Để xác định độ axetyl hoá của xenlulozơ axetat chúng tôi đã sử dụng ph- ơng pháp chuẩn độ hoá học nh đã mô tả trong phần thực nghiệm. Kết quả xác định độ axetyl hoá của xenlulozơ axetat đợc trình bày ở bảng 3.2.
Bảng 3.2: Kết quả xác định mức độ axetyl hoá xenlulozơ axetat
Kết quả
Mẫu m VNaOH(ml) nCOOH DAc
1 0,2947 3,10 1,395x10-3 1,46
2 0,1755 2,15 9,675x10-4 1,99
3 0,3147 4,25 1,935x10-3 2,59
4 0,2794 3,95 1,7775x10-3 2,83
Ghi chú:
Mẫu 1: sản phẩm thu đợc sau 1h phản ứng. Mẫu 2: sản phẩm thu đợc sau 2h phản ứng. Mẫu 3: sản phẩm thu đợc sau 3h phản ứng. Mẫu 4: sản phẩm thu đợc sau 4h phản ứng. Mẫu 5: sản phẩm thu đợc sau 5h phản ứng.
Nhận xét: mức độ axetyl hoá xenlulozơ axetat của các sản phẩm theo thời gian DAc trung bình tăng dần. Trong thời gian đầu mức độ axetyl hoá xảy ra nhanh hơn nên giá trị DAc tăng nhanh hơn, trong thời gian sau mức độ axetyl hoá xảy ra chậm hơn nên giá trị DAc tăng chậm.
Nh ta đã biết ở trên mỗi một mắt xích AGU có các nhóm hydroxyl (OH) ở các vị trí C2, C3 và C6 (hình 1.1) có khả năng tham gia phản ứng este hoá. Xenlulozơ tác dụng với anhiđrit axetic, có H2SO4 làm xúc tác tạo xenlulozơ monoaxetat, xenlulozơ điaxetat và xenlulozơ triaxetat, tùy theo một hai hay ba nhóm OH trong mỗi đơn vị mắt xích của xenlulozơ đã tham gia phản ứng tạo nhóm chức este (-OCOCH3). Độ axetyl hoá xenlulozơ tăng chậm dần có thể các nguyên nhân khác nhau:
- Nồng độ tác nhân axetyl hoá (anhydrit axetic) giảm dần theo thời gian phản ứng.
- Độ sạch, % xenlulozơ trong bã mía thô: càng tăng thời gian phản ứng thì % xenlulozơ trong hỗn hợp giảm xuống nên khả năng tạo xenlulozơ axetat cũng giảm.
Chính vì thế, mà kết quả DAc ta thu đợc của các sản phẩm trong các thời gian khác nhau là khác nhau. DAc đạt cực đại là bằng 3 khi cả 3 nhóm (-OH) ở cả 3 vị trí C2, C3 và C6 trong mắt xích AGU đều đợc thế bởi 3 nhóm axetyl. Trên thực tế, không xảy ra trờng hợp cả 3 nhóm OH đều đợc thế bởi 3 nhóm axetyl nên giá trị thực nghiệm DAc đều nhỏ hơn 3.
3.4. Kết quả khảo sát một số tính chất của vật liệu
Để khảo sát khả năng hút nớc của vật liệu chúng tôi tiến hành với 5 mẫu thí nghiệm đối với các sản phẩm của phản ứng axetyl hoá xenlulozơ từ bã mía phế thải với anhydrit axetic và xúc tác là axit sunfuric thu đợc sau thời gian phản ứng là 1h, 2h, 3h, 4h, 5h. Cách tiến hành thí nghiệm nh đã mô tả ở phần thực nghiệm. Độ hấp thụ nớc của vật liệu đợc tính theo công thức:
(b-a)100
X (%) = --- a
Trong đó: (a) là khối lợng (mg) của mẫu xenlulozơ axetat khô ban đầu; (b) là khối lợng (mg) của mẫu xenlulozơ axetat sau 24h ngâm trong nớc cất.
Kết quả thí nghiệm thu đợc tổng hợp trong bảng sau: Bảng 3.3: Kết quả xác định khả năng hút nớc của vật liệu Kết quả
Giá trị DAc a(g) b(g) X (%)
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
Nhận xét: Khả năng hút nớc của vật liệu giảm dần khi DAc nghĩa là độ axetyl hoá càng cao thì khả năng hút nớc càng giảm.
Giải thích: Vật liệu có độ axetyl hoá càng cao tức là số nhóm OH tham gia phản ứng axetyl hoá càng lớn nên số nhóm OH còn lại trong xenlulozơ cha tham gia phản ứng axetyl hoá càng nhỏ nên độ phân cực của phân tử càng thấp làm cho khả năng hấp thụ nớc của phân tử cũng giảm dần.
3.4.2. Khảo sát khả năng hấp thụ dầu của vật liệu
Để khảo sát khả năng hút dầu của vật liệu chúng tôi tiến hành với 5 mẫu thí nghiệm đối với các sản phẩm của phản ứng axetyl hoá xenlulozơ từ bã mía phế thải với anhydrit axetic và xúc tác là axit sunfuric thu đợc sau thời gian phản ứng là 1h, 2h, 3h, 4h, 5h. Cách tiến hành thí nghiệm nh đã mô tả ở phần thực nghiệm đối với dầu diesel và HD40 (dầu bôi trơn máy). Độ hấp thụ dầu của vật liệu đợc tính theo công thức: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
St – So
S =--- So
Trong đó: So là khối lợng chất hấp thụ khô;
St là tổng khối lợng (khối lợng chất hấp thụ khô + khối lợng chất bị hấp thụ).
Kết quả thí nghiệm với dầu diesel đợc trình bày trong bảng sau:
Bảng 3.4: Độ hấp thụ dầu diesel của vật liệu
Kết quả Giá trị DAc Khối lợng S0 (g) Khối lợng St (g) S 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
Nh vậy với dầu diesel thì vật liệu với DAc = 2,88 có khả năng hấp thụ dầu cao nhất với S = 2.5299.
Bảng 3.5: Độ hấp thụ dầu HD40 của vật liệu
Kết quả Giá trị DAc Khối lợng S0 (g) Khối lợng St (g) S 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
Với dầu bôi trơn máy HD40 thì vật liệu có DAc=2,88 có khả năng hấp thụ dầu lớn nhất bằng với S = 2,2225.
Nhận xét: Khả năng hấp thụ dầu phụ thuộc vào độ axetyl hoá của xenlulozơ axetat, mức độ axetyl hoá càng cao thì khả năng hấp thụ dầu của vật liệu càng cao.
Các kết quả trên cũng cho thấy rằng: vật liệu tổng hợp đợc có khả năng hấp thụ dầu diesel cao hơn dầu HD40.
Kết luận
1. Đã tổng hợp đợc vật liệu hấp thụ dầu từ bã mía phế thải bằng phản ứng axetyl hoá xenlulozơ với tác nhân phản ứng là anhidrit axetic và xúc tác là axit sunfuric đặc.
2. Đã khảo sát cấu trúc sản phẩm phản ứng bằng phổ hồng ngoại và khảo sát hình thái học của vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét. Kết quả cho thấy sự có mặt của nhóm chức este (OCOCH3) trong sản phẩm và đã có sự biến đổi bề mặt vật liệu từ cấu trúc sợi, mịn của xenlulozơ bã mía thành cấu trúc lớp, xốp của xenlulzơ axetat.
3. Đã xác định đợc độ axetyl hoá của xenlulozơ axetat bằng phơng pháp chuẩn độ hoá học.
4. Đã khảo sát khả năng hấp thụ nớc và hấp thụ dầu của vật liệu. Kết quả cho thấy: khả năng hấp thụ dầu và nớc của vật liệu phụ thuộc vào độ axetyl hoá của xenlulozơ axetat; độ axetyl hoá càng cao thì khả năng hấp thụ dầu càng cao còn khả năng hấp thụ nớc càng giảm.
Tài liệu tham khảo Tiếng Việt:
[1] Trần Vĩnh Diệu, Bùi Chơng (2010), Nghiên cứu và ứng dụng sợi thực vật nguồn nguyên liệu có khả năng tái tạo để bảo vệ môi trờng, Nhà xuất bản khoa học tự nhiên và công nghệ.
[2] Đoàn Thị Yến Oanh (2010), Luận án tiến sĩ kĩ thuật “Nghiên cứu chế tạo compozit sinh học trên nền polime gia cờng bằng sợi nứa”, Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội.
[3]Nguyễn Hữu Phú, Hoá lý và Hoá keo (2003), Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội , tr.185-209.
[4] Hồ Sỹ Tráng, Cơ sở hoá học gỗ và xenlulozơ (2003), Nhà Xuất bản Khoa học Kỹ Thuật, Hà Nội, Tập I và Tập II.
Tiếng 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 by-products,
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.19- 29.
[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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
sulfoxide/tetrabutylammonium fluoride trihydrate,Macromol Biosci., 20;4(11),p.1008-13,
[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-Brisbane- Singapore-Toronto.
[13] G.Hofle, W. Steglich, H.Vorbruggen,(1978), 4- Dialkylaminopyridines as highly active acylation 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, R.M.N.Assuncao, J.G.Vieira, C.S.Meireles, D.A.Cerqueira, H.S.Barud, S.J.L.Ribeiro, Y.Messaddeq, (2006),
Characterization of methylcellulose produced from sugar cane bagasse 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, (2004),
Homogeneous acetylation of cellulose in a new ionic 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 O- acetyl 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.
[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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[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.