Khảo sát khả năng hấp phụ dầu khoáng của vỏ chuối biến tính

Việc thực hiện “Khảo sát và đánh giá khả năng hấp phụ dầu khoáng của vỏ chuối biến tính” được thực hiện với mục đích nghiên cứu, đánh giá hiệu quả của việc sử dụng vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên từ các phế phẩm nông nghiệp nhằm tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Khảo sát khả năng hấp phụ dầu khoáng của vỏ chuối biến tính KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ DẦU KHOÁNG CỦA VỎ CHUỐI BIẾN TÍNH Phạm Nguyễn Hoàng Long, Phan Tuấn Tú, Tạ Hoàng Lâm, Mai Thu Hiền, Nguyễn Văn Tấn Vũ, Vũ Hải Yến Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh GVHD: ThS. Trịnh Trọng Nguyễn, PGS.TS. Thái Văn Nam TÓM TẮT Xử lý nguồn nước nhiễm dầu bằng các vật liệu hấp phụ tự nhiên, đặc biệt là chất thải nông nghiệp hiện đang được xem như giải pháp hiệu quả, rẻ tiền và thân thiện với môi trường. Mục tiêu của nghiên cứu nhằm xác định khả năng hấp phụ dầu khoáng của vỏ chuối thô (VC – S), sau khi xử lý hoá học (VC – H), và biến tính axit oleic (VC – AO). Cấu trúc và hình thái của vỏ chuối được quan sát bởi tia hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) và kính hiển vi điện tử quét (SEM). Kết quả nghiên cứu cho thấy khả hấp phụ dầu của VC-AO (3,147 g/g) cao hơn so với VC – S (3,127 g/g) và VC – H (3,077 g/g). Các thông số tối ưu của quá trình hấp phụ bao gồm: pH = 7, kích thước hạt từ 0,15-0,3 mm, thời gian hấp phụ 15 phút, độ mặn không ảnh hưởng đáng kể đến khả năng hấp phụ dầu của vật liệu. Quá trình hấp phụ dầu của VC – AO tuân theo đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir với hệ số tương quan R2 = 0,9899 và dung lượng hấp phụ tối đa là 7,008 g/g. Từ khoá: axit oleic, biến tính, dầu khoáng, hấp phụ, vỏ chuối. 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay việc ô nhiễm dầu từ các sự cố tràn dầu đang diễn ra thường xuyên hơn, gây ảnh hưởng đến môi trường và sinh vật biển. Theo số liệu thống kê của Cục Môi trường, từ năm 1987 đến năm 2007 đã xảy ra hơn 90 vụ tràn dầu ở các vùng cửa sông và ven bờ gây thiệt hại lớn về kinh tế cũng như gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng trong thời gian dài [22]. Việc xử lý dầu tràn có nhiều biện pháp như: cơ học, hoá học và sinh học. Trong đó biện pháp hoá học cụ thể là sử dụng chất hấp phụ từ nông nghiệp cho thấy tiềm năng rất lớn, bởi việc vừa hạn chế được các phế phẩm nông nghiệp thải ra môi trường vừa khắc phục được các vấn đề ô nhiễm dầu. Ở nước ta, chuối là loại trái cây có diện tích và sản lượng tương đối cao, chiếm 19% tổng diện tích cây ăn trái của Việt Nam hàng năm, cho sản lượng khoảng 1,4 triệu tấn/năm [5]. Trong đó, diện tích trồng chuối chủ yếu tập trung ở các tỉnh miền Trung và miền Nam, một số tỉnh như Thanh Hóa, Nghệ An, Khánh Hòa, Đồng Nai, Sóc Trăng, Cà Mau có diện tích từ 3.000 ha đến gần 8.000 ha. Trong khi đó, các tỉnh miền Bắc có diện tích trồng chuối lớn nhất như: Hải Phòng, Nam Định, Phú Thọ… chưa đạt đến 3.000 ha [5]. Vỏ chuối chiếm 18-33% 387 trọng lượng của quả chuối, theo đó sản lượng sản xuất chuối từ 8-10 tấn/ngày cho thấy tiềm năng nguồn nguyên liệu đầu vào rất lớn. Một trong những yếu tố quan trọng của các chất hấp phụ tự nhiên là thành phần cellulose chiếm tỷ lệ cao. Theo đó, thành phần cellulose của vỏ chuối chiếm khoảng 4,5-4,6 % khối lượng, thành phần cấu tạo chính là các hợp chất polime được hợp thành từ các mắt xích β- glucozơ nối với nhau bởi các liên kết β-1,4-glicozit, phân tử cellulose không phân nhánh, không xoắn dẫn đến vỏ chuối có độ xốp cao thích hợp để làm vật liệu hấp phụ [5]. Theo nghiên cứu của nhóm tác giả G. Alaa El-Din, A.A. Amer, G. Malsh, M. Hussein cho thấy vỏ chuối có tiềm năng hấp phụ dầu khoáng khá cao so với các loại phế phụ phẩm nông nghiệp khác [6]. Tuy nhiên trong nghiên cứu của tác giả chưa nghiên cứu đánh giá khả năng hấp phụ dầu khoáng của vỏ chuối sau khi được ester hóa với acid oleic. Vì vậy việc thực hiện “Khảo sát và đánh giá khả năng hấp phụ dầu khoáng của vỏ chuối biến tính” được thực hiện với mục đích nghiên cứu, đánh giá hiệu quả của việc sử dụng vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên từ các phế phẩm nông nghiệp nhằm tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường. 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu Vỏ chuối sau khi được thu gom từ các cơ sở sản xuất sẽ được rửa sạch sẽ và xử lý sơ bộ để loại bỏ bụi bẩn. Sau đó, vỏ chuối được sấy ở nhiệt độ 85  2 oC trong 24 giờ và hút ẩm, bảo quản ở nhiệt độ phòng. Tiếp theo, vỏ chuối sẽ được nghiền và cho qua các rây có kích thước khác nhau từ 0,15-0,3 mm. Vật liệu vỏ chuối thô sẽ được ngâm trong dung dịch kiềm (NaOH) và tiếp tục được ngâm trong dung dịch acid (H2SO4), sau đó rửa vật liệu cho đến khi pH trung tính. Vật liệu sau khi được xử lý hóa học sẽ được biến tính với acid oleic với các tỷ lệ vỏ chuối : acid oleic lần lượt từ 1 : 0,4 đến 1 : 1 theo khối lượng. Sau đó, vật liệu được rửa sạch nhiều lần bằng n-hexan để loại bỏ acid oleic dư thừa. Cuối cùng, vật liệu được bảo quản trong hũ thủy tinh. 2.2 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp chế tạo vật liệu: vỏ chuối sẽ được tiền xử lý hoá học với kiềm, acid sau đó sẽ được biến tính với acid oleic. Theo đó, mục đích của việc xử lý kiềm nhằm để loại bỏ lignin, sáp, pectin, lớp phủ và làm lộ ra bề mặt bên trong của sợi tự nhiên giúp tăng khả năng hấp phụ dầu (Wahi và cộng sự., 2013, Abdullah và cộng sự., 2010) [1]; trong khi đó, việc xử lý vật liệu bằng acid sẽ ngăn chặn sự phơi nhiễm và tăng các nhóm cellulose hydroxyl của thành sợi xơ vỏ chuối [1]. Bên cạnh đó, việc gắn các phân tử acid oleic sẽ hình thành các liên kết este tạo thành các xúc tua bắt dầu, dẫn đến gia tăng khả năng hấp phụ dầu đồng thời làm mất các nhóm hydroxyl (OH-) sẽ hạn chế khả năng ưa nước của vật liệu [14]. Phương pháp xác định tổng dầu mỡ động thực vật (SMEWW 5520 OIL AND GREASE B 2012): dựa trên nguyên tắc chiết lỏng - lỏng, dùng hexane lôi kéo chất béo từ nước, sau đó 388 chưng cất thu hồi n -hexane, khối lượng tăng lên trong cốc ban đầu chính là hàm lượng chất béo. Phương pháp này dùng để xác khả năng hấp phụ, tỷ lệ ester hóa và các yếu tố ảnh hưởng (pH, thời gian hấp phụ, độ mặn, nồng độ dầu). Khảo sát dung lượng hấp phụ tối đa và xây dựng ...