Tổng hợp và bước đầu nghiên cứu tính chất của vật liệu hấp thụ dầu từ bã mía

Khoá luận tốt nghiệp Đại học Mở ĐầU Ô nhiễm môi trờng thách thức to lớn có ảnh hởng nghiêm trọng đến phát triển đất nớc Chính vậy, Bộ Giáo dục Đào tạo đà thực đề án đa nội dung đề bảo vệ môi trờng vào hệ thống giáo dục quốc dân nhằm mục đích đóng góp vào việc giảm thiểu ô nhiễm môi trờng sở hiểu biết bản, có tác dụng lan tỏa xà hội để từ tạo đợc ý thức hành động thờng xuyên, nhằm bảo vệ môi trờng cách bền vững Thời gian qua, tràn dầu đà trở thành cố môi trờng xảy giới nh Việt Nam Việc xử lý, kh¾c phơc cịng nh thđ tơc båi thêng cho công tác gặp không khó khăn, đòi hỏi phối hợp tốt quan bảo vệ pháp luật quan quản lý nhà nớc nhằm khắc phục xử lý cách nhanh chóng, kịp thời ë nhiỊu níc trªn thÕ giíi cịng nh ë ViƯt Nam, biện pháp thờng đợc áp dụng để khắc phục cố tràn dầu là: học, sinh học hoá học Đối với biện pháp học, thực quây gom, dồn dầu vào vị trí định để tránh dầu lan diện rộng Sử dụng phao ngăn dầu để quây khu vực dầu tràn, hạn chế ô nhiễm lan rộng để thu gom xử lý Sau dầu đợc quây lại dùng máy hớt váng dầu hút dầu lên kho chứa Ưu điểm biện pháp ngăn chặn, khống chế thu gom nhanh chóng lợng dầu tràn trờng Ngoài ra, áp dụng biện pháp hoá học có làm học dầu tràn thời gian dài Cụ thể, sử dụng chất phân tán; chất phá nhũ t- Khoá luận tốt nghiệp Đại học ơng dầu - nớc; chất keo tụ hấp thụ dầu để xử lý Với biện pháp sinh học dùng vi sinh vật phân giải dầu nh vi khuẩn, nấm mốc, nấm men Tuy nhiên, xảy cố tràn dầu biện pháp học đợc xem tiên cho công tác ứng phó cố tràn dầu sông, cảng biển Trong giai đoạn nay, xuất phát từ vấn đề nh: bảo vệ môi trờng, yêu cầu sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên để hạn chế hậu dầu tràn đến môi trờng thời gian dài, có nhiều phơng pháp khác đà đợc nghiên cứu áp dụng để thu gom dầu tràn khỏi môi trờng nớc Một phơng pháp đợc nhiều ngời quan tâm tận dụng phụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp làm vật liệu hấp thụ dầu Phơng pháp có u điểm sử dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có không đa thêm vào môi trờng tác nhân độc hại khác Một nguồn phụ phẩm công nghiệp có khối lợng lớn nớc ta bà mía Bà mía với thành phần xenlulozơ hemixenlulozơ thích hợp cho việc nghiên cứu biến đổi tạo vật liệu hấp thụ để hấp thụ dầu Chính lẽ mà đà chọn đề tài khóa luận là: Tổng hợp bớc đầu nghiên cøu tÝnh chÊt cđa vËt liƯu hÊp thơ dÇu tõ bà mía Mục đích nhiệm vụ khoá luận - Điều chế vật liệu hấp thụ dầu từ bà mía phản ứng axetyl hoá xenlulozơ từ bà mía phế thải với anhyđrit axetic xúc tác axit sunfuric đặc Khoá luận tốt nghiệp Đại học - Khảo sát cấu trúc xenlulozơ axetat phổ hồng ngoại hình thái học vật liệu kính hiển vi điện tử quét (SEM) - Xác định độ axetyl hoá cấu trúc xenlulozơ axetat - Khảo sát khả hấp thụ dầu hút nớc vật liệu Chơng 1: TổNG QUAN 1.1 Tràn dầu biện pháp xử lý Việt Nam giới 1.1.1 Tràn dầu Việt Nam giới Sự cố tràn dầu mối hiểm họa tiềm tàng quốc gia ven biển Tại nhiỊu vïng biĨn cđa nhiỊu qc gia cã biĨn, hiƯn tợng thủy triều đen diễn phổ biến Có nhiều nguyên nhân gây tình trạng nh va chạm, tai nạn phơng tiện vận tải thủy (đặc biệt Khoá luận tốt nghiệp Đại học tàu chở dầu), cố giàn khoan, cố phun dầu biến động địa chất, đổ trộm dầu thải biển Thời gian gần đây, lợng phơng tiện đờng thủy nội địa ngày tăng vận tải đờng thủy nội địa ngày trở nên quan trọng, chiếm tỷ trọng cao ngành vận tải số lợng tai nạn đờng thủy nh cố tràn dầu lớn, nghiêm trọng ngày trở thành vấn đề nhức nhối Hiện tợng rò rỉ hay tràn xăng dầu sông ảnh hởng lớn ®Õn hƯ sinh th¸i níc, ®Õn cc sèng cđa ngêi dân sống hai bên bờ sông Các cố tràn dầu thờng để lại hậu nghiêm trọng làm ô nhiễm môi trờng, ảnh hởng đến môi trờng sinh thái, tài nguyên thủy sinh, tài nguyên nớc, tài nguyên đất khu vực rộng, gây thiệt hại đến hoạt động kinh tế, đặc biệt hoạt động có liên quan đến khai thác sử dụng dạng tài nguyên thủy sản Thông thờng, tàu thuyền cập cảng để bốc xếp hàng hoá lên bờ xong vệ sinh tàu để chuẩn bị cho đợt hàng Công việc thờng phát sinh nhiều chất thải dạng dầu cặn Tùy theo tải trọng tình trạng kỹ thuật tàu mà lợng dầu cặn ph¸t sinh nhiỊu hay Ýt ë ViƯt Nam: Thêi gian qua, tràn dầu đà trở thành cố môi trờng xảy Việt Nam Việc xử lý, kh¾c phơc cịng nh thđ tơc båi thêng cho công tác gặp không khó khăn, đòi hỏi phối hợp tốt quan bảo vệ pháp luật quan quản lý nhà nớc nhằm khắc phục xử lý cách nhanh chóng, kịp thời Khoá luận tốt nghiệp Đại học Ngày 24/8/2006, tàu La Palmas (quốc tịch nớc ngoài) có trọng tải 31.000 tấn, chuyên chở 23.000 dầu DO lúc cập cảng Sài Gòn đà va vào cầu cảng làm tràn 1500 dầu môi trờng Ngoài ra, có 150 xăng tràn từ hệ thống ống dẫn cầu cảng Dù đà ứng phó cố kịp thời, nhng sau giờ, váng dầu đà lan rộng cách khu vực xảy cố 40- 50km theo phía hạ lu sông Sài Gòn Tiếp đó, thủy triều lên, váng dầu bị đẩy ngợc lên thợng lu cách nơi xảy cố 4-5km Sau 15 ngày, diện tích bị ảnh hởng tràn dầu 60.000 bao trùm khu vực lớn dọc theo sông Sài Gòn, diện tích bị ô nhiễm nặng 40.000 Tiếp đó, tháng 6/2009, tàu Nhật Thuần đà chìm sâu xuống biển Vũng Tàu sau bùng cháy khoảng liền Theo Sở Tài nguyên Môi trờng tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, thời điểm xảy tai nạn, tàu Nhật Thuần có chứa khoảng 1.795m3 dầu cặn chất thải lẫn dầu Ngày 23/6/2010, sà lan Huỳnh Nhi 01, số đăng ký BL- 0304, tải trọng 250 bất ngờ bị chìm vắt ngang khu vực dới cầu Tôn Đức Thắng (cầu Bạc Liêu 2) thuộc phờng 1, thị xà Bạc Liêu, tỉnh Bạc Liêu sà lan cố vợt cạn sông kinh xáng Bạc Liêu - Cà Mau để vào bến bốc xếp, vớng phải vật cản dới lòng sông nên bị chìm Dầu dự trữ sà lan đà tràn chảy theo dòng nớc, gây ô nhiễm nguồn nớc nuôi trồng thủy sản địa phơng Ngày 27/4/2010 từ cửa sông biển, đến vị trí neo A12 (thuộc vïng biĨn Sao Mai, phêng 5, thµnh Vịng Tµu, cách đất liền km), tàu Biển Đông 50, Khoá luận tốt nghiệp Đại học Công ty Hải sản Trờng Sa chở dầu đà bất ngờ bị chìm vùng biển Vũng Tàu Khi gặp nạn, tàu Biển Đông 50 chở theo 370 dầu DO chục thùng phi nhớt Ngay sau bị chìm, dầu đà loang mặt biển phi nhớt lềnh bềnh Chỉ sau khoảng vài đồng hồ, dầu đà loang rộng biển thành vệt dài Xung quanh vị trí tàu chìm có mùi dầu bốc lên Trên ví dụ gần cố tràn dầu số vụ tràn dầu lớn xảy nớc ta Theo thống kê Sở Tài nguyên Môi trờng TP.HCM, bình quân năm sông Sài Gòn xảy vụ tràn dầu phơng tiện va chạm bơm hút rò rỉ Đặc biệt, ven sông Sài Gòn có nhiều đơn vị hoạt động ngành Dầu khí, tiềm ẩn nguy tràn dầu gây ô nhiễm môi trờng Trong đó, sông Sài Gòn hệ thống sông Đồng Nai nguồn cung cấp nớc cho địa phơng TP.HCM, Đồng Nai, Tây Ninh Nhà máy lọc dầu Cát Lái, Xí nghiệp xăng dầu Cát Lái (Q.2, TP.HCM), Xí nghiệp xăng dầu Petechim - Nhà Bè, Công ty TNHH Thơng mại sản phẩm hoá dầu Nhà máy nhiệt điện Hiệp Phớc (huyện Nhà Bè) nằm danh sách tiềm ẩn nguy tràn dầu Ngoài ra, vịnh Gành Rái (khu vực giáp ranh TP HCM tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu) nằm danh sách kể tuyến sông vịnh, ngày có khoảng 40 sà lan vận chuyển xăng dầu di chuyển có nguy va trạm cao Điều nguy hiểm sà lan đà cũ lại thiếu thiết bị hỗ trợ an toàn lu thông Các cố tràn dầu thờng để lại hậu nghiêm trọng làm ô nhiễm môi trờng, ảnh hởng đến môi trờng sinh thái, tài nguyên thủy sinh, tài nguyên nớc, tài nguyên đất Khoá luận tốt nghiệp Đại học khu vực rộng, gây thiệt hại đến hoạt động kinh tế Điều đòi hỏi cần thiết phải có biện pháp mang tính đồng hiệu để khắc phục tình trạng Trên giới: Trên giới từ xa đến có nhiều vụ tràn dầu gây ảnh hởng nghiêm trọng đến ngời m«i trêng nh: Trong chiÕn tranh thÕ giíi thø hai, tàu ngầm Đức đà làm chìm 42 tàu chở dầu phía Tây Mỹ đà làm tràn 417.000 (Koous and Jonhs, 1992) Ngày 18/03/1967, tàu chở dầu Torrey Cannon bị tai nạn chìm eo biển Manche Cornwall (Anh) Bretagne (Pháp), đổ 120.000 dầu biển, gây ô nhiễm nghiêm trọng Kênh Santa Barbara (một vùng khai thác dầu hỏa có lòng đất) phía Tây California xuất vết dầu bề mặt đại dơng tạo dầu hỏa hắc ín bÃi biển hắc ín đất liền Lợng dầu chảy từ mỏ dầu cạn mỏ ngầm lên bề mặt qua khe hở hay đá xốp Ước tính tốc độ rò rỉ dầu đại dơng khoảng 3.000- 4.000 tấn/năm (Allan 1970) Năm 1969, thông tin sinh thái học đợc đa (Straughan Abbott 1971), tổng số lên tới 10.000 dầu thô bị tràn làm ô nhiễm hoàn toàn kênh 230km đờng bờ biển, ô nhiễm trung bình bờ biển phế phẩm dầu 15 tấn/km so với 10,5 tấn/km vùng lân cận dầu hỏa tự nhiên 0,03 tấn/km cho tất bÃi biển California Khoá luận tốt nghiệp Đại học Tai nạn dầu lớn giới xảy vào năm 1979 Từ tai nạn IXTOCI, vụ tràn dầu xảy vị trí cách bờ tây Mehico 80km (ACOPS 1980, Kornberg 1981) Tốc độ lan dầu lớn 6400 m3/ngày xảy tháng tắt hẳn, ớc tính có khoảng 476.000 dầu thô bị tràn ra, vòng tháng vết loang đạt đến 180 km dài rộng tới 80 km, ớc tính 50% lợng dầu tràn bị hóa vào khí quyển, 25% lợng dầu tràn bị lắng xuống đáy, 12% bị phân hủy nhờ sinh vật trình quang hóa, 6% bị chuyển hóa hay bốc hỏa, 6% trôi làm ô nhiễm khoảng 600km bờ biển Mehico 1% dạt vào đất liền bÃi biển Taxas (Ganhing, 1984) Trong chiến tranh Iran Irac (1981-1987) có 314 công vào tàu chở dầu tức có 70% dầu đợc ngời Irac chuyên chở 30% dầu ngời Iran chuyên chở Đây kiện tràn dầu lớn bắt đầu vào 3/1983 Irac công vào tàu chở dầu bờ biển Nowrnz, làm thiệt hại quy trình sản xuất dầu bờ biển Nowrnz, điều kiện tạo nên tràn dầu vùng Persian Gruff, ớc tính khoảng 260 ngàn (Holloway and Horgan 1991, Horgan,1991) Ngày 23/3/1989, tàu chở dầu Exxon Valdez rời cảng dầu Valdez, Alaska (Mỹ), mang theo 200 triệu lít dầu thô tới Long Beach, California, Mỹ Con tàu đà vớng vào dải san hô Bligh, làm khoảng 40 triệu lít dầu thô tràn vùng eo biển nguyên sơ Prince William, gây nên thảm họa môi trờng lớn lịch sử nớc Mỹ: 2250 km bờ biển tràn ngập dầu Khoảng 10.000 công nhân, 1.000 tàu thuyền 100 máy bay loại đà đợc huy động để khắc phục cố Tuy Khoá luận tốt nghiệp Đại học vậy, thảm họa tàu Exxon Valdez với mức độ hủy hoại môi trờng mà gây nghiêm trọng Cho đến nay, dù tích cố đà gần nh phai mờ, du lịch đà phát triển trở lại, nhng vùng xa xôi khu vực, vệt dầu nằm sâu vài gang tay dới lòng đất tiếp tục rỉ biển, tồn dới dạng túi nằm rải rác bờ biển Một số loài nh chim lặn gavia, hải cẩu, vịt cá trích Thái Bình Dơng cha có dấu hiệu phục hồi Năm 1991, chiến tranh Vùng Vịnh, Irac cố ý bắn phá tàu dầu Kô oét, làm tràn tỉ dầu vào vịnh Ba T khiến xăng dầu tràn ngập khắp bề mặt đại dơng ảnh hởng đến nhiều nớc nh Kô oét, ả Rập Ngày /12/1999, tàu dầu Erika thuộc sở hữu Total SA đà gÃy làm đôi chìm vùng biển phía Tây Pháp, làm tràn 20.000 dầu Đại Tây Dơng Ngày 14/4/2001, tàu Zainab (Iraq), vận chuyển khoảng 1.300 dầu thô, bị chìm đờng tới Pakistan Xấp xỉ 300 dầu (vẫn cha có số xác) đà tràn xuống biển, trớc ngời ta kịp hàn lỗ thủng thân tàu Sự cố tràn dầu thảm họa môi trờng lớn Tiểu Vơng Quốc ả Rập thống suốt năm qua Ngày 02/12/2002, tàu Prestige đà bị vỡ đôi bờ biển Galicia, phía Tây Bắc Tây Ban Nha va vào đá ngầm làm tràn 77.000 dầu Vết loang đà mở rộng 5.800km2 Đây thảm họa sinh thái tồi tệ từ trớc đến Ngày 11/11/2007, 2.000tấn dầu loang Biển Đen sau bÃo đánh vỡ đôi tàu chở nhiên liệu Nga Khoá luận tốt nghiệp Đại học Chuyên gia môi trờng Nga coi thảm họa thiên nhiên nghiêm trọng Ngày 07/12/2007, sà lan đâm vào tàu chở dầu khơi bờ biển phía Tây Hàn Quốc làm 10.280 dầu đà tràn 40 km đờng bờ biển, đến cuối ngày 9/12 họ đà thu dọn đợc khoảng 514 dầu, chiếm khoảng 5% tổng lợng dầu tràn biển Vào lúc 30 phút ngày 07 tháng 12 năm 2007 theo địa phơng (22 30 phút ngày 06 tháng 12 năm 2007 theo UTC), sà lan hÃng công nghiệp nặng Samsung đợc kéo tàu lai đà đâm vào tàu chở dầu thô Hongkong neo đậu với 260.000 dầu thô bên Vụ việc xảy gần khu vực cảng Hàn Quốc bờ biển Hoàng Hải, cách thủ đô Seoul 120 km phía Tây Nam Chiếc Salan đâm vào tàu Hebei Spirit đà trôi tự sau dây nối với tàu lai bị đứt thời tiết xấu Mặc dù thơng vong ngời nhng vụ đâm va đà tạo lỗ thủng vỏ tàu Heibei Spirit làm cho khoảng 10.800 dầu thô tràn biển Hoàng Hải Số dầu lại két bị thủng đà đợc bơm vào két khác Vụ tràn dầu xảy gần khu vực bÃi biển Mallip, nơi đợc coi bÃi biển đẹp a chuộng Hàn Quốc Ngày 24/09/2008, đoạn dài 15 km sông Loire, sông lớn nớc Pháp, đà bị ô nhiễm dầu máy cố xảy thực quy trình bảo dỡng kỹ thuật nhà máy điện nguyên tử gần Ngày 28/10/2010, Thảm họa Deepwater Horizon đà đợc ớc tính phủ Hoa Kỳ xác nhận cố 10 Khoá luận tốt nghiệp Đại học thổi cao áp để rải chất thấm lên vùng mặt nớc nhiễm dầu từ mạn tàu - Sản phẩm sau sử dụng hủy cách: + Đốt cháy cho nhiệt lợng 15.500BTU/kg với lợng tro nhỏ 5% + Phân hủy sinh học cách kết hợp với Enretech Chơng 35 Khoá luận tốt nghiệp Đại học PHƯƠNG PHáP NGHIÊN CứU Và THựC NGHIệM 2.1 Dụng cụ hóa chất 2.1.1.Nguyên liệu hóa chất - Bà mía th« - Anhydrit axetic - Dimetylsunfoxit (DMSO) - NaOH, HNO3, HCl - Etanol, metanol 2.1.2 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm Thiết bị sử dụng để tổng hợp dẫn xuất xenlulozơ axetat phản ứng axetyl hoá xenlulzơ từ bà mía phế thải với tác nhân axetyl hoá anhiđrit axetic, bao gồm: ã (1) Bình cầu cỉ dung tÝch 500 ml; • (2) èng sinh hàn hồi lu; ã (3) Phễu nhỏ giọt; ã (4) Máy khuấy từ có gia nhiệt; ã (5) Nhiệt kế; • (6) C©n ph©n tÝch, tđ sÊy; 2.2 ThÝ nghiƯm điều chế dẫn xuất xenlulozơ axetat 2.2.1 Xử lí nguyên liệu thô (bà mía) Bà mía thô đợc xử lí qua công đoạn sau: - Bà mía thô (200g) đợc rửa nhiều lần với nớc để loại bỏ đờng tạp chất tan nớc, sau đợc sấy khô phơi nắng sau sấy tủ chân không khoảng 50 600 C 48h đến trọng lợng không đổi Bà mía sấy khô đợc nghiền nhỏ với kích thớc khoảng 0,5 mm 36 Khoá luận tốt nghiệp Đại học - Loại ligin, hemixenlulozơ, hợp chất phenol, pectin tạp chất vô khác: cho 76ml dung dịch 0,25M NaOH vào 4g bà mía thô đà đợc làm phần khuấy học 24h nhiệt độ phòng Lọc cho vào nớc cất, khuấy học điều chỉnh pH axit HCl cho pH n»m kho¶ng 4,5 – B· mÝa thô đợc lọc đun hồi lu 5h với hỗn hợp etanol axit HNO đậm đặc (tỉ lệ thể tích 1/1) Sau bà mía thô đợc loại bỏ ligin, hemixenlulozơ,các hợp chất phenol, pectin, đợc rửa lần lợt với nớc cất, với cồn tuyệt đối sấy khô tủ chân không 50 600C đến trọng lợng không đổi 2.2.2 Phản ứng axetyl hoá xenlulzơ từ bà mía phế thải với anhydrit axetic xúc tác axit sunfuric Cho 10g bà mía thô đà đợc loại bỏ ligin, hemixenlulozơ, hợp chất phenol, pectin phần vào bình thuỷ tinh cổ dung tích 500ml đợc lắp sinh hàn hồi lu, máy khy tõ, nhiƯt kÕ thủ ng©n 2000C Cho 250ml anhydrit axetic lợng xúc tác H2SO4 cần thiết vào Nhiệt độ phản ứng 800C Sau thời gian phản ứng thích hợp để nguội bình phản ứng xuống nhiệt độ phòng Hỗn hợp sau phản ứng đợc lọc để loại xenlulozơ từ bà mía thô cha phản ứng sau đợc kết tủa metanol Sản phẩm kết tủa dẫn xuất axetat xenlulozơ thô đợc làm phơng pháp đun nóng với etanol để loại bỏ xúc tác anhydrit axetic d, sau lọc rửa nhiều lần nớc cất Sau cùng, sản phẩm xenlulozơ axetat đợc sấy tủ sấy chân không 50 60 0C đến khối lợng không đổi 37 Khoá luận tốt nghiệp Đại học 2.3 Phơng pháp khảo sát cấu trúc hình thái học xenlulozơ axetat - Cấu trúc xenlulozơ axetat đợc khảo sát phổ hồng ngoại Mẫu đợc nghiền nhỏ, ép viên tạo màng KBr chụp máy Nexus 670-Nicolet Viện kỹ thuật nhiệt đới, Viện khoa học công nghệ Việt Nam - Hình thái học (morphology) xenlulozơ từ bà mía trớc phản ứng xenlulozơ axetat đợc khảo sát kính hiển vi điện tử quét (SEM) Các mẫu đợc chụp máy JEOL 5300 Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện khoa học công nghệ Việt Nam 2.4 Phơng pháp xác định độ axetyl hoá (DAc) Độ axetyl hoá xenlulozơ axetat đợc xác định phơng pháp chuẩn độ hoá học Cân khối lợng xác định mẫu dẫn xuất xenlulozơ axetat hoà tan 10ml DMSO 750C vòng 20 phút Sau để nguội mẫu nhiệt độ phòng, cho 5-6 giọt chất thị màu phenolphtalein vào Dung dịch đợc chuẩn độ với dung dịch NaOH 0,01M đến xuất màu hồng nhạt DAc đợc tÝnh theo c«ng thøc sau: 162 x n COOH DAc = m - 100 x n COOH ®ã : -n -162 trọng lợng phân tử AGU; COOH khối lợng COOH tơng ứng với thể tÝch mol NaOH ®· sư dơng ®Ĩ chn ®é; - m trọng lợng mẫu phân tích (g) 38 Khoá luận tốt nghiệp Đại học 2.5 Xác định khả hút nớc dẫn xuất xenlulozơ axetat Trớc tiến hành thí nghiệm, mẫu dẫn xuất xenlulozơ axetat đợc sấy khô tủ hút chân không 50-60 0C đến trọng lợng không đổi Cho vào bình tam giác có nút nhám dung tích 100ml khoảng 500 mg dÉn xt xenluloz¬ axetat víi 50ml níc cÊt khy máy khuấy từ nhiệt độ phòng 24h Sau mẫu đợc cân xác định % hút níc (X) theo c«ng thøc sau: (b-a) 100 X (%) = a Trong ®ã: (a) khối lợng (mg) mẫu xenlulozơ axetat khô ban đầu; (b) khối lợng (mg) mẫu xenlulozơ axetat sau 24h ngâm nớc cất 2.6 Xác định khả hấp thụ dầu vật liệu hấp thụ dầu Khả hấp thụ dầu vật liệu hấp thụ dầu thờng đợc tính theo khối lợng dầu (g) khối lợng vật liệu hấp thụ dầu (g) đợc xác định theo Quy trình tiêu chuẩn Hiệp héi Thư nghiƯm vµ VËt liƯu Mü (The American Society for Testing and Materials-ASTM), gåm c¸c bíc chÝnh sau: - Cân vật liệu hấp thụ dầu cân phân tích (chính xác đến 0,001g); - Cho vật liệu hấp thụ dầu vào bình chứa dầu; - Sau ngâm (01) phút, vớt vật liệu đà hấp thụ dầu để lới 30 giây cân vật liệu đà hấp thụ dầu; 39 Khoá luận tốt nghiệp Đại học - Đối với loại vật liệu hút dầu, làm lần thí nghiệm lấy giá trị trung bình Khả hút thấm bề mặt (sorption) (S) đợc xác định công thức [31]: St S o S = So Trong ®ã: So khối lợng chất hấp thụ khô; St tổng khối lợng ( khối lợng chất hấp thụ khô+ khối lợng chất bị hấp thụ) Khối lợng dầu đợc vật liệu hấp thụ dầu hút thời gian ngâm phút đợc coi tiêu chuẩn để đánh giá khả hấp thụ dầu loại vật liệu hấp thụ dầu [32] Trong thí nghiệm thử khả hấp thụ dầu vật liệu hấp thụ dầu, đà sử dụng 02 loại dầu đại diện: ã Dầu diesel: đại diện cho loại dầu có độ nhớt thấp nh dầu thô nhẹ, dầu kerosene dầu gasoline; ã Dầu HD40: đại diện cho loại dầu có độ nhớt cao nh loại dầu bôi trơn Hai loại dầu lựa chọn có nhiều u điểm thuận tiện cho nghiên cứu chúng đại diện cho hầu hết loại dầu mà chúng có độ bay thấp làm cho sai số thí nghiệm nhỏ Bảng 2.1 : Một số đặc tính kỹ thuật loại dầu thí nghiệm TT Loại dÇu Diesel HD40 Tû träng (g.cm-3) ë 210C 0,83 0,89 40 §é nhít (mNsm-2) ë 210C 5,00 121,00 Khoá luận tốt nghiệp Đại học Chơng kết nghiên cứu thảo luận Khả hấp thụ dầu sản phẩm xenlulozơ axetat phụ thuộc vào độ axetyl hoá cấu trúc xenlulozơ axetat Do đó, phạm vi khoá luận này, đà tổng hợp xenlulozơ axetat từ bà mía phế thải với anhiđrit axetic xúc tác axit sunfuric; bớc đầu khảo sát cấu trúc sản phẩm, xác định độ axetyl hoá, khả hấp thụ dầu hấp thụ nớc vật liệu tổng hợp đợc 3.1 Kết khảo sát cấu trúc xenlulozơ axetat phổ hồng ngoại Từ bảng 3.1 phổ hồng ngoại FTIR xenlulozơ axetat phản ứng (hình 3.1) ta thấy có tất dải hấp thụ quan trọng đặc trng cho xenlulozơ ban đầu nh 3400-3500, 2844, 2723, 1664, 1447, 1373, 1085, 835 (cm-1) Vùng hấp thụ 3300-3500 đặc trng cho dao động hoá trị nhóm hydroxyl (OH) Điều cho thấy phân tử xelulozơ axetat nhóm OH cha bị axetyl hoá Đỉnh hấp thụ 2844, 2723 cm-1 đặc trng cho dao động hoá trị liên kết C-H nhóm metylen (CH 2) metin (CH) Đỉnh 1662 cm-1 liên quan đến dao động nớc bị xenlulozơ hấp thụ Đỉnh hấp thụ 1447 cm -1 liên quan đến dao động hoá trị liên kết -C-O-C- liên kết glycosit -(14) đỉnh hấp thụ 836 cm -1 tơng ứng với dao động bất đối xứng C1-H liên kết glycosit (14) Đặc biệt, xt hiƯn cđa mét ®Ønh hÊp thơ míi víi cêng độ mạnh 1731cm-1 đặc trng cho dao động hoá trị liên kết C=O nhóm este đà chứng minh rằng, phản 41 Khoá luận tốt nghiệp Đại học ứng nhóm hydroxyl (OH) phân tử xenlulozơ với anhydrit axetic đà xảy dẫn đến tạo thành liên kết este phân tử xenlulozơ axetat Hình 3.1: Phổ hồng ngoại xenlulozơ axetat Bảng 3.1: Một số dải hấp thụ đặc trng cho dao động cđa mét sè nhãm chøc chÝnh cđa xenluloz¬ axetat Sè sãng ν (cm-1) Dao ®éng cđa nhãm chøc 3300-3500 3040 2844 2723 1731 Nhóm OH vòng AGU ν vßng AGU ν (CH2) ν (CH) nhãm metin ν (C=O) este (dẫn xuất a-xê-tat 42 Khoá luận tốt nghiệp Đại học xenlulozơ) 1664 ( H2O) bị hấp thô 1598 δ(C-O-C) kÕt glycosit β-(1→4) 1373 δ(CH2); δ(OH) 1085 ν (C-O-) 835 δ(C1-H) kÕt glycositβ-(1→4) Ghi chó: : dao động hoá trị; : dao động biến dạng 3.2 Kết khảo sát hình thái học vật liệu Để so sánh thay đổi hình thái học (morphology) xenlulozơ bà mía trớc phản ứng xenlulozơ axetat đà sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) Trong ảnh SEM xenlulozơ bà mía trớc phản ứng (Hình 3.2), xenlulozơ bà mía trớc phản ứng có cấu trúc sợi rõ ràng; trong ảnh SEM xenlulozơ axetat (hình 3.3), thay vào hình ảnh sợi hình ảnh cấu trúc lớp xốp Điều cho thấy có thay đổi cấu trúc tinh thể vô định hình xenlulozơ sau phản ứng chứng minh phản ứng nhóm hydroxyl (OH) phân tử xenlulozơ với anhydrit axetic đà phá vỡ cầu hydro, làm cho bề mặt thay đổi từ cấu trúc sợi, mịn, thành cấu trúc lớp xốp Cấu trúc lớp xốp nguyên nhân quan trọng đợc thảo luận phần sau liên quan đến khả hấp thụ dầu xenlulozơ axetat 43 Khoá luận tốt nghiệp Đại học Hình 3.2: ảnh SEM xenlulozơ bà mía trớc phản ứng Hình 3.3: ảnh SEM xenlulozơ axetat 3.3 Kết xác định độ axetyl hóa xenlulozơ axetat Để xác định độ axetyl hoá xenlulozơ axetat đà sử dụng phơng pháp chuẩn độ hoá học nh đà mô tả phần thực nghiệm Kết xác định độ axetyl hoá xenlulozơ axetat đợc trình bày bảng 3.2 Bảng 3.2: Kết xác định mức độ axetyl hoá xenlulozơ axetat 44 Khoá luận tốt nghiệp Đại học Kết MÉu m VNaOH(ml) nCOOH DAc 0,2947 0,1755 0,3147 3,10 2,15 4,25 1,46 1,99 2,59 0,2794 3,95 1,395x10-3 9,675x10-4 1,935x10-3 1,7775x10 0,2884 Ghi chó: 4,10 2,83 -3 1,845x10-3 2,88 Mẫu 1: sản phẩm thu đợc sau 1h phản ứng Mẫu 2: sản phẩm thu đợc sau 2h phản ứng Mẫu 3: sản phẩm thu đợc sau 3h phản ứng Mẫu 4: sản phẩm thu đợc sau 4h phản ứng Mẫu 5: sản phẩm thu đợc sau 5h phản ứng Nhận xét: mức độ axetyl hoá xenlulozơ axetat sản phẩm theo thời gian DAc trung bình tăng dần Trong thời gian đầu mức độ axetyl hoá xảy nhanh nên giá trị DAc tăng nhanh hơn, thời gian sau mức độ axetyl hoá xảy chậm nên giá trị DAc tăng chậm Nh ta đà biết mắt xích AGU có nhóm hydroxyl (OH) vị trí C2, C3 C6 (hình 1.1) có khả tham gia phản ứng este hoá Xenlulozơ tác dụng với anhiđrit axetic, có H2SO4 làm xúc tác tạo xenlulozơ monoaxetat, xenlulozơ điaxetat xenlulozơ triaxetat, tùy theo hai hay ba nhóm OH đơn vị mắt xích xenlulozơ đà tham gia phản ứng tạo nhóm chức este (OCOCH3) ộ axetyl hoá xenlulozơ tăng chậm dần nguyên nhân khác nhau: - Nồng độ tác nhân axetyl hoá (anhydrit axetic) giảm dần theo thời gian phản ứng 45 Khoá luận tốt nghiệp Đại học - Độ sạch, % xenlulozơ bà mía thô: tăng thời gian phản ứng % xenlulozơ hỗn hợp giảm xuống nên khả tạo xenlulozơ axetat giảm Chính thế, mà kết DAc ta thu đợc sản phẩm thời gian khác khác DAc đạt cực đại nhóm (-OH) vị trí C2, C3 C6 mắt xích AGU đợc nhóm axetyl Trên thực tế, không xảy trờng hợp nhóm OH đợc nhóm axetyl nên giá trị thực nghiệm DAc nhỏ 3.4 Kết khảo sát số tính chất vật liệu 3.4.1 Khảo sát khả hấp thụ nớc vật liệu Để khảo sát khả hút nớc vật liệu tiến hành với mẫu thí nghiệm sản phẩm phản ứng axetyl hoá xenlulozơ từ bà mía phế thải với anhydrit axetic xúc tác axit sunfuric thu đợc sau thời gian phản ứng 1h, 2h, 3h, 4h, 5h Cách tiến hành thí nghiệm nh đà mô tả phần thực nghiệm Độ hấp thụ nớc vật liệu đợc tính theo công thức: (b-a)100 X (%) = a Trong ®ã: (a) khối lợng (mg) mẫu xenlulozơ axetat khô ban đầu; (b) khối lợng (mg) mẫu xenlulozơ axetat sau 24h ngâm nớc cất Kết thí nghiệm thu đợc tổng hợp bảng sau: Bảng 3.3: Kết xác định khả hút nớc vật liệu Kết a(g) b(g) 46 X (%) Khoá luận tốt nghiệp Đại học Giá trị DAc 1,46 1,99 2,59 2,83 2,88 0,3015 0,1324 0,5325 0,1249 0,5174 1,2050 0,5165 2,0260 0,4684 1,9299 299,7 290,1 280,5 275,0 273,0 NhËn xÐt: Kh¶ hút nớc vật liệu giảm dần DAc nghĩa độ axetyl hoá cao khả hút nớc giảm Giải thích: Vật liệu có độ axetyl hoá cao tức số nhóm OH tham gia phản ứng axetyl hoá lớn nên số nhóm OH lại xenlulozơ cha tham gia phản ứng axetyl hoá nhỏ nên độ phân cực phân tử thấp làm cho khả hấp thụ nớc phân tử giảm dần 3.4.2 Khảo sát khả hấp thụ dầu vật liệu Để khảo sát khả hút dầu vật liệu tiến hành với mẫu thí nghiệm sản phẩm phản ứng axetyl hoá xenlulozơ từ bà mía phế thải với anhydrit axetic xúc tác axit sunfuric thu đợc sau thời gian phản ứng 1h, 2h, 3h, 4h, 5h Cách tiến hành thí nghiệm nh đà mô tả phần thực nghiệm dầu diesel HD40 (dầu bôi trơn máy) Độ hấp thụ dầu vật liệu đợc tính theo công thức: St – S o S = So Trong đó: So khối lợng chất hấp thụ khô; 47 Khoá luận tốt nghiệp Đại học St tổng khối lợng (khối lợng chất hấp thụ khô + khối lợng chất bị hấp thụ) Kết thí nghiệm với dầu diesel đợc trình bày bảng sau: Bảng 3.4: Độ hấp thụ dầu diesel vật liệu Kết Giá trị DAc 1,46 1,99 2,59 2,83 2,88 Khối lợng S0 Khèi lỵng St (g) (g) 1,7902 0,9797 0,8068 0,9897 0,8286 4,5804 2,9682 2,7721 3,4640 2,9249 S 1,5586 2,2097 2,4359 2,5001 2,5299 Nh với dầu diesel vật liệu với DAc = 2,88 có khả hấp thụ dầu cao với S = 2.5299 Bảng 3.5: Độ hấp thụ dầu HD40 vật liệu Kết Giá trị DAc 1,46 1,99 2,59 2,83 2,88 Khèi lỵng S0 Khèi lỵng St (g) (g) 0,4769 0,0896 0,2865 0,2101 0,3875 1,4319 0,2755 0,8882 0,6360 1,2487 S 2,0025 2,0748 2,1002 2,1223 2,2225 Víi dầu bôi trơn máy HD40 vật liệu có DAc=2,88 có khả hấp thụ dầu lớn với S = 2,2225 Nhận xét: Khả hấp thụ dầu phụ thuộc vào độ axetyl hoá xenlulozơ axetat, mức độ axetyl hoá cao khả hấp thụ dầu vật liệu cao 48 Khoá luận tốt nghiệp Đại học Các kết cho thấy rằng: vật liệu tổng hợp đợc có khả hấp thụ dầu diesel cao dầu HD40 Kết luận Đà tổng hợp đợc vật liệu hấp thụ dầu từ bà mía phế thải phản ứng axetyl hoá xenlulozơ với tác nhân phản ứng anhidrit axetic xúc tác axit sunfuric đặc Đà khảo sát cấu trúc sản phẩm phản ứng phổ hồng ngoại khảo sát hình thái học vật liệu kính hiển vi điện tử quét Kết cho thấy có mặt nhóm chức este (OCOCH3) sản phẩm đà có biến đổi bề mặt vật liệu từ cấu trúc sợi, mịn xenlulozơ bà mía thành cấu trúc lớp, xốp xenlulzơ axetat Đà xác định đợc độ axetyl hoá xenlulozơ axetat phơng pháp chuẩn độ hoá học Đà khảo sát khả hấp thụ nớc hấp thụ dầu vật liệu Kết cho thấy: khả hấp thụ dầu nớc vật liệu phụ thuộc vào độ axetyl hoá xenlulozơ axetat; độ axetyl hoá cao khả hấp thụ dầu cao khả hấp thụ nớc giảm 49 ... hấp thụ dầu Vật liệu hấp thụ dầu đợc chia thành loại sau [10,30-32]: a Vật liệu hấp thụ dầu hữu tổng hợp: Hiện nay, vật liệu hấp thụ dầu chủ yếu đợc chế tạo từ loại polyme hữu tổng hợp nh polypropylen... 1kg vật liệu hấp thụ dầu hút đợc khoảng 10 kg dầu vật liệu hấp thụ dầu đợc xếp loại tốt; +Theo tiêu chuẩn Nhật Bản vật liệu hấp thụ dầu đợc chấp nhận nh mặt hàng thơng mại phải có khả hấp thụ dầu. .. khối lợng chất hấp thụ khô+ khối lợng chất bị hấp thụ) Khối lợng dầu đợc vật liệu hấp thụ dầu hút thời gian ngâm phút đợc coi tiêu chuẩn để đánh giá khả hấp thụ dầu loại vật liệu hấp thụ dầu [32]