2.1.4.1. Qui trình tổng hợp
CAB/CGA được tổng hợp dựa trên quy trình được cải tiến từ qui trình tổng hợp chitosan - g – PAA/clay đã được A. Wang và cộng sự công bố [132].
Trước hết, vật liệu CAB được tổng hợp bằng phản ứng đồng trùng hợp giữa CTS và AA với sự có mặt của bentonite, sử dụng KPS làm tác nhân khơi mào và MBA làm tác nhân liên kết ngang. Sau đó, sử dụng CAB vừa tổng hợp để chế tạo CAB/CGA. NH4Cl được đưa thêm vào ngay từ giai đoạn đầu làm tác nhân in dấu phân tử. Sơ đồ quá trình tổng hợp hai giai đoạn được đưa trên Hình 2.3.
Hình 2.3. Sơ đồ tổng hợp CAB/CGA
Giai đoạn 1 - Tổng hợp CAB:
Huyền phù bentonite 1,5% được chuẩn bị bằng cách khuấy hỗn hợp bentonite
-H2O trong 3 giờ, sau đó siêu âm 10 phút (huyền phù B). Dung dịch CTS 1,0% được chuẩn bị bằng cách khuấy đến tan hoàn toàn CTS trong trong dung dịch CH3COOH 1% (dung dịch C). Dung dịch NH4Cl 5% KL được chuẩn bị bằng cách hòa tan NH4Cl
thiết bị phản ứng khuấy có gia nhiệt, khuấy 12 h ở nhiệt độ thường. Sau đó thêm AA, khuấy và nâng nhiệt độ lên 50 oC, giữ ở điều kiện này trong 1h. Thêm lượng KPS đã chuẩn bị sẵn, khuấy trong 10 phút. Thêm tiếp dung dịch MBA 1%, khuấy và nâng nhiệt độ lên đến giá trị được lựa chọn. Tiếp tục khuấy và giữ ở nhiệt độ này trong thời gian xác định để hoàn thành phản ứng đồng trùng hợp và liên kết ngang. Hỗn hợp hạt CAB - H2O được trung hòa đến pH 8 – 9 bằng dung dịch NaOH 1M (cho đến khi pH của hỗn hợp không thay đổi sau 30 phút khuấy trộn). Rửa lọc đến pH trung tính, ly tâm và sấy ở 80 oC đến khối lượng không đổi, sản phẩm thu được ở dạng hạt.
Giai đoạn 2 - Tạo mạng xen kẽ CAB/CGA:
Việc xen mạng CGA vào CAB được thực hiện bằng phương pháp tẩm dung dịch CTS vào CAB, sau đó tạo mạng xen kẽ CGA bằng cách phản ứng với GA. Từ các kết quả nghiên cứu sơ bộ, đã lựa chọn được các thông số cho giai đoạn tạo mạng xen kẽ như sau: độ pH = 3 ÷ 4, thời gian phản ứng 3h.
Hạt CAB vừa tổng hợp được rửa bằng dung dịch CH3COOH 0,2%. Sau đó dung dịch CTS 1% được thêm vào với lượng tương đương khi tổng hợp CAB. Điều chỉnh pH của hỗn hợp về pH = 3 ÷ 4 bằng dung dịch NaOH / HCl 1M. Thêm lượng cần thiết GA (nồng độ 50% thể tích), khuấy với tốc độ 450 v/ph ở nhiệt độ thường trong 4 h. Sau đó kiềm hóa bằng dung dịch NaOH 1 M đến khi đạt pH = 8 - 9 và không thay đổi sau 1 h khuấy. Sản phẩm được rửa bằng nước cất đến trung tính, lọc, ly tâm và sấy ở 80 oC, thu được CAB/CGA ở dạng hạt.
2.1.4.2. Xác định các thông số quan trọng cho quá trình tổng hợp vật liệu CAB
Các thông số được xem xét bao gồm: hàm lượng bentonite (% khối lượng), tỷ
lệ khối lượng AA/CTS , hàm lượng MBA (% KL), tỷ lệ khối lượng NH4Cl/ chitosan, nhiệt độ và thời gian phản ứng sau khi cho MBA. Chúng được lựa chọn trên cơ sở đánh giá hiệu suất hấp phụ amoni của vật liệu tạo thành.
Tổng hợp các điều kiện thí nghiệm để xác định các thông số của quy trình tổng hợp CAB được đưa ra trong Bảng 2.2.
2.1.4.3. Xác định lượng NH4Cl thích hợp
Sau khi đã xác định được các thông số cơ bản của quy trình tổng hợp CAB, tiếp tục nghiên cứu lựa chọn lượng NH4Cl (NH4+ đóng vai trò là phần tử mẫu in dấu phân tử). Lượng NH4Cl cần thiết được xác định thông qua ảnh hưởng của tỷ lệ
NH Cl/chitosan (g/g) đến hiệu suất hấp phụ amoni của vật liệu CAB/CGA. Cách thực hiện: Giữ cố định các thông số đã được lựa chọn trong Mục 2.1.4.2 để điều chế CAB với các tỉ lệ NH4Cl/chitosan là 3/1 và 2/1 và 1/1. Sau đó, từ CAB vừa điều chế, tổng hợp CAB/CGA. Đánh giá hiệu quả hấp phụ amoni của các mẫu CAB/CGA, từ đó lựa chọn được lượng NH4Cl thích hợp.
Bảng 2.2. Điều kiện thí nghiệm xác định các thông số của quy trình tổng hợp CAB
S TT 1 2 3 4 5
Ghi chú: Trong các thí nghiệm này NH4Cl không được đưa vào, T* và t* - nhiệt độ và thời gian phản ứng sau khi thêm MBA
2.1.4.4. Xác định các đặc trưng
Vật liệu CGA/CAB được đặc trưng bằng các phương pháp FTIR, SEM, TGA- DTA, được xác định PZC và độ trương nở.