Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ siêu kị nước trên cơ sở rGO và melamine ứng dụng trong xử lý nước nhiễm dầu

Bài viết "Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ siêu kị nước trên cơ sở rGO và melamine ứng dụng trong xử lý nước nhiễm dầu" tập trung vào việc chế tạo vật liệu hấp phụ chọn lọc siêu kị nước trên cơ sở rGO và melamine formaldehyde. Khả năng hấp phụ và tái sử dụng của vật liệu cũng sẽ được thử nghiệm với các loại nước nhiễm dầu khác nhau. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ siêu kị nước trên cơ sở rGO và melamine ứng dụng trong xử lý nước nhiễm dầu HỘI NGHỊ TOÀN QUỐC KHOA HỌC TRÁI ĐẤT VÀ TÀI NGUYÊN VỚI PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG (ERSD 2022) Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ siêu kị nước trên cơ sở rGO và melamine ứng dụng trong xử lý nước nhiễm dầu Ngô Hà Sơn* Trường Đại học Mỏ - Địa chấtTÓM TẮT Trong nghiên cứu này, miếng bọt biển trên cơ sở graphene oxit phủ trên melamine formaldehyde(rGO/MF) siêu kỵ nước được chế tạo theo quy trình thủy nhiệt đơn giản. Vật liệu này được thử nghiệm đểloại bỏ dầu và dung môi hữu cơ khỏi hỗn hợp dầu-nước. Phân tích pha và cấu trúc vi mô cho thấyrGO/MF dưới dạng tổng hợp sở hữu lớp phủ siêu mỏng của tấm rGO trên nền MF xốp. Vật liệu rGO/MFcó góc tiếp xúc khoảng 168° và 0° tương ứng với giọt nước và giọt dầu. Điều này chứng minh tính hấpphụ dầu chon lọc của vật liệu hấp phụ chế tạo được. Thử nghiệm tách dầu trong nước đối với nhiều loạidầu cho thấy vật liệu rGO/MF có khả năng loại bỏ lượng dầu tương đương 80–120 lần trọng lượng củanó. Hơn nữa, kết quả nghiên cứu khả năng tái sử dụng chỉ ra rằng sau khi ép cơ học để loại bỏ phần chấtbị hấp phụ trong vật liệu, chất hấp phụ rGO/MF vẫn duy trì hoạt tính hấp phụ sau 10 chu kỳ tái sinh vớihiệu suất 40–50% so với vật liệu ban đầu. Các số liệu thực nghiệm cho thấy tính khả thi của việc ứngdụng vật liệu cho quá trình xử lý nước nhiễm dầu đạt hiệu quả cao.Từ khóa: “vật liệu siêu kị nước”; “hấp phụ”; “xử lý nước nhiễm dầu”; “rGO”; “melamine formaldehyde”.1. Đặt vấn đề Ô nhiễm nước do các chất thải từ các nhà máy lọc - hóa dầu, do dầu tràn ra từ các vụ tai nạn vậnchuyển dầu, nguồn dầu thải ra từ các nhà máy công nghiệp và các chất hữu cơ, dung môi nguy hại đangtrở thành mối quan tâm hàng đầu về môi trường toàn cầu hiện nay. Với sự mở rộng phát triển liên tục củaviệc khai thác, sản xuất và vận chuyển dầu, một số lượng lớn dầu tràn xảy ra hàng năm gây nguy hiểmcho sức khỏe con người và các loài sinh vật dưới nước. Trong vài thập kỉ qua, các thảm họa tràn dầu gâyô nhiễm nước và ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường tự nhiên đã gây tiêu tốn hàng triệu đô la trongcông tác xử lý. Một số kỹ thuật như hớt dầu, tách trọng trường, đốt tại chỗ, xử lí sinh học, hóa chất bổsung phân tán… đã được áp dụng để xử lý nước nhiễm dầu, trong đó hấp phụ vật lí là phương pháp xử líphổ biến do có ưu điểm là vận hành đơn giản, chi phí thấp, thân thiện với môi trường và hiệu quả cao(Broje & Keller, 2006); (Zahed et al., 2010). Các vật liệu hấp phụ thông thường như than hoạt tính, sợigỗ, các polyme hữu cơ đã được đưa vào để xỷ lí ô nhiễm nước (H. Zhu et al., 2011). Tuy nhiên, nhữngchất hấp phụ vẫn bị hạn chế bởi nhược điểm của chúng là độ hấp phụ thấp, khả năng tái sử dụng kém(Adebajo et al., 2003). Do đó, việc phát triển một loại vật liệu tách dầu-nước với khả năng hấp phụ, đặctính hấp phụ chọn lọc cao, thân thiện với môi trường và chi phí thấp đã trở thành thách thức của thế giớivà thu hút được sự chú ý rộng rãi (Gupta & Tai, 2016). Gần đây, vật liệu xốp như miếng bọt biểnmelamine (MF) đã được quan tâm nghiên cứu và lựa chọn làm chất nền để chế tạo các vật liệu tách dầu-nước do giá thành rẻ, không độc, độ xốp cao và tỷ trọng thấp (Su et al., 2017); (Guo et al., 2016).Tuynhiên, tính chọn lọc hấp phụ dầu cao thường bắt nguồn từ tính siêu kỵ nước của vật liệu, nhưng miếng bọtbiển lại ưa nước tự nhiên. Do đó, các thay đổi bề mặt và khung xốp thường được sử dụng để cải thiện khảnăng hấp phụ có chọn lọc của chúng. Các bề mặt siêu kỵ nước có góc tiếp xúc với nước (CA) > 150° vàgóc trượt (SA) phức tạp và tốn thời gian, hạn chế các ứng dụng công nghiệp quy mô lớn của chúng. Ôxít graphen khử(rGO) gần đây được nghiên cứu như một thành phần thích hợp để chế tạo vật liệu siêu kỵ nước (Ding etal., 2017); (Nine et al., 2015), không chỉ do bản thân tính kỵ nước mà còn do diện tích bề mặt riêng lớn,khả năng chống mài mòn và độ dẫn điện tuyệt vời. Việc phủ rGO lên miếng bọt biển melamine(MF) bằngphương pháp thủy nhiệt là quá trình đơn giản và đem lại hiệu quả cao. Do đó, nghiên cứu này tập trungvào việc chế tạo vật liệu hấp phụ chọn lọc siêu kị nước trên cơ sở rGO và melamine formaldehyde. Khảnăng hấp phụ và tái sử dụng của vật liệu cũng sẽ được thử nghiệm với các loại nước nhiễm dầu khác nhau.2. Thực nghiệm2.1. Tổng hợp Graphen oxit (GO) Graphen oxit được tổng hợp dựa trên phương pháp Hummers, quy trình tổng hợp GO như sau: cho 1gam graphit; 0,5 gam NaNO3 và 23 mL H2SO4 98% vào cốc thủy tinh chịu nhiệt, làm lạnh hỗn hợp (0-5ºC) và khuấy liên tục trên máy khuấy từ trong 30 phút, dung dịch tạo thành có màu đen. Tiếp tục cho từtừ 3 gam KMnO4 vào dung dịch trên trong 4 giờ và giữ nhiệt độ phản ứng nhỏ hơn 20ºC, dung dịch tạothành có màu xanh đen. Nâng nhiệt độ lên 35ºC và ...