LIGNOSULFONAT và ỨNG DỤNG TRONG GIA CÔNG THUỐC bảo vệ THỰC vật

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
CHUN NGÀNH KỸ THUẬT HĨA SINH



TIỂU LUẬN: HOẠT CHẤT BỀ MẶT
ĐỀ TÀI: LIGNOSULFONAT VÀ ỨNG DỤNG TRONG
GIA CÔNG THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT

Sinh viên thực hiện

MSSV

Nguyễn Thị Hồng Loan

17139074

TPHCM, 2022


17139074

HOẠT CHẤT BỀ MẶT

DH17HS

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 3
CHƯƠNG Ⅰ : TỔNG QUAN VỀ LIGNIN.......................................................................... 5
1.1

GIỚI THIỆU VỀ LIGNIN ..................................................................................... 5

1.2

CẤU TRÚC PHÂN TỬ LIGNIN .......................................................................... 6

1.3

TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA LIGNIN .................................................................. 7

1.4

TÍNH CHẤT HĨA HỌC CỦA LIGNIN ............................................................... 7

1.5

ỨNG DỤNG CỦA LIGNIN .................................................................................. 8

CHƯƠNG Ⅱ : LIGNOSULFONAT .................................................................................... 8
2.1 GIỚI THIỆU VỀ LIGNOSULFONAT ...................................................................... 8
2.2 CẤU TRÚC PHÂN TỬ LIGNOSULFONAT ........................................................... 9
2.3 CÁC TÍNH CHẤT CỦA LIGNOSULFONAT.......................................................... 9
2.4 ỨNG DỤNG CỦA LIGNOSULFONAT ................................................................. 10
2.4.1 ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP ............................................................ 10
2.4.2 ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP ........................................................... 11
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 13

2

17139074

HOẠT CHẤT BỀ MẶT

DH17HS

MỞ ĐẦU
Trên thế giới hiện nay, cùng với sự phát triển của ngành nơng nghiệp, tình hình
sâu bệnh phá hoại mùa màng, cây trồng nông, lâm nghiệp và các côn trùng gây bệnh cho
người và vật nuôi cũng ngày càng trở nên trầm trọng, gây ra những tổn thất rất lớn về
người và của. Theo các số liệu thống kê từ trước đến nay, tổn thất do sâu bệnh gây ra
trong nông nghiệp trên thế giới ước tính khoảng 25 – 35 % tổng sảm lượng.
Nhằm giảm thiểu thiệt hại mùa màng do sâu bệnh gây ra, một trong những biện
pháp hữu hiệu nhất là sử dụng các hóa chất BVTV để phịng trừ dịch hại troanag nông
nghiệp. Biện pháp này ngày càng phát triển trong thời gian gần đây, ở Việt Nam cũng
như trên thế giới. Tuy nhiên, do tính độc hại của các loại hóa chất BVTV, vấn đề ô nhiễm
môi trường và ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng cũng ngày càng trở nên trầm trọng. Để
giảm thiểu các tác động xấu của chúng, xu hướng hiện nay là nghiên cứu tìm tịi các hoạt
chất mới, phụ gia mới và các dạng gia công mới để tạo ra các sản phẩm hiệu quả hơn, ít
gây ơ nhiễm tới mơi trường.
Các hợp chất Lignosulfonat có nguồn gốc từ Lignin tự nhiên là sự lựa chọn tích
cực và triển vọng làm phụ gia trong gia cơng thuốc BVTV bởi những tính chất ưu việt
của nó như khả năng phân tán, tạo nhũ tốt, rất phù hợp với các dạng gia công thế hệ mới
và đặc biệt là rất thân thiện với mơi trường. Vì vậy, sử dụng các hợp chất này trong gia
công thuốc BVTV ngày càng được khuyến khích vì nó đem lại hiệu quả kinh tế, vừa
giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường. Ngồi ra, Lignosulfonat cịn có nhiều ứng dụng quan
trọng và rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác như nhuộm, sản xuất gốm sứ, vật
liệu xây dựng, thức ăn gia súc, phân bón…

3


17139074

HOẠT CHẤT BỀ MẶT

DH17HS

Nguyên liệu để tổng hợp Lignosulfonat là Lignin lấy từ nước thải của các nhà máy
sản xuất bột giấy. Sử dụng nguồn nước thải này để sản xuất Lignosulfonat đồng thời sẽ
góp phần giải quyết vấn đề xử lý nước thải của ngành công nghiệp giấy.
Mục tiêu của tiểu luận: Tìm hiểu về hợp chất muối Lignosulfonat có những tính chất phù
hợp để sử dụng trong gia cơng một số dạng thuốc BVTV, nhằm góp phần vào cơng tác
phịng trừ dịch hại ở Việt Nam.

4


17139074

HOẠT CHẤT BỀ MẶT

DH17HS

CHƯƠNG Ⅰ : TỔNG QUAN VỀ LIGNIN
1.1 GIỚI THIỆU VỀ LIGNIN
Thuật ngữ “Lignin” được đưa ra vào năm 1819 bởi “de Candolle”, nó có nguồn gốc
Latin là Lignum, nghĩa là gỗ.
Lignin là hợp chất hóa học phức tạp, chủ yếu được tách từ gỗ và là một phần không

thể thiếu của màng tế bào thực vật. Lignin là polyme hữu cơ phổ biến nhất sau Cellulose,
chiếm 30% các mẫu Carbon hữu cơ chưa hóa thạch và tạo thành từ ¼ đến 1/3 khối lượng
gỗ khơ.

Hàm lượng Lignin tự nhiên trong gỗ
Các hợp chất
khác, 25%

Cellulose, 45%

Lignin, 30%
Cellulose

Các hợp chất khác

Lignin

Hợp chất này có một vài tính chất bất thường khác với các biopolyme khác, đó là tính
hỗn tạp ngay từ cấu trúc cấu thành đầu tiên của nó.
Trong cơng nghiệp, q trình biến đổi hóa học của Lignin thường gặp nhất là delignin
hóa. Delignin hóa là thủy phân và hòa tan Lignin từ nguyên liệu gỗ hoặc quá trình nấu

5


17139074

HOẠT CHẤT BỀ MẶT

DH17HS

bột giấy và sản phẩm của quá trình này là nguồn nguyên liệu quan trọng để sản xuất một
số hóa chất có đặc trưng phenol.
1.2 CẤU TRÚC PHÂN TỬ LIGNIN
Lignin là hợp chất raxemic với khối lượng phân tử lớn, có đặc tính thơm và kỵ nước.
Nghiên cứu xác định độ trùng hợp của Lignin, người ta thấy có sự phân đoạn trong q
trình chiết và phân tử có chứa nhiều loại tiền chất xuất hiện lặp đi lặp lại một cách ngẫu
nhiên trong đó chủ yếu là các mắt xích là dẫn xuất phenylpropane.

Hình 1: Cấu trúc một phần phân tử Lignin

6


17139074

HOẠT CHẤT BỀ MẶT

DH17HS

Thành phần hóa học của Lignin thay đổi tùy theo loài thực vật, Lignin của thực vật được
chia làm ba loại: Lignin gỗ lá kim, Lignin gỗ lá rộng, Lignin cây thân thảo và cây hàng
năm.
-

Lignin gỗ lá kim gồm nhiều các đơn vị mắt xích guaiacylpropan

-

Lignin gỗ lá rộng, ngoai guaiacylpropan, còn chứa các đơn vị mắt xích

3,5-

dimetoxy-4-hydroxy phenylpropan.
-

Lignin các lồi thân thảo, ngồi các đơn vị mắt xích trên, cịn có 4-hydroxy
phenylpropan.

Lignin họ tre cọ có thể xếp vào nhơm Lignin của các loại thân thảo.
1.3 TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA LIGNIN
Trong gỗ, các cấu tử chính của thành tế bào khơng nằm riêng rẽ mà tồn tại dưới dạng
một tổ hợp chất phức tạp, trong đó Lignin, hemicellulose và cellulose xâm nhập vào nhau
tạo thanh dạng như một dung dịch rắn. Trong dung dịch rắn đó có thể tồn tại liên kết hóa
học và liên kết hydro giữa các hợp phần.
Ở điều kiện thường, Lignin không tan trong các dung môi thông thường.
Độ nhớt đặc trưng của Lignin thấp, chỉ bằng 1/40 so với độ nhớt của cellulose.
Trong dung dịch, Lignin tồn tại dưới dạng các hạt gel hình cầu, kết cấu chặt.
Độ phân tán của Lignin cao hơn cellulose (dựa theo số đo độ đa phân tán).
1.4 TÍNH CHẤT HĨA HỌC CỦA LIGNIN
-

Lignin là hợp chất cao phân tử

-

Đặc tính thơm

-

Cấu tạo phân tử phức tạp với nhiều kiểu liên kết diêm

-

Có nhiều loại nhóm chức ở các đơn vị mắt xích phenylpropan

-

Có thể tham gia phản ứng thế, cộng, oxy hóa, ngưng tụ, trùng hợp…

-

Không bị thủy phân bởi acid nhưng bị oxy hóa nhanh chơng

7


17139074

-

HOẠT CHẤT BỀ MẶT

DH17HS

Không tan trong nước, dung môi hữu cơ thông thường và cả trong acid sulfuric
đặc.

-

Tan tốt trong kiềm nơng, bisulfit

-

Bị chuyển hóa dưới tác dụng của nấm, vi khuẩn và các enzyme.

1.5 ỨNG DỤNG CỦA LIGNIN
-

Lignin được thu hồi từ dịch đen từ nhà máy sản xuất bột giấy được ứng dụng rộng
rãi như là một chất phân tán, chất ổn định và chất phụ gia trong công nghiệp sản
xuất cao su, bê tông, đồ gốm, chất kết dinh, chất dẻo công nghiệp…

-

Là nguyên liệu tổng hợp dimetyl sulfoxyt

-

Sản xuất Vanilin, Sirigandehit

-

Dùng như một chất diệt cỏ, chất ức chế quá trinh lưu hóa cao su, là chất khử sắt
trong nước sản xuất.

CHƯƠNG Ⅱ : LIGNOSULFONAT
2.1 GIỚI THIỆU VỀ LIGNOSULFONAT
Lignosulfonat (Ligninsulfonat) là một anion mạch dài, tan được trong nước. Là
sản phẩm phụ của quá trinh sản xuất bột giấy theo phương pháp sulfit.

Hầu hết quá trinh phân hủy cấu trúc Lignin trong phương pháp sulfit đều có sự bẻ gãy
liên kết ete nối các tiểu phân, tạo nên phân tử Lignin trong môi trường acid. Các
cacbocation sinh ra sẽ phản ứng với bisulfit để tạo các sulfonat theo cơ chế sau:

8


17139074

HOẠT CHẤT BỀ MẶT

DH17HS

2.2 CẤU TRÚC PHÂN TỬ LIGNOSULFONAT
-

Cũng như phân tử Lignin, cấu trúc phân tử Lignosulfonat cũng rất phức tạp, thậm
chí cả dạng chưa bị biến đổi.

-

Được tạo nên từ các đơn phân phenylpropan.

-

Khối lượng phân tử là một khoảng lớn, từ 1000 – 140000 đvc, tùy thuộc vào
Lignin của loại gỗ và tùy thuộc vào phương pháp phân lập Lignin.

2.3 CÁC TÍNH CHẤT CỦA LIGNOSULFONAT
-

Lignosulfonat tồn tại dưới dạng muối amoni hoặc muối của các kim loại Na, K,
Ca…

-

Lignosulfonat dạng bột và dạng lỏng đều có màu nâu nhạt

-

Có tinh chất hoạt động bề mặt mạnh do bản chất là một polyme tự nhiên có gắn
thêm các nhóm sulfonic thân nước và thường được sử dụng làm tác nhân phân tán
và hấp phụ bề mặt.

-

Lignosulfonat có tính kết dính, làm kết tụ các hạt rắn khơng có đủ các khả năng tự
kết dính. Khi bị thấm ướt, Lignosulfonat tăng độ dinh và tinh kết tụ nhờ có khả
năng giữ và hấp thụ nước.

-

Làm phân tán hạt rắn trong môi trường nước. Do cấu trúc phân tử đặc thù của
Lignosulfonat, các điện tích âm được truyền tới các hạt rắn mà tại đó chúng đẩy
lẫn nhau, do đó làm ổn định chất kết tủa, giảm độ nhớt và tăng tinh hoạt động bề
mặt.

-

Lignosulfonat dùng để ổn định nhũ tương dạng dầu trong nước

-

Khả năng gây hiệu ứng căng cua (chelat), dễ dàng tạo phức với các ion kim loại.
Tính chất này làm cho Lignosulfonat có khả năng vận chuyển các ion kim loại tới
các mô thực vật nhằm cung cấp vi lượng cần thiết cho cây.

-

Độ độc của Lignosulfonat rất nhỏ. LC50 khoảng 5200 – 6400 ppm và LD50 > 40
g/Kg đối với chuột thí nghiệm nên được xếp vào loại chất không độc với động vật
máu nông. Vì vậy sử dụng chúng rất an toan cho người và môi trường.

9


17139074

HOẠT CHẤT BỀ MẶT

DH17HS

2.4 ỨNG DỤNG CỦA LIGNOSULFONAT
Lignosulfonat được biết đến là một chất đa tác dụng với khả năng ứng dụng rộng
rãi trong nhiều lĩnh vực. Xuất hiện trong hỗn hợp trộn bê tông và cả thức ăn gia súc. Vì
vậy, Lignosulfonat được đưa vào danh mục hóa chất được sử dụng do FDA và EPA quy
định.
2.4.1 ỨNG DỤNG TRONG CƠNG NGHIỆP

-

Sản xuất vật liệu xây dựng
• Xi măng kết dính
• Sản xuất tấm vữa: Lignosulfonat có thể giảm từ 10 – 20 % khối lượng nước
cần thiết để ổn định hỗn hợp trộn. Việc giữ ít nước trong tấm vữa trước khi
làm khô giúp tăng độ khỏe và giảm chi phí cho q trình sấy
• Sản xuất bê tông: Lignosulfonat giúp phân tán các hạt xi măng, tăng đọ
chảy cho bê tông, giảm lượng nước cần dùng nên được sử dụng như phụ gia
làm dẻo cho bê tông. Giảm khả năng xuất hiện vết nứt hay hiện tượng rỗ
xốp
• Lignosulfonat được sử dụng làm chất kết tụ trong hầu hết sản phẩm từ đất
sét như gạch, ngói, sanh, gốm sứ… Tác dụng chủ yếu là đem đến khả nawg
tạo hình và tăng độ khỏe cơ học trước khi nung, do đó giảm được rạn nứt
trong suốt q trình tạo hình và vận chuyển đến lị nung. Tạo được vật liệu
chịu lửa.

-

Sản xuất muội than
• Canxi và Magie Lignosulfonat được sử dụng làm chất kết tụ các hạt muội
than khi tách ra khỏi lò đốt, làm giảm khả năng bị vỡ vụn và phân tán trong
khơng khí, gây ơ nhiễm mơi trường
• Nhờ khả năng phân tán, Lignosulfonat được dùng để tăng độ trơn chảy và
ổn định của dung dịch huyền phù của muội than, ngăn ngừa hiện tượng tái
kết tụ các hạt rắn

-

Công nghiệp nhuộm và thuộc da
10

17139074

HOẠT CHẤT BỀ MẶT

DH17HS

• Được sử dụng như tác nhân phân tán, giúp cho quá trình khuấy trộn diễn ra
dễ dàng hơn. Mang đến độ mịn, độ đồng đều cho màu nhuộm, giúp giảm
tiêu tốn chất nhuộm
• Sản xuất những loại da thuộc không bị phân rã nhờ khả năng kết hợp với
các protein
• Giảm lượng cặn dầu trong các bể thuộc da
• Khơng gây hiện tượng xà phồng hóa
2.4.2 ỨNG DỤNG TRONG NƠNG NGHIỆP
-

Sản xuất phân bón
• Sử dụng các muối kim loại vi lượng của Lignosulfonat phun lên lá với liều
lượng thích hợp cho hiệu quả tăng năng suất, chất lượng sản phẩm cây
trồng
• Khơng để lại dư lượng trong sản phẩm

-

Ứng dụng của Lignosulfonat trong gia công thuốc BVTV

Trong gia công thuốc BVTV, các sản phẩm Lignosulfonat được sử dụng làm chất hoạt
động bề mặt đa chức năng: thấm ướt, duy trì độ lơ lửng, tăng độ phân tán… Là nguyên

liệu rẻ và thân thiện với môi trường cho nghiên cứu và sản xuất.
•

Dạng gia cơng bột thấm nước (WP)
Ở dạng gia cơng này, Lignosulfonat có tác dụng đảm bảo độ phân tán, độ lơ
lửng và khả năng thấm ướt của thuốc sử dụng

•

Dạng gia cơng hạt phân tán trong nước (WDG hoặc WG)
LS đóng vai trị vừa là chất phân tán vừa là chất kết dính.
Với vai trò là chất phân tán, LS thường được sử dụng cùng với các hợp chất
polycarboxylat và các dẫn xuất của naphtalen sulfonat nhằm hỗ trợ lẫn
nhau.

11


17139074

HOẠT CHẤT BỀ MẶT

DH17HS

Ngồi ra, LS cịn kết hợp tốt với chất độn, chất mang hỗ trợ cho quá trình
nghiền, nhằm tạo ra các hạt nhỏ đồng đều, một trong những yêu cầu quan
trọng nhất của dạng gia công các hạt phân tán.
•

Dạng gia cơng huyền phù đậm đặc (SC)

Sử dụng LS ngăn hiện tượng kết bông huyền phù theo hai cơ chế là lực đẩy
tĩnh điện và lực đẩy khơng gian.

•

Dạng gia cơng sữa dầu trong nước (EW)
Sử dụng nước là dung môi thay thế cho dung môi hữu cơ, giảm ơ nhiễm
mơi trường.
Các chất phân tán LS có tác dụng ổn định hệ các chất lỏng không thể trộn
lẫn với nhau để tạo ra dạng nhũ dầu trong nước.
LS ổn định dạng EW bằng cách ngăn cản sự tái hợp các chất ở pha dầu lại
với nhau

•

Bảo vệ hoạt chất khỏi tia cực tím
LS có khả năng hấp thụ tia UV, giúp hoạt chất BVTV tranh việc bị phân
hủy.
LS có khả năng hấp thụ UV tốt là nhờ thanh phần nhân thơm trong phân tử.
Dựa vào tinh chất trên, trong gia công thuốc BVTV, một số công thức đã
dùng Lignin hoặc hỗn hợp Lignin-gelatin để tạo lớp vỏ bộc hoạt chất để
tránh bị phân hủy bởi tia UV.

12


17139074

HOẠT CHẤT BỀ MẶT

DH17HS

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] : Đào Huy Toàn (2008) “NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ
MẶT LIGNOSULFONAT TỪ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP GIẤY ỨNG DỤNG
TRONG GIA CÔNG THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT”

13