NGHIÊN cứu TỔNG hợp hệ vật LIỆU NANO COMPOSITE bọt xốp al2o3 LAI GHÉP ACID STEARIC, ỨNG DỤNG để xử lý TRÀN dầu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘIKHOA MÔI TRƯỜNG ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HỆ VẬT LIỆU NANO COMPOSITE BỌT XỐP Al 2 O 3 LAI GHÉP ACID STEARIC, ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HỆ VẬT LIỆU NANO COMPOSITE

BỌT XỐP Al 2 O 3 LAI GHÉP ACID STEARIC,

ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ TRÀN DẦU

Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Thường Đoan

Nguyễn Cao Tài Minh Hoàng Thu An

Nguyễn Anh Quân Nguyễn Phương Anh Lớp: ĐH10M1

Giảng viên hướng dẫn: Mai Văn Tiến

HÀ NỘI – 2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC

TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

I SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN :

Họ và tên : Nguyễn Thường Đoan

Sinh ngày : 14 tháng 4 năm 2002

Nơi sinh : Trung Thành – Thị xã Phổ Yên – Tỉnh Thái Nguyên

Lớp : ĐH10M1 Khóa : 2020 - 2024

Khoa : Môi Trường

Địa chỉ liên hệ : Ngõ 73 Đức Diễn, Phúc Diễn, Bắc Từ Liêm, Hà Nội

Điện thoại : 0868733240 Gmail : 20111070199@hunre.edu.vn

II QUÁ TRÌNH HỌC TẬP

* Năm thứ 1 :

Ngành học : Công Nghệ kỹ thuật môi trường Khoa : Môi Trường

Kết quả xếp loại học tập :

Sơ lược thành tích :

* Năm thứ 2 :

Ngành học : Công Nghệ kỹ thuật môi trường Khoa : Môi Trường

Kết quả xếp loại học tập :

Sơ lược thành tích :

Hà Nội, ngày tháng 10 năm 2021

Xác nhận của trường đại học

Tl Hiệu trưởng Trưởng phòng KHCN&HTQT

Sinh viên chịu trách nhiệm chính

thực hiện đề tài

(ký, họ và tên)

Nguyễn Thường Đoan

Ảnh 4x6

MỤC LỤC

1 Đặt vấn đề 4

2 Tổng quan vấn đề nghiên cứu liên quan đến đề tài 4

3 Mục tiêu nghiên cứu 4

4 Địa điểm, thời gian và đối tượng nghiên cứu 4

5 Nội dung nghiên cứu 4

6 Phương pháp nghiên cứu 4

7 Dự kiến kết quả nghiên cứu 5

8 Kế hoạch thực hiện 5

9 Phân chia trách nhiệm giữa thành viên của nhóm: 6

10 Tài liệu tham khảo 6

1 Đặt vấn đề

Tràn dầu là sự cố xảy ra trong quá trình khai thác, lưu trữ, vận chuyển và sử dụng đầu Sự cố này không chỉ ảnh hưởng tiêu cực đến nền kinh tế mà còn gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sinh thái

Cùng với tốc độ phát triển kinh tế cao, tại Việt Nam trong thời gian gần đây, các ngành công nghiệp dầu khí cũng đang phát triển mạnh mẽ Ước tính mỗi năm chúng ta tiêu thụ khoảng 11 triệu tấn dầu và các sản phẩm dầu Ngoài ra, Việt Nam còn nằm trên tuyến đường hàng hải quốc tế vận chuyển dầu từ Trung Đông đến Nhật Bản với lượng dầu vận chuyển lên đến 30 triệu tấn năm Điều đó có nghĩa là hàng chục triệu tấn dầu đang được lưu thông trên lãnh thổ Việt Nam mỗi năm và kéo theo là nguy cơ xảy ra các sự cố tràn dầu là rất lớn Thực tế cũng cho thấy các sự cố tràn đầu đã liên tiếp xảy ra từ nhiều năm trở lại đây Ví dụ sự cố tàu Neptune Aries năm 1994 tại Thành phố Hồ Chí Minh, sự cố tàu Formosa One năm 2001 tại tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, ba sự cố khác tại Thành phố Hồ Chí Minh năm 2003 và 2005, trong đó sự cố năm 2005 rất nghiêm trọng, sự cố tàu Mỹ Đình năm 2004 tại miền Bắc và hàng chục sự cố nhỏ lẻ khác trong cả nước và trong ngành Dầu khí

Căn cứ theo yêu cầu khách quan của một nền kinh tế đang trên đà phát triển có thể nhận thấy nguy cơ xảy ra sự cố tràn dầu tại Việt Nam chắc chắn còn tiếp tục tăng cao trong tương lai sắp tới Ngay trước mắt, Việt Nam đã có chiến lược xây dựng các nhà máy lọc dầu và điều này sẽ làm gia tăng sự vận chuyển dầu thô từ nước ngoài vào Việt Nam Đứng trước nguy cơ này, việc nghiên cứu các công nghệ ứng cứu với sự cố tràn dầu là một vấn đề có tính cấp bách và vô cùng quan trọng

Ngoài những phương pháp cơ học như sử dụng phao quây xa bờ, phao quây trên bờ, sử dụng thiết bị kiểu đập và hút chân không, còn nhiều công nghệ để xử

lý sự cố tràn dầu như công nghệ phân tán hóa học, công nghệ phân hủy sinh học, đốt tại chỗ hoặc hấp phụ dầu mà trong đó, phương pháp hấp phụ có vẻ là giải pháp thích hợp nhất vì dầu có thể được thu hồi với những ảnh hưởng tiêu cực tối thiểu nhất

Phần lớn các chất hấp phụ hiện đang được sử dụng để xử lý sự cố tràn đầu như đất sét, đá trân châu, len thủy tinh đều có khả năng hấp phụ rất thấp Vật liệu xốp polyurethane có khả năng hấp phụ cao hơn nhưng lại rất công kềnh và tính tương thích về mặt hóa học với các loại dầu khác nhau là chưa cao hoặc không xử lý triệt để được dầu

Xuất phát từ việc nghiên cứu đặc tính của vật liệu xử lý dầu tràn, để có thể xử

lý một cách hiệu quả vết dầu trên mặt nước, vật liệu phải có 3 tính chất quan trọng sau đây

⁃ Hấp phụ chọn lọc dầu trong hệ dầu nước, tức là phải có tính chất kỵ nước, ưa dầu

⁃ Có khối lượng riêng nhỏ để có thể nổi lên mặt nước

⁃ Có thể chiết được dầu khỏi vật liệu để tái sử dụng

Hiện nay, các công trình nghiên cứu về vật liệu hấp phụ xử lý dầu tràn chưa

có nhiều ở nước ta Vì vậy, nhóm nghiên cứu chúng em (khoa Môi trường, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội) đã nghiên cứu, tổng hợp một vật liệu bọt xốp nano composite bằng cách dùng Al203 lai tạo Axit Stearic để tạo lên một loại vật liệu hấp phụ có khả năng kị nước, chỉ hấp thụ các phân tử của dầu Điều đó giúp xử lý dầu tràn ở nhiều quy mô khác nhau Hơn nữa với khả năng tự phân hủy sinh học, từ đó giúp bảo vệ môi trường nước và bảo vệ các loài sinh vật trong môi trường

2 Tổng quan vấn đề nghiên cứu liên quan đến đề tài

Acid stearic vốn là một acid béo, có đặc tính kị nước thân dầu và đặc biệt có khả năng phân hủy sinh học tốt Nhóm nghiên cứu hy vọng việc gắn kết các phân tử acid stearic với các sợi nano Al2O3 cứng chắc sẽ giúp hình thành khung nền cho cấu trúc bọt composite, từ đó tạo thành một vật liệu xốp và kị nước, cho phép vừa

có khả năng thu hồi dầu loang nhanh chóng, vừa có đặc tính nhẹ, nổi trên mặt nước, giúp dễ dàng thu hồi vật liệu sau sử dụng

2.1 Tổng hợp hệ vật liệu composite bọt xốp Al 2 O 3 lai ghép acid stearic

Để tổng hợp nên hệ vật liệu composite nền hữu cơ với pha phân tán là các sợi Al2O3 vô cơ, đầu tiên phải tiến hành điều chế sợi nano Al2O3 bằng phương pháp thủy nhiệt 15 gam Al(NO3)3.9H2O sẽ được hòa tan vào 25 ml nước cất để tạo thành dung dịch chứa Al3+, tiếp theo, dung dịch NH3 (10%) được nhỏ từ từ vào dung dịch trên cho đến pH 5 Hỗn hợp huyền phù chứa kết tủa trắng sẽ được khuấy liên tục trong vòng 1 giờ Sau đó, kết tủa được tách ra khỏi dung dịch bằng kỹ thuật ly tâm, rồi được chuyển vào trong autoclave, gia nhiệt đến 170C trong vòng 48 giờ Chất rắn thu được tiếp tục được rửa với nước cất và trộn với

20 gam Tergitol Cuối cùng, hỗn hợp sẽ được nung ở 450C trong 5 giờ để thu được các sợi nano Al2O3

Ở giai đoạn thứ hai, nhóm nghiên cứu hòa Al2O3 vào nước cất (với Al2O3 chiếm 1% khối lượng dung dịch), tiến hành đánh siêu âm trong 5 phút Mặt khác, acid stearic cũng được hòa tan vào dung môi hexane để thu dung dịch acid stearic

với nồng độ 70 mM Tiếp theo, huyền phù Al2O3 và dung dịch acid stearic được hòa trộn vào nhau theo tỷ lệ thể tích 1:1, rồi toàn bộ hỗn hợp được lắc mạnh trong

30 giây để hình thành hệ nhũ tương Hệ này sẽ được ly tâm để thu được chất rắn màu trắng, rồi sấy khô trong chân không để thu được sản phẩm cuối cùng, chính là vật liệu bọt lai ghép Al2O3 /acid stearic

2.2 Khả năng hấp phụ dầu của hệ vật liệu Al 2 O 3 /acid stearic

Mấu chốt để hình thành vật liệu bọt xốp lai ghép Al2O3 /acid stearic là khả năng đan xen, kết nối vào nhau giữa các sợi nano Al2O3 và khả năng liên kết giữa nano

Al2O3 và các phân tử acid stearic Chính vì vậy, lần lượt các kỹ thuật nhiễu xạ tia X(XRD), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và phổ hồng ngoại (FTIR) được nhóm nghiên cứu sử dụng để đặc tính hóa vật liệu lai ghép

Khả năng hấp phụ ưu việt của hệ vật liệu composite Al2O3 lai ghép acid stearic, vốn được tổng hợp rất đơn giản thông qua quá trình hòa trộn acid stearic với các sợi nano Al2O3 Nhờ thành phần acid stearic kị nước, vật liệu mới này không chỉ

có dung lượng hấp phụ lớn đối với các hợp chất hữu cơ mà còn thể hiện tốc độ hấp phụ rất đáng kể, từ đó cho phép thu hồi dầu loang trên bề mặt nước nhanh chóng, hiệu quả Đặc biệt, cấu trúc xốp của bọt composite còn giúp vật liệu này

có thể nổi trên mặt nước, giúp quá trình thu dọn dầu loang cùng vật liệu diễn ra

dễ dàng

3 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu xây dựng được sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu nano composite bọt xốp Al2O3 lai ghép acid stearic

- Thử nghiệm đánh được khả năng xử lý ô nhiễm dầu trong nước

4 Địa điểm, thời gian và đối tượng nghiên cứu

- Địa điểm nghiên cứu : Phòng thí nghiệm khoa Môi Trường, Đại học Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội

- Thời gian nghiên cứu: Dự kiến từ tháng 10 năm 2021 đến tháng 4 năm 2022

- Đối tượng nghiên cứu: vật liệu nano composite bọt xốp Al2O3 lai ghép acid stearic

5 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan các vấn đề liên quan đến đề tài nghiên cứu : Thu thập tài liệu tìm

hiểu về cấu tạo, thành phần, , tính chất lý - hóa của nano composite bọt xốp Al2O3

vàacid stearic Từ đó xây dựng tổng quan đánh giá tình hình nghiên cứu vật liệu nano composite bọt xốp Al2O3 lai ghépacid stearic trong và ngoài nước

- Nghiên cứu xây dựng sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu nano composite bọt xốp

Al2O3 lai ghép với acid stearic: Điều chế sợi nano Al2O3 bằng phương pháp thủy nhiệt, điều chế vật liệu lai bọt lai ghép Al2O3 với acid stearic bằng phương pháp huyền phù

- Tiến hành tổng hợp hệ vật liệu nano composite bọt xốp Al2O3 lai ghép acid stearic và khảo sát tối ưu các điều kiện tổng hợp: Tỷ lệ thành phần thể tích chế tạo vật liệu Al2O3 / acid stearic là 1:1; nhiệt độ, thời gian….)

- Phân tích đặc trưng, cấu trúc tính chất của hệ vật liệu: Dùng các kỹ thuật nhiễu

xạ tia X(XRD), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và phổ hồng ngoại (FTIR)

để đặc tính hóa vật liệu lai ghép

- Thử nghiệm, đánh giá khả năng hấp phụ xử lý ô nhiễm dầu trong nước

6 Phương pháp nghiên cứu

* Cách tiếp cận

- Xuất phát từ sự phát triển của phần lớn các ngành công nghiệp vẫn đang sử dụng chủ yếu nguồn nguyên liệu từ dầu mỏ khiến cho các hoạt động khai thác

và vận chuyển ngày càng gia tăng dẫn đến làm tăng nguy cơ xảy ra sự cố tràn dầu Dầu là một hợp chất hữu cơ phức tạp, khó phân huỷ khi xảy ra sự cố tràn dầu sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường, hệ sinh thái

- Xuất phát từ bản chất vật liệu: Nhờ thành phần acid stearic kị nước, cấu trúc của nano composite bọt xốp Al2O3,vật liệu mới này không chỉ có dung lượng hấp phụ lớn đối với các hợp chất hữu cơ mà còn thể hiện tốc độ hấp phụ rất đáng kể, từ đó cho phép thu hồi dầu loang trên bề mặt nước nhanh chóng, hiệu quả, có thể nổi trên mặt nước, giúp quá trình thu dọn dầu loang cùng vật liệu diễn ra dễ dàng

* Các phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu

- Phương pháp thực nghiệm trong phòng thí nghiệm

- Phương pháp xử lý số liệu

7 Dự kiến kết quả nghiên cứu

* Ý nghĩa khoa học : Việc nghiên cứu tổng hợp hệ vật liệu nano composite bọt

xốp Al2O3 lai ghép acid stearic, ứng dụng để xử lý dầu tràn có ý nghĩa to lớn về mặt khoa học là góp phần vào xử lý sự cố tràn dầu xảy ra trên sông hoặc trên biển Bảo vệ môi trường, giảm thiếu khả năng gây ô nhiễm môi trường nước

* Ý nghĩa thực tiễn: nâng cao kĩ năng, tạo động lực cho các thế hệ về sau Tạo ra

một mẫu hệ vật liệu mới hiệu quả thực tế cao

* Dự kiến kết quả nghiên cứu

- Mẫu vật liệu nano composite bọt xốp Al2O3 lai ghép acid stearic

- Báo cáo kết quả đề tài

8 Kế hoạch thực hiện

Bảng kế hoạch thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học

Tháng

1 Lựa chọn và xây dựng đề tài

nghiên cứu khoa học

X

2 Báo cáo và thông qua đề cương

nghiên cứu

X

3 Tổ chức thực hiện nghiên cứu

trong khuôn khổ đề cương được

phê duyệt, bao gồm thu thập số

liệu và đi thực địa, kết hợp với

phân tích số liệu và viết tổng quan

tài liệu

4 Báo cáo tiến độ gửi về Khoa và

Phòng KHCN&HTQT

X

6 Báo cáo kết quả nghiên cứu trước

hội đồng

X

9 Phân chia trách nhiệm giữa thành viên của nhóm:

1 Nguyễn Thường Đoan Thu thập tài liệu, mua hóa chất, tham gia vào quá

trình thu thập mẫu, tổng hợp vật liệu Khảo sát chất lượng sản phẩm Tổng hợp, phân tích và xử lý kết quả phân tích

2 Nguyễn Cao Tài Minh Thu thập tài liệu, mua hóa chất, tham gia vào quá

trình thu thập mẫu, tổng hợp vật liệu Khảo sát chất lượng sản phẩm Tổng hợp, phân tích và xử lý kết quả phân tích

3 Hoàng Thu An Thu thập tài liệu, mua hóa chất, tham gia vào quá

trình thu thập mẫu, tổng hợp vật liệu Khảo sát chất lượng sản phẩm Tổng hợp, phân tích và xử lý kết quả phân tích

4 Nguyễn Phương Anh Thu thập tài liệu, mua hóa chất, tham gia vào quá

trình thu thập mẫu, tổng hợp vật liệu Khảo sát chất lượng sản phẩm Tổng hợp, phân tích và xử lý kết quả phân tích

5 Nguyễn Anh Quân Thu thập tài liệu, mua hóa chất, tham gia vào quá

trình thu thập mẫu, tổng hợp vật liệu Khảo sát chất lượng sản phẩm Tổng hợp, phân tích và xử lý kết quả phân tích

Tất cả các thành viên trong nhóm đều phải có trách nhiệm tham gia thảo luận, đưa ra ý kiến để thu được hiệu quả cuối cùng cho đề tài nghiên cứu

10 Tài liệu tham khảo:

1 Đinh Thị Ngọ (2006) “Hoá học dầu mỏ và khí” Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội

2 Nguyễn Hữu Trịnh, Luận án Tiến sĩ Hoá học “Nghiên cứu điều chế các dạng hydroxit nhôm, oxit nhôm và ứng dụng trong công nghiệp lọc hoá dầu” Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2002

3 Đỗ Thanh Hải, Luận văn thạc sĩ khoa học “Nghiên cứu và điều chế một số chất hấp phụ từ các hợp chất của nhôm và nghiên cứu các chất kết dính tạo viên” Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2002

4 Tạ Quang Minh và cộng sự, Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học Bộ Công nghiệp, Nghiên cứu công nghệ chế tạo chất hấp phụ trên cơ sở các hợp chất nhôm hydroxit và nhôm oxit ứng dụng trong các nhà máy chế biến khí và lọc hóa dầu Việt Nam, Mã số 4022/QĐ-BCN, 2007

5 Nguyễn Hữu Trịnh (2001), “Nghiên cứu chế tạo chất mang và chất hấp phụ ứng dụng trong lọc hoá dầu”.Tuyển tập công trình Khoa học, 45 năm

Trường ĐHBK Hà nội

6 Đinh Thị Ngọ (2006) “Hoá học dầu mỏ và khí”,Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội

7 B.R Simonovic, D Arandelovic, M Jovanovic, B Kovacevic, L Pezo, A Jovanovic (2009), “Removal of mineral oil and wastewater pollutants using hard coal”, Chem Ind Chem Eng Q., 15, pp.57-62

8 A.E Bence, K.A Kvenvolden, M.C Kennicutt (1996), “Organic geochemistry applied to environmental assessments of Prince William

Sound, Alaska, after the Exxon Valdez oil spill - A review”, Org.

Geochem., 24, pp.7-42.

9 R Camilli, C.M Reddy, D.R Yoerger, B.A.S Van Mooy, M.V Jakuba, J.C Kinsey (2010), “Tracking hydrocarbon plume transport and biodegradation at Deepwater Horizon”, Science, 330, pp.201-204

10.J Pinto, A Athanassiou, D Fragouli (2018), “Surface modification of polymeric foams for oil spills remediation”, J Environ Manage., 206, pp.872-889

11.R MacDonald, D.M Kammen, M Fan (2014), “Science in the aftermath: investigations of the DWH hydrocarbon discharge”, Environ Res Lett., 9, pp.125006 (1-2)