Nghiên cứu bán tổng hợp cacboxyl methyl cellulose (CMC) hòa tan từ cellulose thân tre và ứng dụng làm chất ức chế ăn mòn kim loại

Header Page 1 of 126.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

PHẠM THỊ THÙY TRANG

NGHIÊN CỨU BÁN TỔNG HỢP CACBOXYL
METHYL CELLULOSE (CMC) HÒA TAN TỪ
CELLULOSE THÂN TRE VÀ ỨNG DỤNG LÀM
CHẤT ỨC CHẾ ĂN MÒN KIM LOẠI

Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
Mã số: 60 44 27

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Lê Tự Hải

Đà Nẵng – Năm 2011

Footer Page 1 of 126.


Header Page 2 of 126.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả luận văn

Phạm Thị Thùy Trang

Footer Page 2 of 126.


Header Page 3 of 126.

MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cam ñoan
Mục lục
Danh mục các bảng
Danh mục các hình
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ........................................................... 4
1.1. Thành phần hóa học của gỗ ...................................................................... 4
1.1.1. Hydratcacbon................................................................................... 4
1.1.2. Lignin .............................................................................................. 6
1.1.3. Các chất trích ly (chất hòa tan)........................................................ 8
1.1.4. Chất vô cơ........................................................................................ 8
1.2. Tre xanh ...................................................................................................... 9
1.2.1. Phân loại khoa học........................................................................... 9
1.2.2. Đặc ñiểm sinh thái ........................................................................... 9
1.2.3. Thu hoạch và lọc nhựa .................................................................. 10
1.2.4. Thành phần hóa học....................................................................... 11
1.3. Đại cương về cacboxyl methyl cellulose ................................................. 12
1.3.1. Khái niệm về cacboxylmethyl cellulose........................................ 12
1.3.2. Tổng hợp CMC.............................................................................. 13

1.3.3. Tính chất của CMC ....................................................................... 13
1.3.4. Ứng dụng của CMC ...................................................................... 14
1.4. Phương pháp tách cellulose (bột giấy) ................................................... 15
1.4.1. Phương pháp tách cellulose........................................................... 15
1.4.2. Phản ứng của hydratcacbon và lignin trong môi trường kiềm ...... 16
1.3.3. Phản ứng hóa học trong quá trình nấu bột sunfat.......................... 20
1.5. Lý thuyết về ăn mòn kim loại và bảo vệ kim loại.................................. 21
1.5.1. Ăn mòn kim loại............................................................................ 21

Footer Page 3 of 126.


Header Page 4 of 126.

1.5.2. Các phương pháp bảo vệ kim loại ................................................ 30
CHƯƠNG 2. NHỮNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ................................. 39
2.1. Tách cellulose từ thân tre ........................................................................ 39
2.1.1. Nguyên liệu ................................................................................... 39
2.1.2. Xử lý hóa bằng phương pháp sunfat (phương pháp Kraft) ........... 39
2.1.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình tách cellulose từ
thân tre

................................................................................................................. 41
2.1.4. Tẩy trắng bột cellulose thô ............................................................ 41
2.1.5. Phân tích sản phẩm cellulose thân tre bằng phương pháp phân tích

phổ hồng ngoại (IR) ................................................................................................. 43
2.2. Bán tổng hợp cacboxyl methyl cellulose từ cellulose thân tre................ 43
2.2.1. Bán tổng hợp CMC ....................................................................... 44
2.2.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình bán tổng hợp

CMC

................................................................................................................. 45
2.2.3. Phân tích sản phẩm CMC bán tổng hợp từ cellulose thân tre ....... 46

2.3. Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn kim loại của cacboxyl methyl
cellulose ................................................................................................................. 46
2.3.1. Thiết bị ño...................................................................................... 46
2.3.2. Điện cực và hoá chất ..................................................................... 47
2.3.3. Phương pháp chuẩn bị bề mặt ....................................................... 47
2.3.4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................... 48
2.4. Phương pháp xử lý số liệu ....................................................................... 51
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 52
3.1. Ảnh hưởng của các yếu tố ñến quá trình tách cellulose từ thân tre.... 52
3.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố ñến quá trình nấu tre theo
phương pháp sunfat (phương pháp Kraft)................................................................ 52
3.1.2. Tẩy trắng bột cellulose thô ............................................................ 57
3.1.3. Phân tích sản phẩm cellulose thân tre bằng phương pháp phân tích
phổ hồng ngoại (IR) ................................................................................................. 58

Footer Page 4 of 126.


Header Page 5 of 126.

3.2. Ảnh hưởng của các yếu tố ñến quá trình bán tổng hợp cacboxyl methyl
cellulose ................................................................................................................. 60
3.2.1. Ảnh hưởng của nồng ñộ NaOH ñến mức ñộ thế của CMC........... 60
3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian kiềm hóa ñến mức ñộ thế của CMC ..... 61
3.2.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ mol ClCH2COONa/cellulose ñến mức ñộ thế của

CMC

..........................................................................................................................63
3.2.4. Ảnh hưởng của thời gian cacboxyl hóa ñến mức ñộ thế của

CMC

................................................................................................................. 64

3.3. Phân tích sản phẩm cacboxyl methyl cellulose...................................... 66
3.4. Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn kim loại của cacboxyl methyl
cellulose ................................................................................................................. 68
3.4.1. Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5% khi
không có chất ức chế................................................................................................ 68
3.4.2. Ảnh hưởng của thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC ñến tính
chất ức chế ăn mòn................................................................................................... 68
3.4.3. Ảnh hưởng của nồng ñộ dung dịch CMC ñến tính chất ức chế ăn
mòn kim loại ............................................................................................................ 72
KẾT LUẬN ............................................................................................................. 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 78
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO)

Footer Page 5 of 126.


Header Page 6 of 126.

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu bảng

Tên bảng

Trang

1.1

Thành phần các muối hoà tan trong nước biển

28

1.2

Thành phần (%) các nguyên tố của thép CT3

29

1.3

Một số chất ức chế ñược dùng trong môi trường H2SO4

36

22%
1.4

Cấu trúc của một số chất hữu cơ ức chế ăn mòn ñiển hình

36

2.1

Tần số dao ñộng của một số nhóm chức hữu cơ

61

3.1

Kế hoạch tiến hành thí nghiệm và kết quả xác ñịnh thể

53

tích dung dịch KMnO4 0,1N phản ứng với 0,1 gam bột tre
sau khi nấu
3.2

Kết quả thí nghiệm ở tâm

55

3.3

Tần số và loại dao ñộng trong phổ hồng ngoại của

59

cellulose thân tre
3.4

Ảnh hưởng của nồng ñộ NaOH ñến mức ñộ thế của CMC

60

3.5

Ảnh hưởng của thời gian kiềm hóa ñến mức ñộ thế của CMC

62

3.6

Ảnh hưởng của tỉ lệ mol ClCH2COONa/cellulose ñến

63

mức ñộ thế của CMC
3.7

Ảnh hưởng của thời gian cacboxyl hóa ñến mức ñộ thế của

65

CMC
3.8

Tần số và loại dao ñộng trong phổ hồng ngoại của CMC

67

bán tổng hợp từ cellulose thân tre
3.9

Giá trị ñiện trở phân cực (Rp), dòng ăn mòn (icorr) và hiệu

71

quả ức chế Z (%) theo thời gian ngâm thép trong dung
dịch CMC 30 mg/l
3.10

Giá trị ñiện trở phân cực (Rp), dòng ăn mòn (icorr) và hiệu
quả ức chế Z (%) theo nồng ñộ dung dịch CMC với thời
gian ngâm 20 phút

Footer Page 6 of 126.

75


Header Page 7 of 126.

DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu hình

Tên hình

Trang

1.1

Cấu trúc cellulose

04

1.2

Một số cấu trúc của lignin

07

1.3

Thân tre

09

1.4

Phản ứng oxi hóa của hydratcacbon trong môi trường kiềm

17

1.5

Phản ứng thủy phân cấu trúc cacbonyl-β-glucoxy

17

1.6

Phản ứng chuyển vị và tách loại hydratcacbon trong môi

18

trường kiềm
1.7

Phản ứng peeling

18

1.8

Minh họa phản ứng thủy phân lignin trong môi trường kiềm

19

1.9

Minh họa phản ứng ngưng tụ lignin trong môi trường kiềm

20

1.10

Phản ứng của cấu trúc lignin β-O-4 trong quá trình nấu bột

20

sunfat
1.11

Phản ứng của cấu trúc phenylcumaran trong quá trình nấu

21

bột sunfat
1.12

Sơ ñồ ăn mòn ñiện hoá

23

1.13

Đường cong phân cực

26

1.14

Giản ñồ Evans (Giản ñồ ñường cong phân cực E -lgi)

26

1.15

Giản ñồ thế - pH các vùng ăn mòn và bảo vệ kim loại

33

1.16

Bảo vệ catôt bằng protectơ

34

1.17

Sự tạo màng CrO42- trên thép CT3

35

2.1

Sơ ñồ thiết bị ño ñường cong phân cực

46

2.2

Đồ thị xác ñịnh ñiện trở phân cực từ ñường cong phân cực

49

2.3

Phương pháp xác ñịnh dòng ăn mòn

50

3.1

Cellulose thân tre thô (còn lignin)

57

3.2

Cellulose thân tre

57

3.3

Phổ hồng ngoại của cellulose thân tre

58

Footer Page 7 of 126.


Header Page 8 of 126.

3.4

Phổ hồng ngoại của cellulose thân tre so sánh với cellulose

59

chuẩn trong thư viện phổ

3.5

Ảnh hưởng của nồng ñộ NaOH ñến mức ñộ thế của CMC

61

3.6

Ảnh hưởng của thời gian kiềm hóa ñến mức ñộ thế của

62

CMC
3.7

Ảnh hưởng của tỉ lệ mol ClCH2COONa/cellulose ñến mức

64

ñộ thế của CMC
3.8

Ảnh hưởng của thời gian cacboxyl hóa ñến mức ñộ thế của

65

CMC
3.9

Cacboxyl methyl cellulose bán tổng hợp từ cellulose thân

66

tre
3.10

Phổ hồng ngoại của CMC bán tổng hợp từ cellulose thân tre

67

3.11

Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5%

68

khi không có chất ức chế
3.12

Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5%

69

với thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 30 mg/l là 5
phút
3.13

Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5%

69

với thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 30 mg/l là
10 phút
3.14

Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5%

70

với thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 30 mg/l là
20 phút
3.15

Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5%

70

với thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 30 mg/l là
30 phút
3.16

Hiệu quả ức chế Z (%) theo thời gian ngâm thép trong dung
dịch CMC 30 mg/l

Footer Page 8 of 126.

71


Header Page 9 of 126.

3.17

Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5%

72

với thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 20 mg/l là
20 phút
3.18

Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5%

73

với thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 40 mg/l là
20 phút
3.19

Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5%

73

với thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 50 mg/l là
20 phút
3.20

Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5%

74

với thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 60 mg/l là
20 phút
3.21

Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5%

74

với thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 70 mg/l là
20 phút
3.22

Hiệu quả ức chế Z (%) theo nồng ñộ dung dịch CMC với
thời gian ngâm thép là 20 phút

Footer Page 9 of 126.

75


Header Page 10 of 126.

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
CMC
DS
DP
IR

Footer Page 10 of 126.

Cacboxyl methyl cellulose
Mức ñộ thế
Độ trùng hợp
Phổ hồng ngoại


Header Page 11 of 126.

1
23567
89

5
!"#$%&'()*+,-.!/01%2345334%673448!"9:;
<=*-.>?>@>?>?A(BCDEF>G>HIJ*AKL/01M5N34O$%PQ!3R7R/01
:S>%"T:-U>?HIJ>?VWX>H(BV+Y>ZV[*?([W<I*AV\::A]^:_:'B>AAF>+VW`>;AG
<I*AV\: :A]^'B>A <a%"#>? +(>A -.:DEF :b *X> cAG^AdIe^J'V+^
fEV>-(>^:F^;:bJg/h5$ai$/0j/5)!$9$kIhM5lm8I>?nVXo(B/Q74p
EG>?:@>?>?A(Bm/01qr!%2sYt[/uv/!$[Rwuv/1s1xky:b>A(a"%$24
5"m58//0$2 >A^>A;*(XV*\z/5{75[/p
uv/1s1{/52sYt[/!$[R5gIJ >?VWX>H(B%2/|!5Tm
>A(a}$sYm5~4M58/0!%{{7utR41/5R1s1wxp
^:'GZWHJF*AWH:FHHVHG+FHI:A[/%"T:*|>?ATC*^H:^H(:FHHVHG+F<I>^*E(
:HG^ZF*^*;:b>A(aVK>?-.>?*A:*)HIJ:A[*CA.?(^*EG>?:@>?>?A(BC*~WE]^;
'YG<B'U>-U>?*EG>?cAG^>?J-M5z34/L!%v-5%[*+*;HIJ:A[*
/07%|((G>;
4S>c(JHG}(HIA(B/"T>?CA_AOW<=*H(BVc(JHG}(-G*_:-.>?Ab^Ad:
AGg:*_:-.!%$B>Ab^:O^c(JHG}(<9$4N$/0"#>?'X>>?GI(DA\!L4S>c(JHG}(
HI<[%a:[C'_:A<aJg*:@>?>?ABDb>A(am5"i!m58m%2:A\!L4S>c(J

HG}$/0!%{{k$B:+,-.>?:_::A[*K::A)L4S>D(B>>^W;:_:>AIcAG^Ad:
%7!7/4%)><(B:+,-.>?:_::A[*K::A)Z^>A;+}:A;*A>*A(B><9$4N$/0"#>?D
%&%"T:>?A(X>:KV<IK>?-.>?*EG>?>A(aVH5k:;*VW>A(X>:A>?
/N$5"7/yJ*A[W*I(H(BV<acAY L!K::A)L4S>c(JHG}(:O^DG<=W;
:A>?*@(:Ad%a*I(ĂÂÊÔƠƯĐÔƠĐƠƠƠÂăĐ
â2êôĂĂơĐƠƠƠÂăĐưđĐƠƯàảãôáƯ
ƠÂạ%2>?A(X>:KVcAY L!u8/|>?ATC*:FHHVHG+F*_:A**A>*EFcAY L!K::A)L4S>c(JHG}(:O^D

Footer Page 11 of 126.


Header Page 12 of 126.

1
2356789

9

7

 !"#$%&'(')*$+
$&$
,!+-./0.1234567+(8+9$$%&'('
!":4;<"
=3>?@ABCD
EFGH5 E9
9

7

=3IJA>KLMNOPQR&$
=323GSTUVLPQSLWPXYZR['(\#6!/!+](
^JA_`CabcA_`d_Abc`@ebAf
^3g3
QSLWPXYZhiMSZjkM
l/)*!"#m'1n!+-.o4pq4rs7$t9u4;v*+
,!+-.!+w)**++]$(7xy4pz4{|}34~ou34;134;v*+
€uy4;+)|4‚|ƒy4„|}34…<!†‡
ˆ‰!tŠ3‚4‹}4;Œ&m71Žx
^323
QSLWPXYZ MSXPQSLU

‘!"#$%&'('’“”“•
–ƒp4;—0˜9$“”“%™!
š4–ƒp4;—(.p4;›1ˆœ
l¡x323‚4.1234567+(8+9$“”“%™3‚4:…
Footer Page 12 of 126.


Header Page 13 of 126.

1
2356789



86
2335 !

"#$%&'()*+,-($%./)0)1234567,%45)755+5287,9,%:(,;7<
"#$%&'()*+=%>?@?AB*))%C@?BDE()F0)0)1234567,%45)755+5287<
23G35HI!JKL
MC,N+>($%&'()*+)FOBPQ,R&$S//%T()+($)UVBWXBYZ[+)%2(%\($($%&'(
)*+]Q=%>?@?AB*))%C@?BDE(=&652^&)F0)_))%U,*))%C30(%,%:(,%&[(]`&
DaZBWbXc($d?X`),0%&[((04<
e3fghijgklmnl
opqrs
tuvwxyz{-($N+0(5|,%+4C,
tuvwx}z#%\($($%&'()*+,%~)($%&[6
tuvwxzMC,N+>]R,%>25+€(
‚Jƒs„

Footer Page 13 of 126.


Header Page 14 of 126.

1
2345679
















!"#$
!%#

&'()**+,-./01.2).3.4),56789:;7;<7=>)?2.@A'/1,/,B()C2?0*)0)D&'()*
.@A'/1,/,B(),-,E??F?(GEC2.EH0,E??F?(GEI,.J)*K.L,)./FCM1'NOP7QRS)*3.T)
1UI,5F1'J,I1V).,.51.-/.N,W
&X)*YFL1I*+,.Z/[\]^\_.@A'/1,/,B()*`H,E??F?(GEC2.EH0,E??F?(GED
a\]1\_ .S3,.513.E)(?0,]*`H ?0*)0)C2,L,,.51).b/C2,.51H/)*H2FD
c0*)0)?21.2).3.4),.d@eF*T@'/).fOP7ghi7ghjO7;hk7l>)mF51,E??F?(GED

nopqrsqstuv

wxwxwxwxyz{||}|~{y
E??F?(GE?2H13(?@HEG0)..N,YF/)1'N)*C23.XB0e)DM,5F1(I
,E??F?(GE,-,5F1(H,.1.)*IB/(*`7;;7)./FB)*?0)Ke1I1*?F,(01D

).DD5F1'J,,E??F?(GE
H(H(HE,-1.117e)\D\\\,-1.QO7eO770C0
;k88kOĂÂ71'Ê)*.S3OÔƠ78RK.01.b,.0ă)YFL1').)5F*+C01L,,.587âêhR<OP7êhê7l>)mF51B1.-/.N;Ă7
1'Ê)*.S3,ô)K.(>)*[\\]Ư\\Dơ;h703.T)1U,E??F?(GE,-,5F1'J,H,.
1.)*C2,-,5FA)*.).*.eD
L,H,.3.T)1U)2@1ư3.S3KM)./FC2?0)Ke1C0)./F).đ?0)Ke1
Footer Page 14 of 126.


Header Page 15 of 126.

1
2345672892