ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

LÊ ĐỨC NGƯU

TỔNG HỢP VẬT LIỆU CARBON NANO TRÊN
BỀ MẶT CARBON FELT ỨNG DỤNG
TRONG XỬ LÝ NƯỚC NHIỄM DẦU

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT HÓA HỌC

Đà Nẵng – Năm 2022


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

LÊ ĐỨC NGƯU

TỔNG HỢP VẬT LIỆU CARBON NANO TRÊN
BỀ MẶT CARBON FELT ỨNG DỤNG
TRONG XỬ LÝ NƯỚC NHIỄM DẦU

Chuyên ngành : Kỹ thuật hóa học
Mã số: 852301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS TRƯƠNG HỮU TRÌ

Đà Nẵng – Năm 2022


i

LỜI CAM ĐOAN LIÊM CHÍNH HỌC THUẬT
Tác giả xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng mình. Các thơng tin
trích dẫn trong bài nghiên cứu đều được chỉ rõ nguồn gốc rõ ràng, tuân theo quyết định
số 29/QĐ-ĐHBK ngày 09/01/2017 của Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng về liêm
chính học thuật. Nếu có vi phạm các hành vi trong quyết định về bịa đặt, gian lận, đạo
văn hoặc giúp người khác vi phạm, tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận văn tốt nghiệp là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong
bất kỳ cơng trình nào khác.

Học viên cao học

Lê Đức Ngưu

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


ii

LỜI NÓI ĐẦU VÀ CÁM ƠN
Ngày nay, do nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng gia tăng để phục vụ cho sản

xuất và đời sống, các nguồn năng lượng đang được khai thác và sử dụng ngày càng
nhiều. Trong đó dầu mỏ là một nguồn năng lượng hóa thạch đang giữ vai trò cực kỳ
quan trọng. Tuy vậy, vấn đề ơ nhiễm mơi trường phát sinh từ q trình phát triển này
đang là một trong những vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe, đời sống con
người, môi trường sinh thái.
Trong những thập kỷ gần đây, vật liệu carbon nano nói chung cũng như CNTs
nói riêng đã thu hút được sự quan tâm rộng rãi của các chuyên gia, nhà khoa học trên
khắp thế giới. Nhờ vào những tính chất nổi bật của vật liệu carbon nano nên chúng có
nhiều tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau của đời sống như năng lượng,
sản xuất vật liệu composite, xử lý các sự cố môi trường. Bên cạnh những ưu điểm, loại
vật liệu này có một số nhược điểm, gây ra một số khó khăn trong quá trình sử dụng. Vật
liệu carbon nano tổng hợp được ở dạng rắn và có kích thước rất nhỏ dẫn đến khả năng
thu hồi sau khi sử dụng trở nên khó khăn, hoặc gây ra trở lực lớn khi sử dụng làm chất
mang xúc tác trong các thiết bị phản ứng công nghiệp.
Với những lý do trên, tác giả đã tiến hành nghiên cứu với đề tài: “Tổng hợp vật
liệu carbon nano trên bề mặt carbon felt ứng dụng trong xử lý nước nhiễm dầu”.
Trong quá trình nghiên cứu, tác giả đã gặp phải nhiều khó khăn, đặc biệt trong bối
cảnh tình hình dịch bệnh phức tạp và ln nỗ lực tìm kiếm hướng giải quyết cho những
khó khăn đó. Điều đó giúp tác giả trau dồi thêm nhiều kỹ năng cũng như ôn luyện lại
các kiến thức đã học. Bên cạnh nỗ lực của bản thân, tác giả xin chân thành cám ơn sự
giúp đỡ nhiệt tình của thầy PGS.TS Trương Hữu Trì, là người trực tiếp hướng dẫn trong
suốt quá trình nghiên cứu, sự giúp đỡ của quý thầy cơ trong Khoa Hố – Trường Đại
học Bách khoa đã giúp tác giả hoàn thành nghiên cứu này.
Học viên cao học

Lê Đức Ngưu

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ



iii

MỤC LỤC
Lời cam đoan liêm chính học thuật ..................................................................................i
Lời nói đầu và cảm ơn .....................................................................................................ii
Mục lục ......................................................................................................................... iii
Tóm tắt .......................................................................................................................... v
Danh sách các bảng biểu, hình vẽ, sơ đồ ...................................................................... vi
Danh sách các ký hiệu, chữ viết tắt ............................................................................. ix
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ....................................................................7
1.1. Vai trò của dầu mỏ ...................................................................................................7
1.2. Vấn đề ô nhiễm môi trường do sự cố tràn dầu .........................................................8
1.2.1. Định nghĩa về thuật ngữ tràn dầu ......................................................................8
1.2.2. Mức độ và nguồn gây sự cố tràn dầu ................................................................8
1.2.3. Những ảnh hưởng của sự cố tràn dầu .............................................................10
1.3. Một số biện pháp xử lý sự cố tràn dầu ...................................................................12
1.3.1. Biện pháp cơ học .............................................................................................12
1.3.2. Biện pháp hóa học ...........................................................................................13
1.3.3. Biện pháp sinh học ..........................................................................................15
1.4. Hấp phụ ..................................................................................................................15
1.4.1. Định nghĩa .......................................................................................................16
1.4.2. Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học .................................................................16
1.4.3. Phân loại vật liệu hấp phụ ...............................................................................17
1.4.4. Một số đặc tính cần thiết của vật liệu hấp phụ dầu ........................................19
1.5. Vật liệu carbon nano ...............................................................................................20
1.5.1. Các dạng vật liệu carbon cấu trúc nano ..........................................................20
1.5.2. Các tính chất của carbon nano ........................................................................22

1.5.3. Ứng dụng của vật liệu carbon nano ................................................................ 23
1.5.4. Các phương pháp tổng hợp ............................................................................24
1.5.5. Các phương pháp hóa lý đánh giá đặc tính vật liệu .......................................27
1.5.6. Đánh giá độ chính xác của thiết bị tổng hợp ..................................................36

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


iv
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM.....................................................................................38
2.1. Nguyên liệu thí nghiệm ..........................................................................................38
2.2. Quy trình tổng hợp .................................................................................................38
2.2.1. Q trình chức hóa chất mang ........................................................................38
2.2.2. Tổng hợp xúc tác .............................................................................................39
2.2.3. Tổng hợp nano composite ...............................................................................40
2.3. Các phương pháp đánh giá cấu trúc vật liệu ..........................................................42
2.3.1. Đánh giá hiệu suất thu sản phẩm .....................................................................42
2.3.2. Đánh giá khả năng bám dính của CNTs lên chất mang ..................................42
2.3.3. Các phương pháp đánh giá tính chất sản phẩm ...............................................43
2.4. Quy trình đánh giá sự hấp phụ dầu của vật liệu .....................................................43
2.4.1. Q trình định tính ..........................................................................................43
2.4.2. Q trình định lượng .......................................................................................44
2.4.3. Quá trình thu hồi dầu và tái sinh vật liệu ........................................................44
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 46
3.1. Tổng hợp và đánh giá đặc tính vật liệu. .................................................................46
3.1.1. Chức hóa carbon felt .......................................................................................46
3.1.2. Tổng hợp và đánh giá đặc tính của vật liệu ....................................................47
3.1.3. Đánh giá độ chính xác của thiết bị tổng hợp CVD ........................................51

3.1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến đặc tính sản phẩm .............................................51
3.1.5. Ảnh hưởng của hàm lượng pha hoạt tính xúc tác đến đặc tính sản phẩm ......53
3.2. Đánh giá khả năng xử lý dầu của vật liệu ..............................................................55
3.2.1. So sánh khả năng kỵ nước của vật liệu và carbon felt .................................. 55
3.2.2. Đánh giá góc tương tác của vật liệu với dầu và với nước ............................. 55
3.2.3. Đánh giá định tính khả năng hấp thu dầu của vật liệu .................................. 56
3.2.4. Đánh giá định lượng khả năng hấp thu dầu của vật liệu. .............................. 57
3.2.5. Đánh giá khả năng thu hồi dầu và tái sử dụng vật liệu. ................................ 58
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................63

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


v

TÓM TẮT
TỔNG HỢP VẬT LIỆU CARBON NANO TRÊN BỀ MẶT CARBON
FELT ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC NHIỄM DẦU
Học viên: Lê Đức Ngưu; Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
Mã số:

Khóa: K40

Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt – Carbon nano và carbon felt là những loại vật liệu có những tính chất nổi bật, tuy
nhiên lại có một số nhược điểm làm giảm khả năng sử dụng vào thực tế đối với từng loại vật

liệu, trong đó bao gồm ứng dụng vào xử lý môi trường. Nhằm kết hợp được những ưu thế cũng
như hạn chế những khuyết điểm đối với từng loại vật liệu thành phần, trong đề tài này, tác giả
đã áp dụng phương pháp tổng hợp và đưa đồng thời carbon nano là CNTs lên bề mặt carbon
felt bằng phương pháp kết tụ hóa học trong pha hơi (CVD) sử dụng hệ thống gia nhiệt trực tiếp
và đánh giá khả năng xử lý dầu của sản phẩm sau khi tổng hợp. Kết quả thu được cho thấy đã
tổng hợp thành công vật liệu nano composite C-CNTs và đánh giá được một số đặc tính của
sản phẩm bằng phương pháp SEM, TEM, BET, TGA XPS. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của
một số điều kiện tổng hợp cho thấy sự thay đổi hiệu suất cũng như các đặc tính của sản phẩm
phụ thuộc rất lớn vào điều kiện tổng hợp. Bằng các phương pháp đánh giá hấp thu, mẫu vật
liệu có khả năng hấp thu dầu khá tốt. Từ đó làm cơ sở cho những ứng dụng xử lý sự cố tràn
dầu sau này.
Từ khóa – Carbon nano, C-CNTs, carbon felt, SEM, TEM, BET, TGA, XPS, CVD.

SYNTHESIS CARBON NANO MATERIAL ON CARBON FELT AND
APPLICATION IN THE OIL–WATER TREATMENT
Abstract - Carbon nano materials and carbon felt are the materials with outstanding
characteristics, but there are a number of disadvantages that reduced the practical uses of each
material, including its application in environmental treatment. In order to combine the
advantages as well as limit the disadvantages for each type of component materials, in this
study, the author applied the method of synthesizing CNTs on the surface of carbon felt by
Chemical vapor decomposition method (CVD) using the direct heating system and evaluating
the oil treatment ability of the product after synthesis. The obtained results showed that CCNTs was successfully synthesized and some characteristics of the products were evaluated
by SEM, TEM, BET, TGA, XPS methods. The results of investigating the effects of some
synthetic conditions showed that the change of the yield as well as product characteristics
depended greatly on the synthetic conditions. By the methods, the author evaluated the oil
adsorption and retention ability of the material quite well. From there, it forms the basis for
future oil spill handling applications.
Key words – Carbon nano, C-CNTs, carbon felt, SEM, TEM, BET, TGA, XPS, CVD.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.


Lưu hành nội bộ


vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ
Bảng 1.1. Bảng phân vị Student

37

Bảng 2.1. Điều kiện tổng hợp xúc tác

40

Bảng 2.2. Các điều kiện tổng hợp carbon nano ban đầu

42

Bảng 3.1. Thành phần nguyên tố trước và sau khi chức hóa của carbon felt

46

Bảng 3.2. Hiệu suất sản phẩm và bề mặt riêng của C-CNTs so với carbon felt

47

Bảng 3.3. Kết quả hiệu suất các mẫu ở điều kiện như nhau

51


Hình 1. Sơ đồ hệ thống tổng hợp carbon nano trên bề mặt carbon felt bằng phương
pháp CVD
3
Hình 1.1. Sản lượng dầu thô trên thế giới trong 30 năm qua (1990-2019)

7

Hình 1.2. Biểu đồ cho thấy xu hướng tràn dầu trên tồn cầu từ tàu chở dầu

9

Hình 1.3. Tỷ lệ các vụ tràn dầu lớn theo hoạt động tại thời điểm xảy ra sự cố và
nguyên nhân chính gây ra tràn dầu giai đoạn 1970-2020
10
Hình 1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên HPVL&HPHH đối với N2

17

Hình 1.5. Các loại vật liệu hấp phụ thơ sơ

18

Hình 1.6. Các loại vật liệu hấp phụ hữu cơ tổng hợp

19

Hình 1.7. Các loại vật liệu hấp phụ vơ cơ

19


Hình 1.8. Các dạng cấu trúc graphite, kim cương, Fullerene C60

21

Hình 1.9. Cấu trúc CNTs

21

Hình 1.10. Cấu trúc của CNFs

22

Hình 1.11. Sơ đồ biểu diển thiết bị phản ứng hồ quang điện

25

Hình 1.12. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp cắt bằng laser

26

Hình 1.13. Sơ đồ hệ thống thiết bị CVD dạng ống

26

Hình 1.14. Sơ đồ hệ thống thiết bị tổng hợp CVD gia nhiệt trực tiếp

27

Hình 1.15. Kính hiển vi điện tử qt (SEM) JEOL 6010- PLUS/LV, Phịng thí nghiệm

thuộc bộ mơn Cơng nghệ Hóa học Dầu khí – Bách khoa Đà Nẵng
28
Hình 1.16. Sơ đồ cấu tạo kính hiển vi điện tử quét (SEM)

28

Hình 1.17. Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HR-TEM)

29

Hình 1.18. Sơ đồ cấu tạo của kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao

30

Hình 1.19. Vịng trễ trên đường đẳng nhiệt hấp phụ – giải hấp

31

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


vii
Hình 1.20. Thiết bị đo hấp phụ đẳng nhiệt bằng nitơ ASAP 2020 Phịng thí nghiệm
thuộc bộ mơn Cơng nghệ Hóa học Dầu khí – Bách khoa Đà Nẵng
32
Hình 1.21. Máy phân tích nhiệt trọng trường TGA STA 6000 PerkinElmer, Phịng thí
nghiệm thuộc bộ mơn Cơng nghệ Hóa học Dầu khí – Bách khoa Đà Nẵng
34

Hình 1.22. Phổ quang điện tử tia X - XPS của một số nguyên tố

35

Hình 1.23. Cấu tạo của thiết bị XPS

35

Hình 2.1. Các giai đoạn tổng hợp carbon nano composite

38

Hình 2.2. Hệ thống thiết bị chức hóa carbon felt

39

Hình 2.3. Các giai đoạn tổng hợp xúc tác

40

Hình 2.4. Thiết bị tổng hợp carbon nano composite theo phương pháp CVD

41

Hình 2.5. Đồng hồ hiển thị áp suất sau khi hút chân khơng

41

Hình 2.6. Ảnh của các thiết bị trong quá trình khử oxide


41

Hình 2.7. Ảnh của các thiết bị trong quá trình tổng hợp carbon nano composite

42

Hình 2.8. Bể siêu âm Elmasonic S 60 H, Phịng thí nghiệm thuộc bộ mơn Cơng nghệ
Hóa học Dầu khí – Bách khoa Đà Nẵng
43
Hình 2.9. Sơ đồ quy trình định lượng bằng phương pháp ngâm

44

Hình 2.10. Sơ đồ quy trình đánh giá khả năng thu hồi bằng phương pháp ép

45

Hình 3.1. Kết quả XPS của carbon felt trước (A, C) và sau (B, D) chức hóa

46

Hình 3.2. Ảnh SEM sự phân bố xúc tác lên chất mang trước (A) và sau (B) khi chức
hóa
47
Hình 3.3. Hình thái bên ngoài (A, B) và ảnh SEM của mẫu trước (C), sau khi tổng
hợp (D, E, F)
48
Hình 3.4. Ảnh TEM mẫu vật liệu tại nhiệt độ tổng hợp 725 oC

49


Hình 3.5. Quá trình đánh siêu âm mẫu tổng hợp

49

Hình 3.6. Đường hấp phụ và giải hấp phụ của sản phẩm

50

Hình 3.7. Giản đồ TGA của carbon felt và C-CNTs

50

Hình 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất và giá trị BET

52

Hình 3.9. Ảnh SEM của mẫu ở các nhiệt độ tổng hợp khác nhau

53

Hình 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác đến hiệu suất và giá trị BET

54

Hình 3.11. Ảnh SEM các mẫu với nồng độ xúc tác khác nhau

54

Hình 3.12. Tính kỵ nước của Carbon felt (A) và C-CNTs (B)


55

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


viii
Hình 3.13. Góc thấm ướt giữa vật liệu và nước với hàm lượng CNTs khác nhau 56
Hình 3.14. Góc thấm ướt của vật liệu với dầu Diesel

56

Hình 3.15. Tốc độ hấp thu dầu của vật liệu

57

Hình 3.16. Khả năng hấp thu và lưu giữ dầu DO của các mẫu

57

Hình 3.17. Quá trình đốt để tái sinh mẫu sau khi hấp thu dầu

58

Hình 3.18. Q trình rửa bằng dung mơi để tái sinh mẫu sau khi hấp thu dầu

59


Hình 3.19. Quá trình ép cơ học tái sinh mẫu sau khi hấp thu dầu

59

Hình 3.20. Khả năng hấp thu và thu hồi dầu DO từ các phương pháp tái sinh

60

Hình 3.21. Khả năng thu hồi dầu DO bằng phương pháp ép

61

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


ix

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

BET

: Brunauer-Emmett –Teller

C-CNFs

: Carbon felt – carbon nanofibers

C-CNTs


: Carbon felt – carbon nanotubes

CNFs

: Carbon nanofibers (Carbon nano sợi)

CNTs

: Carbon nanotubes (Carbon nano ống)

CVD

: Chemical Vapor Deposition (Kết tụ hóa học trong pha hơi)

DO

: Diesel oil (dầu diesel)

HPHH

: Hấp phụ hóa học

HPVL

: Hấp phụ vật lý

HR-TEM : High-resolution Transmission Electron Microscope (Kính hiển vi điện
tử truyền qua độ phân giải cao)
LPG


: Liquified Petroleum Gas

IUPAC : International Union of Pure and Applied Chemistry (Liên minh Quốc
tế về Hóa học cơ bản và Hóa học ứng dụng)
MWCNTs: Multi-Walled Carbon Nanotubes (Carbon nano ống đa lớp)
OPEC : Organization of the Petroleum Exporting Countries (Hiệp hội các quốc
gia xuất khẩu dầu mỏ)
SEM

: Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử quét)

SWCNTs : Single-Walled Carbon Nanotubes (Carbon nano ống đơn lớp)
TEM

: Transmission Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử truyền qua)

TGA

: Thermogravimetric Analysis (Phân tích nhiệt trọng trường)

XPS

: X-ray Photoelectron Spectroscopy (Phổ quang điện tử tia X)

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ



1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Với sự phát triển của xã hội, việc sử dụng năng lượng đang ngày càng tăng lên.
Vì vậy, dầu mỏ đóng vai trị quan trọng trong việc cung cấp nguồn năng lượng để phục
vụ cho đời sống. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích mà nó mang lại, vấn đề trong quá
trình khai thác, chế biến, lưu trữ, sử dụng mà dầu mỏ gây ra cũng rất nghiêm trọng.
Trong số đó phải kể đến các sự cố tràn dầu trong q trình vận chuyển hay rị rỉ trong
quá trình dự trữ, khai thác, gây ra những hậu quả nghiêm trọng đến kinh tế, môi trường
sinh thái cũng như đời sống của con người. Vì vậy, việc đưa ra những giải pháp để giải
quyết vấn đề trên là rất cần thiết.
Một cách tổng quát thì các biện pháp này được chia làm 3 phương pháp: cơ học,
hóa học và sinh học. Biện pháp cơ học được xem là biện pháp tiên quyết để thu hồi dầu
tại nơi xảy ra sự cố. Ưu điểm của biện pháp này là khả năng khoanh vùng, khống chế
và thu gom nhanh chóng lượng dầu tràn tại hiện trường. Tuy nhiên, phương pháp này
khơng thể xử lý triệt để, dầu vẫn cịn lẫn trong nước. Do đó, sau q trình thu gom cần
phải sử dụng thêm các phương pháp xử lý khác nhằm giải quyết triệt để dầu cịn sót lại.
Đối với phương pháp hóa học, việc đưa thêm hóa chất vào mơi trường sẽ gây các ơ
nhiễm thứ cấp. Cịn phương pháp sinh học thường yêu cầu thời gian xử lý dài để các vi
sinh vật có thể phân hủy dầu hay các hợp chất hữu cơ.
Hiện nay, trong các phương pháp xử lý nước nhiễm dầu, quá trình hấp phụ đang
nhận được sự quan tâm bởi phương pháp này có nhiều ưu điểm như: chất hấp phụ được
sử dụng thường có giá thành khơng cao, ít gây ảnh hưởng đến mơi trường, có thể tái sử
dụng nhiều lần, hiệu quả thu hồi chất bị hấp phụ cao, ngoài ra quá trình vận chuyển và
thao tác với chất hấp phụ được thực hiện dễ dàng. Trong thực tế hiện nay, nhiều loại vật
liệu hấp phụ dầu đã và đang được nghiên cứu để đáp ứng nhu cầu cấp thiết này, chẳng
hạn như các loại vật liệu xốp, polymer, vật liệu nano, cũng như một số vật liệu khác.
Tuy nhiên, hiện các loại vật liệu này vẫn chưa được áp dụng nhiều vào thực tế bởi một
số nhược điểm của chúng.
Một số vật liệu xốp như foam melamin, foam carbon [6, 7], do hiệu ứng mao quản

nên có tính kỵ nước khơng cao, do đó khi sử dụng có thể hút cả nước và dầu. Vì vậy,
một số nghiên cứu đã được thực hiện nhằm tổng hợp, biến tính vật liệu để khắc phục
nhược điểm trên. Tuy nhiên, một số loại sau khi tổng hợp chẳng hạn như xốp melamin
formaldehyde và biến tính của nó lại khơng thể sử dụng nhiều lần để thu hồi dầu bằng
phương pháp đơn giản như vắt, ép do độ bền cơ học thấp, khung liên kết dễ bị phá vỡ
[8]. Do vậy, khi sử dụng các chất hấp phụ vừa nêu thì sau quá trình thu hồi, dầu bị hấp
phụ thường được đốt cháy. Nhưng, quá trình đốt cháy sẽ làm mất mát vật chất, khơng
có lợi về mặt kinh tế, hơn nữa quá trình đốt cháy sẽ thải ra các chất độc hại, gây ô nhiễm
mơi trường khơng khí cũng như ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Một số loại vật liệu

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


2
polymer tuy có khả năng hấp phụ cao, sử dụng được nhiều lần nhưng lại có chi phí sản
xuất cao và khó bị phân hủy sinh học, có thể gây ô nhiễm môi trường thứ cấp [1].
Trong những thập niên vừa qua, vật liệu nano, đặc biệt là vật liệu carbon nano đã
thu hút được sự quan tâm đặc biệt của cộng đồng các nhà khoa học bởi những tính chất
ưu việt của chúng [49]. Khi sử dụng vật liệu carbon nano vào việc xử lý nước nhiễm
dầu thì các đặc tính như diện tích bề mặt riêng lớn, tính ưu dầu cũng như tính kỵ nước
cao là những đặc tính thuận lợi cho khả năng hấp phụ lượng dầu lớn và hiệu quả làm
sạch nước cao. Vật liệu carbon nano có độ bền cơ học cao [9] nên có thể tách dầu hấp
phụ được bằng phương pháp cơ học. Tuy nhiên, trong quá trình tổng hợp, vật liệu carbon
nano thu được ở dạng bột rắn với kích thước rất nhỏ, do đó gây ra nhiều khó khăn trong
q trình sử dụng và thu hồi sau khi sử dụng. Vì vậy, việc tìm ra giải pháp để vừa có thể
tận dụng được những ưu điểm của vật liệu carbon nano, đồng thời hạn chế những nhược
điểm của chúng trong việc áp dụng vào xử lý nước nhiễm dầu đã nhận được sự quan
tâm bởi nhiều nhóm nghiên cứu [10, 11].

Carbon felt là sản phẩm cơng nghiệp, vật liệu này có nhiều tính chất ưu việt như
độ bền cơ, bền nhiệt tốt, là vật liệu khá trơ về mặt hóa học, đặc biệt carbon felt có tính
mềm dẻo, dễ uốn hay cuộn tròn lại nên dễ dàng thực hiện thao tác vắt, ép. Ngồi ra,
carbon felt là vật liệu có cấu trúc 3D, dễ dàng cắt chúng theo bất kỳ hình dạng mong
muốn nào. Tuy nhiên, loại vật liệu này có bề mặt riêng rất nhỏ (khoảng 1 m2/g) và tính
kỵ nước chưa cao [12, 13], tính chất này sẽ khơng thuận lợi nếu carbon felt được sử
dụng làm chất hấp phụ hay xử lý nước nhiễm dầu.
Từ những phân tích trên cho thấy, việc kết hợp hai loại vật liệu nhằm mục đích
vừa khắc phục những nhược điểm, đồng thời phát huy những ưu điểm của mỗi loại vật
liệu là hướng nghiên cứu thú vị và mở rộng khả năng ứng dụng của các nhóm vật liệu
này. Việc kết hợp hai loại vật liệu trên được thực hiện thông qua quá trình tổng hợp và
đưa đồng thời vật liệu carbon nano trên bề mặt carbon felt. Vật liệu composite thu được
sẽ khắc phục những nhược điểm của từng loại vật liệu riêng lẻ. Khi quá trình tổng hợp
được khống chế tốt thì composite tạo thành có bề mặt riêng đủ lớn, tính kỵ nước cao, có
độ bền nhiệt, bền cơ lớn và đặc biệt tính mềm dẻo, dễ uốn của carbon felt vẫn được giữ
nguyên, bảo đảm cho các thao tác vắt, ép.
Với đề xuất này, tác giả sẽ tận dụng tính dẫn nhiệt của carbon felt để tiến hành
tổng hợp và đưa đồng thời vật liệu carbon nano là CNTs lên bề mặt carbon felt. Quá
trình được tiến hành theo phương pháp kết tụ hóa học trong pha hơi (CVD: Chemical
Vapour Deposition) trong hệ thống gia nhiệt trực tiếp, sơ đồ hệ thống thiết bị tổng hợp
được trình bày trên hình 1.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


3

Hình 1. Sơ đồ hệ thống tổng hợp carbon nano trên bề mặt carbon felt

bằng phương pháp CVD
Hệ thống thiết bị trình bày trên hình 1 được thiết kế và sản xuất bởi hãng
Microphase - Nhật Bản với sự hỗ trợ kỹ thuật từ cơ quan khoa học và công nghệ Nhật
Bản (JST) và viện nghiên cứu chính phủ Nhật Bản. Hệ thống tổng hợp này cho phép thu
được sản phẩm trong thời gian ngắn, độ tin cậy cao, hơn nữa nhờ quá trình gia nhiệt
ngay tại mẫu tổng hợp nên giảm tiêu tốn về mặt năng lượng so với quá trình tổng hợp
trong những hệ CVD truyền thống.
Sản phẩm thu được sau quá trình tổng hợp sẽ được đánh giá các đặc tính (BET,
SEM, TEM, TGA, XPS) và khả năng xử lý nước nhiễm dầu thông qua nghiên cứu đánh
giá khả năng hấp thu dầu. Ngoài ra, đề xuất này cũng tập trung nghiên cứu đánh giá khả
năng thu hồi lượng dầu bị hấp thu và khả năng tái sử dụng nhiều lần của sản phẩm thu
được bằng phương pháp vắt, ép đơn giản và thân thiện với môi trường.
2. Mục tiêu nghiên cứu
• Nghiên cứu tổng hợp và đưa vật liệu carbon nano trên bề mặt carbon felt
bằng phương pháp CVD, đánh giá đặc tính sản phẩm tổng hợp và khảo sát
các yếu tố tổng hợp ảnh hưởng lên các tính chất composite thu nhận được,
• Đánh giá khả năng, hiệu quả hấp thu, khả năng thu hồi một số sản phẩm dầu
mỏ và khả năng tái sử dụng của vật liệu.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Tổng hợp xúc tác.
- Tổng hợp carbon nano được định hình trên carbon felt.
- Đánh giá đặc tính và vi cấu trúc của vật liệu.
- Nghiên cứu khả năng hấp thu dầu của vật liệu.
Tổng hợp vật liệu carbon nano/carbon felt bằng phương pháp CVD dựa trên
nguồn nguyên liệu và các thiết bị, hóa chất, dụng cụ sau đây:
➢ Nguồn nguyên liệu:
- Ethanol: nguồn Carbon cho quá trình tổng hợp carbon nano.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.


Lưu hành nội bộ


4
- Khí N2: đuổi khí O2 trước khi tổng hợp, nhằm đảm bảo an tồn cho q trình
thí nghiệm.
➢ Xúc tác: nguồn nguyên liệu để tổng hợp chất xúc tác.
-Tiền chất của pha hoạt tính được sử dụng là muối sắt nitrate Fe(NO 3)3.9H2O có
độ tinh khiết trên 98,5%.
- Chất mang xúc tác: carbon felt.
➢ Thiết bị, dụng cụ, hóa chất:
- Máy đo bề mặt riêng theo lý thuyết Brunauer-Emmett-Teller (BET).
- Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope - SEM).
- Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscope - TEM).
- Máy phân tích nghiệt trọng trường (Thermalgravimetric Analysis - TGA).
- Máy phân tích phổ quang điện tử tia X (X-ray Photoelectron Spectroscopy –
XPS).
- Bể siêu âm.
- Tủ sấy.
- Lò nung.
- Hệ thống tổng hợp CVD.
- Cân phân tích 4 số thập phân.
- Xy ranh.
- Cốc thủy tinh.
- Pipet.
- Bình tam giác.
- Hóa chất: khí N2, HNO3, Ethanol, nước cất,… dùng để chuẩn bị xúc tác, xử lý chất
mang cho quá trình tổng hợp composite. Dầu Diesel được sử dụng cho việc đánh giá độ
hấp thu dầu của vật liệu composite.
Các nghiên cứu được thực hiện tại phịng thí nghiệm thuộc bộ mơn Cơng nghệ hóa

học Dầu và Khí, khoa Hóa, trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng.
4. Phương pháp nghiên cứu
Từ tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài ở trong và ngồi nước
có thể thấy rằng việc nghiên cứu vật liệu có khả năng xử lý nước nhiễm dầu, tái sử dụng
nhiều lần là vấn đề rất cần thiết. Vật liệu nghiên cứu là vật liệu có thể tổng hợp với số
lượng lớn, quy trình và thiết bị tương đối đơn giản. Đây cũng là ý tưởng tiếp cận nghiên
cứu vật liệu xốp xử lý dầu thu hút nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu bởi đây cũng là
một lĩnh vực rộng lớn trong ngành vật liệu nhằm tìm kiếm một loại vật liệu hội đủ nhiều
ưu điểm.
Nghiên cứu sử dụng phương pháp tốn học để tính tốn hiệu suất thu sản phẩm
trong các điều kiện khác nhau, đánh giá độ tinh cậy của thiết bị và các phương pháp
phân tích hố lý hiện đại nhằm đánh giá các đặc tính của sản phẩm thu được.
- Luận văn này được thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


5
- Chụp hình thái của vật liệu tổng hợp được bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM).
- Kiểm tra vi cấu trúc của vật liệu tổng hợp bằng kính kính hiển vi điện tử truyền
qua (TEM).
- Xác định diện tích bề mặt, đường kính mao quản, thể tích lỗ xốp bằng phương
pháp hấp phụ đẳng nhiệt nitơ lỏng (BET).
- Xác định khả năng bền oxy hóa của vật liệu bằng phân tích nhiệt trọng trường
(TGA).
- Đánh giá kết quả chức hóa chất mang bằng phân tích phổ quang điện tử tia X
(XPS).
- Đánh giá khả năng bám dính của carbon nano trên chất mang bằng phương pháp

siêu âm.
- Xử lý và khai thác số liệu của các nghiên cứu cấu trúc, loại trừ, xác định các
đặc trưng của đồ thị.
- Đánh giá độ tin cậy của phương pháp tổng hợp bằng thống kê.
- Khảo sát khả năng hấp phụ và lưu giữ dầu của vật liệu nano composite để lựa
chọn lượng xúc tác được đưa lên chất mang nhằm tạo ra lượng carbon nano trên chất
mang phù hợp.
5. Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài
5.1. Ý nghĩa thực tiễn
Việc chế tạo thành công vật liệu nano được định hình trên chất mang có cấu trúc
có ý nghĩa thực tiễn lớn đó là phục vụ cho việc ứng dụng làm chất hấp phụ, chất mang
xúc tác. Ngành cơng nghiệp dầu khí dẫn đến các vấn đề về mơi trường, trong đó có ơ
nhiễm nguồn nước vì các chất độc hại thải ra từ các nhà máy mà không qua xử lý, vật
liệu nano composite ra đời tạo ra một phương án mới để giải quyết vấn đề này.
5.2.

Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp kết tụ hóa học trong pha hơi CVD để tổng
hợp carbon trên bề mặt một số loại vật liệu khác nhau nhằm tạo ra những loại vật liệu
composite có bề mặt riêng đủ lớn, với hình dạng và kích thước mong muốn và có thể sử
dụng làm chất mang cho xúc tác hoặc làm chất hấp phụ trong nhiều dạng thiết bị khác
nhau, đặc biệt là thiết bị với tầng xúc tác cố định. Việc nghiên cứu và tìm ra quy trình
cơng nghệ phù hợp để tổng hợp carbon nano gắn lên chất mang có cấu trúc có ý nghĩa
rất quan trọng, nhằm đáp ứng được những yêu cầu cấp bách về mặt khoa học, làm chủ
được công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực công nghệ nano.
6. Bố cục của luận văn
Nội dung của luận văn này được chia làm 3 phần chính:
➢ Chương 1: Tổng quan lý thuyết


THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


6
Khát quát chung về vai trò dầu mỏ trong đời sống, những sự cố tràn dầu và hậu
quả của chúng đối với môi trường sinh thái và giới thiệu tổng quan về vật liệu carbon
nano.
➢ Chương 2: Thực nghiệm
Giới thiệu thiết bị tổng hợp CVD, quy trình tổng hợp vật liệu, các phương pháp
đánh giá đặc tính sản phẩm và đánh giá khả năng hấp thu dầu của vật liệu.
➢ Chương 3: Kết quả và thảo luận
Đưa ra các kết quả khảo sát đặc tính sản phẩm như ảnh SEM, TEM, đo BET, TGA,
các kết quả định tính, định lượng về khả năng hấp thu dầu của vật liệu nano composite.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


7
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1.

Vai trò của dầu mỏ

Với sự tăng trưởng nhanh chóng của nền kinh tế và xã hội, nhu cầu sử dụng dầu
mỏ đang tăng lên khơng ngừng, bởi vì dầu mỏ là nguồn năng lượng chính và là nguồn
ngun liệu thơ cho việc sản xuất điện và cũng là nhiên liệu của tất cả các phương tiện

giao thông vận tải. Hơn nữa, dầu cũng được sử dụng trong công nghiệp để sản xuất
nhiều sản phẩm hóa dầu, polymer và nhiều sản phẩm khác. Vì thế dầu thường được ví
như là "vàng đen".
Ở quy mơ cơng nghiệp, trên thế giới, dầu mỏ đã được bắt đầu khai thác từ thế kỷ
19 ở 3 nước là Mỹ, Nga và Rumani. Đến đầu thế kỷ 20, dầu mỏ được khai thác ở 20
quốc gia, nhưng tập trung chủ yếu ở 3 nước: Mỹ, Venezuela và Nga. Đến năm 1940,
dầu mỏ đã được khai thác ở hơn 40 quốc gia và tập trung chủ yếu ở Mỹ, Liên Xô,
Venezuela và Iran. Số quốc gia khai thác dầu mỏ năm 1970 đã tăng lên 60 và đến cuối
năm 1990 là 95. Trong những năm 1960, hơn nửa sản lượng dầu mỏ được khai thác ở
các nước Tây bán cầu, nhưng sau đó sự thống trị trong khai thác dầu mỏ đã chuyển dần
sang các nước Đông bán cầu. Từ năm 1990 đến nay, sản lượng dầu thô đã tăng liên tục,
từ 3177 triệu tấn/1990 lên 4437 triệu tấn/2019 [50].

Hình 1.1. Sản lượng dầu thô trên thế giới trong 30 năm qua (1990-2019)
Tổ chức các nước xuất khẩu dầu mỏ (OPEC) là một tổ chức được thành lập vào
tháng 9 năm 1960 tại Baghdad, Iraq bởi năm thành viên đầu tiên, bao gồm Ả Rập Saudi,
Iran, Iraq, Kuwait, và Venezuela. Các thành viên được kết nạp sau đó bao gồm Qatar,
Indonesia, Libya, Algeria, Nigeria, Ecuador, Gabon, Angola, Các Tiểu vương quốc Ả
Rập Thống nhất và Guinea Xích đạo sau đó gia nhập OPEC [14]. OPEC được thành lập
nhằm thống nhất và phối hợp các chính sách về dầu mỏ của các quốc gia thành viên.
Vào đầu những năm 1970, OPEC bắt đầu có tầm ảnh hưởng về mặt kinh tế và chính trị,
các cơng ty dầu khí và các quốc gia xuất khẩu dầu khí phải đối mặt lượng dầu xuất khẩu
không đồng nhất. Tổ chức này đã sử dụng dầu mỏ như là vũ khí trong cuộc xung đột ở

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


8

Trung Đông và tạo ra cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào năm 1973 [51] và nhiều cuộc chiến
xung đột khác trên thế giới. Trong bối cảnh hiện nay, tình trạng khan hiếm dầu mỏ kèm
theo nhu cầu ngày càng tăng của chúng đã lôi kéo mọi quốc gia, đặc biệt là các nước lớn
vào cuộc chiến này. Nhằm đảm bảo sự phát triển bền vững của mình, các quốc gia trên
thế giới đang vận động mạnh mẽ, tìm mọi cách để đảm bảo, và tăng cường nguồn cung
dầu ổn định cho mình.
Cùng với việc phát triển của xã hội, nhu cầu sử dụng năng lượng tăng lên rất nhiều,
trong đó dầu mỏ là nguồn năng lượng chiếm một lượng rất lớn. Tuy nhiên, với việc phát
triển đó sẽ kèm theo những hệ lụy đến môi trường. Việc sử dụng dầu mỏ sẽ thải ra môi
trường những chất độc hại, gây ơ nhiễm khơng khí, nước, đất… Trong số đó phải kể đến
sự ô nhiễm do các sự cố tràn dầu trong quá trình vận chuyển, tồn chứa, sản xuất gây ra.
1.2. Vấn đề ô nhiễm môi trường do sự cố tràn dầu
Trong những năm gần đây, bên cạnh vấn đề về kinh tế xã hội, nhân loại đang thực
sự quan tâm đến các vấn đề về mơi trường, bởi nó là một trong những nguyên nhân ảnh
hưởng nghiêm trọng đến vấn đề về sức khỏe của con người trong đời sống. Đặc biệt là
ô nhiễm nguồn nước và đại dương trên trái đất. Nguyên nhân của sự ô nhiễm này đến từ
nhiều yếu tố và nguồn gây ô nhiễm khác nhau, trong đó đặc biệt phải kể đến dầu mỏ và
sự cố tràn dầu.
1.2.1. Định nghĩa về thuật ngữ tràn dầu [52]
Tràn dầu là sự giải phóng hydrocarbon dầu mỏ lỏng vào môi trường do các hoạt
động của con người và gây ra ô nhiễm môi trường. Thuật ngữ này thường đề cập đến
các vụ dầu tràn xảy ra trong mơi trường biển hoặc sơng. Dầu có thể bao gồm nhiều loại
khác nhau từ dầu thô, các sản phẩm lọc dầu (như xăng hoặc dầu diesel), bồn chứa dầu
của các tàu, dầu thải hoặc chất thải dính dầu. Việc phát tán này có thể cần hàng tháng
hoặc thậm chí hàng năm để có thể dọn sạch.
Dầu cũng được giải phóng vào mơi trường do rị rỉ tự nhiên từ các cấu trúc địa chất
chứa dầu dưới đáy biển. Hầu hết các vụ ô nhiễm dầu do con người đều từ hoạt động trên
mặt đất, nhưng các vấn đề nổi trội đặc biệt hướng về các hoạt động vận chuyển dầu trên
biển.
1.2.2. Mức độ và nguồn gây sự cố tràn dầu

a. Mức độ
Sự cố tràn dầu được phân theo số lượng dầu tràn ở 3 mức từ nhỏ, trung bình đến
lớn [53]. Cụ thể:
-

Sự cố tràn dầu nhỏ (mức nhỏ) là sự cố tràn dầu có lượng dầu tràn dưới 20 m3 (tấn),

-

Sự cố tràn dầu trung bình (mức trung bình) là sự cố tràn dầu có lượng dầu tràn từ
20 m3 (tấn) đến 500 m3 (tấn),

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


9
-

Sự cố tràn dầu lớn (mức lớn) là sự cố tràn dầu có lượng dầu tràn lớn hơn 500
m3 (tấn).

Việc phân loại mức độ sự cố tràn dầu nhằm xây dựng kế hoạch ứng phó và xác
định mức độ đầu tư trang thiết bị, nguồn lực để chuẩn bị sẵn sàng, ứng phó kịp thời đối
với các cấp độ ứng phó khác nhau.
Theo một thống kê, mức độ tràn dầu chủ yếu xảy ra trong giai đoạn 1970 đến 1980,
đang có xu hướng giảm trong những năm gần đây.

Hình 1.2. Biểu đồ cho thấy xu hướng tràn dầu trên toàn cầu từ tàu chở dầu [54]

b. Nguồn gây sự cố tràn dầu
Tràn dầu thường xảy ra trong các hoạt động tìm kiếm, thăm dị, khai thác, vận
chuyển, chế biến, phân phối, tàng trữ dầu và các sản phẩm của dầu mỏ. Nguyên nhân
trực tiếp thường là rò rỉ hoặc vỡ đường ống, bể chứa dầu, tai nạn đâm và gây thủng tàu,
đắm tàu, sự cố tại các giàn khoan dầu khí, cơ sở lọc hóa dầu, hoạt động tàu thuyền khi
cập cảng để bốc xếp hàng hoá cũng phát sinh nhiều nước thải nhiễm dầu.
Một thống kê cho thấy, trong giai đoạn 1970 đến 2020, 50% các vụ tràn lớn đã xảy
ra khi các tàu đang tiến hành ở vùng nước lộ thiên, các va chạm và bị mắc cạn chiếm
58% nguyên nhân của các vụ tràn này. Cũng chính những ngun nhân này, tỷ lệ tràn
dầu thậm chí cịn cao hơn (99%) khi các tàu đang hoạt động trong vùng nước nội địa
hoặc vùng biển hạn chế [54].

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


10

Hình 1.3. Tỷ lệ các vụ tràn dầu lớn theo hoạt động tại thời điểm xảy ra sự cố
và nguyên nhân chính gây ra tràn dầu giai đoạn 1970-2020 [54]
1.2.3. Những ảnh hưởng của sự cố tràn dầu
a. Ảnh hưởng đến kinh tế
Sự cố tràn dầu đã và đang ảnh hưởng rất lớn đến các ngành kinh tế, đặc biệt là du
lịch và nuôi trồng, đánh bắt thủy hải sản [55].
➢ Du lịch: Ô nhiễm dầu ảnh hưởng đến con người trực tiếp nhất bằng cách làm ô
nhiễm các bãi biển giải trí. Dầu từ các vụ tràn trên biển sẽ đi vào các bãi biển,
bám lại trên cát, từ đó có thể bám vào người hoặc quần áo, gây khó khăn cho
khách du lịch. Hơn nữa, dầu trên bãi cát làm mất mỹ quan của biển, ảnh hưởng
đến sức thu hút khách du lịch. Các nhà quản lý du lịch phải bỏ ra một khoản chi

phí lớn để giải quyết vấn đề. Ngoài ra, du lịch trên biển cũng bị ảnh hưởng, nhiều
chuyến hành trình đã bị hủy do sự cố này. Các hoạt động trên bãi biển có thể
khơng được diễn ra. Bên cạnh đó, trong một số trường hợp thời tiết biển khơng
thuận lợi như bão, sóng lớn, dầu có thể bị kéo theo các con sóng, bắn lên vào
khơng khí, bị cuốn và bám vào các tòa nhà, xe cộ, vật dụng…, đòi hỏi phải bỏ ra
chi phí để xử lý, vệ sinh. Các nhà hàng, khách sạn, quán café… theo đó cũng bị
ảnh hưởng.
➢ Nghề nuôi trồng, đánh bắt thủy hải sản: Sự cố tràn dầu có thể gây ra thiệt hại
nghiêm trọng cho nguồn lợi thủy hải sản và ni trồng thủy sản. Ơ nhiễm có thể
ảnh hưởng đến trữ lượng khai thác, ni trồng và làm gián đoạn các hoạt động
kinh doanh do dụng cụ bị làm bẩn hoặc cản trở việc tiếp cận các địa điểm đánh
bắt.
Mức độ ảnh hưởng kinh tế của ngành thủy hải sản sau sự cố tràn dầu sẽ phụ thuộc

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


11
vào một số yếu tố như: đặc điểm của dầu tràn, hồn cảnh và loại hình hoạt động
đánh bắt hoặc kinh doanh bị ảnh hưởng. Các đặc điểm của môi trường biển và bờ
biển cũng đóng một vai trị trong việc xác định phạm vi và mức độ của các tác
động kinh tế. Tương tự, mức độ mất niềm tin của thị trường đối với chất lượng
thủy sản từ khu vực bị ảnh hưởng cũng là một yếu tố chính.
➢ Một số ngành nghề khác: Bên cạnh du lịch và thủy hải sản, một số ngành nghề
khác cũng bị ảnh hưởng, mất nguồn thu. Chẳng hạn như hàng hải, công nghiệp
tàu thuyền, làm muối, nơng nghiệp, các di tích, thắng cảnh, công nghiệp năng
lượng…
b. Ảnh hưởng đến hệ sinh thái

Khi dầu tồn tại trong mơi trường, nó sẽ bị phân tán ở lớp trên cùng của nước (vùng
ven biển). Nếu dầu khơng được phân tán, nó vẫn cịn trên bề mặt. Trong trường hợp này,
các dòng chảy đưa dầu đến các khu vực ven biển gây hại cho các sinh vật ven biển như
động vật không xương sống, động vật có vú và chim. Tuy nhiên, nếu dầu bị phân tán,
các sinh vật, chẳng hạn như cá, sinh vật phù du và ấu trùng, sẽ ngay lập tức bị nhiễm
độc dầu [15, 56].
➢ Chim: Có lẽ những ảnh hưởng lớn nhất của ơ nhiễm dầu là trên các lồi chim biển.
Nhiều hình ảnh thảm hại về những con chim chết, bị dính dầu. Những con chim
bị dính dầu khơng thể bay. Khi bộ lơng của chúng bị dính dầu, chúng có thể bị
mất khả năng cách nhiệt chống lạnh và dẫn đến chết. Những con chim đang rỉa
dầu, cố gắng để loại bỏ dầu, và do đó ăn phải một số loại dầu gây viêm ruột nặng.
Hàng trăm nghìn cá thể bị chết mỗi năm. Từ đó dẫn đến tỷ lệ các lồi chim biển
đang giảm dần, trong đó có một số loài quý hiếm, đẩy chúng đứng trước bờ tuyệt
chủng. Dầu còn ảnh hưởng đến khả năng nở của trứng chim.
➢ Động vật biển có xương sống và khơng có xương sống: Tác dụng của dầu đối với
cá khơng rõ ràng. Các thành phần khác nhau của dầu mỏ có mức độ độc hại trên
một lồi cá nhất định. Cá bơi tự do có thể tránh được những khu vực ô nhiễm
dầu. Tuy nhiên, cá bị mắc kẹt trong khu vực ô nhiễm dầu, và cả động vật giáp
xác, sẽ có ảnh hưởng xấu. Độc tính của một loại dầu cụ thể phụ thuộc vào các
thành phần hòa tan trong nước của nó hoặc khi nó tiếp xúc trực tiếp với sinh vật
nước biển. Dầu thơ có thể làm tắc nghẽn mang cá. Báo cáo của Iiampson và
Sanders (1969) tìm thấy một số lượng lớn cá chết sau một vụ dầu tràn tại West
Falmouth, Massachusetts. Tôm hùm cũng được phát hiện đã chết dọc theo bờ.
Blumer (1969) cho rằng những kết quả này cho thấy rằng cá không thể bơi xung
quanh dầu tràn. Trong một báo cáo của North (1965) cho thấy, toàn bộ các loài
như bào ngư, trai, vẹt, nhím biển và các động vật khác của vùng bãi triều đã bị
chết do sự cố tràn dầu từ Tampico Maru. Một sự kiện thảm khốc tương tự đã xảy
ra do tràn 10000 tấn dầu thô từ tàu chở dầu Argea Prima. Tơm hùm, cua, nhím
biển, sao biển, hải sâm, bạch tuộc, mực, rùa biển, và nhiều loại cá đã chết (DiazPiferrer 1962).


THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


12
➢ Thực vật biển: Ở một khía cạnh khác, thực vật thủy sinh rất quan trọng đối với
hoạt động của hệ sinh thái. Thực tế là chúng như là nhà máy sản xuất oxy, có khả
năng cơ lập carbon và chiếm một vị trí cơ bản trong chuỗi thức ăn thủy sản. Ngồi
ra, chúng cịn là nơi sinh sống, nơi ăn và sinh sản của nhiều loài động thực vật
khác nhau, bao gồm cả những loài cá quan trọng về mặt thương mại và giải trí.
Sự cố tràn dầu đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến các loài thực vật biển và các lồi
động vật có liên quan đến chúng. Ơ nhiễm dầu có thể làm hại đến hệ thống rừng
ngập mặn. Một số nghiên cứu cho thấy các đầm lầy ngập mặn bị phá hủy nghiêm
trọng. Nói chung, dầu cản trở q trình quang hợp và thốt hơi nước, có thể do
làm tắc nghẽn khí khổng. Dầu làm hỏng màng tế bào dẫn đến rò rỉ các chất bên
trong tế bào. Một ví dụ cho thấy, năm 1986, hơn 8 triệu lít dầu thơ tràn vào một
khu vực gồm rừng ngập mặn, cỏ biển và rạn san hơ, ngay phía đông lối vào Caribe
dẫn đến kênh đào Panama. Rừng ngập mặn vùng triều, cỏ biển, tảo và các động
vật không xương sống liên quan bị dầu bao phủ và chết ngay sau đó. Các nhà
điều tra báo cáo rằng cây con của cây đước đỏ, góc đước, được cấy vào các vị trí
có nhiều dầu, khơng ra lá mới. Tồn bộ thảm thực vật biển vùng triều Thalassiat
estudinum đã bị chết trên một số bãi đá ngầm có nhiều dầu, thể hiện qua những
chiếc lá chết phủ đầy dầu dạt vào bờ biển, cũng như những thảm thân rễ đã chết
nhưng cịn ngun vẹn. Một ví dụ khác về tác động tràn dầu đối với thực vật rừng
ngập mặn là vào tháng 12 năm 2000, 500 cây ngập mặn trong khu bảo tồn rộng
6,34 ha ở Hồng Kông đã bị chết do sự cố tràn dầu nhập lậu.
1.3. Một số biện pháp xử lý sự cố tràn dầu [1, 57]
Sự phát triển nhanh chóng của xã hội và nền kinh tế hiện đại với nhu cầu ngày
càng tăng về năng lượng đã thúc đẩy việc khai thác và vận chuyển dầu ngoài khơi, dẫn

đến những thảm họa bất ngờ như tràn dầu. Dầu tràn là mối đe dọa đối với thủy sinh hệ
sinh thái và tồn bộ mơi trường nói chung. Vì vậy, việc tìm ra những giải pháp để khắc
phục sự cố này là một vấn đề rất cấp thiết. Các biện pháp dùng để xử lý dầu tràn có thể
liệt kê thành 3 nhóm chính. Nhóm thứ nhất bao gồm các biện pháp cơ học (vật lý) như
phao quây dầu và máy hút dầu, nhóm thứ hai là các biện pháp hoá học như chất phân
tán, đốt cháy hoặc dùng chất hấp phụ, và nhóm thứ ba là các biện pháp sinh học. Trong
thực tế, sự kết hợp của tất cả các biện pháp trên sẽ xử lý hiệu quả hơn.
1.3.1. Biện pháp cơ học
Là biện pháp quây gom, dồn dầu vào vị trí nhất định để tránh dầu lan trên diện
rộng. Một số biện pháp cơ học thường được sử dụng như:
- Dùng phao giữ dầu nổi trên mặt nước, khi dầu được cố định bằng phao, bước
tiếp theo là cần phải gỡ bỏ dầu ra khỏi mặt nước bằng cách kết hợp với một số biện pháp
khác như hấp thu, phân tán…
- Dùng máy hút dầu giống như thiết bị làm sạch chân không hấp thu dầu trên mặt
nước. Cách này chỉ sử dụng được đối với diện tích dầu loang hẹp và dịng nước tĩnh.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


13
Ưu điểm của biện pháp này là ngăn chặn, khống chế và thu gom nhanh chóng
lượng dầu tràn tại hiện trường. Vì vậy, biện pháp cơ học được xem là tiên quyết cho
cơng tác ứng phó sự cố tràn dầu tại các sông, cảng, biển. Song, việc xử lý sự cố tràn dầu
bằng phương pháp cơ học là không triệt để, vết dầu vẫn còn lại, sẽ ảnh hưởng tới con
người, mơi trường và sinh vật.
1.3.2. Biện pháp hóa học
Biện pháp hóa học liên quan đến việc phân tán dầu trên biển bằng các hợp chất
hóa học (chất phân tán, chất hoạt động bề mặt, các chất keo tụ…), sử dụng chất hấp phụ,

hoặc đốt tại chỗ hoặc chuyển đến vị trí khác để xử lý. Sử dụng các hóa chất làm kết tủa
hoặc trung hòa dầu tràn, thường thực hiện bằng các phương tiện như trực thăng và trên
phạm vi rộng lớn.
➢ Chất phân tán
Các chất phân tán có tác dụng phân tán dầu để đẩy nhanh tiến độ tách dầu ra khỏi
mặt nước. Chúng là các chất hoạt động bề mặt, thành phần cấu tạo bao gồm phần ưa
nước và phần ưa dầu, thường được sử dụng dưới dạng các sản phẩm thương mại như
IFO-180, IFO-380, COREXIT-950… Tác nhân phân tán hoạt động như chất tẩy rửa, có
tác dụng làm giảm bớt lực căng bề mặt giữa dầu và nước tạo ra những giọt dầu nhỏ.
Điều này giúp làm tăng tốc q trình pha lỗng và phân hủy sinh học của dầu, và có thể
làm giảm thiệt hại gây ra bởi dầu nổi trên mặt biển cho một số tài ngun, lồi chim
biển, ví dụ như giảm thiệt hại ở bờ biển nhạy cảm, nơi có rừng ngập mặt, loài chim quý.
Việc sử dụng các chất phân tán trong khắc phục sự cố tràn dầu mang lại một số lợi
ích sau:
- Chất phân tán có thể sử dụng được trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt (như các
vùng biển gồ ghề, gió mạnh và sóng nhiều).
- Chất phân tán sử dụng được cho các vùng rộng bị nhiễm dầu, đặc biệt những nơi
máy bay có thể sử dụng được, nơi vùng sâu vùng xa, đây cũng là một thuận lợi so
với các phương pháp khác.
- Chất phân tán thúc đẩy quá trình phân hủy dầu bằng cách tăng diện tích bề mặt có
sẵn của vi khuẩn. Kết quả dầu bị phân hủy tạo thành sản phẩm cuối cùng vô hại.
- Chất phân tán làm giảm khả năng kết dính của dầu với các lớp trầm tích, bờ biển,
tàu, thuyền,…
Tuy nhiên tại thời điểm sử dụng các chất phân tán hóa học có thể gây ảnh hưởng
xấu đến sinh vật tiếp xúc với chất phân tán: san hô, động vật biển… Do tác động xấu
của chất phân tán đối với sinh vật sống trong vùng xử lý dầu và những tác dụng phụ của
chất phân tán còn lại trong nước sau khi xử lý nên việc sử dụng chất phân tán bị hạn
chế. Theo điều tra khảo sát việc khắc phục sự cố tràn dầu bằng các chất phân tán ở các
quốc gia Châu Âu trong khoảng 10 năm từ 1995-2005 cho thấy với các quốc gia thuộc


THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


14
khối liên minh Châu Âu thì việc sử dụng chất phân tán trong việc xử lý dầu bị hạn chế,
chỉ được dùng phổ biến ở một số nước như Cyprus, Pháp, Anh.
Đối với việc sử dụng các chất hóa học dạng chất tẩy rửa, thơng thường các hóa
chất này chỉ xử lý được dầu tràn ở mức độ nhỏ và tồn tại dưới dạng phân tán với nước.
Khi các hợp chất hóa học này phân hủy có thể gây phá hủy môi trường biển.
➢ Chất hấp phụ dầu
Các chất hấp phụ là các chất có khả năng hấp phụ dầu và tách chúng khỏi mặt
nước. Chúng là các vật liệu có cấu trúc xốp, đặc biệt có khả năng hấp thu dầu và kỵ
nước. Dầu sẽ hình thành một lớp chất lỏng trên bề mặt của chất hấp phụ. Chất hấp phụ
này hấp phụ các hỗn hợp dầu tràn, vương vãi ở các dạng nguyên, nhũ hóa từng phần hay
bị phân tán trên mặt nước. Đặc biệt chất hấp phụ chỉ hấp thu dầu chứ khơng hấp thu
nước. Q trình hấp phụ là quá trình các chất lỏng khuếch tán vào trong chất rắn, làm
cho chất rắn trương lên và phần tử chất lỏng kết hợp với vật liệu hấp phụ. Q trình này
diễn ra tương tự như hoạt tính mao dẫn.
Nhóm các chất hấp phụ được sử dụng rộng rãi trong việc khắc phục sự cố tràn dầu
do chúng có khả năng hấp phụ chọn lọc dầu và tách hoàn toàn dầu khỏi vùng bị tràn
dầu. Ngoài ra, nhiều chất hấp phụ, trong nhiều trường hợp cịn có thể tái sử dụng nhiều
lần. Việc đưa các chất hấp phụ tới vùng dầu tràn sẽ dễ dàng chuyển dầu từ dạng lỏng
sang dạng bán rắn, việc thu hồi dầu có thể được thực hiện bằng cách di chuyển khối chất
hấp thu sau đó. Một số ưu điểm nổi bật của chất hấp phụ bao gồm tính kỵ nước và ưa
dầu, khả năng, tỷ lệ hấp thu cao, dầu được thu hồi lại một cách dễ dàng bằng cách ép
vật liệu. Vật liệu hấp phụ dầu có thể chia làm ba nhóm chính: chất hấp phụ vơ cơ tự
nhiên như đất sét, cát, tro núi lửa; chất hấp thu hữu cơ tự nhiên bao gồm bùn, mùn cưa,
lông, và một số vật liệu tự nhiên chứa carbon; chất hữu cơ tổng hợp như polyethylene,

polyester xốp hoặc polystyren. Ưu điểm của loại này là bền hơn nhiều so với các chất
hữu cơ tự nhiên, khả năng kỵ nước cao.
Sử dụng các phương pháp phân hủy hóa học để xử lý dầu khi lượng dầu tràn ra
khơng lớn hoặc trong một số rị rỉ nhỏ tại các bồn chứa xăng dầu. Phương pháp này chủ
yếu là dùng các chất xúc tác chuyển hóa dầu dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời. Có
thể dùng chất hấp phụ dạng xốp kiểu silicagen để hấp phụ dầu trên bề mặt rồi dùng các
chất có hoạt tính xúc tác cao như hạt nano TiO2 để oxy hóa chuyển hóa dầu.
Trong phương pháp hóa học, ngồi việc sử dụng các chất phân tán, các chất hấp
phụ thì các chất hóa rắn cũng được sử dụng. Các chất hóa rắn là các vật liệu khơ, chúng
phản ứng với dầu tạo thành một khối, khối hóa rắn này sẽ nổi lên trên mặt nước và được
thu hồi cùng với dầu.
1.3.3. Biện pháp sinh học
Biện pháp sinh học là biện pháp sử dụng các chế phẩm vi sinh kích thích q trình
sinh trưởng và phát triển của một số lồi vi sinh vật phân hủy dầu, nguồn hydrocarbon

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ