Tổng hợp và bước đầu nghiên cứu tính chất của vật liệu hấp thụ dầu từ bã mía

Khoá luận tốt nghiệp Đại học Lời cảm ơn Để hoàn thành khóa luận em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Lê Đức Giang đà hết lòng h-ớng dẫn, bảo truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu cho em suốt trình hoàn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Hoàng Văn Lựu, ThS Nguyễn Thị Chung - Bộ môn Hóa hữu cơ, khoa Hóa tr-ờng Đại học Vinh đà đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho khóa luận Em xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Hóa học, Ban giám hiệu tr-ờng Đại học Vinh, thầy cô giáo khoa Hóa học đà hết lòng giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành khóa luận Tuy nhiên đề tài nhiều khuyết điểm thiếu sót nên mong quý thầy cô bạn góp ý để em học hỏi kinh nghiệm, từ tích lũy đ-ợc kinh nghiệm quý báu cho công tác nghiên cứu sau nµy cịng nh- thùc hiƯn khãa ln nµy tèt Cuối cùng, em xin cảm ơn lòng biết ơn sâu sắc tới cha mẹ, anh chị em bạn bè đà động viên, giúp đỡ tạo điều kiện cho em hoàn thành khóa luận Sinh viên: Nguyễn Thị Thu Hoài GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp Đại học Tr-ờng Đại học Vinh Khoa hóa học ******************** Nguyễn thị thu hoài Tổng hợp b-ớc đầu nghiên cứu tính chÊt Cđa vËt liƯu hÊp thơ dÇu tõ b· mÝa Khóa luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: hóa hữu Vinh, 2011 GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp Đại học MụC LụC Trang phụ bìa Lời cảm ơn Mục lục Danh mục kí hiệu chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình Mở đầu Ch-¬ng 1: tỉng quan 1.1.Tràn dầu biện pháp xử lý Việt Nam giới 1.1.1 Tràn dầu Việt Nam vµ thÕ giíi 1.1.2 Một số biện pháp khắc phục 1.2 VËt liƯu hÊp thơ dÇu 1.2.1 Phân loại vật liƯu hÊp thơ dÇu 1.2.2.Yêu cầu kỹ thuật loại vật liệu hấp thụ dầu 11 1.2.3 Cơ sở khoa học chế làm viƯc cđa vËt liƯu hÊp thơ dÇu 12 1.3 Vật liệu hấp thụ dầu sở xenlulozơ 13 1.3.1.Sỵi thùc vËt thành phần hoá học sợi thực vật 14 1.3.2.Cấu tạo phân tử tính chất hoá học xenlulozơ 15 1.4 Giíi thiƯu mét sè vËt liƯu hÊp thơ dÇu ®ang ®-ỵc sư dơng 24 1.4.1 Corbol 24 1.4.2 Enretech cellusorb 25 Ch-ơng 2: PHƯƠNG PHáP NGHIÊN CứU Và THựC NGHIệM 28 2.1 Dụng vµ hãa chÊt 28 2.1.1.Nguyên liệu hóa chất 28 2.1.2 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm 28 2.2 ThÝ nghiệm điều chế dẫn xuất xenlulozơ axetat 28 2.2.1 Xử lí nguyên liệu thô (bà mÝa) 28 GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp Đại học 2.2.2 Phản ứng axetyl hoá xenlulzơ từ bà mía phế thải với anhydrit axetic xúc tác axit sunfuric 29 2.3 Ph-ơng pháp khảo sát cấu trúc xenlulozơ axetat 29 2.4 Ph-ơng pháp xác định độ axetyl hoá (DAc) 29 2.5 Xác định khả hút n-ớc dẫn xuất xenlulozơ axetat 30 2.6 Xác định khả hấp thụ dÇu cđa vËt liƯu hÊp thơ dÇu 30 Ch-ơng 3: kết nghiên cứu thảo luận 32 3.1 Kết khảo sát cấutrúc xenlulozơ axetat phổ hồng ngoại 32 3.2 Kết khảo sát hình thái học vật liệu 34 3.3 KÕt qu¶ xác định độ axetyl hóa xenlulozơ axetat 35 3.4 Kết khảo sát số tính chÊt cđa xenlulozoaxetat 36 3.4.1 Kh¶o sát khả hút n-ớc 36 3.4.2 Khảo sát khả hấp thơ dÇu 37 KÕt luËn 39 Tµi liƯu tham khảo GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp Đại học DANH MụC CáC Kí HIệU Và CHữ VIếT TắT AGU: Anhydro--D glucopyranozơ DAc : Mc axetyl hoá DMAc : N,N-dimetyl a xê-tamit DMAP: 4-dimetylamino pyridin DMSO: Dimetylsulfoxit DMF: Dimetylformamit DS: Degree of substitution NBS : N-bromosuccinimide PCB: polyclorua biphenyl PE: polyetylen PP: polypropylen PU: polyuretan GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp Đại học DANH MụC CáC BảNG Bảng Nội dung Trang 1.1 Thành phần hóa học số loại sợi thực vật 15 2.1 Các loại dầu sử dụng thí nghiÖm 31 3.1 Mét số dải hấp thụ đặc tr-ng cho dao động cđa mét sè nhãm chøc chÝnh cđa xenluloz¬ axetat 33 3.2 Kết xác đinh mức độ axetyl hoá xenlulozơ axetat 35 3.3 Kết xác định khả hút n-ớc sản phẩm 37 3.4 Kết thí nghiệm với dầu diesel 38 3.5 KÕt thí nghiệm với dầu HD40 38 DANH MụC CáC HìNH Hình Nội dung Trang 1.1 Cấu trúc phân tử xenlulozơ 16 1.2 CÊu tróc ph©n tö ligin 16 1.3 CÊu tróc ph©n tư pectin 16 1.4 Liªn kÕt hydro ngoai mạch xenlulozơ 17 1.5 Liên kết hydro lớp xenlulozơ 18 3.1 Phổ hồng ngoại xenlulozơ axetat 33 3.2 ¶nh SEM xenlulozơ bà mía tr-ớc phản ứng 34 3.3 ảnh SEM xenlulozơ axetat 35 GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp Đại học Mở ĐầU Ô nhiễm môi tr-ờng thách thức to lớn có ảnh h-ởng nghiêm trọng đến phát triển đất n-ớc Chính vậy, Bộ Giáo dục Đào tạo đà thực đề án đ-a nội dung đề bảo vệ môi tr-ờng vào hệ thống giáo dục quốc dân nhằm mục đích đóng góp vào việc giảm thiểu ô nhiễm môi tr-ờng sở hiểu biết bản, có tác dụng lan tỏa xà hội để từ tạo đ-ợc ý thức hành động th-ờng xuyên, nhằm bảo vệ môi tr-ờng cách bền vững Thời gian qua, tràn dầu đà trở thành cố môi tr-ờng xảy giới nh- Việt Nam Việc xử lý, khắc phục nhthủ tục bồi th-ờng cho công tác gặp không khó khăn, đòi hỏi phối hợp tốt quan bảo vệ pháp luật quan quản lý nhà n-ớc nhằm khắc phục xử lý cách nhanh chóng, kịp thời nhiều n-ớc giới nh- Việt Nam, biện pháp th-ờng đ-ợc áp dụng để khắc phục cố tràn dầu là: học, sinh học hoá học Đối với biện pháp học, thực quây gom, dồn dầu vào vị trí định để tránh dầu lan diện rộng Sử dụng phao ngăn dầu để quây khu vực dầu tràn, hạn chế ô nhiễm lan rộng để thu gom xử lý Sau dầu đ-ợc quây lại dùng máy hớt váng dầu hút dầu lên kho chứa Ưu điểm biện pháp ngăn chặn, khống chế thu gom nhanh chóng l-ợng dầu tràn tr-ờng Ngoài ra, áp dụng biện pháp hoá học có làm học dầu tràn thời gian dài Cụ thể, sử dụng chất phân tán; chất phá nhũ t-ơng dầu - n-ớc; chất keo tụ hấp thụ dầu để xử lý Với biện pháp sinh học dùng vi sinh vật phân giải dầu nh- vi khuẩn, nấm mốc, nấm men Tuy nhiên, xảy cố tràn dầu biện pháp học đ-ợc xem tiên cho công tác ứng phó cố tràn dầu sông, cảng biển Trong giai đoạn nay, xuất phát từ vấn đề nh-: bảo vệ môi tr-ờng, yêu cầu sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên để hạn chế hậu dầu tràn đến môi tr-ờng thời gian dài, có nhiều ph-ơng pháp khác GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp Đại học đà đ-ợc nghiên cứu áp dụng để thu gom dầu tràn khỏi môi tr-ờng n-ớc Một ph-ơng pháp đ-ợc nhiều ng-ời quan tâm tận dụng phụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp làm vật liệu hấp thụ dầu Ph-ơng pháp có -u điểm sử dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có không đ-a thêm vào môi tr-ờng tác nhân độc hại khác Một nguồn phụ phẩm công nghiệp có khối l-ợng lớn n-ớc ta bà mía Bà mía với thành phần xenlulozơ hemixenlulozơ thích hợp cho việc nghiên cứu biến đổi tạo vật liệu hấp thụ để hấp thụ dầu Chính lẽ mà đà chọn đề tài khóa luận là: Tổng hợp b-ớc đầu nghiên cứu tính chất vật liệu hấp thụ dầu từ bà mía Mục đích nhiệm vụ khoá luận - Điều chế vật liệu hấp thụ dầu từ bà mía phản ứng axetyl hoá xenlulozơ từ bà mía phế thải với anhyđrit axetic xúc tác axit sunfuric đặc - Khảo sát cấu trúc xenlulozơ axetat phổ hồng ngoại hình thái học vËt liƯu b»ng kÝnh hiĨn vi ®iƯn tư qt (SEM) - Xác định độ axetyl hoá cấu trúc xenlulozơ axetat - Khảo sát khả hấp thụ dầu hút n-ớc vật liệu GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp Đại học Ch-ơng 1: TổNG QUAN 1.2.Tràn dầu biện pháp xử lý Việt Nam giới 1.1.1 Tràn dầu Việt Nam giới Sự cố tràn dầu mối hiểm họa tiềm tàng quốc gia ven biển Tại nhiỊu vïng biĨn cđa nhiỊu qc gia cã biĨn, hiƯn t-ợng thủy triều đen diễn phổ biến Có nhiều nguyên nhân gây tình trạng nh- va chạm, tai nạn ph-ơng tiện vận tải thủy (đặc biệt tàu chở dầu), cố giàn khoan, cố phun dầu biến động địa chất, đổ trộm dầu thải biển Thời gian gần đây, l-ợng ph-ơng tiện đ-ờng thủy nội địa ngày tăng vận tải đ-ờng thủy nội địa ngày trở nên quan trọng, chiếm tỷ trọng cao ngành vận tải số l-ợng tai nạn đ-ờng thủy nh- cố tràn dầu lớn, nghiêm trọng ®ang ngµy cµng trë thµnh vÊn ®Ị nhøc nhèi HiƯn t-ợng rò rỉ hay tràn xăng dầu sông ảnh h-ởng lớn đến hệ sinh thái n-ớc, đến sống ng-ời dân sống hai bên bờ sông Các cố tràn dầu th-ờng để lại hậu nghiêm trọng làm ô nhiễm môi tr-ờng, ảnh h-ởng đến môi tr-ờng sinh thái, tài nguyên thủy sinh, tài nguyên n-ớc, tài nguyên đất khu vực rộng, gây thiệt hại đến hoạt động kinh tế, đặc biệt hoạt động có liên quan đến khai thác sử dụng dạng tài nguyên thủy sản Thông th-ờng, tàu thuyền cập cảng để bốc xếp hàng hoá lên bờ xong vệ sinh tàu để chuẩn bị cho đợt hàng Công việc th-ờng phát sinh nhiều chất thải dạng dầu cặn Tùy theo tải trọng tình trạng kỹ thuật tàu mà l-ợng dầu cặn phát sinh nhiều hay Việt Nam: Thời gian qua, tràn dầu đà trở thành cố môi tr-ờng xảy Việt Nam ViƯc xư lý, kh¾c phơc cịng nh- thđ tơc bồi th-ờng cho công tác gặp không khó khăn, đòi hỏi phối hợp tốt quan bảo vệ pháp luật quan quản lý nhà n-ớc nhằm khắc phục xử lý cách nhanh chóng, kịp thời GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp Đại học Ngày 24/8/2006, tàu La Palmas (quốc tịch n-ớc ngoài) có trọng tải 31.000 tấn, chuyên chở 23.000 dầu DO lúc cập cảng Sài Gòn đà va vào cầu cảng làm tràn 1500 dầu môi tr-ờng Ngoài ra, có 150 xăng tràn từ hệ thống ống dẫn cầu cảng Dù đà ứng phã sù cè kÞp thêi, nh-ng chØ sau giê, váng dầu đà lan rộng cách khu vực xảy cố 40- 50km theo phía hạ l-u sông Sài Gòn Tiếp đó, thủy triều lên, váng dầu bị đẩy ng-ợc lên th-ợng l-u cách nơi xảy cố 4-5km Sau 15 ngày, diện tích bị ảnh h-ởng tràn dầu 60.000 bao trùm khu vực lớn dọc theo sông Sài Gòn, diện tích bị ô nhiễm nặng 40.000 Tiếp đó, tháng 6/2009, tàu Nhật Thuần đà chìm sâu xuống biển Vũng Tàu sau bùng cháy khoảng liền Theo Sở Tài nguyên Môi tr-ờng tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, thời điểm xảy tai nạn, tàu Nhật Thuần có chứa khoảng 1.795m3 dầu cặn chất thải lẫn dầu Ngày 23/6/2010, sà lan Huỳnh Nhi 01, số đăng ký BL- 0304, tải trọng 250 bất ngờ bị chìm vắt ngang khu vực d-ới cầu Tôn Đức Thắng (cầu Bạc Liêu 2) thuộc ph-ờng 1, thị xà Bạc Liêu, tỉnh Bạc Liêu sà lan cố v-ợt cạn sông kinh xáng Bạc Liêu - Cà Mau để vào bến bốc xếp, v-ớng phải vật cản d-ới lòng sông nên bị chìm Dầu dự trữ sà lan đà tràn chảy theo dòng n-ớc, gây ô nhiễm nguồn n-ớc nuôi trồng thủy sản địa ph-ơng Ngày 27/4/2010 từ cửa sông biển, đến vị trí neo A12 (thc vïng biĨn Sao Mai, ph-êng 5, thµnh Vũng Tàu, cách đất liền km), tàu Biển Đông 50, Công ty Hải sản Tr-ờng Sa chở dầu đà bất ngờ bị chìm vùng biển Vũng Tàu Khi gặp nạn, tàu Biển Đông 50 chở theo 370 dầu DO chục thùng phi nhớt Ngay sau bị chìm, dầu đà loang mặt biển phi nhớt lềnh bềnh Chỉ sau khoảng vài đồng hồ, dầu đà loang rộng biển thành vệt dài Xung quanh vị trí tàu chìm có mùi dầu bốc lên Trên ví dụ gần cố tràn dầu số vụ tràn dầu lớn xảy n-ớc ta Theo thống kê Sở Tài nguyên Môi tr-ờng TP.HCM, bình quân năm sông Sài Gòn xảy vụ tràn dầu GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp Đại học n-ớc cất, khuấy học điều chỉnh pH axit HCl cho pH nằm khoảng 4,5 Bà mía thô đ-ợc lọc đun hồi l-u 5h với hỗn hợp etanol axit HNO3 đậm đặc (tỉ lệ thể tích 1/1) Sau bà mía thô đ-ợc loại bỏ ligin, hemixenlulozơ,các hợp chất phenol, pectin, đ-ợc rửa lần l-ợt với n-ớc cất, với cồn tuyệt đối sấy khô tủ chân không 50 600C đến trọng l-ợng không đổi 2.2.2 Phản ứng axetyl hoá xenlulzơ từ bà mía phế thải với anhydrit axetic xúc tác axit sunfuric Cho 10g bà mía thô đà đ-ợc loại bỏ ligin, hemixenlulozơ, hợp chất phenol, pectin phần vào bình thuỷ tinh cổ dung tích 500ml đ-ợc lắp sinh hàn hồi l-u, máy khuấy từ, nhiệt kế thuỷ ngân 2000C Cho 250ml anhydrit axetic l-ợng xúc tác H2SO4 cần thiết vào Nhiệt độ phản ứng 800C Sau thời gian phản ứng thích hợp để nguội bình phản ứng xuống nhiệt độ phòng Hỗn hợp sau phản ứng đ-ợc lọc để loại xenlulozơ từ bà mía thô ch-a phản ứng sau đ-ợc kết tủa metanol Sản phẩm kết tủa dẫn xuất axetat xenlulozơ thô đ-ợc làm ph-ơng pháp đun nóng với etanol để loại bỏ xúc tác anhydrit axetic d-, sau lọc rửa nhiều lần n-ớc cất Sau cùng, sản phẩm xenlulozơ axetat đ-ợc sấy tủ sấy chân không 50 600C đến khối l-ợng không đổi 2.3 Ph-ơng pháp khảo sát cấu trúc hình thái học xenlulozơ axetat - Cấu trúc xenlulozơ axetat đ-ợc khảo sát phổ hồng ngoại Mẫu đ-ợc nghiền nhỏ, ép viên tạo màng KBr chụp máy Nexus 670Nicolet Viện kỹ thuật nhiệt đới, Viện khoa học công nghệ Việt Nam - Hình thái học (morphology) xenlulozơ từ bà mía tr-ớc phản ứng xenlulozơ axetat đ-ợc khảo sát kính hiển vi điện tử quét (SEM) Các mẫu đ-ợc chụp máy JEOL 5300 Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện khoa học công nghệ Việt Nam 2.4 Ph-ơng pháp xác định độ axetyl hoá (DAc) Độ axetyl hoá xenlulozơ axetat đ-ợc xác định ph-ơng pháp chuẩn độ hoá học Cân khối l-ợng xác định mẫu dẫn xuất xenlulozơ GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp Đại học axetat hoà tan 10ml DMSO 750C vòng 20 phút Sau để nguội mẫu nhiệt độ phòng, cho 5-6 giọt chất thị màu phenolphtalein vào Dung dịch đ-ợc chuẩn độ với dung dịch NaOH 0,01M đến xuất màu hồng nhạt DAc đ-ợc tính theo công thức sau: 162 x n COOH DAc = m - 100 x n COOH : -162 trọng l-ợng phân tử AGU; - n COOH khối l-ợng COOH t-ơng ứng với thể tích mol NaOH ®· sư dơng ®Ĩ chn ®é; - m lµ träng l-ợng mẫu phân tích (g) 2.5 Xác định khả hút n-ớc dẫn xuất xenlulozơ axetat Tr-ớc tiến hành thí nghiệm, mẫu dẫn xuất xenlulozơ axetat đ-ợc sấy khô tủ hút chân không 50-600C đến trọng l-ợng không đổi Cho vào bình tam giác có nút nhám dung tích 100ml khoảng 500 mg dẫn xuất xenlulozơ axetat với 50ml n-ớc cất khuấy máy khuấy từ nhiệt độ phòng 24h Sau mẫu đ-ợc cân xác định % hút n-ớc (X) theo c«ng thøc sau: (b-a) 100 X (%) = a Trong ®ã: (a) khối l-ợng (mg) mẫu xenlulozơ axetat khô ban đầu; (b) khối l-ợng (mg) mẫu xenlulozơ axetat sau 24h ngâm n-ớc cất 2.6 Xác định khả hấp thụ dầu vật liệu hấp thụ dầu Khả hấp thụ dầu vật liệu hấp thụ dầu th-ờng đ-ợc tính theo khối l-ợng dầu (g) khối l-ợng vật liệu hấp thụ dầu (g) đ-ợc xác định theo Quy trình tiêu chuẩn Hiệp hội Thư nghiƯm vµ VËt liƯu Mü (The American Society for Testing and Materials-ASTM), gồm b-ớc sau: - Cân vật liệu hấp thụ dầu cân phân tích (chính xác đến 0,001g); - Cho vật liệu hấp thụ dầu vào bình chứa dầu; GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp Đại học - Sau ng©m mét (01) phót, vít vËt liệu đà hấp thụ dầu để l-ới 30 giây cân vật liệu đà hấp thụ dầu; - Đối với loại vật liệu hút dầu, làm lần thí nghiệm lấy giá trị trung bình Khả hút thấm bề mặt (sorption) (S) đ-ợc xác định công thức [31]: St So S = So Trong đó: So khối l-ợng chất hấp thụ khô; St tổng khối l-ợng ( khối l-ợng chất hấp thụ khô+ khối l-ợng chất bị hấp thụ) Khối l-ợng dầu đ-ợc vật liệu hấp thụ dầu hút thời gian ngâm phút đ-ợc coi tiêu chuẩn để đánh giá khả hấp thụ dầu loại vật liệu hấp thụ dầu [32] Trong thí nghiệm thử khả hấp thụ dầu vật liệu hấp thụ dầu, đà sử dụng 02 loại dầu đại diện: Dầu diesel: đại diện cho loại dầu có độ nhớt thấp nh- dầu thô nhẹ, dầu kerosene dầu gasoline; Dầu HD40: đại diện cho loại dầu có độ nhớt cao nh- loại dầu bôi trơn Hai loại dầu lựa chọn có nhiều -u điểm thuận tiện cho nghiên cứu chúng đại diện cho hầu hết loại dầu mà chúng có độ bay thấp làm cho sai số thí nghiệm nhỏ Bảng 2.1 : Một số đặc tính kỹ thuật loại dầu thí nghiệm Tỷ trọng (g.cm-3) Độ nhớt (mNsm-2) 210C 210C TT Loại dầu Diesel 0,83 5,00 HD40 0,89 121,00 GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp Đại học Ch-ơng kết nghiên cứu thảo luận Khả hấp thụ dầu sản phẩm xenlulozơ axetat phụ thuộc vào độ axetyl hoá cấu trúc xenlulozơ axetat Do đó, phạm vi khoá luận này, đà tổng hợp xenlulozơ axetat từ bà mía phế thải với anhiđrit axetic xúc tác axit sunfuric; b-ớc đầu khảo sát cấu trúc sản phẩm, xác định độ axetyl hoá, khả hấp thụ dầu hấp thụ n-ớc vật liệu tổng hợp đ-ợc 3.1 Kết khảo sát cấu trúc xenlulozơ axetat phổ hồng ngoại Từ bảng 3.1 phổ hồng ngoại FTIR xenlulozơ axetat phản ứng (hình 3.1) ta thấy có tất dải hấp thụ quan trọng đặc tr-ng cho xenlulozơ ban đầu nh- 3400-3500, 2844, 2723, 1664, 1447, 1373, 1085, 835 (cm-1) Vïng hấp thụ 3300-3500 đặc tr-ng cho dao động hoá trị nhóm hydroxyl (OH) Điều cho thấy phân tử xelulozơ axetat nhóm OH ch-a bị axetyl hoá Đỉnh hấp thụ 2844, 2723 cm-1 đặc tr-ng cho dao động hoá trị liên kết C-H nhóm metylen (CH2) metin (CH) Đỉnh 1662 cm-1 liên quan đến dao động n-ớc bị xenlulozơ hấp thụ Đỉnh hấp thụ 1447 cm-1 liên quan đến dao động hoá trị liên kết -CO-C- liên kết glycosit -(14) đỉnh hấp thụ 836 cm-1 t-ơng ứng với dao động bất đối xứng C1-H liên kết glycosit -(14) Đặc biệt, xuất đỉnh hấp thụ với c-ờng độ mạnh 1731cm-1 đặc tr-ng cho dao động hoá trị liên kết C=O nhóm este đà chứng minh rằng, phản ứng nhóm hydroxyl (OH) phân tử xenlulozơ với anhydrit axetic đà xảy dẫn đến tạo thành liên kết este phân tử xenlulozơ axetat GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp Đại học Hình 3.1: Phổ hồng ngoại xenlulozơ axetat Bảng 3.1: Một số dải hấp thụ đặc tr-ng cho dao động số nhóm chức xenlulozơ axetat Dao ®éng cđa nhãm chøc Sè sãng  (cm-1) 3300-3500 Nhóm OH vòng AGU 3040 vßng AGU 2844  (CH2) 2723  (CH) nhãm metin 1731 (C=O) este (dẫn xuất a-xê-tat xenlulozơ) 1664  ( H2O) bÞ hÊp thơ 1598 (C-O-C) kÕt glycosit -(14) 1373 (CH2); (OH) 1085  (C-O-) 835 (C1-H) kết glycosit-(14) Ghi chú: : dao động hoá trị; : dao động biến dạng GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp Đại học 3.2 Kết khảo sát hình thái học vật liệu Để so sánh thay đổi hình thái học (morphology) xenlulozơ bà mía tr-ớc phản ứng xenlulozơ axetat đà sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) Trong ảnh SEM xenlulozơ bà mía tr-ớc phản ứng (Hình 3.2), xenlulozơ bà mía tr-ớc phản ứng có cấu trúc sợi rõ ràng; trong ảnh SEM xenlulozơ axetat (hình 3.3), thay vào hình ảnh sợi hình ảnh cấu trúc lớp xốp Điều cho thÊy cã sù thay ®ỉi vỊ cÊu tróc tinh thĨ vô định hình xenlulozơ sau phản ứng chứng minh phản ứng nhóm hydroxyl (OH) phân tử xenlulozơ với anhydrit axetic đà phá vỡ cầu hydro, làm cho bề mặt thay đổi từ cấu trúc sợi, mịn, thành cấu trúc lớp xốp Cấu trúc lớp xốp nguyên nhân quan trọng đ-ợc thảo luận phần sau liên quan đến khả hấp thụ dầu xenlulozơ axetat Hình 3.2: ảnh SEM xenlulozơ bà mía tr-ớc phản ứng GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp Đại học Hình 3.3: ảnh SEM xenlulozơ axetat 3.3 Kết xác định độ axetyl hóa xenlulozơ axetat Để xác định độ axetyl hoá xenlulozơ axetat đà sử dụng ph-ơng pháp chuẩn độ hoá học nh- đà mô tả phần thực nghiệm Kết xác định độ axetyl hoá xenlulozơ axetat đ-ợc trình bày bảng 3.2 Bảng 3.2: Kết xác định mức độ axetyl hoá xenlulozơ axetat KÕt qu¶ m VNaOH(ml) nCOOH DAc 0,2947 3,10 1,395x10-3 1,46 0,1755 2,15 9,675x10-4 1,99 0,3147 4,25 1,935x10-3 2,59 0,2794 3,95 1,7775x10-3 2,83 0,2884 4,10 1,845x10-3 2,88 MÉu Ghi chó: MÉu 1: s¶n phÈm thu đ-ợc sau 1h phản ứng Mẫu 2: sản phẩm thu đ-ợc sau 2h phản ứng Mẫu 3: sản phẩm thu đ-ợc sau 3h phản ứng Mẫu 4: sản phẩm thu đ-ợc sau 4h phản ứng Mẫu 5: sản phẩm thu đ-ợc sau 5h phản ứng GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp Đại học Nhận xét: mức độ axetyl hoá xenlulozơ axetat sản phẩm theo thời gian DAc trung bình tăng dần Trong thời gian đầu mức độ axetyl hoá xảy nhanh nên giá trị DAc tăng nhanh hơn, thời gian sau mức độ axetyl hoá xảy chậm nên giá trị DAc tăng chậm Nh- ta đà biết mắt xích AGU có nhóm hydroxyl (OH) vị trí C2, C3 C6 (hình 1.1) có khả tham gia phản ứng este hoá Xenlulozơ tác dụng với anhiđrit axetic, có H2SO4 làm xúc tác tạo xenlulozơ monoaxetat, xenlulozơ điaxetat xenluloz¬ triaxetat, tïy theo mét hai hay ba nhãm OH đơn vị mắt xích xenlulozơ đà tham gia phản ứng tạo nhóm chức este (-OCOCH3) ộ axetyl hoá xenlulozơ tăng chậm dần nguyên nhân khác nhau: - Nồng độ tác nhân axetyl hoá (anhydrit axetic) giảm dần theo thời gian phản ứng - Độ sạch, % xenlulozơ bà mía thô: tăng thời gian phản ứng % xenlulozơ hỗn hợp giảm xuống nên khả tạo xenlulozơ axetat giảm Chính thế, mà kết DAc ta thu đ-ợc sản phẩm thời gian khác khác DAc đạt cực đại nhóm (OH) vị trí C2, C3 C6 mắt xích AGU đ-ợc nhóm axetyl Trên thực tế, không xảy tr-ờng hợp nhóm OH đ-ợc nhóm axetyl nên giá trị thực nghiệm DAc nhỏ 3.4 Kết khảo sát số tính chất vật liệu 3.4.1 Khảo sát khả hấp thụ n-ớc vật liệu Để khảo sát khả hút n-ớc vật liệu tiến hành với mẫu thí nghiệm sản phẩm phản ứng axetyl hoá xenlulozơ từ bà mía phế thải với anhydrit axetic xúc tác axit sunfuric thu đ-ợc sau thời gian phản ứng 1h, 2h, 3h, 4h, 5h Cách tiến hành thí nghiệm nh- đà mô tả phần thực nghiệm Độ hấp thụ n-ớc vật liệu đ-ợc tính theo công thức: (b-a)100 X (%) = a GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp Đại học Trong đó: (a) khối l-ợng (mg) mẫu xenlulozơ axetat khô ban đầu; (b) khối l-ợng (mg) mẫu xenlulozơ axetat sau 24h ngâm n-ớc cất Kết thí nghiệm thu đ-ợc tổng hợp bảng sau: Bảng 3.3: Kết xác định khả hút n-ớc vật liệu Kết a(g) b(g) X (%) Giá trị DAc 1,46 0,3015 1,2050 299,7 1,99 0,1324 0,5165 290,1 2,59 0,5325 2,0260 280,5 2,83 0,1249 0,4684 275,0 2,88 0,5174 1,9299 273,0 NhËn xÐt: Kh¶ hút n-ớc vật liệu giảm dần DAc nghĩa độ axetyl hoá cao khả hút n-ớc giảm Giải thích: Vật liệu có độ axetyl hoá cao tức số nhóm OH tham gia phản ứng axetyl hoá lớn nên số nhóm OH lại xenlulozơ ch-a tham gia phản ứng axetyl hoá nhỏ nên độ phân cực phân tử thấp làm cho khả hấp thụ n-ớc phân tử giảm dần 3.4.2 Khảo sát khả hấp thụ dầu vật liệu Để khảo sát khả hút dầu vật liệu tiến hành với mẫu thí nghiệm sản phẩm phản ứng axetyl hoá xenlulozơ từ bà mía phế thải với anhydrit axetic xúc tác axit sunfuric thu đ-ợc sau thời gian phản ứng 1h, 2h, 3h, 4h, 5h Cách tiến hành thí nghiệm nh- đà mô tả phần thực nghiệm dầu diesel HD40 (dầu bôi trơn máy) Độ hấp thụ dầu vật liệu đ-ợc tính theo công thức: St – So S = So Trong ®ã: So khối l-ợng chất hấp thụ khô; GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp Đại học St tổng khối l-ợng (khối l-ợng chất hấp thụ khô + khối l-ợng chất bị hấp thụ) Kết thí nghiệm với dầu diesel đ-ợc trình bày bảng sau: Bảng 3.4: Độ hấp thụ dầu diesel vật liệu Kết Khối l-ợng S0 Khèi l-ỵng St (g) (g) 1,46 1,7902 4,5804 1,5586 1,99 0,9797 2,9682 2,2097 2,59 0,8068 2,7721 2,4359 2,83 0,9897 3,4640 2,5001 2,88 0,8286 2,9249 2,5299 Giá trị DAc S Nh- với dầu diesel vật liệu với DAc = 2,88 có khả hấp thụ dầu cao với S = 2.5299 Bảng 3.5: Độ hấp thụ dầu HD40 vật liệu Kết Khối l-ợng S0 Khối l-ợng St (g) (g) 1,46 0,4769 1,4319 2,0025 1,99 0,0896 0,2755 2,0748 2,59 0,2865 0,8882 2,1002 2,83 0,2101 0,6360 2,1223 2,88 0,3875 1,2487 2,2225 Giá trị DAc S Với dầu bôi trơn máy HD40 vật liệu có DAc=2,88 có khả hấp thụ dầu lớn với S = 2,2225 Nhận xét: Khả hấp thụ dầu phụ thuộc vào độ axetyl hoá xenlulozơ axetat, mức độ axetyl hoá cao khả hấp thụ dầu vật liệu cao Các kết cho thấy rằng: vật liệu tổng hợp đ-ợc có khả hấp thụ dầu diesel cao dầu HD40 GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp Đại học Kết luận Đà tổng hợp đ-ợc vật liệu hấp thụ dầu từ bà mía phế thải phản ứng axetyl hoá xenlulozơ với tác nhân phản ứng anhidrit axetic xúc tác axit sunfuric đặc Đà khảo sát cấu trúc sản phẩm phản ứng phổ hồng ngoại khảo sát hình thái học vật liệu kính hiển vi điện tử quét Kết cho thấy có mặt nhóm chức este (OCOCH3) sản phẩm đà có biến đổi bề mặt vật liệu từ cấu trúc sợi, mịn xenlulozơ bà mía thành cấu trúc lớp, xốp xenlulzơ axetat Đà xác định đ-ợc độ axetyl hoá xenlulozơ axetat ph-ơng pháp chuẩn độ hoá học Đà khảo sát khả hấp thụ n-ớc hấp thụ dầu vật liệu Kết cho thấy: khả hấp thụ dầu n-ớc vật liệu phụ thuộc vào độ axetyl hoá xenlulozơ axetat; độ axetyl hoá cao khả hấp thụ dầu cao khả hấp thụ n-ớc giảm GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp Đại học Tài liệu tham khảo Tiếng Việt: [1] Trần Vĩnh Diệu, Bùi Ch-ơng (2010), Nghiên cứu ứng dụng sợi thực vật nguồn nguyên liệu có khả tái tạo để bảo vệ môi tr-ờng, Nhà xuất khoa học tự nhiên công nghệ [2] Đoàn Thị Yến Oanh (2010), Luận án tiến sĩ kĩ thuật Nghiên cứu chế tạo compozit sinh học polime gia c-ờng sợi nứa , Tr-ờng Đại học Bách khoa Hà Nội [3] Nguyễn Hữu Phú, Hoá lý Hoá keo (2003), Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội , tr.185-209 [4] Hồ Sỹ Tráng, Cơ sở hoá học gỗ xenlulozơ (2003), Nhà Xuất Khoa học Kỹ Thuật, Hà Néi, TËp I vµ TËp II TiÕng Anh: [5] A.Biswas, B.C Saha, J W Lawton, R.L Shogren and J.L Willett,(2006), Process for obtaining cellulose acetate from agricultural byproducts, Carbohydrate Polymers Vol64(1), p 134-137 [6] A.P.Beatriz, M N Belgacem and E Frollini, (2006), Mercerized linters cellulose: characterization and acetylation in N,N- dimethylacetamide/lithium chloride, Carbohydrate Polymers, Vol63 (1), p.1929 [7] B Karimi, H.Seradj,(2001), N-bromosuccinimide (NBS), a novel and highly effective catalyst for acetylation of alcohols under mild reaction conditions, Synlett, Vol 4, p.510-519 [8] B Mohebby, A.Talaii, S.K Najafi, (2007), Influence of acetylation on fire resistance of beech plywood, Materials Letters, vol 61, p.359-362 [9] B.A.Ass, E.Frollini , T.Heinze , (2004), Studies on the homogeneous acetylation of cellulose in the novel solvent dimethyl sulfoxide/tetrabutylammonium fluoride trihydrate,Macromol Biosci., 20;4(11),p.1008-13, GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp §¹i häc [10] C.Teas, S Kalligeros, F.Zanikos, S.Stournas, E.Lois and G.Anastopoulos, (2001),Investigation of the effectiveness of absorbent materials in oil spills cleanup, Desalination, Vol 140(3), p 259-264 [11] C.F Liu, R.C.Sun, A.P.Zhang, J.L.Ren, Z.C.Geng,(2006), Structural and thermal characterization of sugarcane bagasse cellulose succinate prepared in ionic liquid, Polym Deg.Stab., 91, p.3040-3047 [12] D Klemm, B Philipp, T Heinze, U Heinze, W.Wagenknecht, (1998), Comprehensive Cellulose Chemistry, Vol 1: Fundamentals and Analytical Methods, Wiley- VCH, Wenheim-New York-Chichester-BrisbaneSingapore-Toronto [13] G.Hofle, Dialkylaminopyridines W as Steglich, highly H.Vorbruggen,(1978), active acylation 4- catalyst, Angew.Chem.Int.Ed.Engl.17, 569-583 [14] G R.Filho, S F Cruz, D.Pasquini, D.A Cerqueira, V.S Prado and R.M.N de Assunỗóo ,(2000), Water flux through cellulose triacetate films produced from heterogeneous acetylation of sugar cane bagasse, Journal of Membrane Science, Vol177(1-2),p.225-231 [15] G.Frisoni, M.Baiardo , M.Scandola , D.Lednicka , M.C.Cnockaert , J.Mergaert , J.Swings , (2001), Natural cellulose fibers: heterogeneous acetylation kinetics and biodegradation behavior, Biomacromolecules.,2(2),p.476-82 [16] G.R.Fiho, S.F da Cruz, D.Pasquini, D.A.Cerqueira, V.de S.Prado, R.M.Nascimento de Assuncao, (2000), Water flux through cellulose triacetate films produced from heterogeneous acetylation of sugar cane bagasse, J.Mem.Sci., vol 177, p 225-231 [17] G.R.Filho, D.A.Cerqueira, R.M.N.Assuncao, H.S.Barud, S.J.L.Ribeiro, J.G.Vieira, C.S.Meireles, Y.Messaddeq, (2006), Characterization of methylcellulose produced from sugar cane bagasse GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp Đại học cellulose: Crystallinity and thermal properties, Polymer Degradation and Stability, 20, p.1-6 [18] H El-Saied, A.H.Basta, B.N.Barsoum, M.M.Elberry,(2003), Cellulose membranes for reverse osmosis, Part 1.RO cellulose acetate membranes including a composite with polypropylene, Desalination, vol 159, p.171-181 [19] J F.Katers, J.Summerfield, Oil Recovery from Absorbent Materials, from Website: http://www.wastecapwi.org/oldsite/CRI.htm, p 1-13 (2003) [20] J.Wu, J Zhang,H Zhang, J.He , Q.Ren , M.Guo, Homogeneous acetylation of cellulose in a new ionic (2004), liquid, Biomacromolecules,5(2),p.266-8 [21] K.A.Connors, K.S.Albert,(1973), Determination of hydroxyl compounds by 4-dimethylaminopyridine-catalyzed acetylation, J Pharm.Sci.Vol 62, p.845-846 [22] K Kamide, K Okajima,(1981),Determination of distribution of Oacetyl group in trihydric alcohol units of cellulose acetate by carbon-13 nuclear magnetic resonance analysis, Polymer Journal, vol 13(2), p.127-133 [23] M.Saito, N.Ishii, S.Ogura, S.Maemura and H.Suzuki,(2003), Development and water tank tests of Sugi Bark sorbent (SBS), Spill Science & Technology Bulletin, Vol 8(5-6), p 475-482 [24] M.Michael, R.N.Ibbett, O.W.Howarth,(2000), Interactions of cellulose with amine oxide solvents, Cellulose, Vol 7, p 21-23 [25] M O.Adebajo, R.L.Frost, (2004), Acetylation of raw cotton for oil spill cleanup application: an FTIR and 13C MAS NMR spectroscopic investigation, Spectrochimica Acta, Part A, vol 60, p.2315-2321 [26] M.O Adebajo, R.L.Frost, J.T Kloprogge, S.Kokot,(2006), Raman spectroscopic investigation of acetylation of raw cotton, Spectrochimica Acta, Part A, vol 64, p 448-453 GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoài Khoá luận tốt nghiệp Đại học [27] N.Teramoto and M.Shibata,(2006), Synthesis and properties of pullulan acetate Thermal properties, biodegradability, and a semi-clear gel formation in organic solvents, Carbohydrate Polymers, Vol 63(4), p 476-481 [28] P Burgherr, In-depth analysis of accidental oil spills from tankers in the context of global spill trends from all sources, (2007), [29] R.M Rowell, F.M Keany,(1991), Fiberboards made from acetylated bagasse fiber, Wood Fiber Sci., Vol 23, p.15-22 [30] S S.Banerjee, M.V.Joshi, R.V.Jayaram,(2006), Treatment of oil spill by sorption technique using fatty acid grafted sawdust, Chemosphere, vol 64, p.1026-1031 [31]T.R Annunciado,T.H.D.Sydenstricker, S.C.Amico, (2005) Experimental investigation of various vegetablle fibres as sorbent materials for oil spills, Marine Pollution Bulletin, vol 50, p 1340-1346 [32] T.Lim, X.Huang,(2007),Evaluation of kapok (Ceiba pentandra(L.) Gaertn.) as a natural hollow hydrophobic-oleophilic fibrous sorbent for oil spill cleanup, Chemosphere, vol 66(5), p.955-963 [33] World Catalogue of Oil Spill Response Products, 1997/1998 [34] W.J Weber, P.M Meginley, L.E Katz,(1991), Sorption phenomena in subsurface systems-concepts, models, and effects on contaminant fate and transport, Water Research, Vol 25(5), p.499-528 [35] X.F.Sun, R.C.Sun, J.X.Sun,(2004), Acetylation of sugarcane bagasse using NBS as a catalyst under mild reaction cobditions for the production of oil sorption-active materials, Bioresource Technology, vol 95, p.343-350 [36] Z-T Liu, X Fan, J.Wu, L Zhang, L.Song, Z.Gao, W Dong, H Xiong, Y.Peng and S Tang, (2007), A green route to prepare cellulose acetate particle from ramie fiber, Reactive and Functional Polymers, Vol 67(2),p.104-112 GVHD: TS Lê Đức Giang SVTH: Nguyễn Thị Thu Hoµi ... hấp thụ dầu loại vật liệu hấp thụ dầu [32] Trong thí nghiệm thử khả hấp thụ dầu vật liệu hấp thụ dầu, đà sử dụng 02 loại dầu đại diện: Dầu diesel: đại diện cho loại dầu có độ nhớt thấp nh- dầu. .. trình hấp thụ, chất bị hấp thụ chuyển dịch từ pha sang pha khác thâm nhập vào chất hấp thụ tới khoảng vài nannomet (nm) Nhvậy, trình hấp thụ dầu loại vật liệu hấp thụ dầu, tr-ớc tiên xảy trình hấp. .. ban đầu; (b) khối l-ợng (mg) mẫu xenlulozơ axetat sau 24h ngâm n-ớc cất 2.6 Xác định khả hấp thụ dầu vật liệu hấp thụ dầu Khả hấp thụ dầu vật liệu hấp thụ dầu th-ờng đ-ợc tính theo khối l-ợng dầu