BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA: NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG XỬ LÝ DẦU LOANG BẰNG RAU NEPTUNIA OLERACEA

TÓM LƯỢC Nhằm góp phần giảm thiểu thiệt hại do các sự cố tràn dầu gây ra, đề tài “Nghiên cứu và khảo sát khả năng xử lý dầu loang bằng lớp xốp rau Neptunia oleracea” sẽ tập chung tìm ra loại vật liệu có khả xử lý dầu loang tốt, có sẵn, rẻ tiền và cho hiệu suất cao từ lớp xốp của cây rau nhút (Neptunia oleracea). Ðể khảo sát hình thái học bề mặt của mẫu tiến hành chụp ảnh vi cấu trúc bề mặt bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) với độ phóng đại lớn gấp nhiều lần. Để tìm phương án làm khô vật liệu chúng tôi tiến hành làm sạch vật liệu rồi đem làm khô. Phương pháp thử nghiệm gồm: Thí nghiệm 1: Làm khô vật liệu bằng phương pháp sấy ở các mức nhiệt độ khác nhau theo sự biết thiên của thời gian sấy; Thí nghiệm 2: Làm khô vật liệu bằng phương pháp khô gió theo sự biến thiên của thời gian làm khô. Lấy vật liệu được xử lý bằng phương pháp tối ưu ở thí nghiệm trên để xác định thời gian hấp phụ bão hòa. Sau khi chọn thời gian hấp phụ bão hòa, đề tài tiếp tục thí nghiệm ảnh hưởng của nồng độ dầu tới độ hấp phụ của vật liệu. Cùng với kết quả này đề tài tính toán và xác định đường hấp phụ đẳng nhiệt. Nhằm đánh giá ưu điểm của vật liệu đề tài tiến hành khả năng tái sử dụng của vật liệu bằng phương pháp ép đồng thời đưa ra đồ thị biểu diễn độ hấp phụ của vật liệu sau mỗi lần tái sử dụng. Từ khóa: Dầu loang, rau nhút (Neptunia oleracea), hấp phụ.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

LỜI CẢM ƠN

Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu đã hỗ trợ kinh phí thực hiện nghiên cứu và Trung tâm Quan Trắc Môi Trường đã tạo điều kiện cho chúng tôi tiến hành thí nghiệm Đặc biệt nhóm tác giả xin cảm ơn PGS TS Nguyễn Văn Thông và Th.s Diệp Khanh đã làm cố vấn khoa học cho đề tài này

Nhóm tác giả

TÓM LƯỢC

Nhằm góp phần giảm thiểu thiệt hại do các sự cố tràn dầu gây ra, đề tài

“Nghiên cứu và khảo sát khả năng xử lý dầu loang bằng lớp xốp rau Neptunia oleracea” sẽ tập chung tìm ra loại vật liệu có khả xử lý dầu loang tốt, có sẵn, rẻ tiền và cho hiệu suất cao từ lớp xốp của cây rau nhút (Neptunia oleracea)

Ðể khảo sát hình thái học bề mặt của mẫu tiến hành chụp ảnh vi cấu trúc bề mặt bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) với độ phóng đại lớn gấp nhiều lần

Để tìm phương án làm khô vật liệu chúng tôi tiến hành làm sạch vật liệu rồi đem làm khô Phương pháp thử nghiệm gồm: Thí nghiệm 1: Làm khô vật liệu bằng phương pháp sấy ở các mức nhiệt độ khác nhau theo sự biết thiên của thời gian sấy; Thí nghiệm 2: Làm khô vật liệu bằng phương pháp khô gió theo sự biến thiên của thời gian làm khô

Lấy vật liệu được xử lý bằng phương pháp tối ưu ở thí nghiệm trên để xác định thời gian hấp phụ bão hòa Sau khi chọn thời gian hấp phụ bão hòa, đề tài tiếp tục thí nghiệm ảnh hưởng của nồng độ dầu tới độ hấp phụ của vật liệu Cùng với kết quả này đề tài tính toán và xác định đường hấp phụ đẳng nhiệt

Nhằm đánh giá ưu điểm của vật liệu đề tài tiến hành khả năng tái sử dụng của vật liệu bằng phương pháp ép đồng thời đưa ra đồ thị biểu diễn độ hấp phụ của vật liệu sau mỗi lần tái sử dụng

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần chất dinh dưỡng trong 100g rau Neptunia oleracea Bảng 2.1: Tỷ lệ pha mẫu nước nhiễm dầu

Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm làm khô vật liệu

Bảng 3.2: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc

Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ dầu tới độ hấp phụ của vật liệu

Bảng 3.4: Đường đẳng nhiệt hấp phụ

Bảng 3.5: Các hằng số Langmuir và hệ số tương quan

Bảng 3.6: Các hằng số Freundlich và hệ số tương quan

Bảng 3.7: Độ hấp phụ của vật liệu sau mỗi lần tái sử dụng

Bảng 4.1: Độ hấp phụ của một số vật liệu hấp phụ dầu

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1.1: Dầu loang trên vịnh Mexicô

Hình 1.2: Tác hại của dầu loang tới động vật

Hình 1.3: Cá chết do dầu loang

Hình 1.4: Cây rau Neptunia oleracea (rau Nhút)

Hình 1.5: Ruộng trồng rau Neptunia oleracea

Hình 2.1: (I) khu vực bãi trước TP Vũng Tàu;

(II) khu vực cảng Bến Đình TP Vũng Tàu

Hình 2.2: Lớp xốp cây rau Neptunia oleracea

Hình 2.3: Vật liệu sau khi làm sạch

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét (SEM)

Hình 3.1: Kết quả thí nghiệm làm khô vật liệu

Hình 3.2: Kết quả đo SEM của vật liệu sau khi làm khô

Hình 3.3: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc

Hình 3.4: Vật liệu trong môi trường nước và môi trường dầu

Hình 3.5: Vật liệu trong môi trường nước nhiễm dầu và môi trường dầu

Hình 3.6: Ảnh hưởng của nồng độ dầu tới độ hấp phụ của vật liệu

Hình 3.7: Đồ thị để tìm các hằng số phương trình Langmuir

(I): Môi trường hấp phụ là nước cất nhiễm dầu

(II): Môi trường hấp phụ là nước sông nhiễm dầu

(III): Môi trường hấp phụ là nước biển nhiễm dầu

Hình 3.8: Đồ thị để tìm các hằng số phương trình Freundlich

(I): Môi trường hấp phụ là nước cất nhiễm dầu

(II): Môi trường hấp phụ là nước sông nhiễm dầu

(III): Môi trường hấp phụ là nước biển nhiễm dầu

Hình 3.9: Đường hấp phụ theo Langmuir và đường thực hấp phụ dầu trên Vật liệu

(I): Môi trường hấp phụ là nước cất nhiễm dầu

(II): Môi trường hấp phụ là nước sông nhiễm dầu

(III): Môi trường hấp phụ là nước biển nhiễm dầu

Hình 3.10: Số lần tái sử dụng

TỪ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU

1 Các chữ viết tắt

ATP Adenozin – triphotphat

KAERI Korea Atomic Energy Research

2 Các ký hiệu

ABD Độ hấp phụ của vật liệu trong môi trường nước biển nhiễm dầu

ACD Độ hấp phụ của vật liệu trong môi trường nước cất nhiễm dầu

Amax Độ hấp phụ cực đại

ANB Độ hấp phụ của vật liệu trong nước biển

ANC Độ hấp phụ của vật liệu trong nước cất

ANS Độ hấp phụ của vật liệu trong nước sông

ASD Độ hấp phụ của vật liệu trong môi trường nước sông nhiễm dầu

C Nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích

C0 Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm ban đầu

C0D Nồng độ dầu ban đầu

Ccb Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng

M Khối lượng chất bị hấp phụ

m0 Khối lượng vật liệu ban đầu

m1 Khối lượng vật liệu sau khi hấp phụ

md Khối lượng dầu bị hấp phụ

ĐẶT VẤN ĐỀ

Kể từ khi nhân loại biết khai thác và sử dụng dầu mỏ đến nay thì những sự cố trong việc khai thác, vận chuyển dầu mỏ trên thế giới đã trở thành mối đe dọa lớn đối với môi trường nói chung và hệ sinh thái (HST) biển nói riêng Các nhà môi trường ước tính rằng từ năm 1900 đến nay, trung bình mỗi năm trên thế giới có từ 2 đến trên 4

vụ tràn dầu lớn trên biển Những sự cố nổi bật có thể kể tới là: Năm 1978, tàu Amoco Cadiz đổ 231000 tấn dầu thô xuống vùng Brittany, Tây Bắc nước Pháp; năm 1989, tàu Exxon Valdez làm tràn 40000 tấn dầu ngoài khơi Alaska (Mỹ); năm 2002, tàu Prestige làm tràn 77000 tấn dầu ngoài khơi phía Tây Bắc Tây Ban Nha; năm 2007, tàu Hebei Spirit làm tràn 2.7 triệu gallon dầu ra biển Tây Nam Hàn Quốc [4]; năm 2010, giàn khoan Deepwater Horizon nằm cách bờ biển Louisiana của Mỹ 50 dặm đã đột ngột phát nổ và chìm xuống biển, giết chết 11 công nhân và làm tràn ra biển gần 200 triệu gallon dầu thô, hàng chục triệu gallon khí tự nhiên và 1,8 triệu gallon tấn hóa chất

chưa rõ nguồn gốc trong vòng 86 ngày [12]

Là một nước có hoạt động khai thác và xuất nhập khẩu dầu lửa khá lớn, Việt Nam khó tránh khỏi phải đối mặt với nguy cơ ô nhiễm do sự cố tràn dầu Hội thảo quốc tế “Trao đổi kinh nghiệm trong phát triển, ứng phó, xử lý và khắc phục ô nhiễm

sự cố tràn dầu trên biển” do Bộ Tài nguyên và Môi trường tổ chức ngày 28/2/2008 tại

Hà Nội cho biết, kể từ năm 1992 Việt Nam đã xảy ra hơn 50 vụ tràn dầu, gây ra tổn thất lớn về sinh thái và kinh tế Nguyên nhân dẫn đến sự cố tràn dầu là do va chạm trong quá trình bốc dỡ và đắm tàu Điển hình là các sự cố tàu Formosa One Liberia đâm vào tàu Petrolimex 01 của Việt Nam tại vịnh Giành Rỏi - Vũng Tàu (tháng 9/2001) làm tràn ra môi trường biển ven bờ khoảng 1.000m3 dầu diesel (DO), gây ô nhiễm nghiêm trọng một vùng rộng lớn biển Vũng Tàu; 3 năm sau, tại khu vực biển Quảng Ninh - Hải Phòng, sự cố đắm tàu Mỹ Đình làm tràn khoảng 50 tấn dầu DO và

150 tấn dầu FO, trong khi đó ta chỉ xử lý được khoảng 65 tấn, số dầu còn lại hầu như tràn ra biển Đặc biệt trong 2 năm 2006 và 2007, tại ven biển các tỉnh miền Trung và miền Nam đã xảy ra một số sự cố tràn dầu bí ẩn, nhất là từ tháng 1 đến tháng 6/2007

có rất nhiều vệt dầu trôi dạt dọc bờ biển của 20 tỉnh từ đảo Bạch Long Vĩ xuống tới mũi Cà Mau và đã thu gom được 1720,9 tấn dầu Qua phân tích 26 ảnh chụp từ vệ tinh ALOS-PALSAR trong thời điểm từ 6/12/2006 - 23/4/2007, PGS - TS Nguyễn Đình Dương, Phòng Nghiên cứu và Xử lý Thông tin Môi trường, Viện Địa lý đã ghi nhận

được vết dầu lớn nhất phát hiện vào ngày 8/3/2007 với chiều dài hơn 50 km và bề rộng hơn 1 km Căn cứ vào vết dầu loang gây ô nhiễm trên biển cùng bề dày của vết dầu,

ước tính có từ 21.620 - 51.400 tấn dầu đã tràn trên biển [13]

Các vụ tràn dầu gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường, ảnh hưởng xấu đến sinh thái và thiệt hại đến các hoạt động kinh tế, đặc biệt là các hoạt động có liên quan đến khai thác và sử dụng các dạng tài nguyên thuỷ sản gây bức xúc cho xã hội [7] Việc nghiên cứu để xử lý các ô nhiễm này hiện đang được nhiều nhà khoa học quan tâm với mong muốn tìm ra được vật liệu có độ hấp phụ cao và rẻ tiền, không gây ảnh hưởng môi trường thứ cấp

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 [14] 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 [15] 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 sow 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 [16] Gần đây có đề tài “Nghiên cứu

điều chế vật liệu có khả năng hút dầu cao từ phế thải nông nghiệp” của Sở Khoa học

và Công nghệ tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, do tiến sĩ Nguyễn Cửu Khoa chủ nhiệm [17] Tuy nhiên phần lớn các loại vật liệu có mặt trên thị trường trong nước có giá thành cao hoặc độ hấp phụ chưa cao Nhằm góp phần giảm thiểu thiệt hại do các sự cố

tràn dầu gây ra, đề tài “Nghiên cứu và khảo sát khả năng xử lý dầu loang bằng lớp xốp

rau Neptunia oleracea” sẽ tập chung tìm ra loại vật liệu có khả xử lý dầu loang tốt, có

sẵn, rẻ tiền và cho hiệu suất caotừlớp xốp của cây rau nhút (Neptunia oleracea)

Ðể khảo sát hình thái học bề mặt của mẫu tiến hành chụp ảnh vi cấu trúc bề mặt bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM)với độ phóng đại lớn gấp nhiều lần

Để khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu đối với dầu trong hệ dầu nước và các yếu tố ảnh hưởng tới độ hấp phụ như môi trường nước, thời gian tiếp xúc và nồng độ ban đầu của dầu, chúng tôi đã tiến hành lần lượt các thí nghiệm:

 Tìm phương án làm khô vật liệu,

 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc,

 Ảnh hưởng của nồng độ dầu tới độ hấp phụ của vật liệu,

 Khả năng tái sử dụng của vật liệu

1.1 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

 Xác định điều kiện làm khô vật liệu,

 Tìm được thời gian hấp phụ bão hòa của vật liệu,

 Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ dầu ban đầu tới độ hấp phụ của vật liệu,

 Xác định đường hấp phụ đẳng nhiệt,

 Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu,

 Khảo sát bề mặt vật liệu

I TỔNG QUAN

1.1 Tác hại của dầu tràn

Khi sự cố ô nhiễm dầu xảy ra sẽ làm các HST bị ảnh hưởng nghiêm trọng Trong

đó, thể hiện rõ nét nhất là HST rừng ngập mặn, cỏ biển, vùng triều bãi cát, đầm phá và các rạn san hô Ô nhiễm dầu đã làm giảm sức chống đỡ, tính linh hoạt và khả năng khôi phục của các HST từ tác động của các tai biến Cụ thể, các tác động tiêu cực của

ô nhiễm dầu đến các HST được hiểu theo 3 cấp độ: Suy thoái, tổn thương và mất HST Năm 1989, tàu Leela mang quốc tịch Ship bị đắm tại cảng Quy Nhơn đã gây ra những thiệt hại hết sức to lớn cho khu vực này Kết quả thu thập mẫu sinh vật tại 36 trạm khảo sát thuộc hai vịnh Quy Nhơn và Lăng Mai cho thấy, ô nhiễm dầu đã làm số lượng loài tảo chỉ còn 1.000 - 10.000 tế bào/ m3, động vật phù du còn khoảng vài trăm

cá thể/ m3 Cả hai nhóm này mật độ đều bị giảm từ 100 - 1.000 lần so với điều kiện bình thường Nhóm sinh vật bám bị chết tức thời ở mức 30,7% đối với các con trưởng thành và 83% ở cá thể non Các loài tôm sú, tôm rảo ở đầm nuôi đều bị chết ở dạng đầu bị đen, vỏ mềm nhũn Cá trong đầm chết pha trộn mùi dầu, không thể sử dụng được Ngoài ra, dầu còn bám trên các cây sú vẹt với hàm lượng dầu trung bình từ 4,0 - 9,2 mg/ cm2 và trên thân cây 5,3 - 22,6 mg/ cm2 Theo kết quả khảo sát, còn xác định được hiện tượng lắng đọng dầu trong trầm tích đáy biển, rừng ngập mặn có nguy cơ bị

ô nhiễm môi trường HST đầm nuôi trong thời gian dài sẽ bị ảnh hưởng nặng nề Toàn

bộ hàng trăm hecta đầm nuôi mất trắng do tôm cá bị chết Khả năng phục hồi đầm nuôi có thể phải mất ít nhất 2 - 3 năm thau rửa đầm Bài học vụ đắm tàu Leela vẫn còn nguyên giá trị cho đến tận ngày nay

Từ đầu tháng 2/2007 đến nay, mức độ ô nhiễm dầu ở nước ta với quy mô lớn hơn rất nhiều so với đợt ô nhiễm dầu cục bộ năm 1989, vì vậy chắc chắn thiệt hại về kinh

tế - xã hội là rất lớn, trong đó cần phải nhấn mạnh đến những tác động của ô nhiễm dầu đến các HST biển và ven biển

Vừa qua, nhóm nghiên cứu của Viện nghiên cứu Tài nguyên và Môi trường biển

đã có cuộc khảo sát thực tế và xác định một số hiện tượng tác động tiêu cực đến các HST trong 6 tháng đầu năm 2007, trong đó có sự ảnh hưởng của ô nhiễm dầu gây ra Vào tháng 5/2007, trong đợt khảo sát đầm phá Tam Giang - Cầu Hai, đã nhóm phát hiện có nhiều tôm nuôi bị chết trong các đầm nuôi thuộc đầm phá do bị đen đầu hoặc

đỏ đầu gây ra Đến tháng 7/2007, khảo sát tại Côn Đảo cho thấy, các loài sao biển và

thỏ biển bị chết trôi dạt lên bãi tắm và có dầu bao quanh [5] Như vậy, có thể thấy ô nhiễm dầu đã tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên các HST biển và ven biển ở các khía cạnh sau:

 Làm biến đổi cân bằng ôxy của HST: Dầu có tỷ trọng nhỏ hơn nước, khi chảy loang trên mặt nước, dầu tạo thành váng và bị biến đổi về thành phần và tính chất Khi dầu loang, hàm lượng dầu trong nước tăng cao, các màng dầu làm giảm khả năng trao đổi ôxy giữa không khí với nước, làm giảm hàm lượng ôxy của hệ, như vậy cán cân điều hòa ôxy trong hệ bị đảo lộn

Hình 1.1: Dầu loang trên vịnh Mexicô

 Làm nhiễu loạn các hoạt động sống trong hệ: Đầu tiên phải kể đến các nhiễu loạn áp suất thẩm thấu giữa màng tế bào sinh vật với môi trường, cụ thể là các loài sinh vật bậc thấp như sinh vật phù du, nguyên sinh động vật luôn luôn phải điều tiết áp suất thẩm thấu giữa môi trường và cơ thể thông qua màng tế bào Dầu bao phủ màng tế bào, sẽ làm mất khả năng điều tiết áp suất trong cơ thể sinh vật, đồng thời cũng là nguyên nhân làm chết hàng loạt sinh vật bậc thấp, các con non và ấu trùng Dầu bám vào cơ thể sinh vật sẽ ngăn cản quá trình hô hấp, trao đổi chất và sự di chuyển của sinh vật trong môi trường nước Theo đánh giá của các chuyên gia, nồng độ dầu trong nước chỉ 0,1 mg/l có thể gây chết các loài sinh vật phù du, mắt xích đầu tiên trong lưới thức ăn ở biển Đối

với các sinh vật đáy, ô nhiễm dầu có thể ảnh hưởng rất lớn đến con non và ấu trùng Đối với các cá thể trưởng thành, dầu có thể bám vào cơ thể hoặc được sinh vật hấp thụ qua quá trình lọc nước, dẫn đến làm giảm giá trị sử dụng do có mùi dầu Ảnh hưởng của dầu đối với chim biển chủ yếu là thấm ướt lông chim, làm giảm khả năng cách nhiệt của bộ lông, làm mất tác dụng bảo vệ thân nhiệt của chim và chức năng phao bơi, giúp chim nổi trên mặt nước Khi bị nhiễm dầu, chim thường di chuyển khó khăn, ở mức độ nhẹ chúng tỏ ra khó chịu, có khi phải di chuyển nơi cư trú; ở mức độ nặng có thể bị chết Dầu còn ảnh hưởng đến khả năng nở của trứng chim Bên cạnh đó, cá là nguồn lợi lớn nhất của biển

và cũng là đối tượng chịu tác động tiêu cực mạnh mẽ của sự cố ô nhiễm dầu, ảnh hưởng này phụ thuộc vào mức độ tan của các hợp chất độc hại có trong dầu vào trong nước Dầu bám vào cá, làm giảm giá trị sử dụng do gây mùi khó chịu Đối với trứng cá, dầu có thể làm trứng mất khả năng phát triển, trứng có thể bị

“ung, thối” Dầu gây ô nhiễm môi trường làm cá chết hàng loạt do thiếu ôxy hòa tan trong nước

Hình 1.2: Tác hại của dầu loang tới động vật

 Gây ra độc tính tiềm tàng trong HST: Ảnh hưởng gián tiếp của dầu loang đối với sinh vật thông qua quá trình ngăn cản trao đổi ôxy giữa nước với khí quyển tạo điều kiện tích tụ các khí độc hại như H2S và CH4 làm tăng PH trong môi trường sinh thái Dưới ảnh hưởng của các hoạt động sinh - địa hóa, dầu dần dần

bị phân hủy, lắng đọng và tích lũy trong các lớp trầm tích của HST làm tăng cao hàm lượng dầu trong trầm tích gây độc cho các loài sinh vật sống trong nền đáy và sát đáy biển

 Cản trở các hoạt động kinh tế ở vùng ven biển: Dầu trôi theo dòng chảy mặt, sóng, gió, dòng triều dạt vào vùng biển ven bờ, bám vào đất đá, kè đá, các bờ đảo làm mất mỹ quan, gây mùi khó chịu đối với du khách khi tham quan du lịch

Do vậy, doanh thu của ngành du lịch đã bị thiệt hại nặng nề Mặt khác, ô nhiễm dầu còn làm ảnh hưởng đến nguồn giống tôm cá, thậm chí bị chết dẫn đến giảm năng suất nuôi trồng và đánh bắt thủy sản ven biển

Hình 1.3: Cá chết do dầu loang

1.2 Giới thiệu vật liệu nghiên cứu

Rau nhút còn được gọi là rau rút có tên khoa học Neptunia oleracea, thuộc họ đậu Fabaceae Ðây là cây thảo nổi trên mặt nước, quanh thân có lớp xốp trắng (lớp phao),

lá kép lông chim và có hoa màu vàng, quả chứa 6 hạt dẹt, nhẵn [8]

Hình 1.4: Cây rau Neptunia oleracea (rau Nhút)

Cây rau Nhút phân bố ở những nơi ngập nước và có sình dưới nền đáy của vùng khí hậu nhiệt đới châu Á, châu Phi và Nam Mỹ Đặc biệt là Thái Lan, Ấn Độ, Trung Quốc, Việt Nam…[11] Có thể nhân giống loại cây này bằng cách cắt gốc hoặc gieo hạt Hạt giống có thể bảo quản trong 90 năm [13] Sau khi gieo gốc thì sau 1 tháng là

có thể thu hoạch với năng xuất cao [18]

Các nốt gốc của cây có kết hợp cộng sinh với loại vi khuẩn Nodulated Allorhizobium undicola để tổng hợp đạm từ Nitơ ngoài bầu khí quyển, nên môi trường trồng loại cây này thường có hàm lượng đạm cao, thúc đẩy quá trình phát triển của nó

và các loài khác trong cùng môi trường sống Nên một số nơi cải tạo môi trường nước bằng cách trồng loại cây này [6]

Bảng1.1: Thành phần chất dinh dưỡng trong 100g rau Neptunia oleracea[8]

Hình 1.5: Ruộng trồng rau Neptunia oleracea

Ngoài ra, thân và lá cây này còn được danh y Tuệ Tĩnh sử dụng làm dược liệu điều trị các bệnh hòa tạng phủ, thông lợi trường vị, tiêu thũng[2] Ở Malaysia,Người dân Kelantan sử dụng gốc, rễ của N oleracea như một phương thuốc trị bệnh hoại tử mũi và vòm miệng cứng, nước ép của thân cây được nhỏ vào tai để chữa bệnh đau tai

và gốc được sử dụng chữa bệnh giang mai [10] Tại Nigeria, N oleracea được sử dụng trong điều trị bệnh sốt vàng da và nhiễm trùng sâu Guinea [8] Hợp chất Pheophorbide

A được phân lập từ chất diệp lục của cây này có thể gây ra kích hoạt lại vi rút Barr gây ức chế khối u Promoter [9]

Epstein-Lớp xốp của cây rau N oleracea là phần bỏ đi, không có giá trị về kinh tế Trong

đề tài này chúng tôi sẽ sử dụng lớp xốp của cây rau N oleracea để xử lý dầu loang

II PHẦN THỰC NGHIỆM

2.1 Thiết bị và hóa chất

2.1.1 Thiết bị

● Máy cô quay chân không Trung tâm QT&PTMT

 Cân phân tích PA214C, Ohaus, Mỹ Trường ĐH BR – VT

 Bình cầu, cốc thủy tinh, phễu thủy tinh các loại…

2.1.2 Hóa chất

 Clorofooc (NSX Trung Quốc),

 Axit clohidric tinh khiết,

 Dầu diezen 0.25%S,

 Mẫu nước nhiễm dầu dùng để thí nghiệm được pha bởi dầu diezen 0.25%S với nước cất, nước sông và nước biển theo tỷ lệ khác nhau Trong đó sử dụng nước sông tại khu vực cảng Bến Đình thành phố Vũng Tàu và nước biển sử dụng là nước biển Bãi Trước thành phố Vũng Tàu Đây là 2 khu vực tập trung nhiều tàu thuyền qua lại và khả năng ô nhiễm dầu loang cao

(I) (II)

Hình 2.1: (I) khu vực bãi trước TP Vũng Tàu;

(II) khu vực cảng Bến Đình TP Vũng Tàu

2.2 Chế tạo vật liệu hấp phụ từ rau Neptunia oleracea

Hình 2.2: Lớp xốp cây rau Neptunia oleracea

Quy trình xử lý vật liệu được thực hiện như sau:

Lớp xốp của cây rau nhút tự nhiên được tách khỏi thân và đem rửa sạch nhiều lần bằng nước sạch, cắt nhỏ với kích thước trung bình là 2 cm Và đem đi xác định điều kiện xử lý vậy liệu tối ưu theo trình tự tiến hành như sau:

Hình 2.3: Vật liệu sau khi làm sạch Thí nghiệm 1: Làm khô vật liệu bằng phương pháp sấy

Cho vào 10 rỏ đựng 15 g vật liệu đã xử lý ở trên và đem đi sấy ở nhiệt độ 500C Sau mỗi mấc thời gian: 0; 30; 60; 20; 250; 280; 310; 340; 370; 400 phút thì lấy vật liệu trong một rỏ đi ổn định nhiệt độ trong bình hút ẩm và cân Tiếp theo, cho lượng vật liệu đó vào cốc chứa 100% dầu trong 30 phút rồi đem đi lọc bằng phễu thủy tinh trong

30 phút và đem cân Lặp lại các thí nghiệm với các nấc nhiệt độ khác nhau là 600C,

700C và 1000C

Thí nghiệm 2: Làm khô vật liệu bằng phương pháp khô gió

Tương tự thí nghiệm trên, Cho vào 10 rỏ đựng 15 g vật liệu đã xử lý ở trên và để khô gió, trong điều kiện nhiệt độ phòng thí nghiệm và sử dụng quạt Senko cánh 40 cm, nguồn điện: 220 V/ 50 Hz/ 47 kW để tạo gió Sau mỗi mấc thời gian: 0; 30; 60; 20; 250; 280; 310; 340; 370; 400 phút thì lấy vật liệu trong một rỏ đi ổn định nhiệt độ

trong bình hút ẩm và cân Tiếp theo, cho lượng vật liệu đó vào cốc chứa 100% dầu trong 30 phút rồi đem đi lọc bằng phễu thủy tinh trong 30 phút và đem cân

2.3 Khảo sát đặc tính của vật liệu

2.3.1 Khảo sát hình thái học bề mặt bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) [1]

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) là thiết bị sử dụng để nghiên cứu hình thái học

bề mặt của mẫu Đây là thiết bị dùng để chụp ảnh vi cấu trúc bề mặt với độ phóng đại lớn gấp nhiều lần so với kính hiển vi quang học với nguyên tắc hoạt động như sau Chùm tia điện tử có năng lượng cao - được gọi là chùm tia điện tử sơ cấp được tạo ra

và điều khiển chùm tia này quét trên một diện tích rất nhỏ của bề mặt mẫu Sau đó, các tín hiệu được phát ra do tương tác của điện tử sơ cấp với mẫu - được gọi là các tín hiệu thứ cấp được ghi nhận và phân tích Các tín hiệu này bao gồm: điện tử thứ cấp (1), chùm điện tử tán xạ ngược (2), điện tử tán xạ không đàn hồi (3), điện tử tán xạ đàn hồi (4), điện tử hấp thụ (5), điện tử Auger (6) và tia X (7) Các tín hiệu (1, 2, 5, 6, 7) được

sử dụng trong kính hiển vi điện tử quét Căn cứ vào các thông tin thu được bởi ống đếm từ các tín hiệu trên, người ta có thể dựng lại hình thái bề mặt của mẫu một cách chính xác

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét (SEM)

2.4 Khảo sát hấp phụ

Các thí nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ phòng theo trình tự như sau:

2.4.1 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc

Cho lần lượt 0.3 g vật liệu vào 8 cốc chứa 100% nước cất Sau mỗi khoảng thời gian tiếp xúc là: 5, 10, 15, 20, 25, 30, 45, 60 phút thì đem 1 cốc đi lọc trong 30 phút rồi cân ta thu được kết quả khối lượng vật liệu sau khi tiếp xúc Để xác định độ hấp phụ của vật liệu ta lấy khối lượng vật liệu sau khi tiếp xúc trừ khối lượng vật liệu ban đầu (0.3 g) rồi chia cho khối lượng ban đầu Lặp lại các thí nghiệm và cách tính tương tự với dầu DO, nước sông tại cảng Bến Đình và nước biển Bãi Trước thành phố Vũng Tàu Từ đó ta có đồ thị biểu diễn sự biến đổi độ hấp phụ của vật liệu khi thời gian tiếp xúc thay đổi

2.4.2 Ảnh hưởng của nồng độ dầu tới độ hấp phụ của vật liệu

Cho cùng một lượng vật liệu là 0.3 g vào các cốc chứa mẫu nước cất nhiễm dầu (CD), nước sông nhiễm dầu (SD) và nước biển nhiễm dầu (BD) có nồng độ giảm dần theo tỷ lệ pha ở bảng 1 Để tiếp xúc trong 10 phút, sau đó lọc qua phễu thủy tinh trong

30 phút Hàm lượng dầu còn lại trong nước sau khi hấp phụ được đưa đi xác định hàm lượng dầu trong nước theo TCVN 4582 – 88 (Phụ lục 1)

Bảng 2.1: Tỷ lệ pha mẫu nước nhiễm dầu

2.4.3 Khả năng tái sử dụng của vật liệu

Để khảo sát số lần tái sử dụng của vật liệu tôi cho 1g vật liệu hấp phụ vào cốc chứa dầu có nồng độ bằng 1 Tiến hành hấp phụ trong 10 phút rồi lọc qua phễu thủy tinh trong 30 phút Khối lượng chênh lệch trước và sau của vật liệu là lượng dầu bị hấp phụ của lần 1 Tiếp theo sử dụng phương pháp ép để thu hồi lại lượng dầu bị hấp phụ bởi vật liệu, cân vật liệu sau khi ép đến khối lượng không đổi và tiến hành thí nghiệm như lần 1, ta có kết quả của lần sử dụng thứ 2 Thí nghiệm lặp được dừng lại khi độ hấp phụ của vật liệu không đáng kể

III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Xử lý vật liệu

Kết quả thí nghiệm làm khô vật liệu được thể hiện tại bảng 3.1 và hình 3.1

Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm làm khô vật liệu

Phương án làm

khô

Thời gian làm khô

m0: Khối lượng vật liệu ban đầu, (g),

m1: Khối lượng vật liệu sau khi hấp phụ, (g),

md: Khối lượng dầu bị hấp phụ, (g)

Kết quả trên hình 3.1 và bảng 3.1 cho thấy trong cùng khoảng thời gian làm khô thì phương án để khô gió cho khả năng hấp phụ cao hơn phương án sấy Quan sát bằng cảm quan tôi nhận thấy bề mặt của vật liệu khi sấy ở nhiệt độ càng cao thì nó càng bết trong khi đó độ ẩm bên trong vẫn cao Chứng tỏ vật liệu tươi không bền với nhiệt độ cao khi xử lý Điều này cũng có thể lý giải cho hiện tượng phương án để khô gió cho khả năng hấp phụ cao hơn phương án sấy Từ đó, tôi chọn phương án khô gió để làm khô vật liệu và thời gian khô gió tối ưu là 6 giờ ứng với độ ẩm 22%

Hình 3.1: Kết quả thí nghiệm làm khô vật liệu

3.2 Khảo sát đặc tính vật liệu

Kết quả đo SEM của vật liệu được thể hiện tại hình 3.2

Hình 3.2: Kết quả đo SEM của vật liệu sau khi làm khô

Kết quả từ hình ảnh SEM cho thấy rằng cấutrúc của vật liệu này không có dạng mao quản như nhận định bao đầu Sự hấp phụ các phân tử chất bị hấp phụ chủ yếu xảy

ra trên bề mặt Điều này lý giải tại sao vật liệu này lại có sự hấp phụ chọn lọc đối với