NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VỎ TRẤU BIẾN TÍNH BẰNG CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT CTAB TRONG XỬ LÍ DẦU LOANG TRÊN BIỂN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VỎ TRẤU
BIẾN TÍNH BẰNG CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT CTAB
TRONG XỬ LÍ DẦU LOANG TRÊN BIỂN


Trình độ đào tạo: Đại học chính quy
Ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học
Chuyên ngành: Hóa dầu

Giảng viên hướng dẫn: TS. Lê Thanh Thanh
Sinh viên thực hiện: Lê Thị Kim Liên
MSSV: 1052010109 Lớp: DH10H1



Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2014

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học ii Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC VÀ CNTP

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI
ĐỒ ÁN/ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
(Đính kèm Quy định về việc tổ chức, quản lý các hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ ban hành kèm theo
Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày 16/7/2013 của Hiệu trưởng Trường Đại học BR-VT)

Họ và tên sinh viên: Lê Thị Kim Liên Ngày sinh: 03/01/1992
MSSV : 1052010109 Lớp: DH10H1
Địa chỉ : 935/24/1c Bình Giã-F.10-Tp.Vũng Tàu
E-mail :
Trình độ đào tạo : Đại học
Hệ đào tạo : Chính quy
Ngành : Công nghệ kỹ thuật hóa học
Chuyên ngành : Hóa dầu
1. Tên đề tài: Nghiên cứu sử dụng vỏ trấu biến tính bằng chất hoạt động bề mặt
CTAB trong xử lí dầu loang trên biển
2. Giảng viên hƣớng dẫn: TS. Lê Thanh Thanh
3. Ngày giao đề tài: 03/01/2014
4. Ngày hoàn thành đồ án/khoá luận tốt nghiệp: 07/07/2014

Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày 03 tháng 01 năm 2014
GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

TRƢỞNG BỘ MÔN TRƢỞNG KHOA
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học iii Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

LỜI CAM ĐOAN

Trong quá trình thực hiện đồ án, tôi xin cam đoan những số liệu thu được từ quá
trình thực nghiệm là hoàn toàn chính xác và không sao chép từ bất kỳ đồ án, công
trình nghiên cứu nào. Các phần có trích dẫn nội dung từ các tài liệu tham khảo đã
được ghi rõ trong phần Tài liệu tham khảo cuối đồ án. Tôi xin cam đoan những điều
trên là sự thật và chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan này.






















Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học iv Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành bài báo cáo đồ án tốt nghiệp này cho phép em được gửi lời cảm
ơn đến Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu, Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm
đã tạo điều kiện cho em mượn dụng cụ và phòng thí nghiệm để tiến hành nghiên
cứu đề tài. Đặc biệt, em xin cảm ơn TS. Lê Thanh Thanh đã trực tiếp hướng dẫn,
giúp đỡ em nhiều trong quá trình nghiên cứu đề tài của mình. Và cuối cùng em xin
cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình làm đồ
án.
Tuy vậy, do thời gian có hạn cũng như kinh nghiệm còn hạn chế nên trong bài
báo cáo đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế nhất
định. Vì vậy, em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô
giúp em có điều kiện bổ sung, nâng cao kiến thức để hoàn thành tốt hơn cho báo
cáo công tác thực tế sau này khi ra trường.












Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học v Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN iii
LỜI CẢM ƠN iv
MỤC LỤC v
TỪ VIẾT TẮT vii
DANH MỤC BẢNG ix
DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ x
LỜI MỞ ĐẦU xi
Chƣơng 1: GIỚI THIỆU 1
1.1. Đặt vấn đề 3
1.2. Mục tiêu đề tài 5
Chƣơng 2: LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU 6
2.1. Lí thuyết về nhũ tƣơng và quá trình hấp phụ 6
2.1.1. Lí thuyết về nhũ tương 6
2.1.2. Lí thuyết về quá trình hấp phụ 15
2.2. Các phƣơng pháp tách nhũ tƣơng của dầu thô 30
2.2.1. Phương pháp lắng đọng do trọng lực 30
2.2.2. Phương pháp ly tâm 30
2.2.3. Phương pháp cơ học 31
2.2.4. Phương pháp hóa học 32
2.2.5. Phương pháp nhiệt 32
2.2.6. Phương pháp tĩnh điện 33
2.3. Phƣơng pháp xử lí dầu tràn trên biển 34
2.3.1. Tác hại của dầu tràn 34
2.3.2. Các biện pháp ngăn chặn và thu gom dầu 37
2.3.3. Một số vật liệu nghiên cứu trong xử lí dầu tràn trên biển 40
2.3.4. Giới thiệu vật liệu nghiên cứu trong đề tài 40
Chƣơng 3: PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43
3.1. Phƣơng tiện nghiên cứu 43
3.1.1. Dụng cụ và thiết bị 43

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học vi Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

3.1.2. Nguyên vật liệu 43
3.1.3. Hóa chất 43
3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 43
3.2.1. Các phương pháp xác định đặc tính của chất hấp phụ 43
3.2.2. Chuẩn bị và xác định tính chất nước thải nhiễm dầu 45
3.2.3. Chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ trấu 47
3.2.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ dầu 50
Chƣơng 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 52
4.1. Khảo sát khả năng hấp phụ của các mẫu vật liệu vỏ trấu 52
4.2. Khảo sát đặc tính vật liệu 53
4.2.1. Kết quả chụp SEM 53
4.2.2. Kết quả chụp phổ hồng ngoại (FT-IR) 54
4.3. Khảo sát hấp phụ 55
4.3.1. Ảnh hưởng của kích thước hạt 55
4.3.3. Ảnh hưởng của thời gian 57
4.3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ 58
4.3.5. Ảnh hưởng của pH 60
4.3.7. Khảo sát khả năng hấp phụ cực đại 62
Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 66
PHỤ LỤC 69

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học vii Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

TỪ VIẾT TẮT
TỪ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU

1. Các chữ viết tắt
API American Petroleum Institute Viện dầu mỏ Hoa kì
BET Brunauer - Emment – Teller
CTAB Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide
DO Diesel Oil Dầu diesel
FO Fuel Oil
HST Hệ sinh thái
KAERI Korea Atomic Energy Research Institute Viện nghiên cứu năng
lượng nguyên tử Hàn Quốc
NSX Ngày sản xuất
-OH Hydroxyl
O/W Oil/Water Nhũ thuận dầu trong nước
SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét
S
BET
Diện tích bề mặt riêng
VSV Vi sinh vật
W/O Water/Oil Nhũ nghịch nước trong dầu
2. Các ký hiệu
C Nồng độ dầu lúc cân bằng

Co

Nồng độ dầu ban đầu
H Hiệu suất hấp phụ
k Hằng số
Me Methanol
m Khối lượng của vỏ trấu ban đầu
MVT Nc Mẫu vỏ trấu thô xử lí bằng nước cất
MVT Me Mẫu vỏ trấu thô xử lí bằng methanol
MVT Nc' Mẫu vỏ trấu xay nhỏ xử lí bằng nước cất
MVT Me' Mẫu vỏ trấu xay nhỏ xử lí bằng methanol

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học viii Khoa Hóa học và Công nghệ thực
phẩm

Nc Nước cất
Q
t
Độ hấp phụ
Q
tmax
Độ hấp phụ cực đại
V Thể tích nhũ dầu trong 1l dung dịch

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học ix Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Tiêu chuẩn để phân biệt hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý
Bảng 4.1: Kết quả hấp phụ dầu
Bảng 4.2: Độ hấp phụ Q
t
(mg/g) và hiệu suất hấp phụ (%H)
Bảng 4.3: Ảnh hưởng của kích thước đến khả năng hấp phụ
Bảng 4.4: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến độ hấp phụ
Bảng 4.5: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ
Bảng 4.6: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng hấp phụ của vật liệu
Bảng 4.7: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu
Bảng 4.8: Ảnh hưởng của nồng độ dầu đến khả năng hấp phụ của vật liệu

Bảng 4.9: Đường đẳng nhiệt hấp phụ
Bảng 4.10: Các hằng số Langmuir và hệ số tương quan
Bảng 4.11: Các hằng số Freundlich và hệ số tương quan
















Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học x Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ

Hình 2.1: Ảnh hưởng của pH đến sức căng bề mặt nhũ tương W/O
Hình 2.2: Ảnh hưởng của pH đến thời gian tổ chức lại bề mặt nhũ tương W/O
Hình 2.3: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn đến độ bền nhũ
Hình 2.4: Cơ chế hấp phụ
Hình 2.5: Các loại đường đẳng nhiệt hấp phụ
Hình 2.6: Mối quan hệ ε = f(W)

Hình 2.7: Không gian hấp phụ
Hình 2.8: Tác hại của dầu loang đối với động vật
Hình 2.9: Tác hại đối với du lịch biển
Sơ đồ 2.10: Sơ đồ ứng cứu khi sự cố tràn dầu xảy ra
Hình 2.11: Mô hình diễn tả sự phân tán của chất hóa học.
Hình 2.12: Cây lúa và vỏ trấu
Sơ đồ 3.1: Sơ đồ nguyên lí của kính hiển vi điện tử quét (SEM)
Hình 3.2: Nước thải nhiễm dầu
Hình 3.3: Nước thải nhiễm dầu dưới kính hiển vi với độ phóng đại 100 lần
Hình 4.1: Độ hấp phụ trong 3 giờ
Hình 4.2: Độ hấp phụ trong 5 giờ
Hình 4.3: Ảnh SEM của vật liệu biến tính MVT Me'
Hình 4.4: Phổ hồng ngoại (FT-IR) của vật liệu biến tính MVT Me'
Hình 4.5: Ảnh hưởng của kích thước
Hình 4.6: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy
Hình 4.7: Ảnh hưởng của thời gian
Hình 4.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ
Hình 4.9: Ảnh hưởng của pH
Hình 4.10: Ảnh hưởng của nồng độ dầu
Hình 4.11: Đồ thị để tìm các hằng số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
Hình 4.12: Đồ thị để tìm các hằng số phương trình Freundlich

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học xi Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

LỜI MỞ ĐẦU

Làm luận văn tốt nghiệp là một quá trình tạo điều kiện giúp cho sinh viên năm
cuối có cơ hội tìm hiểu, rèn luyện ý thức tổ chức kỷ luật, tính tự giác, độc lập, chủ
động trong nghiên cứu, cũng cố lại kiến thức đã học và phát triển kĩ năng của bản

thân trước khi tốt nghiệp ra trường. Và ở đây em chọn đề tài “Nghiên cứu sử dụng
vật liệu xử lí dầu loang trên biển” làm đề tài nghiên cứu cho luận văn tốt nghiệp của
mình.
1. Lí do chọn đề tài
Hiện tượng tràn dầu trên biển đã và đang là một vấn đề nhức nhối cho môi
trường, hệ sinh thái và con người. Với nạn ô nhiễm dầu loang như ngày nay thì đã
có nhiều vật liệu được nghiên cứu để xử lí, khắc phục hiện tượng đó như: enretech,
corbol, aeroge, cellusord, Petro-abs … Tuy nhiên, vì những lí do khác nhau như
hiệu quả xử lí và giá thành cao … mà những vật liệu trên chưa được sử dụng rộng
rãi. Gần đây, vật liệu nông nghiệp bắt đầu được chú ý nghiên cứu góp phần khắc
phục hiện tượng tràn dầu trong đó có vỏ trấu, là một trong những vật liệu đơn giản,
rẻ, dễ kiếm và nước ta là một nước xuất khẩu gạo đứng thứ hai thế giới nên hằng
năm lượng vỏ trấu thải ra rất nhiều. Mặt khác, vỏ trấu lại có khả năng hút dầu, chính
vì vậy vỏ trấu là vật liệu mà em muốn chọn cho đề tài nghiên cứu vật liệu xử lí ô
nhiễm do tràn dầu trên biển.
2. Tình hình nghiên cứu
Hiện tại tình hình nghiên cứu xử lí ô nhiễm do tràn dầu trên biển bằng vật liệu
vỏ trấu đã được nghiên cứu nhiều, cụ thể từ vỏ trấu người ta đã chế tạo ra các vật
liệu dưới dạng bột, có thể dự trữ sẵn trên tàu để kịp thời xử lí khi có sự cố xảy ra.
Và hiện nay hướng nghiên cứu từ vỏ trấu vẫn được tiếp tục nghiên cứu và phát
triển.
3. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của đề tài này nhằm tìm kiếm vật liệu rẻ tiền, dễ kiếm có thể sử dụng
cho quá trình xử lí nước thải nhiễm dầu.
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học xii Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

- Đối tượng nghiên cứu: vỏ trấu được lấy tại tỉnh Bà Rịa Vũng tàu

- Phạm vi nghiên cứu: Trong phòng thí nghiệm
5. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Với đề tài em đang nghiên cứu từ những phế thải nông nghiệp như vỏ trấu
không chỉ giúp ích cho quá trình xử lí dầu loang trên biển để hạn chế một phần nào
đó sự ô nhiễm do dầu gây ra và ngoài ra còn góp phần vào việc giải quyết vấn đề
bãi chứa, đầu ra cho phế phẩm nông nghiệp sau khi thu hoạch.
6. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Xác định tính chất của chất hấp phụ bằng phương pháp SEM, phổ hồng
ngoại IR.
- Tiến hành các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ, pH, tốc
độ khuấy, nồng độ, kích thước vật liệu.
7. Dự kiến kết quả nghiên cứu
- Xác định được một số đặc điểm bề mặt của vật liệu hấp phụ.
- Đánh giá được khả năng sử dụng vật liệu hấp phụ từ vật liệu phế thải nông
nghiệp là vỏ trấu sử dụng cho quá trình xử lí ô nhiễm do tràn dầu trên biển.











Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 1 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

LỜI MỞ ĐẦU

Làm luận văn tốt nghiệp là một quá trình tạo điều kiện giúp cho sinh viên năm
cuối có cơ hội tìm hiểu, rèn luyện ý thức tổ chức kỷ luật, tính tự giác, độc lập, chủ
động trong nghiên cứu, cũng cố lại kiến thức đã học và phát triển kĩ năng của bản
thân trước khi tốt nghiệp ra trường. Và ở đây em chọn đề tài “Nghiên cứu sử dụng
vật liệu xử lí dầu loang trên biển” làm đề tài nghiên cứu cho luận văn tốt nghiệp của
mình.
8. Lí do chọn đề tài
Hiện tượng tràn dầu trên biển đã và đang là một vấn đề nhức nhối cho môi
trường, hệ sinh thái và con người. Với nạn ô nhiễm dầu loang như ngày nay thì đã
có nhiều vật liệu được nghiên cứu để xử lí, khắc phục hiện tượng đó như: enretech,
corbol, aeroge, cellusord, Petro-abs … Tuy nhiên, vì những lí do khác nhau như
hiệu quả xử lí và giá thành cao … mà những vật liệu trên chưa được sử dụng rộng
rãi. Gần đây, vật liệu nông nghiệp bắt đầu được chú ý nghiên cứu góp phần khắc
phục hiện tượng tràn dầu trong đó có vỏ trấu, là một trong những vật liệu đơn giản,
rẻ, dễ kiếm và nước ta là một nước xuất khẩu gạo đứng thứ hai thế giới nên hằng
năm lượng vỏ trấu thải ra rất nhiều. Mặt khác, vỏ trấu lại có khả năng hút dầu, chính
vì vậy vỏ trấu là vật liệu mà em muốn chọn cho đề tài nghiên cứu vật liệu xử lí ô
nhiễm do tràn dầu trên biển.
9. Tình hình nghiên cứu
Hiện tại tình hình nghiên cứu xử lí ô nhiễm do tràn dầu trên biển bằng vật liệu
vỏ trấu đã được nghiên cứu nhiều, cụ thể từ vỏ trấu người ta đã chế tạo ra các vật
liệu dưới dạng bột, có thể dự trữ sẵn trên tàu để kịp thời xử lí khi có sự cố xảy ra.
Và hiện nay hướng nghiên cứu từ vỏ trấu vẫn được tiếp tục nghiên cứu và phát
triển.
10. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của đề tài này nhằm tìm kiếm vật liệu rẻ tiền, dễ kiếm có thể sử dụng
cho quá trình xử lí nước thải nhiễm dầu.

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 2 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

11. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: vỏ trấu được lấy tại tỉnh Bà Rịa Vũng tàu
- Phạm vi nghiên cứu: Trong phòng thí nghiệm
12. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Với đề tài em đang nghiên cứu từ những phế thải nông nghiệp như vỏ trấu
không chỉ giúp ích cho quá trình xử lí dầu loang trên biển để hạn chế một phần nào
đó sự ô nhiễm do dầu gây ra và ngoài ra còn góp phần vào việc giải quyết vấn đề
bãi chứa, đầu ra cho phế phẩm nông nghiệp sau khi thu hoạch.
13. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Xác định tính chất của chất hấp phụ bằng phương pháp SEM, phổ hồng
ngoại IR.
- Tiến hành các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ, pH, tốc
độ khuấy, nồng độ, kích thước vật liệu.
14. Dự kiến kết quả nghiên cứu
- Xác định được một số đặc điểm bề mặt của vật liệu hấp phụ.
- Đánh giá được khả năng sử dụng vật liệu hấp phụ từ vật liệu phế thải nông
nghiệp là vỏ trấu sử dụng cho quá trình xử lí ô nhiễm do tràn dầu trên biển.

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 3 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

Chƣơng 1: GIỚI THIỆU

1.1. Đặt vấn đề
Dầu mỏ là một trong những nguồn nhiên liệu vô cùng quan trọng và đóng vai
trò rất lớn trong việc thúc đẩy sự phát triển nền kinh tế của mỗi quốc gia trên thế
giới, hầu như mọi ngành công nghiệp đều phụ thuộc rất lớn vào nguồn tài nguyên
quý giá này.
Thế nhưng, cùng với sự phát triển của ngành dầu khí thì một trong những vấn
đề được mọi người rất quan tâm hiện nay là tình trạng ô nhiễm môi trường do các
hoạt động khai thác, vận chuyển và sử dụng dầu mỏ trên thế giới. Kể từ khi hoạt
động khai thác và sử dụng dầu mỏ được diễn ra thì đã có rất nhiều sự cố xảy ra, trở
thành những mối đe dọa lớn đối với môi trường nói chung và hệ sinh thái biển nói
riêng. Theo các nhà môi trường ước tính rằng từ năm 1900 đến nay, trung bình mỗi
năm trên thế giới có từ 2 đến trên 4 vụ tràn dầu lớn trên biển, nỗi bật có thể kể đến:
năm 1978 tàu Amoco Cadiz đổ 231.000 tấn dầu thô xuống vùng Brittany - Tây Bắc
nước Pháp; năm 1989 tàu Exxon Valdez làm tràn 40.000 tấn dầu ngoài khơi Alaska
(Mỹ); năm 2002 tàu Prestige làm tràn 77.000 tấn dầu ngoài khơi phía Tây Bắc Tây
Ban Nha; năm 2007 Hebei Spirit làm tràn 2.7 triệu gallon dầu ra biển Tây Nam Hàn
Quốc [13]; năm 2010 giàn khoan Deepwater Horizon nằm cách bờ biển Louisiana
của Mỹ 50 dặm đã đột ngột phát nổ và chìm xuống biển, giết chết 11 công nhân và
làm tràn ra biển gần 200 triệu gallon dầu thô, hàng chục triệu gallon khí tự nhiên và
1.8 triệu gallon tấn hóa chất chưa rõ nguồn gốc trong vòng 86 ngày [23].
Riêng đối với vùng biển Việt Nam là loại biển mở 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. Tuy chưa xếp vào biển có mức độ ô nhiễm nghiêm
trọng, nhưng cũng được cảnh báo là có nguy cơ ô nhiễm cao trong tương lai, vì

công nghiệp đang phát triển mạnh ở các vùng duyên hải, cộng thêm hoạt động thăm
dò, khai thác, vận chuyển dầu khí trong khu vực ngày càng gia tăng [24]. Trong hội
thảo quốc tế “Trao đổi kinh nghiệm trong phát triển, ứng phó, xử lý và khắc phục ô

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 4 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

nhiễm do sự cố tràn dầu trên biển” do Bộ Tài Nguyên và Môi Trường tổ chức ngày
28/02/2008 tại Hà Nội cho biết, kể từ năm 1992 Việt Nam đã xảy ra hơn 50 vụ tràn
dầu gây ra tổn thất lớn về sinh thái và kinh tế. Nguyên nhân dẫn đến sự cố tràn dầu
là do va chạm trong quá trình bốc dở và đắm tàu, điển hình là các sự cố tàu Formosa
One Liberia đâm vào tàu Petrolimex 01 của Việt Nam tại vịnh Giành Rỏi – Vũng
Tàu (tháng 09/2001) làm tràn ra môi trường biển ven bờ khoảng 1000 m
3
dầu diesel
(DO) gây ô nhiễm một vùng rộng lớn biển Vũng Tàu; 3 năm sau tại khu vực biển
Quảng Ninh – Hải Phòng, sự cố đắm tàu Mỹ Đình làm tràn khoảng 50 tấn dầu DO
và 150 tấn dầu FO, trong khi đó ta chỉ xử lý được 65 tấn, số còn lại hầu như tràn ra
biển … Đặc biệt, trong hai năm 2006 và 2007, tại ven biển các tỉnh miền Trung và
miền Nam đã xảy ra một sự cố tràn dầu bí ẩn, nhất là từ tháng 1 đến tháng 6/2007
có rất nhiều vệt dầu trôi dạt dọc bờ biển của 20 tỉnh từ đảo Bạch Long Vĩ xuống tới
mũi Cà Mau và đã thu gom được 1720.9 tấn dầu. Qua phân tích 26 ảnh chụp từ vệ
tinh ALOS – PALSAR trong thời điểm từ 06/12/2006 – 23/04/2007, PGS – TS
Nguyễn Đình Dương, Phòng Nghiên cứu và Xử lí Thông tin Môi trường, Viện Địa
lí đã ghi nhận được vết dầu lớn nhất phát hiện vào ngày 8/3/2007 với chiều dài hơn
50 km và bề rộng hơn 1 km. Căn cứ vào vết dầu loang gây ô nhiễm trên biển cùng
bề dày của vết dầu, ước tính có từ 21.620 – 51.400 tấn dầu đã tràn trên biển [22].
Các vụ tràn dầu trên gây ô nhiễm môi trường biển, ảnh hưởng nghiêm trọng đến
các hệ sinh thái. Đặc biệt là hệ sinh thái rừng ngập mặn, cỏ biển, vùng triều, bãi cát,
đầm phá và các rạn san hô. Ô nhiễm dầu làm giảm khả năng sức chống đỡ, tính linh

hoạt và khả năng khôi phục của các hệ sinh thái. Hàm lượng dầu trong nước tăng
cao, các màng dầu làm giảm khả năng trao đổi oxy giữa không khí và nước, làm
giảm oxy trong nước, làm cán cân điều hòa oxy trong hệ sinh thái bị đảo lộn … [3].
Chính vì vậy mà việc nghiên cứu để xử lí các ô nhiễm này đang được nhiều nhà
khoa học quan tâm với mong muốn tìm được vật liệu có độ hấp phụ cao, rẻ tiền và
không gây ảnh hưởng đến môi trường thứ cấp [12]. Mới 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 đẩy nhanh tiến trình làm sạch dầu trên biển [21].

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 5 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

Bên cạnh đó các nước Âu Mỹ cũng có nhiều nghiên cứu thành công trong lĩnh vực
này, tại phòng thí nghiệm của Đại học Case Western Reserve mới cho ra đời loại
vật liệu có thể làm sạch hiệu quả các vụ tràn dầu và một số chất hòa tan có tên là
Aerogel [19]. Cùng với những thành tựu mà các nước trên thế giới đạt được thì
nước ta cũng đã đạt được nhiều kết quả tốt trong lĩnh vực này, tiêu biểu có kỹ sư Lê
Ngọc Khánh, năm 1999 cục sáng chế Việt Nam và cục sáng chế Nhật Bản đã cấp
bằng sáng chế độc quyền cho sản phẩm của ông đó là vật liệu hút dầu Petro-abs và
máy tách dầu sow. Dựa vào hai bằng sáng chế trên, một nhóm gồm TS Nguyễn
Trần Dương, kỹ sư Lê Ngọc Khánh, TS Trần Trí Luân và GS.TS Nguyễn Hữu Niếu
đã hoàn thiện quy trình sản xuất thử vật liệu hút dầu Petro-abs và các tấm hút dầu từ
vật liệu này cùng hệ thống thu gom, tách dầu khỏi nước [18].
Gần đây, các vật liệu nông nghiệp như mụn cưa, sợi bông gòn, vỏ trấu … bắt
đầu được chú ý nghiên cứu để góp phần khắc phục hiện tượng tràn dầu trên biển và
Việt Nam chúng ta là một nước có nền kinh tế nông nghiệp khá phát triển nên việc
tận dụng chúng rất tốt.
Trong đề tài này tôi chọn vỏ trấu, một vật liệu nông nghiệp rẻ, sẵn có và trong
thành phần hóa học của nó có chứa celluloses với các nhóm chức sẵn có như
hydroxyl (-OH), hemicelluloses và cấu trúc lignin được coi là những nhóm chức

tiềm năng cho việc sử dụng làm một vật liệu hấp phụ cho quá trình nghiên cứu xử lí
dầu loang trên biển của mình [17].
1.2. Mục tiêu đề tài
 Khảo sát bề mặt vật liệu;
 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ: nhiệt độ, tốc độ khuấy,
thời gian, nồng độ, kích thước hạt, pH.






Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 6 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

Chƣơng 2: LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1. Lí thuyết về nhũ tƣơng và quá trình hấp phụ
2.1.1. Lí thuyết về nhũ tương [5]
a. Sự hình thành và ổn định nhũ dầu mỏ
 Sự hình thành nhũ
Phần lớn dầu thô được khai thác dưới dạng nhũ mà chủ yếu là nhũ nước trong
dầu. Loại nhũ này thường rất bền và khó phá. Đa số các nhà nghiên cứu cho rằng
trong điều kiện vỉa dầu hầu như không thể phân tán dầu khí nước, chúng chỉ bắt đầu
tạo thành trong quá trình chuyển động theo thân giếng lên bề mặt. Ở độ sâu 2000 m
và điều kiện áp suất 20 μPa thì một phần thể tích dầu mỏ có thể hòa tan tới 1000
phần thể tích khí. Khi lên đến bề mặt do giảm áp khí tách ra với năng lượng đủ lớn
để phân tán các giọt nước vỉa. Đó chính là nguyên nhân gây ra nhũ nước.
 Phân loại nhũ dầu mỏ
Theo cách phân loại hệ phân tán dị thể, nhũ dầu mỏ được chia thành 3 loại

chính:
 Nhóm 1: Nhũ nghịch nước trong dầu mỏ (W/O)
Đây là loại nhũ chính thường gặp trong khai thác dầu mỏ. Hàm lượng pha phân
tán (nước) trong môi trường phân tán (dầu mỏ) có thể thay đổi từ 90 ÷ 95%;
 Nhóm 2: Nhũ thuận dầu mỏ trong nước (O/W)
Nhũ này tạo thành trong quá trình phá nhũ nghịch, trong quá trình tác động
nhiệt hơi nước lên vỉa và trong quá trình xử lý nước thải;
 Nhóm 3: Nhũ hỗn hợp
Nhũ này có thể là nhũ thuận hay nhũ nghịch, trong đó pha phân tán cũng là nhũ
chứa các hạt nhỏ của môi trường phân tán. Nhũ này có thể xuất hiện khi đồng thời
có trong hệ hai chất tạo nhũ có tác động trái ngược nhau. Nhũ này đặc trưng bởi
hàm lượng tạp chất cơ học cao và khó phá. Nhũ này tích tụ trên ranh giới phân pha
trong các thiết bị xử lý dầu thô và nước và là nguyên nhân làm gián đoạn công
nghệ.

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 7 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

 Độ bền nhũ
Đối với nhũ dầu mỏ chỉ tiêu quan trọng nhất là độ bền, chính là khả năng trong
một khoảng nhất định không bị phá vỡ, không bị tách thành hai pha, không trộn lẫn.
Khi đánh giá độ bền nhũ người ta phân thành hai loại: Độ bền động học và độ bền
tập hợp.
 Độ bền động học (sa lắng): là khả năng của hệ chống lại sự sa lắng hay
nổi lên của hạt pha phân tán dưới tác dụng của trọng lực. Đối với hệ loãng, khi hàm
lượng pha phân tán nhỏ hơn 3%, độ bền động học của nhũ có thể xác định bằng
công thức:

2
1*

K
2*( )* *
v
y
nd
g
rg




(2.1)
Trong đó:
+
v
: tốc độ lắng hoặc nổi của hạt pha phân tán có bán kính r
+
nd


: hiệu tỷ trọng của pha phân tán và môi trường phân tán
+

: độ nhớt của môi trường phân tán
+ g: gia tốc trọng trường
Từ đó ta thấy rằng độ bền động học của nhũ dầu mỏ loãng tỷ lệ thuận với độ
nhớt của dầu thô, tỷ lệ nghịch với hiệu tỷ trọng của dầu thô và nước phân tán và tỷ
lệ nghịch với bình phương bán kính giọt nước.
 Độ bền tập hợp: là khả năng của hạt pha phân tán khi va chạm với các
hạt khác hay ranh giới phân chia pha vẫn giữ nguyên được kích thước ban đầu của

mình. Độ bền tập hợp của nhũ được đo bằng thời gian tồn tại của chúng, đối với
nhũ dầu mỏ có thể dao động từ vài giây đến nhiều năm:

H
T


(2.2)
Trong đó:
+ H: chiều cao cột nhũ (cm)
+ v: tốc độ dài trung bình tự tách lớp của hệ (cm/s)

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 8 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

Do đa số nhũ dầu mỏ có độ bền tập hợp xác định rất cao nên người ta đánh giá
đại lượng này theo công thức:

0
0
WW
A *100
W
y


(2.3)
Trong đó:
+ W
o

: hàm lượng chung của pha phân tán trong nhũ nghiên cứu
+ W: hàm lượng pha phân tán tách ra trong quá trình ly tâm
Để so sánh độ bền tập hợp của hệ nhũ với độ nhớt của môi trường, kích thước
hạt phân tán hay giá trị ΔP điều kiện ly tâm được điều chỉnh theo công thức Stock:

8
2
1
22
x
10 *9v*ln
x
T
2( )*w *r
nd



(2.4)
Trong đó:
+ T: thời gian ly tâm của hệ với tốc độ góc đã cho (w, độ/s)
+ x
1
, x
2
: khoảng cách từ tâm quay đến mức trên và mức dưới của hệ nhũ
nghiên cứu trong ống ly tâm
b. Tính chất của nhũ dầu mỏ
 Tỷ trọng
Tỷ trọng của nhũ được tính theo công thức:

nh
n
1
100 W 0.01*W
0.01*
d





(2.5)
Trong đó:
+
nh

: tỷ trọng của nhũ
+
d

: tỷ trọng của dầu
+
n

: tỷ trọng của nước
+ W: hàm lượng nước trong dầu, % thể tích
 Độ nhớt

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 9 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

Các chất lỏng riêng biệt và dung dịch thường tuân theo định luật chảy nhớt của
Newtơn:

dv
F= *
dL

(2.6)
Trong đó:
+ F: ứng suất trượt
+
dv
dL
: tốc độ trượt
+

: hệ số nhớt, ở nhiệt độ đã cho là đại lượng không đổi – const
Nhũ dầu mỏ là hệ phân tán, có độ nhớt dị thường và chuyển động của nó không
tuân theo định luật Newtơn. Đối với hệ này độ nhớt không phải là hằng số mà phụ
thuộc vào điều kiện chuyển động, trước hết là vào gradient tốc độ trượt.
Độ nhớt của nhũ có thể đo bằng nhiều phương pháp khác nhau. Ngoài ra có thể
xác định độ nhớt của nhũ theo các phương pháp bán thực nghiệm, chẳng hạn như
phương trình Taylor:

e
e
2
5

*(1+2.5 * )
i
e
i

  




(2.7)
Trong đó:
+

: độ nhớt của nhũ
+
e

: độ nhớt môi trường phân tán
+
i

: độ nhớt pha phân tán
+

: tỷ lệ giọt phân tán so với thể tích chung của nhũ
Hay phương trình Gatchee:

e
3

1
*
1




(2.8)
 Độ phân tán của nhũ
Độ phân tán đặc trưng cho mức độ phân tán của pha phân tán (nước) trong môi
trường phân tán (dầu thô). Đây là đặc trưng cơ bản xác định tính chất của hệ nhũ

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 10 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

tương và các hệ phân tán khác. Độ phân tán được đo bằng đường kính hạt phân tán
hay D =1/d gọi là độ phân tán. Hoặc biểu thị bằng bề mặt phân pha riêng trên một
đơn vị thể tích pha phân tán. Bề mặt riêng của nhũ chứa các hạt hình cầu bán kính r
tính theo phương trình:

2
1
3
4 3 6
(cm )
4
3
r
Sr
S

V r d
r



   
(2.9)
Bề mặt riêng tỉ lệ nghịch với kích thước hạt tùy theo đặc tính của dầu mỏ, nước
vỉa, điều kiện hình thành nhũ mà độ phân tán của nhũ thay đổi khác nhau. Kích
thước hạt nước dao động trong khoảng 0.2 ÷ 100 μm. Theo độ phân tán nhũ được
chia làm 3 loại:
 Nhũ có độ phân tán nhỏ: kích thước giọt nhũ từ 0.2 ÷ 20 μm
 Nhũ có độ phân tán trung bình: kích thước giọt nhũ từ 20 ÷ 50 μm
 Nhũ có độ phân tán thô: kích thước giọt nhũ 50 ÷ 100 μm
Tuy nhiên, trong thực tế nhũ dầu mỏ chứa cả ba loại trên và được gọi là đa phân
tán.
c. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền nhũ
Căn cứ vào các công thức tính toán 2.1; 2.2; 2.3; 2.4 về độ bền nhũ ở trên ta có
các yếu tố ảnh hưởng tới độ bền nhũ như sau:
 Nhiệt độ
Nhiệt độ càng tăng thì độ nhớt của dầu thô càng giảm, dẫn tới độ bền của nhũ
giảm. Nhiệt độ còn làm giảm hiệu tỷ trọng nước – dầu thô, làm giảm độ bền cơ học
của lớp bảo vệ và làm tăng tốc độ tách lắng nước của hệ nhũ. Điều này đặc biệt biểu
hiện rõ rệt đối với dầu thô nhiều paraffin. Khi giảm nhiệt độ, paraffin kết tinh dễ
hấp thụ trên bề mặt giọt nước và dẫn tới làm tăng độ bền của nhũ.
 Ảnh hưởng của pH
Đối với mỗi pH khác nhau sẽ có những ảnh hưởng khác nhau đến tính ổn định
tại bề mặt nhũ tương.
Quá trình tổ chức lại bề mặt nhũ được mô tả bởi hàm mũ:

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 11 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm


0
( )*
t
eq eq
e

   

  
(2.10)
Trong đó:
+

: sức căng bề mặt
+
o

: sức căng bề mặt ban đầu
+
eq

: giá trị cân bằng
+

: thời gian tổ chức lại bề mặt

Hình 2.1: Ảnh hưởng của pH đến sức căng bề mặt nhũ tương W/O [10]
( />dau-wo.html, trang 33)

Hình 2.2: Ảnh hưởng của pH đến thời gian tổ chức lại bề mặt nhũ tương W/O [10]
( />dau-wo.html, trang 33)

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 12 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

Asphalten là chất lưỡng tính nên ở pH thấp (cation) và pH cao (anion) sẽ làm
tăng tính ưa nước của asphalten, làm cho chúng hoạt động bề mặt tích cực hơn tạo
lớp cấu trúc ổn định nhũ cao gây khó khăn cho quá trình phá nhũ. Hình 2.1, 2.2 cho
thấy sức căng bề mặt giảm, thời gian tổ chức lại bề mặt nhũ tương ngắn dần đi ở
pH thấp và pH cao, do đó gây khó khăn cho quá trình phá nhũ của chúng ta.
 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn
Trộn cơ học là một trong các phương pháp cơ bản để tạo thành nhũ tương từ 2
pha không thể hòa tan vào nhau. Thêm pha phân tán từ từ vào pha liên tục trong quá
trình phối trộn làm cho quá trình nhũ hóa diễn ra dễ dàng. Mặt phân cách giữa các
pha phân tán và pha liên tục bị biến dạng để tạo thành giọt. Vào lúc bắt đầu của quá
trình nhũ tương hóa, hầu hết các giọt tạo thành có kích thước lớn. Trong quá trình
trộn những giọt nước lớn được chia thành những giọt nhỏ hơn do quá trình phá vỡ
của các giọt lớn. Các giọt phải bị biến dạng để đạt được sự phá vỡ của chúng, các
trạng thái biến dạng chống lại áp lực Laplace. Sự sụt giảm áp suất ∆P giữa mặt lõm
và mặt lồi của một bề mặt cong được cho bởi:
∆P = 2γ/R (2.11)
Trong đó:
+ γ: là sức căng bề mặt giữa dầu thô và nước
+ R: là bán kính giọt
Để phá vỡ được giọt, áp lực phải được cung cấp từ các yếu tố bên ngoài.
Gradien áp lực yêu cầu được cung cấp bằng khuấy trộn. Hình 2.3 cho thấy tỷ lệ

phần trăm của hàm lượng nước bên trong nhũ tương so với thời gian trôi qua cho
50% nhũ tương W/O với sự có mặt của 1% chất hoạt động bề mặt. Tốc độ khuấy
trộn được nghiên cứu trên phạm vi 500 – 2000 rpm trong 30 phút. Hình 2.3 cho
thấy, tốc độ quay càng mạnh thì nhũ tương càng ổn định. Rõ ràng bằng cách tăng
tốc độ trộn, đường kính giọt giảm đáng kể và do đó tăng cường sự ổn định nhũ. Tuy
nhiên, hàm lượng nước trong nhũ tương giảm theo thời gian do cơ chế hóa hợp giữa
các giọt nước.

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 13 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm


Hình 2.3: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn đến độ bền nhũ [11]
( />dau-wo.html, trang 23)
 Ảnh hưởng của tạp chất cơ học
Trong quá trình tách nước, các tạp chất cơ học lắng tủa cùng với giọt nước trên
bề mặt phân pha, tạo ra một lớp trung gian đặc khó tách lớp. Đây chính là loại nhũ
hỗn hợp có độ bền cao, rất khó phá.
d. Các chất phá nhũ
Chất phá nhũ là các hợp chất hóa học được sử dụng rộng rãi để phá vỡ tính ổn
định của nhũ và tham gia trợ giúp cho quá trình liên kết của các giọt nhũ tương.
Những hợp chất đó được gọi chung là các chất phụ gia phá nhũ hoặc chất phụ gia
khử nước.
Các tính năng hoạt động một chất phá nhũ yêu cầu phải đạt được là:
 Có khả năng hấp thụ mạnh vào bề mặt phân giới dầu – nước;
 Tính kết tụ: chất phá nhũ phải có khả năng làm cho các giọt nước của
pha phân tán kết dính với nhau tạo thành từng chùm giống như chùm trứng cá;