Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme nanocompozit trên nền chất đồng trùng hợp acrylic và nanoclay biến tính

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN TUẤN ANH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME NANOCOMPOZIT TRÊN NỀN CHẤT ĐỒNG TRÙNG HỢP ACRYLIC VÀ NANOCLAY BIẾN TÍNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ HĨA HỌC HÀ NỘI – 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN TUẤN ANH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME NANOCOMPOZIT TRÊN NỀN CHẤT ĐỒNG TRÙNG HỢP ACRYLIC VÀ NANOCLAY BIẾN TÍNH Chun ngành: Hố lí thuyết Hố lí Mã số: LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC GS TS Ngô Duy Cƣờng PGS TS Phan Văn Ninh HÀ NỘI – 2011 MỤC LỤC Danh mucc̣ kýhiêụ vàchƣƣ̃viết tắt Danh mucc̣ bảng Danh mucc̣ cac hinh vẽ, đồthi c̣ ́́ MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Polyme có cấu trúc nano 1.2 Vật liệu nanocompozit (NC) 1.3 Polyme clay nanocompozit 1.3.1 Giới thiệu nanoclay 1.3.2 Biến tính hữu khống sét 1.3.3 Cấu trúc clay hữu hoá 1.3.4 Các phƣơng pháp chế tạo vật liệu polyme nanocompozit 1.3.5 Tính chất vật liệu polyme nanocompozit 1.3.6 Các polyme thông dụng sử dụng làm vật liệu polyme nanocompozit với nanoclay dạng lớp 1.4 Giới thiệu chung polyme gốc acrylic/acrylat 1.4.1 Polyacrylamit 1.4.2 Poly (axit acrylic) 1.5 Vật liệu polyme siêu hấp thụ nƣớc (Super Absorbent P 1.5.1 Sơ lƣợc vật liệu polyme siêu hấp thụ nƣớc 1.5.2 Cơ chế trình hấp thụ nƣớc 1.5.3 Ứng dụng kết quả nghiên cứu gần 1.6 Sử dụng polyme siêu hấp thụ nƣớc để hấp phụ ion k nƣớc 1.6.1 Ảnh hƣởng kim loại nặng đến môi trƣờng sức khoẻ ngƣời 1.6.2 Một số phƣơng pháp loại ion kim loại 1.6.3 Một số chất hấp phụ thƣờng đƣợc sử dụng để loại bỏ chất ô nhiễm khỏi nƣớc 1.6.4 Ứng dụng vật liệu polyme việc loại bỏ ion kim loại nặng 1.6.5 Nghiên cứu trình hấp phụ ion kim loại polyme CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 2.1 Hoá chất 2.2 Chế tạo mẫu vật liệu 2.2.1 Hữu hoá khoáng sét 2.2.2 Chế tạo vật liệu polyme gốc vinyl nanocompozit phƣơng pháp trùng hợp chỗ có mặt nanoclay biến tính 2 Chế tạo vật liệu 2 2 Chế tạo vật liệu 2.2.3 Chế tạo vật liệu poly(acrylat-co-acrylamit)/ nanocompozit làm vật liệu siêu hấp thụ nƣớc vật liệu hấp phụ ion kim loại nặng 2.3 Các phƣơng pháp nghiên cứu 2.3.1 Phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử (Atomic Absorbtion Spectroscopy AAS) 2.3.2 Phƣơng pháp phổ hồng ngoại 2.3.3 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X 2.3.4 Kính hiển vi điện tử quét 2.3.5 Phƣơng pháp phân tích nhiệt khối lƣợng (Thermal Gravimetric AnalysisTGA) 2.3.6 Phƣơng pháp xác định tính lý vật liệu polyme Phƣơng pháp xá Phƣơng pháp xá Phƣơng pháp xá Phƣơng pháp xá 2.3.7 Phƣơng pháp túi chè xác định lƣợng nƣớc bị hấp thụ 2.3.8 Phƣơng pháp xác định khả hấp phụ ion kim loại nặng polyme CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cƣ́u quátrinhh̀ hƣƣ̃u hóa khống sét nanoclay acrylamit vàcác dâñ xuất 52 3.1.1 Phổ hờng ngoại mẫu nanoclay đƣợc biến tính hố 53 3.1.2 Ảnh hƣởng tỷ lệ tác nhân chèn lớp/nanoclay đến khoảng cách lớp lớp clay 3.1.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến khoảng cách l 3.1.4 Ảnh hƣởng pH đến khoảng cách c 3.2 Chế tạo khảo sát tính chất số polyme gốc vinyl nanocompozit phƣơng pháp trùng hợp chỗ có mặt nanoclay biến tính 3.2.1 Nghiên cứu cấu trúc vật liệu polyme na 3.2.2 Khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng nanocla polyme nanocompozit 2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng nanoclay đến tính lý màng phủ polyme nanocompozit 2 So sánh tính lý màng phủ polyme nanocompozit sử dụng hai loại nanoclay I28E MMT-AM 3.2.3 Ảnh hƣởng nanoclay đến độ bền nhiệt vật liệu 3 Ảnh hƣởng hàm lƣợng nanoclay đến độ bền nhiệt vật liệu 3 So sánh độ bền nhiệt mẫu polyme nanocompozit sử dụng hai loại nanoclay I28E MMT-AM 3.3 Nghiên cƣu kha hấp thu c̣nƣơc cua vâṭliêụ poly (acrylat – co – acrylamit) nanocompozit ́́ 3.3.1 Nghiên cứu cấu trúc vật liệu polyme nanocompozit thu đƣợc 3 1 Giản đồ nhiễu x 3 Phổ hồng ngoại 3 Kết quả nghiên cứu hình thái học hai mẫu polyacrylamit có khơng có nanoclay 3.3.2 Ảnh hƣởng yếu tố đặc trƣng cho trình chế tạo vật liệu đến khả hấp thụ nƣớc vật liệu thu đƣợc 3 Ảnh hƣởng hàm lƣợng chất khơi mào đến khả hấp thụ nƣớc vật liệu 3 2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng chất khâu mạch đến khả hấp thụ nƣớc vật liệu 3 Ảnh hƣởng tỷ lệ AM/AA đến độ hấp thụ nƣớc vật liệu Ảnh hƣởng hàm lƣợng nanoclay đến khả hấp thụ nƣớc vật liệu 3.3.3 Ảnh hƣởng số yếu tố bên đến khả hấp thụ nƣớc vật liệu poly (acrylat – co – acrylamit) nanocompozit 3 Ảnh hƣởng pH dung dịch nƣớc đến khả hấp thụ nƣớc vật liệu 3 Ảnh hƣởng lực ion dung dịch đến khả hấp thụ nƣớc vật liệu 3.3.4 So sánh khả hấp thụ nƣớc vật liệu copolyme (acrylat – co – acrylamit) nanocompozit với hai loại nano clay khác nhau: MMT biến tính acrylamit nanoclay I28E 3 Nghiên cứu cấu trúc vật liệu copolyme nanocompozit sử dụng nanoclay I28E 3 So sánh khả năn 3 Khả tái sử 3 4 Độ bền nhiệt hai loại vật liệu siêu hấp thụ nƣớc sử dụng hai loại nanoclay khác 3.4 Nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại nặng vật liệu copolyme (acrylat – co – acrylamit) nanocompozit 3.4.1 Ảnh hƣởng hàm lƣợng nanoclay đến kh vật liệu 3.4.2 loại polyme nanocompozit Ảnh hƣởng loại nanoclay đƣợc sử dụn 3.4.3 Sự hấp phụ đẳng nhiệt 3.4.4 Ảnh hƣởng pH đến khả hấp phụ ion kim loại 3.4.5 Động học trình hấp phụ ion kim loại KẾT LUẬN CHUNG DANH MUCc̣ CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐÊN LUÂṆ ÁN ́́ ĐÃĐƢƠCc̣ CÔNG BÔ TÀI LIỆU THAM KHẢ O DANH M : Phƣơ CVD NC : Nano MMT : Mont TEM : Kính SEM : Kính LCP : Polym SAP : Polym USDA : Bô N c̣ SNAP : Polym SPH : Hydr Qm : Độ h Qw : Độ h AAS : Phổh TGA : Phân DSC : Phƣơ FTIR : Phổh MS : Phổk DTA : Phân AM : Acry AA : Acry NIPA : N-iso NMBA : N,N’ i o Giản đồ nhiễu xạ tia X MMT đƣợc biến tính 25% NMBA 30 C pH = 177 Mau 0,2g acryamit-40C 2000 1900 1800 1700 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 d=38.845 Lin (Counts) 1600 2-Theta - Scale ac File: Anh- ryamit-40C.raw - Type: Locked Coupled - Start: 1.000 ° - End: 20.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 10 s - 2-Theta: 1.000 ° - Theta: 0.50 K48A-mau 0,2g o Giản đồ nhiễu xạ tia X MMT đƣợc biến tính 15% acrylamit 40 C pH = 178 d=3.034 Lin (Cps) d=15.133 Mau chen 300 d=7.272 200 100 10 20 2-Theta - Scale File: Cong K51A mau chen.raw - Type: Locked Coupled - Start: 1.000 ° - End: 30.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 0.8 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: s - 2-Theta: 1.000 ° - Theta: 0.500 ° - Chi: 0.0 30 o Giản đồ nhiễu xạ tia X MMT đƣợc biến tính 15% acrylamit 50 C pH = 179 o Giản đờ nhiễu xạ tia X MMT đƣợc biến tính 15% acrylamit 60 C pH = 180 o Giản đồ nhiễu xạ tia X MMT đƣợc biến tính 15% NIPA 40 C pH = 181 o Giản đồ nhiễu xạ tia X MMT đƣợc biến tính 15% NIPA 50 C pH = 182 o Giản đồ nhiễu xạ tia X MMT đƣợc biến tính 15% NIPA 60 C pH = 183 o Giản đồ nhiễu xạ tia X MMT đƣợc biến tính 15% NMBA 40 C pH = 184 o Giản đồ nhiễu xạ tia X MMT đƣợc biến tính 15% NMBA 50 C pH = 185 o Giản đồ nhiễu xạ tia X MMT đƣợc biến tính 15% NMBA 60 C pH = 186 o Giản đồ nhiễu xạ tia X MMT đƣợc biến tính 15% acrylamit 30 C pH = 187 o Giản đồ nhiễu xạ tia X MMT đƣợc biến tính 15% NIPA 30 C pH = 188 o Giản đồ nhiễu xạ tia X MMT đƣợc biến tính 15% NIPA 30 C pH = 189 o Giản đờ nhiễu xạ tia X MMT đƣợc biến tính 15% NMBA 30 C pH = 190 ... Hoá chất 2.2 Chế tạo mẫu vật liệu 2.2.1 Hữu hoá khoáng sét 2.2.2 Chế tạo vật liệu polyme gốc vinyl nanocompozit phƣơng pháp trùng hợp chỗ có mặt nanoclay biến tính 2 Chế tạo vật liệu 2 2 Chế tạo. .. TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN TUẤN ANH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME NANOCOMPOZIT TRÊN NỀN CHẤT ĐỒNG TRÙNG HỢP ACRYLIC VÀ NANOCLAY BIẾN TÍNH Chun ngành: Hố lí thuyết Hố lí Mã số: LUẬN... thiệu nanoclay 1.3.2 Biến tính hữu khống sét 1.3.3 Cấu trúc clay hữu hoá 1.3.4 Các phƣơng pháp chế tạo vật liệu polyme nanocompozit 1.3.5 Tính chất vật liệu polyme nanocompozit 1.3.6 Các polyme