NGHIÊN cứu TỔNG hợp hệ vật LIỆU NANO COMPOSITE bọt xốp al2o3 LAI GHÉP ACID STEARIC, ỨNG DỤNG để xử lý TRÀN dầu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HỆ VẬT LIỆU NANO COMPOSITE BỌT XỐP Al2O3 LAI GHÉP ACID STEARIC, ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ TRÀN DẦU Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Thường Đoan Nguyễn Cao Tài Minh Hoàng Thu An Nguyễn Anh Quân Nguyễn Phương Anh Lớp: ĐH10M1 Giảng viên hướng dẫn: Mai Văn Tiến HÀ NỘI – 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MƠI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MƠI TRƯỜNG CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI I SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN : Ảnh 4x6 Họ tên : Nguyễn Thường Đoan Sinh ngày : 14 tháng năm 2002 Nơi sinh : Trung Thành – Thị xã Phổ Yên – Tỉnh Thái Nguyên Lớp : ĐH10M1 Khóa : 2020 - 2024 Khoa : Môi Trường Địa liên hệ : Ngõ 73 Đức Diễn, Phúc Diễn, Bắc Từ Liêm, Hà Nội Điện thoại : 0868733240 Gmail : 20111070199@hunre.edu.vn II QUÁ TRÌNH HỌC TẬP * Năm thứ : Ngành học : Công Nghệ kỹ thuật môi trường Khoa : Môi Trường Kết xếp loại học tập : Sơ lược thành tích : * Năm thứ : Ngành học : Công Nghệ kỹ thuật môi trường Khoa : Môi Trường Kết xếp loại học tập : Sơ lược thành tích : Hà Nội, ngày Xác nhận trường đại học Tl Hiệu trưởng Trưởng phòng KHCN&HTQT tháng 10 năm 2021 Sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài (ký, họ tên) Nguyễn Thường Đoan MỤC LỤC Đặt vấn đề .4 Tổng quan vấn đề nghiên cứu liên quan đến đề tài Mục tiêu nghiên cứu 4 Địa điểm, thời gian đối tượng nghiên cứu Nội dung nghiên cứu .4 Phương pháp nghiên cứu Dự kiến kết nghiên cứu Kế hoạch thực Phân chia trách nhiệm thành viên nhóm: 10 Tài liệu tham khảo .6 Đặt vấn đề Tràn dầu cố xảy trình khai thác, lưu trữ, vận chuyển sử dụng đầu Sự cố không ảnh hưởng tiêu cực đến kinh tế mà cịn gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến mơi 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 cịn 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 năm Điều có nghĩa hàng chục triệu dầu lưu thông lãnh thổ Việt Nam năm kéo theo nguy xảy cố tràn dầu lớn Thực tế cho thấy cố tràn đầu 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 Ngồi phương pháp học sử dụng phao quây xa bờ, phao quây bờ, sử dụng thiết bị kiểu đập hút chân khơng, cịn nhiều cơng nghệ để xử lý cố tràn dầu công 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 đầu đất sét, đá trân châu, len thủy tinh có khả hấp phụ thấp Vật liệu xốp polyurethane có khả hấp phụ cao lại cơng 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, để xử lý cách hiệu vết dầu mặt nước, vật liệu phải có tính chất quan trọng sau ⁃ 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 Hiện nay, cơng trình nghiên cứu vật liệu hấp phụ xử lý dầu tràn chưa có nhiều nước ta Vì vậy, nhóm nghiên cứu chúng em (khoa Mơi trường, Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội) nghiên cứu, tổng hợp vật liệu bọt xốp nano composite cách dùng Al203 lai tạo Axit Stearic để tạo lên loại vật liệu hấp phụ có khả kị nước, hấp thụ phân tử dầu Điều giúp xử lý dầu tràn nhiều quy mô khác Hơn với khả tự phân hủy sinh học, từ giúp bảo vệ mơi trường nước bảo vệ lồi sinh vật môi trường Tổng quan vấn đề nghiên cứu liên quan đến đề tài Acid stearic vốn acid béo, có đặc tính kị nước thân dầu đặc biệt có khả phân hủy sinh học tốt Nhóm nghiên cứu hy vọng việc gắn kết phân tử acid stearic với sợi nano Al 2O3 cứng giúp hình thành khung cho cấu trúc bọt composite, từ tạo thành vật liệu xốp kị nước, cho phép vừa có khả thu hồi dầu loang nhanh chóng, vừa có đặc tính nhẹ, mặt nước, giúp dễ dàng thu hồi vật liệu sau sử dụng 2.1 Tổng hợp hệ vật liệu composite bọt xốp Al2O3 lai ghép acid stearic Để tổng hợp nên hệ vật liệu composite hữu với pha phân tán sợi Al2O3 vô cơ, phải tiến hành điều chế sợi nano Al 2O3 phương pháp thủy nhiệt 15 gam Al(NO3)3.9H2O hòa tan vào 25 ml nước cất để tạo thành dung dịch chứa Al3+, tiếp theo, dung dịch NH3 (10%) nhỏ từ từ vào dung dịch pH Hỗn hợp huyền phù chứa kết tủa trắng khuấy liên tục vòng Sau đó, kết tủa tách khỏi dung dịch kỹ thuật ly tâm, chuyển vào autoclave, gia nhiệt đến 170C vòng 48 Chất rắn thu tiếp tục rửa với nước cất trộn với 20 gam Tergitol Cuối cùng, hỗn hợp nung 450C để thu sợi nano Al2O3 Ở giai đoạn thứ hai, nhóm nghiên cứu hịa Al2O3 vào nước cất (với Al2O3 chiếm 1% khối lượng dung dịch), tiến hành đánh siêu âm phút Mặt khác, acid stearic hịa tan vào dung mơi hexane để thu dung dịch acid stearic với nồng độ 70 mM Tiếp theo, huyền phù Al 2O3 dung dịch acid stearic hòa trộn vào theo tỷ lệ thể tích 1:1, toàn hỗn hợp lắc mạnh 30 giây để hình thành hệ nhũ tương Hệ ly tâm để thu chất rắn màu trắng, sấy khô chân không để thu sản phẩm cuối cùng, vật liệu bọt lai ghép Al2O3 /acid stearic 2.2 Khả hấp phụ dầu hệ vật liệu Al2O3/acid stearic Mấu chốt để hình thành vật liệu bọt xốp lai ghép Al 2O3 /acid stearic khả đan xen, kết nối vào sợi nano Al 2O3 khả liên kết nano Al2O3 phân tử acid stearic Chính vậy, kỹ thuật nhiễu xạ tia X(XRD), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) phổ hồng ngoại (FTIR) nhóm nghiên cứu sử dụng để đặc tính hóa vật liệu lai ghép Khả hấp phụ ưu việt hệ vật liệu composite Al2O3 lai ghép acid stearic, vốn tổng hợp đơn giản thơng qua q trình hịa trộn acid stearic với sợi nano Al2O3 Nhờ thành phần acid stearic kị nước, vật liệu khơng chỉ có dung lượng hấp phụ lớn hợp chất hữu mà thể tốc độ hấp phụ đáng kể, từ cho phép thu hồi dầu loang bề mặt nước nhanh chóng, hiệu Đặc biệt, cấu trúc xốp bọt composite cịn giúp vật liệu mặt nước, giúp trình thu dọn dầu loang vật liệu diễn dễ dàng Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu xây dựng sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu nano composite bọt xốp Al2O3 lai ghép acid stearic - Thử nghiệm đánh khả xử lý ô nhiễm dầu nước Địa điểm, thời gian đối tượng nghiên cứu - Địa điểm nghiên cứu : Phịng thí nghiệm khoa Môi Trường, Đại học Tài Nguyên Môi Trường Hà Nội - Thời gian nghiên cứu: Dự kiến từ tháng 10 năm 2021 đến tháng năm 2022 - Đối tượng nghiên cứu: vật liệu nano composite bọt xốp Al2O3 lai ghép acid stearic Nội dung nghiên cứu - Tổng quan vấn đề liên quan đến đề tài nghiên cứu : Thu thập tài liệu tìm hiểu cấu tạo, thành phần, , tính chất lý - hóa nano composite bọt xốp Al2O3 acid stearic Từ xây dựng tổng quan đánh giá tình hình nghiên cứu vật liệu nano composite bọt xốp Al2O3 lai ghép acid stearic nước - Nghiên cứu xây dựng sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu nano composite bọt xốp Al2O3 lai ghép với acid stearic: Điều chế sợi nano Al2O3 phương pháp thủy nhiệt, điều chế vật liệu lai bọt lai ghép Al 2O3 với acid stearic phương pháp huyền phù - Tiến hành tổng hợp hệ vật liệu nano composite bọt xốp Al2O3 lai ghép acid stearic khảo sát tối ưu điều kiện tổng hợp: Tỷ lệ thành phần thể tích chế tạo vật liệu Al2O3 / acid stearic 1:1; nhiệt độ, thời gian….) - Phân tích đặc trưng, cấu trúc tính chất hệ vật liệu: Dùng kỹ thuật nhiễu xạ tia X(XRD), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) phổ hồng ngoại (FTIR) để đặc tính hóa vật liệu lai ghép - Thử nghiệm, đánh giá khả hấp phụ xử lý ô nhiễm dầu nước Phương pháp nghiên cứu * Cách tiếp cận - Xuất phát từ phát triển phần lớn ngành công nghiệp sử dụng chủ yếu nguồn nguyên liệu từ dầu mỏ khiến cho hoạt động khai thác vận chuyển ngày gia tăng dẫn đến làm tăng nguy xảy cố tràn dầu Dầu hợp chất hữu phức tạp, khó phân huỷ xảy cố tràn dầu gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường, hệ sinh thái - Xuất phát từ chất vật liệu: Nhờ thành phần acid stearic kị nước, cấu trúc nano composite bọt xốp Al2O3,vật liệu khơng có dung lượng hấp phụ lớn hợp chất hữu mà thể tốc độ hấp phụ đáng kể, từ cho phép thu hồi dầu loang bề mặt nước nhanh chóng, hiệu quả, mặt nước, giúp trình thu dọn dầu loang vật liệu diễn dễ dàng * Các phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập tổng hợp tài liệu - Phương pháp thực nghiệm phịng thí nghiệm - Phương pháp xử lý số liệu Dự kiến kết nghiên cứu * Ý nghĩa khoa học : Việc nghiên cứu tổng hợp hệ vật liệu nano composite bọt xốp Al2O3 lai ghép acid stearic, ứng dụng để xử lý dầu tràn có ý nghĩa to lớn mặt khoa học góp phần vào xử lý cố tràn dầu xảy sông biển Bảo vệ môi trường, giảm thiếu khả gây ô nhiễm môi trường nước * Ý nghĩa thực tiễn: nâng cao kĩ năng, tạo động lực cho hệ sau Tạo mẫu hệ vật liệu hiệu thực tế cao * Dự kiến kết nghiên cứu - Mẫu vật liệu nano composite bọt xốp Al2O3 lai ghép acid stearic - Báo cáo kết đề tài Kế hoạch thực Bảng kế hoạch thực đề tài nghiên cứu khoa học Năm 2021 TT Nội dung Năm 2022 Tháng 10 11 12 X X X X X X Lựa chọn xây dựng đề tài X nghiên cứu khoa học Báo cáo thông qua đề cương X nghiên cứu Tổ chức thực nghiên cứu khuôn khổ đề cương phê duyệt, bao gồm thu thập số liệu thực địa, kết hợp với phân tích số liệu viết tổng quan tài liệu Báo cáo tiến độ gửi Khoa Phòng KHCN&HTQT X Viết báo cáo tổng kết đề tài X Báo cáo kết nghiên cứu trước hội đồng X Phân chia trách nhiệm thành viên nhóm: STT Thành viên Trách nhiệm cụ thể Nguyễn Thường Đoan Thu thập tài liệu, mua hóa chất, tham gia vào trình thu thập mẫu, tổng hợp vật liệu Khảo sát chất lượng sản phẩm Tổng hợp, phân tích xử lý kết phân tích Nguyễn Cao Tài Minh Thu thập tài liệu, mua hóa chất, tham gia vào trình thu thập mẫu, tổng hợp vật liệu Khảo sát chất lượng sản phẩm Tổng hợp, phân tích xử lý kết phân tích Hồng Thu An Thu thập tài liệu, mua hóa chất, tham gia vào trình thu thập mẫu, tổng hợp vật liệu Khảo sát chất lượng sản phẩm Tổng hợp, phân tích xử lý kết phân tích Nguyễn Phương Anh Thu thập tài liệu, mua hóa chất, tham gia vào trình thu thập mẫu, tổng hợp vật liệu Khảo sát chất lượng sản phẩm Tổng hợp, phân tích xử lý kết phân tích Nguyễn Anh Quân Thu thập tài liệu, mua hóa chất, tham gia vào trình thu thập mẫu, tổng hợp vật liệu Khảo sát chất lượng sản phẩm Tổng hợp, phân tích xử lý kết phân tích Tất thành viên nhóm phải có trách nhiệm tham gia thảo luận, đưa ý kiến để thu hiệu cuối cho đề tài nghiên cứu 10 Tài liệu tham khảo: Đinh Thị Ngọ (2006) “Hố học dầu mỏ khí” Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Hữu Trịnh, Luận án Tiến sĩ Hoá học “Nghiên cứu điều chế dạng hydroxit nhôm, oxit nhôm ứng dụng cơng nghiệp lọc hố dầu” Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2002 Đỗ Thanh Hải, Luận văn thạc sĩ khoa học “Nghiên cứu điều chế số chất hấp phụ từ hợp chất nhôm nghiên cứu chất kết dính tạo viên” Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2002 Tạ Quang Minh cộng sự, Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học Bộ Công nghiệp, Nghiên cứu công nghệ chế tạo chất hấp phụ sở hợp chất nhôm hydroxit nhôm oxit ứng dụng nhà máy chế biến khí lọc hóa dầu Việt Nam, Mã số 4022/QĐ-BCN, 2007 Nguyễn Hữu Trịnh (2001), “Nghiên cứu chế tạo chất mang chất hấp phụ ứng dụng lọc hố dầu”.Tuyển tập cơng trình Khoa học, 45 năm Trường ĐHBK Hà nội 6 Đinh Thị Ngọ (2006) “Hoá học dầu mỏ khí”,Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội B.R Simonovic, D Arandelovic, M Jovanovic, B Kovacevic, L Pezo, A Jovanovic (2009), “Removal of mineral oil and wastewater pollutants using hard coal”, Chem Ind Chem Eng Q., 15, pp.57-62 A.E Bence, K.A Kvenvolden, M.C Kennicutt (1996), “Organic geochemistry applied to environmental assessments of Prince William Sound, Alaska, after the Exxon Valdez oil spill - A review”, Org Geochem., 24, pp.7-42 R Camilli, C.M Reddy, D.R Yoerger, B.A.S Van Mooy, M.V Jakuba, J.C Kinsey (2010), “Tracking hydrocarbon plume transport and biodegradation at Deepwater Horizon”, Science, 330, pp.201-204 10.J Pinto, A Athanassiou, D Fragouli (2018), “Surface modification of polymeric foams for oil spills remediation”, J Environ Manage., 206, pp.872-889 11.R MacDonald, D.M Kammen, M Fan (2014), “Science in the aftermath: investigations of the DWH hydrocarbon discharge”, Environ Res Lett., 9, pp.125006 (1-2)  ... Phương pháp xử lý số liệu Dự kiến kết nghiên cứu * Ý nghĩa khoa học : Việc nghiên cứu tổng hợp hệ vật liệu nano composite bọt xốp Al2O3 lai ghép acid stearic, ứng dụng để xử lý dầu tràn có ý nghĩa... giúp dễ dàng thu hồi vật liệu sau sử dụng 2.1 Tổng hợp hệ vật liệu composite bọt xốp Al2O3 lai ghép acid stearic Để tổng hợp nên hệ vật liệu composite hữu với pha phân tán sợi Al2O3 vô cơ, phải... chế vật liệu lai bọt lai ghép Al 2O3 với acid stearic phương pháp huyền phù - Tiến hành tổng hợp hệ vật liệu nano composite bọt xốp Al2O3 lai ghép acid stearic khảo sát tối ưu điều kiện tổng hợp: