Nghiên cứu chế tạo vật liệu mới hấp phụ chọn lọc dầu trong hệ dầu nước có khả năng ứng dụng trong quá trình tách chất và trong xử lý sự cố tràn dầu

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM BỘ CƠNG THƯƠNG VIỆN HĨA HỌC CƠNG NGHIỆP VIỆT NAM VIIC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU MỚI HẤP PHỤ CHỌN LỌC DẦU TRONG HỆ DẦU – NƯỚC CÓ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG CÁC QUÁ TRÌNH TÁCH CHẤT VÀ TRONG XỬ LÝ SỰ CỐ TRÀN DẦU Thuộc Nhiệm vụ nghiên cứu thường xun Phòng Thí nghiệm trọng điểm Cơng nghệ lọc, hóa dầu năm 2011 Chủ nhiệm đề tài: PGS TS Vũ Thị Thu Hà 9015 Hà nội, tháng 1/2012 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM MỤC LỤC MỞ ĐẦU PHẦN I TỔNG QUAN I.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ở NƯỚC NGOÀI I.1.1 Vật liệu ống nano carbon I.1.1.1 Cấu trúc ống nano carbon I.1.1.2 Các tính chất đặc biệt ống nano carbon 10 I.1.1.3 Các phương pháp tổng hợp ống nano carbon 13 I.1.1.4 Các ứng dụng ống nano carbon 20 I.1.2 Sợi nano carbon 21 I.1.3 Vật liệu ống nano carbon phát triển đệm carbon 22 I.1.4 Vật liệu xốp ống nano carbon 23 I.1.5 Ứng dụng vật liệu hấp phụ sử lý cố tràn dầu 24 I.1.5.1 Ảnh hưởng cố dầu tràn 24 Ảnh hưởng đến kinh tế 24 Ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống sinh vật 25 Ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống người 25 I.1.5.2 Phân loại vật liệu hấp phụ 26 I.1.5.3 Yêu cầu kỹ thuật loại vật liệu hấp phụ dầu 28 I.1.6 Ứng dụng vật liệu siêu kỵ nước trình tách chất 28 I.2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ở VIỆT NAM 30 I.2.1 Vật liệu ống nano carbon sợi nano carbon 30 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM I.2.2 Vật liệu hấp phụ dầu 30 I.2.3 Sự cố tràn dầu Việt Nam biện pháp khắc phục 31 I.2.3.1 Sự cố tràn dầu tầu Neptune Aries 31 I.2.3.2 Sự cố tràn dầu Formosa One 31 I.2.3.3 Sự cố tràn dầu tàu Fortune Freighter 32 I.2.3.4 Sự cố tràn dầu tàu Hồng Anh 32 I.2.3.5 Sự cố tràn dầu tàu Kasco Monrovia 33 I.3 KẾT LUẬN TRÊN CƠ SỞ PHÂN TÍCH LÝ THUYẾT 33 PHẦN II THỰC NGHIỆM 35 II.1 CHẾ TẠO ỐNG NANO CARBON (CNTs) 36 II.2 CHẾ TẠO SỢI NANO CARBON (CNF) 38 II.3 CHẾ TẠO VẬT LIỆU ỐNG NANO CARBON PHÁT TRIỂN TRÊN ĐỆM CARBON (C-CNTs) 39 II.3.1 Nguyên liệu 39 II.3.2 Qui trình 39 II.4 CHẾ TẠO VẬT LIỆU XỐP TỪ ỐNG NANO CARBON (XỐP CNTs) 40 II.5 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ DẦU 40 II.6 THĂM DÒ KHẢ NĂNG TÁCH DẦU TRONG HỆ DẦUNƯỚC 40 PHẦN III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 III.1 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ĐIỀU CHẾ VẬT LIỆU ỐNG NANO CARBON PHÁT TRIỂN TRÊN ĐỆM CARBON (C-CNTs) 43 III.1.1 Tối ưu hóa q trình điều chế ống nano carbon 43 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM III.1.2 Nghiên cứu tổng hợp vật liệu ống nano carbon đệm carbon (C-CNTs) 47 III.1.3 Đặc trưng tính chất vật liệu ống nano carbon đệm carbon (C-CNTs) 50 III.1.4 Tính chất siêu kỵ nước vật liệu composite ống nano carbon đệm carbon (C-CNTs) 52 III.2 TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT CỦA SỢI NANO CARBON (CNFs) 53 III.3 TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT CỦA XỐP ỐNG NANO CARBON (XỐP CNTs) 55 III.4 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ DẦU CỦA CÁC VẬT LIỆU TRONG HỆ DẦU - NƯỚC 56 III THĂM DÒ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU TRONG QUÁ TRÌNH TÁCH CHẤT VÀ TRONG XỬ LÝ SỰ CỐ TRÀN DẦU 57 III.5.1 Thăm dò khả ứng dụng vật liệu trình tách chất 57 III.5.2 Thăm dò khả ứng dụng vật liệu xử lý cố tràn dầu 59 III.6 ĐỀ XUẤT QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO VẬT LIỆU SIÊU KỴ NƯỚC TỪ NANO CARBON QUI MÔ PILOT 60 III.6.1 Đề xuất quy trình cơng nghệ chế tạo ống nano carbon đệm carbon (C-CNTs (PS)) 60 III.6.2 Đề xuất quy trình chế tạo vật liệu sợi nano carbon đêm carbon (C-CNFs) 61 III.6.3 Đề xuất quy trình chế tạo vật liệu xốp ống nano carbon (xốp CNTs) 62 III.6.4 Định hướng chế tạo vật liệu quy mô công nghiệp 64 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM III 6.5 Đánh giá sơ hiệu kinh tế ý nghĩa thực tiễn 64 PHẦN IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 IV.1 KẾT LUẬN 66 IV.2 KIẾN NGHỊ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT PE: Polyetylen PU: polyuretan PP: polypropylene PF: Phenol-formaldehyde PS: Polystyren PVA: Poly vinyl alcohol CNTs: ống nano carbon SWNTs: ống nano carbon đơn vách MWNTs: ống nano carbon đa vách CNFs: sợi nano carbon C-CNFs: sợi nano carbon phát triển đệm carbon TG-DTA: Phương pháp phân tích nhiệt vi sai FTIR: Phương pháp phổ hồng ngoại SEM: Phương pháp kính hiển vi điện tử quét TEM: Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua BET: Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ PL: Hiện tượng phát sáng quang hóa CVD: Phương pháp tổng hợp lắng đọng pha hóa học LPG: Khí dầu mỏ hóa lỏng C-CNTs (PF): vật liệu tạo CNTs, sử dụng chất kết dính polyme PF, sau carbon hóa C-CNTs (PS): vật liệu tạo CNTs, sử dụng chất kết dính polyme PS, sau carbon hóa C-CNTs (PVA): vật liệu tạo CNTs, sử dụng chất kết dính polyme PVA, sau carbon hóa C-CNFs: Sợi nano carbon phát triển đệm carbon WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM TÓM TẮT Bằng cách phối hợp nhuần nhuyễn phương pháp hóa học (tổng hợp lắng đọng pha hóa học, CVD) phương pháp phân tích hóa lý đại (FTIR, BET, TEM, SEM, TG-DTA), tổng hợp thành công vật liệu sở nano carbon, bao gồm ống nano carbon CNTs, composit C-CNTs, sợi nano carbon phát triển đệm carbon C-CNFs xốp CNTs Đây vật liệu có bề mặt siêu kỵ nước, có khả hấp phụ chọn lọc dầu hệ dầu – nước Các vật liệu C-CNTs, C-CNFs xốp CNTs có hình dạng định sẵn, khơng phải dạng bột nên có khả ứng dụng thực tiễn cao Có thể xếp khả hấp phụ dầu hệ dầu – nước vật liệu theo chiều giảm dần sau: xốp CNTs >>>>> CNTs > CCNFs > C-CNTs (PS) > C-CNTs (tấm) >> than hoạt tính Bên cạnh đó, vật liệu lọc sở ống nano carbon CNTs có khả tách tốt nước dầu hệ dầu – nước WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM MỞ ĐẦU Tràn dầu cố xảy trình khai thác, lưu trữ, vận chuyển sử dụng dầu Sự cố không ảnh hưởng tiêu cực đến kinh tế mà gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sinh thái Cùng với tốc độ phát triển kinh tế cao, Việt Nam thời gian gần đây, ngành cơng nghiệp dầu khí phát triển mạnh mẽ Ước tính năm tiêu thụ khoảng 11 triệu dầu sản phẩm dầu Ngồi ra, Việt Nam nằm tuyến đường hàng hải quốc tế vận chuyển dầu từ Trung Đông đến Nhật Bản với lượng dầu vận chuyển lên đến 30 triệu tấn/năm Điều có nghĩa hàng nhiều chục triệu dầu lưu thông lãnh thổ Việt Nam năm kéo theo nguy xảy cố tràn dầu lớn Thực tế cho thấy cố tràn dầu liên tiếp xảy từ nhiều năm trở lại Ví dụ, cố tàu Neptune Aries năm 1994 Thành phố Hồ Chí Minh, cố tàu Formosa One năm 2001 tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, ba cố khác Thành phố Hồ Chí Minh năm 2003 2005, cố năm 2005 nghiêm trọng, cố tàu Mỹ Đình năm 2004 miền Bắc hàng chục cố nhỏ lẻ khác nước ngành Dầu khí Căn theo yêu cầu khách quan kinh tế đà phát triển nhận thấy nguy xảy cố tràn dầu Việt Nam chắn tiếp tục tăng cao tương lai tới Ngay trước mắt, Việt Nam có chiến lược xây dựng nhà máy lọc dầu điều làm gia tăng vận chuyển dầu thơ từ nước ngồi vào Việt Nam Đứng trước nguy này, việc nghiên cứu công nghệ ứng cứu với cố tràn dầu vấn đề có tính cấp bách vơ quan trọng Ngoài phương pháp học sử dụng phao quây xa bờ, phao quây bờ, sử dụng thiết bị kiểu đập hút chân khơng, nhiều công nghệ để xử lý cố tràn dầu cơng nghệ phân tán hóa học, cơng nghệ phân hủy sinh học, đốt chỗ hấp phụ dầu mà đó, phương pháp hấp phụ giải pháp thích hợp dầu thu hồi với ảnh hưởng tiêu cực tối thiểu Phần lớn chất hấp phụ sử dụng để xử lý cố tràn dầu đất sét, đá trân châu, len thủy tinh có khả hấp phụ thấp Vật liệu xốp polyurethane có khả hấp phụ cao lại cồng kềnh tính tương thích mặt hóa học với loại dầu khác chưa cao không xử lý triệt để dầu Xuất phát từ việc nghiên cứu đặc tính vật liệu xử lý dầu tràn chúng tơi nhận thấy, để xử lý cách hiệu vết dầu mặt nước, vật liệu phải có tính chất quan trọng sau đây: WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM - Hấp phụ chọn lọc dầu hệ dầu nước, tức phải có tính chất kỵ nước, ưa dầu - Có khối lượng riêng nhỏ để lên mặt nước - Có thể chiết dầu khỏi vật liệu để tái sử dụng Để đáp ứng yêu cầu trên, vật liệu sở nano carbon ứng cử viên tốt Những nghiên cứu thăm dò thời gian gần nhóm nghiên cứu chúng tơi cho thấy chế tạo loại vật liệu sở hỗn hợp C-CNTs (carbon ống nano carbon) từ nguồn nguyên liệu nước có tính hấp phụ dầu tốt, thích hợp cho việc xử lý cố tràn dầu đặc biệt, xử lý triệt để vết dầu loang mặt nước Kết hợp phương pháp học với phương pháp hấp phụ vật liệu chắn giúp xử lý cách hiệu cố tràn dầu, mang lại cho mơi trường Ngồi ra, với tính chất siêu kỵ nước tính chất hấp phụ chọn lọc dầu hệ dầu nước, vật liệu hứa hẹn có nhiều ứng dụng q trình hóa học xử lý mơi trường Vì lý đó, đề tài đặt mục tiêu nghiên cứu chế tạo vật liệu sở carbon-ống nano carbon (C-CNTs) có tính chất siêu kỵ nước, có khả hấp phụ chọn lọc dầu hệ dầu nước để ứng dụng việc xử lý dầu tràn Cụ thể nghiên cứu qui trình cơng nghệ qui mơ phòng thí nghiệm chế tạo vật liệu siêu kỵ nước sở C-CNTs nghiên cứu thăm dò ứng dụng vật liệu trình tách chất xử lý cố tràn dầu WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHẦN I TỔNG QUAN WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM liệu khác Khi khối lượng riêng dầu hay dung môi tăng, Q tăng lên Điều hoàn toàn phù hợp giá trị Q tính tỷ số khối lượng vật liệu sau hấp phụ trước hấp phụ Do thể tích xốp vật liệu hấp phụ không đổi, nên khối lượng riêng dung môi dầu tăng lên, giá trị Q tăng lên Tuy nhiên, q trình hấp phụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố mà số khả tương tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ nên tỷ trọng chất bị hấp phụ, cao (dầu thực vật so với dầu DO) giá trị Q lại khơng cao (như hình III.22) Hình III.22 Khả hấp phụ dung mơi, dầu vật liệu định hình III THĂM DỊ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU TRONG QUÁ TRÌNH TÁCH CHẤT VÀ TRONG XỬ LÝ SỰ CỐ TRÀN DẦU III.5.1 Thăm dò khả ứng dụng vật liệu trình tách chất Màng lọc tách chất, điều chế theo phương pháp mô tả phần thực nghiệm, Teflon phủ nano carbon, có tính chất kỵ nước ưa dầu Tính chất kỵ nước màng chứng minh hình III.23 57 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM Từ ảnh chụp, ta dễ dàng nhận thấy mắt thường góc tiếp xúc nước với bề mặt carbon lớn 90o, chứng tỏ carbon vật liệu ky nước Hình III.23 Tính kỵ nước carbon Kết nghiên cứu khả tách chất màng lọc phủ vật liệu nano carbon thể hình III.24 Trong thực nghiệm này, pha dầu phía pha nước phía dưới, cho thêm kali dicromat (K2Cr2O7) để tạo mầu đỏ cho dễ phân biệt Trong trình lọc hút chân khơng, hỗn hợp khuấy trộn Vì lọc nano carbon kỵ nước, ưa dầu nên lọc tiếp xúc với hỗn hợp dầu - nước, nước bị đẩy dầu hấp phụ vào lọc nano carbon nhờ lực hút chân không nên dầu hấp phụ bị hút xuống phía lọc Kết pha dầu pha nước tách dễ dàng, đó, pha dầu qua lọc xuống bình phía nước lại phía lọc Thí nghiệm vừa thí nghiệm thiết kế để minh chứng cách trực quan cho khả tách dầu nước khỏi Vì vậy, chúng tơi thiết kế mẫu giả có tỷ lệ thể tích nước – dầu tương đối lớn Trong thực tế, nước lẫn lượng nhỏ dầu cần thiết phải tách Vậy trường hợp này, nước dầu dàng tách khỏi nhờ lọc nano carbon hay không? Để trả lời câu hỏi này, chúng tơi thiết kế thí nghiệm thứ hai, đó, hàm lượng nước dầu % (dạng nhũ tương) Lặp lại thí nghiệm xác định hàm lượng nước dầu sau tách nước Kết cho thấy, lượng nước lại dầu 0,9 % Điều chứng tỏ, vật liệu CNTs có khả tốt nước khỏi dầu Tất nhiên, để khảo sát kỹ vấn đề cần phải tiến hành nghiên cứu với hàm lượng nước dầu khác nhau, nước phân tán dung mơi khác nhau, kích thước hạt nước nhũ tương dầu khác nhau, phương pháp điều chế lọc CNTs khác nhau, … Tuy nhiên, kết bước đầu lý thú, mở khả ứng dụng thực tiễn vật liệu sở CNTs 58 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM Hình III.24 Lọc dầu hệ dầu nước carbon III.5.2 Thăm dò khả ứng dụng vật liệu xử lý cố tràn dầu Trong phần này, tiến hành nghiên cứu khả thu hồi dầu tái sử dụng vật liệu sau hấp phụ Đối tượng lựa chọn nghiên cứu vật liệu C-CNTs xốp CNTs Cả hai vật liệu hấp phụ dầu đến bão hòa Tiếp theo, vật liệu C-CNTs bão hòa dầu giải hấp cách gia nhiệt xử lý chân không Vật liệu xốp CNTs giải hấp cách ép học Sau giải hấp, vật liệu tái sử dụng Thực nghiệm lặp lặp lại nhiều lần Kết nghiên cứu trình bày bảng III.4 III.5 Bảng III.4: Khả ứng dụng vật liệu C-CNTs Số lần thử nghiệm Hiệu suất thu hồi dầu (%) Hệ số Q Lần 98,4 5,3 Lần 97,9 5,2 Lần 98,2 5,4 59 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM Lần 98,6 5,3 Bảng III.5: Khả ứng dụng vật liệu xốp CNTs Số lần thử nghiệm Lượng dầu thu hồi (%) Hệ số Q Lần 98,4 58,3 Lần 99,0 58,2 Lần 98,6 58,9 Lần 98,9 58,9 Như vậy, qua thử nghiệm thăm dò tạm rút kết luận hai loại vật liệu có khả cho thu hồi dầu hấp phụ có khả tái sử dụng nhiều lần Điều chứng tỏ, vật liệu có khả ứng dụng thực tiễn cao Tất nhiên, nghiên cứu thăm dò, nên để hướng tới việc ứng dụng thực tiễn, cần nhiều nghiên cứu bổ sung III.6 ĐỀ XUẤT QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO VẬT LIỆU SIÊU KỴ NƯỚC C-CNTs QUI MƠ PILOT III.6.1 Đề xuất qui trình cơng nghệ chế tạo C-CNTs (PS) Để điều chế 0,1kg vật liệu C-CNTs (PS) cần tiến hành quy trình sau (hình III.24): - Tạo dung dịch PS toluen cách khuấy hỗn hợp gồm 0.325 kg PS 4,062 kg toluen, (hỗn hợp A) - Sau đó, cho 0,1 kg CNTs vào hỗn hợp A khuấy đến hỗn hợp trở nên đồng (khoảng giờ) - Tiếp theo, hỗn hợp tạo dạng dạng viên máy, sau sấy 80oC 12 để ổn định hình dạng, nhiệt phân o mơi trường khí trơ (N2) nhiệt độ 500 C thời gian 3giờ Với thiết bị qui mô (nhưng sử dụng lò sấy), thu 100 kg vật liệu C-CNTs/năm III.6.2 Đề xuất quy trình chế tạo vật liệu C-CNFs Quy trình sản xuất CNFs sử dụng xúc tác Ni mang đệm carbon gồm bước sau: - Đệm carbon xử lý dung dịch axit 70°C để loại tất tạp chất hoạt hóa bề mặt - Tấm đệm carbon qua xử lý tẩm dung dịch NiNO3.6H2O 60 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM - Hỗn hợp sấy 1100C 12 giờ, nung 450oC dòng nitơ Poly stylen (PS) CNTs Thùng phản ứng số Toluen Thùng phản ứng số Khí xả Khí N2 Thành phẩm Nung Khí xả Sấy Tạo hình Hình III.24 Sơ đồ nguyên lý quy trình điều chế vật liệu C-CNTs (PS) Dung dịch axit Dung dich NiNO3 Khí xả Khí N2 Khí xả Sấy Nung Hình III.25 Sơ đồ ngun lý quy trình xử lý đệm carbon Tiếp theo, đặt miếng đệm carbon xử lý vào ống phản ứng thạch anh Sau khử xúc tác hydro 550°C giờ, cho LPG qua thiết bị với vận tốc dòng khí nhiệt độ ổn định Sau tổng hợp xong, làm 61 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON Thành phẩm WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM nguội ống phản ứng đến nhiệt độ phòng thu hồi đệm carbon có chứa CNFs (2) (3) (1) (2) (2) (1) (3) Khí N2 Khí LPG (3) Khí H2 (5) Thành phẩm (4) (1) : Bình khí (2) : Van điều chỉnh áp suất (3) : Van an toàn (4) : Tấm đệm carbon xử lý (5) : Buồng đốt Hình III.26 Sơ đồ nguyên lý qui trình điều chế vật liệu C-CNFs Với thiết bị qui mơ trên, thu 400 kg vật liệu CCNFs/năm III.6.3 Đề xuất quy trình chế tạo vật liệu xốp CNTs Để điều chế vật liệu xốp CNTs cần tiến hành quy trình sau: - Bột ferrocen hòa tan dichlorobenzene để tạo dung dịch có nồng độ 0.06 g/ml - Sau đó, dung dịch bơm liên tục vào ống thạch anh (6 cm) buồng đốt với vận tốc 0.13 ml/phút Nhiệt độ phản ứng 860oC Khí mang hỗn hợp khí Ar H2 bơm vào với vận tốc tương ứng 2000 ml/phút 300 ml/phút - Vật liệu xốp CNTs phát triển lên thạch anh (4 cm × cm) đặt ống phản ứng - Vật liệu xốp CNTs lấy từ thạch anh sau có khối lượng khoảng 0.5 g khối lượng riêng khoảng 60 mg/cm3 Hệ thiết bị có qui mơ sản xuất kg xốp CNTs/năm 62 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM (2) (2) (3) (1) (3) (1) Khí H2 Khí Ar (9) Thành phẩm (8) (9) Thành phẩm (6) (8) (5) (4) (7) (7) Hình III.27 Sơ đồ nguyên lý quy trình điều chế vật liệu xốp CNTs (PS) Trong (1) : Bình khí (2) : Van điều chỉnh áp suất (3) : Van an toàn (4) : Thùng chứa dung môi Diclorobenzen (5) : Thùng phản ứng (6) Phễu cho bột Ferocen (7) Bơm (8) Buồng đốt (9) Tấm thạch anh 63 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM III.6.4 Định hướng chế tạo vật liệu quy mô công nghiệp Vật liệu nano siêu kỵ nước sản xuất từ LPG, nguồn nhiên liệu sẵn có Việt nam Điều góp phần hạ giá thành sản phẩm, đồng thời chủ động nguồn nguyên liệu nước Bên cạnh đó, vật liệu nano carbon ứng dụng cho mục đích xử lý cố tràn dầu khâu sau khơng đòi hỏi có độ tuyệt đối ứng dụng vật lý, đồng thời hàm lượng nano carbon không đòi hỏi q cao (hơn 90% thỏa mãn) Vì chi phí cho sản xuất nano carbon có khả cạnh tranh với loại vật liệu khác Đây ưu góp phần rút ngắn khoảng cách từ phòng thí nghiệm đến quy mơ cơng nghiệp loại vật liệu III 6.5 Đánh giá sơ hiệu kinh tế ý nghĩa thực tiễn Như trình bày phần trên, xử lý dầu tràn chất hấp phụ thường trình xử lý khâu sau Đặc biệt xử lý dầu tràn vật liệu nano siêu kỵ nước trình xử lý tinh vi, thường áp dụng để làm ô nhiễm nước dầu, mà phương pháp thông thường khác thực cách hiệu Hơn nữa, vật liệu hấp phụ dầu sở nano carbon có khả hấp phụ dầu cao nhiều so với loại vật liệu thơng thường Bên cạnh đó, khả thu hồi dầu tái sử dụng vật liệu lớn Nói tóm lại hiệu kỹ thuật vật liệu siêu kỵ nước sở nano carbon đáp ứng hầu hết tiêu chuẩn vật liệu hấp phụ dầu Về hiệu kinh tế, phân tích trên, giá thành vật liệu nano carbon hồn tồn cạnh tranh với giá thành vật liệu hấp phụ dầu thông thường khác Về môi trường, việc ứng dụng vật liệu siêu kỵ nước để xử lý khâu sau cho cố tràn dầu góp phần giảm thiểu nhiễm mơi trường, làm môi trường sinh thái vùng nước bị nhiễm dầu 64 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM PHẦN IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM IV.1 KẾT LUẬN IV.1.1 Kết luận nội dung khoa học đề tài Đề tài hoàn thành nhiệm vụ đăng ký, cụ thể sau: - Đã tối ưu hóa thơng số q trình tổng hợp CNTs từ khí LPG: nồng độ LPG 31.2 %; vận tốc dòng khí hệ 3.2 cm/phút nhiệt độ tổng hợp 710 oC Với điều kiện đó, lượng CNTs tạo thành lớn gấp 72 lần so với lượng Fe có xúc tác - Đã xác định điều kiện thích hợp để xử lý nhiệt mẫu CCNTs (PF), C-CNTs (PS), C-CNTs (PVA) đặc trưng tính chất chúng Đã lựa chọn chất kết dính thích hợp nhựa PS, vừa có điều kiện carbon hóa mềm hơn, vừa cho vật liệu có độ bền học thích hợp - Đã tổng hợp vật liệu CNF mang đệm carbon, vật liệu xốp CNTs đặc trưng tính chất vật liệu - Đã chứng minh tính chất siêu kỵ nước vật liệu nano carbon nghiên cứu khả hấp phụ dầu hệ dầu – nước chúng Có thể xếp khả hấp phụ dầu vật liệu theo chiều giảm dần sau: xốp CNTs >>>>> CNTs > CNF > C-CNTs (PS) > C-CNTs (tấm) >> than hoạt tính - Đã thăm dò khả ứng dụng vật liệu tách chất xử lý cố tràn dầu - Đã đề xuất qui trình cơng nghệ qui mơ pilot chế tạo vật liệu siêu kỵ nước sở C-CNT ứng dụng để xử lý cố tràn dầu IV.1.2 Kết luận nội dung khác Đề tài thực vượt tiêu so với đăng ký số nội dung sau: Cơng trình cơng bố Thu Ha Thi Vu, Thu Trang Thi Nguyen, Phuong Hoa Thi Nguyen, Manh Hung Do, Hang Thi Au, Thanh Binh Nguyen, Dinh Lam Nguyen, Jun Seo Park, Fabrication of photocatalytic composite of multi-walled carbon nanotubes/TiO2 and its application for desulfurization of diesel, Materials Research Bulletin (in press) 2011 Vu Thi Thu Ha, Nguyen Đinh Lam, Nguyen Thi Thu Trang, Phan The Anh, Au Thị Hang, Preparation of micro/nano composites of carbon nanostructure/TiO2 and CNT macroscopic shaping their applications, Catalysis Communication (Revising) 2011 66 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM Đào tạo Tham gia đào tạo 01 NCS « Sử dụng Biogas cho động đốt » có nội dung ứng dụng đặc tính siêu kỵ nước CNT để lưu trữ biogas (dự kiến bảo vệ 2012) IV.2 KIẾN NGHỊ Nhóm tác giả đề tài kiến nghị Bộ Khoa học công nghệ Bộ Cơng Thương tiếp tục cấp kinh phí để phát triển hướng nghiên cứu liên quan đến vật liệu CNTs, C-CNTs, C-CNF, đặc biệt vật liệu xốp CNTs ứng dụng tách chất hấp phụ chọn lọc dầu hệ dầu nước vật liệu Đây loại vật liệu với nhiều tính đặc biệt ưu việt mà vật liệu thông thường không đáp ứng Những nghiên cứu chuyên sâu, có tính chất hệ thống góp phần sớm đưa loại vật liệu ứng dụng thực tiễn 67 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM TÀI LIỆU THAM KHẢO http://pda.vietbao.vn/Khoa-hoc/Viet-Nam-Che-tao-thanh-cong-vachao-ban-vat-lieu-nano/20827571/188/ Văn Đình Sơn Thọ Chế tạo vật liệu sợi carbon ống carbon phương pháp kết tinh hóa học từ pha Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp Bộ GDĐT (2003) Nguyễn Đình Lâm Nghiên cứu tổng hợp vật liệu Nano carbon (nanotube nanofiber) phương pháp phân hủy xúc tác hợp chất chứa carbon điều kiện Việt Nam Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp Bộ GDĐT (2006) mã số: B2006-DN02-02 Huỳnh Anh Hồng, Nguyễn Đình Lâm Nghiên cứu đề xuất quy trình tổng hợp carbon nano phương pháp phân hủy xúc tác hợp chất chứa carbon điều kiện Việt nam, Tạp chí Khoa Học Phát triển - Sở KH&CN Đà nẵng, 112 (2005) 20 Huỳnh Anh Hồng, Nguyễn Đình Lâm Cơ sở lý thuyết việc lựa chọn xúc tác cho trình tổng hợp vật liệu nano carbon dạng ống sợi phương pháp kết tụ hóa học pha hơi, Tạp chí Khoa Học Phát triển - Sở KH&CN Đà nẵng (2009) Nguyễn Đình Lâm, Vũ Thị Thu Hà cộng Tạo hình nghiên cứu tính siêu kỵ nước vật liệu Composite C-CNTs Tạp chí Hố học, 47, 6A (2009) 310-317 Nguyễn Đình Lâm Tạo hình ứng dụng xúc tác quang hóa vật liệu tổ hợp TiO2-CNTs, Tạp chí KH&CN, Đại học Đà Nẵng, số 4, 39 (2010) Nguyễn Tiến Dũng, Trịnh Đức Công, Nguyễn Văn Khôi, Nguyễn Hữu Trịnh Chế tạo vật liệu hấp phụ dầu sở styren lảuyl metaacrylat phương pháp huyền phù Tạp chí Hóa học, số 6/07 (2011) http://vietbao.vn/Khoa-hoc/Che-tao-thanh-cong-vat-lieu-xu-ly-onhiem-dau/40065189/188/ 10 Nguyễn Đức Huỳnh, Nguyễn Quang Huy, Nguyễn Trung Thuận Ứng cứu cố tràn dầu Việt Nam: Thực tiễn thử thách Tuyển tập báo cao Hội nghị Khoa học cơng nghệ 30 năm Dầu khí Việt Nam – Cơ hội mới, thách thức mới, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Quyển 2, 339 – 350 (2005) 11 Taylor and Francis Fullenrences, Nanotubles, and Carbon Nanostructures 19 (2010) 164 68 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM 12 T.I.T Okpalugo, P Papakonstantinou, H Murphy, J McLaughlin, N.M.D Brown, High resolution XPS characterization of chemical functionalised MWCNTs and SWCNTs, Carbon 43 (2005) 153–161 13 M Daenen (N), R.D de Fouw (ST), B Hamers (ST, Treasurer), P.G.A Janssen (ST), K Schouteden (N), The Wondrous World of Carbon Nanotubes, Eindhoven University of Technology, 27-02- 2003 14 G Gulino et al C2H6 as an active carbon source for a large scale synthesis/ Applied Catalysis A: General 279 (2005) 89 15 S Pacheco Benito, L Lefferts, Wettability of carbon nanofiber layers on nickel foils, Journal of Colloid and Interface Science, Volume 364, Issue (2011), 530-538 16 Ray H Baughman, Anvar A, Zakhidov, Walt A de Heer Carbon Nanotubes—the Route Toward Applications Science’s compass 297 (2002) 17 Ping Li, Tie-Jun Zhao, Jing-Hong Zhou, Zhi-Jun Sui, Ying-Chun Dai, Wei-Kang Yuan, Characterization of carbon nanofiber composites synthesized by shaping process, Carbon 43 (2005) 2701–2710 18 Marc-Jacques Ledoux, Cuong Pham-Huu, Carbon nanostructures with macroscopic shaping for catalytic applications, Catalysis Today 102– 103 (2005) 2–14 19 XING Gang, JIA Shen-li, SHI Zong-qian The production of carbon nano-materials by arc discharge under water or liquid nitrogen New Carbon Materials Volume 22, Issue (2007) 20 W Qian et al Synthesis of carbon nanotubes from liquefied petroleum gas containing sulfur/Letters to the editor/Carbon 40 (2002) 2961 – 2973 21 P Ndungu, A Nechaev, L Khotseng, N Onyegebule, W Davids, R Mohammed, G Vaivars, B Bladegroen, V Linkov Carbon nanomaterials synthesized using liquid petroleum gas: Analysis toward applications in hydrogen torage and production International fournal of hydrogen energy 33 (2008) 3102-3106 22 P Ndungu, Z.G Godongwana, L.F Petrik, A Nechaev, S Liao, V Linkov Synthesis of carbon nanostructured materials using LPG Microporous and Mesoporous Materials 116 (2008) 593–600 23 Natnael Behabtua, Micah J Greena, and Matteo Pasqualia, Carbon nanotube-based neat fibers Carbon, Nanotoday, Number 5-6 27, Volume (2008) 24 P Serp, M Corrias, P Kalck, Carbon nanotubes and nanofibers in catalysis Appl Catal A 253 (2003) 337 69 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM 25 N.D Alexopoulos, C Bartholome, P Poulin, Z Marioli-Riga Damage detection of glass fiber reinforced composites using embedded PVA– carbon nanotube (CNT) fibers Composites Science and Technology 70 (2010) 1733–1741 26 Jurgen Maul, Bruce G Frushour, Jeffrey R Kontoff, Herbert Eichenauer, Karl-Heinz Ott, Bayer AG, Dormagen, Christian Schade, Polystyrene and Styrene Copolymes (2007) Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, Weinheim 10.1002/14356007.a21 615.pub2 27 Wolfgang Hesse, Hoechst AG, Werk Kalle – Albert, Wiesbaden, Phenolic Resins (2005) Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, Weinheim 10.1002/14356007.a19 371 28 Manfred L Hallensleben, Polyvinyl Compounds, Others, Universităat Hannover, Institut făur Makromolekulare Chemie, Hannover, Federal Republic of Germany (2005) Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, Weinheim 10.1002/14356007.a21 743 29 Anshu Sharma, Sumit Kumar, Balram Tripathi, M Singh, Y.K Vijay Aligned CNT/Polyme nanocomposite membranes for hydrogen separation Intational Journal of Hydrogen energy Volume 34, Issue 9, (2009) 3977-3982 30 Meng-Qiang Zhao, Jia-Qi Huang, Qiang Zhang, Wei-Liang Luo, Fei Wei, Improvement of oil adsorption performance by a sponge-like natural vermiculite-carbon nanotube hybrid, Applied Clay Science, Volume 53, Issue 1, (2011) 1-7 31 Xuchun Gui, Hongbian Li, Kunlin Wang, Jinquan Wei, Yi Jia, Zhen Li, Lili Fan, Anyuan Cao, Hongwei Zhu, Dehai Wu, Recyclable carbon nanotube sponges for oil absorption, Acta Materialia, Volume 59, Issue 12, (2011) 4798-4804 32 Xuchun Gui, Jinquan Wei, Kunlin Wang, Anyuan Cao, Hongwei Zhu, Yi Jia, Qinke Shu, and Dehai Wu Carbon Nanotube Sponges Advanced materials (2010) 33 Crum, J Peak expiratory flow rate in schoolchildren living close to Braer oil spill British Medical Journal, 1993, 307:23–2 34 C.Teas, S Kaligeros, F Zanikos, S Stournas, E Lois and G Anastopoulos Investigation of the effectiveness of absorbent materials in oil spills cleanup Desanlination, 2001, Vol 140 (3) 259-264 35 S S Banerjee, M V Joshi, R V Jayaram Treatment of oil spill by sorption technique using fatty acid grafted sawdust Chemosphere, 64, 1026-1031 70 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM 36 T R Annunciado, T H D Sydenstricker, S C Amino Experimental investigation of various vegetable fibres as sorbent materials for oil spills Marine Polution Bulletin, 50, 1340-1346 37 S Kathiesan An addition of fatty acids on Durian peel and its application for absorption oil Asian Chemical Conference 14, Bangkok 38 T Lim, X Huang Evaluation of kapok (Ceiba pentandra (L.) Gaertn.) as a natural hollow hydrophobic-oleophilic fibrous sorbent for oil spill cheanup Chemosphere, 66, 955-963 39 World catalogue of Oil spill response products, 1997/1998 40 M Saito, N Ishii, S Ogura, S Maemura, and H Suzuki Development and water tank tests of Sugi Bark sorbent (SBS) Spill Science & Technology Bullentin, (5-6), 475-482 41 Tianjia Guan, Maosheng Yao Use of carbon nanotube filter in removing bioaerosols Journal of Aerosol Science 41 (2010) 42 A Mills, S.L Hunte, J Photochem Photochemical processes for qater treatment Photobiol A 108 (1997) 43 Zhongxin Xue, Shutao Wang, Ling Lin, Li Chen, Mingjie Liu, Lin Feng3, Lei Jiang, A Novel Superhydrophilic and Underwater Superoleophobic Hydrogel-Coated Mesh for Oil/Water Separation, Advanced Materials, Volume 23, Issue 37 (2011) 4270–4273 44 Kangjian Tang, Jihong Yu, Yuanyuan Zhao, Yang Liu, Xiaofang Wang and Ruren Xu, Fabrication of super-hydrophobic and super-oleophilic boehmite membranes from anodic alumina oxide film via a two-phase thermal approach, J Mater Chem (2006) 16, 1741-1745 45 Jilin Zhang, Gang Pu, and Steven J Severtson, Fabrication of Zinc Oxide/Polydimethylsiloxane Composite Surfaces Demonstrating OilFouling-Resistant Superhydrophobicity, ACS Appl Mater Interfaces, 2010, (10) 2880 – 2883 46 Seunghyun Baik, Youngseok Oh, Cheesung Lee, Kyoung-Yong Chun, Eungsuek Lee, and Young-Jin Kim, Vertically-aligned carbon nanotube membrane filters with superhydrophobicity and superoleophilicity, Carbon 48 (2010) 2192 – 2197 47 Chee Huei Lee, Nick Johnson, Jaroslaw Drelich, Yoke Khin Yap The performanece of superhydrophobic and superoleophilic carbon nanotube meshes in water-oil filtration Carbon 49 (2011) 669-676 71 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON ... TRÌNH TÁCH CHẤT VÀ TRONG XỬ LÝ SỰ CỐ TRÀN DẦU 57 III.5.1 Thăm dò khả ứng dụng vật liệu q trình tách chất 57 III.5.2 Thăm dò khả ứng dụng vật liệu xử lý cố tràn dầu 59 III.6 ĐỀ XUẤT QUI TRÌNH... (C-CNTs) có tính chất siêu kỵ nước, có khả hấp phụ chọn lọc dầu hệ dầu nước để ứng dụng việc xử lý dầu tràn Cụ thể nghiên cứu qui trình cơng nghệ qui mơ phòng thí nghiệm chế tạo vật liệu siêu kỵ nước. .. siêu kỵ nước tính chất hấp phụ chọn lọc dầu hệ dầu nước, vật liệu hứa hẹn có nhiều ứng dụng q trình hóa học xử lý mơi trường Vì lý đó, đề tài đặt mục tiêu nghiên cứu chế tạo vật liệu sở carbon-ống