CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2. Đánh giá khả năng xử lý dầu của vật liệu
3.2.5. Đánh giá khả năng thu hồi dầu và tái sử dụng vật liệu
Sau khi hấp thu dầu, vật liệu cần được xử lý nhằm thu hồi dầu và tái sử dụng vật liệu cho những lần tiếp theo. Vì vậy, cần áp dụng một số biện pháp xử lý phù hợp. Trong nghiên cứu này, ba phương pháp tái sinh vật liệu được xem xét sử dụng là phương pháp đốt cháy, phương pháp rửa bằng dung môi và phương pháp ép cơ học. Dưới đây là một số hình ảnh về việc sử dụng các phương pháp tái sinh vật liệu sau khi hấp thu dầu.
Hình 3.17 thể hiện quá trình tái sinh vật liệu sau khi hấp thu dầu bằng phương pháp đốt cháy. Mẫu sau khi cân khối lượng đầu sẽ được ngâm trong dầu với thời gian 5 phút rồi xác định khối lượng mẫu sau khi hấp thu. Sau đó, vật liệu được đốt cháy và xác định lại khối lượng mẫu sau khi đốt cháy.
Hình 3.17. Quá trình đốt để tái sinh mẫu sau khi hấp thu dầu
Phương pháp thứ 2 được áp dụng là rửa vật liệu sau khi hấp thu dầu bằng dung mơi (hình 3.18). Dung mơi được sử dụng trong nghiên cứu này là xăng thơm được mua từ thị trường. Tương tự như phương pháp đốt cháy, mẫu sau khi xác định khối lượng đầu sẽ được ngâm trong dầu và xác định khối lượng sau khi hấp thu dầu. Mẫu sau khi hấp thu được ngâm và khuấy trộn trong dung mơi để hịa tan dầu vào dung môi, rồi tiến hành sấy khơ, xác định khối lượng cịn lại của vật liệu. Để có thể lấy hết tồn bộ lượng dầu ra khỏi mẫu, tác giả đã sử dụng một lượng dung môi đủ lớn. Với mẫu có kích thước 1cm x 1cm x 0,5cm, tác giả đã tiến hành ngâm mẫu trong cốc thủy tinh có chứa 30 ml dung mơi.
Hình 3.18. Q trình rửa bằng dung môi để tái sinh mẫu sau khi hấp thu dầu Bên cạnh 2 phương pháp trên, một phương pháp tái sinh đơn giản, dễ áp dụng và thực tế, đó là phương pháp ép cơ học (hình 3.19). Mẫu sau khi ngâm trong dầu sẽ được cho vào xy ranh và ép để thu hồi lượng dầu bị hấp thu trong mẫu.
Hình 3.19. Quá trình ép cơ học tái sinh mẫu sau khi hấp thu dầu
Mỗi phương pháp đều có ưu, nhược điểm riêng. Vì vậy nhằm lựa chọn phương án thích hợp, tác giả đã tiến hành xử lý đánh giá kết quả sau khi đã thực hiện cả ba phương pháp đối với mẫu M3 có kích thước lần lượt là 1cm x 1cm x 0,5cm. Kết quả tính tốn hấp thu và thu hồi dầu DO qua ba phương pháp được trình bày ở đồ thị hình 3.20. Từ các kết quả như được trình bày ở sơ đồ hình 3.20 ta thấy, phương pháp tái sinh vật liệu bằng đốt cháy không thể thu hồi được dầu, lượng dầu bị đốt cháy hồn tồn, do đó khơng mang lại hiệu quả kinh tế và gây ảnh hưởng đến môi trường. Phương pháp tái sinh bằng dung mơi có hiệu quả tách dầu ra khỏi vật liệu cao nhất, lượng dầu được hấp thu trong vật liệu sẽ hịa tan hồn tồn vào dung môi, hiệu quả đạt 100%. Tuy nhiên xét về mặt kinh tế, phương pháp này cũng mang lại hiệu quả kinh tế không cao do q trình trích ly dầu ra khỏi dung mơi phức tạp, tốn kém, mặt khác dung môi sau khi sử dụng nếu khơng xử lý tốt có thể gây ảnh hưởng đến mơi trường, trong đó có mơi trường nước. Vì vậy, trong ba phương pháp tái sinh vật liệu, tác giả đã lựa chon phương pháp ép cơ học bằng xy ranh để thu hồi dầu. Tuy hiệu quả thu hồi của phương pháp này so với phương pháp xử lý bằng dung môi thấp hơn, chỉ đạt khoảng 65 % lượng dầu hấp thu, nhưng đây là phương pháp thu hồi đơn giản, có thể thu hồi nhiều lần, vì vậy có lợi về mặt kinh tế nhất trong ba phương pháp.
Hình 3.20. Khả năng hấp thu và thu hồi dầu DO từ các phương pháp tái sinh Hình 3.21 thể hiện khả năng thu hồi dầu DO của các mẫu thông qua phương pháp ép bằng xy ranh. Từ kết quả ở sơ đồ hình 3.21 ta thấy rằng, lượng dầu thu được sau khi ép của mỗi mẫu sản phẩm là khơng giống nhau. Trong đó, mẫu M3 cho hiệu quả tốt nhất. Điều này có thể được giải thích thơng qua lượng CNTs hình thành trên bề mặt của carbon felt ban đầu. Bản thân carbon felt có cấu trúc xốp, có độ rỗng nhất định. Việc tổng hợp CNTs đã làm giảm độ rỗng của carbon felt. Tuy nhiên, do bản thân CNTs có diện tích bề mặt riêng lớn sẽ ảnh hưởng đến khả năng hấp thu dầu. Khi lượng CNTs hình thành cịn ít, tức độ rỗng cịn lớn thì việc ép dầu lần đầu sẽ làm khoảng cách giữa các sợi carbon felt trong vật liệu càng sát lại, mặt khác do bản chất dầu có độ nhớt nhất định nên ảnh hưởng đến mức độ khôi phục về cấu trúc xốp của vật liệu, dẫn đến độ rỗng của vật liệu nhỏ đi rất nhiều. Còn khi CNTs được đưa lên chất mang, độ rỗng giảm xuống, CNTs như chất gia cường, làm cấu trúc của vật liệu trở nên ổn định hơn khi ép và rắn hơn. Tuy nhiên, khi lượng CNTs hình thành quá lớn thì mức độ đàn hồi của vật liệu sẽ biến mất, dẫn đến mất đi hiệu quả khi sử dụng phương pháp ép cơ học. Do đó đối với mẫu M3, lượng CNTs vừa đủ lớn để hấp thu dầu, vừa thể hiện tính gia cường nhưng vẫn chưa làm mất đi độ đàn hồi cho vật liệu, độ rỗng chất mang vẫn còn đủ lớn để lưu giữ dầu. Vậy nên lượng dầu ép ra là lớn nhất trong các các mẫu đã khảo sát. Cịn khi lượng CNTs hình thành quá nhiều, chiếm hết vị trí của các lỗ rỗng bên trong vật liệu, khiến khả năng lưu giữ dầu bên trong các lỗ trống giảm rất nhiều, đồng thời làm mất đi độ đàn hồi của vật liệu, lúc đó đa phần chỉ có lượng dầu từ CNTs bị ép ra, do vậy lượng dầu thu được giảm xuống.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
➢ Kết luận
Với đề tài “Tổng hợp vật liệu carbon nano trên bề mặt carbon felt ứng dụng trong xử lý nước nhiễm dầu”, về cơ bản tác giả đã hoàn thành các yêu cầu đặt ra, cụ thể:
✓ Đã tổng hợp được CNTs bám lên chất mang có cấu trúc (carbon felt). CNTs thu được có kích thước khá đồng đều, thuộc loại vật liệu mao quản có kích thước trung bình. Diện tích bề mặt riêng của sản phẩm được cải thiện so với chất mang ban đầu.
✓ Khảo sát được sự ảnh hưởng của một số điều kiện tổng hợp đến sự thay đổi các đặc tính sản phẩm.
✓ Đánh giá được khả năng xử lý dầu của vật liệu. Vật liệu có khả năng phân tách dầu ra khỏi hỗn hợp dầu-nước tốt và có thể thu hồi dầu bằng phương pháp cơ học và tái sử dụng nhiều lần.
➢ Kiến nghị
Cần sử dụng thêm một số phương pháp để có thể đánh giá thêm một số đặc tính của sản phẩm thu được như:
✓ Đo phổ Raman để biết được mức độ khuyết tật của vật liệu sau khi chức hóa. ✓ Đo UV-VIS và hồng ngoại để đánh giá mức độ làm sạch nước nhiễm dầu của
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
[1] Vũ Thị Thu Hà. Nghiên cứu chế tạo vật liệu 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. Viện hóa học cơng nghiệp Việt Nam, Hà Nội 2012.
[2] Nguyễn Hữu Phú. Hấp phụ và xúc tác trên vật liệu mao quản. NXB Khoa hoc và kỹ thuật, 1998.
[3] Đức, N.T., Nghiên cứu quá trình trùng hợp ghép một số vinyl monome lên xenlulozơ và thử nghiệm ứng dụng hấp thu dầu. Luận án tiến sĩ hố học, học viện khoa học và cơng nghệ, Hà Nội 2017.
[4] Nguyễn Ngọc Siêng. Lý thuyết xác suất và thống kê toán. NXB Đà Nẵng, 2010. [5] Dương Thế Hy, Lê Đức Ngưu, Phạm Hữu Linh, Nguyễn Đình Lâm, Trương Hữu Trì, “Nghiên cứu ảnh hưởng của q trình chức hóa bề mặt carbon xốp lên hiệu suất và đặc tính của sản phẩm trong quá trình tổng hợp nano composite C-CNF”, Tạp chí Hố học, Vol. 57, No. 6E12, p.151-157, 12/2019.
Tiếng Anh:
[6] Nan Xiao, Ying Zhou, Zheng Ling, Jieshan Qiu, “Synthesis of a carbon nanofiber/carbon foam compozite from coal liquefaction residue for the separation of oil and water”, Scivers ScienceDirect, Carbon 59 (2013) 530-536.
[7] Guoxing Zhu, Chunyan Xi, Yuanjun Liu, Chunlin Bao, Xiaoping Shen, Lianbo Ma, Huan Pang, “Easy fabrication of ultralight CNx foams with application as absorbents and continuous flow oil–water separation”, Materials Today Communications 4 (2015) 116-123.
[8] Yu Yang, Yonghong Deng, Zhen Tong and Chaoyang Wang, “Multifunctional foams derived from poly (melamine formaldehyde) as recyclable oil absorbents”, J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 9994–9999.
[9] Tanil Ozkan, Mohammah Naraghi, Ioannis Chasiotis, “Mechanical properties of vapor grown carbon nanofibers”, ScienceDirect; Carbon 48 (2010) 239-244.
[10] Zhenzhen Li, Bo Wang, Xiuming Qin, Yingke Wang, Chuntai Liu, Qian Shao, Ning Wang, Jiaoxia Zhang, Changyu Shen, Zhanhu Guo, “Superhydrophobic /Superoleophilic Polycarbonate/Carbon Nanotubes Porous Monolith for Selective Oil Adsorption from Water”, ACS Sustainable Chem. Eng, 11 Sep 2018.
[11] Xiang Ge, Wei Yang, Jitong Wang, Donghui Long, Licheng Ling, Wenming Qiao, “Flexible carbon nanofiber sponges for highly efficient and recyclable oil absorption”, RSC advances.
[12] Zhang, H., et al., “Investigations on physicochemical properties and electrochemical performance of graphite felt and carbon felt for iron‐chromium redox flow battery”, International Journal of Energy Research, 44(5), 2020, p. 3839-3853. [13] Ba, H., et al., “Carbon felt monoliths coated with a highly hydrophobic mesoporous carbon phase for the continuous oil sorption/filtration from water”, Advanced Sustainable Systems, 2(7), 2018, p. 1800040.
[14] Satari Yuzbashkandi, S. and M. Aghaei Sadi, “Petroleum production impacts on the economic growth of the OPEC countries: panel ARDL approach”, SN Applied Sciences, 2020. 2(4): p. 1-10.
[15] Atlas, R.M. and R. Bartha, “Fate and effects of polluting petroleum in the marine environment”, Residue reviews, 1973: p. 49-85.
[16] Fard, A.K., et al., “Enhancing oil removal from water using ferric oxide nanoparticles doped carbon nanotubes adsorbents”, Chemical Engineering Journal, 2016. 293: p. 90-101.
[17] Federici, C. and J. Mintz, “Oil properties and their impact on spill response options”, CNA, Alexandria, VA, USA, 2014.
[18] Kroto H. W., Heath J. R., O’Brien S. C., Curl R. F., and Smalley R. E. (1985), “C60: Buckminsterfullerene”, Nature 318, pp. 162-163
[19] Iijima S. (1991), “Helical microtubules of graphitic carbon”, Nature 354, pp. 56- 58.
[20] Iijima S., and Ichihashi T. (1993), “Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter”, Nature 363, pp. 603-605.
[21] Eric Mayhew, Vikas Prakash, “Thermal conductivity of individual carbon nanofibers”, SciVerse ScienceDirect; Carbon 62 (2013) 493-500.
[22] Junfeng Liang, Mrinal C. Saha, M. Cengiz Altan, “Effect of carbon nanofibers on thermal conductivity of carbon fiber reinforced composites”, Procedia Engineering 56 (2013) 814 – 820.
[23] Nayandeep K. Mahanta, Alexis R. Abramson, Max L. Lake, David J. Burton, John C. Chang, Helen K. Mayer, Jessica L. Ravine, “Thermal conductivity of carbon nanofiber mats”, CARBON 48 (2010) 4457 – 4465.
[24] Heremans J, Rahim I, Dresselhaus MS, “Thermal conductivity and Raman spectra carbon fibers”, Phys Rev B 1985;32(10):6742–7.
[25] Heremans J, Beetz CP, “Thermal conductivity and thermopower of vapor-grown graphite fibers”, Phys Rev B 1985;32(4):1981–6.
[26] Wang JL, Gu M, Zhang X, Song Y, “Thermal conductivity measurement of an individual fibre using a T type probe method”, J Phys D Appl Phys 2009;42(10):105502.
[27] J. Hone, M. Whitney, A. Zettle (1999), “Synthetic Metals”, 103, 2498.
[28] J. P. Salvetat, J. M. Bonard, N. H. Thomson, A. J. Kulik, L. Forro, W. Benoit, L. Zuppiroli (1999), “Mechanical properties of carbon nanotubes”, Applied Physics A Materials Science & Processing, 69, pp. 255-260.
[29] Mohammed H. Al-Saleh, Uttandaraman Sundararaj, “Review of the mechanical properties of carbon nanofiber/polymer composites”, Composites: Part A 42 (2011) 2126–2142.
[30] Marialuigia Raimondoa, Liberata Guadagnoa, Luigi Vertuccioa, Carlo Naddeoa, Giuseppina Barraa, Giovanni Spinellib, Patrizia Lambertib, Vincenzo Tuccib, Khalid Lafdi, “Electrical conductivity of carbon nanofiber reinforced resins: Potentiality of Tunneling Atomic Force Microscopy (TUNA) technique”, Composites Part B 143 (2018) 148-160.
[31] Fourdrinier, L., et al., “Electrical properties measurements on individual carbon nanofibers by scanning spreading resistance microscopy”, Journal of Applied Physics, 2008. 104(11): p. 114305.
[32] Ji Sun Im, Sang Jin Kim, Phil Hyun Kang, Young-Seak Lee, “The improved electrical conductivity of carbon nanofibers by fluorinated MWCNTs”, Journal of Industrial and Engineering Chemistry 15 (2009) 699–702.
[33] Li, L.; Li, J.; Lukehart, C.M, “Graphitic carbon nanofiber-poly (acrylate) polymer brushes as gas sensors”, Sens. Actuators B Chem. 2008, 130, 783–788.
[34] L. Dai, D. W. Chang, J.-B. Baek and W. Lu, Small 8 (2012), “Carbon nanomaterials for advanced energy conversion and storage”,Small 8(8):1130.
[35] Qie, L.; Chen, W.M.; Wang, Z.H.; Shao, Q.G.; Li, X.; Yuan, L.X.; Hu, X.L.; Zhang, W.X.; Huang, Y.H, “Nitrogen-doped porous carbon nanofiber webs as anodes for lithium ion batteries with a superhigh capacity and rate capability”, Adv. Mater. 2012, 24, 2047–2050.
[36] Parris, Alton (May 2010), “Carbon Nanotubes and Carbon Nanofibers For Oil Spill Remediation”, Developed by Sud-Chemie.
[37] Atul S. Nagpure, Lakshmiprasad Gurrala, Pranjal Gogoi and Satyanarayana V. Chilukuri, “Hydrogenation of cinnamaldehyde to hydrocinnamaldehyde over Pd nanoparticles deposited on nitrogen-doped mesoporous carbon”, RSC Adv.,Vol.6, p.44333-44340 (2016).
[38] Florian Banhart, Jani Kotakoski, Arkady V. Krasheninnikov, “Structural Defects in Graphenee”, VOL. 5 - NO. 1- 2011- American Chemical Society.
[39] U. Zielke, k. J. Huttinger, w. P. Hoffman, “Surface-oxidized carbon fibers: Surface structure and chemistry”, carbon vol. 34, no. 8, 983-998.1996.
[40] D.M. Brewis, J. Comyn, J.R. Fowler, D. Briggs, V.A. Gibson, “Surface treatments of carbon fibres studied by X-ray photoelectron spectroscopy”, Fibre Sci. Technol., 12 (1979) 41-52.
[41] Gaixia Zhang, Shuhui Sun, Dequan Yang, Jean-Pol Dodelet, Edward Sacher, “The surface analytical characterization of carbon fibers functionalized by H2SO4/HNO3 treatment”, Science Direct, Carbon 46 (2008) 196-205.
[42] Fan Z, Yan J, Ning G, et al, “Oil sorption and recovery by using vertically aligned carbon nanotubes”, Elsevier Ltd. Carbon, 48(14): 4197-4200, doi:10.1016/j.carbon.2010.07.002, 2010.
[43] Sangwichien, C., G. Aranovich, and M. Donohue, “Density functional theory predictions of adsorption isotherms with hysteresis loops”, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2002. 206(1-3): p. 313-320.
[44] McKee, G.S. and K.S. Vecchio, “Thermogravimetric analysis of synthesis variation effects on CVD generated multiwalled carbon nanotubes”, The Journal of Physical Chemistry B, 2006. 110(3): p. 1179-1186.
[45] Bahgat, M., et al., “Synthesis and modification of multi-walled carbon nano-tubes (MWCNTs) for water treatment applications”, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2011. 92(2): p. 307-313.
[46] Hu Ming, Ding Peiling, Zhang Yunlong, Gao Jing, and Ren Xiaoxue, “Effect of Reaction Temperature on Carbon Yield and Morphology of CNTs on Copper Loaded Nickel Nanoparticles”, Journal of Nanomaterials, Volume 2016, Article ID 8106845. [47] W.Z.Li, J.G. Wen, Z.F. Ren, “Effect of temperature on growth and structure of carbon nanotubes by chemical vapor deposition”, Appl. Phys. A 74, (2002), p.397–402. [48] Awadallah, A.E., A.A. Aboul-Enein, and A.K. Aboul-Gheit, “Effect of progressive Co loading on commercial Co–Mo/Al2O3 catalyst for natural gas decompositeion to COx-free hydrogen production and carbon nanotubes”, Energy conversion and management, 2014. 77: p. 143-151.
Website:
[49] Wikipedia, the free encyclopedia, “Carbon nanofiber”, Wikipedia, 2021. [Online]. https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_nanofiber.
[50] Nguyễn Thành Sơn, “Khai thác dầu thơ trên tồn cầu”, Tạp chí năng lượng Việt Nam, 2020. [Online]. https://nangluongvietnam.vn/cong-nghiep-dau-khi-the-gioi-ky-3- cap-nhat-san-luong-khai-thac-dau-tho-25005.html.
[51] Wikipedia, Bách khoa toàn thư mở, “Dầu mỏ”, Wikipedia, 2022. [Online]. https://vi.wikipedia.org/wiki/Dầu_mỏ#Tầm_quan_trọng_trong _kinh_tế.
[52] Wikipedia, Bách khoa toàn thư mở, “Tràn dầu”, Wikipedia, 2022. [Online]. https://vi.wikipedia.org/wiki/Tràn_dầu.
[53] Thủ tướng chính phủ, “Quyết định ban hành quy chế hoạt động ứng phó sự cố tràn dầu”, Hà Nội, 2021. [Online]. https://thuvienphapluat.vn/van-ban/Tai-nguyen-Moi- truong/Quyet-dinh-12-2021-QD -TTg-Quy-che-hoat-dong-ung-pho-su-co-tran-dau- 468861.aspx.
[54] ITOPF, “Oil Tanker Spill Statistics 2021”, ITOPF, 2021. [Online]. https://www.itopf.org/knowledge-resources/data-statistics/statistics/.
[55] ITOPF, “Effects of oil pollution on social and economic activities”, ITOPF , 2014. [Online]. https://www.itopf.org/knowledge-resources/documents-guides/tip-12-effects- of-oil-pollution-on-social-and-economic-activities/.
[56] Ismail M.K. Saadoun, “Impact of Oil Spills on Marine Life”, Intechopen, 2014. [Online]. https://www.intechopen.com/chapters/48738.
[57] Xử lý dầu mỡ, “ Các phương pháp xử lý tràn dầu”, Xử lý dầu mỡ trong nước thải. [Online]. http://xulydaumo.com/cac-phuong-phap-xu-ly-dau-tran-news3-52.html. [58] Wikipedia, Bách khoa toàn thư mở, “Hấp phụ vật lý”, Wikipedia, 2017. [Online]https://vi.wikipedia.org/wiki/Hấp_phụ_vật_lý.
[59] Wikipedia, Bách khoa toàn thư mở, “Hấp phụ hóa học”, Wikipedia, 2021. [Online]. https://vi.wikipedia.org/wiki/ Hấp_phụ_hóa_học.
[60] Dennis J. Flood, Andrew R. Barron, “ Carbon nanotubes”, Rice University, 2013. [Online]. http://cnx.org/content/col11576/1.1/.
PHỤ LỤC
Một số file đi kèm bao gồm: - 4 bài báo
- Quyết định giao đề tài
- Quyết định thành lập hội đồng đánh giá luận văn - Danh sách thành viên họi đồng đánh giá luận văn - Hồ sơ hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ
- Biên bản họp hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ - Các nhận xét luận văn tốt nghiệp.