(Đồ án tốt nghiệp) nghiên cứu chế tạo vật liệu tách pha dầu nước trên cơ sở polydimethysiloxane và cotton

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT HĨA HỌC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TÁCH PHA DẦU/NƯỚC TRÊN CƠ SỞ POLIDIMETHYSILOXANE VÀ COTTON GVHD: HUỲNH NGUYỄN ANH TUẤN SVTH: ĐỒN TRẦN MẠNH HUY MSSV: 15128027 SKL006811 Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2020 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP MSSV: 15128027 Họ tên sinh viên: ĐỒN TRẦN MẠNH HUY Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Hóa học Chuyên ngành: Hóa Polymer Tên khóa luận: Nghiên cứu chế tạo vật liệu tách pha dầu/nước sở Polidimethysiloxane cotton Nhiệm vụ khóa luận: Chế tạo vật liệu tách pha dầu/nước từ Polydimethysiloxane Ngày giao khóa luận:14 /9/2019 Ngày hồn thành khóa luận: 26/12/2019 Họ tên người hướng dẫn: Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn Nội dung hướng dẫn (100%) : Nội dung hướng dẫn bao gồm:  Tổng quan tài liệu  Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình đóng rắn PDMS  Khảo sát hấp thu dung môi mẫu cotton phủ PDMS Nội dung yêu cầu khóa luận tốt nghiệp thơng qua Trưởng Bộ mơn Cơng nghệ Hóa học Tp.HCM, ngày 27 tháng 12 năm 2019 TRƯỞNG BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN LỜI CẢM ƠN Với tất kính trọng lịng biết ơn, tơi đặc biệt bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn nhiệt tình hướng dẫn, giảng dạy tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu hoàn thiện đồ án Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô khoa Công nghệ Hóa học Thực phẩm mơn Cơng nghệ Hóa học tạo điều kiện sở vật chất để tơi hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tình cảm q giá, động viên khích lệ gia đình bạn phịng thí nghiệm polymer chia sẻ khó khăn tơi Tất điều động lực to lớn để hồn thành đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên điều kiện lực, kiến thức chun mơn cịn hạn chế thân thiếu nhiều kinh nghiệm thực tiễn nên nội dung báo cáo không tránh khỏi thiếu xót Kính mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô giáo, bạn bè để nghiên cứu tơi hồn thiện Một lần xin chân thành cám ơn! i LỜI CAM ĐOAN Đồ án tốt nghiệp thành từ nghiên cứu hoàn toàn thực tế sở số liệu thực nghiệm thực theo hướng dẫn giáo viên hướng dẫn Mọi tham khảo sử dụng đồ án trích dẫn từ nguồn tài liệu công bố ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 12 năm 2019 ii MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Sự cố tràn dầu phương pháp xử lý 1.1.1 Thành phần hóa học dầu …………………………………………… …1 1.1.3 Tác động tràn dầu đến hệ sinh thái môi trường 1.1.4 Một số hệ sinh thái tổn thương ô nhiễm dầu tràn 1.1.5 Ảnh hưởng ô nhiễm dầu đến kinh tế- xã hội 1.1.6 Các biện pháp xử lý ô nhiễm tràn dầu ,,,, 1.1.6.1 Phương pháp vật lý 10 1.1.6.2 Phương pháp sinh họ ……………….… … 11 1.1.6.3 Xử lý phương pháp hóa học …… 13 1.1.7 Sử dụng polymer việc khắc phục ô nhiễm dầu……….… 16 1.1.7.1 Đặc điểm cấu tạo, tính chất khả ứng dụng vật liệu polymer hấp thu dầu………………………………………………………….16 1.1.7.2 Tình hình nghiên cứu nước giới loại vật liệu polymer phục ô nhiễm môi trường………………… ……… 16 1.1.7.3 Cơ chế trình hấp thu dầu polymer 20 1.2 Giới thiệu 23 1.2.2 Một số đặc tính tiêu biểu PDMS 23 1.2.3 Một số ứng dụng Polydimethysiloxane (PDMS) 23 1.3 Chất đóng rắn Benzoyl peroxide (BPO) 24 1.3.1 Giới thiệu… 24 1.3.2 Cơ chế đóng rắn BPO 25 1.4 Vật liệu Cotton…………………… …………… ……………… ………….….26 1.4.1 Giới thiệu ……….……………………………… ………….………….…26 1.4.2 Nguồn Gốc 27 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 28 2.1 Nguyên liệu, dụng cụ thiết bị nghiên cứu 28 2.1.1 Nguyên liệu 28 iii 2.1.2 Dụng cụ thiết bị nghiên cứu 29 2.2 Phương pháp tiến hành……… ……………,,,,,………………….…………….29 2.2.1 Quá trình tạo mẫu cotton 29 2.2.2 Khảo sát khả đóng rắn PDMS BPO………………… ……30 2.2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng thành phần PBO đến q trình đóng rắn…………………………………………………………………….…….30 2.2.2.2 Khảo sát thời gian đóng rắn………… ………………… … 30 2.2.2.3 Khảo sát nhiệt độ đóng rắn………………………………… …….31 2.2.3 Khảo sát trình tạo mẫu Cotton phủ PDMS (PDMS/Cotton)………… 31 2.2.3.1 Khảo sát khả hấp thu dung môi mẫu PDMS/cotton…… 31 2.2.3.2 Khảo sát tốc độ hấp thu dung môi mẫu PDMS/cotton…….… 32 2.2.3.3 Thực khảo sát khả hấp thu PDMS/cotton hệ dầu Diesel/nước khác nhau…………………………… …………32 2.3 Các phương pháp phân tích đánh giá 32 2.3.1 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) 32 2.3.2 Phân tích nhiệt vi sai (DSC) 32 2.3.3 Xác định tỷ lệ PDMS phủ cotton 33 2.3.4 Xác định mức độ hấp thụ dung môi/dầu 33 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN…………………… , ……… .34 3.1 Khảo sát khả đóng rắn hệ PDMS/BPO…………… …… …….… 34 3.1.1 Phân tích nhiệt vi sai DSC………………….………………… .… 34 3.1.2 Phổ hồng ngoại FTIR………………………… …… ……………….… 35 3.1.3 Ảnh hưởng phần trăm khối lượng BPO đến trình đóng rắn 36 3.1.4 Ảnh hưởng nhiệt độ đến q trình đóng PDMS… …………… … 37 3.1.5 Ảnh hưởng thời gian đến q trình đóng rắn……… .………….… .38 3.2 Quá trình phủ PDMS lên Cotton………………………………… .……….… 40 3.3 Khả hấp thu xăng RON A95, dầu diesel dầu hỏa…… ……….… 41 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………………….…….…… 47 iv DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Cơ chế hoạt động chất phân tán .15 Hình 1.2: Cơ chế phân tán tách pha dầu 15 Hình 1.3: Tình hình xử lý dầu tràn chất phân tán Châu Âu .17 Hình 1.4: A.Vật liệu polymer có lỗ trống micro; B.Vật liệu bắt đầu hấp thu dầu; C.Vật liệu hấp thu dầu trương lên 22 Hình 1.5: Sơ đồ mơ tả chế hấp thu dầu vật liệu có cấu trúc dạng sợi 23 Hình 1.6 Cơng thức hóa học Polidimethysiloxan .25 Hình 1.7 Cơng thức hóa học Benzoyl peroxide(BPO) 26 Hình 1.8 Cơ chế đóng rắn PDMS BPO 27 Hình 1.9 Cotton 28 Hình 3.1 Phân tích nhiệt vi sai DSC 36 Hình 3.2 Phổ FTIR PDMS 37 Hinh 3.3 Phổ FTIR PDMS đóng rắn 37 Hình 3.4 Ảnh hưởng phần trăm khối lượng BPO/2g PDMS 38 Hình 3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ đến q trình đóng PDMS 39 Hình 3.6 Ảnh hưởng thời gian đến trình đóng PDMS 40 Hình 3.7 Khối lượng tỷ lệ PDMS phủ lên cotton trình phủ PDMS lên Cotton 41 Hình 3.8 Khả hấp thu xăng RON A95, dầu diesel dầu hỏa 42 Hình 3.9 Tốc độ hấp thu dung môi mẫu PDMS/cotton 30s 43 Hình 3.10 Tốc độ hấp thu dung môi mẫu PDMS/cotton 60s 44 Hình 3.11 Tốc độ hấp thu dung mơi mẫu PDMS/cotton 120s .45 Hình 3.12 Tốc độ hấp thu dung môi mẫu PDMS/cotton 150s 46 vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thống kê số vụ tổng lượng dầu tràn từ năm 1997 tới năm 2007 ITOPF Bảng 1.2 Một số chủng vi sinh vật có khả phân hủy dầu mỏ khí thiên nhiên (Hydrocacbon) 13,14 Bảng 3.1 Ảnh hưởng phần trăm khối lượng BPO/2g PDMS .38 Bảng 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình đóng PDMS 39 Bảng 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến q trình đóng PDMS 40 Bảng 3.4 Khối lượng tỷ lệ PDMS phủ lên cotton trình phủ PDMS lên Cotton 41 Bảng 3.5 Khả hấp thu xăng RON A95, dầu diesel dầu hỏa 42 Bảng 3.6 Tốc độ hấp thu dung môi mẫu PDMS/cotton 30s 43 Bảng 3.7 Tốc độ hấp thu dung môi mẫu PDMS/cotton 60s 44 Bảng 3.8 Tốc độ hấp thu dung môi mẫu PDMS/cotton 12s 45 Bảng 3.9 Tốc độ hấp thu dung môi mẫu PDMS/cotton 150s 46 Bảng 3.10 Khối lượng dầu diesel mẫu PDMS/cotton hấp thu 47 vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT PDMS Polydimethysiloxane BPO Benzoyl peroxide W Hiệu suất phủ PDMS Cotton LA Mức độ hấp thu dầu PP Polypropylen ITOPF Hiệp hội tàu chở dầu quốc tế LDPE Polyetylen mật độ thấp MEKP Methyl ethyl ketone peroxide viii 41 3.3 Khảo sát tốc độ hấp thu dung môi mẫu PDMS/cotton Kết tốc độ hấp thu dung môi mẫu PDMS/cotton vào hỗn hợp với tỷ lệ 4g loại dầu diesel; dầu hỏa xăng A95 20g nước với khoảng thơi gian 30s; 60s; 120s 150s Kết trình bày bảng từ 3.6 đến 3.9 hình 3.6 đến 3.9 lượng dầu hấp thu 90 % Chỉ cần khoảng thời gian ngắn 30s đủ để hấp thu hết 4g dung môi 20 g nước.Kết trình bày bảng 3.6 đến 3.10 hình 3.9 đến 3.12 Bảng 3.6 Tốc độ hấp thu dung môi mẫu PDMS/cotton 30s Dung môi Dầu diesel Dầu hỏa Tỷ lệ PDMShấp thu dung môi (%) Xăng A95 100 80 60 40 20 2g Hình 3.9 Tốc độ hấp thu dung mơi mẫu PDMS/cotton 30s 42 Bảng 3.7 tốc độ hấp thu dung môi mẫu PDMS/cotton 60s Dung môi Khối Mẫu 2g 3,96 Dầu hỏa 3,98 Xăng A95 3,98 Tỷ lệ dung mơiPDMS hấp thu Dầu diesel 2g Hình 3.10 Tốc độ hấp thu dung môi mẫu PDMS/cotton 60s 43 Bảng 3.8 Tốc độ hấp thu dung môi mẫu PDMS/cotton 120s Dung môi Dầu diesel Dầu hỏa Xăng A95 Tỷ lệ dung môi mẫu PDMS hấp thu (%) 100 80 60 40 20 2g Hình 3.11 Tốc độ hấp thu dung môi mẫu PDMS/cotton 120s 44 Bảng 3.9 Tốc độ hấp thu dung môi mẫu PDMS/cotton 150s Dung môi Dầu diesel Dầu hỏa Xăng A95 Tỷ lệ dung mẫu PDMS hấp thu (%) 100 80 60 40 20 2g Hình 3.12 Tốc độ hấp thu dung mơi mẫu PDMS/cotton 150s 45 3.4 Khảo sát khả hấp thu PDMS/cotton hệ dầu Diesel/nước khác Để khảo sát lượng dầu Diesel tối đa mà mẫu Cotton phủ PDMS hút được, khảo sát thực điều kiện mẫu g PDMS/10% BPO, thời gian nhúng 3phút  6g Diesel/20g Nước  8g Diesel/20g Nước  10g Diesel/20g Nước Bảng 3.10 Khối lượng dầu diesel mẫu PDMS/cotton hấp thu Khơi lượn PDMS/c (g) m1 m2 Trong đó: m1 khối lượng mẫu PDMS/cotton ban đầu m2 khối lượng mẫu PDMS/cotton sau hấp thu dầu diesel Kết trình bày bảng 3.10 mẫu Cotton phủ 2g PDMS hấp thu tối đa 5,97g dầu diesel hỗn hợp g dầu 20g, 5,99 g dầu hỗn hợp g dầu 20 g nước, 6,00 g dầu hỗn hợp 10 g dầu 20 g nước Vậy với mẫu PDMS/cotton chọn hấp thu tối đa 6,00 g dầu 46 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Khóa luận đạt kết cụ thể sau: PDMS có khả đóng rắn BPO để tạo cầu nối etylen Sự đóng rắn thành cơng PDMS chứng minh qua phổ hồng ngoại (FTIR) phân tích nhiệt vi sai (DSC) Đã nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình phủ PDMS lên Cotton nhiệt độ, thời gian, tỷ lệ chất đóng chất rắn Các thơng số cụ thể sau:  Thời gian đóng rắn: 14h   Nhiệt độ đóng rắn: 140oC Tỷ lệ BPO: 10% Đã tiến hành khảo sát khả tách dầu Diesel, dầu hỏa, xăng A95, nước mẫu PDMS/Cotton Kết cho thấy khả thấm hút để tách dầu Diesel, dầu hỏa, xăng A95 cao với tỷ lệ 95% Hàm lượng PDMS ban đầu không ảnh hương đáng kể đến khả hấp thu dung môi 2.KIẾN NGHỊ Yếu tố tái chế Cotton phủ PDMS sử dụng phải dựa vào cấu trúc vật liệu Nếu vật liệu khơi phục lại hình dáng ban đầu sau ép dầu khỏi mẫu PDMS/cotton quan trọng Hy vọng thời gian tới nghiên cứu áp dụng việc khắc phục cố tràn dầu sông biển Nên tiến hành với chất đóng rắn sylgard 186 để đạt tỷ lệ đóng rắn cao 47 PHỤ LỤC PDMS đóng rắn Hình PDMS đóng rắn Cotton phủ PDMS Hình Mẫu cotton phủ PDMS 48 Hình 3: Mẫu PDMS/cotton mặt nước Hình 4: mẫu PDMS/Cotton chìm toluen 49 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đinh Thị Ngọ (2004), Hóa học dầu mỏ khí, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [2] The International Tanker Owners Pollution Federation Limited (ITOPF), “Effects of Oil Pollution on the Environment”, Technical information paper [3] Kau-Fui Vicent Wong and Eryurt Barin (2003), “Oil Spill Containment and Flexible Boom System”, Spill Science and Technology Bulletin, 8, pp 509 -520 [4] Olov Fast and Christer Colliander (1994), “A new tool for oil spill responders”, [5] [6] http://www.epa.gov/oilspill/sorbent.htm 56 Mei Hua Zhou, Won – jei Cho (2003), “Oil absorbents based on Styrene – Butadiene Rbber”, J.of Applied Polymer Science, 89, pp.1818 -1824 [7] TS.Lê Thị Hồng Nhan,Giáo trình mơn Các chất hoạt động bề mặt, môn Công [8] Aiping Zhu, Aiyun Cai , Ziyi Yu, Weidong Zhou (2008), “Film characterization of poly (styren-butylacrylate-acrylic acid)-silica nanocomposite”, Journal of colloid and interface science, 322, pp.51-58 [9] Mei Hua Zhou, Won – jei Cho (2003), “Oil absorbents based on Styrene – Butadiene Rbber”, J.of Applied Polymer Science, 89, pp.1818 -1824 [10] M O Adebajo, R L Frost, J.T Kloprogge and O Carmody (2011), “Porous Materials for Oil Spill Cleanup: A Review of Synthesis and Absorbing Properties”, Journal of Porous Materials, 10, pp 159-170 [11] Josep V.Mullin ans Michael A.Champ (2003), „„Introduction overview to In Situ Burning off Oil Spill‟, Spill Science and Technology Bulletin, 8, pp 323 -330 [12] Park Jin-Koo, Jong- Kil Kim and Ho-Kun Kim (2007), “TiO2 – SiO2 composite filler for thin paper”, Journal of Processing Techlology, 186, pp 367 -369 [13] Josep V.Mullin ans Michael A.Champ (2003), „„Introduction overview to In Situ Burning off Oil Spill‟‟, Spill Science and Technology Bulletin, 8, pp 323 -330 [14] B Wu, M.H Zhou (2009), “Recycling of waste tyre rubber into oil absorbent”, Waste Management, 29, pp 355–359 50 [15] Naiku Xu (2011), “Kinetics Modeling and Mechanism of Organic Matter Absorption in Functional Fiber Based on Butyl Methacrylate-Hydroxyethyl Methacrylate Copolymer and Low Density Polyethylene”, Polymer- Plastics Technology and Engineering, 50, pp 1496-1505 [16] Naiku Xu (2011), “The Preparation and Properties of Absorption Functional Fiber Based on Butyl Methacrylate/ Hydroxyethyl Methacrylate Copolymer and LowDensity Polyethylene”, Polymer-Plastics Technology and Engineering, pp 1223-1230 [17] Lei Ding (2011), “Cyclodextrin-based oil-absorbents: Preparation, high oil absorbency and reusability”, Carbohydrate Polymers, 83, pp 93–196 [18].Changjun Zou et al (2012), “Cyclodextrin modified anionic and cationic acrylamide polymers for enhancing oil recovery”, Carbohydrate Polymers, 87, pp 607– 613 [19].Hui Xia Jin (2007), “ Oil Absorptive Polymers: Where Is the Future”, PolymerPlastics Technology and Engineering, 51, pp 154-159 [20] Johnson, L.M.; Gao, L.; Shields, C.W., IV; Smith, M.; Efimenko, K.; Cushing, K.; Genzer, J.; López, G.P Elastomeric microparticles for acoustic mediated bioseparations J Nanobiotechnol 2013, 11, 22 [CrossRef] [PubMed] [21] Silva, F.A.; Chagas-Silva, F.A.; Florenzano, F.H.; Pissetti, F.L Poly(dimethylsiloxane) and Poly [vinyltrimethoxysilane -co-2-(dimethylamino) ethyl methacrylate] Based Cross-Linked Organic-Inorganic Hybrid Adsorbent for Copper(II) Removal from Aqueous Solutions J Braz Chem Soc 2016, 27, 2181 –2191 [22] Gaboury, S.R.; Urban, M.W Quantitative analysis of the Si-H groups formed on poly(dimethylsiloxane) surfaces: An ATR FTi.r approach Polymer (Guildf.) 1992, 33, 5085–5089 51 ... TÓM TẮT Vật liệu tách pha dầu / nước ứng dụng rộng rãi hoạt động giải cố tràn dầu biển Một loại vật liệu tách huy sức mạnh tách pha thân vật liệu tách pha dầu nước làm từ PDMS loại vật liệu rẻ... Polymer Tên khóa luận: Nghiên cứu chế tạo vật liệu tách pha dầu/ nước sở Polidimethysiloxane cotton Nhiệm vụ khóa luận: Chế tạo vật liệu tách pha dầu/ nước từ Polydimethysiloxane Ngày giao khóa... quý Cơ chế hoạt động chất phân tán trình bày hình 1.1 Hình 1.1 Cơ chế hoạt động chất phân tán [7] 13 Cơ chế phân tán tách pha dầu khỏ nước nhờ chất phân tán trình bày hình 1.2 Hình 1.2 Cơ chế