1.5 Tình hình nghiên cứu aerogel trong và ngoài nước
1.5.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Cho đến bây giờ, đã có nhiều nghiên cứu nhằm hạn chế mức độ ô nhiễm do dầu gây ra. Mới đây viện nghiên cứu năng lượng hạt nhân Hàn Quốc (KAERI) đã chế tạo được một loại vật liệu thẩm thấu thân thiện với môi trường, có thể đẩy nhanh tiến trình làm sạch dầu trên biển. Bên cạnh đó các nước Âu Mỹ, cũng có nhiều thành công trong lĩnh vực này. Tại phòng thí nghiệm của Đại học Case Western Reserve mới cho ra đời loại vật liệu có thể làm sạch hiệu quả các vụ tràn dầu và một số chất hòa tan có tên là aerogel. Năm 2013, nhóm nghiên cứu của Hengchang Bi đã chế tạo thành công vật liệu Aerogel từ sợi bông với mục đích thấm hút dầu và dung môi hữu cơ trong công bố “Carbon fiber aerogel made from raw cotton: A novel, efficient and recyclable sorbent for oils and organic solvents” [31]. Năm 2013, nhóm nghiên cứu của Nguyễn Thành Sơn – Đại học quốc gia Singapore cũng đã chế tạo thành công vật liệu Aerogel từ giấy thải làm sạch sự cố tràn dầu với công bố “Cellulose aerogel from paper waste for crude oil spill cleaning” [32,33,34,35,36].
1.5.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
Cùng với những thành tựu mà các nước trên thế giới đạt được thì nước ta cũng đạt được nhiều kết quả tốt trong lĩnh vực này, tiêu biển đó là kỹ sư Lê Ngọc Khánh. Năm 1999, Cục sáng chế Việt Nam và Cục sáng chế Nhật Bản đã cấp bằng sáng chế độc quyền cho sản phẩm của ông đó là: Vật liệu hút dầu Petro-abs và máy tách dầu. Dựa vào hai bằng sáng chế trên, một nhóm gồm TS Nguyễn Trần Dương, kỹ sư Lê Ngọc Khánh, TS Trần Trí Luân và GS.TS Nguyễn Hữu Niếu đã hoàn thiện quy trình sản xuất thử vật liệu hút dầu
Petro-abs và các tấm hút dầu từ vật liệu này cùng hệ thống thu gom, tách dầu khỏi nước. Năm 2012, nhóm nghiên cứu của GS. Vũ Thị Thu Hà đã nghiên cứu thành công vật liệu mới hấp phụ chọn lọc dầu trong hệ dầu – nước có khả năng ứng dụng trong các quá trình tách chất và trong xử lý sự cố tràn dầu. Năm 2004, TS. Đặng Thị Cẩm Hà, Viện công nghệ sinh học – viện khoa học công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu thành công đề tài: Nghiên cứu làm sạch ô nhiễm dầu mỏ ở vùng đất đá ven biển và cặn dầu bằng phương pháp phân hủy sinh học quy mô pilot’’. Gần đây GS.TS Nguyễn Cửu Khoa - Chủ nhiệm đề tài “Nghiên cứu điều chế vật liệu có khả năng hút dầu cao từ phế thải nông nghiệp” tại Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu đã đưa ra các giải pháp tạo sản phẩm có khả năng hút dầu cao, thay thế vật liệu hút dầu ngoại nhập từ những phế thải nông nghiệp như: rơm, mùn cưa, xơ dừa… Tuy nhiên phần lớn các loại vật liệu xử lý dầu tràn trên thị trường trong nước có giá thành cao hoặc độ hấp thu chưa cao. Nhằm góp phần giảm thiểu thiệt hại do các sự cố tràn dầu gây ra, tận dụng được nguồn nguyên liệu phi gỗ, sẵn có, rẻ tiền, có khả năng tái tạo, chúng tôi đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu vật liệu aerogel thu hồi
dầu bằng phương pháp xanh” tập trung tìm ra loại vật liệu có khả xử lý dầu loang tốt với
phương pháp tổng hợp xanh thân thiện với môi trường [37].
1.6 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục đích của đề tài: tổng hợp vật liệu aerogel thu hồi dầu từ nguồn cellulose thu hồi từ cây sậy bằng phương pháp tổng hợp sol – gel thân thiện với môi trường.
Nhiệm vụ của đề tài gồm có:
- Thu hồi và tẩy trắng cellulose từ cây sậy - Tổng hợp vật liệu aerogel từ cellulose thu hồi - Tăng cường tính kháng nước của vật liệu aerosel
- Khảo sát khả năng thu hồi dầu và các tính chất cơ bản của aerogel đi từ cellulose thu hồi
CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM
2.1 Nguyên liệu và hóa chất, thiết bị
2.1.1 Nguyên liệu
Nguyên liệu sử dụng trong nghiên cứu là nguồn cellulose thu hồi từ cây sậy mọc ở ven sông Sài gòn khu vực quận 2 thành phố Hồ Chí Minh.
2.1.2 Hóa chất:
Các thông số kỹ thuật của hóa chất sử dụng trong nghiên cứu được trình bày trong bảng 2.1:
Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật của hóa chất sử dụng trong nghiên cứu
STT Tên hóa chất Công thức
hóa học
Độ tinh khiết (%)
Nơi sản xuất
1 Sodium hydroxide NaOH 96 TQ
2 Poly(ethyleneglycol) H(OCH2CH2)n n = 6000 India
3 Ethanol C2H5OH 99,7 VN
4 Acid hydrochloric HCl 36 - 38 TQ
5 Sodium sulfide nonahydrate Na2S.9H2O 98 TQ
6 Hydrogen peroxide H2O2 50 TQ
7 Sodium hypochlorite NaClO 8 TQ
8 Methyltrimethoxysilane CH3Si(OCH3)3 99,8 % Sigma
2.1.2.1 Dụng cụ
Ngoài dụng cụ thủy tinh và thiết bị thông dụng khác như ống đong, bình định mức, bơm chân không, … các thông số kỹ thuật của dụng cụ và thiết bị sử dụng trong nghiên cứu được trình bày trong bảng 2.2:
Bảng 2.2 Dụng cụ và thiết bị sử dụng trong nghiên cứu
Thiết bị Thông số kỹ thuật Xuất xứ
Nồi nấu bột dạng quay DFP – 15 L Trung Quốc
Máy nghiền bột PDS – 2L Trung Quốc
Máy xeo handsheet HSF – 2 DR Trung Quốc
Máy đo độ bền kéo MultiTest 5-xt Mecmsin
(Anh)
Máy đo màu Spectrophotometer CM-5 Mỹ
Máy khuấy siêu âm 750W, 20 kHz Sonic, Mỹ
Tủ lạnh âm sâu Biomedical Freezer - MDF-U5312 Nhật Bản
Thiết bị sấy chân không Labocene Đan Mạch
Micro pipet 10 µL – 100 µL Đức
Cân phân tích BSA224S Max 220 g, d = 0,1 mg Đức
Bình cầu 3 cổ 500 mL Đức
Bình hút ẩm chân không 2 L Trung Quốc
Hình ảnh nguyên liệu và một số thiết bị chính sử dụng cho nghiên cứu được trình bày ở hình 2.1.
2.2 Phương pháp nghiên cứu
Thân sậy tươi vùng ven sông Sài gòn quận 2 được bỏ mắt, rửa sạch, cắt nhỏ khoảng 4 - 5cm, loại bỏ mắt và lớp phấn trắng, sấy khô đến khi khối lượng không đổi nhằm loại hoàn toàn chất bẩn và nước. Dăm sậy nguyên liệu được bảo quản ở nơi khô ráo. Trước khi nấu, dăm sậy được ngâm tẩm với dịch nấu trong 24 giờ làm tăng hiệu quả thẩm thấu hóa chất vào thành tế bào sậy.
Dăm sậy Thiết bị nấu bột dạng xoay
Máy xeo handsheet Spectrophotometer CM-5
Máy đo độ bền kéo Máy phân tán xợi