ĐỒ ÁN: Nghiên cứu ứng dụng của dung môi sinh học để tẩy sơn và mực in

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG………………… Đồ án Nghiên cứu ứng dụng dung môi sinh học để tẩy sơn mực in ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 LỜI CÁM ƠN Trƣớc tiên em muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc chân thành đến GS.TS Đinh Thị Ngọ ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn em làm đồ án Cơ ln tận tình hƣớng dẫn, bảo, quan tâm, động viên, tạo điều kiện thuận lợi để em hồn thành tốt cơng việc Em xin cảm ơn thầy cô giáo môn Cơng nghệ Hữu – Hố dầu trƣờng ĐHDL Hải Phịng ĐH Bách Khoa, ngƣời tận tình giảng dậy cung cấp cho em kiến thức sở để em có tảng kiến thức nghiên cứu tìm hiểu đề tài Tơi xin chân thành cảm ơn bạn sinh viên ĐH Bách Khoa, ĐH Quy Nhơn, nhóm nghiên cứu khoa học giúp đỡ tơi nhiệt tình thực đồ án Nhân đây, cho phép gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, ngƣời thân, bạn bè chia sẻ khó khăn, động viên, giúp đỡ, tạo thêm động lực cho suốt thời gian học tập hoàn thành đồ án tốt nghiệp Một lần em xin chân thành cám ơn! Hà Nội,tháng năm 2010 Sinh viên Nguyễn Quang Thịnh Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 MỤC LỤC CHƢƠNG : TỔNG QUAN LÝ THUYẾT…………………… 1.1GIỚI THIỆU CHUNG…………………………………………… 1.2 TỔNG QUAN VỀ DUNG MÔI HỮU CƠ………………………… 1.2.1 Khái niệm…………………………………………………………… 1.2.2 Phân loại dung môi…………………………………………… 1.2.3 Tính chất vật lý dung mơi hữu cơ……………………………… 1.2.4 Tính chất hố học dung mơi…………………………………… 11 1.2.5 Các tiêu đánh giá chất lƣợng dung môi hữu cơ………………… 11 1.3 Một số dung mơi có nguồn gốc từ dầu mỏ thƣờng sử dụng……… 13 1.4 DUNG MÔI SINH HỌC………………………………………… 16 1.4.1 Khái niệm…………………………………………………………… 16 1.4.2 Ƣu nhƣợc điểm dung môi sinh học …………………………… 16 1.4.3 Những ứng dụng triển vọng dung môi sinh học…………… 17 1.4.4 Mục đích thay dung mơi hữu có nguồn gốc dầu mỏ…… 18 1.5 TỔNG HỢP DUNG MÔI SINH HỌC TỪ DẦU THỰC VẬT… 19 1.5.1 Nghiên cứu tổng hợp etyl este……………………………………… 19 1.5.2 Nghiên cứu tổng hợp etyl lactat……………………………………… 29 1.5.3 PHA TRỘN DUNG MÔI SINH HỌC……………………………… 32 1.6 GIỚI THIỆU VỀ BAO BÌ………………………………………… 33 1.6.1 Vật liệu làm bao bì………………………………………………… 33 1.6.2 Các loại nhựa làm bao bì…………………………………… 34 1.7 GIỚI THIỆU VỀ MỰC IN………………………………………… 35 1.7.1 Khái niệm…………………………………………………………… 35 1.7.2 Cấu tạo, phân loại………………………………………………… 35 1.7.3 Công thức mực điển hình…………………………………………… 36 1.7.4 Các thơng số kỹ thuật mực……………………………………… 37 1.7.3 Cơ chế bám dính mực in lên bao bì…………………………… 37 CHƢƠNG : THỰC NGHIỆM……………………………… 38 2.1 TỔNG HỢP ETYL ESTE……………………………………… 38 2.1.1 Chuẩn bị dầu nguyên liệu………………………………………… 38 2.1.2.Chuẩn bị alcol……………………………………………………… 39 2.1.3 Chuẩn bị xúc tác…………………………………………………… 39 2.1.4 Cách tiến hành tổng hợp etyl este………………………………… 40 2.2 TỔNG HỢP ETYL LACTAT…………………………………… 41 Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 2.3 PHA CHẾ DUNG MÔI…………………………………………… 42 2.3.1 Nguyên tắc pha chế………………………………………………… 42 2.3.2 Phƣơng pháp tiến hành……………………………………………… 42 2.4 CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CHẤT LƢỢNG…………… 43 2.4.1 Tỷ trọng…………………………………………………………… 43 2.4.2 Độ nhớt động học…………………………………………………… 43 2.4.3 Điểm chớp cháy cốc kín…………………………………………… 44 2.4.4 Độ bay hơi…………………………………………………………… 45 2.4.5 Đánh giá khả phân hủy sinh học sản phẩm……………… 45 2.4.6 Đánh giá độc tính sinh học sản phẩm………………………… 45 2.4.7 Đánh giá tính ăn mịn……………………………………………… 46 2.4.8 Đánh giá điểm vẩn đục…………………………………………… 46 CHƢƠNG : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN………………… 47 3.1 TỔNG HỢP ETYL ESTE…………………………………………… 47 3.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP ETYL LACTAT………………………………………………………… ……… 48 3.2.1 Ảnh hƣởng tỷ lệ mol etanol/axit lactic……………………… 48 3.2.2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng xúc tác tới hiệu suất phản ứng……… … 49 3.2.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến phản ứng este hóa tạo etyl lactat…… 50 3.2.4 Ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất phản ứng este hóa tạo etyl lactat ……………………………………………………………………………………51 3.2.5 Đánh giá chất lƣợng etyl lactat tổng hợp …………………… 52 3.3 PHA CHẾ VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG TẨY SẠCH CỦA DUNG MÔI SINH HỌC……………………………………………………… …… 54 3.3.1 Khảo sát để xác định tỷ lệ thành phần pha trộn để đƣợc dung mơi thích hợp……………………………………………………………………… …… 54 3.3.2 Các tiêu dung môi sinh học………………………………… 64 KẾT LUẬN…… ……………………………………………… 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………… 66 Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 CHƢƠNG : TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Trái đất vốn hành tinh xanh nhƣng với phát triển ngƣời gây lên nhiều tác hại đến mơi trƣờng hệ sinh thái Do để ngăn chặn ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng hƣớng đến phát triển ổn định lâu dài địi hỏi ngƣời phải khơng ngừng tìm tịi phát triển cơng nghệ thân htiện với mơi trƣờng hơn, giúp giữ gìn mẹ trái đất ln xanh tƣơi Một thành tựu đƣợc đánh giá có giá trị thực tiễn khoa học cao lĩnh vực hoá học nhà khoa học năm gần nghiên cứu tổng hợp đƣợc dung môi sinh học thành công việc ứng dụng quy mơ cơng nghiệp Dung mơi sinh học có ƣu điểm loại dung mơi gây hại đến sức khỏe môi trƣờng loại dung mơi khác Dung mơi sinh học khơng có tính dễ cháy, khơng độc với dạng sống nào, khơng có tính chất gây ung thƣ, khơng có khả tạo sƣơng, hay gây hủy hoại tầng ozone nguồn dinh dƣỡng cho nƣớc tự nhiên Dung mơi sinh học loại đƣợc sản xuất từ nguồn nguyên liệu tái tạo lại đƣợc Bên cạnh việc tránh yếu tố tiêu cực, dung mơi sinh học cần phải có tính chất vật (hóa) lý hợp lý để vận hành tốt ứng dụng có chủ đích Ngày nay, ngƣời ta đặc biệt ý tới nguy hiểm liên quan tới việc sử dụng dung mơi( dầu khống) có khuynh hƣớng thay loại dung môi mang nhiều nguy (dầu khoáng), đƣợc sử dụng thời gian dài lý lịch sử, dung mơi nguy hại Ví dụ, benzen, dung mơi có nhiều cơng dụng nhƣng chất gây ung thƣ đƣợc thay dung mơi độc (nhƣ toluen, xylen) Dung mơi hữu có tác dụng khác tới ngƣời, cối Ảnh hƣởng phụ thuộc vào lƣợng dung mơi thời gian tiếp xúc Trong thời gian tiếp xúc ngắn, lƣợng lớn dung mơi ảnh hƣởng Tuy nhiên, hấp thụ lƣợng nhỏ dung mơi nhƣng thời gian dài gây ảnh hƣởng mãn tính Ảnh hƣởng mãn tính nguy hiểm phát thƣờng muộn Những dung mơi hữu có khả hấp thụ dễ dàng qua da vào thể bao gồm: anilin, benzen, butyl glycol, nitro toluene, etyl glycol axetat, etyl benzen, isopropyl glycol, cacbon disunfit, methanol, metyl glycol, nitro benzen, isopropyl benzen, dioxin, tetracloro metan, 1,1,2,2-tetracloro etan, dimetyl fomandehit Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Nguy khác dung môi hữu khả cháy nổ dung môi tạo dạng cháy nổ tạo hỗn hợp gây nổ với khơng khí Hầu hết dung môi hữu chất bắt cháy dễ bắt cháy chúng dễ bay Hỗn hợp dung môi không khí gây nổ Hơi dung mơi hữu nặng khơng khí, chúng lắng xuống phía dƣới di chuyển khoảng cách lớn mà khơng bị pha lỗng ra, khống chế nguy gây cháy nổ sử dụng dung môi khó kiểm sốt Dung mơi có nhiệt độ tự cháy nổ thƣờng 2000C Khi đó, cháy nổ tự diễn khơng khí khơng cần cung cấp thêm nhiệt Một số dung mơi khí cháy tạo chất cực độc nhƣ phosgene dioxin Vì vậy, phải thận trọng dùng dung môi nhiệt độ cao Trên giới, khoảng 20% chất hữu dễ bay thải vào khí có nguồn gốc từ dung mơi Các hợp chất hữu gây hại trực tiếp gián tiếp đến sức khỏe ngƣời môi trƣờng Một vài hợp chất thơm, olefin gây cay mắt Các andehit phá hủy niêm mạc, hợp chất thơm nhƣ benzen, hợp chất thơm đa vịng gây ung thƣ cịn nhiều dung mơi có khả gây ngất hít phải lƣợng nhiều Với môi trƣờng chất hữu dễ bay kết hợp với oxyt nitơ nguyên nhân làm thủng tầng ozon gây hại cho sức khỏe ngƣời, gây hiệu ứng nhà kính Với nhƣợc điểm việc thay dung mơi hữu dung môi sinh học cần thiết Thị trƣờng dung môi giới có xu hƣớng phát triển mạnh Riêng châu âu, năm ngƣời ta sử dụng đến triệu Ở Việt Nam, mức tiêu thụ dung môi tƣơng đối cao phải nhập ngoại hoàn toàn Hiện nay, chuyên gia lĩnh vực chƣa dự đoán đƣợc xu hƣớng ƣu tiên phát triển thị trƣờng dung môi, nhƣng thay đổi có ý nghĩa đƣợc mong đợi phát triển dung môi sinh học điều mở triển vọng ứng dụng sản phẩm có nguồn gốc nông nghiệp lĩnh vực Việc thay dung mơi cơng nghiệp có nguồn gốc hóa thạch dung mơi có nguồn gốc thực vật (dung mơi sinh học) xuất phát từ nhiều lý do, lý nguồn lƣợng hóa thạch dần cạn kiệt, giá dầu thô liên tục tăng, dung môi sinh học không gây ô nhiễm môi trƣờng tổn hại đến sức khỏe ngƣời 1.2 TỔNG QUAN VỀ DUNG MÔI HỮU CƠ 1.2.1 Khái niệm .[3] Dung mơi chất lỏng có khả hịa tan chất rắn, chất lỏng chất khí để tạo thành hỗn hợp phân tán đồng mức phân tử hay ion gọi dung dịch Dung Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 môi thông dụng mà gặp hàng ngày nƣớc Dung môi thƣờng dùng có điểm sơi thấp dễ dàng bay hơi.[3] Dung môi môi trƣờng (thƣờng thể lỏng, thể khí) có tính hịa tan chất rắn, lỏng hay khí khác Dung mơi chất phân cực nhƣ nƣớc, cồn, chất không phân cực nhƣ dầu, dung môi hữu Dung mơi có độ nhớt khác nhau,hoặc có khả bay dƣới (ở) điều kiện bình thƣờng khác Tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể mà ngƣời ta dùng dung môi thích hợp 1.2.2 Phân loại dung mơi Có nhiều cách phân loại dung môi Thông thƣờng ngƣời ta phân loại theo số cách sau: a Phân loại theo hợp chất hóa học Dựa theo cấu tạo hóa học, dung môi thông thƣờng thuộc vào loại hợp chất sau: hydrocacbon béo thơm, dẫn xuất clo nitro chúng, ancol, axit cacboxylic, este, amit, nitril, ete, xeton sulfonic Hiện nay, muối nóng chảy đƣợc coi nhóm dung mơi Đối lập với dung mơi hữu cơ, gọi chúng chất nóng chảy phân tử, chất điện ly nóng chảy đƣợc gọi chất lỏng ion dung mơi thuận lợi cho phản ứng hóa học hữu cơ, kim loại Chúng môi trƣờng thuận lợi cho phản ứng hữu Nhiệt độ cần thiết để có đƣợc chất nóng chảy hồn tồn khơng bắt buộc phải cao số muối nhƣ tetrahexylamoni benzoate chất lỏng nhiệt độ phòng.[2] b Phân loại theo số vật lý.[1] Những dung mơi có nhiệt độ sơi dƣới 1000C 760 mmHg gọi dung mơi có nhiệt độ sơi thấp, cịn với nhiệt độ sơi cao 1500C gọi dung mơi có nhiệt độ sơi cao Dựa theo mức độ bay chất lỏng ngƣời ta chia dung môi thành dung môi dễ bay (chỉ số bay nhỏ 10, ta thừa nhận ete 20 0C độ ẩm tƣơng đối 65 5% chất có số bay 1) dung mơi bay trung bình có số bay từ 10 đến 35 dung mơi khó bay có số bay lớn 35 Độ bay khơng phụ thuộc vào điểm sơi mà cịn phụ thuộc vào nhiệt hóa chất lỏng Dựa theo độ nhớt dung môi, ngƣời ta chia dung mơi nhớt (độ nhớt động học < 2cP 200), dung mơi có độ nhớt trung bình (2 – 10 cP) dung mơi có độ nhớt cao (>10 cP) Những dung mơi có phân tử với momen lƣỡng cực vĩnh cửu gọi dung môi không phân cực Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Những dung mơi có số điện mơi cao có tác dụng nhƣ dung môi phân ly Đôi ngƣời ta cịn gọi dung mơi phân cực ngƣợc lại dung mơi có số điện mơi thấp gọi dung môi không phân cực c Phân loại theo tính chất axit-bazơ Axit chất cho proton, bazơ chất nhận proton Khi axit HA hồ tan dung mơi bazơ cân axit-bazơ đƣợc thiết lập d Phân loại theo tương tác trực tiếp với chất tan Theo Packer, chia dung môi thành dung môi không proton lƣỡng cực proton lƣỡng cực dựa vào tƣơng tác đặc biệt với anion cation Trƣớc hết phải kể đến tính lƣỡng cực khả tạo liên kết hydro Có thể bổ sung thêm vào hai nhóm nhóm thứ ba, nhóm dung mơi khơng proton phân cực.[3] Những dung môi không proton không phân cực dung môi có số điện mơi thấp (e15) mô men lƣỡng cực lớn Mặc dù chúng có ngun tử hydro, nhƣng chúng khơng phải chất proton để tạo liên kết hydro Những dung mơi quan trọng nhóm dimetylfomahit, dimetylaxetamit, dimetylsunfoxit, axeton, nitrometan, axetonitril, nitrobenzene, lƣu huỳnh didoxxit, propylencacbonat, M-metylpirolydon, axit hexametyltriamit phosphoric, tetrametylensunfon e Phân loại theo nguồn gốc dung môi Dựa theo cách phân loại này, dung môi đƣợc chia thành hai nhóm: dung mơi có nguồn gốc dầu khống dung mơi có nguồn gốc từ thực vật, động vật (hay cịn gọi dung mơi sinh học)… 1.2.3 Tính chất vật lý dung mơi hữu Tính chất vật lý dung mơi yếu tố quan trọng lựa chọn dung môi ứng dụng Trƣớc tiên, dung môi phải trạng thái lỏng dƣới áp suất nhiệt độ mà đƣợc sử dụng Các tính chất nhiệt động dung mơi nhƣ : mật độ, áp suất bay hơi, nhiệt trị sức căng bề mặt, độ nhớt, khả khếch tán, khả dẫn nhiệt đƣợc quan tâm Tính dẫn điện, tính chất quang học, từ tính momen lƣỡng cực, số điện mơi Ngồi ra, đặc điểm phân tử dung mơi nhƣ: kích thƣớc, bề mặt, thể tích phân tử dung mơi đƣợc khảo sát a Sự solvat hoá Khi chất tan bị hồ tan vào dung mơi hay hỗn hợp dung mơi lực hấp dẫn phân tử chất tan giảm phân tử dung môi thâm nhập vào Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 phân tử chất tan cuối tạo thành lớp bao quanh phân tử chất tan Quá trình gọi trình solvat hóa Kết phân tán phân tử chất tan vào dung môi mức phân tử Độ lớn lực solvat số phân tử dung môi bao quanh phân tử chất tan phục thuộc vào thông số tan, momen lƣỡng cực, liên kết hydro, độ phân cực, kích thƣớc phân tử chất tan dung môi Số phân tử dung môi phức hợp dung môi – chất tan đƣợc xác định độ solvat beta Độ solvat tăng kích thƣớc phân tử dung môi giảm tăng với tham số tan.[10] b Khả pha loãng Nếu chất dung môi đƣợc thêm giọt vào dung dịch nitrat xenlulo, nitrat xenlulo kết tủa hình thành dạnh gel Tỷ lệ thể tích chất khơng hồ tan/dung mơi mà chất tan chƣa bị kết tủa gọi tỷ lệ pha loãng Tỷ lệ pha loãng đƣợc xác định dựa vào kinh nghiệm khơng thể đo xác Tính hồ tan hỗn hợp dung môi đƣợc xác đinh vào toluen butanol (những chất đóng vai trị chất pha lỗng) Tỷ lệ pha lỗng phụ thuộc nhiệt độ Dung mơi có kích thƣớc phân tử nhỏ, khả hồ tan tăng nhiệt độ tăng Tuy nhiên dung môi có kích thƣớc phân tử lớn trái lại Trong trƣờng hợp khác, tỷ lệ pha loãng giảm nhiệt độ giảm, ví dụ nhƣ nitrat xenlulo chất butly axetat (hoặc etylglycol, metyl isobutyl xeton) tỷ lệ pha loãng giảm nhiệt độ giảm Lý nitrat xenlulo tạo thành dạng gel tăng nhiệt độ [10] c Ảnh hưởng khối lượng phân tử tới khả hoà tan Khi khối lƣợng phân tử tăng lên, khả hoà tan giảm tăng lên lực tƣơng tác nội phân tử Ví dụ benzen tan hoàn toàn etanol, antraxen etanol tan vào phần Axit axetic hoà tan styren nhƣng khơng hồ tan polystyren, vinyl axetat bị hồ tan hydrocacbon bão hoà ete, poly vinyl axetat khơng bị hồ tan Do khối lƣợng phân tử lớn nên polymer liên kết chéo không tan dung môi dù nhiệt độ tăng Tuy nhiên, chúng phồng lên dung môi tuỳ thuộc vào chất mật độ liên kết chéo dung môi.[1] d Sự hoà tan khả tan Với tỷ lệ hữu hạn, q trình hồ tan lại phụ thuộc vào bề mặt chất tan, độ tinh thể hoá, nhiệt độ tỉ lệ phân tán dung môi Khe hở trộn lẫn: Một số cặp dung mơi trộn lẫn với dung mơi theo tất tỷ lệ nhiệt độ hoà tan giới hạn Khe hở hồ tan xuất lực tƣơng tác nội phân tử, phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ Trong hỗn hợp trietylamin – nƣớc, liên kết hydro N…H – O yếu Ở nhiệt độ 170C, liên kết hydro bị phá huỷ hồ tan khơng xảy Chỉ nhiệt độ dƣới 19,50C hexan nitrobenzen bị hoà tan hoàn toàn.[1] Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 e Khả bay dung môi Dung môi đƣợc phân loại theo nhiệt độ sơi nó: - Dung mơi có nhiệt độ sơi thấp : nhỏ 1000C - Dung mơi có nhiệt độ sơi trung bình : 100 - 1500C - Dung mơi có nhiệt độ sôi cao : lớn 1500C Tỷ lệ bay dung môi phụ thuộc vào yếu tố sau: - Áp suất bay nhiệt độ làm việc - Nhiệt cung cấp - Độ liên kết phân tử - Sức căng bề mặt - Khối lƣợng phân tử dung mơi - Sự chảy rối khí - Độ ẩm khơng khí Trong thực tế thời gian bay dung môi định đƣợc xác định cách so sánh với thời gian bay dietyl este điều kiện thí nghiệm.[1] f Tính hút ẩm Một số dung mơi đặc biệt (dung mơi có chứa nhóm hydroxyl) chất hút ẩm, chúng hấp thụ ẩm khơng khí đến mức đạt đƣợc cân Lƣợng nƣớc hấp thu đƣợc phụ thuộc vào nhiệt độ độ ẩm khơng khí Glycol ete rƣợu chất có tính hút ẩm mạnh g Tỷ trọng độ khúc xạ Nhiệt độ sôi, tỷ trọng số khúc xạ đƣợc dùng để đánh giá độ tinh khiết dung môi Ngƣời ta thƣờng xác định tỷ trọng dung môi 200C liên hệ với tỷ trọng nƣớc 40C Tỷ trọng hầu hết dung môi giảm tăng nhiệt độ h Độ nhớt sức căng bề mặt Độ nhớt dãy đồng đẳng dung môi tăng phân tử lƣợng tăng Dung mơi mà phân tử chứa nhóm hydroxyl có độ nhớt cao có liên kết hydro Độ nhớt dung mơi có ảnh hƣởng lớn tới độ nhớt dung dịch Độ nhớt giảm tăng nhiệt độ Sức căng bề mặt dung môi liên quan tới mật độ lƣợng kết dính áp suất nội chất lỏng i Mật độ Mật độ khối lƣợng dung môi m3 thể tích khơng khí điều kiện cân 101,3 kPa Mật độ tƣơng ứng với lƣợng dung mơi khơng khí trạng thái bão hoà phụ thuộc vào nhiệt độ Mật độ tƣơng đối DS đƣợc tính theo cơng thức sau: Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DS 2010 MS M air Trong đó: - Ds : mật độ tƣơng đối - Ms : khối lƣợng phân tử dung môi - Mair : khối lƣợng phân tử trung bình khơng khí Mair = 28,95 g/mol Trong điều kiện lý tƣởng mật độ tƣơng đối không phụ thuộc vào nhiệt độ Mật độ tƣơng đối số dung môi đƣợc ghi bảng sau: Bảng 1.1 Mật độ tương đối số dung môi TT Dung môi Toluen Xylen Etanol Mật độ 3 j Tính chất nhiệt điện dung môi Hằng số lƣỡng điện độ dẫn nhiệt giảm nhiệt độ tăng Nhiệt độ mà hỗn hợp dung mơi – khơng khí bốc cháy tiếp xúc trực tiếp với lửa gọi nhiệt độ chớp cháy dung môi Nhiệt độ chớp cháy tăng áp suất giảm Hỗn hợp dung mơi – khơng khí khơng bốc cháy tiếp xúc với lửa trực tiếp mà tự bốc cháy đạt tới nhiệt độ tự bốc cháy k Hỗn hợp đẳng phí Sự liên kết phân tử thành phần hỗn hợp dẫn tới hệ có điểm sôi cố định nồng độ biết Điểm sơi thấp cao so với cấu tử thành phần Benzen – nƣớc, benzen – etanol, axeton – clorofom ví dụ hỗn hợp đẳng phí Hỗn hợp đẳng phí có nhiệt độ thấp nhiệt độ sôi cấu tử thành phần Có ứng dụng quan trọng cơng nghiệp sơn nƣớc dung môi bay nhanh thơng thƣờng Tuy nhiên, hỗn hợp đẳng phí có bất lợi nhƣ: điểm chớp cháy thấp so với cấu tử thành phần, giới hạn cháy nổ cao hơn, tỷ lệ bay cao dẫn đến ảnh hƣởng không tốt bề mặt sơn Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Dung mơi có thơng số tan liên kết hydro trung bình thích hợp để làm chất bắc cầu, đặc biệt axeton glycol ete Butyl glycol, diglycol triglycol thƣờng đƣợc sử dụng nhóm kỵ nƣớc nhóm ƣa nƣớc Hệ gồm hai hay nhiều hai cấu tử: Trong thống hai cấu tử, tính chất hệ nhiều hai thành phần đƣợc giải thích dựa vào tƣơng tác nội phân tử thông số tan Nƣớc tetraclorometan có thơng số tan thơng số liên kết hydro khác xa Do chúng khơng tan Thêm axeton vào liên kết hydro mà phần tetraclorometan khả phân tán lực cảm ứng Bằng cách cho thêm axeton mà tạo hỗn hợp đồng l Thông số Hidebrand Thông số Hidebrand thơng số quan trọng để dự đốn khả hịa tan dung môi: C H RT Vm Trong đó: : Tống số Hidebrand C : Mật độ lƣợng liên kết H : Nhiệt bay R: Hằng số khí Vm: Thể tích phân tử [1] 1.2.4 Tính chất hố học dung mơi Tính trơ mặt hoá học điều kiện tiên để sử dụng chất lỏng nhƣ dung môi Hydrocacbon dãy béo dãy thơm chất hoá học trơ thoả mãn điều kiện Alcol chất bền vững mặt hoá học nhƣng lại phản ứng với kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ nhôm tạo muối Este xeton chất hoá học bền vững điều kiện bình thƣờng Vì đƣợc ứng dụng nhiều công nghiệp sơn Tuy nhiên cần ý este bị thuỷ phân tạo thành rƣợu axit Tỷ lệ thuỷ phân este phụ thuộc vào cấu trúc nó.[3] 1.2.5 Các tiêu đánh giá chất lƣợng dung môi hữu cơ.[1] a Độ tan nước.(ASTM D 1722) Chỉ tiêu xác định độ tan dung môi nƣớc Mẫu đo đƣợc pha loãng 10 lần với nƣớc hỗn hợp đƣợc kiểm định vẩn đục Nếu mẫu không xuất điểm vẩn đục mẫu đƣợc đánh giá qua thử nghiệm b Chỉ số Kauri – butanol (ASTM D 1133) Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Phép đo giá trị Kauri – butanol phép đo điểm vẩn đục để đánh giá độ mạnh dung môi hydrocacbon Giá trị Kauri – butanol dung mơi thể lƣợng tối đa dung mơi thêm vào dung dịch nhựa Kauri (một loại nhựa copal) rƣợu butylic mà không gây vẩn đục Nhựa Kauri tan vào rƣợu butylic nhƣng không tan dung môi hydrocacbon, dung dịch nhựa tồn giới hạn pha loãng Những dung dịch mạnh nhƣ toluen cho thêm vào dung dịch rƣợu butylic – kauri lƣợng lớn mà chƣa làm cho dung dịch bị vẩn đục Những dung dịch yếu có giá trị Kauri – butanol thấp nhƣ hexan ngƣợc lại Phƣơng trình biểu diễn quan hệ trị số Kauri-butanol tham số hòa tan Hidebrand: 0,04KB 14, Trong đó: : tham số hịa tan Hidebrand KB: trị số Kauri-butanol Đối với dung môi từ dầu khống, nhóm benzen, toluen, xylen có độ hịa tan hầu nhƣ cao Tuy nhiên benzen độc nên thông thƣờng sử dụng toluen xylen c Độ nhớt (ASTM) Độ nhớt tính chất chất lỏng, đƣợc xem mà sát nội chất lỏng cản trở chảy chất lỏng Nguyên nhân gây độ nhớt lực học hạt cấu tạo chất lỏng Độ nhớt động học tỷ số độ nhớt động lực tỷ trọng (cả hai đƣợc xác định nhiệt độ áp suất) d Khả phân huỷ sinh học sản phẩm Các thử nghiệm đánh giá khả phân huỷ sinh học đơn giản đƣợc thực dựa việc đo giảm COD giải phóng CO2 tiêu thụ O2 Theo quy định 67/548/CEE chất đƣợc xem dễ phân huỷ sinh học thử nghiệm đánh giá khả phân huỷ sinh học 28 ngày chất đạt đƣợc mức độ phân huỷ sau sau 10 ngày thử nghiệm 70% phân huỷ thử nghiệm dựa sở đo COD 60% phân huỷ dựa sở đo mức tiêu thụ O2 giải phóng CO2 e Độc tính sản phẩm Độc tính cấp hố chất đƣợc đặc trƣng khả phơi nhiễm liều mạnh thƣờng thời gian ngắn Thực tế nghiên cứu thực nghiệm động vật, độc tính đƣợc xác định LD50 (qua đƣờng uống tiếp xúc qua da) LC50 (qua đƣờng thở) Trong trƣờng hợp dung mơi ngƣời ta xác định độc tính qua giá trị LD50 Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 LD50 liều gây chết nửa liều đƣợc suy cách thống kê gây chết 50% số lƣợng động vật đƣợc thử nghiệm Giá trị LD50 đƣợc biểu thị đơn vị đo khối lƣợng hoá chất nghiên cứu đơn vị khối lƣợng thể động vật thử nghiệm (mg/kg) f Đánh giá điểm chớp cháy cốc kín Điểm chớp cháy cốc kín đƣợc định nghĩa ―nhiệt độ thấp mà nhiên liệu đƣợc đốt nóng, hydrocacbon tạo với khơng khí xung quanh hỗn hợp mà đƣa lửa đến gần, chúng bùng cháy tắt nhƣ tia chớp‖ Trong trƣờng hợp dung mơi sinh học, thí nghiệm đƣợc dùng để xác định lƣợng ancol lại metyl este Điểm chớp cháy thông số dùng để phân loại khả bắt cháy vật liệu Điểm chớp cháy đặc trƣng metyl este tinh khiết thƣờng cao 200 0C ngƣời ta xếp chúng vào nhóm chất khơng bắt cháy Tuy nhiên q trình sản xuất tinh chế metyl este, tất metanol đƣợc loại khỏi sản phẩm dung mơi dễ bắt cháy nguy hiểm thao tác bảo quản điểm chớp cháy cốc kín thấp g Tính ăn mịn Thử nghiệm ăn mòn đồng đƣợc sử dụng để xác định khả ăn mịn đồng dung mơi Thử nghiệm nhằm đánh giá có mặt axit dung môi sinh học h Tỷ trọng Tỷ trọng tỷ số trọng lƣợng riêng vật nhiệt độ định trọng lƣợng riêng vật khác đƣợc chọn chuẩn, xác định vị trí Đối với loại sản phẩm dầu lỏng đƣợc lấy nƣớc cất 40C áp suất 760 mmHg làm chuẩn Có phƣơng pháp xác định tỷ trọng là: - Dùng phù kế - Dùng cân thuỷ tĩnh - Dùng picnomet Phƣơng pháp dùng picnomet phƣơng pháp phổ biến nhất, dùng cho loại chất lỏng Phƣơng pháp dựa so sánh trọng lƣợng dầu với nƣớc cất thể tích nhiệt độ Phƣơng pháp dùng phù kế khơng xác phƣơng pháp dùng picnomet nhƣng nhanh 1.3 Một số dung môi có nguồn gốc từ dầu mỏ thƣờng sử dụng.[1] Dung mơi có nguồn gốc dầu mỏ đƣợc ứng dụng chủ yếu rộng rãi cơng nghiệp Nó chiếm tới 90% sản lƣợng dung mơi tồn giới Dung mơi có nguồn gốc dầu mỏ đƣợc phân thành loại sau: Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 - Nhóm xăng dung mơi: gồm xăng dung môi cho công nghiệp cao su, dung môi dùng cho công nghiệp sơn xăng dung môi dùng mục đích kỹ thuật - Dung mơi dầu mỏ - Ete dầu mỏ a Xăng dung môi Xăng dung môi hỗn hợp parafin, xycloparafin hydrocacbon có giới hạn sơi từ 150 – 2200C Xăng dung môi chất lỏng suốt, ổn định hố học, khơng ăn mịn có mùi êm dịu Xăng dung môi đƣợc ứng dụng rộng rãi để chiết dầu mỡ thực vật, sản xuất keo cơng nghiệp cao su, chế tạo sơn, vecni Ngồi ra, chúng cịn đƣợc sử dụng cho mục đích kỹ thuật khác nhƣ: Rửa chi tiết máy, giặt quần áo, tổng hợp da nhân tạo… Xăng dung môi dùng cho công nghiệp cao su Xăng dung môi dùng cho cơng nghiệp cao su phân đoạn có nhiệt độ sôi thấp, chƣng cất trực tiếp từ dầu mỏ từ trình refoming xúc tác khử thơm Xăng dung mơi có giới hạn khoảng sơi hẹp (80 – 1200C), nhằm đảm bảo cho chúng có khả bay nhanh Xăng dung môi dùng cho công nghiệp sơn Xăng dung môi dùng công nghiệp sơn đƣợc sản xuất từ phân đoạn xăng chƣng cất trực tiếp từ dầu mỏ đƣợc chƣng cất lại khoảng 165 – 2000C Hàm lƣợng hydrocacbon thơm đạt tới 16% Xăng dung mơi cịn đƣợc gọi xăng trắng hay xăng thơm, thuộc họ dung môi hydrocacbon Về chất, xăng dung môi sản phẩm dầu mỏ đƣợc lấy từ cuối phân đoạn xăng kerosen Xăng dung môi đƣợc sử dụng chủ yếu công nghiệp sơn dầu số ngành công nghiệp khác nhƣ làm chất pha sơn, làm khô sơn, cho in mầu lên vải Vì vậy, cịn có tên xăng pha sơn Loại xăng phải hoà tan tất thành phần không bay sơn, bay khơng có mùi, có vận tốc bay xác định đƣợc, không bay nhanh không chậm làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng bề mặt sơn Xăng dung mơi dùng cho mục đích kỹ thuật Xăng dung mơi dùng cho mục đích kỹ thuật có thành phần phân đoạn rộng ứng với khoảng sôi từ 45 – 1700C Loại xăng có nhiệt độ sôi đầu nhỏ loại xăng dung môi, loại chất lỏng dễ bay hơi, độc hại dễ cháy nổ Xăng chiết Xăng chiết thu đƣợc thông qua trình refoming xúc tác, đƣợc tách thơm có thành phần cất hẹp Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Xăng chiết đƣợc dùng chủ yếu nhà máy sản xuất dầu dùng phƣơng pháp chiết để thu dầu thực vật, dùng để tách mỡ khỏi da Ngoài ra, xăng chiết đƣợc dùng làm dung môi công nghiệp cao su sơn dầu (loại làm khô nhanh) Bảng 1.2 Đặc trưng loại xăng dung môi kỹ thuật (theo tiêu chuẩn Nga) Chỉ tiêu chất lƣợng sản phẩm Tỷ trọng max Thành phần cất, 0C,max - Điểm sôi đầu - 10% TT - 50% TT - 90% TT - 97,5% TT % TT cất đƣợc, - Trƣớc 1100C - Trƣớc 1200C - Trƣớc 2000C Hàm lƣợng S, % KL, max Chỉ tiêu iot, g/100h, max Độ axit mg KOH/ 100 ml, max Hàm lƣợng nhựa, mg/100g, max Chớp cháy cốc kín, 0C, max Test vết dầu Xăng dung mơi sử dụng cho mục đích Kỹ thuật FOCT8505-57 - Công nghiệp sơn FOCT3134-78 0,795 45 88 105 145 170 80 - >80 - - 98 93 98 - 93/98 98 - 0,025 0,025 0,020 0,020 - - - 0,6 - - - - - - - 33 - - - - Chịu đƣợc Chịu đƣợc Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 Công nghiệp cao su FOCT443-76 BP-1 BP-2 0,730 0,73/0,7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 b Dung môi dầu mỏ Dung môi hỗn hợp chủ yếu hydrocacbon thơm có thành phần cất từ 110 C đến 2000C Dung môi dầu mỏ đƣợc sản xuất chủ yếu từ trình nhiệt phân phần cất dầu mỏ (nhƣ dầu hoả - gazoil) Dung môi dầu mỏ đƣợc dùng cho công nghiệp tráng men, sơn dầu nhuộm Bảng 2.3: Dung môi dầu mỏ dùng cho công nghiệp sơn Các tiêu Khố lƣợng riêng 200C, g/cm2 Thành phần cất - Nhiệt độ sôi đầu, 0C, - 90% TT, 0C, Độ hoá theo xylen, max Hàm lƣợng S, % khối lƣợng, max Hàm lƣợng chất bị sunfonic hoá, %KL Nhiệt độ chớp cháy cốc hở, 0C, Axit kiềm tan nƣớc Mức tiêu yêu cầu 0,848 120 160 0,1 85 17 Khơng có 1.4 DUNG MƠI SINH HỌC.[1] 1.4.1 Khái niệm Dung mơi sinh học dung mơi có nguồn gốc từ nhiên liệu sinh học Từ ngô, gạo, dầu thực vật Ngƣời ta tiến hành điều chế dung mơi có tính hồ tan tốt, có nhiều triển vọng thay cho dung mơi hố thạch truyền thống Từ dầu vỏ chanh diều chế D-limone, từ ngô điều chế etyl lactat, từ dầu thực vật mỡ động vật điều chế metyl este axit béo Những dung môi nguồn nguyên liệu dồi dào, giá rẻ, có sẵn nhiều nơi Việc thay dung mơi hố thạch độc hại dung môi sinh học thân thiện với môi trƣờng đem lại nhiều lợi ích, móng cho phát triển ổn định bền vững Để đƣợc ứng dụng rộng rãi, dung môi sinh học phải thoả mãn tiêu chuẩn sau: - Tính hiệu cao sử dụng - Khả chi trả đƣợc - Khả sản xuất với số lƣợng lớn 1.4.2 Ƣu nhƣợc điểm dung môi sinh học a Ưu điểm Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 Dung mơi sinh học có nhiều ƣu điểm nên ngày ngƣời ta nghiên cứu tổng hợp dung môi sinh học - Dung môi sinh học không độc hại tới sức khoẻ ngƣời Đây ƣu điểm lớn dung môi sinh học Khi sử dụng dung môi sinh học ngƣời công nhân không cần sử dụng thiết bị bảo hộ đặc biệt, dung môi sinh học khơng gây kích ứng da mắt, khơng gây nhức đầu, choáng váng nên suất ngƣời lao động đƣợc cải thiên, giảm thiểu bệnh nghề nghiệp Ƣu điểm làm cho dung môi sinh học đƣợc ứng dụng y tế, mỹ phẩm, dƣợc phẩm - Phân huỷ sinh học dễ dàng Do dung môi sinh học có nguồn gốc từ thực vật nên hầu hết phân huỷ dễ dàng Ƣu điểm nhân tố góp phần vào phát triển bền vững xã hội dung mơi sinh học khơng làm ảnh hƣởng tới hệ sinh thái - Có điểm chớp cháy điểm sôi cao dung môi từ dầu mỏ Đặc điểm làm cho dung mơi sinh học an tồn dung mơi có nguồn gốc từ dầu mỏ Nguy cháy nổ dung môi giảm - Hàm lƣợng chất làm thủng tầng ozon (ODCs) thấp, chất gây ô nhiễm thấp (HAPs), chất hữu bay (VOAs) thấp Ƣu điểm dung mơi sinh học có ý nghĩa lớn việc bảo vệ môi trƣờng - Khơng có mùi khó chịu khơng gây kích ứng da Dung mơi sinh học đƣợc ứng dụng làm mỹ phẩm - Dễ dàng không tốn thu hồi tái sử dụng - Sản xuất từ nguồn nguyên liệu tái tạo đƣợc - Ít thải chất dễ bay độc hại - Hòa tan nhựa mực in tốt - Đặc tính thẩm thấu cao - Khơng gây ung thƣ - Khơng gây ăn mịn b Nhược điểm Ngồi ƣu điểm kể dung mơi sinh học có nhƣợc điểm đáng kể làm cho chƣa đƣợc sử dụng rộng rãi - Giá thành cao Đây nhƣợc điểm lớn dung môi sinh học Dung môi sinh học thƣờng đắt dung môi dầu mỏ từ 2-4 lần nên lợi ích kinh tế, ngƣời ta tiếp tục sử dụng dung mơi có nguồn gốc từ dầu mỏ Có thể giải vấn đề cách áp dụng công nghệ để hạ giá thành sản phẩm - Hạn chế nguồn nguyên liệu: Do khủng hoảng kinh tế biến đổi khí hậu nên vấn đề ngun liệu cho dung mơi sinh học ngày khó khăn Diện tích trồng nguyên liệu ngày bị thu hẹp lo ngại an ninh lƣơng thực Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 - Hiệu dung môi sinh học chƣa cao So với dung mơi dầu mỏ dung mơi sinh học thƣờng khơng đáp ứng đƣợc tiêu kỹ thuật mong muốn hiệu dung môi sinh học thƣờng thấp so với dung môi dầu mỏ.[1] 1.4.3 Những ứng dụng triển vọng dung môi sinh học Hiện nay, dung môi sinh học đƣợc ứng dụng nhiều ngành công nghiệp sống Những ứng dụng tiêu biểu dung môi sinh học là: a Ứng dụng ngành sơn Dung môi sinh học có khả phân huỷ sinh học có khả bay tƣơng đƣơng chí cao dung mơi có nguồn gốc dầu mỏ thƣờng sử dụng Do ƣu điểm này, dung môi sinh học đƣợc ứng dụng ngành sơn, nhựa alkyt b Ứng dụng ngành in Ở số nƣớc, nhƣ Mỹ ứng dụng metyl este làm mực để in bao bì đựng thực phẩm Loại mực có ƣu điểm sau: - Thân thiên với mơi trƣờng, nhờ việc phân huỷ sinh học có nguồn gốc từ thực vật - Ít độc hại loại bỏ đƣợc dƣ lƣợng hydrocacbon thơm chứa dầu khoáng - Dễ sử dụng loại mực thông thƣờng c Dung môi để sản xuất nhựa đường biến tính Dung mơi sinh học sở metyl este từ dầu thực vật đƣợc ứng dụng công nghiệp chế biến nhựa đƣờng từ khoảng năm 1997 Những ƣu điểm loại nhựa đƣờng là: - Thân thiện với mơi trƣờng, khơng có chất hữu dễ bay thành phần - Cải thiện đƣợc điều kiện làm việc ngƣời sử dụng (khơng khói, khơng mùi, khơng kích ứng da mắt) - Độ an toàn cao, điểm chớp cháy lớn 2000C - Có độ kết dính tự nhiên hạt đá tốt d Ứng dụng tẩy rửa bề mặt công nghiệp Trong số dung môi sinh học đƣợc nghiên cứu, dung môi sở metyl este dầu thực vật có ứng dụng tẩy mực in, tẩy sơn rửa súng phun sơn, tẩy dầu mỡ nhựa đƣờng, thay cho hợp chất chứa clo, axeton, hydrocacbon mạch thẳng Ƣu điểm: - Phân huỷ sinh học 100% - Dễ dàng không tốn thu hồi tái sử dụng - Hoà tan nhựa, polyme mực in tốt - Đặc tính thẩm thấu cao.[1] Nguyễn Quang Thịnh_HD1001 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2010 1.4.4 Mục đích thay dung mơi hữu có nguồn gốc dầu mỏ Nhu cầu sử dụng dung môi cao, nên độc hại, ngƣời ta tiếp tục sử dụng Để giảm thiểu nguy có nhiều biện pháp đƣợc áp dụng nhƣ: Tái sử dụng, tuần hoàn, quản lý an toàn, thu hồi… nhƣng việc tìm dung mơi khác thay dung môi độc hại nhu cầu cần thiết Những dung môi thay phải thoả mãn yêu cầu sau: - Thân thiện với môi trƣờng an toàn với sức khoẻ ngƣời - Hiệu sử dụng cao - Thoả mãn yêu cầu kinh tế, giá dung môi phải nằm giới hạn chi trả đƣợc - Sản xuất đƣợc với số lƣợng lớn, có mặt rộng rãi thị trƣờng Những dung mơi có nguồn gốc sinh học cạnh tranh với dung mơi hố thạch Các sản phẩm có triển vọng dung mơi sản xuất từ mỡ động thực vật 1.5 TỔNG HỢP DUNG MÔI SINH HỌC TỪ DẦU THỰC VẬT Để tổng hợp dung mơi sinh học có hai giai đoạn: Giai đoạn 1: Tổng hợp bán nguyên liệu, alkyl este, chủ yếu metyl, etyl este Tổng hợp etyl lactat phụ gia Giai đoạn 2: Phối trộn chế tạo dung môi 1.5.1 Nghiên cứu tổng hợp etyl este a Tổng quan nguyên liệu sử dụng cho q trình tổng hợp Etyl este đƣợc sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhƣ loại dầu thực vật, mỡ động vật Tuy nhiên việc lựa chọn nguyên liệu phải dựa theo tiêu chí rẻ tiền, dễ kiếm, sản lƣợng lớn, sản xuất dễ dàng, khơng có giá trị thực phẩm để đảm bảo an ninh lƣơng thực nƣớc Ở nƣớc ta nguồn nguyên liệu phụ hợp cho trình tổng hợp etyl este từ nguồn nguyên liệu có sẵn, rẻ tiền mà lâu chƣa tận dụng đƣợc nhƣ là: dầu hạt cao su, dầu thông, dầu hạt cải, mỡ cá tra, cá basa,… Trong nội dung đồ án nghiên cứu tổng hợp etyl este từ nguồn dầu ăn thải mở cá, nguồn nguyên liệu rẻ tiền, trữ lƣợng không nhỏ, đặc biệt giải vấn đề ô nhiễm môi trƣờng nhƣ sức khỏe ngƣời dân * Tổng quan dầu ăn thải Dầu ăn phế thải cặn dầu thực vật nhà máy chế biến thực phẩm, hay nhà hàng, cửa hàng ăn Chúng có đặc điểm qua sử dụng, gia nhiệt nhiều lần nên màu sẫm bị biến chất Về tính chất nguồn dầu phức tạp Nó đƣợc thu gom từ nhiều nơi khác nhau, thành phần dầu ban đầu khác nhau, số lần sử dụng khác nhau, nên khơng có số liệu cụ thể chung cho nguồn nguyên liệu Nguyễn Quang Thịnh_HD1001