Nghiên cứu phản ứng đông trùng hợp ghép axit acrylic lên sợi xơ dừa và ứng dụng làm vật liệu hấp phụ

Header Page of 126 Công trình ñược hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS.TRẦN MẠNH LỤC LÊ THỊ KIM LY Phản biện 1: NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG ĐỒNG TRÙNG HỢP GHÉP AXIT ACRYLIC LÊN SỢI XƠ DỪA VÀ ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ Mã số: 60.44.27 Phản biện 2: Luận văn ñược bảo vệ Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Khoa học họp Đại học Đà nẵng vào ngày … tháng… năm… TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại Học Đà Nẵng - Thư viện Trường Đại học sư phạm, Đại Học Đà Nẵng Đà Nẵng - 2011 Footer Page of 126 Header Page of 126 MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN Lý chọn ñề tài Xenlulozơ polyme thiên nhiên sẵn có 1.1 SỢI XƠ DỪA 1.2 XỬ LÝ SỢI XƠ DỪA nhất, giá thành rẻ, bên cạnh ñó khả phân huỷ sinh học tái 1.3 ĐỒNG TRÙNG HỢP GHÉP tạo lại ñược nguồn nguyên liệu Việc nghiên cứu copolyme ghép 1.4 TỔNG QUAN VỀ MONOME VÀ CHẤT KHƠI MÀO trình copolyme hoá vinyl monome lên xenlulozơ 1.5 KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION KIM LOẠI CỦA COPOLYME ứng dụng ñã ñược tiến hành chục năm qua Hiện GHÉP nước chưa thấy công trình công bố trình ghép CHƯƠNG THỰC NGHIỆM acrylic axit, lên sợi xơ dừa Vì vậy, chọn ñề tài: “Nghiên 2.1 NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT cứu phản ứng ñồng trùng hợp ghép axit acrylic lên sợi xơ dừa ứng 2.2 PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH dụng làm vật liệu hấp phụ” làm luận văn Thạc Sĩ Mục ñích nghiên cứu Tìm ñiều kiện tối ưu cho trình ñồng trùng hợp NaOH Nguyên liệu: Dừa ta Tước, phơi khô, xay, rây NaOH+5% H2O2 Độ ẩm Sợi xơ dừa ghép axit acrylic lên sợi xơ dừa nhằm tạo sản phẩm có khả ứng dụng thực tiễn H2SO4 0,2% NaOH Xử lý sợi H2SO4 0,2% NaOH + 5% H2O2 Đối tượng nghiên cứu Xơ dừa, axit acrylic Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học ñề tài Sản phẩm có khả ứng dụng cho việc giữ nước, hấp phụ trao ñổi ion Đồng trùng hợp ghép Copolyme hấp phụ Cu2+ Chương 2: Thực nghiệm Chương 3: Kết thảo luận Nhiệt ñộ Khối lượng monome/sợi Fe2+/ H2O2 Ngoài phần mở ñầu kết luận, nội dung luận văn ñược Chương 1: Tổng quan Thời gian Khơi mào Cấu trúc luận văn gồm phần chia thành chương: Khơi mào APS Thời gian pH Nồng ñộ chất khơi mào pH Tỷ lệ VCu2+/mxơ dừa qmax Sơ ñồ 2.1 Sơ ñồ nghiên cứu thực nghiệm Footer Page of 126 Header Page of 126 Nhận xét: Ảnh SEM cho thấy xơ dừa ban ñầu có hình dạng CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 SỢI XƠ DỪA sợi, bề mặt gồ ghề thô ráp, có nhiều nếp gấp thuận lợi cho việc 3.1.1 Độ ẩm bám ghép thành phần khác lên bề mặt sợi Độ ẩm trung bình sợi xơ dừa 8,73% 3.1.2 Phổ hồng ngoại sợi xơ dừa 3.1.4 Phổ phân tích nhiệt vi sai sợi xơ dừa TG /% DTA /(uV/mg) ↑ exo 100 -11.42 % BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN 90 Ten may: GX-PerkinElmer-USA Resolution: 4cm-1 Date: 10/15/2011 Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai DT:01684097382 MAU -1.0 1.000 80 89.9 °C 0.95 0.90 -2.0 70 0.85 0.80 60 -40.51 % -3.0 0.75 50 0.70 0.65 -20.08 % 40 -4.0 0.60 [1] 0.55 [1] 30 A 0.50 -5.0 1044 100 200 300 400 0.45 PTNKL 1614 1235 1452 0.35 2926 1375 700 NETZSCH STA 409 PC/PG Mau 1.ssv None xo dua ban dau 10/28/2011 1:50:52 PM CNVL KL Quyen Sample: Reference: Material: Correction File: Temp.Cal./Sens Files: Range: Sample Car./TC: Mau M1, 28.000 mg Al2O3,0.000 mg None-Metallic Tcalzero.tcx / Senszero.exx 28/10.00(K/min)/800 DTA(/TG) HIGH RG / S Mode/Type of Meas.: Segments: Crucible: Atmosphere: TG Corr./M.Range: DSC Corr./M.Range: Remark: 800 DTA-TG / Sample 1/1 DTA/TG crucible Al2O3 KK/50 / KK/40 000/30000 mg 000/5000 µV 772 0.30 826 890 0.25 714 630 674 Hình 3.5 Phổ phân tích nhiệt vi sai sợi xơ dừa ban ñầu 0.20 0.15 Nhận xét: hình 3.5 cho thấy sợi xơ dừa tương ñối bền 0.10 0.050 4000.0 600 28-10-2011 15:19 Instrument: File: Project: Identity: Date/Time: Laboratory: Operator: 3337 0.40 500 Temperature /°C 1113 3600 3200 2800 2400 2000 1800 cm-1 1600 1400 1200 1000 800 600.0 Hình 3.1 Phổ hồng ngoại xơ dừa Nhận xét: phổ hồng ngoại sợi xơ dừa ban ñầu có nhiệt 3.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SỢI pic ñặc trưng cho nhóm ñịnh chức phân tử xenlulozơ 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian nồng ñộ 3.1.3 Ảnh SEM sợi xơ dừa ban ñầu trình xử lý sợi xơ dừa qua giai ñoạn 3.2.1.1 Xử lý tác nhân NaOH Hình 3.7 Ảnh hưởng thời gian nồng ñộ NaOH ñến phần trăm Hình 3.3 Ảnh SEM sợi xơ dừa Footer Page of 126 bị tách loại Header Page of 126 Lượng chất bị tách nhiều thời gian nồng ñộ Nồng ñộ thời gian ngâm sợi xơ dừa tăng phần tăng Khi nồng ñộ NaOH thấp hòa tan phần vô ñịnh hình, trăm bị tách loại tăng Phần trăm lượng chất tách lớn xenlulozơ bị tác ñộng nhẹ Khi tăng nồng ñộ NaOH tăng thời ñáng kể so với trình xử lý giai ñoạn ñiều kiện Axit gian xử lý trình tách phần vô ñịnh hình tăng không ñáng kể có tác dụng làm ñứt liên kết axetal nhóm chức lignin với hàm lượng chúng có sợi giới hạn Thời gian nồng ñộ nhóm hydroxyl hemixenlulozơ Các sản phẩm lignin bị tách NaOH tốt 32 1N chưa hòa tan hoàn toàn dung dịch giai ñoạn 3.2.1.2 Xử lý tác nhân NaOH + 5% H2O2 xử lý kiềm chúng dễ dàng tham gia vào phản ứng hóa học 50 tạo nên sản phẩm dễ tan kiềm, chí tan nước Phần trăm bị tách loại (%) 45 40 35 Vậy, thời gian nồng ñộ NaOH thích hợp 16 NaOH 1N 30 25 NaOH 0,1N 20 NaOH 0,5N 15 NaOH 1N 10 3.2.2.2 Xử lý dung dịch H2SO4 0,2% NaOH + H2O2 60 0 20 40 60 80 Thời gian (giờ) Hình 3.8 Ảnh hưởng thời gian nồng ñộ NaOH + 5% Phần trăm bị tách loại (%) 50 40 30 NaOH 0,1N NaOH 0,5N 20 NaOH 1N 10 H2O2 ñến phần trăm bị tách loại Phần trăm bị tách loại tăng theo tăng nồng ñộ, thời gian 20 40 60 80 Thời gian (giờ) Hình 3.10 Ảnh hưởng thời gian nồng ñộ NaOH ñến phần Khi sử dụng NaOH có H2O2 phần trăm tách loại lớn sử trăm bị tách loại trình xử lý hai giai ñoạn H2SO4 0,2% dụng NaOH ñiều kiện Có thể H2O2 oxi hóa lignin NaOH + H2O2 môi trường kiềm sản phẩm sau bị oxi hóa hòa tan Lượng chất tách nhiều thời gian nồng ñộ tăng kiềm.Thời gian nồng ñộ thích hợp 16 NaOH 1N Điều ñược giải thích tương tự xử lý giai ñoạn Thời 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian nồng ñộ gian nồng ñộ thích hợp 32 NaOH 1N trình xử lý sợi xơ dừa qua hai giai ñoạn 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt ñộ ñến phần trăm bị tách loại 3.2.2.1 Xử lý dung dịch H2SO4 0,2% NaOH trình xử lý sợi Phầntrămbị táchloại (% ) 60 H2SO4 0,2% NaOH + 5% H2O2 50 40 H2SO4 0,2% NaOH 30 20 NaOH + 5% H2O2 10 NaOH 30 40 50 60 70 Nhiệ t ñộ (0C) Hình 3.9 Ảnh hưởng thời gian nồng ñộ NaOH ñến phần trăm Hình 3.11 Ảnh hưởng nhiệt ñộ ñến phần trăm bị tách loại bị tách loại trình xử lý hai giai ñoạn H2SO4 0,2% NaOH trình xử lý sợi Footer Page of 126 Header Page of 126 10 Lượng tạp chất bị tách nhiều nhiệt ñộ tăng Qua kết hình 3.15 cho thấy hiệu suất ghép tăng thời Điều ñược giải thích: tác dụng nhiệt ñộ gian ghép kéo dài, thời gian tăng ảnh hưởng nhiều tới phân hủy trình hòa tan tạp chất sáp, vô hemixenlulozơ, lignin có chất xúc tác tạo nhiều gốc tự thúc ñẩy trình phản ñộ trùng hợp thấp nhanh Quá trình xử lý sợi kiềm nhiệt ñộ cao, phần lớn liên kết ete β -aryl bị phân hủy dẫn ñến tăng ứng Thực nghiệm cho thấy sản phẩm polyme thô trở thành gel khả hòa tan chất Dưới tác dụng nhiệt bẻ gãy ñáng kể liên kết ete C α mạch hở C β , phân chia lignin thành thời gian ghép kéo dài Thời gian ghép thích hợp 180 phút 3.3.3 Ảnh hưởng nồng ñộ chất khơi mào (NH4)2S2O8 ñến trình ghép 100 phần nhỏ, lý dẫn ñến hòa tan lignin Nhiệt ñộ thích hợp 60 C H iệuquảpolym e(% ) 90 3.3 ĐỒNG TRÙNG HỢP GHÉP AXIT ACRYLIC LÊN SỢI XƠ DỪA SỬ DỤNG TÁC NHÂN KHƠI MÀO APS 80 70 60 GY (%) 50 GE (%) 40 TC (%) 30 20 10 3.3.1 Ảnh hưởng nhiệt ñộ ñến trình ghép 0,070 0,075 0,080 0,085 0,090 Nồng ñộ APS (M ) 100 Hình 3.16 Ảnh hưởng nồng ñộ APS ñến trình ghép 90 Hiệuquả polyme (%) 80 70 60 GY (%) 50 GE (%) 40 TC (%) Qua kết hình 3.16 cho thấy hiệu suất ghép tăng tăng nồng ñộ APS ñiều tăng nồng ñộ APS làm tăng 30 20 10 trình tạo gốc tự ñại phân tử xơ dừa, tăng cường trình 30 40 50 60 70 80 Nh iệ t ñộ (0C ) ghép Hiệu suất ghép giảm tăng tiếp nồng ñộ APS ngắt Hình 3.14 Ảnh hưởng nhiệt ñộ ñến trình ghép Ta thấy hiệu suất ghép tăng nhiệt ñộ phản ứng tăng nhiệt ñộ tăng gốc tự ñược tạo thành nhiều thúc ñẩy trình phản ứng làm tăng hiệu suất ghép Tuy nhiên, 700C phản ứng tạo homopolyme chiếm ưu làm cho hiệu suất ghép mạch gốc ñại phân tử xơ dừa tăng chuyển electron tới ion APS, tăng hình thành homopolyme lượng monome sẵn có trình ghép.Vậy nồng ñộ APS thích hợp 0,08M 3.3.4 Ảnh hưởng hàm lượng monome ñến trình ghép 100 tăng không ñáng kể Vậy nhiệt ñộ thích hợp cho phản ứng 70 C 3.3.2 Ảnh hưởng thời gian ñến trình ghép 100 80 70 60 GY (%) 50 GE (%) 40 TC (%) 30 20 10 90 H iệuquảpolym e(% ) H iệ uqu ảpoly m e(% ) 90 0 80 70 1,5 2,5 Tỷ lệ k hối lượng AA/s ợi (g/g) 60 GY (%) 50 GE (%) 40 TC (%) 30 20 Hình 3.17 Ảnh hưởng lượng AA ñến trình ghép 10 60 90 120 150 180 210 Hình 3.17 cho thấy hiệu suất ghép tăng tăng tỷ lệ AA/sợi Thời gian (phút) Hình 3.15 Ảnh hưởng thời gian ñến trình ghép Footer Page of 126 xơ dừa ñến 2,5; sau ñó giảm Có thể khả kết hợp cao Header Page of 126 11 12 phân tử monome lân cận với gốc ñại phân tử xơ dừa Tuy Các kết thu ñược cho thấy trình xử lý sợi ñã làm nhiên, nồng ñộ monome cao làm tăng việc chuyển mạch sang biến ñổi thành phần cấu trúc sợi xơ dừa tác ñộng tích cực ñến monome tạo homopolyme, cản trở khuyếch tán monome lên hiệu trình ghép: xử lý hai giai ñoạn > xử lý giai bề mặt xơ dừa Vậy tỷ lệ lượng AA/sợi xơ dừa thích hợp 2,5g/g ñoạn > không xử lý 3.3.5 Ảnh hưởng pH ñến trình ghép 3.3.7 Sơ ñồ tổng hợp copolime ghép từ sợi xơ dừa sử dụng hệ 100 khơi mào APS H iệ uq u ảp o ly m e(% ) 90 80 70 60 GY (%) 50 GE (%) 40 TC (%) H2SO4 0,2% 30 20 10 pH Hình 3.18 Ảnh hưởng pH ñến trình ghép Kết cho thấy hiệu suất ghép tăng tăng pH, cực ñại R/L = 1/100 (g/ml) Sợi xơ dừa -Ngâm -Lọc, rửa ñến pH = R/L = 1/50 (g/ml) -Sấy khô NaOH 1N + 5% H2O2 Sợi xơ dừa xử lý giai ñoạn pH = sau ñó giảm Điều pH thấp ion S2O82- bền -Ngâm 32 -Lọc, rửa ñến pH = -Sấy khô nên phản ứng tạo gốc tự hydroxyl khó xảy ñó hiệu suất ghép thấp Khi tăng pH, trình tạo gốc ñại phân tử xơ dừa tăng ñó làm tăng hiệu suất ghép Khi pH cao làm giảm số lượng gốc tự hydroxyl nên phản ứng ñồng trùng ghép diễn khó khăn 3.3.6 Ảnh hưởng trình xử lý sợi ñến thông số trình ghép Bảng 3.12 Ảnh hưởng phương pháp xử lý sợi ñến trình ghép axit acrylic sử dụng tác nhân khơi mào APS Phương pháp xử lý sợi GY (%) GE (%) TC (%) Không xử lý 6,32 4,10 61,70 Xử lý giai ñoạn NaOH 1N 14,97 7,52 79,65 Xử lý giai ñoạn NaOH 1N + 5% H2O2 Xử lý hai giai ñoạn H2SO4 0,2% NaOH 1N Xử lý hai giai ñoạn H2SO4 0,2% NaOH 1N + 5% H2O2 21,15 9,32 90,79 18,22 8,25 88,36 24,46 10,56 92,64 Footer Page of 126 R/L = 1/30 (g/ml) Sợi xơ dừa xử lý hai giai ñoạn (NH4)2S2O8 0,08M -Sục N2 ñuổi O2 -Khuấy 300C 1giờ Tỷ lệ monome/sợi =2,5 Axit acrylic Hỗn hợp Copolyme ghép: %GY = 24,46% -Sục N2 ñuổi O2 -Chiết soxhlet -Khuấy 24 -Nhiệt ñộ 500C -Kết tủa lại etanol -Lọc, sấy khô ở600C Hỗn hợp Etanol sản phẩm Sơ ñồ 3.1 Sơ ñồ ñồng trùng hợp axit acrylic lên sợi xơ dừa sử dụng hệ khơi mào APS Header Page of 126 13 14 3.4 ĐỒNG TRÙNG HỢP GHÉP AXIT ACRYLIC LÊN SỢI XƠ 3.4.3 Ảnh hưởng tỷ lệ monome/xơ dừa 2+ 100 DỪA SỬ DỤNG TÁC NHÂN KHƠI MÀO Fe /H2O2 80 H iệuquảpolym e(% ) 3.4.1 Ảnh hưởng nhiệt ñộ 100 90 Hiệu polyme (%) 90 70 60 GY (%) 50 GE (%) 40 TC (%) 30 20 80 10 70 60 GY (%) 50 GE (%) 40 TC (%) 1,5 2,5 Tỷ lệ k hối lượng AA/s ợi (g/g) Hình 3.24 Ảnh hưởng tỷ lệ monome/xơ dừa ñến trình ghép 30 20 10 Kết cho thấy hiệu suất ghép tăng tăng tỷ lệ 30 40 50 60 70 monome/sợi ñến 2, sau ñó giảm Điều giải thích khả Nhiệ t ñộ (0C) Hình 3.22 Ảnh hưởng nhiệt ñộ ñến trình ghép kết hợp cao phân tử monome vùng lân cận với Có thể thấy hiệu suất ghép tăng nhiệt ñộ phản ứng tăng gốc ñại phân tử xenlulozơ Tuy nhiên, nồng ñộ monome cao ñến 500C giảm tăng nhiệt ñộ Việc giảm hiệu suất ghép làm cản trở khuyếch tán monome lên bề mặt sợi Tỷ lệ tăng nhiệt ñộ tăng trình ngắt mạch chuổi polyme monome/sợi thích hợp (g/g) ghép, không bền muối Fe2+ nhiệt ñộ cao trình 3.4.4 Ảnh hưởng nồng ñộ Fe2+ 3.4.2 Ảnh hưởng thời gian 100 100 90 Hiệuquảpolym e(% ) homopolyme hoá chiếm ưu Vậy nhiệt ñộ thích hợp 500C Hiệu polyme (%) 90 80 70 60 GY (%) 50 GE (%) 40 TC (%) 30 20 10 80 0,002 70 0,003 0,004 0,005 0,006 Nồng ñộ Fe 2+ (M ) 60 GY (%) 50 GE (%) 40 TC (%) 30 Hình 3.25 Ảnh hưởng nồng ñộ Fe2+ ñến trình ghép Có thể thấy hiệu suất ghép tăng tăng nồng ñộ Fe2+ 20 10 60 90 120 150 180 210 tới 0.004M hiệu suất ghép giảm nồng ñộ Fe2+ tiếp tục tăng Thời gian (phút) Điều tăng nồng ñộ ion Fe2+ làm tăng trình tạo gốc Hình 3.23 Ảnh hưởng thời gian ñến trình ghép Kết cho thấy thông số trình ghép ñều tăng thời gian phản ứng tăng Tuy nhiên, sau 150 phút việc tăng thêm không nhiều, chọn thời gian ghép 150 phút tự ñại phân tử xenlulo, làm tăng hiệu suất ghép Tuy vậy, tăng nồng ñộ ion Fe2+ lên cao (>0.004M) lại làm giảm hiệu suất ghép giảm tạo thành gốc hydroxyl theo phương trình: • OH + Fe2+ OH - + Fe3+ Nồng ñộ Fe2+ thích hợp 0,004M Footer Page of 126 Header Page of 126 15 16 3.4.5 Ảnh hưởng nồng ñộ H2O2 ñến trình ghép 90 Hiệuquảpolyme(%) 3.4.7 Ảnh hưởng trình xử lý sợi ñến trình ghép khơi mào Fe2+/H2O2 100 80 70 60 GY (%) 50 GE (%) 40 TC (%) 30 20 10 Bảng 3.19 Ảnh hưởng trình xử lý sợi ñến trình ghép axit acrylic sử dụng tác nhân khơi mào Fe2+/H2O2 Phương pháp xử lý sợi GY (%) GE (%) TC (%) 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Nồng ñộ H2O2 (M ) Hình 3.26 Ảnh hưởng nồng ñộ H2O2 ñến trình ghép Có thể thấy hiệu suất ghép tăng dần tăng nồng ñộ H2O2 tới 0.05M sau ñó giảm tiếp tục tăng nồng ñộ H2O2 Điều giải thích tăng nồng ñộ H2O2 số gốc hydroxyl tạo thành tăng, khơi mào phản ứng ghép làm cho hiệu suất ghép tăng Nếu tăng nồng ñộ H2O2 cao dẫn tới lượng Fe2+ bị cạn kiệt dẫn tới Không xử lý Xử lý giai ñoạn NaOH 1N Xử lý giai ñoạn NaOH 1N + 5% H2O2 Xử lý hai giai ñoạn H2SO4 0,2% NaOH 1N Xử lý hai giai ñoạn H2SO4 0,2% NaOH 1N + 5% H2O2 4,52 10,29 14,28 4,16 6,90 7,92 54,36 74,57 90,12 13,63 7,89 86,34 16,52 9,13 90,49 Có thể thấy sợi xơ dừa xử lý hai giai ñoạn cho hiệu suất hiệu suất ghép giảm Vậy nồng ñộ H2O2 thích hợp 0,05M ghép cao sợi xơ dừa xử lý giai ñoạn, sợi xơ dừa không xử lý 3.4.6 Ảnh hưởng pH cho hiệu suất ghép thấp Điều dung dịch NaOH 100 có tác dụng làm trương nở mạch xenlulozơ Trong môi trường axit, Hiệu polyme(%) 90 80 70 60 GY (%) 50 GE (%) 40 TC (%) hemixenlulozơ dễ bị thủy phân tăng khả phân tán nước Quá trình làm cho xơ xốp, giãn thành tế bào tạo ñiều 30 kiện cho phản ứng xảy dễ Với sợi xơ dừa không xử lý, lignin 20 10 dễ dàng ức chế trình ghép tiêu thụ gốc tự Một nguyên pH nhân khiến cho hiệu suất ghép cao xử lý sợi xơ dừa qua hai Hình 3.27 Ảnh hưởng pH ñến trình ghép giai ñoạn trình hoà tan thành phần xenlulozơ kiềm Hiệu suất ghép tăng dần tăng pH cực ñại pH = tạo lỗ trống cấu trúc sợi, làm trương nở dễ dàng Mặt sau ñó giảm tiếp tục tăng pH Điều pH thấp, trình khác, bó sợi không tách hoàn toàn mà chúng tồn tạo gốc ñại phân tử xenlulozơ tăng ñó làm tăng hiệu suất ghép số gắn kết lỏng lẻo tạo thành cấu trúc dạng lưới Kiềm có xu Khi pH cao làm giảm số lượng gốc tự hydroxyl cạn hướng phản ứng với vật liệu gắn kết hemixenlulozơ, dẫn tới phá kiệt ion Fe2+ nên phản ứng ñồng trùng hợp ghép diễn khó khăn Vì pH thích hợp Footer Page of 126 huỷ cấu trúc lưới tách sợi thành xơ mịn Quá trình xơ hoá sợi bẻ gãy bó sợi thành sợi nhỏ hơn, làm tăng diện tích Header Page of 126 17 18 bề mặt hiệu dụng ñể thấm hoá chất tốt Khi xử lý kiềm, số nhóm Nhận xét: Với ñiều kiện thích hợp ứng với trình hydroxyl tự bề mặt sợi tăng làm tăng số trung tâm hoạt ñộng ghép lên sợi xơ dừa trình ghép sử dụng hệ khơi mào APS cho bề mặt sợi Quá trình thuỷ phân liên kết nhạy kiềm hiệu suất ghép cao 7,94% sử dụng hệ khơi mào Fe2+/H2O2 xenlulozơ tạo số nhóm hydroxyl tự cao tăng cường khả 3.5 CHỨNG MINH SỰ TỒN TẠI CỦA SẢN PHẨM GHÉP tiếp cận nhóm hydroxyl bề mặt sợi, nhờ ñó tăng khả phản ứng hoá học 3.4.8 Sơ ñồ tổng hợp copolime ghép từ xơ dừa sử dụng hệ khơi mào Fe2+/H2O2 H2SO4 0,2% R/L = 1/100 (g/ml) Sợi xơ dừa -Ngâm -Lọc, rửa ñến pH = R/L = 1/50 (g/ml) -Sấy khô NaOH 1N + 5% H2O2 Sợi xơ dừa xử lý giai ñoạn Hình 3.31 Bột xơ dừa trước sau ghép 3.5.1 Ảnh SEM xơ dừa sau ghép -Ngâm 32 -Lọc, rửa ñến pH = -Sấy khô R/L = 1/30 (g/ml) Sợi xơ dừa xử lý hai giai ñoạn -Sục N2 ñuổi O2 -Khuấy 300C Tỷ lệ monome/sợi =2 1giờ 2+ Fe 0,004M Axit acrylic + H2O2 0,05M Copolyme ghép: %GY = 16,52% Hỗn hợp -Sục N2 ñuổi O2 -Chiết soxhlet -Khuấy 24 -Nhiệt ñộ 500C -Kết tủa lại etanol -Lọc, sấy khô ở600C Hỗn hợp Etanol sản phẩm Sơ ñồ 3.2 Sơ ñồ ñồng trùng hợp axit acrylic lên sợi xơ dừa sử dụng 2+ hệ khơi mào Fe /H2O2 Footer Page of 126 Hình 3.32 Ảnh SEM xơ dừa sau ghép So sánh ảnh SEM sản phẩm ghép với sợi xơ dừa trước ghép, ta thấy sợi xơ dừa sau ghép ñộ nhám bề mặt sợi xơ dừa bị giảm ñi, bề mặt nhẵn Ảnh xơ dừa sau ghép khối vững khác hẳn với xơ dừa ban ñầu phân tử riêng lẻ, rời rạc, chứng tỏ có tồn sản phẩm ghép Header Page 10 of 126 19 20 3.5.2 Phổ phân tích nhiệt vi sai xơ dừa sau ghép TG /% 3.5.3 Phổ hồng ngoại (IR) xơ dừa sau ghép BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN DTA /(uV/mg) DDTA /(uV/mg/min) ↑ exo 136.0 °C 100 -10.74 % 339.2 °C Ten may: GX-PerkinElmer-USA Resolution: 4cm-1 Date: 10/15/2011 Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai DT:01684097382 MAU 1.000 90 0.95 -0.5 0.90 80 [1] 70 -0.05 0.85 -41.34 % 94.1 °C -1.0 -0.10 0.80 0.75 60 -0.15 50 0.70 -1.5 0.65 -21.76 % 40 -0.20 [1] [1] -0.25 100 200 300 400 500 600 700 1034 3331 1723 A 0.50 2918 1371 1450 800 1249 0.45 Temperature /°C PTNKL 0.60 0.55 -2.0 30 31-10-2011 11:00 Instrument: File: Project: Identity: Date/Time: Laboratory: Operator: NETZSCH STA 409 PC/PG Mau M3 ( G None mau xo dua M3 co 10/31/2011 9:32:02 AM CNVL KL Quyen Sample: Reference: Material: Correction File: Temp.Cal./Sens Files: Range: Sample Car./TC: Mau M4, 70.000 mg Al2O3,0.000 mg None-Metallic Tcalzero.tcx / Senszero.exx 25/10.00(K/min)/800 DTA(/TG) HIGH RG / S Mode/Type of Meas.: Segments: Crucible: Atmosphere: TG Corr./M.Range: DSC Corr./M.Range: Remark: DTA-TG / Sample 1/1 DTA/TG crucible Al2O3 KK/50 / KK/40 000/30000 mg 000/5000 µV 0.40 1508 0.35 0.30 886 0.25 Hình 3.33 Phổ phân tích nhiệt vi sai (môi trường Argon) xơ dừa sau ghép 828 0.20 792 668 711 0.15 0.10 0.050 4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 cm-1 1600 1400 1200 1000 800 600.0 DTA /(uV/mg) DDTA /(uV/mg/min) ↑ exo TG /% -2.90 % 100 90 [1] Hình 3.35 Phổ hồng ngoại (IR) xơ dừa sau ghép -0.5 80 -0.05 98.6 °C Về phổ hồng ngoại sợi xơ dừa sản phẩm -1.0 70 -0.10 -56.44 % 60 -1.5 -0.15 50 -10.21 % -2.0 -0.20 40 [1] 749.4 °C -2.5 100 200 300 400 500 Temperature /°C 600 700 -0.25 800 31-10-2011 09:42 Instrument: File: Project: Identity: Date/Time: Laboratory: Operator: NETZSCH STA 409 PC/PG mau 3.ssv None mau xo dua ghep axit 10/28/2011 3:56:21 PM CNVL KL Quyen Sample: Reference: Material: Correction File: Temp.Cal./Sens Files: Range: Sample Car./TC: Mau M3, 56.000 mg Al2O3,0.000 mg None-Metallic Tcalzero.tcx / Senszero.exx 45/10.00(K/min)/800 DTA(/TG) HIGH RG / S cho dao ñộng hóa trị nhóm –OH liên kết hydro Pic 1482 cm-1 2926 cm-1 ñặc trưng cho dao ñộng biến dạng dao ñộng hóa trị [1] 30 PTNKL ghép không khác nhiều Pic 3337 cm-1 pic tù ñặc trưng Mode/Type of Meas.: Segments: Crucible: Atmosphere: TG Corr./M.Range: DSC Corr./M.Range: Remark: DTA-TG / Sample 1/1 DTA/TG crucible Al2O3 KK/50 / KK/40 000/30000 mg 000/5000 µV bất ñối xứng nhóm –CH2 Các pic vùng 630-714 cm-1 dao ñộng biến dạng nhóm –OH Tuy nhiên phổ hồng ngoại sản phẩm ghép sợi xơ Hình 3.34 Phổ phân tích nhiệt vi sai (môi trường O2) xơ dừa sau ghép Dựa vào phân tích nhiệt vi sai xơ dừa sản phẩm ghép, dừa với axit acrylic hình 3.28 có xuất pic hấp thụ 1723cm-1 ñặc trưng cho dao ñộng hoá trị nhóm > C=O (ν C=O) mạch nhánh axit polyacrylic gắn vào mạch xenlulozơ ta thấy hiệu ứng thu nhiệt (phá vỡ cấu trúc xenlulozơ nước Qua thông tin thu ñược từ phổ hồng ngoại, phân tích hấp thụ) hiệu ứng tỏa nhiệt (nhiệt cháy) Đối với sản phẩm ghép nhiệt vi sai ảnh SEM cho thấy có khác biệt rõ ràng sản có hai khoảng rõ nhiệt ñộ cháy rõ ràng chứng tỏ có nhánh ghép lên phẩm ghép xơ dừa ban ñầu Điều chứng tỏ ñã xảy trình xơ dừa ñồng trùng hợp ghép cho sản phẩm copolyme ghép Footer Page 10 of 126 Header Page 11 of 126 21 22 3.6 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG TÁCH LOẠI Cu2+ TRONG MÔI Xen-COOH + Cu2+ TRƯỜNG NƯỚC CỦA COPOLYME GHÉP Xen-COOH + Cu(OH)+ ↔ 3.6.1 Khảo sát thời gian ñạt cân hấp phụ Ở pH thấp, ion H+ có nồng ñộ cao thuận lợi Tải trọng hấp phụ (mg/g) Xen-COOCu(OH) + H+ việc cạnh tranh tâm hấp phụ với Cu2+ ñó hiệu hấp phụ thấp pH thấp Khi tăng pH, trình hấp phụ tăng trình thuỷ phân cation trao ñổi phức hydroxy Cu(OH)+ ñược hấp phụ ưu tiên so với cation không tạo phức (Cu2+) Tuy nhiên, 0 20 40 60 80 100 Thời gian (phút) Hình 3.36 Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ theo thời gian Kết cho thấy, thời gian khuấy tăng tải trọng hấp phụ tăng cân hấp phụ ñạt ñược sau 80 phút Vì vậy, chọn thời gian hấp phụ 80 phút cho nghiên cứu 3.6.2 Ảnh hưởng pH khả hấp phụ giảm pH cao hình thành phức tan hydroxy hay trình kết tủa hydroxit kim loại Với nồng ñộ ñầu 50mg/l, pH tối ưu cho trình hấp phụ 3.6.3 Ảnh hưởng tỷ lệ thể tích dung dịch Cu2+ khối lượng xơ dừa 14 Tải trọng hấp phụ (mg/g) 12 14 12 Tải trọng hấp phụ (mg/g) (Xen-COO)2Cu + 2H+ ↔ 10 10 6 20 40 60 80 100 120 Thể tí ch dung dị ch C u2+ (ml) 2 pH Hình 3.37 Ảnh hưởng pH ñến khả hấp phụ Hình 3.38 Ảnh hưởng tỷ lệ thể tích dung dịch Cu2+ khối lượng xơ dừa Khả hấp phụ tăng tăng pH tới giá trị ñịnh Từ hình 3.38 thấy hấp phụ tăng theo tăng thể sau ñó giảm tiếp tục tăng pH Các ion kim loại ñược liên kết tích dung dịch hấp phụ, sau ñó tăng chậm không tăng chất hấp phụ ion H+ ñược giải phóng khỏi nhóm chức – ñạt cân hấp phụ Bởi thể tích dung dịch nhỏ, ion COOH ñi vào dung dịch Chất hấp phụ copolyme ghép coi dung dịch ít, hấp phụ có xu hướng tăng với tăng thể tích chất trao ñổi ion dạng axit Trong pH axit, ion H+ từ ñến thể tích ñó lượng ion dung dịch cao nhóm –COOH ñược trao ñổi với phân tử Cu (II) [dạng nhiều so với lượng ion hấp phụ Khi ñó tăng thể tích dung dịch Cu2+ Cu(OH)+] Sự hấp phụ ion kim loại trình trao ñổi tải trọng hấp phụ không thay ñổi H+- Cu2+/Cu(OH)+ sau: Footer Page 11 of 126 Header Page 12 of 126 23 24 3.6.4 Xác ñịnh tải trọng hấp phụ cực ñại Kết bảng 3.24 cho thấy hiệu hấp phụ giảm dần theo chu kì Một tỷ lệ nhỏ chất bị hấp phụ không ñược thu hồi 4.5 y = 0.0786x + 3.1081 R2 = 0.9969 trình tái sinh cấu trúc copolyme có mao Cf/q(g/l) 3.5 quản nhỏ nên số ion Cu2+ chui vào bị giữ lại, ñó 2.5 ion khó giải hấp Bên cạnh ñó, giải hấp phụ trình 1.5 thuận nghịch, song song với trình ion Cu2+ thoát 0.5 khỏi bề mặt chất hấp phụ lượng nhỏ ion Cu2+ lại bị tái 0 10 15 20 hấp phụ Ngoài ra, sau chu kỳ khối lượng chất hấp phụ bị C f (m g/l ) 2+ suy giảm lượng nhỏ thao tác lọc, rửa sấy khô Chính Kết cho thấy mô hình hấp thụ ñẳng nhiệt Langmuir mô khó thu hồi 100% lượng kim loại ñã bị hấp phụ Mặt khác tả xác hấp phụ Cu2+ lên chất hấp phụ, ñược thể theo chu kỳ hoạt tính bề mặt sản phẩm ghép giảm nên hiệu Hình 3.39 Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng ñộ ñối với Cu 2 qua hệ số tương quan R trình hồi qui (R = 0,9969) Điều 2+ chứng tỏ Cu ñược hấp phụ ñơn lớp copolyme ghép Từ phương trình tuyến tính trên, tính ñược tải trọng hấp phụ cực ñại: q max = = 12,72 (mg/g) , 0786 lực hấp phụ: b= = 2,53.10-2 12 , 72 3,1081 3.6.5 Khả giải hấp tái sử dụng Số chu kỳ Bảng 3.24 Dữ liệu giải hấp tái sinh chất hấp phụ Sự thay ñổi Tải trọng Lượng kim Phần trăm tải trọng hấp phụ loại ñược giải kim loại ñược hấp phụ (mg/g) hấp (mg/g) thu hồi (%) (%) 6,03 5,91 98,01 100 5,81 5,64 96,58 96,35 5,49 5,18 94,35 91,04 5,04 4,59 91,06 83,58 4,72 4,24 89,75 78,28 Footer Page 12 of 126 hấp phụ giảm dần Như liệu ñã khẳng ñịnh chất hấp phụ ñược tái sinh hiệu dung dịch HCl 0,5M * Tóm lại: Kết nghiên cứu khả tách loại Cu2+ môi trường nước copolyme ghép thu ñược là: Thời gian ñạt cân hấp phụ : 80 phút pH : Tải trọng hấp phụ cực ñại : 12,72 mg/g Chất hấp phụ ñược sử dụng nhiều lần giải hấp có hiệu HCl 0,5M Header Page 13 of 126 25 26 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu luận văn ñã ñạt ñược kết - Nồng ñộ Fe2+ : 0,004M - Nồng ñộ H2O2 : 0,05M - pH = với thông số ñạt ñược là: %GY = 16,52%; %GE = cụ thể sau: Đã lấy khảo sát ñặc tính xơ dừa từ vỏ dừa 9,13%; %TC = 90,49% Như trình ñồng trùng hợp ghép axit acrylic lên sợi ta Đã nghiên cứu ñiều kiện xử lý sợi xơ dừa qua giai ñoạn giai ñoạn với NaOH, NaOH + 5% H2O2, H2SO4 0,2% xơ dừa với tác nhân khơi mào amonipesunfat cho kết tốt tác nhân khơi mào Fe2+/H2O2 NaOH, H2SO4 0,2% NaOH + 5% H2O2 Tìm ñược tác nhân xử Sự tồn sản phẩm ghép ñược xác nhận qua phổ phân lý sợi cho phần trăm tách loại lớn H2SO4 0,2% NaOH + tích nhiệt (TG DTA), phổ hồng ngoại (IR), ảnh kính hiển vi ñiện 5% H2O2 với thời gian ngâm 32 giờ, nồng ñộ NaOH 1N, nhiệt ñộ tử quét (SEM) ngâm 600C Đã nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng khả hấp phụ Đã tìm ñiều kiện thích hợp cho trình ñồng trùng 2+ hợp ghép axit acrylic lên sợi xơ dừa với tác nhân khơi mào ion Cu từ dung dịch nước sản phẩm ghép cho hiệu tốt (NH4)2S2O8 Fe2+/H2O2 cho hiệu suất ghép cao là: khi: a Tác nhân khơi mào (NH4)2S2O8 cho kết quả: Thời gian ñạt cân hấp phụ : 80 phút - Thời gian : 180 phút pH :5 - Nhiệt ñộ : 700C q max : 12,72 mg/g - Khối lượng monome/sợi : 2,5 (g/g) b : 2,53.10-2 - Nồng ñộ chất khơi mào : 0,08M Chất hấp phụ sử dụng nhiều lần giải hấp có hiệu HCl 0,5M - pH = với thông số ñạt ñược là: %GY = 24,46%; %GE = B KIẾN NGHỊ Tiếp tục nghiên cứu trình ñồng trùng hợp ghép 10,56%; %TC = 92,64% b Tác nhân khơi mào Fe2+/H2O2 cho kết quả: monome khác lên loại sợi xenlulozơ khác sử dụng tác nhân khơi mào khác ñể so sánh, ñánh giá giống, - Thời gian : 150 phút - Nhiệt ñộ : 500C - Khối lượng monome/sợi : (g/g) Footer Page 13 of 126 khác chúng nhằm sử dụng có hiệu nguồn nguyên liệu xelulozơ có nhiều nước ta  ... ñồ ñồng trùng hợp axit acrylic lên sợi xơ dừa sử dụng hệ khơi mào APS Header Page of 126 13 14 3.4 ĐỒNG TRÙNG HỢP GHÉP AXIT ACRYLIC LÊN SỢI XƠ 3.4.3 Ảnh hưởng tỷ lệ monome /xơ dừa 2+ 100 DỪA SỬ... hợp axit acrylic lên sợi xơ dừa sử dụng 2+ hệ khơi mào Fe /H2O2 Footer Page of 126 Hình 3.32 Ảnh SEM xơ dừa sau ghép So sánh ảnh SEM sản phẩm ghép với sợi xơ dừa trước ghép, ta thấy sợi xơ dừa... THỰC NGHIỆM acrylic axit, lên sợi xơ dừa Vì vậy, chọn ñề tài: Nghiên 2.1 NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT cứu phản ứng ñồng trùng hợp ghép axit acrylic lên sợi xơ dừa ứng 2.2 PHƯƠNG PHÁP TIẾN