BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA: NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG XỬ LÝ DẦU LOANG BẰNG RAU NEPTUNIA OLERACEA

TÓM LƯỢC Nhằm góp phần giảm thiểu thiệt hại do các sự cố tràn dầu gây ra, đề tài “Nghiên cứu và khảo sát khả năng xử lý dầu loang bằng lớp xốp rau Neptunia oleracea” sẽ tập chung tìm ra loại vật liệu có khả xử lý dầu loang tốt, có sẵn, rẻ tiền và cho hiệu suất cao từ lớp xốp của cây rau nhút (Neptunia oleracea). Ðể khảo sát hình thái học bề mặt của mẫu tiến hành chụp ảnh vi cấu trúc bề mặt bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) với độ phóng đại lớn gấp nhiều lần. Để tìm phương án làm khô vật liệu chúng tôi tiến hành làm sạch vật liệu rồi đem làm khô. Phương pháp thử nghiệm gồm: Thí nghiệm 1: Làm khô vật liệu bằng phương pháp sấy ở các mức nhiệt độ khác nhau theo sự biết thiên của thời gian sấy; Thí nghiệm 2: Làm khô vật liệu bằng phương pháp khô gió theo sự biến thiên của thời gian làm khô. Lấy vật liệu được xử lý bằng phương pháp tối ưu ở thí nghiệm trên để xác định thời gian hấp phụ bão hòa. Sau khi chọn thời gian hấp phụ bão hòa, đề tài tiếp tục thí nghiệm ảnh hưởng của nồng độ dầu tới độ hấp phụ của vật liệu. Cùng với kết quả này đề tài tính toán và xác định đường hấp phụ đẳng nhiệt. Nhằm đánh giá ưu điểm của vật liệu đề tài tiến hành khả năng tái sử dụng của vật liệu bằng phương pháp ép đồng thời đưa ra đồ thị biểu diễn độ hấp phụ của vật liệu sau mỗi lần tái sử dụng. Từ khóa: Dầu loang, rau nhút (Neptunia oleracea), hấp phụ.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG XỬ LÝ DẦU LOANG BẰNG RAU NEPTUNIA OLERACEA Hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Thông Th.s Diệp Khanh Tác giả: Nguyễn Hữu Biên Phạm Quang Thới Vũng Tàu, Năm 2011 i LỜI CẢM ƠN Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu đã hỗ trợ kinh phí thực hiện nghiên cứu và Trung tâm Quan Trắc Môi Trường đã tạo điều kiện cho chúng tôi tiến hành thí nghiệm. Đặc biệt nhóm tác giả xin cảm ơn PGS. TS Nguyễn Văn Thông và Th.s Diệp Khanh đã làm cố vấn khoa học cho đề tài này. Nhóm tác giả ii TÓM LƯỢC Nhằm góp phần giảm thiểu thiệt hại do các sự cố tràn dầu gây ra, đề tài “Nghiên cứu và khảo sát khả năng xử lý dầu loang bằng lớp xốp rau Neptunia oleracea” sẽ tập chung tìm ra loại vật liệu có khả xử lý dầu loang tốt, có sẵn, rẻ tiền và cho hiệu suất cao từ lớp xốp của cây rau nhút (Neptunia oleracea). Ðể khảo sát hình thái học bề mặt của mẫu tiến hành chụp ảnh vi cấu trúc bề mặt bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) với độ phóng đại lớn gấp nhiều lần. Để tìm phương án làm khô vật liệu chúng tôi tiến hành làm sạch vật liệu rồi đem làm khô. Phương pháp thử nghiệm gồm: Thí nghiệm 1: Làm khô vật liệu bằng phương pháp sấy ở các mức nhiệt độ khác nhau theo sự biết thiên của thời gian sấy; Thí nghiệm 2: Làm khô vật liệu bằng phương pháp khô gió theo sự biến thiên của thời gian làm khô. Lấy vật liệu được xử lý bằng phương pháp tối ưu ở thí nghiệm trên để xác định thời gian hấp phụ bão hòa. Sau khi chọn thời gian hấp phụ bão hòa, đề tài tiếp tục thí nghiệm ảnh hưởng của nồng độ dầu tới độ hấp phụ của vật liệu. Cùng với kết quả này đề tài tính toán và xác định đường hấp phụ đẳng nhiệt. Nhằm đánh giá ưu điểm của vật liệu đề tài tiến hành khả năng tái sử dụng của vật liệu bằng phương pháp ép đồng thời đưa ra đồ thị biểu diễn độ hấp phụ của vật liệu sau mỗi lần tái sử dụng. Từ khóa: Dầu loang, rau nhút (Neptunia oleracea), hấp phụ. iii iv DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1: Thành phần chất dinh dưỡng trong 100g rau Neptunia oleracea Bảng 2.1: Tỷ lệ pha mẫu nước nhiễm dầu Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm làm khô vật liệu Bảng 3.2: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ dầu tới độ hấp phụ của vật liệu Bảng 3.4: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Bảng 3.5: Các hằng số Langmuir và hệ số tương quan Bảng 3.6: Các hằng số Freundlich và hệ số tương quan Bảng 3.7: Độ hấp phụ của vật liệu sau mỗi lần tái sử dụng Bảng 4.1: Độ hấp phụ của một số vật liệu hấp phụ dầu v DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1: Dầu loang trên vịnh Mexicô Hình 1.2: Tác hại của dầu loang tới động vật Hình 1.3: Cá chết do dầu loang Hình 1.4: Cây rau Neptunia oleracea (rau Nhút) Hình 1.5: Ruộng trồng rau Neptunia oleracea Hình 2.1: (I) khu vực bãi trước TP Vũng Tàu; (II) khu vực cảng Bến Đình TP Vũng Tàu Hình 2.2: Lớp xốp cây rau Neptunia oleracea Hình 2.3: Vật liệu sau khi làm sạch Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét (SEM) Hình 3.1: Kết quả thí nghiệm làm khô vật liệu Hình 3.2: Kết quả đo SEM của vật liệu sau khi làm khô Hình 3.3: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc Hình 3.4: Vật liệu trong môi trường nước và môi trường dầu Hình 3.5: Vật liệu trong môi trường nước nhiễm dầu và môi trường dầu Hình 3.6: Ảnh hưởng của nồng độ dầu tới độ hấp phụ của vật liệu Hình 3.7: Đồ thị để tìm các hằng số phương trình Langmuir (I): Môi trường hấp phụ là nước cất nhiễm dầu (II): Môi trường hấp phụ là nước sông nhiễm dầu (III): Môi trường hấp phụ là nước biển nhiễm dầu Hình 3.8: Đồ thị để tìm các hằng số phương trình Freundlich (I): Môi trường hấp phụ là nước cất nhiễm dầu (II): Môi trường hấp phụ là nước sông nhiễm dầu (III): Môi trường hấp phụ là nước biển nhiễm dầu Hình 3.9: Đường hấp phụ theo Langmuir và đường thực hấp phụ dầu trên Vật liệu (I): Môi trường hấp phụ là nước cất nhiễm dầu (II): Môi trường hấp phụ là nước sông nhiễm dầu (III): Môi trường hấp phụ là nước biển nhiễm dầu Hình 3.10: Số lần tái sử dụng vi TỪ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU 1. Các chữ viết tắt ATP Adenozin – triphotphat BD Nước biển nhiễm dầu CD Nước cất nhiễm dầu DO Diesel Oil Dầu diesel HC Hydrocacbon HST Hệ sinh thái IU International unit Đơn vị quốc tế KAERI Korea Atomic Energy Research Institute Viện Nghiên cứu Năng lượng nguyên tử Hàn quốc NSX Nhà sản xuất QT&PTMT Quan trắc và phân tích môi trường SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét SD Nước sông nhiễm dầu TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam VSV Vi sinh vật 2. Các ký hiệu A Độ hấp phụ A BD Độ hấp phụ của vật liệu trong môi trường nước biển nhiễm dầu A CD Độ hấp phụ của vật liệu trong môi trường nước cất nhiễm dầu A max Độ hấp phụ cực đại A NB Độ hấp phụ của vật liệu trong nước biển A NC Độ hấp phụ của vật liệu trong nước cất A NS Độ hấp phụ của vật liệu trong nước sông A SD Độ hấp phụ của vật liệu trong môi trường nước sông nhiễm dầu C Nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích vii C 0 Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm ban đầu C 0 D Nồng độ dầu ban đầu C cb Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng H Hiệu suất hấp phụ K Hằng số M Khối lượng chất bị hấp phụ m 0 Khối lượng vật liệu ban đầu m 1 Khối lượng vật liệu sau khi hấp phụ m d Khối lượng dầu bị hấp phụ 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Kể từ khi nhân loại biết khai thác và sử dụng dầu mỏ đến nay thì những sự cố trong việc khai thác, vận chuyển dầu mỏ trên thế giới đã trở thành mối đe dọa lớn đối với môi trường nói chung và hệ sinh thái (HST) biển nói riêng. Các nhà môi trường ước tính rằng từ năm 1900 đến nay, trung bình mỗi năm trên thế giới có từ 2 đến trên 4 vụ tràn dầu lớn trên biển. Những sự cố nổi bật có thể kể tới là: Năm 1978, tàu Amoco Cadiz đổ 231000 tấn dầu thô xuống vùng Brittany, Tây Bắc nước Pháp; năm 1989, tàu Exxon Valdez làm tràn 40000 tấn dầu ngoài khơi Alaska (Mỹ); năm 2002, tàu Prestige làm tràn 77000 tấn dầu ngoài khơi phía Tây Bắc Tây Ban Nha; năm 2007, tàu Hebei Spirit làm tràn 2.7 triệu gallon dầu ra biển Tây Nam Hàn Quốc [4]; năm 2010, giàn khoan Deepwater Horizon nằm cách bờ biển Louisiana của Mỹ 50 dặm đã đột ngột phát nổ và chìm xuống biển, giết chết 11 công nhân và làm tràn ra biển gần 200 triệu gallon dầu thô, hàng chục triệu gallon khí tự nhiên và 1,8 triệu gallon tấn hóa chất chưa rõ nguồn gốc trong vòng 86 ngày [12]. Là một nước có hoạt động khai thác và xuất nhập khẩu dầu lửa khá lớn, Việt Nam khó tránh khỏi phải đối mặt với nguy cơ ô nhiễm do sự cố tràn dầu. Hội thảo quốc tế “Trao đổi kinh nghiệm trong phát triển, ứng phó, xử lý và khắc phục ô nhiễm sự cố tràn dầu trên biển” do Bộ Tài nguyên và Môi trường tổ chức ngày 28/2/2008 tại Hà Nội cho biết, kể từ năm 1992 Việt Nam đã xảy ra hơn 50 vụ tràn dầu, gây ra tổn thất lớn về sinh thái và kinh tế. Nguyên nhân dẫn đến sự cố tràn dầu là do va chạm trong quá trình bốc dỡ và đắm tàu. Điển hình là các sự cố tàu Formosa One Liberia đâm vào tàu Petrolimex 01 của Việt Nam tại vịnh Giành Rỏi - Vũng Tàu (tháng 9/2001) làm tràn ra môi trường biển ven bờ khoảng 1.000m 3 dầu diesel (DO), gây ô nhiễm nghiêm trọng một vùng rộng lớn biển Vũng Tàu; 3 năm sau, tại khu vực biển Quảng Ninh - Hải Phòng, sự cố đắm tàu Mỹ Đình làm tràn khoảng 50 tấn dầu DO và 150 tấn dầu FO, trong khi đó ta chỉ xử lý được khoảng 65 tấn, số dầu còn lại hầu như tràn ra biển Đặc biệt trong 2 năm 2006 và 2007, tại ven biển các tỉnh miền Trung và miền Nam đã xảy ra một số sự cố tràn dầu bí ẩn, nhất là từ tháng 1 đến tháng 6/2007 có rất nhiều vệt dầu trôi dạt dọc bờ biển của 20 tỉnh từ đảo Bạch Long Vĩ xuống tới mũi Cà Mau và đã thu gom được 1720,9 tấn dầu. Qua phân tích 26 ảnh chụp từ vệ tinh ALOS-PALSAR trong thời điểm từ 6/12/2006 - 23/4/2007, PGS - TS Nguyễn Đình Dương, Phòng Nghiên cứu và Xử lý Thông tin Môi trường, Viện Địa lý đã ghi nhận 2 được vết dầu lớn nhất phát hiện vào ngày 8/3/2007 với chiều dài hơn 50 km và bề rộng hơn 1 km. Căn cứ vào vết dầu loang gây ô nhiễm trên biển cùng bề dày của vết dầu, ước tính có từ 21.620 - 51.400 tấn dầu đã tràn trên biển [13]. Các vụ tràn dầu gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường, ảnh hưởng xấu đến sinh thái và thiệt hại đến các hoạt động kinh tế, đặc biệt là các hoạt động có liên quan đến khai thác và sử dụng các dạng tài nguyên thuỷ sản gây bức xúc cho xã hội [7]. Việc nghiên cứu để xử lý các ô nhiễm này hiện đang được nhiều nhà khoa học quan tâm với mong muốn tìm ra được vật liệu có độ hấp phụ cao và rẻ tiền, không gây ảnh hưởng môi trường thứ cấp. Cho đến bây giờ, đã có nhiều nghiên cứu nhằm hạn chế mức độ ô nhiễm do dầu gây ra. Mới đây viện nghiên cứu năng lượng hạt nhân Hàn Quốc (KAERI) đã chế tạo được một loại vật liệu thẩm thấu thân thiện với môi trường, có thể đẩy nhanh tiến trình làm sạch dầu trên biển [14]. Bên cạnh đó các nước Âu Mỹ, cũng có nhiều thành công trong lĩnh vực này. Tại phòng thí nghiệm của Đại học Case Western Reserve mới cho ra đời loại vật liệu có thể làm sạch hiệu quả các vụ tràn dầu và một số chất hòa tan có tên là Aerogel [15]. Cùng với những thành tựu mà các nước trên thế giới đạt được thì nước ta cũng đạt được nhiều kết quả tốt trong lĩnh vực này, tiêu biển đó là kỹ sư Lê Ngọc Khánh. Năm 1999, cục sáng Chế Việt Nam và Cục Sáng Chế Nhật Bản đã cấp bằng sáng chế độc quyền cho sản phẩm của ông đó là: Vật liệu hút dầu Petro-abs và máy tách dầu sow. Dựa vào hai bằng sáng chế trên, một nhóm gồm TS Nguyễn Trần Dương, kỹ sư Lê Ngọc Khánh, TS Trần Trí Luân và GS.TS Nguyễn Hữu Niếu đã hoàn thiện quy trình sản xuất thử vật liệu hút dầu Petro-abs và các tấm hút dầu từ vật liệu này cùng hệ thống thu gom, tách dầu khỏi nước [16]. Gần đây có đề tài “Nghiên cứu điều chế vật liệu có khả năng hút dầu cao từ phế thải nông nghiệp” của Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, do tiến sĩ Nguyễn Cửu Khoa chủ nhiệm [17]. Tuy nhiên phần lớn các loại vật liệu có mặt trên thị trường trong nước có giá thành cao hoặc độ hấp phụ chưa cao. Nhằm góp phần giảm thiểu thiệt hại do các sự cố tràn dầu gây ra, đề tài “Nghiên cứu và khảo sát khả năng xử lý dầu loang bằng lớp xốp rau Neptunia oleracea” sẽ tập chung tìm ra loại vật liệu có khả xử lý dầu loang tốt, có sẵn, rẻ tiền và cho hiệu suất caotừlớp xốp của cây rau nhút (Neptunia oleracea). Ðể khảo sát hình thái học bề mặt của mẫu tiến hành chụp ảnh vi cấu trúc bề mặt bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM)với độ phóng đại lớn gấp nhiều lần. [...]... lớp xốp của cây rau nhút là phần bỏ đi, không có giá trị về kinh tế có thể được sử dụng làm vật liệu hấp phụ để xử lý nước nhiễm dầu Các kết quả nghiên cứu thu được đã mở ra một hướng nghiên cứu mới trong việc nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ nguồn nguyên liệu có sẵn và sản lượng thu hoạch lớn ở Việt Nam mỗi năm để xử lý nước nhiễm dầu Góp phần làm tăng thu nhập cho người dân trồng rau nhút Tuy... của lớp xốp nói riêng và của cây nói chung, 25  Đưa ra được phương án tái sử dụng tối ưu và phương án xử lý vật liệu sau khi dùng,  Đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu đối với nhiều loại dầu khác nhau,  Đánh giá hiệu quả kinh tế khi sử dụng lớp xốp của rau nhút vào trong thực tế 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đỗ Thị Anh Thư (2011) Luận văn tiến sĩ: Chế tạo và nghiên cứu các tính chất của... cảng Bến Đình TP Vũng Tàu 2.2 Chế tạo vật liệu hấp phụ từ rau Neptunia oleracea Hình 2.2: Lớp xốp cây rau Neptunia oleracea 10 Quy trình xử lý vật liệu được thực hiện như sau: Lớp xốp của cây rau nhút tự nhiên được tách khỏi thân và đem rửa sạch nhiều lần bằng nước sạch, cắt nhỏ với kích thước trung bình là 2 cm Và đem đi xác định điều kiện xử lý vậy liệu tối ưu theo trình tự tiến hành như sau: Hình... một rỏ đi ổn định nhiệt độ 11 trong bình hút ẩm và cân Tiếp theo, cho lượng vật liệu đó vào cốc chứa 100% dầu trong 30 phút rồi đem đi lọc bằng phễu thủy tinh trong 30 phút và đem cân 2.3 Khảo sát đặc tính của vật liệu 2.3.1 Khảo sát hình thái học bề mặt bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) [1] Kính hiển vi điện tử quét (SEM) là thiết bị sử dụng để nghiên cứu hình thái học bề mặt của mẫu Đây là thiết... tượng phương án để khô gió cho khả năng hấp phụ cao hơn phương án sấy Từ đó, tôi chọn phương án khô gió để làm khô vật liệu và thời gian khô gió tối ưu là 6 giờ ứng với độ ẩm 22% Hình 3.1: Kết quả thí nghiệm làm khô vật liệu 15 3.2 Khảo sát đặc tính vật liệu Kết quả đo SEM của vật liệu được thể hiện tại hình 3.2 Hình 3.2: Kết quả đo SEM của vật liệu sau khi làm khô Kết quả từ hình ảnh SEM cho thấy rằng... nước và môi trường dầu Xét thấy khi thời gian tiếp xúc tăng thì lượng dầu bị hấp phụ tăng nhanh và cân bằng sau khoảng 10 phút Trong khi đó lượng nước cất, nước sông và nước biển bị hút rất thấp và không ổn định Điều này xảy ra có thể do hiện tượng thấm ướt của vật liệu có mao quản mà không xảy ra quá trình hấp phụ Chứng tỏ vật liệu đang nghiên cứu có khả năng hấp phụ chọn lọc với dầu trong hệ dầu nước... biển nhiễm dầu tại nồng độ 0,4 thì đồ thị tăng nhẹ, còn trong nước sông là 0,6 Điều này cho thấy vật liệu đang tiến dần về trạng thái bão hòa 3.3.3 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Dựa vào kết quả của chuỗi thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dầu ban đầu và lấy thời gian cân bằng là 10 phút, ta mô tả cân bằng hấp phụ theo 2 phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich thông qua kết quả bảng 3.4... và ven biển ở các khía cạnh sau:  Làm biến đổi cân bằng ôxy của HST: Dầu có tỷ trọng nhỏ hơn nước, khi chảy loang trên mặt nước, dầu tạo thành váng và bị biến đổi về thành phần và tính chất Khi dầu loang, hàm lượng dầu trong nước tăng cao, các màng dầu làm giảm khả năng trao đổi ôxy giữa không khí với nước, làm giảm hàm lượng ôxy của hệ, như vậy cán cân điều hòa ôxy trong hệ bị đảo lộn Hình 1.1: Dầu. .. nhiễm dầu còn làm ảnh hưởng đến nguồn giống tôm cá, thậm chí bị chết dẫn đến giảm năng suất nuôi trồng và đánh bắt thủy sản ven biển Hình 1.3: Cá chết do dầu loang 1.2 Giới thiệu vật liệu nghiên cứu Rau nhút còn được gọi là rau rút có tên khoa học Neptunia oleracea, thuộc họ đậu Fabaceae Ðây là cây thảo nổi trên mặt nước, quanh thân có lớp xốp trắng (lớp phao), lá kép lông chim và có hoa màu vàng, quả. ..Để khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu đối với dầu trong hệ dầu nước và các yếu tố ảnh hưởng tới độ hấp phụ như môi trường nước, thời gian tiếp xúc và nồng độ ban đầu của dầu, chúng tôi đã tiến hành lần lượt các thí nghiệm:  Tìm phương án làm khô vật liệu,  Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc,  Ảnh hưởng của nồng độ dầu tới độ hấp phụ của vật liệu,  Khả năng tái sử dụng của vật . mũi Cà Mau và đã thu gom được 1720,9 tấn dầu. Qua phân tích 26 ảnh chụp từ vệ tinh ALOS-PALSAR trong thời điểm từ 6/12/2006 - 23/4/2007, PGS - TS Nguyễn Đình Dương, Phòng Nghiên cứu và Xử. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG. động có liên quan đến khai thác và sử dụng các dạng tài nguyên thuỷ sản gây bức xúc cho xã hội [7]. Việc nghiên cứu để xử lý các ô nhiễm này hiện đang được nhiều nhà khoa học quan tâm với