tính mới nhất của chính phủ Hoa Kỳ xác nhận là sự cố rò rỉ dầu ra biển lớn nhất từ trước tới nay. Hơn 750.000 lít dầu thô rò rỉ mỗi ngày từ giàn khoan dầu Deepwater Horizon của Hãng dầu khí Anh BP trên vịnh Mexico đã lan ra xa gần 200km tới vùng cửa sông Mississippi, đe dọa hệ sinh thái ngập mặn Louisiana, dọc vịnh Mexico. Ngày 5102013 hàng chục nghìn lít dầu FO trôi dạt từ tàu Bright Royal (quốc tịch Panama) đã lan ra 60 hải lý và có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng cho huyện đảo Lý Sơn (Quảng Ngãi). Trước những nguy cơ gây ô nhiễm rất lớn của sự cố tràn dầu, những vệt dầu loang, vấn đề cấp bách phải xử lý các ô nhiễm đó, chúng tôi đã nghiên cứu để có thể chế tạo vật liệu hấp thu dầu trên cơ sở tổng hợp vật liệu polyme và hạt oxit sắt có từ tính. Vật liệu trên cơ sở ghép giữa polyme và hạt ôxit sắt có khả năng hấp thu dầu và có thể thu hồi được bằng từ trường, vật liệu có thể giải hấp bằng nhiệt và có thể sử dụng được nhiều lần hấp thu.
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI TRƯỜNG THCS & THPT NGUYỄN TẤT THÀNH - CẦU GIẤY ************** ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ LẦN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014 - 2015) Tên đề tài: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU THU GOM XỬ LÍ DẦU TRÀN CĨ CHỨA HẠT NANO SẮT TỪ Lĩnh vực: Quản lí mơi trường NGƯỜI HƯỚNG DẪN - TS.Nguyễn Tiến Dũng - Đơn vị cơng tác: Khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm Hà Nội TÁC GIẢ: Đinh Tiến Dũng, Lớp: 11A2, Trường: THCS & THPT Nguyễn Tất Thành Hoàng Minh Quang, Lớp:11A2, Trường: THCS & THPT Nguyễn Tất Thành Hà Nội, tháng 11 năm 2014 MỤC LỤC Phần I: Lí chọn đề tài Phần II: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Phần III: Quá trình nghiên cứu kết Phần IV: Kết luận Tài liệu tham khảo Trang 19 20 Phần I: Lí chọn đề tài Ơ nhiễm cố tràn dầu thực thảm họa sinh vật thủy sinh, việc xử lý ô nhiễm tràn dầu mà nhiều nhà khoa học nước Quốc tế quan tâm Với sản lượng sản xuất tiêu thụ dầu hàng năm lớn, việc vận tải rò rỉ sản xuất, khai thác chế biến dầu mỏ thường gây ô nhiễm nghiêm trọng Một số vụ tràn dầu lớn gần gây hậu nghiêm trọng: - Ngày 20/4/2010 thảm họa Deepwater Horizon ước tính phủ Hoa Kỳ xác nhận cố rò rỉ dầu biển lớn từ trước tới Hơn 750.000 lít dầu thơ rị rỉ ngày từ giàn khoan dầu Deepwater Horizon Hãng dầu khí Anh BP vịnh Mexico lan xa gần 200km tới vùng cửa sông Mississippi, đe dọa hệ sinh thái ngập mặn Louisiana, dọc vịnh Mexico - Ngày 5/10/2013 hàng chục nghìn lít dầu FO trơi dạt từ tàu Bright Royal (quốc tịch Panama) lan 60 hải lý có nguy gây nhiễm mơi trường nghiêm trọng cho huyện đảo Lý Sơn (Quảng Ngãi) Trước nguy gây ô nhiễm lớn cố tràn dầu, vệt dầu loang, vấn đề cấp bách phải xử lý nhiễm đó, chúng tơi nghiên cứu để chế tạo vật liệu hấp thu dầu sở tổng hợp vật liệu polyme hạt oxit sắt có từ tính Vật liệu sở ghép polyme hạt ơxit sắt có khả hấp thu dầu thu hồi từ trường, vật liệu giải hấp nhiệt sử dụng nhiều lần hấp thu Phần II: Tổng quan vấn đề nghiên cứu - Vật liệu polyme hấp thu dầu thường có nhóm ưa dầu, kị nước trương dầu, khơng bị hịa tan dầu Các vật liệu sử dụng nhiều vật liệu polyme thiên nhiên như: sợi bơng, sợi đay, bã mía, sợi kenaf, sợi kapok… loại giấy thấm dầu Các polyme thiên nhiên có ưu điểm rẻ tiền, dễ kiếm dễ chế tạo nhiên nhược điểm lớn chúng ưa nước, thông thường chúng hút nước tồn lơ lửng nước điều làm ô nhiễm xử lý không triệt để gây độc hại với động thực vật thủy sinh Các polyme tổng hợp thường dung có nhược điểm khó thu hồi dạng hạt, dạng miếng lại khơng động việc hấp thu khó tái sử dụng sau hấp thu thường không giải hấp - Nhóm nghiên cứu chúng tơi dựa sở polystyren vật liệu ưa dầu dạng hạt dẻo, tiến hành thực nghiệm trùng hợp huyền phù styren divinylbenzen để tạo co-polyme, vật liệu thu có khả hấp thu dầu tốt, chúng hấp thu khoảng 5-6g dầu nặng DO gam vật liệu Để thu hồi chúng dễ dàng phân tán hạt oxit sắt hỗn hợp monome tiến hành trùng hợp Vật liệu thu có khả hút dầu tốt đồng thời sử dụng nam châm để hút lại Sau thu hồi, với xăng dầu nhẹ sử dụng nhiệt để cất tách xăng dầu khỏi vật liệu để tái sử dụng, nhiên với dầu nặng khơng tách nhiệt phân hủy vật liệu không cao nhiều so với nhiệt độ sôi dầu nặng - Những điểm nghiên cứu này: + Sử dụng hệ polyme styrene divinylbenzen để hấp thu dầu, nghiên cứu chưa có nhóm nghiên cứu nước thực + Đưa hạt ôxit sắt vào vật liệu để thu hồi, có nghiên cứu tương tự họ dung trực tiếp vật liệu từ để tách dầu khơng dung với mục đích thu hồi vật liệu nhóm nghiên cứu chúng tơi Phần III: Quá trình nghiên cứu kết Cơ sở lý thuyết: Quá trình trùng hợp tạo polyme dựa phản ứng trùng hợp diễn sau: - Tạo gốc tự do: Dưới tác dụng nhiệt độ, benzoyl peoxit phân huỷ thành gốc cacboxy benzoyl: C O O to O C O C O O (1) C O O (2) + C O O Các gốc chuyển hố tiếp: C O C O O O + (3) C O O C O (4) O O C + C O O O C + (5) O O Ký hiệu gốc tồn trình phản ứng là: R C O , O - Phản ứng khơi mào: Để rút gọn công thức viết chế, ký hiệu gốc sau: X là: -C6H5, Y là: -C6H4-CH=CH2 • R cơng vào monome tạo gốc khơi mào: (6) r + c h 2=c h x x r + (7) r - c h 2- c h c h 2=c h (8) r - c h 2- c h y y - Phản ứng phát triển mạch: c h 2- c h + x k11 c h 2=c h (9) c h 2- c h - c h 2- c h X x x Quá trình phản ứng đồng trùng hợp hai monome xảy phức tạp, đặc tính xảy phản ứng phát triển mạch xảy theo hướng sau: c h 2- c h x k12 + c h 2=c h c h - c h - c h 2- c h Y c h 2- c h + x c h 2=c h c h 2- c h - c h 2- c h Y Y ch - c h + k 21 c h 2- c h - c h 2- c h x (11) Y Y c h 2=c h Y Y k 22 (10) (12) X Y - Phản ứng đứt mạch: c h 2- c h - c h 2- c h x + c h 2- c h - c h 2- c h x x x c h 2- c h - c h 2- c h x x (13) Kết hợp gốc phát triển: c h 2- c h - c h 2- c h y + y c h 2- c h - c h 2- c h x x c h 2- c h - c h 2- c h - c h 2- c h - c h 2- c h y y x x (14) c h 2- c h - c h 2- c h + y y c h 2- c h - c h 2- c h c h 2- c h - c h 2- c h y y y y (15) c h 2- c h - c h 2- c h x y + c h 2- c h - c h 2- c h x y c h 2- c h - c h 2- c h - c h 2- c h - c h 2- c h x y y x (16) Chuyển mạch theo hướng bất đối xứng c h 2- c h - c h 2- c h y y c h 2- c h - c h 2- c h y + y c h 2- c h - c h =c h y y (17) c h 2- c h - c h 2- c h x x c h 2- c h - c h 2- c h x x + c h 2- c h - c h =c h x x (18) c h 2- c h - c h 2- c h y x + c h 2- c h - c h 2- c h y y c h 2- c h - c h 2- c h x y + c h 2- c h - c h =c h y y (19) Sản phẩm thu hỗn hợp có chứa monome dư, oligome, copolyme, homopolyme , tỷ lệ cấu tử khác phụ thuộc vào chất thành phần, mức độ ổn định, kích thước cấu tử, nhiệt độ, chất khơi mào, nồng độ monome, tốc độ khuấy trộn Một số phương pháp hoá học điều chế hạt nano oxit sắt từ - Phương pháp oxi hoá Fe2+ Nguyên tắc phương pháp thuỷ phân muối Fe2+ví dụ muối FeSO4.7H2O hay FeCl2.4H2O cách thêm bazơ ví dụ NH4OH hay NaOH khơng khí điều kiện t 0, pH phù hợp Lọc sấy khơ khơng khí t0 phòng hạt sắt từ Nồng độ chất đầu tốc độ kết tủa nhân tố quan trọng định kích thước hạt Nồng độ đầu tốc độ kết tủa nhỏ kích thước hạt nhỏ Động học phản ứng oxi hóa Fe 2+ chậm khó điều khiển, thường người ta nên tránh sử dụng phương pháp Sử dụng FeCl2.4H2O dung dịch NH3 0.07M, phản ứng tiến hành 80oC-90oC Lọc sấy khơ qua đêm khơng khí t phòng hạt sắt từ, thu số kết sau: Bảng 1.5 Sự phụ thuộc kích thước hạt, thể tích đơn vị tế bào, độ từ hố bão hồ vào nồng độ FeCl2 Mẫu Nồng độ Kích thước Thể tích tế bào MS số (%) hạt (nm) đơn vị (Ao)3 28 0.25 6.4 592.7 1.1 32 0.05 10.8 587.7 2.6 34 0.60 37.8 586.5 2.3 37 3.00 91.4 586.4 2.0 Kết quả: - Các hạt tạo có dạng hình cầu - Mẫu 28 32 đơn pha - Mẫu 34 37 lẫn .Fe2O3 12% % Khi nồng độ chất đầu giảm kích thước hạt giảm, đồng thời độ tinh khiết sản phẩm tăng Hiệu ứng kích thước hạt dẫn đến thể tích tế bào đơn vị mở rộng Thể tích tế bào đơn vị mở rộng tăng lượng ion Fe 2+ mẫu bán kính ion Fe 2+ 0,74 A0 lớn bán kính ion Fe 3+ 0,64 A0, đồng nghĩa với tăng độ tinh khiết sản phẩm Phương pháp thuỷ phân cưỡng chế Phương pháp thuỷ phân cưỡng chế phương pháp lý thuyết dựa chế hình thành phát triển mầm tinh thể Trong dung mơi thích hợp, thuỷ phân tạo ion đa nhân chứa cầu OH M-OH-M hay cầu oxi M-O-M tiền thân nhân mầm tinh thể Trong dung dịch, ion kim loại M z+ bị hidrat hố Bản chất q trình nhường e- phân tử H2O hình thành liên kết yếu cation trung tâm O [M(H2O)n]z+ [M(OH)p(H2O)n-p](z-p)+ + pH+ - Cơ chế thuỷ phân: Phức aquơ Phức hydroxo Phức oxo Có thể ngưng tụ thành phức đa nhân keo hoá Nhờ q trình ngưng tụ mà mơnome đime trime polime Sau phát triển thành hạt keo gel hạt Đặc điểm phương pháp khống chế nghiêm ngặt điều kiện trình thuỷ phân: nhiệt độ, áp suất, môi trường phản ứng Phương pháp đươc dùng để tổng hợp nên oxit phức hợp YOHCO3, CoFe2O4 Phương pháp đồng kết tủa: Phương pháp thực chất tạo oxit phức hợp thông qua dạng kết trung gian Yêu cầu quan trọng trước hết phương pháp hoá chất phải thật tinh khiết Phản ứng tiến hành mơi trường khí trơ, dung dịch chuẩn bị cho phản ứng phải loại O2 cẩn thận ưu điểm phương pháp không sử dụng hệ tác nhân bề mặt: Khi sol nước hạt khơng chứa tác nhân bề mặt người ta sử dụng trực tiếp, ví dụ chèn trực tiếp vào lớp phim polyme siêu mỏng ứng dụng vật liệu quang từ Qui trình phản ứng sau [12]: Chú thích: – Van N2 2, – Bình điều nhiệt - Dung dịch Fe2+, Fe3+ – Dung dịch kiềm – Nhiệt kế – Bình phản ứng – Que khuấy – Sinh hàn Hình: Mơ hình phản ứng theo phương pháp đồng kết tủa Mở van N2 sục vào dung dịch chứa Fe2+, Fe3+ dung dịch chứa NaOH, trộn lẫn dung dịch đưa vào bình phản ứng Lắp sinh hàn nhiệt kế, que khuấy Nhiệt độ phản ứng trì bể ổn nhiệt Kết tủa đen hình thành lập tức, khuấy mạnh 2h, sản phẩm tạo thành đem lọc rửa đem làm khô Sử dụng dung dịch Fe2+, Fe3+ 0,25M dung dịch NaOH 0,05M Bình phản ứng có chứa sẵn nước cất 80 0C Khuấy 800C Tác giả nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ số mol Fe2+/Fe3+ đến kích thước hạt: Mẫu 1: Fe2+/Fe3+ = 0,5 Mẫu 2: Fe2+/Fe3+= Và thu kết sau: Mẫu 1: hình cầu, phân bố kích thước hẹp; d = 5,9 nm Mẫu 2: dạng hạt gần giống hình lập phương; d =12,8 nm Kích thước hạt mẫu lớn mẫu 1, mẫu có oxi hố chậm lượng dư Fe (II) Fe(III): Fe2+ + OH- Fe(OH)2 O2 Fe3O4 + H2O Fe(OH)2 > Bán kính ion Fe2+ ( 0,74 A0) lớn bán kính ion Fe 3+ ( 0,64 A0), lượng dư Fe2+ nguyên nhân gây tăng kích thước hạt 10 Một số lưu ý tiến hành phương pháp đồng kết tủa: + Tỉ lệ Fe2+/Fe3+: Do muối Fe2+ dễ bị oxi hoá nên thực tế thường lấy tỉ lệ số mol Fe2+/Fe3+ > 0,5 Tuy nhiên hoá chất tinh khiết đến 99.9 % biện pháp ngăn ngừa oxi hóa tiến hành cách nghiêm ngặt nên lấy tỉ lệ hợp thức nhằm mục đích tạo hạt sắt từ đơn pha + Bazơ: Do khả phân cực cao cation kim loại kiềm dung dịch NH3, lượng bề mặt cao hạt nano sắt từ nên hạt thường bị kết tụ Để ngăn ngừa tượng này, người ta tiến hành nhiều phương pháp khác Một phương pháp sử dụng TAMOH (tetrametyl amoni hidroxi) thay cho NaOH, NH4OH, cation N(CH3)4+ có khả phân cực hố thấp + Nồng độ: Nồng độ tác nhân phản ứng nên 0,1M Nếu nồng độ đặc, hạn chế tham gia H 2O vào trình phản ứng làm tăng khả kết tụ +Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phát triển tinh thể ảnh hưởng đến hình dạng kích thước hạt Nhiệt độ tăng, thời gian tiến hành phản ứng giảm, kích thước hạt tăng, hình dạng hạt thay đổi + Anion: Không nên dùng SO42-, PO43- anion có điện tích lớn, khả phân cực hoá cao Phương pháp vi nhũ Nguyên tắc phương pháp tổng hợp hạt sắt từ hệ vi nhũ W/O (Water/Oil) tức hệ vi nhũ nước dầu Trong dầu mơi trường liên tục Những hạt nước có kích thước nhỏ bền dầu nơi phản ứng xảy để tạo hạt sắt từ ưu điểm phương pháp hạt tạo phần lớn có dạng hình cầu *Cơ chế tạo hệ vi nhũ: Hệ vi nhũ thường bao gồm pha hữu đóng vai trị làm dung môi, chất hoạt động bề mặt chất tan H2O Phần đầu phân cực chất hoạt động bề mặt phân tán H 2O phần đuôi không phân cực phân tán pha hữu *Giới thiệu số hệ vi nhũ: a Hệ gồm H2O/AOT/ n-heptan Trong AOT Natri bis (2-etyl hexyl sunfo sucxinat) đóng vai trị làm tác nhân bề mặt b Hệ gồm H2O/ C2H5OH/ DBS/ toluen Pha hữu toluen, tác nhân bề mặt dodexyl benzen sunfonat 11 C12H25C6H6(SO3Na), C2H5OH tác nhân phụ có vai trò tương tự chất hoạt động bề mặt C2H5OH tan vơ hạn nước, nhóm etyl khơng phân cực giúp phân tán tốt pha hữu *Phương pháp vi nhũ: Dung dịch FeCl2, FeCl3 trộn theo tỉ lệ 1:1 Chất hoạt động bề mặt/ pha hữu Dung dịch bazơ ví dụ NH4OH hay NaOH Chất hoạt động bề mặt/ pha hữu Hệ vi nhũ I Hệ vi nhũ II Sơ đồ tổng hợp hạt oxit sắt từ phương pháp vi nhũ Trộn lẫn hệ vi nhũ môi trường khí N2, khuấy tốc độ cao Sản phẩm li tâm, rửa, làm khô chân không - Tổng hợp vật liệu: + Hóa chất dụng cụ: Hóa chất: - Styren C8H8 (C6H5-CH=CH2) (St - Trung Quốc): d420 = 0,906 - 0,909 g/ml, M= 104,15 - Divinylbenzene (p-C6H4(HC=CH2)2) (DVB - Merck), d420 = 0,9162 g/ml, M=130,19 g/mol - Benzoyl peroxit (BPO - Trung Quốc) - FeCl2.4H2O, FeCl3.6H2O (Trung Quốc) - Dung dịch NH3, NaOH, Gelatin (Trung Quốc) - Metanol (Trung quốc) - Etanol (Việt Nam) - Nước cất - Dầu Diezel (Petrolimex), tỷ trọng 15oC: 0,87 - Xăng A92, A95 (Petrolimex), tỷ trọng 15oC: 0,76 - Dầu DO (Petrolimex), tỷ trọng 15oC: 0,92 12 - Toluen (Merk) Dụng cụ: Bể điều nhiệt, cân phân tích, tủ sấy, máy khuấy, nhiệt kế, bình cầu ba cổ, cốc thuỷ tinh, bình tam giác, pipet dụng cụ khác Tổng hợp hạt ôxit sắt: Tiến hành pha dung dịch hỗn hợp muối FeCl3 FeCl2 nước cất với nồng độ CMFeCl3= 0,24M, CMFeCl2= 0.12M, rót vào bình phản ứng đặt hệ điều nhiệt nhiệt độ 50oC Dung dịch NaOH 0,05M rót vào phễu nhỏ giọt Trước trình phản ứng dung dịch sục khí N2 để ngăn ngừa oxi hoá ion Fe 2+, sử dụng máy khuấy với tốc độ cao với tốc độ nhỏ giọt 2-3 giây/giọt Hỗn hợp phản ứng chuyển thành màu đen sau nhỏ giọt, pH phản ứng ổn định từ 10,4 -10,5, tiến hành phản ứng 120 phút Phản ứng thủy phân: Fe2+ + 2Fe3+ + 8OH- Fe3O4 + 4H2O - Sản phẩm đem lọc tách li tâm, rửa ion Cl - nước cất vài lần (thử ion Cl- kết tủa dung dịch AgNO 3), sau rửa kết tủa cồn 960 khoảng 2-3 lần Mẫu vật liệu oxit sắt thu sấy khô nhiệt độ 70oC tủ sấy chân không Biến tính bề mặt hạt oxit sắt - Hạt sắt oxit muốn đưa vào polyme phải biến tính bề mặt, khơng chúng bị lắng chìm dung dịch hỗn hợp phản ứng tách ngồi Có nhiều phương pháp để biến tính hệ hạt này, chúng tơi sử dụng phương pháp oleat hóa bề mặt Phương pháp có ưu điểm dễ làm, axit oleic dễ kiếm rẻ tiền, đồng thời oleic cịn có nối đơi, dễ dàng tạo liên kết tăng khả tương hợp với polyme Do lượng bề mặt cao nên hạt sắt từ thường bị kết tụ Điều kiện ứng dụng địi hỏi khơng có kết tụ mà phải phân tán Muốn lực tương tác so chuyển động nhiệt, tương tác đẩy phải mạnh lực hút hạt Những hạt nano Fe3O4 có kích thước nhỏ, thể tính siêu thuận từ nhiệt độ thường (nhiệt độ Curie nhỏ nhiệt độ thường), có nhiều ứng dụng quan trọng lĩnh vực y học Điều kiện ứng dụng hạt phải có kích thước nhỏ 50nm, có phân bố kích thước hẹp bề mặt bảo vệ chất có khả tương hợp sinh học cao Với lớp áo khốc bên ngồi ngăn cản 13 kết tụ, đồng thời làm tăng khả tương hợp sinh học, vật liệu siêu thuận từ sử dụng để làm chất dẫn thuốc, sử dụng lĩnh vực ghi hình ảnh cộng hưởng từ Một số phương pháp ổn định, bảo vệ hạt ôxit sắt từ * Khi kích thước hạt nhỏ đến giới hạn định, hạt thể tính siêu thuận từ, hạt siêu thuận từ có nhiều ứng dụng nên nhà khoa học chủ yếu tập trung nghiên cứu phương pháp bảo vệ hạt nano siêu thuận từ Sau số phương pháp bảo vệ hạt nano siêu thuận từ SPION (super paramagnetic iron oxide nanoparticles) Phương pháp 1: Sử dụng dung dịch natrioleat để tạo huyền phù bền, với nồng độ 2.10-4 vừa vặn tạo lớp đơn hấp phụ bề mặt hạt sắt từ Hệ gồm SPION dung dịch natrioleat phân tán bể siêu âm với cường độ mạnh 5’, t0 800C, sau làm lạnh đến nhiệt độ phịng Phương pháp 2: Năm 1968, sau tạo hạt oxit sắt từ Fe 3O4 băng phương pháp nghiền học, Papell người tạo pha phân tán bền hạt axit oleic/ dung môi hidrocacbon Sau đó, phương pháp sử dụng cách rộng rãi Ngồi axit oleic, cịn sử dụng số axit béo khác nhý axit stearic Trên bề mặt hạt sắt từ có nhóm -OH, mà hạt sắt từ axit cacboxylic có hình thành liên kết hố học Phần khơng phân cực axit béo phân tán dung môi hữu khơng phân cực toluen hay n-hexan → Hình 1.9 Axit cacboxylic hấp phụ hoá học bề mặt hạt sắt từ Phương pháp 3: Tinh bột (TB) sử dụng trình phản ứng, lớp polime bao phủ quanh hạt ngăn ngừa oxi hoá tránh kết tụ sức căng bề mặt Lấy 100 mg TB hoà tan 20 ml nước cất 80 0C tác dụng máy khuấy từ, 5ml dung dịch chứa 0,1M Fe2+ 0,2 M Fe3+ rót vào dung dịch TB điều chế Dùng máy khuấy học tốc độ cỡ 2000 vòng/phút, khuấy mạnh 20 phút để đồng hỗn hợp Sau 25 ml hỗn hợp thêm 14 nhỏ giọt vào 250 ml NaOH 0,1M tác dụng máy khuấy học mạnh 600C 2h Sau H20 bay 50 % khối lượng, dung dịch lại làm lạnh đến nhiệt độ phòng để yên 12 h gel Phương pháp biến tính hạt oxit sắt axit oleic: - Để ngăn ngừa tượng kết tụ ta sử dụng chất hoạt động bề mặt amôni oleat để tạo lưu thể bền hạt sắt từ Tiến hành: điều chế dung dịch amoni oleat cách cho axit oleic phản ứng với dung dịch NH3, cho từ từ 25ml dung dịch NH3 đậm đặc vào 100ml axit oleic, khuấy hỗn hợp tan vào hoàn toàn, lấy dung dịch thu để tiến hành hoạt hóa bề mặt hạt oxit sắt Đưa hạt sắt từ vào hệ thu trên, khuấy mạnh 4h 50 0C Lưu thể tạo thành bền, để 30 ngày không lắng Thành phần hệ: Hạt oxit sắt : 2% Amôni oleat : 0,6% Nước cất : 97,4% - Khi cần sử dụng hạt nano Fe3O4, cho hệ vào máy ly tâm tốc độ cao, lọc tách hạt, sấy khô đưa vào sử dụng - Có thể thay hệ amoni oleat cách sử dụng trực tiếp axit oleic, sử dụng bể siêu âm để trộn hạt Đồng trùng hợp Styren Divinylbenzen có hạt oxit sắt: Lắp bình ba cổ 250 ml, ăn khớp với thiết bị khuấy, thiết bị đo nhiệt (bể điều nhiệt), thiết bị hồi lưu, đường dẫn khí nitơ, tạo lấp đầy nitơ Cho 5g chất bảo vệ huyền phù gelatin, sau cho 100 ml dung dịch phản ứng gồm Styren Divinylbenzen có phân tán hạt ơxit sắt oleat hóa bề mặt monome thiết bị siêu âm Gia nhiệt đến 90 0C bể điều nhiệt trì vận tốc khuấy khơng đổi cho dịng Nitơ nhẹ nhàng vào bình phản ứng Chất khơi mào Peroxit benzoyl thêm vào với lượng khoảng 1% so với monome, thời điểm thời điểm bắt đầu phản ứng Sau 240 phút dừng phản ứng kể từ cho thêm chất khởi đầu làm lạnh hỗn hợp xuống nhiệt độ phòng Sản phẩm thu rửa khuấy metanol để loại bỏ monome dư, sau lọc làm khơ chân không 70 oC tới khối lượng không đổi Phản ứng trùng hợp: 15 Thử nghiệm khả hấp thu thu hồi dầu vật liệu Khả hấp thụ dầu (mức độ hấp thụ dầu) thụng số quan trọng việc chế tạo polyme hấp thụ dầu Để xác định mức độ hấp thụ dầu lấy mẫu sau phản ứng kết, tất cỏc mẫu thử khả hấp thụ dầu sấy khụ chân không ngày Hệ số hấp thụ dầu (W) xác định phương pháp trọng lượng Cân lượng xác định (khoảng g) chất hấp thụ sấy cho vào túi chè ngâm vào dầu nhiệt độ phòng Làm túi đối chứng tương tự không cho vật liệu hấp thụ dầu để xác định tăng khối lượng túi có chất hấp thụ dầu Sau khoảng thời gian định lấy túi mẫu khỏi dầu để hết dầu phút cân xác khối lượng túi mẫu Tiến hành cân khối lượng túi chứa vật liệu hấp thụ dầu khơng tăng lên dừng lại Để xác định khả hấp thụ dầu (lượng dầu hấp thụ bão hịa) thơng thường cho hấp thụ khoảng giờ, ngâm tới 24 nhiên ý khả bay dầu kết khơng cịn xác Xác định trọng lượng mẫu thu Hệ số hấp thụ dầu tính theo công thức: W m2 m1 x100% m1 Trong đó: m2 m1 khối lượng chất trước sau hấp thụ dầu Các mẫu vật liệu chế tạo đem xác định mức độ hấp thụ dầu 16 Thử nghiệm khả hấp thụ dầu vật liệu với loài dầu khác nhau, thu bảng số liệu sau: Khả hấp thu loại dầu khác vật liệu Dầu hấp thu (g/g) Toluen Xăng A92 Diezen DO St-DvB + 4% Fe3O4 10.1 9.4 6.7 5.8 Vật liệu sau hấp thu dầu đến cân sử dụng nước nhiệt để tách loại dầu Tiếp tục cân, nghiên cứu khả hấp thu dầu so sánh với mẫu ban đầu, kết thu bảng đây: Khả hấp thu dầu lại vật liệu nanocomposite St-DvB với hạt nano Fe3O4 Tỷ lệ hạt Fe3O4 (%) Khả hấp thu dầu DO Khả hấp thu xăng A92 vật liệu Lần Lần Lần Lần Lần Lần 4,00 5,8 5,5 4,8 9,6 8,5 7,6 Vật liệu hấp thụ dầu nghiên cứu thử nghiệm khả hấp thụ dầu khả thu gom sau hấp thụ dầu phịng thí nghiệm Với vật liệu Poly Styren-Divinyl Benzen - có phân tán 4% hạt nano Fe 3O4, dầu đem xử lý dầu DO, sử dụng nam châm vĩnh cửu để thu gom dầu nước muối loãng 3% (gần giống với hàm lượng muối nước biển) Kết thu thể ảnh chụp Vật liệu hấp thu dầu Dầu DO cho vật liệu hấp thu xử lý dầu Sau cho vật liệu hấp thụ dầu 15 phút Dùng nam châm để gom vật liệu Vật liệu sau bám Cốc nước – dầu sau nam châm xử lý hấp thụ dầu 17 Các nội dung nghiên cứu thời gian tới: - Tiếp tục hồn thiện quy trình chế tạo hạt ơxit sắt, sử dụng them phương pháp vi nhũ phương pháp thủy phân cưỡng chế để tạo hạt ôxit sắt phịng thí nghiệm So sánh phương pháp với để tìm phương pháp dễ dàng hiệu để tổng hợp hạt ôxit sắt - Nghiên cứu biến tính ơxit sắt tác nhân khác tinh bột, để có kết so sánh với tìm phương pháp biến tính tối ưu - Nghiên cứu chế tạo hệ polyme khác tương tự để xem xét khả hấp thu dầu vật liệu chẳng hạn hệ polyme styrene với axit oleic Từ nghiên cứu tìm hệ polyme hấp thu dầu tốt 18 Phần IV: Kết luận Vật liệu hấp thu dầu tổng hợp phương pháp đồng trùng hợp huyền phù nước Styren Divinylbenzen với hạt ơxit sắt oleat hóa bề mặt, chất bảo vệ huyền phù gelatin Vật liệu có khả hút dầu tốt (1g vật liệu hút - 6g dầu nặng DO), tốc độ hút dầu lớn, giá thành rẻ, không độc hại, thân thiện với mơi trường, thu hồi sau sử dụng, tái sử dụng - Có thể thu gom vật liệu sau hấp thu dầu nam châm, có từ tính nên xu hướng vật liệu sau hấp thu dầu thường kết đám lại với tạo mảng lớn Có thể thay hạt oxit sắt hạt mang từ tính khác nhiên giá thành thường lớn so với sắt oxit - Vật liệu thu gom xử lý vệt dầu loang, vết dầu sau xử lý cố tràn dầu phương pháp tổng hợp khác Với lợi thu gom dầu cách triệt để để tránh ô nhiễm xảy sau thu gom phần lớn lượng dầu tràn - Các nghiên cứu bước đầu, thời gian tới tiếp tục nghiên cứu them để có kết tốt 19 Tài liệu tham khảo Nguyễn Tiến Dũng, Lê Hải Đăng, Trương Thị Hoà, Nguyễn Văn Khôi, Nguyễn Hữu Trịnh (2006), “Tổng hợp hạt nano sắt từ, nghiên cứu tính chất ứng dụng” Kỷ yếu hội thảo: Nâng cao chất lượng nghiên cứu khoa học đào tạo giáo viên Hoá học giai đoạn mới, Tạp chí khoa học Đại học Sư Phạm Hà Nội, tr 114 – 119 Nguyễn Hạnh (2005), “Tổng hợp vật liệu nano phương pháp sol-gel, đặc trưng khả ứng dụng”, Kỷ yếu hội thảo Vật liệu nano số ứng dụng Quốc phòng, Tr 52-67 Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hoá học nano công nghệ vật liệu vật liệu nguồn, NXB Khoa học tự nhiên Công nghệ Hà Nội Đinh Thị Ngọ (2004), Hố học dầu mỏ khí NXB Khoa học Kỹ thuật Thái Doãn Tĩnh (2005), Hoá học hợp chất cao phân tử, NXB Khoa học Kỹ thuật 20 ... Kết thu thể ảnh chụp Vật liệu hấp thu dầu Dầu DO cho vật liệu hấp thu xử lý dầu Sau cho vật liệu hấp thụ dầu 15 phút Dùng nam châm để gom vật liệu Vật liệu sau bám Cốc nước – dầu sau nam châm xử. .. dầu loang, vấn đề cấp bách phải xử lý nhiễm đó, chúng tơi nghiên cứu để chế tạo vật liệu hấp thu dầu sở tổng hợp vật liệu polyme hạt oxit sắt có từ tính Vật liệu sở ghép polyme hạt ôxit sắt có. .. trường, thu hồi sau sử dụng, tái sử dụng - Có thể thu gom vật liệu sau hấp thu dầu nam châm, có từ tính nên xu hướng vật liệu sau hấp thu dầu thường kết đám lại với tạo mảng lớn Có thể thay hạt oxit