NGHIÊN cứu CHẾ tạo vật LIỆU NANOCOMPOSITE TRÊN cơ sở NANOCELLULOSE TINH THỂ POLY(VINYL ACOHOL) và ỨNG DỤNG TRONG xử lý nước THẢI

Cellulose là một polysaccharide phổ biến trên thế giới, là polymer được hìnhthành bởi phản ứng quang hợp của D-glucose, hợp chất cao phân tử được cấu tạo từcác liên kết mạch thẳng các mắ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU

NANOCOMPOSITE TRÊN CƠ SỞ

NANOCELLULOSE TINH THỂ/POLY(VINYL ACOHOL) VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, việc sử dụng nhựa có sẵn trên thị trường và polymer tổng hợp đãtrở nên phổ biến trong các nhà nghiên cứu Tuy nhiên, trước cuộc cách mạng củapolymer tổng hợp, các nhà khoa học đã sử dụng polymer tự nhiên để làm cho cuộcsống dễ dàng Do những lo ngại về môi trường và nhận thức rằng tài nguyên dầu

mỏ là hữu hạn, việc sử dụng các polyme phân hủy sinh học được sản xuất từ các tàinguyên tái tạo đã tăng lên đáng kể Ví dụ về các polyme từ các tài nguyên tái tạobao gồm các polyme tự nhiên như cellulose, chitin và tinh bột Cellulose có mặt ởmọi nơi trong tự nhiên và đa dạng phong phú nhất có thể tạo ra polymer và đượcphân lập từ thực vật và vi sinh vật

Cellulose là một homopolyme tuyến tính của glucose (C6H10O5)n với các đơn

vị lặp lại bao gồm D-glucose trong cấu trúc 4C1, không hòa tan trong nước và phânhủy hoàn toàn bởi các vi khuẩn và enzyme nấm Cellulose là polyme tự nhiên bántinh thể tái tạo gồm cả cấu trúc vô định hình và tinh thể nhưng nó sẽ không tan chảykhi đun nóng vì vùng kết tinh của nó Vùng vô định hình có thể được loại bỏ bằngquá trình thủy phân acid Một trong những ứng dụng của cellulose là cellulose nanotinh thể (CNC) được xem là vật liệu đáng để nghiên cứu và đã phát triển nhanhchóng trong công nghiệp công nghệ nano Tuy nhiên, có một số nhược điểm củaCNC là nó không có sẵn trên thị trường và tốn thời gian trong sản xuất, nó giới hạnứng dụng trong một số lĩnh vực

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang là chủ đề nóng trên các mặt báo

và nhận được rất nhiều sự quan tâm của người dân Môi trường của chúng ta sốngđang bị ô nhiễm nặng nề bởi chất thải của các khu công nghiệp, rác thải sinh hoạt,khói bụi các phương tiện giao thông Với nhịp độ gia tăng dân số và tốc độ pháttriển công nghiệp và hoạt động đô thị hoá như hiện nay thì nguồn nước bị ô nhiễmlàm giảm độ đa dạng sinh vật trong nước Ô nhiễm nước có nguyên nhân từ các loạichất thải công nghiệp được thải ra lưu vực các con sông mà chưa qua xử lí đúngmức; các loại phân bón hoá học và thuốc trừ sâu ngấm vào nguồn nước ngầm vànước ao hồ; nước thải sinh hoạt được thải ra từ các khu dân cư ven sông gây ônhiễm trầm trọng,ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân, sinh vật trong khu vực.Theo Unicef, tình trạng ô nhiễm nguồn nước hiện nay đang diễn ra ở khắp nơi trênthế giới đặc biệt tại các nước đang phát triển như ở miền Nam sa mạc Sahara, ĐôngNam Á và Mỹ Latinh Kể từ năm 2016, các tổ chức môi trường quốc tế đã báo độngTrung Quốc, Indonesia, Philippines, Thái Lan và Việt Nam đang đứng TOP 5 nhữngquốc gia có lượng rác thải đổ ra biển nhiều nhất thế giới Nguồn nước ô nhiễm cũng

là nguyên nhân gây ra các bệnh mãn tính nguy hiểm Từ những điều trên chúng tacần xử lý khắc phục kịp thời ô nhiễm nguồn nước để giảm những hậu quả sau này.Chính vì vậy chúng ta cần chung tay xây dựng nguồn nước luôn sạch đẹp nhất

Chính vì những lý do trên nên em đã chọn đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứuchế tạo vật liệu nanocomposite trên cơ sở nanocellulose tinh thể/poly(vinyl acohol)

và ứng dụng trong xử lý nước thải”

Mục tiêu đề tài

Chiết xuất tinh thể nanocellulose từ giấy không in, chế tạo vật liệunanocomposite trên cơ sở nanocellulose tinh thể/poly(vinyl acohol) và ứng dụngtrong xử lý nước thải

Nội dung đề tài

Tổng hợp lý thuyết các dữ liệu liên quan đến đề tài

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp nanocellulose tinh thể

từ giấy

Nghiên cứu đặc trưng hình thái của nanocellulose tinh thể tạo thành bằngTEM, SEM, XRD

Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng CNC, mật độ nối ngang của PVA đến cáctính chất của nanocomposite.

Nghiên cứu ứng dụng CNC/PVA nanocomposite trong xử lý nước thải

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu sơ lược về ngành giấy

Giấy - ngày nay đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống củachúng ta Là một loại vật liệu thiết yếu, sản xuất từ nguồn nguyên liệu có thể táisinh, giấy đã và đang được liên tục nghiên cứu và phát triển với đa dạng phong phúcác ứng dụng khác nhau trong đời sống con người

Trong suốt quá trình lịch sử lâu dài, từ lúc được phát minh cho đến khi phổbiến như ngày nay, có lẽ công dụng được biết đến nhiều nhất của giấy là dùng làmchất liệu cho việc ghi chép Dĩ nhiên, đó không phải là lợi ích duy nhất của giấy, rấtnhiều ứng dụng khác nhằm phục vụ đời sống con người đã được phát minh Giấyđược ứng dụng ở hầu hết các lĩnh vực trong đời sống mà chủ yếu nhất mà ta thườnggặp là ở các lĩnh vực sau, giấy đã thể hiện một vai trò to lớn trong cuộc sống hiệnđại ngày nay:

- Giáo dục

- Văn hóa – Nghệ thuật

- Kinh doanh – Thương mại

- Thực phẩm – Thức uống

- Thông tin – Truyền thông – Quảng cáo

- Sinh hoạt gia đình

- Dược phẩm

- Bao bì – Vận tải

Nguyên liệu của công nghiệp giấy là gỗ, tre, nứa, phế phẩm sản xuất nông nghiệp như rơm rạ, bã mía, giấy loại và các dạng thực vật khác Ngành sảnxuất giấy ở Việt Nam sử dụng 2 loại nguyên liệu chính la tre nứa và gỗ lá rộng mọcnhanh như bồ đề, bạch đàn, keo,… Giấy là sản phẩm được sản xuất từ cellulose nênhàm lượng cellulose thu được là rất cao vì trong quá trình sản xuất giấy lignin đãđược loại bỏ gần như hoàn toàn Một ít lượng hemicellulose và lignin và phần cònlại là cellulose chiếm phần trăm rất lớn

công-1.1.1 Thành phần hóa học của giấy

Giấy là một sản phẩm của xơ sợi cellulose có dạng tấm, trong đó sợi và cácphần sợi được liên kết với nhau tạo mạng không gian ba chiều [2]

Giấy in là một trong những nguyên liệu chính được sử dụng trong ngành in

Về cơ bản, giấy được sản xuất từ bột gỗ như tre, nứa, bông, đay… và ngay cả nguồngiấy vụn thu hồi (còn gọi là sơ sợi tái sinh, hay thứ cấp) Đó chính là nguồn sơ sợicellulose trong thực vật, hay tất cả nguyên liệu có chứa cellulose Ngoài bột giấy(cellulose), trong giấy còn có các phụ gia nhằm tăng độ trắng, độ mịn, nhẵn, độphản quang… Phụ gia được sử dụng phổ biến cho các loại giấy in được gọi là chấtđộn Các loại giấy có sử dụng chất độn còn được gọi là giấy tráng phấn hay giấytráng phủ (coated paper)

Chất độn là những chất màu trắng, mịn, không tan trong nước cho thêm vàohuyền phù bột giấy để làm tăng một số tính năng quan trọng của giấy như độ trắng,

độ đục, độ mịn, độ láng, giảm sự biến dạng của giấy khi gặp nước và làm giảm giáthành của giấy Các chất độn thường được sử dụng như bột đá vôi CaCO3, cao lanh

Al2SO3, bột talc MgO.SiO3.nH2O, TiO2…

Các nguyên liệu phổ biến:

 Gỗ: gỗ cứng, gỗ mềm,…

 Phi gỗ:

- Rơm rạ, lanh, đay,…

- Bèo

- Tre

 Giấy đã qua sử dụng [2]

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của một số loại thực vật [1,5]

Loại sợi Cellulose (%) Hemicellulose (%) Lignin (%)

1.1.2 Cellulose

1.1.2.1 Cấu tạo của cellulose

Hình 1.1 Công thức cấu tạo cellulose

Cellulose là một polysaccharide phổ biến trên thế giới, là polymer được hìnhthành bởi phản ứng quang hợp của D-glucose, hợp chất cao phân tử được cấu tạo từcác liên kết mạch thẳng các mắt xích β-D-Glucose, có công thức cấu tạo là(C6H10O5)n hay [C6H7O2(OH)3]n trong đó n có thể nằm trong khoảng 2000-10000, làthành phần chủ yếu cấu tạo nên vách tế bào thực vật Cellulose có độ kết tinh cao doliên kết hydro giữa các phân tử cellulose, cellulose có độ kết tinh chiếm 65-73%.Trong gỗ lá kim, cellulose chiếm khoảng 41-49%, trong gỗ lá rộng nó chiếm 43-52% thể tích [1]

Cellulose có hình sợi dài, nhiều sợi liên kết song song với nhau thành chumnhờ các liên kết hydro giữa các nhóm –OH Các phân tử cellulose liên kết tạo thànhcác microfibril Các micro này liên kết với nhau tạo thành xơ Nhiều bó xơ tập hợpthành lớp có thể bong ra dưới tác dụng cơ học Các vi sợi (microfibril) thường baogồm khoảng 500000 phân tử cellulose Mỗi phân tử cellulose chứa khoảng 5000phân tử D-glucose thì số nối hydro lên đến 2,5 triệu nối [2]

Hình 1.2 Cấu trúc phân tử cellulose.

Cellulose có cấu trúc của một tinh thể crystal và có tính khúc xạ kép vì docấu tạo mà phân tử có tính định hướng không gian ba chiều sắp xếp song song vớinhau

1.1.2.2 Các tính chất của cellulose

1.1.2.2.1 Tính chất vậy lý

Là chất màu trắng, không mùi, không vị

Cellulose không tan trong nước ngay cả khi đun nóng và các dung môi hữu

cơ thông thường Tan trong một số dung dịchacid vô cơ mạnh như: HCl, HNO3, một số dung dịch muối: ZnCl2, PbCl2, [1]

Là thành phần chính tạo nên lớp màng tế bào thực vật, giúp cho các mô thựcvật có độ bền cơ học và tính đàn hồi Cellulose có nhiều trong bông (95-98%), đay,gai, tre, nứa, gỗ (Cellulose chiếm khoảng 40-45% trong gỗ)

1.1.2.2.2 Tính chất hóa học

Cellulose là hợp chất phức tạp và bền vững, không tan trong nước và trongnhiều dung môi hữu cơ khác, các dung dịch kiềm loàng cũng không tác dụng, chỉ bịphân hủy khi tác dụng khi đun nóng với acid và kiềm đặc

Tác dụng với acid vô cơ hoặc hữu cơ sẽ tạo este (phản ứng este hóa) Ví dụnhư đun nóng cellulose trong dung dịch acid sunfuric đặc hoặc acid nitric đặc thuđược cellulose nitriat [1]

[C6H7O2(OH)3]n + 3nHNO3 [C6H7O2(ONO2)3]n + 3nH2O Cellulose được cấu tạo từ các mắc xích β-D-Glucose liên kết với nhaubằng liên kết 1,4- glucozit, liên kết này không bền với acid Dưới tác dụng của acid,cellulose sẽ thủy phân tạo các sản phẩm có độ bền cơ học kém nhưng không hòatan Khi cellulose thủy phân hoàn toàn sẽ thu được sản phẩm cuối cùng là glucose

[C6H10O5]n + nH2O nC6H12O6

1.1.2.2.3 Tính chất phân hủy mạch

Cellulose khi bị phân hủy sẽ tạo thành monomer hoặc oligomer, hoặc tạo cáccác biến thể khác phức tạp hơn Cellulose thường bị phân hủy ở các trường hợpthủy phân bằng acid haowjc kiềm đặc, phân hủy bằng các tác nhân oxi hóa, nhiệtphân hoặc thủy phân bằng vi sinh vật,…

 Thủy phân cellulose

Cellulose bị thủy phân chậm trong môi trường nước ở nhiệt độ cao tuy nhiênkhi có xúc tác acid quá trình diễn ra ở tốc độ nhanh hơn Quá trình này làm chomạch cellulose bị cắt ngắn Sản phẩm cuối cùng của quá trình thủy phân cellulose làđường D-glucose [1]

 Nhiệt phân cellulose

Dưới tác dụng của nhiệt độ cao độ bền của cellulose bị giảm đi và bắt đầuphân hủy ở 180OC quá trình nhiệt phân diễn ra theo cơ chế gốc tự do với sự chuyểnhóa thành levoglucozan, từ đó tạo thành các sản phẩm thấp hơn như aldehyde, acid,ceton, nước, CO2,…

Do tác nhân oxy hóa

Cellulose dễ bị oxy hóa Oxi sẽ tác động trực tiếp mở vòng pyranoz làm đứtmạch hoặc tạo điều kiện để làm đứt mạch cellulose Mức độ phân hủy cellulose phụthuộc vào điều kiện phản ứng và tác nhân oxy hóa

1.1.1.1.1 Tính trương nở của cellulose

Sợi tự nhiên khi ngâm trong môi trường lỏng có tính phân cực như nước,dimethylforamide, dimethylsulfoxyde,tetrahydrofuran, pyridine thì sẽ bị trương nở.Các nhóm hydroxyl trong mạch cellulose của sợi đang trương nở vẫn còn có thể sửdụng tiếp cho phản ứng hóa học khác nhưng các phân tử dung môi phân cực thì bịbẫy giữ lại bên trong cấu trúc cellulose

Ngược lại, các môi trường không phân cực như benzene, toluene, xăng thìbuộc các nhóm hydroxyl trở đầu quay vào bên trong cấu trúc của mạch cellulose.Các phân tử dung môi không phân cực này có khả năng thay thế dần dần phân tửdung môi phân cực đang bị bẫy giữ lại bên trong bó sợi cellulose chuyển môitrường từ phân cực sang thấp phân cực hơn Nhờ vậy, nó tạo và duy trì được mộtmội trường không phân cực bên trong sợi cellulose đang trương nở [1]

1.1.3 Hemicellulose

Hình 1.3 Cấu tạo của hemicellulose.

Hemilluloses là carbohydrat nằm tiếp cận với thành cellulose Là carbohydratdex bị tác kích hơn cellulose Không tan trong nước, nhưng tan trong kiềm loãngnóng hoặc lạnh Dễ bị phân hủy thành đường đơn [2]

Hemicellulose chứa nhiều monome đường khác nhau như [2]:

 Đường 6 carbon: glucose, galactose, mannoz

 Đường 5 carbon: xyloz, arabinoz

 Dẫn xuất của đường: glucorunic acid

Là polymer mạch nhánh có độ trùng hợp thấp từ 70 đến 200 đơn phân, mạchngắn khoảng từ 500 đến 3000 đơn vị đường, chủ yếu ở dạng vô định hình, có một ít

là mạch thẳng, có thể kết tinh Tạo sự kết dính giữa cellulose và lignin

Hemicellulose được chia thành 2 loại [2]:

 Homopolymer: chỉ gồm một loại đơn vị cơ sở, có thể bị tách ra trongquá trình đun nóng

 Copolymer: gồm nhiều loại đơn vị cơ sở như xylan và manose

Thành phần hemicellulose phụ thuộc vào loài, mức độ sinh trưởng, loại cây,

và vị trí trong tế bào [2]

1.1.4 Lignin

Trong tự nhiên, lignin là chất có chủ yếu ở lớp trung gian giữa các vách tếbào, có nhiệm vụ kết dính các vách chứa xơ sợi Rất khó để có thể tách lignin hoàntoàn.

Là một polymer phức tạp, khối lượng phân tử lớn, được cấu tạo bởi các đơn

vị phenyl propan Lignin là một polyphenol có cấu tạo mạch nhánh, tồn tại ở trangthái vô định hình Thành phần của lignin gồm 62 đến 65% C, khoảng 5 đến 6% H,nhiều nhóm metoxyl (-OCH3) và hydroxyl (-OH) tự do [2]

Lignin được tổng hợp từ hdroxi phenyl propan, có cấu trúc phức tạp, liên kếtchủ yếu là liên kết C-C và liên kết ete Liên kết giữa lignin – hemicellulose là liênkết ete, ester, glycoside

Ở các loài thực vật, lignin đóng vai trò như một chất kết dính đặc biệt, liênkết các tế bào lại với nhau, làm tang dộ cứng cho xơ cellulose, tăng độ bề cơ họccho tế bào, ổn định kích thước tế bào, chống côn trùng, chống thấm nước và các vi

si vật bên ngoài như nấm mốc [2]

1.1.5 Chất độn trong giấy

Chất độn thường được sử dụng để tăng độ trắng, trắng độ đục và hạ giấy thànhphẩm xuống Thường dùng là loại bột mịn vô cơ, có màu trắng, không tan trongnước, rẻ hơn bột giấy Ví dụ: đá vôi, cao lanh, bột talc, dioxit titan [2]

1.1.5.1 Bột đá vôi (CaCO 3 )

Tên gọi: Canxi cacbonat

Công thức hóa học : CaCO3

Phân tử khối :100,087 g/mol

Ngoại quan: Dạng bột màu trắng

Độ hòa tan trong nước : Không hòa tan

Điểm nóng chảy: 825 °C

CaCO3 là một hợp chất hóa học với công thức hóa học là CaCO3 Ước tính,khoảng 5% vỏ quả đất là một dạng nào đó của canxi cacbonat, chất này thườngđược tìm thấy dưới dạng đá (đá vôi, đá phấn, đá cẩm thạch …) ở khắp nơi trên thếgiới, là nhân tố chính trong mai/vỏ của các loài sò, ốc hoặc vỏ của ốc

Canxi cacbonat có 2 vai trò chính trong sản xuất giấy là chất độn và chất

tráng phủ bề mặt

 Chất độn trong giấy:

- Chất độn trong giấy viết, giấy in, giấy bìa cứng, giấy đóng gói

- Giấy có bề mặt nhẵn bóng, độ sáng, độ dục, độ bóng cao hơn

- Khả năng in ấn được cải tiến

 Chất tráng phủ trong giấy:

- Tăng chất lượng bề mặt của giấy, giấy cứng

- Quá trình tráng phủ giúp bề mặt giấy đồng đều, quá trình in ấn tốt hơn

1.1.5.2 Cao lanh (Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O)

- Công thức hóa học: Al2O3.2SiO2.2H2O

1.1.5.3 Các loại oxit:

- Dioxit titan (TiO2): có độ trắng cao nhất và có độ đục tốt nhất song giá thành cao

Nó chỉ sử dụng đối với loại giấy đòi hỏi lượng độn thấp nhưng độ đục, độ trắng cao.Mức dùng độn chỉ khoảng 2-3 %

- Bột Talc (Silicat magie-3MgO.4SiO2.H2O ) : là loại chất độn tạo ra độ mềm mạicho tờ giấy, talc có ái lực tốt với nhựa, vì thế nó được dùng để ngăn chặn sự kếtdính của nhựa trong hệ thống sản xuất giấy Tuy nhiên gần đây talc bị hạn chế sửdụng và gây hại cho sức khỏe con người khi hít phải nó vào phổi

1.1.6 Ứng dụng của ngành giấy

Giấy đã xuất hiện hàng nghìn năm trên Trái Đất từ khi con người tìm ra cách

để ghi chép lại do đó giấy đóng một vai trò rất quan trọng trong cuộc sống củachúng ta Và vì giấy được ứng dụng ở hầu hết các lĩnh vực trong xã hội hiện naynên nó sẽ ảnh hưởng đến các ngành liên quan khác khác như in ấn, bao bì, vệ sinh,

…

 Đối với ngành bao bì: ngành giấy có một vai trò vô cùng to lớn vì nóchiếm hầu hết các sản phẩm bao bì hàng tiêu dùng Bao bì giấy đang trên

đà phát triển ở Việt Nam nói riêng và trên thế giới nói chung

 Đặc biệt là ngành in ấn: hàng năm nước ta sản xuất ra hàng nghìn mặthàng giấy báo các loại, các loại sách đa dạng được xuất bản hằng năm

 Giấy tái chế là một trong những ngành có tiềm năng lớn gần đây ở cácnước đang phát triển Một số sản phẩm của giấy tái chế như túi giấy,thùng carton, các loại bao bì đựng thực phẩm,…Việc tái sử dụng phế liệugiấy làm nguyên liệu mang lại nhiều lợi ích cho xã hội, như giảm khaithác tài nguyên, giảm đi việc chặt phá rừng

1.2 Giới thiệu chung về Cellulose Nanocrystals (CNC)

Cellulose nanocrystal chính là cellulose đã được thu nhỏ và tái cấu trúc ở cấp

độ nano Cellulose là loại nguyên liệu phổ biến nhất hành tinh, là thành phần chủyếu của thành tế bào thực vật, chính là yếu tố tạo nên màu xanh cho hầu hết thực vậttrên Trái đất Cellulose có ở tại thân cây hoặc cành hoa, có tính chất đặc biệt là khikết hợp với nước sẽ bị trương lên, tạo thành một chiếc khung xương cho cây, giúpcây có thể đứng vững được Cellulose đơn giản là sự kết hợp của các phân tửglucose được lên kết với nhau tạo thành một chuỗi dài Khi ta thu nhỏ chuỗicellulose này ở cấp độ nano, sau đó tái cấu trúc nó thành một chuỗi polyme dài hoặcđan chuỗi ấy tạo thành một mạng tinh thể, ta sẽ có được nanocrystal cellulose – mộtloại vật liệu siêu bền, siêu nhẹ, dẫn điện Chính những tính chất này đã tạo nên mộtsiêu vật liệu với những tiềm năng to lớn có thể thay đổi thế giới của chúng ta

Hình 1.4 Quy trình chế tạo nanocrystal cellulose từ sợi cellulose.

Hiện nay, tinh thể của cellulose chủ yếu thu được từ các sợi cellulose tựnhiên bằng cách loại bỏ các phân đoạn vô định hình khỏi các nguồn tái tạo thôngqua quá trình thủy phân bằng acid mạnh Vì vậy, các tinh thể nanocellulose được ổnđịnh trong dung dịch huyền phù có tích điện âm trên bề mặt CNC thu được đã cungcấp cho chúng ta một loại vật liệu chi phí thấp, bền vững và thân thiện với môitrường và được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa học công nghệ Ngoài ra,CNC có các tính chất độc đáo như khả năng phân tán đồng nhất, diện tích bề mặtcao, độ bền cơ học cao và tính chất tinh thể lỏng Vật liệu CNC cơ bản là ưanước, tuy nhiên chúng có thể được biến tính bề mặt để đáp ứng các yêu cầu kết hợpvới các vật liệu khác nhau để tạo thành vật liệu mới có tính năng vượt trội hơn [15]

1.2.1 Nguồn nguyên liệu để sản xuất CNC

Cellulose là hợp chất tự nhiên có mặt khắp nơi trên Trái Đất vì vậy cácnguồn nguyên liệu chứa cellulose rất đa dạng và khác nhau Ví dụ như từ nguồn sợi

tự nhiên người ta có thể thu được CNC các loài thực vật dạng sợi như cây bông, vỏbắp ngô, rơm rạ, tre nứa, vỏ quả dứa, vỏ quả chuối,… Nguồn nguyên liệu sản xuấtCNC thứ hai là các loại tảo, giấy, dạng vi tinh thể của cellulose,… Một số loại CNC

có cấu trúc biến đổi, tính chất và ứng dụng có thể thu được bằng cách dựa vàonguồn gốc, độ chín, phương pháp thực hiện

Hình 1.5 Nguồn nguyên liệu sản xuất CNC từ nông nghiệp

1.2.2 Phương pháp sản xuất CNC bằng phương pháp thủy phân acid

Sợi cellulose trong thực vật thường bao gồm các chuỗi vô định hình và cácmiền tinh thể CNC được sản xuất thông qua quá trình thủy phân acid các sợicellulose Trong quá trình thủy phân acid, các vùng vô định hình trong cellulose sợiđược phân rã và các miền tinh thể riêng biệt được phân lập giúp ta thu được CNC.CNC có nguồn gốc từ các nguồn thực vật có kích thước là 5-70nm và chiều dài daođộng từ 100-400nm Các loại acid khoáng khác nhau, chẳng hạn như acid sulfuric,hydrochloric và phosphoric có thể được sử dụng cho quá trình thủy phân sợi bộtgiấy để sản xuất CNC Độ ổn định keo của CNC phụ thuộc vào loại acid được sửdụng vì nó xác định nhóm chức năng cụ thể mà nó có được CNC được sản xuấtthông qua thủy phân acid sulfuric có tính ổn định keo tuyệt vời vì lực đẩy tĩnh điệnmặt khác gây ra bởi các nhóm este sulfat tích điện âm trên bề mặt của nó

1.2.3 Các đặc tính của CNC

CNC có đặc tính lý hóa và cơ học độc nhất như diện tích bề mặt cao(250m2/g, độ bền kéo cao (7500MPa), độ cứng cao (mô đun Young lên tới 100-200GPa), và một phần lớn các nhóm hydroxyl có trên bề mặt Các nhóm hydroxyl

bề mặt này tại nên một nền tảng vững chắc cho sựu biến đổi hóa học và chức năng

bề mặt của CNC Chức năng chính của CNC là có thể chuyển đổi các nhómhydroxyl thành các acid carboxylic, amin, aldehyde hoặc các nhóm thyol Hoặcchúng có thể biến đổi để có thể ghép với các phân tử nhỏ hơn, ví dụ như hạt nanokim loại, hoặc các đại phân tử lớn hơn như polymer hoặc protein Ngoài ra, cácnhóm hydroxyl còn mang đặc tính ưa nước cho CNC, giúp cải thiện khả năng phântán của chúng trong các hợp chất polymer Các đặc tính vượt trội và biến đổi bề mặtcủa CNC đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng CNC như các hạt nano hóatrong các hệ thống như nhũ tương dầu nước, các phức keo, màng 2D và cáchydrogel và aerogel 3D [12]

Tỉ lệ CNC được thể hiện dầy đặc và diện tích bề mặt lớn nhờ kích thướcnano của chúng, đã làm cho CNC trở thành sản phẩm lý tưởng cho việc chế tạo vậtliệu sinh học có thể sử dụng như một thành phần gia cường bên trong vật liệunanocomposites hiệu năng cao Các vật liệu nanocomposites được gia cố bằng CNC

đã cho thấy sự gia tăng đa chiều trong mô đun đàn hồi và sự thay đổi đáng kể trongquá trình chuyển đổi thủy tinh, đồng thời giữ được các tính chất quang học tuyệt vờicủa polymer gốc và tích hợp các đặc tính cơ học thích hợp

Hình 1.6 Tóm tắt các tính chất vật lý và hóa học của tinh thể nanocellulose

1.2.3.1 Tính chất cơ lý

CNC có chiều rộng 2-20 nm và chiều dài 100-600 nm Chiều dài, chiều rộng

và độ kết tinh của CNC có thể thay đổi tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu cellulose.Các tính chất như kết tinh và hình thái của CNC có nguồn gốc từ các nguyên liệunông nghiệp giúp cải thiện độ bền kéo và độ ổn định nhiệt tuyệt vời khi được sửdụng làm chất gia cố cho vật liệu tổng hợp

Có một số lượng lớn các nhóm hydroxyl trên bề mặt của CNC, mang đặctính ưa nước Ngoài ra, CNC từ quá trình thủy phân acid có thể bị phân tán trongnước do bề mặt mang điện tích âm của chúng Cellulose vô định hình được loại bỏbằng cách thủy phân bằng acid sulfuric để chuẩn bị các CNC có nhóm este sulfatemới được tạo ra (-SO3) trên bề mặt Hơn nữa, khi CNC được sấy khô sẽ cải thiệndiện tích bề mặt cụ thể so với cellulose ban đầu

1.2.3.2 Kết tinh lỏng

Trong điều kiện thích hợp và ở nồng độ tới hạn, tất cả các hạt giống hình quehoặc dạng tấm không đối xứng tự hình thành các cấu trúc có trật tự, dẫn đến sự hìnhthành của một pha nactic Các CNC giống như dạng que, khi phân tán trong nước,

đã tự sắp xếp với nhau tạo thành các pha nactic chetic với đặc tính tinh thể lỏng.Các yếu tố khác nhau như kích thước, hình dạng, độ phân tán, điện tích, chất điệnphân và kích thích bên ngoài có thể ảnh hưởng đến độ tinh thể lỏng, độ dài, kíchthước miền, thứ tự và các đặc tính khác Tuy nhiên, các tinh thể cellulose được biết

là có vòng xoắn ốc theo một trục dài tương tự như một ốc vít, có thể dẫn đến mộtpha chetic nactic hoặc pha cholesteric của các mặt phẳng xếp chồng lên nhau dọctheo trục vuông góc tùy thuộc vào nồng độ Các yếu tố như kích thước, điện tích,hình dạng, độ phân tán, chất điện phân và các kích thích bên ngoài cũng có thể ảnhhưởng đến độ kết tinh lỏng của CNC Độ tinh thể lỏng của tinh thể nano kết hợp vớitính chất lưỡng chiết dẫn đến hiện tượng quang học thú vị [12]

Loại acid được sử dụng để thủy phân cũng có thể ảnh hưởng đến bản chấttinh thể lỏng CNC thu được từ quá trình thủy phân acid sunfuric thường có bề mặtmang điện tích âm, thúc đẩy sự phân tán đồng đều trong nước do lực đẩy tĩnh điện.Mặc dù các tương tác giữa các tinh thể nano rất mạnh, nhưng quá trình khử lưuhuỳnh cao rất dễ bị phân tán và điều này dẫn đến sự phát triển của trạng thái lyot.Các dạng CNC có nguồn gốc acid sulfuric và acid photphoric thường tạo ra cấu trúccấu trúc choper, trong khi các CNC có nguồn gốc acid clohydric với quá trìnhsunfon hóa phản ứng tạo ra pha thủy tinh lưỡng chiết.

1.2.3.3 Tính chất lưu biến

Các thông số lưu biến của CNC bị ảnh hưởng bởi các tính chất như độ kếttinh lỏng, thứ tự sắp xếp và tính chất keo hóa Pha loãng dung dịch huyền phù CNCcho thấy trạng thái đứt gãy của chúng và thể hiện sự phụ thuộc vào nồng độ ở mứcthấp Ở nồng độ cao hơn, các huyền phù là lyotropic, chúng biểu hiện trạng thái dịthường Lý do chính cho trạng thái này là vì các tinh thể nano hình que có xu hướngsắp xếp theo tốc độ cắt tới hạn Khi tốc độ cắt đạt đến điểm tới hạn, tính không đốixứng của huyền phù CNC bị phá vỡ theo cấu trúc đơn giản [12]

Hằng số thời gian phục hồi phụ thuộc vào tỷ lệ hình dạng và các CNC có tỷ

lệ hình dạng cao hơn được giữ trong thời gian dài hơn ngay cả sau khi cắt Loại acidđược sử dụng để thủy phân cũng có thể ảnh hưởng đến tính chất lưu biến của huyềnphù CNC Các tinh thể được xử lý bằng acid sunfuric cho thấy sự đứt gãy khôngphụ thuộc vào thời gian, trong khi các tinh thể có nguồn gốc HCl cho thấy trạng tháiđứt gãy cao hơn nhiều, trạng thái sol-gel thuận nghịch ở nồng độ cao hơn

1.2.4 Các ứng dụng của CNC trong các lĩnh vực

Hình 1.7 Ứng dụng của CNCs.

CNC đã thu hút sự quan tâm lớn trong lĩnh vực nanocomposite do các đặctính đặc biệt của chúng như kích thước nano, diện tích bề mặt cao, hình thái độcđáo, mật độ thấp, độ bền cơ học cao, khả năng tái tạo và khả năng phân hủy sinhhọc cao Hơn nữa, chúng dễ dàng được biến đổi và có sẵn Do đó, CNC đã được sửdụng rộng rãi làm chất độn trong các polyme khác nhau Nanocomposite có thểđược ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp Khả năng ứng dụng củaCNC từ sản phẩm nông nghiệp vào các ngành kỹ thuật thực phẩm, điện tử và ứngdụng y sinh cũng như kỹ thuật mô là rất cao

Kỹ thuật và công nghệ thực phẩm

Các ứng dụng nanocomposite của CNC cho kỹ thuật và công nghệ thựcphẩm chủ yếu là trong các loại màng Đặc biệt, màng bao bì polymer dựa trên CNC

đã đạt được tiến bộ đáng kể làm nguyên liệu để cải thiện việc bảo quản thực phẩm.Những tấm màng này có khả năng cải thiện sự ổn định của thực phẩm bằng cáchcung cấp một màng bọc kháng khuẩn khi tiếp xúc với thực phẩm CNC có thể củng

cố các polyme bằng cách hình thành một mạng lưới kết nối các liên kết hydro vớicác CNC phân tán tốt Nanocomposite của alginate và CNC không chỉ cải thiệnđáng kể tính thấm hơi nước mà còn cải thiện tính ổn định nhiệt CNC được sản xuấtbằng xử lý Ammonium Persulfate (APS) cung cấp hàng rào oxy cao hơn so vớiCNC được xử lý bằng acidsulfuric, với các đặc tính như hình thành nhóm carboxyl,

độ tinh thể cao, độ trong suốt của dung dịch và mật độ điện tích cao hơn Do đó,màng nanocomposite kết hợp với CNC được xử lý APS không chỉ cải thiện các đặctính của các giải pháp đóng gói thực phẩm hiện tại, mà còn có thể được áp dụng nhưmột lớp màng mỏng để giảm sự ô nhiễm môi trường Hơn nữa, các polyme nhưchitosan và polyoxyetylen đã được nghiên cứu làm vật liệu tổng hợp CNC để sảnxuất màng Các nanocomposite của carboxymethyl cellulose với CNC thu được từcác sản phẩm phụ nông nghiệp khác nhau (rơm rạ, rơm lúa mì và rơm lúa mạch) đãcải thiện tính chất rào cản hơi nước và cơ học của nó và xác nhận khả năng CNCđược gia cố chất độn cho các sản phẩm như màng bao bì thực phẩm [11]

Kỹ thuật sinh học

Việc sử dụng CNC để phân tích sinh học cảm biến và ý tưởng sinh học cũng

đã được nghiên cứu do khả năng gắn acidnucleic, protein protein và fluorophores.Các nghiên cứu về phức hợp CNC/oxit sắt đã được báo cáo do sự tiếp cận tuyệt vờicủa các phân tử NO2 đến bề mặt cảm biến thông qua CNC, đã được chứng minh làmột vật liệu cảm biến mới hữu ích trong một số ứng dụng, bao gồm ô nhiễm môitrường và phát hiện rò rỉ trong nghiên cứu phòng thí nghiệm Dựa trên tính ổn định

và hiệu quả của nó, CNC là đáng chú ý nhất trong lĩnh vực y sinh Nó cũng có mộttính chất hấp dẫn là chất mang nano cho các phân tử hoạt tính sinh học CNC khôngđộc hại đối với các tế bào và đã chứng minh tiềm năng của nó như là một chất mangtrong các ứng dụng phân phối thuốc được định sẵn trước đó Gần đây, các vật liệutổng hợp với curcumin-cyclodextrin/CNC được đóng viên capsule đã được báo cáo

là có tác dụng chống đông trong ung thư đại trực tràng và các tế bào ung thư đạitrực tràng và tuyến tiền liệt trong các thí nghiệm sơ bộ trong ống nghiệm Ngoài ra,hydrogel được điều chế bằng cách sử dụng gelatin trong CNC được chiết xuất từ các sản phẩm phụ nông nghiệp Hydrogel CNC-gelatin được chuẩn bị rất nhạy cảmvới những thay đổi pH và có tính chất cơ học tuyệt vời, cho thấy rằng nó là một chấtmang chất tuyệt vời [11]

Hơn thế nữa, CNC là vật liệu nano thích hợp cho nhiều ứng dụng trong ysinh, như cố định enzyme; tổng hợp vật liệu kháng khuẩn và y tế; chất xúc tác xanh,sinh học; tổng hợp chất mang thuốc trong y học trị liệu và chẩn đoán Các vật liệunano này mang lại một số lợi thế tiềm năng là tá dược phân phối thuốc do các đặctính của chúng như kích thước nhỏ hơn, tính kỵ nước, tính tương thích sinh học Dodiện tích bề mặt rất lớn và khả năng thu được điện tích âm trong quá trình thủyphân, một lượng lớn thuốc có thể được gắn vào bề mặt của các vật liệu này với khảnăng kiểm soát liều tối ưu Các nhóm hydroxyl bề mặt dồi dào có trong tinh thểnano cung cấp các vị trí để biến đổi bề mặt với nhiều nhóm chữ khác nhau Sự biếnđổi bề mặt có thể được sử dụng để điều chỉnh việc nạp và giải phóng các loại thuốcthường không liên kết với cellulose, chẳng hạn như thuốc không ion hoặc kỵ nước

Aerogel dựa trên CNC cũng đang nhận được sự quan tâm ngày càng tăngtrong các ứng dụng y sinh và dược phẩm do cấu trúc lỗ chân lông mở của chúng vàdiện tích bề mặt cao, có thể cung cấp khả dụng sinh học của thuốc tăng cường vàkhả năng tải thuốc tốt hơn Giàn giáo khí dung nanocellulose có độ xốp cao đã đượcbáo cáo để đạt được giải phóng thuốc bền vững, điều này cũng cho thấy những khảnăng mới khi vận chuyển thuốc được kiểm soát [11].

Hydrogel dựa trên cellulose

Hydrogel là cấu trúc hút nước ba chiều được cấu tạo từ các polyme ưa nước

và có thể được sử dụng làm chất vận chuyển thuốc, kính áp tròng và giá đỡ.Hydrogel bảo vệ các tế bào và các loại thuốc nhạy cảm có thể được kết hợp trongmạng để phân phối có kiểm soát tại nơi bị thương vì môi trường nước của chúng.Hydrogel dựa trên CNC, được điều chế bằng phương pháp ổn định hóa lý hoặc hóahọc của dung dịch nước, có thể được kết hợp với các polyme tự nhiên hoặc tổnghợp để thu được hydrogel tổng hợp

Một hydrogel nanocomposite polyacrylamide/cellulose có hiệu suất hấp phụhơn 90% và có thể là chất hấp thụ tuyệt vời khi loại bỏ thuốc nhuộm khỏi dung dịchnước Hydrogel dựa trên cellulose chiết xuất từ dứa và mực nâu đỏ rất hiệu quả đểloại bỏ xanh methylen, một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trườngnghiêm trọng Chúng cũng có thể được sử dụng cho việc hấp thụ kim loại độc hạitrong xử lý nước thải Sự hấp phụ mạnh mẽ của các polyme poly (oligoetylen glycolmethacryit) biến tính trên bề mặt của CNC thúc đẩy sự phân tán đồng đều của CNCtrong hydrogel và tăng cường tính chất cơ học Hydrogel đã được điều chế bằngcách sử dụng gelatin được tăng cường bằng CNC được chiết xuất từ trấu và chothấy độ ổn định cơ học cao và độ nhạy pH tuyệt vời [11]

Xử lý nước thải

Nguồn ước ngày càng bị ô nhiễm bởi nhiều chất gây độc hại từ các khu côngnghiệp, đô thị và nông nghiệp, bao gồm các ion kim loại nặng, thuốc nhuộm, phụgia thực phẩm, dược phẩm, chất tẩy rửa, thuốc trừ sâu, hydrocarbon thơm đa vòng,

và các phân tử sinh học Do đó, nguồn nước gần như bị ô nhiễm nặng và việc sửdụng nước sạch đã dần trở nên khó khăn hơn, và các công nghệ hiệu quả có thể làmsạch nước bị ô nhiễm đã trở nên cần thiết hơn bao giờ hết Các phương pháp xử lývật lý, hóa học và sinh học khác nhau đã được sử dụng để loại bỏ các chất gây ônhiễm khỏi nước thải Trong số các phương pháp khác nhau, hấp phụ là giải pháptốt nhất để sản xuất nước được xử lý chất lượng cao với chi phí phải chăng, donhững lợi thế như đơn giản trong thiết kế và vận hành, vốn đầu tư ban đầu thấp,hiệu quả trong khi áp dụng và không nhạy cảm với các chất khác có trong dòngnước Việc sử dụng vật liệu nano bền vững như CNC để hấp phụ các ion kim loạinặng và các loại khác chất gây ô nhiễm từ nước thải đang đạt được nhiều sự chú ý

từ các nhà khoa học

Màng và bộ lọc có thể được sử dụng để phân tách các chất hóa học khácnhau bằng cách cho phép một số chất hóa học vượt qua trong khi những chất hóahọc khác bị chặn lại Độ chọn lọc của màng có liên quan đến cấu trúc vi mô và hóahọc của vật liệu cấu tạo màng Màng có thể được thiết kế với các lỗ được xác định

rõ để loại trừ kích thước và một bề mặt hóa học phù hợp để hấp thụ chọn lọc cácchất hòa tan cụ thể Theo sự quan tâm ngày càng tăng về tính bền vững và côngnghệ nano, việc sử dụng CNC trong các ứng dụng xử lý nước cũng tăng lên CNC

đã được tích cực nghiên cứu để sử dụng trong các hệ thống xử lý nước khác nhau,chẳng hạn như hấp phụ, hấp thụ, keo tụ, màng lọc, phân hủy xúc tác và khử trùng

Sự kết hợp của cường độ cao, tính trơ hóa học, bề mặt ưa nước, diện tích bề mặtcao, tính kỵ nước, khả năng phân hủy sinh học và khả năng chức năng hóa bề mặtlàm cho CNC trở thành một vật liệu đầy hứa hẹn cho các màng và bộ lọc hiệu suấtcao để loại bỏ các chất gây ô nhiễm có chọn lọc và nước uống [13]

1.3 Màng nanocomposite dựa trên cơ sở tinh thể nanocellulose/PVA ứng dụng trong xử lý nước thải

1.3.1 Giới thiệu về màng xử lý nước thải

Nước rất cần thiết cho các hoạt động hàng ngày của chúng ta, tuy nhiên, chấtlượng của các nguồn nước mà chúng ta đang sử dụng đang ngày càng cạn kiệt do sựtăng trưởng nhanh chóng về dân số, công nghiệp hóa, các hoạt động nông nghiệp,thay đổi địa chất và môi trường,… Do đó, việc loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễmhữu cơ, vô cơ và sinh học khác nhau xâm nhập vào nước của chúng ta là một điềucực kỳ quan trọng và cấp thiết hiện nay Các quy trình xử lý nước thải như hấp thụ,lọc màng, keo tụ, phân hủy và khử trùng có xúc tác được sử dụng rộng rãi và cácquá trình này khi được thực hiện sử dụng các hệ thống được thiết kế tốt rất hiệu quảtrong việc xử lý các chất ô nhiễm độc hại trong nước Vật liệu thông thường được

sử dụng trong các quy trình xử lý nước như than hoạt tính và dầu mỏ, tuy nhiênlượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính; chi phí cần thiết để sản xuất và tái tạo thanhoạt tính tăng Vì một tương lai bền vững, việc quan trọng nhất là sử dụng các giảipháp xanh xanh thân thiện với môi trường với chi phí thấp với hiệu suất vượt trội vàlượng khí thải carbon thấp hơn Tiềm năng của nguồn sinh học dồi dào có sẵn trênhành tinh là cellulose đã được khám phá rộng rãi

Cellulose sở hữu nhiều đặc tính mong muốn, như khả năng phân hủy sinhhọc, khả năng tương thích sinh học và nồng độ cao của các nhóm hydroxyl có thểthay đổi Sợi cellulose chứa cả chuỗi kết tinh lỏng vô định hình, cũng như các miềnkết tinh cao bao bọc chặt chẽ CNC không độc hại và có diện tích bề mặt cao, đây làmột đặc điểm chính cho ứng dụng của nó trong xử lý nước thải, đặc biệt là chất hấpphụ Trong đề tài này, các nhóm carboxyl hóa đã được điều chế bằng cách ghépmaleic anhydride (MA) và PVA trên các nhóm hydroxyl của CNC nguyên sơ Cácđặc tính hấp phụ của các CNC được carboxyl hóa của nhiều loại thuốc nhuộmcation đã được khảo sát Khả năng hấp phụ của CNC nguyên sơ đối với thuốcnhuộm cation so với sợi bột giấy hoặc chất thải thực vật chưa được xử lý là do diệntích bề mặt cao, số lượng nhóm hydroxyl bề mặt và nhóm ester sulfate âm tính củaCNC nguyên chất tăng Khả năng hấp phụ của PVA-MA-CNC lớn hơn nhiều so vớiCNC nguyên sơ do các nhóm carboxyl bổ sung được trong quá trình điều chế bởimaleic anhydride có thể liên kết thuốc nhuộm cation thông qua tương tác tĩnh điện.Hiệu suất hấp phụ của CNC đối với các ion kim loại Cd (II), Pb (II), Ni (II) và Cr(III) được tăng cường bằng cách đồng trùng hợp các CNC với maleic anhydride vàPVA để tạo thêm nhiều nhóm carboxylate âm tính trên bề mặt CNC So với cácCNC nguyên sơ, nhóm carboxylate trên các CNC được biến đổi này hoạt động nhưcác vị trí bổ sung cho liên kết ion kim loại nặng giúp tăng cường khả năng hấp phụcủa chúng [14].

1.3.2 Thành phần cấu tạo

1.3.2.1 CNCs từ giấy vụn

CNCs được chiết xuất từ các sợi cellulose có trong giấy bằng cách loại bỏcác phân đoạn vô định hình khỏi các nguồn tái tạo thông qua quá trình thủy phânacid mạnh là một loại vật liệu không độc hại và có diện tích bề mặt cao, đây là mộtđặc điểm chính cho ứng dụng của nó trong xử lý nước thải, đặc biệt là chất hấp phụ.CNCs thu được cung cấp vật liệu chi phí thấp, bền vững và thân thiện với môitrường được ứng dụng ở đa dạng lĩnh vực khác nhau

1.3.2.2 Poly(vinyl acohol)

1.3.2.2.1 Cấu tạo

Hình 1.8 Cấu tạo của poly(vinyl alcohol).

Tên gọi: Poly(vinyl alcohol) - PVA

Công thức hóa học tổng quát là (C2H4O)x

Dạng hạt nhỏ màu trắng, không mùi

PVA nóng chảy ở nhiệt độ 2000C

Do PVA có nhóm -OH phân cực và có liên kết H giữa các mạch phân tử nên

Tg cao, Tg  80-85C vì thế gây khó khăn cho quá trình gia công

Hình 1.9 PVA ở trạng thái rắn

PVA được tổng hợp từ quá trình thủy phân các hợp chất polyvinyl vì hợpchất polyvinyl alcohol không tồn tại

Thủy phân polyvinyl fomate thì PVA tạo ra ở dạng syndiotactic

Thủy phân polyvinyl benzoat thì PVA được tạo ra ở dạng izotactic

Thủy phân polyvinyl acetate (PVAc) tạo hỗn hợp 3 loại: izotactic, syndiotactic

và atactic, trong đó atactic chiếm chủ yếu nên PVAc là một polymer vô định hình[4]

1.3.2.2.2 Tính chất

PVA là một polymer chứa nhiều nhóm –OH, do vậy nó có tính chất của mộtrượu đa chức, có thể tham gia các phản ứng như ester hóa, ether hóa, acetal hóa, tạophức với muối của kim loại,…[4]

Là polymer kém bền nhiệt Khi bị đun nóng ở nhiệt độ cao (>200 – 250C)thì tách nước, tạo nối đôi

PVA tan trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ và phần trăm nhóm CH3COO- cótrong polymer

 Nếu CH3COO- < 5% thì không tan trong nước lạnh mà chỉ tantrong nước nóng (65 – 70C) dung dịch đạt nồng độ tối đa 10 – 12 %

 Nếu CH3COO- = 20% thì hoà tan trong nước, khi đun đến nhiệt độ 30– 35C rồi làm lạnh thì Po sẽ lắng xuống

Khả năng hòa tan của PVA còn phụ thuộc và độ trùng hợp (khối lượng phântử), khi khối lượng phân tử thấp thì dễ hòa tan và ngược lại

Ngoài ra PVA còn có thể tan trong một số dung môi hữu cơ như glycol thẳng,glyxerin, phenol, amin, ure ( khi đun nóng )

Độ nhớt của của dung dịch PVA tăng theo thời gian lưu trữ, thời gian cànglâu thì độ nhớt càng tăng Đối với dung dịch PVA có độ thủy phân cao và KLPT lớncũng làm tăng độ nhớt của dung dịch Sự tăng độ nhớt này phụ thuộc vào nhiệt độ,

ở nhiệt độ thấp thì khả năng tăng độ nhớt nhanh hơn Một số muối hữu cơ, ure hoặccác alcol béo được thêm vào dung dịch PVA đã bị thủy phân hoàn toàn nhằm ổnđịnh độ nhớt

 Với độ bền kéo cao và đặc tính keo dán của PVA nên chúng được ứngdụng rộng rãi trong sản xuất keo dán với nhiều chủng loại đa dạng như keoướt sử dụng trong dán giấy, keo dán hoạt hóa ẩm,…

 Mặt khác, PVA còn có khả năng tạo thành chất kết dính các hạt xúctác, nút chai,… Tạo thành chất kết dính cho vải và ruy băng không dệt, thểhiện khả năng bám dính hoàn hảo trên sợi bông và sợi tơ tằm

PVA được ứng dụng làm xơ sợi tổng hợp vì nó là loại xơ có ái lực với nướcrất lớn so với các loại xơ tổng hợp khác Độ bền cơ học của PVA nhỏ hơn polyamid-

6, polyamid 6-6, acetat cellulose, phenol formaldehyt, ure formaldehyt…[4]

 PVA tan trong nước được ứng dụng trong công nghiệp dệt những loạivải dùng làm vải nền cho các sản phẩm thêu, đăng ten, hoặc vải dù cho cácthủy lôi được thả từ máy bay

- Sợi PVA xử lý bằng dung dịch CH2O được dùng làm sợi câu, lướiđánh cá Ngâm sợi PVA có xử lý bằng CH2O trong nước biển trongvòng 95 tháng thì độ bền thay đổi không đáng kể

- Sợi PVA xử lý hoá học bằng CH2O kết hợp với sợi Visco để diệtvải may mặc, một số nơi gọi là sợi vinylong [4]

 PVA không tan trong nước được sử dụng làm chỉ thêu; loại có cườnglực lớn được dùng làm lớp lót trong vỏ xe cao su

PVA có thể được sử dụng để tạo nhũ hay phân tán một số lượng lớn các vậtliệu như các loại dầu, chất dẻo hóa, sáp, nhựa,… PVA có thể vừa là tác nhân nhânhoạt động bề mặt vừa như keo bảo vệ và là tác nhân tạo nhũ hóa tốt khi được sửdụng riêng biệt Nhũ tương bền có thể được tạo ra trong cả hai môi trường acid hoặckiềm Trong một số ứng dụng nó sử dụng như một chất kết dính hoặc chất làm đặccũng như tác nhân tạo nhũ Tuy nhiên, PVA thủy phân một phần là tác nhân tạo nhũhiệu quả hơn so với PVA thủy phân hoàn toàn; PVA độ nhớt cao hiệu quả hơn độnhớt thấp

Với sự mềm dẻo và kháng oxy cao màng PVA được dụng nhiều trong sảnxuất bao bì màng đa lớp dùng để chứa đựng thực phẩm, sơn, xà phòng, hóa chất,thuốc trừ sâu,…

Một lĩnh vực lớn mà PVA được ứng dụng rộng rãi là mỹ phẩm Trong sảnxuất mỹ phẩm người ta đã tận dụng các tính chất tạo nhũ, kết dính, tạo màng và làmđặc của PVA Nhũ tương có độ bền cao của chất béo và dầu thiên nhiên được tổnghợp từ PVA thủy phân một phần PVA đã được sử dụng trong chế tạo các loại kemlạnh, kem dưỡng, sữa dưỡng thể, mặt nạ nhằm tạo sự mềm mại cho da người sửdụng.

1.3.2.3 Maleid anhydride

1.3.2.3.1 Cấu tạo

Hình 1.10 Cấu tạo của maleic anhydride

Tên gọi: Maleic anhydride (cis-Butenedioic anhydride, 2,5-Furanedione,Toxilic anhydride) – MA

Công thức hóa học tổng quát là (C4H2O3)

Khối lượng phân tử: 98,057 g/mol

Là anhydride của acid maleic khi ở trạng thái tinh khiết là chất rắn màutrắng, có mùi hắc

Hình 1.11 MA ở trạng thái rắn.

Nóng chảy ở nhiệt độ 52,80C và nhiệt độ sôi ở 2020C

Nên cẩn thận khi tiếp xúc trực tiếp với MA vì nó sẽ gây kích ứng da và mẫnđỏ; gây hắt hơi, ho Khi sử dụng MA nên đeo bao tay cẩn thận và rửa tay với nướcthật sạch vì khi tay không sạch dễ dàng gây nguy hại cho cơ thể người tiếp xúc nhất

Maleic anhydride có 2 đơn phân trong phản ứng quang hóa để tạo thànhtetracarboxylic tetracarboxylic dianhydride (CBTA) Hợp chất này được sử dụngtrong sản xuất polyimide và như một màng liên kết cho màn hình tinh thể lỏng(LCD)