ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Hoàng Thu Hà

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU XỐP HẤP THU
DẦU VÀ ỨNG DỤNG TRÊN CƠ SỞ POLYLEFIN BIẾN
TÍNH

Chuyên ngành: Hóa môi trường
Mã số: 62440120

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Hà Nội - 2016


Công trình được hoàn thành tại:
-

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia
Hà Nội

-

Viện Hóa Học – Viện Hàn Lâm Khoa Học Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. Lê Thanh Sơn
GS.TS. Nguyễn Văn Khôi


toàn dầu khỏi vùng bị tràn dầu và có thể tái sử dụng. Trên thế
giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về vật liệu hấp thu dầu,
nhưng ở Việt Nam mới có một số ít công trình nghiên cứu tổng
hợp và đánh giá khả năng hấp thu dầu của vật liệu. Mặt khác,
vật liệu hấp thu dầu trên cơ sở polypropylen đã và đang được
các nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu và đã cho
những kết quả khả quan. 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 xốp hấp thu
dầu và ứng dụng trên cơ sở polyolefin biến tính”.
1


2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu nghiên cứu của luận án là chế tạo một số loại
vật liệu hấp thu dầu từ vinyl monome ghép với polypropylen và
thử nghiệm khả năng hấp thu dầu của vật liệu vào việc xử lý
dầu tràn trong nước biển với hiệu quả xử lý cao.
Để thực hiện các mục tiêu trên, luận án đã thực hiện các
nội dung nghiên cứu chủ yếu sau:
- Nghiên cứu chế tạo sợi PP.
- Nghiên cứu biến tính sợi PP bằng phản ứng trùng hợp
ghép với các vinyl monome khi có và không có chất tạo lưới.
- Khảo sát khả năng hấp thu dầu của các mẫu vật liệu.
- Thử nghiệm khả năng hấp thu dầu của vật liệu chế tạo
được để xử lý dầu tràn trong nước biển.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Xác định được điều kiện tối ưu để thực hiện phản ứng
trùng hợp ghép các vinyl monome lên sợi polypropylen tạo các

2,2’

–

azobis(isobutyronitrin) (AIBN) với sự có mặt chất tạo lưới
divinylbenzen (DVB), sản phẩm có độ hấp thu dầu cao, dễ sử
dụng và dễ vận chuyển, có khả năng tái sử dụng.
Triển khai ứng dụng xử lý ô nhiễm dầu tại công ty xăng
dầu B12, sản phẩm có chất lượng tương đương sản phẩm nhập
ngoại, hiệu quả kinh tế cao.
5. Cấu trúc của luận án
Toàn bộ nội dung của luận án gồm 122 trang gồm các
phần Mở đầu, Tổng quan, Thực nghiệm, Kết quả và thảo luận,
Kết luận, Danh mục các công trình khoa học của tác giả có liên
quan đến luận án đã được công bố. Luận án có 36 hình và 27
bảng với 94 tài liệu tham khảo, công bố 5 bài báo có nội dung
liên quan trên tạp chí chuyên ngành trong nước và một bài báo
trên tạp chí quốc tế.
NỘI DUNG LUẬN ÁN
Phần 1. TỔNG QUAN
Trình bày tổng quan về các vấn đề sau:
1. Sự cố tràn dầu, nguyên nhân và tác động.
2. Các phương pháp xử lý dầu tràn
3. Vật liệu hấp thu dầu trên cơ sở sợi polypropylen.
3


Từ nghiên cứu tổng quan cho thấy vật liệu trên cơ sở sợi PP
có nhiều đặc tính ưu việt trong việc hấp thu dầu và việc biến
tính sợi PP bằng phương pháp trùng hợp ghép các vinyl

PP trong các điều kiện thực nghiệm khác nhau.
2.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của polyeste đến khả năng hấp
thu dầu của sợi PP
- Chế tạo mẫu sợi chứa 5% PET bằng phương pháp đùn nóng
chảy blend PP/PET trong cùng điều kiện đùn tạo sợi PP với sự
có mặt của chất trợ tương hợp PP-g-MA. Xác định các đặc
trưng lí hóa và khảo sát khả năng hấp thu dầu của mẫu sợi PPPET.
2.2.3. Nghiên cứu biến tính sợi PP bằng quá trình trùng hợp
ghép các vinyl monome
- Các monome LMA, BA, MAA được ghép lên sợi PP dưới sự
có mặt của chất khơi mào AIBN. Khảo sát các yếu tố ảnh
hưởng đến quá trình trùng hợp ghép: nhiệt độ, thời gian, nồng
độ chất khơi mào, nồng độ monome.
- Xác định đặc trưng lý hóa của các copolyme ghép.
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ dầu của các copolyme ghép,
khảo sát ảnh hưởng của thời gian, sử dụng 3 mô hình hấp phụ
đẳng nhiệt và 2 phương trình động học biểu kiến bậc 1, bậc 2 để
nghiên cứu cân bằng hấp phụ và động học của quá trình hấp
phụ dầu của các copolyme ghép.

5


2.2.4. Chế tạo và nghiên cứu tính chất hấp thu dầu của vật liệu
trên cơ sở trùng hợp ghép vinyl monome lên sợi PP có mặt chất
tạo lưới.
- Tiến hành phản ứng trùng hợp ghép các vinyl monome LMA,
BA, MAA lên sợi PP có mặt chất tạo lưới DVB trong điều kiện
tối ưu đã lựa chọn được ở mục 2.2.3.
- Nghiên cứu các đặc trưng lý hóa, khả năng hấp thu một số

trong hệ khô, hệ dầu: nước và hệ dầu: nước biển đối với 3 loại
dầu khác nhau gồm: dầu thô, dầu FO và dầu DO. Kết quả cho
thấy sợi PP hấp thu dầu nhanh trong khoảng thời gian đầu, sau
15 phút độ hấp thu dầu của mẫu sợi đạt 90% độ hấp thu dầu cực
đại. Đối với cả 3 loại dầu, dung lượng hấp thu dầu trong hệ khô
7


cao hơn so với dung lượng hấp thu dầu trong hệ dầu: nước và
hệ dầu: nước biển. Trong khi đó, độ hấp thu dầu trong các hệ
nước và nước biển có sự chênh lệch không đáng kể do sợi PP có
tính chất kị nước nên môi trường nước và nước biển không có
ảnh hưởng đáng kể đến độ hấp thu dầu của sợi. Giá trị độ hấp
thu trong hệ động hơi thấp hơn so với giá trị trong hệ tĩnh trong
khoảng thời gian trước 30 phút. Dung lượng hấp thu cao nhất
đối với dầu DO và thấp nhất đối với dầu thô.
3.2. Ảnh hưởng của polyeste (PET) đến đặc trưng lý hóa và
khả năng hấp thu dầu của sợi PP
3.2.1. Đặc trưng lý hóa của mẫu sợi PP-PET
Mẫu sợi PP – PET chứa 5% PET về khối lượng được
chế tạo bằng phương pháp đùn nóng chảy với chất trợ tương
hợp PP-g-MA. Phổ IR của mẫu sợi PP-PET được trình bày
trong hình 3.4.

Hình 3.4. Phổ IR của mẫu PP-PET
Trên phổ IR của mẫu PP-PET, ngoài các pic đặc trưng
của PP, còn có các pic đặc trưng của polyeste. Pic 1712 cm-1
đặc trưng cho dao động hóa trị của C=O. Pic 1168 cm-1 đặc
trưng cho dao động biến dạng của liên kết C-O trong este không
no (1300-1160 cm-1).


Hình 3.7. Ảnh hưởng của thời
gian đến quá trình trùng hợp
ghép LMA lên sợi PP

Hình 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ
đến quá trình trùng hợp ghép
LMA lên sợi PP

Hình 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ Hình 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ
AIBN đến quá trình trùng hợp LMA đến quá trình trùng hợp
ghép LMA lên sợi PP
ghép

Điều kiện tối ưu để trùng hợp ghép LMA lên sợi PP là:
thời gian 240 phút, nhiệt độ 800C, nồng độ AIBN 0,015M, nồng
độ monome 1,25M. Tại điều kiện này, hiệu suất ghép thu được
là 15,7%.
10


3.3.2. Trùng hợp ghép BA lên sợi PP
Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất
ghép BA lên sợi PP được trình bày trong các hình 3.11, 3.12,
3.13 và 3.14.

Hình 3.11. Ảnh hưởng của thời
gian đến quá trình trùng hợp ghép
BA lên sợi PP


AIBN đến quá trình trùng hợp
ghép MAA lên sợi PP

Hình 3.18. Ảnh hưởng của nồng độ
MAA đến quá trình trùng hợp ghép

Điều kiện tối ưu để trùng hợp ghép MAA lên sợi PP là:
thời gian 300 phút, nhiệt độ 800C, nồng độ AIBN 0,025M, nồng
độ monome 0,25M. Tại điều kiện này, hiệu suất ghép thu được
là 73,1%.
3.3.4. Đặc trưng lý hóa của các sản phẩm ghép
Các copolyme ghép PP-g-LMA, PP-g-BA và PP-gMAA được xác định các đặc trưng lý hóa.
12


Hình 3.19. Phổ IR của sợi PP và các copolyme ghép
So với phổ IR của sợi PP, phổ IR của các sản phẩm ghép
đều xuất hiện thêm pic mới ở vị trí 1728 cm-1 (PP-g-LMA), 1732
cm-1 (PP-g-BA), 1727 cm-1 (PP-g-MAA) đặc trưng cho dao động
hóa trị của nhóm C=O. Như vậy, các monome (LMA, BA,
MAA) đã được ghép thành công lên sợi PP.
Kết quả cho thấy cả sợi PP ban đầu và các copolyme
ghép đều bền nhiệt, nhiệt độ phân hủy lên đến trên 3500C.
Ngoài giai đoạn bay hơi của dung môi, các copolyme ghép (PPg-LMA, PP-g-BA) đều có 2 pic phân hủy. Với copolyme ghép
PP-g-LMA có 2 pic phân hủy tương ứng với sự phân hủy của
nhánh ghép và của mạch chính PP. Riêng với copolyme ghép
PP-g-MAA chỉ có 1 pic phân hủy với nhiệt độ phân hủy mạnh
nhất ở 438,130C, có thể do nhánh ghép MAA bị phân hủy đồng
thời với mạch chính PP.


trình hấp phụ coi như đạt cân bằng.
3.3.5.2. Động học quá trình hấp phụ
Trong luận án này, hai mô hình động học được áp dụng
để mô tả động học của quá trình hấp phụ dầu lên bề mặt sợi PP
và các copolyme ghép (PP-g-LMA, PP-g-BA, PP-g-MAA) là
phương trình động học biểu kiến bậc 1 và bậc 2.

Hình 3.24. Mô tả sự hấp phụ dầu trên sợi PP và các copolyme ghép
bằng dạng tuyến tính của phương trình biểu kiến bậc hai

15


Kết quả cho thấy phương trình động học biểu kiến bậc
2 mô tả khá tốt quá trình hấp phụ dầu (R2  1 và qeTT rất gần
qeTN). Như vậy, sự hấp phụ dầu trên các copolyme ghép tuân
theo phương trình động học biểu kiến bậc 2.
3.3.5.3. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ
Để nghiên cứu cân bằng hấp phụ của quá trình hấp phụ
dầu trên các copolyme ghép, luận án sử dụng 3 mô hình hấp
phụ đẳng nhiệt: Freundlich, Temkin và Langmuir. Kết quả được
trình bày trong hình 3.27.

Hình 3.27. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Temkin
Kết quả cho thấy mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Temkin
có hệ số tương quan R2 ứng với các mẫu vật liệu đều > 0,99. Từ
giá trị hệ số tương quan nhận thấy mô hình Temkin mô tả quá
trình hấp phụ của các mẫu vật liệu tốt nhất trong 3 mô hình
nghiên cứu. Điều này có thể gợi ý rằng việc biến tính sợi PP
bằng các vinyl monome đã làm tăng lực tương tác với dầu nên

1,0 x 10-3

89,4

91,3

93,8

22,9

18,6

21,4

1,5 x 10-3

92,6

94,5

97,5

23,4

19,4

23,6

-3


98,5

98,5

98,5

23,1

18,9

21,2

3,0 x 10

Kết quả cho thấy, tại nồng độ chất tạo lưới 2,0x10-3M
thì độ hấp thu dầu thô của hệ PP-g-LMA-DVB và PP-g-BADVB đều đạt cực đại. Nồng độ này đối với hệ PP-g-MAA-DVB
là 1,5x10-3M. Điều này có thể do khi nồng độ chất tạo lưới thấp
thì khả năng hấp thu dầu nhỏ do chất tạo lưới không đủ để liên
kết các nhánh ghép và homopolyme tạo nên mạng lưới không
gian 3 chiều bền vững, một phần bị hòa tan trong quá trình hấp
thu. Nếu nồng độ chất tạo lưới quá cao làm cho khoảng hở bên
trong cấu trúc không gian ba chiều giảm, do đó khả năng hấp
thu dầu giảm.
17


3.3.4.2. Khả năng hấp thu dầu thô và các dung môi của vật liệu
ghép có tạo lưới.
* Khả năng hấp thu các dung môi
Kết quả nghiên cứu khả năng hấp thu các dung môi của

ghép có tạo lưới ở các nhiệt độ khác nhau
Nhiệt độ (0C)

15

25

35

PP-g-LMA-DVB (g/g)

22,1

24,5

23,8

PP-g-BA-DVB (g/g)

19,6

21,8

20,3

PP-g-MAA-DVB (g/g)

20,9

23,6

Luận án sử dụng vật liệu PP-g-LMA-DVB để thử
nghiệm khả năng hấp thu dầu tràn trong nước biển tại cảng
xăng dầu B12, sử dụng vật liệu đối chứng Cell-U-Sorb của Mỹ.
Kết quả phân tích chất lượng nước trước và sau khi hấp thu dầu
cho thấy, ở cả 2 trường hợp sử dụng vật liệu PP-g-LMA-DVB
và vật liệu đối chứng đều có hàm lượng dầu mỡ khoáng và hàm
lượng váng dầu mỡ đạt tiêu chuẩn cho phép, hiệu quả xử lý dầu
mỡ khoáng và váng dầu mỡ cao. Cụ thể hiệu quả xử lý ở trường
hợp sử dụng sợi PP biến tính đạt 99,58%, ở vật liệu đối chứng
đạt 99,61%. Chỉ tiêu tổng dầu mỡ của mẫu nước cũng còn rất
thấp, hiệu quả xử lý đạt hơn 99%. Như vậy, vật liệu do luận án
chế tạo có hiệu quả tương đương với sản phẩm nhập ngoại.

20


KẾT LUẬN
1. Đã chế tạo sợi PP, nghiên cứu các đặc trưng lý hóa và khảo
sát khả năng hấp thu dầu của sợi PP đối với các loại dầu khác
nhau.
2. Đã nghiên cứu ảnh hưởng của polyeste PET tới khả năng hấp
thu dầu của sợi PP. Việc thêm PET vào sợi PP làm tăng khả
năng hấp thu dầu của sợi PP.
3. Đã tìm được điều kiện tối ưu cho phản ứng ghép các vinyl
monome LMA, BA và MAA lên sợi PP.
- Đã khảo sát thời gian hấp phụ dầu của các copolyme ghép,
quá trình hấp phụ dầu trên các copolyme ghép đạt cân bằng sau
30 phút.
- Đã nghiên cứu cân bằng hấp phụ và động học của quá trình
hấp phụ dầu trên các copolyme ghép. Quá trình hấp phụ dầu

characterization of lauryl methacrylate – graft – polypropylen
fiber”, Tạp chí Khoa học và công nghệ, Tháng 6 -2016 (Hội
nghị Vật lý chất rắn và Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ 9 SPMS2015, Tp. Hồ Chí Minh).
4. Hoàng Thu Hà, Lê Thanh Sơn, Nguyễn Tiến Dũng, Nguyễn
Thị Bích Việt, Nguyễn Văn Khôi (2015), “Vật liệu hấp thụ dầu
trên cơ sở sợi polypropylen (PP) ghép ankyl acrylat”, Tạp chí
Hóa học, 53 (6e1) tr.246-250.
5. Hoang Thu Ha, Le Thanh Son, Nguyen Tien Dung, Nguyen
Thi Bich Viet, Nguyen Van Khoi (2015), “Graft polymerization
of butyl acrylate onto polypropylen fiber”, Tạp chí Hóa học,
53(6e3), pp. 51-55 (Chemical Innovation for a progress in
ASEAN industry and society).
22


6. Hoang Thu Ha, Le Thanh Son, Nguyen Thi Bich Viet,
Nguyen Tien Dung, Nguyen Van Khoi, Nguyen Thanh Tung
and Tran Dinh Minh (2016), “ Oil Sorbents based on
Methacrylic Acid - Grafted Polypropylen Fibers: Synthesis and
Characterization”

J

ChemEng

doi:10.4172/2157-7048.1000290.

23

Process