Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp thu xử lý dầu trên cơ sở vật liệu tổ hợp nền Polyolefin

Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp thu xử lý dầu trên cơ sở vật liệu tổ hợp nền Polyolefin Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp thu xử lý dầu trên cơ sở vật liệu tổ hợp nền Polyolefin Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp thu xử lý dầu trên cơ sở vật liệu tổ hợp nền Polyolefin luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

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 iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ v

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

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 11

1.1.4 Sử dụng các polyme trong việc khắc phục ô nhiễm do dầu 19

1.2 Cơ sở lý thuyết đồng trùng hợp ghép 27

1.2.1 Lý thuyết và cơ chế phản ứng đồng trùng hợp ghép 27

1.2.2 Các phương pháp tổng hợp copolyme ghép 29

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đồng trùng hợp ghép 30

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 33

2.1 Hóa chất, thiết bị 33

2.1.1 Hóa chất 33

2.1.2 Dụng cụ, thiết bị 33

2.2 Phương pháp tiến hành 33

2.3 Các phương pháp phân tích đánh giá 35

2.3.1 Các thông số trong quá trình ghép 35

2.3.2 Xác định mức độ hấp thu dung môi 36

2.3.3 Xác định đặc tính hoá lý của sợi PP và của sản phẩm ghép PP-MMA, PP-EA 37

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39

iii

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 39

3.1.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích dung môi DMF/1g PP 39

3.1.2 Ảnh hưởng của thời gian 40

3.1.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ 40

3.1.4 Ảnh hưởng của nồng độ chất tạo lưới AIBN 41

3.1.5 Ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích MMA/1g PP đến quá trình ghép 42

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 43

3.2.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích dung môi DMF/1g PP 43

3.2.2 Ảnh hưởng của thời gian 44

3.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ 45

3.2.4 Ảnh hưởng của nồng độ chất tạo lưới AIBN 46

3.2.5 Ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích EA/1g PP 47

3.3 Tính chất cơ lý của vật liệu được tổng hợp từ PP 48

3.3.1 Phổ hồng ngoại FTIR của PP và sản phẩm ghép 48

3.3.2 Phân tích nhiệt TGA và DSC 50

KẾT LUẬN 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Cơ chế hoạt động của chất phân tán 17

Hình 1.2: Cơ chế phân tán và tách pha dầu 18

Hình 1.3: Tình hình xử lý dầu tràn bằng chất phân tán của Châu Âu 19

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 25

Hình 1.5: Sơ đồ mô tả cơ chế hấp thu dầu của các vật liệu có cấu trúc dạng sợi 26

Hình 3.1: Phổ FTIR của polypropylene (PP) 48

Hình 3.2: Phổ FTIR của sản phẩm ghép PP-MMA 49

Hình 3.3: Phổ FTIR của sản phẩm ghép PP-EA 50

Hình 3.4: Phân tích nhiệt DSC và TGA của PP 51

Hình 3.5: Phân tích nhiệt DSC và TGA của sản phẩm ghép PP-MMA 51

Hình 3.6: Phân tích nhiệt DSC và TGA của sản phẩm ghép PP- MMA 52

Hình 3.7: Hình ảnh SEM của sản phẩm ghép 53

chloroform, benzen và toluen 40

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

cloroform, benzen và toluen 41

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

môi cloroform, benzen và toluen 41

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 toluen 42

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của của tỉ lệ thể tích dung dung môi DMF/1g 43 Bảng 3.7: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất ghép và độ hấp thu dung môi

cloroform, benzen và toluen 44

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

cloroform, benzen và toluen 45

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

môi cloroform, benzen và toluen 46

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 47

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)

7

- Thời điểm mùa tràn dầu liên quan đến mùa sinh sản của các loài

* Đối với môi trường biển:

- Ô nhiễm nước do dầu mỏ và sản phẩm của chúng (xăng, dầu bôi trơn, mazut…) thì làm giảm tính chất hóa lý của nước như thay đổi mùi, màu, vị…

- Tạo lớp váng mỏng phủ đều trên mặt biển, ngăn cách biển và khí quyển,

do đó cản trở sự trao đổi ôxy giữa biển và khí quyển, ngăn cản trao đổi nhiệt cũng như tạo ra lớp cặn đó làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới sinh vật biển

- Làm giảm chất lượng thủy hải sản do xuất hiện vết đen và mùi vị khác)

Ở mức nhiễm độc cao sẽ làm sinh vật phát triển không bình thường, phá hoại tập quán di cư, ảnh hưởng đến cá con và ấu trùng, làm giảm thức ăn dự trữ, làm thay đổi vị trí cư trú có thể dẫn đến làm tiêu vong một số loài

- Hủy hoại vi sinh vật do độc tố trong dầu

- Gây rối loạn sinh lý, làm sinh vật chết dần, tẩm ướt dầu lên da hay lông của các vi sinh vật biển sẽ làm giảm khả năng chịu lạnh, hô hấp…hay nhiễm bệnh do hydrocarbon xâm nhập vào cơ thể

- Thay đổi môi trường sống của sinh vật biển do dầu che phủ phản ứng không cho ôxy và ánh sáng hòa tan, vận chuyển trong nước

- Sự thấm ướt dầu gây nguy hiểm cho các loài chim vì lông của chúng sẽ không còn khả năng giữ nhiệt làm cho chim chết vì rét

- Các hydrocarbon thơm là tác nhân gây ung thư

* Đối với môi trường đất

- Khi trên bề mặt có một lớp màng mỏng dù chỉ từ 0,2 – 0,5mm cũng cản trở quá trình trao đổi chất của các sinh vật trong đất, đất thiếu ôxy do không tiếp xúc với không khí, các sinh vật trong đất sẽ chết dần

- Khi dầu xâm nhập vào đất, chúng làm thay đổi cấu trúc, đặc tính lý học

và hóa học của đất, chúng biến các hạt keo hành trơ, không có khả năng hấp thụ

8

và trao đổi nữa, làm cho vai trò đệm, tính ôxy hóa, tính dẫn điện, dẫn nhiệt của môi trường đất thay đổi mạnh, giảm tính dẻo và tính dính

- Dầu thấm qua đất đến mạch nước ngầm làm ô nhiễm mạch nước ngầm

- Dầu là hợp chất cao phân tử có thể tiêu diệt trực tiếp các thực vật, động vật, sinh vật trong đất (trừ một số sinh vật có thể phân giải được dầu)

- Tác hại của dầu đối với môi trường đất rất lớn, nó có thể biến đất thành

đất chết

Các hoạt động thăm dò, khai thác và vận chuyển dầu chủ yếu xảy ra trên

biển, vì vậy, các sự cố tràn dầu cũng chủ yếu xảy ra trên biển

Do dầu chuyển dịch ngang bề mặt nước, các vùng đặc biệt dễ bị tổn thương do một sự cố tràn dầu là các vùng nằm trong khu vực của bờ biển giữa lúc triều lên và triều xuống bao gồm rặng san hô (đặc biệt các rặng tua dọc theo

bờ biển và phần đất bồi ở biển của phần lục địa), cây đước, môi trường sống đầm lầy, bùn, phần đất cát thấp và tảo biển

Khi tràn ra, dầu có thể ảnh hưởng đến môi trường bằng nhiều cách khác nhau Đầu tiên, về mặt tự nhiên dầu có thể làm ngạt sinh vật và chất nền để chúng tiếp xúc với các thành phần hóa học độc hại Nó thường gây ra tử vong cho các sinh vật Trong giai đoạn đầu của một sự cố tràn dầu, độc tính của dầu đối với các sinh vật biển liên quan đến số lượng các hợp chất thơm có thể tan được trong nước (alkyl benzen, naphtalene) trong dầu

Các loại dầu nhẹ thường có tiềm năng độc hơn các dầu nặng và nó phân tán rất nhanh, điều đó cũng có nghĩa là việc tiếp xúc với dầu xảy ra nhanh chóng Do vậy, các loại dầu nhẹ bị tràn ra gần các khu vực nuôi cá, tôm, cua…

có thể gây ra thiệt hại trên diện rộng các loại dầu trung bình thường chứa một tỉ

lệ lớn các hợp chất tan trong nước và tương đối dễ phân tán trong nước các loại này có thể gây ảnh hưởng lớn đến các hệ sinh thái biển

Ảnh hưởng của một sự cố tràn dầu lên động vật và thực vật phụ thuộc vào mùa, kích thước và vị trí của vết dầu tràn Nếu một sự cố tràn dầu xẩy ra vào

9

đỉnh điểm của mùa sinh sản, nó có thể ảnh hưởng đến toàn bộ số lượng trứng và

ấu trùng sinh ra, thêm vào đó lá sự tử vong của các con lớn trưởng thành

Thứ hai, phần còn lại của dầu có thể tích tụ vào các trầm tích và mô của sinh vật sống trong khu vực bị ảnh hưởng Ảnh hưởng của các chất cặn bã dầu tích tụ trong mô các loài có giá trị thương mại như trai, sò, loài giáp xác và cá đã được biết từ lâu Việc tích tụ dầu bên trong các mô sinh vật khiến chúng có mùi

và không thể tiêu thụ được trên thị trường

* Một số hệ sinh thái và sự tổn thương do ô nhiễm dầu tràn:

Các rặng san hô: Sự ô nhiễm dầu có thể dẫn đến tử vong trên diện rộng

của san hô và các động vật đáy không xương sống khác như trai, sò, động vật da gai và loài giáp xác Các cặn dầu và các phần dầu nhẹ dễ tan trong nước hơn sẽ làm các loài cá và động vật không xương sống bị nhiễm bẩn (có mùi), đặc biệt là các loài sống bằng cách ăn lọc

Hơn nữa, một vỉa đá ngầm bị thoái hóa do dầu không phải là nơi hấp dẫn cho ngành du lịch Về lâu dài, một rặng san hô lớn bị tiêu diệt sẽ dẫn đến việc xói mòn lớp nền của vỉa đá ngầm do sóng và các sinh vật gây xói mòn sinh học Đến một mức độ nào đó sự xói mòn bờ biển trên diện rộng sẽ xảy ra Sự mất bờ biển và vùng đất ven biển sẽ ảnh hưởng nặng nề đến khả năng phát triển kinh tế

xã hội của khu vực

Các bãi cát, bãi bùn (vùng kín gió): Ảnh hưởng của sự cố tràn dầu lên các

bãi cát và bãi bùn phụ thuộc vào kích thước của trầm tích, năng lượng sóng cũng như các đặc tính lý hóa của dầu Trong các khu vực tiếp xúc nhiều nhất với năng lượng sóng cao, dầu có thể bị thấm sâu bên trong lòng trầm tích đáy Trong các trường hợp này, việc ô nhiễm dầu có thể dai dẳng trong thời gian dài và theo thời gian dầu sẽ rò rỉ ra hoặc tiếp xúc lặp đi lặp lại do việc tái tạo trầm tích do sóng và thủy triều

Cây đước: cây đước, do mực nước lên xuống của thủy triều và vị trí ven

biển của chúng nên dễ bị ảnh hưởng bởi ô nhiễm dầu Các dòng thủy triều và gió

10

thổi về bờ có thể đem các màng dầu vào khu rừng đước, nơi mà tiếp xúc lý hóa với động và thực vật trong môi trường dẫn đến việc tử vong quy mô lớn Môi trường sống trong rừng đước rất đa dạng nuôi sống rất nhiều loài cá, động vật không xương sống, chim, các loài thực vật và đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với các hệ sinh thái biển Đước là môi trường sống quan trọng và là nơi nuôi dưỡng nhiều loài có giá trị thương mại cao Cung cấp đáng kể các chất hữu cơ cho nước biển và gắn kết các trầm tích mịn với nhau Điều này làm ổn định các dải đất ven bờ và bảo vệ chúng khỏi xói mòn do sóng, các lớp rong biển, hồ và đầm lầy: Vì các lớp rong biển, hồ và đặc biệt là đầm lầy xuất hiện nơi nước nông và thường nổi rõ khi triều thấp, chúng dễ bị tổn thương do ô nhiễm dầu vì dòng triều và gió về bờ có thể đưa vết dầu về phía bờ Ảnh hưởng của việc suy thoái thảm rong biển, hồ và đầm lầy tương tự như đối với đước Việc suy thoái

sẽ dẫn đến các môi trường sống này bị mất một số cá lớn và vừa, một số loài giáp xác có giá trị Điều này sẽ ảnh hưởng đến động vật bậc cao hơn ăn các sinh vật này và cũng ảnh hưởng tới hệ sinh thái liền kề phụ thuộc vào các môi trường sống này

Sinh sản của cá: cá có thể bị ảnh hưởng bởi dầu bằng nhiều cách, cụ thể là

qua tiếp xúc vật lý với một vết dầu loang, mang cá hoặc các biểu mô mỏng bị dính các sản phẩm dầu không tan, việc tiêu hóa gián tiếp hay trực tiếp các con mồi bị nhiễm bẩn bởi dầu, ngộ độc trứng và ấu trùng và do bị ảnh hưởng bởi môi trường sống của cá Về ngắn hạn, các con cá trưởng thành tiếp xúc với dầu thể hiện một số thay đổi về sinh lý (tăng nhịp tim, thay đổi cân bằng thấm lọc trong hệ hô hấp và đặc tính của máu…), biểu hiện ở giảm khả năng hoạt động,

ăn uống và khả năng theo bầy, cũng như xuất hiện các tổn thương ở mang, vây

và mắt Về lâu dài, sự ô nhiễm do dầu dẫn đến việc làm giảm tốc độ tăng trưởng,

sự sinh sản chậm, làm tăng tính dễ bị tổn thương do bệnh tật và tăng độ tử vong

b) Ảnh hưởng của ô nhiễm dầu đến kinh tế- xã hội

Dầu loang trên biển và dạt vào bờ trong thời gian dài không được thu gom

sẽ làm suy giảm lượng cá thể sinh vật, gây thiệt hại cho ngành khai thác và nuôi

11

trồng thủy, hải sản Các nguồn lợi thủy- hải sản là đối tượng chịu tác động tiêu cực mạnh mẽ của sự cố ô nhiễm dầu Giá trị sử dụng của thủy-hải sản bị giảm bởi mùi khó chịu do dầu gây ra Dầu gây ô nhiễm môi trường làm cá chết hàng loạt do thiếu oxy hòa tan trong nước

Dầu 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, nghỉ dưỡng, dẫn đến doanh thu của ngành du lịch đã bị thiệt hại nặng nề

Ngoài ra, dầu tràn làm ảnh hưởng đến sự hoạt động của các cảng cá, cơ sở đóng mới và sửa chữa tàu biển Máy móc, thiết bị khai thác tài nguyên và vận chuyển đường thủy bị hư hỏng hoặc bị ăn mòn

Sự cố môi trường tràn dầu có thể được xem là một trong những dạng sự

cố gây ra tổn thất kinh tế lớn nhất trong các loại sự cố môi trường do con người gây ra Vì vậy, chúng ta cần phải có biện pháp để xử lí những ô nhiễm do tràn dầu

1.1.3 Các biện pháp xử lý ô nhiễm tràn dầu

Ở nhiều nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam, các biện pháp thường được áp dụng để khắc phục sự cố tràn dầu đó là: cơ học, sinh học và hóa học Đối với biện pháp cơ học, thực hiện quây gom, dồn dầu vào một vị trí nhất định

để tránh dầu lan trên diện rộng Sử dụng phao ngăn dầu để quây khu vực dầu tràn, hạn chế ô nhiễm lan rộng và để thu gom xử lý Sau khi dầu được quây lại dùng máy hớt váng dầu hút dầu lên kho chứa Ưu điểm của biện pháp này là ngăn chặn, khống chế và thu gom nhanh chóng lượng dầu tràn tại hiện trường

Ngoài ra, có thể áp dụng biện pháp hóa học khi có hoặc không có sự làm sạch cơ học đối với các vụ tràn dầu Cụ thể, sử dụng các chất phân tán; các chất phá nhũ tương dầu - nước; các chất keo tụ và hấp thụ dầu để xử lý Với biện pháp sinh học là dùng các vi sinh vật phân giải dầu như vi khuẩn, nấm mốc, nấm men Tuy nhiên, khi xảy ra sự cố tràn dầu thì biện pháp cơ học được xem là tiên quyết cho công tác ứng phó sự cố tràn dầu tại các sông, cảng biển

12

Ngăn ngừa và khắc phục sự cố tràn dầu là công việc hết sức cần thiết, nhưng phức tạp và khó khăn, đòi hỏi sự tổ chức, phối hợp mau lẹ và việc áp dụng các kỹ thuật phù hợp

Việc ngăn, quây dầu tràn có thể được tiến hành bằng các công cụ kỹ thuật cao hoặc đơn giản như sử dụng phao ngăn dầu chuyên dùng hoặc dùng tre nứa kết thành phao ngăn, sau đó nhanh chóng thu gom bằng mọi cách, từ bơm hút cho đến vớt thủ công; có thể dùng rơm rạ hoặc các loại vật liệu xốp dễ ngấm dầu thả xuống nước cho dầu thấm vào, sau đó vớt lên gom giữ vào nơi an toàn

Trường hợp tràn dầu ngoài khơi, xa bờ, có thể xem xét dùng chất phân tán dầu nhằm ngăn không cho dầu có khả năng loang vào gây ô nhiễm đến bờ, bởi những khu vực này thường là các khu vực nhạy cảm, là nơi sinh sống của các loại động thực vật, các khu bảo tồn thiên nhiên ven biển, các khu rừng ngập mặn cần được ưu tiên bảo vệ

Khi dầu đã lan và dạt vào bờ, cần nhanh chóng và bằng mọi biện pháp, mọi phương tiện, từ thô sơ (như xẻng, xô, chậu ) cho tới hiện đại (như xe hút nước, bơm dầu, xe ủi, ô tô tải ) tổ chức thu gom váng dầu , cặn dầu

Váng dầu, cặn dầu và các vật liệu bám dầu (như đất, cát, cành cây, rác bám dầu v.v ) cần gom về một nơi, ngăn quây cách ly không cho thấm ra môi trường xung quanh và sẽ được cơ quan chuyên môn hướng dẫn xử lý

Ngoài các biện pháp cần thiết khẩn cấp nêu trên, các nước tiên tiến đã sử dụng các công cụ hỗ trợ để giúp công tác khắc phục sự cố có hiệu quả hơn như:

sử dụng vệ tinh để theo dõi các vệt dầu loang theo hướng gió hoặc thủy triều để

có biện pháp xử lý kịp thời Dùng các loại tàu và phao chuyên dụng để rải chất phân tán hoặc ngăn chặn các vết dầu loang giúp cho việc thu gom được dễ dàng

Ngoài các hóa chất phân tán, một biện pháp khác là dùng các vi sinh vật hoặc các tác nhân sinh học nhằm phân tán hoặc phân hủy dầu

Tràn dầu ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường và sinh thái dù ở bất cứ địa điểm nào Những ảnh hướng và thiệt hại của nó tới môi trường khó mà đánh

và đang cố gắng để tìm ra các biện pháp làm sạch nguồn nước bị ô nhiễm dầu

Các phương pháp dùng để xử lý dầu tràn có thể liệt kê thành 3 nhóm chính Nhóm thứ nhất bao gồm các phương pháp vật lý như chất hấp thu dầu, phao quây dầu và máy hút dầu, nhóm thứ hai là các phương pháp hoá học như phân tán, đốt cháy hoặc dùng chất hoá rắn, và nhóm thứ ba là các phương pháp sinh học Thông thường, sự kết hợp của tất cả các phương pháp trên sẽ xử lý hiệu quả hơn Một số biện pháp đã và đang được sử dụng hiện nay như:

1.1.3.1 Phương pháp vật lý

Là biện pháp cơ học quây giữ dầu trong một khu vực nhất định, ngăn chặn dầu loang trên diện rộng, sau đó kết hợp với các biện pháp khác để khắc phục sự cố:

+ Dùng phao giữ dầu nổi trên mặt nước, khi dầu được cố định bằng phao, bước tiếp theo là cần phải gỡ bỏ dầu ra khỏi mặt nước bằng cách kết hợp với một số phương pháp khác như hấp thụ, phân tán…[27-16]

+ Dùng máy hút dầu giống như thiết bị làm sạch chân không hấp thu dầu trên mặt nước với ái lực hấp dẫn hay phá hủy liên kết vật lý dầu-nước và giữ dầu trong một khoang chứa Cách này chỉ sử dụng được đối với diện tích dầu loang hẹp và dòng nước tĩnh [24]

+ Sử dụng phương pháp đốt với lượng dầu tràn dày không quá 3mm Phương pháp này đã được thử nghiệm thành công ở Canada Tuy nhiên phương pháp này phải được tiến hành rất thận trọng

+ Dùng tác nhân tạo gel làm đông tụ dầu trên mặt biển ở dạng màng dày hay dạng lưới, tạo điều kiện để các máy hút dầu thu hồi dầu lại

Khắc phục sự cố dầu bằng phương pháp vật lý được coi là tiên quyết cho công tác ứng phó khi xảy ra sự cố tràn dầu tại các sông, cảng biển nhằm ngăn chặn, khống chế và thu gom nhanh chóng lượng dầu tràn trên hiện trường Hai phương tiện cơ bản được sử dụng thu hồi dầu là thiết bị vây dầu và thiết bị thu

hồi dầu

1.1.3.2 Phương pháp sinh học

Tràn dầu hiện đang là một thảm họa của môi trường, gây ảnh hưởng đến

hệ sinh thái, môi trường và con người, đòi hỏi con người phải tìm ra những giải pháp để ngăn chặn và xử lý kịp thời Ngoài những phương pháp cơ học và hóa học đang được sử dụng, xử lý dầu tràn bằng công nghệ sinh học cũng đang được ứng dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao

Phương pháp sinh học là phương pháp sử dụng các tác nhân tự nhiên hay các vi sinh vật (Nấm, vi khuẩn…) để thúc đẩy quá trình phân hủy các hydrocarbon dầu mỏ Đó là quá trình tự nhiên do vi sinh vật phân hủy dầu thành các chất khác Các sản phẩm có thể tạo ra là CO2, nước hoặc các phân tử không gây ảnh hưởng xấu đến môi trường Dầu mỏ là một loại nhiên liệu rất đặc biêt, trong thành phần của chúng chủ yếu là Hydrocarbon mạch thẳng (Chiếm 30-35%), hydrocarbon mạch vòng (Chiếm 25-75%) và hydrocarbon thơm (Chiếm 10-15%) Các thành phần hóa học có trong dầu mỏ thường rất khó phân hủy Do

đó, việc ứng dụng các quá trình sinh học để xử lý ô nhiễm dầu mỏ có đặc điểm rất đặc biệt

15

+ Phân hủy, phân tách dầu tràn nhờ các tác nhân tự nhiên: vi khuẩn hay mưa gió cuốn trôi, nhấn chìm Nhưng do quá trình phân hủy xảy ra rất chậm, với lượng lớn thì thời gian làm sạch rất dài và gây nhiều tác hại trước khi dầu được làm sạch hoàn toàn

+ Dùng tác nhân vi sinh được nuôi cấy trong than, trong vật liệu hút dầu, các vi sinh vật này sẽ là tác nhân phân hủy lượng dầu tràn Với nguồn thức ăn là các hydrocacbon, ở độ ẩm thích hợp các sinh vật này sẽ phát triển và phân hủy sinh học dầu thành chất vô hại Tuy nhiên, phương pháp này chỉ có ý nghĩa với

sự cố thất thoát dầu ở mức độ nhỏ tại nhà máy lọc dầu, kho chứa dầu Với hiện tượng dầu tràn trên mặt nước với lượng lớn thì phương pháp này không có ý nghĩa

Bảng 1. 2: Một số chủng vi sinh vật có khả năng phân hủy dầu mỏ và khí thiên

17

1.1.3.3 Xử lý bằng phương pháp hóa học

Là phương pháp xử lý sự cố tràn dầu bằng cách sử dụng các chất phân tán; các chất keo tụ và hấp thu dầu, các chất phá nhũ tương dầu- nước…Phương pháp này được sử dụng để làm sạch dầu khi có hoặc không có phương pháp làm sạch cơ học và dầu tràn trong một thời gian dài Nhìn chung, các hóa chất sử dụng được chia làm hai nhóm: Nhóm các chất phân tán và nhóm các chất hấp thu

Chất phân tán

Các chất phân tán có tác dụng phân tán dầu để đẩy nhanh tiến độ tách dầu

ra khỏi mặt nước Chúng là các chất hoạt động bề mặt, thành phần cấu tạo bao gồm phần ưa nước và phần ưa dầu, thường được sử dụng dưới dạng các sản phẩm thương mại như IFO-180, IFO-380, COREXIT-950…Tác nhân phân tán hoạt động như chất tẩy rửa, có tác dụng làm giảm bớt lực căng bề mặt giữa dầu

và nước tạo ra những giọt dầu nhỏ Điều này giúp làm tăng tốc quá trình pha loãng và phân hủy sinh học của dầu, và có thể làm giảm thiệt hại gây ra bởi dầu nổi trên mặt biển cho một số tài nguyên, loài chim biển, ví dụ như giảm thiệt hại

ở bờ biển nhạy cảm, nơi có rừng ngập mặt, loài chim quý Cơ chế hoạt động của chất phân tán được trình bày trong hình 1.1 dưới đây

Hình 1.1: Cơ chế hoạt động của chất phân tán

Cơ chế phân tán và tách pha dầu khỏ nước nhờ các chất phân tán được trình bày trong hình dưới đây [6]

18

Hình 1.2: Cơ chế phân tán và tách pha dầu

Việc sử dụng các chất phân tán trong việc khắc phục sự cố tràn dầu mang lại một số lợi ích sau [6]:

Chất phân tán có thể sử dụng được trong các điều kiện thời tiết khắc nghiệt (như các vùng biển gồ ghề, gió mạnh và sóng nhiều)

Chất phân tán sử dụng được cho các vùng rộng bị nhiễm dầu, đặc biệt những nơi máy bay có thể sử dụng được, nơi vùng xâu vùng xa, đây cũng là một thuận lợi so với các phương pháp khác

Chất phân tán thúc đẩy quá trình phân hủy dầu bằng cách tăng diện tích

bề mặt của có sẵn vi khuẩn Kết quả dầu bị phân hủy tạo thành sản phẩm cuối cùng vô hại

Chất phân tán làm giảm khả năng kết dính của dầu với các lớp trầm tích,

bờ biển, tàu thuyền…

Tuy nhiên, tại thời điểm sử dung các chất phân tán hóa học có thể gây ảnh hưởng xấu đến sinh vật tiếp xúc với chất phân tán: San hô, động vật biển Do tác động xấu của chất phân tán đối với sinh vật sống trong vùng xử lý dầu và

19

những tác dụng phụ của chất phân tán còn lại trong nước sau khi xử lý nên việc

sử dụng chất phân tán bị hạn chế Theo điều tra khảo sát việc khắc phục sự cố tràn dầu bằng các chất phân tán trên các quốc gia Châu Âu trong khoảng 10 năm

từ 1995-2005 kết quả cho thấy với các quốc gia thuộc khối liên minh Châu Âu thì việc sử dụng chất phân tán trong việc xử lý dầu bị hạn chế, chỉ được dùng phổ biến ở một số nước như Cyprus, Pháp, UK (Hình 1.3) Kết quả điều tra cho thấy việc sử dụng các chất phân tán trong xử lý ô nhiễm dầu tại các nước thành viên khối liên minh Châu Âu là thấp hơn so với một số nước trên thế giới

Hình 1.3: Tình hình xử lý dầu tràn bằng chất phân tán của Châu Âu

Sử dụng các chất hóa học dạng chất tẩy rửa thông thường Các hóa chất này chỉ xử lý được dầu tràn ở mức độ nhỏ và tồn tại dưới dạng phân tán với nước Khi các hợp chất hóa học này phân hủy có thể gây phá hủy môi trường biển[18]

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

1.1.4.1 Đặc điểm cấu tạo, tính chất và khả năng ứng dụng của vật liệu polyme hấp thu dầu

Yêu cầu chung đặt ra khi chế tạo vật liệu hấp thu dầu là: khả năng hấp thu dầu lớn, tốc độ hấp thu dầu cao, phân tán tốt trên bề mặt nước, dễ thu hồi sau khi

đã hấp thu tối đa, có thể giải hấp thu và sử dụng lại nhiều lần

Khả năng hấp thu dầu của polyme phụ thuộc nhiều yếu tố: nhiệt độ của quá trình trùng hợp, đồng trùng hợp, nồng độ chất khởi đầu, tỷ lệ đương lượng

có tính chất xốp như bã mía, vỏ trấu cũng hút được một lượng dầu gấp vài lần khối lượng của nó Gần đây người ta sử dụng các sản phẩm thương phẩm Cellusorb là dạng sợi bông có tẩm parafin, 1g Cellusorb hút được khoảng 18g dầu Tuy nhiên các polyme hút dầu có tính thiên nhiên này hút được lượng nhỏ dầu, sản phẩm lại rất khó thu hồi sau khi hấp thu dầu nên các hướng nghiên cứu hiện nay đang tập trung cho các loại vật liệu hấp thu dầu là các polyme tổng hợp [19]

Polyme tổng hợp hấp thu dầu phải là các polyme kị nước, tính kị nước và

ưa dầu là đặc điểm chung của polyme này Vật liệu hấp thu dầu thường tồn tại ở dạng gel, nó có thể trương nhưng không tan trong dầu hay trong dung môi hữu

cơ không phân cực Khi trương lên vật liệu thường tạo ra các gel người ta còn gọi nó là “organogel”, đó chính là gel trương trong dung môi hữu cơ [10] Khi tiếp xúc với dung môi không phân cực, các tiểu phân chất lỏng sẽ khuyếch tán vào cấu trúc bên trong mạng lưới và được giữ lại trong đó Tuỳ độ trương của gel mà gel có bề ngoài giống cao su, gelatin hay rắn như gạch nếu độ trương thấp [14,25]

Polyme hấp thu dầu có cấu tạo từ các phân tử polyme được khâu mạch bởi các tác nhân khâu mạch là các monome lưỡng chức không no tạo nên polyme có cấu trúc mạng lưới không gian ba chiều [13, 14]

Đặc điểm của loại vật liệu này là có cấu trúc xốp, mạng lưới không gian

ba chiều mềm dẻo có thể co lại khi chưa hấp thu dầu vì thế thể tích ban đầu của chúng thường nhỏ, thuận tiện cho việc chuyên chở bảo quản Ở trạng thái này, polyme có thể phân tán tốt trên bề mặt nước, khi tiếp xúc với dầu nổi trên mặt

21

nước, dầu sẽ khuếch tán vào trong mạng lưới không gian và nằm trong đó Khả năng hấp thu dầu của vật liệu được xem như là do tác dụng của lực Van Der Waals giữa các nhóm ưa dầu và dầu nổi trên mặt nước Nhờ có cấu trúc mạng lưới không gian ba chiều (dạng gel) có khả năng co dãn tốt nên dầu dễ dàng khuếch tán vào cấu trúc không gian bên trong của mạng lưới Cấu trúc không gian này được xem như là cái bẫy dầu Trong quá trình trương hai hiện tượng xảy ra đồng thời: sự thâm nhập của dầu vào các khoảng không gian bên trong của cấu trúc polyme và tiếp theo là sự dãn của mạch polyme Sự dãn mạch phụ thuộc vào các lực tương tác bên trong cấu trúc polyme, trên thực tế đây là lực đẩy Lực đẩy này là kết quả của của các lực khác nhau như lực lưỡng cực, lực

Van Der Waals, lực phân tử Đặc trưng tính trương của gel được quyết định bởi

sự cân bằng giữa hai loại lực là: lực trương gây nên bởi áp suất thẩm thấu của dung môi và các lực khác có trong gel [13,14]

Mạng lưới polyme có cấu trúc không gian ba chiều tạo nên dạng gel đó có ứng dụng rất rộng rãi Tính chất ưa dầu, kị nước của vật liệu đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực: làm màng chống thấm nước, sử dụng làm màng sắc ký trong thiết bị đo sắc ký, làm chất hấp thụ trong lĩnh vực dược phẩm sinh học, công nghiệp hoá chất, nông nghiệp, làm nền cho chất xúc tác hoặc chất ổn định enzym hay nền trong thiết bị trao đổi ion [19, 29]

* Tình hình nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme trong hấp thu dầu

Trong thời gian qua, đã có nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng các loại vật liệu polyme trong việc khắc phục ô nhiễm do sự cố tràn dầu gây ra Nhiều nhà khoa học đã có những công trình nghiên cứu về tổng hợp loại vật liệu hấp thu dầu như:

- Nghiên cứu chế tạo và khả năng hấp thu của poly(stearyl cinnamooyxyetyl metacrylat) của Kim, S., Chung và cộng sự [25]

metacrylat-co Báo cáo của Atta và cộng sự về một số chất hấp thu dầu trên cơ sở poly (isobutylen-co-octa decyl acrylat)

22

- Công trình nghiên cứu chế tạo vật liệu trên cơ sở -cyclodextrin hấp thu dầu có khả năng hấp thu cao và có khả năng tái sử dụng Để chế tạo vật liệu này, các tác giả đã tiến hành tổng hợp dẫn xuất của -xyclodextrin, sau đó được đem đồng trùng hợp với octadecyl acrylat (ODA) và butyl acrylat (BA) có mặt chất khơi mào AIBN và chất tạo lưới Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu này

có khả năng hấp thu dầu cao hơn (CCl4, 79,1g; CHCl3, 72,8g; xylen, 43,7g; toluen, 45.7g/1g vật liệu) so với khi không có xyclodextrin (CCl4, 11,7g; CHCl3, 136g; xylen, 16,5g; toluen, 19,2g/1g vật liệu hấp thu dầu) [25]

- Trong một nghiên cứu khác cũng dựa trên lợi thế hấp thu dầu của xyclodextrin, Changjun Zou và cộng sự đã tiến hành tổng hợp copolyme từ acrylamit, -cyclodextrin và acrylic axit ứng dụng để thu hồi dầu ở nhiệt độ cao [8]

- Các hợp chất acrylat thường được sử dụng để hấp thu các dung môi hữu

cơ, dầu, các dung môi clo hóa hay các dung môi thơm Để cải thiện khả năng hấp thu, Jang và các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu chuyên sâu hơn về vật liệu hấp thu dầu trên cơ sở acrylat Kết quả của nghiên cứu này cho thấy khả năng hấp thu dầu chủ yếu bị ảnh hưởng bởi mật độ tạo lưới và tính ưa dầu của các đơn vị trong copolyme Copolyme có mạch ankyl acrylat dài hơn sẽ hấp thu dầu tốt hơn nhưng giới hạn hấp thu của vật liệu này vẫn nhỏ hơn 15g dầu/g vật liệu [21]

- Việc nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng copolyme trên cơ sở ankyl acrylat cũng được Naiyi Ji và cộng sự tiến hành, cụ thể là tổng hợp poly(metyl metacrylat – butyl metacrylat) bằng phương pháp trùng hợp huyền phù Trong công trình này, các tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số phản ứng, các yếu tố như comonome, chất khơi mào, chất tạo lưới, chất nhũ hóa và tác nhân phân tán tới quá trình đồng trùng hợp Sản phẩm copolyme thu được cho thấy có khả năng hấp thu dầu cao Kết quả nghiên cứu hấp thu đối với toluen của copolyme là 17,6g/g [29]

23

- Vật liệu trên cơ sở polystyren-divinylbenzen với cấu trúc rỗng và đơn phân tán cũng rất được quan tâm do chúng có nhiều ứng dụng rất linh hoạt trong nhựa trao đổi ion, vật liệu nhồi cột cho sắc ký thẩm thấu gel và là polyme hỗ trợ xúc tác Kangwansupamonkon và các cộng sự đã nghiên cứu phát triển và sử dụng chúng trong xử lý môi trường như dùng để hấp thu dầu tràn, làm sạch các loại dung môi thoát ra trong sản xuất [21]

- Từ các vật liệu hấp thu dầu trên cơ sở ankylacrylat và divinylbenzen có thể kết luận rằng tính ưa dầu và trọng lượng phân tử của monome là những yếu tố chính quyết định khả năng hấp thu dầu Vì lý do đó, Zhou và cộng sự đã nghiên cứu chế tạo và sử dụng vật liệu cao su thiên nhiên (NR), cao su butadien styren (SBR) và etylen propylen – dien terpolyme (EPDM) có trọng lượng phân tử lớn và tính ưa dầu cao để hấp thu dầu và cho hiệu quả rất tốt [21]

styren-Do có những ưu điểm như tính kị nước cao, tính bền cơ học, bền với môi trường nước biển, khả năng tái sử dụng nhiều lần và tỷ trọng nhỏ nên những vật liệu trên cơ sở polyolefin như polyetylen, polypropylen đã và đang được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu chế tạo, ứng dụng để hấp thu dầu [21] Tỷ trọng nhỏ giúp các vật liệu nổi lên trên mặt nước, dễ dàng vận chuyển

và thu hồi

- Trong công trình nghiên cứu của Naikuxu và cộng sự, các tác giả đã tiến hành nghiên cứu chế tạo vật liệu blend giữa copolyme metacrylat-hydroxyetyl metacrylat và polyetylen tỷ trọng thấp để chế tạo vật liệu chức năng dạng sợi và thử nghiệm hấp thu một số loại dung môi hữu cơ Kết quả cho thấy vật liệu có cấu trúc xốp với nhiều lỗ xốp micro, có khả năng hấp thu nhanh toluen, bên cạnh đó nó còn có khả năng hấp thu tricloetan và clorofom nhưng ở tốc độ chậm hơn, đồng thời kết quả cho thấy khả năng hấp thụ etanol và nước của vật liệu là thấp[22-29]

- Năm 2006, Boul-Gheit và cộng sự đã nghiên cứu sử dụng vật liệu phế thải dạng màng từ polyetylen, propylen để hấp thu dầu Trong nghiên cứu này,

24

các tác giả đã sử dụng màng PE và PP có độ dày lần lượt 50-60 và 30-40 Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu này có khả năng hấp thu tốt đối với loại dầu nhẹ[17]

Trong nước, các nhà khoa học cũng đã và đang quan tâm nhiều đến các đề tài nghiên cứu các biện pháp khắc phục sự cố tràn dầu cũng như rất nỗ lực trong việc tìm ra các loại vật liệu sử dụng hiệu quả trong việc khắc phục các sự cố tràn dầu

Trên thị trường hiện có nhiều sản phẩm thương mại nhập khẩu dùng để khắc phục sự cố tràn dầu như bơm hút dầu tràn (Loại Brush Skimmer, Disk Skimmer, Drum Skimmer…), phao quây dầu (Một số sản phẩm thương mại như: FenceBoom 18, FenceBoom 24, FenceBoom 36…), bột thấm dầu trên mặt nước (Một số sản phẩm thương mại như: Enretech Cellusorb, Corbol…)

Để khắc phục sự cố do tràn dầu trên biển, đã có một số công trình khoa học được nghiên cứu ThS Phạm Thị Dương khoa Máy tàu biển, Trường Đại học Hàng hải cùng các cộng sự đã nghiên cứu khả năng hấp phụ dầu trong nước thải bằng các vật liệu tự nhiên như bèo, lõi ngô, rơm và xơ dừa Trong đó vật liệu hấp thụ được chế tạo từ thân bèo, vỏ quả dừa, lõi bắp ngô Tất cả đều được cắt nhỏ và rây đến kích thước hạt phù hợp Kết quả nghiên cứu cho thấy các vật liệu làm từ thân bèo, lõi ngô, rơm và xơ dừa có thể sử dụng đề làm vật liệu hấp phụ dầu Vật liệu sau khi chế tạo có độ trương nhỏ nên khá bền trong môi trường nước Trong các loại vât liệu trên thì vật liệu chế tạo từ thân bèo có khả năng hấp thu tốt hơn, 1 gam vật liệu có khả năng hấp thụ 0.29 g dầu [9] Chế tạo vật liệu hấp thụ dầu trên cơ sở styren và lauryl metacrylat bằng phương pháp huyền phù cũng được nghiên cứu [12] Nhóm tác giả tiến hành thí nghiệm bằng cách sử dụng các hóa chất như: Styren (St), lauryl metacrylat (LMA), benzoyl peroxit, divinylbenzene, keo gelatin, các dung môi khác Kết quả nghiên cứu cho thấy khi hàm lượng styren tăng sẽ làm tăng khoảng hở bên trong của cấu trúc mạng không không gian 3 chiều của polyme vì vậy lượng toluen hấp thụ