Tiến hành quá trình thực nghiệm xử lý rơm rạ ằng axit axetic nhằm nghiên b c u ứ ảnh hưởng của tỷ ị d ch (t l l ng/rỷ ệ ỏ ắn) đến khả năng hấp ph dụ ầu của rơm rạ sau x ử lý, điều ki n c th ệ ụ ể như sau:
• Mức dùng axit : 10% so với khối lượng rơm
• Nhiệt độ nấu : 100 oC
• Thời gian nấu : 60 phút
• Tỉ dịch thay đổi (L/R): 40/1, 30/1, 20/1
Bảng 3.8. Dung lượng hấp ph d u cụ ầ ủa rơm rạ được xử lý b ng axits axetic ằ ở các tỉ ị d ch khác nhau
STT T d ỉ ịch
H s hệ ố ấp phụ ầu tạ d i các th i gian khác nhau, g d u/g v t ờ ầ ậ li u ệ
15 phút 30 phút 60 phút 120 phút
1 40/1 2,64 2,89 3,56 4,03
2 30/1 2,70 2,97 3,81 4,18
3 20/1 2,52 2,78 3,34 3,83
Từ bảng số liệu trên ta thấy tỉ dịch cũng có ảnh hưởng đến hiệu quả quá trình xử lý. Cụ thể là, khi thay đổi tỉ dịch thì hệ số hấp phụ cũng thay đổi, khi tỉ dịch tăng từ 20/1 lên 30/1 thì khả năng hấp phụ của rơm rạ sau xử lý tăng, tuy nhiên khi tỉ dịch tăng từ 30/1 lên 40/1 thì khả năng hấp phụ của rơm rạ sau xử lý lại giảm. Điều này có thể là do, với tỉ dịch 20/1 đang còn thấp nên lượng dịch chưa thấm ướt hết toàn bộ vật liệu rơm rạ, cho nên quá trình thẩm thấu và phản ứng của tác nhân với rơm rạ là không đều, không tốt. Khi tăng tỉ dịch lên 30/1 thì lúc này dịch đủ để thấm ướt và thẩm thấu đều vào vật liệu sinh khối, giúp cho quá trình phản ứng diễn ra hiệu quả hơn, cho vật liệu có khả năng hấp phụ cao hơn. Khi tăng tỉ dịch lên tiếp, đến 40/1 thì có thể do lượng dịch quá nhiều làm cho nồng độ tác nhân lại giảm và vì thế hiệu quả phản ứng cũng giảm, cho ra kết quả là dung lượng hấp phụ của rơm rạ cũng giảm nhẹ.
Từ các kết quả nghiên cứu xử lý rơm rạ bằng axit axetic có thể thấy rằng, với điều kiện xử lý là: nhiệt độ 100 oC, thời gian xử lý 120 phút và tỉ dịch (L/R) 30/1 cho vật liệu rơm rạ sau xử lý có dung lượng hấp phụ cao nhất, khoảng 4,18 g/g.
3.2.5. L a ch n quy trình tiự ọ ền xử lý rơm rạthích hợp
Từ các quy trình tiền xử lý rơm rạ và kết quả hệ số hấp phụ dầu tương ứng ta thấy rằng phương pháp tiền x ử lý rơm rạ ằ b ng axit axetic với điều kiện xử lý là:
nhiệt độ 100 oC, thời gian xử lý 120 phút và tỉ dịch (L/R) 30/1 cho vật liệu rơm rạ sau xử lý có dung lượng hấp phụ cao nhất, khoảng 4,18 g/g.
3.3. Nghiên cứu chế ạ t o v t liậ ệu hấp phụ ừ polyurethan và rơm rạ t 3.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ ệ độn rơm rạ l
Trong những năm gần đây, các chất hấp ph có nguụ ồn g c tự ố nhiên mà chủ yếu là sinh khối lignoxenluloza được ứng dụng nhiều hơn so với chất hấp phụ ổ t ng hợp do chúng có những ưu điểm về mặt kinh tế cũng như môi trường và có khả năng tự phân h y sinh h c. Tuy nhiên, các v t li u h p ph ngu n t nhiên này ủ ọ ậ ệ ấ ụ ồ ự cũng có một số nhược điểm như dung lượng hấp phụ tương đối thấp so với vật liệu tổng hợp và tính kỵ nước thấp. Do đó, để khắc phục những nhược điểm này đã tiến hành nghiên c u thay thứ ế một ph n ch t h p phầ ấ ấ ụ ổ t ng h p b ng ch t h p phợ ằ ấ ấ ụ ự t nhiên. Việc kế ợt h p này s tẽ ận dụng được các ưu điểm của 2 d ng v t li u h p phạ ậ ệ ấ ụ tổng hợp và tự nhiên để ạo ra 1 vật liệu mới vừa có ưu điểm về ặt kinh tế cũng t m như kỹ thuật. Đã nghiên cứ ảnh hưởu ng c a t l ủ ỷ ệ độn xơ sợi lignoxenluloza t ừ rơm r ạ đến hiệu quả ấp phụ ầu với mục đích giảm tối đa chi phí của vật liệu hấp phụ h d (tăng tối đa lượng độn rơm rạ) mà v n không làm ẫ ảnh hưởng đến thậm chí làm tăng các tính chất hay kh ả năng tách dầu của vật li u h p ph . Kếệ ấ ụ t qu quá trình th c ả ự nghiệm được tổng h p trong các b ng s liợ ả ố ệu 3.8, 3.9 và 3.10.
B ng 3.9ả . Dung lượng hấp ph m u khi s dụ ẫ ử ụng rơm rạ kích thước 0,5mm STT
Th i ờ Gian (phút)
H s hệ ố ấp phụ, g dầu/g vật li u ệ M u 5% ẫ M u ẫ
10%
M u ẫ 15%
M u ẫ 20%
M u ẫ 25%
M u ẫ 30%
1 15 2.472 3.107 5.516 5.726 6.18 6.563
2 30 2.557 3.473 6.562 8.556 8.918 7.869
3 60 2.956 3.664 6.562 10.556 11.556 9.566
4 90 3.289 4.152 7.212 10.656 11.701 10.668
5 120 3.693 4.027 8.910 10.849 12.003 10.403
B ng 3.10ả . Dung lượng h p ph m u khi s dấ ụ ẫ ử ụng rơm rạ kích thước 0,7mm STT
Th i ờ Gian (phút)
H s hệ ố ấp ph , g dụ ầu/g vật li u ệ M u 5% ẫ M u ẫ
10%
M u ẫ 15%
M u ẫ 20%
M u ẫ 25%
M u ẫ 30%
1 15 2,098 2,802 4,060 8,158 7,794 6.544
2 30 2,189 2,845 4,325 8,153 7,680 6.233
3 60 2,448 3,000 3,888 8,253 10,056 7.010
4 90 2,775 3,056 4,196 8,255 10,811 8.938
5 120 3,338 3,164 4,104 8,265 11,185 9.544
B ng 3.11ả . Dung lượng h p ph m u khi s dấ ụ ẫ ử ụng rơm rạ kích thước 3mm STT
Th i ờ Gian (phút)
H s hệ ố ấp phụ, g dầu/g vật li u ệ M u 5% ẫ M u ẫ
10%
M u ẫ 15%
M u ẫ 20%
M u ẫ 25%
1 15 1.707 2.087 4.018 4.629 5.319
2 30 2.05 2.050 4.07 4.647 5.556
3 60 2.287 2.107 4.388 4.688 5.656
4 90 2.177 2.177 4.393 4.699 6.260
5 120 2.686 2.686 4.645 4.862 6.300
T kừ ết quả thu được trong các bảng số ệu trên nhận thấy, hàm lượng rơm rạ li s dử ụng (tỷ ệ độ l n) ảnh hưởng rất lớn đến khả năng hút ầd u của vật liệu hấp phụ. Với các kích thước độn rơm rạ khác nhau, thì khả năng hút dầu của vật liệu đều tăng khi tỷ ệ độ l n càng cao, tức là lượng rơm rạ ử ụng tăng lên. Cụ ể s d th là v i c 3 ớ ả kích thước rơm rạ kh o sát là 0,5 mm, 0,7 mm và 3 mm, khi t l ả ỷ ệ độn rơm rạ tăng thì dung lượng h p ph dấ ụ ầu đều tăng và tăng cao nhất khi m c s d ng là 25% (v i ứ ử ụ ớ dung lượng h p ph ấ ụ tương ứng là 12,003; 11,185 và 6,300 g/g). Điều này có th ể được giải thích là do lượng độn càng nhiều làm tăng số lượng mao qu n hay khoảng ả trống giữa vật liệu hấp phụ, làm tăng diện tích bề ặt của vật liệu giúp cho dầu có m
nhiều cơ hội th m th u vào bên trong v t li u m t cách d ẩ ấ ậ ệ ộ ễ dàng hơn. Bên cạnh đó, bản thân xơ sợi lignoxenluloza cũng là vật liệu xốp (sau khi xử lý), có nhiều mao mạch và cũng có khả năng hấp thụ dầu cao. Kết hợp với vật liệu nền là polyurethane xốp, m t vộ ật liệu tổng hợp được nghiên cứu và ứng d ng nhi u trong ụ ề hấp phụ ử x lý ô nhiễm dầu nhờ kh ả năng hấp phụ cao. Chính vì vậy vật liệu mới chế ạ t o có kh ả năng hấp ph d u cao và x lý d u hi u qu . ụ ầ ử ầ ệ ả
l d
Nhưng tại tỷ ệ độn 30% khả năng hấp phụ ầu của vật liệu bắt đầu giảm rõ rệt do vật liệu tạo thành ko được bền, lượng xơ sợi được độn nhiều khiến cho khả năng liên kế ủt c a v t li u kém và d b mùn vì v y không nên s d ng t l n ậ ệ ễ ị ậ ử ụ ỷ ệ độ rơm r ạ cao. Do đó đã lựa chọn tỷ ệ độn rơm rạ l thích hợp nhất là 25% cho quá trình chế t o v t liạ ậ ệu hấp ph . ụ
3.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước rơm rạ và th i gian ờ
Đã nghiên cứ ảnh hưởu ng của kích thướ ừ rơm rạ đếc t n hi u qu h p ph d u ệ ả ấ ụ ầ với điều ki n tiệ ến hành thực nghiệm như sau:
Hàm lượng độn rơm rạ: 25%
Kích thước rơm rạ thay đổi trong kho ng: 0,5; 0,7; 3 và 6-ả 7 mm.
Tiến hành xác định dung lượng hấp phụ ở các thời gian khác nhau, k t qu ế ả quá trình thực nghiệm được tổng h p trong hình 3.1. ợ
Hình 3.1. Ảnh hưởng của kích thước rơm rạ đế n hi u qu h p ph ệ ả ấ ụ
T kừ ết quảthu nhận được trên đồ ị th hình 3.1 có thể ấy cũng như yế th u tố ỷ t l ệ độn rơm rạ, kích thước của rơm rạ ử ụ s d ng ch t o v t liế ạ ậ ệu cũng có ảnh hưởng quan trọng đến dung lượng hấp phụ ủ c a vật li u. Cệ ụ ể là kích thước rơm rạ th càng tăng thì hệ ố ấ s h p ph l i càng gi m d n. điụ ạ ả ầ Ở ều ki n thí nghi m, khi s dệ ệ ử ụng rơm r ạ có kích thước 0,5 mm thì dung lượng hấp phụ ầu sau 120 phút là 12.003 g dầ d u/g vật liệu. Khi sử ụ d ng rơm r kích thướạ c 0,7 mm thì dung lượng hấp phụ ủ c a vật liệu giảm còn 11,185 g/g, với kích thước 3 mm là 6.300 g/g và 6-7 mm là 4,285 g/g.
Kh ả năng hút dầu của vật liệu đạt cao nhất tại kích thước rơm rạ ử ụ s d ng là 0,5 mm.
Khi kích thước rơm rạ là 0,7 mm thì dung lượng h p ph gi m không nhi u, tuy ấ ụ ả ề nhiên khi sử ụng rơm rạ kích thướ d c 3 mm thì khả năng hấp phụ ầu đã giảm đi xấ d p x 50%. Khi s dỉ ử ụng rơm rạ ới kích thước lớ v n nh t, kho ng 6-ấ ả 7 mm thì dung lượng hấp phụ là thấp nhất, và dung lượng này chỉ cao hơn so với v t li u polyuretậ ệ hane nguyên chất ban đầu một ít. Nhìn vào đồ th ị thì có thể th y gần như không có sự ấ thay đổ ề dung lượi v ng h p ph gi a v t liấ ụ ữ ậ ệu polyurethane ban đầu và v t li u có s ậ ệ ử dụng độn rơm rạ kích thước 6-7 mm. Điều này có thể là do khi kích thước độn rơm r gi m ạ ả thì diện tích bề ặt của rơm rạ tăng, dẫn đế m n di n tích b mặt vật liệu hấp ệ ề ph ụ tăng. Hơn nữa, cùng một tỷ ệ độn khi kích thước bé thì số lượng mẩu rơm rạ l tăng lên làm tăng lượng mao qu n trong v t li u h p ph tả ậ ệ ấ ụ ạo thành. Như đã biết, kh ả năng hấp ph ph thu c r t nhi u vào di n tích b m t và thụ ụ ộ ấ ề ệ ề ặ ể tích mao qu n c a v t ả ủ ậ liệu [15]. Do đó, khi sử ụng rơm rạ kích thước bé sẽ d cho ta vật liệu hấp phụcó khả
năng hấp ph ụ cao hơn.
Bên cạnh đó, ta cũng dễ dàng nh n th y là ngo i trậ ấ ạ ừ mẫu sử ụng rơm rạ d kích thước 6-7 mm thì các m u v t li u còn lẫ ậ ệ ại đều có dung lượng h p ph ấ ụ cao hơn hẳn so với vật liệu làm từpolyurethan. Từ ết quả thu được ta chọn kích thước rơm k r thích hạ ợp đểchế ạo vậ ệ t t li u h p ph ấ ụlà 0,5 mm.
Cũng đã nghiên cứ ảnh hưởu ng c a th i gian h p ph ủ ờ ấ ụ đến lượng d u b h p ầ ị ấ ph bụ ởi vật liệu. Kết quả thu được cho thấy, thời gian cũng có ảnh hưởng đến lượng d u b tách ra khầ ị ỏi hỗn hợp dầu nước. Trong kho ng thả ời gian ban đầu c a quá trình ủ x ử lý, từ khoảng 15-60 phút đầu lượng dầu bị ấp phụ tăng lên, tuy nhiên khi thời h
gian x lý tiử ếp tục tăng (lên 90 hay 120 phút) thì lượng dầu bị tách ra tuy có tăng nhưng không nhiề Ởu. kho ng nhiả ệt độ này có th xem rể ằng lượng d u b h p ph ầ ị ấ ụ bởi vật liệu hấp phụ polyurethan rơm rạ đã gần như bão hòa. Các kết qu ả này cũng tương tự như trong mộ ốt s các công trình công b ố trước đây [15].
3.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của thành ph n polymer ầ
Để chọn ra đượ ỉ ệ ợc t l h p lý gi a hai thành ph n A và B cữ ầ ủa polyurethane, đã th tiử ến hành nghiên cứ ảnh hưởng của tỷ ệ A:B, điều kiện thực hiện cụu l thể như sau :
Hàm lượng độn rơm rạ: 25%
Kích thước rơm rạ: 0.5mm
T l gi a hai thành ph n A và B: (1:1, 1:0.6, 2.5:1) ỉ ệ ữ ầ
Qua ti n hành thí nghiế ệm xác định dung lượng h p phấ ụ ở ờ th i gian 120 phút, kết quảquá trình thực nghiệm được thể ện như hi trên hình 3.2. Có thể nhận thấy tỉ l ệthành phần giữa A và B là vô cùng quan trọng và ảnh hưởng nhiều đến tính chất của vật liệu hấp phụ. Polyurethane được tạo ra bởi bởi phản ứng của một isocyanate có chứa hai ho c nhi u isocyanate (A) nhóm m i phân t R (N = C = O) n ) vặ ề ỗ ử ( ới một polyol (B) chứa trung bình hai hoặc nhiều nhóm hydroxyl trên mỗi phân tử(R '- (OH) n với sựcó mặt của một chất xúc tác hoặc kích hoạt bằng ánh sáng cực tím [13]. Vì vậy tính chất của một polyurethane bị ảnh hưởng lớn bởi tỷ ệ l isocyanates (A) và polyols (B) đượ ử ụng để ạc s d t o ra nó.
Hình 3.2. Ảnh hưởng của thành ph n Polymer t i v t li u h p ph ầ ớ ậ ệ ấ ụ
C th ụ ể khi sử ụng tỷ ệ d l 1:1, khả năng hút dầu cùa vật liệu hấp phụ ất thấ r p nhưng cùng với lượng độn như ậ ởv y kho ng thả ời gian tương tự thì t l 2.5:1 có ở ỷ ệ kh ả năng hấp phụ cao hơn gấp 4 lần. Mặc dù vậy nhưng khả năng hấp phụ ở ỷ ệ t l 1:0.6 là cao nhất và cao hơn rất nhiều lần so với hai tỷ ệ l còn lại. Điều này có thể giải thích do ở ỷ ệ 1:1 lượng chất A được giữ nguyên nhưng lượng chất B được t l tăng lên, chấ ạt t o xốp đóng rắn tăng lên từ đó nhận th y v t li u h p ph ấ ậ ệ ấ ụ đượ ạc t o ra có độ ứng hơn so vớ ỷ ệ c i t l 1:0.6 và khá là r n ch c, l mao quắ ắ ỗ ản cũng nhỏ và ít hơn nghĩa là độ ố x p thấp hơn khiến cho d u khó có th h p ph vào v t li u. Còn t i ầ ể ấ ụ ậ ệ ạ t l 2.5:1 ỷ ệ chấ ền A được tăng lên nhưng chất n t B v n gi nguyên khi n cho v t liẫ ữ ế ậ ệu giòn x p, dố ễ ỡ v và bị mùn, mặc dù khả năng hấp phụ cũng cao nhưng lại không b n. ề Do đó tạ ỷ ệi t l 1:0.6 vẫn đảm bảo được độ ố x p c a v t li u h p ph mà không b ủ ậ ệ ấ ụ ị mùn hay d v ễ ỡ và đạt được kh ả năng hấp ph khá là cao kho ng 12g/g. ụ ả
3.3.4. Quy trình ch t o v t li u ế ạ ậ ệ
T ừ các kết quả thu được trong các nghiên cứu trên, đã đưa ra được qui trình công nghệ ch tế ạo v t li u h p phậ ệ ấ ụ trên nền polyurethan có bổ sung thêm xơ sợi lignoxenluloza t ừ rơm rạ ứ ng d ng cho x lý ô nhiụ ử ễm dầu như sau:
Điều ki n công ngh thích h p là: ệ ệ ợ - Kích thước rơm rạ: 0,5 mm - T l ỷ ệ độn rơm rạ: 25%
- Thành ph n polyurethan: 1 c u t ầ ấ ửA/ 0.6 cấu tử B
Vật liệu hấp phụ mới thu được sau quá trình chế ạo theo quy trình trên thể t hiện hiệu quả cao trong quá trình xử lý dầu với dung lượng hấp phụ tương đối cao khoảng 12 g/g (sau khoảng thời gian hấp phụ là 120 phút).Các kết quả ề v dung lượng h p ph c a v t li u mấ ụ ủ ậ ệ ới này tương đối cao, và có cao hơn so với các s li u ố ệ
đã công bố trước đây [12].
Rơm rạ đã x ử lý
Khu ấ y tr ộ n Thành ph n A ầ
(c ủ a PU)
Thành ph n A ầ và độ n Ph ả n ng ứ
V ậ t li ệ u h ấ p Thành ph n B ầ
(c ủa PU)
K T LU N Ế Ậ
T ừcác kết qu ảthực nghiệm thu được ở trên có k t luế ận như sau:
1. Đã nghiên cứu tìm ra được phương pháp tiền x ử lý rơm rạ thích hợp để nâng cao hi u su t h p ph dệ ấ ấ ụ ầu, với điều ki n công ngh thích h p là: ệ ệ ợ
- Ti n x lý b ng axít axetic ề ử ằ - T d ch: (R/L): 30/1 ỉ ị
- Nhiệt độ: 1000C
- Th i gian x lý: 120 phút ờ ử
Rơm rạ sau xử lý có dung lượng hấp phụ cao nhất, khoảng 4,18 g/g.
2. Đã chế ạo đượ t c v t li u h p ph trên n n polyurethan có b ậ ệ ấ ụ ề ổ sung xơ sợi lignoxenluloza t ừ rơm rạ ới điề, v u ki n công ngh ệ ệthích hợp là:
- Kích thước rơm rạ: 0,5 mm - T l ỷ ệ độn rơm rạ: 25%
- Thành ph n polyurethan: 1 c u t ầ ấ ửA/ 0.6 cấu tử B
Vật liệu hấp phụ mới thu được sau quá trình chế ạo theo quy trình trên thể t hiện hiệu quả cao trong quá trình xử lý dầu với dung lượng hấp phụ tương đối cao kho ng 12 g/g (sau kho ng th i gian hả ả ờ ấp phụ là 120 phút).
TÀI LI Ệ U THAM KH Ả O
Ti ng Vi t ế ệ
1. Báo cáo tổng hợp xây dựng quy trình, quy phạm, định mức kinh tế ỹ k thuật cho hoạt động đánh giá, xác định thiệt hại môi trường do sự ố c tràn dầu gây ra, Cục Ki m soát ô nhi m, T ng cể ễ ổ ục Môi trường, 2011.
2. Nguyễn Chu Hồi, 2004, Cơ sở tài nguyên và môi trường biển, NXB Đại học quốc gia HN.
3. Nguyễn Thị Mai Liên, 2015, Nghiên cứu khả năng hấp phụ ầu trong nước bằ d ng v t li u t ậ ệ ự nhiên là rơm, rạ, Luận văn Thạc sỹ, Đại h c Bách khoa Hà N i. ọ ộ
4. Nguyễn Thị Minh Phương, 2014, Nghiên cứu nâng cao hiệu suất thủy phân rơm r bạ ằng enzyme cho sản xuất etanol sinh học, Luận án Tiến sỹ, Đại H c Bách khoa ọ Hà N i. ộ
5. Nguyễn Hồng Thao, 2004, Bảo vệ môi trường biển: vấn đề và giải pháp, NXB Chính tr ịquốc gia.
6. Phạm Thị Dương, Bùi Đình Hoàn, Nguyễn Văn Tám, 2010, Nghiên cứu khả năng hấp phụ dầu trong nước thải bằng các vật liệu hấp phụ tự nhiên như thân bèo, lõi ngô, rơm và xơ dừa, Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải, 24, tr 67-71.
7. Phạm Thị Ngọc Lan, 2016, Khảo sát, đánh giá khả năng xử lý dầu loang bằng vật liệu hấp phụ tự nhiên, Khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, 52, tr 69-76.
Ti ng Anh ế
8. Angelova, D.; Uzunov, I.; Uzunova, S.; Gigova, A.; Minchev, L. (2011) Kinetics of oil and oil products adsorption by carbonizedrice husks, Chem. Eng. J., 172, pp 306–311.
9. Banerjee, S. S.; Joshi, M. V.; Jayaram, R. V. (2006) Treatment of oil spill by sorption technique using fatty acid grafted sawdust, Chemsphere, 64, pp 1026-1031.