I. Giới thiệu về vật liệu nano silica
Vật liệu nano silica là một trong những loại vật liệu có cấu trúc mạng lưới ba chiều, chứa các nhóm silanol (Si – OH) và siloxan (Si-O-Si). Những đặc điểm này giúp nano silica có khả năng hấp phụ cao và tương thích với nhiều loại vật liệu khác nhau. Nghiên cứu cho thấy rằng nano silica có thể thay đổi tính dính ướt của bề mặt, từ đó tạo ra các loại hạt kỵ nước ưa dầu (HLPN) và hạt ưa nước kỵ dầu (LHPN). Việc biến tính nano silica với các phân tử hữu cơ có thể làm tăng khả năng hấp phụ dầu, đặc biệt trong môi trường nước thải nhiễm dầu. Theo nghiên cứu của Ju và cộng sự, các hạt nano silica có thể làm tăng cường tác động ưa hữu cơ trong thu hồi dầu, nhờ vào khả năng hấp phụ trên các giao diện dầu – nước.
1.1. Tính chất của vật liệu nano silica
Vật liệu nano silica có nhiều tính chất nổi bật như độ xốp cao, diện tích bề mặt lớn và khả năng tương tác hóa học tốt. Các nhóm silanol trên bề mặt nano silica có thể tham gia vào các phản ứng hóa học, tạo ra các nhóm chức có khả năng liên kết với các phân tử hữu cơ. Điều này giúp nano silica có thể được biến tính để tăng cường khả năng hấp phụ dầu. Nghiên cứu cho thấy rằng việc biến tính nano silica có thể làm giảm sự kết tụ của các hạt trong dung dịch, từ đó cải thiện hiệu quả thu hồi dầu. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng nano silica có thể hấp phụ một lượng lớn dầu trong môi trường nước, nhờ vào khả năng tương tác mạnh mẽ với các phân tử dầu.
II. Phương pháp tổng hợp và biến tính nano silica
Có nhiều phương pháp để tổng hợp nano silica, bao gồm phương pháp sol-gel, phương pháp kết tủa và phương pháp vi nhũ tương. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến kích thước và tính chất của nano silica thu được. Việc biến tính nano silica cũng rất quan trọng, vì nó quyết định đến khả năng hấp phụ dầu của vật liệu. Các tác nhân biến tính như VTES và PDMS đã được sử dụng để cải thiện tính chất bề mặt của nano silica. Nghiên cứu cho thấy rằng việc biến tính với VTES giúp tăng cường khả năng hấp phụ dầu, trong khi PDMS lại tạo ra các hạt có tính kỵ nước tốt hơn.
2.1. Các phương pháp tổng hợp nano silica
Phương pháp sol-gel là một trong những phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp nano silica. Phương pháp này cho phép kiểm soát kích thước và hình dạng của hạt nano silica thông qua các điều kiện phản ứng như pH, nồng độ tiền chất và thời gian phản ứng. Ngoài ra, phương pháp kết tủa cũng được sử dụng để tạo ra nano silica với kích thước hạt đồng đều. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc điều chỉnh các thông số trong quá trình tổng hợp có thể ảnh hưởng lớn đến tính chất của nano silica, từ đó ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ dầu của vật liệu.
III. Ứng dụng của nano silica trong thu hồi dầu
Vật liệu nano silica đã được chứng minh là có khả năng hấp phụ dầu hiệu quả trong các ứng dụng thu hồi dầu. Nghiên cứu cho thấy rằng nano silica có thể hấp phụ một lượng lớn dầu trong môi trường nước, nhờ vào khả năng tương tác mạnh mẽ với các phân tử dầu. Việc sử dụng nano silica trong thu hồi dầu không chỉ giúp cải thiện hiệu quả thu hồi mà còn giảm thiểu tác động môi trường từ nước thải nhiễm dầu. Các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng nano silica biến tính có thể tái sử dụng nhiều lần mà không làm giảm hiệu quả hấp phụ, điều này rất quan trọng trong việc phát triển các công nghệ thu hồi dầu bền vững.
3.1. Hiệu quả thu hồi dầu của nano silica
Các thử nghiệm cho thấy rằng nano silica có khả năng hấp phụ dầu thô trong môi trường nước biển, với hiệu suất thu hồi cao. Việc biến tính nano silica với các tác nhân hữu cơ như VTES và PDMS đã làm tăng đáng kể khả năng hấp phụ dầu. Kết quả cho thấy rằng nano silica không chỉ hấp phụ dầu hiệu quả mà còn có khả năng tái sử dụng, giúp giảm chi phí và tăng tính bền vững trong quá trình thu hồi dầu. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng nano silica trong ngành công nghiệp dầu khí, đặc biệt trong việc xử lý nước thải nhiễm dầu.
