1.6.2.1. Phương pháp vật lý
Khi có sự cố tràn dầu xảy ra thì phải có các biện pháp để hạn chế thấp nhất các ảnh hưởng xấu đến môi trường. Thu hồi dầu trên mặt nước bằng các phao quay nổi (boom) và thiết bị hút dầu (skimmers), thu hồi dầu trên bờ bằng các thiết bị xúc bốc vật liệu bị nhiễm dầu hoặc sử dụng các vật liệu thấm dầu. Dùng các loại phao quây khoanh vùng không để dầu tràn ra xa, hút và tái chế.
1.6.2.2. Phương pháp hóa học
Phân tán dầu trên biển bằng các chất học (chất phân tán, chất hoạt động bề mặt, các chất keo tụ…), đốt tại chỗ hoặc chuyển đến vị trí khác để xử lý. Sử dụng các hóa chất làm kết tủa hoặc trung hòa dầu tràn, thường thực hiện bằng các phương tiện như trực thăng và trên phạm vi rộng lớn.
1.6.2.3. Phương pháp sinh học
Sử dụng các chế phẩm vi sinh kích quá trình sinh trưởng và phát triển của một số loài vi sinh vật phân hủy dầu, nguồn hydrocacbon của dầu sẽ được sử dụng làm nguồn cacbon duy nhất, hoặc những sản phẩm phân hủy hydrocarbon của vi sinh là nguồn cơ chất để sinh trưởng cho những vi sinh vật khác. Phương pháp sinh học là phương pháp
TS. Tống Thị Minh Thu Trang 19
xử lý dầu tràn có hiệu quảvà an toàn cho môi trường nhất hiện nay.
1.6.3. Vật liệu xử lý dầu tràn
Nguyên liệu cơ bản cho vật liệu xốp hấp thụ dầu nói trên là sợi nano xenluloza (NFC), sợi này được chiết xuất từ nguyên liệu chứa xenluloza như bột gạo, phụ phẩm nông nghiệp (như rơm) hoặc các vật liệu phế thải (như giấy tái chế) bằng cách nhào trộn với nước rồi ép hỗn hợp bột thu được qua các đầu phun hẹp ở áp suất cao để tạo ra một loại gel, sau đó đông khô gel để loại bỏnước, tạo thành miếng xốp mà bản chất là các sợi nano xenluloza dài liên kết với nhau. Vật liệu xốp này có thể hấp thụ cảnước và dầu.
Nhưng vật liệu xốp nano xenluloza hút cả dầu và nước nên nó không hữu ích nhiều cho mục đích xử lý dầu tràn. Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã biến đổi một số tính chất hóa học của nano xenluloza bằng cách bổsung alkoxysilan trước khi thực hiện quá trình đông khô. Khi đó, miếng xốp nano xenluloza không còn ưa nước nữa, nó chỉ hút các chất dầu nhờn.
Kết quả khảo sát trong phòng thí nghiệm cho thấy, xốp nano xenluloza đã xử lý có khả năng hấp thụ rất nhanh các chất như dầu động cơ, dầu silicon, etanol, aceton, cloroform. Như vậy, NFC xử lý bằng silan có một sốđặc tính mong muốn: nó là chất hấp thụ, nổi trên mặt nước ngay cảkhi đó bão hòa hoàn toàn và có thể tự phân hủy sinh học.
1.7.Chất hoạt động bề mặt
1.7.1. Khái niệm
Chất hoạt động bề mặt (surfactant, surface active agent) là những hợp chất làm giảm sức căng bề mặt (hoặc áp lực bề mặt chung) giữa hai chất lỏng hoặc giữa chất lỏng và chất rắn.
1.7.2. Thành phần và cấu trúc
Chất hoạt động bề mặt thường có cấu trúc là một phân tử có cả tính ưa nước (hydrophilic) và tính kỵ nước (hydrophobic). Bởi vậy, chất hoạt động bề mặt bao gồm cả phần không tan trong nước và phần tantrong nước.
TS. Tống Thị Minh Thu Trang 20
8 - 21, ankyl thuộc, mạch ankal, ankle mạch thẳng hay có gắn vòng clo hay bezene… Phần ưa nước (tan trong nước): thông thường là một nhóm ion hoặc non-ionic là nhóm phân cực mạnh như Cacboxyl (COO-), Hydroxyl (-OH), Amin (-NH2), sulfat (- OSO3)…
1.7.3. Các chất hoạt động thường dùng
Tính ưa, kỵ nước của một chất hoạt động bề mặt được đặc trưng bởi thông số HLB (hydrophilic lipophilic balance) là độ cân bằng ưa kị nước có giá trị từ 0 đến 40. HLB càng cao thì càng dễ hòa tan trong nước, HLB càng thấp thì càng dễ hòa tan trong các dung môi không phân cực nhưdầu.
Trong công nghiệp chất hoạt động bề mặt được phân loại thành bốn nhóm chính là: anionic, cationic, lưỡng tính và non-ionic. Trong đó, có hai loại chủ yếu dùng trong chất tẩy rửa bề mặt kim loại là anionic và non-ionic với các đặc tính nổi bật.
+ Anionic: Chất hoạt động bề mặt khi cho vào trong nước sẽ phân ly thành ion âm, nhóm ưa nước liên kết với nhóm kỵnước bằng liên kết cộng hóa trị. Chúng có khảnăng hoạt động bề mặt rất mạnh, khả năng lấy dầu cao, tạo bọt to nhưng kém bền. Các chất hoạt động này bị thụđộng hóa trong môi trường nước cứng (Ca2+, Mg2+) và các ion kim loại nặng (Al, Fe). Đây là loại chất hoạt động bề mặt được sử dụng rộng rãi phổ biến trong các chất tẩy rửa.
+ Non-ionic: Là các chất hoạt động bề mặt có nhóm phân cực không bị ion hóa trong dụng dịch nước. Phần ưa nước chứa những nguyên tử oxy, nitơ hoặc lưu huỳnh không ion hóa, sự hòa tan là do cấu tạo những liên kết hydro giữa các phân tử nước và một số chức năng của phần phân cực bao gồm nhóm ancol và este. Phần kỵ nước là mạch hydrocacbon dài. Nó không bị ion hóa nên không tích điện, do đó ít bị ảnh hưởng bởi nước cứng và pH của môi trường tuy nhiên vẫn có khảnăng tạo phức với các ion kim loại nặng, êm dịu với da, lấy dầu ít, tạo bọt kém.
1.8.Vỏbưởi
TS. Tống Thị Minh Thu Trang 21
do có sự lai tạo giữa chúng và các loại giống bưởi khác. Phổ biến là các loại giống bưởi như: bưởi đào, bưởi da xanh, bưởi năm roi,…Hầu hết các cây đều có sức chống chọi tốt, khảnăng sinh trưởng mạnh theo từng điều kiện sinh trưởng ở từng vùng khác nhau.
Bưởi có nguồn gốc từ Châu Á và Malaysia, mọc theo bờ sông Fiji (tên một đảo ở Thái Bình Dương) và Friendly. Bưởi được đưa vào Trung Quốc khoảng 100 năm trước công nguyên. Người ta tin rằng những hạt giống đầu tiên được thuyền trưởng Shaddock mang đến Châu Mỹ vào cuối thế kỉ 17. Vì vậy bưởi còn được gọi là Shaddock. [13]
• Bưởi Đào
Bưởi đào được trồng chủ yếu ở xã Thanh Hồng, tỉnh Hải Dương. Trong xã Thanh Hồng (huyện Thanh Hà, tỉnh Hải Dương) có khoảng 15 hộgia đình có doanh thu hàng trăm triệu đồng từ vườn bưởi. Diện tích trồng khoảng 130 ha, sản lưởng đạt 1000 tấn/ năm (năm 2017). [14]
• Bưởi Năm Roi
Bưởi năm roi là một trong những loại Bưởi ngon, được người tiêu dùng đánh giá cao và có giá trị kinh tế lớn. Bưởi Năm Roi được trồng nhiều ởvùng đồng bằng sông Cửu Long, phân bố chính ở tỉnh Vĩnh Long tổng diện tích 9.2 ngàn ha (diện tích 4,5 ngàn ha cho sản lượng 31,3 ngàn tấn, chiếm 48,6% về diện tích và 54,3% về sản lượng bưởi Bưởi Năm Roi của cảnước).[15]
• Bưởi da xanh
Bưởi da xanh là đặc sản của xứ dừa Bến Tre, có nguồn gốc từ ấp Thanh Sơn (xã Thanh Tân, Mỏ Cày, Bến Tre), bên kia sông Hàm Luông. Toàn tỉnh hiện có hơn 5500 ha bưởi da xanh, trong đó có 4200 ha đang cho trái, sản lượng đạt gần 48000 tấn/ năm, lớn nhất khu vực (năm 2017).[16]
1.8.1. Thành phần chính của vỏbưởi
Xenlulose hay còn được gọi là chất xơ chiếm 46.22%. Hemicellulose chiếm 18.84%. Lignin chiếm 10.24%. Pectin chiếm 1-2%. Ngoài ra còn có Narigin, đường ramnose…
TS. Tống Thị Minh Thu Trang 22 Hình 1. 2 Cấu trúc của Hemicellulose Hình 1. 3 Cấu trúc của Cellulose Hình 1. 4 Cấu trúc của Pectin Hình 1. 5 Cấu trúc của Naringin 1.8.2. Ứng dụng của vỏbưởi
TS. Tống Thị Minh Thu Trang 23
chế biến các món ăn giải nhiệt mùa hè, khử các mùi tanh trong nhà bếp,… Ngoài việc chiết suất tinh dầu, vỏbưởi còn được áp dụng vào xửlý môi trường như xử lý kim loại nặng, xửlý nước thải dệt nhuộm hay dầu tràn.
1.8.3. Các công trình nghiên cứu
Hiện nay trên thế giới đã sử dụng vỏbưởi trong xử lý kim loại nặng, metylen xanh và dầu tràn. Tuy nhiên, tại Việt Nam vẫn chưa có công trình nào vỏbưởi.
❖ Kim loại nặng:
- Năm 2012, nhóm tác giả Yuanyuan Pei và Jingyong Liu- Khoa Khoa học và Kỹ thuật Môi trường, Đại học Công nghệ Quảng Đông, Trung Quốc đã sử dụng vỏbưởi được kích hoạt bằng ZnCl2để loại bỏ Pb (II) trong dung dịch. Kết quả nghiên cứu được tóm tắt ở bảng 1.8. [19]
Bảng 1.8: Kết quả vỏbưởi loại bỏ Pb2+ trong dung dịch Cđ = 100 mg/l
Kim loại
Điều kiện tối ưu
Hiệu suất (%) Nồng độ ban đầu (mg/l) pH Liều lượng chất hấp phụ (g/l) Thời gian (phút) Tốc độ vòng quay (vòng/ phút) Pb (II) 100 5.3 - 6.5 10 90 30 > 90
- Năm 2014, tác giảPenpun Tasaso đã sử dụng vỏbưởi để loại bỏ Cu (II) trong dung dịch. Quy trình này được thực hiện dựa trên các điều kiện tối ưu vởbưởi chưa tách pectin và vỏbưởi đã tách pectin. Kết quả nghiên cứu được tóm tắt ở bảng 1.9 [22]
Bảng 1.9: Kết quả vỏbưởi loại bỏ Cu2+ trong dung dịch Cđ = 125 mg/l
Vỏbưởi
Điều kiện tối ưu Dung
lượng hấp phụ cực đại qmax (mg/g) Nồng độ ban đầu (mg/l) pH Liều lượng chất hấp phụ (g) Thời gian (phút) Nhiệt độ (oC) Không tách pectin 125 4 0.5 60 25 19.7 Tách pectin 125 4 0.5 60 25 21.1
TS. Tống Thị Minh Thu Trang 24
- Năm 2016, nhóm nghiên cứu Sasiwimol Chanmalee, Pisit Vatanasomboon, Chaowalit Warodomrungsimun, Mahidol University, Thailand đã sử dụng vỏ bưởi loại bỏ Pb (II) trong dung dịch. Kết quả nghiên cứu được tóm tắt ở bảng 1.10.[23]
Bảng 1. 10 Kết quả vỏbưởi loại bỏ Pb2+ trong dung dịch Cđ = 10 mg/l
Kim loại
Điều kiện tối ưu Hiệu suất (%) Nồng độ ban đầu (mg/l) pH Liều lượng chất hấp phụ (g) Thời gian (phút) Tốc độ vòng quay (vòng/ phút) Pb (II) 10 5-6 0.3 30 25 96.12 ❖ Metylen xanh:
- Năm 2009, nhóm nghiên cứu Jianlong Li đã sử dụng vỏbưởi được biến tính bởi NaOH để hấp phụ metylen xanh. Kết quả nghiên cứu được tóm tắt ở bảng 1.11. [32]
Bảng 1. 11: Kết quả vỏbưởi hấp phụ metylen xanh trong dung dịch Cđ= 300 mg/l
Vỏbưởi
Điều kiện tối ưu Hiệu suất hấp phụ (%) Nồng độ ban đầu (mg/l) pH Liều lượng chất hấp phụ (g) Thời gian (phút) Nhiệt độ (oC) Vỏbưởi thô 300 8 2.0 180 30 90.2 Vỏbưởi xử lý bằng NaOH 300 8 2.0 180 30 99.1
- Tháng 12/2015, nhóm nghiên cứu Koninika Tanzim, M. Z. Abedin đã sử dụng vỏ bưởi để hấp phụ metylen xanh. Kết quả nghiên cứu được tóm tắt ở bảng 1.12. [18]
Bảng 1. 12: Kết quả vỏbưởi hấp phụ metylen xanh trong dung dịch Cđ= 100 mg/l
Dung dịch
Điều kiện tối ưu
Hiệu suất (%) Nồng độ ban đầu (mg/l) pH Liều lượng chất hấp phụ (g) Thời gian (phút) Nhiệt độ (oC) Metylen xanh 100 5 1.0 120 25 95
TS. Tống Thị Minh Thu Trang 25
❖ Xửlý nước nhiễm dầu:
- Năm 2015, nhóm tác giả Wenbo Chai, Xiaoyan Liu, Junchen Zou, Xinying Zhang, Beibei Li, Tiantian Yin đã sử dụng vỏbưởi được xử lý bề mặt với anhydride và styrene làm chất hấp phụđể loại bỏ ô nhiễm dầu. Quy trình biến tính: vỏbưởi sau khi thu thập về được rửa bằng nước cất nhiều lần để loại bỏ bụi bẩm, sau đó đem đi sấy khô trong lò ở 60 oC đến khối lượng không đổi. Lấy phần cùi trắng bỏ phần vỏ bên ngoài rồi sau đó nghiền thành hạt và sàng lọc ởkích thước 0,25 đến 1,00 mm. Sau đó đem đi sấy khô ở 60 oC trong 48 giờ và được bảo quản để sử dụng. Kết quả hấp phụ đạt 18,9 g/g đối với vỏ bưởi được xử lý bằng anhydrid và 26,36 g/g đối với vỏbưởi được xử lý bằng styren. [17]
- Năm 2015, nhóm tác giả Junchen Zou, Wenbo Chai, Xiaoyan Liu, Beibei Li, Xinying Zhang & Tiantian Yin đã sử dụng vỏbưởi từtính như một chất hấp phụ mới làm nguyên liệu cho nước bị ô nhiễm dầu. Các tác giảđã nghiên cứu động học hấp phụ và cân bằng diesel từ dung dịch nước trên vỏbưởi đã được xử lý theo một quy trình hàng loạt. Các nghiên cứu cho thấy hệ số tương quan tốt đối với mô hình động học đẳng nhiệt Freundlich. Kết quả cho ra khảnăng hấp phụ tối đa của vỏbưởi là 27,98 g/g. [19]