Luận án Nghiên cứu tổng hợp và biến tính vật liệu nano silica ứng dụng cho quá trình thu hồi dầu

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ BIẾN TÍNH VẬT LIỆU NANO SILICA ỨNG DỤNG CHO QUÁ TRÌNH THU HỒI DẦU

Ngành:

Kỹ thuật Hóa học

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án này tập trung vào nghiên cứu tổng hợp và biến tính vật liệu nanosilica nhằm ứng dụng hiệu quả trong quá trình thu hồi dầu, giải quyết vấn đề nước thải nhiễm dầu trong ngành công nghiệp dầu khí. Nanosilica được chọn làm đối tượng nghiên cứu nhờ cấu trúc mạng lưới ba chiều ổn định, không độc, và khả năng biến tính bề mặt để thay đổi tính dính ướt. Công trình đã thành công trong việc tổng hợp vật liệu nanosilica từ hai nguồn nguyên liệu chính là thủy tinh lỏng (TTL) và tetraetyl orthosilicat (TEOS) bằng phương pháp sol-gel. Các điều kiện tối ưu cho quá trình tổng hợp nanosilica từ TTL bao gồm nhiệt độ 60°C, thời gian 24 giờ, tỷ lệ mol TTL/H2O là 1/2, pH 2, siêu âm 30 W trong 10 phút và tốc độ khuấy trộn 600 vòng/phút, cho ra hạt có kích thước 15-25 nm và bề mặt riêng 269,8 m²/g. Đối với TEOS, điều kiện tối ưu là nhiệt độ 60°C, thời gian 24 giờ, nồng độ TEOS 0,2-0,4 mol/l, NH3 0,6 mol/l, CTAB 0,004 mol/l, siêu âm 100 W trong 60 phút và khuấy trộn 600 vòng/phút, tạo ra hạt ~20 nm với bề mặt riêng 395,2 m²/g.

Luận án cũng nghiên cứu biến tính bề mặt nanosilica-TEOS với vinyltrietoxysilan (VTES) và polydimetylsiloxan (PDMS) để tăng cường tính kỵ nước và khả năng hấp phụ dầu. Điều kiện biến tính tối ưu với VTES là 70°C, 300 phút, 4,5% VTES; với PDMS là 350°C, 300 phút, 3% PDMS. Cả hai vật liệu biến tính này đều cho thấy khả năng hấp phụ dầu thô Bạch Hổ vượt trội trong môi trường nước biển, với dung lượng hấp phụ tối đa lần lượt là 33,2 g/g và 43,5 g/g, cao hơn đáng kể so với nanosilica chưa biến tính (9,32 g/g).

Ngoài ra, luận án đã chế tạo thành công nanosilica-aerogel từ TEOS bằng phương pháp sol-gel không sử dụng sấy CO2 siêu tới hạn, với các điều kiện tối ưu cho tỷ lệ TEOS/etanol, TEOS/NH3 và pH. Aerogel sau đó được biến tính bằng PDMS. Các vật liệu aerogel và aerogel biến tính có tỷ trọng siêu nhẹ, tính kỵ nước cao, và dung lượng hấp phụ dầu thô rất lớn (17 g/g và 61,2 g/g), cùng với khả năng tái sử dụng cao (18 và 27 lần). Những đóng góp này cung cấp tiền đề quan trọng cho ứng dụng công nghệ nano trong thu hồi dầu và xử lý nước thải nhiễm dầu tại Việt Nam.

Mục lục chi tiết:

• Mở đầu

• CHƯƠNG I. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

  • 1.1. Tổng quan chung về silica
  • 1.2. Các phương pháp tổng hợp nanosilica
  • 1.3. Các phương pháp hữu cơ hóa bề mặt nanosilica
  • 1.4. Ứng dụng của nanosilica
  • 1.5. Nghiên cứu vật liệu nanosilica trên thế giới và Việt Nam
  • 1.6. Nghiên cứu quá trình hấp phụ và thu hồi dầu

• CHƯƠNG II. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

  • 2.1. Hóa chất và thiết bị
  • 2.2. Chế tạo nanosilica từ nguồn thủy tinh lỏng (TTL)
  • 2.2.2. Chế tạo nanosilica từ nguồn tetraetyl orthosilicat (TEOS)
  • 2.4. Biến tính nanosilica điều chế từ nguồn TEOS
  • 2.4.1. Biến tính nanosilica sử dụng VTES
  • 2.4.2. Biến tính nanosilica sử dụng PDMS
  • 2.5. Chế tạo và biến tính nanosilica aerogel
  • 2.5.1. Chế tạo nanosilica aerogel
  • 2.5.2. Biến tính aerogel bằng PDMS
  • 2.6. Thử nghiệm khả năng hấp phụ dầu của các vật liệu nanosilica
  • 2.6.1. Thử nghiệm khả năng hấp phụ với các chất kỵ nước và ưa nước khác nhau
  • 2.6.2. Thử nghiệm khả năng hấp phụ với dầu thô
  • 2.6.3. Đánh giá khả năng tái sử dụng của các vật liệu nanosilica
  • 2.7. Các phương pháp phân tích hóa lý sử dụng trong luận án

• CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

  • 3.2. Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanosilica từ nguồn thủy tinh lỏng (TTL)
  • 3.2.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ tiền chất và dung môi tới kích thước hạt nanosilica-TTL
  • 3.2.2. Ảnh hưởng của pH đến kích thước hạt nanosilica-TTL
  • 3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến kích thước hạt nanosilica-TTL
  • 3.2.4. Ảnh hưởng của năng lượng siêu âm đến kích thước hạt nanosilica-TTL
  • 3.2.5. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn đến kích thước hạt nanosilica-TTL
  • 3.2.6. Một số đặc trưng khác của vật liệu nanosilica-TTL điều chế ở điều kiện thích hợp nhất
  • 3.2.7. Kết quả đánh giá sơ bộ khả năng hấp phụ dầu thô Bạch Hổ trong môi trường tương tự nước biển của vật liệu nanosilica-TTL
  • 3.3. Nghiên cứu chế tạo nanosilica từ nguồn TEOS
  • 3.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng TEOS đến kích thước hạt nanosilica-TEOS
  • 3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng NH3 đến kích thước hạt nanosilica-TEOS
  • 3.3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng chất tạo cấu trúc CTAB đến kích thước hạt nanosilica-TEOS
  • 3.3.4. Ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến kích thước hạt nanosilica-TEOS
  • 3.3.5. Ảnh hưởng của năng lượng siêu âm đến kích thước hạt nanosilica-TEOS
  • 3.3.6. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến kích thước hạt nanosilica-TEOS
  • 3.3.7. Các đặc trưng khác của mẫu nanosilica-TEOS tổng hợp ở các điều kiện thích hợp
  • 3.3.8. Thử nghiệm khả năng hấp phụ dầu của vật liệu nanosilica -TEOS
  • 3.4. Nghiên cứu biến tính vật liệu nanosilica từ nguồn TEOS, ứng dụng cho quá trình hấp phụ dầu
  • 3.4.1. Biến tính vật liệu nanosilica sử dụng vinyltrietoxysilan (VTES)
  • 3.4.1.2. Một số đặc trưng của nanosilica trước và sau biến tính với VTES
  • 3.4.1.3. Nghiên cứu đánh giá khả năng hấp phụ của nanosilica-TEOS trước và sau khi biến tính với VTES
  • 3.4.2. Biến tính vật liệu nanosilica sử dụng polydimetylsiloxan (PDMS)
  • 3.4.2.2. Một số đặc trưng của nanosilica trước và sau biến tính với polydimetylsiloxan
  • 3.4.2.3. Thử nghiệm xác định dung lượng hấp phụ các chất của nanosilica-TEOS và nanosilica-TEOS- PDMS
  • 3.4.3. Khảo sát quá trình hấp phụ dầu trên hai loại nanosilica biến tính với VTES (nanosilica-TEOS-VTES) và nanosilica biến tính với polydimetylsiloxan (nanosilica-TEOS-PDMS)
  • 3.5. Tổng hợp, biến tính và nghiên cứu quá trình hấp phụ dầu của vật liệu nanosilica aerogel
  • 3.5.1. Tổng hợp vật liệu nanosilica aerogel
  • 3.5.1.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol TEOS/etanol đến hình thái học của aerogel
  • 3.5.1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol TEOS/NH3 đến hình thái học của aerogel
  • 3.5.1.3. Ảnh hưởng của pH đến hình thái học của aerogel
  • 3.5.2. Biến tính vật liệu nanosilica aerogel
  • 3.5.2.1. Khảo sát tìm các điều kiện biến tính
  • 3.5.2.2. Một số đặc trưng của nanosilica-aerogel và nanosilica-aerogel-PDMS
  • 3.5.3. Khảo sát quá trình hấp phụ dầu trong môi trường tương tự nước biển của hai loại vật liệu nanosilica-aerogel và nanosilica-aerogel-PDMS
• KẾT LUẬN