Nghiên cứu khả năng hấp phụ và giải hấp phụ nước của vật liệu siêu hấp phụ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ VÀ GIẢI HẬP PHỤ NƯỚC CỦA VẬT LIỆU SIÊU HẤP PHỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN SU PHẠM Sinh viên thực Lớp Giáo viên hướng dẫn : Đoàn Thị Trà My : 08SHH : TS Trần Mạnh Lục Đà Nẵng - Năm 2012 SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM Độc lập - Tự - Hạnh phúc  KHOA HÓA NHIỆM VỤ LÀM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Đoàn Thị Trà My Lớp : 08SHH Tên đề tài: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ VÀ GIẢI HẤP PHỤ NƯỚC CỦA VẬT LIỆU SIÊU HẤP PHỤ Nguyên liệu, hóa chất dụng cụ - Nguyên liệu: Vật liệu siêu hấp phụ - Hóa chất: NaOH, NaCl, HCl, Na2SO4, FeCl3 , H2 SO4 , H3 PO4 , HNO3 , CH3COOH - Dụng cụ: Cân phân tích, cốc thủy tinh, … Nội dung nghiên cứu 3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ nước vật liệu siêu hấp phụ 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng môi trường đến khả hấp phụ nước vật liệu siêu hấp phụ nước 3.3 Nghiên cứu khả giải hấp phụ nước vật liệu siêu hấp phụ nước Giáo viên hướng dẫn: TS Trần Mạnh Lục Ngày giao đề tài: 15/10/2011 Ngày hoàn thành: 25/5/2012 Gi áo viên hướng dẫn Chủ nhiệm khoa (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Sinh viên hoàn thành nộp báo cáo cho Khoa ngày … tháng … năm 2012 Kết điểm đánh giá: Ngày….tháng….năm 2009 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký ghi rõ họ tên) SVTH: ĐỒN THỊ TRÀ MY LỚP 08SHH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC MỞ ĐẦU Việt Nam với đặc thù nước nơng nghiệp nên có nguồn nông sản dồi phong phú Tuy nhiên, việc tận dụng có hiệu nguồn nguyên liệu tự nhiên sẵn có cịn nhiều hạn chế Biến tính sản phẩm tự nhiên nhằm nâng cao mở rộng tính sử dụng mối quan tâm hàng đầu nhà nghiên cứu Trong lịch sử phát triển nông nghiệp, nhiều lần xuất tình trạng hạn hán thiếu nước nhiều nơi giới từ lâu mối quan tâm, lo lắng người trực tiếp sản xuất, nhà quản lý nhà khoa học Để đối phó với tình hình thiếu nước tưới cho trồng, giới có nhiều giải pháp Về mặt hóa học, giải pháp tỏ có hiệu cao áp dụng hợp chất polyme có khả dự trữ nước để cung cấp cho nhu cầu sống phát triển trồng vật Polyme siêu hấp thụ nước không giúp giải vấn đề giữ nước cho đất khơ hạn, mà cịn giải vấn đề nhiễm mơi trường nơng nghiệp kết hợp sử dụng lượng phân bón hợp lý tránh thất mơi trường, nhờ tiết kiệm phân bón, góp phần cải tạo tăng độ phì cho đất Ngồi ra, vật liệu polyme siêu hấp thụ nước cịn góp phần làm tăng hiệu kinh tế trồng, cải thiện thu nhập cho người nông dân Sản phẩm ý nhiều thị trường chất giữ ẩm tổng hợp từ phản ứng đồng trùng hợp ghép lên tinh bột Sự đời loại vật liệu góp phần mở giải pháp hữu ích cho vùng đất thường xuyên khô cạn, đất cát, đất đồi núi, nơi nước dễ trôi Việt Nam Với ý nghĩa thực tiễn trên, chọn đề tài “Nghiên cứu khả hấp phụ giải hấp phụ nước vật liệu siêu hấp phụ” làm khóa luận tốt nghiệp Kết cấu khóa luận gồm phần sau: Mở đầu trang (trang 1) Chương Tổng quan 20 trang (trang  21) Chương Nguyên liệu phương pháp nghiên cứu trang (Trang 22 24) Chương Kết thảo luận 11 trang (trang 25  37) Kết luận kiến nghị trang (trang 38) SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Chương TỔNG QUAN 1.1 Tinh bột 1.1.1 Giới thiệu tổng quát tinh bột [12] Trong tự nhiên, tinh bột loại hợp chất hữu phổ biến dồi dào, đứng sau xenlulozo Tinh bột có rể, cành, hạt, củ xanh Tinh bột hình thành từ hạt nhỏ trình trưởng thành lớn lên Trong suốt thời gian “ngủ” nảy mầm, tinh bột chất dự trữ lượng cho Tinh bột giữ chức sinh học giống người, động vật sinh vật bậc thấp Trong thực vật, tinh bột thường có mặt dạng khơng hịa tan nước nên tích tụ lượng nước lớn tế bào mà không ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu Do đó, thu lượng lớn tinh bột từ nhiều nguồn nguyên liệu phong phú tự nhiên mà chủ yếu từ lương thực ngô, khoai, lúa mì, sắn, … 1.1.2 Cấu trúc tinh bột [11] Cấu tạo bên tinh bột phức tạp Hạt tinh bột có cấu trúc lớp, lớp có lẫn lộn tinh thể amilozơ amilopectin xếp theo phương hướng tâm Hai cấu tử amilozơ amilopectin cấu tạo từ α – D – glucozơ chuỗi kết hợp với qua liên kết α – 1,4 – glucozit Ngoài cách xếp bên vậy, hạt tinh bột cịn có vỏ bao phía ngồi lớp vỏ đặc hơn, chứa ẩm bền với tác động bên ngồi Vỏ hạt tinh bột có lỗ xốp giống hạt tinh bột nhỏ đồng chất hịa tan thâm nhập vào đường khuyếch tán qua vỏ 1.1.3 Thành phần hóa học tinh bột [1, 6] Tinh bột hợp chất đồng thể mà gồm hai polysaccarit khác nhau: Amilozơ amilopectin Tỉ lệ amilozơ amilopectin nguyên liệu khác thơng thường ¼ Amilozơ amilopectin cacbonhidrat có phân tử khối cao có cơng thức phân tử chung: (C6 H10 O5)n Khi chế hóa với dung dịch axit hay enzim, tinh bột SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC bị thuỷ phân thành dextrin (hỗn hợp polisaccarit có phân tử khối thấp) sau đến mantozơ cuối D(+)-glucozơ (C6 H10O5)n → (C6H10 O5)m → C12H22O11 → C6H12O6 Tinh bột Hỗn hợp dextrin D(+) – glucozơ Mantozơ Amiloza amilopectin tạo nên từ mắt xích D(+)-glucozơ khác kích thước cấu tạo 1.1.3.1 Amilozơ * Cấu tạo Phân tử amilozơ bao gồm nhiều chuỗi xếp song song Amilozơ dạng tinh thể có cấu trúc xoắn ốc, vòng xoắn gồm phân tử glucozơ Khi hạt tinh bột, dung dịch trạng thái bị thối hóa, amilozơ thường có cấu trúc mạch giãn, thêm tác nhân kết tủa vào, amilozơ chuyển thành dạng xoắn ốc Ở trạng thái xoắn ốc, amilozơ cho màu xanh với iot Đường kính xoắn ốc 12,97A0, chiều cao 7,91A0 Phân tử amilozơ có đầu khử đầu khơng khử, đầu khử có nhóm –OH glucozit Các gốc amilozơ gắn lại với nhờ liên kết α – 1,4 – glucozit tạo nên chuỗi dài khoảng 500 – 2000 đơn vị glucozơ, phân tử lượng trung bình từ 10.000 – 300.000 đvC Cấu tạo phân tử amilozơ biểu diễn sau: H CH2OH O H OH H .O CH2OH O H H H HO O H OH CH2OH O H OH H H O OH H O H OH Hình 1.1 Cấu trúc phân tử amilozơ (mạch khơng phân nhánh) * Tính chất Amilozơ mạch thẳng tạo màng sợi có độ bền độ mềm dẻo cao Amilozơ tách từ hạt tinh bột thường có độ hịa tan cao, khơng bền nhanh chóng bị thối hóa Dung dịch amilozơ nhanh chóng tạo keo nhiệt độ cao Khi tương tác với iot, amilozơ cho phức màu xanh đặc trưng Khi đun nóng, liên kết hidro bị cắt đứt, chuỗi amilozơ duỗi thẳng iot bị tách làm dung dịch màu xanh SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Amilozơ có khả tạo phức với nhiều hợp chất hữu phân cực không phân cực Phức amiloza với vitamin A thường bền bị oxy hóa Do đó, sử dụng amilozơ để bảo vệ vitamin A thuốc, thức ăn gia súc 1.1.3.2 Amilopectin * Cấu tạo Phân tử amilopectin có cấu tạo chùm nho, xen kẽ hai vùng: vùng có cấu tạo chặt, xếp có trật tự có độ tinh thể bị thủy phân khó khăn, vùng thứ hai xấp trật tự, có nhiều điểm phân nhánh khơng có độ tinh thể nên dễ dàng bị thủy phân Amilopectin có cấu trúc nhánh, gốc glucozơ gắn với không nhờ liên kết 1–4 mà nhờ liên kết 1–6 Phân tử amilopectin gồm nhánh trung tâm (chứa liên kết 1–4), từ nhánh phát nhánh phụ có chiều dài khoảng vài chục gốc glucozơ Phân tử lượng amilopectin vào khoảng 5.10 – 1.10 đvC Amilopectin phân bố mặt hạt tinh bột Cấu tạo phân tử amilopectin biểu diễn sau: H CH2OH O H OH H O H H OH CH2OH O H OH H .O H CH2 O H H HO O H OH CH2OH O H OH H H O OH H O H OH Hình 1.2 Cấu trúc phân tử amilopectin (mạch phân nhánh) * Tính chất Phân tử amilopectin phân nhánh nhiều nên tạo dạng sợi nhiều amilozơ màng tạo lại giịn Khác hẳn với amilozơ, amilopectin hịa tan đun nóng tạo nên dung dịch có độ nhớt cao Phản ứng màu amilopectin với iot xảy kết hình thành nên hợp chất hấp thụ Phản ứng với lectin phản ứng đặc trưng amilopectin Liên kết lectin với monosaccarit chủ yếu liên kết SVTH: ĐỒN THỊ TRÀ MY LỚP 08SHH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC hidro Các nhóm –OH C2, C4, C6 gốc monosaccarit khơng bị thay liên kết với lectin Do vậy, muốn kết tủa với lectin phân tử polysaccarit bắt buộc phải dạng mạch nhánh 1.1.4 Các tính chất tinh bột [1, 5, 6] 1.1.4.1 Tính hấp thụ Hạt tinh bột có cấu tạo lỗ xốp nên bề mặt bên ngồi tinh bột có khả tương tác với chất hấp thụ Các ion liên kết với tinh bột thường có ảnh hưởng lớn đến khả hấp thụ tinh bột Khả hấp thụ xanh metylen tinh bột tốt Sự hấp thụ chịu ảnh hưởng lớn cation liên kết với tinh bột Các cation ảnh hưởng đến khả hấp thụ xanh metylen tinh bột xếp theo dãy sau: Na+ > Mg2+ > Ba2+ > Ca2+ Đường đẳng nhiệt hấp thụ loại tinh bột không giống Đặc trưng đường đẳng nhiệt hấp thụ tinh bột phụ thuộc vào khác cấu tạo bên hạt khả trương nở chúng Các ion chứa tinh bột xử lý tinh bột chất điện li khác thay ion khác Dựa vào khả mà người ta đưa cation nhóm nguyên tử vào phân tử tinh bột để tạo tinh bột có số tính chất Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp thụ muối tinh bột, người ta thấy khả hấp thụ tinh bột khoai tây lớn lúa mì ngơ Độ xốp tinh bột khoai tây tạo điều kiện cho ion xâm nhập vào hạt dễ dàng cân hấp thụ đạt nhanh chóng Nhiệt độ tăng khả hấp thụ tinh bột khoai tây giảm xuống, tinh bột lúa mì khả hấp thụ tăng đến nhiệt độ định 1.1.4.2 Độ hòa tan tinh bột Tinh bột trạng thái tự nhiên không hịa tan nước lạnh hút tới 25-30% nước gần không bị trương Khi trương nhiệt độ cao liên kết hidro bị phá hủy làm giảm bền vững cấu trúc tinh bột, nước xâm nhập vào, hidrat hóa thành nhóm hidroxyl dọc theo phân tử tinh bột SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Amilozơ tách từ tinh bột có độ hịa tan cao song khơng bền nên nhanh chóng bị thối hóa trở nên khơng hịa tan nước Amilozơ tách dạng phức với butanol bột xốp khơ, hịa tan hồn tồn nuớc sôi nồng độ đạt đến 15% Amilozơ hịa tan dễ dàng kiềm lỗng Điều đáng ý để hịa tan amilozơ cần có lượng kiềm tối ưu Nồng độ cao thấp điều làm cho amilozơ tạo keo Amilopectin khơng hịa tan nước nhiệt độ thường mà hòa tan nước nóng Trong mơi trường axit tinh bột bị thủy phân tạo thành “tinh bột hòa tan”, môi trường axit mạnh sản phẩm cuối glucozơ Trong mơi trường kiềm, tinh bột bị ion hóa phần hidrat hóa tốt Tinh bột kết tủa cồn, cồn dung môi tốt để tăng hiệu thu hồi tinh bột 1.1.4.3 Sự trương nở hồ hóa tinh bột Khi hịa tan tinh bột vào nước kích thước tinh bột lớn nên phân tử nước xâm nhập vào phân tử Tại chúng tương tác với nhóm hoạt động tinh bột làm quay cực, thay đổi phổ hồng ngoại hàm lượng glucozơ Lớp vỏ nước tạo thành làm cho lực liên kết mắt xích tinh bột bị yếu đi, phân tử tinh bột bị xê dịch liên kết lỏng lẻo với bị trương phồng lên Hiện tượng gọi tượng trương nở hạt tinh bột Q trình trương ln ln đến trước q trình hòa tan Tuy nhiên, với tinh bột để đạt tạng thái phụ thuộc vào điều kiện bên nhiệt độ Các yếu tố ảnh hưởng đến trương nở hòa tan tinh bột là: + Nguồn gốc tinh bột + Ảnh hưởng trình sống + Sự lão hóa tinh bột + Phương thức xử lý nhiệt ẩm Khi cho tinh bột vào nước đun nóng đến nhiệt độ xác định hạt tinh bột bị phá vỡ từ trạng thái đầu có mức oxy hóa khác thành dung dịch keo gọi hồ hóa tinh bột Mỗi loại tinh bột có nhiệt độ hồ hóa xác định tùy thuộc vào nguồn gốc, kích thước hạt tinh bột điều kiện hồ hóa Trong mơi trường kiềm hạt tinh bột SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC thường có nhiệt độ hồ hóa thấp kiềm làm ion hóa phần tinh bột trình hydrat phân tử tinh bột tốt 1.1.4.4 Khả tạo gel thối hóa gel tinh bột Khả tạo gel: Sau hồ hóa để nguội trạng thái yên tĩnh phân tử tinh bột tương tác xếp lại với cách có trật tự tạo thành gel tinh bột có cấu trúc mạng ba chiều Trong gel tinh bột có liên kết hidro tham gia, nối trực tiếp mạch polyglucozit gián tiếp qua phân tử nước Sự thối hóa gel: Gel tinh bột để nguội thời gian dài chúng co lại lượng dịch thể bị tách ra, thối hóa gel Q trình thối hóa gel xảy mạnh để gel lạnh đơng sau làm tan Bản chất thối hóa định hướng lại hình thành cầu hidro phân tử tinh bột Sự thối hóa gồm ba giai đoạn sau: - Đầu tiên mạch uốn thẳng lại - Tiếp đến vỏ hyđrat bị mạch định hướng - Các cầu hyđro tạo thành nhóm OH Tốc độ thối hóa tăng giảm nhiệt độ đạt cực đại pH = Tốc độ thối hóa giảm tăng giảm pH Khi pH >10 khơng có thối hóa, pH < tốc độ thối hóa vơ bé 1.1.4.5 Khả tạo hình tinh bột Khi tương tác với chất béo tác dụng nhiệt độ khối tinh bột tăng thể tích lên lớn trở nên rỗng xốp Bản chất trình do: Chất béo khơng có cực, có khả xuyên thấm qua vật liệu gluxit tinh bột, xenlulozơ Khi tăng nhiệt độ tương tác kỵ nước giứa phần tử phát triển mạnh nên chúng có khuynh hướng co tụ lại với nhau, mà chúng có khả xuyên qua “cửa ải” tinh bột Đồng thời nhiệt độ làm cho tinh bột hồ hóa chín, khơng khí khí khối bột không thấm qua lớp màng tinh bột tẩm béo làm tinh bột giãn nở phồng nở Giống hợp chất cao phân tử khác tinh bột có khả tạo màng tốt Để tạo màng phân tử tinh bột dàn phẳng ra, xếp lại tương tác trực tiếp với liên kết hidro gián tiếp qua phân tử nước Màng tinh bột thu từ dung dịch phân tán nước, sau hồ hóa sơ rót thành lớp mỏng bề mặt phẳng kim loại gia nhiệt Màng tinh bột thu từ SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC phương pháp thường dễ trương nước Ngoài thu màng tinh bột từ dung dịch tinh bột hịa tan kiềm sau tái sinh lại Để thu màng tinh bột có tính đàn hồi cao người ta cho thêm vào chất hóa dẻo để làm chúng tăng khoảng cách phân tử, làm giảm lực Vanderwalls, làm yếu lực cố kết nội làm tăng động phân tử 1.1.4.6 Tính nhớt dẻo hồ tinh bột Một tính chất quan trọng tinh bột có ảnh hưởng đến chất lượng kết cấu nhiều sản phẩm thực phẩm độ nhớt độ dẻo Phân tử tinh bột có chứa nhiều nhóm hidroxyl có khả liên kết với làm cho chúng tập hợp lại thành phân tử có kích thước lớn hơn, giữ nhiều phân tử nước khiến cho dung dịch có độ đậm đặc, độ nhớt dẻo độ nhớt cao hơn, phân tử di chuyển khó khăn Tính chất thể mạnh mẽ tinh bột loại nếp (tinh bột giàu amilopectin) Yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt dung dịch tinh bột đường kính biểu kiến phân tử hạt phân tán Đường kính phụ thuộc vào yếu tố sau: - Đặc tính bên phân tử khối lượng, kích thước, thể tích, cấu trúc bất đối xứng phân tử - Tương tác tinh bột với dung môi (nước) gây ảnh hưởng đến trương, tan cầu hyđrat hóa bao quanh phân tử - Tương tác phân tử tinh bột với định kích thước tập hợp Nồng độ tinh bột, pH, nhiệt độ, ion Ca2+, tác nhân oxy hóa, thuốc thử phá hủy cầu hyđro làm cho tương tác phân tử tinh bột thay đổi dó làm cho độ nhớt thay đổi theo Độ nhớt tinh bột tăng lên môi trường kiềm kiềm gây ion hóa phân tử tinh bột khiến cho chúng hyđrat hóa tốt Nồng độ muối, nồng độ đường ảnh hưởng lớn đến độ nhớt tinh bột Các axit béo thường làm tăng độ nhớt tăng không tinh bột khác Đa số chất hoạt động bề mặt thường làm tăng nhiệt độ để hồ có nhớt cực đại Trong thực phẩm người ta thường dùng chất hoạt động bề mặt để làm chất nhũ hóa chất tạo bọt Nhìn chung chất hoạt động bề mặt dùng cho sản phẩm thực phẩm tạo phức với amilozơ 1.1.4.7 Tính chất lưu biến tinh bột SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 10 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Ta thấy có khác biệt rõ ràng sản phẩm tinh bột sản phẩm ghép có nhánh tạo nhiều, cịn vật liệu giữ ẩm có cầu nối, nối mạch lớn với Hình 3.3 Phổ hồng ngoại vật liệu giữ ẩm Trên phổ hồng ngoại vật liệu giữ ẩm có đỉnh hấp thụ: 3444,38; 1733,79; 1456,7; 1050,6; 823,95; 576,18 cm-1 Figure: Experiment:Chat giu am Crucible:PT 100 µl Atmosphere:Air 17/08/2010 Procedure: 30 > 800C (10 C.min-1) (Zone 2) Labsys TG Mass (mg): 18.81 TG/% HeatFlow/µV Exo 80 dTG/% /min 40 -10 60 Peak :302.37 °C 20 40 -20 20 -30 -20 -20 Mass variation: -88.52 % -40 -40 -40 -60 -50 -60 -80 100 200 300 400 500 600 700 Furnace temperature /°C Hình 3.4 Phân tích nhiệt vi sai vật liệu giữ ẩm Nhìn vào giản đồ phân tích nhiệt vi sai chất giữ ẩm ta thấy nhiệt độ phân hủy chất giữ ẩm thấp (t = 302,37 C), đến sản phẩm ghép (t = 322,18 C) cuối tinh bột (t = 325,27 0C) SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 28 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC 3.2 Nghiên cứu độ trương vật liệu siêu hấp phụ môi trường điều kiện hấp phụ khác 3.2.1 Ảnh hưởng mơi trường đến độ trương Q trình hấp phụ tiến hành điều kiện: vật liệu siêu hấp phụ nước: 0,5g; dung dịch: 250ml; nồng độ dung dịch: 0,01M; nhiệt độ: 27 0C; Kết trình bày bảng 3.1 hình 3.1 Bảng 3.1 Ảnh hưởng môi trường đến độ trương Nước cất Dung dịch NaOH Dung dịch HCl Dung dịch NaCl 371.3 186.78 111.84 134.72 Độ trương 400 350 300 250 200 Độ trương 150 100 50 Nước cất Dung dịch NaOH Dung dịch HCl Dung dịch NaCl Hình 3.5 Ảnh hưởng môi trường đến độ trương Từ kết ta thấy khả trương vật liệu siêu hấp phụ nước phụ thuộc nhiều vào môi trường Độ trương vật liệu siêu hấp phụ nước nước cất lớn nhất, môi trường NaOH, NaCl nhỏ môi trường HCl Điều giải thích dung dịch có ion làm cản trở khả hút nước trung tâm hút nước vật liệu siêu hấp phụ nên làm cho độ trương giảm 3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian hấp phụ SVTH: ĐỒN THỊ TRÀ MY 29 LỚP 08SHH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Quá trình hấp phụ tiến hành điều kiện: vật liệu siêu hấp phụ nước: 0,5g; nước 250ml; nhiệt độ phòng; nồng độ dung dịch: 0,01M, thời gian thay đổi từ – 90 phút Kết trình bày bảng 3.2 hình 3.6 Bảng 3.2 Ảnh hưởng thời gian hấp phụ Thời gian Độ trương (g/g) (phút) Nước cất NaOH HCl NaCl 240.35 140.32 67.26 98.92 10 309.6 162.3 86.94 116.07 20 347.25 176.32 99.36 125.52 40 370.49 186.78 111.84 133.18 60 371.58 187.36 112.93 133.74 90 373.89 188.04 112.54 134.02 400 350 300 Độ trương (g/g) Nước cất 250 Độ trương (g/g) NaOH 200 Độ trương (g/g) HCl 150 Độ trương (g/g) NaCl 100 50 0 20 40 60 80 100 Hình 3.6 Ảnh hưởng thời gian hấp phụ Qua bảng 3.2 hình 3.6 ta thấy tốc độ trương vật liệu siêu hấp phụ thay đổi theo thời gian khác Lúc đầu độ trương tăng nhanh sau tăng chậm dần đạt dến giá trị bão hòa Tốc độ trương thời gian 60 phút gần bão hịa với bốn mơi trường nước cất, axit, bazơ muối SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 30 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC 3.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ môi trường Quá trình hấp phụ tiến hành điều kiện: vật liệu siêu hấp phụ: 0,5g; dung dịch: 250ml, nhiệt độ phòng; thời gian khảo sát: 60 phút, nồng độ thay đổi từ 0,01-0,06M Kết trình bày bảng 3.3 hình 3.7 Bảng 3.3 Ảnh hưởng nồng độ môi trường Nồng độ Độ trương (M) NaOH HCl NaCl 0,01 162,3 90,22 122,24 0,02 114,8 54,7 87,3 0,03 90,64 35,98 72,84 0,04 77,14 26,92 63,56 0,05 66,04 19,22 59,32 0,06 65,21 11,42 56,44 180 160 140 120 Độ trương (g/g) NaOH 100 Độ trương (g/g) HCl 80 Độ trương (g/g) NaCl 60 40 20 0 0.02 0.04 0.06 0.08 Hình 3.7 Ảnh hưởng nồng độ mơi trường Dựa vào bảng 3.3 hình 3.7 ta thấy nồng độ môi trường tăng độ trương vật liệu siêu hấp phụ giảm Điều giải thích nồng độ tăng SVTH: ĐỒN THỊ TRÀ MY 31 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC hàm lượng ion dung dịch tăng lên ngăn cản khả hút nước trung tâm hút nước vật liệu siêu hấp phụ nên làm cho độ trương vật liệu siêu hấp phụ giảm 3.2.4 So sánh ảnh hưởng loại muối có cation Na+ Quá trình hấp phụ tiến hành điều kiện: vật liệu siêu hấp phụ: 0,5g; dung dịch: 200ml, nhiệt độ phòng; thời gian: 60 phút, nồng độ dung dịch thay đổi từ 0,01 đến 0,06M Kết trình bày bảng 3.4 hình 3.8 Bảng 3.4 Ảnh hưởng loại muối có cation Na + Nồng độ Độ trương (g/g) (M) NaCl Na2SO4 122.24 106.44 0.02 87.3 88.00 0.03 72.84 69.92 0.04 63.56 65.36 0.05 59.32 62.08 0.06 56.44 58.16 0.01 140 120 100 80 Độ trương (g/g) NaCl 60 Độ trương (g/g) Na2SO4 40 20 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 Hình 3.8 Ảnh hưởng loại muối có cation Na + SVTH: ĐỒN THỊ TRÀ MY 32 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Từ kết ta thấy khả trương vật liệu siêu hấp phụ dung dịch muối có cation Na+ xấp xĩ chứng tỏ khả trương vật liệu không phụ thuộc vào anion 3.2.5 So sánh ảnh hưởng loại muối có anion Cl - Quá trình hấp phụ tiến hành điều kiện: vật liệu siêu hấp phụ: 0,5g; dung dịch: 200ml, nhiệt độ phòng; nồng độ dung dịch thay đổi từ 0,01 đến 0,06M Kết trình bày bảng 3.5 hình 3.9 Bảng 3.5 Ảnh hưởng loại muối có anion Cl Nồng độ Độ trương (g/g) (M) NaCl FeCl 0.01 122.24 58.4 0.02 87.3 14.72 0.03 72.84 13.26 0.04 63.56 10.82 0.05 59.32 8.06 0.06 56.44 4.7 140 120 100 80 Độ trương (g/g) NaCl 60 Độ trương (g/g) FeCl3 40 20 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 Hình 3.9 Ảnh hưởng loại muối có anion Cl SVTH: ĐỒN THỊ TRÀ MY 33 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Từ bảng 3.5 hình 3.9 ta thấy khả trương vật liệu siêu hấp phụ hai dung dịch có anion Cl- thay đổi nhiều chứng tỏ khả trương vật liệu phụ thuộc nhiều vào cation 3.2.6 So sánh ảnh hưởng loại axit Quá trình hấp phụ tiến hành điều kiện: vật liệu siêu hấp phụ: 0,5g; dung dịch: 200ml, nhiệt độ phòng; thời gian khảo sát: 60 phút; nồng độ dung dịch thay đổi từ 0,01 đến 0,06M Kết trình bày bảng 3.6 hình 3.10 Bảng 3.6 Ảnh hưởng loại axit Nồng độ Độ trương (g/g) (M) HCl H2SO4 HNO3 H3PO4 CH3COOH 0.01 90.22 55.22 82.46 100.86 113.14 0.02 54.7 25.08 53.38 61.42 82.48 0.03 35.98 12.62 34.28 42.76 60.42 0.04 26.92 8.32 26.58 34.96 53.98 0.05 21.56 6.6 20.36 31.08 51.32 0.06 16.48 6.18 15.72 25.58 47.85 120 100 80 Độ trương (g/g) HCl Độ trương (g/g) H2SO4 Độ trương (g/g) HNO3 60 Độ trương (g/g) H3PO4 Độ trương (g/g) CH3COOH 40 20 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 Hình 3.10 Ảnh hưởng loại axit SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 34 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Từ kết ta thấy khả trương vật liệu siêu hấp phụ dung dịch axit thay đổi nhiều Khả trương vật liệu lớn axit yếu Điều giải thích là: axit yếu khả phân li ion kém, lượng ion dung dịch nên cản trở khả hút nước trung tâm hút nước vật liệu giảm đi, nên độ trương vật liệu tăng lên 3.2.7 So sánh ảnh hưởng loại bazơ Quá trình hấp phụ tiến hành điều kiện: vật liệu siêu hấp phụ: 0,5g; dung dịch: 200ml, nhiệt độ phòng; nồng độ dung dịch thay đổi từ 0,01 đến 0,06M Kết trình bày bảng 3.7 hình 3.11 Bảng 3.7 Ảnh hưởng loại bazơ Nồng độ Độ trương (g/g) (M) NaOH KOH NH4OH 0.01 162.3 138.45 215.72 0.02 114.8 98.92 177.98 0.03 90.64 76.43 154.7 0.04 77.14 62.91 134.74 0.05 66.04 54.76 123.92 0.06 65.21 52.25 121.18 250 200 Độ trương (g/g) NaOH 150 Độ trương (g/g) KOH Độ trương (g/g) NH4OH 100 50 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 Hình 3.11 Ảnh hưởng loại bazơ SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 35 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Từ kết ta thấy khả trương vật liệu siêu hấp phụ dung dịch bazơ thay đổi nhiều Khả trương vật liệu lớn bazơ yếu Điều giải thích là: bazơ yếu khả phân li ion kém, lượng ion dung dịch nên cản trở khả hút nước trung tâm hút nước vật liệu giảm đi, nên độ trương vật liệu tăng lên 3.2.8 Ảnh hưởng nguồn nước đến độ trương Quá trình hấp phụ tiến hành điều kiện: vật liệu siêu hấp phụ: 0,5g; dung dịch: 250ml, nhiệt độ phòng; thời gian khảo sát: 60 phút Kết trình bày bảng 3.8 hình 3.12 Bảng 3.8 Ảnh hưởng nguồn nước đến độ trương Nước cất Nước máy Nước biển 371.3 166.5 112.7 400 350 300 250 Series1 200 150 100 50 Nước cất Nước máy Nước biển Hình 3.12 Ảnh hưởng nguồn nước đến độ trương Từ kết ta thấy khả trương chất giữ ẩm phụ thuộc nhiều vào nguồn nước Độ trương chất giữ ẩm nước cất lớn nhất, nước máy nhỏ nước biển Điều giải thích là: Trong nước máy có ion kim loại cản trở đến việc hút nước trung tâm hút nước, cịn nước biển có lượng NaCl tăng số điện môi nước độ trương giảm SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 36 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC Hình 3.13 Vật liệu siêu hấp phụ trước sau trương nở 3.3 Nghiên cứu khả giải hấp phụ vật liệu siêu hấp phụ 3.3.1 Giải hấp phụ nước điều kiện phịng thí nghiệm với vật liệu hấp phụ nước dung dịch NaOH, NaCl, HCl nước cất Lấy 20g vật liệu hấp phụ nước dung dịch cho vào cốc có mặt thống nhau, để vật liệu vị trí phịng thí nghiệm Tiến hành cân mẫu sau 24h khối lượng mẫu xem khơng đổi Kết trình bày bảng 3.9 hình 3.14 Bảng 3.9 Khả giải hấp phụ nước điều kiện phịng thí nghiệm Thời gian (giờ) Khối lượng vật liệu (g) NaOH NaCl HCl Nước cất 20 20 20 20 24 16.319 15.873 16.024 16.242 48 13.02 12.311 12.532 12.862 72 9.641 8.797 9.266 9.548 96 6.268 5.248 6.106 6.118 120 2.517 1.707 2.821 2.448 144 0.286 0.136 0.522 0.195 SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 37 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC 25 20 Khối lượng vật liệu (g) NaOH 15 Khối lượng vật liệu (g) NaCl Khối lượng vật liệu (g) HCl 10 Khối lượng vật liệu (g) Nước cất 0 50 100 150 200 Hình 3.14 Khả giải hấp phụ nước điều kiện phịng thí nghiệm Dựa vào bảng 3.9 hình 3.14 ta thấy độ giải hấp phụ nước vật liệu siêu hấp phụ dung dịch gần như Và ứng với 20 g vật liệu hấp phụ nước thời gian để vật liệu giải hấp lượng nước lớn điều kiện phịng thí nghiệm khoảng 144 3.3.2 Giải hấp phụ nước điều kiện trời với vật liệu hấp phụ nước dung dịch NaOH, NaCl, HCl nước cất Lấy 20g vật liệu hấp phụ nước dung dịch cho vào cốc có mặt thống nhau, để vật liệu vị trí ngồi trời Tiến hành cân mẫu sau 24h khối lượng mẫu xem khơng đổi Độ giảm khối lượng mẫu tốc độ giải hấp phụ vật liệu Kết trình bày bảng 3.11 hình 3.15 Bảng 3.10 Khả giải hấp phụ điều kiện trời Thời gian (giờ) Khối lượng vật liệu (g) NaOH NaCl HCl Nước cất 20 20 20 20 24 9.342 9.307 8.847 9.383 48 1.458 1.236 1.367 1.54 72 0.054 0.023 0.041 0.618 SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 38 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC 25 20 Khối lượng vật liệu (g) NaOH 15 Khối lượng vật liệu (g) NaCl Khối lượng vật liệu (g) HCl 10 Khối lượng vật liệu (g) Nước cất 0 20 40 60 80 H ình 3.15 Khả giải hấp phụ điều kiện trời Dựa vào bảng 3.10 hình 3.15 ta thấy độ giải hấp phụ nước vật liệu siêu hấp phụ dung dịch gần như Và ứng với 20 g vật liệu hấp phụ nước thời gian để vật liệu giải hấp lượng nước lớn điều kiện trời khoảng 72 Hình 3.16 Vật liệu siêu hấp phụ trước sau giải hấp phụ Vật liệu sau hấp phụ để ngồi trời có tượng nóng chảy Thời gian để vật liệu nóng chảy vật liệu hấp phụ môi trường nước cất 45 phút, môi trường HCl 52 phút, môi trường NaCl 79 phút Điều giải thích tác dụng nhiệt độ, khả giải hấp phụ vật liệu xảy nhanh tốc độ bay lại chậm nên vật liệu có tượng nóng chảy SVTH: ĐỒN THỊ TRÀ MY 39 LỚP 08SHH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau thời gian nghiên cứu, khóa luận đạt số kết cụ thể sau: Đã nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ mơi trường đến q trình hấp phụ nước vật liệu siêu hấp phụ nước - Khi nồng độ mơi trường tăng độ trương vật liệu siêu hấp phụ giảm Đã nghiên cứu ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ nước vật liệu siêu hấp phụ nước - Thời gian để q trình hấp phụ đạt bão hịa 60 phút Nghiên cứu khả hấp phụ nước môi trường khác - Khả trương vật liệu siêu hấp phụ nước cất > dung dịch kiềm > dung dịch muối NaCl > dung dịch axit Đã so sánh ảnh hưởng loại muối có cation Na+ anion Cl- Độ trương vật liệu phụ thuộc nhiều vào cation không phụ thuộc vào anion dung dịch So sánh ảnh hưởng loại axit loại bazơ - Độ trương vật liệu tăng axit bazơ yếu Nghiên cứu khả giải hấp phụ nước điều kiện phịng thí nghiệm với vật liệu hấp phụ nước dung dịch NaOH, NaCl, HCl nước cất - Thời gian để vật liệu giải hấp lượng nước lớn điều kiện phịng thí nghiệm khoảng 144 Nghiên cứu khả giải hấp phụ nước điều kiện trời với vật liệu hấp phụ nước dung dịch NaOH, NaCl, HCl nước cất - Thời gian để vật liệu giải hấp lượng nước lớn điều kiện trời khoảng 72 Kiến nghị Tiếp tục nghiên cứu áp dụng có hiệu vật liệu siêu hấp phụ nước để tăng khả giữ nước, giữ chất dinh dưỡng đất nhằn nâng cao suất nơng nghiệp SVTH: ĐỒN THỊ TRÀ MY 40 LỚP 08SHH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Trương Thị Ngọc Anh, Nghiên cứu phản ứng đồng trùng hợp ghép axit acrylic lên tinh bột sắn sử dụng chất khơi mào amonipersaunfat, Luận văn tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm, Đà Nẵng, 2007 [2] Nguyễn Văn Chi, Khảo sát khả giữ ẩm sản phẩm từ tinh bột sắn biến tính đất trồng Đà Nẵng, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm, Đà Nẵng, 2009 [3] Lê Thị Hồng Dương, Khảo sát khả giữ ẩm sản phẩm từ tinh bột biến tính đất cát Đà Nẵng, Đồ án tốt nghiệp, Đại học Sư phạm, Đà nẵng, 2007 [4] Trương Đắc Định, Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng đồng trùng hợp ghép axit acrylic lên tinh bột sắn để tạo vật liệu giữ ẩm, Luận văn Cao học, Đại học Đà Nẵng, 2010 [5] Trần Thị Mỹ Hạnh, Tổng hợp chất giữ ẩm từ tinh bột sắn, Khóa luận tốt nghiệp, Đại học Sư phạm, Đà Nẵng, 2009 [6] Trương Thị Mỹ Hạnh, Nghiên cứu dạng biến hình tinh bột hoa màu ứng dụng công nghiệp thực phẩm, Luận văn Tiến sĩ, Đại học Đà Nẵng, 2003 [7] Đặng Việt Hưng, Nghiên cứu trình đồng trùng hợp ghép lên tinh bột dẫn xuất nó, Đồ án tốt nghiệp, Trung tâm Polyme, Đại học bách khoa Hà Nội, 2000 [8] Trần Mạnh Lục, Nghiên cứu phản ứng đồng trùng hợp ghép axit a crylic dẫn xuất lên sợi xenlulozơ, Đại học Đà Nẵng, 2005 [9] Nguyễn Thị Phong, Nghiên cứu phản ứng đồng trùng hợp ghép acryamit lên tinh bột sắn sử dụng chất khơi mào amonipersanfat, Luận văn tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm, Đà Nẵng, 2007 [10] Hoàng Thị Lệ Thủy, Nghiên cứu phản ứng đồng trùng hợp ghép acryamit lên tinh bột sắn sử dung chất khơi mào Fe 2+/H2 O2, Đồ án tốt nghiệp, Đại học Sư Phạm, Đà Nẵng, 2008 SVTH: ĐỒN THỊ TRÀ MY 41 LỚP 08SHH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS TRẦN MẠNH LỤC [11] Lê Ngọc Tú (chủ biên), Bùi Đức Hợi, Lưu Duẩn, Ngô Hữu Hợp, Đặng Thị Thu, Nguyễn Trọng Cẩn, Biến hình sinh học sản phẩm từ hạt, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2000 [12] Lê Ngọc Tú, Hóa học thực phẩm, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2000 [13] http://rausach.com.vn/forum_posts.asp?TID=580 SVTH: ĐOÀN THỊ TRÀ MY 42 LỚP 08SHH ... dung nghiên cứu 3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ nước vật liệu siêu hấp phụ 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng môi trường đến khả hấp phụ nước vật liệu siêu hấp phụ nước 3.3 Nghiên cứu khả. .. 2.2.2 Nghiên cứu khả giải hấp phụ vật liệu siêu hấp phụ 2.2.2.1 Khả giải hấp phụ nước điều kiện phòng thí nghiệm với vật liệu hấp phụ nước dung dịch NaOH, NaCl, HCl nước cất Lấy 20g vật liệu hấp phụ. .. LỤC Hình 3.13 Vật liệu siêu hấp phụ trước sau trương nở 3.3 Nghiên cứu khả giải hấp phụ vật liệu siêu hấp phụ 3.3.1 Giải hấp phụ nước điều kiện phòng thí nghiệm với vật liệu hấp phụ nước dung dịch