2.2.1 Nguyờn tắc tổng hợp
Quỏ trỡnh tổng hợp iso-propyl lactat được tiến hành qua 2 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Chuyển húa axớt lactic thành dạng oligome cú độ polyme húa trong khoảng từ 2 đến 30.
- Giai đoạn 2: Lấy hỗn hợp sau phản ứng của giai đoạn 1 cho phản ứng với rượu iso-propylic để chuyển húa axớt lactic dạng oligome thành iso-propyl lactat.
3 2 1 4 5 2.2.2 Sơđồ thiết bị Chỳ thớch: 1. Sinh hàn nước. 2. Bỡnh phản ứng.
3. Mỏy khuấy từ cú gia nhiệt. 4. Nhiệt kế.
5. Khuấy từ.
Hỡnh 2.3 Sơđồ thiết bị phản ứng tổng hợp iso-propyl lactat
2.2.3 Cỏch tiến hành
- Giai đoạn 1: Cho 100 gam dung dịch axit lactic 88% (tương đương 120 ml) và 0,4 gam axit sunfuric đậm đặc 98% (tương đương 1ml) vào trong một bỡnh cầu 3 cổ
500 ml khuấy từ, duy trỡ nhiệt độ phản ứng ở 80oC trong 5 giờ.
- Giai đoạn 2: Sản phẩm trong phản ứng thu được ở giai đoạn 1 được trộn với rượu iso-propylic theo tỉ lệ: 1 mol iso-propylic/4 mol acid lactic, thực hiện phản ứng este húa trong 9 giờ dưới ỏp suất tự sinh thu được sản phẩm là iso-propyl lactat.
- Tinh chế sản phẩm: Chưng hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng thu được iso- propyl lactat ở nhiệt độ 166 ữ 168oC.
2.3 PHA CHẾ DUNG MễI 2.3.1. Nguyờn tắc pha chế. 2.3.1. Nguyờn tắc pha chế.
- Thành phần chớnh của dung mụi là metyl este và iso-propyl lactat.
- Thay đổi thành phần pha trộn của metyl este và iso-propyl lactat và khảo sỏt khả năng tẩy của dung mụi để xỏc định tỷ lệ thớch hợp nhất.
- Pha thờm vào dung mụi (cú tỷ lệ metyl este và iso-propyl lactat tối ưu) một
đồng dung mụi khụng độc hại cú khả năng làm tăng tớnh ổn định, tăng khả năng phõn tỏn của dung mụi và tăng cường những tớnh chất vật lý mong muốn.
- Pha thờm vào chất hoạt động bề mặt để tăng khả năng tẩy sơn, mực in của dung mụi.
- Từđú ta xỏc định được thành phần cỏc cấu tử của dung mụi tối ưu: Cú cỏc tớnh chất vật lý mong muốn, cú khả năng tẩy mực in cao.
2.3.2. Cỏch tiến hành.
- Dựng pipet lấy một lượng chớnh xỏc iso-propyl lactat và metyl este cho vào cốc thủy tinh theo tỷ lệ muốn khảo sỏt.
- Dựng cỏc cốc thủy tinh dung tớch 200 ml đó được rửa sạch và sấy khụ.
- Dựng pipet lấy chớnh xỏc lượng metyl este, iso-propyl lactat và cỏc phụ gia theo tỷ lệ khảo sỏt cho vào từng cốc thủy tinh, để dung dịch phõn tỏn tự nhiờn ta sẽ thu
được dung mụi sinh học cú màu vàng nhạt.
2.4 ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH CỦA DUNG MễI SINH HỌC ĐÃ ĐIỀU CHẾ
2.4.1 Tạo mẫu thử
Mẫu bao bỡ phõn đạm polyme polypropylen được cắt ra với kớch thước nhất
định: dài 4cm, rộng 4cm và phải đảm bảo sao cho mực in bỏm đều lờn toàn bộ bề mặt mẫu.
2.4.2 Xỏc định khả năng tẩy rửa
- Ngõm miếng bao bỡ cú chứa mực in vào từng cốc và khuấy đều trong khoảng thời gian xỏc định.
- Sau đú lấy miếng bao bỡ ra rửa sạch và phơi khụ
- Đo độ tẩy sạch của cỏc mẫu bao bỡ ta đỏnh giỏ được khả năng tẩy mực in của dung mụi.
Đểđỏnh giỏ hoạt tớnh của dung mụi sinh học đó điều chế ta tiến hành đo độ tẩy sạch của mẫu bao bỡ. Phương phỏp này được tiến hành tại Viện Kinh Tế Kỹ Thuật Dệt may Hà Nội.
- Tiờu chuẩn đo độ trắng : ISO105J02 - Mỏy đo : Gretag Macbeth
- ColorEye 2180 UV
- Nguyờn lớ của phộp đo : Phộp đo dựa trờn cơ sở sử dụng quả cầu tớch phõn. Ánh sỏng chiếu thẳng vào mẫu và tỏn xạ vào quả cầu tớch phõn. Phần ỏnh sỏng từ quả
cầu tớch phõn sẽ được chiếu thẳng tới tế bào quang điện. Tại đú, mỏy sẽ tự động đo cường độ ỏnh sỏng đó được chuyển thành tớn hiệu điện, tương ứng với cỏc bước súng từ 380ữ700nm. Phụ thuộc vào mức độ phản xạ khỏc nhau của cỏc bước súng khỏc nhau mà xõy dựng được đường cong phản xạ của ỏnh sỏng theo bước súng. Tương ứng với cỏc vị trớ trờn đường cong, khi tổ hợp lại sẽ xỏc định được màu. Từđú mỏy tựđộng ghi ra kết quảđo độ trắng (độ tẩy sạch) của mẫu thử.
2.5 XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIấU KỸ THUẬT CỦA DUNG MễI SINH HỌC 2.5.1. Tỷ trọng. (ASTM D 3142) 2.5.1. Tỷ trọng. (ASTM D 3142)
Tỷ trọng là tỷ số giữa trọng lượng riờng của một vật ở một nhiệt độ nhất định và trọng lượng riờng của một vật khỏc được chọn là chuẩn, xỏc định ở cựng vị trớ. Đối với cỏc loại sản phẩm dầu lỏng đều được lấy nước cất ở 4oC và ỏp suất 760 mmHg làm chuẩn.
Cú 2 phương phỏp thường dựng để xỏc định tỷ trọng là: - Dựng phự kế.
- Dựng picnomet.
Phương phỏp dựng picnomet là phương phỏp phổ biến nhất, dựng cho bất kể
loại chất lỏng nào. Phương phỏp này dựa trờn sự so sỏnh trọng lượng của dầu với nước cất trong cựng một thể tớch và nhiệt độ. Phương phỏp dựng phự kế thỡ khụng chớnh xỏc
bằng phương phỏp dựng picnomet nhưng nhanh hơn. Ở đõy do lượng dung mụi điều chế trong phũng thớ nghiệm, nờn ta đo tỷ trọng bằng phương phỏp picnomet.
* Nguyờn tắc xỏc định: Phương phỏp này dựa trờn cơ sở so sỏnh khối lượng của một thể tớch nhất định mẫu với khối lượng của cựng một thể tớch nước ở cựng điều kiện nhiệt độ.
* Dụng cụ:
- Picnomet mao quản
- Dụng cụổn định nhiệt : một cốc chứa nước được giữở một nhiệt độ khụng đổi (bằng cỏch thờm đỏ và nước núng), khuấy đều liờn tục đểổn định nhiệt độở 20oC.
- Nhiệt kế thuỷ ngõn loại 0ữ30oC cú vạch chia 0,1oC/vạch. - Pipet loại thẳng 1ữ5ml.
- Cõn phõn tớch. * Cỏch tiến hành
Hỡnh 2.4. Sơ đồđo tỷ trọng bằng phương phỏp picnomet
- Rửa, sấy, cõn 2 bỡnh picnomet (gb).
- Đổ nước cất vào picnomet, định mức đến mao quản. Ngõm bỡnh picnomet vào nước lạnh ở nhiệt độ 20oC trong 15 phỳt.
- Lấy bỡnh picnomet ra, lau sạch và mang cõn trờn cõn phõn tớch (gb+n). - Từ trờn ta cú gn và tớnh được thể tớch của nước ở 20oC (Vn).
- Làm thao tỏc tương tựđối với dung mụi sinh học ta cú gDMSH+b - Từđú ta cú gDMSH
- Khối lượng riờng của mỗi chất được xỏc định bởi biểu thức g/Vn. 2.5.2. Độ nhớt động học (TCVN3171-1995, ASTM-D445 ) * Định nghĩa: Độ nhớt động học (kớ hiệu là ν) là tỷ số giữa độ nhớt động lực và mật độ của chất lỏng. Nú là số đo lực cản chảy của một chất lỏng dưới tỏc dụng của trọng lực. Trong hệ CGS, độ nhớt động học biểu thị bằng Stoc (St) : 1St = 1 cm2/s. Trong thực tế thường dựng đơn vị centiStoc (cSt) : 1cSt = 1mm2/s.
* Nguyờn tắc xỏc định: Đo thời gian tớnh bằng giõy của một thể tớch chất lỏng chảy qua mao quản của một nhớt kế chuẩn, dưới tỏc dụng của trọng lực ở nhiệt độ xỏc định. Độ
nhớt động học là tớch số của thời gian chảy đo được và hằng số hiệu chuẩn của nhớt kế. Hằng số của nhớt kế chuẩn được bằng cỏch chuẩn trực tiếp với chất chuẩn đó biết trước
độ nhớt.
* Phương phỏp tiến hành:
- Sử dụng nhớt kế kiểu Pinkevic
- Chuẩn bịđồng hồ bấm giõy và lắp dụng cụ.
- Chọn nhớt kế cú hằng số C chuẩn: Nhớt kế phải khụ và sạch, cú miền làm việc bao trựm độ nhớt của dầu cần xỏc định, thời gian chảy khụng ớt hơn 200 giõy.
- Nạp mẫu vào nhớt kế bằng cỏch hỳt hoặc đẩy để đưa mẫu đến vị trớ cao hơn vạch đo thời gian đầu tiờn khoảng 5mm trong nhỏnh mao quản của nhớt kế. Khi mẫu chảy tự do, đo thời gian chảy bằng giõy từ vạch thứ nhất đến vạch thứ hai.
* Tớnh kết quả: V = C.t Trong đú: V: độ nhớt động học được tớnh bằng St hoặc cSt. C: hằng số nhớt kế mm2/ s2 t: thời gian chảy, s.
Ta tiến hành đo 3 lần rồi lấy kết quả trung bỡnh, sai lệch khụng quỏ 1,2 % đến 2,5% so với kết quả trung bỡnh.
2.5.3. Trị số Kauri - butanol (ASTM D 1133).
Phộp đo giỏ trị Kauri-butanol là phộp đo điểm vẩn đục đểđỏnh giỏ độ mạnh của dung mụi hydrocacbon. Giỏ trị Kauri-butanol của một dung mụi thể hiện lượng tối đa dung mụi cú thể thờm vào một dung dịch nhựa kauri ( một loại nhựa copal) trong rượu butylic mà khụng gõy ra vẩn đục. Nhựa kauri tan ngay vào rượu butylic nhưng khụng tan trong dung mụi hydrocacbon, dung dịch nhựa sẽ chỉ tồn tại trong một giới hạn pha lỏng nhất định. Những dung dịch “mạnh” như toluen cú thể cho thờm vào dung dịch rượu butylic - kauri một lượng lớn (dung dịch mạnh là những dung dịch cú giỏ trị
Kauri butanol cao) mà khụng làm dung dịch bị vẩn đục. Những dung dịch “yếu” cú giỏ trị Kauri butanol (giỏ trị KB) thấp như hexan thỡ ngược lại.
* Dụng cụ:
- Một bỡnh ổn nhiờt bằng nước, làm bằng thủy tinh trong, giữở nhiệt độ 25 ± 1 oC. - Một cốc thủy tinh cú chia độ dung tớch 200ml.
- Một cốc thủy tinh dung tớch 250 ml. - Một buret 50 ml.
- Một tờ giấy mẫu.
* Phương phỏp tiến hành: Cõn 20 ± 1 gam dung dịch Kauri - Butanol vào bỡnh Erlenmeyer 250 ml. Đặt bỡnh chứa dung dịch Kauri - Butanol trong bỡnh ổn nhiệt bằng nước giữ nhiệt độ ở 25 ±1oC. Rút dung mụi cần đo chỉ số KB vào buret 50 ml rồi chuẩn độ với dung dịch trong bỡnh Erlenmeyer, giữ tốc độ khuấy và nhiệt độ trong bỡnh Erlenmeyer ổn định. Từ từ giảm lượng dung mụi thờm vào khi gần tới điểm kết thỳc.
Điểm kết thỳc là điểm khi đường rừ nột trờn tờ giấy mẫu bắt đầu mờ đi. Tờ giấy mẫu
được đặt ngay dưới bỡnh ổn nhiệt và ta quan sỏt giấy mẫu qua dung dịch. Chỳ ý điểm kết thỳc khụng phải là điểm mà ta khụng quan sỏt được tờ giấy nữa. Kiểm tra nhiệt độ
nếu nhiệt độ vượt quỏ 26 oC hay thấp hơn 24 oC thỡ ta tiến hành chuẩn độ lại. Ghi lại thể
tớch dung mụi đó dựng để chuẩn. *Tớnh toỏn
Trị số Kauri-Butanol được tớnh theo cụng thức sau đõy: V = [65(C-B).(A-B) ] + 40 Trong đú:
A: Lượng toluen cần thiết để chuẩn độ 20 gam dung dịch Kauri-butanol tớnh theo ml.
B: Hỗn hợp heptan-toluen cần thiết để chuẩn 20 gam dung dịch kauri-butanol 7,3 tớnh theo ml.
C: Lượng dung dịch trong phộp đo trờn để chuẩn độ 20 gam dung dịch kauri – butanol tớnh theo ml.
Nếu buret được duy trỡ ở nhiệt độ khụng phải là 25±1oC thỡ chuẩn húa lượng dung dịch sử dụng.
2.5.4. Điểm chớp chỏy cốc kớn. (ASTM D 93)
Điểm chớp chỏy được định nghĩa là “nhiệt độ thấp nhất mà tại đú khi nhiờn liệu
được đốt núng, hơi hydrocacbon sẽ thoỏt ra tạo với khụng khớ xung quanh một hỗn hợp mà nếu đưa ngọn lửa đến gần, chỳng sẽ bựng chỏy rồi phụt tắt như một tia chớp”. Trong trường hợp của dung mụi sinh học, thớ nghiệm này được dựng để xỏc định lượng ancol cũn lại trong metyl este.
Điểm chớp chỏy là thụng số dựng để phõn loại khả năng bắt chỏy của cỏc vật liệu. Điểm chớp chỏy đặc trưng của metyl este tinh khiết thường cao hơn 200oC và người ta xếp chỳng vào nhúm chất khụng bắt chỏy. Tuy nhiờn trong quỏ trỡnh sản xuất và tinh chế metyl este, khụng phải tất cả metanol đều được loại khỏi sản phẩm cho nờn dung mụi cú thể sẽ dễ bắt chỏy và nguy hiểm hơn khi thao tỏc và bảo quản nếu điểm chớp chỏy cốc kớn thấp.
* Nguyờn tắc xỏc định: Mẫu được đong vào cốc đến vạch qui định. Đưa cốc đựng mẫu vào thiết bị gia nhiệt rồi đậy kớn lại. Ta tiến hành gia nhiệt và khuấy trộn đều. Khi nhiệt
độđó gần đến nhiệt độ chớp chỏy chuẩn thỡ ta mở lỗ trờn nắp và đưa ngọn lửa nhỏ qua mặt cốc với khoảng thời gian nhất định đồng thời ngừng khuấy. Điểm chớp lửa là nhiệt
độ thấp nhất mà tại đú hỗn hợp hơi của mẫu và khụng khớ trờn bề mặt mẫu chớp lửa và ngay lập tức lan truyền khắp mặt thoỏng khi cú ngọn lửa đi qua.
*Tiến hành: Cỏc thiết bị phải được rửa sạch và sấy khụ trước khi tiến hành thỡ nghiệm.
Đổ mẫu vào cốc đến đỳng vạch qui định. Đậy nắp và đặt cốc vào mỏy, lắp nhiệt kế. Khi đến gần thời điểm thử thỡ ta chõm ngọn lửa thử và điều chỉnh nú sao cho cú dạng gần với hỡnh cầu cú đường kớnh 4mm. Sử dụng ngọn lửa bằng cỏch vặn bộ phận trờn nắp để điều khiển cửa sổ và que đốt sao cho ngọn lửa được quột qua hỗn hợp hơi trờn mặt cốc trong 0,5 giõy, để ở vị trớ đú một vài giõy rồi nhanh chúng nhấc lờn vị trớ cao hơn đồng thời ngừng khuấy.
Chếđộ cấp nhiệt và tốc độ gia nhiệt: cấp nhiệt ngay từđầu với tốc độ tăng nhiệt độ của mẫu từ 5-6oC/phỳt. Ở nhiệt độ thấp hơn điểm chớp lửa dựđoỏn là 15-25 oC, đồng thời bật mỏy khuấy tốc độ 90-120 vũng/phỳt. Nếu điểm chớp lửa của sản phẩm dưới 110 oC thỡ cứ sau mỗi lần tăng thờm 1oC tiến hành chõm lửa một lần. Nếu điểm chớp lửa của sản phẩm trờn 110oC thỡ cứ sau mỗi lần tăng thờm 2oC tiến hành chõm lửa một lần.
2.5.5 Độ bay hơi. (ASTM D5191)
Khả năng bay hơi của dung mụi được đỏnh giỏ thụng qua ỏp suất hơi bóo hũa theo tiờu chuẩn ASTM D5191. Dựng cốc thủy tinh 80 ml cú kớch thước giống nhau và cõn chớnh xỏc lượng dung dịch cần đo (trong cựng một điều kiện xỏc định) cú khối lượng g1. Để dung dịch cần đo bay hơi tự nhiờn trong 24 giờ, 48 giờ...tại bề mặt thoỏng sau đú đem cõn chớnh xỏc khối lượng dung dịch cũn lại g2.
% độ bay hơi được xỏc định bằng cụng thức sau:
1 2 1 .100 g g g −
2.5.6. Đỏnh giỏ khả năng phõn hủy sinh học của sản phẩm. (ASTM E 1367)
Cỏc thử nghiệm đỏnh giỏ khả năng phõn hủy sinh học đơn giản được thực hiện dựa trờn việc đo sự giảm COD hoặc đo sự giải phúng CO2 hoặc sự tiờu thụ O2. Theo qui định 67/548/CEE một chất được xem là dễ phõn hủy sinh học nếu trong thử nghiệm
đỏnh giỏ khả năng phõn hủy sinh học tiến hành trong 28 ngày chất đú đạt được cỏc mức độ phõn hủy sau đõy sau 10 ngày thử nghiệm:
70% phõn hủy đối với thử nghiệm dựa trờn cú sở đo COD.
60% phõn hủy dựa trờn cơ sởđo mức tiờu thụ O2 hoặc giải phúng CO2
* Nguyờn tắc của phộp đo: đun mẫu thử với lượng kali dicromat đó biết trước (cú mặt của thuỷ ngõn (II) sunfat và xỳc tỏc bạc sunfat) trong axit sunfuric đặc trong khoảng thời gian nhất định, trong quỏ trỡnh đú một phần dicromat bị khử do sự cú mặt cỏc chất cú khả năng bị oxy hoỏ. Chuẩn độ lượng dicromat cũn lại bằng sắt (II) amonisunfat. Sau đú tớnh toỏn giỏ trị COD từ lượng dicromat bị khử.
2.5.7. Đỏnh giỏ độc tớnh sinh học của sản phẩm. (ASTM E 1372)
Độc tớnh cấp một của húa chất được đặc trưng bởi khả năng phơi nhiễm một liều mạnh thường là duy nhất trong thời gian ngắn. Thực tế trong cỏc nghiờn cứu thực nghiệm trờn động vật, độc tớnh được xỏc định bởi LD50 (qua đường uống và tiếp xỳc qua da) và LC50 (qua đường thở). Trong trường hợp của dung mụi người ta xỏc định
độc tớnh qua giỏ trị LD50.
LD50 liều gõy chết một nửa là liều duy nhất được suy ra một cỏch thống kờ gõy ra cỏi chết của 50% số lượng động vật được thử nghiệm. Giỏ trị của LD50 được biểu thị bằng đơn vị đo là khối lượng của húa chất nghiờn cứu trờn một đơn vị khối lượng cơ thể của động vật thử nghiệm (mg/kg).
2.5.8. Đỏnh giỏ tớnh ăn mũn.
Thử nghiệm ăn mũn tấm đồng được sử dụng để xỏc định khả năng ăn mũn tấm
đồng của dung mụi. Thử nghiệm này nhằm đỏnh giỏ sự cú mặt của axit trong dung mụi sinh học.
* Nguyờn tắc: Một tấm đồng đó đỏnh búng được ngõm trong một khối lượng mẫu xỏc