Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật hóa học: Tổng hợp semi- IPN hydrogel từ N, N'- dimethylacrylamide và maleic acid ứng dụng hấp thu ion đồng (II): Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học

Sau đó, tiến hành khảo sát các tính chất của vật liệu hydrogel bằng các phương pháp phân tích hiện đại: FTIR, SEM, DSC, … cuối cùng, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp thu Cu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

GVHD: TS HUỲNH NGUYỄN ANH TUẤN SVTH: NGUYỄN TẤN TRỰC

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

- -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TỔNG HỢP SEMI – IPN HYDROGEL TỪ N, N’ – DIMETHYLACRYLAMIDE VÀ MALEIC ACID

ỨNG DỤNG HẤP THU ION ĐỒNG (II)

GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn SVTH: Nguyễn Tấn Trực

Ngành: CNKT Hóa Polymer Lớp: 20128P2

MSSV: 20128165

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

- -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TỔNG HỢP SEMI – IPN HYDROGEL TỪ N, N’ – DIMETHYLACRYLAMIDE VÀ MALEIC ACID

ỨNG DỤNG HẤP THU ION ĐỒNG (II)

GVHD: TS Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn SVTH: Nguyễn Tấn Trực

Ngành: CNKT Hóa Polymer Lớp: 20128P2

MSSV: 20128165

TP Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2024

TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Khóa luận này tập trung vào việc tổng hợp và ứng dụng semi - IPN hydrogel

từ N, N’ – dimethylacrylamide, maleic acid và poly(dimethylacrylamide) để hấp thu ion Cu²⁺ Sau khi tổng hợp, semi - IPN hydrogel được biến tính trong môi trường kiềm mạnh nhằm tăng hiệu quả hấp thu ion Cu2+ so với semi - IPN không biến tính Sau đó, tiến hành khảo sát các tính chất của vật liệu hydrogel bằng các phương pháp phân tích hiện đại: FTIR, SEM, DSC, … cuối cùng, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp thu Cu2+ của semi – IPN hydrogel như pH, nồng độ ban đầu và trong các môi trường muối khác nhau

Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier FTIR đã xác nhận thành phần hóa học và tổng hợp thành công semi - IPN hydrogel Hình ảnh kính hiển vi điện tử quét SEM cho thấy sau biến tính (BT) đã làm tăng kích thước lỗ rỗng trung bình từ 149.74 lên 298.15 µm đối với hydrogel KBT và BT Sau khi biến tính, hydrogel đã cải thiện tính chất nhiệt và khả năng lưu biến Trong đó, nhiệt độ chuyển thủy tinh hóa được xác định bằng phương pháp phân tích nhiệt vi sai DSC có giá trị tăng từ 128.2 lên

142 0C; tính chất cơ học giảm không đáng kể khi giá trị modun nén giảm 20% từ 146.12 xuống 116.41 kPa; các giá trị modun tồn trữ G’, modun tổn thất G” và độ nhớt của hydrogel đều tăng lên sau biến tính

Kết quả cho thấy semi – IPN hydrogel sau biến tính (BT) có khả năng trương

nở và hấp thu ion đồng vượt trội hơn so với hydrogel không biến tính (KBT) Tỉ lệ trương (SR) cân bằng của hydrogel BT tăng 70% so với hydrogel KBT, cụ thể SR của hydrogel KBT và BT lần lượt bằng 34.11 (g/g) và 57.94 (g/g) tại 1750 phút Kết quả đo hấp thu Cu2+ cũng cho thấy hydrogel BT tăng 37% so với hydrogel KBT Cụ thể, lượng đồng hấp thu cực đại Qe lần lượt bằng 0.0293 (g/g) và 0.0213 (g/g) tại nồng độ đồng ban đầu 2.10-3 M Quang phổ EDX xác nhận nguyên tố đồng trong cấu trúc hydrogel BT nhiều hơn hydrogel KBT với hàm lượng nguyên tố lần lượt bằng

0.96 và 0.68% Khảo sát trong các điều kiện pH, nồng độ đồng ban đầu, các môi trường muối khác nhau, hydrogel BT đều có SR và khả năng hấp thu đồng vượt trội hơn hydrogel KBT Khảo sát động học hấp thu đẳng nhiệt cho thấy cơ chế hấp thu đồng tuân theo mô hình Langmuir với hệ số tương quan R2 = 0.9837 Ngoài ra, sau

ba chu kỳ thí nghiệm hấp và giải hấp liên tục, hydrogel vẫn giữ nguyên hình dạng và kích thước ban đầu cho thấy độ bền cơ học cao của nó Tuy nhiên khả năng hấp thu

Cu2+ ở chu kỳ thứ hai, thứ ba giảm đáng kể so với chu kỳ thứ nhất Những kết quả trên sơ bộ cho thấy khả năng ứng dụng của hệ semi – IPN hydrogel này trong việc hấp thu các ion kim loại nặng

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, em xin cảm ơn thầy Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn, được sự hướng dẫn của thầy, em đã học thêm nhiều kiến thức mới, kỹ năng mới, sự tỉ mỉ và bình tĩnh giải quyết vấn đề xảy ra trong quá trình làm luận văn

và cảm ơn các bạn K20 đã hỗ trợ em trong quá trính làm thí nghiệm

Em xin kính chúc thầy cô nhiều sức khỏe, hạnh phúc và thành công trong sự nghiệp giảng dạy

TP Hồ Chí Minh, ngày 27/07/2024

Sinh viên thực hiện

Truc Nguyễn Tấn Trực

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung, kết quả trong khóa luận này được viết bởi tôi, kết quả được tôi làm thực nghiệm và đo được với sự hướng dẫn của thầy Huỳnh Nguyễn Anh Tuấn Tôi xin chịu trách nhiệm về tính trung thực và chính xác của nội dung khóa luận này, và những nội dung tôi tham khảo từ nguồn khác, tôi đều trích dẫn tác giả đầy đủ

TP Hồ Chí Minh, ngày 27/07/2024

Sinh viên thực hiện

Truc Nguyễn Tấn Trực

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG 1

DANH MỤC HÌNH 2

DANH MỤC VIẾT TẮT 4

MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 9

1 Tổng quan về hydrogel 9

1.1 Giới thiệu hydrogel 9

1.2 Tổng hợp hydrogel 10

1.3 Tính chất hydrogel 23

1.4 Ứng dụng hydrogel trong xử lí nước thải 24

1.5 Các phương pháp phân tích và đánh giá hydrogel 25

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 32

2.1 Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị 32

2.1.1 Nguyên liệu 32

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị 32

2.2 Qui trình thực nghiệm 32

2.2.1 Tổng hợp homopolymer PDMA 32

2.2.2 Tổng hợp semi – IPN Hydrogel 35

2.2.3 Biến tính mẫu semi – IPN hydrogel trong dung dịch kiềm 37

2.3 Các phương pháp phân tích và đánh giá hydrogel 39

2.3.1 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (Fourier Transform Infrared Spectroscopy – FTIR) 39

2.3.2 Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope – SEM) và quang phổ tán xạ năng lượng tia X (Energy-dispersive X-ray spectroscopy – EDX) 39

2.3.3 Phân tích nhiệt quét vi sai (Differential Scanning Calorimentry – DSC) 39 2.3.4 Lưu biến (Rheological Measurement) 40

2.3.5 Phương pháp đo cơ tính 40

2.3.6 Khả năng trương nở 40

2.3.7 Khảo sát ứng dụng hấp thụ ion kim loại đồng bằng phương pháp UV –

Vis 41

2.3.8 Khả năng tái sử dụng hydrogel 43

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 44

3.1 Tổng hợp homopolymer mạch thẳng PDMA 44

3.2 Tổng hợp semi – IPN Hydrogel 44

3.3 Kết quả phân tích và đánh giá hydrogel 45

3.3.1 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại FTIR 45

3.3.2 Kết quả chụp SEM và quang phổ tán xạ năng lượng tia X – EDX 47

3.3.3 Kết quả phân tích nhiệt quét vi sai DSC 52

3.3.4 Kết quả đo lưu biến 53

3.3.5 Kết quả đo cơ tính 54

3.3.6 Khả năng trương nở của hydrogel 55

3.3.7 Khả năng hấp thu ion đồng (II) của hydrogel 60

3.3.8 Khả năng tái sử dụng của hydrogel 67

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69

4.1 Kết luận 69

4.2 Kiến nghị 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2 1 Các nguyên liệu được sử dụng 32

Bảng 2 2 Dụng cụ và thiết bị được sử dụng 33

Bảng 2 3 Đơn phối liệu sử dụng tổng hợp các mẫu hydrogel 35

Bảng 2 4 Đơn phối liệu cho 1L dung dịch đệm PBS 41

Bảng 2 5 Kết quả tính toán kích thước lỗ xốp các mẫu hydrogel 51

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1 Công thức cấu tạo của DMA 10 Hình 1 2 Công thức cấu tạo của MA 14 Hình 1 3 Công thức cấu tạo của MBA 15 Hình 1 4 Công thức cấu tạo của APS 17 Hình 1 5 Công thức cấu tạo của TEMEDD 19

Hình 2 1 Sơ đồ tổng hợp homopolymer PDMA {Tin, 2018 #1} 34 Hình 2 2 Phương trình tổng hợp PDMA 34 Hình 2 3 Qui trình tổng hợp semi – IPN Hydrogel 36 Hình 2 4 Phương trình tổng hợp semi – IPN Hydrogel 37 Hình 2 5 Cơ chế thủy phân nhóm amide trong môi trường kiềm KOH 38

Hình 3 1 Sản phẩm PDMA sau khi tổng hợp 44 Hình 3 2 Ngoại quan của semi – IPN hydrogel tổng hợp được 45 Hình 3 3 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại FTIR 45 Hình 3 4 Phổ FTIR của hai mẫu hydrogel BT và KBT 47 Hình 3 5 Quang phổ EDX của hydrogel KBT 48 Hình 3 6 Quang phổ EDX của hydrogel BT 48 Hình 3 7 Quang phổ EDX của hydrogel KBT hấp thu đồng 49 Hình 3 8 Quang phổ EDX của hydrogel BT hấp thu ion đồng 49 Hình 3 9 Ảnh chụp SEM của hai mẫu hydrogel KBT và BT 50 Hình 3 10 Ảnh chụp SEM của hai mẫu hydrogel sau khi hấp thu đồng 51 Hình 3 11 Kết quả DSC của hai mẫu hydrogel KBT và BT 52 Hình 3 12 Giá trị modun lưu trữ G’, modun tổn thất G” và độ nhớt của hai mẫu hydrogel theo thời gian 53 Hình 3 13 Đường cong ứng suất – biến dạng của hai mẫu hydrogel KBT và BT 55 Hình 3 14 Modun nén của hai mẫu hydrogel KBT và BT 55 Hình 3 15 Khả năng trương nở của hydrogel theo thời gian 56 Hình 3 16 Khả năng trương nở của hydrogel ở pH = 4, 7, 10 59 Hình 3 17 Khả năng trương nở của hydrogel trong môi trường Na+, Ca2+ và Fe3+ 59 Hình 3 18 Khảo sát bước sóng hấp thu của dung dịch đồng 61 Hình 3 19 Đường chuẩn dung dịch phức đồng tại bước sóng 452 nm 61

Hình 3 21 Ngoại quan hydrogel sau khi hấp thu đồng 62 Hình 3 22 Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến sự hấp thu đồng của hydrogel 64 Hình 3 23 Mô hình hấp thu đẳng nhiệt Langmuir 65 Hình 3 24 Ảnh hưởng của thời gian đến sự hấp thu đồng của hydrogel 66 Hình 3 25 Ảnh hưởng của pH đến sự hấp thu đồng của hydrogel 67 Hình 3 26 Khả năng tái hấp thu của hai mẫu hydrogel KBT và BT 68

DANH MỤC VIẾT TẮT

DSC Differential Scanning Calorimetry

EDX Energy Dispersive X-ray Spectroscopy

FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy

Hydrogel BT Hydrogel biến tính

Hydrogel KBT Hydrogel không biến tính

IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry

SEM Scanning Electron Microscopy

Semi-IPN Semi-Interpenetrating Polymer Network

TEMEDD N,N,N′,N′-Tetramethyl ethylenediamine

MỞ ĐẦU

Trong bối cảnh hiện nay, ô nhiễm môi trường nước bởi các kim loại nặng, đặc biệt là ion đồng (Cu²⁺), đã trở thành một vấn đề nghiêm trọng, đe dọa đến sức khỏe con người và hệ sinh thái Ion đồng (Cu²⁺) thâm nhập vào nguồn nước từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm: nước thải công nghiệp, các hoạt động nông nghiệp như sử dụng phân bón và thuốc trừ sâu chứa đồng cũng góp phần làm tăng nồng độ Cu²⁺ trong nước, rỉ sét từ các đường ống dẫn nước cũ, đặc biệt là ống đồng có thể bị ăn mòn và giải phóng Cu²⁺ vào nguồn nước [1-3]

Việc tìm kiếm các giải pháp hiệu quả, bền vững và thân thiện với môi trường

để loại bỏ các ion kim loại nặng khỏi nước thải là cực kỳ cấp thiết Ngày nay, nhiều vật liệu được ứng dụng phổ biến để loại bỏ đồng khỏi nước như than hoạt tính, zeolit, vật liệu nano, hydrogel truyền thống Tuy nhiên, việc sản xuất các vật liệu này tốn nhiều chi phí và khả năng thu hồi, tái sử dụng thấp

Một trong những giải pháp tốt nhất là sử dụng semi-IPN hydrogel với cấu trúc

và tính năng đặc biệt để hấp phụ các ion kim loại Semi-IPN hydrogel được lựa chọn cho nghiên cứu này do có nhiều ưu điểm vượt trội như cấu trúc xốp, cung cấp diện tích bề mặt lớn, tăng khả năng hấp phụ ion Cu²⁺, khả năng chứa nhiều nhóm chức liên kết mạnh mẽ với ion kim loại, tính bền vững ở hydrogel là khả năng tái sử dụng nhiều lần mà không mất đi tính năng hấp phụ, quá trình tổng hợp và sử dụng hydrogel

ít tạo ra chất thải độc hại, góp phần bảo vệ môi trường

Khóa luận này tập trung vào việc tổng hợp và ứng dụng semi-IPN hydrogel từ

N, N’ – dimethylacrylamide, maleic acid, PDMA, MBA để hấp thu ion đồng (Cu²⁺) Việc tổng hợp hydrogel từ N, N'-dimethylacrylamide (DMA) và maleic acid (MA) thông qua quá trình polymer hóa đồng thời tạo ra một loại hydrogel có khả năng tương tác mạnh với ion kim loại DMA cung cấp tính chất linh hoạt và dễ xử lý cho hydrogel, trong khi MA với các nhóm carboxyl có khả năng tạo phức với ion kim

loại, đặc biệt là ion đồng (Cu²⁺) Sự kết hợp này tạo ra một vật liệu hấp thu hiệu quả cho các ứng dụng xử lý nước thải [1-3]

Mục tiêu của đề tài

Tổng hợp semi-IPN hydrogel từ N, N’ – dimethylacrylamide, maleic acid, PDMA, MBA

Thực hiện quá trình biến tính hydrogel trong môi trường kiềm

Khảo sát các tính chất của vật liệu hydrogel bằng các phương pháp phân tích hiện đại: FTIR, SEM, DSC, …

Đánh giá khả năng hấp thu Cu²⁺ của semi- IPN hydrogel khi chưa biến tính và sau khi biến tính bằng phương pháp phổ hấp thu nguyên tử UV – VIS

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp thu Cu2+ của semi – IPN hydrogel Khảo sát khả năng tái sử dụng của hydrogel sau nhiều chu kỳ hấp thu - giải hấp

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Semi - IPN hydrogel được tổng hợp từ N, N’–dimethylacrylamide và maleic acid với MBA là chất nối mạng, hệ xúc tác APS/TEMEDD Ion đồng Cu2+ được hấp thu khỏi nước bởi hydrogel

Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp thu của hydrogel chưa biến tính và sau khi biến tính đối với ion Cu²⁺ và khả năng tái sử dụng của hydrogel

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp tổng hợp: Sử dụng phương pháp polymer hóa để tổng hợp semi-IPN hydrogel từ N, N’ – dimethylacrylamide và maleic acid

Phương pháp phân tích: Sử dụng các kỹ thuật phân tích như phổ hồng ngoại (FTIR), quang phổ hấp thụ nguyên tử (UV - VIS), và hiển vi điện tử quét (SEM) để xác định cấu trúc và tính chất của hydrogel

Thí nghiệm hấp thu: Thực hiện các thí nghiệm hấp thu để xác định khả năng hấp thu ion Cu²⁺ của hydrogel, bao gồm khảo sát ảnh hưởng của thời gian, nồng độ ban đầu,

và pH

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: Đề tài đóng góp vào việc phát triển vật liệu mới với khả năng

hấp phụ kim loại nặng hiệu quả, mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực vật liệu polymer và xử lý nước

Ý nghĩa thực tiễn: Vật liệu hydrogel có tiềm năng ứng dụng cao trong xử lý nước

thải công nghiệp, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng

Cấu trúc của khóa luận tốt nghiệp

Chương 1: Tổng quan - Tổng hợp và phân tích các nội dung liên quan đến việc sử dụng hydrogels trong hấp thu kim loại nặng

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu - Mô tả chi tiết quy trình tổng hợp hydrogel và các phương pháp thí nghiệm

Chương 3: Kết quả và thảo luận - Trình bày kết quả nghiên cứu, phân tích và thảo luận các kết quả đạt được

Chương 4: Kết luận và kiến nghị - Tóm tắt kết quả nghiên cứu, rút ra kết luận và đưa

ra các kiến nghị cho nghiên cứu tiếp theo

Với cấu trúc này, khóa luận tốt nghiệp hy vọng mang lại cái nhìn toàn diện về quá trình nghiên cứu và những đóng góp khoa học, thực tiễn trong lĩnh vực xử lý nước thải bằng vật liệu hydrogel

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1 Tổng quan về hydrogel

1.1 Giới thiệu hydrogel

Hydrogel là một loại vật liệu polymer có cấu trúc mạng ba chiều với khả năng trương nở và giữ một lượng nước lớn trong cấu trúc của nó Đặc điểm nổi bật của hydrogel là khả năng hấp thụ nước vượt trội và tính tương thích sinh học cao, làm cho chúng trở thành lựa chọn lý tưởng trong nhiều ứng dụng sinh học và môi trường Khả năng này là do sự hiện diện của nhiều nhóm hydrophilic mạnh như nhóm carboxyl, nhóm sulfonic và nhóm hydroxyl trong cấu trúc của nó Hydrogel có thể được tổng hợp từ nhiều loại monomer khác nhau, và sự lựa chọn của monomer sẽ quyết định tính chất vật lý và hóa học của hydrogel [2-4]

Semi-interpenetrating polymer networks (semi-IPNs) là một dạng cấu trúc đặc biệt của hydrogel, trong đó một mạng lưới polymer được hình thành trong sự hiện diện của một hoặc nhiều polymer khác mà không có liên kết hóa học giữa chúng Điều này tạo ra một hệ thống có tính chất cơ học và hóa học được cải thiện, chẳng hạn như độ bền cơ học cao và khả năng hấp thụ nước tốt hơn [1, 3]

Nghiên cứu về semi-IPN (Semi-Interpenetrating Polymer Network) hydrogel hấp thu ion Cu2+ đã thu hút được sự quan tâm rộng rãi trong cộng đồng khoa học, với mục tiêu chính là phát triển các vật liệu hấp phụ hiệu quả, thân thiện với môi trường để loại bỏ các ion kim loại nặng như Cu2+ khỏi nước thải Nhìn chung, tình hình nghiên cứu cho thấy semi-IPN hydrogels là một lựa chọn tiềm năng trong việc hấp phụ và loại bỏ Cu2+ từ môi trường nước, với nhiều nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của chúng trong điều kiện phòng thí nghiệm Tuy nhiên, cần có thêm các nghiên cứu để tối ưu hóa cấu trúc và điều kiện vận hành để ứng dụng rộng rãi hơn trong thực tế

1.2 Tổng hợp hydrogel

1.2.1 Nguyên liệu

Hydrogels được tổng hợp từ nhiều loại nguyên liệu khác nhau, bao gồm các polyme tự nhiên và tổng hợp, các monomer có khả năng polyme hóa, và kết hợp giữa polyme tự nhiên và tổng hợp Các polyme tự nhiên như chitosan, gelatin, và alginate thường được sử dụng do tính biocompatibility và biodegradability cao Trong khi đó, các polyme tổng hợp như polyacrylamide (PAAm), polyethylene glycol (PEG), và polyvinyl alcohol (PVA) thường được sử dụng để cải thiện tính chất cơ học và độ bền của hydrogel [5]

Trong nghiên cứu này, semi - IPN hydrogel được tổng hợp từ N,N’–dimethylacrylamide và maleic acid với MBA là chất nối mạng, hệ xúc tác APS/TEMEDD Ion đồng Cu2+ được hấp phụ khỏi nước bởi hydrogel

1.2.1.1 N,N’–dimethylacrylamide (DMA)

N, N'-Dimethylacrylamide (DMA) là một hợp chất hữu cơ có công thức phân

tử C5H9NO Đây là một monomer được sử dụng rộng rãi trong tổng hợp polymer, đặc biệt là trong sản xuất hydrogels và các ứng dụng y sinh

Công thức cấu tạo

Hình 1 1 Công thức cấu tạo của DMA Danh pháp UIPAC: N, N’-dimethylprop-2-enamide

Tính chất vật lý

Trạng thái: Chất lỏng không màu

Khối lượng phân tử: 99.13 g/mol

Công nghệ y sinh: Do tính chất biocompatible, các polymer từ DMA được sử dụng trong y học như các vật liệu cấy ghép và các hệ thống phân phối thuốc

Sơn và chất kết dính: Sử dụng trong sản xuất các chất phủ, sơn và chất kết dính nhờ vào khả năng tạo màng tốt và tính chất cơ học mạnh mẽ [6]

An toàn và độc tính

Độc tính: DMA có thể gây kích ứng da, mắt và hệ hô hấp Tiếp xúc dài hạn có thể dẫn đến các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, vì vậy cần sử dụng các biện pháp bảo

hộ khi làm việc với DMA

Hướng dẫn an toàn: Tránh hít phải hơi và tiếp xúc trực tiếp với da và mắt Sử dụng thiết bị bảo hộ cá nhân và làm việc trong môi trường thông thoáng [6]

1.2.1.2 Poly(N,N’–dimethylacrylamide)

Poly(N,N'-Dimethylacrylamide) (PDMA) là một polymer có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, công nghệ môi trường, và vật liệu kỹ thuật nhờ vào các đặc tính vượt trội như khả năng tương thích sinh học và tính chất cơ học tốt

Tính chất vật lý

Trạng thái: Chất rắn hoặc hydrogel trong suốt

Khối lượng phân tử: Thay đổi tùy thuộc vào điều kiện polymer hóa

Độ tan: Tan tốt trong nước và các dung môi hữu cơ phân cực như methanol, ethanol Tính chất cơ học: PDMA hydrogels có khả năng co dãn cao, tự phục hồi và nhớ hình dạng tốt, đặc biệt khi kết hợp với các vật liệu gia cường như nano-silica [7]

Tính chất hóa học

Tính ổn định: PDMA ổn định trong điều kiện bình thường, nhưng dễ dàng polymer hóa tiếp khi có mặt các chất khơi mào

Độ hút nước: PDMA hydrogels có khả năng hút nước mạnh, giúp chúng phù hợp cho các ứng dụng liên quan đến hấp thụ và giữ nước

Phản ứng với kim loại: Có khả năng hấp thụ ion kim loại nặng, được sử dụng trong

xử lý nước và môi trường [7]

1.2.1.3 Maleic acid (MA)

Maleic acid (MA) là một hợp chất hữu cơ có công thức hóa học C₄H₄O₄ Đây là đồng phân cis của axit butenedioic, trong khi đồng phân trans là axit fumaric

Công thức cấu tạo

Hình 1 2 Công thức cấu tạo của MA Danh pháp UIPAC: (Z)-Butenedioic acid

Tên gọi khác: cis-butenedioic acid, malenic acid, maleinic acid, toxilic acid

Tính chất vật lý

Trạng thái: Axit maleic là chất rắn tinh thể màu trắng

Điểm nóng chảy: 402,9 đến 416,65 K (129,75-143,5°C)

Điểm sôi: Điểm sôi khoảng 587,18 K (314,03°C)

Tỷ trọng: Tỷ trọng của axit maleic khoảng 1,59 g/cm³ ở nhiệt độ phòng

Độ tan: Axit maleic tan rất tốt trong nước, với log độ tan trong nước (log WS) là 0,45

Nhiệt nóng chảy: 26,9 kJ/mol

Nhiệt thăng hoa: Enthalpy thăng hoa từ 105,4 đến 110,0 kJ/mol

Nhiệt dung: Nhiệt dung riêng của axit maleic rắn khoảng 135,60 J/mol·K ở 294,4 K [8, 9]

Tính chất hóa học

Độ axit: Axit maleic là một axit diacid, có thể cho hai proton (ion H⁺) Giá trị pKa của nó là 1,9 và 6,07, cho thấy nó khá axit

Tính phản ứng: Axit maleic có thể tham gia vào các phản ứng điển hình của axit carboxylic như tạo thành este, amid và anhydride Nó cũng tham gia vào phản ứng Diels-Alder do sự có mặt của liên kết đôi liên hợp

Đồng phân hóa: Nó có thể chuyển hóa thành axit fumaric, là đồng phân trans của axit butenedioic Sự đồng phân hóa này có thể xảy ra tự nhiên trong một số vi khuẩn và được xúc tác bởi enzyme maleate isomerase

Ứng dụng: Axit maleic được sử dụng trong sản xuất axit fumaric, làm nguyên liệu

cho sản xuất các polymer và nhựa khác nhau, trong lớp phủ bề mặt, và như một phụ gia trong chất bôi trơn và hóa chất nông nghiệp

An toàn: Axit maleic có tính ăn mòn và có thể gây bỏng khi tiếp xúc với da hoặc

mắt Nó cũng độc hại khi hít phải hoặc nuốt phải, yêu cầu phải cẩn thận khi xử lý và

sử dụng các biện pháp an toàn thích hợp [10] [11]

1.2.1.4 N, N’- Methylenebisacrylamide (MBA)

Công thức cấu tạo

Hình 1 3 Công thức cấu tạo của MBA Danh pháp IUPAC: N-(prop-2-enoylamino) methylprop-2-enamide

Tên gọi khác: Bis[acryloylamino] methane, MBA, MBAA

Tính chất vật lí

Công thức phân tử: C₇H₁₀N₂O₂

Khối lượng phân tử: 154.17 g/mol

Ứng dụng

Sản xuất polymer: MBA là chất liên kết ngang chính trong sản xuất polyacrylamide

và các polymer khác, đặc biệt là trong các gel sử dụng trong kỹ thuật điện di PAGE) và các ứng dụng sinh học khác

(SDS-Vật liệu siêu hấp thụ: MBA được sử dụng trong các sản phẩm như tã lót và các vật liệu khác yêu cầu khả năng hấp thụ cao

Sơn và chất kết dính: MBA được sử dụng trong sản xuất các loại sơn và chất kết dính nhờ khả năng tạo liên kết mạnh mẽ và bền vững

An toàn

Độc tính: MBA có thể gây kích ứng da và mắt Việc hít phải hoặc nuốt phải MBA

có thể gây hại cho sức khỏe

Xử lý: Khi xử lý MBA, cần mang đồ bảo hộ như găng tay, kính bảo hộ và khẩu trang

để tránh tiếp xúc trực tiếp Nếu bị dính vào da hoặc mắt, cần rửa ngay lập tức với nhiều nước và tìm kiếm sự chăm sóc y tế

Cháy nổ: MBA không dễ cháy, nhưng trong trường hợp cháy, có thể sử dụng bình chữa cháy hóa chất khô, CO2 hoặc nước phun để dập tắt lửa [12-14]

1.2.1.5 Ammonium persulfate (APS)

Công thức cấu tạo

Hình 1 4 Công thức cấu tạo của APS Danh pháp IUPAC: Ammonium persulfate

Tính chất vật lí

Công thức phân tử: (NH₄)₂S₂O₈

Khối lượng mol: 228.18 g/mol

APS là một chất oxi hóa mạnh và ổn định, dễ dàng phân hủy trong môi trường nước tạo thành ion amoni và peroxydisulfat, sau đó phân hủy tiếp thành ion sulfate

Trong dung dịch, APS phân hủy thành các gốc tự do, điều này khiến nó hữu ích trong các phản ứng polymer hóa và các ứng dụng khác yêu cầu sự hiện diện của gốc tự do APS cũng có khả năng oxy hóa các ankin thành dẫn xuất 1,2-dicarbonyl hoặc hemiacetal trong môi trường nước với sự có mặt của chất xúc tác diphenyl diselenide

Ứng dụng của Ammonium Persulfate

Khởi đầu polymer hóa: APS được sử dụng như một chất khởi đầu gốc tự do trong polymer hóa của các alkene, như styrene-butadiene và polytetrafluoroethylene Sản xuất PCB: Được sử dụng để ăn mòn đồng trên bảng mạch in (PCB)

Chất tẩy tóc: Là thành phần trong các sản phẩm tẩy trắng tóc

Chất oxi hóa: APS được sử dụng như một chất oxi hóa trong hóa học hữu cơ, ví dụ như trong phản ứng Minisci và oxy hóa Elbs persulfate

An toàn của Ammonium Persulfate

Kích ứng: Bụi chứa APS có thể gây kích ứng mắt, mũi, cổ họng, phổi và da khi tiếp xúc Hít phải mức độ cao của bụi APS có thể gây khó thở

Tác động hô hấp: APS được biết đến là nguyên nhân chính gây ra các triệu chứng hen suyễn, đặc biệt là ở các thợ làm tóc và nhân viên làm việc trong ngành làm tóc Phản ứng khẩn cấp: Khi có sự cố tràn đổ, cần cô lập khu vực ít nhất 25 mét cho chất rắn và 50 mét cho chất lỏng Trong trường hợp hỏa hoạn, cần cách ly khu vực lên đến 800 mét [15, 16]

1.2.1.6 N, N, N′, N′-Tetramethyl ethylenediamine (TEMEDD)

Công thức cấu tạo

Hình 1 5 Công thức cấu tạo của TEMEDD Tên gọi khác: TEMEDD, TMEDA, 1,2-Bis(dimethylamino)ethane

TEMEDD được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng sau:

Polymer hóa: Là chất xúc tác cùng với ammonium persulfate để polymer hóa acrylamide và tạo ra gel polyacrylamide

Tạo phức kim loại: Được dùng làm phối tử cho các ion kim loại như kẽm và đồng, giúp tạo ra các phức hợp ổn định trong dung môi hữu cơ

Hóa học hữu cơ: Được sử dụng trong các phản ứng metal hóa và làm chất xúc tác cho các quá trình tổng hợp hữu cơ

An toàn

Nguy cơ cháy nổ: Chất lỏng và hơi dễ cháy Điểm chớp cháy: 20 °C

Độc tính: Gây bỏng nghiêm trọng cho da và mắt Độc hại khi hít phải hoặc nuốt phải Biện pháp an toàn: Sử dụng trang bị bảo hộ cá nhân khi xử lý Tránh xa nguồn nhiệt, tia lửa, và ngọn lửa trần Trong trường hợp tiếp xúc, rửa kỹ với nước và tìm sự trợ giúp y tế ngay lập tức [17-19]

1.2.1.7 Copper sulfate (CuSO4)

Đồng sunfat tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, trong đó dạng pentahydrate (CuSO₄.5H₂O) là phổ biến nhất Dạng này được biết đến với các tinh thể màu xanh sáng, trong khi dạng khan là bột màu xanh nhạt hoặc xám trắng Đồng sunfat tan rất tốt trong nước, tạo ra dung dịch có tính axit khi tan

Tính chất vật lí

Màu sắc: Dạng pentahydrate có màu xanh sáng, trong khi dạng khan có màu xanh nhạt hoặc xám trắng

Độ tan: Rất tan trong nước

Nhiệt độ nóng chảy: Khoảng 110 °C cho dạng pentahydrate, chất này phân hủy trước khi sôi

Cấu trúc tinh thể: Dạng pentahydrate có cấu trúc tinh thể triclinic, trong khi dạng khan có cấu trúc tinh thể orthorhombic

Tính chất hóa học