Luận văn Nghiên cứu biến tính sợi thực vật ứng dụng làm vật liệu hấp thu dầu

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu biến tính sợi thực vật ứng dụng làm vật liệu hấp thu dầu

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ MIỀN NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH SỢI THỰC VẬT ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU HẤP THU DẦU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2016
2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------------------------- NGUYỄN THỊ MIỀN NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH SỢI THỰC VẬT ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU HẤP THU DẦU Chuy n ng nh: Hóa hữu cơ M số: 60440114 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. Nguyễn Thanh Tùng 2. TS. Chu Ngọc Châu Hà Nội - 2016
3. LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian nghi n cứu, đề t i đ ho n th nh. Tôi xin b y tỏ lòng kính trọng v biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Thanh Tùng - Phòng vật liệu Polyme, Viện Hoá học – Viện H n lâm Khoa học v Công nghệ Việt Nam v TS. Chu Ngọc Châu – Khoa Hoá học – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhi n – ĐHQG H Nội đ giao đề t i v tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tôi trong thời gian vừa qua. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy cô trong khoa Hoá học – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhi n – ĐHQG H Nội, các anh chị đang công tác tại phòng vật liệu Polyme – Viện Hoá học, bạn bè, ngƣời thân đ giúp đỡ, động vi n v tạo điều kiện để tôi ho n th nh luận văn n y. Hà Nội, ngày tháng 01 năm 2016 Nguyễn Thị Miền
4. MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ....................................................................................... 3 1.1. SỢI THỰC VẬT .................................................................................................. 3 1.1.1. Th nh phần hoá học của sợi thực vật ............................................................... 3 1.1.2. Cấu tạo phân tử xenlulozơ ............................................................................... 4 1.1.3. Tính chất hoá học của xenlulozơ ..................................................................... 6 1.2. PHẢN ỨNG AXETYL HÓA XENLULOZƠ ..................................................... 8 1.3. PHẢN ỨNG TRÙNG HỢP GHÉP LÊN XENLULOZƠ .................................. 11 1.3.1. Lý thuyết chung về quá trình trùng hợp ghép ................................................ 11 1.3.2. Ảnh hƣởng của điều kiện phản ứng tới đặc điểm quá trình ghép v tính chất của copolyme ghép xenlulozơ ................................................................................... 14 1.4. SỰ CỐ TRÀN DẦU VÀ CÁC TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƢỜNG, KINH TẾ - XÃ HỘI, SỨC KHỎE CON NGƢỜI ....................................................................... 19 1.4.1. Nguy n nhân gây ra sự cố tr n dầu ................................................................. 19 1.4.2. Tác động của dầu tr n đến môi trƣờng v kinh tế - x hội ............................. 21 1.4.3. Tác động của dầu tr n đến sức khỏe con ngƣời .............................................. 24 1.5. CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ TRÀN DẦU VÀ VẬT LIỆU HẤP THU DẦU ................................................................................................................. 25 1.5.1. Các phƣơng pháp xử lý sự cố tr n dầu ............................................................ 25 1.5.2. Giới thiệu về vật liệu hấp thu dầu ................................................................... 29 CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM ................................................................................ 35 2.1. HÓA CHẤT, NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ THIẾT BỊ......................................... 35 2.1.1. Hóa chất, nguy n vật liệu ................................................................................ 35 2.1.2. Thiết bị ............................................................................................................ 35 2.2. PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM .................................................................. 36
5. 2.2.1. Axetyl hóa sợi tre ............................................................................................ 36 2.2.2. Trùng hợp ghép LMA lên trên sợi tre ............................................................. 36 2.2.3. Tổng hợp vật liệu hấp thu dầu tr n cơ sở trùng hợp ghép LMA lên trên sợi tre có mặt chất tạo lƣới ................................................................................................... 37 2.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ .......................................... 37 2.3.1. Phân tích phổ hồng ngoại (IR – Infrared Spectroscopy) ................................. 37 2.3.2. Phƣơng pháp phân tích nhiệt (TGA – Thermo Gravimetric Analysis) ........... 38 2.3.3. Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM – Scanning Electron Microscopy) .. 39 2.3.4. Phƣơng pháp phổ tán xạ năng lƣợng tia X (EDX – Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) ............................................................................................................ 39 2.3.5. Mức độ axetyl hóa ........................................................................................... 40 2.3.6. Hiệu suất ghép ................................................................................................. 41 2.3.7. Xác định h m lƣợng phần gel ......................................................................... 41 2.3.8. Độ hấp thu dầu ................................................................................................ 41 2.3.9. Đo độ hấp thu dầu của vật liệu trong các điều kiện thực nghiệm khác nhau .. 42 2.3.10. Thu hồi và tái sử dụng vật liệu hấp thu dầu .................................................. 42 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 43 3.1. Axetyl hoá sợi tre ............................................................................................... 43 3.1.1. Ảnh hƣởng của thời gian ................................................................................. 43 3.1.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ .................................................................................. 43 3.1.3. Ảnh hƣởng của h m lƣợng NBS ..................................................................... 44 3.1.4. Ảnh hƣởng của tỷ lệ sợi tre/anhidrit axetic ..................................................... 45 3.1.5. Khả năng hấp thu dầu ...................................................................................... 46 3.1.6. Một số đặc trƣng lý hoá của sợi tre axetyl hóa ............................................... 47 3.1.7. Kết luận tiểu mục 3.1. ..................................................................................... 51 3.2. NGHIÊN CỨU TRÙNG HỢP GHÉP LMA LÊN SỢI TRE ............................. 52 3.2.1. Ảnh hƣởng của thời gian ................................................................................. 52 3.2.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ .................................................................................. 52 3.2.3. Ảnh hƣởng của nồng độ chất khơi m o ......................................................... 53
6. 3.2.4. Ảnh hƣởng của nồng độ monome ................................................................... 54 3.2.5. Tổng hợp vật liệu hấp thu dầu tr n cơ sở phản ứng trùng hợp ghép có mặt chất tạo lƣới ............................................................................................................... 55 3.2.6. Một số đặc trƣng hóa lý của sản phẩm ............................................................ 56 3.2.7. Kết luận tiểu mục 3.2 ...................................................................................... 59 3.3. NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH NĂNG CỦA VẬT LIỆU HẤP THU DẦU TRÊN CƠ SỞ SỢI TRE BIẾN TÍNH .................................................................................. 60 3.3.1. Đo độ hấp thu dầu của vật liệu ........................................................................ 60 3.3.2. Thu hồi và tái sử dụng vật liệu hấp thu dầu .................................................... 61 3.3.3. Kết luận tiểu mục 3.3 ...................................................................................... 63 KẾT LUẬN ............................................................................................................... 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 65
7. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Giải thích AA Axit acrylic AASO3H 2-acrylamido-2-metylpropansunfonic axit AIBN Azobisisobutyronitrin ATRP Phƣơng pháp trùng hợp gốc chuyển nguy n tử CTAB Cetyl trimetyl ammonium bromua DAc Mức độ axetyl hoá DMA Dimetyl axetamit DMAc Dimetyl axetamit DMAP 4-dimetylamino pyridin DMF Dimetyl formamit DMSO Dimetylsulfoxit DS Mức độ thế DSC Phƣơng pháp nhiệt vi sai quét DVB Divinyl benzen FTIR Phổ hồng ngoại HFO Dầu nhi n liệu nặng LMA Lauryl metacrylat MBA Metylenbisacrylamit NBS N- Bromosuccinimit NOAA Cục quản lý đại dƣơng v khí quyển quốc gia Hoa Kỳ PP Polypropylene SEM Kính hiển vi điện tử quét TGA Phƣơng pháp phân tích nhiệt trọng lƣợng WPG Phần trăm gia trọng XRD Nhiễu xạ tia X
8. DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Cấu trúc phân tử xenlulozơ ........................................................................ 4 Hình 1.2. Li n kết hidro trong v ngo i mạch xenlulozơ ........................................... 5 Hình 1.3. Li n kết giữa các lớp xenlulozơ ................................................................. 6 Hình 1.4. Phản ứng axetyl hoá xenlulozơ với anhidrit axetic .................................... 8 Hình 1.5. Cơ chế phân tán v tách pha dầu khỏi nƣớc nhờ các chất phân tán ......... 27 Hình 2.1. Sơ đồ phản ứng trùng hợp ghép LMA lên sợi tre..................................... 36 Hình 2.2. Sơ đồ phản ứng trùng hợp ghép LMA lên sợi tre có mặt chất tạo lƣới .... 37 Hình 2.3. Nguy n lý của phép phân tích EDX ......................................................... 40 Hình 3.1. Ảnh hƣởng của thời gian phản ứng đến mức độ axetyl hóa ..................... 43 Hình 3.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng đến mức độ axetyl hóa ...................... 44 Hình 3.3. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất xúc tác ................................................... 45 Hình 3.4. Ảnh hƣởng của tỷ lệ sợi tre/anhidrit axetic (w/v) .................................... 46 Hình 3.5. Độ hấp thu dầu của sợi tre và sợi tre axetyl hóa....................................... 46 Hình 3.6. Phổ IR của sợi tre (a) và sợi tre axetyl hóa (b) ......................................... 48 Hình 3.7. Giản đồ nhiễu xạ tia X của sợi tre (a) và sợi tre axetyl hóa (b) ................ 49 Hình 3.8. Giản đồ phân tích nhiệt TGA của sợi tre .................................................. 50 Hình 3.9. Giản đồ phân tích nhiệt TGA của sợi tre axetyl hóa ................................ 50 Hình 3.10. Ảnh SEM của sợi tre (a) và sợi tre axetyl hóa (b) .................................. 51 Hình 3.11. Ảnh hƣởng của thời gian đến quá trình trùng hợp ghép LMA lên sợi tre ................................................................................................................................... 52 Hình 3.12. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình trùng hợp ghép LMA lên sợi tre ................................................................................................................................... 53 Hình 3.13. Ảnh hƣởng của nồng độ AIBN đến quá trình trùng hợp ghép ............... 53 LMA lên sợi tre ......................................................................................................... 53 Hình 3.14. Ảnh hƣởng của nồng độ monome đến quá trình trùng hợp ghép ........... 54 LMA lên sợi tre ......................................................................................................... 54 Hình 3.15. Phổ IR của sợi tre (a) và LMA-sợi tre-DVB (b) .................................... 57
9. Hình 3.16. Giản đồ phân tích nhiệt TGA của sợi tre ................................................ 57 Hình 3.17. Giản đồ phân tích nhiệt TGA của sợi tre ghép LMA ............................. 58 Hình 3.18. Ảnh SEM của Sợi tre (a), LMA-Sợi tre (b) ............................................ 59 Hình 3.19. Hình ảnh quá trình làm sạch dầu thƣơng phẩm khỏi nƣớc: (a) Dầu trên mặt nƣớc; (b) dầu đƣợc hấp thu bởi vật liệu; (c) Vật liệu sau khi hấp thu dầu đƣợc vớt ra.......................................................................................................................... 62 Hình 3.20. Khả năng tái sử dụng của vật liệu hấp thu dầu trên cơ sở sợi tre biến tính sau 5 chu kỳ hấp thu/giải hấp .................................................................................... 62
10. DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Một số loại sợi thực vật đƣợc quan tâm trong thƣơng mại ........................ 3 Bảng 1.2. Th nh phần của một số loại sợi thực vật .................................................... 4 Bảng 1.3. Ảnh hƣởng của nồng độ chất khơi m o tới quá trình trùng hợp ghép ..... 16 Bảng 1.4. Ảnh hƣởng của dung môi tới một số quá trình trùng hợp ghép ............... 18 Bảng 1.5. Những vụ tr n dầu chính đƣợc nghi n cứu dịch tễ về tác động l n sức khỏe của con ngƣời ................................................................................................... 24 Bảng 3.1. Kết quả FTIR ............................................................................................ 47 Bảng 3.2. Ảnh hƣởng của h m lƣợng chất tạo lƣới đến sản phẩm quá trình trùng hợp ghép .................................................................................................................... 55 Bảng 3.3. Kết quả FTIR ............................................................................................ 56 Bảng 3.4. Độ hấp thu dầu thô của vật liệu xenlulozơ biến tính trong các điều kiện thực nghiệm khác nhau ............................................................................................. 60 Bảng 3.5. Độ hấp thu dầu thƣơng phẩm của vật liệu xenlulozơ biến tính trong các điều kiện thực nghiệm khác nhau .............................................................................. 61