ALCOHOL ETHOXYLATES và ỨNG DỤNG TRONG LĨNH vực tẩy rửa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BÁO CÁO MÔN HOẠT CHẤT BỀ MẶT

Đề tài: LIGNOSULFONATE VÀ NHỮNG ỨNG
DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP

GVHD:

TS. PHAN NGUYỄN QUỲNH ANH

SVTH:

LÊ DUY THỌ

Ngành:

CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT HĨA HỌC

MSSV:

18139184

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2022


Lignosulfonat và những ứng dụng trong công nghiệp
MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................................ 2

DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................................... 3
LỜI MỞ ĐẦU........................................................................................................................... 4
CHƯƠNG I.

TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT LIGNOSULFONAT .... 5

1.1.

Lịch sử ........................................................................................................................ 5

1.2.

Nguồn gốc ................................................................................................................... 5

1.3.

Định nghĩa .................................................................................................................. 6

1.4.

Cấu trúc ....................................................................................................................... 6

1.5.

Lợi ích ......................................................................................................................... 7

1.6.

Tác hại ........................................................................................................................ 7

CHƯƠNG II. TÍNH CHẤT HĨA LÍ CỦA LIGNOSULFONAT .......................................... 8
2.1.

Tính hoạt động bề mặt ................................................................................................ 8

2.2.

Khả năng hòa tan trong các dung mơi khác nhau ....................................................... 8

2.3.

Sự biến đổi và hình dạng trong dung dịch nước ......................................................... 8

2.4.

Tự liên kết và kết tụ trong dung dịch nước................................................................. 9

2.5.

Sự kết tủa .................................................................................................................... 9

2.6.

Giá trị HLB của Lignosulfonate ................................................................................. 9

CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG CỦA LIGNOSULFONAT TRONG MỘT SỐ NGÀNH
CƠNG NGHIỆP......................................................................................................................11
3.1.

Trong cơng nghiệp xây dựng .................................................................................... 11

3.2.

Sản xuất pin axit – chì .............................................................................................. 11

3.3.

Sử dụng làm chất kết tụ ............................................................................................ 12

3.4.

Làm chất hấp phụ kim loại trong cơng nghiệp xử lí nước thải ................................. 13

3.5.

Sử dụng làm chất khử bụi ......................................................................................... 14

3.6.

Chất chống oxy hóa và dược lí ................................................................................. 14

3.7.

Vật liệu tổng hợp composites ................................................................................... 15

3.8.

Chất phân tán nước than bùn (CWS) ........................................................................ 16

3.9.

Trong công nghiệp nhuộm ........................................................................................ 16

3.10.

Trong công nghiệp thuộc da .................................................................................. 16

CHƯƠNG IV.

KẾT LUẬN ................................................................................................ 18

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................... 19
2


Lignosulfonat và những ứng dụng trong cơng nghiệp

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Nguồn gốc lignin..................................................................................................5
Hình 1.2 Cấu trúc chung của lignosulfonat theo Kun và Pukanszky và Fiorani et al.........7
Hình 2.1 Cấu trúc và hình dạng lý tưởng của đại phân tử natri lignosulfonat trong dung
dịch.......................................................................................................................................8
Hình 2.2 Cơ chế kết tụ lignosulfonate.................................................................................9
Hình 3.1 Quá trình kết tụ huyền phù..................................................................................13
Hình 3.2 Cơ chế hoạt động của vật liệu hấp phụ...............................................................14

3


Lignosulfonat và những ứng dụng trong công nghiệp

LỜI MỞ ĐẦU
Chất hoạt động bề mặt là những chất hóa học có thể tích tụ ở bề mặt của chất lỏng,
hoặc mặt phân cách giữa hai pha với vai trò làm thay đổi sức căng bề mặt của bề mặt chất
lỏng. Tùy thuộc vào cấu trúc của chúng, chúng có nhiều ứng dụng trong các ngành công
nghiệp, chẳng hạn như dầu mỏ, khai thác mỏ, nghiền bột và dệt, trong đó chúng được sử
dụng làm chất tẩy rửa, chất làm ướt, chất nhũ hóa, chất tạo bọt và chất phân tán. Hầu hết
các chất hoạt động bề mặt thường được sử dụng là hóa chất gốc dầu.
Tuy nhiên, việc sử dụng các nguyên liệu thô thân thiện với môi trường để sản xuất
chất hoạt động bề mặt là mong muốn để giảm thiểu tác động môi trường của việc sản
xuất và sử dụng chất hoạt động bề mặt trong công nghiệp.
Lignin là một ứng cử viên hấp dẫn cho mục đích này vì nó khơng đắt và sẵn có. Các
dẫn xuất lignin và lignin, chẳng hạn như lignosulfonat, có thể được biến đổi về mặt hóa
học để tạo ra các chất hoạt động bề mặt với các tính chất hóa học và vật lý khác nhau,
điều này làm cho chúng phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.
Vì lẽ đó nên em chọn đề tài “Lignosulfonat và những ứng dụng trong công nghiệp” để
tìm hiểu.

4


Lignosulfonat và những ứng dụng trong công nghiệp
CHƯƠNG I.
1.1.

TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT
LIGNOSULFONAT

Lịch sử

Lignin là một phần của gỗ, sau xenluloza, là phân tử hữu cơ phong phú thứ hai trên

Trái đất. Gỗ chứa khoảng 20–30% lignin. Trong q trình sunfit hóa gỗ, lignin bị sulfat
hóa, các liên kết giữa lignin và polysaccharid cũng như các liên kết bên trong lignin bị
phá vỡ, và trọng lượng phân tử của lignin bị giảm. Quá trình này làm cho phân tử hòa tan
trong nước. Pha lỏng được tách khỏi bột giấy thô chứa lignosulfonat, muối, đường và các
dẫn xuất của đường và được gọi là “rượu đã qua sử dụng”. Hầu hết nó được đốt cháy để
sản xuất năng lượng và thu hồi các chất hóa học. [1]
Lignosulfonat (thường được viết tắt là LS) là một trong những chất phân tán đầu
tiên được thêm vào như một chất phụ gia vào bê tông. Lignosulfonat đã được sử dụng từ
những năm 1930 như chất làm dẻo hoặc giảm nước. [1]
Là sản phẩm phụ của ngành cơng nghiệp nghiền bột, có nguồn gốc từ lignin nên
lignosulfonat có giá thành rẻ và mặc dù hiệu suất hạn chế, chúng vẫn được ứng dụng rộng
rãi. [1]
1.2.

Nguồn gốc

Lignosulfonat có nguồn gốc chủ yếu từ lignin, là một loại polime thơm khơng
carbohydrate có mạch nhánh với monome là các đơn vị phenylpropan không tan và khó
bị phân hủy bằng enzyme, có trong các lồi thân gỗ tạo liên kết với các hemicellulose bao
quanh cellulose. Lignin có tiềm năng lớn để sử dụng như một chất hoạt động bề mặt do
cấu trúc thơm kỵ nước của nó. [2]

Hình 1.1 Nguồn gốc lignin
Ngồi chi phí sản xuất thấp thì ái lực hấp phụ, khả năng phân tán và tính thấm ướt của
lignosulfonat đã làm cho nó được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực. Ví dụ, chúng đã
5


Lignosulfonat và những ứng dụng trong công nghiệp
được sử dụng như chất hoạt động bề mặt anion trong phụ gia bê tông, trong thuốc trừ sâu

như chất ức chế ăn mịn, chất nhũ hóa và như nhựa trao đổi ion. [2]
Tuy nhiên, lignosulfonat có ái lực thấp làm giảm sức căng bề mặt của bề mặt phân
cách dầu-nước hoặc sức căng bề mặt của nước, điều này làm hạn chế các ứng dụng của
chúng. Ngoài ra, lignosulfonat được tạo ra trong q trình nghiền bột sulfit có thể bị
nhiễm polysaccharid và các hóa chất nghiền bột vơ cơ, điều này làm cho việc sử dụng
trực tiếp của chúng trở nên khó khăn. [2]
Các nghiên cứu được tiến hành để cải thiện các đặc tính của lignosulfonat và mở rộng
các cơng dụng tiềm năng của chúng. Chúng đã được sử dụng cùng với các chất hoạt động
bề mặt tổng hợp hoặc sinh học khác (cation hoặc khơng ion). Ví dụ, các chất đồng hoạt
động bề mặt như n-hexanol, n-heptanol hoặc n-octanol và đồng dung môi (tức là alkyl
benzen sulfonat) đã được sử dụng với lignosulfonat để tăng cường hiệu quả của chúng
trong việc hấp phụ các phân tử ở bề mặt của nhũ nước/dầu. [2]
1.3.

Định nghĩa

Lignosulfonat được tạo ra như sản phẩm phụ của lignin trong quá trình nghiền
bột sulfit, các lignin được sulfo hóa để chúng trở nên hịa tan trong nước và do đó có thể
tách ra khỏi xenluloza khơng hịa tan. Các lignin hịa tan được gọi là lignosulfonat, hiện
được sử dụng làm chất hoạt động bề mặt. [3]
Lignosulfonat là các dẫn xuất lignin chứa sulfonat có các nhóm ưa nước bao gồm các
nhóm sulfonat, phenyl hydroxyl và rượu hydroxyl và các nhóm kỵ nước (chuỗi cacbon).
Do đó chúng được xếp vào nhóm chất hoạt động bề mặt anion.[2]
Lignosulfonat là vật liệu rẻ tiền và có thể được sử dụng làm chất hoạt động bề mặt tự
nhiên, chất phân tán và chất kết tụ,...[3]
1.4.

Cấu trúc

Lignosulfonat là các đại phân tử có nhiều nhánh và được hình thành từ các đơn vị

phenylpropan được kết nối không đều đặn bằng các liên kết ete hoặc C-C, liên kết giữa
các vòng thơm . Trọng lượng phân tử của lignosulfonat nằm trong khoảng 103 –
106 g/mol. [1]
Lignosulfonat có sẵn dưới dạng muối canxi, natri và magiê. Trong các công thức với
các polyme khác, muối natri được ưu tiên hơn. Canxi sẽ tạo ra sự kết tủa thạch cao với
các ion sunfat có thể có trong các thành phần cơng thức khác, ví dụ như polynaphtalen
sulfonat (PNS) hoặc polymelamine sulfonat (PMS). Lignosulfonat được bán dưới dạng
bột màu nâu, có mùi thơm hoặc các dung dịch màu nâu 30–40%. [1]
Có thể thấy, sự phân bố khối lượng phân tử của các mẫu gỗ cứng ngun chất ln
thấp hơn so với các lignosulfonat có nguồn gốc từ gỗ mềm. Đặc tính này có thể là do sự
6


Lignosulfonat và những ứng dụng trong công nghiệp
khác biệt về thành phần của gỗ cứng và gỗ mềm, điều này có thể xác định thêm các đặc
tính của sản phẩm lignosulfonate. [4]

Hình 1.2 Cấu trúc chung của lignosulfonat theo Kun và Pukanszky ( trái )[5] , và
Fiorani et al. ( phải ).[6]
1.5.

Lợi ích

Lignosulfonat có thể được chelat hóa với các cation khác nhau, chẳng hạn như canxi
(Ca), natri (Na), kẽm (Zn), kali (K) và sắt (Fe), tạo thành phức hợp lignosulfonat được
chelat hóa ion. Khả năng chelate các ion vi chất dinh dưỡng khác nhau của lignosulfonat
cho phép nó được sử dụng làm phân bón thực vật. Ngồi ra, lignosulfonat là loại vật liệu
rẻ, dễ tìm, ít độc và thân thiện với mơi trường nên nó cịn được ứng dụng trong nhiều lĩnh
vực khác như trong công nghiệp, y học, thực phẩm,...
1.6.

Tác hại

Các nghiên cứu chỉ ra rằng lignosulfonat không gây hại cho thực vật, động vật hoặc
thủy sinh khi được sản xuất và ứng dụng đúng cách. Lignosulfonat đã được sử dụng như
một chất xử lý đường đất ở Châu Âu và Hoa Kỳ từ những năm 1920
Lignosulfonat cũng đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA)
phê duyệt cho việc sử dụng chúng trong các ứng dụng tiếp xúc với thực phẩm. Chúng
cũng được chấp thuận sử dụng như một chất hỗ trợ tạo viên và kết dính trong thức ăn
chăn ni. [7]

7


Lignosulfonat và những ứng dụng trong cơng nghiệp
CHƯƠNG II.
2.1.

TÍNH CHẤT HĨA LÍ CỦA LIGNOSULFONAT

Tính hoạt động bề mặt

Chất hoạt động bề mặt lignosulfonate là chất hoạt động bề mặt dựa trên lignin. Về
thành phần hóa học, vật liệu lignocellulosic có hàm lượng chủ yếu là 3 loại polyme khác
nhau, được gọi là lignin, hemixenluloza và xenluloza, chúng liên kết với nhau tạo thành
một thể thống nhất. Chất hoạt động bề mặt lignosulfonat là chất hoạt động bề mặt gốc
nước trong đó phần đầu ưa nước hoạt động bề mặt mạnh hơn phần đuôi. [8]
Chất tạo bề mặt được thêm vào để làm giảm sức căng bề mặt của các chất.
Lignosulfonat thường được sử dụng làm tác nhân phân tán và hấp phụ bề mặt. [8]
2.2.

Khả năng hòa tan trong các dung môi khác nhau

Trái ngược với các lignin kỹ thuật khác, lignosulfonate có khả năng hịa tan trong
nước tốt do có nhiều nhóm sulfonate. Các nghiên cứu cho thấy, khả năng hịa tan trong
nước của lignosulfonate hầu như khơng giới hạn. Ngồi nước, lignosulfonat cũng có khả
năng hịa tan tốt trong ethylene glycol, propylene glycol, dimethyl sulfoxide (DMSO),
cũng như methanol- Nước và dioxan-nước pha trộn với hơn 20% nước. [4]
Khả năng tan của lignosulfonate hạn chế trong đimetyl formamit, metanol,
xyclohexylamin và axit axetic. Người ta kết luận rằng lignosulfonat gỗ cứng có độ hịa
tan trong nước cao hơn lignosulfonat gỗ mềm. [4]
Ngồi ra lignosulfonate cũng có khả năng hịa tan trong chất lỏng ion ở 9°C, chẳng
hạn như choline acetate, Tributylmethylphosphoniummethyl sulfate hoặc N-butyl-Nmethylpyrrolidinium dicyanamide.[4]
2.3.

Sự biến đổi và hình dạng trong dung dịch nước

Lignosulfonate trong dung dịch nước dạng lí tưởng được mơ tả dưới dạng hình cầu
lồi, theo mơ hình polyelectrolite phân nhánh ngẫu nhiên

Hình 2.1 Cấu trúc và hình dạng lý tưởng của đại phân tử natri lignosulfonat trong
dung dịch
8


Lignosulfonat và những ứng dụng trong công nghiệp
Ở độ mặn và nồng độ lignosulfonat thấp, phân tử lignosulfonat được mở rộng do
lực đẩy tĩnh điện giữa các nhóm anion. Sự mở rộng này phụ thuộc vào cường độ ion, ví
dụ như tăng nồng độ chất phản ứng có thể làm giảm cân bằng liên kết phân ly. Ngồi ra,
q trình sàng lọc phí xảy ra ở độ mặn cao. Cả hai hiệu ứng đều làm giảm lực đẩy tĩnh

điện và do đó làm giảm mức độ giãn nở. Các nhóm sulfonat của lignosulfonat hầu hết
được phân ly trên pH 2, tuy nhiên, các nhóm cacboxylic ion hóa ở khoảng pH 3-4 và các
nhóm phenolic ở khoảng pH 9-10. Do đó, tăng độ pH từ 2 đến 10 đã được cho là làm
tăng kích thước phân tử. [4]
2.4.

Tự liên kết và kết tụ trong dung dịch nước

Lignosulfonat có thể kết tụ trong dung dịch nước. Từ lâu, người ta cho rằng sự kết tụ
này là kết quả của các tương tác kỵ nước. Ngoài ra, liên kết hydro đã được xem như một
cơ chế cho các tương tác giữa lignosulfonate – lignosulfonate. Sự kết tụ lignosulfonat có
thể được tạo ra bằng cách tăng nồng độ lignosulfonat hoặc muối, bằng cách thêm rượu,
bằng cách giảm pH, và bằng cách tăng nhiệt độ. Tăng nồng độ lignosulfonat hoặc của
một chất điện phân khác sẽ làm tăng cường độ ion. Điều này có thể tạo ra sự che chắn
Coulomb của các nhóm anion hoặc giảm mức độ phân ly. Lực đẩy tĩnh điện giữa các
phân tử lignosulfonate riêng lẻ được giảm xuống và các chất ít ưa nước hơn sẽ tiếp xúc
nhiều hơn do số lượng lớn hơn các cấu trúc có thể có. Cả hai tác động đều có thể tạo điều
kiện cho các tương tác kỵ nước, có thể dẫn đến kết tụ. Thêm dung mơi rượu vào dung
dịch nước có thể có tác dụng tương tự. [4]
Sự kết tụ lignosulfonate cũng được báo cáo là do nhiệt độ tăng lên 38°C và cao hơn.
[4]

Hình 2.2 Cơ chế kết tụ lignosulfonate
2.5.

Sự kết tủa

Sự kết tủa lignosulfonate từ dung dịch có thể do một số thay đổi làm mất khả năng ổn
định hòa tan của nó. Việc bổ sung một chất điện phân khác có thể tạo ra kết tủa bằng
cách tạo muối. Thêm dung mơi vào dung dịch nước cũng có thể gây ra kết tủa

lignosulfonat, vì có nhiều dung mơi hịa tan được với nước nhưng lại là dung môi kém
đối với lignosulfonat. [4]
2.6.

Giá trị HLB của Lignosulfonate
9


Lignosulfonat và những ứng dụng trong công nghiệp
Hydrophillic-lipophillic balance (HLB) được gọi là chỉ số cân bằng ưa nước – ưa dầu,
thang đo giá trị HLB nằm trong khoảng từ 1 – 20.
Lignosulfonat là chất hoạt động bề mặt anion, có giá trị HLB trung bình , rơi vào
khoảng 11.6. [9], [10]

10


Lignosulfonat và những ứng dụng trong công nghiệp
CHƯƠNG III.
3.1.

ỨNG DỤNG CỦA LIGNOSULFONAT TRONG MỘT SỐ
NGÀNH CƠNG NGHIỆP

Trong cơng nghiệp xây dựng

Chất phân tán và phụ gia bê tơng (chất hóa dẻo) chiếm nhiều nhất trong việc sử dụng
lignosulfonat và lignin đã sulfo hóa. Điều này là do trọng lượng phân tử thích hợp của
chúng (10000 – 50000 g/mol ) và mật độ điện tích anion (0,1–0,9 meq/g ), xuất phát từ sự
có mặt của các nhóm chức. Các nghiên cứu cũng đã ghi nhận độc tính thấp của

lignosulfonat trong sinh vật biển, điều này càng làm tăng tiềm năng sử dụng an toàn của
chúng. [11]
Khi amoni được sử dụng trong quá trình nghiền bột sulfit, các lignosulfonat được tạo
ra thường có trọng lượng phân tử cao hơn so với khi sử dụng natri hoặc canxi. Trọng
lượng phân tử cao hơn này dẫn đến các phản ứng ngưng tụ sẽ làm tăng trọng lượng phân
tử lignosulfonat. Các natri lignosulfonat thường có độ nhớt biểu kiến thấp hơn so với các
lignosulfonat canxi; điều này được cho là do natri có lực đẩy động điện mạnh hơn lực đẩy
của canxi, làm tăng lực đẩy do đó làm giảm độ nhớt. [11]
Trong một nghiên cứu, việc tăng trọng lượng phân tử của lignosulfonat thông qua q
trình oxy hóa và sulfome hóa đã nâng cao khả năng hóa dẻo của chúng trong bê tơng từ
161 (khơng biến tính) lên 185 mm với liều lượng 0,3% khối lượng lignosulfonat. [11]
Hàm lượng lưu huỳnh của các sản phẩm dựa trên lignin dường như ảnh hưởng đáng
kể đến hiệu suất phân tán của chúng. Trong một báo cáo, việc giảm hàm lượng lưu huỳnh
của lignosulfonat giúp tăng khả năng phân tán bằng cách tăng tính kỵ nước. Điều này là
do lượng nhóm sulfonat thấp hơn dẫn đến ít cản trở quá trình hấp phụ kỵ nước giữa mạch
hydrocacbon của lignin và vật liệu mà nó hấp thụ. Sự gia tăng hàm lượng lưu huỳnh từ
0,65 lên 1,45 mmol/g từ q trình oxy hóa và sulfo hóa các lignosulfonat góp phần cải
thiện khả năng hóa dẻo, cũng như tăng tính lưu động từ 161 lên 185 mm. Do đó, có thể
kết luận rằng hàm lượng lưu huỳnh của lignin đã sulfo hóa là cần thiết cho sự hịa tan và
phân tán của nó, nhưng ở hàm lượng lưu huỳnh cao hoặc trọng lượng phân tử cao, sự
phân tán của lignosulfonat có thể bị cản trở. [11]
3.2.

Sản xuất pin axit – chì

Pin axit-chì, thường được sử dụng trong ơ tơ, là một trong những nguồn điện có thể
sạc lại được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới và cũng có thể hoạt động như một nguồn
cung cấp năng lượng dự phịng. Một pin axit-chì bao gồm phần chứa chì làm cực dương
và chì được phủ một lớp oxit chì làm cực âm, cùng với một số kim loại khác được sử
dụng để pha tạp. Cả cực dương và cực âm đều chứa axit sunfuric. Khi điện được tạo ra

bởi pin, axit sunfuric bị khử thành nước. Để tái sinh axit sunfuric, phải sử dụng nguồn
11


Lignosulfonat và những ứng dụng trong cơng nghiệp
điện bên ngồi để sạc lại ắc quy. Bởi vì các tấm cực dương và cực âm bị oxy hóa theo
thời gian, sự ăn mịn xảy ra làm giảm kích thước của các tấm, giảm dung lượng của pin
và cuối cùng là tuổi thọ của pin. Các chất phụ gia được gọi là chất mở rộng được sử dụng
để duy trì hiệu suất của pin thông qua nhiều chu kỳ sạc và xả. [11]
Để mở rộng kích thước của các tấm, làm tăng dung lượng và tuổi thọ của pin, việc sử
dụng các vật liệu hữu cơ đã được nghiên cứu. Chất hữu cơ, chẳng hạn như vật liệu
lignocellulosic hỗ trợ ngăn ngừa sự ăn mòn của các vật liệu hoạt động được sử dụng để
sạc lại pin. Về mặt này, lignosulfonat có thể được sử dụng, nhưng khả năng tan cao đã
cản trở tiềm năng ứng dụng của chúng trong pin. Tính khơng tan trong axit của
lignosulfonat có thể tăng lên bằng cách giảm hàm lượng lưu huỳnh của lignosulfonat,
điều này có thể mở rộng ứng dụng của chúng trong pin. Bằng cách thêm các
lignosulfonat có hàm lượng lưu huỳnh đã khử ở 0,1–0,2% trọng lượng của hợp chất chì
vào pin, hiện tượng tạo bọt đã được giảm bớt trong quá trình sử dụng pin, điều này cho
phép sử dụng pin hiệu quả hơn và ít suy giảm chất lượng hơn do giảm sự hình thành bọt
axit. Người ta cho rằng việc ứng dụng lignosulfonat trong pin đã cải thiện tuổi thọ của
chúng lên nhiều năm, trong khi pin khơng có lignosulfonat được cho là có thể hoạt động
trong nhiều ngày do sự ăn mịn của các tấm chì. [11]
3.3.

Sử dụng làm chất kết tụ

Chất kết tụ được sử dụng rộng rãi để giảm thời gian lắng của dung dịch huyền phù và
để tăng lượng vật liệu lắng. Các chất keo tụ hiệu quả đòi hỏi sự hấp phụ tốt lên các hạt
thơng qua cả điện tích bề mặt và trọng lượng phân tử. Lignosulfonat và lignin sulfo hóa
từ lâu đã được khai thác làm chất kết tụ. Một nghiên cứu đã sử dụng lignosulfonat để keo

tụ bùn lưu huỳnh được sử dụng trong q trình rửa trơi đồng với liều lượng 0,2 wt% và
cải thiện mật độ của nó từ 40 đến 67%. Các lignosulfonat được sử dụng trong ứng dụng
này khơng ảnh hưởng vào q trình khác khi rửa trơi đồng. [11]
Tuy nhiên, lignosulfonat khơng biến tính và lignin đã sulfonat hóa thường khơng đủ
hiệu quả để trở thành chất keo tụ có thể sử dụng được trên thị trường, và do đó nên được
sử dụng cùng với các chất tạo bông khác. Trong một nghiên cứu, lignosulfonat được áp
dụng để xử lí các dịng nước thải chế biến thực phẩm khác nhau ở liều lượng 20–40 ppm
kết hợp với xanthan gum và carrageenan. Tăng liều lượng lignosulfonat sẽ khiến nước
thải trong hơn. Ngoài ra chất đồng trùng hợp keo tụ lưỡng tính gồm 50% acrylamit, 25%
lignosulfonat và 25% chitosan sẽ loại bỏ thuốc nhuộm từ 50-100% với liều lượng 300
mg/L cho các loại thuốc nhuộm khác nhau. Các giá trị này có thể so sánh với các giá trị
12


Lignosulfonat và những ứng dụng trong công nghiệp
của chất keo tụ thương mại do các ưu điểm về môi trường tăng lên khi lignosulfonate
được sử dụng. [11]
Lignosulfonat và lignin sulfo hóa là những chất keo tụ hiệu quả khi khối lượng phân
tử của chúng được tăng lên thông qua liên kết ngang. Trong một nghiên cứu,
lignosulfonat được biến đổi bằng cách sử dụng polyetylen glycol và tosyl clorua, được
thử nghiệm trong dung dịch huyền phù (đất sét 4%) chứa 1000 ppm NaCl. Sự thay đổi
này dẫn đến thời gian lắng là 80–136s, trong khi thời gian lắng cho các lignosulfonat
chưa biến tính là 570s. Trong một nghiên cứu làm tăng khối lượng phân tử của
lignosulfonat bằng cách liên kết với fomanđehit và đimetylamin trong điều kiện kiềm,
tiếp theo là este mesyl disulfonat. Sản phẩm được sử dụng làm chất kết tụ trong bùn nước
đất sét; nó làm giảm thời gian lắng xuống 50s ở liều lượng 10 ppm so với thời gian lắng
600s khi khơng sử dụng phụ gia. [11]

Hình 3.1 Quá trình kết tụ huyền phù
3.4.

Làm chất hấp phụ kim loại trong cơng nghiệp xử lí nước thải

Chất hấp phụ kim loại hay chất tạo phức là vật liệu có khả năng liên kết với kim loại
để tạo phức kim loại. Các nhóm cacboxylat và sulfonat của lignosulfonat có thể hoạt
động như những chất hỗ trợ tạo phức tiềm năng cho kim loại. Điều này xảy ra thông qua
cơ chế trao đổi cation, trong đó muối (ví dụ, muối natri) của nhóm chức lignosulfonat
trao đổi khơng thuận nghịch với các chất gây ô nhiễm kim loại trong dung dịch (ví dụ,
Co 2+ hoặc Hg 2+ ). [11]
Tăng khả năng sulfo hóa của các lignosulfonat có thể cho phép tạo phức kim loại tốt
hơn vì các nhóm sulfonat có ái lực cao hơn sẽ hấp phụ kim loại tốt hơn. Lignosulfonat
được sử dụng làm chất ức chế ăn mòn hoặc ức chế sắt trong hệ thống phân phối nước
uống. Hiệu quả tạo phức của lignosulfonat ở liều lượng 100 g/L là 95% với sắt và đồng
và 70% với kẽm. [11]

13


Lignosulfonat và những ứng dụng trong cơng nghiệp
Việc tăng nhóm hydroxyl của lignosulfonat thơng qua hydroxymethyl hóa cho phép
tăng khả năng tạo phức lên 23,3% với kẽm, 18,9% với magiê và 24,9% với đồng. Các
nhóm hydroxyl góp phần lớn vào khả năng tạo phức của lignosulfonat. [11]

Hình 3.2 Cơ chế hoạt động của vật liệu hấp phụ
3.5.

Sử dụng làm chất khử bụi

Lignosulfonat cũng được sử dụng làm chất khử bụi. Lignosulfonat được phun lên
đường đất và trở nên nhớt khi nước bốc hơi trong q trình làm khơ; bụi này được giữ lại

và ngăn chặn ơ nhiễm khơng khí từ các hạt. Lignosulfonat là lựa chọn thay thế tốt hơn
các loại hóa chất ngăn bụi khác (ví dụ như clorua canxi) vì chúng hiệu quả hơn.
Lignosulfonat cung cấp độ che phủ mặt đường tốt hơn và giảm yêu cầu bảo dưỡng
thơng qua việc cải thiện hệ thống thốt nước trên bề mặt. Lignosulfonat cũng khơng độc
hại, khơng ăn mịn và phân hủy sinh học; những yếu tố này làm giảm tác động môi
trường tiềm ẩn của chúng so với các giải pháp thay thế tổng hợp. Tuy nhiên, một nhược
điểm lớn của việc sử dụng lignosulfonat trong lĩnh vực này là khả năng hòa tan trong
nước của chúng. Trong trường hợp này, lignosulfonat có thể trơi ra khỏi bề mặt đường
khi mưa lớn. [11]
3.6.

Chất chống oxy hóa và dược lí

Chất chống oxy hóa là vật liệu ngăn cản phản ứng oxy hóa của các gốc tự do phản
ứng chứa oxy. Chúng rất quan trọng trong các ứng dụng y tế và mỹ phẩm để ngăn chặn
sự phá hủy các tế bào khỏe mạnh trong cơ thể con người. Lignin và lignosulfonat đã được
kiểm tra về khả năng chống oxy hóa của chúng, do các nhóm phenolat và cacboxylat, có
tác dụng chống oxy hóa. Các đơn vị syringyl của lignosulfonat (nhóm metoxyl ortho đến
nhóm hydroxyl phenolic) hỗ trợ tăng cường tác dụng chống oxy hóa. Điều này là do tính
chất chelat của nhóm hydroxyl phenolic tăng lên và khả năng loại bỏ gốc. [11]
14


Lignosulfonat và những ứng dụng trong công nghiệp
Một nghiên cứu cho thấy lignosulfonat ức chế hồn tồn q trình tán huyết máu
người do 2,2′-azobis (2-aminidopropane) (AAPH; chất khơi mào gốc) ở nồng độ khoảng
200 μg/mL trong máu. Một nghiên cứu khác báo cáo sự ức chế một phần 2,2-diphenyl-1picrylhydrazyl (DPPH) với sự gia tăng chất đồng trùng hợp ghép lignosulfonate. Hàm
lượng phenolic tăng từ 0 đến 0,97% khối lượng do sự kết hợp của lignosulfonat, làm tăng
sự ức chế DPPH từ 0 đến 31%. Ngồi ra, lignosulfonat khơng gây hại cho mắt và da; do
đó, chúng có tiềm năng được sử dụng trong các sản phẩm mỹ phẩm. Lignin được kết hợp

trong hỗn hợp polypropylene làm tăng khả năng chống oxy hóa của composite từ khoảng
thời gian cảm ứng oxy hóa từ 7,18 đến 11,12 phút; điều này cho thấy sự ngăn chặn của
phản ứng oxy hóa. [11]
Ngồi khả năng chống oxy hóa, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng lignosulfonates có đặc
tính kháng virus; những điều này rất có thể xuất phát từ đặc điểm polyanionic và cấu trúc
phân tử của chúng. Lignosulfonat có hoạt tính chống đơng máu, kháng sinh và kháng u
khi được sử dụng trên 180 tế bào khối u sarcoma. Đặc biệt, lignosulfonat ở liều lượng 50
μg/mL dẫn đến ức chế hồn tồn q trình chết tế bào do HIV, sản xuất kháng nguyên
đặc hiệu với HIV, cùng với sự hình thành hợp bào, có thể do ngăn cản thụ thể CD-4 và
tương tác với HIV. Điều này có nghĩa là lignosulfonat có thể được sử dụng để phát triển
các loại thuốc chống HIV nhằm kích thích hệ thống miễn dịch. Một nghiên cứu khác cho
thấy khả năng tránh thai trong âm đạo đối với axit lignosulfonic; một dẫn xuất của
lignosulfonat. Với liều lượng 1,5 mg/mL, axit lignosulfonic ngăn chặn quá trình thụ tinh
trong tế bào trứng khỉ. Với đặc tính thú vị này, cùng với các đặc tính tiềm năng kháng virút, có thể cho phép các vật liệu chứa axit lignosulfonic/lignosulfonate hoạt động như cả
biện pháp tránh thai và kháng khuẩn. [11]
3.7.

Vật liệu tổng hợp composites

Lignosulfonat và lignin sulfo hóa có thể được kết hợp vào các vật liệu tổng hợp khác
nhau để tăng khả năng phân hủy sinh học và thay thế các vật liệu tổng hợp đắt tiền.
Lignosulfonat có thể được thêm vào polyeste (tức là polybutylen succinat) để tăng cường
tính ưa nước của vật liệu tổng hợp. [11]
Lignosulfonat cũng đã được tích hợp vào các sản phẩm nhựa PF (phenol
formaldehyde) do hàm lượng nhóm phenol và trọng lượng phân tử cao của chúng. Những
đặc tính này cho phép tăng tỷ lệ hồ hóa, làm cho nhựa bắt đầu đơng cứng nhanh hơn. Tỷ
lệ gel hóa tăng lên có thể nâng cao tốc độ sản xuất và giảm thiểu chi phí liên quan đến
việc hình thành nhựa. Sự kết hợp của lignosulfonat có thể thay thế 40-70% nhựa PF. [11]
15

Lignosulfonat và những ứng dụng trong công nghiệp
Các ứng dụng của lignosulfonat trong polyolefin cũng được nghiên cứu. Ở
lignosulfonat 5% trọng lượng, độ bền kéo của polyolefin tăng 20% và độ giãn dài khi đứt
tăng 25%. Lignosulfonat được kết hợp trong vật liệu tổng hợp poly ( N-ethylaniline)/
lignosulfonat đã làm tăng khả năng hòa tan của hỗn hợp và cho phép dẫn điện tốt hơn.
Tuy nhiên, sự kết dính giữa lignosulfonat và các polyme khác cịn kém do tính khơng
đồng nhất của lignosulfonat trong vật liệu tổng hợp. [11]
3.8.

Chất phân tán nước than bùn (CWS)

Một loại nước than bùn điển hình (CWS) chứa 60–75% than, 25–40% nước, và
khoảng 1% chất phân tán hóa học. CWS thường được đốt cháy để tạo ra năng lượng, vì
vậy sẽ kinh tế hơn nếu CWS có hàm lượng than đá cao và độ nhớt thấp. Do đó, sự có mặt
của chất phân tán có thể rất quan trọng để kiểm soát độ nhớt, độ chảy và đặc tính lắng của
CWS. Các chất phân tán CWS phổ biến là đồng trùng hợp humate và methylene
naphthalene sulfonate – styrene sulfonate – maleate. Gần đây, lignosulfonate đã được
nghiên cứu như một chất phân tán CWS tái tạo. Kết quả cho thấy rằng có hiệu quả hơn
trong việc giảm độ nhớt của CWS. Ngoài ra, với lignosulfonate ở hàm lượng thấp, sự nổi
của than khi có khống sét đã được cải thiện trong nước khử ion, trong khi ở nước mặn
thì khơng có cải thiện. Tuy nhiên, hàm lượng lignosulfonat cao dẫn đến sự sụt giảm quá
trình tuyển nổi than ở cả nước khử ion và nước mặn do đất sét hấp phụ cao trên bề mặt
than. [12]
3.9.

Trong công nghiệp nhuộm

Sự gia tăng trọng lượng phân tử, hàm lượng hydroxyl phenol và sự sulfo hóa do biến
đổi lignosulfonat bằng rượu hydroxybenzyl cho phép khả năng phân tán thuốc nhuộm tốt

hơn. Sự hấp phụ của lignosulfonat lên thuốc nhuộm được tăng lên do trọng lượng phân tử
và hàm lượng hydroxyl tăng lên, trong khi các nhóm sulfonat gây ra sự ổn định thơng qua
các điện tích đẩy mạnh. [13]
Trong quá trình nhuộm, do tỷ lệ nhuộm thấp sẽ gây ra sự hao hụt lớn cho thuốc
nhuộm và ảnh hưởng đến chất lượng nhuộm vải, các chất phân tán được thêm vào không
chỉ để tạo ra sự phân tán đồng đều của thuốc nhuộm trong pha lỏng mà còn cải thiện tốc
độ nhuộm. [13]
3.10. Trong công nghiệp thuộc da
Chất lignosulfonate có các hạn chế như làm da cứng và dễ cong vênh, vì vậy việc sử
dụng trực tiếp nó làm chất thuộc da sẽ gây ra nhiều vấn đề. Điều chỉnh hóa học là cần
thiết đối với các sản phẩm lignin đã biến tính để có được sự phân bố bán kính hạt phù
16


Lignosulfonat và những ứng dụng trong công nghiệp
hợp và khả năng hòa tan trong nước tốt hơn. Sử dụng 2% -3% Lignosulfonate trong quá
trình sơ chế (trước khi thêm Chrome hoặc tanin thực vật) là để tăng thời gian thâm nhập
của tanin và hấp thụ vào da và rút ngắn thời gian thuộc da. [14]

17


Lignosulfonat và những ứng dụng trong công nghiệp
CHƯƠNG IV. KẾT LUẬN
Lignosulfonat hoặc lignin đã sulfonat hóa là các polyme polyelectrolyte anion hịa tan
trong nước được thu hồi từ q trình nghiền sulfit của gỗ (rượu nâu), hoặc được điều chế
bằng cách sulfo hóa lignin kiềm. Lignosulfonat, bao gồm cả cấu trúc thơm kỵ nước và
các nhóm sulfonic ưa nước, đã được ứng dụng như chất phân tán hoặc chất hoạt động bề
mặt trong các ngành công nghiệp khác nhau.
Lignosulfonat đã được sử dụng rộng rãi làm chất pha loãng trong quá trình thu hồi

dầu để giảm độ nhớt của bùn khoan và tăng cường khả năng thu hồi dầu. Lignosulfonat
cũng có thể được sử dụng để điều chế bùn nước than đá làm chất phân tán tái tạo và các
ứng dụng cơng nghiệp khác, ví dụ, làm chất tạo chelat và chất giảm nước trong xi măng,
sản xuất pin, xử lí nước thải và các chất phân tán hiệu quả để phân tán thuốc nhuộm, và
vật liệu tổng hợp polyme.
Tuy nhiên việc ứng dụng hiệu quả lignosulfonat vẫn còn đang trong gia đoạn nghiên
cứu và phát triển để có thể mở rộng được quy mô ứng dụng nhiều hơn nữa, khắc phục
được những nhược điểm và các đặc tính khơng mong muốn trong quá trình sản xuất.

18


Lignosulfonat và những ứng dụng trong công nghiệp
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Superplasticizers and the rheology of concrete - R. Flatt, I. Schober, in Understanding
the Rheology of Concrete, 2012
[1]

[2]

Synthetic and lignin-based surfactants: Challenges and opportunities - Norah
Alwadani, Pedram Fatehi
[3]

Potential of Bagasse as Raw Material for Lignosulfonate Surfactant - Rini Setiati,
Aqlyna Fatahanissa, Shabrina Sri Riswati, Septoratno Siregar and Deana Wahyuningrum
[4]

A Critical Review of the Physicochemical Properties of Lignosulfonates: Chemical
Structure and Behavior in Aqueous Solution, at Surfaces and Interfaces - Jost Ruwoldt

[5]

Kun, D.; Pukánszky, B., Polymer/Lignin blends: Interactions, properties, applications.
European Polymer Journal 2017, 93, pp.618-641.
[6]

Fiorani, G.; Crestini, C.; Selva, M.; Perosa, A., Advancements and Complexities in the
Conversion of Lignocellulose Into Chemicals and Materials. Frontiers in Chemistry 2020,
8, pp.797
[7]

Theo Cục quản lí Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ

[8]

Laboratory Study: The Development of A Sodium Lignosulfonate (SLS) Surfactant
Formulation for Light Oil Reservoir to Improve Oil Recovery - Sudarmoyo, Boni
Swadesi, Aulia Novi Andini , Septoratno Siregar, Rani Kurnia , Ari Buhari, I G S
Budiaman.
[9]

Challenge sodium lignosulfonate surfactants synthesized from bagasse as an injection
fluid based on hydrophilic lipophilic balance - Rini Setiati, Septoratno Siregar, Taufan
Marhaendrajana, Deana Wahyuningrum
[10]

Surfactant Flooding for EOR Using Sodium Lignosulfonate Synthesized from Bagasse
- By Rini Setiati, Septoratno Siregar, Taufan Marhaendrajana and Deana Wahyuningrum
[11]

Production and Application of Lignosulfonates and Sulfonated Lignin - Thomas
Aro,Dr. Pedram Fatehi
[12]

Conversion of Lignin into Bio-Based Chemicals and Materials (pp.81-90) - Chunbao
Charles Xu, Fatemeh Ferdosian
[13]

Structure and Properties of Sodium Lignosulfonate with Different Molecular Weight
Used as Dye Dispersant - Dongjie Yang, Huijing Li, Yanlin Qin, Zhong Ruisheng
[14]

Lignin Chemicals and Their Applications. (2019), pp.114-115

19