NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP POLYACRYALMIDE VÀ ỨNG DỤNG CỦA NÓ TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Polyacrylamide (PAM) và copolyme của nó là các polyme tổng hợp tan trong nước quan trọng nhất. Polyme acrylamide được sử dụng như là chất keo tụ và kết tủa trong chất thải và nước uống, như việc tăng cường thu hồi trong dầu nước (EOR), phụ gia polymer trong nước dung dịch khoan, và lắng nước trong các ngành công nghiệp như khai thác mỏ và làm giấy. Các hóa chất acrylamide (CAS No 79061) đã được công bố là một chất ưu tiên cho đánh giá đầy đủ rủi ro hiện có trên 01 Tháng Tám năm 2000, để đáp ứng mối quan tâm có thể liên quan đến sức khỏe con người và các mối nguy hiểm môi trường gắn liền với việc sử dụng số lượng lớn của các monomer và sử dụng rộng rãi các sản phẩm polyacrylamide, đặc biệt trong xử lý nước thải và nước. Các ứng dụng chính của polyacrylamit như kết tủa để xử lý nước thải công nghiệp như nước thải từ khai thác mỏ và giấysản xuất bột giấy, xử lý nước uống. Các ứng dụng khác của polyacrylamit là trong lớp phủ bề mặt và chất kết dính, dệt nhuộm, chế biến da, giấy và các tông sản xuất và trong mỹ phẩm. Lượng dư monomer acrylamide trong các sản phẩm polyacrylamide nói chung là dưới 0,1%, mặc dù trong báo cáo lên đến mức 2% polyacrylamit được sử dụng trong một số chất phủ bề mặt. Môi trường tiếp xúc với acrylamide có thể xảy ra từ sản xuất polymer và việc sử dụng polymer. Các dữ liệu độc hại sinh thái có sẵn, chỉ ra rằng acrylamide là hơi độc hại cho thực vật thủy sinh (thấp nhất EC50 = 33,8 mgL) và các sinh vật (Daphnia thấp nhất EC50 = 98 mgL và thấp nhất EC50 = 85 mgL). Trong khi các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nó không đẩy lùi sự lấn chiếm của vi khuẩn biển và trai, độc tính trực tiếp của nó đến những sinh vật này không thể kết luận từ các nghiên cứu. Dường như acrylamide có một số tác dụng độc hại trên vi sinh vật và thực vật trên cạn nhưng chỉ đến một mức độ nhẹ. Tiếp xúc nghề nghiệp với acrylamide được báo cáo là giới hạn cho người lao động tham gia vào lao động sản xuất và phòng thí nghiệm polymer sử dụng acrylamide trong việc chuẩn bị các gel polyacrylamide cho điện. Tiếp xúc crylamide cũng có thể xảy ra từ việc sử dụng các polyacrylamit trong xử lý nước uống và sử dụng trong mỹ phẩm và bao bì thực phẩm. Phơi nhiễm nghề nghiệp là kết quả từ khả năng hít phải và tiếp xúc với da, trong khi tiếp xúc với nó sẽ gần như độc quyền thông qua da và đường miệng. Acrylamide được hấp thụ qua miệng, hít vào và các tuyến đường da và hấp thu sau, được phân bố rộng rãi trong cơ thể. Sức khỏe cộng đồng có nguy cơ từ uống acrylamide trong nước và thực phẩm và sự hấp thụ qua da do mỹ phẩm được coi là không đáng kể. Vì những lý do trên, đề tài này xin được trình bày việc sản xuất polyacrylamide và ứng dụng của nó trong xử lý nước thải.

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & VẬT LIỆU

NÓ TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

GVHD: Thầy Huỳnh Lê Huy Cường SVTH: Nguyễn Thiên Hương

LỚP:03DHHH3 MSSV: 2004120272

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 1/2016

MỤC LỤC

Lời cảm ơn iv

Danh sách hình vẽ v

Danh sách bảng biểu vii

PHẦN 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 1 Acryalmide 1

1.1 Giới thiệu 2

1.2 Tính chất hóa học 2

1.2.1 Mối nguy hóa lý 3

1.2.2 Các yếu tố chuyển đổi 3

1.2.3 Thành phần polymer tiêu biểu 3

1.2.4 Tạp chất và phụ gia 3

1.3 Tính chất vật lý 3

1.4 Sử dụng 4

1.4.1 Sử dụng các monomer 4

1.4.2 Sử dụng polymer 5

2 Polyacryamide 8

2.1 Tên gọi và tên viết tắt 8

2.2 Tính chất vật lý 8

2.3 Ứng dụng 9

3 Nguồn cung cấp 10

PHẦN 2 : NỘI DUNG CHƯƠNG II: TỔNG HỢP 1 Cơ sở lý thuyết 11

1.1 Cơ chế trùng hợp Gel 11

1.2 Gel polyacrylamide trùng hợp 11

1.2.1 Acrylamide 11

1.2.2 Bis-acrylamide 12

1.2.3 Chất khơi mào 12

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng 14

1.3.1 Các chất ô nhiễm trong chất đệm 14

1.3.2 Loại chất khơi mào và tập trung 15

1.3.4 Ôxy 17

1.3.5 pH 17

1.3.6 Crosslinkers thay thế 18

1.3.7 Gel phụ 18

1.3.8 Thời gian 18

1.3.9 Nồng độ monomer 19

1.4 Cách thức trùng hợp 19

2 Chuẩn bị cho trùng hợp 19

3 Tổng hợp các polyacrylamide 19

3.1 Hóa học trùng hợp trong hệ thống gián đoạn - Gel (phân giải) 20

3.2 Hóa học trùng hợp trong các hệ thống liên tục và Gel xếp chồng 21

3.3 Trùng hợp quang hóa 22

3.4 Trùng hợp phân tích 22

3.5 Mặt cắt trùng hợp 23

3.6 Gel loại trừ xác định giới hạn 24

3.7 Xử lý acrylamide 25

3.8 Thuốc thử và thời gian sử dụng 25

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG 1 Đặc điểm 27

2 Cơ sở lý thuyết quá trình đồng trùng hợp tạo co-polymer 27

2.1 Ảnh hưởng tỷ lệ acid acrylic và acrylamide đến quá trình đồng trùng hợp 31

2.2 Ảnh hưởng của pH đến quá trình đồng trùng hợp 32

2.3 Xác định hằng số đồng trùng hợp 33

3 Thực nghiệm 36

3.1 Vật liệu 36

3.2 Tổng hợp hydrogel copolymer 36

4 Hiệu quả của Poly (acid acrylamide-co-acrylic) trong xử lý nước 40

4.1 40

4.2 Thí nghiệm 40

4.3 Các yếu tố ảnh hưởng 42

5 Kết luận 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Sinh viên: Nguyễn Thiên Hương MSSV 2004120272

Nhận xét:

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm đánh giá: ………

………

………

………

………

………

Ngày ……….tháng ………….năm 2016

(Ký tên, ghi rõ họ và tên)

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1: Công thức phân tử acrylamide

Hình 1.2: Công thức phân tử Polyacryalmide

Hình 2.7: Sơ đồ quy trình tổng hợp polyacryalmide

Hình 2.8: Phản ứng trùng hợp của monomer 12% (12% T, 2,6% C *) có chứa 0,375 M Tris-HCl, pH 8.8 (Laemmli), polyme hóa trong một cuvette thạch anh ở nhiệt độ phòng với ammonium persulfate và TEMED ở nồng độ cuối cùng 0,05% của mỗi chất Trùng hợp được theo dõi ở 260 nm A, "enzyme lớp" acrylamide B, điện tinh khiết acrylamide Bio-Rad, kiểm soát # 25.281

Hình 2.9: Một đường cong hiệu chuẩn đại diện cho khối lượng phân tử (Mr) dự toán Trong thời gian được vẽ ở đây ( đường liền nét ), Bio - Rad SDS -PAGE tiêu chuẩn với

200 , 116,2 , 97,4 , 66,2 , 45 , 31 , 21.5 , 14.4 và 6.5 kD (vòng tròn khép kín, từ trái sang bên phải) đã được tách ra trên 15 % T SDS-PAGE gel

Hình 3.1: Xử lý nước thải mẫu trước và sau khi thi polyacrylamide

Hình 3.2: H-liên kết hình thành phức tạp và cấu hình phân tử của copolymer của axit acrylic và acrylamide [Ilmain 1991, Katono 1991]

Hình 3.3: Phân ly của H-liên kết của copolymer của axit acrylic và acrylamide với nhiệt độ [Endo 2001]

Hình 3.4: Hoffmann cơ chế phản ứng của polyacrylamide liên kết ngang [Kasgoz 2001] Hình 3.5: Mannich cơ chế phản ứng của polyacrylamide liên kết ngang [Kasgoz 2003] Hình 3.6: Sulfonethylation cơ chế phản ứng của liên kết ngang polyacrylamide [Kasgoz 2003]

Hình 3.7 Ảnh hưởng của tỷ lệ acid acrylic và acrylamide đến quá trình đồng trùng hợp Hình 3.8: Các dạng cộng hưởng của acid acrylic và acrylamide

Hình 3.9: Ảnh hưởng của pH đến quá trình đồng trùng hợp acid acrylic/acrylamide tại

Hình 3.14: Sơ đồ quy trình xử lý nước thải

Hình 3.15: Quang phổ 13C NMR của poly (acid acrylamide-co-acrylic), tỷ lệ mol nạp liệu 2:1, pH 4,0

Hình 3.16: Quang phổ 73C NMR của poly (acid acrylamide-co-acrylic), tỷ lệ mol (W/W) 2:1, pH 10,0

Hình 3.17: Phần trăm của tổng số chất rắn loại bỏ với polymer, % mol của amide trong copolymer, (1) 41,09; (2) 48,69; (3) 62,84 ở pH 4.0, (4) 47,79; (5) 56,90; (6) 72,82; ở

pH 10,0

Hình 3.18: Phần trăm của các chất rắn lơ lửng được loại bỏ so với lượng polymer, % mol của amide trong copolymer, (1) 41,09; (2) 48,69; (3) 62,84 ở pH 4.0; (4) 47,79; (5) 56,90; (6) 72,82, ở pH 10,0

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1.2: Tính chất vật lý của acrylamide

Bảng 1.1: Giới thiệu Acryalmide

Bảng 1 3: Các đặc tính lý hóa của một số polyme acrylamide được sử dụng để xử lý nước sinh hoạt tại Úc

Bảng 3.3: Hằng số đồng trùng hợp của rAA và rAM tại các giá trị pH khác nhau

Bảng 3.4: Thành phần hóa học của 1 mẫu hydrogel chuẩn bị trong dung dịch nước Bảng 3.5: Ảnh hưởng của pH và độ nhớt, thành phần và nhiệt độ thủy tinh hoá của co-polymers

LỜI MỞ ĐẦU

Polyacrylamide (PAM) và copolyme của nó là các polyme tổng hợp tan trong nước quan trọng nhất Polyme acrylamide được sử dụng như là chất keo tụ và kết tủa trong chất thải và nước uống, như việc tăng cường thu hồi trong dầu nước (EOR), phụ gia polymer trong nước dung dịch khoan, và lắng nước trong các ngành công nghiệp như khai thác mỏ và làm giấy

Các hóa chất acrylamide (CAS No 79-06-1) đã được công bố là một chất ưu tiên cho đánh giá đầy đủ rủi ro hiện có trên 01 Tháng Tám năm 2000, để đáp ứng mối quan tâm có thể liên quan đến sức khỏe con người và các mối nguy hiểm môi trường gắn liền với việc sử dụng số lượng lớn của các monomer và sử dụng rộng rãi các sản phẩm polyacrylamide, đặc biệt trong xử lý nước thải và nước

Các ứng dụng chính của polyacrylamit như kết tủa để xử lý nước thải công nghiệp như nước thải từ khai thác mỏ và giấy/sản xuất bột giấy, xử lý nước uống Các ứng dụng khác của polyacrylamit là trong lớp phủ bề mặt và chất kết dính, dệt nhuộm, chế biến

da, giấy và các tông sản xuất và trong mỹ phẩm Lượng dư monomer acrylamide trong các sản phẩm polyacrylamide nói chung là dưới 0,1%, mặc dù trong báo cáo lên đến mức 2% polyacrylamit được sử dụng trong một số chất phủ bề mặt

Môi trường tiếp xúc với acrylamide có thể xảy ra từ sản xuất polymer và việc sử dụng polymer Các dữ liệu độc hại sinh thái có sẵn, chỉ ra rằng acrylamide là hơi độc hại cho thực vật thủy sinh (thấp nhất EC50 = 33,8 mg/L) và các sinh vật (Daphnia thấp nhất EC50 = 98 mg/L và thấp nhất EC50 = 85 mg/L)

Trong khi các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nó không đẩy lùi sự lấn chiếm của vi khuẩn biển và trai, độc tính trực tiếp của nó đến những sinh vật này không thể kết luận

từ các nghiên cứu Dường như acrylamide có một số tác dụng độc hại trên vi sinh vật và thực vật trên cạn nhưng chỉ đến một mức độ nhẹ

Tiếp xúc nghề nghiệp với acrylamide được báo cáo là giới hạn cho người lao động tham gia vào lao động sản xuất và phòng thí nghiệm polymer sử dụng acrylamide trong việc chuẩn bị các gel polyacrylamide cho điện Tiếp xúc crylamide cũng có thể xảy ra từ việc sử dụng các polyacrylamit trong xử lý nước uống và sử dụng trong mỹ phẩm và bao bì thực phẩm Phơi nhiễm nghề nghiệp là kết quả từ khả năng hít phải và tiếp xúc với da, trong khi tiếp xúc với nó sẽ gần như độc quyền thông qua da và đường miệng

Acrylamide được hấp thụ qua miệng, hít vào và các tuyến đường da và hấp thu sau, được phân bố rộng rãi trong cơ thể

Sức khỏe cộng đồng có nguy cơ từ uống acrylamide trong nước và thực phẩm và

sự hấp thụ qua da do mỹ phẩm được coi là không đáng kể

Vì những lý do trên, đề tài này xin được trình bày việc sản xuất polyacrylamide

và ứng dụng của nó trong xử lý nước thải

PHẦN 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU

1 Acryalmide

CH{C(= O) − NH2} − CH2

Hình 1.1: Công thức phân tử acryalmide

Là chất rất thấm nước, tạo thành một dạng gel mềm khi ngậm nước, được sử dụng trong các ứng dụng như gel điện polyacrylamide và sản xuất kính áp tròng mềm Trong hình thức chuỗi thẳng, nó được sử dụng như một chất làm đặc gián đoạn Gần đây, nó được sử dụng như một chất độn dưới da cho phẫu thuật thẩm mỹ trên khuôn mặt

Một trong những ứng dụng lớn nhất của polyacrylamide là keo tụ chất rắn trong chất lỏng Quá trình này được áp dụng để xử lý nước, và các quá trình như làm giấy, màn hình in ấn

Polyacrylamide có thể được cung cấp ở dạng bột hoặc chất lỏng có dạng lỏng Công dụng phổ biến của polyacrylamide và các dẫn xuất của nó trong các ứng dụng dưới bề mặt như tăng cường phục hồi dầu Độ nhớt cao trong dung dịch nước có thể được tạo ra bởi polyacrylamide nồng độ thấp

Các dạng ion của polyacrylamide đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp xử lý nước uống Muối kim loại hóa trị ba như sắt clorua và nhôm clorua được bắc cầu bằng các chuỗi polyacrylamide dài Điều này làm tăng tốc độ keo tụ Vì vậy, nó cho phép các nhà máy xử lý nước cải thiện đáng kể việc loại bỏ các chất hữu cơ (TOC)

từ nước thô

Polyacrylamide thường được sử dụng trong các ứng dụng sinh học phân tử như một phương tiện dùng cho điện protein và axit nucleic trong một kỹ thuật được gọi là TRANG

Acrylamide monomer không xảy ra phản ứng như là một chất gây ô nhiễm ở các nồng độ khác nhau trong polyacrylamit (ví dụ, polyelectrolytes sử dụng trong xử lý nước) Các vấn đề sức khỏe lớn của acrylamide là gây độc thần kinh (lần đầu tiên quan sát thấy ở động vật thí nghiệm trên 30 năm về trước) (Davis et al 1976 Cuộc sống Systems, Inc 1985) và gần đây hơn, acrylamide monomer ảnh hưởng tới sinh sản, genotoxicity, là chất gây ung thư (Dearfield et al 1988) Acryalmide là chất có độc tính cấp tính

1.1 Giới thiệu

Bảng 1.1: Giới thiệu Acryalmide

Tên đồng nghĩa Acrylic acid amide; Ethylene

carboxamide; Propenoic acid amide; Vinyl amide

Tên thương mại Acrylamide; Acrylamide, Dry

Crystals; Acrylamide, 30% aqueous, inhibited; Acrylamide, 50% aqueous, inhibited; Acrylamide, 30% LC, inhibited; Công thức phân tử C3H5NO

Công thức cấu trúc CH2 = CH − CONH2

Trọng lượng phân tử 71.09 Acrylamide có hai trung tâm của phản ứng tiềm năng:

 Nhóm amide trải qua các phản ứng đặc trưng của một amide béo

 Một liên kết đôi là electron thiếu vì liên hợp của nó với nhóm amide.Các nhóm amide là tương đối trơ cho một "nhóm chức năng" do nhóm amin góp phần electron của nó với carbon carbonyl (thường là một nhóm electron thiếu)

1.2 Tính chất hóa học

Acrylamide trải qua các phản ứng đặc trưng của hóa chất có chứa một liên kết đôi phản ứng và một nhóm amide Ở nhiệt độ trên nhiệt độ nóng chảy của nó, polymer hoá acrylamide trong một phản ứng tỏa nhiệt rất nhanh chóng Tiếp xúc với ánh sáng

UV cũng có kết quả polymer hoá (Merck, 1983)

Các polyme ưa nước có phân tử lượng từ 1 đến 30 triệu và chuỗi dài giữa 14.000 đến 420.000 đơn vị monomer Khi phản ứng với hợp chất amoni bậc bốn không bão hòa, copolyme cation được sản xuất, trong khi phản ứng với axit cacboxylic hoặc sulphonic tạo ra copolyme anion Quá trình polyme hóa không phải 100% hoàn thành

và polyme đã thay đổi phần dư còn lại của monomer không phản ứng

Acrylamide không tương thích với chất khử, đồng, nhôm, đồng thau và đồng Sắt hoặc gỉ có thể kích hoạt polyme hóa tỏa nhiệt nhanh chóng trong các giải pháp acrylamide

1.2.1 Mối nguy hóa lý

Tinh thể acrylamide có thể tạo ra bụi mà dễ cháy trong không khí và có thể phát

nổ Các hóa chất được chỉ định là nổ trong Hazchem Mã ADG Năng lượng đánh lửa tối thiểu là 7 millijoule (nồng độ bụi 850 g/m3 trong không khí, độ ẩm 0,1-0,8%; 0,1mm hạt)

1.2.2 Các yếu tố chuyển đổi

1 ppm (acrylamide trong không khí) = 5 mg/m3

1 mg/m3 = 0,2 ppm

1.2.3 Thành phần polymer tiêu biểu

Sản xuất trong nước và polyme acrylamide nhập khẩu thường có mức monomer còn lại 0,1% hoặc ít hơn, nhưng để xử lý nước uống , nồng độ của monomer <0,05% là bắt buộc

Polyme dùng cho lớp phủ bề mặt và chất kết dính đã được báo cáo có chứa nồng

độ monomer tăng 2%

Một số polyme acrylamide được hình thành từ các monome acrylamide có nguồn gốc từ monome ví dụ NMA, từ monome có liên quan ví dụ như NMA và một số từ acrylamide co-monome

Các co-monome chính là acrylic acid/natri acrylat được sử dụng trong polyacrylamide anion và dimethylaminoethylacrylate methyl chloride và acrylamidopropyltrimethylammonium clorua trong polyacrylamit cation, và như vậy có chứa hàm lượng còn lại của monome khác

Hiện acrylamide như một chất rắn màu trắng thăng hoa, acrylamide thăng hoa chậm ở nhiệt độ phòng Khi không có mặt ánh sáng và ở nhiệt độ lên đến nhiệt độ nóng chảy của nó, nó không polymer hoá đáng kể

Các hóa chất được bán sẵn hoặc như rắn, 30% hoặc dung dịch nước 50%, sau này đòi hỏi việc bổ sung các chất ổn định để ngăn chặn polyme hóa

Tỉ trọng 1.122 g/mL tại 300C Kirk-Othmer, (1991)

Áp suất hơi 0.9 Pa tại 250C Kirk-Othmer, (1991)

Hệ số phân tách (Log Kow) Giá trị đo được trong

khoảng từ -1.24-0.67 IUCLID Nhiệt độ hoá hơi 1380C

* Polyme hoá Acrylamide nhanh bên trên điểm nóng chảy của nó (Kirk - Othmer, 1991) Nhiệt độ sôi được đưa ra ở áp suất khí quyển bình thường khác hơn

Từ những tính tan riêng phần, rõ ràng acrylamide không có hệ số phân vùng thuận lợi từ nước vào bất kỳ dung môi hữu cơ không thể trộn lẫn trong nước Thực sự, acrylamide có một hệ số phân vùng 1-octanohater rất thấp, khoảng như tiêu cực như của methanol (Fujisawa và Masuhara 1981) Nước có độ hoà tan cao, cùng với áp suất hơi rất thấp, nên acrylamide có thể được gỡ bỏ từ các mẫu dung dịch nước chỉ thông qua sự thay đổi phân tử hóa học hoặc sinh hóa qua trung gian

1.4 Sử dụng

1.4.1 Sử dụng các monomer

1.4.1.1 Sản xuất công nghiệp của polyme

Tác dụng chính của acrylamide là trong sản xuất polyacrylamit có khối lượng phân tử tương đối cao hoặc các chất đồng trùng hợp, đặc biệt là với các hợp chất không bão hòa amoni bậc bốn (copolyme cation) hoặc cacboxylic hoặc axit sulphonic (copolyme anion)

1.4.1.2 Gel electrophoresis

Acrylamide được sử dụng trong ứng dụng này chủ yếu là do các cơ sở nghiên cứu của các trường đại học và bệnh viện để tách axit nucleic Nhân viên phòng thí nghiệm sử dụng các monomer để thực hiện một gel polymer để sử dụng trong điện Các nguyên liệu là một trong hai acrylamide bột hoặc dung dịch nước với nồng độ khác nhau của acrylamide Gel-đổ Pre cũng có sẵn Acrylamide được sử dụng cho ứng dụng này là của một cấp cao hơn so với sử dụng cho các ứng dụng công nghiệp khác, với siêu tinh khiết, nước đôi khi vô trùng được sử dụng trong các giải pháp

1.4.2 Sử dụng polymer

Acrylamide tan rất cao trong nước và nhanh chóng polymer hoá trong một phản ứng tỏa nhiệt để tạo thành polyme tan trong nước Đây có thể là ở dạng dung dịch nước, bột hoặc nhũ tương Polyme dù chỉ có thể polyme hoá acrylamide hoặc có thể được tiếp tục xây dựng thành các hóa chất đặc biệt khác Quá trình polyme hóa không phải là 100% hoàn thành và polyme đã thay đổi phần dư còn lại của monomer không phản ứng Thông thường, polyme sản xuất trong nước và nhập khẩu thì monomer có mức độ còn lại 0,1% hoặc ít hơn, nhưng để xử lý nước uống, nồng độ của monomer < 0,05% là bắt buộc Polyme dùng cho lớp phủ bề mặt và chất kết dính có chứa hàm lượng monomer được mô tả như là ít hơn 0,1% so với hai nhà sản xuất, nhưng lên đến 2% của nhà sản xuất khác Tỷ lệ polymer thêm vào các thành phần làm tăng chất phủ bề mặt và chất kết dính từ khoảng 1,0% lên đến 10% đối với một số sơn ô tô

1.4.2.1 Keo tụ

Việc sử dụng lớn nhất của polyme acrylamide sản xuất công nghiệp là trong xử

lý nước thải phát sinh từ các hoạt động khai thác mỏ, sản xuất giấy, xử lý nước thải và các quy trình công nghiệp khác Một sử dụng nhỏ hơn là xử lý nước uống

Keo tụ được dựa trên các nguyên tắc của hệ thống treo dạng keo và được sử dụng

để làm sạch chất lỏng, đặc biệt là dung dịch nước, hoặc là vứt bỏ hoặc tiêu thụ của con người

Vật liệu hữu cơ và vô cơ được tìm thấy trong môi trường dung dịch nước hoặc trong dung dịch hoặc dạng không tan Hợp chất hòa tan có thể là vô cơ hay hữu cơ và

có trọng lượng phân tử và kích cỡ hạt khác nhau Vật liệu không hòa tan là chất keo hoặc vật liệu khác nhau kích thước hạt Hạt keo có diện tích bề mặt cao và do đó đều bị ảnh hưởng bởi hiện tượng bề mặt hơn bởi lực hấp dẫn Người ta ước tính rằng các hạt keo lớn nhất phải mất hai năm để lắng đến độ sâu một mét trong nước Huyền phù của các hạt keo do đó có thể rất ổn định qua thời gian, với chất keo kỵ nước và ưa nước tùy thuộc vào lực tĩnh điện và hóa học tương ứng cho sự ổn định của nó

Phương pháp tách rắn-lỏng như lọc, lắng đọng trầm tích và ly tâm không được

áp dụng trực tiếp đến các giải pháp ổn định, như các hạt này quá tốt Keo tụ mất ổn định các hệ thống treo bằng một trong hai phụ trách trung hòa hoặc hấp thụ cho phép tách rắn-lỏng Keo tụ sử dụng polyme ưa nước với trọng lượng phân tử của 1-30.000.000 và chiều dài chuỗi 14,000-420,000 đơn vị monomer Các polyme có thể, bởi homopolymerisation, non-ion trong tự nhiên, hoặc do copolymerisation, cation hoặc anion Quá trình này liên quan đến sự hấp phụ của keo dọc theo chuỗi phân tử polymer tạo thành "màng", do đó cho phép tách Chất kết bông có sẵn trên một loạt các chi tiết

kỹ thuật và các ứng dụng đặc biệt có thể sử dụng một sự kết hợp của kết tủa khác nhau

và các biện pháp khác để đạt được kết quả mong muốn Ví dụ, phạm vi của keo tụ polyacrylamide dựa trên được cung cấp bởi một công ty để sử dụng trong các nhà máy

xử lý nước sinh hoạt tại Úc có những đặc điểm lý hóa được liệt kê trong bảng 1 3

Bảng 1 3 : Các đặc tính lý hóa của một số polyme acrylamide được sử dụng để xử lý nước sinh hoạt tại Úc

Sản

Sydney Water sử dụng 4 tấn polyme acrylamide mỗi năm để xử lý nước và 160 tấn mỗi năm cho xử lý nước thải

Đối với hệ thống đô thị Adelaide, cơ quan cung cấp sử dụng khoảng 40 tấn flocculants acrylamide polymer mỗi năm tại nhà máy xử lý của nó, trong đó bao gồm cả nước và xử lý nước thải sinh hoạt Chính quyền nước khác khảo sát từ khắp nước Úc đã không trả lời cuộc khảo sát

1.4.2.3 Dệt may

Gel chuyên dùng bao gồm một phần của acrylamide polymer được sản xuất bởi một công ty khác để sử dụng như chất bôi trơn trong các ngành công nghiệp dệt nhuộm Gel được hòa tan trong một cốc nước có chứa các thành phần nhuộm mà vải hoặc sản phẩm may mặc đã hoàn thành được cho vào Gel bôi trơn vải ngăn không cho nó kết tụ lại với nhau và phân tán sắc tố hỗ trợ trong quá trình nhuộm để đảm bảo màu sắc

1.4.2.5 Mỹ phẩm

Polyacrylamide được sử dụng như chất làm đặc trong xà phòng và các chế phẩm

mỹ phẩm và chăm sóc da và các sản phẩm làm đẹp tóc, để tạo một cảm giác mịn màng khi cảm nhận và sự trắng sáng

1.4.2.6 Khoan dầu

Polyacrylamit lỏng hoặc bột phần - thủy phân được sử dụng làm phụ gia cho vô nước bùn khoan dựa để tạo ra một màng bôi trơn và làm giảm ma sát ở các mũi khoan , truyền đạt sự ổn định cho đá phiến sét và đất sét và tăng độ nhớt

2 Polyacryamide

⌊−CH{C(= O) − NH2} − CH2−⌋n

Hình 1.2: Công thức phân tử Polyacryalmide

2.1 Tên gọi và tên viết tắt

Polyacrylamide (Molyneux 1983): tên khác nhau cũng được sử dụng, bao gồm poly (acrylamide), amide polyacrylic, poly (1-carbamoylethylene) (IUPAC)

Từ viết tắt bao gồm PAM, PAAm, và PAM, tên thương mại bao gồm Cyanamer (Cyanamid Mỹ), Hercofloc (Hercules Hóa), Percol (Allied keo), Purifloc (Dow Chemical), và Separan (Dow Chemical)

và amoniac (Griot và Kitchener 1965)

Cân cao phân tử nano polyacrylamide đã được chuẩn bị bởi inverse-nhũ tương trùng hợp của giải pháp dung dịch nước acrylamide trong xylen như một giai đoạn liên tục trong điều kiện khác nhau trong sự hiện diện của một hỗn hợp của các chất nhũ hoá phi ion (Tween 85 và Span 80) Ảnh hưởng của các biến số như tốc độ khuấy, nhiệt độ, nồng khơi mào và loại, nồng độ chất nhũ hóa và cân bằng hydrophilic-lipophilic (HLB) giá trị của hệ thống nhũ hóa vào trọng lượng phân tử có độ nhớt trung bình, kích thước hạt và phân phối và phản ứng động học của nó đã được nghiên cứu Tùy thuộc vào điều kiện phản ứng, PAM các hạt có kích thước hạt trung bình thường nhỏ hơn 200 nm và có đường kính hạt phân bố kích thước trong khoảng từ 50-400 nm và độ nhớt trung bình trọng lượng phân tử cao như 8 × 106 g.mol-1 thu được

PAM dùng cho sắc ký gel và điện thực sự là một hình thức liên kết ngang chuẩn

bị sử dụng methylene - & - acrylamide là tác nhân liên kết ngang

Chuyển đổi của PAM để dạng ion bắt đầu xảy ra trong dung dịch nước ở pH trung tính vào khoảng 67oC, nơi các nhóm amide bị thủy phân cho các nhóm carboxylic

2.3 Ứng dụng

Polyacrylamide (PAM) và copolyme của nó là vật liệu cao phân tử quan trọng trong ngành công nghiệp dầu khí, ví dụ như trong dung dịch khoan và hồi dầu tăng cường Trọng lượng phân tử cao của các polyme là cần thiết để có hiệu quả tối ưu trong các ứng dụng đưa ra ở trên

Sự hiện diện của nó trong những polyme (từ dấu vết để mức tỷ lệ phần trăm) là kết quả của việc sử dụng nó như là monomer phản ứng trong quá trình tổng hợp của nó

Dư acrylamide không chỉ không chấp nhận được với môi trường trong nước thải, nhưng trong hoạt động tái sử dụng công nghiệp thì nó có thể có hại cho quá trình chảy dòng (ví

dụ, ảnh hưởng đến tuyển nổi than) Polyacrylamit dịch nước hoặc nhũ tương homo hoặc đồng polyme của acrylamide với comonomers như etylenic-unsaturated axit cacboxylic hoặc amin bậc bốn etylenic-unsaturated được sử dụng làm kết tủa, trợ lọc, các đại lý kiểm soát lưu động để xử lý nước thải và lĩnh vực dầu ngập nước

3 Nguồn cung cấp

Zibo Jieshui Chemical Co., Ltd

 Thuộc tính : Polyacrylamide ( PAM ) là một loại rắn như kính

 Polyacrylamide có thể được làm thành 4 loại: non - ion, anion, cation và hỗn hợp của cation và anion

 Công dụng: Polyacrylamide là một polymer quan trọng tan trong nước, và những lợi thế của sự kết hợp keo tụ, dày lên, shearing, thả sức đề kháng

và phân tán Do đó, nó được sử dụng rộng rãi trong khai thác dầu mỏ, chế biến khoáng sản, luyện kim, hóa chất, giấy, y học, bảo vệ môi trường, vật liệu xây dựng, sản xuất nông nghiệp,

 Lưu trữ, vận chuyển và cảnh báo: Polyacrylamide là một vấn đề không độc hại Các monomer acrylamide dư trong Polyacrylamide là độc hại, vì vậy nó phải được sử dụng trong thực phẩm với cảnh cáo: tránh ẩm

 Đóng gói: bột khô 25kg / bao; túi nhựa lót túi dệt hoặc túi giấy kraft

Khả năng cung cấp 1500 tấn/tấn trên tháng

Khả năng cung cấp 880 tấn/tấn trên tháng

PHẦN 2 : NỘI DUNG CHƯƠNG II: TỔNG HỢP

Chìa khóa để làm chủ kỹ thuật mạnh mẽ này là quá trình tự trùng hợp Bằng cách hiểu các thông số quan trọng, và sau một vài hướng dẫn đơn giản, ta có thể tối ưu hóa phân ly hơn nữa

Phần này trình bày cách tiếp cận thực tế để chuẩn bị gel polyacrylamide Mục đích cung cấp các thông tin cần thiết để đạt được tái sản xuất, trùng hợp kiểm soát Đối với những người dùng chỉ quan tâm đến "yếu tố cần thiết", các yếu tố của sự trùng hợp

có thể được sử dụng như một hướng dẫn thực hiện trong phòng thí nghiệm

1 Cơ sở lý thuyết

1.1 Cơ chế trùng hợp Gel

Polyacrylamide được hình thành bằng cách đồng trùng hợp acrylamide và acrylamide ("bis", N, N'-acrylamide methylene-bis-) Phản ứng này là phản ứng trùng hợp vinyl Trùng hợp được khơi mào bởi ammonium persulfate và TEMED (tetramethylethylenediamine): TEMED tăng tốc tốc độ hình thành các gốc tự do từ persulfate và những xúc tác lần lượt cho phản ứng trùng hợp

bis-Hình 2.1: Phản ứng trùng hợp tạo polyacryalmide

Các gốc tự do persulfate chuyển đổi các gốc tự do monome acrylamide và phản ứng với monome không hoạt động để bắt đầu chuỗi phản ứng trùng hợp (Shi và Jackowski 1998) Các chuỗi polymer kéo dài được liên kết ngẫu nhiên bởi bis, kết quả trong một gel với một độ xốp đặc trưng mà phụ thuộc vào các điều kiện trùng hợp và nồng độ monomer Riboflavin (hoặc riboflavin-5'-phosphate) cũng có thể được sử dụng như là một nguồn của các gốc tự do, thường kết hợp với TEMED và ammonium persulfate Trong sự hiện diện của ánh sáng và oxy, riboflavin được chuyển đổi sang hình thức LEUCO của nó, đó là hoạt động khơi mào trùng hợp Điều này thường được gọi là trùng hợp quang hóa

1.2 Gel polyacrylamide trùng hợp

1.2.1 Acrylamide

Các chất phản ứng tạo gel bao gồm các monome, acrylamide và bis, cũng như những chất khơi mào, thường là ammonium persulfate và TEMED hoặc, đôi khi, riboflavin và TEMED Trên cơ sở phân tử, acrylamide là bởi đến nay các thành phần

phong phú nhất trong các giải pháp monomer Kết quả là, acrylamide có thể là nguồn gây ô nhiễm chính của can thiệp (Dirksen và Chrambach 1972) Kém chất lượng acrylamide có chứa một lượng đáng kể các tạp chất bẩn sau đây:

a Axit acrylic - Acrylic acid là sản phẩm deamidation của acrylamide Axit acrylic

sẽ copolymerize với acrylamide và bis, qua đó trao tính chất trao đổi ion trên kết quả gel Điều này có thể dẫn đến những thay đổi pH cục bộ trong gel và gây ra như hiện vật di chuyển tương đối bất thường của một số protein và axit nucleic Trong acrylamide, axit acrylic phải dưới 0,001% (w / w) Điều này được xác định bằng cách chuẩn độ trực tiếp, và được hỗ trợ bởi cả hai phương pháp: dẫn điện

và đo pH

b Polyacrylamide tuyến tính - Các chất ô nhiễm có tính chất xúc tác có thể, chế biến, hoặc lưu trữ của acrylamide nhẹ tinh khiết Điều này dẫn đến sự hiện diện của polyacrylamide tuyến tính trong các monomer khô Tuyến tính polyacrylamide sẽ ảnh hưởng đến phản ứng trùng hợp, vì nó được xem như là một hạt nhân cho trùng hợp Tác dụng quan trọng nhất là sự mất khả năng tái trong gel độ xốp và độ linh động tương đối của các protein và axit nucleic Polyacrylamide tuyến tính được phát hiện như là nước hoặc cồn insolubles và nên là <0,005% (w / w)

c Chất gây ô nhiễm ionic - chất gây ô nhiễm ionic có thể bao gồm cả các chất ức chế và tăng tốc độ trùng hợp Ngoài axit acrylic, các chất gây ô nhiễm ion đáng chú ý nhất là các kim loại như đồng, có thể ức chế sự trùng hợp gel Kim loại cũng có gây ức chế, làm thay đổi tính di động tương đối của các ràng buộc kim loại protein như calmodulin, và ức chế sự phân huỷ của axit nucleic electrophoretically tinh khiết bằng cách hạn chế và sửa đổi các enzym Chất gây

ô nhiễm ion được phát hiện gián tiếp bởi tác động của chúng trên trùng hợp hóa học và quang hóa, và bởi tính dẫn điện của các giải pháp monomer

1.2.2 Bis-acrylamide

Bis hiện diện với số lượng nhỏ hơn nhiều so với acrylamide trong các dung dịch

monomer Tuy nhiên, bis không tinh khiết có chứa một số chất gây ô nhiễm như acrylamide Chúng bao gồm các sản phẩm của autopolymerization và chất gây ô nhiễm ion, trong đó có những tác hại tương tự, và có thể được phát hiện trong những cách tương tự, như các chất gây ô nhiễm acrylamide tương ứng

TEMED tùy thuộc vào quá trình oxy hóa, gây ra sự mất dần các hoạt động xúc tác Quá trình này được tăng tốc đáng kể bởi ô nhiễm các chất oxy hóa TEMED có chứa sản phẩm oxy hóa được đặc trưng bởi một màu vàng Các hậu quả thực tế của quá trình oxy hóa là yêu cầu số tiền lớn hơn của TEMED để đạt được đầy đủ quá trình trùng hợp,

nước, nên sẽ tăng tốc độ oxy hóa phân hủy TEMED với hoạt động tối đa và thời hạn sử dụng là thu được bằng redistillation ngay trước khi đóng chai, kết quả là một sản phẩm

mà là rõ ràng, có nước, và nguyên chất hơn 99% (14,4 M)

Ammonium persulfate cũng rất hút ẩm Điều này là đặc biệt quan trọng, vì ammonium persulfate bắt đầu bị phá vỡ gần như ngay lập tức khi hòa tan trong nước

Vì vậy, sự tích tụ của nước trong ammonium persulfate, các kết quả của phản ứng mất nhanh chóng Đây là lý do tại sao các giải pháp ammonium persulfate cần được chuẩn

bị hàng ngày Persulfate được tiêu thụ trong phản ứng trùng hợp Persulfate dư thừa có thể gây ra quá trình oxy hóa của các protein và axit nucleic Vấn đề quá trình oxy hóa này có thể tránh được nếu chất ức chế miễn thuốc thử tạo gel được sử dụng, và ammonium persulfate được sử dụng ở mức được khuyến cáo

Vì vậy, quá trình trùng hợp của acrylamide được khơi mào bởi ammonium persulfate trong sự hiện diện của tetramethylenediamine (TEMED), cùng với một dimer của acrylamide (N, N'-methylene-bis (acrylamide) kết nối đồng hóa trị giữa các nitrogens amide của acrylamide bởi một methylene Nhóm cấu trúc của các hợp chất này được hiển thị dưới đây:

Hình 2.2: Công thức phân tử của Acrylamide, TEMED, N, N'-methylene-bis-acrylamide

Trùng hợp gốc tự do của acrylamide được bắt đầu vào việc bổ sung các ammonium persulfate, trong đó trên hòa tan trong nước, hình thành các gốc tự do, như hình dưới đây:

Hình 2.3: Cơ chế hình thành gốc tự do của Ammonium persulfate

Các gốc tự do khơi mào trùng hợp acrylamide, như hình dưới đây Các TEMED, thông qua khả năng của nó để tồn tại như một gốc tự do, hoạt động như một chất xúc

tác bổ sung cho các phản ứng trùng hợp Một gel cứng nhắc chỉ được hình thành, tuy nhiên, khi N, N'-methylene-bis (acrylamide được thêm vào hỗn hợp trong quá trình trùng hợp, trong đó các liên kết chéo polyme acrylamide liền kề như hình dưới đây:

Hình 2.4: Các gốc tự do khơi mào trùng hợp acrylamide

kim loại, các ion không đệm, và các sản phẩm phân hủy Việc thường xuyên nhất ảnh hưởng của các chất ô nhiễm là ức chế sự trùng hợp Khi trùng hợp bị ức chế một phần, gel kết quả sẽ có độ xốp cao hơn so với dự định, và các phân tử sẽ có độ linh động hơn Hơn nữa, kiểm soát trùng lặp lại là bị tổn hại

1.3.2 Loại chất khơi mào và tập trung

Chất khơi mào là chất tác động của phản ứng trùng hợp Tất nhiên, tỷ lệ trùng hợp phụ thuộc vào nồng độ của chất khơi mào, nhưng quan trọng hơn, các đặc tính của gel kết quả cũng phụ thuộc vào nồng độ của chất khơi mào Tăng nồng độ của chất khơi mào (ví dụ, ammonium persulfate và TEMED) dẫn đến giảm độ dài chuỗi polymer trung bình, tăng độ đục gel, và giảm gel đàn hồi Điều này là do sự hình thành các chuỗi polymer quá ngắn mà có thể nhìn thấy sự đông lại không diễn ra và các polymer vẫn tồn tại trong dung dịch Chỉ thị rằng một phản ứng đã xảy ra là sự gia tăng độ nhớt

Thừa persulfate amoni và TEMED có tác dụng khác, bao gồm cả quá trình oxy hóa của protein mẫu (đặc biệt là các hợp chất sulfhydryl chứa) và những thay đổi trong

pH đệm Thừa TEMED có thể làm tăng pH đệm, phản ứng với protein (Dirksen và Chrambach 1972; Chrambach et al 1976), và làm thay đổi mô hình dải (Gelfi và Righetti 1981a)

Hành vi Ammonium persulfate như một bộ đệm giữa pH 8 và 9 kali persulfate được khuyến khích thay vì ammonium persulfate trong hệ thống một cách yếu ớt đệm

cơ bản (~ pH 9)

Riboflavin dư thừa có thể gây ra quá trình oxy hóa của một số hợp chất, đặc biệt

là các hợp chất có chứa sulfhydryl (Dirksen và Chrambach 1972), và có thể làm biến tính protein (Righetti et al 1981)

Giảm nồng độ của chất khơi mào làm kết quả trong dài hơn độ dài của chuỗi polymer, độ đục thấp, và độ đàn hồi lớn hơn Đây là những tính chất mong muốn Tuy nhiên, nồng độ thấp hơn cũng có nghĩa là chất khơi mào trùng hợp chậm hơn Nếu zation polymeri- là quá chậm, oxy sẽ bắt đầu xâm nhập các dung dịch monomer và ức chế sự trùng hợp, dẫn đến gel mà là quá xốp và độ bền cơ yếu Sự ức chế sẽ được đặc biệt rõ rệt ở các bề mặt tiếp xúc với không khí, hoặc ở các bề mặt chóp và miếng đệm, xuất hiện để bẫy không khí ở bề mặt của chúng

Các monomer unpolymerized còn lại có thể phản ứng với amin alpha, sulfhydryl,

và nhóm hydroxyl phenolic của protein (Allison et al 1974; Chrambach et al 1976; Dirksen và Chrambach 1972)

Đối với hệ thống liên tục có sử dụng một loại gel stacking (ví dụ, hệ thống Laemmli), trùng hợp tối ưu của gel thấp hơn chồng (giải quyết gel) đạt được khi đặc lại, nhìn thấy diễn ra trong 15-20 phút sau khi bổ sung những chất khơi mào ammonium persulfate và TEMED (lưu ý rằng trùng hợp tiếp tục kéo dài sau khi đông lại ta thấy được diễn biến, xem hình )

Để xếp chồng gel và các hệ thống liên tục (không chứa gel xếp chồng) - tức là, bất kỳ gel mà không che - kết quả trùng hợp tối ưu khi đông lại có thể nhìn thấy diễn ra trong 8-10 phút Nồng độ cao hơn và khơi mào trùng hợp nhanh hơn được yêu cầu trong các trường hợp này vì tác dụng ức chế oxy khí quyển kết hợp với chóp Trong mọi trường hợp, chuyển đổi các monomer để được polymer nên lớn hơn 95% Nếu quá trình

đặc lại mất thời gian nhiều hơn 20 phút, tác dụng ức chế của oxy trong khí quyển sẽ bắt đầu xuất hiện

Như một quy tắc chung, sử dụng nồng độ chất xúc tác thấp nhất sẽ cho phép trùng hợp trong thời gian tối ưu của giai đoạn Trong trường hợp của amoni persulfate/ phản ứng TEMED xúc tác, ví dụ, nồng độ xấp xỉ đẳng phân tử của cả hai chất xúc tác trong khoảng 1-10 mM được khuyến khích

Riboflavin thường được sử dụng như là một chất khơi mào cùng với TEMED, hoặc với TEMED và ammonium persulfate Ưu điểm chính của riboflavin là nó đang hoạt động ở nồng độ rất thấp (chỉ khoảng 5-10 mg/ml) Vì vậy, khi được sử dụng với riboflavin, TEMED và ammonium persulfate, tổng số tiền của chất khơi mào yêu cầu (tổng hợp của ba chất khơi mào) ít hơn Với những tác động có thể chất khơi mào về pH đệm, hệ thống khơi mào riboflavin trên rất hữu dụng cho các hệ thống kém đệm như gel electrofocusing, trong đó các thành phần đệm chỉ là ampholytes

Quá trình đông có thể nhìn thấy thì mất nhiều thời gian trong các hệ thống khơi mào dựa trên riboflavin, thường là 30-60 phút Oxygen không có tác dụng ức chế đáng

kể vào hệ thống khơi mào riboflavin dựa trên nó có trên hệ thống TEMED/ammonium persulfate

Trong trùng hợp hóa học, sự đông lại có thể nhìn thấy xảy ra trong 15-20 phút và trùng hợp cơ bản hoàn thành trong 90 phút Tuy nhiên, trong trùng hợp quang hóa, sự đông lại có thể nhìn thấy mất 30-60 phút và hoàn toàn trùng hợp đòi hỏi lên đến 8 giờ (Righetti et al 1981) Thời gian ngắn dẫn đến gel xốp hơn và đàn hồi, tăng nguy cơ biến đổi protein, và kích thước lỗ chân lông irreproducibility

1.3.3 Nhiệt độ

Kiểm soát nhiệt độ là rất quan trọng đối với khả năng tái trùng hợp acrylamide Nhiệt độ có ảnh hưởng trực tiếp đến tỷ lệ gel trùng hợp; phản ứng trùng hợp tỏa nhiệt

Do đó, sức nóng tạo ra các tâm phản ứng nhanh hơn Như vậy, sự đông lại thường xảy

ra rất nhanh chóng khi trùng hợp bắt đầu

Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến các thuộc tính của gel (Chen và Chrambach 1979)

Ví dụ, trùng hợp ở 0-4°C trong lỗ xốp, gel không đàn hồi, và lặp lại là khó khăn để đạt được Các tính chất này có thể là do tăng liên kết hydro của monomer ở nhiệt độ thấp Gel polymer hóa ở 25 ° C ít xốp, và đàn hồi hơn Tuy nhiên, nếu nhiệt độ trùng hợp là quá cao, hình thành các chuỗi polymer ngắn và gel là kém co giãn Điều này được cho

là do việc chấm dứt tăng chuỗi polymer ở nhiệt độ cao

Nhiệt độ 23-25°C là tối ưu (cũng như thuận tiện nhất) cho trùng hợp Điều quan trọng là các giải pháp monomer và khuôn gel (ví dụ, các tấm kính hoặc ống) có một nhiệt độ tối ưu khi gel được đổ Hơn nữa, khả năng tái sử dụng phụ thuộc vào nhiệt độ giống nhau mỗi lần gel được đổ

Kể từ khi giải pháp monomer thường được bảo quản ở nhiệt độ 4°C cùng với các chất cô đặc đệm, điều quan trọng là để cho phép các giải pháp gel monomer, khi chuẩn

bị, để cân bằng với nhiệt độ phòng trước khi được sơ tán (nếu giải pháp lạnh được đặt dưới chân họ thường ở lại lạnh)

Dung dịch đệm và giải pháp chứng khoán monomer thường được bảo quản ở nhiệt độ 4°C Giải pháp lạnh có công suất lớn hơn cho lượng oxy hòa tan Quá trình khử khí là nhanh hơn và đầy đủ hơn nếu các giải pháp gel được đưa về nhiệt độ phòng (23-25°C), trước khi khử khí bắt đầu

Hơn nữa, nếu một giải pháp gel lạnh được đặt trong chân không, quá trình di tản

có xu hướng giữ lạnh giải pháp Đổ một gel với một giải pháp lạnh sẽ có một tác động tiêu cực đáng kể về tỷ lệ trùng hợp và vào chất lượng của các gel kết quả

Trùng hợp trong đó riboflavin được sử dụng như là một trong những người khởi xướng cuộc gọi cho khử khí Việc chuyển đổi riboflavin từ flavo mẫu LEUCO (loài tích cực trong khởi) thực sự đòi hỏi một lượng nhỏ khí oxy (Gordon 1973)

Điều này giải thích tại sao trùng hợp khơi mào chủ yếu của riboflavin có thể hoàn toàn bị chặn khi khử khí đầy đủ Tuy nhiên, oxy vượt quá cần thiết để chuyển đổi riboflavin để các hình thức hoạt động sẽ ức chế kéo dài chuỗi polymer, giống như trong phản ứng bắt đầu chỉ bằng ammonium persulfate và TEMED Như vậy, khử khí vẫn là quan trọng để hạn chế sự ức chế, nó không phải là quá rộng rãi rằng nó ngăn cản chuyển đổi riboflavin để các hình thức hoạt động Đối với phản ứng trùng khơi mào bởi riboflavin/TEMED, hoặc các hệ thống riboflavin/TEMED/ ammonium persulfate, khử khí không được vượt quá 5 phút

Một hệ quả sự tương tác của riboflavin với oxy là riboflavin hoạt động như một scavenger oxy Điều này được hỗ trợ bởi việc bổ sung riboflavin (5 mg/ml) để xếp giải pháp gel có chứa ammonium persulfate/TEMED khơi mào kết quả sạch hơn, trùng hợp đồng đều hơn ở bề mặt gel tiếp xúc với oxy Hiệu ứng tương tự có khả năng có thể đạt được bằng cách khử khí kỹ hơn về các dung dịch mà không riboflavin Cho dù sử dụng trùng hợp hóa học (ammonium persulfate/TEMED) hoặc trùng hợp quang hóa (riboflavin/TEMED hoặc chất khơi mào riboflavin/TEMED/ ammonium persulfate), chất lượng gel và đặc điểm tách tái sản xuất đòi hỏi phải chú ý cẩn thận đến nhiệt độ dung dịch gel trước khi khử khí, và thời gian để khử khí, nhiệt độ, và chân không Những thông số cần được giữ liên tục khi gel được chuẩn bị

1.3.5 pH

Phần lớn các hệ thống điện được đệm ở pH trung tính hoặc cơ bản, mà tại đó những chất khơi mào phổ biến, ammonium persulfate, TEMED, và riboflavin, có hiệu quả

Riboflavin là sự lựa chọn tốt hơn cho trùng hợp ở pH thấp (Shi và Jackowski 1998); Tuy nhiên, ở độ pH thấp, TEMED có thể trở thành proton Điều này có thể dẫn đến trùng hợp chậm hơn, vì các hình thức cơ bản miễn phí của TEMED là cần thiết để bắt đầu

Đối với hệ thống đệm có tính axit, hệ thống khơi mào thay thế đôi khi được sử dụng (Andrews 1990)

1.3.6 Crosslinkers thay thế

PDA (piperazine di-acrylamide), một tác nhân liên kết ngang có thể thay thế cho bis trong gel polyacrylamide, cung cấp một số lợi thế cho điện Chúng bao gồm giảm nền cho nhuộm bạc, gia tăng sức mạnh gel, và gel có độ phân giải cao hơn PDA có thể thay thế cho bis trên cơ sở khối lượng mà không thay đổi các giao thức trùng hợp Crosslinkers khác hơn bis và PDA có thể được sử dụng cho các mục đích chuyên dụng, phổ biến nhất trong số đó là gel hòa tan trong phục hồi sau điện di protein hoặc axit nucleic

Những crosslinkers bao gồm DATD (tartardiamide diallyl-), DHEBA (dihydroxyethylene-bis-acrylamide), và BAC (bis-acrylylcystamine) Crosslinkers có thể thay thế nhiều hơn hoặc ít phản ứng trùng hợp hơn trong bis Vì vậy, một số điều chỉnh trong nồng độ của chất khơi mào cần thiết có thể để đạt được trùng hợp tối ưu Đối với một cuộc thảo luận về crosslinkers thay thế, xem Gelfi và Righetti (1981b)

1.3.7 Gel phụ

Các chất phụ gia phổ biến nhất bao gồm gel SDS (sodium dodecyl sulfate), Triton

* X-100 chất tẩy rửa, và chaotropic như urê và formamid Chất tẩy rửa có thể được thêm vào hầu hết các hệ đệm thông thường mà không ảnh hưởng đáng kể trùng hợp Tuy nhiên urê và formamid gây ra sự hình thành mao quản gel, kích thước nhỏ hơn sẽ được hình thành khi không có nó (urê thường là một thành phần của hệ thống gel dùng để tách protein nhỏ và peptide) Điều này có thể là do sự phá vỡ các liên kết hydro giữa các phân tử monomer trong quá trình trùng hợp Kích thước mao quản nhỏ hơn cũng có thể đạt được ở nhiệt độ trùng hợp cao hơn, ảnh hưởng cũng do sự phá vỡ liên kết hydro Các chất ô nhiễm trong các chất phụ gia gel có thể ảnh hưởng trùng hợp Phụ gia không chứa ion như urê, formamid, và Triton X-100 có thể được khử ion với một hỗn hợp trao đổi ion Sử dụng 10 gm Bio-Rad Ag 5O1 X-8 nhựa mỗi 100 ml dung dịch phụ gia và để qua đêm Tuy nhiên, loại bỏ các chất ô nhiễm không ion từ thuốc thử không ion là không thực tế Vì vậy, tất cả các chất phụ gia nên được quality- yên tâm dùng cho điện

1.3.8 Thời gian

Mặc dù sự đông lại có thể nhìn thấy xảy ra trong 15-20 phút cho trùng hợp hóa học và 30-60 phút cho trùng hợp quang hóa, trùng hợp tiếp tục lâu hơn nữa (xem Hình 2.8) Ammonium persulfate/phản ứng TEMED khơi mào nên được phép chuẩn bị trong

2 giờ để đảm bảo khả năng tối đa tái sản xuất kích thước gel mao quản Trùng hợp quang hóa (hệ thống khởi riboflavin-based) thường tiến hành chậm hơn so trùng hợp hóa học,

và cũng phụ thuộc vào cường độ ánh sáng (Shi và Jackowski 1998) Tuy nhiên, riboflavin thường được sử dụng cho trùng hợp của electrofocusing gel trong đó tách được dựa sự nạp liệu, và gel xốp có tầm quan trọng thứ yếu Vì vậy, những loại gel có