ĐẶT VẤN ĐỀ Nguc và h a nghiêm trng bi ô nhim du t s c tràn du và quá trình thi b du ra các thy vc, t c ch to các loi vt liu hi i và loi b hiu qu ng dc c nhiu s quan tâm. Hp ph c coi là mt trong nhng công ngh hiu qu x c thi nhim du vì kh i b du cao, d vn hành và tiêu th ng. Các vt liu hp ph truyn thng bao gm: polypropylene (PP), zeolit và than hot tính, tuy nhiên nhng vt liu này có nh s dng kém, kh p ph d chn lc và thiu kh y sinh hc. t ra yêu cu cho vic phát trin các vt liu hi hp ph du, thân thin vng và tit kim chi phí.
Aerogel ni lên là vt liu hiu qu trong mc tiêu phân tách du khc. Nh cu trúc micro và nano rng xp, có th u chnh tính k c hoc, có th tái ch d dàng mà aerogel có th th hp th nhiu loi cht gây ô nhic và c s dt công ngh n, chi phí thp, bn vng và an toàn. Trong nhc ch to t các ngun nông nghip liên tc thu hút s chú ý vi mt s c thc hin vi kt qu kh quan. Vic nông nghip vi dic, cây mía và cây da chim t trng lu nn nông nghip.
Dng ln ph thi nông nghip phát sinh sau mi v mùa thu hochng sinh khi này mang trong mình tin, yêu cu bc thit ra là s dng có hiu qu ng ph thi này Vì vy, có th thu hng cellulose ng sinh khi này làm ngun nguyên li sn xut cellulose aerogel. Vic sn xut aerogel t các loi sinh khi ph thi có th gii quyt v x lý cht thi ng thi có th to ra loi aerogel mi có giá tr cao, có tính ng dng n nhn thc xã hi v tái ch cht thi. Mục tiêu của nghiên cứu Ch to thành công vt liu aerogel trên nn cellulose t các loi ph thi nông nghip g, lá da và bã mía có kh p ph du hiu qu. Phạm vi nghiên cứu - Ph thi nông nghi, bã mía và lá da - Vt liu hi - c thi: c nhim du (du nht thi và du diesel) 4 Nội dung nghiên cứu - Ch to cellulose aerogel vi n i t 0.5 wt%, 1 wt% và 2 wt% vc chit tách t 3 loi ph thi nông nghi, bã mía và lá da; - Xác nh c tính ca các mu cellulose aerogel ch tc, bao gm: cu trúc hình thái, cu trúc tinh th và các nhóm chkh xp, tính k c; - ng hp ph 2 loi du (du nht thi và du diesel) ca cellulose aerogel; - ng dng cellulose aerogel trong quá trình hp ph du trong hn hp du c: Nghiên cu ng ca các yu t: khng cellulose aerogel, thi gian phn ng, nhi ng hp ph du nht thi và du diesel; Nghiên cu kh dng và hiu qu tách du ca cellulose aerogel sau quá trình hp ph.
TỔNG QUAN Vi s phát trin công nghi hóa nhanh chóng trong nhng thp k qua, mng lc thi nhim d c to ra và gây nhng hu qu nghiêm trng ti h sinh thái ti ngun tip nhn và sc khi [1]. Mt lot các công ngh : tuyn ni, xúc tác quang, lc sinh hn hóa, phân hy sinh hc và hp ph c s dng r x lý c nhim du. Mt trong nhng pu qu và bn vng nht là hp ph do giá thành r, d vn hành và không gây ô nhim th cp. Nhiu cht hp ph c phát trin cho mng h: vt liu tng hp trên nn t sét, than sinh hc, hn hp polycaprolactone/poly (axit L- lactic), oxit graphene và si thc vt.
Vic ng dng vt liu hp ph x c nhim du trong thc t ng b gii hn bi kh p ph và hiu qu tái sinh ca cht hp ph. Các cht hp ph mi s dng cho mhp th dc phát tri khc phc nhng v này [2]. Aerogel là mt trong nhng vt liu my, loi vt liu này có cu trúc micro hoc nano xp có kh hp ph du và nhiu loi cht ô nhim tc. Aerogel là vt liu siêu xp vi khng riêng rt thp và din tích b mt cao, chúng có th i tính k c hoc và d dàng tái ch [3].
Trong , cellulose aerogel c ch to t các ngun sinh khi c thc hin vi nhiu kt qu kh quan. trong nghiên cu này, cellulose aerogel c ch to t liu hi cao và ng d x c thi nhim du. T ổng quan về aerogel 1. Khái niệm và đặc tính t liu rn có khi ng riêng cc thp trong khong t n 0,2 g/cm3 xc l trong khong t 2 50 nm và din tích b mt riêng ln (200600 m2 c to ra bi s thay th cht lng bên trong gel b Kistler vào nh lu tiên gii thiu aerogel khi ông loi b cht lng khi hydrogel bi h c mt vt liu bn cha y không khí bên trong vc g u ca chúng [4].
Tuy nhiên quá trình này rt phc tp và nguy him do phi thc hin nhi và áp sung tht tn thi gian và tin bc. K thut sol-c s dng trong sn xut silica aerogel t c phc nhnm ca k thut sy siêu ti hn xut aerogel ph bin nht hit tt c hòa tan, còn t t tt ca t Sol-gel là k thut tng h to ra vt liu n nhi thp bng cách chuyn dung dch keo dng lng sang dng rn. S dsol-gel, có th ch to ra các hp cht dng khi, bt siêu mn, màng mng và si. Càng nhiu cht liên kc s dng trong quá trình này thì 6 gel tc tt [5].
Quá trình hình thành và phát trin ca aerogel c th hin trong Hình 1. Lịch sử hình thành và phát triển của vật liệu aerogel [6] Nhiu loc ch to ra trên th gi oxit kim loi (nhôm oxit, crom oxit, st oxit, k rbon aerogel (carbon nanotube aerogel, graphene aerogel) và aerogel composite gm có các loc hp aeogel, gradient aerogel và micro/nano aerogel composite. Nhc tính cc th hin trong Hình 2. Các đặc tính của aerogel [7] 7 1.
Phân loại Aerogel c phân loi thành hc kt hp. Tùy thuc vào quy trình làm khô, aerogel có th c chia thành aerogel (làm khô siêu ti hn), xerogel (làm khô bng áp su Hình 3. Phân loại aerogel [3] Tùy thuc tính phân cc và ch mt, aerogel có th c, k u hoc k du. Phân loi chung cc trình bày trong Hình 3.
Aerogel hm các vt liu hellulose, than sinh hu ch t các oxit/kim loi chuyn tip (silica hoc nhôm, zirconi, Al2O3 và SnO2) và chalcogenua (CdS, CdSe). Các aerogel kt hc ch to bng cách trn các vt liu h loi vt liu này th hic tính linh hot ca aerogel h[3]. Vt liu n ch to aerogel có th k n bao gm [7]: 1) Vật liệu có nguồn gốc vô cơ - Silic; - Kim loi: B - Mui Florua: AlF 3 - Oxit kim loi: Al2O3, ZnO, TiO 2 - Mu 2) Vật liệu có nguồn gốc hữu cơ - Carbon; - Polymer: Polymer nhân t Polymer t nhiên: Polysaccharide: Cellulose, tinh bt, alginate; 8 Protein. Trong s nhng vt liu nn này, các polymer có kh y sinh hc và polymer sinh hc nhiu s quan tâm ng dng ca các hp cht này có th là mt gii pháp thay th cho các p lý truyn th hn ch t ng [8].
Kỹ thuật chế tạo aerogel Các k thut ch to aerogel bao gm k thut sol-gel, epoxide hóa, t lp ghép (self- assembly), da trên khuôn có sn (template), plasma hóa và emulsion techniques). Aerogel c hoàn thin bkhô siêu ti hn, i áp sut xung quanh, làm khô bng vi sóng, sy chân không hoc sng dung môi h [3]. -c s dng rng rãi nht và có l n nh tng hp cryogel, xerogel và aerogel. Ttin cht phân t c chuyc ht phn lng ca gel c thay th bng ng là không khí) bng cách s dng các k thut làm khô thích hp (ví d: làm khô siêu ti h làm khô vi áp su c cu trúc rn 3D [9].
Làm khô là mt c quan trng trong quá trình ch t xp, din tích b mt ca aerogel và tính toàn vn v cu trúc ph thun này [10]. Khi s dng ng, áp sut mao qun có th gây ra s s và t gãy ca cu trúc gel. Aerogel sinh học Trong th k 21, mt th h aerogel mi da trên sinh khc phát trin. Nhng vt lic gi là aerogel sinh hc ch to bng cách: (i) hòa tan các polymer sinh hc (polysaccharide hoc protein) (ii) gel hóa dung d (iii) làm khô siêu ti hn s dng CO2.
Polysaccharide c coi là yu t chính trong vic ch to aerogel sinh hc. Polysaccharide c bin vi kh lp ráp hoc t sp xp thành các cu trúc hoc dng vt cht nhnh. Bên c y sinh h thích sinh hc, hot tính sinh hc hi, thân thin vng, chi phí x lý thp và s hin din ca nhiu nhóm ch ng, aerogel sinh hc to thành t các ngun tài nguyên tái to, chng hn nht và du thc vt. Trong polysaccharide c th nghim thành công trong ch to aerogel vc tính ng dng trong y sinh, chng h thut mô, phân phi thu[13].
9 Trộn lẫn các tiền chất Tạo Sản phẩm cuối Polysaccharide/ Protein Sol gel Dung môi Tác nhân liên kết Làm khô Gel ướt Hình 4. Quy trình chế tạo aerogel sinh học [7] Nhìn chung, các p d ch to aerogel sinh hc da trên s trn ln các tin cht, tip theo là quá trình tc quan trng nht là loi b dung môi kht mà không làm gim th tích hoc gim tính cht ch ca mng liên kt. ng c thc hin bng cách chuyn dung môi trong gel thành cht lng siêu ti hc gii phóng t t i dm bo aerogel gi nguyên cu trúc ca dt (Hình 4). Ngun polymer sinh hc s dng làm tin ch ch to aerogel sinh hc có th k [7]: Cellulose Vic sn xut aerogel da trên sinh khi chi phí thp gc s quan tâm c v mt hc thui, do mang li nhiu li th v kinh t và hóa hc.
Nhiu loi nguyên liu thô có th c s d sn xut aerogel. Các aerogel hi nhc làm t cellulose, cùng vi các aerogel da trên silica. Mc dù cellulose là polyme t nhiên phong phú nhc s dng rng rãi trong công nghip cho nhiu ng dng n l ch to aerogel i nhing thu ch bng cách s dt loi polyme t nhiên có th tái to và phân hy sinh hc xp và din tích b mt riêng ln.