https://app.box.com/s/6iki6tt8ie6uwff6d6j8qslscs088s9r

1. 15 ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC KỸ THUẬT
DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP
THÀNH PHỐ LẦN THỨ TƯ NĂM HỌC 2014 -
2015 (SỞ GIÁO DỤC HÀ NỘI)
WORD VERSION | 2023 EDITION
ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL
TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM
Đ Ề T À I D Ự T H I K H O A H Ọ C
K Ỹ T H U Ậ T
Ths Nguyễn Thanh Tú
eBook Collection
Hỗ trợ trực tuyến
Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon
Mobi/Zalo 0905779594
vectorstock.com/15041552
Tài liệu chuẩn tham khảo
Phát triển kênh bởi
Ths Nguyễn Thanh Tú
Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật :
Nguyen Thanh Tu Group

2. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI
TRƯỜNG THPT Hà Nội – Amsterdam, Cầu Giấy
**************
ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT
DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ
LẦN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014 - 2015).
Tên đề tài: MODULE CHUYỂN ĐỔI NƯỚC BIỂN THÀNH NƯỚC NGỌT SỬ
DỤNG LƯỚI KIM LOẠI VÀ MÁY PHUN SƯƠNG
Lĩnh vực: Kỹ thuật điện và cơ khí
NGƯỜI HƯỚNG DẪN
- Tiến sĩ Đinh Trần Phương
- Đơn vị công tác Hà Nội-Amsterdam
TÁC GIẢ:
Nguyễn Doãn Hoàng
Lớp: 11L Trường: Hà Nội Amsterdam
Hà Nội, tháng 12 năm 2013
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

3. D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

4. TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Chuyển nước biển thành nước ngọt đóng vai trò rất quan trọng trong việc giải quyết
nhu cầu nước sạch trên thế giới. Trong bản báo cáo này, tôi xin trình bày phương pháp
chuyển nước biển thành nước sinh hoạt. Thiết bị là một module cỡ nhỏ để bay hơi nước
biển thành nước ngọt, nhiều module cỡ nhỏ có thể kết hợp tạo thành một hệ thống nhằm
tăng lượng nước thu được, phù hợp theo nhu cầu người sử dụng. Trong một hộp kín nhằm
tạo hiệu ứng nhà kính, nước biển được phun sương xuống một tấm lưới kim loại, tạo thành
một màng nước mỏng bám trên lưới. Màng nước được mặt trời cung cấp năng lượng giúp
bay hơi bề mặt. Sau đó hơi nước được dẫn sang vỏ bay hơi, có nhiệt độ khoảng 20 độ C .
Do sự chênh lệch nhiệt độ lớn nên hơi nước sẽ bị ngưng tụ thành nước. Thiết bị có nguyên
lý hoạt động khác với các phương pháp thông thường chuyển nước biển thành nước ngọt
như phương pháp sử dụng nhiệt, thẩm thấu ngược, điện phân tách ion. Thay vì tương tác
trực tiếp với nước biển, tách riêng muối và nước, phương pháp này tận dụng tối đa những
điều kiện sẵn có trên biển như độ ẩm trong không khí cao, không gian rộng, cường độ ánh
sáng mạnh và dồi dào,… Nghiên cứu lý thuyết, với độ ẩm trong không khí khoảng 80%-
82% , nhiệt độ làm nóng hơi nước khoảng 30-35 độ C thì 100 module cỡ 25x10x15, chiếm
diện tích 250cm x 110cm thu được 10 lít trong 6 giờ. Khi kết hợp các module lượng nước
thu được đủ sinh hoạt cho 5 người trong một ngày. Ưu điểm của thiết bị là tốn ít năng
lượng để vận hành, không tốn diện tích trên tàu vì hệ thống được thiết kế để thả nổi trên
mặt nước, tận dụng tối đa những điều kiện tự nhiên sẵn có, không gây hại tới môi trường,
nguyên lý hoạt động đơn giản, dễ vận hành, thiết bị quen thuộc, dễ tháo lắp bảo trì, tính
ứng dụng thực tiễn cao, phương pháp bay hơi mới. Vì vậy, thiết bị là giải pháp cho nhu
cầu nước sạch lớn của ngư dân trên tàu đánh cá cũng như ngoài hải đảo.
Từ khóa: Chuyển nước biển thành nước ngọt, bay hơi bề mặt, nhà kính, ngưng tụ, năng
lượng mặt trời
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

5. Mục lục
I/ MỞ ĐẦU ..........................................................................................................................................................................2
1.Lý do lựa chọn đề tài....................................................................................................................................................2
2. Các phương pháp thu nước ngọt thông dụng trên thế giới.....................................................................................3
3.Điều kiện tự nhiên tại Việt Nam ...............................................................................................................................10
4.Mục tiêu:.....................................................................................................................................................................11
III/ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG, CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CẤU TẠO.......................................................................12
Cơ sở lý thuyết...............................................................................................................................................................12
Nhiệt độ ......................................................................................................................................................................12
Sự bốc hơi...................................................................................................................................................................13
Áp suất hơi .................................................................................................................................................................13
Độ ẩm tương đối không khí là gì...............................................................................................................................13
Điểm sương ................................................................................................................................................................14
Năng lượng mặt trời ..................................................................................................................................................14
Quá trình nhiệt động học lượng nhiệt để làm bốc hơi nước: ..................................................................................14
Enthalpy .....................................................................................................................................................................15
Sự bay hơi nội tại của nước (16)...............................................................................................................................17
Phun sương................................................................................................................................................................17
Thảo luận:..................................................................................................................................................................18
Cấu tạo hệ thống:..........................................................................................................................................................18
Tính mới:....................................................................................................................................................................19
III/Thí nghiệm...................................................................................................................................................................21
Thí nghiệm định tính:...................................................................................................................................................21
Thí nghiệm 1:.............................................................................................................................................................21
Thí nghiệm 2:.............................................................................................................................................................21
IV/Kết luận........................................................................................................................................................................23
Mục đích ........................................................................................................................................................................23
Kết quả...........................................................................................................................................................................23
Điểm mới........................................................................................................................................................................24
Phương hướng trong tương lai ....................................................................................................................................24
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

6. 1
BẢNG THÔNG SỐ
a : Lượng muối trong nước (kg)
: Enthalpy của hơi nước (kJ)
: Enthalpy của nước biển (kJ)
AH : Độ ẩm tuyệt đối (kg)
: Enthalpy của hơi nước (kJ/kg)
: Enthalpy của nước (kJ/kg)
: Enthalpy của nước biển (kJ/kg)
: Lương nước đã chưng cất được (kg)
: Áp suất hơi bão hòa (Pa)
: Áp suất hơi (Pa)
: Năng lương mặt trời (kWh/m3/ngày)
: Nhiệt độ đầu vào của nước biển (O
C)
: Nhiệt độ đầu ra của nước biển (O
C)
RH : Độ ẩm tương đối (%)
S : Nồng độ muối (kg/kg)
: Nồng độ muối đầu vào (kg/kg)
: Nồng độ muối đầu ra (kg/kg)
T : Nhiệt độ không khí (O
C)
: Nhiệt độ điểm sương (O
C)
: Lượng nước có trong không khí (kg/kg)
: Lượng nước tối đa có trong không khí (kg/kg)
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

7. 2
I/ MỞ ĐẦU
1.Lý do lựa chọn đề tài
Theo Đại học Michigan (2006) và Alex Kirby (2000) hơn 70% bề mặt trái
đất được bao phủ bởi nước với 2,5% là nước ngọt. Tuy vậy, chỉ khoảng 1%(
tương đương với 0.007% tổng khối lượng nước) được sử dụng trực tiếp. Đồng
thời, sự gia tăng dân số và ô nhiễm môi trường khiến cho nhu cầu nước ngọt
ngày càng tăng cao.
Hiện nay, ở Việt Nam, tại các vùng ven biển, sự xâm thực của nước biển
mặn, khiến cho việc tìm ra nguồn nước ngọt khá khó khăn, nguồn nước sinh
hoạt của người dân ven biển không được đảm bảo, nhu cầu dùng nước sạch mới
chỉ đáp ứng được khoảng 60%, số người mắc bệnh do thiếu nước sạch tăng lên.
Người dân ven biển phải mua nước ngọt với giá đắt hơn từ 5-10 lần, tại Huyện
Quỳnh Lưu (Nghệ An), người dân phải mua nước ngọt về với giá 60000/m3 để
sử dụng. Mỗi chuyến đi biển mất đến nửa triệu bạc tiền nước, do đó nhiều
chuyến về lỗ nặng. Tại vùng hải đảo ngoài khơi, tình trạng thiếu nước ngọt còn
trầm trọng hơn. (1)
Đồng thời đánh bắt xa bờ hiện nay chỉ chiếm 48%, 1 phần là do không có
đủ lượng nước để đánh bắt dài ngày.
Theo TS Đào Trọng Từ (2), đến năm 2015, do biến đổi khí hậu thì nguồn
nước Việt Nam sẽ giảm đi khoảng 40 nghìn tỉ m3.
Trong khi đó, nguồn nước biển, không khí ẩm hoàn toàn có thể tận dụng
để sản xuất nước ngọt phục vụ con người, và đã được thực hiện ở nhiều nước
trên thế giới, nhưng chưa được thực hiện ở Việt Nam.
Do đó, ta cần các phương pháp nhằm sản xuất nước ngọt để đáp ứng
nhu cầu người dân và quốc phòng tại vùng biển và hải đảo.
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

8. 3
2. Các phương pháp thu nước ngọt thông dụng trên thế giới
I) Tổng quan
Có 3 phương pháp khử muối bằng nước biển phổ biến
1) Khử muối bằng phương pháp sử dụng màng ( membrane
technology)
2) Khử muối bằng phương pháp sử dụng nhiệt (thermal technology)
3) Khử muối bằng phương pháp trao đổi ion ( ion exchange
technology)
4) Thu nước từ không khí (atmospheric water generator)
II) Chi tiết
1) Khử muối bằng phương pháp sử dụng màng:
Sử dụng màng có các lỗ rất nhỏ nhằm chỉ cho phân tử nước đi qua, đồng
thời chặn lại các phân tử muối có kích thước lớn và vi khuẩn
(Hình 1: Phương pháp thẩm thấu ngược)
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

9. 4
a) Các phương pháp phổ biến: Sử dụng áp suất
Sử dụng dòng điện
Nhận xét: tiêu tốn nhiều năng lượng, quy mô công nghiệp, thu được lượng nước
gần như sạch hoàn toàn, giá thành đắt, yêu cầu kĩ thuật cao.a
2) Khử muối bằng phương pháp trao đổi ion
(Hình 2: Phương pháp thu Ion muối)
Sử dụng sự trao đổi ion giữa pha rắn và pha lỏng, cụ thể là nhựa trao đổi ion
Tên Cơ chế Ưu điểm Nhược điểm
RO
(reverse
osmosis)-a
Tạo một áp suất lớn
hơn áp suất thẩm
thấu của nước biển
để đẩy qua màng
bán thấm
-Hiệu suất cao
-Cản được vi
khuẩn
-Khả năng cản
muối tốt
-Vì áp suất thẩm thấu
nước biển lớn (600-
1200 psi) nên năng
lượng tiêu tốn tạo áp
suất lớn
NF
(nanofiltra
tion) –b
Tương tự RO
-Áp suất cần sử
dụng thấp hơn
RO (70-140 psi)
vì lỗ trên màng
lớn hơn
-Năng lượng tiêu tốn
vẫn lớn
ED
(electrodia
lysis) –c
Sử dụng dòng điện
để phân tách các ion
trái dấu sang 2 phía
của màng bán thấm
-Khả năng loại bỏ
hợp chất hỏa tan
cao (75-98%)
-Chỉ thích hợp xử lí
nước lợ, nếu nước có
nồng độ muối cao
hơn thì không kinh tế
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

10. 5
Nhận xét: Phương pháp này được coi là không khả dụng vì giá thành quá cao,
tuy nhiên nó được sử dụng để tạo nước lọc có chất lượng cao
3) Khử muối bằng phương pháp sử dụng nhiệt
Sử dụng nhiệt để nước hóa hơi rồi ngưng tụ thành nước ngọt
Chưng cất thụ động
Thiết bị gồm một
khoang đựng nước biển có
nắp là một tấm kính hay
vật liệu trong suốt nằm
nghiêng
Dưới tác dụng nhiệt
của ánh sáng mặt trời, hơi
nước bay hơi, đọng vào
tấm kính, ngưng tụ và
chảy vảo máng thu nước,
từ đó ta thu được nước
ngọt
Nhận xét: Sử dụng cho
những nơi điều kiện kinh tế khó khăn, vùng sâu vùng xa, nơi chưa có nguồn
cung cấp điện ổn định, cần nhiều diện tích, cần ánh sáng mặt trời trực tiếp, năng
suất thấp
(Hình 3: Chưng cất thụ động nhờ ánh sáng mặt trời )
Làm nóng nhiều giai đoạn ( Multistage flash)
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

11. 6
(Hình 4: Phương pháp chưng cất làm nóng nhiều giai đoạn phương ngang)
Thiết bị gồm nhiều khoang để làm bay hơi nước biển
Nước biển (B) được dẫn qua ống lượn qua khoang làm nóng. Hơi nước
nóng bốc hơi gặp nước biển trong ống có nhiệt độ thấp sẽ ngưng tụ xuống máng
hứng nước (G) đồng thời hơi nước sẽ làm nóng nước biển trong ống
Khi nước biển tới thiết bị cung cấp nhiệt (H) thì nhiệt độ nước đã xấp xỉ
nhiệt độ sôi. Ở H, nước biển trong ống được cung cấp thêm nhiệt và được dẫn
vào bể làm bay hơi
Ở bể thứ nhất, nước bay hơi, đến khi nhiệt độ của nước biển mới bơm vào
và lượng nước có sẵn cân bằng thì quá trình bay hơi dừng lại
Nước ở bể thứ nhất chảy sang bể thứ hai, nước ở bể thứ nhất vẫn hơi nóng
hơn ở bể thứ hai nên quá trình bay hơi tiếp diễn đến khi nhiệt độ đạt cân bằng…
Nhận xét: Quy mô công nghiệp, tận dụng nhiệt từ nhà máy
kế bên,thiết kế giúp giảm hao phí nhiệt-hiệu suất cao, xử lý
quy mô lớn, tốn nhiều năng lượng
Bay hơi đa hiệu ứng ( Multieffect distillation)
Thiết bị gồm các khoang xếp chồng lên nhau,
tận dụng sự trao đổi nhiệt để làm nóng nước
Ở khoang trên cùng, nước được đun nóng chuyển
thành thể hơi. Hơi nước được dẫn qua một ống
xuống khoang dưới
Nhận xét: Tương tự như phương pháp trên, nhưng
tốn ít năng lượng hơn
(Hình 5: Phương pháp chưng cất làm nóng nhiều
giai đoạn phương thẳng đứng)
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

12. 7
Nén hơi nước (Vapor compression)
(Hình 6: Phương pháp nén hơi)
Phương pháp sử dụng máy nén hơi nước. Khi nén hơi thì áp suất và nhiệt
độ đều tăng. Nhiệt năng sinh ra để làm bốc hơi nước biển.
Nhận xét: tón nhiều năng lượng cho máy nén khí.
Thu nước từ không khí:
Làm cô đọng lượng hơi ẩm trong không khí để từ đó thu được nước
Giảm nhiệt độ của không khí ẩm xuống dưới điểm sương
Lợi dụng độ ẩm của không khí, hệ thống thu không khí vào, làm lạnh
khiến nước cô đọng và đưa lượng khí khô ngược ra ngoài.
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

13. 8
Nhận xét: có khả năng thu nước ngọt trong điều kiện ẩm ướt nhưng không có
nguồn nước kế bên, có tính hữu dụng cao, quy mô công nghiệp, phức tạp
(Hình 7: Phương pháp làm lạnh không khí)
i. Màn sương (Fog fence):
Cấu tạo từ một tấm vải canvas lớn
ở nơi có độ ẩm cao – nhiều sương,
sương sẽ đọng trên màng và chảy
xuống thùng đựng ở dưới, hêtj
thống có hiệu suất không cao
nhưng cực kì đơn giản, không tốn
năng lượng
(Hình 8: Phương pháp dựng màn rào (màn) sương)
ii. Giếng không khí (Air
well):
Cách cấu tạo của giếng giúp không khí gặp nhiệt
độ thấp khi có gió thổi qua và cô đọng thành
nước
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

14. 9
Hệ thống có hiệu suất không cao, tốn nhiều diện tích nhưng không hề tốn năng
lượng.
(Hình 9: Phương pháp dựng giếng không khí)
iii. Sử dụng hóa chất thu hơi ẩm:
Máy sự dụng các hóa chất khan có khả
năng hút ẩm cao, bơm liên tục khí qua
hóa chất đó để giảm lượng hơi ẩm trong
không khí. Hóa chất sau đó được xử lý
để nhả nước.
Nhận xét: Tính chính xác cao, hiệu
xuất thấp, khó sửa chữa.
(Hình 10: Phương pháp dung hóa chất thu hơi ẩm)
Kết luận: Các phương pháp trên là những phương pháp đang được áp dụng
rộng rãi trên toàn thế giới. Tuy vậy nhiều phương pháp thuộc quy mô công
nghiệp, giá thành quá cao hoặc quá phức tạp. không phù hợp cho ngư dân và
hải đảo. Do vậy rất cần một phương pháp thu nước ngọt cho người dân sử dụng.
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

15. 10
3.Điều kiện tự nhiên tại Việt Nam
VIệt Nam là nước nhiệt đới ẩm gió mùa, có lượng nhiệt độ, ánh sáng dồi
dào từ 4 đến 5 kWh trên mét vuông trong 1 ngày, số giờ nắng chiếu từ 1400 đến
3000 giờ 1 năm (tùy nơi), do đó có thể lợi dụng năng lượng mặt trời để làm
nguồn năng lượng sạch thay thế. Từ miền Trung đến miền Nam là nơi có lượng
ánh sáng mặt trời nhiều nhất và có thể tận dụng quanh năm( khoảng 300-500 cal
trên cm2 trên ngày). Các tỉnh ven biển miền trung, miền nam có nhiệt độ trung
bình năm cao, khoảng 30-35 độ C, năng lượng mặt trời 3.5kWh trên diện tích
1m2
BIỂU ĐỒ NHIỆT ĐỘ THÁNG 6 NĂM 2013 KHÁNH HÒA
Độ ẩm trung bình năm cao, khoảng 80%,ở vùng khu vực miền Nam(Ninh Bình)
có khi lên đến trên 80% cân bằng ẩm luôn dương.
Việt Nam có đường bờ biển dài, ngành đánh bắt thủy sản phát triển,
diện tích biển rộng, nhiệt độ mặt biển khoảng trên 25 độ C vào tháng 12 – 1
và cực đại khoảng 30 độ vào tháng 7 – 8. (3)
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

16. 11
BIỂU ĐỒ NHIỆT ĐỘ THEO THÁNG TẠI
MỘT SỐ KHU VỰC
Đồng thời biển Việt Nam luôn có gió, thường trên cấp 3 (>4m/s)
Điều kiện tự nhiên của Việt Nam hoàn toàn có thể được lợi dụng để tạo ra nguồn
nước sạch cho vùng biển và hải đảo
4.Mục tiêu:
Thiết kế và chế tạo một thiết bị có khả năng tạo ra nước ngay trên môi
trường là mặt biển, lợi dụng các đặc điểm môi trường biển. Thiết bị có cấu tạo
đơn giản, sử dụng nguồn điện là pin năng lượng mặt trời, có công suất đủ lớn,
sản xuất được nước ngọt ngay trên biển giúp tàu cá bám biển đánh bắt. Ngoài ra
hệ thống cũng có thể sử dụng nhằm phục vụ cho hải đảo, nhà giàn. Hệ thống
phải có giá thành phù hợp, kích cỡ nhỏ và phù hợp với điều kiện tàu thuyền,
sóng biển.
BIẾN TRÌNH NHIỆT ĐỘ NĂM CỦA
KHÔNG KHÍ (to) VÀ CỦA NƯỚC
BIỂN (tw) TẠI CÁC ĐỘ SÂU KHÁC
NHAU
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

17. 12
III/ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG, CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CẤU TẠO
(1): Đầu phun sương (2): Lưới kim loại (3): Lõi hơi
(4): Vỏ bay hơi (5) Gương parabol
Cả hệ thống là 1 hệ các module đặt trên một phao nhỏ. Không khí biển
được Máy phun sương (1) phun lên tấm Lưới kim loại (2) nhằm tạo một lớp
nước mỏng trên tấm lưới. Màng nước mỏng được hấp thụ ánh sáng mặt trời, bay
hơi bề mặt lên sang Vỏ bay hơi. Nước cô đọng được dẫn ra ngoài để sử dụng
Các module được xếp nối tiếp thành hang, nhiều hàng thành 1 hệ module
Cơ sở lý thuyết
Hệ thống sử dụng cơ sở lý thuyết về năng lượng-sự truyền nhiệt và độ ẩm
tuyệt đối.
Để hiểu về độ ẩm, ta cần hiểu về nhiệt độ, sự bốc hơi của nước và điểm
sương
Theo Relative Humidity....Relative to What? The Dew Point
Temperature...a better approach của Steve Horstmeyer, Meteorologist,
Cincinnati, Ohio, USA (4)
Nhiệt độ
Nhiệt độ của 1 chất khí/nước là 1 cách đo đạc động năng trung bình của
phân tử khí/nước. Phân tử khí/nước chuyển động càng nhanh, động năng của nó
càng lớn, nhiệt độ của khối khí/nước đó càng cao.
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

18. 13
Từ đó, ta đưa đến định nghĩa
Sự bốc hơi
Khi các phân tử nước nhận đủ động năng, chúng có thể thoát khỏi lực hấp
dẫn giữ chúng với các phân tử xung quanh. Năng lượng này có được từ sự tương
tác giữa các phân tử nước với nhau hoặc với các phân tử khác như khí,… Khi
thoát ra khỏi lực hấp dẫn, phân tử nước đó mang theo một phần năng lượng của
khối nước.
Theo Water Vapor Myths: A Brief Tutorial (copyright 1998-2010) của Steven
M. Babin, MD, PhD (6)
Áp suất hơi
Là áp suất tạo bởi sự cân bằng (equilibrium) trong một hệ nhiệt động học
của nước bốc hơi lên và phần hơi nước cô đọng. Nước sẽ sôi tại điểm sôi bình
thường khi áp suất hơi đạt đến áp suất xung quanh, ví dụ như áp suất không khí.
Khi có bất cứ sự tăng nào trong nhiệt độ, áp suất hơi đủ sức vượt qua áp suất
không khí và nâng chất lỏng lên từ trong lòng của nó và tạo ra bong bóng (sôi).
Khi muối được thêm vào nước như trong nước biển, áp suất hơi của nước biển
giảm đi, do đó cần lượng nhiệt lớn hơn để nước có thể bắt đầu sôi. Do đó điểm
sôi của dung dịch cao hơn bình thường. Sự tăng của điểm sôi được gọi là
Boiling Point Elevation.
Từ áp suất hơi, ta có:
Độ ẩm tương đối không khí là gì
Độ ẩm tương đối là tỷ số của áp suất hơi
nước hiện tại của bất kỳ một hỗn hợp khí nào với
hơi nước so với áp suất hơi nước bão hòa tính
theo đơn vị là %. Định nghĩa khác của độ ẩm
tương đối là tỷ số giữa khối lượng nước trên một
thể tích hiện tại so với khối lượng nước trên cùng
thể tích đó khi hơi nước bão hòa. Khi hơi nước
bão hoà, hỗn hợp khí và hơi nước đã đạt đến
điểm sương
(1)
RH: Độ ẩm tương đối.
Pv: Áp suất hơi.
Pvs: Áp suất hơi bão hòa
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

19. 14
(Hình 11: Biểu đồ độ ẩm tương đối, nhiệt độ và thời gian)
Điểm sương
Các điểm sương là nhiệt độ mà tại đó không khí được bão hòa đối với hơi nước
trên bề mặt chất lỏng. Khi nhiệt độ bằng với điểm sương đồng nghĩa với việc độ ẩm
tương đối là 100%. Những cách phổ biến cho độ ẩm tương đối là 100% là
1) Làm mát không khí đến điểm sương.
2) Ép nướ bốc hơi vào không khí cho đến khi không khí được bão hòa.
3) Làm không khí nguội đi đoạn nhiệt đến điểm sương.
(6)
Từ độ ẩm tương đối ta có được tỉ số giữa áp suất hơi bão hòa và áp suất hơi hiện tại,
và từ điểm sương, ta sẽ biết được liệu chắc chắn lượng nước bay hơi có thể cô đọng
hay không.
Năng lượng mặt trời
Theo Cường độ bức xạ mặt trời tại các khu vực của Việt Nam (10)
Tại khu vực Trung bộ, từ tháng 3 đến tháng 9 thời gian nắng chiếu từ 5-6 giờ 1
ngày với lượng tổng xạ trung bình trên 3489 kWh/m2/ngày.
Năng lượng mặt trời hệ nhận được được tính từ công thức:
R là bức xạ mặt trời (kWh/m2)
A là diện tích nhận nhiệt (m2)
là hiệu suất nhận nhiệt
Desalination and Water Treatment (11), (14)
Quá trình nhiệt động học lượng nhiệt để làm bốc hơi nước:
Do các tính chất của nước thay đổi rất lớn với việc thêm vào 3.5% muối
biển (NaCl,…) và việc nước bốc hơi bớt đi khiến nồng độ muối trong phần dung
dịch còn lại tăng lên khiến cho các tính cất vật lý thay đổi một cách đáng kể và
liên tục, lượng nhiệt cần cung cấp cho việc đun tăng dần do nồng độ muối tăng
lên. Ở đây, cho việc nghiên cứu, ta chỉ coi nước biển có muối NaCl.
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

20. 15
Theo Desalination and Water treatment, độ tăng của điểm sôi (Boiling Point
Elevation-BPE) của nước biển là:
Điều kiện : ;
S là nồng độ muối
Nhiệt độ trong hai hằng số A, B ( ) là nhiệt độ sôi của nước tinh khiết.
Enthalpy
Enthalpy là năng lượng tổng hợp của một hệ nhiệt động học để tạo ra hệ
đó và để tạo nên thể tích cũng như áp suất của hệ. Enthalpy được tính bằng công
thức
h=u+p.v
Với u là nội năng (kJ/kg)
p là áp suất tuyệt đối (N/m2)
v là thể tích trên 1 đơn vị khối lượng (m3/kg)
Theo Giáo trình nhiệt động kĩ thuật của TS Lê Nguyên Minh:
Enthalpy của hơi nước là:
Enthalpy của nước
[ (kJ/kg); (kJ/kg); t ]
t trong công thức của enthalpy trên là nhiệt độ mà nước biển sôi, tính theo:
Enthalpy của nước biển:
Điều kiện ( ; )
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

21. 16
Lượng năng lượng mặt trời chuyển hóa thành năng lượng giúp cho nước bốc
hơi, vậy nên độ thay đổi Enthalpy của nước và hơi nước chính là do năng lượng
mặt trời.
Do lượng trước và sau quá trình là không đổi:
Do enthalpy của hơi thay đổi theo nhiệt độ sôi, nên cần sử dụng tích phân:
Sự thay đổi Enthalpy của nước biển:
Với
Ta có:
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

22. 17
Với lượng muối xác định, ta có thể tính được lượng nhiệt cần để làm bốc hơi
lượng nước chứa lượng muối ban đầu đến khi muối đạt nồng độ xác định .
Sự bay hơi nội tại của nước (16)
gh = k A (xs - x)
với k = 25, A là diện tích m2
Do nước luôn bốc hơi bề mặt nên không thể bỏ qua lượng nước này, do
nó không phụ thuộc vào năng lượng được cung cấp mà phụ thuộc vào áp suất
hơi – áp suất hơi bão hòa cũng như nhiệt độ nước.
Trong hệ thống, trên tấm lứoi kim loại nước đạt khoảng 50 độ C, nhiệt độ
của không khí khoảng 40 độ, ta có áp suất hơi bão hòa vào khoảng 7402 Pa. Do
độ ẩm tại lõi hơi vào khoảng 80% nên áp suất hơi vào khoảng 5921.6 Pa.
Ta có:
x = 0.62198 Pv / (Pa – Pv)
xs = 0.62198 Pvs / (Pa – Pvs)
Với Pa là áp suất của môi trường bên ngoài (760mmHg) nên:
x xấp xỉ 0.05
xs xấp xỉ 0.04
Do đó lượng nước thu được trong 6 tiếng với diện tích lưới kim loại tổng
cộng 1m2
vào khoảng 1.5l
Ta thấy được lượng nước thu được phụ thuộc vào nồng độ muối lúc
sau .
Từ các công thức trên ta tính được năng lượng để bay hơi 1ml nước đến
độ muối đạt 12% là 1.9kJ (lượng muối ban đầu là 3.5%, lúc sau là 12%, nhiệt
độ bắt đầu sôi lúc sau 102.2025 độ C, nhiệt độ ban đầu của nước là 28 độ C).
Theo tính toán chỉ với riêng enthalpy, lượng nước thu được trong ngày khoảng
10l với diện tích lưới kim loại 1m2
, năng lượng mặt trời 3.5 kWh/ /ngày. Vậy
nên tổng cộng lượng nước thu được với 1m2
lưới kim loại khoảng hơn 10 l trong
6 tiếng (10h-16h) (đã kể cả lượng ánh sáng thu được nhờ gương xấp xỉ 70%
lượng ánh sáng thu được trên cùng diện tích cắt ngang)
Phun sương
Máy phun sương với 25 đầu phun tiêu tốn khoảng 50W. Máy phun sương
hoạt động mỗi 5s sau 25s nên tiêu tốn tổng cộng 50Wh-180000J. 1 lít dầu của
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

23. 18
tàu thủy có giá 18800 VNĐ, tạo khoảng 40,946,668.16 J. Do đó việc chạy máy
phun sương không quá 200 đồng 1 ngày tính cả hiệu suất máy phát cho hệ thống
25 module, hoàn toàn hợp lý.
Thảo luận:
Với việc phun sương, lượng nước được dàn đều lên mặt lưới. Có 2 cách
để tính lượng nhiệt để nước bốc hơi. Nếu coi áp suất của hệ là không đổi, năng
lượng cần cung cấp có thể tính theo Enthalpy như trên. Tuy vậy, do phun sương,
sự bay hơi có thể tính theo đơn vị các hạt, khi các phân tử nước đạt đủ vận tốc
do được cung cấp năng lượng từ mặt trời, chúng có thể thoát ra khỏi lực hút của
các phân tử xung quanh, khác với việc đun nước. Do đó, trong thời gian tới,
người nghiên cứu sẽ tìm hiểu sâu hơn về công thức này nhằm xây dựng cơ sở và
phép đo chính xác hơn cho hệ thống.
Cấu tạo hệ thống:
Hệ thống gồm: Lưới kim loại, Máy phun sương, Khung module và Gương
parabol
Máy phun sương phun dưới dạng hạt nhỏ, sau khi có được công thức tính
theo dạng hạt (năng lượng), ta có thể tính chính xác kích thước hạt sương phun
cũng như lượng nước cần sử dụng, thời gian phun
Phun sương
Lưới kim loại
Gương parabol
Vách cách nhiệt
Vỏ ngưng tụ
Lõi hơi
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

24. 19
Nguyên lý hoạt động:
Toàn bộ hệ thống có thể tích nhỏ, sử dụng đơn giản.
Có thể tích hợp nhiều hệ thống nhằm thu được lượng nước lớn.
Máy phun sương phun lên lưới kim loại trong lõi hơi, nước đọng dưới
dạng các hạt nhỏ trên lưới, lượng nước thừa rửa trôi muối đọng từ lần bốc hơi
trước.
Tấm lưới được làm nóng dưới ánh sáng mặt trời, trực tiếp và qua gương
parabol, làm nóng đều lượng nước, hiệu ứng nhà kính do mặt kính trên tấm lưới
và điều kiện kín của lõi hơi với vách cánh nhiệt bọc giấy bạc giúp cho nước
nhanh bay hơi.
Lượng hơi nước bay lên sau đó đi sang vỏ cô đọng làm bằng Inox, bên
ngoài có bọc một lớp vải nhúng thẳng xuống nước biển nhằm lợi dụng mao dẫn
đưa nước lên, gió biển khiến nước bốc hơi làm giảm nhiệt độ vỏ xuống còn
khoảng 20 độ C. Do đó nước cô đọng tại thành bên trong của lớp vỏ ngưng tụ và
chảy xuống.
Lượng nước muối thừa đọng trong lõi bay hơi và có thể xả ra nhờ đường
ống xả nối thẳng ra bên ngoài.
Tính mới:
Khả năng chống rung lắc do tàu thủy đi trên biển, nếu sử dụng
phương pháp đun nước trong vật chứa thì lượng nước dễ bị trào ra ngoài,
ảnh hưởng đến quá trình đun, hiệu suất. Với việc để nước bám trên lưới,
phần lớn nước sẽ được cố định nhờ lực căng bề mặt.
Việc sử dụng lưới kim loại và phun sương giúp phân đều lượng
nước nhỏ trên bề mặt lưới, phân đều lượng nhiệt nhận được. Ở đây ta
không đun một lượng nước lớn vì rung lắc của tàu.
Khi sử dụng lưới và máy phun sương, lượng muối đọng lại từ lần
bay hơi trước sẽ được rửa trôi
Máy phun sương phân đều nước lên lưới giúp nước có bề mặt tiếp
xúc với không khí tối đa nhờ việc phân đều nước và bề mặt cong của giọt
nước, thúc đẩy nhanh sự bay hơi bề mặt khi các phân tử nước nhận được
năng lượng.
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

25. 20
Sử dụng sự bay hơi bề mặt, không tốn nhiều năng lượng và thu
được lượng nước tương đối liên tục, buồng kín giữ cho hơi nước không
thoát đi, tạo hiệu ứng nhà kính.
Tận dụng gió biển làm lạnh đột ngột giúp nước cô đọng
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

26. 21
III/Thí nghiệm
• Trong báo cáo này, nhóm nghiên cứu tập trung vào làm thí nghiệm định
tính cho hệ thống, thu được một số thông số.
Thí nghiệm định tính:
Thí nghiệm 1:
Mục tiêu: Kiểm tra
hiệu ứng nhà kính tác động lên
lượng nước trên lưới sắt trong
một hộp kín như thế nào
Tiến hành: Đặt hộp
mica cạnh 20 cm dưới ánh nắng
có lưới được phun lên khoảng
2ml nước, có lượng nước nhỏ
giọt xuống đáy dưới, nhiệt độ
ngoài trời 30 độ C, độ ẩm 60%,
bên trong có đồng hồ đo.
Kết quả: Sau 15 phút, nhiệt độ trong hộp lên đến 41 độ C, độ
ẩm 82 %, nước xuất hiện trên các cạnh hộp
Thí nghiệm 2:
Mục tiêu: Thiết kế hệ thống
thu nước đọng trên bề mặt kính phía
trên, đo lượng nước thu được, chưa lấy
lượng nước đọng trên các cạnh bên
Tiến hành: Đặt hộp mica trên
dưới điều kiện tương tự, nhưng để
nghiêng 1 góc 30 độ, 1 cạnh có gắn rãnh
chứa nước.
Kết quả: Sau 30’ nhiệt độ trong hộp khoảng 40 độ C, độ ẩm
85%, lượng nước thu được khoảng 3.5ml.
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

27. 22
Kết luận: Hệ thống có tính khả thi, các bộ phận đều đã được thực nghiệm kiểm
chứng, Tuy vậy hầu hết thí nghiệm mới chỉ mang tính định tính, chưa đem lại số
liệu thực, do các yếu tố nhân tạo chưa được tốt và vật dụng thí nghiệm còn đơn
giản, chưa thiết kế tốt. Trong thời gian tới nhóm sẽ thực hiện các thí nghiệm
mang tính định lượng với quy mô lớn hơn và điều kiện nhân tạo giống môi
trường biển hơn, nhằm thu được những kết quả mới
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

28. 23
IV/Kết luận
Mục đích
Nhóm nghiên cứu chế tạo hệ thống nhằm thu nước cho ngư dân trên mặt
biển, đảm bảo các yêu cầu về: Giá thành rẻ, Hiệu suất đủ cao, Kích thước nhỏ,
có thể kết hợp nhiều module lại với nhau, Tiêu thụ ít năng lượng, Lợi dụng các
đặc điểm của môi trường biển và Phù hợp với các đặc điểm của tàu thuyền
Kết quả
Chúng tôi đã tìm được hầu hết các công thức cơ bản của hệ thống và đang
tìm hiểu tiếp và phát triển tiếp các công thức phù hợp hơn.
Đồng thời, chúng tôi cũng đã tiến hành một số thí nghiệm cơ bản để định
tính hệ thống và thu được các số liệu: Thu được 3.5ml nước sau nửa tiếng trên
mặt trên cùng của hộp mica trong điều kiện hiệu ứng nhà kính 40 độ C, độ ẩm
80%, dự tính khoảng 42ml nước trong 6 tiếng, nhưng đó là không phải tất cả
lượng nước do còn phần lớn nước đọng trên 4 cạnh xung quanh của hộp nhưng
chưa thu được.
Theo tính toán lý thuyết hệ thống gồm 100 module kích cỡ lưới kim loại
1m2
sẽ thu được khoảng 10l nước một ngày, diện tích hệ thống khoảng 110cm
chiều rộng và 250cm chiều dài, đặt trên một phao nổi, trong điều kiện miền
Trung Nam Bộ từ tháng 4-8
Trong các công thức thu được, sử dụng Enthalpy chưa hoàn toàn chính
xác, do pha 1 còn có sự xảy ra của hiệu ứng nhà kính và sự bay hơi bề mặt của
nước cũng có hiệu suất cao hơn việc đun bình thường do diện tích tiếp xúc với
không khí của lượng nước trên lưới là rất lớn, nước tồn tại dưới dạng hạt rất nhỏ
do phun sương, do đó nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục tìm hiểu và phát triển cơ sở
lý thuyết cho phần này.
Năng lượng để phun sương không lớn, với số tiền không quá 100 đồng
cho hệ thống vận hành trong một ngày.
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

29. 24
Điểm mới
Chế tạo hệ thống theo hướng module nhỏ, vẫn có khả năng thu nước khi
một số module gặp trục trặc
Sử dụng các vật liệu dễ mua, dễ sử dụng như giấy bạc làm Vách cách
nhiệt, khung hệ thống làm từ mica tấm được ghép lại, Lưới kim loại có giá thành
rẻ,… và đồng thời dễ sửa chữa, thay thế với giá rẻ, phù hợp với điều kiện ngư
dân
Tận dụng năng lượng mặt trời, năng lượng gió.
Lợi dụng sự bay hơi bề mặt của màng nước trên một tấm lưới kim loại
Phương hướng trong tương lai
Thu được công thức chính xác hơn cho tính toán, thực nghiệm
Hòa thiện thí nghiệm định tính, thu được các thông số chính xác, công
thức.
Thí nghiệm định lượng, tính toán hiệu suất và xây dựng bản vẽ
Thiết kế hệ thống hoàn chỉnh, tính toán các thông số và nghiên cứu phát
triển nhằm tăng tối đa hiệu suất
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

30. 25
Trích nguồn
(1)Báo tạp chí cộng sản 18/5/2011 link:
http://www.tapchicongsan.org.vn/Home/Dan-so-vung-bien-dao/2011/11944/Nuoc-sach-cho-
cu-dan-vung-bien-dao.aspx
(2)Theo TS. Đào Trọng Tứ, Viện Nghiên cứu Tài nguyên nước và Môi
trường sinh thái - Bộ Khoa học và Công nghệ
(3)BIẾN TRÌNH NĂM CỦA NHIỆT ĐỘ NƯỚC Ở MỘT VÙNG BIỂN
KHƠI MIỀN TRUNG VIỆT NAM
(4)Relative Humidity....Relative to What? The Dew Point Temperature...a
better approach của Steve Horstmeyer, Meteorologist, Cincinnati,
Ohio, USA
(5)Chemistry: The concept of equilibrium của Professor Harman
(6)Water Vapor Myths: A Brief Tutorial (copyright 1998-2010) của
Steven M. Babin, MD, PhD
(7)Australian bureau of meteorology
(http://www.bom.gov.au/lam/humiditycalc.shtml)
(8)http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/Numbers/Math/Mathematical_Thinking/sun12.htm
(9)Humidity Conversion Formulas của Vaisala Oyj
(10) Cường độ bức xạ mặt trời tại các khu vực của Việt Nam
(http://dienmattroi.biz/cuong-do-buc-xa-nang-luong-mat-troi-tai-cac-khu-vuc-cua-viet-
nam/a263286.html
(11) Desalination and Water Treatment - Mostafa H. Sharqawya, John
H. Lienhard Va,*, Syed M. Zubairb-Received 14 November 2009;
Accepted 2 December 2009 ((Department of Mechanical Engineering,
Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139-4307,
USA;Department of Mechanical Engineering, King Fahd University of
Petroleum and Minerals, Dhahran 31261, Saudi Arabia)
(12) Humidity,Dew Point by Sandeep Badarla
(http://www.slideshare.net/SandeepBadarla/humiditydew-point)
(13) Evaporation from Water Surfaces
(http://www.engineeringtoolbox.com/evaporation-water-surface-d_690.html)
(14) Dự án: "Xử lý nước mặn thành nước ngọt bằng kỹ thuật chân
không và năng lượng mặt trời phục vụ cho sinh hoạt" của Trần Bách
Trung, Bùi Thị Quỳnh Trang và Vũ Anh Vinh
(15) http://planetcalc.com/2167/
http://www.engineeringtoolbox.com/
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

31. 1
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI
TRƯỜNG THCS & THPT NGUYỄN TẤT THÀNH - CẦU GIẤY
**************
ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT
DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ
LẦN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014 - 2015).
Tên đề tài: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU THU GOM XỬ LÍ DẦU
TRÀN CÓ CHỨA HẠT NANO SẮT TỪ
Lĩnh vực: Quản lí môi trường
NGƯỜI HƯỚNG DẪN
- TS.Nguyễn Tiến Dũng
- Đơn vị công tác: Khoa Hóa học, trường Đại
học Sư phạm Hà Nội
TÁC GIẢ:
1. Đinh Tiến Dũng, Lớp: 11A2, Trường: THCS
& THPT Nguyễn Tất Thành
2. Hoàng Minh Quang, Lớp:11A2, Trường: THCS
& THPT Nguyễn Tất Thành
Hà Nội, tháng 11 năm 2014
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

32. 2
MỤC LỤC
Trang
Phần I: Lí do chọn đề tài 3
Phần II: Tổng quan vấn đề nghiên cứu 4
Phần III: Quá trình nghiên cứu và kết quả 5
Phần IV: Kết luận 19
Tài liệu tham khảo 20
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

33. 3
Phần I: Lí do chọn đề tài
Ô nhiễm các sự cố tràn dầu thực sự là một thảm họa đối với sinh vật thủy sinh,
việc xử lý ô nhiễm tràn dầu cũng vì thế mà được nhiều nhà khoa học trong nước
và Quốc tế hết sức quan tâm. Với sản lượng sản xuất và tiêu thụ dầu hàng năm
rất lớn, việc vận tải và rò rỉ trong khi sản xuất, khai thác và chế biến dầu mỏ
thường gây ra những ô nhiễm nghiêm trọng. Một số vụ tràn dầu rất lớn gần đây
đã gây hậu quả hết sức nghiêm trọng:
- Ngày 20/4/2010 thảm họa Deepwater Horizon đã được các ước tính mới nhất
của chính phủ Hoa Kỳ xác nhận là sự cố rò rỉ dầu ra biển lớn nhất từ trước
tới nay. Hơn 750.000 lít dầu thô rò rỉ mỗi ngày từ giàn khoan dầu Deepwater
Horizon của Hãng dầu khí Anh BP trên vịnh Mexico đã lan ra xa gần 200km
tới vùng cửa sông Mississippi, đe dọa hệ sinh thái ngập mặn Louisiana, dọc
vịnh Mexico.
- Ngày 5/10/2013 hàng chục nghìn lít dầu FO trôi dạt từ tàu Bright Royal
(quốc tịch Panama) đã lan ra 60 hải lý và có nguy cơ gây ô nhiễm môi
trường nghiêm trọng cho huyện đảo Lý Sơn (Quảng Ngãi).
Trước những nguy cơ gây ô nhiễm rất lớn của sự cố tràn dầu, những vệt dầu
loang, vấn đề cấp bách phải xử lý các ô nhiễm đó, chúng tôi đã nghiên cứu
để có thể chế tạo vật liệu hấp thu dầu trên cơ sở tổng hợp vật liệu polyme và
hạt oxit sắt có từ tính. Vật liệu trên cơ sở ghép giữa polyme và hạt ôxit sắt có
khả năng hấp thu dầu và có thể thu hồi được bằng từ trường, vật liệu có thể
giải hấp bằng nhiệt và có thể sử dụng được nhiều lần hấp thu.
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

34. 4
Phần II: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
- Vật liệu polyme hấp thu dầu thường có nhóm ưa dầu, kị nước và trương
được trong dầu, không bị hòa tan trong dầu. Các vật liệu được sử dụng nhiều
là những vật liệu polyme thiên nhiên như: sợi bông, sợi đay, bã mía, sợi
kenaf, sợi kapok… các loại giấy thấm dầu. Các polyme thiên nhiên có ưu
điểm là rẻ tiền, dễ kiếm và dễ chế tạo tuy nhiên nhược điểm lớn là chúng ưa
nước, thông thường chúng hút nước và tồn tại lơ lửng trong nước điều này
làm ô nhiễm xử lý không triệt để và vẫn gây ra độc hại với động thực vật
thủy sinh. Các polyme tổng hợp thường dung hơn nhưng có nhược điểm là
khó thu hồi khi ở dạng hạt, nếu ở dạng tấm miếng thì lại không cơ động
trong việc hấp thu và khó tái sử dụng sau khi hấp thu và thường không giải
hấp được.
- Nhóm nghiên cứu của chúng tôi dựa trên cơ sở polystyren là vật liệu ưa dầu
dạng hạt dẻo, chúng tôi đã tiến hành thực nghiệm trùng hợp huyền phù
styren và divinylbenzen để tạo co-polyme, vật liệu thu được có khả năng hấp
thu dầu tốt, chúng hấp thu được khoảng 5-6g dầu nặng DO trên mỗi gam vật
liệu. Để có thể thu hồi chúng được dễ dàng chúng tôi phân tán hạt oxit sắt
trong hỗn hợp 2 monome rồi tiến hành trùng hợp. Vật liệu thu được có khả
năng hút dầu rất tốt đồng thời có thể sử dụng nam châm để hút lại được. Sau
khi thu hồi, với xăng hoặc dầu nhẹ có thể sử dụng nhiệt để cất tách xăng dầu
ra khỏi vật liệu để tái sử dụng, tuy nhiên với dầu nặng thì không tách được
do nhiệt phân hủy của vật liệu không cao hơn nhiều so với nhiệt độ sôi của
dầu nặng.
- Những điểm mới trong nghiên cứu này:
+ Sử dụng hệ polyme styrene và divinylbenzen để hấp thu dầu, đây là
nghiên cứu mới chưa có nhóm nghiên cứu nào trong nước thực hiện.
+ Đưa hạt ôxit sắt vào trong vật liệu để thu hồi, có những nghiên cứu
tương tự nhưng họ dung trực tiếp vật liệu từ để tách dầu chứ không dung
với mục đích thu hồi vật liệu như nhóm nghiên cứu của chúng tôi.
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

35. 5
Phần III: Quá trình nghiên cứu và kết quả
Cơ sở lý thuyết:
Quá trình trùng hợp tạo polyme dựa trên các phản ứng trùng hợp diễn ra
như sau:
- Tạo gốc tự do: Dưới tác dụng của nhiệt độ, benzoyl peoxit phân huỷ
thành gốc cacboxy benzoyl:
C
O
O O
O
C
to
O
O
C
.
2 (1)
O
O
C
+
O
O
C .
. (2)
Các gốc này có thể chuyển hoá tiếp:
.
C
O
O
2 O
O
C + C
O
O (3)
.
2 (4)
C
O
O
O
O
C + . C
O
O
.
C
O
O
+
(5)
Ký hiệu các gốc tồn tại trong quá trình phản ứng là:
.
C
O
O
R
.
,
.
- Phản ứng khơi mào:
Để rút gọn công thức trong khi viết cơ chế, ký hiệu các gốc như sau:
X là: -C6H5, Y là: -C6H4-CH=CH2 (6)
R •
tấn công vào monome tạo gốc khơi mào:
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

36. 6
r +
. ch = ch
x
r - ch - c h
.
x
2 2 (7)
.
r - ch - c h
ch = ch
. +
r
y y
2
2 (8)
- Phản ứng phát triển mạch:
+ ch = ch
x
2
k11
ch - c h
.
x
2 ch - ch -
x
2 2
X
ch - c h
. (9)
Quá trình phản ứng đồng trùng hợp hai monome xảy ra rất phức tạp,
nhưng bất kể đặc tính xảy ra như thế nào thì phản ứng phát triển mạch cũng xảy
ra theo hướng sau:
ch - c h
.
x
2
ch = ch
Y
2
+
12
k .
ch - c h
Y
2
2
x
ch - ch - (10)
ch - c h
.
Y
2 + ch = c h
Y
2
22
k
ch - ch -
Y
2 2
Y
ch - c h
. (11)
ch - c h
.
Y
2 + ch = c h
x
2
21
k
ch - ch -
Y
2 2
X
ch - c h
. (12)
- Phản ứng đứt mạch:
ch - ch -
x
2 2
x
ch - c h
. + ch - ch -
x
2 2
x
ch - c h
. ch - ch -
x
2 2
x
ch - c h
2
(13)
Kết hợp gốc đang phát triển:
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

37. 7
ch - ch -
x
2 2
x
ch - c h
.
+
ch - ch -
y
2 2
y
ch - c h
.
ch - ch -
y
2 2
y
ch - c h - ch - ch -
x
2 2
x
ch - ch
(14)
ch - ch -
y
2 2
y
ch - c h
. + ch - ch -
y
2 2
y
ch - c h
. ch - ch -
y
2 2
y
ch - c h
2
(15)
ch - ch -
y
2 2
x
ch - c h
.
+
ch - ch -
y
2 2
x
ch - c h
.
ch - ch -
y
2 2
x
ch - c h - ch - ch -
x
2 2
y
ch - ch
(16)
............
Chuyển mạch theo hướng bất đối xứng
ch - ch -
y
2 2
y
ch - c h
.
2 ch - ch -
y
2 2
y
ch - ch2 + ch - ch -
y
2
y
ch = ch
(17)
ch - ch -
x
2 2
x
ch - c h
.
2 ch - ch -
x
2 2
x
ch - ch2 + ch - ch -
x
2
x
ch = ch
(18)
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

38. 8
ch - ch -
x
2
y
ch - ch
+ ch - ch -
y
2 2
y
ch - c h
ch - ch -
y
2 2
x
ch - c h
. .
2 +
2 ch - ch -
y
2
y
ch = ch
(19)
Sản phẩm thu được là một hỗn hợp có chứa monome dư, oligome,
copolyme, homopolyme..., tỷ lệ các cấu tử này khác nhau phụ thuộc vào bản
chất của từng thành phần, mức độ ổn định, kích thước của các cấu tử, nhiệt độ,
chất khơi mào, nồng độ monome, tốc độ khuấy trộn.
. Một số phương pháp hoá học điều chế hạt nano oxit sắt từ
- Phương pháp oxi hoá Fe2+
Nguyên tắc của phương pháp là thuỷ phân muối Fe2+
ví dụ như muối
FeSO4.7H2O hay FeCl2.4H2O bằng cách thêm một bazơ ví dụ như NH4OH hay
NaOH trong không khí và ở những điều kiện t0
, pH phù hợp. Lọc và sấy khô
trong không khí ở t0
phòng hạt sắt từ.
Nồng độ chất đầu và tốc độ kết tủa là 2 nhân tố quan trọng quyết định kích
thước hạt. Nồng độ đầu và tốc độ kết tủa càng nhỏ thì kích thước hạt càng nhỏ.
Động học của phản ứng oxi hóa Fe2+
chậm và khó điều khiển, thường
người ta nên tránh sử dụng phương pháp này.
Sử dụng FeCl2.4H2O và dung dịch NH3 0.07M, phản ứng tiến hành ở
80o
C-90o
C. Lọc và sấy khô qua đêm trong không khí ở t0
phòng hạt sắt từ,
đã thu được một số kết quả sau:
Bảng 1.5. Sự phụ thuộc kích thước hạt, thể tích đơn vị tế bào,
độ từ hoá bão hoà vào nồng độ FeCl2
Mẫu
số
Nồng độ
(%)
Kích thước
hạt (nm)
Thể tích tế bào
đơn vị (Ao
)3
MS
28
32
34
37
0.25
0.05
0.60
3.00
6.4
10.8
37.8
91.4
592.7
587.7
586.5
586.4
1.1
2.6
2.3
2.0
Kết quả: - Các hạt tạo được đều có dạng hình cầu
- Mẫu 28 và 32 là đơn pha
- Mẫu 34 và 37 đều lẫn γ.Fe2O3 lần lượt là 12% và 7 %
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

39. 9
Khi nồng độ chất đầu giảm thì kích thước hạt giảm, đồng thời độ tinh
khiết của sản phẩm tăng. Hiệu ứng kích thước hạt dẫn đến thể tích tế bào đơn vị
được mở rộng. Thể tích tế bào đơn vị được mở rộng là do tăng lượng ion Fe2+
trong mẫu vì bán kính ion Fe2+
0,74 A0
lớn hơn bán kính ion Fe3+
0,64 A0
, cũng
đồng nghĩa với tăng độ tinh khiết của sản phẩm.
Phương pháp thuỷ phân cưỡng chế
Phương pháp thuỷ phân cưỡng chế là một phương pháp lý thuyết dựa trên
cơ chế hình thành và phát triển các mầm tinh thể. Trong dung môi thích hợp, sự
thuỷ phân tạo ra các ion đa nhân chứa những cầu OH như M-OH-M hay cầu oxi
như M-O-M là tiền thân của nhân mầm tinh thể.
Trong dung dịch, ion kim loại Mz+
bị hidrat hoá. Bản chất của quá trình
này do sự nhường e-
của phân tử H2O → hình thành liên kết yếu giữa cation
trung tâm và O.
[M(H2O)n]z+
→ [M(OH)p(H2O)n-p](z-p)+
+ pH+
- Cơ chế của sự thuỷ phân:
( ) ( )
[ ] +
+
−
−
+
−
+
→






← O
H
MOH
O
H
H
H
O
...
H
H
O
M
O
H 3
)
1
z
(
1
n
2
z
1
n
2
Phức aquơ Phức hydroxo
( )
[ ] ( )
[ ] +
+
−
−
+
−
− +
=
→
+ O
H
O
M
O
H
H
H
O
MOH
O
H
z
n
z
n 3
)
2
(
1
2
)
1
(
1
2
( )
[ ] ( )
( ) ( ) O
H
OH
M
O
M
O
H
OH
M
O
H
H
MOH
O
H
z
n
H
n
z
n
z
n
2
)
1
2
(
1
2
|
1
2
1
2
)
1
(
1
2
+
−
−
−
+
−
+
−
−








→
−
→
→






→
+
Phức oxo
Có thể ngưng tụ thành phức đa nhân → keo hoá
Nhờ quá trình ngưng tụ mà mônome → đime → trime → ... polime. Sau
đó phát triển thành hạt keo → gel → hạt.
Đặc điểm của phương pháp là khống chế nghiêm ngặt điều kiện của quá
trình thuỷ phân: về nhiệt độ, áp suất, môi trường phản ứng.
Phương pháp này đã đươc dùng để tổng hợp nên các oxit phức hợp như
YOHCO3, CoFe2O4 ...
Phương pháp đồng kết tủa:
Phương pháp thực chất là tạo ra những oxit phức hợp thông qua các dạng
kết trung gian. Yêu cầu quan trọng trước hết của phương pháp này là hoá chất
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

40. 10
phải thật tinh khiết. Phản ứng tiến hành trong môi trường khí quyển trơ, các dung
dịch chuẩn bị cho phản ứng đều phải được loại O2 cẩn thận. ưu điểm của phương
pháp là không sử dụng hệ tác nhân bề mặt:
Khi sol nước của hạt không chứa tác nhân bề mặt thì người ta có thể sử
dụng trực tiếp, ví dụ như chèn trực tiếp vào những lớp phim polyme siêu mỏng
trong ứng dụng vật liệu quang từ.
Qui trình phản ứng như sau [12]:
Chú thích:
1 – Van N2
2, 9 – Bình điều nhiệt
3 - Dung dịch Fe2+
, Fe3+
4 – Dung dịch kiềm
5 – Nhiệt kế
6 – Bình phản ứng
7 – Que khuấy
8 – Sinh hàn
Mở van N2 sục vào dung dịch 3 chứa Fe2+
, Fe3+
và dung dịch 4 chứa
NaOH, trộn lẫn 2 dung dịch và đưa vào bình phản ứng 6. Lắp sinh hàn và nhiệt
kế, que khuấy. Nhiệt độ phản ứng được duy trì bởi bể ổn nhiệt 2 và 9. Kết tủa
đen được hình thành ngay lập tức, khuấy mạnh trong 2h, sản phẩm được tạo
thành đem lọc rửa và đem làm khô.
Sử dụng dung dịch Fe2+
, Fe3+
0,25M và dung dịch NaOH 0,05M . Bình
phản ứng 6 có chứa sẵn nước cất ở 800
C. Khuấy trong 2 giờ ở 800
C. Tác giả đã
nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ về số mol Fe2+
/Fe3+
đến kích thước hạt:
 Mẫu 1: Fe2+
/Fe3+
= 0,5
 Mẫu 2: Fe2+
/Fe3+
= 1
Và đã thu được kết quả như sau:
Mẫu 1: hình cầu, phân bố kích thước hẹp; d = 5,9 nm
Mẫu 2: dạng hạt gần giống hình lập phương; d =12,8 nm
Kích thước hạt ở mẫu 2 lớn hơn mẫu 1, do trong mẫu 2 có sự oxi hoá
chậm lượng dư Fe (II) Fe(III):
Hình: Mô hình phản ứng theo
phương pháp đồng kết tủa
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

41. 11
Fe2+
+ 2 OH-
 Fe(OH)2
Fe(OH)2 ----> Fe3O4 + H2O
Bán kính ion Fe2+
( 0,74 A0
) lớn hơn bán kính ion Fe3+
( 0,64 A0
), do đó
lượng dư Fe2+
là nguyên nhân gây ra sự tăng kích thước hạt.
Một số lưu ý khi tiến hành phương pháp đồng kết tủa:
+ Tỉ lệ Fe2+
/Fe3+
: Do các muối Fe2+
rất dễ bị oxi hoá nên thực tế thường
lấy tỉ lệ về số mol Fe2+
/Fe3+
> 0,5. Tuy nhiên nếu hoá chất tinh khiết đến 99.9
% và các biện pháp ngăn ngừa sự oxi hóa được tiến hành một cách nghiêm ngặt
thì nên lấy đúng tỉ lệ hợp thức nhằm mục đích tạo ra hạt sắt từ đơn pha.
+ Bazơ: Do khả năng phân cực cao của những cation kim loại kiềm hoặc
dung dịch NH3, do năng lượng bề mặt cao của các hạt nano sắt từ nên các hạt
thường bị kết tụ. Để ngăn ngừa hiện tượng này, người ta đã tiến hành rất nhiều
các phương pháp khác nhau. Một trong những phương pháp đó là sử dụng
TAMOH (tetrametyl amoni hidroxi) thay cho NaOH, NH4OH, vì cation
N(CH3)4
+
có khả năng phân cực hoá thấp.
+ Nồng độ: Nồng độ tác nhân phản ứng nên ≤ 0,1M. Nếu nồng độ quá
đặc, hạn chế sự tham gia của H2O vào trong quá trình phản ứng do đó làm tăng
khả năng kết tụ.
+Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phát triển của tinh thể do đó
ảnh hưởng đến hình dạng và kích thước hạt. Nhiệt độ tăng, thời gian tiến hành
phản ứng giảm, kích thước hạt tăng, hình dạng hạt thay đổi.
+ Anion: Không nên dùng SO4
2-
, PO4
3-
bởi đây là những anion có điện
tích lớn, khả năng phân cực hoá cao.
Phương pháp vi nhũ
Nguyên tắc của phương pháp là tổng hợp hạt sắt từ trong một hệ vi nhũ
W/O (Water/Oil) tức hệ vi nhũ nước trong dầu. Trong đó dầu là môi trường liên
tục. Những hạt nước có kích thước rất nhỏ bền trong dầu chính là nơi phản ứng
xảy ra để tạo ra hạt sắt từ. ưu điểm của phương pháp là hạt tạo ra phần lớn có
dạng hình cầu.
*Cơ chế tạo hệ vi nhũ:
Hệ vi nhũ thường bao gồm một pha hữu cơ đóng vai trò làm dung môi,
một chất hoạt động bề mặt và một chất tan trong H2O. Phần đầu phân cực của
chất hoạt động bề mặt phân tán trong H2O và phần đuôi không phân cực phân
tán trong pha hữu cơ.
*Giới thiệu một số hệ vi nhũ:
a. Hệ gồm H2O/AOT/ n-heptan
O2
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

42. 12
Trong đó AOT là Natri bis (2-etyl hexyl sunfo sucxinat) đóng vai trò làm
tác nhân bề mặt.
b. Hệ gồm H2O/ C2H5OH/ DBS/ toluen
Pha hữu cơ là toluen, tác nhân bề mặt là dodexyl benzen sunfonat
C12H25C6H6(SO3Na), C2H5OH là tác nhân phụ có vai trò tương tự như một chất
hoạt động bề mặt. C2H5OH tan vô hạn trong nước, nhóm etyl không phân cực
giúp phân tán tốt hơn trong pha hữu cơ.
*Phương pháp vi nhũ:
®¸nh tan trong bÓ siªu ©m
®¸nh tan trong bÓ siªu ©m
Sơ đồ tổng hợp hạt oxit sắt từ bằng phương pháp vi nhũ
Trộn lẫn 2 hệ vi nhũ trong môi trường khí quyển N2, khuấy tốc độ cao.
Sản phẩm được li tâm, rửa, làm khô trong chân không.
- Tổng hợp vật liệu:
+ Hóa chất và dụng cụ:
Hóa chất:
- Styren C8H8 (C6H5-CH=CH2) (St - Trung Quốc): d4
20
= 0,906 - 0,909 g/ml,
M= 104,15.
- Divinylbenzene (p-C6H4(HC=CH2)2) (DVB - Merck), d4
20
= 0,9162
g/ml, M=130,19 g/mol.
- Benzoyl peroxit (BPO - Trung Quốc)
- FeCl2.4H2O, FeCl3.6H2O (Trung Quốc)
- Dung dịch NH3, NaOH, Gelatin (Trung Quốc)
- Metanol (Trung quốc)
- Etanol (Việt Nam)
- Nước cất
- Dầu Diezel (Petrolimex), tỷ trọng ở 15o
C: 0,87
Dung dịch FeCl2, FeCl3
trộn theo tỉ lệ 1:1
Chất hoạt động bề mặt/ pha
hữu cơ
Hệ vi
nhũ I
Dung dịch của một bazơ ví dụ
như NH4OH hay NaOH
Hệ vi
nhũ II
Chất hoạt động bề mặt/ pha
hữu cơ
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

43. 13
- Xăng A92, A95 (Petrolimex), tỷ trọng ở 15o
C: 0,76
- Dầu DO (Petrolimex), tỷ trọng ở 15o
C: 0,92
- Toluen (Merk)
Dụng cụ:
Bể điều nhiệt, cân phân tích, tủ sấy, máy khuấy, nhiệt kế, bình cầu ba cổ, cốc
thuỷ tinh, bình tam giác, pipet và các dụng cụ khác.
Tổng hợp hạt ôxit sắt:
Tiến hành pha dung dịch hỗn hợp muối FeCl3 và FeCl2 trong nước cất với
các nồng độ CM
FeCl3
= 0,24M, và CM
FeCl2
= 0.12M, rồi rót vào bình phản ứng
được đặt trong hệ điều nhiệt ở nhiệt độ 50o
C. Dung dịch NaOH 0,05M rót
vào phễu nhỏ giọt. Trước và trong quá trình phản ứng các dung dịch đều
được sục khí N2 để ngăn ngừa sự oxi hoá của các ion Fe2+
, sử dụng máy
khuấy với tốc độ cao với tốc độ nhỏ giọt 2-3 giây/giọt . Hỗn hợp phản ứng
chuyển thành màu đen ngay sau khi nhỏ giọt, pH của phản ứng ổn định từ
10,4 -10,5, tiến hành phản ứng trong 120 phút.
Phản ứng thủy phân:
Fe2+
+ 2Fe3+
+ 8OH-
Fe3O4 + 4H2O
- Sản phẩm đem lọc tách li tâm, rửa sạch các ion Cl-
bằng nước cất vài lần
(thử ion Cl-
bằng kết tủa trong dung dịch AgNO3), sau đó rửa kết tủa bằng
cồn 960
khoảng 2-3 lần.
Mẫu vật liệu oxit sắt thu được sấy khô ở nhiệt độ 70o
C trong tủ sấy chân không.
Biến tính bề mặt hạt oxit sắt
- Hạt sắt oxit muốn đưa được vào trong polyme phải được biến tính bề
mặt, nếu không chúng sẽ bị lắng và chìm trong dung dịch hỗn hợp phản ứng và
tách ra ngoài. Có rất nhiều phương pháp để biến tính hệ hạt này, chúng tôi sử
dụng phương pháp oleat hóa bề mặt. Phương pháp này có ưu điểm là dễ làm,
axit oleic dễ kiếm và rẻ tiền, đồng thời trong oleic còn có một nối đôi, nó sẽ dễ
dàng tạo liên kết và tăng khả năng tương hợp với các polyme hơn.
Do năng lượng bề mặt cao nên các hạt sắt từ thường bị kết tụ. Điều kiện
ứng dụng đòi hỏi không có sự kết tụ mà phải phân tán được. Muốn vậy lực
tương tác so chuyển động nhiệt, do tương tác đẩy phải mạnh hơn lực hút giữa
các hạt.
Những hạt nano Fe3O4 có kích thước rất nhỏ, thể hiện tính siêu thuận từ ở
nhiệt độ thường (nhiệt độ Curie nhỏ hơn nhiệt độ thường), có nhiều ứng dụng
rất quan trọng trong lĩnh vực y học. Điều kiện ứng dụng là các hạt phải có kích
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

44. 14
thước nhỏ hơn 50nm, có sự phân bố kích thước hẹp và bề mặt được bảo vệ bởi
chất có khả năng tương hợp sinh học cao. Với lớp áo khoác bên ngoài ngăn cản
sự kết tụ, đồng thời làm tăng khả năng tương hợp sinh học, vật liệu siêu thuận
từ được sử dụng để làm chất dẫn thuốc, sử dụng trong lĩnh vực ghi hình ảnh
cộng hưởng từ...
Một số phương pháp ổn định, bảo vệ hạt ôxit sắt từ
* Khi kích thước hạt nhỏ đến một giới hạn nhất định, hạt thể hiện tính
siêu thuận từ, hạt siêu thuận từ có rất nhiều ứng dụng nên các nhà khoa học chủ
yếu tập trung nghiên cứu phương pháp bảo vệ hạt nano siêu thuận từ. Sau đây là
một số phương pháp bảo vệ hạt nano siêu thuận từ SPION (super paramagnetic
iron oxide nanoparticles).
Phương pháp 1:
Sử dụng dung dịch natrioleat để có thể tạo ra được huyền phù bền, với
nồng độ 2.10-4
thì vừa vặn tạo ra một lớp đơn hấp phụ trên bề mặt hạt sắt từ.
Hệ gồm SPION và dung dịch natrioleat được phân tán trong bể siêu âm
với cường độ mạnh trong 5’, t0
là 800
C, sau đó được làm lạnh đến nhiệt độ
phòng.
Phương pháp 2:
Năm 1968, sau khi tạo ra hạt oxit sắt từ Fe3O4 băng phương pháp nghiền
cơ học, Papell là người đầu tiên đã tạo được pha phân tán bền của hạt trong axit
oleic/ dung môi hidrocacbon. Sau đó, phương pháp này được sử dụng một cách
rộng rãi. Ngoài axit oleic, còn có thể sử dụng một số axit béo khác nhý axit
stearic.
Trên bề mặt hạt sắt từ có những nhóm -OH, do đó mà giữa hạt sắt từ và
axit cacboxylic có sự hình thành liên kết hoá học. Phần đuôi không phân cực
của axit béo phân tán trong một dung môi hữu cơ không phân cực như toluen
hay n-hexan
→
Phương pháp 3:
Tinh bột (TB) được sử dụng ngay trong quá trình phản ứng, lớp polime bao
phủ quanh hạt ngăn ngừa sự oxi hoá và tránh sự kết tụ bởi sức căng bề mặt.
Lấy 100 mg TB hoà tan trong 20 ml nước cất ở 800
C dưới tác dụng của
máy khuấy từ, 5ml dung dịch chứa 0,1M Fe2+
và 0,2 M Fe3+
được rót vào dung
Hình 1.9. Axit cacboxylic hấp phụ hoá học trên bề mặt hạt sắt từ
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

45. 15
dịch TB đã điều chế. Dùng máy khuấy cơ học tốc độ cỡ 2000 vòng/phút, khuấy
mạnh trong 20 phút để đồng nhất hỗn hợp. Sau đó 25 ml hỗn hợp này được thêm
nhỏ giọt vào 250 ml NaOH 0,1M dưới tác dụng của một máy khuấy cơ học
mạnh ở 600
C trong 2h. Sau khi H20 bay hơi 50 % về khối lượng, dung dịch còn
lại được làm lạnh đến nhiệt độ phòng và để yên trong 12 h gel.
Phương pháp biến tính hạt oxit sắt bằng axit oleic:
- Để ngăn ngừa hiện tượng kết tụ ta sử dụng chất hoạt động bề mặt là
amôni oleat để tạo ra lưu thể bền của hạt sắt từ.
Tiến hành: điều chế dung dịch amoni oleat bằng cách cho axit oleic phản
ứng với dung dịch NH3, cho từ từ 25ml dung dịch NH3 đậm đặc vào 100ml axit
oleic, khuấy đều hỗn hợp cho đến khi tan vào nhau hoàn toàn, lấy dung dịch thu
được để tiến hành hoạt hóa bề mặt hạt oxit sắt.
Đưa hạt sắt từ vào hệ thu được ở trên, khuấy mạnh trong 4h ở 500
C. Lưu
thể được tạo thành rất bền, để 30 ngày không lắng.
Thành phần của hệ:
Hạt oxit sắt : 2%
Amôni oleat : 0,6%
Nước cất : 97,4%
- Khi cần sử dụng hạt nano Fe3O4, cho hệ vào máy ly tâm tốc độ cao, lọc
tách hạt, sấy khô và đưa vào sử dụng.
- Có thể thay thế hệ amoni oleat bằng cách sử dụng trực tiếp axit oleic, sử
dụng bể siêu âm để trộn đều hạt.
Đồng trùng hợp Styren và Divinylbenzen có hạt oxit sắt:
Lắp bình ba cổ 250 ml, ăn khớp với thiết bị khuấy, thiết bị đo nhiệt (bể
điều nhiệt), thiết bị hồi lưu, đường dẫn khí nitơ, được tạo lấp đầy bằng nitơ. Cho
5g chất bảo vệ huyền phù gelatin, sau đó cho 100 ml dung dịch phản ứng gồm
Styren và Divinylbenzen có phân tán hạt ôxit sắt đã được oleat hóa bề mặt trong
monome bằng thiết bị siêu âm. Gia nhiệt đến 900
C trong bể điều nhiệt trong khi
duy trì vận tốc khuấy không đổi và cho dòng Nitơ nhẹ nhàng đi vào bình phản
ứng. Chất khơi mào Peroxit benzoyl được thêm vào với lượng khoảng 1% so
với monome, tại thời điểm này là thời điểm bắt đầu của phản ứng. Sau 240 phút
dừng phản ứng kể từ khi cho thêm chất khởi đầu và làm lạnh hỗn hợp xuống
nhiệt độ phòng. Sản phẩm thu được rửa và khuấy trong metanol để loại bỏ các
monome dư, sau đó được lọc và làm khô trong chân không ở 70o
C tới khối
lượng không đổi.
Phản ứng trùng hợp:
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

46. 16
Thử nghiệm khả năng hấp thu và thu hồi dầu của vật liệu
Khả năng hấp thụ dầu (mức độ hấp thụ dầu) là thụng số quan trọng nhất
đối với việc chế tạo polyme hấp thụ dầu. Để xác định được mức độ hấp thụ dầu
lấy mẫu sau khi phản ứng kết, tất cả cỏc mẫu thử khả năng hấp thụ dầu đều
được sấy khụ trong chân không trong 2 ngày.
Hệ số hấp thụ dầu (W) được xác định bằng phương pháp trọng lượng.
Cân một lượng xác định (khoảng 2 g) chất hấp thụ đó được sấy khi cho vào túi
chè và ngâm vào trong dầu ở nhiệt độ phòng. Làm túi đối chứng tương tự nhưng
không cho vật liệu hấp thụ dầu để xác định được sự tăng khối lượng của túi có
chất hấp thụ dầu. Sau một khoảng thời gian nhất định lấy túi mẫu ra khỏi dầu và
để ráo hết dầu trong 1 phút cân chính xác khối lượng túi mẫu. Tiến hành cân
cho đến khi khối lượng túi chứa vật liệu hấp thụ dầu không tăng lên nữa thì
dừng lại.
Để xác định khả năng hấp thụ dầu (lượng dầu hấp thụ đó bão hòa) thông
thường cho hấp thụ khoảng trên 4 giờ, có thể ngâm tới 24 giờ tuy nhiên chú ý
khả năng bay hơi của dầu kết quả sẽ không còn chính xác. Xác định trọng lượng
mẫu thu được. Hệ số hấp thụ dầu được tính theo công thức:
%
100
1
1
2
x
m
m
m
W
−
=
Trong đó: m2 và m1 là khối lượng chất trước và sau khi hấp thụ dầu.
Các mẫu vật liệu được chúng tôi chế tạo đều được đem xác định mức độ
hấp thụ dầu.
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

47. 17
Thử nghiệm khả năng hấp thụ dầu của vật liệu với các loài dầu khác
nhau, chúng tôi thu được bảng số liệu sau:
Khả năng hấp thu các loại dầu khác nhau của vật liệu
Dầu hấp thu (g/g) Toluen Xăng A92 Diezen DO
St-DvB + 4% Fe3O4 10.1 9.4 6.7 5.8
Vật liệu sau khi hấp thu dầu đến cân bằng được chúng tôi sử dụng hơi
nước quá nhiệt để tách loại dầu. Tiếp tục cân, nghiên cứu khả năng hấp thu dầu
và so sánh với mẫu ban đầu, kết quả thu được trên bảng dưới đây:
Khả năng hấp thu dầu lại của vật liệu nanocomposite giữa St-DvB với hạt
nano Fe3O4.
Tỷ lệ hạt Fe3O4 (%)
trong vật liệu
Khả năng hấp thu dầu DO Khả năng hấp thu xăng A92
Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 1 Lần 2 Lần 3
4,00 5,8 5,5 4,8 9,6 8,5 7,6
Vật liệu hấp thụ dầu được chúng tôi nghiên cứu đã được thử nghiệm khả năng
hấp thụ dầu và khả năng thu gom sau khi hấp thụ dầu trong phòng thí nghiệm.
Với vật liệu là Poly Styren-Divinyl Benzen - có phân tán 4% hạt nano Fe3O4, dầu
được đem xử lý là dầu DO, sử dụng nam châm vĩnh cửu để thu gom dầu trong
nước muối loãng 3% (gần giống với hàm lượng muối trong nước biển). Kết quả
thu được thể hiện trên các ảnh chụp.
Vật liệu hấp thu dầu Dầu DO khi cho vật
liệu hấp thu xử lý dầu
Sau khi cho vật liệu
hấp thụ dầu 15 phút
Dùng thanh nam
châm để gom vật liệu
Vật liệu sau khi bám
trên thanh nam châm
Cốc nước – dầu sau
khi xử lý hấp thụ dầu
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

48. 18
Các nội dung sẽ nghiên cứu trong thời gian tới:
- Tiếp tục hoàn thiện quy trình chế tạo hạt ôxit sắt, sử dụng them các phương
pháp vi nhũ và phương pháp thủy phân cưỡng chế để tạo hạt ôxit sắt trong
phòng thí nghiệm. So sánh các phương pháp này với nhau để tìm phương
pháp dễ dàng nhất và hiệu quả nhất để tổng hợp hạt ôxit sắt.
- Nghiên cứu biến tính ôxit sắt bằng các tác nhân khác như tinh bột, để có kết
quả so sánh với nhau tìm phương pháp biến tính tối ưu.
- Nghiên cứu chế tạo các hệ polyme khác tương tự để xem xét khả năng hấp
thu dầu của vật liệu chẳng hạn hệ polyme của styrene với axit oleic. Từ các
nghiên cứu đó sẽ tìm ra hệ polyme hấp thu dầu tốt nhất
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

49. 19
Phần IV: Kết luận
Vật liệu hấp thu dầu được tổng hợp bằng phương pháp đồng trùng hợp
huyền phù trong nước giữa Styren và Divinylbenzen với hạt ôxit sắt đã được
oleat hóa bề mặt, chất bảo vệ huyền phù là gelatin. Vật liệu có khả năng hút
dầu tốt (1g vật liệu có thể hút được 5 - 6g dầu nặng DO), tốc độ hút dầu lớn,
giá thành rẻ, không độc hại, thân thiện với môi trường, có thể thu hồi sau khi
sử dụng, có thể tái sử dụng được.
- Có thể thu gom vật liệu sau khi hấp thu dầu bằng nam châm, do có từ tính
nên xu hướng của vật liệu sau khi hấp thu dầu thường kết đám lại với nhau
tạo những mảng lớn. Có thể thay các hạt oxit sắt bằng các hạt mang từ tính
khác tuy nhiên giá thành thường sẽ lớn hơn so với sắt oxit.
- Vật liệu có thể thu gom xử lý những vệt dầu loang, những vết dầu sau khi xử
lý sự cố tràn dầu bằng các phương pháp tổng hợp khác. Với lợi thế thu gom
dầu một cách triệt để nhất để tránh những ô nhiễm xảy ra sau khi thu gom
phần lớn lượng dầu tràn.
- Các nghiên cứu trên mới chỉ là bước đầu, trong thời gian tới chúng tôi sẽ tiếp
tục nghiên cứu them để có những kết quả tốt hơn nữa.
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

50. 20
Tài liệu tham khảo
1. Nguyễn Tiến Dũng, Lê Hải Đăng, Trương Thị Hoà, Nguyễn Văn Khôi,
Nguyễn Hữu Trịnh (2006), “Tổng hợp hạt nano sắt từ, nghiên cứu tính chất
và ứng dụng”. Kỷ yếu hội thảo: Nâng cao chất lượng nghiên cứu khoa học
và đào tạo giáo viên Hoá học trong giai đoạn mới, Tạp chí khoa học Đại
học Sư Phạm Hà Nội, tr 114 – 119.
2. Nguyễn Hạnh (2005), “Tổng hợp vật liệu nano bằng phương pháp sol-gel,
đặc trưng và khả năng ứng dụng”, Kỷ yếu hội thảo Vật liệu nano và một số
ứng dụng trong Quốc phòng, Tr 52-67.
3. Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hoá học nano công nghệ vật liệu nền và vật liệu
nguồn, NXB Khoa học tự nhiên và Công nghệ Hà Nội.
4. Đinh Thị Ngọ (2004), Hoá học dầu mỏ và khí. NXB Khoa học và Kỹ thuật.
5. Thái Doãn Tĩnh (2005), Hoá học các hợp chất cao phân tử, NXB Khoa học
và Kỹ thuật.
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

51. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI
TRƯỜNG TRƯỜNG THCS TÔ HOÀNG
Quận Hai Bà Trưng
**************
ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT
DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ
LẦN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014 - 2015).
Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHỬ ĐỘC CỦA MỘT SỐ CÂY GIA VỊ LÀ MÀU
TRONG PHÒNG BẾP
Lĩnh vực: Môi trường
NGƯỜI HƯỚNG DẪN
1. TS. Mai Xuân Thành
Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
2. Nguyễn Thùy Vân
Giáo viên trường THCS Tô Hoàng
TÁC GIẢ:
1. Dương Tuấn Anh
Lớp: 9D Trường THCS Tô Hoàng
2. Nguyễn Thu Hằng
Lớp: 8D Trường THCS Tô Hoàng
Hà Nội, tháng 11 năm 2014
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

52. Trồng cây gia vị lá màu trong phòng bếp
2
MỤC LỤC
PHẦN I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI............................................................................. 3
PHẦN II. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỂM MỚI, SÁNG
TẠO CỦA ĐỀ TÀI................................................................................................... 5
1. Thực trạng môi trường không khí của các căn hộ trong thành phố ........... 5
2. Cải thiện môi trường trong các căn hộ và phòng bếp................................. 5
3. Mục tiêu của đề tài:..................................................................................... 5
4. Điểm mới của đề tài:................................................................................... 5
PHẦN III. QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ ....................................... 7
1. Tìm hiểu về cây gia vị và các đặc điểm sinh học....................................... 7
1.1. Cây Tía tô ................................................................................................ 7
1.2. Cây Rau răm ............................................................................................ 8
1.3 Cây Diếp cá............................................................................................... 9
1.4. Cây Húng quế. ......................................................................................... 9
2. Giả thuyết khoa học:................................................................................. 10
3. Mục đích nghiên cứu của dự án:............................................................... 10
4. Chuẩn bị vật liệu....................................................................................... 11
5. Trồng và chăm sóc cây............................................................................. 11
6. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 11
6.1 Khả năng sống của cây gia vị trong điều kiện phòng bếp...................... 11
6.2 Đo các chỉ số khử khí độc của cây ......................................................... 11
7. Kết quả nghiên cứu................................................................................... 12
7.1 Khả năng sống của cây gia vị trong phòng bếp...................................... 12
7.2. Đo các chỉ số khử khí độc của cây. ....................................................... 13
7.2.1 Đo các chỉ số khử khí độc của từng loại cây....................................... 13
7. 2.2 Đo các chỉ số khử khí độc của các tổ hợp 2 và 3 loại cây.................. 18
PHẦN IV. KẾT LUẬN........................................................................................... 19
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

53. Trồng cây gia vị lá màu trong phòng bếp
3
PHẦN I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong điều kiện chật chội ở các đô thị, ô nhiễm không khí trở nên ngày
một tăng, ô nhiễm môi trường không khí ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con
người và là nguyên nhân của rất nhiều căn bệnh nan y. Ngày nay, ô nhiễm môi
trường không khí len lỏi vào từng căn hộ. Trong một ngôi nhà phòng bếp trở
nên ô nhiễm hơn bao giờ hết, nhất là khi các thực phẩm được ngâm tẩm các hóa
chất bảo quản và tẩy rửa vô cùng độc hại, trong khi nấu nướng chế biến thức ăn
các chất này bị bay hơi hoặc bị đốt cháy không những tạo ra khí CO mà còn
sinh ra nhiều các chất độc hại khác nữa.
Trồng cây là một trong các biện pháp để giảm thiểu ô nhiễm môi trường
không khí. Đối với nhiều hộ gia đình ở thành phố, đặt các chậu cảnh một phần
là do sở thích và phần khác là nhằm đáp ứng nhu cầu thẩm mỹ. Nhiều hộ gia
đình trong thành phố đã tận dụng ban công hoặc sân thượng để trồng cây cảnh
hoặc trồng rau. Các chậu cảnh thường được đặt ở các hành lang hoặc phòng
khách nơi có nhiều ánh sáng hơn trong ngôi nhà. Tuy nhiên, việc trồng rau gia
vị trong phòng bếp thì hầu như không có ai thực hiện vì phòng bếp thường là
nơi thiếu ánh sáng và không phù hợp cho sự phát triển của cây xanh. Qua sách
báo chúng em được biết các cây gia vị do có các tinh dầu hoặc chứa các chất có
khả năng sát khuẩn nên nó có khả năng khử mùi, khử độc. Các cây lá màu lại có
khả năng sống dài ngày hơn trong điều kiện thiếu sáng như trong phòng bếp.
Qua tìm hiểu chúng em biết được mỗi loài cây thường có khả năng khử một số
chất gây độc nhất định nên chúng em nảy ra ý tưởng và đi đến quyết định thực
hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng khử độc của một số cây gia vị lá màu
trong phòng bếp” để tìm ra được tổ hợp cây có khả năng khử độc tốt nhất. Đề
tài được kỳ vọng mang lại những lợi ích sau:
• Về sức khỏe con người: Góp phần tạo ra rau gia vị sạch, lọc không khí
độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe của mọi người trong gia đình.
• Về môi trường: Giúp làm sạch không khí.
• Về mặt nghiên cứu khoa học: Đưa ra ý tưởng nghiên cứu về cải thiện
môi trường trong phòng bếp.
• Về tính ứng dụng: Có thể thực hiện ở mọi gia đình, sản phẩm ngoài việc
khử độc trong phòng bếp còn có thể sử dụng làm gia vị trong các bữa ăn
hàng ngày.
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

54. Trồng cây gia vị lá màu trong phòng bếp
4
PHẦN II. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỂM MỚI, SÁNG
TẠO CỦA ĐỀ TÀI
1. Thực trạng môi trường không khí của các căn hộ trong thành phố
Do mật độ dân cư đông đúc, thiếu không gian thoáng đãng nên môi
trường không khí của các căn hộ trong thành phố bị ô nhiễm ở mức báo động.
Theo thống kê của Sở Tài nguyên Môi trường và Nhà đất Hà Nội, mỗi năm
thành phố Hà Nội phải tiếp nhận khoảng 80.000 tấn bụi, khói; 9.000 tấn khí
SO2; 46.000 tấn khí CO2 từ các cơ sở công nghiệp thải ra. Ngoài ra, các phương
tiện giao thông ô tô, xe máy và khí đốt cũng được xác định như là một nguồn
phát thải lớn.
2. Cải thiện môi trường trong các căn hộ và phòng bếp
Do tình hình ô nhiễm không khí nói chung tại các thành phố mà các căn
hộ và phòng bếp đều bị ảnh hưởng bởi môi trường chung. Ngoài biện pháp hút
khí và đưa ra môi trường ngoài căn hộ thì biện pháp trồng cây xanh mang lại
hiệu quả bền vững nên nhiều gia đình trồng cây cảnh, cây hoa thậm chí là cây
rau vừa mang tính thẩm mỹ lại có thể cải thiện được cuộc sống. Tuy nhiên,
chúng em hướng tới ý tưởng vừa trồng cây nhằm tạo cảnh quan, bảo vệ môi
trường vừa có tính sử dụng cao. Với không gian chật hẹp tại thành phố thì trồng
các cây gia vị là phù hợp.
3. Điểm mới của đề tài:
Lần đầu tiên nghiên cứu khả năng khử các loại khí độc của bốn loại cây
gia vị lá màu trong môi trường phòng bếp, từ đó tìm ra tổ hợp cây có khả năng
khử độc tốt nhất và đưa ra các khuyến nghị đối với người dân khi sử dụng riêng
rẽ hoặc phối hợp các loại cây này khi trồng trong gia đình.
Hiện nay, các nghiên cứu về các cây trên với các tính năng dùng làm
thuốc thì rất phong phú và đa dạng. Các nghiên cứu không những đã tìm ra
được các chất có trong từng loại cây mà còn dùng làm các vị thuốc đông y rất
hiệu quả mà sẵn có. Tuy nhiên, việc ứng dụng chúng vào làm các chậu cảnh thì
hoàn toàn chưa có cũng như chưa tìm hiểu tính khử khí độc của chúng trong
điều kiện sống như trong phòng bếp. Sự phối hợp giữa các cây tạo thành các tổ
hợp cây để có khả năng khử các khí độc trong phòng bếp là hoàn toàn chưa có
nên việc nghiên cứu khả năng khử độc của từng loại cây cũng như tổ hợp các
loài cây là rất cần thiết.
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

55. Trồng cây gia vị lá màu trong phòng bếp
5
PHẦN III. QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ
1. Quá trình nghiên cứu
Quá trình nghiên cứu được tiến thành theo các bước sau:
- Xác định nội dung và mục đích nghiên cứu
- Tìm hiểu về cây gia vị và các đặc điểm sinh học
- Đưa ra giả thuyết khoa học
- Chuẩn bị vật liệu nghiên cứu
- Trồng và chăm sóc cây
- Tiến hành nghiên cứu về:
+ Khả năng sống của cây gia vị trong điều kiện phòng bếp
+ Khả năng khử độc của 4 cây gia vị
- Đưa ra kết quả nghiên cứu
- Phân tích và kết luận
2. Nội dung và mục đích nghiên cứu của dự án:
Nghiên cứu khả năng khử các khí thường có trong phòng bếp như: khí
cháy, CO2, CO, H2S, SO2 của bốn loại cây gia vị lá màu: Tía tô, Rau răm, Diếp
cá và Húng quế và tìm ra tổ hợp các cây có khả năng khử độc tốt nhất trong môi
trường không khí của phòng bếp.
Nghiên cứu khả năng khử độc của bốn loài cây gia vị lá màu khác nhau
để biết được khả năng khử độc của mỗi loài.
Tìm ra tổ hợp tốt nhất của các loài cây có khả năng khử các khí độc sinh
ra trong phòng bếp cũng như môi trường tương tự.
Từ nghiên cứu để đưa ra các khuyến nghị nên trồng đơn lẻ hoặc tổ hợp
các loại cây gia vị nào để cải thiện được tốt nhất môi trường không khí trong
nhà bếp. Ngoài ra còn có thể sử dụng ngay sản phẩm cây trồng làm gia vị trong
mỗi bữa ăn hàng ngày.
Tăng khả năng tìm tòi và yêu thích môn học và yêu thiên nhiên hơn.
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

56. Trồng cây gia vị lá màu trong phòng bếp
6
3. Cây gia vị và các đặc điểm sinh học
Rau gia vị được dùng để ăn sống hoặc chế biến với những loại thực phẩm
khác để kích thích ăn ngon miệng. Do đặc điểm của các loại rau này có mùi vị
đặc biệt làm cho món ăn thơm hơn, ngon hơn. Các cây gia vị này có lá màu nên
khả năng sống trong môi trường ánh sáng yếu sẽ tốt hơn so với cây có lá mà
xanh. Cây gia vị chứa nhiều tinh dầu cũng như các chất có khả năng sát khuẩn
nên khả năng khử các khí độc cũng tốt hơn.
Ngoài ra, rau gia vị còn chứa những chất có tác dụng dược lý nên được sử
dụng làm những vị thuốc nam có giá trị sử dụng rất an toàn.
3.1. Cây Tía tô
Tía tô có tên khoa học là Perilla frutescens (đồng nghĩa: Perilla
macrostachya, Perilla ocymoides, Perilla urticifolia, Ocimum frutescens) là một
trong số khoảng 8 loài cây Tía tô thuộc họ Hoa môi (Lamiaceae hay Labiatae)
giống như húng [9]. Cây Tía tô phân bố trải rộng từ Ấn Độ sang Đông Á. Cây
thân thảo, lá mọc đối, mép khía răng, mặt dưới tím tía, có khi hai mặt đều tía,
nâu hay màu xanh lục có lông nhám. Hoa nhỏ, màu trắng hay tím, mọc đối, 4
tiểu nhị không thò ra ngoài hoa. Toàn cây có tinh dầu thơm và có lông.
Không chỉ dùng làm rau gia vị thơm ngon, Tía tô còn được sử dụng làm
thuốc được dùng phổ biến trong y học cổ truyền được gọi là cây thuốc nam. Tía
tô có loại mép lá phẳng, màu tía nhạt, ít thơm và có loại Tía tô mép lá quăn,
màu tía sẫm, mùi thơm nồng. Tía tô có vị cay, tính ấm, có tác dụng trị cảm lạnh,
đầy bụng, nôn mửa. Cành Tía tô có vị cay ngọt, có tác dụng an thai, chống nôn
mửa, giảm đau, hen suyễn. Ngoài ra, với giá trị dinh dưỡng cao, giàu vitamin A,
C, giàu hàm lượng Ca, Fe, và P... Tía tô có tác dụng làm đẹp da. Tía tô tốt cho
phế quản, phổi. Theo Đông y, phổi tốt sẽ giúp thần sắc tươi tắn, da hồng hào.
Chính vì thế, nhiều người đã dùng Tía tô như một bài thuốc làm đẹp da dễ tìm
mà lại ít tốn kém, nhưng hiệu quả. Ở một số nước nhiều nhất là Nhật Bản, người
nhật rất ưa dùng Tía tô để làm trà pha uống hàng ngày, hoặc dùng nước nấu cây
Tía tô để tắm rửa bảo vệ da, dưỡng da tươi mịn, giảm trừ vết nhăn, vết nám, cải
thiện khô ngứa da vì Tía tô có tác dụng làm ẩm da, dịu da, tăng cường trao đổi
chất. Khi da bị mẩn ngứa do tiếp xúc ánh nắng mặt trời, do côn trùng... người ta
vò lá Tía tô vào chậu nước tắm và dùng bã xát trực tiếp vào da. Trong nha khoa,
người ta dùng trà Tía tô để súc miệng như một loại nước tẩy sạch răng miệng,
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

57. Trồng cây gia vị lá màu trong phòng bếp
7
làm thơm miệng. Ngoài ra, theo kinh nghiệm dân gian, có thể dùng Tía tô để
chữa trị mụn thịt, mụn cóc. Theo đó, vò nát (hoặc giã nát) lá Tía tô, chà lên mụn
thịt, hoặc mụn cóc. Sau đó, dùng gạc để quấn chặt hoặc dùng băng dính cố định
chỗ đắp. Thực hiện liên tục trong vài tuần, các mụn thịt, mụn cóc sẽ nhỏ lại và
biến mất. Da sẽ trở lại mịn màng.
Trong gia đình em, Tía tô được dùng để giải cảm và chữa mụn cơm nước.
Mụn cơm nước gây ngứa ngáy, khó chịu và thường mọc trên mặt. Khi bị mụn
cơm nước, ta chỉ cần giã lá Tía tô rồi lấy nước bôi lên chỗ bị mụn, sau khoảng
chừng nửa tháng là khỏi và không để lại sẹo.
3.2. Cây Rau răm
Rau răm có tên khoa học là Persicaria odorata là một loài thực vật dùng
để làm gi vị thuộc họ Polygonaceae - họ Thân đốt hay họ Rau răm. Cây thảo
mọc hằng năm. Thân mọc trườn ở gốc và đâm rễ và mầm ở các mấu, rồi đứng
lên cao 30-35cm. Lá mọc so le, hình bầu dục ngọn giáo, nhọn hay to ở chóp,
cuống rất ngắn, mép lá và gân chính phủ đầy những lông nhọn khá dài; bẹ chìa
ngắn ôm lấy thân, có nhiều gân song song mà phần lớn kéo dài ra thành những
sợi dài. Hoa họp thành bông dài, hẹp, mảnh, đơn độc hay xếp từng đôi hoặc
thành chùm ít phân nhánh. Quả nhỏ, có 3 cạnh, nhọn hai đầu, nhẵn và
bóng. Rau răm là cây thân thảo, lá của chúng được sử dụng rộng rãi trong các
món ăn của khu vực Đông Nam Á.
Rau răm chủ yếu được ăn sống như một loại rau gia vị trong đĩa rau sống
hay được sử dụng ở dạng thái nhỏ cho vào các món ăn như bún thang (một đặc
sản của Hà Nội), cháo nấu bằng trai hay hến, miến vịt hay ngan hoặc ăn kèm
trứng vịt lộn. Món gỏi gà xé phay cũng dùng Rau răm. Lá Rau răm có tinh dầu
màu vàng nhạt, mùi thơm mát dễ chịu có vị cay nồng mùi thơm, tính ấm; có tác
dụng tán hàn, tiêu thực, sát trùng. Thường dùng ăn để kích thích tiêu hoá, chữa
dạ dày lạnh, đầy hơi đau bụng, kém ăn, co gân (chuột rút), ỉa chảy. Ngoài ra,
còn dùng chữa sốt, làm thuốc lợi tiểu và chống nôn. Dùng ngoài để chữa bệnh
ngoài da (hắc lào, sâu quảng) rắn cắn và chó dữ cắn [10]. Rau răm rất ưa nước
nên khi trồng phải chú ý để đất ẩm.
3.3 Cây Diếp cá
Diếp cá hay dấp cá, giấp cá, lá giấp, rau giấp, ngư tinh thảo, rau vẹn, tập
thái có tên khoa học là Houttuynia cordata là một loài thực vật thuộc họ
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L

58. Trồng cây gia vị lá màu trong phòng bếp
8
Saururaceae. Diếp cá có nguồn gốc ở Nhật Bản, miền nam Trung Quốc và Đông
Nam Á, là một loại cỏ nhỏ, mọc lâu năm, ưa chỗ ẩm ướt, có thân rễ mọc ngầm
dưới đất. Rễ nhỏ mọc ở các đốt, thân mọc đứng cao 40 cm, có lông hoặc ít lông.
Lá mọc cách, hình tim, đầu lá hơi nhọn. Hoa nhỏ, không có bao hoa, mọc thành
bông, có 4 lá bắc màu trắng; trông toàn bộ bề ngoài của cụm hoa và lá bắc
giống như một hoa đơn độc. Toàn cây vò có mùi tanh như mùi cá.
Theo Đông y, tính vị Diếp cá hơi lạnh, cay, hơi độc, đi vào kinh phế. Tác
dụng chữa trĩ, đinh nhọt, sởi, đau mắt đỏ do vi khuẩn mủ xanh, bí tiểu tiện, phụ
nữ kinh nguyệt không đều, có thể phối hợp với một số vị thuốc Nam khác chữa
sốt xuất huyết. Thường dùng dưới dạng sắc hoặc ép nước cốt - chế dầu dấp cá
để nhỏ mắt. Trong gia đình, cây Diếp cá hay được dùng để ăn sống và ăn kèm
với các rau thơm khác. Diếp cá có mùi tanh, nếu không quen ngửi sẽ rất khó
chịu.
3.4. Cây Húng quế.
Húng quế (tên khoa học: Ocimum basilicum), còn gọi là rau quế, é quế,
húng giổi, húng dổi, húng chó hay húng lợn là một loài rau thơm đa niên
thuộc họ Hoa môi. Cây cao chừng 0,3m, lá rậm, xanh thẫm, mùi vị nồng tương
tự hương vị quế. Ở một số nơi trên thế giới, Húng quế được dùng làm gia vị.
Húng quế châu Âu (basil) có mùi hăng đậm, thường dùng làm gia vị cho các
món như mì, sa-lát, thịt nướng, làm các loại xốt cà chua, xốt pho mát, xúp cà
chua, xúp pho mát... Cây Húng quế là một loại thảo dược dùng được trong cả
ẩm thực phổ biến trong các món ăn Âu Á. Ngoài hương vị hấp dẫn dùng để làm
gia vị, Húng quế còn có tính chất tăng cường sức khỏe đáng kể và có tác dụng
chữa một số bệnh. Có thể kể đến một số công dụng của Húng quế quế nói chung
như sau: Theo một nghiên cứu được công bố trong năm 2010 trên Tạp chí Sản
khoa và Phụ Khoa của Đài Loan thì Húng quế có thể giúp giảm cholesterol,
chống ung thư và tăng cường hệ thống miễn dịch. Một thành phần hóa học của
Húng quế, được gọi là axit caffeic, đã được thử nghiệm trong nghiên cứu này,
tại Trường Đại học Y Chung Shan, Đài Trung, Đài Loan, và được kết luận là có
hiệu quả chống lại ung thư cổ tử cung. Một số hợp chất trong Húng quế ngọt có
thể có thể có tác dụng bảo vệ gan, theo một nghiên cứu tiến hành tại Đại học
Mansoura, Ai Cập. Trong một nghiên cứu khác, các nhà khoa học lấy 6 hợp
chất trong Húng quế quế được trích xuất và thử nghiệm khả năng bảo vệ chống
lại căng thẳng oxy hóa gan. Kết quả là, tất cả các hợp chất này đều có tác dụng
D
Ạ
Y
K
È
M
Q
U
Y
N
H
Ơ
N
O
F
F
I
C
I
A
L