NGHIÊN cứu CHẾ tạo vật LIỆU hấp THU xử lý dầu TRÊN cơ sở vật LIỆU tổ hợp nền POLYOLEFIN

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trùng hợp ghép và hấp thu dung môi cloroform, benzen và toluen của monome MMA với PP ..... Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng trùng hợp ghép của EA với

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LƯƠNG MẠNH TUÂN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP THU

XỬ LÝ DẦU TRÊN CƠ SỞ VẬT LIỆU TỔ HỢP

NỀN POLYOLEFIN

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Hà Nội - 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LƯƠNG MẠNH TUÂN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP THU

XỬ LÝ DẦU TRÊN CƠ SỞ VẬT LIỆU TỔ HỢP

i

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được thực hiện tại Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học

và Công nghệ Việt Nam

Tôi xin trân trọng cảm ơn TS Lê Quang Tuấn, PGS.TS Lê Thanh Sơn đã hướng dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành khoá luận tốt nghiệp

Tôi xin cảm ơn NCS Trần Vũ Thắng cùng tập thể các anh (chị) và các bạn phòng Vật Liệu Polyme - Viện Hoá Học đã giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành khoá học và thực hiện thành công luận văn tốt nghiệp này

Trân trọng cảm ơn đề tài B2014- 17- 44, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã giúp

đỡ kinh phí để thực hiện nghiên cứu luận văn

Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể các thầy cô trong Khoa Hóa Trường Đại học Khoa học Tự nhiên- ĐHQGHN đã truyền đạt cho em những kiến thức bổ ích và tạo mọi điều kiện để tôi có khả năng hoàn thành luận văn này

học-Hà Nội, ngày 25 tháng 11 năm 2014

Học viên Lương Mạnh Tuân

ii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Sự cố tràn dầu và các phương pháp xử lí 3

1.1.1 Thành phần hóa học của dầu 3

1.1.2 Ảnh hưởng của ô nhiễm dầu đến đời sống con người 3

1.1.3 Các biện pháp xử lý ô nhiễm tràn dầu Error! Bookmark not

defined

1.1.4 Sử dụng các polyme trong việc khắc phục ô nhiễm do dầu Error!

Bookmark not defined

1.2 Cơ sở lý thuyết đồng trùng hợp ghép Error! Bookmark not defined 1.2.1 Lý thuyết và cơ chế phản ứng đồng trùng hợp ghép Error!

Bookmark not defined

1.2.2 Các phương pháp tổng hợp copolyme ghép Error! Bookmark not

defined

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đồng trùng hợp ghép Error!

Bookmark not defined

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined 2.1 Hóa chất, thiết bị Error! Bookmark not defined 2.1.1 Hóa chất Error! Bookmark not defined 2.1.2 Dụng cụ, thiết bị Error! Bookmark not defined 2.2 Phương pháp tiến hành Error! Bookmark not defined 2.3 Các phương pháp phân tích đánh giá Error! Bookmark not defined 2.3.1 Các thông số trong quá trình ghép Error! Bookmark not defined 2.3.2 Xác định mức độ hấp thu dung môi Error! Bookmark not defined

iii

2.3.3 Xác định đặc tính hoá lý của sợi PP và của sản phẩm ghép PP-MMA,

PP-EA Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined

3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trùng hợp ghép và hấp thu dung môi

cloroform, benzen và toluen của monome MMA với PP Error! Bookmark

not defined.

3.1.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích dung môi DMF/1g PP Error!

Bookmark not defined

3.1.2 Ảnh hưởng của thời gian Error! Bookmark not defined 3.1.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ Error! Bookmark not defined 3.1.4 Ảnh hưởng của nồng độ chất tạo lưới AIBN Error! Bookmark not

defined

3.1.5 Ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích MMA/1g PP đến quá trình ghép Error!

Bookmark not defined

3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng trùng hợp ghép của EA với PP và

đến hiệu suất hấp thu dung môi cloroform, benzen và toluen Error!

Bookmark not defined.

3.2.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích dung môi DMF/1g PP Error!

Bookmark not defined

3.2.2 Ảnh hưởng của thời gian Error! Bookmark not defined 3.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ Error! Bookmark not defined 3.2.4 Ảnh hưởng của nồng độ chất tạo lưới AIBN Error! Bookmark not

iv

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Cơ chế hoạt động của chất phân tán Error! Bookmark not defined Hình 1.2: Cơ chế phân tán và tách pha dầu Error! Bookmark not defined Hình 1.3: Tình hình xử lý dầu tràn bằng chất phân tán của Châu Âu Error! Bookmark not defined

Hình 1.4: A.Vật liệu polyme có các lỗ trống micro; B.Vật liệu bắt đầu hấp thu

dầu; C.Vật liệu hấp thu dầu và trương lên Error! Bookmark not defined

Hình 1.5: Sơ đồ mô tả cơ chế hấp thu dầu của các vật liệu có cấu trúc dạng sợi

Error! Bookmark not defined

Hình 3.1: Phổ FTIR của polypropylene (PP) Error! Bookmark not defined

defined

Hình 3.3: Phổ FTIR của sản phẩm ghép PP-EA Error! Bookmark not defined Hình 3.4: Phân tích nhiệt DSC và TGA của PP Error! Bookmark not defined Hình 3.5: Phân tích nhiệt DSC và TGA của sản phẩm ghép PP-MMA Error! Bookmark not defined

Hình 3.6: Phân tích nhiệt DSC và TGA của sản phẩm ghép PP- MMA Error! Bookmark not defined

Hình 3.7: Hình ảnh SEM của sản phẩm ghép Error! Bookmark not defined

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Thống kê số vụ và tổng lượng dầu tràn từ năm 1980 tới năm 2007

của ITOPF 5

Bảng 1.2: Một số chủng vi sinh vật có khả năng phân hủy dầu mỏ và khí thiên

nhiên (Hydrocacbon) Error! Bookmark not defined

Bảng 3.1: Ảnh hưởng của của tỉ lệ thể tích dung dung môi DMF/1g PP Error!

Bookmark not defined.

Bảng 3.2: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất ghép và hấp thu dung môi

chloroform, benzen và toluen Error! Bookmark not defined

Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất ghép và hấp thu dung môi

cloroform, benzen và toluen Error! Bookmark not defined

Bảng 3.4: Ảnh hưởng của nồng độ AIBN đến hiệu suất ghép và hấp thu dung

môi cloroform, benzen và toluen Error! Bookmark not defined

Bảng 3.5: Ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích MMA/1g PP đến hiệu suất ghép và hấp

thu dung môi cloroform, benzen và toluenError! Bookmark not defined.

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của của tỉ lệ thể tích dung dung môi DMF/1g Error!

Bookmark not defined.

Bảng 3.7: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất ghép và độ hấp thu dung môi

cloroform, benzen và toluen Error! Bookmark not defined

Bảng 3.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất ghép và độ hấp thu dung môi

cloroform, benzen và toluen Error! Bookmark not defined

Bảng 3.9: Ảnh hưởng của nồng độ AIBN đến hiệu suất ghép và hấp thu dung

môi cloroform, benzen và toluen Error! Bookmark not defined

Bảng 3.10: Ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích EA/1g PP đến hiệu suất ghép và hấp thu

dung môi cloroform, benzen và toluen Error! Bookmark not defined

viii

1

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp dẫn dến việc tiêu thụ dầu mỏ ngày càng gia tăng Trong đó, sản xuất và chế biến dầu mỏ là một trong những ngành công nghiệp lớn nhất trên thế giới, với lượng tiêu thụ lên tới trên 80 triệu thùng dầu mỗi ngày Những rò rỉ của quá trình vận chuyển và chế biến, sự cố do các vụ đắm tàu chở dầu đã gây nên sự ô nhiễm khủng khiếp với môi trường Những ô nhiễm đó đã tác động rất lớn tới hệ sinh thái đặc biệt là các hệ sinh thái biển Sự ô nhiễm này có thể gây ra các tác động lâu dài và dẫn đến sự diệt vong của một số loài sinh vật biển

Hiện nay, có rất nhiều phương pháp xử lý các sự cố tràn dầu như: phương pháp cơ học, phương pháp hoá học, phương pháp vật lý, phương pháp sinh học, phương pháp hoá lý… Gần đây, phương pháp hoá lý sử dụng polyme hấp thu dầu được ứng dụng nhiều Có nhiều loại polyme khác nhau sử dụng hấp thu dầu trên mặt nước từ các polyme thiên nhiên như sợi bông, sợi gỗ, bột gỗ, vỏ cây…

và các polyme tổng hợp, các polyme này có đặc điểm là ưa dầu và kị nước Vật liệu hấp thu dầu là các polyme có ưu điểm: hấp thu dầu cao, tỷ trọng nhỏ hơn so với nước biển nên có thể nổi trên mặt nước dễ thu gom sau khi hấp thu

Xuất phát từ thực tế cấp thiết này, đề tài “nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp

thu xử lý dầu trên cơ sở vật liệu tổ hợp nền polyolephin” mong muốn góp phần

giải quyết các yêu cầu thực tế đặt ra và làm giảm ô nhiễm môi trường, nhằm chế tạo ra vật liệu hấp thu dầu có nhiều ưu việt hơn các vật liệu truyền thống

Với mục tiêu đó, những nhiệm vụ nghiên cứu luận văn phải thực hiện là:

+ Nghiên cứu ảnh hưởng quá trình ngâm sợi polypropylene (PP) đến hiệu suất trùng hợp ghép, độ hấp thụ dung môi cloroform, benzen và toluen của sợi

PP với các monome metyl metacrylat (MMA), etyl etacrylat (EA)

2

+ Khảo sát các yếu tố như nhiệt độ, thời gian, nồng độ chất tạo lưới azobisisobutyronitrile (AIBN), tỉ lệ thể tích monome/1g PP của phản ứng trùng hợp MMA với PP đến hiệu suất ghép và khả năng hấp thụ dung môi cloroform, benzen và toluen

+ Khảo sát các yếu tố như nhiệt độ, thời gian, nồng độ chất tạo lưới azobisisobutyronitrile (AIBN), tỉ lệ thể tích monome/1g PP của phản ứng trùng hợp EA với PP đến hiệu suất ghép và khả năng hấp phụ dung môi cloroform, benzen và toluen

3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Sự cố tràn dầu và các phương pháp xử lí

1.1.1 Thành phần hóa học của dầu

Dầu mỏ hay dầu thô là một chất lỏng sánh đặc màu nâu hoặc ngả lục Dầu thô tồn tại trong các lớp đất đá tại một số nơi trong vỏ Trái đất Dầu mỏ là một hỗn hợp hóa chất hữu cơ ở thể lỏng đậm đặc, phần lớn là những hợp chất hydrocarbon, thuộc nhóm alkan, thành phần rất đa dạng Hiện nay dầu mỏ chủ yếu dùng để sản xuất dầu hỏa, diezen và xăng nhiên liệu Ngoài ra, dầu thô cũng

là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất ra các sản phẩm của ngành hóa dầu như dung môi, phân bón hóa học, nhựa, thuốc trừ sâu, nhựa đường Khoảng 88% dầu thô dùng để sản xuất nhiên liệu, 12% còn lại dùng cho hóa dầu

Dầu mỏ xuất hiện ở nhiều nơi, tùy theo điều kiện hình thành nên thành phần của dầu mỏ khá đa dạng Tuy nhiên, thành phần chính của dầu mỏ vẫn là các hydrocarbon, tập trung chủ yếu ở các nhóm chất:

- Các hợp chất parafin Hàm lượng các n-parafin trong dầu mỏ thường chiếm 25-30% thể tích

- Các hợp chất vòng no hay các hợp chất naphten Naphten là các hợp chất vòng no, đây là một trong số các hydrocacbon quan trọng và phổ biến trong dầu

mỏ Hàm lượng của chúng có thể thay dổi từ 30- 60% trọng lượng

- Các hydrocacbon thơm hay các aromatic

Số nguyên tử cacbon của các hydrocarbon trong dầu thường từ C5 – C60 (từ C1 đến C4 nằm trong khí)

1.1.2 Ảnh hưởng của ô nhiễm dầu đến đời sống con người

Tràn dầu là sự giải phóng hydrocarbon dầu mỏ lỏng vào môi trường do các hoạt động của con người Tràn dầu thường xảy ra trong các hoạt động tìm kiếm, thăm dò, khai thác, vận chuyển, chế biến, phân phối và lưu trữ dầu khí và

4

các sản phẩm của chúng Khi dầu thô và các sản phẩm dầu mỏ tràn ra ngoài môi trường sẽ gây phá hủy nhiều hệ sinh thái khác nhau Dầu thô bị tràn ra môi trường biển sẽ lơ lửng trên mặt nước bởi tỷ trọng của nó nhỏ hơn nước biển Tỷ trọng trung bình của dầu khoảng 0,83-0,95, trong khi đó tỷ trọng của nước nguyên chất là 1,0 và của nước biển là 1,025 [3] Do dầu nổi trên mặt nước và

dễ bám dính vào da, lông động vật nên ngoài các loài động thực vật thủy sinh thì các loài chim săn mồi trên biển cũng bị ngấm dầu và bị chết

Sự cố tràn dầu năm 1967 ở Anh đã làm 10,000 con chim biển bị nhiễm dầu và có tới 90% trong số đó đã bị chết trước khi bờ biển này được làm sạch

Các hiện tượng rò rỉ, phụt dầu, vỡ đường ống, vỡ bể chứa, tai nạn đâm va gây thủng tàu, đắm tàu, sự cố tại các dàn khoan dầu khí, cơ sở lọc hoá dầu làm cho dầu và sản phẩm dầu (mà dưới đây sẽ được gọi tắt là dầu) thoát ra ngoài gây ô nhiễm 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

Mặt khác, tràn dầu cũng được xem như sự giải phóng vào môi trường do

rò rỉ tự nhiên từ các cấu trúc địa chất chứa dầu dưới đáy biển do các hoạt động của vỏ trái đất gây nên như động đất Số lượng dầu tràn ra ngoài tự nhiên khoảng vài trăm lít trở lên có thể coi là sự cố tràn dầu

Theo thống kê của ITOPF [27] (International Tanker Owners Pollution Federation Ltd) từ nhiều năm qua, tỷ lệ dầu tràn trên biển với lượng lớn (trên

700 tấn) là không nhiều so với những vụ tràn dầu nhỏ (từ dưới 7 tấn đến dưới

700 tấn) và theo số liệu phân tích thống kê thì những vụ tràn dầu lớn thường ít

có khả năng xảy ra hơn Và số vụ tràn dầu qua các năm có xu hướng giảm dần, tuy nhiên các vụ tràn dầu lớn lại xảy ra nhiều hơn, cụ thể trong thập niên 90 có khoảng 358 vụ tràn dầu với lượng dầu tràn trên 7 tấn, và tổng lượng dầu tràn là

1 138 000 tấn, nhưng hết 830 000 tấn (chiếm 73% số lượng dầu tràn) chỉ xảy ra trong 10 vụ (chiếm 3%) Điều đó chứng tỏ rằng, với công nghệ hiện đại, việc xảy ra các sự cố tràn dầu với lượng lớn là điều có thể xảy ra và thực tế đã xảy ra

5

nhƣ: năm 1979 tàu Atlantic Empress để tràn 287 000 tấn dầu, 1983 tàu Castillop

de Bellver để tràn 252 000 tấn, đến 1991 ABT Summer để tràn 260 000 tấn dầu

ra biển, và đỉnh điểm là vụ tràn dầu lớn nhất thế giới xảy ra trong chiến tranh

vùng Vịnh năm 1991, khi Iraq đã đổ khoảng 800 000 tấn dầu thô ra vịnh Ba Tƣ

Bảng 1.1: Thống kê số vụ và tổng lƣợng dầu tràn từ năm 1997 tới năm 2007

Dầu tràn gây hậu quả nặng nề về nhiều mặt Đơn cử vụ tàu chở dầu Neptune Aries (Singapore) đâm vào cầu tàu cảng Cái Tiên trên sông Sài Gòn hồi tháng 10 năm 1994, làm tràn 1 584 tấn dầu DO và hơn 150 tấn xăng dầu các loại

6

từ đường ống dẫn dầu của cầu cảng Do ứng phó tràn dầu không kịp thời, nên toàn bộ vùng nước cảng và 30 000 ha ruộng lúa xung quanh bị thiệt hại Vết dầu loang rộng khoảng 59- 60km, đổ thẳng vào hệ thống sông Đồng Nai, lan đi các kênh rạch chằng chịt làm tăng độ nguy hiểm và ô nhiễm môi trường Nồng độ dầu trong bùn và nước rất cao, ảnh hưởng lâu dài với hầu hết hệ sinh thái thuỷ vực, rừng ngập mặn, thảm thực vật ven sông Thiệt hại từ sự cố tràn dầu này ước tính 28 triệu USD, song ta chỉ đòi được chủ tàu bồi thường 4,2 triệu USD

Vụ tàu Mimosa của Petro Việt Nam bị tàu Trinity quốc tịch Liberia đâm đắm ngày 12/5/2005 ở khu vực mỏ Đại Hùng, cách thành phố Vũng Tàu 180 hải

lý, với hơn 100 tấn dầu trong khoang

Dự báo: Với trình độ khoa học hiện đại, tàu chở dầu ngày càng lớn, và

hiện nay đã có những tàu với tải trọng lên đến 800 000 tấn Do đó khi xảy ra sự

cố thì nó sẽ gây thảm họa môi trường to lớn

a) Tác động của tràn dầu đến hệ sinh thái và môi trường

Dầu là một dạng gây ô nhiễm đặc biệt vì nó không trộn lẫn được với nước

và có trọng lượng riêng nhẹ hơn nước Do đó, dầu khi bị tràn tạo ra một vệt dầu loang trôi trên bề mặt nước

Ảnh hưởng của một sự cố tràn dầu lên hệ sinh thái phụ thuộc vào các yếu

tố, bao gồm:

- Kích thước và tính chất của vết dầu loang (một vết dầu tràn lớn tức thời

sẽ lan rộng trên bề mặt đất và nước nhanh hơn là một vết rò nhỏ)

- Các đặc tính lý hóa và độc tính của mỗi loại dầu; các điều kiện hải dương học (dòng chảy, thủy triều đối lưu nước), địa chất học…

- Điều kiện nước (gió và sóng), điều kiện đất trong thời điểm xảy ra sự cố tràn dầu

- Bản chất của trầm tích trong hệ sinh thái bị ảnh hưởng (sẽ xác định khả năng thấm dầu vào chất nền đât)