Khóa luận tốt nghiệp chuyên ngành Quản lý môi trường: Nghiên cứu khả năng hấp phụ dầu khoáng của vỏ sầu riêng bổ sung acid béo

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:115

Thêm vào BST

Báo xấu

34
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài là nghiên cứu tiền đề để chế tạo một loại vật liệu hấp phụ dầu có nguồn gốc từ VSR, một loại phế thải nông nghiệp nhưng cho khả năng hấp phụ dầu cao; đưa vật liệu vào sản xuất thử nghiệm với mô hình công nghiệp; ứng dụng thực tế vào các sự cố tràn dầu ven biển.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp chuyên ngành Quản lý môi trường: Nghiên cứu khả năng hấp phụ dầu khoáng của vỏ sầu riêng bổ sung acid béo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ DẦU KHOÁNG CỦA VỎ SẦU RIÊNG BỔ SUNG ACID BÉO Ngành : Kỹ thuật môi trường Chuyên ngành : Quản lý môi trường Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS. Thái Văn Nam TS. Nguyễn Thị Thanh Phượng Sinh viên thực hiện : Trịnh Trọng Nguyễn MSSV: 1151080152 Lớp: 11DMT03 Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2015 Trang 1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ DẦU KHOÁNG CỦA VỎ SẦU RIÊNG BỔ SUNG ACID BÉO Ngành : Kỹ thuật môi trường Chuyên ngành : Quản lý môi trường Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS. Thái Văn Nam TS. Nguyễn Thị Thanh Phượng Sinh viên thực hiện : Trịnh Trọng Nguyễn MSSV: 1151080152 Lớp: 11DMT03 Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2015
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin “CAM ĐOAN, đồ án tốt nghiệp này được tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Thái Văn Nam, trưởng khoa Công nghệ Sinh học – Thực phẩm – Môi trường, Đại học Công nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh và TS. Nguyễn Thị Thanh Phượng, phó viện trưởng Viện Môi trường và Tài Nguyên, Thành Phố Hồ Chí Minh. Tôi xin cam đoan những nội dung, các số liệu và trích dẫn trong đồ án tốt nghiệp là hoàn toàn trung thực. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về những lời cam đoan của mình. TP. HCM, tháng 8 năm 2015 Sinh viên Trịnh Trọng Nguyễn
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành bài báo cáo nghiên cứu này cho phép tôi được gửi lời cảm ơn đến Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh, Khoa Công nghệ Sinh học – Thực phẩm – Môi trường, Viện Môi trường và Tài nguyên TP. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho tôi mượn dụng cụ và phòng thí nghiệm để tiến hành nghiên cứu đề tài này. Đặc biệt, tôi xin cảm ơn thầy PGS. TS Thái Văn Nam và TS. Nguyễn Thị Thanh Phượng đã trực tiếp hướng dẫn và làm cố vấn cho em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tuy nhiên, do trong thời gian có hạn cũng như kinh nghiệm còn hạn chế nên trong bài báo cáo kết quả nghiên cứu của tôi sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế nhất định. Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các quý thầy cô để giúp tôi có thể bổ sung, hoàn thành tốt bài báo cáo này. Tôi xin chân thành cảm ơn!
TÓM TẮT Vỏ sầu riêng, một loại phế phẩm nông nghiệp, được bổ sung acid béo nhằm tăng các thành phần ưa dầu và hạn chế khả năng ưa nước, sử dụng để làm vật liệu hấp phụ để loại bỏ dầu trong nước. Cấu trúc và hình thái bề mặt của vật liệu được xác định dưới kính hiển vi với độ phóng đại 1,3×10 lần. Các kết quả khảo sát, so sánh khả năng hấp phụ dầu của VSR trước (VSR–M) và sau khi bổ sung acid béo (VSR–AS) cho thấy khả năng hấp phụ dầu của VSR–M (0,4604g/g) được cải thiện hơn nhiều so với vật liệu VSR–M (0,2340g/g). Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ như lượng dầu trước hấp phụ, kích thước vật liệu, thời gian hấp phụ, pH của dung dịch và dung lượng hấp phụ cực đại cũng được khảo sát. Kết quả thu được như sau: lượng dầu trước hấp phụ tối ưu 0,5ml; kích thước hạt vật liệu từ 0,15–0,3mm; thời gian hấp phụ tối ưu 20 phút; pH của dung dịch trong khoảng 6,5–9,3 và dung lượng hấp phụ cực đại là 0,4604g/g, các thí nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ phòng thí nghiệm với độ ẩm của vật liệu là 5%.
MỤC LỤC MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. ĐẶT VẤN ĐỀ..........................................................................................................1 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ....................................................................................1 2.1 Mục tiêu lâu dài ..................................................................................................5 2.2 Mục tiêu cụ thể....................................................................................................5 3. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI ........................................................................................5 4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN .............................................................. 5 4.1 Khoa học .............................................................................................................5 4.2 Thực tiễn .............................................................................................................6 5. TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI ........................................................................................6 6. CẤU TRÚC CỦA ĐỒ ÁN .......................................................................................6 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .........................................................................................8 1.1 HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM DẦU TẠI VIỆT NAM ..............................................8 1.1.1 Sự cố tràn dầu ở Việt Nam từ năm 2004 đến nay ............................................8 1.1.2 Nồng độ dầu tại một số cảng biển Việt Nam ...................................................8 1.1.3 Ô nhiễm dầu từ các cơ sở công nghiệp và dân cư đô thị ............................... 10 1.1.4 Ô nhiễm dầu tại các khu vực tổng kho xăng dầu ...........................................10 1.1.5 Ảnh hưởng của sự cố tràn dầu .......................................................................11 1.2 VỎ SẦU RIÊNG ..................................................................................................14 1.2.1 Nguồn gốc của VSR ......................................................................................14 1.2.2 Ngành trồng sầu riêng ở Việt Nam ................................................................ 15 1.3 QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ ......................................................................................18 1.3.1 Khái niệm hấp phụ .........................................................................................18 1.3.2 Cơ chế của quá trình hấp phụ ........................................................................18 1.3.3 Phân loại quá trình hấp phụ ...........................................................................19 1.4 CÁC LOẠI VẬT LIỆU HẤP PHỤ DẦU HIỆN NAY........................................19 1.4.1 Vật liệu hấp phụ dầu hữu cơ tổng hợp ...........................................................19 1.4.2 Vật liệu hấp phụ dầu hữu cơ có nguồn gốc thiên nhiên ................................ 20 1.4.3 Vật liệu hấp phụ dầu vô cơ ............................................................................20 1.5 CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN .....................................................................21 i
1.5.1 Các nghiên cứu về vật liệu hấp phụ dầu ........................................................21 1.5.2 Các nghiên cứu về khả năng hấp phụ của vỏ sầu riêng .................................23 1.5.2.3 Kết luận .......................................................................................................25 CHƯƠNG 2. NỘI DUNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .....26 2.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................26 2.1.1 Nội dung 1. Tổng hợp, biên hội các tài liệu có liên quan .............................. 26 2.1.2 Nội dung 2: Chế tạo vật liệu hấp phụ từ VSR ...............................................26 2.1.3 Nội dung 3: Khảo sát hình thái bề mặt và màu sắc của VLHP .....................26 2.1.4 Nội dung 4. Khảo sát khả năng hấp phụ dầu .................................................26 2.1.5 Nội dung 5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ ..............26 2.1.6 Nội dung 6. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại .......................................26 2.1.7 Nội dung 7. So sánh khả năng hấp phụ dầu của VSR với một số vật liệu khác .........................................................................................................................26 2.2 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU .................................................................................27 2.2.1 Nguyên liệu ....................................................................................................27 2.2.2 Hóa chất .........................................................................................................27 2.2.3 Thiết bị, dụng cụ ............................................................................................ 28 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................................................................30 2.3.1 Phương pháp luận ..........................................................................................30 2.3.2 Phương pháp cụ thể (phương pháp thực tiễn) ................................................33 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................. 46 3.1 CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ VSR ........................................................46 3.1.1 Vật liệu 1 (VSR–M) .......................................................................................46 3.1.2 Vật liệu 2 (VSR–AS) .....................................................................................46 3.2 HÌNH THÁI BỀ MẶT, MÀU SẮC CỦA VẬT LIỆU ........................................48 3.2.1 Cấu tạo ...........................................................................................................48 3.2.2 Kết quả chụp dưới kính hiển vi......................................................................48 3.2.3 Độ ẩm của vật liệu .........................................................................................49 3.3 KẾT QUẢ HẤP PHỤ DẦU CỦA VSR–M .........................................................49 3.4 KẾT QUẢ HẤP PHỤ DẦU CỦA VSR–AS .......................................................51 3.4.1 Dung lượng hấp phụ dầu của VSR–AS .........................................................51 3.4.2 Đặc tính kỵ nước – ưa dầu của vật liệu VSR–AS..........................................54 ii
3.4.3 Khả năng nổi của vật liệu trong nước ............................................................ 56 3.4.4 So sánh kết quả hấp phụ dầu của VSR–M và VSR–AS 1:4 ..........................59 3.5 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ ..........................60 3.5.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng dầu đến quá trình hấp phụ ...............60 3.5.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của kích thước hạt đến quá trình hấp phụ ........63 3.5.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến quá trình hấp phụ ...67 3.5.4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ ..........................70 3.5.5 Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ cực đại ...................................................75 3.6 SO SÁNH KHẢ NĂNG HẤP PHỤ DẦU VỚI CÁC VẬT LIỆU HẤP PHỤ KHÁC ........................................................................................................................80 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ ...........................................................................................81 1. KẾT LUẬN ............................................................................................................81 2. KIẾN NGHỊ ...........................................................................................................82 3. PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN .......................................................................82 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................83 iii
TỪ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU 1. Các từ viết tắt ANOVA ANalysis Of VAriance Phân tích phương sai CMC Carboxy Methyl Cellulose Cation hexadexylPiridin Clorua CPC Chất hoạt động bề mặt monohydrate DO Diesel Oil Dầu diesel ĐH Đại học HST Hệ sinh thái Korea Atomic Energy Research Viện nghiên cứu năng lượng KAERI Institute nguyên tử Hàn Quốc LSD Least Significant Difference Giới hạn sai số nhỏ nhất NSX Nhà sản xuất O/W Oil/Water Nhũ dầu trong nước PGS Phó giáo sư PTN Phòng thí nghiệm ppm parts per million SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TSKH Tiến sĩ khoa học Diễn đàn các Nhà báo Môi Vietnam Forum of Environmental VFEJ trường Việt Nam Journalists VLHP Vật liệu hấp phụ VSR Vỏ sầu riêng 2. Các ký hiệu VSR – AS Vỏ sầu riêng bổ sung acid béo VSR – M Vỏ sầu riêng thô VSR – R Vỏ sầu riêng sau khi sấy khô iv
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Tỉ lệ các thành phần trong một quả sầu riêng. .............................................15 Bảng 1.2: Thống kê diện tích và sản lượng sầu riêng ở nước ta. .................................17 Bảng 2.1: Danh sách các dụng cụ, thiết bị sử dụng cho thí nghiệm ............................. 28 Bảng 3.1: Các thông số thử nghiệm khảo sát khả năng hấp phụ dầu của VSR–M ......50 Bảng 3.2: Các thông số thử nghiệm khảo sát khả năng hấp phụ dầu của VSR–AS .....52 Bảng 3.3: Kết quả xử lý khả năng hấp phụ dầu của VSR–AS ở các tỉ lệ phối trộn khác nhau ............................................................................................................................... 52 Bảng 3.4: Kết quả xử lý lượng VSR–AS chìm trong môi trường nước nhiễm dầu ở các tỉ lệ phối trộn với nhau so sánh với lượng dầu hấp phụ ................................................57 Bảng 3.5: So sánh khả năng hấp phụ và khả năng nổi của VSR–M và VSR–AS ........60 Bảng 3.6: Các thông số thử nghiệm khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng dầu ..............61 Bảng 3.7: Kết quả xử lý khả năng hấp phụ dầu của VSR–AS 1:4 với các lượng dầu khác nhau so sánh với hiệu suất hấp phụ.......................................................................61 Bảng 3.8: Các thông số thử nghiệm ảnh hưởng của kích thước hạt ............................. 64 Bảng 3.9: Kết quả xử lý khả năng hấp phụ dầu của VSR–AS ở các kích thước hạt khác nhau ............................................................................................................................... 65 Bảng 3.10: Các thông số thử nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc ........68 Bảng 3.11: Kết quả xử lý khả năng hấp phụ dầu của VSR–AS ở các mốc thời gian khác nhau .......................................................................................................................68 Bảng 3.12: Các thông số thử nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH ............................... 70 Bảng 3.13: Kết quả xử lý khả năng hấp phụ dầu của VSR–AS ở các môi trường pH khác nhau .......................................................................................................................73 Bảng 3.14: Xác định các thông số của đường đẳng nhiệt hấp phụ ............................... 75 Bảng 3.15: Các hằng số Langmuir và hệ số tương quan ..............................................77 Bảng 3.16: Các hằng số Freundlich và hệ số tương quan.............................................78 Bảng 3.17: Độ hấp phụ dầu thực tế của VSR–AS ........................................................79 Bảng 3.18: Kết quả hấp phụ dầu của một số vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên 80 v
DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 1.1: Nồng độ dầu tại một số cảng biển của Việt Nam.......................................9 Biểu đồ 1.2: Lượng dầu tràn gây ô nhiễm biển Việt Nam qua các năm.......................10 Biểu đồ 3.1: Kết quả ghi nhận khả năng hấp phụ dầu của VSR – AS ở các tỉ lệ phối trộn khác nhau ...............................................................................................................53 Biểu đồ 3.2: Lượng VSR–AS chìm trong môi trường nước nhiễm dầu so sánh với lượng dầu hấp phụ .........................................................................................................58 Biểu đồ 3.3: Dung lượng hấp phụ dầu của VSR–AS 1:4 với các lượng dầu khác nhau .......................................................................................................................................62 Biều đồ 3.4: Kết quả hấp phụ dầu của VSR – AS ở các kích thước............................. 66 hạt khác nhau .................................................................................................................66 Biểu đồ 3.5: Hàm lượng dầu hấp phụ ở các mốc thời gian khác nhau .........................69 Biểu đồ 3.6: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ ...............................................74 Biểu đồ 3.7: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ............................................76 Biểu đồ 3.8: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ...........................................77 vi
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Quả sầu riêng và vỏ sầu riêng....................................................................... 14 Hình 1.2: Cơm sầu riêng. .............................................................................................. 14 Hình 1.3: Cơ chế của quá trình hấp phụ ....................................................................... 18 Hình 2.1: Sơ đồ nghiên cứu .......................................................................................... 32 Hình 2.2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm ................................................................................. 34 Hình 2.3: Sơ đồ chế tạo VLHP từ VSR ........................................................................ 35 Hình 2.4: VSR được vứt bỏ sau khi sử dụng ................................................................ 36 Hình 2.5: VSR được thu gom từ chợ ............................................................................ 36 Hình 2.6: VSR được tách bỏ gai và cắt nhỏ ................................................................. 37 Hình 2.7: VSR sau khi cắt nhỏ và sấy khô ................................................................... 37 Hình 2.8: VSR được tráng phủ acid béo....................................................................... 38 Hình 2.9: Dầu tạo thành váng sau khi tiếp xúc với nước cất........................................ 38 Hình 3.1: VSR được bảo quả trong hủ nhựa. ............................................................... 46 Hình 3.2: VSR được bảo quả trong túi nhựa. ............................................................... 46 Hình 3.3: Mẫu VSR–AS tạo thành những hạt không đồng đều khi phối trộn ............. 47 Hình 3.4: VSR thô được bổ sung acid béo ở các tỷ lệ khác nhau ................................ 47 Hình 3.5: Cấu trúc sợi celluose của VSR. .................................................................... 48 Hình 3.6: Bề mặt VSR–M và VSR–AS dưới kính hiển vi ........................................... 48 Hình 3.7: Bề mặt VSR–AS ở các tỉ lệ khác nhau dưới kính hiển vi ............................ 49 Hình 3.8: VSR–M hấp phụ dầu sau 30 phút ................................................................. 51 Hình 3.9: VSR–AS trong môi trường nước và nước nhiễm dầu .................................. 55 Hình 3.10: VSR–AS chìm xuống dưới bề mặt phân cách “dầu – nước” ..................... 55 Hình 3.11: VSR bổ sung acid béo theo tỷ lệ khác nhau hấp phụ dầu .......................... 56 Hình 3.12: VSR trong môi trường nước nhiễm dầu ..................................................... 59 Hình 3.14: VSR – AS ở các kích thước hạt khác nhau ................................................ 64 Hình 3.15: VSR – AS trong môi trường pH thấp ......................................................... 71 Hình 3.16: VSR–AS ở các pH kiềm ............................................................................. 71 Hình 3.17: Đặc điểm của VSR–AS trong các môi trường pH khác nhau .................... 72 Hình 3.18: Khả năng thấm ướt cao của VSR–AS ở các môi trường pH thấp .............. 72 Hình 3.19: Dầu bị thay đổi tính chất trong môi trường pH quá cao ............................. 72 Hình 3.20: Khả năng thấm ướt thấp của VSR–AS ở các môi trường pH cao .............. 73 vii
MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Chuyển mình sang thế kỷ 21, nền khoa học kỹ thuật của thế giới ở một tầm cao mới nhưng nguồn năng lượng của con người sử dụng vẫn chưa đảm bảo được vấn đề môi trường, đặc biệt là các loại nguyên liệu hóa thạch trong lòng đất. Nguồn năng lượng dầu mỏ mang lại nhiều nhiều lợi ích kinh tế cho mỗi quốc gia, nhưng bên cạnh vấn đề kinh tế, việc khai thác vận chuyển dầu mỏ đang là một vấn đề gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Đáng chú ý nhất là vấn đề sự cố tràn dầu, không chỉ gây tổn thất về kinh tế mà còn gây ảnh hưởng đến môi trường cực kỳ nghiêm trọng. Vùng biển Việt Nam 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 [23]. Điều này có nghĩa là hàng chục triệu tấn dầu đang được lưu thông trên lãnh thổ Việt Nam mỗi năm và kéo theo nguy cơ xảy ra sự cố tràn dầu là rất lớn. Theo số liệu thống kê của Cục Môi trường1, từ năm 1987 đến năm 2007 đã xảy ra hơn 90 vụ tràn dầu ở các vùng cửa sông và ven bờ gây thiệt hại lớn về kinh tế cũng như gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng trong thời gian dài [20]. Điển hình là sự cố tàu Formosa One Liberia đâm vào tàu Petrolimex 01 của Việt Nam tại vịnh Giành Rỏi–Vũng Tàu (09/2001) làm tràn ra môi trường biển ven bờ 1000 m3 dầu DO, gây ô nhiễm nghiêm trọng một vùng biển của Vũng Tàu [7]. Ngày 12/01/2002 tàu Fortune Freighter va chạm với xà lan chở 500 tấn dầu của Tỉnh đội An Giang tại khu vực Cảng Contena quốc tế trên sông Sài Gòn, làm hàng trăm tấn dầu bị tràn ra ngoài [24]. Tuy được sự hỗ trợ của các cơ quan ứng cứu sự cố dầu tràn quốc gia nhưng ảnh hưởng của sự cố đến môi trường không nhỏ. Hậu quả của các sự cố tràn dầu trước hết là gây ảnh hưởng đến môi trường đất, không khí, đặc biệt là môi trường nước do hầu hết các vụ tràn dầu xảy ra trên biển hay các kênh rạch nơi có nhiều tàu thuyền qua lại. Tràn dầu gây nhiễu loạn hoạt động sống của hệ sinh thái, cụ thể nồng độ dầu trong nước đạt 0,1 mg/l có thể gây chết các loài sinh vật phù du, ảnh hưởng lớn đến con non và ấu trùng [12]. Đối với chim biển, dầu thấm ướt lông chim, làm mất tác dụng bảo vệ thân nhiệt và chức năng nổi trên mặt nước có thể dẫn đến chết. Dầu gây chết cá hàng loạt do thiếu oxy hòa tan trong nước, dầu bám vào cá làm giảm giá trị sử dụng do gây mùi khó chịu. Dầu tràn gây ảnh hưởng đến nền kinh tế, đặc biệt là đến các ngành nuôi trồng – đánh bắt thủy hải sản và du lịch. Sự cố tràn dầu gây tổn hại đến các hệ sinh thái nên đã làm giảm số lượng các 1 Thuộc Bộ Khoa học công nghệ và Môi trường 1
loài thủy sản, đặc biệt là các loài cá. Đây là một thiệt hại lớn với ngành kinh tế biển, ảnh hưởng trực tiếp đến cuộc sống của người dân vùng ven biển. Ngoài ra, nó còn gây ảnh hưởng đến các hoạt động du lịch bởi điều kiện đặc thù của ngành này phải gắn liền với hệ sinh thái, ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp. Cuối cùng hậu quả nghiêm trọng nhất là gây ảnh hưởng đến sức khỏe, cũng như tính mạng của con người do quá trình sinh hoạt và sử dụng các thực phẩm nhiễm dầu [12]. Ô nhiễm dầu tại một số cảng biển của Việt Nam cũng đang là một vấn đề đáng lo ngại. Hiện nay hệ thống cảng biển Việt Nam có 91 cảng lớn nhỏ, tổng chiều dài tuyến mép bến hơn 37 km, hơn 160 bến phao, 300 cầu cảng. Nồng độ dầu ở tất cả các cảng đều vượt mức cho phép 0,3mg/l2 cảng Hải Phòng 0,42 mg/l; cảng Cái Lân 0,6 mg/l; cảng Vũng Tàu 0,52 mg/l; cảng Vietsovpetro 7,57 mg/l. Với tốc độ xây dựng bến cảng mỗi năm tăng lên 6%, cả nước tăng thêm 2 km cầu cảng, lượng hàng hoá qua bến cảng Việt Năm tăng 15% năm, vì vậy cần có những biện pháp quản lý tình hình ô nhiễm dầu tại các khu vực này [21]. Ngoài ra, ô nhiễm dầu còn do nguyên nhân từ các cơ sở công nghiệp, dân cư đô thị và tại các khu vực tổng kho xăng dầu,… Trong quá trình dịch vụ, sản xuất công nghiệp, khối lượng dầu mỏ bị tháo thải qua hoạt động công nghiệp vào hệ thống cống thoát nước của nhà máy đổ ra sông rồi ra biển. Số lượng dầu mỏ thấm qua đất và lan truyền ra biển ước tính gần 3 triệu tấn mỗi năm. Tính đến 11/2010 lượng dầu theo nước thải ra môi trường biển vào khoảng 35÷160 tấn/ngày [24]. Từ những con số trên cho thấy các cơ sở công nghiệp và đô thị mọc lên càng nhiều thì gánh nặng môi trường biển ngày càng lớn nếu như nhà nước không có chính sách bảo vệ cụ thể. Bên cạnh đó, hiện nay tại Việt Nam đã có chiến lược xây dựng các nhà máy lọc dầu, trong số đó đáng kế là các dự án lớn: Dung Quất (Quảng Ngãi), Nghi Sơn (Thanh Hoá), Long Sơn (Bà Rịa -Vũng Tàu) [27]. Điều này đồng nghĩa với việc quá trình vận chuyển dầu thô vào nước ta sẽ tăng, nguy cơ xảy ra các sự cố về dầu cũng không ngoại lệ. Đứng trước nguy cơ đó, việc tìm ra các biện pháp ứng phó với sự cố tràn dầu là một vấn đề vô cùng quan trọng. Ngoài các biện pháp cơ học, ứng phó tại chỗ giảm thiệt hại lớn như sử dụng phao dầu tràn, bơm hút dầu còn có các phương pháp hóa học sử dụng các chất phân tán hóa học, các chất hấp thụ, hấp phụ và phương pháp xử lý sinh học. Trong đó, phương pháp sử dụng chất hấp phụ đang chiếm ưu thế nhất bởi tính chất thu hồi được sau khi xử lý và ít gây ảnh hướng đến môi trường [26]. 2 Theo TCVN 5943/1995 2
Phần lớn các vật liệu hấp phụ được sử dụng hiện nay làm từ đất sét, rơm rạ đều có ưu điểm là nguồn nguyên liệu có sẵn trong tự nhiên, rẻ tiền nhưng lại cho khả năng hấp phụ rất thấp. Trong khi đó, các vật liệu tổng hợp bằng polymer, nano có độ hấp phụ cao nhưng quá trình sản xuất lại rất phức tạp dẫn đến giá thành không hề thấp. Một câu hỏi đặt ra ở đâu là “Liệu có một vật liệu nào có thể khắc phục được các yếu điểm trên, vừa là nguồn nguyên liệu có sẵn, rẻ tiền trong điều kiện Việt Nam mà có thể cho khả năng hấp phụ dầu cao?” Để trả lời câu hỏi trên, nhiều công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới đã được thực hiện. Gần 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 giúp đẩy nhanh quá trình làm sạch dầu tràn trên biển [36]. Vật liệu này được làm từ thớ gỗ của cây Kapok thường mọc ở Philippines, Indonesia và Myanmar, có khả năng hút nhanh chóng nhiều loại dầu khác nhau trên mặt nước. Các thử nghiệm cho thấy bình quân, 1 kg vật liệu mới có thể hút 40–60 kg dầu [36]. Các nhà khoa học tại phòng thí nghiệm của Đại học Case Western Reserve, Mỹ đã chế tạo một loại bọt siêu nhẹ từ đất sét và nhựa cao cấp, có khả năng hút dầu ra khỏi nước bị ô nhiễm, được gọi là aerogel [37]. Tại Việt Nam, cũng có một số công trình nghiên cứu về các vật liệu hấp phụ dầu từ thiên nhiên như “Nghiên cứu khả năng hấp phụ hỗn hợp nhũ tương dầu trong nước (O/W) bằng vỏ trấu được xử lí với chất hoạt động bề mặt Cetyl Trymetyl Ammonium Bromide (CTAB)” của Lê Thị Kim Liên [7], “Nghiên cứu và khảo sát khả năng xử lý dầu loang bằng rau Neptunia Oleracea của Nguyễn Hữu Biên và Phạm Quang Thới” [1]. Bên cạnh đó, còn rất nhiều công trình nghiên cứu khác về các vật liệu phế thải nông nghiệp như mùn cưa, lõi ngô, bã mía,… Trong đề tài này, tác giả chọn vật liệu nghiên cứu là vỏ sầu riêng (VSR) bởi đây là một loại phế phẩm nông nghiệp rẻ tiền, sẵn có và trong thành phần hóa học của nó có chứa celluloses với các nhóm chức sẵn có như hydroxyl (–OH), nhóm anpha – cenllulose [15]. Đây là những nhóm chức tiềm năng cho việc sử dụng vỏ sầu riêng làm vật liệu hấp phụ cho quá trình nghiên cứu xử lý dầu. Sầu riêng là loại cây ăn trái đặc sắc ở vùng Đông Nam Á [14]. Tại Việt Nam, sầu riêng du nhập từ Thái Lan và được trồng chủ yếu ở các tỉnh phía Nam của nước ta [31]. Sản lượng sầu riêng thu hoạch hằng năm tại các tỉnh vùng Nam Bộ là 210.575 tấn/năm [31], và lượng VSR hằng năm vào khoảng 115.816–117.922 tấn/năm. Cho thấy loại trái cây này có tiềm năng rất lớn trong việc ứng dụng làm vật liệu hấp phụ 3
dầu, bởi hiện nay vỏ sầu riêng chủ yếu là bỏ đi sau khi sử dụng. Đây có thể nói là nguồn nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền thích hợp trong điều kiện Việt Nam. Tuy nhiên, nếu sử dụng VSR trực tiếp để hấp phụ dầu thì có một nhược điểm lớn đó là khả năng ưa nước cao, làm cho vật liệu nhanh chóng bị bão hòa, dẫn đến khả năng hấp phụ dầu kém. Một câu hỏi đặt ra là: “Làm thể nào để vừa hạn chế được khả năng ưa nước của VSR, vừa tăng cường khả năng hấp phụ dầu?” Một trong những giải pháp theo nhiều nghiên cứu hiện nay cho thấy, khi tạo ra các liên kết bề mặt giữa vật liệu hữu cơ với các hợp chất bề mặt, các hợp chất cao phân tử hoặc các acid béo thì có thể gia tăng khả năng hấp phụ dầu của vật liệu. Cụ thể, theo phát hiện của Tiến sĩ S. Kathiresan, giảng viên Khoa Công nghệ sinh học của Đại học AIMST, Malaysia đã phát hiện ra rằng bột vỏ sầu riêng, sau khi được bổ sung acid béo, có thể được sử dụng để loại bỏ dầu trong nước [29]. Với tình hình ô nhiễm dầu đang diễn ra như hiện nay, bên cạnh đó là sự khó khăn của các vật liệu hấp phụ dầu đang gặp phải về khả năng hấp phụ dầu, chi phí sản xuất cũng như nguồn nguyên liệu đầu vào. Với tiềm năng của VSR như vậy, giả thuyết đặt ra là “Liệu có thể sử dụng VSR làm vật liệu hấp phụ dầu trong điều kiện Việt Nam hay không?” Vì vậy, chúng tôi quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu khả năng hấp phụ dầu khoáng của VSR bổ sung acid béo”, nhằm mục đích so sánh khả năng hấp phụ của VSR trước và sau khi bổ sung acid béo để thấy được sự thay đổi về khả năng hấp phụ dầu cũng như khả năng ưa nước của vật liệu, bên cạnh đó sẽ khắc phục những yếu điểm của các vật liệu hấp phụ truyền thống. Việc khảo sát khả năng hấp phụ dầu khoáng của vỏ sầu riêng mang một ý nghĩa hết quan trọng bởi đây là một loại phế thải nông nghiệp rất phổ biến ở Việt Nam, nếu kết quả khảo sát cho kết quả hấp phụ tốt thì đây sẽ là loại vật liệu hấp phụ được xem là rất thích hợp trong điều kiện hiện nay, bởi vừa đáp ứng được giá thành thấp mà cho khả năng hấp phụ cao. Hứa hẹn đây là một tiềm năng với các nước phát triển loại cây ăn quả này. 4
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu lâu dài  Là nghiên cứu tiền đề để chế tạo một loại vật liệu hấp phụ dầu có nguồn gốc từ VSR, một loại phế thải nông nghiệp nhưng cho khả năng hấp phụ dầu cao.  Đưa vật liệu vào sản xuất thử nghiệm với mô hình công nghiệp.  Ứng dụng thực tế vào các sự cố tràn dầu ven biển. 2.2 Mục tiêu cụ thể  Khảo sát đặc điểm hình thái bề mặt của VSR trước và sau khi bổ sung acid béo.  Xác định tỉ lệ phối trộn giữa VSR và acid béo cho khả năng hấp phụ dầu tối ưu.  Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ dầu của VSR, từ đó xác định các giá trị yếu tố ảnh hưởng tối ưu.  Xác định dung lượng hấp phụ tối đa của vật liệu VSR bổ sung acid béo. 3. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI  Nghiên cứu được tiến hành trên các đối tượng sau:  VSR được thu về từ các điểm bán sầu riêng trên địa bàn Quận Bình Thạnh.  Dầu sử dụng: dầu DO, khối lượng riêng 840 kg/m3.  Địa điểm nghiên cứu: tại phòng thí nghiệm Trường Đại học Công nghệ TP.HCM; Viện Môi trường và Tài nguyên TP.HCM.  Nội dung nghiên cứu: Đề tài chỉ nghiên cứu trên mẫu nước ô nhiễm dầu giả định được pha bằng cách cho dầu DO vào nước cất; vật liệu VSR từ giống sầu riêng Ri 6. 4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 4.1 Khoa học Giá trị có tính khoa học của đề tài là:  Cách xử lý dầu tràn có tính khoa học cao, không gây ảnh hưởng môi trường.  Ngoài ra nghiên cứu này có thể cung cấp một số thông tin cho các nghiên cứu sau về vấn đề này. 5
4.2 Thực tiễn  Giải quyết được một lượng không ít rác thải nông nghiệp từ vỏ sầu riêng.  Nguyên liệu có sẵn có thể tiết kiệm được một lượng lớn chi phí xử lý cho các công ty, doanh nghiệp gây ra sự cố dầu tràn.  Bảo tồn các loài sinh vật ven biển và con người sinh sống tại khu vực có sự cố tràn dầu. 5. TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu sử dụng vật liệu hấp thụ dầu tràn là hướng của rất nhiều đề tài, nhưng đối tượng nghiên cứu là VSR hoàn toàn mới ở điều kiện Việt Nam (đây là loại cây khá phù hợp với điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng ở Việt Nam). 6. CẤU TRÚC CỦA ĐỒ ÁN Cấu trúc của đồ án gồm 3 nội dung chính sau đây: Phần Mở đầu Phần nội dung bao gồm 3 chương: Chương 1. Tổng quan (bao gồm các nội dung về hiện trạng ô nhiễm dầu tại Việt Nam, vật liệu nghiên cứu, quá trình hấp phụ, các loại vật liệu hấp phụ dầu hiện nay, các nghiên cứu liên quan) Chương 2. Nội dung, vật liệu và phương pháp nghiên cứu  Nội dung nghiên cứu gồm 6 nội dung:  Nội dung 1. Tổng hợp, biên hội các tài liệu có liên quan.  Nội dung 2. Chế tạo vật liệu hấp phụ từ VSR.  Nội dung 3. Khảo sát bề mặt hình thái,màu sắc của vật liệu hấp phụ  Nội dung 4. Khảo sát khả năng hấp phụ dầu.  Nội dung 5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ.  Nội dung 6. Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại.  Nội dung 7. So sánh khả năng hấp phụ dầu của VSR với một số vật liệu khác.  Phương pháp nghiên cứu gồm các nội dung sau:  Phương pháp kế thừa.  Phương pháp cụ thể. 6
Chương 3. Kết quả và thảo luận  Chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ sầu riêng.  Hình thái bề mặt, màu sắc của vật liệu.  Kết quả hấp phụ dầu của VSR – M.  Kết quả hấp phụ dầu của VSR – AS.  Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ.  Dung lượng hấp phụ cực đại.  So sánh khả năng hấp phụ dầu với các vật liệu hấp phụ khác. Phần kết luận và kiến nghị 7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM DẦU TẠI VIỆT NAM 1.1.1 Sự cố tràn dầu ở Việt Nam từ năm 2004 đến nay [29] Theo số liệu thống kê các sự cố tràn dầu được trung tâm miền Trung xử lý thành công từ năm 2004 đến tháng 7/2013 đã xảy ra 34 vụ sự cố tràn dầu trên toàn khu vực miền trung, tổn thất hàng triệu tấn dầu DO và gây ảnh hưởng đến môi trường nghiêm trọng. Cụ thể một số sự cố nghiêm trọng như sau:  Sự cố tràn dầu các tỉnh ven biển miền trung xảy ra trên địa bàn các tỉnh Quảng Bình và từ tỉnh Quảng Trị đến tỉnh Bình Thuận. Thời gian: Từ cuối tháng 01/2007 đến tháng 07/2007. Số lượng thu gom hơn 2000 tấn rác thải lẫn dầu.  Sự cố tàu VITAMIN GAS thuộc Công ty cổ phần vận tải biển châu Á - Thái Bình Dương, trọng tải 1.135 tấn, đi từ Vũng Tàu ra Cửa Lò – Nghệ An trên đường qua vùng biển thuộc tỉnh Bình Định thì gặp sự cố. Thời gian: ngày 16/01/2010.  Sự cố tràn dầu ven biển tỉnh Bình Thuận tại khu vực ven biển Tiến Thành (Phan Thiết) kéo dài đến Hải đăng Kê Gà (Hàm Thuận Nam) xuất hiện vô số viên dầu vón cục to bị sóng đánh dạt lên bờ. Thời gian: ngày 22/02/2010. Số lượng thu gom: trên 10 tấn rác thải nhiễm dầu.  Sự cố chìm tàu An Phát tỉnh Quảng Trị gặp nạn tại tọa độ 17008’N và 107040’E cách đảo Cồn Cỏ khoảng 20 hải lý về hướng Đông Đông Nam. Thời gian: ngày 13/03/2010.  Sự cố rò rỉ đường ống dẫn dầu của kho Petec tại Đà Nẵng. Thời gian: tháng 07/2010.  Sự cố tràn dầu ven biển tỉnh Quảng Trị tại đảo Cồn Cỏ và các xã ven biển huyện Vĩnh Linh. Thời gian: tháng 05/2011. Số lượng thu gom: 10 tấn rác thải nhiễm dầu.  Sự cố cháy buồng máy tàu Phương Nam Star chở 5.600 m3 DO trên vùng biển Quảng Nam. Thời gian: tháng 11/2011.  Ngày 7/7/2013, tại khu vực biển Quy Nhơn ở Hải Minh, thuộc khu vực 9, phường Hải Cảng, TP. Quy Nhơn đã xảy ra sự cố tràn dầu. 8