Hình 3.6. Giản đồ phân tích nhiệt trọng l-ợng
(TGA) của copolyme (acrylic axit – acrylamit = 50/50) (P(AA-AAc))
Tại giản đồ TGA của các mẫu P(AA-AAc) ta thấy trong khoảng 260C là quá trình mất n-ớc và khối l-ợng là 41,48%.
Khoỏ luận tốt nghiệp Khoỏ: 2005 - 2009
Tại 600C là quá trình mất các monome, cacbon đioxit, hydrocacbon, amoniac và khối l-ợng là 91,66%.
3.6. Tƣơng tỏc của copolyme với khoỏng sột
Để làm rõ hơn t-ơng tác giữa P(AA-AAc) và hạt khoáng sét, SEM và nhiễu xạ tia X đã đ-ợc sử dụng. Mẫu đất sét đ-ợc xử lý bằng n-ớc (đối chứng) và dung dịch P(AA-AAc) để kiểm tra bằng SEM. Hàm l-ợng P(AA-AAc) là C2. Kết quả cho trong hình 3.6.
(a) (b)
Khoỏ luận tốt nghiệp Khoỏ: 2005 - 2009
Hình 3.6: ảnh SEM của mẫu đối chứng (a) và mẫu xử
lý P(AA-AAc) (b)
ảnh SEM của mẫu đất xử lý P(AA-AAc) cho thấy lớp phủ bề mặt vi cấu trúc dạng màng dày khoảng 1m trên các hạt sét tạo nên bề mặt ngoài xốp nh- keo. Các mạch đơn của P(AA-AAc) có đ-ờng kính khoảng 0,2m. P(AA-AAc) mạch thẳng tạo đoàn lạp với đất nhờ bẫy và tạo cầu các hạt đất trong khi đất sét không xử lý có kết cấu kém hơn, các hạt không đ-ợc kết nối. Cấu trúc tế vi của đất xử lý P(AA-AAc) tạo thành lớp phủ bảo vệ chống lại sự phân rã và phân tán vào dòng n-ớc.
Ph-ơng pháp nhiễu xạ tia X cũng đ-ợc sử dụng cho 2 mẫu nh- trên. Phổ đ-ợc cho trong hình 3.7.
2
C2 treated
Set- Ca2+
Khoỏ luận tốt nghiệp Khoỏ: 2005 - 2009
Hỡnh 3.7.Nhiễu xạ tia X của mẫu đất sột - Ca2+
và tổ hợp sột - P(AA AAc).
Kết quả cho thấy có một chút khác nhau về khoảng cách lớp giữa mẫu đối chứng và xử lý. Chẳng hạn khoảng cỏch d(001) là 10,78, cũn đối với cỏc mẫu đó xử lý với P(AA-AAc) thỡ cú khỏng cỏch d(001) là 14,39. Điều này chứng tỏ sự t-ơng tác giữa P(AA-AAc) và hạt đất sét. Nó chứng tỏ là ngoài t-ơng tác vật lí còn có cả t-ơng tác hoá học giữa các phân tử P(AA-AAc) và hạt đất sét. Đây có thể là sự xâm nhập của phân tử P(AA-AAc) vào giữa các lớp clay hoặc sự hình thành các cầu hidro giữa P(AA-AAc) và hạt đất sét.
3.7. Nghiờn cứu quỏ trỡnh keo tụ xử lý nƣớc
3.7.1. Ảnh hưởng của hàm lượng copolyme đến quỏ trỡnh keo tụ
Nghiờn cứu sự ảnh hưởng của hàm lượng copolyme đến quỏ trỡnh keo tụ được tiến hành ở điều kiện: pH=7, [KNO3 ]=20 mg/l, thời gian khảo sỏt là 20 phỳt. Kết quả thu được thể hiện trờn bảng 3.7.
Bảng 3.7. ảnh hưởng của hàm lượng copolyme đến quỏ trỡnh keo tụ
Hàm lƣợng
P(AA-AAc)(mg/l) A0 A20 T0(NTU) T20(NTU) %KT
0 0.332 0.294 76 67 11.8
0.25 0.332 0.057 76 13 82.9
0.5 0.332 0.05 76 11 85.5
1 0.332 0.095 76 22 71
Khoỏ luận tốt nghiệp Khoỏ: 2005 - 2009 Trong đú: A0 , A20: cường độ hấp thụ quang tại thời điểm t=0 phỳt, t= 20 phỳt.
T0 , T20 : độ đục tớnh tại thời điểm t= 0 phỳt, t= 20 phỳt.
%KT: phần trăm keo tụ tại thời điểm cõn bằng được tớnh theo
cụng thức(2): % 100 0 20 0 x T T T KT (2)
Qua bảng 3.7 cho thấy hiệu quả keo tụ tốt nhất với hàm lượng P(AA-AAc) = 0.5 mg/l. Khi tăng hàm lượng P(AA-AAc) tăng từ 0.25 – 0.5 mg/l thỡ khả năng keo tụ tăng là do khi tăng hàm lượng P(AA-AAc) thỡ số phõn tử P(AA-AAc) tăng, nờn khả năng keo tụ tăng. Cũn khi hàm lượng P(AA-AAc) từ 0.5- 4 mg/l làm cho độ nhớt của dung dịch tăng dẫn đến khả năng keo tụ giảm.
3.7.2. Ảnh hưởng của pH đến quỏ trỡnh keo tụ
Giữ cố định lượng [KNO3] = 20 mg/l, [P(AA-AAc)] = 0.5mg/l đưa vào, rồi thay đổi cỏc giỏ trị pH thu được kết quả thể hiện ở bảng 3.8, từ đú cho thấy ở điều kiện pH = 6 cho hiệu quả tốt nhất.
Bảng 3.8. ảnh hưởng của pH đến quỏ trỡnh keo tụ.
pH A0 A20 T0(NTU) T20(NTU) %KT
8 0.332 0.065 76 15 80
7 0.332 0.048 76 11 85.9
6 0.332 0.032 76 7 90.8
Khoỏ luận tốt nghiệp Khoỏ: 2005 - 2009
3.7.3. Ảnh hưởng của nồng độ chất điện li đến quỏ trỡnh keo tụ
Điều chỉnh độ pH của mụi trường nước ban đầu pH= 6, [P(AA- AAc)] = 0.5 mg/l, thời gian khảo sỏt t=20 phỳt rồi thay đổi hàm lượng KNO3 thờm vào, kết quả thực nghiệm cho ở bảng 3.9.
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ chất điện li đến quỏ trỡnh keo tụ
[KNO3] (mg/l) A0 A20 T0(NTU) T20(NTU) %KT 20 0.332 0.032 76 7 90.9 40 0.332 0.028 76 6 92.1 60 0.332 0.018 76 4 94.7 80 0.332 0.016 76 3.7 95 100 0.332 0.010 76 23 69.7
Kết quả thu được thấy rằng nồng độ chất điện li tăng dẫn đến làm giảm thế điện động zeta, do cỏc ion này nộn lớp điện kộp. Nhưng nếu vượt qua điểm đẳng điện thỡ hạt keo lại tớch điện trỏi dấu trở lại và thế điện động zeta lại tăng làm cho khả năng keo tụ giảm. Kết quả thu được cho thấy nồng độ chất điện li là 80 mg/l là phự hợp.
Qua nghiờn cứu quỏ trỡnh keo tụ nhận thấyở đõy đó xảy ra quỏ trỡnh tạo cầu húa học giữa polyme tớch điện õm và cỏc hạt lơ lửng tạo thành cỏc khối bụng khiến cho quỏ trỡnh keo tụ diễn ra nhanh hơn.
Cơ chế tạo cầu húa học của P(AA-AAc) được minh họa trong hỡnh 3.8 [1,2].
Khoỏ luận tốt nghiệp Khoỏ: 2005 - 2009
Hỡnh 3.8. Cơ chế tạo cầu hoỏ học của P(AA-AAc)
Tăng nồng độ polyme cũng làm tăng nhanh quỏ trỡnh sa lắng đến giỏ trị cực đại và ổn định trong một khoảng nồng độ polyme nhất định. Nếu dựng dư polyme, hiệu quả sa lắng sa lắng giảm. Điều này là do polyme dư cú thể tỏi ổn định cỏc khối cặn trong nước.
Khối lượng phõn tử của polyme càng cao thỡ quỏ trỡnh sa lắng càng nhanh. Điều này được giải thớch do sự hấp phụ mạnh của polyme lờn bề mặt hạt keo. Chiều dài của mạch polyme càng lớn thỡ số tõm hấp phụ lờn hạt keo càng nhiều, tạo nhiều cầu nối với cỏc hạt, làm tăng vận tốc tạo bụng khiến cho quỏ trỡnh sa lắng càng nhanh [1,2].
Khoỏ luận tốt nghiệp Khoỏ: 2005 - 2009
KẾT LUẬN
1. Các yếu tố ảnh h-ởng đến quá trình đồng trùng hợp axit acrylic và acrylamit nh- thời gian, nhiệt độ phản ứng, hàm l-ợng chất khơi mào, tỷ lệ các monome, pH đã đ-ợc nghiên cứu.
2. Cấu trúc của sản phẩm đ-ợc phân tích bằng ph-ơng pháp vật lý nh-: phân tích phổ hồng ngoại để đánh giá khả năng đồng trùng hợp của các monome.
3. Copolyme của axit acrylic và acrylamit đã đ-ợc chế tạo từ quá trình đồng trùng hợp trong sự có mặt của chất khơi mào amoni pesunfat bằng ph- -ơng pháp đồng trùng hợp trong dung dịch.
4. Từ kết quả thu đ-ợc, rút ra điều kiện tối - -u cho phản ứng đồng trùng hợp là:
- Nhiệt độ phản ứng: 70 oC - Thời gian phản ứng: 120 phút
- Hàm l-ợng chất khơi mào: 1,0% (theo khối l-ợng monome)
5. Đã nghiên cứu t-ơng tác của copolyme thu đ- ợc với khoáng sét, kết quả cho thấy tồn tại t-ơng tác liên kết giữa P(AA-AAc) và khoáng sét.
6. Đã nghiên cứu quá trình keo tụ n-ớc sông Hồng bằng sản phẩm chế tạo đ-ợc.
Khoỏ luận tốt nghiệp Khoỏ: 2005 - 2009
Các kết quả nghiên cứu thu đ-ợc cho thấy khả năng chế tạo và ứng dụng sản phẩm phù hợp và có thể phát triển để nghiên cứu ứng dụng rộng rãi.
Khoỏ luận tốt nghiệp Khoỏ: 2005 - 2009
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT
[1]. Lờ Văn Cỏt (1999), Cơ sở hoỏ học và xử lý nước, Nhà xuất bản Thanh Niờn. Hà Nội.
[2]. Nguyễn Thị Thu Thuỷ (1999), Xử lý nước cấp sinh hoạt và cụng nghiệp. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[3]. Nguyễn Tử Siờm, Thỏi Phiờn (1999), Canh tỏc bền vững trờn đất dốc,
NXB Nụng nghiệp, Hà Nội, 1999.
[4]. Trần Vĩnh Diệu, Trần Quang Hân (1976), Các phản ứng điều chế polyme tổng hợp, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật.
[5]. Tr-ờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội (1982), Hoá học Polyme.
TIẾNG ANH
[6]. Alfrey-Bohrer- Mark. (1952), “Copolymerization of high polymer”, Interscience, vol. 8.
[7]. Baijpai, A. K. and S. K. Baijpai (1996), Indian Journal of Chemical Technology, Vol. 3, 219-223.
[8]. Cabaness W. R., T. Yen-Chin Lin, and C. Parkanyi (1971), Journal of Polymer Science. Part A-1, Vol.9, 2155-2170.
Khoỏ luận tốt nghiệp Khoỏ: 2005 - 2009 formulation on the efficacy of polyacrylamides as soil stabilizers. IN Sojka R. E. and Lentz R. D. (eds) Proceeding: Managing Irrigation- Induced Erosion and Infiltration with Polyacrylamide May 6, 7 and 8, College of Southern Idaho, Twin Falls, ID. University of Idaho Misc. Pub. 101-96, p. 83-87.
[10]. Candau F. and Leong Y.S, (1985), Kinetic study of the polymerization of Acrylamide in inverse Microemusion, 23, 193- 214.
[11]. Dietrich. B., Harald. C., Verner. K. (1971), “Techniquea of polymer syntheses and characterization”, Wily-Interscience, New york.
[12]. Epps A. and Ehsan M., (2002), "Laboratory study of dust palliative effectiveness", J. Mater. Civil. Eng., Vol 14(5), p. 427-435.
[13]. Fantan G. F., Robert C. Burr, C. R. Russell, C. Erist, (1971), J. Appl. Polym. Sci., Vol. 15, 1889-1902.
[14]. Grabiel, C. E. and D. L. Decker, (1962), J. Polymer Sci., 59, 425. [15]. Henley E. J. and R. S. Bell. US Pat. 2,983,717 (1961).
[16]. Henton David E., Cynthia Powell, Robert E. Rein. (1997), J. Appl. Polymer Sci., 64, 519-600.
[17]. Hocking Martin B.; Klimchuk Keith A. ; Lowen Stephen (2002), “Water-soluble acrylamide copolymers”, J. Polym Sci, vol. 84, no11, pp. 2090-2108.
Khoỏ luận tốt nghiệp Khoỏ: 2005 - 2009 [19]. John P.K., Air data Pressure transducer Apparatus, US Patent
3,247,717.
[20]. Kolhoff I. M., I. K. Miller, (1951), J. Am. Chem. Soc. Vol. 73, 3055- 3059.
[21]. Kurenkov V.F., Baiburdov T.A. and Stupen’kova L.L., (1985), in Fiziko-khimicheskie osnovy sinteza in pererabotki polimerow (Physicochemical Foundations of synthesis and Processing of Polymers), Gor’kii: Gor’k. Gos. Univ., pp. 79-86.
[22]. Kurenkov V.F., Nagel’ M.A. Kosterina E.N. and Myagchenkov V.F., (1984), in Chemistry and Technology of Organoelement Compounds and Polymes, Kazan. Khim. Tekhnol. Inst, 34-36.
[23]. Kurenkov V.F., Baiburdov T.A. and Stupenkova L.L., (1990), Eur. Polym. J., Vol. 26 (8), 915-918.
[24]. Kawamori Yoshihiro, Production of partial hydrolyzate of acrylamide polymer, JP 2173102.
[25]. Myagchenkov V.F., Kurenkov V.F., and Akmed’yanova R.A., (1984), Vysokomol. Soedin., Ser B, Vol. 26 (5), 304-344.
[26]. Madhur Gagneja and Paramjit Singh (1995), Indian Journal of Chemical Technology, Vol. 2, 74-78.
[27]. Mark Herman F., Norman G. Gaylord, Norbert M. Bikales (1967),
Encylopedia of Polymer Science and Technology. Vol. 7, 64-76. [28]. Mayo F. R. and C. Walling (1950), Chem. Rev., 46, 191.
Khoỏ luận tốt nghiệp Khoỏ: 2005 - 2009
[29]. M. Fineman and S. D. Ross (1950), “Linear method for determining monomer reactivity ratios in copolymerization”,. J. Polymer Sci., 5, 259.
[30]. Ogawa Y., O. Toshikazu, Preparation of partially hydrolyzed polyacrylamide, JPN Appl. 52-137,483.
[31]. P.E. Dave Biorneberg (2001), Irrigation Journal, p.8-11.
[32]. Phillips, Hydrolyzed polyacrylamide latices for secondary oil recovery, US 4,034,809.
[33]. Restaino, High molecular-weight, water soluble vinyl polymers, US 4,115,339.
[34]. Sojka R. E. and Lentz R. D., (1996), "Polyacrylamide in forrow irrigation, an erosion control breakthrough", First European Conference on erosion control, Barcelona 29-31.
[35]. Sojka R. E., Lentz R. D., Bjorneberg D. L., Aase J. K., Entry J. A., Morishita D. W., Ross C. W. and Trout T. J. (1999), “Polyacrylamide (PAM)- A 1 million acre progress report”, p. 85-92 Proceedings: Irrigation Association’s International Show & Technical Conference. Orlando, FL, 7-9 November.
[36]. Thomas, W. M. (1967), Encyclopedia of polymer science and technology. Vol.1, 177-226.
[37]. T. Kelen and F. Tudos., J. Macromd. (1975), “Analysis of the linear methods for
Khoỏ luận tốt nghiệp Khoỏ: 2005 - 2009
determining copolymerization reactivity ratios”, SCL-Chem, A9(1), pp. 1-27.
[38]. Tago, Method of producing partially hydrolyzed acrylamide polymers, US 4146690.
[39]. V. Steven Green and D.E. Stott (2001), The 10th International Soil Conservation Organization Meeting, p. 384-389.
[40]. "Water soluble polymers" (2006), Gainey Suites, Scottsdale, AZ USA, June 6-8.
Khoỏ luận tốt nghiệp Khoỏ: 2005 - 2009
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ... 3
Mục tiờu nghiờn cứu: ... 4
Nhiệm vụ nghiờn cứu: ... 4
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ... 5
1.1. Cơ sở lý thuyết phản ứng đồng trựng hợp ... 5
1.1.1. Cơ sở lý thuyết ... 5
1.1.2. Cỏc yếu tố ảnh hưởng lờn quỏ trỡnh đồng trựng hợp ... 8
1.2. Đồng trựng hợp trờn cơ sở axit acrylic và dẫn xuất ... 9
1.2.1. Cỏc phương phỏp tiến hành trựng hợp ... 9
1.2.2. Đồng trựng hợp acrylamit và axit acrylic ... 12
1.2.3. Chất khơi mào ... 19
1.3. Một số ứng dụng của polyme tan trong nước trờn cơ sở axit acrylic và acrylamit ………21
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM ... 25
2.1. Đồng trựng hợp axit acrylic và acrylamit ... 25
2.1.1. Dụng cụ ... 25
2.1.2. Húa chất ... 25
2.1.3. Thực nghiệm ... 25
2.2. Cỏc phương phỏp phõn tớch ... 28
2.2.1. Xỏc định độ chuyển húa bằng phương phỏp chuẩn độ nối đụi ... 28
2.2.2. Xỏc định khối lượng phõn tử của copolyme ... 31
2.2.3. Phổ hồng ngoại ... 34
2.2.4. Phõn tớch nhiệt TGA ... 34
2.2.5. Nghiờn cứu tương tỏc của P(AA-AAc) và khoỏng sột bằng phương phỏp nhiễu xạ tia X và kớnh hiển vi điện tử quột (SEM) ... 34
Khoỏ luận tốt nghiệp Khoỏ: 2005 - 2009
2.2.6. Nghiờn cứu keo tụ để xử lý nước ... 35
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ... 36
3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng đến quỏ trỡnh đồng trựng hợp axit acrylic và acrylamit ... 36
3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng chất khơi mào đến quỏ trỡnh đồng trựng hợp .... 37
3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ axit acrylic : acrylamit đến quỏ trỡnh đồng trựng hợp .. 39
3.4. Ảnh hưởng của pH đến quỏ trỡnh đồng trựng hợp. ... 40
3.5. Phõn tớch cỏc tớnh chất của copolyme ... 43
3.5.1. Phổ hồng ngoại: ... 43
3.5.2. Giản đồ phõn tớch nhiệt: ... 44
3.6.Tương tỏc của copolyme với khoỏng sột ... 45
3.7. Nghiờn cứu quỏ trỡnh keo tụ xử lý nước ... 47
3.7.1. Ảnh hưởng của hàm lượng copolyme đến quỏ trỡnh keo tụ ... 47
3.7.2. Ảnh hưởng của pH đến quỏ trỡnh keo tụ ... 48
3.7.3. Ảnh hưởng của nồng độ chất điện li đến quỏ trỡnh keo tụ ... 49
KẾT LUẬN ... 52