MỞ ĐẦU Hiện nay, ô nhiễm môi trƣờng do dầu tràn đang là một trong những vấn đề thu hút đƣợc sự quan tâm đặc biệt của cộng đồng quốc tế do những tác động nghiêm trọng của nó tới môi trƣờng sinh thái cũng nhƣ những tác động tiêu cực tới kinh tế và xã hội. Không chỉ hủy hoại các hệ sinh thái động thực vật, dầu tràn còn đƣợc xem là một trong những dạng sự cố gây ra tổn thất kinh tế lớn nhất trong các loại sự cố môi trƣờng do con ngƣời gây ra. Bên cạnh đó, sự ô nhiễm do dầu còn gây ảnh hƣởng không nhỏ tới đời sống và sức khỏe của ngƣời dân sống quanh khu vực bị ô nhiễm. Do đó, việc xử lý sự cố tràn dầu nhằm hạn chế tối đa những tác động tiêu cực là một vấn đề rất cấp thiết.
Là một quốc gia ven biển có vị trí địa lí đặc thù, Việt Nam đã và đang phải đối mặt với nhiều nguy cơ ô nhiễm môi trƣờng biển do dầu tràn. Với đƣờng bờ biển dài 3.260 km và nằm trên tuyến đƣờng hàng hải quốc tế, hàng năm có hàng chục triệu tấn dầu đƣợc vận chuyển qua lãnh thổ đất nƣớc. Điều này làm tăng nguy cơ xảy ra các sự cố tràn dầu trên vùng biển Việt Nam. Tại vùng biển nƣớc ta, mỗi ngày có hàng trăm ngàn tàu thuyền loại vừa và nhỏ xả một lƣợng lớn nƣớc đáy tàu nhiễm dầu ra môi trƣờng [11].
Vấn đề ô nhiễm dầu trên biển luôn thu hút sự chú ý của các cơ quan quản lý, truyền thông cũng nhƣ của các nhà khoa học trong nƣớc. Thực trạng này đang gây tổn thất kinh tế lớn cho các vùng nuôi trồng thủy sản cũng nhƣ ảnh hƣởng lâu dài tới hệ sinh thái và đa dạng sinh học biển, ảnh hƣởng tiêu cực đến sự phát triển bền vững của biển Việt Nam [2, 5]. Các nhà khoa học đã và đang cố gắng tìm ra các biện pháp hiệu quả để xử lí dầu tràn cũng nhƣ các phƣơng pháp làm sạch nguồn nƣớc bị ô nhiễm dầu. Hiện nay, phƣơng pháp sử dụng vật liệu hấp thu dầu đang đƣợc nghiên cứu rộng rãi do vật liệu hấp thu có khả năng hấp thu chọn lọc dầu và tách hoàn toàn dầu khỏi vùng bị tràn dầu và còn có thể tái sử dụng nhiều lần.
Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng vật liệu hấp thu dầu, nhƣng ở Việt Nam mới có một số ít công trình nghiên cứu tổng hợp vật liệu hấp thu dầu và đánh giá khả năng hấp thu dầu của các vật liệu này, trong đó vật liệu trên cơ sở polyolefin nhƣ polyetylen, 1 z polypropylen đã và đang đƣợc các nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu chế tạo và ứng dụng để hấp thu dầu và đã cho những kết quả rất khả quan [19]. Do vậy, việc nghiên cứu phát triển lĩnh vực này sẽ có nhiều đóng góp mới và đem lại tính ứng dụng cao cho loại vật liệu này. Từ những thực tế trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp thu dầu trên cơ sở polypropylen biến tính” * Mục tiêu của luận án: - Nghiên cứu chế tạo sợi polypropylen biến tính có khả năng hấp thu dầu tốt dựa trên phản ứng trùng hợp ghép vinyl monome với polypropylen. - Ứng dụng vật liệu hấp thu dầu chế tạo đƣợc để xử lý dầu tràn trong nƣớc biển.
* Nội dung của luận án: - Nghiên cứu chế tạo sợi polypropylen. - Nghiên cứu biến tính sợi polypropylen bằng PET và phản ứng trùng hợp ghép các vinyl monome trong sự có mặt và không có mặt của chất tạo lƣới. - Nghiên cứu khả năng hấp thu một số dung môi và dầu của các vật liệu trên cơ sở sợi polypropylen biến tính. - Thử nghiệm khả năng hấp thu dầu của vật liệu sợi polypropylen biến tính để xử lý xăng dầu tràn.
SỰ CỐ TRÀN DẦU: NGUYÊN NHÂN VÀ TÁC ĐỘNG 1. Nguyên nhân gây ra sự cố tràn dầu Sự cố tràn dầu hiện nay đang là mối hiểm họa tiềm ẩn với các quốc gia ven biển. Nó còn đƣợc biết đến dƣới cái tên “thủy triều đen” - một thảm họa ô nhiễm nghiêm trọng đối với môi trƣờng, đặc biệt là tại các sông, vùng cửa sông, vùng vịnh và vùng biển ven bờ. Bên cạnh đó, sự cố tràn dầu cũng gây ra các ảnh hƣởng nghiêm trọng tới kinh tế, đời sống cũng nhƣ sức khỏe của ngƣời dân sinh sống ven sông, ven biển.
Vì vậy, việc làm sạch nƣớc hoặc đất ngay khi xảy ra sự cố tràn dầu vô cùng cần thiết, nhằm hạn chế tối đa những hiểm họa của dầu tràn. Sự cố tràn dầu xảy ra trên biển, mặt nƣớc, mặt đất do nhiều nguyên nhân, gồm các nguyên nhân tự nhiên và nguyên nhân từ con ngƣời nhƣ: các thảm họa thiên nhiên, các tai nạn tàu chở dầu, chiến tranh, quá trình sản xuất, vận chuyển, lƣu trữ và sử dụng dầu. Các nguyên nhân chính gây nên sự cố tràn dầu trên biển, gồm: * Trên mặt nƣớc biển: Dầu rò rỉ từ các tàu thuyền hoạt động ngoài biển chiếm khoảng 50% nguồn gây ô nhiễm dầu trên biển. Các tai nạn tàu chở dầu chính là một trong các nguyên nhân chủ yếu gây ra nguồn phát tán lƣợng lớn dầu vào môi trƣờng.
Từ năm 1970 đến năm 2015, có khoảng 500 vụ tràn dầu lớn nhỏ đƣợc ghi nhận. Các vụ tràn dầu này đã khiến khoảng 5,72 triệu tấn dầu tràn vào nƣớc biển, trong đó phần lớn là từ các vụ tai nạn tàu chở dầu [44]. Lƣợng dầu tràn trên biển do sự cố tai nạn tàu chở dầu từ 1970 đến 2015 Thời gian Tổng lƣợng dầu tràn (nghìn tấn) 1970 - 1979 3.133 2000 - 2009 196 2010 - 2015 33 3 z Một trong những vụ tai nạn tàu chở dầu thảm khốc đƣợc ghi nhận sớm nhất trong lịch sử là “cái chết đen” mang tên Torren Canyon xảy ra năm 1967 khiến hơn 120.000 tấn dầu tràn trên vùng biển ngoài khơi nƣớc Anh, tạo thành một biển dầu rộng hơn 20 km2. Chính phủ Anh, Hà Lan và Pháp đã mất nhiều công sức và tiền bạc trong việc ngăn chặn việc dầu loang rộng hơn trên mặt biển cũng nhƣ khắc phục tối đa hậu quả.
Sự cố này đã tiêu tốn 15 triệu USD cho những chiến dịch làm sạch mặt biển, hơn 10 vạn con chim biển và hàng triệu con cá bị chết ngạt dầu. Không chỉ gây những thiệt hại nghiêm trọng về con ngƣời và kinh tế, những vụ tai nạn tàu chở dầu còn gây nên rất nhiều tác động tiêu cực tới môi trƣờng cũng nhƣ các vấn đề kinh tế - xã hội. * Trong lòng biển Các cơ sở hạ tầng phục vụ khai thác và lƣu trữ dầu khí không đảm bảo tiêu chuẩn có thể dẫn đến tràn dầu. Sự cố tràn dầu xảy ra tại giếng dầu Ixtoc vào năm 1979 đã khiến một lƣợng lớn dầu tràn ra môi trƣờng, là sự cố tràn dầu đứng thứ hai trong top 20 sự cố tràn dầu nghiêm trọng nhất trên thế giới.000 tấn dầu tràn lan trên vịnh Mexico suốt hơn 10 tháng sau đó, gây ra tới những tác động lớn về môi trƣờng cho khu vực này.
Một sự cố nghiêm trọng khác xảy ra vào năm 2010 tại giàn khoan Deepwater Horizon ngoài khơi bang Louisiana-vịnh Mexico đƣợc xem là “vụ tràn dầu thế kỉ”. Ngày 21/4, giàn khoan dầu Deepwater Horizon bất ngờ phát nổ chìm, làm ít nhất 11 công nhân thiệt mạng. Sự cố này đã làm 4,9 triệu thùng dầu tràn ra biển, gây ô nhiễm các bãi biển thuộc 5 bang duyên hải bờ Đông nƣớc Mỹ. * Dƣới đáy biển Dầu rò rỉ dƣới đáy biển chủ yếu do hoạt động khoan thăm dò, khoan khai thác, do túi dầu bị rách do địa chấn hoặc do nguyên nhân khác., nếu động đất xảy ra ở ngay khu vực có túi dầu thì khả năng túi dầu bị vỡ là hoàn toàn có thể.
Mặt khác, trong lòng đất có rất nhiều vi sinh vật yếm khí có thể tàn phá lớp trầm tích bên ngoài mỏ dầu, sau một khoảng thời gian nhất định có thể làm rò rỉ các túi dầu. 4 z Ngoài các nguyên nhân khách quan nói trên còn phải nói đến các nguyên nhân chủ quan của con ngƣời. Vụ tràn dầu nghiêm trọng nhất trong lịch sử là vụ tràn dầu tại Kuwait năm 1991 trong cuộc chiến tranh vùng Vịnh. Khi quân đội Iraq rút khỏi Kuwait, họ đã mở tất cả các van của giếng dầu và phá vỡ các đƣờng ống dẫn dầu.
Kết quả là một lƣợng dầu lớn nhất trong lịch sử đã phủ lên Vịnh Ba tƣ. Ƣớc tính, số dầu loang tƣơng đƣơng 800.000 tấn dầu thô. Vụ tràn dầu này đã gây ra những hậu quả vĩnh viễn lên hệ sinh thái của san hô và cá. Thành phần hóa học của dầu mỏ [7] Thành phần chính của dầu mỏ là các hydrocacbon (HC), hầu nhƣ các loại hydrocacbon (trừ olefin) đều có mặt trong dầu mỏ và đƣợc chia thành các nhóm parafin, naphten, aromat, hỗn hợp naphten - aromat.
Ngoài ra, trong dầu mỏ còn có các hợp chất chứa lƣu huỳnh, hợp chất chứa oxi, hợp chất chứa nito, một số kim loại nặng, nhựa và asphanten,. * Các phân đoạn chính của sản phẩm dầu mỏ: Xăng: Là nhiên liệu cho động cơ xăng: ô tô nhẹ, xe máy… Xăng là một trong hai nhiên liệu quan trọng nhất. Khoảng nhiệt độ sôi dƣới 1800C, thành phần của xăng gồm các HC từ C5 - C10. Trong xăng còn có thể có một lƣợng không đáng kể các C4, C11 và C12.
Cả 3 loại HC parafinic, naphtenic và aromatic đều có thể có trong xăng nhƣng thành phần số lƣợng rất khác nhau phụ thuộc vào nguồn gốc dầu thô ban đầu và quá trình chế biến. Ngoài ra trong xăng còn có lƣợng ít các hợp chất chứa S, N, O (mercaptan, pyridin, phenol và đồng đẳng phenol…). Kerosen (FO): khoảng nhiệt độ sôi từ 180 - 2500C, thành phần gồm các HC từ C11-C15,16. Phân đoạn này hầu hết là các n-parafin (rất ít iso parafin), các naphtenic và HC thơm.
Ngoài các parafin có cấu trúc 1 vòng và nhiều nhánh phụ, còn có các hợp chất hai vòng và một số ít hợp chất có cấu trúc ba vòng. Trong kerosen bắt đầu có các hợp chất HC có cấu trúc gồm cả vòng naphtalen và vòng thơm nhƣ tetralin và đồng đẳng, các hợp chất chứa S, N, O chiếm lƣợng cao hơn so với lƣợng của chúng trong hỗn hợp xăng, trong đó S chủ yếu dạng sunfua, N ở 5 z dạng quinolin, indol, pyrol… Kerosen chủ yếu làm nhiên liệu động cơ phản lực và dầu hỏa dân dụng. Gasoil nhẹ (DO): Còn gọi là phân đoạn dầu diesel, khoảng nhiệt độ sôi từ 250 - 3500C. Dầu DO chứa các HC từ C16 - C20,21.