(Đồ án tốt nghiệp) nghiên cứu chế tạo vật liệu tách pha dầu nước trên cơ sở polydimethylsiloxane và vải gạc y tế

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 POLYDIMETHYLSILOXANE VÀ VẢI GẠC Y TẾ GVHD: HUỲNH NGUYỄN ANH TUẤN SVTH: NGUYỄN MINH HIỆP MSSV: 15128025 SKT006874 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TÁCH PHA DẦU/NƯỚC TRÊN CƠ SỞ POLYDIMETHYLSILOXANE VÀ VẢI GẠC Y TẾ MÃ SỐ KHÓA LUẬN: PO.19.19 SVTH: Nguyễn Minh Hiệp MSSV: 15128025 GVHD: Ts Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019 TÓM TẮT Vật liệu tách pha dầu/nước ứng dụng rộng rãi hoạt động giải cố tràn dầu biển Một loại vật liệu phát huy sức mạnh tách pha vật liệu tách pha dầu/nước làm từ PDMS loại vật mang rẻ tiền như: bơng gịn, bọt biển (sponge), gạc y tế (gauze) Luận văn chế tạo thành công vật liệu tách pha dầu/nước với thành phần từ PDMS, chất xúc tác BPO, vật mang gạc y tế phương pháp đóng rắn nhiệt o 140 C, thời gian đóng rắn 15h, chế đóng rắn gốc tự Tính chất mẫu vật liệu (độ đóng rắn, độ thấm hút dung mơi, khả tách pha) cấu trúc (thông qua phổ hồng ngoại, nhiệt vi sai) kiểm tra phân tích Kết cho thấy hiệu suất q trình đóng rắn đạt từ 14.9-28% tương ứng với khối lượng tác chất phối trộn từ 0,5-2(g) PDMS , lượng PDMS đóng rắn vào gạc đạt từ 0,04-0,38 g PDMS/ggạc tùy theo khối lượng tác chất phối trộn Hiệu suất khả tách pha đạt 93% i LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ts Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ tận tình suốt trình em thực luận văn Em xin bày tỏ long biết ơn sâu sắc đến Bộ mơn Cơng nghệ Hóa học, cô Nguyễn Thị Mỹ Lệ, thầy TS Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn hỗ trợ dụng cụ, thiết bị phòng thí nghiệm Polyemr – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM giúp đỡ em nhiều để em hồn thành khóa luận đề tài nghiên cứu Em xin cám ơn q thầy cơ, gia đình bạn bè trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM động viên, khích lệ, hỗ trợ, an ủi để hoàn thành nghiên cứu ii LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu hoàn toàn tác giả thực Các kết trình nghiên cứu kết luận luận văn trung thực chưa công bố nghiên cứu khác Việc tham khảo tài liệu trích dẫn quy định Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng Nguyễn Minh Hiệp iii năm 2019 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .2 Thực trạng cố tràn dầu biển cách xử lí .2 1.1.1 Thành phần hóa học dầu mỏ 1.1.2 Thực trạng cố tràn dầu 1.1.3 Ảnh hưởng cố tràn dầu đến hệ sinh thái môi trường .4 1.1.4 Các biện pháp xử lí cố tràn dầu Phương pháp sinh học: 1.1.5 Phương pháp vật lí 10 Phương pháp hóa học 10 Sử dụng polyme việc khắc phục ô nhiễm dầu 12 Đặc điểm cấu tạo, tính chất khả ứng dụng vật liệu polyme hấp thu dầu 12 Cơ chế trình hấp thu dầu polymer 17 Mục tiêu khóa luận 18 Cơ sở lý luận giả thuyết khoa học 19 1.3.1 Polydimethylsiloxane (PDMS) 19 Tổng quan PDMS 19 Định danh 19 Tính chất vật lí 20 Tính chất hóa học 21 Một số đặc tính PDMS 1.3.2 1.3.3 21 Chất xúc tác Benzoyl Peroxide 21 Tổng quan Benzoyl Peroxide 21 Một số tính chất Benzoyl Peroxide 22 Vật mang vải gạc 22 Tổng quan 22 Đặc điểm 1.3.4 23 Phương pháp đóng rắn Peroxide 23 Cơ sở hóa học 23 CHƯƠNG 2:THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 iv Hóa chất, vật liệu dụng cụ, thiết bị 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6 2.1.7 Khảo sát trình đóng rắn Q trình tạo mẫu vật liệu Phương pháp nghiên cứu 2.4.1 2.4.2 2.4.3 vào gạc 2.4.4 mẫu với loại dung môi 2.4.5 loại dung môi khác 2.4.6 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Kết DSC 3.2 Kết FTIR 3.3 Kết đánh khả đóng rắn PD 3.4 Kết đánh giá khả thấm hút củ dung không phân cực 3.5 Kết đánh giá khả thấm hút d vật liệu PDMS/gạc 3.6 Kết đánh giá khả tách pha củ 3.6.1 3.6.2 3.7 Ảnh chụp mẫu vật liệu v KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 40 PHỤ LỤC 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cơ chế hoạt động chất phân tán 11 Hình 1.2 Cơ chế phân tán tách pha dầu 11 Hình 1.3 A.Vật liệu polyme có lỗ trống micro; B.Vật liệu bắt đầu hấp thu dầu; C.Vật liệu hấp thu dầu trương lên 17 Hình 1.4: Sơ đồ mơ tả chế hấp thu dầu vật liệu có cấu trúc dạng sợi .17 Hình 1.5 Cơng thức cấu tạo PDMS 20 Hình 1.6 Cơng thức cấu tạo benzoyl peroxide 22 Hình 1.7 Phản ứng khâu mạng PDMS peroxide tạo cầu nối etylen CH 2-CH2 24 Hình 2.1 Quá trình tạo mẫu 27 Hình 3.1 Kết DSC mẫu PDMS (1) thể mẫu PDMS q trình đóng rắn; (2) thể mẫu PDMS đóng rắn đo lại để so sánh với (1) 30 Hình 3.2 Phổ FTIR PDMS chưa đóng rắn 31 Hình 3.3 Phổ FTIR PDMS sau đóng rắn 31 Hình 3.4 Khối lượng PDMS đóng rắn gạc 32 Hình 3.5 Hiệu suất trình tạo mẫu PDMS 33 Hình 3.6 Khả thấm hút PDMS 34 Hình 3.7 Khả thấm hút mẫu vật liệu 35 Hình 3.8 Kết trình tách pha Toluen/Nước Hình (a) trước tách pha, hình (b) sau tách pha 36 Hình 3.9 Kết trình tách pha Dầu Diesel/Nước 36 Hình 3.10 Kết trình tách pha Xăng A95/ Nước 36 Hình 3.11 Quá trình tách pha 37 Hình 3.12 Hiệu suất trình tách pha 38 Hình 3.13 Ảnh chụp mẫu vật liệu vải gạc thường nhúng nước 39 Hình PL.1 Mẫu gạc thường mẫu vật liệu sau tạo thành 41 Hình PL.2 Mẫu vật liệu chìm Toluen 41 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU 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) Bảng 1.3 Độ tan PDMS nước [19] 20 Bảng 1.4 Mối liên hệ độ nhớt, độ polymer hóa khối lượng phân tử PDMS [19] 20 Bảng 2.2 Thành phần nguyên phối liệu mẫu 27 viii 34 3.5 Kết đánh giá khả thấm hút dung môi không phân cực mẫu vật liệu PDMS/gạc Biểu đồ đánh giá khả thấm hút dung môi mẫu g /g dm mẫu 5.19 Toluen 2,00 (g) PDMS Hình 3.7 Khả thấm hút mẫu vật liệu Từ hình 3.7 ta thấy giảm lượng PDMS từ 2,00 (g) xuống 0,5 (g) tỉ lệ mdm/mmẫu tăng lên với: dãy khảo sát Toluen 1,59 (g dm/gmẫu) tương đương 1,31 lần; dãy khảo sát Diesel 2,7 (gdm/gmẫu) khoảng 1,34 lần; dãy khảo sát xăng A95 0,88 (gdm/gmẫu) khoảng 1,18 lần Điều lại cho thấy lần ta cần lượng nhỏ PDMS đạt tính chất thấm hút mong muốn, chí vượt trội Dựa vào hình 3.7 ta thấy mẫu vật liệu tổng hợp có khả thấm hút dung mơi khoảng 500-800% khối lượng, kết thấp so với nghiên cứu Yangxin Jin năm 2015 [21] 35 3.6 Kết đánh giá khả tách pha mẫu vật liệu 3.6.1 Hình ảnh thực tế trình đánh giá khả tách pha Hình 3.8 Kết trình tách pha Toluen/Nước Hình (a) trước tách pha, hình (b) sau tách pha Sau Trước Hình 3.9 Kết trình tách pha Dầu Diesel/Nước Trước Sau Hình 3.10 Kết trình tách pha Xăng A95/ Nước 36 3.6.2 Kết đánh giá trình tách pha dầu/nước Dựa vào kết thí nghiệm ta kết luận khả tách pha mẫu vật liệu thơng biểu đồ đánh giá q trình tách pha hình 3.11 hiệu suất trình tách pha hình 3.12 Biểu đồ đánh giá qu Hình 3.11 Quá trình tách pha Kết đánh giá khả tách pha cho thấy mẫu vật liệu tách pha tốt ổn định điều kiện thí nghiệm Theo số liệu từ hình 3.12 mẫu vật liệu có hiệu suất tách pha 93% Khi khối lượng PDMS giảm từ 2,00 đến 0,5(g) hiệu suất trình tách pha thay đổi không đáng kể; lượng PDMS giảm từ 2(g) xuống 0,5(g) theo số liệu hình 3.11 tỉ lệ m dm/mmẫu tăng đáng kể, cụ thể: với dãy khảo sát Toluen tỉ số mdm/mmẫu tăng lên 1,25 (gdm/gmẫu) tương đương khoảng 1,36 lần; dãy khảo sát dầu Diesel tỉ số m dm/mmẫu tăng lên 1,7 (gdm/gmẫu) tương đương khoảng 1,56 lần; dãy khảo sát xăng A95 tỉ số tăng lên 1,23 (gdm/gmẫu) nghĩa khoảng 1,36 37 Biểu đồ đánh giá hiệu suất trình tách pha H% 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 2,00 (g)PDMS Hình 3.12 Hiệu suất trình tách pha lần Điều cho thấy khả dầu PDMS lớn lần khẳng định cần tạo mẫu với hệ 0,5(g) PDMS/10% BPO nhận mẫu với khả thấm hút dung môi cao vượt trội mẫu với lượng PDMS nhiều Khi so sánh kết nghiên cứu với nghiên cứu Yangxin Jin [21] hai có kết gần khả tách pha mẫu vật liệu, với xu hướng khả tách pha tăng giảm lượng PDMS từ 2,00(g) xuống 0,5(g) 38 3.7 Ảnh chụp mẫu vật liệu Hình 3.13 Ảnh chụp mẫu vật liệu vải gạc thường nhúng nước 39 4KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau thời gian nghiên cứu đề tài, tác giả đạt kết sau: • Nghiên cứu chế tạo thành cơng vật liệu tách pha dầu/nước từ PDMS sở vải o gạc, chất xúc tác BPO với chế đóng rắn gốc tự Nhiệt độ đóng rắn 140 C, thời gian đóng rắn 15h • Tiến hành nhiều thử nghiệm kèm theo kết đánh giá để chứng minh mẫu vật liệu chế tạo thành công chứng minh khả tách pha mẫu vật liệu tạo Từ rút kinh nghiệm q báu cho q trình làm việc sau • Phương pháp đo phổ FTIR cho kết số thay đổi nhóm chức PDMS trước sau đóng rắn Phương pháp DSC biểu thị peak nhiệt độ mà bắt đầu xảy q trình đóng rắn Bên cạnh kết đạt được, tác giả có ý tưởng kiến nghị sau: • Tiến hành nghiên cứu khả tách pha với nhiều loại dung mơi • Cải thiện hiệu suất q trình đóng rắn: thay đổi áp suất đóng rắn, chất xúc tác, nhiệt độ đóng rắn, thời gian đóng rắn,… • Khả tái chế loại vật liệu quan trọng giảm thiểu tối đa chi phí sản xuất Nên ý đánh giá khả tái chế loại vật liệu 40 5PHỤ LỤC Mẫu vật liệu sau đóng rắn Mẫu vải gạc thường Hình PL.1 Mẫu gạc thường mẫu vật liệu sau tạo thành Hình PL.2 Mẫu vật liệu chìm Toluen 41 6TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ts B Đ Dũng, "Lượng giá tổn thất cố tràn dầu hệ sinh thái biển: Một số kinh nghiệm nước điều kiện áp dụng Việt Nam," Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Kinh tế Kinh doanh, vol 25, pp 239-252, 2009 [2] P V Tiệp, "TỔNG HỢP POLY ACRYLONITRIL BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRÙNG HỢP HUYỀN PHÙ," BÁO CÁO THỰC TẬP TẠI VIỆN HÓA HỌC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM, 2015 [3] K.-F V Wong and H O Stewart, "Oil Spill Boom Design for Waves," Spill Science & Technology Bulletin, vol 8, pp 543-548, 2003 [4] W j C Mei Hua Zhou, "Oil absorbents based on Styrene – Butadiene Rbber," J.of Applied Polymer Science, vol 89, 2003 [5] A Zhu, A Cai, Z Yu, and W Zhou, "Film characterization of poly(styrenebutylacrylate-acrylic acid)-silica nanocomposite," J Colloid Interface Sci, vol 322, pp 51-8, Jun 2008 [6] R L F M O Adebajo, J.T Kloprogge and O Carmody "Porous Materials for Oil Spill Cleanup: A Review of Synthesis and Absorbing Properties," Journal of Porous Materials, vol 10, pp 159-170, 2011 [7] H Chapman, K Purnell, R J Law, and M F Kirby, "The use of chemical dispersants to combat oil spills at sea: A review of practice and research needs in Europe," Mar Pollut Bull, vol 54, pp 827-38, Jul 2007 [8] J V Mullin and M A Champ, "Introduction/Overview to In Situ Burning of Oil Spills," Spill Science & Technology Bulletin, vol 8, pp 323-330, 2003 [9] J.-K Park, J.-K Kim, and H.-K Kim, "TiO2–SiO2 composite filler for thin paper," Journal of Materials Processing Technology, vol 186, pp 367-369, 2007 [10] N Bhardwaj and A N Bhaskarwar, "A review on sorbent devices for oilspill control," Environmental Pollution, vol 243, pp 1758-1771, 2018/12/01/ 2018 [11] B Wu and M H Zhou, "Recycling of waste tyre rubber into oil absorbent," Waste Manag, vol 29, pp 355-9, Jan 2009 [12] N Xu and C Xiao, "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, vol 50, pp 1496-1505, 2011 [13] R R L G DEMARCO, "The Significance of Oil SpillDispersants," Spill Science & Technology Bulletin, vol 6, 2000 [14] N Xu and C Xiao, "The Preparation and Properties of Absorption Functional Fiber Based on Butyl Methacrylate/Hydroxyethyl Methacrylate Copolymer and Low-Density Polyethylene," Polymer-Plastics Technology and Engineering, vol 49, pp 1223-1230, 2010 42 [15] N Ji, H Chen, M Yu, R Qu, and C Wang, "Synthesis of high oilabsorption resins of poly(methyl methacrylate-butyl methacrylate) by suspended emulsion polymerization," Polymers for Advanced Technologies, vol 22, pp 1898-1904, 2011 [16] C Zou, P Zhao, J Ge, Y Lei, and P Luo, "β-Cyclodextrin modified anionic and cationic acrylamide polymers for enhancing oil recovery," Carbohydrate Polymers, vol 87, pp 607-613, 2012 [17] H X Jin, B Dong, B Wu, and M H Zhou, "Oil Absorptive Polymers: Where Is the Future?," Polymer-Plastics Technology and Engineering, vol 51, pp 154-159, 2012 [18] L Ding, Y Li, D Jia, J Deng, and W Yang, "β-Cyclodextrin-based oil-absorbents: Preparation, high oil absorbency and reusability," Carbohydrate Polymers, vol 83, pp 1990-1996, 2011 [19] "." [20] D.-X Sun, X Miao, C.-X Xie, J Gu, and R Li, "Study on thermal properties and kinetics of benzoyl peroxide by ARC and C80 methods," Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, vol 107, pp 943-948, 2011 [21] Y Jin, P Jiang, Q Ke, F Cheng, Y Zhu, and Y Zhang, "Superhydrophobic and superoleophilic polydimethylsiloxane-coated cotton for oil-water separation process: An evidence of the relationship between its loading capacity and oil absorption ability," J Hazard Mater, vol 300, pp 175-181, Dec 30 2015 43 44 ... VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TÁCH PHA DẦU/NƯỚC TRÊN CƠ SỞ POLYDIMETHYLSILOXANE VÀ VẢI GẠC Y TẾ... vật liệu phát huy sức mạnh tách pha vật liệu tách pha dầu/ nước làm từ PDMS loại vật mang rẻ tiền như: gòn, bọt biển (sponge), gạc y tế (gauze) Luận văn chế tạo thành công vật liệu tách pha dầu/ nước. .. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu tách pha dầu/ nước sở PDMS gạc y tế hướng tới việc nghiên cứu loại vật liệu polymer có tính ổn định có khả tách pha dầu/ nước tốt môi trường tự nhiên Tận dụng nguồn nguyên