BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VỎ TRẤU
BIẾN TÍNH BẰNG CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT CTAB
TRONG XỬ LÍ DẦU LOANG TRÊN BIỂN Trình độ đào tạo: Đại học chính quy
Ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học
Chuyên ngành: Hóa dầu

Giảng viên hướng dẫn: TS. Lê Thanh Thanh
Sinh viên thực hiện: Lê Thị Kim Liên
MSSV: 1052010109 Lớp: DH10H1
Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2014

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học ii Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC VÀ CNTP



Trong quá trình thực hiện đồ án, tôi xin cam đoan những số liệu thu được từ quá
trình thực nghiệm là hoàn toàn chính xác và không sao chép từ bất kỳ đồ án, công
trình nghiên cứu nào. Các phần có trích dẫn nội dung từ các tài liệu tham khảo đã
được ghi rõ trong phần Tài liệu tham khảo cuối đồ án. Tôi xin cam đoan những điều
trên là sự thật và chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan này.

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học iv Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN iii
LỜI CẢM ƠN iv
MỤC LỤC v
TỪ VIẾT TẮT vii
DANH MỤC BẢNG ix
DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ x
LỜI MỞ ĐẦU xi
Chƣơng 1: GIỚI THIỆU 1
1.1. Đặt vấn đề 3
1.2. Mục tiêu đề tài 5
Chƣơng 2: LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU 6
2.1. Lí thuyết về nhũ tƣơng và quá trình hấp phụ 6
2.1.1. Lí thuyết về nhũ tương 6
2.1.2. Lí thuyết về quá trình hấp phụ 15
2.2. Các phƣơng pháp tách nhũ tƣơng của dầu thô 30
2.2.1. Phương pháp lắng đọng do trọng lực 30
2.2.2. Phương pháp ly tâm 30
2.2.3. Phương pháp cơ học 31
2.2.4. Phương pháp hóa học 32
2.2.5. Phương pháp nhiệt 32
2.2.6. Phương pháp tĩnh điện 33
2.3. Phƣơng pháp xử lí dầu tràn trên biển 34
2.3.1. Tác hại của dầu tràn 34
2.3.2. Các biện pháp ngăn chặn và thu gom dầu 37
2.3.3. Một số vật liệu nghiên cứu trong xử lí dầu tràn trên biển 40
2.3.4. Giới thiệu vật liệu nghiên cứu trong đề tài 40
Chƣơng 3: PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43
3.1. Phƣơng tiện nghiên cứu 43
3.1.1. Dụng cụ và thiết bị 43 Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học vii Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

TỪ VIẾT TẮT
TỪ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU

1. Các chữ viết tắt
API American Petroleum Institute Viện dầu mỏ Hoa kì
BET Brunauer - Emment – Teller
CTAB Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide
DO Diesel Oil Dầu diesel
FO Fuel Oil
HST Hệ sinh thái
KAERI Korea Atomic Energy Research Institute Viện nghiên cứu năng
lượng nguyên tử Hàn Quốc
NSX Ngày sản xuất
-OH Hydroxyl
O/W Oil/Water Nhũ thuận dầu trong nước
SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét
S
BET
Diện tích bề mặt riêng
VSV Vi sinh vật
W/O Water/Oil Nhũ nghịch nước trong dầu
2. Các ký hiệu
C Nồng độ dầu lúc cân bằng
Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học ix Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Tiêu chuẩn để phân biệt hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý
Bảng 4.1: Kết quả hấp phụ dầu
Bảng 4.2: Độ hấp phụ Q
t
(mg/g) và hiệu suất hấp phụ (%H)
Bảng 4.3: Ảnh hưởng của kích thước đến khả năng hấp phụ
Bảng 4.4: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến độ hấp phụ
Bảng 4.5: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ
Bảng 4.6: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng hấp phụ của vật liệu
Bảng 4.7: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu
Bảng 4.8: Ảnh hưởng của nồng độ dầu đến khả năng hấp phụ của vật liệu

Hình 2.7: Không gian hấp phụ
Hình 2.8: Tác hại của dầu loang đối với động vật
Hình 2.9: Tác hại đối với du lịch biển
Sơ đồ 2.10: Sơ đồ ứng cứu khi sự cố tràn dầu xảy ra
Hình 2.11: Mô hình diễn tả sự phân tán của chất hóa học.
Hình 2.12: Cây lúa và vỏ trấu
Sơ đồ 3.1: Sơ đồ nguyên lí của kính hiển vi điện tử quét (SEM)
Hình 3.2: Nước thải nhiễm dầu
Hình 3.3: Nước thải nhiễm dầu dưới kính hiển vi với độ phóng đại 100 lần
Hình 4.1: Độ hấp phụ trong 3 giờ
Hình 4.2: Độ hấp phụ trong 5 giờ
Hình 4.3: Ảnh SEM của vật liệu biến tính MVT Me'
Hình 4.4: Phổ hồng ngoại (FT-IR) của vật liệu biến tính MVT Me'
Hình 4.5: Ảnh hưởng của kích thước
Hình 4.6: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy
Hình 4.7: Ảnh hưởng của thời gian
Hình 4.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ
Hình 4.9: Ảnh hưởng của pH
Hình 4.10: Ảnh hưởng của nồng độ dầu
Hình 4.11: Đồ thị để tìm các hằng số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
Hình 4.12: Đồ thị để tìm các hằng số phương trình Freundlich

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học xi Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

LỜI MỞ ĐẦU

Làm luận văn tốt nghiệp là một quá trình tạo điều kiện giúp cho sinh viên năm
cuối có cơ hội tìm hiểu, rèn luyện ý thức tổ chức kỷ luật, tính tự giác, độc lập, chủ
động trong nghiên cứu, cũng cố lại kiến thức đã học và phát triển kĩ năng của bản

- Phạm vi nghiên cứu: Trong phòng thí nghiệm
5. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Với đề tài em đang nghiên cứu từ những phế thải nông nghiệp như vỏ trấu
không chỉ giúp ích cho quá trình xử lí dầu loang trên biển để hạn chế một phần nào
đó sự ô nhiễm do dầu gây ra và ngoài ra còn góp phần vào việc giải quyết vấn đề
bãi chứa, đầu ra cho phế phẩm nông nghiệp sau khi thu hoạch.
6. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Xác định tính chất của chất hấp phụ bằng phương pháp SEM, phổ hồng
ngoại IR.
- Tiến hành các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ, pH, tốc
độ khuấy, nồng độ, kích thước vật liệu.
7. Dự kiến kết quả nghiên cứu
- Xác định được một số đặc điểm bề mặt của vật liệu hấp phụ.
- Đánh giá được khả năng sử dụng vật liệu hấp phụ từ vật liệu phế thải nông
nghiệp là vỏ trấu sử dụng cho quá trình xử lí ô nhiễm do tràn dầu trên biển. Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 1 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

LỜI MỞ ĐẦU

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 2 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

11. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: vỏ trấu được lấy tại tỉnh Bà Rịa Vũng tàu
- Phạm vi nghiên cứu: Trong phòng thí nghiệm
12. Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Với đề tài em đang nghiên cứu từ những phế thải nông nghiệp như vỏ trấu
không chỉ giúp ích cho quá trình xử lí dầu loang trên biển để hạn chế một phần nào
đó sự ô nhiễm do dầu gây ra và ngoài ra còn góp phần vào việc giải quyết vấn đề
bãi chứa, đầu ra cho phế phẩm nông nghiệp sau khi thu hoạch.
13. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Xác định tính chất của chất hấp phụ bằng phương pháp SEM, phổ hồng
ngoại IR.
- Tiến hành các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ, pH, tốc
độ khuấy, nồng độ, kích thước vật liệu.
14. Dự kiến kết quả nghiên cứu
- Xác định được một số đặc điểm bề mặt của vật liệu hấp phụ.
- Đánh giá được khả năng sử dụng vật liệu hấp phụ từ vật liệu phế thải nông
nghiệp là vỏ trấu sử dụng cho quá trình xử lí ô nhiễm do tràn dầu trên biển.
công nghiệp đang phát triển mạnh ở các vùng duyên hải, cộng thêm hoạt động thăm
dò, khai thác, vận chuyển dầu khí trong khu vực ngày càng gia tăng [24]. Trong hội
thảo quốc tế “Trao đổi kinh nghiệm trong phát triển, ứng phó, xử lý và khắc phục ô

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 4 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

nhiễm do sự cố tràn dầu trên biển” do Bộ Tài Nguyên và Môi Trường tổ chức ngày
28/02/2008 tại Hà Nội cho biết, kể từ năm 1992 Việt Nam đã xảy ra hơn 50 vụ tràn
dầu gây ra tổn thất lớn về sinh thái và kinh tế. Nguyên nhân dẫn đến sự cố tràn dầu
là do va chạm trong quá trình bốc dở và đắm tàu, điển hình là các sự cố tàu Formosa
One Liberia đâm vào tàu Petrolimex 01 của Việt Nam tại vịnh Giành Rỏi – Vũng
Tàu (tháng 09/2001) làm tràn ra môi trường biển ven bờ khoảng 1000 m
3
dầu diesel
(DO) gây ô nhiễm một vùng rộng lớn biển Vũng Tàu; 3 năm sau tại khu vực biển
Quảng Ninh – Hải Phòng, sự cố đắm tàu Mỹ Đình làm tràn khoảng 50 tấn dầu DO
và 150 tấn dầu FO, trong khi đó ta chỉ xử lý được 65 tấn, số còn lại hầu như tràn ra
biển … Đặc biệt, trong hai năm 2006 và 2007, tại ven biển các tỉnh miền Trung và
miền Nam đã xảy ra một sự cố tràn dầu bí ẩn, nhất là từ tháng 1 đến tháng 6/2007
có rất nhiều vệt dầu trôi dạt dọc bờ biển của 20 tỉnh từ đảo Bạch Long Vĩ xuống tới
mũi Cà Mau và đã thu gom được 1720.9 tấn dầu. Qua phân tích 26 ảnh chụp từ vệ
tinh ALOS – PALSAR trong thời điểm từ 06/12/2006 – 23/04/2007, PGS – TS
Nguyễn Đình Dương, Phòng Nghiên cứu và Xử lí Thông tin Môi trường, Viện Địa
lí đã ghi nhận được vết dầu lớn nhất phát hiện vào ngày 8/3/2007 với chiều dài hơn
50 km và bề rộng hơn 1 km. Căn cứ vào vết dầu loang gây ô nhiễm trên biển cùng
bề dày của vết dầu, ước tính có từ 21.620 – 51.400 tấn dầu đã tràn trên biển [22].
Các vụ tràn dầu trên gây ô nhiễm môi trường biển, ảnh hưởng nghiêm trọng đến
các hệ sinh thái. Đặc biệt là hệ sinh thái rừng ngập mặn, cỏ biển, vùng triều, bãi cát,
đầm phá và các rạn san hô. Ô nhiễm dầu làm giảm khả năng sức chống đỡ, tính linh

tiềm năng cho việc sử dụng làm một vật liệu hấp phụ cho quá trình nghiên cứu xử lí
dầu loang trên biển của mình [17].
1.2. Mục tiêu đề tài
 Khảo sát bề mặt vật liệu;
 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ: nhiệt độ, tốc độ khuấy,
thời gian, nồng độ, kích thước hạt, pH.
Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 6 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

Chƣơng 2: LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1. Lí thuyết về nhũ tƣơng và quá trình hấp phụ
2.1.1. Lí thuyết về nhũ tương [5]
a. Sự hình thành và ổn định nhũ dầu mỏ
 Sự hình thành nhũ
Phần lớn dầu thô được khai thác dưới dạng nhũ mà chủ yếu là nhũ nước trong
dầu. Loại nhũ này thường rất bền và khó phá. Đa số các nhà nghiên cứu cho rằng
trong điều kiện vỉa dầu hầu như không thể phân tán dầu khí nước, chúng chỉ bắt đầu
tạo thành trong quá trình chuyển động theo thân giếng lên bề mặt. Ở độ sâu 2000 m
và điều kiện áp suất 20 μPa thì một phần thể tích dầu mỏ có thể hòa tan tới 1000
phần thể tích khí. Khi lên đến bề mặt do giảm áp khí tách ra với năng lượng đủ lớn
để phân tán các giọt nước vỉa. Đó chính là nguyên nhân gây ra nhũ nước.
 Phân loại nhũ dầu mỏ
Theo cách phân loại hệ phân tán dị thể, nhũ dầu mỏ được chia thành 3 loại

K
2*( )* *
v
y
nd
g
rg




(2.1)
Trong đó:
+
v
: tốc độ lắng hoặc nổi của hạt pha phân tán có bán kính r
+
nd


: hiệu tỷ trọng của pha phân tán và môi trường phân tán
+

: độ nhớt của môi trường phân tán
+ g: gia tốc trọng trường
Từ đó ta thấy rằng độ bền động học của nhũ dầu mỏ loãng tỷ lệ thuận với độ
nhớt của dầu thô, tỷ lệ nghịch với hiệu tỷ trọng của dầu thô và nước phân tán và tỷ
lệ nghịch với bình phương bán kính giọt nước.
 Độ bền tập hợp: là khả năng của hạt pha phân tán khi va chạm với các
hạt khác hay ranh giới phân chia pha vẫn giữ nguyên được kích thước ban đầu của

: hàm lượng chung của pha phân tán trong nhũ nghiên cứu
+ W: hàm lượng pha phân tán tách ra trong quá trình ly tâm
Để so sánh độ bền tập hợp của hệ nhũ với độ nhớt của môi trường, kích thước
hạt phân tán hay giá trị ΔP điều kiện ly tâm được điều chỉnh theo công thức Stock:

8
2
1
22
x
10 *9v*ln
x
T
2( )*w *r
nd



(2.4)
Trong đó:
+ T: thời gian ly tâm của hệ với tốc độ góc đã cho (w, độ/s)
+ x
1
, x
2
: khoảng cách từ tâm quay đến mức trên và mức dưới của hệ nhũ
nghiên cứu trong ống ly tâm
b. Tính chất của nhũ dầu mỏ
 Tỷ trọng
Tỷ trọng của nhũ được tính theo công thức:

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 9 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

Các chất lỏng riêng biệt và dung dịch thường tuân theo định luật chảy nhớt của
Newtơn:

dv
F= *
dL

(2.6)
Trong đó:
+ F: ứng suất trượt
+
dv
dL
: tốc độ trượt
+

: hệ số nhớt, ở nhiệt độ đã cho là đại lượng không đổi – const
Nhũ dầu mỏ là hệ phân tán, có độ nhớt dị thường và chuyển động của nó không
tuân theo định luật Newtơn. Đối với hệ này độ nhớt không phải là hằng số mà phụ
thuộc vào điều kiện chuyển động, trước hết là vào gradient tốc độ trượt.
Độ nhớt của nhũ có thể đo bằng nhiều phương pháp khác nhau. Ngoài ra có thể
xác định độ nhớt của nhũ theo các phương pháp bán thực nghiệm, chẳng hạn như
phương trình Taylor:

e
e
2
5

1
*
1




(2.8)
 Độ phân tán của nhũ
Độ phân tán đặc trưng cho mức độ phân tán của pha phân tán (nước) trong môi
trường phân tán (dầu thô). Đây là đặc trưng cơ bản xác định tính chất của hệ nhũ

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 10 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

tương và các hệ phân tán khác. Độ phân tán được đo bằng đường kính hạt phân tán
hay D =1/d gọi là độ phân tán. Hoặc biểu thị bằng bề mặt phân pha riêng trên một
đơn vị thể tích pha phân tán. Bề mặt riêng của nhũ chứa các hạt hình cầu bán kính r
tính theo phương trình:

2
1
3
4 3 6
(cm )
4
3
r
Sr
S

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 11 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 0
( )*
t
eq eq
e

   

  
(2.10)
Trong đó:
+

: sức căng bề mặt
+
o

: sức căng bề mặt ban đầu
+
eq

: giá trị cân bằng
+

: thời gian tổ chức lại bề mặt


Để phá vỡ được giọt, áp lực phải được cung cấp từ các yếu tố bên ngoài.
Gradien áp lực yêu cầu được cung cấp bằng khuấy trộn. Hình 2.3 cho thấy tỷ lệ
phần trăm của hàm lượng nước bên trong nhũ tương so với thời gian trôi qua cho
50% nhũ tương W/O với sự có mặt của 1% chất hoạt động bề mặt. Tốc độ khuấy
trộn được nghiên cứu trên phạm vi 500 – 2000 rpm trong 30 phút. Hình 2.3 cho
thấy, tốc độ quay càng mạnh thì nhũ tương càng ổn định. Rõ ràng bằng cách tăng
tốc độ trộn, đường kính giọt giảm đáng kể và do đó tăng cường sự ổn định nhũ. Tuy
nhiên, hàm lượng nước trong nhũ tương giảm theo thời gian do cơ chế hóa hợp giữa
các giọt nước.

Đồ án tốt nghiệp đại học-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 13 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Hình 2.3: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn đến độ bền nhũ [11]
(http://idoc.vn/tai-lieu/cac-yeu-to-anh-huong-den-do-ben-nhu-tuong-nuoc-trong-
dau-wo.html, trang 23)
 Ảnh hưởng của tạp chất cơ học
Trong quá trình tách nước, các tạp chất cơ học lắng tủa cùng với giọt nước trên
bề mặt phân pha, tạo ra một lớp trung gian đặc khó tách lớp. Đây chính là loại nhũ
hỗn hợp có độ bền cao, rất khó phá.
d. Các chất phá nhũ
Chất phá nhũ là các hợp chất hóa học được sử dụng rộng rãi để phá vỡ tính ổn
định của nhũ và tham gia trợ giúp cho quá trình liên kết của các giọt nhũ tương.
Những hợp chất đó được gọi chung là các chất phụ gia phá nhũ hoặc chất phụ gia
khử nước.
Các tính năng hoạt động một chất phá nhũ yêu cầu phải đạt được là:
 Có khả năng hấp thụ mạnh vào bề mặt phân giới dầu – nước;
 Tính kết tụ: chất phá nhũ phải có khả năng làm cho các giọt nước của
pha phân tán kết dính với nhau tạo thành từng chùm giống như chùm trứng cá;