Quy Trình Công Nghệ Sản Xuất LAS (Linear Alkylbenzene Sulphonic)

Hiện nay ngưởi tiêu dùng không những chú trọng vần đề về chất lượng sảnphẩm mà còn hướng tới sức khỏe và tính bảo vệ môi trường của từng sản phẩm.LAS Linear Alkylbenzene Sulphonic một ch

LỜI MỞ ĐẦU

Ở cuộc sống hiện đại, nhu cầu về các chất tẩy rửa ngày càng được quan tâm

và trở thành một nhu cầu không thể thiếu được đối với con người Ở bất kì đâu, bất

kì ai cũng đều sử dụng những sản phẩm như kem đánh răng, sữa tắm, xà phòng tắm,

xà phòng giặt… Tất cả đã hình thành nên ngành công nghiệp sản xuất các chất tẩyrửa Ngành công nghiệp này đặt trên việc sử dụng và phát triển các chất hoạt động

bề mặt và phụ gia cho các chất hoạt động bề mặt Chất hoạt động bề mặt khôngnhững được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực tẩy rửa mà cón nhiều ứng dụng khác

Hiện nay ngưởi tiêu dùng không những chú trọng vần đề về chất lượng sảnphẩm mà còn hướng tới sức khỏe và tính bảo vệ môi trường của từng sản phẩm.LAS (Linear Alkylbenzene Sulphonic) một chất rất quan trọng trong công nghiệpsản xuất chất tẩy rửa ngày nay Đề tài này sẽ giúp chúng ta nhìn được môt cách kháiquát hơn về công nghệ tẩy rửa hiện nay

Tiểu luận này được tổng hợp từ nhiều tài liệu khác nên nếu có phần nào chưađược đầy đủ, chính xác như thầy cô và các bạn mong muốn, thì rất mong thầy cô vàcác bạn góp ý thêm để bài tiểu luận này được hoàn thiện và chính xác hơn

Xin chân thành cảm ơn

Nguyễn Mạnh Cường

LỜI CẢM ƠN

Để có thể hoàn thành được bài tiểu luận này, tôi xin gửi những lời cám ơnchân thành nhất đến:

− Ts Nguyễn Văn Bời, thầy đã trực tiếp giảng dạy bộ môn hóa hữu cơ và đã

có những ý kiến đóng góp quý báu cho bài tiểu luận này, giúp em hiểu rõ đượcnhững vấn đề còn thắc mắc, cần làm rõ

− Thư viện và CBCNV của thư viện trường ĐH Công nghiệp tp Hồ ChíMinh, đã giúp tôi tìm kiếm được những tài liệu và thông tin quý giá giúp tôi có thểtham khảo để có thể hoàn thành được bài tiểu luận này

− Các anh chị và các bạn đã có những bài viết quý giá ở trên các website,diễn đàn liên quan đến đề tài.

Xin chân thành cảm ơn

CHƯƠNG 1 CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

1.1 Định nghĩa Chất hoạt động bề mặt là các chất có tác dụng làm giảm sức căng

bề mặt của chất lỏng Phân tử chất hoạt động bề mặt gồm hai phần: Đầu kỵ nước(Hydrophop) và đầu ưa nước (Hydrophyl) Và tính chất hoạt động bề mặt phụ thuộcvào hai phần này

Đầu kỵ nước phải đủ dài, mạch Carbon từ 8 – 21, ankyl thuộc mạch ankal,anken mạch thẳng hay có gắn vòng cylo hoặc vòng benzene…

Đầu ưa nước phải là một nhóm phân cực mạnh như cacboxyl (COO-),Hydroxyl (-OH), amin (-NH2), sulfat (-OSO3)…

Chất hoạt động bề mặt được dùng để làm giảm sức căng bề mặt của một chấtlỏng Nếu có nhiều hơn hai chất lỏng không hòa tan thì chất hoạt hóa bề mặt làmtăng diện tích tiếp xúc giữa hai chất lỏng đó Khi hòa chất hoạt hóa bề mặt vàotrong một chất lỏng thì các phân tử của chất hoạt hóa bề mặt có xu hướng tạo đám(micelle, được dịch là mixen), nồng độ mà tại đó các phân tử bắt đầu tạo đám đượcgọi là nồng độ tạo đám tới hạn Nếu chất lỏng là nước thì các phân tử sẽ chụm đuôi

kị nước lại với nhau và quay đầu ưa nước ra tạo nên những hình dạng khác nhaunhư hình cầu (0 chiều), hình trụ (1 chiều), màng (2 chiều)

1.2 Lịch sử phát triển. Việc sử dụng các chất HĐBM có một lịch sử lâu dài, có lẽ

là được bắt đầu từ khi người ta nhận thấy rằng một vài dịch ép thực vật, như

saponin glycosit từ bồ kết có thể hỗ trợ quá trình giặt rửa Công nghệ sản xuất xà phòng được phát triển nhờ áp dụng quá trình hóa học xà phòng hóa (thủy phân bằngkiềm) đối với dầu mỡ động vật và thực vật

Sự phát triển mạnh công nghệ các chất HĐBM diễn ra cùng với quá trình công nghiệp hóa, nhất là trong công nghiệp dệt may Nhưng khi đó, chất HĐBM vẫn chỉ được dùng chủ yếu như chất giặt rửa

Vào những năm 1950, việc chuyển từ bột xà phòng dễ bị phân hủy sinh học đến bột chất tẩy rửa bị phân hủy sinh học chậm hơn làm xuất hiện những nhu cầu đầu tiên đòi hỏi làm giảm tác động môi trường của các chất tẩy rửa đó Các con sông sủi bọt đã là mối lo lắng và dẫn đến những nghiên cứu về phân hủy sinh học,

mà kết quả là sự thay đổi về cấu trúc mạch cacbon của phân tử chất HđBM, nhờ đó hiện tượng ô nhiễm bọt ở các con sông đã hạn chế rất nhiều

Cùng với những nhận thức sâu sắc hơn về môi trường và phát triển bền vững, ngày nay còn có nhiều nghiên cứu hơn nữa hướng vào những mục tiêu đó Ngoài việc bản thân các chất HĐBM trở nên thân thiện hơn với môi trường, những hóa chất này còn có thể sử dụng cho những mục đích khác Chẳng hạn, sơn và các quá trình tẩy dầu mỡ ngày nay có thể được phối chế trong dung môi là nước, đó là nhờ các chất HĐBM, cho phép giảm lượng các chất hữu cơ dễ bay hơi phát thải vào khí quyển

Trong tương lai càng phải tăng lên nhiều những quan tâm thỏa mãn các đòi hỏi

về môi trường và phát triển bền vững Cùng với những áp dụng mới, điều đó dẫn đến việc phát triển những chất HĐBM mới Nếu để đáp ứng những mục tiêu đó và các sản phẩm phải thỏa mãn được nhu cầu của con người từ lúc sinh ra cho đến lúc

từ giã cõi đời, thì cần phải sử dụng các nguồn hóa chất từ thực vật và giảm bớt sự

phụ thuộc vào dầu mỏ

Khả năng tạo bọt và độ bền bọt phụ thuộc vào cấu tạo của chính chất đó,nồng độ, nhiệt độ của dung dịch, độ pH và hàm lượng ion Ca2+, Mg2+ trong dungdịch chất tẩy rửa.

1.3.3 Khả năng hòa tan:

Tình hòa tan phụ thuộc vào các yếu tố:

− Bản chất và vị trí của nhóm ưa nước Nhóm ưa nước ở đầu mạch dễ hòa tanhơn nhóm ở giữa mạch

− Chiều dài của mạch Hydrocacbon Nhóm kỵ nước mạch thẳng dễ hòa tanhơn mạch nhánh

Khả năng hoạt động bề mặt

1.3.5 Khả năng nhũ hóa:

Nhũ tương là hệ phân tán không bền vững nên muốn thu được hệ bền vữngthì phải cho thêm chất nhũ hóa

Xà phòng thường được dùng làm chất ổn định nhũ tương Tác dụng củachúng là làm giảm sức căng bề mặt của hai hướng dầu – nước sau đó, làm cho hệnhũ tương dễ dàng ổn định.

1.3.6 Điểm Kraft – điểm đục:

Khả năng hòa tan của các chất hoạt động bề mặt anion tăng lên theo nhiệt độ.Khả năng hòa tan này tăng trưởng đột ngột khi tác nhân bề mặt hòa tan đủ để tạothành Micell Điểm Kraft là điểm mà tại nhiệt độ đó các Micell có thể hòa tan được

Độ tan của các chất hoạt động bề mặt NI phụ thuộc vào lien kết hydro trongnước với chuỗi polyoxyetylen Năng lượng của liên kết hydro rất lớn khi tăng nhiệt

độ vì khi đó sự mất nước làm giảm độ tan Điểm đục là điểm tại nhiệt độ đó cácchất hoạt động bề mặt NI không hòa tan được

1.3.7 HLB (tính ưa nước – tính ưa dầu – cân bằng)

HLB là một đơn vị đo lường lưỡng tính đối cực của phân tử

1.4 Ứng dụng CHĐBM ứng dụng rất nhiều trong đời sống hằng ngày Ứng dụng

phổ biến nhất là bột giặt, sơn, nhuộm

Ngoài ra còn có những ứng dụng trong các lĩnh vực khác như:

 Trong công nghiệp dệt nhuộm: Chất làm mềm sợi vải, chất trợ nhuộm

 Trong công nghiệp thực phẩm: Chất nhủ hóa cho bánh kẹo, bơ sữa và đồ hộp

 Trong công nghiệp mỹ phẩm: Chất tẩy rửa, nhũ hóa, chất tạo bọt

 Trong ngành in: Chất trợ ngấm và chất phân tán mực in

 Trong nông nghiệp: Chất để gia công thuốc bảo vệ thực vật

 Trong xây dựng: Dùng để nhũ hóa nhựa đường, tăng cường độ đóng rắn của bêtông

 Trong dầu khí: Chất nhũ hóa dung dịch khoan

 Trong công nghiệp khoáng sản: Làm thuốc tuyển nổi, chất nhũ hóa, chất tạo bọt

 SDS : Sodium dodecyl sulfate

 SLS : Sodium lauryl sufate

 SLES : Sodium lauryl ether sulfate hay Sodium Lauryl Sulfate

 LABS: Linear alkyl benzene sulfonate

 ALS: Amoni Lauryl Sulfat

 LES : Lauryl Ether Sulfonate

 ABS: Ankyl Benzen Sulfonate

 LAS: Lauryl Alkyl Sulfonate

 Xà phòng và các muối của axit béo; các muối ankyl sulfate khác

1.5.2 Chất hoạt động bề mặt Cationic:

CHĐBM Cationic có nhóm phân cực bị phân ly thành ion dương trong dung dịch,chúng thường là các dẫn xuất của muối amoni bậc 4, có khả năng làm bền bọt, tạonhũ tốt, lấy dầu ít nên êm dịu với da, chủ yếu dùng làm mềm, xốp xơ sợi và triệttiêu tĩnh điện

- CTAB: Cetyl trimethylamonium bromide

- CPC : Cetyl pyridinium chloride

- POEA : Polyethoxylated tallow amine

- BAC : Benzalkonium chloride

- BZT : Benzethoium chloride

1.5.3 Chất hoạt động bề mặt Non-ionic:

CHĐBM Non-ionic có nhóm phân cực không bị ion hoá trong dung dịch nước.Phần ưa nước chứa những nguyên tử oxy, nitơ hoặc lưu huỳnh không ion hoá, sựhoà tan là do cấu tạo những liên kết hydro giữa các phân tử nước và một số chứcnăng của phần phân cực bao gồm nhóm alcohol và ester Phần kỵ nước là mạchhydrocacbon dài CHĐBM non- ionic không bị ion hoá nên không tích điện, do đó

ít bị ảnh hưởng bởi nước cứng và pH của môi trường tuy nhiên vẫn có khả năng tạophức với các ion của kim loại nặng, êm dịu với da, lấy dầu ít, tạo bọt kém, thườngđược dùng trong những chất tẩy rửa cho máy rửa chén và giặt giũ

+ Các rượu béo của cetyl và oleyl

+ Cocamide MEA, cocamide DEA, cocamide TEA

1.5.4.Chất hoạt động bề mặt Amphoteric:

CHĐBM Amphoteric có tính lưỡng cực, có khả năng tạo thành anionic, cationichoặc non-ionic trong dung dịch phụ thuộc vào pH (acid hay kiềm) của nước Chúngrất thích hợp cho da nhờ đặc tính lấy dầu nhẹ, ổn định, thường được dùng trong cácsản phẩm chăm sóc cá nhân và một số sản phẩm làm sạch gia dụng Imidazoline vàbetain là những chất hoạt động bề mặt chiếm đa số

- Akyl amido propyl betain

- Akyl amido propyl sulfobetain

- Coco ampho glycinat

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ LINEAR ALKYLBENZENE

LAS là muối của các axit sulfonic thu được sau quá trình sulfonat hóa cácalkylbenzen mạch thẳng (LAB) tương ứng Đây là những chất hoạt động bề mặttổng hợp dạng ion âm (anion) thuộc nhóm sulfonat – nhóm quan trọng nhất trong sốcác chất hoạt động bề mặt tổng hợp

2.2 Quá trình phát triển của LAS

Song song sự phát triển ngành công nghiệp các chất giặt rửa tổng hợp,sự pháttriển chất HĐBM trong đó có công nghệ sản xuất LAS cũng ngày càng tiến bộ hơn.Chất HĐBM đầu tiên được dung trong chất giặt rửa tổng hợp là hợp chất dạngalkyl( mạch ngắn) naphtalensunfonat Hợp chất này được tổng hợp bằng cách ghép

R SO3H

propyl ( hoặc butulalcol) với naphtalen sau đó sunfonic hóa Sản phẩm này khôngnhững có tính tẩy rửa tốt mà còn là chất thấm uốt tốt và được dung nhiều trongngành dệt.

Cuối thập kỷ 1920 và đầu thập kỷ 1930, Các hợp chất alkylaryl sunfat ( trong đó cóaryl là benzen) được sử dụng cùng với các sunfat của các alcol béo và các alcolmạch dài được sunfonic hóa, sử dụng dưới dạng muối natri trung hòa trong thànhphần các chất giặt rửa tổng hợp

Đến thời kỳ Đại chiến Thế giới thứ II thị phần các alkyl sunfonat hoàn toàn lấnlướtt thị phần các alcol sunfat trong sản xuất chất giặt rửa như Dodecyl BenzeneSulfonic Axit (DBSA) Do dễ sản xuất nên alkylbenzen sunfonat đã chiếm lĩnh thịtrường rất nhanh Sau Đại chiến Thế giới thứ II, axit propylentetramerbenzensunfonic(đồng đẳng của DBSA) dược sử dụng rất phổ biến làm chất tạo bọt trongsản xuất chất giặt rửa Chiếm 50% thị phần chất HĐBM được sử dụng

Vào những năm cuối thế kỷ trước, trên thế giới,trong đó có nước ta vẫn sử dụngDBSA là chất tạo bọt,do DBSA là chất HĐBM anion có cấu trúc mạch nhánh vàkhó phân hủy sinh học Đến nay người ta dùngng LAS (đồng đẳng DBSA) có khảnăng dễ phân hủy sinh học hơn,thay hoàn toàn cho DBSA làm chất tạo bọt trongsản xuất chất giặt rửa tổng hợp

2.3 Ứng dụng-

Là một chất hoạt động bề mặt anion sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới, chủ yếu

sử dụng trong chất tẩy rửa giặt ủi và các sản phẩm làm sạch LAS là chất có khả năng loại bỏ các vết bẩn, cặn bã,

• Trong các sản phẩm công nghiệp như nước rửa xe, lau sàn, thì LAS được

LAS là một chất dễ phân hủy sinh học nên 99% LAS trong nước thải được loại bỏ

Ở đất bùn, LAS sẽ phân hủy nhanh chóng đến khi loại bỏ hoàn toàn LAS sẽ ngưng

- LAS độc đối với sinh vật thủy sản ở nồng độ từ 1- 10 mg/l trong ngắn hạn vì xảy ra quá trình chuyển hóa trong cơ thể chúng

 Nhược điểm:

 LAS có thể xâm nhập vào da và cơ thể khó giải phóng nó ra ngoài

 Sản phẩm dành cho tóc khi có LAS có thể gây rụng tóc vì LAS tấn công vàocác nang tóc làm các nang này chết đi

 LAS không trực tiếp gây ung thư, LAS phản ứng tốt với một số thành phần hóa học trong cùng sản phẩm tạo thành chất gây ung thư

CHƯƠNG 3 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT LAS

3.1 Cơ sở lý thuyết.

3.1.1 Quá trình tổng hợp Hydrocacbon thơm.

a) Thơm hóa những sản phẩm dầu.

• Sản phẩm của sự nhiệt phân là nguồn của hydrocacbon thơm.

Sau nhiệt phân sản phẩm thu dược ở giai đoạn chưng cất thứ nhất gồm các paraffin,olefin,mỡ “nhẹ”, mỡ”trung bình” và 1 phần còn lại để sản xuất

benzene.

Khác với craking xúc tác trên alumosilicat trong reforming ,xúc tác hai chức năng Có ý nghĩa rất lớn trong số đólà palntin trên oxit nhôm có hốc lỗ lớn (platforming) và xúc tác plantin – renit trên chất mang loại axit (reinforming), tất cả các quá trình này được thực hiện ở 470 - 540℃ dưới áp suất và sự có mặt của H 2 .

1) Dehydro vòng hóa trực tiếp paraffin thành naften với dehydro hóa tiếp theo tạo thành hydrocacbon thơm.

2) Dehydro hóa paraffin thành olefin với sự vòng hóa tiếp theo:

Olefin parafin naften hydrocacbon thơm.

b) Sự cốc hóa than.

Sự cốc hóa hơi kéo theo bởi sự chuyển hóa hóa học sâu phần hữu cơ của than, trong đó, cũng như trong quá trình cắt mạch nhiệt những sản phẩm dầu mỏ,cốc, những sản phẩm lỏng của sự cốc hóa và khí thu được tạo thành than

đá ít hydro hơn đầu mỏ.

Cơ sở của những chuyển hóa này là phản ứng nhiệt phân và thơm hóa Hợp chất thơm tạo thành khí cốc hóa có trong nhựa than đá và benzen nguyên liệu 3.1.2 Quá trình alky hóa.

Ankyl hóa là quá trình thay thế một hoặc nhiều nguyên tử H hoạt động của phân tử hữu cơ bằng một hoặc nhiêu nhóm ankyl.

Khi ankyl hóa các hợp chất thơm với với sự có mặt của xúc tác bất kì sẽ xảy

ra sự thế nối tiếp các nguyên tử hydro và tạo thành hỗn hợp sản phẩm với mức ankyl hóa khác nhau.

Ngoài phản ứng chính trên, có thể xảy ra phản ứng phụ như phản ứng phân hủy, nhựa hóa nhóm ankyl và polyme hóa olefin, sự nhựa hóa sẽ tăng mạnh ở nhiệt độ cao và sự phân hủy những nhóm ankyl tạo thành những sản phẩm phụ có mạch ankyl ngắn hơn ở những điều kiện khắc nghiệt.

3.1.3 Quá trình sunfo hóa.

a ) Sunfonat dầu mỏ

Được tổng hợp bằng sunfo hóa các phân đoạn dầu mỏ có chứa hydrocacbon ankylaromatic.

Các ankylarensunfonat dầu mỏ dược điều chế khi xử lý các phân đoạn dầu mỏ khác nhau bằng Oleum Đôi khi chúng dược tạo thành ngẫu nhiên khi

dearomatic hóa các mỡ bôi trơn bằng oleum Các hydrocacbon ankylaromatic

có trong dầu mỏ rất khác biệt về cấu tạo(chiều dài và số nhóm ankyl,số nhân thơm), do vậy các sunfonat thu nhận từ chúng là một hỗn hợp tương đối phúc tạp, phụ thuộc vào khối lượng phân tử trung bình của mỡ ban đầu mà các sunfo axit thu được có thể tan trong nước hoặc trong dầu

Các sunfonat dầu mỏ có tính HĐBM thấp hơn so với các loại tổng hợp.

b) Sunfonat tổng hợp Các ankylarensunfonat tổng hợp (còn gọi là sunfonol)

là các chất tẩy rửa chủ yếu (chiếm gần 50% tổng sản lượng các chất tẩy rửa các loại) Axit sunfuric đồng thời thực hiện hai chức năng là xúc tác cho quá trình ankyl hóa và tác nhân sunfo hoá:

Người ta đã nghiên cứu khả năng tổng hợp các chất HĐBM từ benzen bằng cách ankyl hóa và sunfo hóa nó Các kết quả cho thấy, các tính chất HĐBM của ankylarensunfonat phụ thuộc rất nhiều vào cấu tạo của nhóm ankyl Ví dụ, nếu nhóm phenylsunfonat ở vị trí 1 và nhóm ankyl có cấu tạo mạch thẳng thì các tính chất tẩy rửa cực đại đạt được khi nhóm ankyl chúa 11 -14 nguyên tử cacbon Vị trí của nhóm phenylsunfonat với mạch hyđrocacbon thẳng của nhóm ankyl thì các đồng phân 2 và 3 có tính chất tẩy rửa tốt nhất, còn khi nhóm thế chuyển về giữa mạch thí tính tẩy rửa cũng bị giảm.

3.2 Nguồn nguyên liệu ban đầu và sản phẩm.

Nguồn nguyên liệu chủ yếu cho quá trình tổng hợp LAS là:

• Sản phẩm của quá trình nhiệt phân dầu:parafin, olefin, naften,

hydrocacbon thơm

• Sản phẩm của quá trình cốc hóa than đá. Quá trình cốc hóa bị kéo theo bởi quá trình chuyển hóa hóa học sâu phần hữu cơ của than Cũng như