Tổng hợp poly(furfuryl alcohol) sử dụng chất lỏng ion và ứng dụng làm than hoạt tính hấp phụ chất màu

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

HÀNG CHỨC NGUYÊN

TỔNG HỢP POLY (FURFURYL ALCOHOL) SỬ
DỤNG CHẤT LỎNG ION VÀ ỨNG DỤNG LÀM
THAN HOẠT TÍNH HẤP PHỤ CHẤT MÀU

Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC
Mã chuyên ngành: 8520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022


Cơng trình được hồn thành tại Trường Đại học Cơng nghiệp TP. Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn khoa học: TS. Cao Xuân Thắng .......................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại
học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày . . . . . tháng . . . . năm 2022
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. GS.TS. Nguyễn Cửu Khoa ............................. - Chủ tịch Hội đồng
2. PGS.TS. Trần Nguyễn Minh Ân ..................... - Phản biện 1
3. TS. Trần Hoài Lam ......................................... - Phản biện 2
4. TS. Võ Thành Công ........................................ - Ủy viên
5. TS. Đoàn Văn Đạt ........................................... - Thư ký
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

GS.TS. Nguyễn Cửu Khoa

TRƯỞNG KHOA

PGS.TS. Nguyễn Văn Cường


BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Hàng Chức Nguyên ............................ MSHV: 19630301
Ngày, tháng, năm sinh: 14/05/1997 ............................... Nơi sinh: Đồng Tháp
Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học .................................. Mã chuyên ngành: 8520301
I. TÊN ĐỀ TÀI:
Tổng hợp poly(furfuryl alcohol) sử dụng chất lỏng ion và ứng dụng làm than hoạt
tính hấp phụ chất màu
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
-

Tổng hợp vật liệu poly(furfuryl alcohol) sử dụng chất lỏng ion thế hệ mới;
Tổng hợp than hoạt tính từ poly(furfuryl alcohol);
Phân tích cấu trúc vật liệu bằng các phương pháp: hấp phụ-giải hấp N2, BET, FTIR, XRD, thế zeta;
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ màu methylene blue và
methyl orange của vật liệu;
Nghiên cứu mơ hình đợng học, cơ chế q trình hấp phụ;

Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu hấp phụ.

II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 04 tháng 02 năm 2021
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: tháng 12 năm 2021
IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Cao Xuân Thắng
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 12 năm 2021
NGƯỜI HƯỚNG DẪN

TRƯỞNG KHOA

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TS. Cao Xuân Thắng

PGS.TS. Nguyễn Văn Cường


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin gửi lời cám ơn chân thành đến với Trường Đại học Công nghiệp
Thành Phố Hồ Chí Minh nói chung và khoa Cơng nghệ Hóa học nói riêng đã ln tạo
điều kiện cũng như cơ sở vật chất, thiết bị hiện đại để em có thể hồn thành tốt luận
văn này.
Cám ơn q thầy cơ khoa Cơng nghệ Hóa học, Trường Đại học Cơng nghiệp Thành
Phố Hồ Chí Minh đã ln quan tâm giúp đỡ, truyền đạt những kiến thức quý báu
trong thời gian em học tập vừa qua. Điều đó đã giúp em có thể tích lũy thêm nhiều
kiến thức để có cái nhìn sâu sắc và hoàn thiện hơn trong hành trang sắp tới.
Hơn hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn TS. Cao Xuân Thắng
đã luôn quan tâm, tạo điều kiện cũng như truyền đạt cho em những kinh nghiệm về

cách định hướng tư duy và làm việc khoa học. Đó thực sự là kiến thức trân quý làm
nền tảng cho em thực hiện luận văn này mợt cách hồn thiện hơn.
Cuối cùng, em xin gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè đã ln đồng hành, ủng hợ,
giúp đỡ em vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại
trường.
Mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng vẫn không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong
nhận được sự góp ý chân thành từ q thầy cơ để luận văn được hồn thiện.
Mợt lần nữa em xin chân thành cám ơn!

i


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Trong luận văn này, than hoạt tính (pACs) được hình thành từ poly(furfuryl alcohol)
(PFA) tổng hợp bằng phản ứng polymer hóa của furfuryl alcohol (FA) xúc tác bởi
chất lỏng ion thế hệ mới (deep eutectic solvent, DES), và ứng dụng để loại bỏ chất
màu trong nước được trình bày. Chất lỏng ion thế hệ mới DES từ hỗn hợp choline
chloride (ChCl) và zinc chloride (ZnCl2) được sử dụng hiệu quả để trùng hợp FA mà
không cần thêm bất kỳ chất xúc tác có tính acid và dung môi hữu cơ nào. Kết quả
thực nghiệm cho thấy rằng PFA được hình thành chỉ sau 15 phút với đợ chuyển hóa
92% ở nhiệt đợ phịng. Sau đó hỗn hợp sản phẩm PFA được trực tiếp than hóa ở nhiệt
độ 600 oC để tạo ra pACs với hiệu suất cao (> 68%), có cấu trúc xốp và diện tích bề
mặt riêng cao (703.474 m2/g). Vật liệu pACs sau khi tổng hợp được phân tích bởi các
phương pháp phân tích hóa lý hiện đại như FT-IR, XRD, Raman, hấp phụ-giải hấp
N2, và điện thế zeta. Vật liệu pACs được ứng dụng như một chất hấp phụ để loại bỏ
chất màu methylene blue (MB) và methyl orange (MO) ra khỏi môi trường nước. Kết
quả thực nghiệm chỉ ra rằng động học của q trình hấp phụ tn theo phương trình
đợng học biểu kiến bậc hai và vật liệu pACs có khả năng hấp phụ tối đa lần lượt là
39.874 và 35.755 mg/g đối với MB và MO ở nhiệt độ 298 K. Nhiệt đợng học cho
thấy các q trình hấp phụ chất màu của vật liệu pACs tự diễn ra, quá trình là tỏa

nhiệt đối với chất màu MB trong khi quá trình là thu nhiệt đối với chất màu MO. Vật
liệu hấp phụ pACs có khả năng tái sử dụng sau 5 chu kỳ hấp phụ - giải hấp mà vẫn
giữ được hiệu quả hấp phụ lần lượt là 59.5% và 44.3% đối với chất màu MB và MO.
Điểm mới trong đề tài luận văn này là sử dụng chất lỏng ion thế hệ mới DES như một
dung môi xanh và thân thiện với mơi trường, đồng thời đóng vai trò là chất xúc tác
trong phản ứng.

ii


ABSTRACT
A green and sustainable approach for synthesis of poly(furfuryl alcohol) (PFA) based
porous activated carbons (pACs) catalyzed by deep eutectic solvent (DES) and its
application for dyes removal were reported. For the first time, DES, mixture of
choline chloride (ChCl) and zinc chloride (ZnCl2), was efficiently used to polymerize
furfuryl alcohol (FA) without adding any harsh acidic catalysts and solvents. The
experiment data presented that the PFA was formed after only 15 min in 92%
conversion at room temperature which was directly pyrolyzed at high temperature to
afford pACs with high yield (>56%), porous structure and high specific surface area
(703.474 m2/g). The as-synthesized pACs were characterized by FT-IR, XRD,
Raman, and N2 adsorption/desorption. The pACs was utilized as an adsorbent for
removal of methylene blue (MB) and methyl orange (MO) from aqueous solution.
The results indicated that the kinetic of adsorption obeyed the pseudo-second-order
equation and the pACs exhibited a maximum adsorption capacity of 39.874 and
35.755 mg/g for MB and MO at 298 K, respectively. The novelty of this work is
exploitation of DES, a green and environmentally friendly solvent, which
simultaneously acts as catalyst and activated agent.

iii

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân tôi. Các kết quả nghiên
cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn
nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được
thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Học viên

Hàng Chức Nguyên

iv


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ............................................................................ ii
ABSTRACT.. ............................................................................................................ iii
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... iv
MỤC LỤC........ ...........................................................................................................v
DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................................... viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................x
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................... xi
MỞ ĐẦU...... ...............................................................................................................1
1. Đặt vấn đề ...............................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................3
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .............................................................3
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.....................................................................................4
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU...................................5
1.1 Furfuryl alcohol ....................................................................................................5

1.2 Poly(furfuryl alcohol) (PFA) ................................................................................6
1.3 Chất lỏng ion ........................................................................................................9
1.4 Hợp chất màu methylene blue (MB) và methyl orange (MO) ...........................13
1.4.1 Methylene blue (MB) .......................................................................................13
1.4.2 Methyl orange (MO) ........................................................................................14
CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM .................................................................................17
2.1 Hóa chất và thiết bị .............................................................................................17
2.1.1 Hóa chất ............................................................................................................17
2.1.2 Thiết bị..............................................................................................................17
2.2 Tổng hợp poly(furfuryl alcohol).........................................................................18
2.2.1 Chuẩn bị xúc tác deep eutectic solvent (DES) .................................................18
2.2.2 Tổng hợp PFA ..................................................................................................18

v


2.2.3 Q trình than hóa hình thành pACs ................................................................19
2.3 Phân tích đặc tính của vật liệu ............................................................................20
2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction) .............................................20
2.3.2 Quang phổ hồng ngoại chuỗi biến đổi Fourier (FT-IR) ...................................21
2.3.3 Quang phổ Raman ............................................................................................21
2.3.4 Hấp phụ- giải hấp N2 ........................................................................................21
2.3.5 Thế zeta của vật liệu than hoá ..........................................................................21
2.4 Khảo sát ứng dụng than hoạt tính vào q trình hấp phụ chất màu MB và MO 21
2.4.1 Thiết lập đường chuẩn đối với các hợp chất màu MB và MO .........................21
2.4.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến khả năng hấp phụ của pACs ........22
2.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất màu đến khả năng hấp phụ của pACs .22
2.4.4 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng pACs đến khả năng hấp phụ ..................22
2.4.5 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ chất màu của pACs .23
2.4.6 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của pACs ........................23

2.4.7 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt đợ và thời gian q trình than hóa PFA được
tổng hợp bằng xúc tác ChCl:ZnCl2 đến khả năng hấp phụ chất màu .......................23
2.5 Khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu sau khi hấp phụ chất màu ..............23
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ...............................................................25
3.1 Tổng hợp PFA ....................................................................................................25
3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất quá trình chuyển hóa FA ..........................26
3.2.1 Tỷ lệ DES/FA ...................................................................................................26
3.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ ...................................................................................26
3.3 Tổng hợp pACs từ quá trình than hóa PFA ........................................................27
3.4 Đặc tính của vật liệu ...........................................................................................29
3.4.1 Phân tích phổ hồng ngoại chuỗi biến đổi FT-IR ..............................................29
3.4.2 Phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) .......................................................................30
3.4.3 Phân tích phổ Raman ........................................................................................31
3.4.4 Hấp phụ-giải hấp N2 ........................................................................................32
3.4.5 Phân tích thế zeta về khả năng tích điện trên bề mặt vật liệu pACs ................34
3.4.6 Cơ chế polymer hóa ..........................................................................................35

vi


3.4.7 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ chất màu của pACs .........36
3.5 Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu.................................................37
3.5.1 Khảo sát bước sóng hấp phụ và dựng đường chuẩn cho chất màu MB và
MO..... .......................................................................................................................37
3.5.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt đợ và thời gian than hóa của vật liệu đến khả
năng hấp phụ chất màu ..............................................................................................39
3.5.3 Khảo sát khả năng hấp phụ chất màu MB và MO của vật liệu theo thời gian .41
3.5.4 Nghiên cứu đợng học q trình hấp phụ chất màu MB và MO .......................42
3.5.5 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến khả năng hấp phụ của vật liệu ....................45
3.6 Nhiệt đợng lực học q trình hấp phụ chất màu của vật liệu pACs/DES ..........49

3.6.1 Các thông số nhiệt động lực học ......................................................................51
3.7 Khả năng tái sử dụng của vật liệu.......................................................................53
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................55
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA HỌC VIÊN ............................57
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................58
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG .......................................................................................64

vii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Cấu trúc hóa học của FA [1] ........................................................................5
Hình 1.2 Phản ứng tổng hợp PFA [1] .........................................................................6
Hình 1.3 Cấu trúc hóa học của methylene blue [39] .................................................14
Hình 1.4 Cấu trúc hóa học của MO [41] ...................................................................15
Hình 2.1 Quá trình tổng hợp PFA và pACs ..............................................................20
Hình 3.1. Phổ FT-IR của PFA (a), pACs/DES (b) và pACs/p-ToSA (c) .................30
Hình 3.2 Nhiễu xạ tia X của PFA (a), pACs/DES (b, c, d) và pACs/p-ToSA (e) ở
nhiệt độ khác nhau .....................................................................................31
Hình 3.3 Phổ Raman của PFA (a) và pACs xúc tác DES (b) và pACs xúc tác p-ToSA
(c) ...............................................................................................................32
Hình 3.4 Các đường đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp nitrogen của pACs/DES (a),
pACs/p-ToSA (b), và chiều rợng lỗ của pACs/DES (c) ............................33
Hình 3.5 Thế zeta của vật liệu hấp phụ pACs/DES ở các giá trị pH khác nhau .......34
Hình 3.6 Cơ chế cross-linking của q trình polymer hóa FA [46]..........................35
Hình 3.7 Phổ UV-Vis thể hiện bước sóng hấp thu cực đại của chất màu MB (a) và
tương quan tuyến tính giữa đợ hấp thu theo nồng đợ chất màu MB (b). ...38
Hình 3.8 (a) Phổ UV-Vis thể hiện bước sóng hấp thu cực đại của chất màu MO (a)
và tương quan tuyến tính giữa đợ hấp thu theo nồng đợ chất màu MO (b).
....................................................................................................................39

Hình 3.9 Ảnh hưởng của điều kiện than hóa đến hiệu quả hấp phụ chất màu MB và
MO. ............................................................................................................40
Hình 3.10 Khảo sát hấp phụ theo thời gian của pACs/DES đối với chất màu: (a) MB
và (b) MO ...................................................................................................41
Hình 3.11 Các mơ hình đợng học hấp phụ MB trên pACs/DES: (a) mơ hình đợng học
biểu kiến bậc mợt, (b) mơ hình đợng học biểu kiến bậc hai. Khối lượng
pACs/DES: 10 mg; thể tích dung dịch MB: 10ml; nhiệt đợ 25 ℃; pH=11.0.
....................................................................................................................42
Hình 3.12 Các mơ hình đợng học hấp phụ MO trên vật liệu pACs/DES: (a) mơ hình
đợng học biểu kiến bậc mợt, (b) mơ hình đợng học biểu kiến bậc hai. Khối
lượng pACs/DES: 10mg; thể tích dung dịch MO:10ml; nhiệt đợ 25 °C; pH=
3.0...............................................................................................................43
Hình 3.13 Các mơ hình đợng học hấp phụ MB trên vật liệu hấp phụ pACs/DES theo
nhiệt đợ: (a) mơ hình đợng học biểu kiến bậc mợt, (b) mơ hình đợng học
biểu kiến bậc hai. Điều kiện thực nghiệm: 10 ml dung dịch MB: 40 ppm;
khối lượng chất hấp phụ: 10 mg; pH=11.0. ...............................................45

viii


Hình 3.14 Các mơ hình đợng học hấp phụ MO trên vật liệu hấp phụ pACs/DES theo
nhiệt độ: (a) mô hình đợng học biểu kiến bậc mợt, (b) mơ hình động học
biểu kiến bậc hai. Điều kiện thực nghiệm: 10 ml dung dịch MO: 40 ppm;
khối lượng pACs/DES: 10 mg; pH=3.0. ....................................................47
Hình 3.15 Mơ hình đẳng nhiệt cho q trình hấp phụ của vật liệu pACs/DES trên chất
màu (a) MB, (b) MO. Điều kiện hấp phụ: 10 mg pACs/DES, nhiệt độ: 25
℃, pH=3.0 (đối với MO) và pH=11.0 (đối với MB). ...............................49
Hình 3. 16 Đồ thị Van’t Hoff cho sự hấp phụ của pACs/DES với chất màu (a) MB và
(b) MO .......................................................................................................51
Hình 3.17 Khả năng tái sử dụng của vật liệu hấp phụ pACs/DES ...........................53

ix


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Mợt số tính chất đặc trưng của MB ...........................................................14
Bảng 2.2 Mợt số tính chất đặc trưng của MO ...........................................................16
Bảng 2.3 Các hóa chất sử dụng trong thực nghiệm ..................................................17
Bảng 2.4 Các thiết bị sử dụng trong thực nghiệm.....................................................18
Bảng 2.5 Tỷ lệ thành phần mol của DES ..................................................................18
Bảng 3.1 Hiệu śt của q trình polymer hóa FA sử dụng các loại DES khác nhau
....................................................................................................................25
Bảng 3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng DES/FA đối với hiệu śt q trình chuyển
hóa FA tại 60 °C trong 4 giờ......................................................................26
Bảng 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu śt q trình chuyển hóa FA
với tỷ lệ khối lượng DES/FA 10% trong 4 giờ ..........................................27
Bảng 3.4 Hiệu suất q trình than hóa tiến hành ở 600 °C .......................................27
Bảng 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian than hóa đến hiệu śt q trình than
hóa với xúc tác DES loại ChCl: ZnCl2 (1:2) .............................................28
Bảng 3.6. Diện tích bề mặt BET, thể tích lỗ và sự phân bố kích thước lỗ của pACs
....................................................................................................................34
Bảng 3.7 Khả năng hấp phụ của pACs/DES đối với dung dịch MB và MO ở các giá
trị pH khác nhau (nồng độ chất màu: 40 mg/L, thể tích: 10mL, khối lượng
pACs/DES: 10 mg, thời gian: 180 phút, nhiệt độ: 25 ºC) .........................36
Bảng 3.8 Khả năng hấp phụ của pACs/DES đối với dung dịch MB (pH 11.0) và dung
dịch MO (pH 3.0) (nồng độ chất màu: 40 mg/L, thể tích: 10 mL, thời gian:
180 phút, nhiệt đợ: 25 ºC) ..........................................................................37
Bảng 3.9 Hằng số động học của quá trình hấp phụ chất màu MB ............................43
Bảng 3.10 Hằng số đợng học của q trình hấp phụ chất màu MO .........................44
Bảng 3.11 Các thơng số đợng học q trình hấp phụ chất màu MB của vật liệu hấp

phụ pACs/DES ...........................................................................................46
Bảng 3.12 Các thơng số đợng học của q trình hấp phụ chất màu MO của vật liệu
pACs/DES khi thay đổi nhiệt độ................................................................48
Bảng 3.13 Các thông số động học hấp phụ của vật liệu pACs/DES trên chất màu MB
và MO ........................................................................................................50
Bảng 3.14 Các thông số nhiệt động lực học cho sự hấp phụ của pACs với chất màu
MB và MO .................................................................................................52

x


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

BET

Brunauer-Emmett-Teller

Brunauer-Emmett-Teller

DES

Deep eutectic solvent

Dung mơi có điểm eutectic sâu

FA

Furfuryl alcohol

Furfuryl alcohol

FT-IR

Fourier-transform infrared Phổ hồng ngoại chuỗi biến đổi
spectroscopy

Fourier

ILs

Ion liquids

Chất lỏng ion

MB

Methylene blue

Xanh methylene

MO

Methyl orange

Methyl da cam

p-ToSA

p-toluene sulfunic acid

p-toluene sulfunic acid

PFA

Poly(furfuryl alcohol)

Poly(furfuryl alcohol)

pACs

Porous activated carbons

Than hoạt tính xốp

XRD

X-Ray Powder Diffraction Nhiễu xạ tinh thể tia X

xi


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Sự phát triển của khoa học - cơng nghệ trong thời đại cơng nghiệp hóa hiện đại hóa

đã phần lớn cải thiện, nâng cao c̣c sống vật chất và tinh thần của con người. Tuy
nhiên đi đôi việc đáp ứng nhu cầu chất lượng cuộc sống, việc phát triển khơng có sự
kiểm sốt về mặt ơ nhiễm đã gây ra tác động quá lớn đến môi trường tự nhiên. Tốc
độ phát triển quá nhanh sẽ dẫn đến hệ lụy cạn kiệt các nguồn tài nguyên, giảm sút
chất lượng môi trường sống, ảnh hưởng rất lớn đến sức khoẻ con người nói riêng và
đe doạ đến hệ sinh thái nói chung. Như chúng ta đã biết, mơi trường sống bao gồm:
mơi trường nước, mơi trường khí và môi trường đất. Cả ba môi trường này đều chịu
sự tác đợng khơng hề nhỏ từ q trình cơng nghiệp hóa hiện đại hóa ngày nay. Trong
đó chất lượng nước được xem là nguồn sống đang bị tác động mạnh mẽ do sự phát
triển kinh tế không bền vững, đặc biệt do các hố chất đợc hại thải ra từ các ngành
công nghiệp. Đặc biệt phải kể đến là các ngành cơng nghiệp hóa chất, cơng nghiệp
thực phẩm, cao su, dệt nhuộm, thuốc bảo vệ thực vật, y dược, luyện kim, xi mạ,
giấy…Trong đó, ngành dệt nḥm từ xưa đến nay đã được xem là một trong những
ngành công nghiệp quan trọng của nước ta nhưng lại gây ra tác động rất lớn đến
nguồn nước. Ngành dệt nhuộm đã phát triển từ rất lâu trên thế giới nhưng nó chỉ mới
hình thành và phát triển hơn 100 năm nay ở nước ta, đã thu hút nhiều lao đợng góp
phần giải quyết việc làm phù hợp với những nước đang phát triển mà khơng có nền
cơng nghiệp nặng phát triển mạnh như nước ta. Điều đáng lưu ý là hầu hết các nhà
máy xí nghiệp dệt nḥm ở nước ta đã có hệ thống xử lý nước thải, tuy nhiên nước
thải sau khi xử lý thì các chỉ số ơ nhiễm cũng như độ màu vẫn chưa đạt tiêu chuẩn
nhất định. Nguyên nhân do trong thành phần thuốc nhuộm chứa một số hợp chất hữu
cơ bền khó phân hủy sinh học nên hiệu quả xử lý không triệt để, đại diện ở đây là hai
hợp chất màu methylene blue (MB) và methyl orange (MO). Các chất hữu cơ độc hại
này gây ra các tác động xấu đến môi trường và sức khỏe con người. Để loại bỏ các
chất gây ô nhiễm hữu cơ này, nhiều phương pháp như hấp phụ, quang xúc tác phân
hủy, phân hủy sinh học và màng lọc đã được đề xuất. Trong số đó, hấp phụ bằng vật

1

liệu xốp và vật liệu nano để loại bỏ các chất hữu cơ ra khỏi nước thải được xem là
thành công nhất bởi hiệu quả cao, dễ vận hành và thân thiện với môi trường. Gần đây,
vật liệu carbon hoạt tính đang được ứng dụng khá mạnh trong lĩnh vực hấp phụ chất
màu ô nhiễm, tuy nhiên hiệu quả hấp phụ cịn bị hạn chế. Vì vậy để nâng cao hiệu
quả của quá trình hấp phụ chất màu trong nghiên cứu này chúng tôi đã tiến hành
nghiên cứu tổng hợp vật liệu cacbon hoạt tính từ poly(furfuryl alcohol) (PFA), mợt
trong những polymer có tính chất ổn định để ứng dụng hấp phụ chất màu MB và MO
từ môi trường nước. Tuy nhiên hiện nay đa số các phương pháp tổng hợp vật liệu còn
hạn chế ở việc sử dụng dung mơi hữu cơ đợc hại hoặc q trình tổng hợp có hiệu suất
chưa cao. Thêm vào đó, việc sử dụng xúc tác là các acid truyền thống như p-toluene
sulfonic acid (p-ToSA), H2SO4, hoặc HNO3 trong quá trình tổng hợp PFA có tác đợng
tiêu cực đến mơi trường do q trình hậu xử lý và than hoạt tính (pACs) có khả năng
hấp phụ chưa cao. Chính vì vậy vấn đề đặt ra là cần thiết sử dụng một loại xúc tác
khác vừa thân thiện với môi trường vừa mang lại hiệu quả tổng hợp cao cũng như đạt
được khả năng hấp phụ tốt của vật liệu. Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng chất
lỏng ion thế hệ mới (deep eutectic solvent, DES) vừa đóng vai trị là dung mơi vừa là
xúc tác đang được ứng dụng rộng rãi hiện nay để tiến hành tổng hợp PFA với mục
tiêu cho hiệu śt q trình tổng hợp cao cũng như tính chất hấp phụ của pACs tốt
hơn trong loại bỏ hợp chất màu MB và MO. Thêm vào đó, tính chất vật liệu cũng như
hiệu quả hấp phụ MB và MO của pACs từ poly(furfuryl alcohol) được tổng hợp với
xúc tác truyền thống p-ToSA được so sánh.
2. Mục tiêu nghiên cứu
 Tổng hợp PFA, khảo sát hiệu suất của quá trình tổng hợp với từng loại xúc tác
DES và xúc tác acid thông thường.
 Khảo sát khả năng hấp phụ của pACs được than hóa ở các nhiệt đợ khác nhau.
 Khảo sát khả năng hấp phụ chất màu MB và MO của pACs theo khối lượng, thời
gian, nồng độ chất màu, pH, và nhiệt độ.
 Khảo sát động học của quá trình hấp phụ chất màu MB và MO.
 Khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu.

2


 So sánh sự khác biệt khi hấp phụ hai loại chất màu này.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
 Đối tượng nghiên cứu
Thực hiện nghiên cứu đối với vật liệu pACs, quy trình tổng hợp mợt số loại pACs
cũng như ứng dụng của pACs. Nghiên cứu về chất lỏng ion dạng DES, tổng hợp, đặc
tính và ứng dụng của các loại xúc tác này. Đối với ứng dụng của vật liệu: khảo sát
đợng học của q trình hấp phụ, các phương trình đợng học và mơ hình hấp phụ
Langmuir, Freundlich.
 Phạm vi nghiên cứu
Quy trình tổng hợp PFA được thực hiện ở điều kiện phịng thí nghiệm. Sau khi tổng
hợp được polymer, tiến hành than hóa ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau từ 500 –
700 oC. Sau đó tiến hành phân tích đặc tính của PFA và pACs thu được bằng phương
pháp XRD, BET, FT-IR, Raman, thế zeta, …Việc sử dụng chất lỏng ion DES là một
trong những điểm mới nhằm tránh sử dụng xúc tác acid mạnh thông dụng như H2SO4,
HNO3, hay p-ToSA... Kết quả vật liệu tổng hợp của quá trình được ứng dụng vào việc
hấp phụ chất màu trong nước. Tuy nhiên đề tài còn hạn chế là chỉ mới thực hiện trong
điều kiện quy mơ phịng thí nghiệm, chưa nghiên cứu phát triển để ứng dụng rộng ra
quy mô công nghiệp.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Nhóm nghiên cứu chúng tơi đã tiến hành tìm kiếm và thu thập tài liệu, các báo cáo
trong và ngồi nước về quy trình tổng hợp PFA, ứng dụng của PFA trong lĩnh vực xử
lý nước thải hiện nay; điều kiện tổng hợp PFA và pACs, phân tích các điểm mạnh
cũng như hạn chế trong từng phương pháp; đưa ra giải pháp khắc phục cũng như
hướng nghiên cứu mới từ các nghiên cứu có sẳn với mục đích đưa ra phương pháp
tổng hợp thành cơng và nâng cao được hiệu śt của q trình. Việc tìm kiếm các tài
liệu và báo cáo từ các nguồn tài liệu trong và ngoài nước, sử dụng nguồn thơng tin từ
internet có tính chính xác và tin cậy cao từ các website học thuật.

3


5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Đề tài nghiên cứu tổng hợp mợt loại pACs có tính chất vượt trợi, q trình tổng hợp
sử dụng chất lỏng ion thế hệ mới DES đóng vai trị đồng thời như dung môi và xúc
tác. Việc sử dụng chất lỏng ion trong nghiên cứu này nhằm thay thế các loại xúc tác
acid thông thường như H2SO4, HNO3, hay p-ToSA…nhằm hạn chế tác động đến môi
trường mà không ảnh hưởng đến hiệu suất quá trình tổng hợp. Điều kiện tổng hợp vật
liệu PFA dễ dàng đáp ứng: nhiệt đợ phịng và áp śt thường.
PACs đã tổng hợp được ứng dụng vào hấp phụ xử lý chất màu trong nước với hai
chất màu đại diện chính là MB như là mợt loại chất màu cation và MO như là một
loại chất màu anion.

4


CHƯƠNG 1
1.1

TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

Furfuryl alcohol

Furfuryl alcohol (FA) là mợt hợp chất hữu cơ có chứa furan được thay thế bằng nhóm
hydroxymethyl [1]. FA xuất hiện dưới dạng chất lỏng trong suốt khơng màu, khi tồn
tại ngồi mơi trường trong thời gian dài sẽ chuyển sang có màu hổ phách. FA có điểm
chớp cháy tại 167 °F và nhiệt đợ sơi tại 171 °F. FA có mùi khét và vị đắng, tính chất
khơng ổn định trong nước và có thể hịa tan trong các dung mơi hữu cơ thơng thường

[2]. Tuy nhiên khi tiếp xúc FA có thể gây kích ứng da, mắt và niêm mạc, có thể đợc
khi nuốt phải và đợc vừa phải khi hít phải. Nhựa FA được sản xuất bằng phản ứng tự
trùng hợp của monomer FA với α-hydro. Tốc đợ đóng rắn của loại polymer này có
liên quan nhiều đến cường đợ của acid. Vì FA ở dạng lỏng, phản ứng sẽ khơng nhanh
chóng đơng đặc khi khơng có mặt chất xúc tác là acid mạnh. FA có thể đơng đặc
nhanh chóng để hình thành polymer khi có mặt H2SO4 ở nhiệt đợ phịng [3]. Tuy
nhiên, nó sẽ khơng thể đơng đặc khi có mặt acid yếu, chẳng hạn như maleic anhydride,
hoặc H3PO4 ở nhiệt đợ phịng. Ngay cả ở nhiệt đợ từ 100 ºC đến 200 ºC, vẫn phải mất
rất nhiều thời gian để sản phẩm hình thành.

Hình 1.1 Cấu trúc hóa học của FA [1]
FA được sản x́t trong cơng nghiệp bằng cách hydro hóa furfural, thơng thường
được sản x́t từ các phế phẩm sinh học như lõi ngô hoặc bã mía. Chính vì q trình
sản x́t như vậy mà FA có thể được coi là mợt nguồn sản phẩm “xanh” [2,4]. Mục
đích chính của sử dụng chính của FA là như một đơn phân để tổng hợp nhựa furan.
Những polymer này được sử dụng trong vật liệu tổng hợp nền polymer nhiệt rắn, xi
măng, chất kết dính, lớp phủ và nhựa. Q trình trùng hợp có xúc tác acid thường tạo

5


ra sản phẩm có liên kết chéo và sản phẩm thường sẽ màu đen. Phản ứng diễn ra như
hình sau:

Hình 1.2 Phản ứng tổng hợp PFA [1]
Phản ứng tổng hợp PFA thường được sử dụng trong tên lửa làm nhiên liệu. Ngoài ra,
với ưu thế là trọng lượng phân tử thấp, FA thường được tẩm vào gỗ và được polymer
hóa để liên kết gỗ với nhau bằng nhiệt, bức xạ, chất xúc tác, hoặc các tác nhân khác.
Sau khi trải qua q trình xử lý, tính năng của gỗ đã cải thiện khả năng ổn định về độ
ẩm, độ cứng, chống mục nát và côn trùng. Chất xúc tác cho phản ứng polymer hố

có thể là citric, acid fomic hoặc borate.
1.2

Poly(furfuryl alcohol) (PFA)

PFA là một loại nhựa nhiệt rắn phổ biến thường được tổng hợp bằng cách trùng hợp
monomer FA [3,5]. Là một trong những các dẫn xuất furan quan trọng, PFA được sử
dụng như một dạng vật liệu, chất kết dính và than nano từ khoảng những năm 1970.
Đến nay đã có nhiều các nghiên cứu về nanocomposite, giải thích cơ chế trùng hợp
và đặc điểm của mợt số yếu tố ảnh hưởng đến q trình polymer hóa. Trong cơng
nghiệp, người ta sử dụng các vật liệu có nguồn gốc từ biomas saccharide để tổng hợp
PFA với cơ chế polymer hóa FA với các dẫn xuất furan khác nhau. Trong một vài
trường hợp để nâng cao hiệu quả của q trình tồng hợp, FA được polymer hóa với
sự có mặt chất xúc tác như acid và dung môi methylene chloride. Các polymer được
hình thành mang cấu trúc vơ định hình, phân nhánh hoặc liên kết chéo [6]. Ngồi sự
lựa chọn linh hoạt về chất xúc tác, quá trình trùng hợp có thể được thực hiện ở các
nhiệt đợ khác nhau và trong các dung môi khác nhau sao cho PFA cho năng suất than

6


hố cao khi nhiệt phân. Do đó, PFA khơng chỉ quan trọng đối với việc sử dụng làm
chất kết dính mà cũng được sử dụng rộng rãi để tổng hợp nanoporous carbon, carbon
thủy tinh và polymer nanocomposite cho một phạm vi ứng dụng rộng rãi, chẳng hạn
như chất hấp phụ, màng tách, chất xúc tác và điện cực của pin nhiên liệu, pin lithium
và tụ điện hai lớp…Các phương pháp tổng hợp của carbon xốp và kiểm soát cấu trúc
ở cấp độ nano bằng cách sử dụng các mẫu khác nhau và các tiền chất hữu cơ khác
nhau.
Nhiều nghiên cứu đi trước đã chứng minh được rằng quá trình than hóa PFA và minh
họa sự hình thành về mặt cấu trúc trong q trình than hóa cũng như tính chất tương

ứng của vật liệu than hoá [7-9]. Khi gia nhiệt trong điều kiện trơ, PFA bị đốt qua từng
giai đoạn sẽ tạo ra hơi nước, methane, carbon dioxide, carbon monoxide và hydro. Ở
nhiệt đợ thấp 200-500 °C hình thành carbon vơ định hình và mợt số hợp chất với kích
thước lỗ trung bình. Khi PFA được carbon hóa ở nhiệt độ cao hơn hoặc trong thời
gian xử lý nhiệt lâu hơn, các hợp chất carbon này trở nên có kích thước lớn hơn kèm
theo hình thành mợt cấu trúc trật tự hơn trong phạm vi ngắn. Nanocasting là một kỹ
thuật mới để tổng hợp các vật liệu có cấu trúc nano. FA có tính ứng dụng cao nhờ
vào đặc tính có thể hịa tan với nước và nhiều dung mơi hữu cơ, dễ dàng polymer hóa
ở các điều kiện khác nhau như trong mơi trường lỏng được đun nóng hoặc khi có mặt
của chất xúc tác. Để tổng hợp pACs, dung dịch FA thường được ngâm tẩm, sau đó
được polymer hóa dưới xúc tác và nhiệt đợ hoặc cho tiếp xúc với acid. Sau khi than
hóa PFA trong mơi trường khí trơ ở nhiệt đợ cao, mẫu được loại bỏ tạp qua q trình
hịa tan, để các cấu trúc carbon xốp được tái tạo. Độ dày và cấu trúc thành lỗ có thể
điều chỉnh ở mức mức đợ nhất định bằng cách thay đổi hàm lượng FA và lặp lại q
trình hình thành nano. Ngồi ra cấu trúc lai tạp dựa trên PFA có thể được hình thành
trực tiếp bằng cách kết hợp một thành phần vô cơ hoặc một thành phần nhựa nhiệt
dẻo thành FA/PFA, tiếp theo là quá trình trùng hợp và bay hơi dung mơi. Dạng carbon
xốp cuối cùng sẽ thu được bằng sự phân hủy thành phần nhựa nhiệt dẻo trong q
trình carbon hóa hoặc hịa tan thành phần vơ cơ sau khi carbon hóa. Tuy nhiên, việc

7


tổng hợp như vậy với phương pháp thông thường sẽ làm phát sinh các cấu trúc vật
liệu không đồng đều nhau tạo ra carbon dạng nano với các kích thước lỗ khác nhau.
Carbon có nguồn gốc từ PFA ở dạng bột đã được nghiên cứu rộng rãi để hấp phụ và
tách khí cơng nghiệp. Hiện nay có rất nhiều phương pháp đã được nghiên cứu để tổng
hợp chất hấp phụ carbon từ nhiều nguồn gốc khác nhau. Trong đó việc sử dụng PFA
để tổng hợp pACs bao gồm carbon hóa trực tiếp nhựa PFA cũng như thay đổi các yếu
tố tổng hợp để thu được dạng vật liệu nano. Một phương pháp phổ biến khác để chế

tạo chất hấp phụ carbon là sửa lỗi các dạng carbon bằng cách sử dụng PFA để đạt
được hiệu suất tốt hơn. Ví dụ, tổng hợp than carbon nguyên khối bằng cách nhiệt
phân các khối graphite được ngâm tẩm FA. Các vật liệu nền là graphite và mợt lớp
carbon vi xốp mỏng có nguồn gốc từ FA thể hiện đặc tính hấp phụ được cải thiện. Đợ
cứng của chất hấp phụ có thể được cải thiện bằng cách tăng nhiệt đợ của q trình
nhiệt phân. Tính chất bề mặt và cấu trúc vi mơ của carbon được điều chế từ PFA có
khả năng được biến đổi bằng cách xử lý với khí oxy, carbon dioxide hoặc plasmas.
Carbon hoạt hóa biến tính được sử dụng trong q trình hấp phụ cho thấy tính chọn
lọc O2/N2 cao trong q trình tách khơng khí. Các dạng carbon cấu trúc nano rất được
quan tâm vì khả năng khuếch tán của các loại khí qua nó có thể được điều khiển đáng
kể bằng cách thay đổi kích thước và hình dạng hạt của chúng; các hạt carbon siêu nhỏ
sẽ hữu ích như các sàng phân tử để phát triển màng composite carbon-polymer có
tiềm năng cao trong việc tách khí công nghiệp [10].
PFA chủ yếu được sử dụng làm tiền thân để chế tạo vật liệu carbon cấu trúc nano và
vật liệu nanocomposite dựa trên carbon. Do các đặc tính vật lý và hóa học đợc đáo,
PFA (hoặc FA) đã thể hiện tiềm năng ứng dụng làm tiền thân của vật liệu nano và
phản ứng trùng hợp có chất hoạt đợng bề mặt, cho phép hình thành vật liệu có cấu
trúc nano nguồn gốc từ nó [9, 11-13]. Cho đến nay, những carbon có cấu trúc nano
và vật liệu tổng hợp nano dựa trên carbon đã được nghiên cứu rộng rãi làm chất hấp
phụ và màng rây phân tử, chất xúc tác, cảm biến, điện cực của pin lithium, siêu tụ
điện và tế bào nhiên liệu, v.v…Các cấu trúc carbon xốp phân cấp khác nhau dựa trên
dạng lỗ xốp nhỏ (micropore), lỗ xốp trung bình (mesopore), và lỗ xốp lớn

8


(macropore) có thể tạo điều kiện thuận lợi đáng kể cho sự khuếch tán. Chiến lược
tổng hợp carbon oxide xen kẽ cấu trúc dựa trên phản ứng trùng ngưng giữa các
alkoxide và FA hứa hẹn sẽ rất hữu ích để kiểm soát các cấu trúc oxide xốp tổng hợp
carbua, sợi nano và ống nano oxide. Tiến trình nghiên cứu về vật liệu tổng hợp nano

dựa trên PFA đem lại nhiều sự khích lệ. Kỹ thuật sử dụng PFA khơng thấm khí như
chất làm đầy mesopore đã cho thấy mợt triển vọng cao cho quy mô lớn chế tạo màng
zeolite cấu trúc nano. Do đó, PFA nói chung và FA nói riêng đã và đang đóng mợt
vai trị quan trọng trong chế tạo vật liệu cấu trúc nano nói chung và vật liệu hấp phụ
nói riêng. Khả năng hấp phụ của các vật liệu carbon hoạt tính đã được chứng minh ở
nhiều nghiên cứu trước đây, cho thấy mức độ hấp phụ không chỉ đối với nước thải
thông thường mà đặc biệt cho hấp phụ các chất thải màu từ các ngành công nghiệp
đặc biệt là ngành dệt nhuộm ở nước ta hiện nay [14-16]. Vì vậy mà ở nghiên cứu này
tập trung vào việc ứng dụng pACs có nguồn gốc từ vật liệu PFA - một dạng polymer
được tổng hợp từ FA có nguồn gốc sinh khối bằng xúc tác chất lỏng ion thế hệ mới
(deep eutectic solvent, DES). Nghiên cứu đã chứng tỏ tiềm năng ứng dụng của DES
trong xúc tác cũng như mở ra một nguồn vật liệu pACs mới có nguồn gốc sinh khối.
1.3

Chất lỏng ion

Chất lỏng ion (ionic liquids, ILs) được biết đến là một loại chất lỏng mới với tính
năng đầy hứa hẹn trong hai thập kỷ qua do các đặc tính đợc đáo, như đợ ổn định nhiệt
cao, ít bay hơi, đa dạng và có thể điều chỉnh [17, 18]. ILs đã được nghiên cứu như là
chất thay thế cho các dung môi hữu cơ dễ bay hơi thông thường trong vài thập kỷ
qua. ILs như mợt chất lỏng hồn tồn bao gồm các ion là chất lỏng ở nhiệt độ tương
đối thấp, nhiệt độ môi trường xung quanh đến 100 °C [18-20]. Chất lỏng ion (IL)
được cấu tạo hoàn toàn từ các ion chuyển động, tức là, một cation hữu cơ (chủ yếu là
imidazolium, pyrrolidinium, pyridinium, amoni hoặc phosphonium) và thường là
anion halogenua (thường là Cl- hoặc Br-) hoặc cơ bản là các anion chẳng hạn như
[PF6]-, [ BF4]-. Các muối nóng chảy ở nhiệt đợ thấp có các đặc tính vật lý hoặc hóa
học có thể điều chỉnh được có thể phát sinh từ hàng ngàn sự kết hợp của anion và
cation. Chất lỏng ion có áp suất hơi thấp và nhiệt đợ sơi cao, giảm thất thốt ra mơi

9

trường và đủ điều kiện để tái chế [21,22]. Tuy nhiên, tính xanh của loại dung mơi
thay thế này thường bị nghi ngờ trong các tài liệu gần đây vì việc tổng hợp chúng liên
quan đến các quy trình tốn kém và đợc tính của chúng chưa được hiểu đầy đủ. Đồng
thời ILs vẫn cịn mợt số khuyết điểm như giá thành cao, công nghệ sản xuất với độ
tinh khiết không cao và khả năng phân hủy sinh học kém [20]. Chính vì vậy mà dung
mơi DES, được biết đến như một thế hệ ILs tiên tiến được phát hiện có nhiều tính
chất dung mơi tương tự như ILs thơng thường nhưng lại có những ưu điểm như chi
phí chấp nhận được, khả năng phân hủy sinh học tốt, khả năng tái tạo và đợc tính
thấp. DES dễ điều chế bằng cách trộn trực tiếp chất cho liên kết hydro (hydrogen
bond donor, HBD) và chất nhận liên kết hydro (hydrogen bond acceptor, HBA), tạo
thành hỗn hợp eutectic có điểm nóng chảy thấp hơn so với tiền chất ban đầu của nó
thơng qua mạng liên kết hydro. Năm 2003, nhà nghiên cứu người Anh là Abbott đã
đưa ra thuật ngữ “deep eutectic solvent”, tức DES, đã thu hút sự chú ý ngày càng tăng
trong gần 20 năm qua.
Việc tìm kiếm và sử dụng các loại dung môi mới thân thiện với môi trường để thay
thế các dung môi hữu cơ truyền thống trong hóa học tổng hợp các chất hữu cơ là một
nhiệm vụ không ngừng cho các nhà khoa học. Là môi trường thay thế mới cho các
dung môi hữu cơ dễ bay hơi, DES có thể được định nghĩa là hỗn hợp eutectic được
tạo thành từ hai hoặc nhiều thành phần không thể trộn lẫn với nhau, tạo ra mợt pha
lỏng đồng nhất mới với điểm đóng băng thấp hơn so với các thành phần riêng lẻ. DES
được nhận thấy có ứng dụng trong mợt số lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như dung
môi/chất xúc tác cho các biến đổi hữu cơ, biến đổi sinh học và phản ứng trùng hợp,
các ứng dụng xử lý kim loại và sinh khối, và công nghệ tách [21,23,24]. Năm 2003,
Abbott cùng cộng sự đã mô tả một loại dung môi mới bao gồm choline chloride và
các amide khác nhau, chẳng hạn như urea, thiourea, benzamide và acetamide. Thuật
ngữ DES sau đó được đặt ra để mô tả hỗn hợp eutectic được tạo thành từ hai hoặc
nhiều thành phần rắn không trộn lẫn pha, khi kh́y ở nhiệt đợ chính xác, tạo ra mợt
pha lỏng đồng nhất mới với điểm đóng băng thấp hơn so với khi là thành phân riêng

lẻ [25-27]. Đối với tồn bợ các tổ hợp số mol có thể có của các thành phần, điểm

10


eutectic được định nghĩa là nhiệt đợ nóng chảy tối thiểu quan sát được ở một tỷ lệ
mol cụ thể của hai chất A và B. Thông thường, hỗn hợp DES bao gồm các cation
khơng đối xứng có điểm nóng chảy thấp (tức là, năng lượng mạng tinh thể thấp) và
mợt muối kim loại hoặc hợp chất có nguồn gốc tự nhiên như chất HBD. Các amoni
với thành phần cation phổ biến nhất là muối choline chloride được sử dụng nhiều
nhất vì nó rất rẻ và dễ dàng tìm kiếm trên thị trường hiện nay. Tương tác có thể tạo
thành từ sự kết hợp của choline chloride và các chất cho liên kết hydro có nguồn gốc
tự nhiên, chẳng hạn như urea, ethylene glycol hoặc acid oxalic, thường liên quan đến
hiệu ứng phân chia điện tích xảy ra thơng qua các liên kết hydro được hình thành giữa
ion chloride và nguyên tử hydro từ HBD. Cho đến nay, nhiều sự kết hợp của muối
cation và muối kim loại hoặc chất HBD đã được được mô tả và đề cập đến các hợp
chất phổ biến nhất được sử dụng để điều chế các hỗn hợp eutectic. Các DES có thể
được phân loại theo các thành phần được sử dụng trong quá trình tổng hợp. Mợt số
loại DES phổ biến được nghiên cứu là loại được tạo thành từ các muối amoni bậc
bốn, bao gồm 1,3-dialkylimidazolium và cation 1-alkylpyridinium, và muối kim loại
halogenua (loại I). Trong đó DES được hình thành từ hỗn hợp choline chloride/zinc
chloride (ChCl/ZnCl2) thu được theo tỷ lệ mol tương ứng là 1:2 với điểm đông đặc
khoảng 24 °C. DES là hỗn hợp của amoni bậc bốn và halogenua kim loại ngậm nước
(loại II) dễ tổng hợp hơn và thường rẻ hơn DES loại I, mang tính chất chống ẩm, được
khuyến khích sử dụng nhiều hơn trong quy mô công nghiệp. Trong những năm gần
đây DES đã được nghiên cứu làm chất xúc tác cho nhiều phản ứng đặc biệt là phản
ứng este hóa của fomic acid và acetic acid. Hỗn hợp DES loại III bao gồm các cation
amoni bậc bốn với các chất cho liên kết hydro trung tính mang các nhóm chức như
như –COOH, –CO=NH, –NH, –NH-R và –OH. Từ đó thấy được rằng, urea và zinc
chloride là những chất phổ biến tạo ra một hỗn hợp DES với choline chloride theo tỷ

lệ mol 1:2. Loại DES này có mợt số ưu điểm so với các chất tương tự làm từ kim loại,
bao gồm chi phí thấp, dễ tìm và khả năng chống nước tương đối cao. Ngoài ra, các
loại DES này được cấu tạo từ HBD hữu cơ có nguồn gốc sinh khối tự nhiên, khiến
chúng thường được coi là có thể phân hủy sinh học và không độc hại. Trong thời gian
gần đây, một loại DES mới (loại IV), bao gồm các muối chloride kim loại với các

11