NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP POLYACRYALMIDE VÀ ỨNG DỤNG CỦA NÓ TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & VẬT LIỆU
---------------o0o---------------

BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TỔNG
HỢP POLYACRYALMIDE VÀ ỨNG DỤNG CỦA
NÓ TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
GVHD: Thầy Huỳnh Lê Huy Cường
SVTH: Nguyễn Thiên Hương
LỚP:03DHHH3
MSSV: 2004120272

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 1/2016


MỤC LỤC
Lời cảm ơn ......................................................................................................................iv
Danh sách hình vẽ............................................................................................................v
Danh sách bảng biểu ..................................................................................................... vii
PHẦN 1: TỔNG QUAN
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU
1 Acryalmide................................................................................................................1

2

3

1.1

Giới thiệu ...........................................................................................................2

1.2

Tính chất hóa học ...............................................................................................2

1.2.1

Mối nguy hóa lý ..........................................................................................3

1.2.2

Các yếu tố chuyển đổi .................................................................................3

1.2.3

Thành phần polymer tiêu biểu.....................................................................3

1.2.4

Tạp chất và phụ gia .....................................................................................3

1.3

Tính chất vật lý ..................................................................................................3

1.4

Sử dụng ..............................................................................................................4

1.4.1

Sử dụng các monomer .................................................................................4

1.4.2

Sử dụng polymer .........................................................................................5

Polyacryamide ..........................................................................................................8
2.1

Tên gọi và tên viết tắt.........................................................................................8

2.2

Tính chất vật lý ..................................................................................................8

2.3

Ứng dụng............................................................................................................9

Nguồn cung cấp ......................................................................................................10

PHẦN 2: NỘI DUNG
CHƯƠNG II: TỔNG HỢP
1

Cơ sở lý thuyết ........................................................................................................11

1.1

Cơ chế trùng hợp Gel .......................................................................................11

1.2

Gel polyacrylamide trùng hợp .........................................................................11

1.2.1

Acrylamide ................................................................................................11

1.2.2

Bis-acrylamide ..........................................................................................12

1.2.3

Chất khơi mào ...........................................................................................12

1.3

Các yếu tố ảnh hưởng ......................................................................................14

1.3.1

Các chất ô nhiễm trong chất đệm ..............................................................14

1.3.2

Loại chất khơi mào và tập trung................................................................15
i


1.3.3

Nhiệt độ .....................................................................................................16

1.3.4

Ôxy ............................................................................................................17

1.3.5

pH ..............................................................................................................17

1.3.6

Crosslinkers thay thế .................................................................................18

1.3.7

Gel phụ ......................................................................................................18

1.3.8

Thời gian ...................................................................................................18

1.3.9

Nồng độ monomer.....................................................................................19

1.4

Cách thức trùng hợp .........................................................................................19

2

Chuẩn bị cho trùng hợp ..........................................................................................19

3

Tổng hợp các polyacrylamide.................................................................................19
3.1

Hóa học trùng hợp trong hệ thống gián đoạn - Gel (phân giải) .......................20

3.2

Hóa học trùng hợp trong các hệ thống liên tục và Gel xếp chồng ...................21

3.3

Trùng hợp quang hóa .......................................................................................22

3.4

Trùng hợp phân tích .........................................................................................22

3.5

Mặt cắt trùng hợp .............................................................................................23

3.6

Gel loại trừ xác định giới hạn ..........................................................................24

3.7

Xử lý acrylamide ..............................................................................................25

3.8

Thuốc thử và thời gian sử dụng .......................................................................25

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG
1

Đặc điểm .................................................................................................................27

2

Cơ sở lý thuyết quá trình đồng trùng hợp tạo co-polymer .....................................27

3

4

2.1

Ảnh hưởng tỷ lệ acid acrylic và acrylamide đến quá trình đồng trùng hợp ....31

2.2

Ảnh hưởng của pH đến quá trình đồng trùng hợp ...........................................32

2.3

Xác định hằng số đồng trùng hợp ....................................................................33

Thực nghiệm ...........................................................................................................36
3.1

Vật liệu .............................................................................................................36

3.2

Tổng hợp hydrogel copolymer .........................................................................36

Hiệu quả của Poly (acid acrylamide-co-acrylic) trong xử lý nước ........................40
4.1 ...............................................................................................................................40

5

4.2

Thí nghiệm .......................................................................................................40

4.3

Các yếu tố ảnh hưởng ......................................................................................42

Kết luận ...................................................................................................................45

TÀI LIỆU THAM KHẢO
ii


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Sinh viên:

Nguyễn Thiên Hương

MSSV 2004120272

Nhận xét:
………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
Điểm đánh giá:
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Ngày. ……….tháng ………….năm 2016

(Ký tên, ghi rõ họ và tên)
iii


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đề tài, tôi xin chân thành cảm ơn thầy Huỳnh Lê Huy Cường đã
nhiệt tình chỉ bảo và tạo mọi điều kiện giúp tôi trong quá trình làm đề tài này.
Cảm ơn các thầy cô trong khoa hóa trường đại học Công Nghiệp Thực Phẩm đã
giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện đề tài.
Cảm ơn các bạn bè đã đồng hành cùng tôi trong quá trình làm đề tài.

iv


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1: Công thức phân tử acrylamide
Hình 1.2: Công thức phân tử Polyacryalmide
Hình 2.1: Phản ứng trùng hợp tạo polyacrylamide
Hình 2.2: Công thức phân tử của Acrylamide, TEMED, N, N'-methylene-bis-acrylamide
Hình 2.3: Cơ chế hình thành gốc tự do của Ammonium persulfate

Hình 2.4: Các gốc tự do khơi mào trùng hợp acrylamide
Hình 2.6: Cơ chế hình thành Polyacryalmide
Hình 2.7: Sơ đồ quy trình tổng hợp polyacryalmide
Hình 2.8: Phản ứng trùng hợp của monomer 12% (12% T, 2,6% C *) có chứa 0,375 M
Tris-HCl, pH 8.8 (Laemmli), polyme hóa trong một cuvette thạch anh ở nhiệt độ phòng
với ammonium persulfate và TEMED ở nồng độ cuối cùng 0,05% của mỗi chất. Trùng
hợp được theo dõi ở 260 nm. A, "enzyme lớp" acrylamide. B, điện tinh khiết acrylamide
Bio-Rad, kiểm soát # 25.281.
Hình 2.9: Một đường cong hiệu chuẩn đại diện cho khối lượng phân tử (Mr) dự toán.
Trong thời gian được vẽ ở đây ( đường liền nét ), Bio - Rad SDS -PAGE tiêu chuẩn với
200 , 116,2 , 97,4 , 66,2 , 45 , 31 , 21.5 , 14.4 và 6.5 kD (vòng tròn khép kín, từ trái sang
bên phải) đã được tách ra trên 15 % T SDS-PAGE gel
Hình 3.1: Xử lý nước thải mẫu trước và sau khi thi polyacrylamide
Hình 3.2: H-liên kết hình thành phức tạp và cấu hình phân tử của copolymer của axit
acrylic và acrylamide [Ilmain 1991, Katono 1991]
Hình 3.3: Phân ly của H-liên kết của copolymer của axit acrylic và acrylamide với
nhiệt độ [Endo 2001]
Hình 3.4: Hoffmann cơ chế phản ứng của polyacrylamide liên kết ngang [Kasgoz 2001]
Hình 3.5: Mannich cơ chế phản ứng của polyacrylamide liên kết ngang [Kasgoz 2003]
Hình 3.6: Sulfonethylation cơ chế phản ứng của liên kết ngang polyacrylamide [Kasgoz
2003]
Hình 3.7. Ảnh hưởng của tỷ lệ acid acrylic và acrylamide đến quá trình đồng trùng hợp
Hình 3.8: Các dạng cộng hưởng của acid acrylic và acrylamide
Hình 3.9: Ảnh hưởng của pH đến quá trình đồng trùng hợp acid acrylic/acrylamide tại
tỷ lệ 70/30
Hình 3.10: Ảnh hưởng của pH đến quá trình đồng trùng hợp acid acrylic/acrylamide tại
tỷ lệ 50/50
Hình 3.11: Ảnh hưởng của pH đến quá trình đồng trùng hợp acid acrylic/acrylamide tại
tỷ lệ 30/70
Hình 3.12: Công thức phân tử của hợp monome , liên kết ngang, chất khơi mào và chất

xúc tác
v


Hình 3.13: Tổng hợp các copolyme của axit acrylic và acrylamide
Hình 3.14: Sơ đồ quy trình xử lý nước thải
Hình 3.15: Quang phổ 13C NMR của poly (acid acrylamide-co-acrylic), tỷ lệ mol nạp
liệu 2:1, pH 4,0
Hình 3.16: Quang phổ 73C NMR của poly (acid acrylamide-co-acrylic), tỷ lệ mol
(W/W) 2:1, pH 10,0
Hình 3.17: Phần trăm của tổng số chất rắn loại bỏ với polymer, % mol của amide trong
copolymer, (1) 41,09; (2) 48,69; (3) 62,84 ở pH 4.0, (4) 47,79; (5) 56,90; (6) 72,82; ở
pH 10,0.
Hình 3.18: Phần trăm của các chất rắn lơ lửng được loại bỏ so với lượng polymer, %
mol của amide trong copolymer, (1) 41,09; (2) 48,69; (3) 62,84 ở pH 4.0; (4) 47,79; (5)
56,90; (6) 72,82, ở pH 10,0

vi


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1.2: Tính chất vật lý của acrylamide
Bảng 1.1: Giới thiệu Acryalmide
Bảng 1. 3: Các đặc tính lý hóa của một số polyme acrylamide được sử dụng để xử lý
nước sinh hoạt tại Úc
Bảng 2.1: Nồng độ các chất khơi mào
Bảng 2.2: Nồng độ các chất khơi mào
Bảng 2.3: Nồng độ các chất khơi mào
Bảng 3.1: Thành phần của acid acrylic và acrylamide trong monome ban đầu và
copolymer tạo thành

Bảng 3.2. Các giá trị hệ số phương trình đường thẳng biểu diễn mối quan hệ tương giao
giữa rAA và rAM
Bảng 3.3: Hằng số đồng trùng hợp của rAA và rAM tại các giá trị pH khác nhau
Bảng 3.4: Thành phần hóa học của 1 mẫu hydrogel chuẩn bị trong dung dịch nước
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của pH và độ nhớt, thành phần và nhiệt độ thủy tinh hoá của copolymers

vii


LỜI MỞ ĐẦU
Polyacrylamide (PAM) và copolyme của nó là các polyme tổng hợp tan trong
nước quan trọng nhất. Polyme acrylamide được sử dụng như là chất keo tụ và kết tủa
trong chất thải và nước uống, như việc tăng cường thu hồi trong dầu nước (EOR), phụ
gia polymer trong nước dung dịch khoan, và lắng nước trong các ngành công nghiệp
như khai thác mỏ và làm giấy.
Các hóa chất acrylamide (CAS No 79-06-1) đã được công bố là một chất ưu tiên
cho đánh giá đầy đủ rủi ro hiện có trên 01 Tháng Tám năm 2000, để đáp ứng mối quan
tâm có thể liên quan đến sức khỏe con người và các mối nguy hiểm môi trường gắn liền
với việc sử dụng số lượng lớn của các monomer và sử dụng rộng rãi các sản phẩm
polyacrylamide, đặc biệt trong xử lý nước thải và nước.
Các ứng dụng chính của polyacrylamit như kết tủa để xử lý nước thải công nghiệp
như nước thải từ khai thác mỏ và giấy/sản xuất bột giấy, xử lý nước uống. Các ứng dụng
khác của polyacrylamit là trong lớp phủ bề mặt và chất kết dính, dệt nhuộm, chế biến
da, giấy và các tông sản xuất và trong mỹ phẩm. Lượng dư monomer acrylamide trong
các sản phẩm polyacrylamide nói chung là dưới 0,1%, mặc dù trong báo cáo lên đến
mức 2% polyacrylamit được sử dụng trong một số chất phủ bề mặt.
Môi trường tiếp xúc với acrylamide có thể xảy ra từ sản xuất polymer và việc sử
dụng polymer. Các dữ liệu độc hại sinh thái có sẵn, chỉ ra rằng acrylamide là hơi độc
hại cho thực vật thủy sinh (thấp nhất EC50 = 33,8 mg/L) và các sinh vật (Daphnia thấp
nhất EC50 = 98 mg/L và thấp nhất EC50 = 85 mg/L).

Trong khi các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nó không đẩy lùi sự lấn chiếm của vi
khuẩn biển và trai, độc tính trực tiếp của nó đến những sinh vật này không thể kết luận
từ các nghiên cứu. Dường như acrylamide có một số tác dụng độc hại trên vi sinh vật và
thực vật trên cạn nhưng chỉ đến một mức độ nhẹ.
Tiếp xúc nghề nghiệp với acrylamide được báo cáo là giới hạn cho người lao
động tham gia vào lao động sản xuất và phòng thí nghiệm polymer sử dụng acrylamide
trong việc chuẩn bị các gel polyacrylamide cho điện. Tiếp xúc crylamide cũng có thể
xảy ra từ việc sử dụng các polyacrylamit trong xử lý nước uống và sử dụng trong mỹ
phẩm và bao bì thực phẩm. Phơi nhiễm nghề nghiệp là kết quả từ khả năng hít phải và
tiếp xúc với da, trong khi tiếp xúc với nó sẽ gần như độc quyền thông qua da và đường
miệng.
Acrylamide được hấp thụ qua miệng, hít vào và các tuyến đường da và hấp thu
sau, được phân bố rộng rãi trong cơ thể.
Sức khỏe cộng đồng có nguy cơ từ uống acrylamide trong nước và thực phẩm và
sự hấp thụ qua da do mỹ phẩm được coi là không đáng kể.
Vì những lý do trên, đề tài này xin được trình bày việc sản xuất polyacrylamide
và ứng dụng của nó trong xử lý nước thải.

viii


Trường đại học Công nghiệp thực phẩm tp.HCM
Khoa Công nghiệ hoá học

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

PHẦN 1: TỔNG QUAN
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU
1

Acryalmide
CH{C(= O) − NH2 } − CH2
Hình 1.1: Công thức phân tử acryalmide

Là chất rất thấm nước, tạo thành một dạng gel mềm khi ngậm nước, được sử
dụng trong các ứng dụng như gel điện polyacrylamide và sản xuất kính áp tròng mềm.
Trong hình thức chuỗi thẳng, nó được sử dụng như một chất làm đặc gián đoạn. Gần
đây, nó được sử dụng như một chất độn dưới da cho phẫu thuật thẩm mỹ trên khuôn
mặt.
Một trong những ứng dụng lớn nhất của polyacrylamide là keo tụ chất rắn trong
chất lỏng. Quá trình này được áp dụng để xử lý nước, và các quá trình như làm giấy,
màn hình in ấn.
Polyacrylamide có thể được cung cấp ở dạng bột hoặc chất lỏng có dạng lỏng.
Công dụng phổ biến của polyacrylamide và các dẫn xuất của nó trong các ứng dụng
dưới bề mặt như tăng cường phục hồi dầu. Độ nhớt cao trong dung dịch nước có thể
được tạo ra bởi polyacrylamide nồng độ thấp.
Các dạng ion của polyacrylamide đóng vai trò quan trọng trong ngành công
nghiệp xử lý nước uống. Muối kim loại hóa trị ba như sắt clorua và nhôm clorua được
bắc cầu bằng các chuỗi polyacrylamide dài. Điều này làm tăng tốc độ keo tụ. Vì vậy, nó
cho phép các nhà máy xử lý nước cải thiện đáng kể việc loại bỏ các chất hữu cơ (TOC)
từ nước thô.
Polyacrylamide thường được sử dụng trong các ứng dụng sinh học phân tử như
một phương tiện dùng cho điện protein và axit nucleic trong một kỹ thuật được gọi là
TRANG.
Acrylamide monomer không xảy ra phản ứng như là một chất gây ô nhiễm ở các
nồng độ khác nhau trong polyacrylamit (ví dụ, polyelectrolytes sử dụng trong xử lý
nước). Các vấn đề sức khỏe lớn của acrylamide là gây độc thần kinh (lần đầu tiên quan
sát thấy ở động vật thí nghiệm trên 30 năm về trước) (Davis et al 1976. Cuộc sống
Systems, Inc 1985) và gần đây hơn, acrylamide monomer ảnh hưởng tới sinh sản,
genotoxicity, là chất gây ung thư (Dearfield et al 1988). Acryalmide là chất có độc tính

cấp tính.

1


Trường đại học Công nghiệp thực phẩm tp.HCM
Khoa Công nghiệ hoá học

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

1.1 Giới thiệu
Bảng 1.1: Giới thiệu Acryalmide

Tên IUPAC

2-Propenamide

Tên hoá học

Acrylamide

CAS No.

79-06-1

EINECS No.

201-173-7

Tên đồng nghĩa

Acrylic acid amide; Ethylene
carboxamide; Propenoic acid amide;
Vinyl amide
Acrylamide; Acrylamide, Dry
Crystals;
Acrylamide,
30%
aqueous, inhibited; Acrylamide,
50%
aqueous,
inhibited;
Acrylamide, 30% LC, inhibited;

Tên thương mại

Công thức phân tử

C3H5NO

Công thức cấu trúc

CH2 = CH − CONH2

Trọng lượng phân tử

71.09

Acrylamide có hai trung tâm của phản ứng tiềm năng:
 Nhóm amide trải qua các phản ứng đặc trưng của một amide béo.

 Một liên kết đôi là electron thiếu vì liên hợp của nó với nhóm amide.
Các nhóm amide là tương đối trơ cho một "nhóm chức năng" do nhóm amin góp
phần electron của nó với carbon carbonyl (thường là một nhóm electron thiếu).
1.2 Tính chất hóa học
Acrylamide trải qua các phản ứng đặc trưng của hóa chất có chứa một liên kết
đôi phản ứng và một nhóm amide. Ở nhiệt độ trên nhiệt độ nóng chảy của nó, polymer
hoá acrylamide trong một phản ứng tỏa nhiệt rất nhanh chóng. Tiếp xúc với ánh sáng
UV cũng có kết quả polymer hoá (Merck, 1983).
Các polyme ưa nước có phân tử lượng từ 1 đến 30 triệu và chuỗi dài giữa 14.000
đến 420.000 đơn vị monomer. Khi phản ứng với hợp chất amoni bậc bốn không bão
hòa, copolyme cation được sản xuất, trong khi phản ứng với axit cacboxylic hoặc
sulphonic tạo ra copolyme anion. Quá trình polyme hóa không phải 100% hoàn thành
và polyme đã thay đổi phần dư còn lại của monomer không phản ứng.

2


Trường đại học Công nghiệp thực phẩm tp.HCM
Khoa Công nghiệ hoá học

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

Acrylamide không tương thích với chất khử, đồng, nhôm, đồng thau và đồng. Sắt
hoặc gỉ có thể kích hoạt polyme hóa tỏa nhiệt nhanh chóng trong các giải pháp
acrylamide.
1.2.1 Mối nguy hóa lý
Tinh thể acrylamide có thể tạo ra bụi mà dễ cháy trong không khí và có thể phát
nổ. Các hóa chất được chỉ định là nổ trong Hazchem Mã ADG. Năng lượng đánh lửa tối
thiểu là 7 millijoule (nồng độ bụi 850 g/m3 trong không khí, độ ẩm 0,1-0,8%; 0,1mm
hạt).

1.2.2 Các yếu tố chuyển đổi
1 ppm (acrylamide trong không khí) = 5 mg/m3
1 mg/m3 = 0,2 ppm
1.2.3 Thành phần polymer tiêu biểu
Sản xuất trong nước và polyme acrylamide nhập khẩu thường có mức monomer
còn lại 0,1% hoặc ít hơn, nhưng để xử lý nước uống , nồng độ của monomer <0,05% là
bắt buộc.
Polyme dùng cho lớp phủ bề mặt và chất kết dính đã được báo cáo có chứa nồng
độ monomer tăng 2%.
Một số polyme acrylamide được hình thành từ các monome acrylamide có nguồn
gốc từ monome ví dụ NMA, từ monome có liên quan ví dụ như NMA và một số từ
acrylamide co-monome.
Các co-monome chính là acrylic acid/natri acrylat được sử dụng trong
polyacrylamide anion và dimethylaminoethylacrylate methyl chloride và
acrylamidopropyltrimethylammonium clorua trong polyacrylamit cation, và như vậy có
chứa hàm lượng còn lại của monome khác.
1.2.4 Tạp chất và phụ gia
Lớp thương mại của acrylamide là hơn 99 % tinh khiết. Các tạp chất có
thể có mặt trong một lượng nhỏ là:
 Acrylic axit

 Methacrylamide

 Acetamit
 Acetone

 Methylether
hydroquinone

 Acrylonitrile

 Peroxide

 Copper

 Propanamit

 Formaldehyde

 Sulfate

 Hydroquinone
Đối với acrylamide được sản xuất bởi các quá trình xúc tác đồng, đồng trong các
hình thức của muối đồng được thêm vào dung dịch nước như một chất ức chế ở nồng
độ không ít hơn 2 ppm .
1.3 Tính chất vật lý
3


Trường đại học Công nghiệp thực phẩm tp.HCM
Khoa Công nghiệ hoá học

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

Hiện acrylamide như một chất rắn màu trắng thăng hoa, acrylamide thăng hoa
chậm ở nhiệt độ phòng. Khi không có mặt ánh sáng và ở nhiệt độ lên đến nhiệt độ nóng
chảy của nó, nó không polymer hoá đáng kể.
Các hóa chất được bán sẵn hoặc như rắn, 30% hoặc dung dịch nước 50%, sau
này đòi hỏi việc bổ sung các chất ổn định để ngăn chặn polyme hóa .
Bảng 1.2: Tính chất vật lý của acrylamide

Tính chất

Giá trị
0.27 kPa

870C

0.67 kPa

1030C

1.4 kPa

116.50C

Tài liệu tham khảo
Kirk-Othmer, (1991)
Kirk-Othmer, (1991)

Điểm sôi

1360C

3.3 kPa

Kirk-Othmer, (1991)
Kirk-Othmer, (1991)

Nhiệt độ nóng chảy

Tỉ trọng

84.50C
1.122 g/mL tại 300C

Kirk-Othmer, (1991)
Kirk-Othmer, (1991)

Áp suất hơi

0.9 Pa tại 250C

Kirk-Othmer, (1991)

Hệ số phân tách (Log Kow)

Giá trị đo được trong
khoảng từ -1.24-0.67

Nhiệt độ hoá hơi

1380C

IUCLID

* Polyme hoá Acrylamide nhanh bên trên điểm nóng chảy của nó (Kirk - Othmer,
1991). Nhiệt độ sôi được đưa ra ở áp suất khí quyển bình thường khác hơn.
Từ những tính tan riêng phần, rõ ràng acrylamide không có hệ số phân vùng thuận
lợi từ nước vào bất kỳ dung môi hữu cơ không thể trộn lẫn trong nước. Thực sự,
acrylamide có một hệ số phân vùng 1-octanohater rất thấp, khoảng như tiêu cực như của

methanol (Fujisawa và Masuhara 1981). Nước có độ hoà tan cao, cùng với áp suất hơi
rất thấp, nên acrylamide có thể được gỡ bỏ từ các mẫu dung dịch nước chỉ thông qua sự
thay đổi phân tử hóa học hoặc sinh hóa qua trung gian.
1.4 Sử dụng
1.4.1 Sử dụng các monomer
1.4.1.1 Sản xuất công nghiệp của polyme
Tác dụng chính của acrylamide là trong sản xuất polyacrylamit có khối lượng
phân tử tương đối cao hoặc các chất đồng trùng hợp, đặc biệt là với các hợp chất không
bão hòa amoni bậc bốn (copolyme cation) hoặc cacboxylic hoặc axit sulphonic
(copolyme anion).

4


Trường đại học Công nghiệp thực phẩm tp.HCM
Khoa Công nghiệ hoá học

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

1.4.1.2 Gel electrophoresis
Acrylamide được sử dụng trong ứng dụng này chủ yếu là do các cơ sở nghiên
cứu của các trường đại học và bệnh viện để tách axit nucleic. Nhân viên phòng thí
nghiệm sử dụng các monomer để thực hiện một gel polymer để sử dụng trong điện. Các
nguyên liệu là một trong hai acrylamide bột hoặc dung dịch nước với nồng độ khác nhau
của acrylamide. Gel-đổ Pre cũng có sẵn. Acrylamide được sử dụng cho ứng dụng này là
của một cấp cao hơn so với sử dụng cho các ứng dụng công nghiệp khác, với siêu tinh
khiết, nước đôi khi vô trùng được sử dụng trong các giải pháp.
1.4.2 Sử dụng polymer
Acrylamide tan rất cao trong nước và nhanh chóng polymer hoá trong một phản
ứng tỏa nhiệt để tạo thành polyme tan trong nước. Đây có thể là ở dạng dung dịch nước,

bột hoặc nhũ tương. Polyme dù chỉ có thể polyme hoá acrylamide hoặc có thể được tiếp
tục xây dựng thành các hóa chất đặc biệt khác. Quá trình polyme hóa không phải là
100% hoàn thành và polyme đã thay đổi phần dư còn lại của monomer không phản ứng.
Thông thường, polyme sản xuất trong nước và nhập khẩu thì monomer có mức độ còn
lại 0,1% hoặc ít hơn, nhưng để xử lý nước uống, nồng độ của monomer < 0,05% là bắt
buộc. Polyme dùng cho lớp phủ bề mặt và chất kết dính có chứa hàm lượng monomer
được mô tả như là ít hơn 0,1% so với hai nhà sản xuất, nhưng lên đến 2% của nhà sản
xuất khác. Tỷ lệ polymer thêm vào các thành phần làm tăng chất phủ bề mặt và chất kết
dính từ khoảng 1,0% lên đến 10% đối với một số sơn ô tô .
1.4.2.1 Keo tụ
Việc sử dụng lớn nhất của polyme acrylamide sản xuất công nghiệp là trong xử
lý nước thải phát sinh từ các hoạt động khai thác mỏ, sản xuất giấy, xử lý nước thải và
các quy trình công nghiệp khác. Một sử dụng nhỏ hơn là xử lý nước uống.
Keo tụ được dựa trên các nguyên tắc của hệ thống treo dạng keo và được sử dụng
để làm sạch chất lỏng, đặc biệt là dung dịch nước, hoặc là vứt bỏ hoặc tiêu thụ của con
người.
Vật liệu hữu cơ và vô cơ được tìm thấy trong môi trường dung dịch nước hoặc
trong dung dịch hoặc dạng không tan. Hợp chất hòa tan có thể là vô cơ hay hữu cơ và
có trọng lượng phân tử và kích cỡ hạt khác nhau. Vật liệu không hòa tan là chất keo
hoặc vật liệu khác nhau kích thước hạt. Hạt keo có diện tích bề mặt cao và do đó đều bị
ảnh hưởng bởi hiện tượng bề mặt hơn bởi lực hấp dẫn. Người ta ước tính rằng các hạt
keo lớn nhất phải mất hai năm để lắng đến độ sâu một mét trong nước. Huyền phù của
các hạt keo do đó có thể rất ổn định qua thời gian, với chất keo kỵ nước và ưa nước tùy
thuộc vào lực tĩnh điện và hóa học tương ứng cho sự ổn định của nó.
Phương pháp tách rắn-lỏng như lọc, lắng đọng trầm tích và ly tâm không được
áp dụng trực tiếp đến các giải pháp ổn định, như các hạt này quá tốt. Keo tụ mất ổn định
các hệ thống treo bằng một trong hai phụ trách trung hòa hoặc hấp thụ cho phép tách
rắn-lỏng. Keo tụ sử dụng polyme ưa nước với trọng lượng phân tử của 1-30.000.000 và
chiều dài chuỗi 14,000-420,000 đơn vị monomer. Các polyme có thể, bởi
homopolymerisation, non-ion trong tự nhiên, hoặc do copolymerisation, cation hoặc

anion. Quá trình này liên quan đến sự hấp phụ của keo dọc theo chuỗi phân tử polymer
tạo thành "màng", do đó cho phép tách. Chất kết bông có sẵn trên một loạt các chi tiết
5


Trường đại học Công nghiệp thực phẩm tp.HCM
Khoa Công nghiệ hoá học

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

kỹ thuật và các ứng dụng đặc biệt có thể sử dụng một sự kết hợp của kết tủa khác nhau
và các biện pháp khác để đạt được kết quả mong muốn. Ví dụ, phạm vi của keo tụ
polyacrylamide dựa trên được cung cấp bởi một công ty để sử dụng trong các nhà máy
xử lý nước sinh hoạt tại Úc có những đặc điểm lý hóa được liệt kê trong bảng 1. 3.
Bảng 1. 3: Các đặc tính lý hóa của một số polyme acrylamide được sử dụng để xử lý
nước sinh hoạt tại Úc

Sản
phẩm

Loại ionic

Khối lượng phân tử

1

Non-ionic

Cao

2

Medium/low cationic

Cao

3

Medium/low cationic

Rất cao

4

Low cationic

Trung bình

5

Low anionic

Cao

6

Low anionic

Rất cao

7

Medium anionic

8

Medium/low cationic

9

Low anionic

Cao
Rất cao
Cao

Sydney Water sử dụng 4 tấn polyme acrylamide mỗi năm để xử lý nước và 160
tấn mỗi năm cho xử lý nước thải.
Đối với hệ thống đô thị Adelaide, cơ quan cung cấp sử dụng khoảng 40 tấn
flocculants acrylamide polymer mỗi năm tại nhà máy xử lý của nó, trong đó bao gồm cả
nước và xử lý nước thải sinh hoạt. Chính quyền nước khác khảo sát từ khắp nước Úc đã
không trả lời cuộc khảo sát.
1.4.2.2 Chất phủ bề mặt và chất kết dính
Một dung dịch nước 50% acrylamide được sử dụng bởi một công ty khác để sản
xuất copolymer acrylic phân tán để sử dụng trong lớp phủ bề mặt và chất kết dính.
Trong lớp phủ bề mặt, polyme được sử dụng như là chất phân tán và chất kết
dính để cung cấp tách sắc tố và lưu lượng tốt hơn. Chất phủ bề mặt được sử dụng trên
các thiết bị gia dụng và trong việc buôn bán ô tô.
1.4.2.3 Dệt may
Gel chuyên dùng bao gồm một phần của acrylamide polymer được sản xuất bởi

một công ty khác để sử dụng như chất bôi trơn trong các ngành công nghiệp dệt nhuộm.
Gel được hòa tan trong một cốc nước có chứa các thành phần nhuộm mà vải hoặc sản
phẩm may mặc đã hoàn thành được cho vào. Gel bôi trơn vải ngăn không cho nó kết tụ
lại với nhau và phân tán sắc tố hỗ trợ trong quá trình nhuộm để đảm bảo màu sắc.
6


Trường đại học Công nghiệp thực phẩm tp.HCM
Khoa Công nghiệ hoá học

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

1.4.2.4 Sản xuất giấy
Polyacrylamide được sử dụng trong cả hai quá trình sản xuất giấy (như duy trì và
thoát trợ) và xử lý nước thải của nhà máy. Nhũ tương polyacrylamide sản xuất bởi một
số công ty được sử dụng trong sản xuất bìa carton để ràng buộc các lớp phủ màu trắng
(là một hỗn hợp của canxi carbonate và đất sét), lên bìa cacton. Trong sản xuất giấy duy
trì việc ràng buộc sợi, chất độn, bột màu, và các thành phần khác vào tờ giấy. Trợ thoát
nước hỗ trợ loại bỏ nước tạo thành giấy trong sản xuất. Ngoài ra, các nhà máy sử dụng
polyacrylamit để xử lý nước thải.
1.4.2.5 Mỹ phẩm
Polyacrylamide được sử dụng như chất làm đặc trong xà phòng và các chế phẩm
mỹ phẩm và chăm sóc da và các sản phẩm làm đẹp tóc, để tạo một cảm giác mịn màng
khi cảm nhận và sự trắng sáng.
1.4.2.6 Khoan dầu
Polyacrylamit lỏng hoặc bột phần - thủy phân được sử dụng làm phụ gia cho vô
nước bùn khoan dựa để tạo ra một màng bôi trơn và làm giảm ma sát ở các mũi khoan ,
truyền đạt sự ổn định cho đá phiến sét và đất sét và tăng độ nhớt.

7

Trường đại học Công nghiệp thực phẩm tp.HCM
Khoa Công nghiệ hoá học

2

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

Polyacryamide
⌊−CH{C(= O) − NH2 } − CH2− ⌋n

hay
Hình 1.2: Công thức phân tử Polyacryalmide

2.1 Tên gọi và tên viết tắt
Polyacrylamide (Molyneux 1983): tên khác nhau cũng được sử dụng, bao gồm
poly (acrylamide), amide polyacrylic, poly (1-carbamoylethylene) (IUPAC)
Từ viết tắt bao gồm PAM, PAAm, và PAM, tên thương mại bao gồm Cyanamer
(Cyanamid Mỹ), Hercofloc (Hercules Hóa), Percol (Allied keo), Purifloc (Dow
Chemical), và Separan (Dow Chemical).
2.2 Tính chất vật lý
Polyacrylamide có một trọng lượng phân tử rất cao (ví dụ 3-15.000.000 mắc xíchtrung bình MW).
Sự hòa tan của nó trong các dung môi phân cực bị hạn chế (ví dụ, glycerol,
formamid, và ethylene glycol). Nó không hòa tan trong hầu hết các dung môi khác hữu
cơ (ví dụ, diethyl ether và hydrocarbon thơm), bao gồm cả những chất được trộn lẫn với
nước (ví dụ, methanol, ethanol, acetone).
PAM là chất keo tụ nước, phần không chứa ion của nó thường được
chuyển hóa thành cation và anion. Sau này được hình thành do sự thủy phân của các
nhóm amide để một nhóm cacboxylic (như là sự thay thế cho sản xuất các polymer anion

bằng cách thủy phân của homopolymer, acrylamide/acrylic axit copolymer có thể được
tổng hợp trực tiếp). Mức độ thủy phân vô cùng thay đổi trong polyme (dao động lên đến
50%), thậm chí trong nhiều cùng của nhà sản xuất (Scoggins và Miller 1979), nhóm
carboxylic có thể được chuyển đổi trở lại nhóm amide bằng cách xử lý với thionyl clorua
và amoniac (Griot và Kitchener 1965).
Cân cao phân tử nano polyacrylamide đã được chuẩn bị bởi inverse-nhũ tương
trùng hợp của giải pháp dung dịch nước acrylamide trong xylen như một giai đoạn liên
tục trong điều kiện khác nhau trong sự hiện diện của một hỗn hợp của các chất nhũ hoá
phi ion (Tween 85 và Span 80). Ảnh hưởng của các biến số như tốc độ khuấy, nhiệt độ,
nồng khơi mào và loại, nồng độ chất nhũ hóa và cân bằng hydrophilic-lipophilic (HLB)
giá trị của hệ thống nhũ hóa vào trọng lượng phân tử có độ nhớt trung bình, kích thước
hạt và phân phối và phản ứng động học của nó đã được nghiên cứu. Tùy thuộc vào điều
kiện phản ứng, PAM các hạt có kích thước hạt trung bình thường nhỏ hơn 200 nm và có
đường kính hạt phân bố kích thước trong khoảng từ 50-400 nm và độ nhớt trung bình
trọng lượng phân tử cao như 8 × 106 g.mol-1 thu được.

8


Trường đại học Công nghiệp thực phẩm tp.HCM
Khoa Công nghiệ hoá học

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

PAM dùng cho sắc ký gel và điện thực sự là một hình thức liên kết ngang chuẩn
bị sử dụng methylene - & - acrylamide là tác nhân liên kết ngang.
Chuyển đổi của PAM để dạng ion bắt đầu xảy ra trong dung dịch nước ở pH
trung tính vào khoảng 67oC, nơi các nhóm amide bị thủy phân cho các nhóm carboxylic.
2.3 Ứng dụng
Polyacrylamide (PAM) và copolyme của nó là vật liệu cao phân tử quan trọng

trong ngành công nghiệp dầu khí, ví dụ như trong dung dịch khoan và hồi dầu tăng
cường. Trọng lượng phân tử cao của các polyme là cần thiết để có hiệu quả tối ưu trong
các ứng dụng đưa ra ở trên.
Sự hiện diện của nó trong những polyme (từ dấu vết để mức tỷ lệ phần trăm) là
kết quả của việc sử dụng nó như là monomer phản ứng trong quá trình tổng hợp của nó.
Dư acrylamide không chỉ không chấp nhận được với môi trường trong nước thải, nhưng
trong hoạt động tái sử dụng công nghiệp thì nó có thể có hại cho quá trình chảy dòng (ví
dụ, ảnh hưởng đến tuyển nổi than). Polyacrylamit dịch nước hoặc nhũ tương homo hoặc
đồng polyme của acrylamide với comonomers như etylenic-unsaturated axit cacboxylic
hoặc amin bậc bốn etylenic-unsaturated được sử dụng làm kết tủa, trợ lọc, các đại lý
kiểm soát lưu động để xử lý nước thải và lĩnh vực dầu ngập nước.

9


Trường đại học Công nghiệp thực phẩm tp.HCM
Khoa Công nghiệ hoá học

3

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

Nguồn cung cấp
Zibo Jieshui Chemical Co., Ltd.
 Thuộc tính : Polyacrylamide ( PAM ) là một loại rắn như kính.
 Polyacrylamide có thể được làm thành 4 loại: non - ion, anion, cation và
hỗn hợp của cation và anion.
 Công dụng: Polyacrylamide là một polymer quan trọng tan trong nước, và
những lợi thế của sự kết hợp keo tụ, dày lên, shearing, thả sức đề kháng
và phân tán. Do đó, nó được sử dụng rộng rãi trong khai thác dầu mỏ, chế

biến khoáng sản, luyện kim, hóa chất, giấy, y học, bảo vệ môi trường, vật
liệu xây dựng, sản xuất nông nghiệp, ...
 Lưu trữ, vận chuyển và cảnh báo: Polyacrylamide là một vấn đề không
độc hại. Các monomer acrylamide dư trong Polyacrylamide là độc hại, vì
vậy nó phải được sử dụng trong thực phẩm với cảnh cáo: tránh ẩm.
 Đóng gói: bột khô 25kg / bao; túi nhựa lót túi dệt hoặc túi giấy kraft.
 Chỉ số sản phẩm: ( GB / T17514-2008 ) Bột khô Polyacrylamide

Anionic Polyacrylamide
Giá FOB
Số lượng
Khả năng cung cấp

$1,660 - 2,170 US/ Tấn
1 tấn/tấn
5000 Tấn/Tấn trên ngày

Nonionic Polyacrylamide
Giá FOB
Số lượng
Khả năng cung cấp

$1,780 - 1,830 US/ tấn
2 tấn/tấn
1500 tấn/tấn trên tháng

Cationic polyacrylamide
Giá FOB
Số lượng
Khả năng cung cấp

$2,500 - 3,500 US/ tấn
15 tấn/tấn
880 tấn/tấn trên tháng

10


Trường đại học Công nghiệp thực phẩm tp.HCM
Khoa Công nghiệ hoá học

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

PHẦN 2: NỘI DUNG
CHƯƠNG II: TỔNG HỢP
Chìa khóa để làm chủ kỹ thuật mạnh mẽ này là quá trình tự trùng hợp. Bằng cách
hiểu các thông số quan trọng, và sau một vài hướng dẫn đơn giản, ta có thể tối ưu hóa
phân ly hơn nữa.
Phần này trình bày cách tiếp cận thực tế để chuẩn bị gel polyacrylamide. Mục
đích cung cấp các thông tin cần thiết để đạt được tái sản xuất, trùng hợp kiểm soát. Đối
với những người dùng chỉ quan tâm đến "yếu tố cần thiết", các yếu tố của sự trùng hợp
có thể được sử dụng như một hướng dẫn thực hiện trong phòng thí nghiệm.
1

Cơ sở lý thuyết

1.1 Cơ chế trùng hợp Gel
Polyacrylamide được hình thành bằng cách đồng trùng hợp acrylamide và bisacrylamide ("bis", N, N'-acrylamide methylene-bis-). Phản ứng này là phản ứng trùng
hợp vinyl. Trùng hợp được khơi mào bởi ammonium persulfate và TEMED
(tetramethylethylenediamine): TEMED tăng tốc tốc độ hình thành các gốc tự do từ

persulfate và những xúc tác lần lượt cho phản ứng trùng hợp.

Hình 2.1: Phản ứng trùng hợp tạo polyacryalmide

Các gốc tự do persulfate chuyển đổi các gốc tự do monome acrylamide và phản
ứng với monome không hoạt động để bắt đầu chuỗi phản ứng trùng hợp (Shi và
Jackowski 1998). Các chuỗi polymer kéo dài được liên kết ngẫu nhiên bởi bis, kết quả
trong một gel với một độ xốp đặc trưng mà phụ thuộc vào các điều kiện trùng hợp và
nồng độ monomer. Riboflavin (hoặc riboflavin-5'-phosphate) cũng có thể được sử dụng
như là một nguồn của các gốc tự do, thường kết hợp với TEMED và ammonium
persulfate. Trong sự hiện diện của ánh sáng và oxy, riboflavin được chuyển đổi sang
hình thức LEUCO của nó, đó là hoạt động khơi mào trùng hợp. Điều này thường được
gọi là trùng hợp quang hóa
1.2 Gel polyacrylamide trùng hợp
1.2.1 Acrylamide
Các chất phản ứng tạo gel bao gồm các monome, acrylamide và bis, cũng như
những chất khơi mào, thường là ammonium persulfate và TEMED hoặc, đôi khi,
riboflavin và TEMED. Trên cơ sở phân tử, acrylamide là bởi đến nay các thành phần
11


Trường đại học Công nghiệp thực phẩm tp.HCM
Khoa Công nghiệ hoá học

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

phong phú nhất trong các giải pháp monomer. Kết quả là, acrylamide có thể là nguồn
gây ô nhiễm chính của can thiệp (Dirksen và Chrambach 1972). Kém chất lượng
acrylamide có chứa một lượng đáng kể các tạp chất bẩn sau đây:
a. Axit acrylic - Acrylic acid là sản phẩm deamidation của acrylamide. Axit acrylic

sẽ copolymerize với acrylamide và bis, qua đó trao tính chất trao đổi ion trên kết
quả gel. Điều này có thể dẫn đến những thay đổi pH cục bộ trong gel và gây ra
như hiện vật di chuyển tương đối bất thường của một số protein và axit nucleic.
Trong acrylamide, axit acrylic phải dưới 0,001% (w / w). Điều này được xác định
bằng cách chuẩn độ trực tiếp, và được hỗ trợ bởi cả hai phương pháp: dẫn điện
và đo pH.
b. Polyacrylamide tuyến tính - Các chất ô nhiễm có tính chất xúc tác có thể, chế
biến, hoặc lưu trữ của acrylamide nhẹ tinh khiết. Điều này dẫn đến sự hiện diện
của polyacrylamide tuyến tính trong các monomer khô. Tuyến tính
polyacrylamide sẽ ảnh hưởng đến phản ứng trùng hợp, vì nó được xem như là
một hạt nhân cho trùng hợp. Tác dụng quan trọng nhất là sự mất khả năng tái
trong gel độ xốp và độ linh động tương đối của các protein và axit nucleic.
Polyacrylamide tuyến tính được phát hiện như là nước hoặc cồn insolubles và
nên là <0,005% (w / w).
c. Chất gây ô nhiễm ionic - chất gây ô nhiễm ionic có thể bao gồm cả các chất ức
chế và tăng tốc độ trùng hợp. Ngoài axit acrylic, các chất gây ô nhiễm ion đáng
chú ý nhất là các kim loại như đồng, có thể ức chế sự trùng hợp gel. Kim loại
cũng có gây ức chế, làm thay đổi tính di động tương đối của các ràng buộc kim
loại protein như calmodulin, và ức chế sự phân huỷ của axit nucleic
electrophoretically tinh khiết bằng cách hạn chế và sửa đổi các enzym. Chất gây
ô nhiễm ion được phát hiện gián tiếp bởi tác động của chúng trên trùng hợp hóa
học và quang hóa, và bởi tính dẫn điện của các giải pháp monomer.
1.2.2 Bis-acrylamide
Bis hiện diện với số lượng nhỏ hơn nhiều so với acrylamide trong các dung dịch
monomer. Tuy nhiên, bis không tinh khiết có chứa một số chất gây ô nhiễm như
acrylamide. Chúng bao gồm các sản phẩm của autopolymerization và chất gây ô nhiễm
ion, trong đó có những tác hại tương tự, và có thể được phát hiện trong những cách
tương tự, như các chất gây ô nhiễm acrylamide tương ứng.
1.2.3 Chất khơi mào
Trùng hợp hóa học được khơi mào bởi ammonium persulfate, trong khi trùng hợp

quang hóa được khơi mào bởi riboflavin (hoặc riboflavin-5'-phosphate), hoặc bởi một
sự kết hợp của riboflavin và ammonium persulfate. Bắt đầu và trùng hợp được xúc tác
bởi TEMED. Bởi vì trùng hợp được khơi mào bởi các gốc tự do từ persulfate hoặc
riboflavin, không đáng ngạc nhiên rằng các hợp chất này phản ứng, và dễ bị oxy hóa
hoặc phân hủy. Các chất ô nhiễm của những người khởi xướng xu hướng được các sản
phẩm của sự cố của chính họ cũng như các hợp chất gây ô nhiễm khác.
TEMED tùy thuộc vào quá trình oxy hóa, gây ra sự mất dần các hoạt động xúc
tác. Quá trình này được tăng tốc đáng kể bởi ô nhiễm các chất oxy hóa. TEMED có chứa
sản phẩm oxy hóa được đặc trưng bởi một màu vàng. Các hậu quả thực tế của quá trình
oxy hóa là yêu cầu số tiền lớn hơn của TEMED để đạt được đầy đủ quá trình trùng hợp,
và mất dần thời gian TEMED phản ứng. TEMED cũng rất hút ẩm và sẽ dần dần tích tụ
12


Trường đại học Công nghiệp thực phẩm tp.HCM
Khoa Công nghiệ hoá học

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

nước, nên sẽ tăng tốc độ oxy hóa phân hủy. TEMED với hoạt động tối đa và thời hạn sử
dụng là thu được bằng redistillation ngay trước khi đóng chai, kết quả là một sản phẩm
mà là rõ ràng, có nước, và nguyên chất hơn 99% (14,4 M).
Ammonium persulfate cũng rất hút ẩm. Điều này là đặc biệt quan trọng, vì
ammonium persulfate bắt đầu bị phá vỡ gần như ngay lập tức khi hòa tan trong nước.
Vì vậy, sự tích tụ của nước trong ammonium persulfate, các kết quả của phản ứng mất
nhanh chóng. Đây là lý do tại sao các giải pháp ammonium persulfate cần được chuẩn
bị hàng ngày. Persulfate được tiêu thụ trong phản ứng trùng hợp. Persulfate dư thừa có
thể gây ra quá trình oxy hóa của các protein và axit nucleic. Vấn đề quá trình oxy hóa
này có thể tránh được nếu chất ức chế miễn thuốc thử tạo gel được sử dụng, và
ammonium persulfate được sử dụng ở mức được khuyến cáo.

Vì vậy, quá trình trùng hợp của acrylamide được khơi mào bởi ammonium
persulfate trong sự hiện diện của tetramethylenediamine (TEMED), cùng với một dimer
của acrylamide (N, N'-methylene-bis (acrylamide) kết nối đồng hóa trị giữa các
nitrogens amide của acrylamide bởi một methylene. Nhóm cấu trúc của các hợp chất
này được hiển thị dưới đây:

Hình 2.2: Công thức phân tử của Acrylamide, TEMED, N, N'-methylene-bis-acrylamide

Trùng hợp gốc tự do của acrylamide được bắt đầu vào việc bổ sung các
ammonium persulfate, trong đó trên hòa tan trong nước, hình thành các gốc tự do, như
hình dưới đây:

Hình 2.3: Cơ chế hình thành gốc tự do của Ammonium persulfate

Các gốc tự do khơi mào trùng hợp acrylamide, như hình dưới đây. Các TEMED,
thông qua khả năng của nó để tồn tại như một gốc tự do, hoạt động như một chất xúc
13


Trường đại học Công nghiệp thực phẩm tp.HCM
Khoa Công nghiệ hoá học

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

tác bổ sung cho các phản ứng trùng hợp. Một gel cứng nhắc chỉ được hình thành, tuy
nhiên, khi N, N'-methylene-bis (acrylamide được thêm vào hỗn hợp trong quá trình trùng
hợp, trong đó các liên kết chéo polyme acrylamide liền kề như hình dưới đây:

Hình 2.4: Các gốc tự do khơi mào trùng hợp acrylamide

Hình 2.6: Cơ chế hình thành Polyacryalmide

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng
1.3.1 Các chất ô nhiễm trong chất đệm
Chất gây ô nhiễm trong phản ứng chất đệm (Tris, borat, acetate, glycine, vv), các
chất phụ gia gel (SDS, urê, vv), và nước trong phòng thí nghiệm có thể có một ảnh
hưởng sâu sắc đến sự trùng hợp. Các chất ô nhiễm phổ biến nhất của những chất này là
14


Trường đại học Công nghiệp thực phẩm tp.HCM
Khoa Công nghiệ hoá học

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

kim loại, các ion không đệm, và các sản phẩm phân hủy. Việc thường xuyên nhất ảnh
hưởng của các chất ô nhiễm là ức chế sự trùng hợp. Khi trùng hợp bị ức chế một phần,
gel kết quả sẽ có độ xốp cao hơn so với dự định, và các phân tử sẽ có độ linh động hơn.
Hơn nữa, kiểm soát trùng lặp lại là bị tổn hại.
1.3.2 Loại chất khơi mào và tập trung
Chất khơi mào là chất tác động của phản ứng trùng hợp. Tất nhiên, tỷ lệ trùng
hợp phụ thuộc vào nồng độ của chất khơi mào, nhưng quan trọng hơn, các đặc tính của
gel kết quả cũng phụ thuộc vào nồng độ của chất khơi mào. Tăng nồng độ của chất khơi
mào (ví dụ, ammonium persulfate và TEMED) dẫn đến giảm độ dài chuỗi polymer trung
bình, tăng độ đục gel, và giảm gel đàn hồi. Điều này là do sự hình thành các chuỗi
polymer quá ngắn mà có thể nhìn thấy sự đông lại không diễn ra và các polymer vẫn tồn
tại trong dung dịch. Chỉ thị rằng một phản ứng đã xảy ra là sự gia tăng độ nhớt.
Thừa persulfate amoni và TEMED có tác dụng khác, bao gồm cả quá trình oxy
hóa của protein mẫu (đặc biệt là các hợp chất sulfhydryl chứa) và những thay đổi trong
pH đệm. Thừa TEMED có thể làm tăng pH đệm, phản ứng với protein (Dirksen và

Chrambach 1972;. Chrambach et al 1976), và làm thay đổi mô hình dải (Gelfi và Righetti
1981a).
Hành vi Ammonium persulfate như một bộ đệm giữa pH 8 và 9. kali persulfate
được khuyến khích thay vì ammonium persulfate trong hệ thống một cách yếu ớt đệm
cơ bản (~ pH 9).
Riboflavin dư thừa có thể gây ra quá trình oxy hóa của một số hợp chất, đặc biệt
là các hợp chất có chứa sulfhydryl (Dirksen và Chrambach 1972), và có thể làm biến
tính protein (Righetti et al. 1981).
Giảm nồng độ của chất khơi mào làm kết quả trong dài hơn độ dài của chuỗi
polymer, độ đục thấp, và độ đàn hồi lớn hơn. Đây là những tính chất mong muốn. Tuy
nhiên, nồng độ thấp hơn cũng có nghĩa là chất khơi mào trùng hợp chậm hơn. Nếu zation
polymeri- là quá chậm, oxy sẽ bắt đầu xâm nhập các dung dịch monomer và ức chế sự
trùng hợp, dẫn đến gel mà là quá xốp và độ bền cơ yếu. Sự ức chế sẽ được đặc biệt rõ
rệt ở các bề mặt tiếp xúc với không khí, hoặc ở các bề mặt chóp và miếng đệm, xuất
hiện để bẫy không khí ở bề mặt của chúng.
Các monomer unpolymerized còn lại có thể phản ứng với amin alpha, sulfhydryl,
và nhóm hydroxyl phenolic của protein (Allison et al 1974;. Chrambach et al 1976;.
Dirksen và Chrambach 1972).
Đối với hệ thống liên tục có sử dụng một loại gel stacking (ví dụ, hệ thống
Laemmli), trùng hợp tối ưu của gel thấp hơn chồng (giải quyết gel) đạt được khi đặc lại,
nhìn thấy diễn ra trong 15-20 phút sau khi bổ sung những chất khơi mào ammonium
persulfate và TEMED (lưu ý rằng trùng hợp tiếp tục kéo dài sau khi đông lại ta thấy
được diễn biến, xem hình. ).
Để xếp chồng gel và các hệ thống liên tục (không chứa gel xếp chồng) - tức là,
bất kỳ gel mà không che - kết quả trùng hợp tối ưu khi đông lại có thể nhìn thấy diễn ra
trong 8-10 phút. Nồng độ cao hơn và khơi mào trùng hợp nhanh hơn được yêu cầu trong
các trường hợp này vì tác dụng ức chế oxy khí quyển kết hợp với chóp. Trong mọi
trường hợp, chuyển đổi các monomer để được polymer nên lớn hơn 95%. Nếu quá trình
15

Trường đại học Công nghiệp thực phẩm tp.HCM
Khoa Công nghiệ hoá học

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

đặc lại mất thời gian nhiều hơn 20 phút, tác dụng ức chế của oxy trong khí quyển sẽ bắt
đầu xuất hiện.
Như một quy tắc chung, sử dụng nồng độ chất xúc tác thấp nhất sẽ cho phép trùng
hợp trong thời gian tối ưu của giai đoạn. Trong trường hợp của amoni persulfate/ phản
ứng TEMED xúc tác, ví dụ, nồng độ xấp xỉ đẳng phân tử của cả hai chất xúc tác trong
khoảng 1-10 mM được khuyến khích.
Riboflavin thường được sử dụng như là một chất khơi mào cùng với TEMED,
hoặc với TEMED và ammonium persulfate. Ưu điểm chính của riboflavin là nó đang
hoạt động ở nồng độ rất thấp (chỉ khoảng 5-10 mg/ml). Vì vậy, khi được sử dụng với
riboflavin, TEMED và ammonium persulfate, tổng số tiền của chất khơi mào yêu cầu
(tổng hợp của ba chất khơi mào) ít hơn. Với những tác động có thể chất khơi mào về pH
đệm, hệ thống khơi mào riboflavin trên rất hữu dụng cho các hệ thống kém đệm như gel
electrofocusing, trong đó các thành phần đệm chỉ là ampholytes.
Quá trình đông có thể nhìn thấy thì mất nhiều thời gian trong các hệ thống khơi
mào dựa trên riboflavin, thường là 30-60 phút. Oxygen không có tác dụng ức chế đáng
kể vào hệ thống khơi mào riboflavin dựa trên nó có trên hệ thống TEMED/ammonium
persulfate.
Trong trùng hợp hóa học, sự đông lại có thể nhìn thấy xảy ra trong 15-20 phút và
trùng hợp cơ bản hoàn thành trong 90 phút. Tuy nhiên, trong trùng hợp quang hóa, sự
đông lại có thể nhìn thấy mất 30-60 phút và hoàn toàn trùng hợp đòi hỏi lên đến 8 giờ
(Righetti et al. 1981). Thời gian ngắn dẫn đến gel xốp hơn và đàn hồi, tăng nguy cơ biến
đổi protein, và kích thước lỗ chân lông irreproducibility.
1.3.3 Nhiệt độ
Kiểm soát nhiệt độ là rất quan trọng đối với khả năng tái trùng hợp acrylamide.

Nhiệt độ có ảnh hưởng trực tiếp đến tỷ lệ gel trùng hợp; phản ứng trùng hợp tỏa nhiệt.
Do đó, sức nóng tạo ra các tâm phản ứng nhanh hơn. Như vậy, sự đông lại thường xảy
ra rất nhanh chóng khi trùng hợp bắt đầu.
Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến các thuộc tính của gel (Chen và Chrambach 1979).
Ví dụ, trùng hợp ở 0-4°C trong lỗ xốp, gel không đàn hồi, và lặp lại là khó khăn để đạt
được. Các tính chất này có thể là do tăng liên kết hydro của monomer ở nhiệt độ thấp.
Gel polymer hóa ở 25 ° C ít xốp, và đàn hồi hơn. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ trùng hợp là
quá cao, hình thành các chuỗi polymer ngắn và gel là kém co giãn. Điều này được cho
là do việc chấm dứt tăng chuỗi polymer ở nhiệt độ cao.
Nhiệt độ 23-25°C là tối ưu (cũng như thuận tiện nhất) cho trùng hợp. Điều quan
trọng là các giải pháp monomer và khuôn gel (ví dụ, các tấm kính hoặc ống) có một
nhiệt độ tối ưu khi gel được đổ. Hơn nữa, khả năng tái sử dụng phụ thuộc vào nhiệt độ
giống nhau mỗi lần gel được đổ.
Kể từ khi giải pháp monomer thường được bảo quản ở nhiệt độ 4°C cùng với các
chất cô đặc đệm, điều quan trọng là để cho phép các giải pháp gel monomer, khi chuẩn
bị, để cân bằng với nhiệt độ phòng trước khi được sơ tán (nếu giải pháp lạnh được đặt
dưới chân họ thường ở lại lạnh) .

16