Chương 1 Tổng quan CHUONG 1: TONG QUAN 1. Cac loại vật liệu hấp phụ dau hiện nay 1. Tổng quan các loại vật liệu hấp phụ Khả năng hấp phụ của vật liệu được đánh giá thông qua độ hấp phụ hay khả năng thắm hút của chúng, tức là số gam chất hấp phụ trên một đơn vi chất hấp phụ. Những vật liệu được chọn trong ứng dụng trong lọc — tách và hấp phụ dầu có đặc tính là chất ky nước, với khả năng thâm hút cao.
Một số loại vật liệu và độ hấp phụ tương ứng được sử dụng để xử lý sự cố tràn dau hiện nay nhưa: Absorbant (18 g/g), bọt biển nano (20 g/g), phế thải nông nghiệp (4-6 g/g), sợi tông hợp (25 — 35 g/g). Yêu câu phát triên vật liệu sở hữu các đặc tính quan trọng quyết định đên hiệu quả thu hồi dâu đang thúc đây xu hướng nghiên cứu biên đôi câu trúc bê mặt và câu trúc nội tại, đặc biệt là câu trúc xôp. Loại vật liệu sử dụng dé hấp phụ dau phổ biến hiện nay: Bông hap thụ dau, vải hút dau bên trong mảnh dầu hấp phụ siêu mịn, một hỗn hợp của các chất xơ, có thé được sử dụng để ngăn chặn va hấp phụ các loại dầu tràn, cho nhà máy hóa chất, công nghiệp nặng. công nghiệp nhẹ, giao thông vận tai, in ấn.
Chương 1 Tổng quan Hình 1. Bông hấp phụ dau, hit thấm hydrocarbon Loại bông hấp thụ dầu, thắm Hydrocarbon được sử dụng để hấp thụ dầu trong sự cô tràn dầu và hydrocarbon trên đât và nước hiện nay Hình 1. e Các tấm hấp phụ dau cản nước trong khi hap thụ hết các hydrocarbon bị tran. e Tâm hấp phụ dầu được làm bằng polypropylene, có kha năng hấp phụ dau cao (tùy thuộc vào độ nhớt của dầu) 1.
Một số nghiên cứu về màng sợi có khả năng hấp phụ dau Những năm gân đây, hệ sinh thái chịu nhiều tác động tiêu cực từ các sự có, nhất là nguy cơ ô nhiễm do sự cố tràn dầu khi Việt Nam là một nước có hoạt động khai thác và xuất nhập khẩu dầu khá lớn. Việc tìm ra phương pháp thu hồi tối ưu đang được xem xét áp dung, một trong số đó là phương pháp thu hồi dầu sử dung mang hap phụ. Hiện nay, các công trình nghiên cứu về vật liệu hap phụ dạng mang sợi chưa có nhiều ở nước ta. Vì vậy, việc nghiên loại sợi với cau trúc xốp nhằm đánh giá khả năng hấp phụ với các loại dầu khác nhau mang một ý nghĩa thực tế cho những ứng dụng sau này.
Tình hình nghiên cứu ngoài nước: Các nhà nghiên cứu trên thế giới đang tìm kiếm các cách để sản xuất các sợi nano polymer. Có hơn 70 nhóm nghiên cứu trên thế giới, nghiên cứu và chế tạo sợi nano polymer băng phương pháp điện hóa. Trong năm 2003, có hơn 200 bài báo khoa học nghiên cứu về lĩnh vực này. Trong đó, có hơn 50% nghiên cứu định hướng ứng Chương 1 Tổng quan dụng vao y học, cho thay tiềm năng phát triển là rất lớn.
Và gan đây, người ta sử dụng phương pháp thối dung dịch thay vì phương pháp điện hóa dé chế tạo sợi nano do có hiệu suất sản xuất cao hơn nhiều lần. Gan đây, phương pháp Force spinning (FS) đã được sử dung dé sản xuất sợi từ nhiều loại vật liệu, chăng hạn như polycaprolactone [24], polyacrylonitrile [25], polyvinylidence flouride [26]. Phương pháp nay cũng được sử dụng dé chế tạo các vi sợi tổng hợp từ polystyrene va SiOz siêu thấm nước [27]. Tuy nhiên, ảnh hưởng của dung môi đến hình thái và độ xốp của sợi PS chưa được đánh giá rõ trong nghiên cứu.
Hơn nữa, khả năng hấp phụ dầu của sợi PS chế tạo theo phương pháp FS vẫn chưa được nghiên cứu rộng rãi. Do đó, trong nghiên cứu này, chúng tôi giới thiệu và đưa ra phương pháp chế tạo sợi PS có tính ky nước và khả năng hấp phụ dầu cao của màng sợi tạo thành cho ứng dụng lọc — tách dầu từ màng sợi PS tạo thành. > Soi được sản xuất bằng phương pháp quay tĩnh điện (electrospinning): Elecstrospinning là phương pháp chế tạo sợi đã được biết tới từ những năm 1945, Formalas xuất bản một loạt các băng sáng chế, ông mô tả một thiết lập thực nghiệm để sản xuất các sợi bang cách sử dụng một lực điện trường [28]. Năm 1971, Baumgarten dùng phương pháp elecstrospinning chế tạo sợi acrylic có đương kính 500 — 1100 nm.
Ông xác định giới hạn độ quay của dung dich polyacrylonitrile / dimethylformamide (PAN / DMF) và quan sát sự phụ thuộc cụ thé của đường kính sợi vào độ nhớt của dung dich [28]. Năm 1995, Doshi và Reneker đã nghiên cứu các đặc tính của các sợi nano polyethylene oxide (PEO) bang cách thay đổi nồng độ dung dịch và điện áp đưa vào [28]. Đến hiện tại có rất nhiều nghiên cứu tao sợi từ phương pháp nay, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Năm 2011, Li, Xiaoyun và các công sự đã nghién cứu chế tạo thành công mang vai không dệt từ sợi poly (vinylidene fluoride) / poly (methyl methacrylate) (PVdF / PMMA) bằng phương pháp elecstrospinning với các nồng độ khác nhau của dung dịch polymer.
Sợi tạo thành có kích thước vai trăm nano và mang từ các sợi có tình thắm hút tốt [29]. > Soi được sản xuất bằng phương pháp Forcespinning: Chương 1 Tổng quan Lần đầu tiên Công nghệ Forcespinning — sử dụng lực quay ly tâm để chế tạo sợi nano, được Tập đoàn Công nghệ FibeRio thương mại hóa và giới thiệu trước công chúng vào tháng 3 năm 2010 [30]. Và sau đó, phương pháp được nghiên cứu va sử dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm quốc tế. Tình hình nghiên cứu trong nước: > Soi được chế tạo bằng phương pháp electrospinning: Mặc dù sợi (miero-nano) polymer đã được nghiên cứu nhiều trên thế giới, rất nhiều nha khoa học Việt nam đã làm về lĩnh vực này tại nước ngoài.
Tuy nhiên, sau khi về Việt nam, việc tiếp tục phát triển lãnh vực này còn hạn chế vì vẫn đề thiết bị. Hệ thiết bị elecstro spinning phun sợi micro-nano polymer (electrospinning sử dụng nguyên lý cơ bản giống với nguyên lý của phương pháp electrospraying dùng để tạo hạt) được chế tạo bởi nhóm nghiên cứu vật liệu polymer y sinh do PGS. TS Huỳnh Dai Phú lãnh đạo tự thiết kế và tự đầu tư nguồn kinh phí để lắp đặt vào năm 2010. Thiết bị nay đã được kiểm định bởi Trung Tâm Tiêu Chuẩn Do lường Chất Lượng Khu Vực III.
Và hiện nay, thiết bị này vẫn hoạt động tốt, các nghiên cứu chế tạo hạt micro-nano trên thiết bị này đã được tiễn hành, bước đầu thu được hiệu quả, một nghiên cứu đã báo cáo tại hội nghị khoa học và đăng trên tạp chí uy tín trong nước: Research on micro-nano chitosan spheres fabricated by electrospraying for insulin delivery system, Khoa hoc va Cong nghé, 53 (2B), 11-20, 2015 [31]. > Soi được chế tao bằng phương pháp Forcespinning: Ở Việt Nam hiện chưa có nhiều nghiên cứu dao sâu về phương pháp này, nhưng vẫn có một số người Việt du học nước ngoài đã và đang làm nghiên cứu trong mảng này. Tương lai, không chỉ riêng dé tài này ma còn mở rộng sang các lĩnh vực ứng dụng khác thu được từ màng sợi force spinning sẽ được nghiên cứu và thực hiện trong nước với sự hướng dẫn của PGS.TS Huỳnh Đại Phú. Với đặc tính không có ái lực với nước, màng sợi PS được đánh giá cao trong khả năng hấp phụ dầu của nó, hướng đến ứng dụng lọc — tách dầu từ màng sợi PS.
Dựa trên các phương pháp nên tảng sản xuất sợi thông thường, hiện nay có một sô phương pháp phô biên được sử dụng dé sản xuât sợi có câu trúc nano: phương Chương 1 Tổng quan pháp electrospray, electrospinning, forcespinning. đều dựa trên nền tảng kéo mang tốc độ cao dé tao các lớp sợi có kích thước nhỏ nhất có thé. Soi micro polystyrene và màng sợi tương ứng được chế tạo bằng phương pháp Force spinning Cơ sở lý thuyết của phương pháp Forcespinning Phương pháp quay ly tâm Forcespinning là kỹ thuật kéo sợi dựa trên lực quay ly tâm từ dung dịch polymer hoặc polymer nóng chảy. Sợi polymer thu được có đường kính micromet.
Sau khi dung dich được tiêm vào buồng quay sẽ được din qua đầu kim tạo thành dòng giọt đầu tiên cho cả quá trình, khi đó với lực quay ly tâm đủ lớn để vượt qua sức căng bề mặt của dung dịch polymer, dòng dung dịch đó sẽ được kéo căng theo quỹ đạo quay của buông quay đến bản thu. Với tốc độ bay hơi vừa đủ dé sợi polymer không bị bết dính và xếp thành các lớp sợi tạo thành màng trên bản thu [32].1, Mô phỏng hệ thí nghiệm Force spinning Về lý thuyết, phương pháp Force spinning là một phương pháp phun chat lỏng dựa trên tác động của lực ly tâm. Nguyên tắc cơ bản của phương pháp này dựa trên lý thuyết của dòng polymer bị kéo căng bởi lực ly tâm trong quá trình phun. Khi spinneret quay ở tốc độ cao, dung dịch polymer chứa trong buồng quay spinneret chịu tác động của lực ly tâm, lực thủy tĩnh và lực mao dẫn.
Lực ly tâm và lực thủy tĩnh sẽ cạnh tranh với lực mao dân và lực ma sát (lực tương tác giữa các mạch phân tử 10 Chương 1 Tổng quan polymer) trong quá trình Force spinning. Khi lực ly tâm và lực thủy tĩnh lớn hơn lực mao dẫn và lực nhớt một dòng polymer sẽ thoát ra khỏi đầu kim và di chuyển đến bản thu. Khi dòng polymer này di chuyển trong khoảng không giữa đầu kim phun và bản thu, dung môi bay hơi một phan va polymer hóa ran ở dạng sợi khi đến bản thu. Ca [<3] Spinneret % k / Lỗ thoát Dung dịch polymer polymer " x Lue mao dan Lực Luce thủy tinl ue thuy ! tinh ao a Lue ly tam Dung môi bay hoi Hình 1.
Các lực trong qua trình Force spinning Trong qua trinh Force spinning, spinneret quay tao thanh luc ly tam day dung dich polymer chứa trong spinneret ra theo lỗ thoát trên spinneret, độ lớn của lực ly tâm được xác định theo công thức: Foon: = œ^R với p: tỷ trọng dung dich polymer, w: tốc độ quay của spinneret, R: cánh tay đòn. Thiết bị Foree spinning. Hệ Force spinning được cau tạo gồm phân chính: e Bo phận tạo lực ly tâm: bao gồm một động cơ cao tốc có thé điều chỉnh được tốc độ; một buông quay (spinneret) dùng để chứa dung dịch polymer được đầu kim có đường kính nhỏ, quay cùng chiều với trục motor e _ Hệ thống cung cấp dung dich polymer cho spinneret bao gồm may bơm vi lượng, ống tiêm chứa dung dich polymer va ống dẫn dung dich.