Nghiên cứu tổng hợp lignosulfonat ứng dụng làm phụ gia bê tông

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÂM HÙNG SƠN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP LIGNOSULFONAT ỨNG DỤNG LÀM PHỤ GIA BÊ TÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀN I–2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÂM HÙNG SƠN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP LIGNOSULFONAT ỨNG DỤNG LÀM PHỤ GIA BÊ TƠNG Chun ngành: Hóa vơ Mã số: 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS V Đ NH NGỌ TS PHẠM ANH SƠN HÀN I–2018 LỜI CẢM ƠN Luận văn “Nghiên cứu tổng hợp lignosulfonat ứng dụng làm phụ gia bê tơng’’ hồn thành nhờ giúp đỡ tận tình nhiều q thầy, giáo Em xin đặc biệt cảm ơn sâu sắc tới TS Vũ Đình Ngọ - Nhà giáo ưu tú, Hiệu trưởng Trường Đại học Cơng nghiệp Việt Trì; TS Phạm Anh Sơn – Giảng viên Bộ mơn Hóa vơ cơ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội người trực tiếp hướng dẫn đề tài từ hình thành ý tưởng đồng thời tạo điều kiện thuận lợi mặt giúp em hoàn thành luận văn Em xin g i lời cảm ơn đến h trợ kinh ph đề tài độc lập c p Nhà nước, mã số ĐTĐL.CN- TS Vũ Đình Ngọ làm chủ nhiệm đề tài Em xin trân trọng cảm ơn tới thầy thuộc mơn Hóa vơ – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học quốc gia Hà Nội tận tình giúp đỡ em trình học tập nghiên cứu Em xin g i lời cảm ơn chân thành nh t tới ban chủ nhiệm Khoa Cơng nghệ Hóa học, TS Hà Quang Ánh, TS Nguyễn Thành Đồn tồn thể thầy, giáo Khoa Cơng nghệ hóa học; cán cơng nhân viên Trường Đại học Cơng nghiệp Việt Trì tận tình giúp đỡ tạo điều kiện cho em trình học tập, nghiên cứu trường Em chân thành cảm ơn tới bạn nhóm K26 - Hóa vơ cơ, bạn lớp K26 Hóa học góp ý giúp em hồn thiện luận văn Em xin g i lời cảm ơn đến toàn thể gia đình em, t t bạn bè, người giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi nh t cho em suốt trình thực đề tài Hà Nội, tháng năm T c giả Lâm Hùng Sơn i LỜI CẢM ƠN……………………………………………………………………… MỤC LỤC………………………………………………………………… DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT……………………………………………… DANH MỤC BẢNG BIỂU………………………………………………………… DANH MỤC HÌNH VẼ…………………………………………………………… DANH MỤC SƠ ĐỒ ……………………………………………………………… MỞ U CHƢƠN T 1.1 Cấu trúc, tính chất số ứng dụng lignin 1.1.1 Cấu trúc lignin ……………………………………………………… 1.1.2 Tính chất lignin ……………………………………………………… 1.2 Một số ứng dụng lignin …………………………………………………… 1.3 Cấu trúc tính chất lignosulfonat ……………………………………… 1.3.1 Cấu trúc lignosulfonat………………………………………………… 1.3.2 Tính chất lignosulfonat ……………………………………………… 1.4 ng dụng lignosulfonat c c muối chúng …………… 1.4.1 ng dụng lignosul 1.4.2 ng dụng lignosul 1.4.3 ng dụng lignosulfonat làm phụ gia 1.4.4 C c ứng dụng h c lignosulfonat …………………………………… 1.5 C c ph ng 1.5.1 Tổng h p lignosulfonat 1.5.2 Tổng h p lignosulfonat 1.5.3 Ph n metylsulfo hóa lignin) 1.5.4 Ph ng 1.5.5 Ph n CHƢƠN T 2.1 Nguy n li u thiết ị 2.2 Th c nghi m …………………………………………………………………… ii 2.2.1 Tổng h p lignosulfonat theo ph ng ph p sulfit ………………………… 23 2.2.2 X c ịnh cấu trúc tính chất lignosulfonat ……………… 2.2.3 Chế t o CHƢƠN t ng sử dụng phụ gia lignosulfonat T QUẢ V 24 nh gi tính chất …… 27 THẢO LU N 36 3.1 Tổng h p lignosulfonat………………………………………………………… 3.1 Kết qu ph n tích c c ch ti u 3.1.2 Kết qu nghi n cứu nh h 36 thu t lignin ng nồng ộ t c nh n 36 ến hi u suất chuyển hóa lignin 3.1.3 Kết qu nghi n cứu nh h ng tỷ l 36 lignin/NaHSO3 ến hi u suất chuyển hóa lignin 3.1.5 Kết qu nghi n cứu nh h ng nhi t ộ ến hi u suất chuyển hóa lignin 38 40 3.1.6 Kết qu nghi n cứu nh h 41 3.1.4 Kết qu nghi n cứu nh h ng pH ến hi u suất chuyển hóa lignin ng th i gian ến hi u suất chuyển hóa lignin 3.2 Qui trình tổng h p lignosulfonat……………………………………………… 3.3 Qui trình chế t o 42 43 47 3.4 Nghi n cứu c c 49 3.4.1 Kết qu ộ sụt 49 3.4.2 Kết qu th i gian ng 51 3.4.3 Kết qu c ng ộ cấu trúc 52 55 TLU N NHMỤCT ILI UTH M HẢO 56 PHỤ LỤC 58 iii LS SF PE BVTV UV FT-IR SEM GC-MS TCVN XRF N/XM C2S C3S C3A C4AF DaN Mw Mn iv NHMỤC ẢN I U ng 1.1 Hàm l ng c c nhóm chức lignin……………………………… ng 2.1 Nguy n li u sử dụng ……………………………………………… 20 ng 2.2 Đ c tính xi m ng PC50 ……………………………………… 21 ng 2.3 Thành ph n h t SF94U ……………………………………… 22 ng 2.4 Thành ph n tính chất lignosulfonat ……………………… 22 ng 2.5 C c dụng cụ, thiết ị sử dụng ……………………………………… 23 ng 2.6 ng thành ph n phối trộn m u ng 2.7 Gi trị c c lo i m u t ng th c nghi m 27 t ng ………………………………… 34 ng 3.1 Kết qu h o s t nh h ng nồng ộ t c nh n ho ng d i 300 g/l ến hi u suất chuyển hóa lignin ………………………………… 37 ng 3.2 Kết qu h o s t nh h ng nồng ộ t c nh n ho ng từ 300 g/l ến 330 g/l hi u suất chuyển hóa lignin 37 ng 3.3 Phối li u t ng thử nghi m 48 ng 3.4 Tính chất t ng thử nghi m ………………………………… ng 3.5 Th i gian ng ết t ng chứa h ng chứa phụ gia lignosulfonat v 49 52 NHMỤCH NHV Hình 1.1 Đ n vị cấu t o cn lignin …………………………………… Hình 1.2 Cấu trúc lignin ………………………………………………… Hình 1.3 Cấu trúc gi a xenluloz, lignin hemi xenluloz (glucan, xylan r m r …………………………………………………………………… Hình 1.4 Lignin iomass……………………………………………… Hình 1.5 Cấu trúc natri lignosulfonat …………………………………… Hình 1.6 C ng thức cấu t o monome natri lignosulfonat ……………… Hình 1.7 Ph n ứng sulfo hóa lignin ng H2SO4 c ………………………… Hình 1.8 C chế ph n ứng t o lignosulfonat theo ph ng ph p sulfit ……… Hình 2.1 Phổ XRD xi m ng PC50 ……………………………………… Hình 2.2 Ph n ố h t SF94U …………………………………………… Hình 3.1 Ảnh h ng nồng ộ t c nh n ến hi u suất chuyển hóa lignin 38 Hình 3.2 Ảnh h ng tỷ l lignin/dung dịch NaHSO ến hi u suất chuyển hóa 39 lignin ……………………………………………………………………… 40 Hình 3.3 Ảnh h ng pH ến hi u suất chuyển hóa lignin ……………… Hình 3.4 Ảnh h ng nhi t ộ ến hi u suất chuyển hóa lignin………… 41 Hình 3.5 Ảnh h ng th i gian ph n ứng ến hi u suất chuyển hóa lignin 42 Hình 3.6 S n ph m lignosulfonat tổng h p từ lignin t ch từ r m r … ……… 44 Hình 3.7 Phổ FT-IR lignosulfonat tổng h p từ lignin chiết t ch từ r m r 45 Hình 3.8 Phổ FT-IR lignin chiết t ch từ r m r …………………………… 45 Hình 3.9 Ảnh 48 t ng sử dụng lignosulfonat ………………………………… Hình 3.10 Độ sụt t ng theo l ng lignosulfonat hi cố ịnh l ng N/XM = 0,33…………………………………………………………………… 50 Hình 3.11 51 Hình 3.12 C 52 Hình 3.13 Ảnh SEM m u 53 vi NH MỤC SƠ S 3.1 Qui trình tổng h p lignosulfonat 43 S 3.2 Qui trình chế t o t ng sử dụng lignosulfonat ………………… vii 47 viii Trong lu n v n chúng t 1- Tổng h p r m r dịch NaHSO3: 1/6 g/g; nồng o ộ ph n ứng: 135 C; pH = 4,97 2- Đã nghi n cứu sử dụng LS tổng h hosts ln hi l ng LS phối li u MPa, th qu i gian v i tỷ l t ng tính n ng cao 55 NHMỤCT ILI UTH M HẢO TIẾNG VI T Phan Huy Hồng, Dỗn Thái Hịa (2009), „„Nghi n cứu tổng h p lignosunfonat từ lignin thu hồi nhà m y s n xuất ột giấy theo ph ng ph p iềm‟‟, Tạp ch Hóa học, 47, 168-173 Đào V n Ho ng (2003 , „„Nh ng xu h chất ng m i ĩ thu t gia c ng c c hóa o v th c v t‟‟, Tạp ch Cơng nghiệp hóa ch t, (số Hồ Sĩ Tr ng (2006 , „„C s hóa học gỗ xenluloza‟‟, Tập 2, NXB KH&KT, Hà Nội Hà V n V i (2009 , „„Nghi n cứu c ng ngh m t từ dịch tổng h p số chất ho t en nhà m y giấy dùng gia c ng thuốc ộng ề o v th c v t‟‟, Đề tài Khoa học Công nghệ c p Bộ Công thương TIẾNG ANH Abbasi P.A., Soltani N (2002 , „„Reduction of acterial spot disease severity on tomato and pepper plants with foliar applications of ammonium lignosulfonate and potassium phosphate”, Plant Disease, Southern Crop Protection & Food Research Centre, Agriculture and Agri-Food Canada, vol.86: 11, p.1232-1236 Bensted J, arnes P (2002 , “Structure and Performance of Cements”, Spon Press, London Dilling P, „„Oleum sulfonation of lignins‟‟, United States Patent, No.5,043,434 Hewlett P C (1998), „„Lea‟s Chemistry of Cement anh Concrete‟‟, Published by Elsevier Ltd, London Jintang Duan, Eric Litwiller, Seung-Hak Choi, Ingo Pinnau (2014 , „„Evaluation of sodium lignin sulfonate as draw solute in forward osmosis for desert restoration‟‟, Journal of Membrane Science, V.453, P 463–470 10 Li Jian Fa, Song Zhan Qian (2002 , „„Study on lignosunfonate and its grafted polymers as sandy soil sta ilizers‟‟, Chemistry and Industry of forest Products, CAF, Nanjing 210042, China, Vol.22:1 56 11 Mohamed Naceur Belgacem, Alessandro Gandini (2008),‘‘Monomers, Polymers and Composites from Renewable Resources,Elsevier‟‟ 12 Re nes K, Peterson .G (2003 , “Self-Compacting Concrete with Lignosulphonate Based Superplasticizer”, International Symposium on SelfCompacting Concrete, Reykjavik, 184-189 13 Rodríguez-Lucena, Patricia, Lucena, Juan J, Hernández-Apaolaza, Lourdes (2009 , „„Relationship etween the structure of Fe-Lignosunfonate complexes determined by FTIR spectroscopy and their reduction y the leaf Fe reductase‟‟, The Proceedings of the International Plant Nutrition Colloquium XVI UC Davis 14 Taylor H F W, „„Cement Chemistry‟‟, Academic Press, London (2014) 15 Yousuf.M Mollaht A, Padmavathy Palta, Thomas R Hess, Rajan K Vempati and David L Coc ef (1995 , „„Chemical and physical effects of sodium lignosunfonate superplasticizer on the hydration of portland cement and solidification/sta llzation consequences‟‟, Cement and Concnte Research, Vol.25, No 3, pp 671-682 16 Zhou Jian Cheng; Li Zhong Zheng (2002 , „„Studies on the surfactancy of lignosulfonate derivatives a out propoxylation and ethoxylation‟‟, Journal of Nanjing Forestry University, vol 5, p 7-9; College of Chemical Engineering, Nanjing Forestry University 17 „„Industrial application of lignosulfonates‟‟, M.I Drilling Fluids BrasilLtda., http://www.melbar.com.br/aplica1en.htm 57 PHỤ LỤC NH MỤC C CC N - TR NH C N LI NQU N N LU N V N Vũ Đình Ngọ, Tr n Thị H ng, Nguyễn Thành Đồn, Đàm Thị Thanh H ng, Hà Quang nh, Nguyễn Đức Tu n, Lâm Hùng Sơn (2017 , „„Ảnh h ng phụ gia lignosulfonat từ r m r t i tính chất v a xi m ng portland chứa tro ay‟‟, Tạp ch Hóa học, Số 55(3e12 /2017, 225-229 58 PHỤ LỤC Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample Portland-cement 150 140 130 120 110 d=3.028 100 80 d=7.248 d=4.266 70 60 d=7.536 Lin (Cps) 90 50 40 30 20 10 10 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: Doan DHHC mau Portland-cement.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.00 00-042-0551 (D) - Calcium Silicate - Ca3SiO5 - Y: 67.10 % - d x by: - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 12.23300 - b 7.03400 - c 24.96000 - alpha 90.000 - beta 90.100 - gamma 90.000 - Primitive - P (0) - 18 - 00-006-0047 (D) - Gypsum - CaSO4·2H2O - Y: 32.35 % - d x by: - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 5.68000 - b 15.18000 - c 6.51000 - alpha 90.000 - beta 118.400 - gamma 90.000 - Body-centered - I2/a (15) 00-032-0149 (D) - Calcium Aluminum Oxide - Ca3Al2O6 - Y: 36.34 % - d x by: - WL: 1.5406 - Cubic - a 15.26870 - b 15.26870 - c 15.26870 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pa-3 ( 01-070-2764 (C) - Brownmillerite, syn - Ca2FeAlO5 - Y: 36.18 % - d x by: - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 5.55900 - b 14.50700 - c 5.34100 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - 70 59 PHỤ LỤC T QUẢ PHÂN TÍCH CỠ HẠT ơn vị gửi mẫu: Mr Đồn – ĐHCN Vi t Trì Ngày gửi mẫu: 08/10/2016 Ngày phân tích: 08/10/2016 : SF 94U Sample Name Material Phép đo thực máy LA3 Kết có giá trị mẫu th Nếu sau khách hàng khơng có khiếu nại số liệu, coi khơng cịn mẫu để th lại Median Diameter on % Mean Mode : ngà y Diameter 61 PHỤ LỤC CAM Surface TensionMeasurementreport Name : Lig.Pi Solid Comments Pig.Pi Time [s] 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 62 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 19.00 CAM Surface Tension Measurement report Calcuated Valus Item Mean Surface Tension [mN/m] Standard deviation [mN/m] Mean Volume [microl] Standard deviation [microl] Surface tension versus time 10 Time [s] 63 12 14 16 18 PHỤ LỤC Experimental Setup Name : Lignosulfonat Solid Lignosulfonat Measured Values Time [s] 0.00 1.00 2.00 3.00 64 65 ... LS c quan t m nghi n cứu, v y vi c nghi n cứu iều từ lignin chiết t ch từ r Xuất ph t từ nh lignosulfonat ứng dụng làm phụ gia bê tơng” làm Mục đích nghiên cứu Nghi n cứu tổng h p LS từ lignin... thức 1.4 Ứng dụng lignosulfonatvà muối chúng 1.4.1 Ứng dụng lignosulfonat công n Ứng dụng công nghiệp sản xu t vật LS làm gi m h c sử dụng làm phụ gia si u dẻo LS h u hết s n ph m từ dụng truyền...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÂM HÙNG SƠN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP LIGNOSULFONAT ỨNG DỤNG LÀM PHỤ GIA BÊ TÔNG Chuyên ngành: Hóa vơ Mã số: 60440113