Mẫu sợi PP-PET cũng được khảo sát khả năng hấp thu
dầu trong các điều kiện thực nghiệm tương tự với mẫu sợi PP.
Kết quả cho thấy mẫu sợi PP-PET cũng hấp thu dầu nhanh
trong khoảng thời gian đầu, sau 30 phút độ hấp thu dầu đạt cực
đại. Dung lượng hấp thu dầu của mẫu sợi PP-PET trong hệ khô
thấp hơn so với dung lượng hấp thu dầu trong hệ dầu: nước và
hệ dầu: nước biển. Nhìn chung độ hấp thu dầu của mẫu sợi PPPET cao hơn mẫu sợi PP. Điều này có thể do sự có mặt củaPET trong mẫu sợi làm tăng độ xốp của vật liệu, đồng thời vật
liệu có khả năng hấp thu 1 phần nước, giúp vật liệu trương nở
tốt hơn, từ đó hấp thu được nhiều dầu hơn. Tương tự như với
mẫu sợi PP, mẫu sợi PP-PET có dung lượng hấp thu cao nhất
đối với dầu DO và thấp nhất đối với dầu thô.
25 trang |
Chia sẻ: lavie11 | Lượt xem: 633 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Tóm tắt Luận án Nghiên cứu chế tạo vật liệu xốp hấp thu dầu và ứng dụng trên cơ sở polylefin biến tính, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Hoàng Thu Hà
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU XỐP HẤP THU
DẦU VÀ ỨNG DỤNG TRÊN CƠ SỞ POLYLEFIN BIẾN
TÍNH
Chuyên ngành: Hóa môi trường
Mã số: 62440120
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC
Hà Nội - 2016
Công trình được hoàn thành tại:
- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia
Hà Nội
- Viện Hóa Học – Viện Hàn Lâm Khoa Học Việt Nam
Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. Lê Thanh Sơn
GS.TS. Nguyễn Văn Khôi
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia
chấm luận án tiến sĩ họp tại Trường Đại học Khoa học Tự
nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, số 19 Lê Thánh Tông, Hà Nội
vào hồi giờ ngàythángnăm 20...
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia
Hà Nội
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, ô nhiễm môi trường do dầu tràn đang là một
trong những vấn đề thu hút được sự quan tâm đặc biệt của cộng
đồng quốc tế do những tác động nghiêm trọng của nó tới môi
trường sinh thái cũng như những tác động tiêu cực tới kinh tế và
xã hội. Do đó, việc xử lý sự cố tràn dầu nhằm hạn chế tối đa
những tác động tiêu cực là một vấn đề rất cấp thiết.
Việt Nam cũng là một quốc gia đã và đang phải đối mặt
với nhiều nguy cơ ô nhiễm môi trường biển do dầu tràn. Thực
trạng ô nhiễm dầu đã gây tổn thất kinh tế lớn cho các vùng nuôi
trồng thủy sản cũng như ảnh hưởng lâu dài tới hệ sinh thái và đa
dạng sinh học biển, ảnh hưởng tiêu cực đến sự phát triển bền
vững của biển Việt Nam.
Hiện nay, vật liệu hấp thu dầu đang được nghiên cứu
rộng rãi do chúng có khả năng hấp thu chọn lọc dầu, tách hoàn
toàn dầu khỏi vùng bị tràn dầu và có thể tái sử dụng. Trên thế
giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về vật liệu hấp thu dầu,
nhưng ở Việt Nam mới có một số ít công trình nghiên cứu tổng
hợp và đánh giá khả năng hấp thu dầu của vật liệu. Mặt khác,
vật liệu hấp thu dầu trên cơ sở polypropylen đã và đang được
các nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu và đã cho
những kết quả khả quan. Việc nghiên cứu phát triển lĩnh vực
này sẽ có nhiều đóng góp mới và đem lại tính ứng dụng cao cho
loại vật liệu này. Từ những thực tế trên chúng tôi tiến hành
nghiên cứu đề tài:“Nghiên cứu chế tạo vật liệu xốp hấp thu
dầu và ứng dụng trên cơ sở polyolefin biến tính”.
2
2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu nghiên cứu của luận án là chế tạo một số loại
vật liệu hấp thu dầu từ vinyl monome ghép với polypropylen và
thử nghiệm khả năng hấp thu dầu của vật liệu vào việc xử lý
dầu tràn trong nước biển với hiệu quả xử lý cao.
Để thực hiện các mục tiêu trên, luận án đã thực hiện các
nội dung nghiên cứu chủ yếu sau:
- Nghiên cứu chế tạo sợi PP.
- Nghiên cứu biến tính sợi PP bằng phản ứng trùng hợp
ghép với các vinyl monome khi có và không có chất tạo lưới.
- Khảo sát khả năng hấp thu dầu của các mẫu vật liệu.
- Thử nghiệm khả năng hấp thu dầu của vật liệu chế tạo
được để xử lý dầu tràn trong nước biển.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Xác định được điều kiện tối ưu để thực hiện phản ứng
trùng hợp ghép các vinyl monome lên sợi polypropylen tạo các
copolyme, đảm bảo và nâng cao tính chất hấp thu dầu của sợi
biến tính.
Xác định được hàm lượng chất tạo lưới để chế tạo vật
liệu hấp thu dầu trên cơ sở các copolyme trên. Cải thiện được
đáng kể dung lượng hấp thu dầu của sản phẩm so với sợi
polypropylen ban đầu.
Chế tạo được sản phẩm có dung lượng hấp thu dầu cao,
tốc độ hấp thu nhanh, dễ vận chuyển, dễ thu hồi dầu sau khi hấp
thu, giá thành thấp và có khả năng tái sử dụng nhiều lần. Trên
cơ sở khoa học đạt được có thể làm tiền đề cho các nghiên cứu
3
tiếp theo và ứng dụng chế tạo sản phẩm ở qui mô lớn, ứng dụng
sản phẩm trong việc xử lý ô nhiễm .
4. Điểm mới của luận án
Là nghiên cứu đầu tiên chế tạo được vật liệu hấp thu
dầu trên cơ sở phản ứng trùng hợp ghép các vinyl monome lên
polypropylen sử dụng chất khơi mào 2,2’ –
azobis(isobutyronitrin) (AIBN) với sự có mặt chất tạo lưới
divinylbenzen (DVB), sản phẩm có độ hấp thu dầu cao, dễ sử
dụng và dễ vận chuyển, có khả năng tái sử dụng.
Triển khai ứng dụng xử lý ô nhiễm dầu tại công ty xăng
dầu B12, sản phẩm có chất lượng tương đương sản phẩm nhập
ngoại, hiệu quả kinh tế cao.
5. Cấu trúc của luận án
Toàn bộ nội dung của luận án gồm 122 trang gồm các
phần Mở đầu, Tổng quan, Thực nghiệm, Kết quả và thảo luận,
Kết luận, Danh mục các công trình khoa học của tác giả có liên
quan đến luận án đã được công bố. Luận án có 36 hình và 27
bảng với 94 tài liệu tham khảo, công bố 5 bài báo có nội dung
liên quan trên tạp chí chuyên ngành trong nước và một bài báo
trên tạp chí quốc tế.
NỘI DUNG LUẬN ÁN
Phần 1. TỔNG QUAN
Trình bày tổng quan về các vấn đề sau:
1. Sự cố tràn dầu, nguyên nhân và tác động.
2. Các phương pháp xử lý dầu tràn
3. Vật liệu hấp thu dầu trên cơ sở sợi polypropylen.
4
Từ nghiên cứu tổng quan cho thấy vật liệu trên cơ sở sợi PP
có nhiều đặc tính ưu việt trong việc hấp thu dầu và việc biến
tính sợi PP bằng phương pháp trùng hợp ghép các vinyl
monome giúp cải thiện đáng kể khả năng hấp thu dầu cũng như
tái sử dụng vật liệu. Vật liệu hấp thu dầu trên cơ sở sợi PP có
khả năng ứng dụng thực tiễn cao trong việc xử lý ô nhiễm môi
trường do dầu tràn, nhưng hiện tại ở Việt Nam còn là vấn đề
mới chưa được quan tâm nghiên cứu. Vì vậy, luận án tập trung
đi vào nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến đặc tính và khả
năng hấp thu dầu của vật liệu, từ đó xác định được điều kiện
tổng hợp tối ưu, nghiên cứu khả năng hấp thu dầu của vật liệu
chế tạo được cũng như thử nghiệm khả năng hấp thu dầu của
vật liệu trong thực tế.
Phần 2: THỰC NGHIỆM
2.1. Nguyên vật liệu và hóa chất:
- Hạt nhựa polypropylen, hạt nhựa polyetylen terephtalat (PET),
chất trợ tương hợp Overac CA-100 (PP-g-MA), axit metacrylic
(MAA), laurylmetacrylat (LMA), butylacrylat (BA), divinyl
benzen (DVB), 2,2’-azobis(isobutyronitrin) (AIBN), dầu DO,
dầu FO, dầu thô (mỏ Đại Hùng) và một số hóa chất khác
2.2. Thiết bị
- Thiết bị đo phổ hồng ngoại Shimadzu IR prestige 21, thiết bị
phân tích nhiệt Labsys TG – DSC 1600, thiết bị phân tích nhiệt
vi sai quét DSC 131, thiết bị chụp hiển vi điện tử quét SEM
JEOL 6390, thiết bị đo diện tích bề mặt COULTER SA3100.
2.3. Phương pháp tiến hành
2.2.1. Nghiên cứu chế tạo sợi PP
5
- Sợi PP được chế tạo bằng phương pháp đùn nóng chảy trên
máy đùn tạo sợi 1 trục vít model REM-3P-24. Xác định các đặc
trưng lý hóa của và khảo sát khả năng hấp thu dầu của mẫu sợi
PP trong các điều kiện thực nghiệm khác nhau.
2.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của polyeste đến khả năng hấp
thu dầu của sợi PP
- Chế tạo mẫu sợi chứa 5% PET bằng phương pháp đùn nóng
chảy blend PP/PET trong cùng điều kiện đùn tạo sợi PP với sự
có mặt của chất trợ tương hợp PP-g-MA. Xác định các đặc
trưng lí hóa và khảo sát khả năng hấp thu dầu của mẫu sợi PP-
PET.
2.2.3. Nghiên cứu biến tính sợi PP bằng quá trình trùng hợp
ghép các vinyl monome
- Các monome LMA, BA, MAA được ghép lên sợi PP dưới sự
có mặt của chất khơi mào AIBN. Khảo sát các yếu tố ảnh
hưởng đến quá trình trùng hợp ghép: nhiệt độ, thời gian, nồng
độ chất khơi mào, nồng độ monome.
- Xác định đặc trưng lý hóa của các copolyme ghép.
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ dầu của các copolyme ghép,
khảo sát ảnh hưởng của thời gian, sử dụng 3 mô hình hấp phụ
đẳng nhiệt và 2 phương trình động học biểu kiến bậc 1, bậc 2 để
nghiên cứu cân bằng hấp phụ và động học của quá trình hấp
phụ dầu của các copolyme ghép.
6
2.2.4. Chế tạo và nghiên cứu tính chất hấp thu dầu của vật liệu
trên cơ sở trùng hợp ghép vinyl monome lên sợi PP có mặt chất
tạo lưới.
- Tiến hành phản ứng trùng hợp ghép các vinyl monome LMA,
BA, MAA lên sợi PP có mặt chất tạo lưới DVB trong điều kiện
tối ưu đã lựa chọn được ở mục 2.2.3.
- Nghiên cứu các đặc trưng lý hóa, khả năng hấp thu một số
dung môi và hấp thu dầu, khả năng tái sử dụng của vật liệu
ghép có tạo lưới.
2.2.5. Nghiên cứu ứng dụng vật liệu sợi PP để xử lý xăng dầu
tràn trong nước biển
- Sử dụng vật liệu PP-g-LMA-DVB thử nghiệm xử lý ô nhiễm
xăng dầu trong nước biển tại cảng xăng dầu B12, sử dụng vật
liệu hấp thu dầu Cell-U-Sorb của Mỹ làm đối chứng.
Phần 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Đặc tính lý hóa và tính chất hấp thu dầu của sợi PP
3.1.1. Đặc tính lý hóa của mẫu sợi PP
Sợi PP được chế tạo bằng phương pháp đùn nóng chảy
và được xác định các đặc trưng lý hóa IR, SEM.
Hình 3.1. Phổ IR của sợi PP
7
Trên phổ IR của mẫu PP có thể thấy các pic đặc trưng:
1375 cm
-1
đặc trưng cho dao động biến dạng đối xứng của
nhóm CH3, pic 1454 cm
-1
đặc trưng cho dao động biến dạng của
nhóm –CH2. Các pic trong khoảng 2837 – 2951 cm
-1 đặc trưng
cho dao động hóa trị đối xứng và bất đối xứng của CH trong –
CH2 và –CH3.
Hình 3.3. Ảnh SEM của sợi PP
Ảnh SEM của mẫu PP cho thấy vật liệu có cấu trúc sợi
rõ ràng, bề mặt sợi tương đối nhẵn mịn, kích thước sợi khá
đồng đều. Đường kính sợi trung bình khoảng 20 – 30 µm.
3.1.2. Khả năng hấp thu dầu của sợi PP
Tiến hành khảo sát khả năng hấp thu dầu của sợi PP
trong hệ khô, hệ dầu: nước và hệ dầu: nước biển đối với 3 loại
dầu khác nhau gồm: dầu thô, dầu FO và dầu DO. Kết quả cho
thấy sợi PP hấp thu dầu nhanh trong khoảng thời gian đầu, sau
15 phút độ hấp thu dầu của mẫu sợi đạt 90% độ hấp thu dầu cực
đại. Đối với cả 3 loại dầu, dung lượng hấp thu dầu trong hệ khô
8
cao hơn so với dung lượng hấp thu dầu trong hệ dầu: nước và
hệ dầu: nước biển. Trong khi đó, độ hấp thu dầu trong các hệ
nước và nước biển có sự chênh lệch không đáng kể do sợi PP có
tính chất kị nước nên môi trường nước và nước biển không có
ảnh hưởng đáng kể đến độ hấp thu dầu của sợi. Giá trị độ hấp
thu trong hệ động hơi thấp hơn so với giá trị trong hệ tĩnh trong
khoảng thời gian trước 30 phút. Dung lượng hấp thu cao nhất
đối với dầu DO và thấp nhất đối với dầu thô.
3.2. Ảnh hưởng của polyeste (PET) đến đặc trưng lý hóa và
khả năng hấp thu dầu của sợi PP
3.2.1. Đặc trưng lý hóa của mẫu sợi PP-PET
Mẫu sợi PP – PET chứa 5% PET về khối lượng được
chế tạo bằng phương pháp đùn nóng chảy với chất trợ tương
hợp PP-g-MA. Phổ IR của mẫu sợi PP-PET được trình bày
trong hình 3.4.
Hình 3.4. Phổ IR của mẫu PP-PET
Trên phổ IR của mẫu PP-PET, ngoài các pic đặc trưng
của PP, còn có các pic đặc trưng của polyeste. Pic 1712 cm-1
đặc trưng cho dao động hóa trị của C=O. Pic 1168 cm-1 đặc
trưng cho dao động biến dạng của liên kết C-O trong este không
no (1300-1160 cm
-1
).
9
Hình 3.6. Ảnh SEM của mẫu PP-PET
Ảnh SEM của mẫu PP-PET cũng cho thấy cấu trúc sợi
khá rõ ràng nhưng kích thước sợi kém đồng đều hơn và bề mặt
sợi kém nhẵn mịn hơn so với mẫu PP.
3.2.2. Khả năng hấp thu dầu của mẫu sợi PP-PET
Mẫu sợi PP-PET cũng được khảo sát khả năng hấp thu
dầu trong các điều kiện thực nghiệm tương tự với mẫu sợi PP.
Kết quả cho thấy mẫu sợi PP-PET cũng hấp thu dầu nhanh
trong khoảng thời gian đầu, sau 30 phút độ hấp thu dầu đạt cực
đại. Dung lượng hấp thu dầu của mẫu sợi PP-PET trong hệ khô
thấp hơn so với dung lượng hấp thu dầu trong hệ dầu: nước và
hệ dầu: nước biển. Nhìn chung độ hấp thu dầu của mẫu sợi PP-
PET cao hơn mẫu sợi PP. Điều này có thể do sự có mặt của
PET trong mẫu sợi làm tăng độ xốp của vật liệu, đồng thời vật
liệu có khả năng hấp thu 1 phần nước, giúp vật liệu trương nở
tốt hơn, từ đó hấp thu được nhiều dầu hơn. Tương tự như với
mẫu sợi PP, mẫu sợi PP-PET có dung lượng hấp thu cao nhất
đối với dầu DO và thấp nhất đối với dầu thô.
10
3.3. Biến tính sợi PP bằng quá trình trùng hợp ghép các
vinyl monome và tính chất hấp phụ dầu của các copolyme
ghép.
3.3.1. Trùng hợp ghép LMA lên sợi PP
Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất
ghép LMA lên sợi PP được trình bày trong các hình 3.7, 3.8, 3.9
và 3.10.
Hình 3.7. Ảnh hưởng của thời
gian đến quá trình trùng hợp
ghép LMA lên sợi PP
Hình 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ
đến quá trình trùng hợp ghép
LMA lên sợi PP
Hình 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ
AIBN đến quá trình trùng hợp
ghép LMA lên sợi PP
Hình 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ
LMA đến quá trình trùng hợp
ghép
Điều kiện tối ưu để trùng hợp ghép LMA lên sợi PP là:
thời gian 240 phút, nhiệt độ 800C, nồng độ AIBN 0,015M, nồng
độ monome 1,25M. Tại điều kiện này, hiệu suất ghép thu được
là 15,7%.
11
3.3.2. Trùng hợp ghép BA lên sợi PP
Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất
ghép BA lên sợi PP được trình bày trong các hình 3.11, 3.12,
3.13 và 3.14.
Hình 3.11. Ảnh hưởng của thời
gian đến quá trình trùng hợp ghép
BA lên sợi PP
Hình 3.12. Ảnh hưởng của nhiệt độ
đến quá trình trùng hợp ghép BA lên
sợi PP
Hình 3.13. Ảnh hưởng của nồng độ
AIBN đến quá trình trùng hợp
ghép BA lên sợi PP
Hình 3.14. Ảnh hưởng của nồng độ
BA đến quá trình trùng hợp ghép
Điều kiện tối ưu để trùng hợp ghép BA lên sợi PP là:
thời gian 210 phút, nhiệt độ 800C, nồng độ AIBN 0,02M, nồng
độ monome 1,5M. Tại điều kiện này, hiệu suất ghép thu được là
20,65%.
12
3.3.3. Trùng hợp ghép MAA lên sợi PP
Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất
ghép MAA lên sợi PP được trình bày trong các hình 3.15, 3.16,
3.17 và 3.18.
Hình 3.15. Ảnh hưởng của thời
gian đến quá trình trùng hợp ghép
MAA lên sợi PP
Hình 3.16. Ảnh hưởng của nhiệt độ
đến quá trình trùng hợp ghép MAA
lên sợi PP
Hình 3.17. Ảnh hưởng của nồng độ
AIBN đến quá trình trùng hợp
ghép MAA lên sợi PP
Hình 3.18. Ảnh hưởng của nồng độ
MAA đến quá trình trùng hợp ghép
Điều kiện tối ưu để trùng hợp ghép MAA lên sợi PP là:
thời gian 300 phút, nhiệt độ 800C, nồng độ AIBN 0,025M, nồng
độ monome 0,25M. Tại điều kiện này, hiệu suất ghép thu được
là 73,1%.
3.3.4. Đặc trưng lý hóa của các sản phẩm ghép
Các copolyme ghép PP-g-LMA, PP-g-BA và PP-g-
MAA được xác định các đặc trưng lý hóa.
13
Hình 3.19. Phổ IR của sợi PP và các copolyme ghép
So với phổ IR của sợi PP, phổ IR của các sản phẩm ghép
đều xuất hiện thêm pic mới ở vị trí 1728 cm-1 (PP-g-LMA), 1732
cm
-1
(PP-g-BA), 1727 cm
-1
(PP-g-MAA) đặc trưng cho dao động
hóa trị của nhóm C=O. Như vậy, các monome (LMA, BA,
MAA) đã được ghép thành công lên sợi PP.
Kết quả cho thấy cả sợi PP ban đầu và các copolyme
ghép đều bền nhiệt, nhiệt độ phân hủy lên đến trên 3500C.
Ngoài giai đoạn bay hơi của dung môi, các copolyme ghép (PP-
g-LMA, PP-g-BA) đều có 2 pic phân hủy. Với copolyme ghép
PP-g-LMA có 2 pic phân hủy tương ứng với sự phân hủy của
nhánh ghép và của mạch chính PP. Riêng với copolyme ghép
PP-g-MAA chỉ có 1 pic phân hủy với nhiệt độ phân hủy mạnh
nhất ở 438,130C, có thể do nhánh ghép MAA bị phân hủy đồng
thời với mạch chính PP.
14
PP PP-g-LMA
PP-g-BA PP-g-MAA
Hình 3.21. Ảnh SEM của sợi PP và các copolyme ghép
Ảnh chụp SEM của sợi PP và các copolyme ghép cho
thấy bề mặt của các copolyme ghép trở nên gồ ghề và đường
kính của sợi tăng. Điều này chứng minh việc biến tính sợi PP
bằng các vinyl monome đã làm thay đổi cấu trúc bề mặt của sợi
ban đầu.
3.3.5. Tính chất hấp phụ dầu của các copolyme ghép
3.3.5.1. Ảnh hưởng của thời gian
15
Hình 3.22. Sự biến thiên của qt theo thời gian t
Kết quả cho thấy độ hấp phụ dầu của các copolyme
ghép tăng khi tăng thời gian hấp phụ, quá trình hấp phụ tăng
nhanh trong 10 phút đầu sau đó tăng chậm dần và đạt giá trị cân
bằng. Trong điều kiện nghiên cứu thì sau khoảng 30 phút quá
trình hấp phụ coi như đạt cân bằng.
3.3.5.2. Động học quá trình hấp phụ
Trong luận án này, hai mô hình động học được áp dụng
để mô tả động học của quá trình hấp phụ dầu lên bề mặt sợi PP
và các copolyme ghép (PP-g-LMA, PP-g-BA, PP-g-MAA) là
phương trình động học biểu kiến bậc 1 và bậc 2.
Hình 3.24. Mô tả sự hấp phụ dầu trên sợi PP và các copolyme ghép
bằng dạng tuyến tính của phương trình biểu kiến bậc hai
16
Kết quả cho thấy phương trình động học biểu kiến bậc
2 mô tả khá tốt quá trình hấp phụ dầu (R2 1 và qeTT rất gần
qeTN). Như vậy, sự hấp phụ dầu trên các copolyme ghép tuân
theo phương trình động học biểu kiến bậc 2.
3.3.5.3. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ
Để nghiên cứu cân bằng hấp phụ của quá trình hấp phụ
dầu trên các copolyme ghép, luận án sử dụng 3 mô hình hấp
phụ đẳng nhiệt: Freundlich, Temkin và Langmuir. Kết quả được
trình bày trong hình 3.27.
Hình 3.27. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Temkin
Kết quả cho thấy mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Temkin
có hệ số tương quan R2 ứng với các mẫu vật liệu đều > 0,99. Từ
giá trị hệ số tương quan nhận thấy mô hình Temkin mô tả quá
trình hấp phụ của các mẫu vật liệu tốt nhất trong 3 mô hình
nghiên cứu. Điều này có thể gợi ý rằng việc biến tính sợi PP
bằng các vinyl monome đã làm tăng lực tương tác với dầu nên
cải thiện đáng kể dung lượng hấp thu dầu của sợi PP.
17
3.3.4. Biến tính sợi PP bằng quá trình trùng hợp ghép các
vinyl monome có mặt chất tạo lưới và khả năng hấp thu
dung môi, hấp thu dầu của các copolyme ghép có tạo lưới.
3.3.4.1. Ảnh hưởng của nồng độ chất tạo lưới đến đặc tính của
các copolyme ghép.
Kết quả nghiên cứu được trình bày trong bảng 3.17.
Nồng độ
chất tạo
lưới (M)
Hàm lượng phần gel (%)
Độ hấp thu dầu thô (g/g)
PP-g-
LMA-
DVB
PP-g-
BA-
DVB
PP-g-
MAA-
DVB
PP-g-
LMA-
DVB
PP-g-
BA-
DVB
PP-g-
MAA-
DVB
1,0 x 10-3
89,4 91,3 93,8 22,9 18,6 21,4
1,5 x 10-3
92,6 94,5 97,5 23,4 19,4 23,6
2,0 x 10-3
97,8 98,0 98,0 24,5 21,8 22,7
2,5 x 10-3
98,0 98,5 98,0 23,7 20,3 21,8
3,0 x 10-3
98,5 98,5 98,5 23,1 18,9 21,2
Kết quả cho thấy, tại nồng độ chất tạo lưới 2,0x10-3M
thì độ hấp thu dầu thô của hệ PP-g-LMA-DVB và PP-g-BA-
DVB đều đạt cực đại. Nồng độ này đối với hệ PP-g-MAA-DVB
là 1,5x10-3M. Điều này có thể do khi nồng độ chất tạo lưới thấp
thì khả năng hấp thu dầu nhỏ do chất tạo lưới không đủ để liên
kết các nhánh ghép và homopolyme tạo nên mạng lưới không
gian 3 chiều bền vững, một phần bị hòa tan trong quá trình hấp
thu. Nếu nồng độ chất tạo lưới quá cao làm cho khoảng hở bên
trong cấu trúc không gian ba chiều giảm, do đó khả năng hấp
thu dầu giảm.
18
3.3.4.2. Khả năng hấp thu dầu thô và các dung môi của vật liệu
ghép có tạo lưới.
* Khả năng hấp thu các dung môi
Kết quả nghiên cứu khả năng hấp thu các dung môi của
vật liệu ghép có tạo lưới được trình bày trong hình 3.32, 3.33 và
3.34.
Hình 3.32. Khả năng
hấp thu các dung môi
của PP-g-LMA-DVB
Hình 3.33. Khả năng
hấp thu các dung môi
của PP-g-LMA-DVB
Hình 3.34. Khả năng
hấp thu các dung môi
của PP-g-LMA-DVB
Kết quả cho thấy với các dung môi hexan, benzen,
toluen, clorofom, tetraclorua, khả năng hấp thu của vật liệu tăng
khi độ phân cực tăng.Với các dung môi phân cực mạnh như
nước, các ancol thì các vật liệu đều hấp thu rất ít. Kết quả cũng
cho thấy với các dung môi phân cực mạnh thì PP-g-MAA-DVB
có độ hấp thu cao hơn PP-g-LMA và PP-g-BA. Điều này có thể
do trong mạch nhánh của PP-g-MAA-DVB có các nhóm axit, vì
thế mạch nhánh của copolyme ghép này phân cực hơn nên các
dung môi phân cực dễ xâm nhập hơn.
* Khả năng hấp thu dầu thô của vật liệu
19
Bảng 3.20. Dung lượng hấp thu dầu thô của vật liệu
ghép có tạo lưới ở các nhiệt độ khác nhau
Nhiệt độ (0C)
Vật liệu hấp thu
15 25 35
PP-g-LMA-DVB (g/g) 22,1 24,5 23,8
PP-g-BA-DVB (g/g) 19,6 21,8 20,3
PP-g-MAA-DVB (g/g) 20,9 23,6 22,4
Trong khoảng nhiệt độ nghiên cứu từ 15 – 35oC, dung
lượng hấp thu cực đại đối với dầu thô của các vật liệu đạt giá trị
cực đại tại 25oC. Ở cùng một nhiệt độ thì dung lượng hấp thu
dầu tăng theo thứ tự: PP-g-BA-DVB < PP-g-MAA-DVB < PP-
g-LMA-DVB. Điều này cho thấy mạch nhánh ankyl dài hơn đã
cải thiện đáng kể tính kị nước và ưa dầu của vật liệu.
* Khả năng tái sử dụng vật liệu
Vật liệu hấp thu dầu sau khi thu gom bằng phương pháp
vớt được tiến hành nghiên cứu khả năng tái sử dụng sau 10 chu
kỳ hấp thu/tái sinh. Kết quả được trình bày trong hình 3.31.
Hình 3.31. Khả năng tái sử dụng của vật liệu ghép có tạo lưới
sau 10 chu kì
20
Việc ghép các monome lên sợi PP giúp cho sợi PP duy
trì độ đàn hồi và tính mao dẫn, do đó các tính chất cơ lý của sợi
không bị thay đổi nhiều khi vắt ép và làm cho khả năng tái sử
dụng của sợi được cải thiện. Sau khi được tái sử dụng 10 chu
kỳ, vật liệu hấp thu vẫn có thể duy trì trên 55% dung lượng hấp
thu dầu so với khả năng hấp thu ban đầu của nó.
3.4. Ứng dụng vật liệu trên cơ sở sợi PP xử lý xăng dầu tràn
Luận án sử dụng vật liệu PP-g-LMA-DVB để thử
nghiệm khả năng hấp thu dầu tràn trong nước biển tại cảng
xăng dầu B12, sử dụng vật liệu đối chứng Cell-U-Sorb của Mỹ.
Kết quả phân tích chất lượng nước trước và sau khi hấp thu dầu
cho thấy, ở cả 2 trường hợp sử dụng vật liệu PP-g-LMA-DVB
và vật liệu đối chứng đều có hàm lượng dầu mỡ khoáng và hàm
lượng váng dầu mỡ đạt tiêu chuẩn cho phép, hiệu quả xử lý dầu
mỡ khoáng và váng dầu mỡ cao. Cụ thể hiệu quả xử lý ở trường
hợp sử dụng sợi PP biến tính đạt 99,58%, ở vật liệu đối chứng
đạt 99,61%. Chỉ tiêu tổng dầu mỡ của mẫu nước cũng còn rất
thấp, hiệu quả xử lý đạt hơn 99%. Như vậy, vật liệu do luận án
chế tạo có hiệu quả tương đương với sản phẩm nhập ngoại.
21
KẾT LUẬN
1. Đã chế tạo sợi PP, nghiên cứu các đặc trưng lý hóa và khảo
sát khả năng hấp thu dầu của sợi PP đối với các loại dầu khác
nhau.
2. Đã nghiên cứu ảnh hưởng của polyeste PET tới khả năng hấp
thu dầu của sợi PP. Việc thêm PET vào sợi PP làm tăng khả
năng hấp thu dầu của sợi PP.
3. Đã tìm được điều kiện tối ưu cho phản ứng ghép các vinyl
monome LMA, BA và MAA lên sợi PP.
- Đã khảo sát thời gian hấp phụ dầu của các copolyme ghép,
quá trình hấp phụ dầu trên các copolyme ghép đạt cân bằng sau
30 phút.
- Đã nghiên cứu cân bằng hấp phụ và động học của quá trình
hấp phụ dầu trên các copolyme ghép. Quá trình hấp phụ dầu
trên các copolyme ghép tuân theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt
Temkin. Động học của quá trình hấp phụ dầu phù hợp với
phương trình động học biểu kiến bậc 2.
4. Đã chế tạo 3 mẫu vật liệu trên cơ sở trùng hợp ghép các vinyl
monome lên sợi PP có mặt chất tạo lưới và nghiên cứu khả
năng hấp thu dầu và một số dung môi của các vật liệu này.
Trong đó, PP-g-LMA-DVB có dung lượng hấp thu dầu lớn
nhất, đạt 24g/g đối với dầu thô và khả năng tái sử dụng cao hơn
so với sợi PP ban đầu.
5. Đã ứng dụng vật liệu PP-g-LMA-DVB xử lý ô nhiễm dầu
trong môi trường nước biển tại cảng xăng dầu B12 cho hiệu quả
xử lý dầu lên tới 99%. Vật liệu có chất lượng tương đương với
22
sản phẩm nhập ngoại của Hoa Kỳ, giá sản phẩm rẻ hơn, do đó
có thể thay thế các sản phẩm nhập ngoại.
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC
GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ
1. Hoàng Thu Hà, Nguyễn Thị Bích Việt, Lương Mạnh Tuân,
Trần Đình Minh, Nguyễn Tiến Dũng(2014), “A method for
improving the oil Absorbency of polypropylene fiber”, Tạp chí
khoa học, Đại học Quốc gia Hà nội, Vol 30, No.5S, tr.144-149.
2. Nguyễn Tiến Dũng, Nguyễn Thị Bích Việt, Hoàng Thu Hà,
Vũ Thị Thủy, Phan Quang Dũng, Trần Vũ Thắng, Trần Đình
Minh (2015), “Vật liệu hấp thu dầu trên cơ sở axetyl hóa sợi
kenaf”, Tạp chí Xúc tác Hấp phụ, T4(No.4A), tr.88-91.
3. Hoang Thu Ha, Le Thanh Son, Nguyen Tien Dung, Nguyen
Thi Bich Viet, Nguyen Van Khoi (2015), “Synthesis and
characterization of lauryl methacrylate – graft – polypropylen
fiber”, Tạp chí Khoa học và công nghệ, Tháng 6 -2016 (Hội
nghị Vật lý chất rắn và Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ 9 -
SPMS2015, Tp. Hồ Chí Minh).
4. Hoàng Thu Hà, Lê Thanh Sơn, Nguyễn Tiến Dũng, Nguyễn
Thị Bích Việt, Nguyễn Văn Khôi (2015), “Vật liệu hấp thụ dầu
trên cơ sở sợi polypropylen (PP) ghép ankyl acrylat”, Tạp chí
Hóa học, 53 (6e1) tr.246-250.
5. Hoang Thu Ha, Le Thanh Son, Nguyen Tien Dung, Nguyen
Thi Bich Viet, Nguyen Van Khoi (2015), “Graft polymerization
of butyl acrylate onto polypropylen fiber”, Tạp chí Hóa học,
53(6e3), pp. 51-55 (Chemical Innovation for a progress in
ASEAN industry and society).
23
6. Hoang Thu Ha, Le Thanh Son, Nguyen Thi Bich Viet,
Nguyen Tien Dung, Nguyen Van Khoi, Nguyen Thanh Tung
and Tran Dinh Minh (2016), “ Oil Sorbents based on
Methacrylic Acid - Grafted Polypropylen Fibers: Synthesis and
Characterization” J ChemEng Process Technol 7:290.
doi:10.4172/2157-7048.1000290.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- tt_nghien_cuu_che_tao_vat_lieu_xop_hap_thu_dau_va_ung_dung_tren_co_so_polylefin_bien_tinh_8668_19204.pdf