nghiên cứu ứng dụng vật liệu trong xử lý dầu loang trên biển

Dầu mỏ là một trong những nguồn nhiên liệu vô cùng quan trọng và đóng vai trò rất lớn trong việc thúc đẩy sự phát triển nền kinh tế của mỗi quốc gia trên thế giới, hầu như mọi ngành công nghiệp đều phụ thuộc rất lớn vào nguồn tài nguyên quý giá này. Thế nhưng, cùng với sự phát triển của ngành dầu khí thì một trong những vấn đề được mọi người rất quan tâm hiện nay là tình trạng ô nhiễm môi trường do các hoạt động khai thác, vận chuyển và sử dụng dầu mỏ trên thế giới. Kể từ khi hoạt động khai thác và sử dụng dầu mỏ được diễn ra thì đã có rất nhiều sự cố xảy ra, trở thành những mối đe dọa lớn đối với môi trường nói chung và hệ sinh thái biển nói riêng. Theo 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, nỗi bật có thể kể đến: năm 1978 tàu Amoco Cadiz đổ 231 .000 tấn dầu thô xuống vùng Brittany Tây Bắc nước Pháp; năm 1989 tàu Exxon Valdez làm tràn 40.000 tấn dầu ngoài khơi Alaska (Mỹ); năm 2002 tàu Prestige làm tràn 77.000 tấn dầu ngoài khơi phía Tây Bắc Tây Ban Nha; năm 2007 Hebei Spirit làm tràn 2.7 triệu gallon dầu ra biển Tây Nam Hàn Quốc 13; 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 19. Riêng đối với vùng biển Việt Nam là loại biển mở nối liền Thái Bình Dương và Ấn Độ Dương, là một trong những trục hàng hải có lưu lượng tàu bè qua lại rất lớn, trong đó 70% là tàu chở dầu. Tuy chưa xếp vào biển có mức độ ô nhiễm nghiêm trọng, nhưng cũng được cảnh báo là có nguy cơ ô nhiễm cao trong tương lai, vì công nghiệp đang phát triển mạnh ở các vùng duyên hải, cộng thêm hoạt động thăm dò, khai thác, vận chuyển dầu khí trong khu vực ngày càng gia tăng 20. Trong hội thảo quốc tế “Trao đổi kinh nghiệm trong phát triển, ứng phó, xử lý và khắc phục ô nhiễm do sự cố tràn dầu trên biển” do Bộ Tài Nguyên và Môi Trường tổ chức ngày 28022008 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

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM LÊ THỊ KIM LIÊN NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU TRONG XỬ LÍ DẦU LOANG TRÊN BIỂN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC Người hướng dẫn TS. LÊ THANH THANH BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2014 TRƢỜNG ĐH BÀ RỊA VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC & CNTP CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc o0o NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Lê Thị Kim Liên MSSV: 1052010109 Ngày, tháng, năm sinh: 03/01/1992 Nơi sinh: Quảng Bình Ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu sử dụng vỏ trấu biến tính bằng chất hoạt động bề mặt CTAB trong xử lí dầu loang trên biển II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG  Khảo sát bề mặt vật liệu,  Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ: nhiệt độ, tốc độ khuấy, thời gian, nồng độ, kích thước hạt. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: 03/01/2014 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/07/2014 V. HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Ts. Lê Thanh Thanh Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày…tháng…năm 2014 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) TRƢỞNG BỘ MÔN TRƢỞNG KHOA (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) LỜI MỞ ĐẦU Làm luận văn tốt nghiệp là một quá trình tạo điều kiện giúp cho sinh viên năm cuối có cơ hội tìm hiểu, rèn luyện ý thức tổ chức kỷ luật, tính tự giác, độc lập, chủ động trong nghiên cứu, cũng cố lại kiến thức đã học và phát triển kĩ năng của bản thân trước khi tốt nghiệp ra trường. Và ở đây em chọn đề tài “Nghiên cứu sử dụng vật liệu xử lí dầu loang trên biển” làm đề tài nghiên cứu cho luận văn tốt nghiệp của mình. 1. Lí do chọn đề tài Hiện tượng tràn dầu trên biển đã và đang là một vấn đề nhức nhối cho môi trường, hệ sinh thái và con người. Với nạn ô nhiễm dầu loang như ngày nay thì đã có nhiều vật liệu được nghiên cứu để xử lí, khắc phục hiện tượng đó như: enretech, corbol, aeroge, cellusord, Petro-abs … Tuy nhiên, vì những lí do khác nhau như hiệu quả xử lí và giá thành cao … mà những vật liệu trên chưa được sử dụng rộng rãi. Gần đây, vật liệu nông nghiệp bắt đầu được chú ý nghiên cứu góp phần khắc phục hiện tượng tràn dầu trong đó có vỏ trấu, là một trong những vật liệu đơn giản, rẻ, dễ kiếm và nước ta là một nước xuất khẩu gạo đứng thứ hai thế giới nên hằng năm lượng vỏ trấu thải ra rất nhiều. Mặt khác, vỏ trấu lại có khả năng hút dầu, chính vì vậy vỏ trấu là vật liệu mà em muốn chọn cho đề tài nghiên cứu vật liệu xử lí ô nhiễm do tràn dầu trên biển. 2. Tình hình nghiên cứu Hiện tại tình hình nghiên cứu xử lí ô nhiễm do tràn dầu trên biển bằng vật liệu vỏ trấu đã được nghiên cứu nhiều, cụ thể từ vỏ trấu người ta đã chế tạo ra các vật liệu dưới dạng bột, có thể dự trữ sẵn trên tàu để kịp thời xử lí khi có sự cố xảy ra. Và hiện nay hướng nghiên cứu từ vỏ trấu vẫn được tiếp tục nghiên cứu và phát triển. 3. Mục đích nghiên cứu Mục đích của đề tài này nhằm tìm kiếm vật liệu rẻ tiền, dễ kiếm có thể sử dụng cho quá trình xử lí nước thải nhiễm dầu. 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: vỏ trấu được lấy tại tỉnh Bà Rịa Vũng tàu - Phạm vi nghiên cứu: Trong phòng thí nghiệm 5. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài nghiên cứu Với đề tài em đang nghiên cứu từ những phế thải nông nghiệp như vỏ trấu không chỉ giúp ích cho quá trình xử lí dầu loang trên biển để hạn chế một phần nào đó sự ô nhiễm do dầu gây ra và ngoài ra còn góp phần vào việc giải quyết vấn đề bãi chứa, đầu ra cho phế phẩm nông nghiệp sau khi thu hoạch. 6. Phƣơng pháp nghiên cứu - Xác định tính chất của chất hấp phụ bằng phương pháp SEM, BET. - Tiến hành các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ, pH, tốc độ khuấy, nồng độ, kích thước vật liệu. 7. Dự kiến kết quả nghiên cứu - Xác định được một số đặc điểm bề mặt của vật liệu hấp phụ. - Đánh giá được khả năng sử dụng vật liệu hấp phụ từ vật liệu phế thải nông nghiệp là vỏ trấu sử dụng cho quá trình xử lí ô nhiễm do tràn dầu trên biển. LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu, Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm đã tạo điều kiện cho em mượn dụng cụ và phòng thí nghiệm để tiến hành nghiên cứu đề tài. Và đặc biệt em xin cảm ơn TS. Lê Thanh Thanh đã hướng dẫn và giúp đỡ em nhiều trong quá trình nghiên cứu đề tài của mình. MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ii LỜI CẢM ƠN v MỤC LỤC vi DANH MỤC BẢNG ix DANH MỤC SƠ ĐỒ x DANH MỤC HÌNH xi TỪ VIẾT TẮT xii CHƢƠNG I. GIỚI THIỆU 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Mục tiêu đề tài 3 CHƢƠNG II. LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU 3 2.1. Lí thuyết về nhũ tƣơng và quá trình hấp phụ 4 2.1.1. Lí thuyết về nhũ tương 4 a. Sự hình thành và ổn định nhũ dầu mỏ 4 b. Tính chất của nhũ dầu mỏ 6 c. Các nhân tố ảnh hưởng đến độ bền nhũ 8 d. Các chất phá nhũ 11 e. Cơ chế tác động của chất phá nhũ 12 2.1.2. Lí thuyết về quá trình hấp phụ 16 a. Khái niệm 16 b. Phân loại 16 c. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp phụ 19 d. Các chất hấp phụ trong công nghiệp 20 e. Cân bằng hấp phụ và cơ chế hấp phụ 24 f. Động học quá trình hấp phụ 29 2.2. Tác hại và phƣơng pháp xử lí dầu tràn trên biển 29 2.2.1. Tác hại của dầu tràn 29 2.2.2. Các biện pháp ngăn chặn và thu gom dầu 32 2.2.3. Một số vật liệu nghiên cứu trong xử lí dầu tràn trên biển 35 2.2.4. Giới thiệu vật liệu nghiên cứu trong đề tài 35 a. Nguồn gốc của vỏ trấu 35 b. Hiện trạng vỏ trấu tại Việt Nam 36 c. Một số ứng dụng của vỏ trấu hiện nay 36 CHƢƠNG III. PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38 3.1. Phƣơng tiện nghiên cứu 38 3.1.1. Dụng cụ và thiết bị 38 3.1.2. Nguyên vật liệu 38 3.1.3. Hóa chất 38 3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 38 3.2.1. Các phương pháp xác định đặc tính của chất hấp phụ 38 3.2.2. Chuẩn bị nước thải nhiễm dầu 40 3.2.3. Chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ trấu 40 3.2.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ dầu 43 a. Ảnh hưởng của kích thước hạt 43 b. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn 43 c. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc 43 d. Ảnh hưởng của nhiệt độ 43 e. Ảnh hưởng của pH 44 f. Ảnh hưởng của nồng độ dầu 44 CHƢƠNG IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44 4.1. Kết quả 45 4.1.1. Khảo sát khả năng hấp phụ của các mẫu vật liệu vỏ trấu 45 4.1.2. Khảo sát đặc tính vật liệu 48 4.1.3. Khảo sát hấp phụ 49 a. Ảnh hưởng của kích thước hạt 49 b. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy 50 c. Ảnh hưởng của thời gian 51 d. Ảnh hưởng của nhiệt độ 52 e. Ảnh hưởng của pH 53 f. Ảnh hưởng của nồng độ dầu 54 g. Khảo sát khả năng hấp phụ cực đại 54 CHƢƠNG V. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Tiêu chuẩn để phân biệt hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý Bảng 3.1: Khối lượng dung dịch CTAB cần pha với các nồng độ khác nhau Bảng 4.1: Kết quả hấp phụ dầu Bảng 4.2: Độ hấp phụ Q t (mg/g) và hiệu suất hấp phụ (%H) Bảng 4.3: Ảnh hưởng của kích thước đến khả năng hấp phụ Bảng 4.4: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến độ hấp phụ Bảng 4.5: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Bảng 4.6: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng hấp phụ của vật liệu Bảng 4.7: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu Bảng 4.8: Ảnh hưởng của nồng độ dầu đến khả năng hấp phụ của vật liệu Bảng 4.9: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Bảng 4.10: Các hằng số Langmuir và hệ số tương quan Bảng 4.11: Các hằng số Freundlich và hệ số tương quan DANH MỤC SƠ ĐỒ Hình 2.9: Sơ đồ ứng cứu khi sự cố tràn dầu xảy ra Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lí của kính hiển vi điện tử quét (SEM) [...]... 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 [15] Gần đây, các vật liệu nông nghiệp như mụn cưa, sợi bông gòn, vỏ trấu … bắt đầu được chú ý nghiên cứu để góp phần khắc phục hiện tượng tràn dầu trên biển và Việt Nam chúng ta là một nước có nền kinh tế nông nghiệp khá phát triển nên việc tận dụng chúng rất tốt Trong đề tài này... này tôi chọn vỏ trấu, một vật liệu nông nghiệp rẻ, sẵn có và trong thành phần hóa học của nó có chứa celluloses với các nhóm chức sẵn có như hydroxyl (-OH), hemicelluloses và cấu trúc lignin được coi là những nhóm chức tiềm năng cho việc sử dụng làm một vật liệu hấp phụ cho quá trình nghiên cứu xử lí dầu loang trên biển của mình [12] 1.2 Mục tiêu đề tài  Khảo sát bề mặt vật liệu;  Khảo sát các yếu... trường biển ven bờ khoảng 1000 m3 dầu diesel (DO) gây ô nhiễm 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 65 tấn, số còn lại hầu như tràn ra biển … Đặc biệt, trong hai năm 2006 và 2007, tại ven biển các tỉnh miền Trung và miền Nam đã xảy ra một sự cố tràn dầu bí... 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 [21] Các vụ tràn dầu trên gây ô nhiễm môi trường biển, ảnh hưởng nghiêm trọng đến các hệ sinh thái Đặc biệt là hệ sinh thái rừng ngập mặn, cỏ biển, vùng triều, bãi cát, đầm phá và các rạn san hô Ô nhiễm dầu làm giảm khả năng sức chống đỡ, tính linh... bề mặt vật liệu xốp gọi là chất đã bị hấp phụ b Phân loại Quá trình hấp phụ được chia thành hấp phụ vật lý, hấp phụ hóa học và hấp phụ trao đổi ion  Hấp phụ vật lý Lực hấp phụ có bản chất như lực tương tác phân tử hay Vander Walls Hấp phụ vật lý luôn thuận nghịch Hấp phụ vật lý là hấp phụ không định vị, các phân tử chất bị hấp phụ có khả năng di chuyển trên bề mặt chất hấp phụ Hấp phụ vật lý tự diễn... 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 [22] Bên cạnh đó các nước Âu Mỹ cũng có nhiều nghiên cứu 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... KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Lí thuyết về nhũ tƣơng và quá trình hấp phụ 2.1.1 Lí thuyết về nhũ tương [5] a Sự hình thành và ổn định nhũ dầu mỏ  Sự hình thành nhũ Phần lớn dầu thô được khai thác dưới dạng nhũ mà chủ yếu là nhũ nước trong dầu Loại nhũ này thường rất bền và khó phá Đa số các nhà nghiên cứu cho rằng trong điều kiện vỉa dầu hầu như không thể phân tán dầu khí nước, chúng chỉ bắt đầu tạo thành trong. .. với số lỗ hổng trên diện tích bề mặt có thể lọc tách được các giọt nước phân tán trong pha dầu thô Thông thường người ta sử dụng các vật liệu tự nhiên như phoi bào gỗ hay phần xơ sợi của lớp vỏ cây đay, đem đưa chúng thành toàn bộ phin lọc Đặc điểm của các vật liệu này là ưa nước kỵ dầu Do vậy nước dễ thấm qua dầu bị ngăn lại Theo dõi dưới kính hiển vi, các nhà thí nghiệm thấy rằng trên bề mặt của... lượng dầu trong nước tăng cao, các màng dầu làm giảm khả năng trao đổi oxy giữa không khí và nước, làm giảm oxy trong nước, làm cán cân điều hòa oxy trong hệ sinh thái bị đảo lộn … [1] Chính vì vậy mà việc nghiên cứu để xử lí các ô nhiễm này đang được nhiều nhà khoa học quan tâm với mong muốn tìm được vật liệu có độ hấp phụ cao, rẻ tiền và không gây ảnh hưởng đến môi trường thứ cấp [14] Mới đây, viện nghiên. .. (2.4) Trong đó: + T: thời gian ly tâm của hệ với tốc độ góc đã cho (w, độ/s) + x1, x2: khoảng cách từ tâm quay đến mức trên và mức dưới của hệ nhũ nghiên cứu trong ống ly tâm b Tính chất của nhũ dầu mỏ  Tỷ khối Tỷ khối của nhũ được tính theo công thức:  nh  0,01 1 100  W d  0,01.W (2.5) n Trong đó: + nh : Tỷ khối của nhũ + d : Tỷ khối của dầu + n : Tỷ khối của nước + W: Hàm lượng nước trong dầu, . vì vậy vỏ trấu là vật liệu mà em muốn chọn cho đề tài nghiên cứu vật liệu xử lí ô nhiễm do tràn dầu trên biển. 2. Tình hình nghiên cứu Hiện tại tình hình nghiên cứu xử lí ô nhiễm do tràn. những vật liệu trên chưa được sử dụng rộng rãi. Gần đây, vật liệu nông nghiệp bắt đầu được chú ý nghiên cứu góp phần khắc phục hiện tượng tràn dầu trong đó có vỏ trấu, là một trong những vật liệu. hướng nghiên cứu từ vỏ trấu vẫn được tiếp tục nghiên cứu và phát triển. 3. Mục đích nghiên cứu Mục đích của đề tài này nhằm tìm kiếm vật liệu rẻ tiền, dễ kiếm có thể sử dụng cho quá trình xử lí