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

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp thu xử lý dầu trên cơ sở vật liệu tổ hợp nền Polyolefin

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LƢƠNG 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
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LƢƠNG MẠNH TUÂN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP THU XỬ LÝ DẦU TRÊN CƠ SỞ VẬT LIỆU TỔ HỢP NỀN POLYOLEFIN Chuyên ngành: Hóa dầu Chƣơng trình đào tạo thí điểm LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Lê Quang Tuấn PGS.TS. Lê Thanh Sơn Hà Nội - 2014
3. LỜI CẢM ƠN Luận văn này đƣợc 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 hƣớng 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 học- Trƣờng 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. Hà Nội, ngày 25 tháng 11 năm 2014 Học viên Lƣơng Mạnh Tuân i
4. 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 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................. 3 1.1. Sự cố tràn dầu và các phƣơng pháp xử lí ................................................... 3 1.1.1. Thành phần hóa học của dầu ............................................................... 3 1.1.2. Ảnh hƣởng của ô nhiễm dầu đến đời sống con ngƣời ........................ 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 phƣơng pháp tổng hợp copolyme ghép...................................... 29 1.2.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình đồng trùng hợp ghép ............... 30 CHƢƠNG 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. Phƣơng pháp tiến hành ............................................................................. 33 2.3. Các phƣơng 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 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 39 ii
5. 3.1. Các yếu tố ảnh hƣởng 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 hƣởng của tỉ lệ thể tích dung môi DMF/1g PP ......................... 39 3.1.2. Ảnh hƣởng của thời gian ................................................................... 40 3.1.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ .................................................................... 40 3.1.4. Ảnh hƣởng của nồng độ chất tạo lƣới AIBN .................................... 41 3.1.5. Ảnh hƣởng của tỉ lệ thể tích MMA/1g PP đến quá trình ghép ......... 42 3.2. Các yếu tố ảnh hƣởng 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 hƣởng của tỉ lệ thể tích dung môi DMF/1g PP ......................... 43 3.2.2. Ảnh hƣởng của thời gian ................................................................... 44 3.2.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ .................................................................... 45 3.2.4. Ảnh hƣởng của nồng độ chất tạo lƣới AIBN .................................... 46 3.2.5. Ảnh hƣởng của tỉ lệ thể tích EA/1g PP ............................................. 47 3.3. Tính chất cơ lý của vật liệu đƣợc 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 iii
6. DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT AIBN Azobisisobutyronitrile DMF Dimethylformamide DSC Nhiệt vi sai quét EA Ethyl ethacrylate FTIR Phổ hồng ngoại MMA Methyl methacrylate PP Polypropylene PP-EA Polypropylene- ethyl ethacrylate PP-MMA Polypropylene- methyl methacrylate SEM Ảnh hiển vi điện tử quét TGA Nhiệt trọng lƣợng iv
7. 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 trƣơng 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 v
8. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thống kê số vụ và tổng lƣợng 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) .......................................................................... 15 Bảng 3.1: Ảnh hƣởng của của tỉ lệ thể tích dung dung môi DMF/1g PP .......... 39 Bảng 3.2: Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất ghép và hấp thu dung môi chloroform, benzen và toluen ............................................................. 40 Bảng 3.3: Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu suất ghép và hấp thu dung môi cloroform, benzen và toluen ............................................................... 41 Bảng 3.4: Ảnh hƣởng của nồng độ AIBN đến hiệu suất ghép và hấp thu dung môi cloroform, benzen và toluen ........................................................ 41 Bảng 3.5: Ảnh hƣởng 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 hƣởng của của tỉ lệ thể tích dung dung môi DMF/1g ................ 43 Bảng 3.7: Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất ghép và độ hấp thu dung môi cloroform, benzen và toluen ............................................................... 44 Bảng 3.8: Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu suất ghép và độ hấp thu dung môi cloroform, benzen và toluen ............................................................... 45 Bảng 3.9: Ảnh hƣởng của nồng độ AIBN đến hiệu suất ghép và hấp thu dung môi cloroform, benzen và toluen ........................................................ 46 Bảng 3.10: Ảnh hƣởng của tỉ lệ thể tích EA/1g PP đến hiệu suất ghép và hấp thu dung môi cloroform, benzen và toluen ............................................... 47 vi
9. 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 lƣợng 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 trƣờng. 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 phƣơng pháp xử lý các sự cố tràn dầu nhƣ: phƣơng pháp cơ học, phƣơng pháp hoá học, phƣơng pháp vật lý, phƣơng pháp sinh học, phƣơng pháp hoá lý Gần đây, phƣơng pháp hoá lý sử dụng polyme hấp thu dầu đƣợc ứng dụng nhiều. Có nhiều loại polyme khác nhau sử dụng hấp thu dầu trên mặt nƣớc từ các polyme thiên nhiên nhƣ sợi bông, sợi gỗ, bột gỗ, vỏ cây và các polyme tổng hợp, các polyme này có đặc điểm là ƣa dầu và kị nƣớc. Vật liệu hấp thu dầu là các polyme có ƣu điểm: hấp thu dầu cao, tỷ trọng nhỏ hơn so với nƣớc biển nên có thể nổi trên mặt nƣớc 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 trƣờng, nhằm chế tạo ra vật liệu hấp thu dầu có nhiều ƣu 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 hƣởng 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) 1
10. + Khảo sát các yếu tố nhƣ nhiệt độ, thời gian, nồng độ chất tạo lƣới 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 nhƣ nhiệt độ, thời gian, nồng độ chất tạo lƣới 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. 2