Khóa luận tốt nghiệp chuyên ngành Quản lý môi trường: Nghiên cứu khả năng hấp phụ dầu khoáng của vỏ sầu riêng bổ sung acid béo

Đề tài là nghiên cứu tiền đề để chế tạo một loại vật liệu hấp phụ dầu có nguồn gốc từ VSR, một loại phế thải nông nghiệp nhưng cho khả năng hấp phụ dầu cao; đưa vật liệu vào sản xuất thử nghiệm với mô hình công nghiệp; ứng dụng thực tế vào các sự cố tràn dầu ven biển.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ DẦU KHOÁNG CỦA VỎ SẦU RIÊNG BỔ SUNG ACID BÉO Ngành : Kỹ thuật môi trường Chuyên ngành : Quản lý môi trường Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Thái Văn Nam TS Nguyễn Thị Thanh Phượng Sinh viên thực MSSV: 1151080152 : Trịnh Trọng Nguyễn Lớp: 11DMT03 Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2015 Trang BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ DẦU KHOÁNG CỦA VỎ SẦU RIÊNG BỔ SUNG ACID BÉO Ngành : Kỹ thuật môi trường Chuyên ngành : Quản lý môi trường Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Thái Văn Nam TS Nguyễn Thị Thanh Phượng Sinh viên thực MSSV: 1151080152 : Trịnh Trọng Nguyễn Lớp: 11DMT03 Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2015 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin “CAM ĐOAN, đồ án tốt nghiệp thực hướng dẫn PGS.TS Thái Văn Nam, trưởng khoa Công nghệ Sinh học – Thực phẩm – Môi trường, Đại học Cơng nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh TS Nguyễn Thị Thanh Phượng, phó viện trưởng Viện Mơi trường Tài Ngun, Thành Phố Hồ Chí Minh Tôi xin cam đoan nội dung, số liệu trích dẫn đồ án tốt nghiệp hồn tồn trung thực Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm lời cam đoan TP HCM, tháng năm 2015 Sinh viên Trịnh Trọng Nguyễn LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành báo cáo nghiên cứu cho phép gửi lời cảm ơn đến Trường Đại học Cơng nghệ TP Hồ Chí Minh, Khoa Cơng nghệ Sinh học – Thực phẩm – Môi trường, Viện Mơi trường Tài ngun TP Hồ Chí Minh tạo điều kiện cho tơi mượn dụng cụ phịng thí nghiệm để tiến hành nghiên cứu đề tài Đặc biệt, xin cảm ơn thầy PGS TS Thái Văn Nam TS Nguyễn Thị Thanh Phượng trực tiếp hướng dẫn làm cố vấn cho em suốt thời gian thực đề tài Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè giúp đỡ động viên suốt trình thực đề tài Tuy nhiên, thời gian có hạn kinh nghiệm cịn hạn chế nên báo cáo kết nghiên cứu tơi khơng tránh khỏi thiếu sót, hạn chế định Vì vậy, tơi mong nhận bảo, đóng góp ý kiến quý thầy để giúp tơi bổ sung, hồn thành tốt báo cáo Tôi xin chân thành cảm ơn! TÓM TẮT Vỏ sầu riêng, loại phế phẩm nông nghiệp, bổ sung acid béo nhằm tăng thành phần ưa dầu hạn chế khả ưa nước, sử dụng để làm vật liệu hấp phụ để loại bỏ dầu nước Cấu trúc hình thái bề mặt vật liệu xác định kính hiển vi với độ phóng đại 1,3×10 lần Các kết khảo sát, so sánh khả hấp phụ dầu VSR trước (VSR–M) sau bổ sung acid béo (VSR–AS) cho thấy khả hấp phụ dầu VSR–M (0,4604g/g) cải thiện nhiều so với vật liệu VSR–M (0,2340g/g) Một số yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ lượng dầu trước hấp phụ, kích thước vật liệu, thời gian hấp phụ, pH dung dịch dung lượng hấp phụ cực đại khảo sát Kết thu sau: lượng dầu trước hấp phụ tối ưu 0,5ml; kích thước hạt vật liệu từ 0,15–0,3mm; thời gian hấp phụ tối ưu 20 phút; pH dung dịch khoảng 6,5–9,3 dung lượng hấp phụ cực đại 0,4604g/g, thí nghiệm thực nhiệt độ phịng thí nghiệm với độ ẩm vật liệu 5% MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 ĐẶT VẤN ĐỀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu lâu dài 2.2 Mục tiêu cụ thể GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 4.1 Khoa học .5 4.2 Thực tiễn .6 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI 6 CẤU TRÚC CỦA ĐỒ ÁN .6 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM DẦU TẠI VIỆT NAM 1.1.1 Sự cố tràn dầu Việt Nam từ năm 2004 đến 1.1.2 Nồng độ dầu số cảng biển Việt Nam 1.1.3 Ơ nhiễm dầu từ sở cơng nghiệp dân cư đô thị 10 1.1.4 Ô nhiễm dầu khu vực tổng kho xăng dầu 10 1.1.5 Ảnh hưởng cố tràn dầu .11 1.2 VỎ SẦU RIÊNG 14 1.2.1 Nguồn gốc VSR 14 1.2.2 Ngành trồng sầu riêng Việt Nam 15 1.3 QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ 18 1.3.1 Khái niệm hấp phụ 18 1.3.2 Cơ chế trình hấp phụ 18 1.3.3 Phân loại trình hấp phụ 19 1.4 CÁC LOẠI VẬT LIỆU HẤP PHỤ DẦU HIỆN NAY 19 1.4.1 Vật liệu hấp phụ dầu hữu tổng hợp 19 1.4.2 Vật liệu hấp phụ dầu hữu có nguồn gốc thiên nhiên 20 1.4.3 Vật liệu hấp phụ dầu vô 20 1.5 CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN .21 i 1.5.1 Các nghiên cứu vật liệu hấp phụ dầu 21 1.5.2 Các nghiên cứu khả hấp phụ vỏ sầu riêng 23 1.5.2.3 Kết luận .25 CHƯƠNG NỘI DUNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .26 2.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 26 2.1.1 Nội dung Tổng hợp, biên hội tài liệu có liên quan 26 2.1.2 Nội dung 2: Chế tạo vật liệu hấp phụ từ VSR .26 2.1.3 Nội dung 3: Khảo sát hình thái bề mặt màu sắc VLHP .26 2.1.4 Nội dung Khảo sát khả hấp phụ dầu 26 2.1.5 Nội dung Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ 26 2.1.6 Nội dung Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại .26 2.1.7 Nội dung So sánh khả hấp phụ dầu VSR với số vật liệu khác 26 2.2 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 27 2.2.1 Nguyên liệu 27 2.2.2 Hóa chất 27 2.2.3 Thiết bị, dụng cụ 28 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.3.1 Phương pháp luận 30 2.3.2 Phương pháp cụ thể (phương pháp thực tiễn) 33 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 46 3.1 CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ VSR 46 3.1.1 Vật liệu (VSR–M) .46 3.1.2 Vật liệu (VSR–AS) .46 3.2 HÌNH THÁI BỀ MẶT, MÀU SẮC CỦA VẬT LIỆU 48 3.2.1 Cấu tạo 48 3.2.2 Kết chụp kính hiển vi 48 3.2.3 Độ ẩm vật liệu 49 3.3 KẾT QUẢ HẤP PHỤ DẦU CỦA VSR–M 49 3.4 KẾT QUẢ HẤP PHỤ DẦU CỦA VSR–AS .51 3.4.1 Dung lượng hấp phụ dầu VSR–AS 51 3.4.2 Đặc tính kỵ nước – ưa dầu vật liệu VSR–AS 54 ii 3.4.3 Khả vật liệu nước 56 3.4.4 So sánh kết hấp phụ dầu VSR–M VSR–AS 1:4 59 3.5 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ 60 3.5.1 Kết khảo sát ảnh hưởng lượng dầu đến trình hấp phụ .60 3.5.2 Kết khảo sát ảnh hưởng kích thước hạt đến trình hấp phụ 63 3.5.3 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến trình hấp phụ 67 3.5.4 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ 70 3.5.5 Kết khảo sát khả hấp phụ cực đại 75 3.6 SO SÁNH KHẢ NĂNG HẤP PHỤ DẦU VỚI CÁC VẬT LIỆU HẤP PHỤ KHÁC 80 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 81 KẾT LUẬN 81 KIẾN NGHỊ 82 PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN .82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 iii TỪ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU Các từ viết tắt Phân tích phương sai ANOVA ANalysis Of VAriance CMC Carboxy Methyl Cellulose CPC Cation hexadexylPiridin Clorua monohydrate Chất hoạt động bề mặt Diesel Oil Dầu diesel DO ĐH Đại học HST Hệ sinh thái KAERI Korea Atomic Energy Research Institute Viện nghiên cứu lượng nguyên tử Hàn Quốc LSD Least Significant Difference Giới hạn sai số nhỏ Nhà sản xuất NSX O/W Nhũ dầu nước Oil/Water PGS Phó giáo sư PTN Phịng thí nghiệm ppm parts per million SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TSKH Tiến sĩ khoa học VFEJ Vietnam Forum of Environmental Journalists Diễn đàn Nhà báo Môi trường Việt Nam VLHP Vật liệu hấp phụ VSR Vỏ sầu riêng Các ký hiệu VSR – AS Vỏ sầu riêng bổ sung acid béo VSR – M Vỏ sầu riêng thô VSR – R Vỏ sầu riêng sau sấy khô iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Tỉ lệ thành phần sầu riêng 15 Bảng 1.2: Thống kê diện tích sản lượng sầu riêng nước ta .17 Bảng 2.1: Danh sách dụng cụ, thiết bị sử dụng cho thí nghiệm 28 Bảng 3.1: Các thông số thử nghiệm khảo sát khả hấp phụ dầu VSR–M 50 Bảng 3.2: Các thông số thử nghiệm khảo sát khả hấp phụ dầu VSR–AS .52 Bảng 3.3: Kết xử lý khả hấp phụ dầu VSR–AS tỉ lệ phối trộn khác 52 Bảng 3.4: Kết xử lý lượng VSR–AS chìm mơi trường nước nhiễm dầu tỉ lệ phối trộn với so sánh với lượng dầu hấp phụ 57 Bảng 3.5: So sánh khả hấp phụ khả VSR–M VSR–AS 60 Bảng 3.6: Các thông số thử nghiệm khảo sát ảnh hưởng hàm lượng dầu 61 Bảng 3.7: Kết xử lý khả hấp phụ dầu VSR–AS 1:4 với lượng dầu khác so sánh với hiệu suất hấp phụ .61 Bảng 3.8: Các thông số thử nghiệm ảnh hưởng kích thước hạt 64 Bảng 3.9: Kết xử lý khả hấp phụ dầu VSR–AS kích thước hạt khác 65 Bảng 3.10: Các thông số thử nghiệm khảo sát ảnh hưởng thời gian tiếp xúc 68 Bảng 3.11: Kết xử lý khả hấp phụ dầu VSR–AS mốc thời gian khác .68 Bảng 3.12: Các thông số thử nghiệm khảo sát ảnh hưởng pH 70 Bảng 3.13: Kết xử lý khả hấp phụ dầu VSR–AS môi trường pH khác .73 Bảng 3.14: Xác định thông số đường đẳng nhiệt hấp phụ 75 Bảng 3.15: Các số Langmuir hệ số tương quan 77 Bảng 3.16: Các số Freundlich hệ số tương quan 78 Bảng 3.17: Độ hấp phụ dầu thực tế VSR–AS 79 Bảng 3.18: Kết hấp phụ dầu số vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên 80 v Contrast Sig Difference 1:1 - 1:2 * -0.0593 0.00762 1:1 - 1:3 * -0.0686667 0.00762 1:1 - 1:4 * -0.0832333 0.00762 1:1 - 1:5 * -0.0287333 0.00762 1:1 - 1:6 * 0.0613667 0.00762 1:2 - 1:3 * -0.00936667 0.00762 1:2 - 1:4 * -0.0239333 0.00762 1:2 - 1:5 * 0.0305667 0.00762 1:2 - 1:6 * 0.120667 0.00762 1:3 - 1:4 * -0.0145667 0.00762 1:3 - 1:5 * 0.0399333 0.00762 1:3 - 1:6 * 0.130033 0.00762 1:4 - 1:5 * 0.0545 0.00762 1:4 - 1:6 * 0.1446 0.00762 1:5 - 1:6 * 0.0901 0.00762 Chú thích: (*): Biểu thị khác biệt ý nghĩa thống kê Trang +/- Limits PHỤ LỤC LƯỢNG VSR – AS CHÌM TRONG NƯỚC SO SÁNH VỚI LƯỢNG DẦU HẤP PHỤ Tỉ lệ X1 ̅ ± SD X ̅ Y 0,5802 ± 0,0420 0,2708 0,1015 ± 0,0394 0,3300 0,0253 ± 0,0045 0,3394 0,0227 ± 0,0049 0,3540 0,3385 ± 0,0642 0,2995 0,2704 ± 0,0405 0,2094 X2 0,5701 1:1 1,0 0,5441 0,6263 0,1469 1:2 1,0 0,0780 0,0795 0,0295 1:3 1,0 0,0257 0,0206 0,0266 1:4 1,0 0,0242 0,0172 0,2818 1:5 1,0 0,5082 0,3254 0,2876 1:6 1,0 0,2241 0,2995 Trong đó:  X1 : Lượng VSR ban đầu, (g)  X2 : Lượng VSR chìm nước, (g) ̅  X : Lượng VSR – AS trung bình chìm nước, (g)  SD : Độ lệch chuẩn ̅  Y : Lượng dầu hấp phụ trung bình, (g) Trang Analysis of Variance for LUONG DAU HAP PHU - Type III Sums of Squares Source Sum of Squares Df Mean Square F-Ratio P-Value 8.53799E-06 8.53799E-06 0.44 0.5191 A:TI LE 0.0275251 0.00550502 286.04 0.000 RESIDUAL 0.000211702 11 1.92456E-05 0.0435298 17 COVARIATES LUONG VSR CHIM MAIN EFFECTS TOTAL (CORRECTED) Multiple Range Tests for LUONG DAU HAP PHU by TI LE Method: 95.0 percent LSD TI LE Count LS Mean LS Sigma 1:6 0.208781 0.00269804 X 1:1 0.265556 0.00822309 XX 1:5 0.297378 0.00407028 X 1:2 0.331952 0.00379783 XXX 1:3 0.342448 0.00518624 X 1:4 0.357053 0.0052368 Trang Homogeneous Groups X Contrast Sig 1:1 - 1:2 Difference +/- Limits -0.0663956 0.117405 1:1 - 1:3 * -0.0768918 0.0750643 1:1 - 1:4 * -0.091497 0.0787688 1:1 - 1:5 -0.0318219 0.0788952 1:1 - 1:6 0.0567751 0.0619489 1:2 - 1:3 -0.0104962 0.043055 1:2 - 1:4 -0.0251014 0.0393512 1:2 - 1:5 0.0345737 0.039225 1:2 - 1:6 * 0.123171 0.0562254 1:3 - 1:4 * -0.0146052 0.00872273 1:3 - 1:5 * 0.0450699 0.00877798 1:3 - 1:6 * 0.133667 0.0154107 1:4 - 1:5 * 0.0596751 0.00788488 1:4 - 1:6 * 0.148272 0.0187154 1:5 - 1:6 * 0.088597 0.018831 Chú thích: (*): Biểu thị khác biệt ý nghĩa thống kê Trang PHỤ LỤC ẢNH HƯỞNG CỦA LƯỢNG DẦU ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA VSR – AS SO SÁNH VỚI HIỆU SUẤT HẤP PHỤ C X1 ̅ ± SD X X2 2.52 0.252 3.36 0.336 4.2 0.42 5.04 0.504 5.88 0.588 7.56 0.756 0.2519 0.2468 0.2472 0.3252 0.3309 0.3045 0.3929 0.3959 0.3932 0.4264 0.4290 0.4231 0.4288 0.4314 0.4304 0.4370 0.4461 0.4592 0.2486 ± 0.0028 0.3202 ± 0.0139 0.3940 ± 0.0017 0.4288 ± 0.0023 0.4302 ± 0.0013 0.4474 ± 0.0112 Trong đó:  C : Nồng độ dầu, (g/l)  X1 : Lượng dầu trước hấp phụ, (g)  X2 : Lượng dầu hấp phụ, (g)  ̅ X : Lượng dầu hấp phụ trung bình, (g)  SD : Độ lệch chuẩn  H : Hiệu suất hấp phụ, (%)  ̅ H : Hiệu suất hấp phụ trung bình, (%) Trang H 99.96 97.94 98.10 96.79 98.48 90.63 93.55 94.26 93.62 84.60 85.12 85.52 72.93 73.37 73.20 57.80 59.01 60.74 ̅ H 98.66 95.30 93.81 85.08 73.16 59.18 Analysis of Variance for HIEU SUAT HAP PHU - Type III Sums of Squares Sum of Squares Df Mean Square FRatio P-Value 0.24853 0.249 0.22 0.6506 A:NONG DO 248.816 49.76 43.41 0.0000 RESIDUAL 12.609 11 1.146 TOTAL (CORRECTED) 3025.86 17 Source COVARIATES LUONG DAU HAP PHU MAIN EFFECTS Multiple Range Tests for HIEU SUAT HAP PHU by NONG DO Method: 95.0 percent LSD NONG DO Count LS Mean LS Sigma 7.56 57.1716 4.364 5.88 70.0331 3.133 5.04 72.9177 0.836 4.2 84.2699 0.619 X 3.36 90.8312 3.255 XXXX 2.52 100.9 4.835 XXXX Trang Homogeneous Groups X X X Contrast Sig Difference +/- Limits 2.52 - 3.36 10.0685 200.814 2.52 - 4.2 16.6298 106.938 2.52 - 5.04 27.982 99.8281 2.52 - 5.88 30.8666 98.6678 2.52 - 7.56 43.7281 93.1486 3.36 - 4.2 6.56125 93.9025 3.36 - 5.04 17.9135 101.014 3.36 - 5.88 20.7981 102.174 3.36 - 7.56 33.6595 107.695 4.2 - 5.04 * 11.3522 7.36767 4.2 - 5.88 * 14.2368 8.49347 4.2 - 7.56 * 27.0983 13.9269 5.04 - 5.88 * 2.8846 2.24702 5.04 - 7.56 * 15.7461 6.9529 5.88 - 7.56 * 12.8615 5.84639 Chú thích: (*): Biểu thị khác biệt ý nghĩa thống kê Trang 10 PHỤ LỤC KẾT QUẢ HẤP PHỤ DẦU CỦA VSR – AS Ở CÁC KÍCH THƯỚC HẠT KHÁC NHAU d X1 X2 ̅ ± SD X 0.4028 < 0.15 0.42 0.4045 0.4035 ± 0.0009 0.4032 0.3996 0.15 - 0.3 0.42 0.4001 0.3990 ± 0.0016 0.3972 0.3529 0.3 - 0.5 0.42 0.3559 0.3540 ± 0.0017 0.3532 0.3404 > 0.5 0.42 0.3444 0.3449 Trong đó:  d : Kích thước hạt (mm)  X1 : Lượng dầu trước hấp phụ (g)  X2 : Lượng dầu bị hấp phụ, (g) ̅  X : Lượng dầu hấp phụ trung bình (g)  SD : Độ lệch chuẩn Trang 11 0.3432 ± 0.0025 ANOVA Table for LUONG DAU HAP PHU by KICH THUOC HAT Mean Source Sum of Squares Df Between groups 0.00851025 0.0028 Within groups 2.40133E-05 3E-06 Total (Corr.) 0.00853426 11 Square F-Ratio P-Value 945.06 0.0000 Multiple Range Tests for LUONG DAU HAP PHU by KICH THUOC HAT Method: 95.0 percent LSD KICH THUOC HAT Count Mean >0.5 0.343233 0.3-0.5 0.354 0.15-0.3 0.398967