Nghiên ứu chế tạo vật liệu hấp phụ dầu từ sợi lignoxenluloza phế thải nông nghiệp

Với đặc điểm dầu là một chất phức tạp, là một chất hữu cơ cao phân tử nên khi xảy ra sự ố tràn dầu thì sẽ c tác động làm ảnh hưởng đến môi trường trong th i gian dài và r t khó x lý.. ớ

PHẠM VĂN HÙNG

NGHIÊN C Ứ U CHẾ Ạ T O V Ậ T LIỆU HẤP PHỤ Ầ D U TỪ

XƠ SỢ I LIGNOXENLULOZA PHẾ THẢ I NÔNG NGHI P Ệ

Chuyên ngành: Kỹ thu t Hóa học ậ

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu th c s c a cá ự ự ủnhân tôi, được th c hiự ện dướ ự hưới s ng d n c a PGS.TS Phan Huy Hoàng Các s ẫ ủ ố

liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này trung thực và không sao chép bất kỳ ế k t qu nghiên c u nào cả ứ ủa các tác giả khác

Tôi xin ch u trách nhiị ệm về nghiên c u cứ ủa mình

H c viên ọ

Ph ạm Văn Hùng

L I C Ờ ẢM ƠN

Sau hai năm học t p và rèn luy n tậ ệ ại Trường Đại h c Bách Khoa Hà n i, ọ ộ

bằng sự biết ơn và kính trọng, tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, các phòng, khoa thuộc Trường Đạ ọi h c Bách khoa Hà N i và các thộ ầy cô đã nhiệt tình

giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập và làm

Luận văn Đặc bi t, tác gi ệ ảxin bày tỏ lòng biết ơn và lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Phan Huy Hoàng, người thầy đã trực tiếp hướng d nẫ , giúp đỡ tác gi trong su t quá ả ốtrình th c hiự ện đề tài

Xin chân thành cảm ơn cán bộ ả gi ng viên B ộ môn CN Xenluloza – Giấy,

Viện Kỹ thuật Hóa họ Đại học Bách khoa Hà Nộc, i; cảm ơn các ửC nhân Công ngh K thu t Hóa h c K58ệ ỹ ậ ọ , Đại học BKHN: ầ Tr n H i Linh và Nguy n Di u Linh - ả ễ ệthành viên nhóm nghiên cứu; cảm ơn TS Hoàng Anh Tuấn và nhóm nghiên cứu Trường Đại h c GTVT thành ph HCM ọ ố đã hỗ ợ tr và cùng tôi hoàn thành m t s ộ ốnghiên c u trong luứ ận văn này

Cuối cùng gửi lời cảm sâu sắ ến ngườc đ i thân, bạn bè, đồng nghiệp và đặc biệt là gia đình đã tạo điều kiện thuận lợi cũng như luôn động viên tôi trong quá trình hoàn thành Luận văn

Em xin trân tr ng cọ ảm ơn./

Hà Nội, tháng 9 năm 2018

H c viên ọ

M C L C Ụ Ụ

L ỜI CAM ĐOAN i

L I C Ờ ẢM ƠN ii

M C L C iii Ụ Ụ DANH M C CÁC T VI Ụ Ừ ẾT TẮ T v DANH M C B NG vi Ụ Ả DANH M C HÌNH VÀ CÁC BI Ụ ỂU ĐỒ vii

M Ở ĐẦ U 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 T ng quan v ổ ềtràn dầu trên bi n 3 ể1.1.1 Nguyên nhân và h u qu tràn d u 3 ậ ả ầ1.1.2 Các phương pháp xử lý 10 1.2 T ng quan v nguyên liổ ề ệu rơm rạ ph th i 15 ế ả1.3 T ng quan v polyurethane 17 ổ ề

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

2.1 Phương pháp phân tích thành phần, tính ch t cấ ủa rơm rạ 18 2.2 Các phương pháp tiền x ử lý rơm rạ để tăng khả năng hấ p ph 21 ụ2.3 T o v t li u h p ph t ạ ậ ệ ấ ụ ừ Polyurethane độn rơm rạ 23 2.4 Xác định h s h p ph d u c a v t li u ch tệ ố ấ ụ ầ ủ ậ ệ ế ạo được 25

CHƯƠNG 3 KẾ T QU VÀ TH O LU N 28 Ả Ả Ậ

3.1 Thành ph n hóa hầ ọc và dung lượng hấp phụ ầ ủa rơm rạ d u c 28 3.2 Nghiên c u ti n x ứ ề ử lý rơm rạ nhằm tăng khả ấ h p ph 29 ụ3.2.1 Tiền xử lý bằng nước nóng 30 3.2.2 Tiền xử lý bằng xút 32 3.2.3 Tiền xử lý b ng axit Hằ 2SO4 33 3.2.4 Tiền xử lý b ng axit axetic 34 ằ3.2.4.1 Nghiên c u ứ ảnh hưởng của thời gian 35 3.2.4.2 Nghiên c u ứ ảnh hưởng c a nhiủ ệt độ 36 3.2.4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ dịch 36

3.2.5 Lựa chọn quy trình ti n x ề ử lý rơm rạ thích h p 37 ợ 3.3 Nghiên c u ch t o v t li u h p ph t ứ ế ạ ậ ệ ấ ụ ừ polyurethan và rơm rạ 38 3.3.1 Nghiên c u ứ ảnh hưởng của tỷ ệ độn rơm rạ l 38 3.3.2 Nghiên c u ứ ảnh hưởng của kích thước rơm rạ và th i gian 40 ờ 3.3.3 Nghiên c u ứ ảnh hưởng c a thành phủ ần polymer 42 3.3.4 Quy trình ch t o v t li u 43 ế ạ ậ ệ

K T LU N 45 Ế Ậ TÀI LI U THAM KH O 46 Ệ Ả

DANH M C B NG Ụ Ả

B ng 2.1 Các thông s ả ố kĩ thuậ ủa dầt c u Diesel (DO) 26

B ng 3.1 Thành ph n hóa hả ầ ọc của rơm rạ ử ụ s d ng trong nghiên c u 28 ứ

Bảng 3.2 Dung lượng hấp ph d u cụ ầ ủa mẫu rơm rạ chưa xử lý 29

Bảng 3.3 Dung lượng hấp ph d u cụ ầ ủa mẫ ửu x lý bằng nước 31

Bảng 3.4 Dung lượng hấp ph d u cụ ầ ủa mẫ ửu x lý b ổsung xút 32

Bảng 3.5 Dung lượng hấp ph d u cụ ầ ủa mẫ ửu x lý b sung axits sunfuric 34 ổ

Bảng 3.6 Dung lượng hấp phụ ầu của mẫu xử lý bằng axit axetic ở ời gian khác d thnhau 35

Bảng 3.7 Dung lượng hấp phụ ầu của rơm rạ được xử lý bằng axit axetic ở d nhiệt

độ khác nhau 36

Bảng 3.8 Dung lượng hấp phụ ầu của rơm rạ được xử lý bằng axits axetic ở các tỉ d

d ch khác nhau 37 ị

Bảng 3.9 Dung lượng hấp ph m u khi s dụ ẫ ử ụng rơm rạ kích thước 0,5mm 38

Bảng 3.10 Dung lượng h p ph m u khi s dấ ụ ẫ ử ụng rơm rạ kích thước 0,7mm 39

Bảng 3.11 Dung lượng h p ph m u khi s dấ ụ ẫ ử ụng rơm rạ kích thước 3mm 39

DANH M C HÌNH VÀ CÁC BI Ụ ỂU ĐỒ

Hình 1.1 Vùng biển Quy Nhơn Bình Đị– nh ô nhiễm nặng do d u loang 5ầ Hình 1.2 Sự ố c tràn dầu từ các kho chứa trên đèo Hải Vân đang gây ô nhiễm

nghiêm tr ng vùng bi n Vọ ể ịnh Đà nẵng 8

Hình 1.3 Tràn d u biầ ở ển Quy Nhơn Bình Đị– nh 10

Hình 2.1 Hình nh thi t b x ả ế ị ử lý rơm rạ 22

Hình 2.2 Sơ đồ ch t o v t li u h p ph dế ạ ậ ệ ấ ụ ựa trên polyurethane độn rơm rạ 23

Hình 2.3 Ảnh vật li u polyurethan nguyên chệ ấ đã đượt c cắt với kích thước 2x2x1mm 24

Hình 2.4 Ảnh v t li u hậ ệ ấp phụ ớ v i tỷ ệ độn 5% rơm rạ kích thướ l c 0,5mm đã được c t vắ ới kích thước 2x2x1mm 24

Hình 2.5 Ảnh vậ ệu hất li p ph v i t l ụ ớ ỷ ệ độn 15% rơm rạ kích thước 0,5mm đã được c t vắ ới kích thước 2x2x1mm 25

Hình 2.6 Ảnh vậ ệu hất li p ph v i t l ụ ớ ỷ ệ độn 5% rơm rạ kích thước 0,5mm đã được 2 c t vắ ới kích thước 2x2x1mm 25

Hình 2.7 Hình nh th nghiả ử ệm hấp ph d u v i v t liụ ầ ớ ậ ệu rơm rạ ề ti n x lý ử 27 Hình 2.8 Hình nh thả ử nghi m hấệ p phụ ầ d u với vật liệu h p phấ ụ ế k t hợp rơm rạ -polyurethan 27 Hình 3.1 Ảnh hưởng của kích thước rơm rạ đế n hi u qu h p ph 40ệ ả ấ ụ Hình 3.2 Ảnh hưởng c a thành ph n Polymer t i v t li u h p ph 43ủ ầ ớ ậ ệ ấ ụ

M Ở ĐẦ U

Ô nhiễm dầu và d u tràn dù nầ ồng độ ầu trong nướ d c chỉ 0,1mg/l cũng có thểgây chết các loài sinh v t phù du và ậ ảnh hưởng lớn đến con non và u trùng c a các ấ ủsinh vật đáy biển Ô nhiễm biể ở ộ ịa phương có cản m t đ ng biển lớn là do ph n lầ ớn

các loại tàu cá, tàu du lịch, tàu quân sự thường xuyên rửa tàu, xả ải dầu máy, nước th

dằn tàu, xả ực tiếp nước thải lẫn dầu xuống biể tr n Với đặc điểm dầu là một chất

phức tạp, là một chất hữu cơ cao phân tử nên khi xảy ra sự ố tràn dầu thì sẽ c tác

động làm ảnh hưởng đến môi trường trong th i gian dài và r t khó x lý Chúng ờ ấ ửlàm thay đổi tính ch t hóa lý cấ ủa nước biển, tác động x u tấ ới động th c v t và th y ự ậ ủsinh bi n, cể ả ệ vi c làm muối, nuôi tr ng thồ ủy sản và du l ch biị ể Do đó, nghiên cứn u

x lý ô nhiử ễm dầ ủa nướu c c bi n là vể ấn đề ấ c p thi t hi n nay ế ệ

Nước ta là một nước nông nghi p, giàu tiệ ềm năng sinh khối v i sớ ản lượng

thực, thực phẩm hàng năm rất lớn nhưng đi kèm với nó là một lượng lớn phế ph ụ

ph m ẩ sau thu hoạch (rơm rạ, thân ngô, lõi ngô…) Mặc dù được đánh giá là dạng nguyên li u sinh kh i tiệ ố ềm năng nhưng lượng phế ả th i này chưa được tậ ụn d ng hiệu

quả, chủ ếu là do chưa có công nghệ chế ến phù hợ y bi p đáp ứng hiệu quả kinh tế và môi trường nh t đ nh Vi c này dấ ị ệ ẫn đến gây lãng phí l n ngu n tài nguyên sinh ớ ồ

kh i thố ực vậ cũng như nhiề ấn đề môi trườt u v ng nghiêm tr ng ọ

Ngày nay, sinh khối lignoxenlulo bao gồm gỗ hay các loại thực vật phi gỗchứa xơ sợi, trong đó tiềm năng là phế ph ph m cây nông nghi p, rụ ẩ ệ ất đa dạng và

có tính ch t phù h p làm nguyên li u s n xu t nhi u s n ph m có giá tr Là nguấ ợ ệ ả ấ ề ả ẩ ị ồn nguyên li u tái sinh, và giá thành không cao, không còn nghi ng gì nệ ờ ữa các dạng nguyên li u này là ngu n cung c p hóa chệ ồ ấ ất, vậ ệt li u thiết yếu cho con người trong tương lai thay thế ngu n nguyên li u hóa th ch S n xu t v t li u và hóa ch t ồ ệ ạ ả ấ ậ ệ ấ

“xanh” từ nguồn nguyên li u lignoxenlulo, là m t trong nhệ ộ ững hướng nghiên cứu

và phát tri n công nghể ệ ọ tr ng tâm trên thế giới Vì vậy, việc tận dụng được nguồn

ph ph phế ụ ẩm nông nghiệp là rơm rạ để chế ạo vật liệu hấp phụ có dung lượng hấp t

ph ụ cao nhằm xử lý ô nhiễm dầu trên biển là một giải pháp hữu ích giải quyết một

lúc hai vấn đề môi trường, không nh ng mang l i hi u qu kinh t mà còn cữ ạ ệ ả ế ả ệ hi u

qu v ả ề môi trường cho xã h i ộ

Do đó, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứ u ch t o v t li u h p ph d u t xơ s i ế ạ ậ ệ ấ ụ ầ ừ ợ

lignoxenluloza phế ả th i nông nghiệp” nh m thu nh n v t liằ ậ ậ ệu hấp phụ nguồn gốc tự nhiên có dung lượng hấp ph ụ cao để xử lý ô nhiễm dầu

CHƯƠNG 1 T NG QUAN Ổ 1.1 T ổng quan về tràn dầu trên biể n

1.1.1 Nguyên nhân và hậu quả tràn dầu

Nguyên nhân tràn d u nói chung là:ầ

a) Trên đấ ềt li n:

+ Rạn nứt các th tích các ng dể ố ẫn dầu: có th ế do động đất, các mối hàn không đảm b o chả ất lượng nên xảy ra trường h p r n n t m i hàn khi n d u b tràn ợ ạ ứ ố ế ầ ị

ra môi trường

+ Do phụt bể ứ ch a: Các bể ứ ch a chỉ có m t thể ộ tích nhấ ịnh, khi lượt đ ng dầu được x vào b quá m c s gây ra hiả ể ứ ẽ ện tưỡng tràn ho c do s ặ ự thay đổi th i ti t làm ờ ếcho th tích dể ầu tăng lên cũng là nguyên nhân làm dầ ừu t các bể chứ trào ra

+ Rò rỉ ừ t các giếng khoan d u trên vùng bi n thầ ể ềm lục địa: Công tác xây

dựng không đảm bảo làm cho d u t ầ ừcác giếng này đi ra môi trườ ng

+ Các sự ố c tràn d u do tàu và xà lan ch d u b m hoặc va đâm: Đây là ầ ở ầ ị đắnguyên nhân r t nguy h m không nh ng t n th t vấ iể ữ ổ ấ ề mặt kinh tế, môi trường mà còn đe dọ ớa t i tính mạng con người

Tràn d u là sầ ự ả gi i phóng hydrocacbon dầu mỏ ỏng vào môi trườ l ng do các

hoạt động của con người, là một hình thức gây ô nhiễm Thuật ngữ này thường được dùng để ch dỉ ầu phát tán vào đại dương hoặc vùng ven bi n D u có th là m t ể ầ ể ộ

loạt các chất khác nhau, bao gồm cả ầu thô, các sản phẩm dầu mỏ tinh chế, dầu d

nh n hoờ ặc dầu tr n l n trong ch t th i [1,6]: ộ ẫ ấ ả

Theo thông tư của B KHCN $ MT s 2262TT-MTG ngày 29/2/1995: Tràn ộ ốdầu là hiện tượng xảy ra trong các hoạ ột đ ng tìm kiếm, thăm dò, khai thác, vận

chuyển, chế ến, phân phối, tàng trữ ầu khí và các sản phẩm của chúng Ví dụ các bi d

hiện tượng rò rỉ, phụt dầu, mở đường ống, mở ể chứa, tai nạn đâm và gây thủ b ng tàu, sự ố ạ c t i các dàn khoan dầu khí, cơ sở ọ l c dầu…làm cho dầu và các sản phẩm

dầu thoát ra ngoài gây ô nhiễm môi trườ ảnh hưởng xấu đến sinh thái và thiệt hại ng

đến các hoạt động kinh t c bi t là các hoế đặ ệ ạt động có liên quan đến khai thác và s ử

của Trung tâm nghiên cứu an toàn dầu khí, từ năm 1987 đến 2001 tại Việt nam đã

xảy ra hơn 90 vụ tràn dầu tại các vùng sông và biển ven bờ Riêng TpHCM, tính từnăm 1993 đến nay đã xảy ra trên 8 v tràn d u vụ ầ ới lượng d u ư c tính là 2.520 t n, ầ ớ ấgây thiệt hại hơn 7 triệu USD Đặc biệt, trong hai năm 2006, 2007 đã liên tục xuất

hiện nhiều sự ố tràn dầu “bí ấn” Nhất là năm 2007 xuất hiện nhiều vệt dầ ở c u 20

tỉnh ven biển từ đảo Bạch Long Vỹ xu ng ố Mũi Cà mau Các tỉnh này đã thu gom được 1720,9 t n d u Ngày 7/7/2013, m t v tràn d u nghiêm trấ ầ ộ ụ ầ ọng đã xảy ra t i ạkhu v c biự ển phường Hả ảng, Quy Nhơn (Bình Địi C nh) Vụ tràn dầu xảy ra đã ảnh hưởng nghiêm tr ng khu v c bãi t m chính c a thành phọ ự ắ ủ ố, đồng th i uy hi p và gây ờ ếthiệt hại nghiêm trọng đến hàng trăm lồng bè nuôi cá trên biển của hàng trăm hộngư dân tại phường H i C ng M c dù khả ả ặ ối lượng tràn dầu cũng không quá lớn, nhưng do sự ệ vi c x y ra khá b t ng nên s c ả ấ ờ ự ố này đã gây thiệ ạ ớt h i l n v nhi u m t, ề ề ặ

c v ả ề môi trường và kinh tế Để ử lý hậu quả, chính quyền thành phố Quy Nhơn đã x phải huy động hàng ngàn nhân l c h t d u vón cự ố ầ ục dày đặ ạc t i bãi bi n, v n chuy n ể ậ ểhàng ngàn bao cát nhiễm dầu đem đi xử lý để khắc phục ô nhiễm môi trường bãi ở

biển này Riêng các hộ dân nuôi cá lồng bè thì thiệt hại do ô nhiễm khiến cho thủy

s n chả ết lên đến hàng t ng ỉ đồ

Hình 1.1 Vùng biển Quy Nhơn Bình Đị– nh ô nhi m n ng do d u loang ễ ặ ầ

Nguyên nhân tràn d u ch ầ ỉ có th xu t phát t các kh năng chính sau ể ấ ừ ả [1,6]:

• Trên mặt nước bi n: Rò rể ỉ ừ t các tàu thuy n hoề ạt động ngoài bi n: chiể ếm 50% ngu n ô nhiồ ễm dầu trên bi n Do tàu chể ở ầ d u trong vùng ảnh hưởng bị ự ố s c ngoài ý mu n hoố ặc cố ý súc r a, x d u xu ng bi n ử ả ầ ố ể

• Trong lòng nước bi n: Do rò r các ng d n d u, các b ch a d u trong lòng ể ỉ ố ẫ ầ ể ứ ầnước bi n ể

• Dưới đáy biển: Do khoan thăm dò, khoan khai thác, túi dầu bị rách do địa chấn ho c do nguyên nhân khác Trong t nhiên có nh ng túi d u nặ ự ữ ầ ằm rất sâu dưới đáy biển nên việc khoan thăm dò rất khó

Tuy nhiên nếu động đất xảy ra ở ngay khu v c có túi d u thì khự ầ ả năng túi

dầu bị ỡ, bị xì là hoàn toàn có thể Mặt khác, trong lòng đất có rất nhiề vi sinh vật v u

yếm khí, một số loài có khả năng tiết ra axit làm bào mòn các lớp trầm tích nằm phía trong ho c ngoài túi d u, khí Gi i khai thác dặ ầ ớ ầu khí đã biế ợi dụt l ng khả năng này của tập đoàn vi sinh vậ ết y m khí trên nh m góp phằ ần làm thông thương tốt hơn các mạch d u, khí Tuy nhiên, vi sinh vầ ật này cũng có thể tàn phá l p tr m tích bên ớ ầngoài dầu mỏ, đến một lúc nào đó thì làm dầu “xì” ra

• Các tàu thuyền không đảm b o chả ất lượng lưu hành trên biển là nguyên nhân chính d n t i rò rẫ ớ ỉ ầ d u t các tàu thu n (tàu cừ yề ủa ngư dân và các tàu chở ầ d u), đắm tàu do va vào đá ngầm Các cơ sở ạ ầ h t ng ph c v ụ ụ khai thác và lưu trữ ầ d u khí

không đảm b o tiêu chu n nên dả ẩ ẫn đến tràn d u, th m chí các c c cầ ậ ở ự ủa trái đất các nhà s n xu t còn thả ấ ải nước lẫ ầu và các chấn d t hóa học nguy hi m ra bi n ể ể

Ngoài ra còn có các nguyên nhân chủ quan do hành động thi u ý thế ức của con người đã trực ti p ho c gián ti p khi n d u tràn ra bi n ế ặ ế ế ầ ể

H ậu quả tràn d u gây ra là: ầ

S c ự ố tràn dầu gây ra những hậu quả nghiêm trọng về môi trường, kinh tế và ảnh hưởng đến s c kh e cứ ỏ ủa con người Theo th ng kê c a Cố ủ ục Môi Trường (B ộKHCN $ MT), từ năm 1987 đến 2001 t i Viạ ệt nam đã xảy ra hơn 90 vụ tràn d u t i ầ ạcác vùng sông và bi n ven bể ờ ủa nướ c c ta gây thi t h i to l n v kinh tệ ạ ớ ề ế cũng như ô nhi m nghiêm trễ ọng và lâu dài cho môi trường

Đố ới môi trười v ng:

Sựu cố tràn dầu làm ảnh hưởng đến môi trường đất, khí và đặc biệt gây nguy

hại nghiêm trọng môi trường nước do hầu hết các vụ tràn dầu xảy ra trên biển hay các kênh rạch nơi có tàu thuyền qua l i Khi d u tràn không ch l i h u qu cho ạ ầ ỉ để ạ ậ ả

hi n tệ ại mà còn ảnh hưởng t i th i gian dài sau này ớ ờ

Dầu tràn làm thay đổi tính chất lý hóa của môi trường nước; tăng độ nhớt,

giảm nồng độ ô xy hấp thụ vào nước,… dẫn đến thiệt hại nghiêm trọng về sinh vật

biển đặc biệ là các rặng san hô và các loài sinh vật nhạy cảm với sựt thiếu ô xy Sự

ô nhiễm dầu có th gây nên sể ự ử t vong trên di n rệ ộng san hô và các động vật đáy không xương sống như trai, sò, động v t da gai và loài giáp sát Các c n d u và các ậ ặ ầ

phần tử ầu nhẹ ễ an trong nước hơn sẽ làm các loài cá và động vật không xương d d t

s ng b nhiố ị ễm bẩn (có mùi), đặc biệt là các loài sống bằng cách ăn lọc

Hơn nữa, m t v a đá ng m b thoái hóa do d u không phộ ỉ ầ ị ầ ải là nơi hấp d n cho ẫngành du l ch V lâu dài, m t r ng san hô l n b tiêu di t sị ề ộ ặ ớ ị ệ ẽ ẫn đế d n vi c xói mòn ệlớp nền của vỉa đá ngầm do sóng và các sinh vật gây xói mòn sinh học Đến một

mức đ nào đó, sựộ xói mòn bờ ển trên diện rộng sẽ ảy ra Sự ất bờ ển và bi x m bivùng đất ven bi n s ể ẽ ảnh hưởng n ng n n kh ặ ề đế ả năng phát triển kinh t xã h i khu ế ộ

v ực

- Các bãi cát, bãi bùn (vùng kín gió): Ảnh hưởng của sự ố tràn dầu lên các c bãi cát và bãi bùn phụ thuộc vào kích thước của trầm tích, năng lượng sóng cũng như các đặc tính lý hóa c a dầủ u Trong các khu v c ti p xúc v i nhi u nh t v i ự ế ớ ề ấ ớnăng lượng sóng cao, d u có th b th m sâu bên trong lòng trầ ể ị ấ ầm tích đáy Trong các trường h p này, vi c ô nhi m d u có th dai d ng trong th i gian dài và heo th i ợ ệ ễ ầ ể ẳ ờ ờgian dầu sẽ rò r ra ho c ti p xúc lỉ ặ ế ặp đi lặp lại do vi c tái t o tr m tích do sóng và ệ ạ ầ

Môi trường s ng trong rố ừng đước rất đa dạng nuôi s ng r t nhi u loài cá, ố ấ ề

động vật không xương sống, chim, các loài th c vự ật và đóng vai trò vô cùng quan

trọng đối với các hệ sinh thái biển Đước là môi trường sống quan trọng và là nơi nuôi dưỡng nhi u loài có giá tr ề ị thương mại cao Đước cung c p đấ ầu vào đáng kểcác chất hữu cơ cho nước bi n và g n k t các tr m tích mể ắ ế ầ ịn với nhau Điều này làm

ổn định các dải đất ven bờ và b o v chúng kh i xói mòn do sóng, các l p rong bi n, ả ệ ỏ ớ ể

h ồ và đầm lầy: Vì các lớp rong biển, hồ và đặc biệt là đầm lầy xuất hiện nơi nước nông và thường n i rõ khi tri u th p, chúng d b tổ ề ấ ễ ị ổn thương do ô nhiễm d u vì ầdòng tri u và gió vào b có thề ờ ể đưa vết dầu về phía bờ Ảnh hưở ng c a viủ ệc suy thoái th m rong biả ển, hồ và đầm lầy tương tự đối với đước Việc suy thoái sẽ ẫ d n đến các môi trường s ng này b m t m t s cá l n và v a, m t s loài giáp sát có ố ị ấ ộ ố ớ ừ ộ ốgiá trị Điều này sẽ ảnh hưởng đến động vật bậc cao hơn ăn các sinh vật này và cũng ảnh hưởng đến h sinh thái li n k ph thuệ ề ề ụ ộc vào các môi trường s ng này ố

Làm thay đổi tính ch t, h sinh thái vùng b biấ ệ ờ ển Sóng đánh khoảng 10% lượng dầu vào đấ ềt li n, s dố ầu đó mang nhiều hóa chất độc, làm hư hại đất ven bi n ể

Hình 1.2 S c tràn d u t ự ố ầ ừ các kho chứa trên đèo Hải Vân đang gây ô nhiễm

nghiêm tr ng vùng bi n Vọ ể ịnh Đà nẵng

C n l ng xuặ ắ ống đáy ể bi n làm ô nhiễm trầm tích đáy biển

Làm ảnh hưởng đến khí h u khu v c, giảm lượậ ự ng bốc hơi nước dẫn đến gi m ảlượng mưa, làm nghèo tài nguyên biển

Đố ới v i sinh v t ậ

Nhiều người không nhận ra rằng tất cả các loài động vật trong đại dương đều

b ị ảnh hưởng bở ựi s tràn d u: ầ

Với dây chuyền thức ăn: Dầu làm nhiễm độc phiêu sinh vật phù du và tảo

Cá nhỏ ăn sinh vật phù du và t o, cá lả ớn ăn cá nhỏ ải cẩ, h u, cá voi, cá heo, chim và người ăn cá Tấ ả trúng đột c c

- Với các loài sinh vật có vú: Dầu dính vào bộ lông các loài có vú, làm mất

đặc tính cách nhi t Khi thân nhi t b m t, con thú ch t Cá voi và cá heo ng t th , ệ ệ ị ấ ế ạ ở

b ị chết khi dầu làm ngẹt đường khí quản Dầu làm gan và thận của rái cá và hải cẩu trúng độc, chúng thường chết Hơi từ ầ d u bốc hơi cũng gây nạn ng p th ộ ở

- Với các loài chim: Chim ngộ độc vì cố ỉa lông khi bộ lông của chúng dính r

dầu Thường chúng chết sau vài giờ Khi bộ lông đã bị dính dầu, thân chim không

gi ữthân nhiệt Chỉ ần chừng 1 inch trên thân chim hở ra trong vùng khí hậu lạnh là cchim chết N u dính nhi u d u, vì quá nế ề ầ ặng, chim không bay được và cũng có thểbơi không nổi mà b ị chìm Cho đến m t d t d u nh ộ ọ ầ ỏ cũng có thể làm chim không đẻ

trứng được

- Sinh sản của cá: Cá có thể ị ảnh hưởng của tràn dầu bằng nhiều cách, cụ b

th ểlà tiếp xúc vật lý với vết dầu loang, mang cá hoặc các biểu mô mỏng bị dính các

sản phẩm dầu không tan, việc tiêu hóa gián tiếp hay trực tiếp các con mồi bị nhiễm

bẩn bởi dầu, ngộ độc trứng và ấu trùng và do bị ảnh hưởng bởi môi trường sống của

cá Về ng n h n, các con cá ắ ạ trưởng thành ti p xúc v i d u th hi n một số thay đổế ớ ầ ể ệ i

v ề sinh lý (tăng nhịp tim, thay đổi cân bằng thấm lọc trong hệ hô hấp và đặc tính

của máu…), biểu hiệ ở ảm khả năng hoạ ộng, ăn uốn gi t đ ng và khả năng theo bầy, cũng như xuất hi n các tệ ổn thương ở mang, vây và m t V lâu dài s ô nhi m do ắ ề ự ễ

dầu dẫn đến việc giảm tố ộc đ tăng trưởng, sự sinh sản chậm, làm tăng tính dễ ị ổn b tthương do bệnh tật và tăng độ ử t vong

- Trên bãi bi n, khi d u tràn vào b bi n, nể ầ ờ ể ếu không được làm sạch sẽ ầu sẽ, d

thấm vào đất và ả vùng bờ “chết” và không còn là nơi sinh sống của bất kỳ loài vậc t nào

Đố ới v i kinh t xã hế ội và con người

Khi sự ố c tràn dầu xảy ra thì gây ra nhi u thi t h i và t n thề ệ ạ ổ ất đối vớ ả nhà i cnước và tư nhân

Nh ng v tràn dữ ụ ầu điển hình ở nước ta

Tàu NEPTUNE ARIES đâm vào cầu c ng CÁT LÁIả - TpHCM năm 1994 (tràn 1.864 t n dấ ầu DO) đền bù 4,2 tri u USD/19 triệ ệu USD theo đánh giá

Tàu FORMOSA ONE t i v nh Gành Rái ạ ị – Vũng tàu năm 2001 (tràn 900m3

dầu DO) đền bù 4.744.00 USD/14.2 triệu USD theo đánh giá

Tàu KASCO MONROVA t i Cát Lái – ạ Tp HCM năm 2005 (tràn 518 tấn dầu DO) kho ng 14,4 t ả ỷ VNĐ

Hình 1.3 Tràn d u ầ ở biển Quy Nhơn Bình Đị– nh Ngoài nh ng thiữ ệ ạt h i tr c ti p v tài sự ế ề ản ra còn có các ảnh hưởng mang tính chất lâu dài như các cảnh quan du l ch b bi n, các vùng nuôi trị ờ ể ồng, đánh bắt th y ủ

h i s n… ả ả

Gây trở ạ ng i cho giao thông v n tậ ải đường bi n ể

Dầu có ảnh hưởng trực tiếp đến người thông qua tiếp xúc t ực tiếp hoặc hít r

th ở hơi dầu gây buồn nôn, nhứ ầc đ u, các vấn đề v ềda…Ngoài ra chúng còn gây ra

m t s bộ ố ệnh như ung thư, bệnh phổi, gián đoạn hormon…

Thiệt hại nghiêm trọng về kinh tế cho người dân Sự suy giảm sản lượng cá đánh bắt, hơn nữa cá đánh bắt mang lên bán ở ợ, người tiêu dùng không giám ăn, ch

vì tôm cá có mùi xăng dầu nên buộc người dân ph i ng ng khai thác S suy gi m ả ừ ự ảnăng suấ ủt c a th y h i s n Hi m h a tràn dủ ả ả ể ọ ầu đang buộc dân nuôi ngêu phải đối

mặt với nguy cơ mấ ắt tr ng hàng ngàn t ỷ đồng nếu ngêu b ị chết do ô nhiễm dầu 1.1.2. Các phương pháp xử lý

a Phương pháp cơ lý

+ Dùng phao quây d u ầ

Khi xảy ra sự ố c tràn dầu thì biện pháp cơ học được xem là tiên quy t cho ếcông tác ng phó sứ ự ố c tràn d u t i các sông, c ng bi n nhầ ạ ả ể ằm ngăn chặn, kh ng chố ế

và thu gom nhanh chóng lượng d u tràn t i hiầ ạ ện trường

Biện pháp cơ học là quây gom, dồn dầu vào một vị trí nhất định để tránh dầu lan trên diện rộng bằng cách [7]:

• Sử ụng phao ngăn dầu để d quây khu v c dầự u tràn, h n ch ô nhi m lan ạ ế ễ

rộng và để thu gom x lý ử

• Dùng máy h t váng d u: Sau khi dớ ầ ầu được quây lại dùng máy hớt váng dầu hút d u lên kho ch ầ ứa

+ Bơm hút dầu

Bơm hút dầu (Skimmers): Khi dầu được c nh bố đị ằng phao, bước ti p theo là ế

cần phải gỡ ỏ ầu ra khỏi mặt nước Skimmers là máy hút dầu lên khỏi mặt nước b dvào b n chồ ứa và dầu có th ể được phục hồ ại l i

Bơm hút dầu tràn (skimmer) được s dử ụng để hút d u loang trên mầ ặt nước

T l dỷ ệ ầu thu gom và công suất của bơm hút dầu tùy thuộc vào loại dầu tràn và loại bơm hút

+ Các phụ ệ ki n khác

• Thùng chứa dầu thu gom:

Thùng chứa được sử ụng để d ch a tạứ m th i dờ ầu được hút lên từ bơm hút

hoặc các chất thải nhiễm dầu trong quá trình ng c u d u tràn ứ ứ ầ

• Ca nô ng c u d u: ứ ứ ầ

S dử ụng để triển khai phao, thu gom phao, chuyên chở người, phao quay, neo phao và các ph ki n ng c u khác ụ ệ ứ ứ

b Phương pháp hóa học

Phương pháp hóa học được dùng khi có ho c không có s làm s ch cơ h c ặ ự ạ ọ

và dầu tràn trong m t thộ ời gian dài Phương pháp này sử ụ d ng các chất phân tán; các chất phá nhũ tương dầu - nước; các chất keo t và h p ph d u ụ ấ ụ ầ

+ Ch t phân tán ấ

Những chất tăng độ phân tán với thành phần chính là những chất hoạt động

b mề ặt Những chất hoạt động bề mặt là những hóa chất đặc biệt bao gồm hydrophilic (phần ưa nước) và oleophilic (phần ưa dầu) Tác nhân phân tán ho t ạđộng như một ch t t y r a Nh ng hóa ch t này làm gi m b t l c căng m t phân ấ ẩ ử ữ ấ ả ớ ự ặ

giới giữa dầu và nước tạo ra những giọt dầu nhỏ ạo điều kiện để ễn ra việc phân t di

h y sinh h c và phân tán ủ ọ

• Mục đích của vi c sệ ử ụ d ng chất tăng độ phân tán dầu là để ạ ỏ ầ lo i b d u trên

b mề ặt của biển và chuyển nó vào trong cột nước làm pha loãng nồng độ độ c h i ạ

của dầu và làm cho dầu bị ố xu ng c p, gi m s vấ ả ự ận động của dầu

• Phun chất tăng độ phân tán lên d u tràn trong khi v n còn trên bi n có thầ ẫ ể ể

là hi u quệ ả nhất, nhanh chóng và cơ động có ý ngh a trong viĩ ệc loạ ỏ ầi b d u từ ề b

mặt nước biển Chất tăng độ phân tán có hiệu quả đối với đa số ầu thô, đặc biệt khi dchúng đượ ử ục s d ng ngay khi d u v a tràn ra ầ ừ

• Việc sử ụ d ng ch t phân tán làm gi m thi t h i gây ra b i d u nổấ ả ệ ạ ở ầ i trên m t ặ

biển cho một số i nguyên, cho loài chim biển, ví dụ ảm thiệt hạ ở ờ ển nhạy tà gi i b bi

cảm, nơi có rừng ngập mặn, loài chim quý

• Việc sử ụ d ng ch t phân tán d u gây ảnh hưởấ ầ ng xấu đến nh ng sinh v t ti p ữ ậ ếxúc v i dớ ầu phân tán: san hô, động v t bi n… ậ ể

• Chất phân tán d u không có kh ầ ả năng phân tán tấ ảt c các lo i d u trong m i ạ ầ ọđiều ki n ệ

Tuy nhiên, b n thân nh ng chả ữ ất tăng độ phân tán này gây độc cho sinh v t và ậ

những giọt dầu phân tán vào trong nước sẽ làm ô nhiễm rạn san hô, ảnh hưởng đến

h ệ sinh thái biển và sinh vật Vì vậ ta hướng đến tìm giải pháp ít độc hại và gây y ảnh hưởng đến môi trường hơn đó là vậ ệt li u h p ph ấ ụ

+ Ch t hấ ấp phụ (sorbents)

Hấp phụ trong hóa học là quá trình xảy ra khi một chất khí hay chất lỏng bịhút trên bề ặ m t một ch t r n x p ho c là s ấ ắ ố ặ ự gia tăng nồng độ ủ c a ch t này trên các ấ

b m t chề ặ ất khác

Dầu sẽ hình thành một lớp chất lỏng trên bề ặt của chất hấp phụ Chất hấ m p

ph ụ này hấp phụ các hỗn hợp dầu tràn vãi ở ọi dạng nguyên, nhũ hóa từng phần m

hay bị phân tán trên mặt nước Đặc bi t chúng ch hút d u ch ệ ỉ ầ ứ không hút nước

Chất hấp phụ có thể là những chất hữu cơ t nhiên, vô cơ tựự nhiên, hoặc tổng

hợp Chất hấp thụ ằng hữu cơ bao gồm rêu, bùn, mùn cưa, lông, và một số ật liệu b v

t ự nhiên khác chứa carbon Chất hấp phụ ằng vô cơ tự nhiên như đất sét, cát, b tro núi l a Ch t h p phử ấ ấ ụ ổ t ng hợp được con ngườ ại t o ra, và bao gồm các chất như polyethylene, polyester x p, polystyrene và poly urethane [16] ố

Hiện nay trên thế ới có rất nhiều nghiên cứu tập trung sử ụng các chất hấp gi d

ph ụ có dung lượng cao nhằm hấp p ụ ầu ở ả quy mô phòng thí nghiệm, quy mô h d c pilot và cả thực ti n trên bi n Các nghiên cễ ể ứu đã chứng minh rằng, các chất hấp

ph hiụ ệu quả có khả năng hấp phụ được một lượng dầu lớn từ ặt nước và từ đó m

giảm giá thành quá trình xử lý cũng như giảm thiểu tác động đến môi trường và hệsinh thái Các chất hấp phụ ầu đượ d c chia thành 2 nhóm chính là ch t hấ ấp phụ ổ t ng

hợp và chất hấp phụ nguồn gốc tự nhiên Các nghiên cứu tiến hành với chất hấp phụtổng hợp là: polypropylene (PP) [17] polyurethane (PU) [18] and polystyrene (PS) [19] Cụ ể, Lin và cộng sự th [18] đã nghiên cứu sử ụng chất hấp phụ ổng hợp PU d t

để tách lo i d u kerosene và diesel Trong m t nghiên c u khác, Lin và c ng s đã ạ ầ ộ ứ ộ ự

th nghiử ệm khả năng hấp phụ ầ ộ d u đ ng cơ từ ề ặt nướ b m c b ng PS mao qu n trung ằ ảbình Trong những năm gần đây, các chất hấp ph có nguụ ồn gốc tự nhiên mà chủ

yếu là sinh khối lignoxenluloza được ứng dụng nhiều hơn so với chất hấp phụ ổ t ng

hợp do chúng có những ưu điểm về ặt kinh tế cũng như môi trường và có khả mnăng tự phân h y sinh h c Các ch t h p ph ngu n g c t nhiên ch yủ ọ ấ ấ ụ ồ ố ự ủ ếu là rơm rạ,

v trỏ ấu, lõi ngô, sợi bông, cây đay, xơ sợi len, bông gạo và mùn cưa [12,20] Angelova và c ng sộ ự [19] đã nhiệt phân vỏ ấ ở tr u các nhiệt độkhác nhau và nghiên

cứu khả năng hấp ph d u c a chúng Nhóm nghiên c u c a Radetic [8ụ ầ ủ ứ ủ ] đã khảo sát

kh ả năng tận dụng vật liệu tái sinh không dệt có nguồn gốc từ len để tách loại một

s loố ại dầu (dầu diesel, dầu thô, dầu thực vật và dầu động cơ) Tuy nhiên, các vật

liệu hấp phụ nguồn tự nhiên này cũng có một số nhược điểm như khả năng tái sinh sau sử ụng, dung lượ d ng h p phấ ụ tương đối th p so v i v t li u t ng h p và tính kấ ớ ậ ệ ổ ợ ỵ nước th p M c dù v y, trong m t s nghiên cấ ặ ậ ộ ố ứu đã cho kết qu r ng m t s v t li u ả ằ ộ ố ậ ệ

t t ừ ự nhiên (biến tính hoặc không biến tính) có thể ấ h p ph mụ ột lượng lớn dầu, và

thậm chí lớn hơn so vớ ậ ệi v t li u polypropylene là v t liậ ệu thường dùng trong thương

mại Ví dụ, nhóm nghiên cứu của Kobayashi [1 ] đã công bố nghiên cứu khả năng 2

hấp phụ ủa xơ sợ c i bông g o (kapok) trong v t li u có k t c u d ng t m, d ng sàng ạ ậ ệ ế ấ ạ ấ ạ

Kết quả là khả năng tách loại dầu của vật liệu này g p 1,5 2 l n so vấ - ầ ới polypropylene, với dung lượng h p phấ ụ ầ d u n ng lo i B là 11 g/g và d u máy là 7,5 ặ ạ ầg/g Trong m t công b khác [ộ ố 11] xơ sợi bông có khả năng hấp phụ lượng l n dớ ầu thô so v i s i polypropylene Các nhà khoa hớ ợ ọc còn chứng minh r ng, d u thô sau ằ ầkhi tách lo i bạ ằng phương pháp sử ụ d ng ch t h p phấ ấ ụ nguồn gốc tự nhiên có thể được thu h i b ng thi t b thu h i cơ học, do đó vậ ệồ ằ ế ị ồ t li u h p ph có th tái s d ng ấ ụ ể ử ụnhi u l n ề ầ

Ở trong nướ cũng có một vài nghiên cứu sử dụng chất hấp phụ từ tự nhiên c, cho xử lý dầu như: nhóm nghiên cứu của Khoa Môi trường, Đại học Thủy lợi [2] đã ứng dụng dùng vật liệu hấp phụ tự nhiên là bèo tây để xử lý dầu loang Nhóm nghiên cứu của Khoa máy biển, Đại học Hàng hải [3] nghiên cứu dùng vỏ dừa, lõi ngô để xử lý nước thải nhiễm dầu Tuy nhiên chỉ có m t nghiên c u v s dộ ứ ề ử ụng rơm

r t t ạ ừ ự nhiên để ấp phụ ầu trong nước của nhóm nghiên cứu thuộc Viện Công h dngh ệ Môi trường, Đại học Bách khoa Hà Nội [4]

T ừ các phân tích và đánh giá trên có thể ấy trên thế ới có nhiều nghiên th gi

cứu về ệc sử ụng vật liệu có nguồn gốc là sinh khối lignoxenluloza để ấp phụ vi d htách d u tầ ừ nước nhi m dễ ầu Trong nước và trên thế ới cũng đã có mộ gi t số nghiên

cứu sử ụng rơm rạ làm vật liệu hấp phụ ầ d d u để x ửlý hiện tượng ô nhiễm dầ Tuy u nhiên chưa có nghiên cứu nào tập trung nghiên cứu một cách đầy đủ, chi tiết các phương pháp tận dụng rơm rạ để chế tạo chất hấp phụ dung lượng cao như: tiền xử

lý rơm rạ bằng các phương pháp khác nhau hay kết hợp rơm rạ với chất nền polyme xốp để tạo ra vật liệu hấp phụ nguồn gốc tự nhiên có hiệu suất hấp phụ dầu cao Hướng đi này vừa tiết kiệm chi phí nghiên cứu và chế tạo, thân thiện với môi trường do không cần phải xử lý nhiều hóa chất, hoặc sử dụng thêm lượng nhỏ vật liệu tổng hợp bổ sung, vừa hiệu quả nâng cao khả năng hấp phụ dầu Bên cạnh đó,

việc kết hợp polyme xốp như polyurethan và rơm rạ ẽ ận dụng đượ s t c các ưu điểm

của 2 dạng vật liệu hấp phụ ổng hợp và tự nhiên để ạo ra 1 vật liệu mới vừ có ưu t t a điểm v m t kinh t ề ặ ế cũng như kỹ thu t và x ậ ử lý được m t lúc 2 vộ ấn đề môi trường

1.2 T ổng quan về nguyên liệu rơm rạ phế ả th i

Việt Nam là một nước nông nghiệp, có khí hậu nhiệt đới với đa dạng các loại

thực vật phi gỗ Nguồn sinh khối từ ực vật phi gỗ này rất lớn và đa dạng từ rơm rạ, ththân ngô, c voi, bã mía và tr u Vi c trỏ ấ ệ ở thành một trong những nước xuất khẩu

gạo hàng đầu thế ới của Việt Nam đã đặt ra những thách thức phải xử lý một gilượng ph thế ải rơm rạ ớn ướ l c tính chi m khoế ảng 70% lượng ph th i nông nghi p ế ả ệnói chung theo số ệ li u thống kê năm 2009 [5] Hàng năm sau thu hoạch t o thành ạ

một lượng phế ph ụ phẩm chứa xenlulo vô cùng lớn Chỉ tính riêng hai loại cây lương thực có h t ch o là lúa và ngô, v i di n tích tr ng lúa hạ ủ đạ ớ ệ ồ ằng năm gần 4 tri u ệ ha với nhiều vùng tập trung, lượng phế ph phụ ẩm là rơm rạ có th t hàng ể đạchục tri u t n (7-10 t n thân cây khô gió/ha) ệ ấ ấ

Rơm rạ là khái ni m chung ch toàn b thân cây lúa không r , sau khi tách ệ ỉ ộ ễhạt Thân cây lúa thuộc loại cây một lá mầm, được cấu tạo bởi các lóng rỗng ruột,

nối với nhau bởi đốt Mỗi lóng dài khoảng 5 đến 30 cm, mỗi đốt dài 1 2 mm Bẹ– lá lúa gắn kế ớt v i thân lúa ở đốt và bao l y lóng thân Phấ ần lóng thân và đốt thân cấu

tạo bởi các tế bào giống nhau nhưng khác nhau về ố lượng và cách sắp xếp của các s

mô tế bào M i mô tế bào đượỗ c chuyên biệt hóa để ự th c hiện các nhiệm vụ khác nhau nhằm điều hòa sinh lý cho cơ thể s ng ố

Trong thành ph n hóa hầ ọc của các loại phế ph phụ ẩm nông nghi p thì ệxenlulo là thành phần chủ ế y u của thành t bào Trong ế nguyên liệu nh ng thành ữphần không phải xenlulo bao gồm hemixenlulo, pectin, lignin, protein, các loại muối khoáng K, Na, Ca, Mg, P, S, Si, Fe… Có s khác nhau nhự ất định v hình thái ềhọc của xơ sợi, ki u t ể ế bào hình thành nên xơ sợi, hàm lượng các ch t gi a các lo i ấ ữ ạ

ph ph phế ụ ẩm nông nghiệp và khác so với gỗ… Nhưng nhìn chung, các loại phế

ph phụ ẩm nông nghiệp và cây gỗ có các thành phần hoá học giống nhau, mỗi lớp tế

bào đều bao g m: Hydrat cacbon, lignin là nh ng thành ph n c u t o nên thành t ồ ữ ầ ấ ạ ếbào nguyên li u ệ

Hàm lượng xenlulo trong các lo i ph ph ph m nông nghi p thạ ế ụ ẩ ệ ấp hơn so

với gỗ, hàm lượng xenlulo rơm rạ có khoảng 38 40% và thấp hơn so với gỗ keo có hàm lượng xenlulo kho ng 50% Chi u dài trung bình c a c a sơ xợi xenlulo trong ả ề ủ ủcác loại ph ph phế ụ ẩm cũng ngắn hơn so với gỗ Do đó với tính chất và hàm lượng phù h p có thợ ể ử ụ s d ng xenlulo của các loại phế ph ph m này đ sụ ẩ ể ản xu t xenlulo ấtan và các sản ph m giá tr ẩ ị gia tăng khác

-Hàm lượng pentozan trong phế ph phụ ẩm cao hơn so với gỗ, nhưng hàm

lượng lignin trong ph phụ phẩm thấế p hơn Do đó khi tách lo i lignin đạ ể thu nh n ậxenluloza từ rơm rạ và phế ụ ẩph ph m nông nghiệp dễ dàng hơn so với nguyên liệu gỗ

Ngoài hydrat cacbon (xenlulo, pentozan) và lignin trong rơm rạ cũng như các

loại phế ph phụ ẩm khác còn chứa chất trích ly, hợp chất vô cơ với hàm lượng cao hơn so vớ ỗi g V i rơm rạớ có kho ng 4% các ch t trích ly b ng etanol và 13,5% các ả ấ ằchất vô cơ [16] Hàm lượng và thành phần chất trích ly phụ thuộc vào từng loại phế

ph phụ ẩm khác nhau Chất trích ly bao gồm các rượu, axit bậc cao, các axit nhựa, chất sáp, chất đạm, chất màu, các glucozit, m t s ộ ố đường Các chất vô cơ gồm K,

Na, Ca, Mg, P, S, Si, Fe…hàm lượng các chất vô cơ này phụ thu c vào nhi u y u ộ ề ế

tố: Điều kiện sinh trưởng của cây như đất đai, khí hậu,…Chất vô cơ trong rơm rạchủ ế y u là h p ch t silic dioxit Các ch t vô cơ và chấợ ấ ấ t trích ly gây ảnh hưởng không nhỏ ớ t i quá trình thu nh n xenlulo, vì vậ ậy cần có phương pháp thu nhận các chất này trong quá trình thu nhận xenlulo do chúng cũng là những ch t có giá tr ấ ị

Tuy nhiên, dù được đánh giá là dạng nguyên li u sinh kh i tiệ ố ềm năng, nhưng

hiện nay các dạng nguyên liệu này vẫn chưa được sử ụng hiệu quả Nguyên nhân dchủ ếu đượ y c cho là do các dạng nguyên li u này là phế ảệ th i, phế ph ph m củụ ẩ a quá

trình sản xuất nên chất lượng không đồng đều, vấn đề thu gom, tồn trữ ặp khó gkhăn và cơ bản nhất là chưa có công nghệ ch bi n phù hế ế ợp đáp ứng hi u qu kinh ệ ả

t ế và môi trường nhất định Đây là một sự lãng phí lớn nguồn tài nguyên sinh khối

thực vật Trên thực tế, cũng như ở nhiều quốc gia khác, chỉ ột phần nhỏ các dạ m ng

ph ph phế ụ ẩm này được tận dụng là chất đốt sinh hoạt, phân bón hữu cơ… còn lại

b vị ứt bỏ và phương thức xử lý chủ ếu là đố y t, gây lãng phí và không ít v n đ v ấ ề ề

bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng, nhất là đối với các vùng gần đô thị hoặc khu dân cư có mật độ cao Tuy nhiên, những năm gần đây cùng với vi c m c s ng ệ ứ ốđược c i thiả ện, người nông dân ngày càng ít s d ng ph th i nông nghiử ụ ế ả ệp (rơm rạ, thân cây ngô, lá cây…) làm chất đốt hay chăn nuôi làm thức ăn gia súc, mà thay vào

đó là các loại chất đốt khác như than, khí đốt… Lượng ph th i nông nghi p t n ế ả ệ ồ

đọng sau thu hoạch chưa có phương pháp sử ụ d ng hi u qu ệ ả đã và đang gây nhiều khó khăn đố ớ ấn đề ải v i v b o v ệ môi trường [5]

Trên thế ớ gi i và trong nước cũng đã có nhiều nghiên c u sứ ử ụng rơm rạ d và thân ngô để ch t o v t liế ạ ậ ệu xơ sợi, v t li u composit, nhiên li u sinh hậ ệ ệ ọc… nhưng chưa có nghiên cứu nào tập trung vào hướng t n d ng ph ph phậ ụ ế ụ ẩm rơm rạ để ch ếchế ạ ậ ệ ấ t o v t li u h p ph trên n n polyurenthan ụ ề

1.3 T ổng quan về polyurethane

Hiện nay, polyurethane (PU) xuất hiện nhiều trong các lĩnh vực, chúng được

s dử ụng rộng rãi trong y học, các lĩnh vực công nghiệp nhỏ… Ta có thể tìm thấy polyurethane trong nh ng s n phữ ả ẩm như đồ ỗ g , l p ph , ch t k dính, các v t liớ ủ ấ ết ậ ệu xây dựng, tơ sợi, đệm lót, sơn, vậ ệu đàn hồt li i và da t ng h p ổ ợ

Polyurethane đang dần thay th các loế ại polymer thông thường vì nhi u lý do ềkhác nhau Ở Mỹ, việc sử ụ d ng cao su clo hóa trong hàng hải, máy bay và các lớp

ph ủ đang bị ạn chế ần vì chúng chứa các hợp chất dễ bay hơi gây nguy hiểm tới h dmôi trường Các nhà s n xuả ất ô tô cũng đang dần thay th cao su latex trong các gh ế ếngồi và các đệm lót bên trong bằng các bọt PU vì chúng có khối lượng riêng thấp hơn và mềm dẻo hơn Những lý do khác như polyurethane có độ ền kéo và điể b m nóng ch y cao, vì th chúng r t dai; khả ế ấ ả năng chống l i s phân hạ ự ủy của nước, dầu, dung môi tốt nên chúng được dùng r ng rãi trong h u h t nhộ ầ ế ững ứng d ng cụ ủa cuộc

sống Chúng cũng thể hiện tính kết dính tốt với nhiều chất nền, nên thích hợp đểlàm l p ph ngoài Tính chớ ủ ịu mài mòn cao, các tính chất kháng điện và kháng thời

tiết nên chúng cũng rất thích h p cho nh ng ng d ng công ngh [13] ợ ữ ứ ụ ệ

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U

2.1 Phương pháp phân tích thành phầ n, tính ch t c ấ ủa rơm rạ

S dử ụng các phương pháp phân tích hiện đại theo tiêu chuẩn Quốc tế như TAPPI (Hiệp h i k thuộ ỹ ật công nghi p b t giệ ộ ấy và giấy Mỹ), GOST (tiêu chu n cẩ ủa

LB Nga) và các phương pháp thông dụng khác trong lĩnh vực ch bi n hóa h c sinh ế ế ọ

kh i thố ực vật

– Lấy mẫu và chu n b nguyên li u cho nghiên c u ẩ ị ệ ứ

Lấy mẫu cây nguyên liệu từ rơm rạ Khang Dân ở Ngh ệAn Cắt toàn bộ thân cây lúa sát đế ận t n m t đặ ất, rũ sạch đất cát, lo i b h t lúa rạ ỏ ạ ồi đem phơi khô Sau khi phơi khô, cắt đoạn đem nghiền nh , sàng ch n m u ỏ ọ ẫ ở các kích thước sàng khác nhau như: 0,5; 0,7; 3 và 6 7mm Để- mẫu điều hòa độ ẩ m trong phòng thí nghi m ệsau đó bảo qu n trong túi ni lông kín nhiả ở ệt độ phòng Rơm rạ có khối lượng riêng

là 0,22 g/cm3

– Xác định độ ẩm nguyên liệ : Độ ẩu m nguyên li u, các s n ph m trung gian ệ ả ẩ

và s n phả ẩm phân tích được xác định theo TAPPI T207 cm-99

– Xác định độ tro của rơm rạ: Độ tro được xác định theo TAPPI T211 om-93 – Xác định hàm lượng các chất trích ly bằng dung môi hữu cơ:

Cân một lượng b t gộ ỗ khô gió tương đương 2,0 ± 0,1g bột g khô tuyỗ ệt đối, chính xác t i 0,1mg Cân hai mớ ẫu để ế ti n hành song song Gói cẩn thận b ng giằ ấy

l c thành m t gói hình tr , buọ ộ ụ ộc chặt hai đầu bằng s i ch trợ ỉ ắng, sao cho đường kính

của hình trụ nhỏ hơn đường kính trong của ống trích ly (để có thể đặt vào và lấy ra

kh i ỏ ống một cách dễ dàng), còn chiều dài điều chỉnh sao cho khi đặt vào ống trích

ly, đầu trên c a nó ph i cách m c trên c a ng xifon kho ng 1,5 cm Rót vào bình ủ ả ứ ủ ố ả

cầu dung tích 250 ml khoảng 200 ml dung môi Lắp b ộ trích ly ẩn thậ và đặt vào c n

b ể cách thủy Nhiệt độ ủa bể được điều chỉnh bằng nhiệt độ sôi của dung môi Để cđiều chỉnh lượng dung môi hợp lý, đơn giản cho công đoạn chưng bốc dung môi sau đó, thường nó được rót vào bình qua sinh hàn r i vào ng trích ly, sao cho ồ ốlượng dung môi đủ cho 2 3 l n t rót t ng trích ly sang bình Quá trình trích ly – ầ ự ừ ố

kéo dài trong vòng 5 6 gi– ờ ể ừ k t khi dung môi bắt đầ ựu t rót từ ống xinfon xuống bình chưng Điều ch nh nhiỉ ệt độ ủ c a b p sao cho c 10 phút dung môi lế ứ ại đượ ực t rót 1 lần từ ố ng trích ly sang bình qua ng xifon, hay kho ng 30 – 35 l n rót (v i tố ả ầ ớ ốc

độ rót t sinh hàn xu ng ng trích ly kho ng 2 3 giây mừ ố ố ả – ột giọt, không nên để ố t c

độ quá cao vì có th gây m t mát dung môi do không kể ấ ịp ngưng tụ trên sinh hàn

hoặc các chất trích ly có thể chưa kịp hòa tan trong dung môi) Sau đó ngừng gia nhiệt, bổ sung một ít nước lạnh vào bể đun để tránh dung môi tiếp tục bay hơi và tháo dỡ ộ b trích ly S y dung dấ ịch các chất trích ly bằng Na2SO4 khan để ại nướ lo c (cho vài thìa nhỏ Na2SO4 khan vào bình ch a dung dứ ịch các chất trích ly và để qua đêm) Sau đó, dùng phễu l c x p, chuy n dung d ch các chọ ố ể ị ất trích ly đã sấy sang

một bình cầu nhỏ ại 50 100 ml đã sấy khô tới khối lượng không đổi, tráng bình lo –

bằng dung môi nguyên chất, chưng cất dung môi trên bộ chưng cất PTN (gia nhiệt bằng bếp cách thủy), khi dung môi gần hết nên giảm nhiệt độ Sau khi kết thúc, dùng bơm chân không hút nhẹ để tách b ph n dung môi còn l i S y bình ch a ỏ ầ ạ ấ ứchất trích ly trong bình hút m chân không v i ch t hút m là CaCl2, m t ít NaOH ẩ ớ ấ ẩ ộkhan và m t ít sáp t i khộ ớ ối lượng không đổi, sau đó cân để xác định khối lượng (chính xác t i 0,1mg) ớ

Hàm lượng các ch t trích ly E (%) so v i nguyên li u khô tuyấ ớ ệ ệt đối, được tính theo công th c sau: ứ

1

⋅

− g

m m

; Trong đó: m1 – khối lượng bình (g) ch a các ch t trích ly; ứ ấ

– kh ng bình không (g);

g – khối lượng mẫ ộ ỗu b t g khô tuyệt đối Sai số ữ gi a kết qu c a hai lả ủ ần xác định song song không được vượt quá 0,05%

H s ệ ố trích ly K được tính theo công th ức:

K = 100