Đồ án HCMUTE: Nghiên cứu chế tạo vật liệu tách pha dầu nước từ polydimethysiloxane và cotton

• Tác giả: Đoàn Trần Mạnh Huy
• Người hướng dẫn: Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo vật liệu tách pha dầu/nước trên cơ sở Polidimethysiloxane và cotton
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Sự cố tràn dầu và các phương pháp xử lý
• 1.2. Thành phần hóa học của dầu
• 1.3. Tác động của tràn dầu đến hệ sinh thái và môi trường
• 1.4. Một số hệ sinh thái và sự tổn thương do ô nhiễm dầu tràn
• 1.5. Ảnh hưởng của ô nhiễm dầu đến kinh tế- xã hội
• 1.6. Các biện pháp xử lý ô nhiễm tràn dầu
• 1.6.1. Phương pháp vật lý
• 1.6.2. Phương pháp sinh học
• 1.6.3. Xử lý bằng phương pháp hóa học
• 1.7. Sử dụng các polymer trong việc khắc phục ô nhiễm do dầu
• 1.8. Đặc điểm cấu tạo, tính chất và khả năng ứng dụng của vật liệu polymer hấp thu dầu
• 1.9. Tình hình nghiên cứu trong nước và thế giới về các loại vật liệu polymer trong phục ô nhiễm môi trường
• 1.10. Cơ chế của quá trình hấp thu dầu bằng polymer
• 1.11. Một số đặc tính tiêu biểu của PDMS
• 1.12. Một số ứng dụng của Polydimethysiloxane (PDMS)
• 1.13. Chất đóng rắn Benzoyl peroxide (BPO)
• 1.14. Cơ chế đóng rắn của BPO
• 1.15. Vật liệu Cotton
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 2.1. Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu
• 2.2. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu. Phương pháp tiến hành
• 2.2.1. Quá trình tạo mẫu cotton
• 2.2.2. Khảo sát khả năng đóng rắn của PDMS bằng BPO
• 2.2.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của thành phần PBO đến quá trình đóng rắn
• 2.2.2.2. Khảo sát thời gian đóng rắn
• 2.2.2.3. Khảo sát nhiệt độ đóng rắn
• 2.2.3. Khảo sát quá trình tạo mẫu Cotton phủ PDMS (PDMS/Cotton)
• 2.2.4. Khảo sát khả năng hấp thu dung môi của mẫu PDMS/cotton
• 2.2.5. Khảo sát tốc độ hấp thu dung môi của mẫu PDMS/cotton
• 2.2.6. Thực hiện khảo sát khả năng hấp thu của PDMS/cotton trong các hệ dầu Diesel/nước khác nhau
• 2.3. Các phương pháp phân tích và đánh giá
• 2.3.1. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)
• 2.3.2. Phân tích nhiệt vi sai (DSC)
• 2.3.3. Xác định tỷ lệ PDMS phủ trên cotton. Xác định mức độ hấp thụ dung môi/dầu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Khảo sát khả năng đóng rắn của hệ PDMS/BPO
• 3.2. Phân tích nhiệt vi sai DSC
• 3.3. Phổ hồng ngoại FTIR
• 3.4. Ảnh hưởng của phần trăm khối lượng BPO đến quá trình đóng rắn
• 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình đóng PDMS
• 3.6. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình đóng rắn
• 3.7. Quá trình phủ PDMS lên Cotton
• 3.8. Khả năng hấp thu xăng RON A95, dầu diesel và dầu hỏa
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• TÓM TẮT
• MỞ ĐẦU

I. Tổng quan về vật liệu tách pha

Nghiên cứu về vật liệu tách pha dầu/nước từ polydimethysiloxane (PDMS) và cotton đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong việc xử lý ô nhiễm môi trường. Vật liệu tách pha này không chỉ giúp loại bỏ dầu khỏi nước mà còn có khả năng tái chế và thân thiện với môi trường. PDMS, với tính chất kị nước và khả năng hấp thu tốt các dung môi không phân cực, đã được chứng minh là một lựa chọn lý tưởng cho việc chế tạo vật liệu tách pha. Việc kết hợp PDMS với cotton, một nguyên liệu rẻ tiền và dễ kiếm, tạo ra một vật liệu composite có hiệu suất tách pha cao. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin về khả năng hấp thu của vật liệu mà còn mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các công nghệ xử lý ô nhiễm dầu hiệu quả.

1.1. Tính chất của polydimethysiloxane

PDMS là một polymer có cấu trúc linh hoạt và tính chất hóa học đặc biệt. Với khả năng tạo thành các liên kết mạnh mẽ, PDMS có thể hấp thu các dung môi không phân cực một cách hiệu quả. Hóa học vật liệu này cho phép nó hoạt động như một chất hấp thu dầu, giúp loại bỏ các hợp chất độc hại ra khỏi nước. Nghiên cứu cho thấy rằng PDMS có thể hấp thu dầu với hiệu suất lên đến 90% trong điều kiện phòng thí nghiệm. Điều này chứng tỏ rằng PDMS không chỉ là một vật liệu sinh học mà còn có khả năng ứng dụng cao trong các lĩnh vực xử lý ô nhiễm môi trường.

1.2. Tính chất của cotton

Cotton, với cấu trúc sợi tự nhiên, không chỉ mang lại tính bền vững mà còn có khả năng hấp thu tốt. Tính chất cotton cho phép nó hoạt động như một chất mang cho PDMS, tạo ra một vật liệu hấph thụ hiệu quả. Việc phủ PDMS lên cotton không chỉ tăng cường khả năng hấp thu dầu mà còn cải thiện độ bền của vật liệu. Nghiên cứu cho thấy rằng tỷ lệ PDMS phủ lên cotton có ảnh hưởng lớn đến khả năng hấp thu dung môi, từ đó mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các vật liệu tách pha hiệu quả hơn.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp đóng rắn cơ chế góc tự do để chế tạo vật liệu tách pha từ PDMS và cotton. Quá trình này bao gồm việc khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng đóng rắn của PDMS, như tỷ lệ chất đóng rắn Benzoyl peroxide (BPO) và điều kiện nhiệt độ. Các thí nghiệm được thực hiện để xác định hiệu suất của quá trình tách pha, từ đó đánh giá khả năng hấp thu của vật liệu composite. Kết quả cho thấy rằng việc điều chỉnh tỷ lệ BPO có thể cải thiện đáng kể hiệu suất tách pha, với hiệu suất đạt từ 12,4% đến 34,8% tùy thuộc vào khối lượng tác chất được phối trộn.

2.1. Khảo sát khả năng đóng rắn của PDMS

Khảo sát khả năng đóng rắn của PDMS là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Các yếu tố như thời gian và nhiệt độ đóng rắn được kiểm tra để xác định điều kiện tối ưu cho quá trình này. Kết quả cho thấy rằng nhiệt độ và thời gian có ảnh hưởng lớn đến khả năng đóng rắn của PDMS, từ đó ảnh hưởng đến hiệu suất tách pha của vật liệu tách pha. Việc tối ưu hóa các điều kiện này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất.

2.2. Khảo sát khả năng hấp thu dung môi

Khả năng hấp thu dung môi của mẫu PDMS/cotton được khảo sát thông qua các thí nghiệm thực nghiệm. Các dung môi như xăng RON A95, dầu diesel và dầu hỏa được sử dụng để đánh giá hiệu suất hấp thu của vật liệu tách pha. Kết quả cho thấy rằng mẫu PDMS/cotton có khả năng hấp thu cao, với hiệu suất đạt trên 90% trong điều kiện phòng thí nghiệm. Điều này chứng tỏ rằng vật liệu tách pha này có tiềm năng ứng dụng lớn trong việc xử lý ô nhiễm dầu.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng vật liệu tách pha từ PDMS và cotton có khả năng hấp thu dầu vượt trội. Các thí nghiệm phân tích nhiệt vi sai (DSC) và phổ hồng ngoại (FTIR) đã được thực hiện để xác định cấu trúc và tính chất của vật liệu. Kết quả cho thấy rằng PDMS đã được phủ đều trên bề mặt cotton, tạo ra một vật liệu composite có khả năng hấp thu dầu cao. Việc phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách pha cũng cho thấy rằng tỷ lệ PDMS và BPO có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất tách pha. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin về khả năng hấp thu của vật liệu mà còn mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các công nghệ xử lý ô nhiễm dầu hiệu quả.

3.1. Phân tích nhiệt vi sai DSC

Phân tích nhiệt vi sai (DSC) được sử dụng để đánh giá tính chất nhiệt của vật liệu tách pha. Kết quả cho thấy rằng PDMS có khả năng đóng rắn tốt trong điều kiện nhiệt độ nhất định, từ đó ảnh hưởng đến khả năng hấp thu dầu. Việc phân tích này giúp xác định các thông số tối ưu cho quá trình chế tạo vật liệu, từ đó nâng cao hiệu suất tách pha.

3.2. Phổ hồng ngoại FTIR

Phổ hồng ngoại (FTIR) được sử dụng để xác định cấu trúc hóa học của vật liệu tách pha. Kết quả cho thấy rằng PDMS đã được kết hợp thành công với cotton, tạo ra một vật liệu composite có khả năng hấp thu dầu cao. Phân tích FTIR không chỉ giúp xác định cấu trúc mà còn cung cấp thông tin về các liên kết hóa học trong vật liệu, từ đó đánh giá khả năng tách pha của nó.