SODIUM LAURYL SULFATE và ỨNG DỤNG BIẾN TÍNH bề mặt vật LIỆU hấp PHỤ

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 KẾT THÚC MÔN HOẠT CHẤT BỀ MẶT

TIỂU LUẬN: SODIUM LAURYL SULFATE
VÀ ỨNG DỤNG BIẾN TÍNH BỀ MẶT VẬT
LIỆU HẤP PHỤ

GVHD
SVTH
MSSV
LỚP

: TS. PHAN NGUYỄN QUỲNH ANH
: NGUYỄN MINH LUÂN
: 18139089
: DH18HT

Hồ Chí Minh – Tháng 01/2022


LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Khoa Cơng nghệ Hóa học và Thực phẩm
Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM đã đưa môn Hoạt chất bề mặt vào chương trình
giảng dạy. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Phan Nguyễn Quỳnh Anh
đã tạo điều kiện cho chúng em có những buổi học tuyệt vời, được tiếp xúc với những
kiến thức bổ ích về chất hoạt động bề mặt. Môn học này đã cung cấp cho em các kiến
thức quý giá để nâng cao khả năng đọc hiểu, phân tích các tài liệu chuyên ngành.

Mặt dù, em đã rất cố gắng trong lúc hoàn thành tiểu luận này. Tuy nhiên, một số
yếu điểm về mặt dịch thuật, sử dụng thuật ngữ chuyên ngành là điều không thể tránh
khỏi. Em mong nhận được những lời góp ý từ cơ để em có thể hồn thiện mình trong
tương lai. Cảm ơn cơ đã dành thời gian đọc tiểu luận này.
TP. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2022
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Minh Luân

i


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .........................................................................................iv
DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................v
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................vi
LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................. vii
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SODIUM LAURYL SULFATE .................................1
1.1. Tên gọi sodium lauryl sulfate ............................................................................1
1.2. Định nghĩa sodium lauryl sulfate .......................................................................1
1.3. Cấu trúc hóa học của sodium lauryl sulfate .......................................................1
1.4. Cách điều chế sodium lauryl sulfate ..................................................................2
1.5. Ứng dụng của sodium lauryl sulfate ..................................................................2
1.5.1

Mỹ phẩm ......................................................................................................2

1.5.2

Dược động học ............................................................................................3

1.5.3

Biến tính bề mặt vật liệu hấp phụ................................................................ 4

1.6. Độc tính của của sodium lauryl sulfate .............................................................. 4
1.7. Tiêu chuẩn chất lượng ........................................................................................6
CHƯƠNG II: TÍNH CHÁT CỦA SODIUM LAURYL SULFATE .............................. 8
2.1. Khối lượng riêng ................................................................................................ 8
2.2. Độ tan .................................................................................................................8
2.3. Điểm chớp cháy .................................................................................................8
2.4. Nhiệt độ nóng chảy ............................................................................................8
2.5. Áp suất hơi .........................................................................................................9
2.6. Hình thức............................................................................................................9
2.7. Giá trị pH ...........................................................................................................9
2.8. Nồng độ micelle tới hạn .....................................................................................9
2.9. Sức căng bề mặt ............................................................................................... 10
2.10.

Phản ứng với flouride ...................................................................................10

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG CỦA SODIUM LAURYL SULFATE TRONG BIẾN
TÍNH BỀ MẶT VẬT LIỆU HẤP PHỤ ........................................................................11
ii


3.1. Biến tính bề mặt than hoạt tính hấp phụ methylene blue ...................................11
3.1.1. Độc tính của methylene blue .......................................................................11
3.1.2. Vật liệu than hoạt tính .................................................................................11
3.1.3. Quy tình biến tính ........................................................................................12

3.1.4. Phân tích kết quả .........................................................................................12
3.2. Biến tính bề mặt ống nano carbon nhiều vách hấp phụ crom ............................ 14
3.2.1. Độc tính của chromium ...............................................................................14
3.2.2. Vật liệu ống nano carbon nhiều vách ..........................................................14
3.2.3. Quy tình biến tính ........................................................................................15
3.2.4. Phân tích kết quả .........................................................................................15
3.3. Biến tính bề mặt goethite hấp phụ arsenic .........................................................17
3.3.1. Độc tính của arsenic ....................................................................................17
3.3.2. Vật liệu goethite ...........................................................................................17
3.3.3. Quy tình biến tính ........................................................................................17
3.3.4. Phân tích kết quả .........................................................................................18
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN...........................................................................................20
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 21

iii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Chữ viết tắt đầy đủ

Ý nghĩa tương ứng

(tiếng Anh)

(nếu có)

SLS

Sodium lauryl sulfate

Natri lauryl sulfate

PNEC

Predicted no-effect concentration

Dự đốn nồng độ khơng ảnh hưởng

MB

Methylene blue

Xanh methylene

AC

Activated carbon

Than hoạt tính

MWCNTs

Multi-Walled Carbon Nanotubes

Ống nano carbon nhiều vách

M

Magnetite

Sắt từ

SDS

Sodium dodecyl sulfate

LD50

Lethal Dose

Số EC

Enzyme Commission number

Số CAS

Chemical Abstracts Service

Liều gây chết

number
CTAB

hexadecyl trimethyl ammonium
bromide

FE-SEM

FTIR

GHS

Field Emission Scanning Electron

Kính hiển vi điện tử quét phát xạ

Microscope

trường

Fourier-transform infrared

Quang phổ chuyển đổi hồng ngoại

spectroscopy

Fourier

Globally Harmonized System

Hệ thống hài hịa tồn cầu về phân
loại và ghi nhãn hóa chất

IUPAC

International Union of Pure and

Liên minh Quốc tế về Hóa học cơ

Applied Chemistry

bản và Hóa học ứng dụng

iv


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Cấu trúc của sodium lauryl sulfate ...................................................................1
Hình 1.2 Ứng dụng sodium lauryl sulfate trong mỹ phẩm ..............................................2
Hình 1.3 Ứng dụng sodium lauryl sulfate trong dược học ..............................................3
Hình 1.4 Ứng dụng sodium lauryl sulfate trong biến tính bề mặt vật liệu hấp phụ ........4
Hình 3.1 Ảnh FE–SEM của (a) Virgin–C và (b) SLS–C ..............................................13
Hình 3.2 Loại bỏ methylene blue bằng cách sử dụng các cacbon hoạt hóa ..................13
Hình 3.3 Phổ FTIR cho (A) MWCNTs, (B) SLS và (C) MWCNTs–SLS và
MWCNTs–M, hiển thị ảnh hưởng của sự tạo phức trên MWCNTs với SLS và M......16
Hình 3.4 Phổ FT-IR: (a) goethit tinh khiết, (b) goethit đã biến tính bề mặt .................18

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1 Nồng độ sodium lauryl sulfate trung bình trong các sản phẩm mỹ phẩm ..........3
Bảng 2 Thơng tin về độc tính sodium lauryl sulfate .......................................................4
Bảng 3 Nồng độ không gây ảnh hưởng theo dự báo PNEC ............................................5
Bảng 4 Thơng tin an tồn theo GHS ...............................................................................6
Bảng 5 Tóm tắt thơng tin hóa lý của sodium lauryl sulfate ............................................8

vi

LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, tình trạng ơ nhiễm mơi trường đang là nỗi lo của tồn
cầu. Đặc biệt là môi trường nước, phải tiếp nhận hàng triệu tấn nước thải hàng năm đến
từ nhiều nguồn khác nhau. Những chất ô nhiễm tồn tại phổ biến trong nước như là kim
loại nặng, màu nhuộm hữu cơ. Chúng có khả năng gây độc sinh thái, ung thư da, thận,
gan, các bệnh dị ứng, viêm da, bệnh về đường hô hấp ở người. Để giải quyết vấn đề này
thì nhiều phương pháp đã được đề ra như phân hủy sinh học, quang hóa, oxi hóa bậc
cao, lọc, hấp phụ. Trong đó, hấp phụ như là phương pháp phù hợp nhất bởi tính hiệu
quả và tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, các vật liệu hấp phụ thơ khơng q giàu có các nhóm
chức bề mặt. Do đó, điều cần thiết là phải biến tính bề mặt để tăng sự đa dạng các nhóm
chức bề mặt giúp tăng cường khả năng hấp phụ.
Sodium lauryl sulfate được biết đến là một chất hoạt động bề mặt anion. Chúng
được ứng dụng nhiều trong ngành mỹ phẩm, y dược. Tuy nhiên, các nghiên cứu ứng
dụng sodium lauryl sulfate trong biến tính bề mặt vật liệu vẫn chưa được ứng dụng rộng
rãi. Theo lý thuyết, chất hoạt động bề mặt có thể cải thiện tính ưa nước và sự phân tán
của các vật liệu dựa trên carbon trong nước. Điều này có được là do chất hoạt động bề
mặt tăng ái lực giữa vật liệu và nước và giảm năng lượng hấp dẫn giữa các hạt. Hơn nữa,
chất hoạt động bề mặt có thể thay đổi đặc tính bề mặt của than hoạt tính và cung cấp
nhiều vị trí hấp phụ hơn cho các chất ơ nhiễm.
Các vấn đề được đề cập ở trên sẽ được làm rõ trong đề tài tiểu luận “Sodium
lauryl sulfate và ứng dụng biến tính bề mặt vật liệu hấp phụ”. Mục đích của đề tài
này là đưa đến cái nhìn tổng quan hơn về các ứng dụng của chất hoạt động bề mặt đối
với cuộc sống con người. Đồng thời, dẫn chứng cụ thể các kết quả đã đạt được trong
lĩnh vực chất hoạt động bề mặt biến tính vật liệu hấp phụ.

vii

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SODIUM LAURYL SULFATE
1.1.

Tên gọi sodium lauryl sulfate
Danh pháp IUPAC: Sodium lauryl sulfate
Tên viết tắt thông dụng: SLS, chỉ số CAS: 151–21–3 và chỉ số EC: 205–788–1
Tên gọi khác: sodium laurilsulfate, sodium dodecyl sulfate, sulfuric acid

monododecyl ester sodium salt, sodium salt, hydrogen sulfate, dodecyl alcohol, sodium
dodecanesulfate hay sodium monododecyl sulfate [1].
1.2.

Định nghĩa sodium lauryl sulfate
Sodium lauryl sulfate là một chất hoạt động bề mặt anion. Cấu tạo bao gồm một

hỗn hợp natri alkyl sulfates, chủ yếu là lauryl. Tác dụng chính của sodium lauryl sulfate
làm giảm sức căng bề mặt của dung dịch nước và được sử dụng làm chất nhũ hóa chất
béo, chất làm ướt và chất tẩy trong mỹ phẩm, dược phẩm và kem đánh răng. Nó cũng
được sử dụng trong các loại kem và bột nhão để phân tán đúng các thành phần và là
cơng cụ nghiên cứu trong sinh hóa protein. Ngồi ra, sodium lauryl sulfate cũng có một
số hoạt động diệt vi khuẩn. Nồng độ sodium lauryl sulfate được tìm thấy trong các sản
phẩm tiêu dùng khác nhau tùy theo sản phẩm và nhà sản xuất nhưng thường dao động
từ 0.01 % đến 50 % trong các sản phẩm mỹ phẩm và 1% đến 30% trong các sản phẩm
làm sạch [2].
1.3.

Cấu trúc hóa học của sodium lauryl sulfate

Hình 1.1 Cấu trúc của sodium lauryl sulfate
Cơng thức hóa học: C12H25NaO4S

Trọng lượng phân tử: 288.38 g/mol
Cấu trúc của Sodium lauryl sulfate: được thể hiện ở Hình 1.1

1


1.4.

Cách điều chế sodium lauryl sulfate
Sodium lauryl sulfate có thể được điều chế từ nguồn nguyên liệu có nguồn gốc

tự nhiên (dừa, dầu hạt cọ) hoặc tổng hợp (dầu mỏ). Hóa chất này được tổng hợp bằng
cách phản ứng rượu lauryl từ dầu mỏ hoặc nguồn thực vật với lưu huỳnh trioxide để tạo
ra hydro lauryl sunfat, sau đó được trung hòa với natri cacbonat để tạo ra sodium lauryl
sulfate [2].
1.5.

Ứng dụng của sodium lauryl sulfate

1.5.1 Mỹ phẩm

Hình 1.2 Ứng dụng sodium lauryl sulfate trong mỹ phẩm
Như đã đề cập ở trên, sodium lauryl sulfate là hợp chất bề mặt có cơng dụng làm
sạch, tạo độ ẩm, nhũ hóa hoặc hòa tan các bã nhờn để làm sạch tận sâu và loại bỏ chúng.
Đồng thời hợp chất này cũng là một trong những thành phần quan trọng trong công nghệ
tạo bọt giúp dễ dàng khử sạch bụi bẩn, vi khuẩn trên da. Do đó, sodium lauryl sulfate
được xem là sản phẩm tìm năng để ứng dụng trong lĩnh vực mỹ phẩm. Thật vậy, sodium
lauryl sulfate với các nồng độ khác nhau tồn tại trong nhiều loại mỹ phẩm xung quanh
chúng ta [3].
Các sản phẩm làm đẹp chẳng hạn như: kem cạo râu, son dưỡng mơi, nước rửa

tay, chăm sóc móng tay, tẩy trang, phấn nền, sữa rửa mặt, chất tẩy tế bào chết và
xà phòng rửa tay dạng lỏng.
Các sản phẩm dành cho tóc như: dầu gội, dầu xả, thuốc nhuộm tóc, trị gàu và gel
tạo kiểu.
2


Các sản phẩm chăm sóc răng miệng như: kem đánh răng, sản phẩm làm trắng
răng và nước súc miệng.
Các sản phẩm tắm chẳng hạn như: dầu tắm, muối tắm, sữa tắm và bọt tắm.
Các loại kem và kem dưỡng da như: kem bôi tay, mặt nạ, kem chống ngứa, sản
phẩm tẩy lông và kem chống nắng.
Bảng 1 Nồng độ sodium lauryl sulfate trung bình trong các sản phẩm mỹ phẩm
Sản phẩm

Nồng độ SLS trung bình

Chất tẩy rửa da

1%

Chất bơi trơn cho viên nén và viên nang có thể hịa

0.5–2 %

tan
Kem đánh răng

1–2 %

Dầu gội đầu

10–20 %

1.5.2 Dược động học

Hình1.3 Ứng dụng sodium lauryl sulfate trong dược học
Giống như các chất hoạt động bề mặt khác, sodium lauryl sulfate là chất lưỡng
tính. Do đó, nó di chuyển đến bề mặt của chất lỏng, trong đó sự liên kết và kết hợp của
nó với các phân tử sodium lauryl sulfate khác làm giảm sức căng bề mặt. Điều này cho
phép dễ dàng lan rộng và trộn chất lỏng. Sodium lauryl sulfate có hoạt tính làm biến tính
protein mạnh và ức chế sự lây nhiễm của virus bằng cách hòa tan vỏ bọc virus hoặc bằng
cách làm biến tính vỏ protein hoặc protein capsid [4].
3


1.5.3 Biến tính bề mặt vật liệu hấp phụ

Hình 1.4 Ứng dụng sodium lauryl sulfate trong biến tính bề mặt vật liệu hấp phụ
Ngồi các cơng dụng nổi bậc trong ngành mỹ phẩm hay dược động học thì các
chất hoạt động bề mặt nói chung và sodium lauryl sulfate nói riêng đang dần được
nghiên cứu và phát triển trong ngành vật liệu hấp phụ. Trong những năm gần đây hàng
loạt các cơng trình nghiên cứu như sodium dodecyl sulfate biến tính alpha alumina [5],
gemini biến tính đất sét hữu cơ [6], cetrimonium bromide biến tính kaolin [7], sodium
lauryl sulfate biến tính graphite oxide [8] để hấp phụ các chất ơ nhiễm trong môi trường
nước đã đạt được những thành công nhất định.
Cơng nghệ biến tính bề mặt vật liệu bằng chất hoạt động bề mặt được xem như
là quá trình biến tính hóa học. Sự thay đổi do chất hoạt động bề mặt gây ra cho vật liệu
có thể cải thiện tính ưa nước và sự phân tán của chúng trong nước. Điều này có thể là
do tăng ái lực giữa vật liệu và nước, giảm năng lượng hấp dẫn giữa các hạt. Hơn nữa,

chất hoạt động bề mặt có thể thay đổi đặc tính điện tích bề mặt của than hoạt tính và
cung cấp nhiều vị trí hấp phụ hơn cho các chất ô nhiễm. Mặt khác, giá thành chất hoạt
động bề mặt tương đối rẻ rất có tìm năng để mở rộng quy mô trong công nghiệp [9].
1.6.

Độc tính của của sodium lauryl sulfate

Bảng 2 Thơng tin về độc tính sodium lauryl sulfate
Chỉ số

Hàm lượng

LD50 oral

LD50 chuột 1427 mg/kg

LD50 dermal

LD50 Rabbit > 2000 mg/kg
4


Bảng 3 Nồng độ không gây ảnh hưởng theo dự báo PNEC
Loại

Nồng độ (mg/L)

Nước ngọt

0.137

Nước biển

0.0137

Xả nước không liên tục

0.055

Nhà máy xử lýnước thải

1084

Trầm tích nước ngọt

4.82

Trầm tích biển

0.482

Đất

0.882

Khơng có bằng chứng trực tiếp nào liên kết sodium lauryl sulfate với các vấn đề
về ung thư, vô sinh, kém phát triển. Nhưng khi tiếp xúc một thời gian dài thì một lượng
nhỏ có thể tồn động trong cơ thể [3].
Nguy cơ cao nhất khi sử dụng các sản phẩm có sodium lauryl sulfate là gây kích
ứng cho mắt, da, miệng và phổi. Đối với những người có làn da nhạy cảm, sulfat cũng

có thể làm tắc nghẽn lỗ chân lơng và gây ra mụn. Khi các sản phẩm tiếp xúc với da hoặc
mắt càng lâu thì nguy cơ bị kích ứng càng cao. Rửa sạch sản phẩm ngay sau khi sử dụng
để giảm nguy cơ kích ứng [3].
Năm 2002, Hiệp hội chuyên gia về các thành phần mỹ phẩm CIR đã đề nghị rằng
liều lượng chất sodium lauryl sulfate rằng không nên sử dụng vượt quá 2 %. Nồng độ
hơn 2 % có thể gây kích ứng nặng cho da. Đặc biệt người có làn da nhạy cảm nên hỏi
thăm ý kiến bác sĩ trước khi sử dụng thành phần này. Để bảo đảm an toàn khi sử dụng,
các nhà sản xuất và nghiên cứu khuyến nghị nên sử dụng sodium lauryl sulfate đúng
cách và đúng liều lượng [2].

5


1.7.

Tiêu chuẩn chất lượng

Bảng 4 Thơng tin an tồn theo GHS
Biểu đồ hình
nguy hiểm

Cảnh báo nguy

- Chất rắn dễ cháy

cơ

- Có hại nếu nuốt phải hoặc hít phải
- Gây kích ứng da
- Gây tổn thương mắt nghiêm trọng

- Có thể gây kích ứng đường hơ hấp
- Có hại cho đời sống thủy sinh với những ảnh hưởng lâu dài

Biện pháp phịng - Tránh xa nguồn nhiệt, bề mặt nóng, tia lửa, ngọn lửa trần và
ngừa

các nguồn bắt lửa khác. Không hút thuốc.
- Tránh thải ra môi trường
- Mang găng tay bảo hộ, quần áo bảo hộ, bảo vệ mắt, bảo vệ
tính giác.
- Nếu nuốt phải: Gọi cho bác sĩ hoặc trung tâm chống - độc
nếu bạn cảm thấy không khỏe.
- Nếu hít phải: Chuyển người đó đến nơi có khơng khí trong
lành và giữ cảm giác thoải mái cho việc thở. Gọi cho trung
tâm chống độc hoặc bác sĩ nếu bạn cảm thấy không khỏe.
- Nếu vào mắt: Rửa cẩn thận bằng nước trong vài phút. - Hủy
bỏ kính áp trịng, nếu có.

Lớp lưu trữ

- Vật liệu nguy hiểm rắn dễ cháy

WGK

- WGK 2: nguy hiểm đối với nước

Thải bỏ

- Thuốc thử hữu cơ tương đối không hoạt động nên thu vào
bình A. Nếu có halogen thì thu vào bình B. Đối với cặn rắn

thì dùng bình C

6


Dựa trên thẩm định an toàn toàn diện bao gồm cả các rủi ro mãn tính, Cơ quan
bảo vệ mơi trường Hoa Kỳ (EPA) đã ban hành lệnh miễn các yêu cầu về việc giảm nồng
độ sodium lauryl sulfate trong các thành phần của các chất rửa thực phẩm. Hầu hết ở
các khu ăn uống công cộng, các công nghệ chế biến sữa hoặc thức ăn và các thực phẩm
khác đều đạt nồng độ sodium lauryl sulfate tối đa là 350ppm. Đây cũng chính là quy
định về hàm lượng tối đa của sodium lauryl sulfate được dùng trong các thành phần.
Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) cho phép bổ sung sodium
lauryl sulfate vào trong các thành phần phụ gia trực tiếp có trong thực phẩm. Đồng thời
cả sodium lauryl sulfate và ammonium lauryl sulfate đều được cấp phép trở thành thành
phần phụ gia gián tiếp. Ví dụ như cả hai đều được dùng như một chất phủ trên bề mặt
thực phẩm
Sodium lauryl sulfate và ammonium lauryl sulfate còn được cho phép sử dụng
trong thành phần mỹ phẩm hoặc các sản phẩm vệ sinh cá nhân bán trên thị trường châu
Âu theo cấp phép của chỉ thị quy định mỹ phẩm của Liên minh châu Âu.
Tổ chức hợp tác kinh tế và phát triển của 30 quốc gia đã tiến hành kiểm tra các
mối nguy hiểm của ammonium lauryl sulfate đối với môi trường và sức khỏe con người
và cho thấy khơng có bất kỳ nguy cơ nào đối với sức khỏe con người kể cả khả năng
gây ung thư.
Ngồi ra các tổ chức cơng nghiệp cũng tiến hành nghiên cứu về sodium lauryl
sulfate và sức khỏe con người và đã cho thấy: Khơng hề có bằng chứng nào về việc sử
dụng sodium lauryl sulfate trong mỹ phẩm hoặc các trường hợp tiếp xúc trực tiếp với
da. Hợp chất này đã được xem xét một lần vào năm 1983 và lại được thẩm định thêm
một lần vào năm 2005 bởi hội đồng chuyên gia về các thành phần mỹ phẩm (CIR) với
kết quả là hoàn toàn an toàn khi sử dụng như một thành phần làm sạch có trong mỹ
phẩm. Tuy nhiên hợp chất này cũng có thể gây kích ứng da ở nhiều người nhạy cảm,

chính vì vậy một điều quan trọng khi sử dụng sản phẩm là phải đọc kỹ và làm theo đúng
hướng dẫn sử dụng.

7


CHƯƠNG II: TÍNH CHÁT CỦA SODIUM LAURYL SULFATE
2.1.

Khối lượng riêng
Cơng thức về khối lượng riêng là d = M/V, trong đó d là khối lượng riêng, M là

khối lượng và V là thể tích. Khối lượng riêng thường được biểu thị bằng đơn vị gam
trên centimet khối. Khối lượng riêng của sodium lauryl sulfate là 0.370 g/cm3 [10].
Bảng 5 Tóm tắt thơng tin hóa lý của sodium lauryl sulfate

2.2.

Khối lượng riêng

0.370 g/cm3

Điểm chớp cháy

170 °C

Độ nóng chảy

204–207 °C

Giá trị pH

9.1 (10 g/L H2O)

Áp suất hơi

0.0018 mbar (20 °C)

Mật độ hàng loại

490–560 kg/m3

Độ tan

>130 g/L

Sức căng bề mặt

25.2 mN/m ở 23 °C

Độ tan
Sodium lauryl sulfate là hợp chất không bay hơi, hòa tan trong nước 100–150

g/L ở nhiệt độ phòng với hợp chất có hệ số phân vùng (log Pow) là 1.6. Do đó, làm cho
nó trở thành một hợp chất tương đối ưa nước. Nhưng không tan trong cloroform (CHCl3)
và ete [2].
2.3.

Điểm chớp cháy
Điểm chớp cháy là nhiệt độ tại đó một hợp chất hữu cơ cụ thể tỏa ra đủ hơi để

bốc cháy trong khơng khí. Điểm chớp cháy của sodium lauryl sulfate là 170 °C [10].
2.4.

Nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ nóng chảy hay điểm nóng chảy hay là nhiệt độ hóa lỏng của một chất

rắn là nhiệt độ mà khi đạt tới ngưỡng đó thì q trình nóng chảy của một chất xảy ra,
tức là chất đó chuyển trạng thái từ rắn sang lỏng. Nhiệt độ nóng chảy của sodium lauryl
sulfate trung bình ở khoản 206 °C (479 K, 403 °F) [10]

8


2.5.

Áp suất hơi
Áp suất hơi hay áp suất hơi cân bằng được định nghĩa là áp suất gây ra bởi hơi

trong điều kiện cân bằng nhiệt động với các pha ngưng tụ (rắn hay lỏng) ở một nhiệt độ
cho trước trong một hệ kín. Áp suất hơi cân bằng là một chỉ số của tốc độ bốc hơi của
chất lỏng. Nó liên quan đến khuynh hướng các hạt thốt ra từ chất lỏng (hay chất rắn).
Một chất có áp suất hơi cao ở nhiệt độ bình thường thường được xem là chất dễ bay hơi.
Áp suất được thể hiện qua sự hiện diện của hơi bên bề mặt chất lỏng được gọi là áp suất
hơi. Khi tăng nhiệt độ, động năng của các phân tử tăng lên, vì thế có nhiều phân tử
chuyển thành pha hơi, tiếp theo đó làm tăng áp suất hơi. Áp suất hơi của sodium lauryl
sulfate là 0.0018 mbar tại 20 °C [10].
2.6.

Hình thức

Sodium lauryl sulfate nếu ở dạng bột thì có màu trắng. Dạng lỏng thì có màu

vàng nhạt. Sodium lauryl sulfate có mùi nồng [10].
2.7.

Giá trị pH
Sodium lauryl sulfate trong dung dịch có tính bazơ. Giá trị pH của sodium lauryl

sulfate là 9.1 khi hòa tan 10 g vào 1 L H2O. Các nghiên cứu khoa học chỉ ra rằng sodium
lauryl sulfate hoạt động tốt ở giá trị pH lớn hơn 7.5 [10].
2.8.

Nồng độ micelle tới hạn
Trong hóa học keo và hóa học bề mặt, nồng độ micelle tới hạn (CMC) được định

nghĩa là nồng độ của các chất hoạt động bề mặt mà trên đó các micelle hình thành và tất
cả các chất hoạt động bề mặt bổ sung được thêm vào hệ thống sẽ tạo thành các micelle.
CMC là một đặc tính quan trọng của chất hoạt động bề mặt. Trước khi đạt đến CMC,
sức căng bề mặt thay đổi mạnh theo nồng độ của chất hoạt động bề mặt. Sau khi đạt đến
CMC, sức căng bề mặt tương đối không đổi hoặc thay đổi theo độ dốc thấp hơn. Giá trị
của CMC đối với một chất phân tán nhất định trong một môi trường nhất định phụ thuộc
vào nhiệt độ, áp suất, và (đơi khi mạnh) vào sự có mặt và nồng độ của các chất hoạt
động bề mặt và chất điện ly khác. Các micelle chỉ hình thành trên nhiệt độ micelle tới
hạn [10].

9


Sodium lauryl sulfate có nồng độ micelle trong nước tinh khiết ở 25 °C là 8.2
mM và số tập hợp ở nồng độ này thường được coi là khoảng 62. Phần ion hoá micelle

(α) khoảng 0,3 (hoặc 30%) [10].
2.9.

Sức căng bề mặt
Sức căng bề mặt là hiện tượng bề mặt của chất lỏng, nơi chất lỏng tiếp xúc với

chất khí, đóng vai trị như một tấm đàn hồi mỏng. Sức căng bề mặt của sodium lauryl
sulfate là 25.2 mN/m ở 23 °C [10].
2.10. Phản ứng với flouride
Sodium lauryl sulfate trong kem đánh răng có thể làm giảm tính hiệu quả của
chất fluoride trong việc ngăn ngừa sâu răng (sâu răng). Điều này có thể là do sodium
lauryl sulfate tương tác với sự lắng đọng fluoride trên men răng [10].

10


CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG CỦA SODIUM LAURYL SULFATE
TRONG BIẾN TÍNH BỀ MẶT VẬT LIỆU HẤP PHỤ
3.1. Biến tính bề mặt than hoạt tính hấp phụ methylene blue
3.1.1. Độc tính của methylene blue
Methylene blue (C16H18ClN3S, MB) là một loại thuốc nhuộm thiazine cation
với các ứng dụng phổ biến như chất tạo màu, điều trị nhiễm nấm ở cá, ức chế quá trình
nitrat hóa cũng như hỗ trợ y học. Tuy nhiên, việc đổ thuốc nhuộm và hóa chất phụ trợ
này vào các vùng nước khơng được kiểm sốt gây ảnh hưởng q trình quang hợp của
vi sinh vật trong mơi trường nước, gây ra sự trao đổi chất, rối loạn chuỗi thức ăn. Đối
với con người, các tác động có hại của việc phơi nhiễm cấp tính với methylene blue
dẫn đến các bệnh về sức khỏe như buồn nơn, nơn, kích ứng mắt và tiêu chảy. Khi tiếp
xúc kéo dài, đây là tác nhân gây ung thư da, thận, gan, các bệnh dị ứng, viêm da, bệnh
về đường hô hấp. Do đó, việc loại bỏ thuốc nhuộm methylene blue khỏi dịng nước
thải là mối quan tâm sống còn. Nổi bậc trong các phương pháp, hấp phụ như là một

phương án tối ưu để giải quyết vấn đề này do sự hiệu quả và tiết kiệm chi phí mà nó
mang lại [11].
3.1.2. Vật liệu than hoạt tính
Đối với vật liệu hấp phụ, khả năng hấp phụ là chỉ số quan trọng để đánh giá hiệu
quả hấp phụ. Tuy nhiên, than hoạt tính (AC) thơng thường có khả năng hấp phụ các chất
ơ nhiễm khơng cao. Điều này có thể đến từ diện tích bề mặt riêng tương đối nhỏ và hiệu
suất lựa chọn hấp phụ kém, cũng như hạn chế của các nhóm chức bề mặt và tính chất
điện hóa. Do đó, cần phải thay đổi bề mặt than hoạt tính để tăng cường ái lực của nó với
các chất ơ nhiễm mục tiêu. Có nhiều phương pháp được sử dụng để điều chỉnh than hoạt
tính bao gồm các phương pháp vật lý, hóa học và sinh học. Là một cơng nghệ biến tính
hóa học của than hoạt tính, biến tính bằng chất hoạt động bề mặt cho thấy ý nghĩa to
lớn. Sự thay đổi chất hoạt động bề mặt cho than hoạt tính có thể cải thiện tính ưa nước
và sự phân tán của than hoạt tính trong nước do tăng ái lực giữa than hoạt tính và nước
và giảm năng lượng hấp dẫn giữa các hạt. Chất hoạt động bề mặt có ưu điểm là giá thành
rẻ và ít làm hỏng cấu trúc của than hoạt tính. Hơn nữa, chất hoạt động bề mặt có thể thay
đổi đặc tính điện tích bề mặt của than hoạt tính và cung cấp nhiều vị trí hấp phụ hơn cho
11


các chất ô nhiễm [12]. Dựa trên những ưu điểm này, Kuang và cộng sự đã tiến hành
nghiên cứu “Sự hấp phụ của methylene blue trong nước lên than hoạt tính bằng cách
biến đổi dựa trên chất hoạt động bề mặt” [13]
3.1.3. Quy tình biến tính
Chuẩn bị hóa chất: sodium lauryl sulfate (SLS) được mua từ Shanghai Aladdin
Bio-Chem Technology Co., Ltd. Than hoạt tính (AC) được mua từ Tianjin Fuchen
Chemical Reagent Co., Ltd.
Tiến hành biến đổi bề mặt: Tổng 5 g AC và 8.60 mM chất hoạt động bề mặt anion
SLS được thêm vào 100 mL dung dịch. Hỗn hợp được dao động trong máy lắc ở nhiệt
độ 28 °C trong 6 giờ. Tiếp đến, AC được lọc và rửa bằng nước khử ion. AC đã lọc được
làm khô trong tủ sấy khô ở nhiệt độ 40 °C trong 24 giờ. Sau đó được bảo quản trong

mơi trường kín và khô. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nồng độ của chất hoạt động bề
mặt tương ứng với nồng độ micelle tới hạn (CMC) là tốt nhất cho quá trình hấp phụ. Đã
có báo cáo rằng nồng độ micelle tới hạn (CMC) của SLS là 8.60 mM ở 28 °C. AC thô
và AC biến đổi chất hoạt động bề mặt lần lượt được gọi là Virgin–C và SLS–C [13].
3.1.4. Phân tích kết quả
Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM) được sử dụng để quan sát bề
mặt của chất hấp phụ. Hình 3.1 cho thấy các đặc điểm bề mặt chi tiết của chất hấp phụ.
Hình 3.1a cho thấy bề mặt của Virgin-C có một lượng nhỏ các mảnh vụn cacbon và các
vi hạt có kích thước khác nhau. Hình 3.1b cho thấy bề mặt của SLS-C với một số lượng
lớn các lỗ rỗng và một số lượng lớn các mảnh vụn chiếm các lỗ rỗng so với AC không
được xử lý. Điều này là do sự tương tác tĩnh điện và kết dính của các phân tử SLS. Một
số lượng lớn các mảnh vụn chiếm giữ các lỗ rỗng, điều này có thể dẫn đến giảm diện
tích bề mặt, nhưng có thể cung cấp các vị trí hấp phụ và trao đổi ion cho MB.

12


Hình 3.1 Ảnh FE–SEM của (a) Virgin–C và (b) SLS–C
Thật vậy, Kuang và cộng sự đã tiến hành so sánh mức độ hấp phụ của MB trên
AC được biến đổi với các chất hoạt động bề mặt khác nhau trong dung dịch nước ở nồng
độ MB ban đầu là 50 mg/L, pH 5, T = 25°C và liều lượng chất hấp phụ là 0.15 g/L. Như
mong đợi, kết quả cho thấy SLS–C thể hiện khả năng hấp phụ MB cao nhất, tiếp theo là
Virgin–C, SDS–C (SDS–sodium dodecyl sulfonate) và CTAB–C (CTAB–hexadecyl
trimethyl ammonium bromide). Kết quả được thể hiện chi tiết ở Hình 3.2.

Hình 3.2 Loại bỏ methylene blue bằng cách sử dụng các cacbon hoạt hóa
13


Dựa vào các kết quả trên có thể nhận định rằng than hoạt tính được biến tính bởi

chất hoạt động bề mặt anion có khả năng hấp phụ mạnh đối với thuốc nhuộm MB. Điều
này là do liên kết mạnh giữa chất hoạt động bề mặt anion và thuốc nhuộm cation MB.
Tính chất hóa học của các nhóm chức của chất hoạt động bề mặt đóng một vai trị quan
trọng trong quá trình hấp phụ. Các cation gắn với gốc liên hợp axit mạnh của SLS, chẳng
hạn như ion natri (ví dụ, R−SO3−, Na+) và proton (ví dụ, R−SO3−, H+), có thể dễ dàng
phân ly trong dung dịch nước và trao đổi với ion MB. Do đó SLS–C cho thấy hiệu quả
loại bỏ MB cao [13].
3.2. Biến tính bề mặt ống nano carbon nhiều vách hấp phụ crom
3.2.1. Độc tính của chromium
Crom (Cr) là một trong những kim loại nặng được sử dụng nhiều trong công
nghiệp. Các ngành công nghiệp đó bao gồm: dệt, nhà máy xi măng, bảo quản gỗ, sản
xuất thủy tinh, quy trình nhuộm, thép, thuộc da, mạ điện và khai thác crom. Kết quả là,
các ngành cơng nghiệp này giải phóng crom ở các trạng thái oxy hóa khác nhau bao
gồm Cr (III) và Cr (VI). Trong đó, Cr (III) là một kim loại thiết yếu, nhưng có thể gây
độc gen ở người nếu chứa một lượng lớn trong cơ thể. Nguy hiểm hơn Cr (III), Cr (VI)
có thể gây ra các ảnh hưởng sức khỏe khác nhau bao gồm ung thư, viêm da, viêm phế
quản, tiêu chảy và các vấn đề sức khỏe khác. Trong những năm gần đây, nhiều nghiên
cứu đã báo cáo rằng có sự hiện diện của Cr (III), Cr (VI) trong mơi trường nước. Do đó,
việc nghiên cứu các phương án để loại bỏ chúng ra khỏi dung dịch nước là cần thiết và
hấp phụ được xem là một giải pháp tìm năng [14].
3.2.2. Vật liệu ống nano carbon nhiều vách
Ống nano carbon nhiều vách (MWCNTs) được biết đến là vật liệu có diện tích
bề mặt lớn, cấu trúc rỗng, nhiều lớp (nhiều lớp graphene có thể dễ dàng sửa đổi để tăng
tính chọn lọc và hiệu quả của nó) và đường kính có thể từ vài đến hàng chục nanomet.
Ngồi ra, MWCNTs được bán trên thị trường với giá tương đối thấp. Do đó, việc sử
dụng chúng trở trong quá trình hấp phụ crom trở nên khả thi và thực tế hơn cho các ứng
dụng công nghiệp [15]. Tuy nhiên, các nghiên cứu biến tính bề mặt MWCNTs bằng việc
sử dụng sodium lauryl sulfate vẫn cịn khá khiêm tốn. Đó cũng là lý do chính của
14

Dokmaji và cộng sự tiến hành nghiên cứu “Sử dụng các hạt nano được biến đổi hóa học
để loại bỏ crom khỏi nước thải” [16]
3.2.3. Quy tình biến tính
Chuẩn bị hóa chất: vật liệu hấp phụ là các ống nano carbon nhiều vách
(MWCNTs) được mua từ Grafen Chemical Industries Co., Ankara, Thổ Nhĩ Kỳ. Chúng
có với độ tinh khiết > 95 %, đường kính <8 nm và dài 10–30 micron. Chất hoạt động bề
mặt anion sodium lauryl sulfate (SLS) đến từ DAEJUNG Chemicals & Metals Co.,
LTD, Shiheung-city, Hàn Quốc.
Tiến hành biến đổi bề mặt: 0.500 g MWCNTs được trộn với 500 mL dung dịch
SLS 8.0 mM, được ngâm ủ trong 2 giờ. Sau đó được ly tâm ở 4000 vịng/phút trong 15
phút. Các viên của phức hợp MWCNTs–SLS được làm khơ trong 2 giờ ở 110oC trong
tủ sấy nóng. Tiếp theo là sấy chân không trong 48 giờ ở 60oC.
Tiếp đến, sắt từ (M) được điều chế bằng cách siêu âm một dung dịch 100 mL
chứa Fe+2/Fe +3, theo tỷ lệ mol 1:2, trong 10 phút. Thêm 2–3 giọt HCl đặc (6M) để đảm
bảo hịa tan hồn tồn muối sắt, tạo thành Fe3O4. Để điều chế MWCNTs–M–SLS, 100
ml dung dịch MWCNTs–SLS và MWCNTs–Fe3O4 theo tỷ lệ khối lượng 3:2 được siêu
âm trong 10 phút. Điều chỉnh độ pH đến 11 và khuấy dung dịch ở 50 oC trong 1 giờ.
Dung dịch cuối cùng được làm lạnh đến nhiệt độ phòng, để trong 2 ngày và lọc. Kết tủa
MWCNTs–M–SLS được làm khô trong 48 giờ ở 60 oC trong tủ sấy chân khơng. Các
hạt MWCNTs–M–SLS đã được biến đổi hồn tất, chuẩn bị tiến hành các thí nghiệm
[16].
3.2.4. Phân tích kết quả
Phổ FTIR trước và sau khi hấp phụ Cr (III) và Cr (VI) đối với MWCNTs và
MWCNTs–SLS, MWCNTs–M–SLS được trình bày trong Hình 3.3. Quan sát tất cả các
peak của chất hoạt động bề mặt trong phức chất ta có thể thấy rằng sự tạo phức của SLS
và M với MWCNTs được biểu thị bằng các đỉnh cực đại trong phổ FTIR của phức
MWCNTs–M–SLS. Dokmaji và cộng sự cho rằng sự hiện diện của những peak sửa đổi
này đóng vai trị chính trong sự hấp phụ Cr (III) và Cr (VI) bởi các phức chất. Phổ FTIR
của MWCNT–SLS sau khi loại bỏ Cr (III) (dữ liệu không được hiển thị) cho thấy rằng

15


khi loại bỏ Cr (III), các đỉnh ở 520 cm-1 và 3636 cm-1 đã giảm đi. Tất cả các tính năng
khác đều bị chi phối bởi các tín hiệu SLS.

Hình 3.3 Phổ FTIR cho (A) MWCNTs, (B) SLS và (C) MWCNTs–SLS và
MWCNTs–M, hiển thị ảnh hưởng của sự tạo phức trên MWCNTs với SLS và M
Các kết quả đã chỉ ra rằng sự biến đổi bề mặt với chất hoạt động bề mặt anion
sodium lauryl sulfate sau khi từ hóa với sắt từ thu được sản phẩm (MWCNTs–M–SLS)
có thể loại bỏ Cr (III) với hiệu suất 99 % ở điều kiện tối ưu. Loại bỏ Cr (III) bằng
MWCNTs–M–SLS phù hợp nhất với mơ hình đẳng nhiệt Langmuir với khả năng hấp
phụ là 66.2 mg/g. Động học hấp phụ để loại bỏ Cr (III) của vật liệu rất nhanh (<5 phút).
Các nghiên cứu nhiệt động lực học cho thấy rằng quá trình hấp phụ đối với Cr (III) về
bản chất là hấp phụ vật lý với năng lượng hấp phụ tự do âm [16].

16


3.3. Biến tính bề mặt goethite hấp phụ arsenic
3.3.1. Độc tính của arsenic
Arsenic được biết đến là nguyên nhân gây ra nhiều bệnh khác nhau cho con
người, từ phát ban da đến ung thư biểu mô và sự hiện diện của nó ở nồng độ cực cao
trong nước uống gây ra mối đe dọa cho hàng triệu người ở Tây Bengal của Ấn Độ và
Bangladesh. Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (USPEA) đã sửa đổi mức ô nhiễm tối
đa đối với asen trong nước uống từ 50 µg/L xuống 10 µg/L vì tác dụng độc hại đã được
chứng minh của nó đối với sức khỏe con người. Trong các điều kiện khử, arsenic xảy ra
ở dạng hóa trị ba (loại axit arsenious) trong khi trạng thái hóa trị năm (loại axit arsenic)
thường xảy ra trong điều kiện oxy hóa trong hệ thống nước. Để chống lại vấn đề ô nhiễm
asen, các phương pháp xử lý khác nhau đã được đưa ra. Các phương pháp phổ biến nhất

bao gồm ứng dụng của nhôm và muối sắt được sử dụng trong lọc nước. Việc loại bỏ
arsenic được thực hiện bằng kỹ thuật hấp phụ, trong đó các chất hấp phụ như hydroxit
sắt vơ định hình, ferrihydrit, quặng sắt tự nhiên, sắt mangan [17]
3.3.2. Vật liệu goethite
Trong số các chất hấp phụ khác nhau, các khoáng chất mang sắt, đặc biệt là
goethit được quan sát là có hiệu quả hơn và khả thi về mặt kinh tế. Các phương pháp
tổng hợp khác nhau của goethit đã được xem xét và nhận thấy rằng kích thước, hình
dạng hạt và diện tích bề mặt của goethit phụ thuộc vào tỷ lệ Fe (III): OH, tốc độ chuẩn
độ bazơ của muối sắt, nhiệt độ trung hòa và thời gian kết tinh. Hầu hết các phương pháp
tổng hợp dựa trên sự trung hòa của nitrat sắt với một chất kiềm và q trình lão hóa tiếp
theo kéo dài từ 20 giờ đến 336 giờ. Diện tích bề mặt riêng của các mẫu goethit thu được
bằng phương pháp trên nằm trong khoảng từ 11 m2/g đến 150 m2/g [18].
3.3.3. Quy tình biến tính
Chuẩn bị hóa chất: Bột sắt loại điện phân (độ tinh khiết 99,9%) được xử lý bằng
axit sulfuric để chuẩn bị dung dịch sulfat sắt 0.5 M. Sodium lauryl sulfate (SLS) đến từ
British Drug House.
Tiến hành biến đổi bề mặt: 100 mL dung dịch sodium lauryl sulfate được thêm
vào sulfat sắt 0.5 M trong điều kiện khuấy liên tục. Natri cacbonat 2.0 M được thêm vào
17