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

Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp và biến tính vật liệu nano silica, một loại vật liệu có cấu trúc mạng lưới không gian ba chiều, với các nhóm silanol và siloxan trên bề mặt. Hạt nanosilica có cấu trúc xốp, kích thước nano, có khả năng chứa một lượng lớn phân tử hữu cơ. Vật liệu này có ưu điểm là ổn định về cấu trúc, không độc và tương thích với nhiều loại vật liệu khác. Các nhóm –OH trên bề mặt có thể tham gia phản ứng hóa học để tạo các nhóm chức có khả năng liên kết với các nhóm amin, carboxyl hoặc thiol.

Nghiên cứu xem xét khả năng thay đổi tính dính ướt của bề mặt xốp với các hạt nano, phân loại thành hạt kỵ dầu ưa nước (LHPN), hạt có độ dính ướt trung tính (NWPN) và hạt kỵ nước ưa dầu (HLPN). Các hạt LHPN và HLPN có ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực thu hồi dầu. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc biến tính hạt nano silica với các phân tử hữu cơ là rất quan trọng để giảm kết tụ và thay đổi tính dính ướt của giao diện dầu – nước, hướng tới hiệu quả thu hồi dầu cao hơn.

Đề tài đặc biệt quan tâm đến vấn đề xử lý nước thải nhiễm dầu từ ngành công nghiệp dầu khí. Lượng nước thải này chiếm tỷ lệ lớn và việc xử lý hiệu quả là một thách thức. Các phương pháp truyền thống như sử dụng chất hoạt động bề mặt hay chất hấp phụ thường gặp hạn chế về độc tính, chi phí, hiệu quả thu hồi và khả năng tái sử dụng.

Nghiên cứu này nhằm mục đích chế tạo vật liệu aerogel (gel khí) có độ xốp lớn, tỷ trọng siêu nhẹ và kích thước hạt nhỏ bằng phương pháp sol-gel. Đồng thời, nghiên cứu ứng dụng năng lượng siêu âm để điều khiển kích thước hạt và ứng dụng vật liệu nano silica đã biến tính vào quá trình hấp phụ thu hồi dầu, một lĩnh vực còn khá mới mẻ tại Việt Nam.

A. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN

1. Tính cấp thiết của đề tài

2. Mục tiêu nghiên cứu, ý nghĩa về khoa học thực tiễn

3. Những đóng góp mới của luận án

4. Bố cục của luận án

B. NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN

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