PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1. HểA CHẤT, DỤNG CỤ, THIẾT BỊ Hóa chất
- Tinh bột
- Acid acrylic (hóa chất tinh khiết Trung Quốc) - DEG-DAA (hóa chất tinh khiết Trung Quốc) - EG-DAA (hóa chất tinh khiết Trung Quốc) - CaO
- Potasium persulfat, ceri sulfate
- Benzoyl peroxide, petroleum ether, NP9 - KOH (hóa chất tinh khiết Trung Quốc) - MeOH (hóa chất tinh khiết Trung Quốc) - Nước muối sinh lý 0.9%
- Nước cất, khí N2
1.2. Dụng cụ:
- Bình cầu ba cổ chịu nhiệt 250 ml, cối chày sứ.
- Ống nhỏ giọt, đũa thủy tinh, erlen thủy tinh, ống đong.
1.3. Thiết bị:
- Xylanh 1ml, 2ml, 3ml (Trung Quốc), ống đong 500ml
- Máy khuấy từ có gia nhiệt: OMNILAB, Type RCT S26 Batch Inspected UPAE 117537.
- Tủ sấy chân không OV-01
- Cân phân tích điện tử 4 số lẻ: PRECISA XB 220A.e3 - Phổ IR được đo trên máy IR-Vector 22 Brucker (Đức).
- Kính hiển vi điện tử quét (SEM) trên máy JSM – 5300 (Nhật Bản) - Máy Brucker – 500 MHz đo phổ NMR 13C
1.4. Hệ thống phản ứng tạo vật liệu :
2. TỔNG HỢP CÁC VẬT LIỆU HÚT NƯỚC 2.1. Tổng hợp vật liệu PAA/DEG-DAA
2.1.1. Phương pháp tổng hợp:
Trên cơ sở một số nghiên cứu trước về vật liệu, cũng như một số tài liệu tham khảo khác. Chúng tôi chọn công thức cơ bản để tổng hợp vật liệu như sau:
Cho vào bình cầu 250ml có lắp ống sinh hàn và máy khuấy từ 5g NaOH, 24g H2O, 10 acid acrylic, DEG-DAA. Sau 15 phút cho 40g petroleum ether, NP9 và benzoyl peroxide. Hỗn hợp được khuấy, gia nhiệt ở 450C trong 4 giờ thu được dạng rắn đàn hồi, sấy ở 750C trong 6 giờ, nghiền thu được sản phẩm có dạng bột mịn.
2.1.2. Quy trình tổng hợp:
1
2 3
4 5
6
Hình 1.1: Hệ thống phản ứng tổng hợp vật liệu hấp thụ nước 1. Bình nhỏ giọt ; 2. Xilanh ; 3. Bong bóng ; 4. Bình cầu ba cổ
5. Nồi cách thủy ; 6. Bếp điện ; 7. Cá từ 7
Sơ đồ 1: Quy trình tổng hợp vật liệu PAA/DEG-DAA
2.1.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ nước của vật liệu a. Ảnh hưởng của liên kết ngang:
Để khảo sát ảnh hưởng của liên kết ngang đến khả năng hấp phụ nước của vật liệu, chúng tôi tiến hành làm thí nghiệm với:
- AA : 10g
- DEG-DAA(g) : 0 ; 0,05 ; 0,1 ; 0,15 ; 0,2 ; 0,4
Từ thí nghiệm này, chúng tôi chọn lượng liên kết ngang phản ứng là 0,2g để làm các thí nghiệm sau.
b. Ảnh hưởng chất xúc tác khơi mào:
- AA (g) : 10
- DEGDAA (g) : 0,2
- Benzoyl peroxid (g) : 0; 0.05; 0.1; 0.2; 0.4
Chọn benzoyl peroxid 0,05g để làm tiếp các thí nghiệm sau.
Khuấy 15’
Petroleum ether, NP9 và benzolperoxide
NaOH, nước, acid acrylic, DEG-DAA
Polymer hóa
Dạng rắn đàn hồi
Sản phẩm dạng bột mịn
4h ở 500
Sấy, nghiền
Nước, tinh bột mì
Tinh bột gelatin
Ghép và polymer hóa
Dạng rắn đàn hồi
Sản phẩm
Khí N2, to 80o
to : 50oC
K2S2O8, AA, DEGDA
3 h ở 40o-80oC
MeOH-H
2O- NaOH(7:2:1) Sấy nghiền
c. Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Tiến hành các bước như trên với:
- AA (g) : 10
- Nhiệt độ (t0C) : 10; 20; 30; 40; 50; 60; 70
d. Ảnh hưởng của liên kết ngang đến thời gian phân hủy cấu trúc:
Tiến hành thí nghiệm trên mẫu sản phẩm ở thí nghiệm 2.2.1 2.2. Tổng hợp vật liệu PAA/DEG-DAA-tinh bột
2.2.1 Phương pháp tổng hợp:
Cho vào bình cầu ba cổ 250ml có lắp khuấy từ, nuớc, tinh bột, gelatin hóa trong áp suất khí nitơ khoảng 30 phút ở 800C. Giảm nhiệt độ đến 500C cho 0.2g K2S2O8; 10g AA; 0.2g DEGDAA vào hỗn hợp. Sau đó polymer hóa ở 500C trong khoảng 3 giờ thu được dạng rắn đàn hồi. Xử lý dạng rắn đàn hồi trên với 60g hỗn hợp MeOH-H2O-KOH (7:2:1) đến pH=7. Sấy, nghiền thu được sản phẩm dạng hạt 2.2.2. Quy trình tổng hợp:
Sơ đồ 2: Quy trình tổng hợp vật liệu PAA/DEG-DAA-tinh bột
2.2.3. Mẫu đối chứng không dùng chất xúc tác khơi mào:
Thực hiện như phản ứng 2.2.1 nhưng không dùng chất xúc tác khơi mào.
Phản ứng thực hiện ở 500C trong 3 giờ.
2.2.4 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ nước của vật liệu PAA/DEG-DAA-tinh bột:
a. Ảnh hưởng của tinh bột:
Trong tổng hợp hữu cơ, tạo ra sản phẩm đạt hiệu suất cao và đạt hiệu quả về kinh tế là vấn đề mà trong thực hiện phản ứng đạt đến. Chúng tôi đã tiến hành khảo sát hàm lượng tinh bột ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ nước của vật liệu như sau:
- AA : 10g
- K2S2O8 : 0,2g
- Tinh bột : 0, 2, 4, 6, 8, 10.
Chọn tinh bột 4g để làm tiếp các thí nghiệm sau.
b. Khảo sát ảnh hưởng của chất xúc tác khơi mào:
Chất xúc tác khơi màu góp phần quan trọng trong quá trình thực hiện phản ứng tổng hợp vật liệu hút nước, chúng vừa là chất xúc tác đẩy nhanh quá trình phản ứng, vừa là chất khơi mào để thực hiện phản ứng ghép copolymer và ảnh hưởng đến khả năng hút nước của sản phẩm.
- AA (g) : 10
- K2S2O8 (g) : 0 ; 0,15 ; 0,2 ; 0,25 ; 0,5 ; 1
Chúng tôi chọn lượng K2S2O8 để làm thí nghiệm sau là 0,15g c. Khảo sát ảnh hưởng của các loại tinh bột:
Trong tự nhiên, tinh bột có nhiều chủng loại và đa dạng. Mục đích của nghiên cứu này tạo ra các loại vật liệu hấp thụ nước tốt và giá thành hạ. Chúng tôi tiến hành thí nghiệm trên một số loại tinh bột như: bột mì, bột gạo, bột nếp, bột mì tinh và bột bắp để đánh giá và chọn loại tinh bột đạt hiệu quả về kinh tế.
d. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng:
Trong phản ứng tổng hợp hữu cơ, nhiệt độ có tầm quan trọng trong quá trình tổng hợp, ở một nhiệt độ thích hợp sẽ đẩy nhanh phản ứng thuận thu được sản phẩm có độ tinh khiết và năng suất cao. Thí nghiệm với:
- AA : 10g
- Nhiệt độ (0C) : 40, 50, 60, 70, 80
e. Khảo sát ảnh hưởng của NaOH đến khả năng hấp phụ nước của vật liệu PAA/DEG-DAA-tinh bột :
Theo nhiều nghiên cứu cho thấy khả năng hấp thụ nước của các loại vật liệu hấp phụ nước là do sự hiện diện của các ion carboxilat trong vật liệu. Do đó chúng tôi tiến hành khảo sát sự ảnh hưởng của lượng NaOH dùng để trung hòa các nhóm chức carboxilic của acid acrylic trong vật liệu đã tạo thành. Với hàm lượng NaOH (g) sử dụng trong phản ứng trung hòa là: 1,2 ; 2,4 ; 3,6 ; 4,8 ; 6 ; 8,4.
f. Aûnh hưởûng của chất tạo liên kết ngang:
Để đánh giá khả năng ảnh hưởng của các chất tạo liên kết ngang đến cấu trúc và độ hấp thụ nước của vật liệu chúng tôi khảo sát trên 3 loại liên kết ngang khác: CaO, EGDAA, DEGDAA với cùng tỉ lệ mol (quy đổi = 0,001mol)
- AA 10g
- lieân keát ngang (g): 0.056, 0.17, 0.2 3. XÁC ĐỊNH VẬT LIỆU TẠO THÀNH 3.1. Phổ IR của vật liệu PAA/DEG-DAA:
Được ghi trên máy quang phổ hồng ngoại IR-Vector 22 Bruker của Viện CNHH, TP.HCM.
3.2. Vật liệu PAA/DEG-DAA-tinh bột:
3.2.1. Hình SEM
Được chụp trên kính hiển vi điện tử quét máy JSM - 5300 3.2.2. Phổ IR :
Tương tự như phần 3.1.
3.2.3. Phổ NMR :
Kết quả phân tích được đo trên máy Bruker 500 MHz của Viện Hóa học, Viện KHCN Việt Nam. Mẫu được xử lý trong dung dịch NaOH 10% ở 800C
4. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG HẤP THỤ NƯỚC VÀ THỜI