NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VỎ TRẤU BIẾN TÍNH BẰNG CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT CTAB TRONG XỬ LÍ DẦU LOANG TRÊN BIỂN

Hiện tượng tràn dầu trên biển đã và đang là một vấn đề nhức nhối cho môi trường, hệ sinh thái và con người. Với nạn ô nhiễm dầu loang như ngày nay thì đã có nhiều vật liệu được nghiên cứu để xử lí, khắc phục hiện tượng đó như: enretech, corbol, aeroge, cellusord, Petroabs … Tuy nhiên, vì những lí do khác nhau như hiệu quả xử lí và giá thành cao … mà những vật liệu trên chưa được sử dụng rộng rãi. Gần đây, vật liệu nông nghiệp bắt đầu được chú ý nghiên cứu góp phần khắc phục hiện tượng tràn dầu trong đó có vỏ trấu, là một trong những vật liệu đơn giản, rẻ, dễ kiếm và nước ta là một nước xuất khẩu gạo đứng thứ hai thế giới nên hằng năm lượng vỏ trấu thải ra rất nhiều. Mặt khác, vỏ trấu lại có khả năng hút dầu, chính vì vậy vỏ trấu là vật liệu mà em muốn chọn cho đề tài nghiên cứu vật liệu xử lí ô nhiễm do tràn dầu trên biển.

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VỎ TRẤU BIẾN TÍNH BẰNG CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT CTAB

TRONG XỬ LÍ DẦU LOANG TRÊN BIỂN

Ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học

Chuyên ngành: Hóa dầu

Giảng viên hướng dẫn: TS Lê Thanh Thanh Sinh viên thực hiện: Lê Thị Kim Liên

Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2014

Trang 2

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học ii Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

KHOA HÓA HỌC VÀ CNTP

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI

ĐỒ ÁN/ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

(Đính kèm Quy định về việc tổ chức, quản lý các hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ ban hành kèm theo Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày 16/7/2013 của Hiệu trưởng Trường Đại học BR-VT)

Họ và tên sinh viên: Lê Thị Kim Liên Ngày sinh: 03/01/1992

1 Tên đề tài: Nghiên cứu sử dụng vỏ trấu biến tính bằng chất hoạt động bề mặt

CTAB trong xử lí dầu loang trên biển

2 Giảng viên hướng dẫn: TS Lê Thanh Thanh

3 Ngày giao đề tài: 03/01/2014

4 Ngày hoàn thành đồ án/khoá luận tốt nghiệp: 07/07/2014

Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày 03 tháng 01 năm 2014

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

Trang 3

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học iii Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

LỜI CAM ĐOAN

Trong quá trình thực hiện đồ án, tôi xin cam đoan những số liệu thu được từ quá trình thực nghiệm là hoàn toàn chính xác và không sao chép từ bất kỳ đồ án, công trình nghiên cứu nào Các phần có trích dẫn nội dung từ các tài liệu tham khảo đã được ghi rõ trong phần Tài liệu tham khảo cuối đồ án Tôi xin cam đoan những điều trên là sự thật và chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan này

Trang 4

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học iv Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

Để hoàn thành bài báo cáo đồ án tốt nghiệp này cho phép em được gửi lời cảm

ơn đến Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu, Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

đã tạo điều kiện cho em mượn dụng cụ và phòng thí nghiệm để tiến hành nghiên cứu đề tài Đặc biệt, em xin cảm ơn TS Lê Thanh Thanh đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ em nhiều trong quá trình nghiên cứu đề tài của mình Và cuối cùng em xin cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình làm đồ

án

Tuy vậy, do thời gian có hạn cũng như kinh nghiệm còn hạn chế nên trong bài báo cáo đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế nhất định Vì vậy, em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô giúp em có điều kiện bổ sung, nâng cao kiến thức để hoàn thành tốt hơn cho báo cáo công tác thực tế sau này khi ra trường

Trang 5

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học v Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM ƠN iv

MỤC LỤC v

TỪ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ x

LỜI MỞ ĐẦU xi

Chương 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Đặt vấn đề 3

1.2 Mục tiêu đề tài 5

Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 6

2.1 Lí thuyết về nhũ tương và quá trình hấp phụ 6

2.1.1 Lí thuyết về nhũ tương 6

2.1.2 Lí thuyết về quá trình hấp phụ 15

2.2 Các phương pháp tách nhũ tương của dầu thô 30

2.2.1 Phương pháp lắng đọng do trọng lực 30

2.2.2 Phương pháp ly tâm 30

2.2.3 Phương pháp cơ học 31

2.2.4 Phương pháp hóa học 32

2.2.5 Phương pháp nhiệt 32

2.2.6 Phương pháp tĩnh điện 33

2.3 Phương pháp xử lí dầu tràn trên biển 34

2.3.1 Tác hại của dầu tràn 34

2.3.2 Các biện pháp ngăn chặn và thu gom dầu 37

2.3.3 Một số vật liệu nghiên cứu trong xử lí dầu tràn trên biển 40

2.3.4 Giới thiệu vật liệu nghiên cứu trong đề tài 40

Chương 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43

3.1 Phương tiện nghiên cứu 43

3.1.1 Dụng cụ và thiết bị 43

Trang 6

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học vi Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

3.1.2 Nguyên vật liệu 43

3.1.3 Hóa chất 43

3.2 Phương pháp nghiên cứu 43

3.2.1 Các phương pháp xác định đặc tính của chất hấp phụ 43

3.2.2 Chuẩn bị và xác định tính chất nước thải nhiễm dầu 45

3.2.3 Chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ trấu 47

3.2.4 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ dầu 50

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 52

4.1 Khảo sát khả năng hấp phụ của các mẫu vật liệu vỏ trấu 52

4.2 Khảo sát đặc tính vật liệu 53

4.2.1 Kết quả chụp SEM 53

4.2.2 Kết quả chụp phổ hồng ngoại (FT-IR) 54

4.3 Khảo sát hấp phụ 55

4.3.1 Ảnh hưởng của kích thước hạt 55

4.3.3 Ảnh hưởng của thời gian 57

4.3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ 58

4.3.5 Ảnh hưởng của pH 60

4.3.7 Khảo sát khả năng hấp phụ cực đại 62

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

PHỤ LỤC 69

Trang 7

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học vii Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

TỪ VIẾT TẮT

TỪ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU

1 Các chữ viết tắt

API American Petroleum Institute Viện dầu mỏ Hoa kì

BET Brunauer - Emment – Teller

CTAB Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide

DO Diesel Oil Dầu diesel

FO Fuel Oil

HST Hệ sinh thái

KAERI Korea Atomic Energy Research Institute Viện nghiên cứu năng lượng nguyên tử Hàn Quốc NSX Ngày sản xuất

m Khối lượng của vỏ trấu ban đầu

MVT Nc Mẫu vỏ trấu thô xử lí bằng nước cất

MVT Me Mẫu vỏ trấu thô xử lí bằng methanol

MVT Nc' Mẫu vỏ trấu xay nhỏ xử lí bằng nước cất

MVT Me' Mẫu vỏ trấu xay nhỏ xử lí bằng methanol

Trang 8

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học viii Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

Trang 9

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học ix Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

Bảng 4.3: Ảnh hưởng của kích thước đến khả năng hấp phụ

Bảng 4.4: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến độ hấp phụ

Bảng 4.5: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ

Bảng 4.6: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng hấp phụ của vật liệu

Bảng 4.7: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu

Bảng 4.8: Ảnh hưởng của nồng độ dầu đến khả năng hấp phụ của vật liệu

Bảng 4.9: Đường đẳng nhiệt hấp phụ

Bảng 4.10: Các hằng số Langmuir và hệ số tương quan

Bảng 4.11: Các hằng số Freundlich và hệ số tương quan

Trang 10

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học x Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ

Hình 2.1: Ảnh hưởng của pH đến sức căng bề mặt nhũ tương W/O

Hình 2.2: Ảnh hưởng của pH đến thời gian tổ chức lại bề mặt nhũ tương W/O Hình 2.3: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn đến độ bền nhũ

Hình 2.4: Cơ chế hấp phụ

Hình 2.5: Các loại đường đẳng nhiệt hấp phụ

Hình 2.6: Mối quan hệ ε = f(W)

Hình 2.7: Không gian hấp phụ

Hình 2.8: Tác hại của dầu loang đối với động vật

Hình 2.9: Tác hại đối với du lịch biển

Sơ đồ 2.10: Sơ đồ ứng cứu khi sự cố tràn dầu xảy ra

Hình 2.11: Mô hình diễn tả sự phân tán của chất hóa học

Hình 2.12: Cây lúa và vỏ trấu

Sơ đồ 3.1: Sơ đồ nguyên lí của kính hiển vi điện tử quét (SEM)

Hình 3.2: Nước thải nhiễm dầu

Hình 3.3: Nước thải nhiễm dầu dưới kính hiển vi với độ phóng đại 100 lần

Hình 4.1: Độ hấp phụ trong 3 giờ

Hình 4.2: Độ hấp phụ trong 5 giờ

Hình 4.3: Ảnh SEM của vật liệu biến tính MVT Me'

Hình 4.4: Phổ hồng ngoại (FT-IR) của vật liệu biến tính MVT Me'

Hình 4.5: Ảnh hưởng của kích thước

Hình 4.6: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy

Hình 4.7: Ảnh hưởng của thời gian

Hình 4.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ

Hình 4.9: Ảnh hưởng của pH

Hình 4.10: Ảnh hưởng của nồng độ dầu

Hình 4.11: Đồ thị để tìm các hằng số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Hình 4.12: Đồ thị để tìm các hằng số phương trình Freundlich

Trang 11

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học xi Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

LỜI MỞ ĐẦU

Làm luận văn tốt nghiệp là một quá trình tạo điều kiện giúp cho sinh viên năm cuối có cơ hội tìm hiểu, rèn luyện ý thức tổ chức kỷ luật, tính tự giác, độc lập, chủ động trong nghiên cứu, cũng cố lại kiến thức đã học và phát triển kĩ năng của bản thân trước khi tốt nghiệp ra trường Và ở đây em chọn đề tài “Nghiên cứu sử dụng vật liệu xử lí dầu loang trên biển” làm đề tài nghiên cứu cho luận văn tốt nghiệp của mình

rẻ, dễ kiếm và nước ta là một nước xuất khẩu gạo đứng thứ hai thế giới nên hằng năm lượng vỏ trấu thải ra rất nhiều Mặt khác, vỏ trấu lại có khả năng hút dầu, chính

vì vậy vỏ trấu là vật liệu mà em muốn chọn cho đề tài nghiên cứu vật liệu xử lí ô nhiễm do tràn dầu trên biển

2 Tình hình nghiên cứu

Hiện tại tình hình nghiên cứu xử lí ô nhiễm do tràn dầu trên biển bằng vật liệu

vỏ trấu đã được nghiên cứu nhiều, cụ thể từ vỏ trấu người ta đã chế tạo ra các vật liệu dưới dạng bột, có thể dự trữ sẵn trên tàu để kịp thời xử lí khi có sự cố xảy ra

Và hiện nay hướng nghiên cứu từ vỏ trấu vẫn được tiếp tục nghiên cứu và phát triển

Trang 12

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học xii Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

- Đối tượng nghiên cứu: vỏ trấu được lấy tại tỉnh Bà Rịa Vũng tàu

- Phạm vi nghiên cứu: Trong phòng thí nghiệm

5 Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài nghiên cứu

Với đề tài em đang nghiên cứu từ những phế thải nông nghiệp như vỏ trấu không chỉ giúp ích cho quá trình xử lí dầu loang trên biển để hạn chế một phần nào

đó sự ô nhiễm do dầu gây ra và ngoài ra còn góp phần vào việc giải quyết vấn đề bãi chứa, đầu ra cho phế phẩm nông nghiệp sau khi thu hoạch

6 Phương pháp nghiên cứu

- Xác định tính chất của chất hấp phụ bằng phương pháp SEM, phổ hồng ngoại IR

- Tiến hành các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ, pH, tốc

độ khuấy, nồng độ, kích thước vật liệu

7 Dự kiến kết quả nghiên cứu

- Xác định được một số đặc điểm bề mặt của vật liệu hấp phụ

- Đánh giá được khả năng sử dụng vật liệu hấp phụ từ vật liệu phế thải nông nghiệp là vỏ trấu sử dụng cho quá trình xử lí ô nhiễm do tràn dầu trên biển

Trang 13

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 1 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

LỜI MỞ ĐẦU

Làm luận văn tốt nghiệp là một quá trình tạo điều kiện giúp cho sinh viên năm cuối có cơ hội tìm hiểu, rèn luyện ý thức tổ chức kỷ luật, tính tự giác, độc lập, chủ động trong nghiên cứu, cũng cố lại kiến thức đã học và phát triển kĩ năng của bản thân trước khi tốt nghiệp ra trường Và ở đây em chọn đề tài “Nghiên cứu sử dụng vật liệu xử lí dầu loang trên biển” làm đề tài nghiên cứu cho luận văn tốt nghiệp của mình

rẻ, dễ kiếm và nước ta là một nước xuất khẩu gạo đứng thứ hai thế giới nên hằng năm lượng vỏ trấu thải ra rất nhiều Mặt khác, vỏ trấu lại có khả năng hút dầu, chính

vì vậy vỏ trấu là vật liệu mà em muốn chọn cho đề tài nghiên cứu vật liệu xử lí ô nhiễm do tràn dầu trên biển

9 Tình hình nghiên cứu

Hiện tại tình hình nghiên cứu xử lí ô nhiễm do tràn dầu trên biển bằng vật liệu

vỏ trấu đã được nghiên cứu nhiều, cụ thể từ vỏ trấu người ta đã chế tạo ra các vật liệu dưới dạng bột, có thể dự trữ sẵn trên tàu để kịp thời xử lí khi có sự cố xảy ra

Và hiện nay hướng nghiên cứu từ vỏ trấu vẫn được tiếp tục nghiên cứu và phát triển

10 Mục đích nghiên cứu

Mục đích của đề tài này nhằm tìm kiếm vật liệu rẻ tiền, dễ kiếm có thể sử dụng cho quá trình xử lí nước thải nhiễm dầu

Trang 14

11 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: vỏ trấu được lấy tại tỉnh Bà Rịa Vũng tàu

- Phạm vi nghiên cứu: Trong phòng thí nghiệm

12 Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài nghiên cứu

Với đề tài em đang nghiên cứu từ những phế thải nông nghiệp như vỏ trấu không chỉ giúp ích cho quá trình xử lí dầu loang trên biển để hạn chế một phần nào

đó sự ô nhiễm do dầu gây ra và ngoài ra còn góp phần vào việc giải quyết vấn đề bãi chứa, đầu ra cho phế phẩm nông nghiệp sau khi thu hoạch

13 Phương pháp nghiên cứu

- Xác định tính chất của chất hấp phụ bằng phương pháp SEM, phổ hồng ngoại IR

- Tiến hành các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ, pH, tốc

độ khuấy, nồng độ, kích thước vật liệu

14 Dự kiến kết quả nghiên cứu

- Xác định được một số đặc điểm bề mặt của vật liệu hấp phụ

- Đánh giá được khả năng sử dụng vật liệu hấp phụ từ vật liệu phế thải nông nghiệp là vỏ trấu sử dụng cho quá trình xử lí ô nhiễm do tràn dầu trên biển

Trang 15

Chương 1: GIỚI THIỆU

1.1 Đặt vấn đề

Dầu mỏ là một trong những nguồn nhiên liệu vô cùng quan trọng và đóng vai trò rất lớn trong việc thúc đẩy sự phát triển nền kinh tế của mỗi quốc gia trên thế giới, hầu như mọi ngành công nghiệp đều phụ thuộc rất lớn vào nguồn tài nguyên quý giá này

Thế nhưng, cùng với sự phát triển của ngành dầu khí thì một trong những vấn

đề được mọi người rất quan tâm hiện nay là tình trạng ô nhiễm môi trường do các hoạt động khai thác, vận chuyển và sử dụng dầu mỏ trên thế giới Kể từ khi hoạt động khai thác và sử dụng dầu mỏ được diễn ra thì đã có rất nhiều sự cố xảy ra, trở thành những mối đe dọa lớn đối với môi trường nói chung và hệ sinh thái biển nói riêng Theo 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, nỗi bật có thể kể đến: năm 1978 tàu Amoco Cadiz đổ 231.000 tấn dầu thô xuống vùng Brittany - Tây Bắc nước Pháp; năm 1989 tàu Exxon Valdez làm tràn 40.000 tấn dầu ngoài khơi Alaska (Mỹ); năm 2002 tàu Prestige làm tràn 77.000 tấn dầu ngoài khơi phía Tây Bắc Tây Ban Nha; năm 2007 Hebei Spirit làm tràn 2.7 triệu gallon dầu ra biển Tây Nam Hàn Quốc [13]; 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 [23]

Riêng đối với vùng biển Việt Nam là loại biển mở nối liền Thái Bình Dương và

Ấn Độ Dương, là một trong những trục hàng hải có lưu lượng tàu bè qua lại rất lớn, trong đó 70% là tàu chở dầu Tuy chưa xếp vào biển có mức độ ô nhiễm nghiêm trọng, nhưng cũng được cảnh báo là có nguy cơ ô nhiễm cao trong tương lai, vì công nghiệp đang phát triển mạnh ở các vùng duyên hải, cộng thêm hoạt động thăm

dò, khai thác, vận chuyển dầu khí trong khu vực ngày càng gia tăng [24] Trong hội thảo quốc tế “Trao đổi kinh nghiệm trong phát triển, ứng phó, xử lý và khắc phục ô

Trang 16

nhiễm do sự cố tràn dầu trên biển” do Bộ Tài Nguyên và Môi Trường tổ chức ngày 28/02/2008 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 dở 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

(DO) gây ô nhiễm 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 65 tấn, số còn lại hầu như tràn ra biển … Đặc biệt, trong hai năm 2006 và 2007, tại ven biển các tỉnh miền Trung và miền Nam đã xảy ra một 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 06/12/2006 – 23/04/2007, PGS – TS Nguyễn Đình Dương, Phòng Nghiên cứu và Xử lí Thông tin Môi trường, Viện Địa

lí 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 [22] Các vụ tràn dầu trên gây ô nhiễm môi trường biển, ảnh hưởng nghiêm trọng đến các hệ sinh thái Đặc biệt là hệ sinh thái rừng ngập mặn, cỏ biển, vùng triều, bãi cát, đầm phá và các rạn san hô Ô nhiễm dầu làm giảm khả năng sức chống đỡ, tính linh hoạt và khả năng khôi phục của các hệ sinh thái Hàm lượng dầu trong nước tăng cao, các màng dầu làm giảm khả năng trao đổi oxy giữa không khí và nước, làm giảm oxy trong nước, làm cán cân điều hòa oxy trong hệ sinh thái bị đảo lộn … [3] Chính vì vậy mà việc nghiên cứu để xử lí các ô nhiễm này đang được nhiều nhà khoa học quan tâm với mong muốn tìm được vật liệu có độ hấp phụ cao, rẻ tiền và không gây ảnh hưởng đến môi trường thứ cấp [12] 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 [21]

Trang 17

Bên cạnh đó các nước Âu Mỹ cũng có nhiều nghiên cứu 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 [19] Cùng với những thành tựu mà các nước trên thế giới đạt được thì nước ta cũng đã đạt được nhiều kết quả tốt trong lĩnh vực này, tiêu biểu có 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 [18]

Gần đây, các vật liệu nông nghiệp như mụn cưa, sợi bông gòn, vỏ trấu … bắt đầu được chú ý nghiên cứu để góp phần khắc phục hiện tượng tràn dầu trên biển và Việt Nam chúng ta là một nước có nền kinh tế nông nghiệp khá phát triển nên việc tận dụng chúng rất tốt

Trong đề tài này tôi chọn vỏ trấu, một vật liệu nông nghiệp rẻ, sẵn có và trong thành phần hóa học của nó có chứa celluloses với các nhóm chức sẵn có như hydroxyl (-OH), hemicelluloses và cấu trúc lignin được coi là những nhóm chức tiềm năng cho việc sử dụng làm một vật liệu hấp phụ cho quá trình nghiên cứu xử lí dầu loang trên biển của mình [17]

1.2 Mục tiêu đề tài

thời gian, nồng độ, kích thước hạt, pH

Trang 18

Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 Lí thuyết về nhũ tương và quá trình hấp phụ

và điều kiện áp suất 20 μPa thì một phần thể tích dầu mỏ có thể hòa tan tới 1000 phần thể tích khí Khi lên đến bề mặt do giảm áp khí tách ra với năng lượng đủ lớn

để phân tán các giọt nước vỉa Đó chính là nguyên nhân gây ra nhũ nước

Theo cách phân loại hệ phân tán dị thể, nhũ dầu mỏ được chia thành 3 loại chính:

Đây là loại nhũ chính thường gặp trong khai thác dầu mỏ Hàm lượng pha phân tán (nước) trong môi trường phân tán (dầu mỏ) có thể thay đổi từ 90 ÷ 95%;

Nhũ này tạo thành trong quá trình phá nhũ nghịch, trong quá trình tác động nhiệt hơi nước lên vỉa và trong quá trình xử lý nước thải;

Trang 19

Đối với nhũ dầu mỏ chỉ tiêu quan trọng nhất là độ bền, chính là khả năng trong một khoảng nhất định không bị phá vỡ, không bị tách thành hai pha, không trộn lẫn Khi đánh giá độ bền nhũ người ta phân thành hai loại: Độ bền động học và độ bền tập hợp

nổi lên của hạt pha phân tán dưới tác dụng của trọng lực Đối với hệ loãng, khi hàm lượng pha phân tán nhỏ hơn 3%, độ bền động học của nhũ có thể xác định bằng công thức:

2

K

2 * ( ) * * v

+ g: gia tốc trọng trường

Từ đó ta thấy rằng độ bền động học của nhũ dầu mỏ loãng tỷ lệ thuận với độ nhớt của dầu thô, tỷ lệ nghịch với hiệu tỷ trọng của dầu thô và nước phân tán và tỷ

lệ nghịch với bình phương bán kính giọt nước

hạt khác hay ranh giới phân chia pha vẫn giữ nguyên được kích thước ban đầu của mình Độ bền tập hợp của nhũ được đo bằng thời gian tồn tại của chúng, đối với nhũ dầu mỏ có thể dao động từ vài giây đến nhiều năm:

H T

Trang 20

Do đa số nhũ dầu mỏ có độ bền tập hợp xác định rất cao nên người ta đánh giá đại lượng này theo công thức:

0 0

+ W: hàm lượng pha phân tán tách ra trong quá trình ly tâm

Để so sánh độ bền tập hợp của hệ nhũ với độ nhớt của môi trường, kích thước hạt phân tán hay giá trị ΔP điều kiện ly tâm được điều chỉnh theo công thức Stock:

2( n d) * w *r



 (2.4)

Trong đó:

+ T: thời gian ly tâm của hệ với tốc độ góc đã cho (w, độ/s)

nghiên cứu trong ống ly tâm

Trang 21

Các chất lỏng riêng biệt và dung dịch thường tuân theo định luật chảy nhớt của Newtơn:

dv F= *

Nhũ dầu mỏ là hệ phân tán, có độ nhớt dị thường và chuyển động của nó không tuân theo định luật Newtơn Đối với hệ này độ nhớt không phải là hằng số mà phụ thuộc vào điều kiện chuyển động, trước hết là vào gradient tốc độ trượt

Độ nhớt của nhũ có thể đo bằng nhiều phương pháp khác nhau Ngoài ra có thể xác định độ nhớt của nhũ theo các phương pháp bán thực nghiệm, chẳng hạn như phương trình Taylor:

e

2 5

i e

Hay phương trình Gatchee:

e

3

1

* 1

Trang 22

tương và các hệ phân tán khác Độ phân tán được đo bằng đường kính hạt phân tán hay D =1/d gọi là độ phân tán Hoặc biểu thị bằng bề mặt phân pha riêng trên một đơn vị thể tích pha phân tán Bề mặt riêng của nhũ chứa các hạt hình cầu bán kính r tính theo phương trình:

2

1 3

(cm ) 4

Tuy nhiên, trong thực tế nhũ dầu mỏ chứa cả ba loại trên và được gọi là đa phân tán

Trang 23

Hình 2.1: Ảnh hưởng của pH đến sức căng bề mặt nhũ tương W/O [10]

dau-wo.html, trang 33)

(http://idoc.vn/tai-lieu/cac-yeu-to-anh-huong-den-do-ben-nhu-tuong-nuoc-trong-Hình 2.2: Ảnh hưởng của pH đến thời gian tổ chức lại bề mặt nhũ tương W/O [10]

dau-wo.html, trang 33)

Trang 24

Asphalten là chất lưỡng tính nên ở pH thấp (cation) và pH cao (anion) sẽ làm tăng tính ưa nước của asphalten, làm cho chúng hoạt động bề mặt tích cực hơn tạo lớp cấu trúc ổn định nhũ cao gây khó khăn cho quá trình phá nhũ Hình 2.1, 2.2 cho thấy sức căng bề mặt giảm, thời gian tổ chức lại bề mặt nhũ tương ngắn dần đi ở

pH thấp và pH cao, do đó gây khó khăn cho quá trình phá nhũ của chúng ta

Trộn cơ học là một trong các phương pháp cơ bản để tạo thành nhũ tương từ 2 pha không thể hòa tan vào nhau Thêm pha phân tán từ từ vào pha liên tục trong quá trình phối trộn làm cho quá trình nhũ hóa diễn ra dễ dàng Mặt phân cách giữa các pha phân tán và pha liên tục bị biến dạng để tạo thành giọt Vào lúc bắt đầu của quá trình nhũ tương hóa, hầu hết các giọt tạo thành có kích thước lớn Trong quá trình trộn những giọt nước lớn được chia thành những giọt nhỏ hơn do quá trình phá vỡ của các giọt lớn Các giọt phải bị biến dạng để đạt được sự phá vỡ của chúng, các trạng thái biến dạng chống lại áp lực Laplace Sự sụt giảm áp suất ∆P giữa mặt lõm

và mặt lồi của một bề mặt cong được cho bởi:

Trang 25

Hình 2.3: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn đến độ bền nhũ [11]

(http://idoc.vn/tai-lieu/cac-yeu-to-anh-huong-den-do-ben-nhu-tuong-nuoc-trong-dau-wo.html, trang 23)

Trong quá trình tách nước, các tạp chất cơ học lắng tủa cùng với giọt nước trên

bề mặt phân pha, tạo ra một lớp trung gian đặc khó tách lớp Đây chính là loại nhũ hỗn hợp có độ bền cao, rất khó phá

d Các chất phá nhũ

Chất phá nhũ là các hợp chất hóa học được sử dụng rộng rãi để phá vỡ tính ổn định của nhũ và tham gia trợ giúp cho quá trình liên kết của các giọt nhũ tương Những hợp chất đó được gọi chung là các chất phụ gia phá nhũ hoặc chất phụ gia khử nước

Các tính năng hoạt động một chất phá nhũ yêu cầu phải đạt được là:

pha phân tán kết dính với nhau tạo thành từng chùm giống như chùm trứng cá;

Trang 26

tồn tại Lúc này chất phá nhũ phải trung hòa được chất nhũ hóa, xúc tác để làm rách lớp màng thúc đẩy quá trình liên kết xảy ra, kết quả là làm tăng kích thước các giọt nước phân tán, làm tăng tốc độ lắng;

rắn như: cát, đất sét … sẽ được thấm ướt Nhờ đó mà chúng có thể rời khỏi bề mặt phân giới để khuếch tán vào giọt nước và bị các giọt nước cuốn theo trong quá trình lắng Còn thành phần paraffin, asphanten thì nhờ tác dụng của chất phá nhũ làm giảm độ nhớt của lớp màng bao bọc tạo điều kiện cho dầu thấm ướt chúng và hòa tan chúng vào môi trường phân tán

hướng tới các giọt nước chậm và tạo cặn Đây là chất có khả năng phá hoại nhũ khó

xử lý;

nhanh chóng, có đặc tính thuận lợi cho quá trình khử nhũ triệt để, chúng thể hiện một số khuynh hướng xử lý hiệu quả đối với nhũ tương của dầu có độ API cao;

và phát sáng;

nhũ hiếm, nhưng lại yếu kém đối với xử lý tổng thể Vì vậy, chúng không sử dụng rộng rãi mà chỉ phối hợp các chất khác;

nước trong một số nhũ Chúng thường được trộn lẫn với các chất khác để đạt hiệu quả trong xử lý;

đạt từ khá đến kém Chúng thường được sử dụng trong hỗn hợp để tăng hiệu quả khử nhũ

Trang 27

e Cơ chế tác động của chất phá nhũ

trộn đều vào nhũ Do đặc tính hoạt động chúng di chuyển tới các giọt nước phân tán

và bám vào lớp màng và thay thế chỗ của lớp màng Tính thấm ướt các tạp chất cơ học và chức năng làm giảm độ nhớt của màng bao bọc do các phần tử paraffin;

trình xử lý tạo nên sự tiếp xúc giữa các hạt phân tán tạo nên sự liên kết giữa chúng hình thành các giọt nước phân tán có kích thước lớn hơn;

là chất bị hấp phụ Còn chất bị hấp phụ khi đã được “gắn” và bề mặt vật liệu xốp gọi là chất đã bị hấp phụ

bị hấp phụ có khả năng di chuyển trên bề mặt chất hấp phụ

Hấp phụ vật lý tự diễn ra, chất bị hấp phụ có xu hướng bám lên trên toàn bộ bề mặt chất hấp phụ, nhưng quá trình này bị cản trở bởi quá trình ngược (giải hấp)

Ưu điểm của quá trình hấp phụ vật lý là quá trình thuận nghịch và không định

vị, điều này có ý nghĩa đặc biệt quan trọng khi cần thu hồi chất bị hấp phụ có giá trị hoặc cần hoàn nguyên chất hấp phụ đã bão hòa để tái sử dụng

Trang 28

Một ưu điểm nữa là tốc độ hấp phụ diễn ra nhanh vì hầu như không có năng lượng hoạt hóa

Hấp phụ hóa học thường không thuận nghịch, lực hấp phụ có bản chất hóa học, các phân tử chất bị hấp phụ liên kết với chất hấp phụ bằng lực hóa học mạnh, không dịch chuyển được trên bề mặt chất hấp phụ Hấp phụ hóa học có tốc độ chậm hơn hấp phụ vật lý và cần có năng lượng hoạt hóa

Rất khó phân chia rõ ràng giữa hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý, nhưng có thể

có một số phân biệt như sau:

Bảng 2.1: Tiêu chuẩn để phân biệt hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý

hóa nhưng thường không cao

Phụ thuộc vào nhiệt độ sôi nhưng thường rất thấp

Tốc độ của hai quá trình cũng khác nhau Tốc độ của hấp phụ vật lý luôn luôn cao vì hầu như không có năng lượng hoạt hóa Còn tốc độ của hấp phụ hóa học thì ngược lại và được xác định theo phương trình:

khp,C = k0Ze-E/RT

Trong đó:

+ E: Năng lượng hoạt hóa

+ Z: Số va chạm của phân tử bị hấp phụ trên một đơn vị bề mặt trong một đơn vị thời gian (Z tỉ lệ với áp suất)

Nhiệt hấp phụ cao, nghĩa là trong khoảng nhiệt phản ứng hóa học Do hấp phụ hóa học nhờ lực hóa học nên giải hấp diễn ra khó khăn, thường giải hấp chất khác thay cho chất hấp phụ

Trang 29

Nếu tốc độ của quá trình hấp phụ hóa học phụ thuộc vào nhiệt độ còn được gọi

là quá trình hấp phụ hóa học kích hoạt Còn nếu quá trình hấp phụ diễn ra rất nhanh

và không phụ thuộc vào nhiệt độ được gọi là quá trình hấp phụ hóa học không kích hoạt

Nếu trên bề mặt hấp phụ đã có chất điện ly hấp phụ, khi tiếp xúc chất hấp phụ này với chất điện ly khác thì ở mức độ nào đó ta thấy có chất hấp phụ trao đổi ion, hay trao đổi ion giữa các lớp điện kép của chất hấp phụ và môi trường Trong hấp phụ trao đổi, chất hấp phụ hấp thu lượng xác định ion nào đó đồng thời đẩy vào dung dịch lượng tương đương ion khác có cùng dấu ra khỏi bề mặt Tham gia vào trao đổi không chỉ có các ion bám trên bề mặt chất hấp phụ (nhờ quá trình hấp phụ nào đó tạo ra), mà có thể cả ion nằm sâu trong chất hấp phụ, tất nhiên quá trình chỉ xảy ra ở vị trí dung dịch có thể tiếp xúc được Để phân biệt các trường hợp hấp phụ xảy ra trên bề mặt, người ta thường gọi sự trao đổi ion là hấp phụ

Dựa vào chất hấp phụ có thể phân thành: chất hấp phụ axit – nó xử sự như một axit và có khả năng trao đổi cation với dung dịch; chất hấp phụ bazơ – có tính chất của một bazơ, có thể trao đổi anion với dung dịch

Ngoài ra, còn có chất hấp phụ lưỡng tính, trong điều kiện xác định loại chất hấp phụ này có khả năng trao đổi cả cation và anion Tính chọn lọc ấy cho thấy, quá trình trao đổi ion diễn ra như một phản ứng hóa học, có thể làm thay đổi pH của môi

Quan sát một hệ gồm chất trao đổi ion có kích thước đều nhau chứa ion trao đổi

A và dung dịch B là ion cần trao đổi với A

-HT khi tiếp xúc với dung dịch quá trình trao đổi bắt đầu diễn ra cho đến khi đạt trạng thái cân bằng, trong đó sự phân bố cả ion A và ion B được gắn vào HT trong dung dịch có giá trị không đổi Trong HT-A các ion A khuếch tán vào dung dịch, còn ion B khuếch tán từ dung dịch vào HT Quá trình khuếch tán ngược chiều nhau của hai ion A và B gọi là sự trao đổi ion

Trang 30

Quá trình trao đổi ion là một quá trình nghiêm ngặt về tỉ lượng, mỗi một ion trao đổi rời khỏi hạt vật liệu phải được thay thế bởi một ion tương đương về điện tích từ ngoài dung dịch đi vào Đó là kết quả của quy luật trung hòa điện tích

Quá trình hấp phụ được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ hoá chất, thực phẩm

và nhiều lĩnh vực chế biến khác; từ việc tách triệt để các chất khí có hàm lượng thấp, tẩy màu, tẩy mùi các dung dịch, đến hấp phụ các chất độc hại trong nước và khí thải Ngày nay, các chất hấp phụ đã được chế tạo để tách các đồng phân parafin, tách nhiều chất lỏng hữu cơ phân tử thấp thay cho quá trình chưng luyện trong những trường hợp khó khăn, tách không khí thành hai phần: một phần giàu nitơ (99%), một phần giàu oxy (95%) Ngoài ra, chất hấp phụ còn giữ vai trò quan trọng trong việc sản xuất chất xúc tác

tử nhỏ từ dung dịch thường tăng, còn kích thước nhỏ thì sự hấp phụ sẽ giảm do có tính chọn lọc cao “rây phân tử”

Hấp phụ một chất từ dung dịch diễn ra chậm hơn hấp phụ khí, vì việc giảm nồng độ ở lớp phân cách chỉ được bù lại bằng khuếch tán diễn ra trong lòng chất lỏng tương đối lâu

Sự hấp phụ của các phân tử lớn lên các chất hấp phụ có mao quản hẹp thường đặc biệt chậm Trong điều kiện này cân bằng được thiết lập rất chậm hay nói chung không đạt cân bằng Khi tăng nhiệt độ hấp phụ từ dung dịch giảm đi, tuy nhiên, nếu

độ hòa tan của các chất bị hấp phụ ít hòa tan trong dung môi khi tăng nhiệt độ, thì

sự hấp phụ sẽ tăng nhờ vào cân bằng của dung dịch đạt ở nồng độ cao hơn

Trang 31

d Các chất hấp phụ trong công nghiệp

Các chất hấp phụ cần đạt các yêu cầu cơ bản:

nhưng cũng cần đủ nhỏ để loại các phân tử xâm nhập

Những yêu cầu trên chứng tỏ chất hấp phụ không những phải có bề mặt riêng

mà còn có một số tính chất khác về cấu trúc

Nhìn chung các chất hấp phụ được dùng trong công nghiệp đều xốp, có bề

loại như sau:

Loại này chiếm nhiều nhất Trong các mao quản loại này xảy ra quá trình hấp phụ và ngưng tụ mao quản

Trang 32

kết với các nguyên tử khác và các liên kết bền trước đây giữa chúng; loại các nguyên tố khác đồng thời nâng cao hàm lượng cacbon Quá trình nhiệt phân các loại

Các phản ứng trên (đốt cháy một phần than) đã tạo nên độ xốp với bề mặt

Nhìn chung, đối với loại giàu mao quản nhỏ (phần bề mặt ứng với mao quản nhỏ nhiều) dùng tốt cho hấp phụ khí, nó kém hiệu quả khi dùng hấp phụ các chất hữu cơ Còn than hoạt tính dùng hấp phụ trong dung dịch cần giàu mao quản trung bình

Than hoạt tính thường dùng ở hai dạng:

hấp phụ sau đó lọc Thường được sử dụng để màu, thường có kích thước 0.01 ÷ 0.1

chậm, nhiều tạp chất, sự cạnh tranh hấp phụ lớn, vì vậy để tăng cường tốc độ người

ta thường khuấy và tiến hành ở nhiệt độ khá cao

dụng cho hệ thống có năng suất lớn

Trang 33

tính được dùng rất sớm và rộng rãi nhờ hoạt tính lớn và tính chọn lọc cao Nhược điểm lớn nhất của nó chỉ là dễ cháy, thậm chí gây nổ

Silicagen là chất hấp phụ ưa nước Nó hấp phụ tốt nước và nhiều chất có cực,

quang học, máy móc, không khí và các khí công nghiệp khác, tách nước trong các chất lỏng ít tan trong nước, … Tuy vậy, nó còn có thể dùng tách các chất hữu cơ từ dung dịch (dùng trong sắc ký, công nghiệp dầu mỏ, dược phẩm, …)

Silicagen bền cơ học ở nhiệt độ cao Các tính chất hấp phụ thường thay đổi xấu

Than hoạt tính hấp phụ khá tốt nhiều chất hữu cơ Tuy nhiên, rất kém đối với nhiều chất hữu cơ phân tử thấp chứa các nhóm chức clo, amin, fenol, … Việc tách các chất này và rất nhiều chất khác ra khỏi dung dịch có thể dựa vào các chất dẻo xốp ra đời cách đây không lâu Đó là các chất hấp phụ từ các polime được tổng hợp nhân tạo như styrene, divinyl, benzene, polime, copolime, …

Nói chung, nhựa xốp hấp phụ là các vật liệu có bề mặt kị nước, không có cực, hoặc có cực yếu, trương nhẹ trong các dung môi hữu cơ Ái lực hấp phụ chủ yếu như lực Van der Waals Tuy nhiên, chúng cũng được chế tạo để có tính chọn lọc,

Trang 34

dùng tốt đối với một số chất nào đó Trên thị trường hiện nay thường có hai loại phổ biến:

 Loại XAD-4: có đường kính trung bình 50⊕, bề mặt riêng 750 m2

/g

 Zeolit

Là dạng khoáng từ aluminosilicat được tổng hợp, có thành phần hóa học

Al; n = 2÷14 Zeolit được gọi là “sàng phân tử”, nghĩa là tách được các chất dựa vào sự khác nhau về kích thước phân tử Đó là nhờ mạng tinh thể tạo ra cấu trúc

với nhau qua các nguyên tử oxy và trên đó có các “cửa sổ” có các kích thước nhất định chỉ cho phép qua những phân tử nhỏ hơn

Với các nguồn khoáng khác nhau, cùng với các điều kiện chế tạo khác nhau sẽ cho kích thước các “cửa sổ” khác nhau, trong khoảng từ 3 đến 10⊕ Zeolit thường được sử dụng dưới dạng viên được trộn thêm đất sét làm chất kết dính, đồng thời làm tăng thêm bề mặt hấp phụ nhưng lại làm tăng trở lực khuếch tán

Zeolit thường được sử dụng rộng rãi để hấp phụ chọn lọc các loại hydrocacbon, như benzene và xiclohexan có nhiệt độ sôi gần nhau và giữa chúng tạo hỗn hợp đẳng phí nên không thể tách bằng chưng cất được, mà phải chọn các phương pháp khác Ngoài ra, zeolit còn là tác nhân làm khô rất tốt, đặc biệt khi cần làm khô khi chế biến khí thiên nhiên và khí dầu mỏ Một trong những ứng dụng gần đây của zeolit là để làm giàu oxy của không khí cho các bệnh nhân

Còn gọi là alumogen vì chúng được tạo ra theo cách tương tự như silicagen, bao

kỹ thuật nhất định, các phân tử nước sẽ bị bứt ra, các mạng cấu trúc bị đứt đoạn dọc theo các mặt liên kết yếu, tạo ra các mao quản và hoạt tính

Trang 35

nhiệt nên dùng tốt trong các lớp hấp phụ chuyển động Nó cũng được dùng trong các cột sắc kí, làm chất mang xúc tác

Ứng dụng chủ yếu của oxit nhôm:

năng chịu nước Chính chỉ tiêu này thường được sử dụng khi lựa chọn chất hấp phụ

nhôm làm chúng trở thành chất hấp phụ axit có hiệu quả Các axit này là sản phẩm oxy hóa dầu mà việc tính lũy chúng làm giảm tính chất điện môi của dầu

trong bảo quản máy mới và các thiết bị biến thế

Có khả năng hấp phụ các ion flo, để tinh chế nước có hàm lượng flo cao; tinh chế dòng khí và lỏng khỏi các hợp chất chứa ion flo; hấp phụ hơi HF từ khí công nghiệp như trong quá trình điện phân và supephotphat

e Cơ chế hấp phụ và cân bằng hấp phụ

Quá trình chuyển chất trong hấp phụ được xem như gồm ba giai đoạn:

+ Giai đoạn khuyếch tán chất bị hấp thụ từ môi trường (khí hay lỏng) đến bề

mặt hạt chất hấp phụ Giai đoạn này phụ thuộc vào tính chất vật lí và thuỷ động lực của môi trường

+ Các chất bị hấp phụ khuyếch tán theo các mao quản đến bề mặt chất hấp phụ + Giai đoạn cuối cùng là tương tác hấp phụ Hai giai đoạn sau phụ thuộc vào

các tính chất và cấu trúc chất hấp phụ

Trang 36

tử bị hấp phụ

Trang 37

Tổng kết các nghiên cứu thực nghiệm, Brunauer, Deming L.S., Deming W.E và Teller E (1940), phân các đường đẳng nhiệt hấp phụ thành 5 loại (hình 1.1)

Hình 2.5: Các loại đường đẳng nhiệt hấp phụ

(http://www.slideshare.net/lanhnguyen564/chuong3-26581681, trang 78)

Loại I cho các chất hấp phụ chỉ chứa các mao quản nhỏ Hấp phụ lên các vật rắn không xốp là đường II và III Loại V tương ứng các trường hợp mà tương tác giữa các phân tử bị hấp phụ mạnh hơn tác dụng của lực hấp phụ, cho các chất hấp phụ xốp Loại IV gồm một đoạn cong lõm xen giữa hai đoạn lồi, trong đó đoạn lồi phía dưới tương ứng với hấp phụ một lớp, đoạn lồi phía trên tương ứng với hiện tượng ngưng tụ trong các mao quản trung bình, còn đoạn lõm biểu thị vùng hấp phụ nhiều lớp Chính sự hấp phụ nhiều lớp tạo nên sự linh động, làm cho các lớp bị hấp phụ giống như màng lỏng trên bề mặt mao quản

Xuất phát điểm đầu tiên của thuyết Langmuir là khái niệm của động lực cân bằng hấp phụ, nghĩa là ở trạng thái cân bằng tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp

Trang 38

phụ Theo Langmuir trên bề mặt chất hấp phụ có thể chia thành các ô, mỗi ô chỉ chứa một phân tử chất bị hấp phụ, các ô có mức năng lượng như nhau (có bề mặt đồng nhất), khi bị hấp phụ các phân tử nằm trong từng ô đó không được tương tác với nhau

Gọi phần diện tích bề mặt chất rắn đã được các phân tử khí chiếm chỗ là θ, phần còn trống là (1-θ), áp suất cân bằng là P

a a

k P

k P k

k

k k P

P k

Mức độ che phủ θ chính là tỷ lệ của lượng chất bị hấp phụ tại P (a: hoạt độ hấp

  (2.25)

Trang 39

trên bề mặt không tăng được nữa mặc dù áp suất tăng vì bề mặt chất rắn đã bị chiếm chỗ

3/ Khi áp suất trung bình:

ax

Thuyết này dựa trên quan niệm các phân tử đã bị hấp phụ không chuyển động

tự do trên bề mặt và không tương tác với nhau; ở những phần khác nhau của bề mặt

có thể hình thành hấp phụ nhiều lớp với số lớp khác nhau nhưng tổng bề mặt là không đổi trong bất kì điều kiện cân bằng nào Vận tốc hấp phụ tỷ lệ với năng lượng của bề mặt hấp phụ và tần số va chạm chất bị hấp phụ vào bề mặt Còn vận tốc nhả hấp phụ tỷ lệ với phần bề mặt đã bị hấp phụ và năng lượng hoạt hóa Khi đạt cân bằng động và mở rộng cho n lớp hấp phụ, phương trình BET có mối quan hệ thể tích giữa chất bị hấp phụ giữa các lớp có dạng sau:

Trang 40

+ p: áp suất riêng phần của khí bị hấp phụ;

+ K, n: hằng số đối với mỗi trường hợp

Thuyết này cho rằng lực hấp phụ chỉ có tác dụng ở vùng không gian gần bề mặt hấp phụ Thế năng tại mỗi điểm được đo bằng công do lực hấp phụ Trong trường hợp hấp phụ khí lí tưởng ở nhiệt độ T nhỏ hơn nhiệt độ tới hạn thì thế năng được tính:

ln

bh

p RT

p

   

  (2.29)

Trong đó:

Tập hợp các điểm có cùng thế năng thành các mặt đẳng thế Vị trí của mỗi mặt

các mặt đẳng thế với bề mặt chất hấp phụ) Như vậy, có thể biểu thị thế hấp phụ như

ε = f(W) (2.30)

Từ phương trình (2.29) và (2.30) ta có mối quan hệ:

ε = β.f(W) (2.31)

Định dạng
Số trang	83
Dung lượng	2,73 MB