Nghiên cứu phản ứng đông trùng hợp ghép axit acrylic lên sợi xơ dừa và ứng dụng làm vật liệu hấp phụ

Header Page 1 of 126.

1

2
Công trình ñược hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS.TRẦN MẠNH LỤC
LÊ THỊ KIM LY
Phản biện 1: ..................................................................

NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG ĐỒNG TRÙNG HỢP
GHÉP AXIT ACRYLIC LÊN SỢI XƠ DỪA VÀ
ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ

Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ
Mã số: 60.44.27

Phản biện 2: ..................................................................

Luận văn sẽ ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp
Thạc sĩ Khoa học họp tại Đại học Đà nẵng vào ngày
…..tháng…..năm…..

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại Học Đà Nẵng
- Thư viện Trường Đại học sư phạm, Đại Học Đà Nẵng
Đà Nẵng - 2011

Footer Page 1 of 126.


Header Page 2 of 126.

3

4

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1. Lý do chọn ñề tài
Xenlulozơ là một trong những polyme thiên nhiên sẵn có

1.1. SỢI XƠ DỪA
1.2. XỬ LÝ SỢI XƠ DỪA

nhất, giá thành rẻ, bên cạnh ñó là khả năng phân huỷ sinh học và tái

1.3. ĐỒNG TRÙNG HỢP GHÉP

tạo lại ñược nguồn nguyên liệu. Việc nghiên cứu các copolyme ghép

1.4. TỔNG QUAN VỀ MONOME VÀ CHẤT KHƠI MÀO

bằng quá trình copolyme hoá các vinyl monome lên xenlulozơ và

1.5. KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION KIM LOẠI CỦA COPOLYME

ứng dụng nó ñã ñược tiến hành trong mấy chục năm qua. Hiện nay

GHÉP

trong nước chưa thấy công trình nào công bố về quá trình ghép

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM

acrylic axit, lên sợi xơ dừa. Vì vậy, chúng tôi chọn ñề tài: “Nghiên

2.1. NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT

cứu phản ứng ñồng trùng hợp ghép axit acrylic lên sợi xơ dừa và ứng

2.2. PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH

dụng làm vật liệu hấp phụ” làm luận văn Thạc Sĩ.
2. Mục ñích nghiên cứu
Tìm ra các ñiều kiện tối ưu cho quá trình ñồng trùng hợp

NaOH

Nguyên liệu: Dừa ta
Tước, phơi khô, xay, rây

NaOH+5% H2O2

Độ ẩm

Sợi xơ dừa

ghép axit acrylic lên sợi xơ dừa nhằm tạo ra sản phẩm có khả năng
ứng dụng trong thực tiễn.

H2SO4 0,2% và NaOH
Xử lý sợi
H2SO4 0,2% và NaOH +
5% H2O2

3. Đối tượng nghiên cứu
Xơ dừa, axit acrylic.
4. Phương pháp nghiên cứu
5. Ý nghĩa khoa học của ñề tài
Sản phẩm này có khả năng ứng dụng cho việc giữ nước, hấp
phụ trao ñổi ion.

Đồng trùng
hợp ghép

Copolyme hấp phụ
Cu2+

Chương 2: Thực nghiệm
Chương 3: Kết quả và thảo luận.

Nhiệt ñộ
Khối lượng monome/sợi

Fe2+/ H2O2

Ngoài phần mở ñầu và kết luận, nội dung của luận văn ñược
Chương 1: Tổng quan.

Thời gian

Khơi mào

6. Cấu trúc luận văn gồm các phần
chia thành 3 chương:

Khơi
mào
APS

Thời gian

pH

Nồng ñộ chất khơi mào
pH

Tỷ lệ VCu2+/mxơ dừa

qmax

Sơ ñồ 2.1. Sơ ñồ nghiên cứu thực nghiệm

Footer Page 2 of 126.


Header Page 3 of 126.

5

6
Nhận xét: Ảnh SEM cho thấy xơ dừa ban ñầu có hình dạng

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. SỢI XƠ DỪA

sợi, bề mặt gồ ghề và thô ráp, có rất nhiều nếp gấp thuận lợi cho việc

3.1.1. Độ ẩm

bám ghép các thành phần khác lên bề mặt của sợi.

Độ ẩm trung bình của sợi xơ dừa là 8,73%.
3.1.2. Phổ hồng ngoại của sợi xơ dừa

3.1.4. Phổ phân tích nhiệt vi sai của sợi xơ dừa
TG /%

DTA /(uV/mg)
↑ exo
0

100
-11.42 %

BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN
90

Ten may: GX-PerkinElmer-USA

Resolution: 4cm-1

Date: 10/15/2011

Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai DT:01684097382

MAU 1

-1.0

1.000
80
89.9 °C

0.95
0.90

-2.0

70

0.85
0.80

60
-40.51 %

-3.0

0.75
50

0.70
0.65

-20.08 %

40

-4.0

0.60
[1]

0.55

[1]
30

A 0.50

-5.0

1044

100

200

300

400

0.45

PTNKL

1614

1235
1452

0.35

2926

1375

700

NETZSCH STA 409 PC/PG

Mau 1.ssv
None
xo dua ban dau
10/28/2011 1:50:52 PM
CNVL KL
Quyen

Sample:
Reference:
Material:
Correction File:
Temp.Cal./Sens. Files:
Range:
Sample Car./TC:

Mau M1, 28.000 mg
Al2O3,0.000 mg
None-Metallic
Tcalzero.tcx / Senszero.exx
28/10.00(K/min)/800
DTA(/TG) HIGH RG 5 / S

Mode/Type of Meas.:
Segments:
Crucible:
Atmosphere:
TG Corr./M.Range:
DSC Corr./M.Range:
Remark:

800

DTA-TG / Sample
1/1
DTA/TG crucible Al2O3
KK/50 / KK/40
000/30000 mg
000/5000 µV

772

0.30

826
890

0.25

714

630
674

Hình 3.5. Phổ phân tích nhiệt vi sai của sợi xơ dừa ban ñầu

0.20
0.15

Nhận xét: hình 3.5 cho thấy sợi xơ dừa tương ñối bền

0.10
0.050
4000.0

600

28-10-2011 15:19

Instrument:
File:
Project:
Identity:
Date/Time:
Laboratory:
Operator:

3337

0.40

500
Temperature /°C

1113

3600

3200

2800

2400

2000

1800
cm-1

1600

1400

1200

1000

800

600.0

Hình 3.1. Phổ hồng ngoại của xơ dừa
Nhận xét: phổ hồng ngoại của sợi xơ dừa ban ñầu có những

nhiệt.
3.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ
SỢI

pic ñặc trưng cho các nhóm ñịnh chức trong phân tử xenlulozơ.

3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian và nồng ñộ trong quá

3.1.3. Ảnh SEM của sợi xơ dừa ban ñầu

trình xử lý sợi xơ dừa qua một giai ñoạn
3.2.1.1 Xử lý bằng tác nhân NaOH

Hình 3.7. Ảnh hưởng của thời gian và nồng ñộ NaOH ñến phần trăm
Hình 3.3. Ảnh SEM của sợi xơ dừa

Footer Page 3 of 126.

bị tách loại


Header Page 4 of 126.

7

8

Lượng chất bị tách ra càng nhiều khi thời gian và nồng ñộ

Nồng ñộ và thời gian ngâm sợi xơ dừa càng tăng thì phần

tăng. Khi nồng ñộ NaOH thấp thì nó hòa tan phần vô ñịnh hình, còn

trăm bị tách loại càng tăng. Phần trăm lượng chất tách ra lớn hơn

xenlulozơ chỉ bị tác ñộng nhẹ. Khi tăng nồng ñộ NaOH và tăng thời

ñáng kể so với quá trình xử lý một giai ñoạn ở cùng ñiều kiện. Axit

gian xử lý thì quá trình tách phần vô ñịnh hình tăng không ñáng kể vì

có tác dụng làm ñứt các liên kết axetal giữa nhóm chức của lignin với

hàm lượng của chúng có trong sợi là giới hạn. Thời gian và nồng ñộ

nhóm hydroxyl của hemixenlulozơ. Các sản phẩm của lignin bị tách

NaOH tốt nhất là 32 giờ và 1N.

ra tuy chưa hòa tan hoàn toàn trong dung dịch này nhưng ở giai ñoạn

3.2.1.2 Xử lý bằng tác nhân NaOH + 5% H2O2

xử lý kiềm chúng sẽ dễ dàng tham gia vào các phản ứng hóa học và

50

tạo nên các sản phẩm dễ tan trong kiềm, thậm chí tan trong nước.

Phần trăm bị tách loại (%)

45
40
35

Vậy, thời gian và nồng ñộ NaOH thích hợp là 16 giờ và NaOH 1N.

30
25

NaOH 0,1N

20

NaOH 0,5N

15

NaOH 1N

10

3.2.2.2. Xử lý bằng dung dịch H2SO4 0,2% và NaOH + H2O2
60

0
0

20

40

60

80

Thời gian (giờ)

Hình 3.8. Ảnh hưởng của thời gian và nồng ñộ NaOH + 5%

Phần trăm bị tách loại (%)

5

50
40
30

NaOH 0,1N
NaOH 0,5N

20

NaOH 1N
10
0

H2O2 ñến phần trăm bị tách loại
Phần trăm bị tách loại tăng theo sự tăng nồng ñộ, thời gian.

0

20

40

60

80

Thời gian (giờ)

Hình 3.10. Ảnh hưởng của thời gian và nồng ñộ NaOH ñến phần

Khi sử dụng NaOH có H2O2 thì phần trăm tách loại lớn hơn khi sử

trăm bị tách loại trong quá trình xử lý hai giai ñoạn H2SO4 0,2% và

dụng NaOH trong cùng ñiều kiện. Có thể là do H2O2 oxi hóa lignin

NaOH + H2O2

trong môi trường kiềm và sản phẩm sau khi bị oxi hóa sẽ hòa tan

Lượng chất tách ra càng nhiều khi thời gian và nồng ñộ tăng.

trong kiềm.Thời gian và nồng ñộ thích hợp là 16 giờ và NaOH 1N.

Điều này ñược giải thích tương tự như ở xử lý một giai ñoạn. Thời

3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian và nồng ñộ trong quá

gian và nồng ñộ thích hợp nhất là 32 giờ và NaOH 1N.

trình xử lý sợi xơ dừa qua hai giai ñoạn

3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng nhiệt ñộ ñến phần trăm bị tách loại

3.2.2.1. Xử lý bằng dung dịch H2SO4 0,2% và NaOH

trong quá trình xử lý sợi
Phầntrămbị táchloại (%
)

60
H2SO4 0,2%
và NaOH + 5%
H2O2

50
40

H2SO4 0,2%
và NaOH

30
20

NaOH + 5%
H2O2

10
NaOH

0
30

40

50

60

70

Nhiệ t ñộ (0C)

Hình 3.9. Ảnh hưởng của thời gian và nồng ñộ NaOH ñến phần trăm

Hình 3.11. Ảnh hưởng nhiệt ñộ ñến phần trăm bị tách loại trong quá

bị tách loại trong quá trình xử lý hai giai ñoạn H2SO4 0,2% và NaOH

trình xử lý sợi

Footer Page 4 of 126.


Header Page 5 of 126.

9

10

Lượng tạp chất bị tách ra càng nhiều khi nhiệt ñộ càng tăng.

Qua kết quả ở hình 3.15 cho thấy hiệu suất ghép tăng khi thời

Điều này có thể ñược giải thích: dưới tác dụng của nhiệt ñộ thì quá

gian ghép kéo dài, thời gian tăng ảnh hưởng nhiều tới sự phân hủy

trình hòa tan các tạp chất sáp, vô cơ và các hemixenlulozơ, lignin có

của chất xúc tác do tạo ra nhiều gốc tự do thúc ñẩy quá trình phản

ñộ trùng hợp thấp càng nhanh. Quá trình xử lý sợi bằng kiềm ở nhiệt
ñộ cao, một phần lớn liên kết ete β -aryl bị phân hủy dẫn ñến tăng

ứng. Thực nghiệm cho thấy sản phẩm polyme thô trở thành gel khi

khả năng hòa tan các chất. Dưới tác dụng của nhiệt sẽ bẻ gãy ñáng kể
các liên kết ete ở C α mạch hở và ở C β , phân chia lignin thành các

thời gian ghép kéo dài. Thời gian ghép thích hợp là 180 phút.
3.3.3. Ảnh hưởng của nồng ñộ chất khơi mào (NH4)2S2O8 ñến quá
trình ghép

0

100

phần nhỏ, là lý do dẫn ñến hòa tan lignin. Nhiệt ñộ thích hợp là 60 C.

H
iệuquảpolym
e(%

)

90

3.3. ĐỒNG TRÙNG HỢP GHÉP AXIT ACRYLIC LÊN SỢI XƠ
DỪA SỬ DỤNG TÁC NHÂN KHƠI MÀO APS

80
70
60

GY (%)

50

GE (%)

40

TC (%)

30
20
10
0

3.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến quá trình ghép

0,070

0,075

0,080

0,085

0,090

Nồng ñộ APS (M )

100

Hình 3.16. Ảnh hưởng của nồng ñộ APS ñến quá trình ghép

90
Hiệuquả polyme (%)

80
70
60

GY (%)

50

GE (%)

40

TC (%)

Qua kết quả ở hình 3.16 cho thấy hiệu suất ghép tăng khi
tăng nồng ñộ APS ñiều này là do khi tăng nồng ñộ APS làm tăng quá

30
20
10

trình tạo gốc tự do ñại phân tử trên xơ dừa, tăng cường quá trình

0
30

40

50

60

70

80

Nh iệ t ñộ (0C )

ghép. Hiệu suất ghép giảm khi tăng tiếp nồng ñộ APS có thể do ngắt

Hình 3.14. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến quá trình ghép
Ta thấy rằng hiệu suất ghép tăng khi nhiệt ñộ phản ứng tăng
do khi nhiệt ñộ tăng các gốc tự do ñược tạo thành nhiều hơn thúc ñẩy

quá trình phản ứng làm tăng hiệu suất ghép. Tuy nhiên, ở trên 700C
thì phản ứng tạo homopolyme chiếm ưu thế làm cho hiệu suất ghép

mạch các gốc ñại phân tử trên xơ dừa do tăng sự chuyển electron tới
ion APS, tăng sự hình thành homopolyme do lượng monome sẵn có
trong quá trình ghép.Vậy nồng ñộ APS thích hợp là 0,08M.
3.3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng monome ñến quá trình ghép
100

tăng không ñáng kể. Vậy nhiệt ñộ thích hợp cho phản ứng là 70 C.
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian ñến quá trình ghép
100

80
70
60

GY (%)

50

GE (%)

40

TC (%)

30
20
10

90
H
iệuquảpolym
e(%
)

H
iệ
uqu
ảpoly
m
e(%
)

90

0

0

80

1

70

1,5

2

2,5

3

Tỷ lệ k hối lượng AA/s ợi (g/g)

60

GY (%)

50

GE (%)

40

TC (%)

30
20

Hình 3.17. Ảnh hưởng của lượng AA ñến quá trình ghép

10
0
60

90

120

150

180

210

Hình 3.17 cho thấy hiệu suất ghép tăng khi tăng tỷ lệ AA/sợi

Thời gian (phút)

Hình 3.15. Ảnh hưởng của thời gian ñến quá trình ghép

Footer Page 5 of 126.

xơ dừa ñến 2,5; sau ñó giảm. Có thể là do khả năng kết hợp cao hơn


Header Page 6 of 126.

11

12

của các phân tử monome lân cận với gốc ñại phân tử xơ dừa. Tuy

Các kết quả thu ñược cho thấy quá trình xử lý sợi ñã làm

nhiên, nồng ñộ monome quá cao làm tăng việc chuyển mạch sang

biến ñổi thành phần và cấu trúc sợi xơ dừa và tác ñộng tích cực ñến

monome tạo homopolyme, cản trở sự khuyếch tán của monome lên

hiệu quả của quá trình ghép: xử lý hai giai ñoạn > xử lý một giai

bề mặt xơ dừa. Vậy tỷ lệ lượng AA/sợi xơ dừa thích hợp là 2,5g/g.

ñoạn > không xử lý.

3.3.5. Ảnh hưởng của pH ñến quá trình ghép

3.3.7. Sơ ñồ tổng hợp copolime ghép từ sợi xơ dừa sử dụng hệ

100

khơi mào APS

H
iệ
uq
u
ảp
o
ly
m
e(%
)

90
80
70
60

GY (%)

50

GE (%)

40

TC (%)

H2SO4 0,2%

30
20
10
0
1

2

3

4

5

pH

Hình 3.18. Ảnh hưởng của pH ñến quá trình ghép
Kết quả cho thấy hiệu suất ghép tăng khi tăng pH, cực ñại tại

R/L = 1/100 (g/ml)

Sợi xơ dừa

-Ngâm 5 giờ
-Lọc, rửa sạch ñến
pH = 7
R/L = 1/50 (g/ml)
-Sấy khô
NaOH 1N + 5% H2O2
Sợi xơ dừa xử lý một giai ñoạn

pH = 3 sau ñó giảm. Điều này là do ở pH quá thấp thì ion S2O82- bền

-Ngâm 32 giờ
-Lọc, rửa sạch ñến
pH = 7
-Sấy khô

nên phản ứng tạo gốc tự do hydroxyl khó xảy ra hơn do ñó hiệu suất
ghép thấp. Khi tăng pH, quá trình tạo gốc ñại phân tử xơ dừa tăng do
ñó làm tăng hiệu suất ghép. Khi pH cao hơn làm giảm số lượng gốc
tự do hydroxyl nên phản ứng ñồng trùng ghép diễn ra khó khăn hơn.
3.3.6. Ảnh hưởng của quá trình xử lý sợi ñến các thông số của

quá trình ghép
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của các phương pháp xử lý sợi ñến quá trình
ghép axit acrylic sử dụng tác nhân khơi mào APS
Phương pháp xử lý sợi
GY (%) GE (%) TC (%)
Không xử lý
6,32
4,10
61,70
Xử lý một giai ñoạn NaOH 1N

14,97

7,52

79,65

Xử lý một giai ñoạn NaOH 1N +
5% H2O2
Xử lý hai giai ñoạn H2SO4 0,2% và
NaOH 1N
Xử lý hai giai ñoạn H2SO4 0,2%
và NaOH 1N + 5% H2O2

21,15

9,32

90,79

18,22

8,25

88,36

24,46

10,56

92,64

Footer Page 6 of 126.

R/L = 1/30 (g/ml)
Sợi xơ dừa xử lý hai giai ñoạn
(NH4)2S2O8 0,08M
-Sục N2 ñuổi O2
-Khuấy 300C trong
1giờ
Tỷ lệ monome/sợi =2,5
Axit acrylic
Hỗn hợp 1

Copolyme
ghép: %GY
= 24,46%

-Sục N2 ñuổi O2
-Chiết soxhlet trong

-Khuấy trong 2 giờ
24 giờ
-Nhiệt ñộ 500C
-Kết tủa lại trong
etanol
-Lọc, sấy khô ở600C Hỗn hợp
Etanol
sản phẩm

Sơ ñồ 3.1. Sơ ñồ ñồng trùng hợp axit acrylic lên sợi xơ dừa sử dụng
hệ khơi mào APS


Header Page 7 of 126.

13

14

3.4. ĐỒNG TRÙNG HỢP GHÉP AXIT ACRYLIC LÊN SỢI XƠ

3.4.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ monome/xơ dừa

2+

100

DỪA SỬ DỤNG TÁC NHÂN KHƠI MÀO Fe /H2O2

80

H
iệuquảpolym
e(%
)

3.4.1. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ
100
90
Hiệu quả polyme (%)

90

70
60

GY (%)

50

GE (%)

40

TC (%)

30
20

80

10
0

70

1

60

GY (%)

50

GE (%)

40

TC (%)

1,5

2

2,5

3

Tỷ lệ k hối lượng AA/s ợi (g/g)

Hình 3.24. Ảnh hưởng của tỷ lệ monome/xơ dừa ñến quá trình ghép

30
20
10

Kết quả cho thấy hiệu suất ghép tăng khi tăng tỷ lệ

0
30

40

50

60

70

monome/sợi ñến 2, sau ñó giảm. Điều này có thể giải thích là do khả

Nhiệ t ñộ (0C)

Hình 3.22. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến quá trình ghép

năng kết hợp cao hơn của các phân tử monome ở vùng lân cận với

Có thể thấy hiệu suất ghép tăng khi nhiệt ñộ phản ứng tăng

gốc ñại phân tử xenlulozơ. Tuy nhiên, nồng ñộ monome quá cao

ñến 500C rồi giảm khi tăng nhiệt ñộ. Việc giảm hiệu suất ghép khi

cũng làm cản trở sự khuyếch tán của monome lên bề mặt sợi. Tỷ lệ

tăng nhiệt ñộ có thể do tăng quá trình ngắt mạch của chuổi polyme

monome/sợi thích hợp là 2 (g/g).

ghép, sự không bền của muối Fe2+ ở nhiệt ñộ cao cũng như quá trình

3.4.4. Ảnh hưởng của nồng ñộ Fe2+

3.4.2. Ảnh hưởng của thời gian
100

100
90
Hiệuquảpolym
e(%
)

homopolyme hoá chiếm ưu thế. Vậy nhiệt ñộ thích hợp là 500C.

Hiệu quả polyme (%)

90

80
70

60

GY (%)

50

GE (%)

40

TC (%)

30
20
10

80

0
0,002

70

0,003

0,004

0,005

0,006

Nồng ñộ Fe 2+ (M )

60

GY (%)

50

GE (%)

40

TC (%)

30

Hình 3.25. Ảnh hưởng của nồng ñộ Fe2+ ñến quá trình ghép
Có thể thấy rằng hiệu suất ghép tăng khi tăng nồng ñộ Fe2+

20
10
0
60

90

120

150

180

210

tới 0.004M và hiệu suất ghép giảm khi nồng ñộ Fe2+ tiếp tục tăng.

Thời gian (phút)

Điều này là do khi tăng nồng ñộ ion Fe2+ làm tăng quá trình tạo gốc
Hình 3.23. Ảnh hưởng của thời gian ñến quá trình ghép
Kết quả cho thấy các thông số của quả trình ghép ñều tăng
khi thời gian phản ứng tăng. Tuy nhiên, sau 150 phút việc tăng thêm
là không nhiều, vì vậy chúng tôi chọn thời gian ghép là 150 phút.

tự do ñại phân tử xenlulo, làm tăng hiệu suất ghép. Tuy vậy, khi tăng
nồng ñộ ion Fe2+ lên quá cao (>0.004M) lại làm giảm hiệu suất ghép
do giảm sự tạo thành gốc hydroxyl theo phương trình:
•

OH + Fe2+

OH - + Fe3+

Nồng ñộ Fe2+ thích hợp là 0,004M.

Footer Page 7 of 126.


Header Page 8 of 126.

15

16

3.4.5. Ảnh hưởng của nồng ñộ H2O2 ñến quá trình ghép
90
Hiệuquảpolyme(%)

3.4.7. Ảnh hưởng của quá trình xử lý sợi ñến quá trình ghép khơi
mào Fe2+/H2O2

100

80
70
60

GY (%)

50

GE (%)

40

TC (%)

30
20

10

Bảng 3.19. Ảnh hưởng của các quá trình xử lý sợi ñến quá trình ghép
axit acrylic sử dụng tác nhân khơi mào Fe2+/H2O2
Phương pháp xử lý sợi
GY (%)
GE (%) TC (%)

0
0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

Nồng ñộ H2O2 (M )

Hình 3.26. Ảnh hưởng của nồng ñộ H2O2 ñến quá trình ghép
Có thể thấy rằng hiệu suất ghép tăng dần khi tăng nồng ñộ
H2O2 tới 0.05M và sau ñó giảm nếu tiếp tục tăng nồng ñộ H2O2. Điều
này có thể giải thích là do khi tăng nồng ñộ H2O2 thì số gốc hydroxyl
tạo thành tăng, khơi mào phản ứng ghép làm cho hiệu suất ghép tăng.
Nếu tăng nồng ñộ H2O2 quá cao dẫn tới lượng Fe2+ bị cạn kiệt dẫn tới

Không xử lý
Xử lý một giai ñoạn NaOH 1N

Xử lý một giai ñoạn NaOH 1N +
5% H2O2
Xử lý hai giai ñoạn H2SO4 0,2%
và NaOH 1N
Xử lý hai giai ñoạn H2SO4 0,2%
và NaOH 1N + 5% H2O2

4,52
10,29
14,28

4,16
6,90
7,92

54,36
74,57
90,12

13,63

7,89

86,34

16,52

9,13

90,49

Có thể thấy rằng sợi xơ dừa xử lý hai giai ñoạn cho hiệu suất

hiệu suất ghép giảm. Vậy nồng ñộ H2O2 thích hợp là 0,05M.

ghép cao hơn sợi xơ dừa xử lý một giai ñoạn, sợi xơ dừa không xử lý

3.4.6. Ảnh hưởng của pH

cho hiệu suất ghép thấp nhất. Điều này có thể là do dung dịch NaOH

100

có tác dụng làm trương nở mạch xenlulozơ. Trong môi trường axit,

Hiệu quả polyme(%)

90
80
70
60

GY (%)

50

GE (%)

40

TC (%)

hemixenlulozơ dễ bị thủy phân và tăng khả năng phân tán trong
nước. Quá trình này sẽ làm cho xơ xốp, giãn các thành tế bào tạo ñiều

30

kiện cho các phản ứng xảy ra dễ. Với sợi xơ dừa không xử lý, lignin

20
10
0
1

2

3

4

5

dễ dàng ức chế quá trình ghép do tiêu thụ các gốc tự do. Một nguyên

pH

nhân nữa khiến cho hiệu suất ghép cao khi xử lý sợi xơ dừa qua hai
Hình 3.27. Ảnh hưởng của pH ñến quá trình ghép

giai ñoạn là quá trình hoà tan các thành phần xenlulozơ trong kiềm

Hiệu suất ghép tăng dần khi tăng pH và cực ñại tại pH = 3

tạo ra các lỗ trống trong cấu trúc sợi, làm trương nở dễ dàng. Mặt

sau ñó giảm khi tiếp tục tăng pH. Điều này là do ở pH thấp, quá trình

khác, các bó sợi không tách nhau hoàn toàn mà giữa chúng tồn tại

tạo gốc ñại phân tử xenlulozơ tăng do ñó làm tăng hiệu suất ghép.

một số gắn kết lỏng lẻo tạo thành cấu trúc dạng lưới. Kiềm có xu

Khi pH cao hơn làm giảm số lượng gốc tự do hydroxyl cũng như cạn

hướng phản ứng với vật liệu gắn kết là hemixenlulozơ, dẫn tới phá

kiệt ion Fe2+ nên phản ứng ñồng trùng hợp ghép diễn ra khó khăn
hơn. Vì vậy pH thích hợp là 3.

Footer Page 8 of 126.

huỷ cấu trúc lưới và tách sợi thành các xơ mịn hơn. Quá trình xơ hoá
sợi này bẻ gãy các bó sợi thành các sợi nhỏ hơn, làm tăng diện tích


Header Page 9 of 126.

17

18

bề mặt hiệu dụng ñể thấm hoá chất tốt hơn. Khi xử lý kiềm, số nhóm

Nhận xét: Với các ñiều kiện thích hợp ứng với mỗi quá trình

hydroxyl tự do trên bề mặt sợi tăng làm tăng số trung tâm hoạt ñộng

ghép lên sợi xơ dừa thì quá trình ghép sử dụng hệ khơi mào APS cho

trên bề mặt sợi. Quá trình thuỷ phân các liên kết nhạy kiềm trong

hiệu suất ghép cao hơn 7,94% khi sử dụng hệ khơi mào Fe2+/H2O2

xenlulozơ tạo ra số nhóm hydroxyl tự do cao hơn và tăng cường khả

3.5. CHỨNG MINH SỰ TỒN TẠI CỦA SẢN PHẨM GHÉP

năng tiếp cận của nhóm hydroxyl trên bề mặt sợi, nhờ ñó tăng khả
năng phản ứng hoá học.
3.4.8. Sơ ñồ tổng hợp copolime ghép từ xơ dừa sử dụng hệ khơi
mào Fe2+/H2O2
H2SO4 0,2%

R/L = 1/100 (g/ml)

Sợi xơ dừa

-Ngâm 5 giờ
-Lọc, rửa sạch ñến

pH = 7
R/L = 1/50 (g/ml)
-Sấy khô
NaOH 1N + 5% H2O2
Sợi xơ dừa xử lý một giai ñoạn

Hình 3.31. Bột xơ dừa trước và sau khi ghép
3.5.1. Ảnh SEM của xơ dừa sau khi ghép

-Ngâm 32 giờ
-Lọc, rửa sạch ñến
pH = 7
-Sấy khô

R/L = 1/30 (g/ml)
Sợi xơ dừa xử lý hai giai ñoạn
-Sục N2 ñuổi O2
-Khuấy 300C trong
Tỷ lệ monome/sợi =2
1giờ

2+

Fe 0,004M

Axit acrylic + H2O2 0,05M

Copolyme
ghép: %GY
= 16,52%

Hỗn hợp 2

-Sục N2 ñuổi O2
-Chiết soxhlet trong
-Khuấy trong 2 giờ
24 giờ
-Nhiệt ñộ 500C
-Kết tủa lại trong
etanol
-Lọc, sấy khô ở600C Hỗn hợp
Etanol
sản phẩm

Sơ ñồ 3.2. Sơ ñồ ñồng trùng hợp axit acrylic lên sợi xơ dừa sử dụng
2+

hệ khơi mào Fe /H2O2

Footer Page 9 of 126.

Hình 3.32. Ảnh SEM của xơ dừa sau khi ghép
So sánh ảnh SEM của sản phẩm ghép với sợi xơ dừa trước
khi ghép, ta thấy sợi xơ dừa sau khi ghép ñộ nhám của bề mặt sợi xơ
dừa bị giảm ñi, bề mặt nhẵn hơn. Ảnh của xơ dừa sau khi ghép là một
khối vững chắc khác hẳn với xơ dừa ban ñầu là những phân tử riêng
lẻ, rời rạc, chứng tỏ có sự tồn tại sản phẩm ghép.


Header Page 10 of 126.

19

20

3.5.2. Phổ phân tích nhiệt vi sai của xơ dừa sau khi ghép
TG /%

3.5.3. Phổ hồng ngoại (IR) của xơ dừa sau khi ghép
BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN

DTA /(uV/mg)
DDTA /(uV/mg/min)
↑ exo
0

136.0 °C

100

-10.74 % 339.2

°C

Ten may: GX-PerkinElmer-USA

Resolution: 4cm-1

Date: 10/15/2011

Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai DT:01684097382

MAU 3

1.000
0

90

0.95
-0.5

0.90

80
[1]

70

-0.05

0.85

-41.34 %

94.1 °C

-1.0
-0.10

0.80
0.75

60

-0.15
50

0.70

-1.5

0.65
-21.76 %
40

-0.20
[1]

[1]
-0.25
100

200

300

400

500

600

700

1034
3331
1723

A 0.50

2918

1371
1450

800

1249

0.45

Temperature /°C
PTNKL

0.60
0.55

-2.0
30

31-10-2011 11:00

Instrument:
File:
Project:
Identity:
Date/Time:
Laboratory:
Operator:

NETZSCH STA 409 PC/PG
Mau M3 trong khi ( G...
None
mau xo dua M3 co khi
10/31/2011 9:32:02 AM
CNVL KL
Quyen

Sample:
Reference:
Material:
Correction File:
Temp.Cal./Sens. Files:
Range:
Sample Car./TC:

Mau M4, 70.000 mg
Al2O3,0.000 mg
None-Metallic

Tcalzero.tcx / Senszero.exx
25/10.00(K/min)/800
DTA(/TG) HIGH RG 5 / S

Mode/Type of Meas.:
Segments:
Crucible:
Atmosphere:
TG Corr./M.Range:
DSC Corr./M.Range:
Remark:

DTA-TG / Sample
1/1
DTA/TG crucible Al2O3
KK/50 / KK/40
000/30000 mg
000/5000 µV

0.40

1508

0.35
0.30

886

0.25

Hình 3.33. Phổ phân tích nhiệt vi sai (môi trường Argon) của xơ dừa
sau khi ghép

828

0.20

792

668
711

0.15
0.10
0.050
4000.0

3600

3200

2800

2400

2000

1800
cm-1

1600

1400

1200

1000

800

600.0

DTA /(uV/mg)
DDTA /(uV/mg/min)
↑ exo

TG /%
-2.90 %
100

0

90
[1]

Hình 3.35. Phổ hồng ngoại (IR) của xơ dừa sau khi ghép

-0.5

80

-0.05

98.6 °C

Về cơ bản phổ hồng ngoại của sợi xơ dừa và của sản phẩm

-1.0
70
-0.10

-56.44 %

60

-1.5
-0.15

50

-10.21 %

-2.0
-0.20

40
[1]
749.4 °C

-2.5

100

200

300

400

500
Temperature /°C

600

700

-0.25

800

31-10-2011 09:42

Instrument:
File:
Project:
Identity:
Date/Time:
Laboratory:
Operator:

NETZSCH STA 409 PC/PG

mau 3.ssv
None
mau xo dua ghep axit
10/28/2011 3:56:21 PM
CNVL KL
Quyen

Sample:
Reference:
Material:
Correction File:
Temp.Cal./Sens. Files:
Range:
Sample Car./TC:

Mau M3, 56.000 mg
Al2O3,0.000 mg
None-Metallic
Tcalzero.tcx / Senszero.exx
45/10.00(K/min)/800
DTA(/TG) HIGH RG 5 / S

cho dao ñộng hóa trị của nhóm –OH liên kết hydro. Pic ở 1482 cm-1
và 2926 cm-1 ñặc trưng cho dao ñộng biến dạng và dao ñộng hóa trị

[1]

30

PTNKL

ghép không khác nhau nhiều. Pic ở 3337 cm-1 là 1 pic tù ñặc trưng

Mode/Type of Meas.:
Segments:
Crucible:
Atmosphere:
TG Corr./M.Range:
DSC Corr./M.Range:
Remark:

DTA-TG / Sample
1/1
DTA/TG crucible Al2O3
KK/50 / KK/40
000/30000 mg
000/5000 µV

bất ñối xứng của nhóm –CH2. Các pic ở vùng 630-714 cm-1 là dao
ñộng biến dạng của nhóm –OH.
Tuy nhiên trên phổ hồng ngoại của sản phẩm ghép sợi xơ

Hình 3.34. Phổ phân tích nhiệt vi sai (môi trường O2) của xơ dừa
sau khi ghép
Dựa vào phân tích nhiệt vi sai của xơ dừa và sản phẩm ghép,

dừa với axit acrylic ở hình 3.28 có xuất hiện pic hấp thụ ở 1723cm-1
ñặc trưng cho dao ñộng hoá trị của nhóm > C=O (ν C=O) ở mạch
nhánh axit polyacrylic gắn vào mạch chính xenlulozơ.

ta thấy hiệu ứng thu nhiệt (phá vỡ cấu trúc xenlulozơ hoặc mất nước

Qua các thông tin thu ñược từ phổ hồng ngoại, phân tích

hấp thụ) và hiệu ứng tỏa nhiệt (nhiệt cháy). Đối với sản phẩm ghép

nhiệt vi sai và ảnh SEM cho thấy có sự khác biệt rõ ràng giữa sản

có hai khoảng rõ nhiệt ñộ cháy rõ ràng chứng tỏ có nhánh ghép lên

phẩm ghép và xơ dừa ban ñầu. Điều này chứng tỏ ñã xảy ra quá trình

xơ dừa.

ñồng trùng hợp ghép cho sản phẩm copolyme ghép.

Footer Page 10 of 126.


Header Page 11 of 126.

21

22

3.6. KHẢO SÁT KHẢ NĂNG TÁCH LOẠI Cu2+ TRONG MÔI

2 Xen-COOH + Cu2+

TRƯỜNG NƯỚC CỦA COPOLYME GHÉP

Xen-COOH + Cu(OH)+ ↔

3.6.1. Khảo sát thời gian ñạt cân bằng hấp phụ

Ở pH rất thấp, các ion H+ có nồng ñộ cao sẽ thuận lợi trong

8
Tải trọng hấp phụ (mg/g)

Xen-COOCu(OH) + H+

việc cạnh tranh các tâm hấp phụ với Cu2+ và do ñó hiệu quả hấp phụ

9

7

thấp hơn ở pH thấp. Khi tăng pH, quá trình hấp phụ tăng là do quá

6
5

trình thuỷ phân các cation trao ñổi do phức hydroxy Cu(OH)+ ñược

4
3

hấp phụ ưu tiên so với các cation không tạo phức (Cu2+). Tuy nhiên,

2
1
0
0

20

40

60

80

100

Thời gian (phút)

Hình 3.36. Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ theo thời gian
Kết quả trên cho thấy, khi thời gian khuấy tăng thì tải trọng
hấp phụ tăng và cân bằng hấp phụ ñạt ñược sau 80 phút. Vì vậy, tôi
chọn thời gian hấp phụ 80 phút cho các nghiên cứu tiếp theo.
3.6.2. Ảnh hưởng của pH

khả năng hấp phụ sẽ giảm ở pH cao do sự hình thành các phức tan
hydroxy hay do quá trình kết tủa các hydroxit kim loại. Với nồng ñộ
ñầu 50mg/l, pH tối ưu cho quá trình hấp phụ là 5.
3.6.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích dung dịch Cu2+ và khối lượng
xơ dừa
14
Tải trọng hấp phụ (mg/g)

12

14
12
Tải trọng hấp phụ (mg/g)

(Xen-COO)2Cu + 2H+

↔

10
8

10
8
6
4
2

6

0
4

0

20

40

60

80

100

120

Thể tí ch dung dị ch C u2+ (ml)

2
0
2

3

4

5

6

7

pH

Hình 3.37. Ảnh hưởng của pH ñến khả năng hấp phụ

Hình 3.38. Ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích dung dịch Cu2+ và khối

lượng xơ dừa

Khả năng hấp phụ tăng khi tăng pH tới một giá trị nhất ñịnh

Từ hình 3.38 có thể thấy sự hấp phụ tăng theo sự tăng thể

và sau ñó giảm nếu tiếp tục tăng pH. Các ion kim loại ñược liên kết

tích dung dịch hấp phụ, sau ñó tăng chậm và không tăng nữa khi nó

trên chất hấp phụ và các ion H+ ñược giải phóng khỏi nhóm chức –

ñạt cân bằng hấp phụ. Bởi vì khi thể tích dung dịch nhỏ, ion trong

COOH ñi vào dung dịch. Chất hấp phụ copolyme ghép có thể coi như

dung dịch ít, sự hấp phụ có xu hướng tăng cùng với sự tăng thể tích

một chất trao ñổi ion dạng axit. Trong pH axit, các ion H+ từ các

nhưng ñến một thể tích nào ñó lượng ion trong dung dịch cao hơn

nhóm –COOH có thể ñược trao ñổi với các phân tử Cu (II) [dạng

nhiều so với lượng ion hấp phụ. Khi ñó nếu tăng thể tích dung dịch

Cu2+ và Cu(OH)+]. Sự hấp phụ các ion kim loại là quá trình trao ñổi

thì tải trọng hấp phụ cũng không thay ñổi nữa.

H+- Cu2+/Cu(OH)+ như sau:

Footer Page 11 of 126.


Header Page 12 of 126.

23

24

3.6.4. Xác ñịnh tải trọng hấp phụ cực ñại

Kết quả trong bảng 3.24 cho thấy hiệu quả hấp phụ giảm dần
theo các chu kì. Một tỷ lệ nhỏ chất bị hấp phụ không ñược thu hồi bởi

5
4.5

y = 0.0786x + 3.1081
R2 = 0.9969

4

quá trình tái sinh là do trong cấu trúc của copolyme có những mao

Cf/q(g/l)

3.5

quản nhỏ nên một số ion Cu2+ có thể chui vào và bị giữ lại, do ñó các

3
2.5

ion này khó có thể giải hấp. Bên cạnh ñó, giải hấp phụ là quá trình

2
1.5

thuận nghịch, vì thế song song với quá trình các ion Cu2+ thoát ra

1
0.5

khỏi bề mặt chất hấp phụ thì một lượng nhỏ các ion Cu2+ lại bị tái

0
0

5

10

15

20

hấp phụ. Ngoài ra, sau mỗi chu kỳ khối lượng chất hấp phụ cũng bị

C f (m g/l )

2+

suy giảm một lượng nhỏ do các thao tác lọc, rửa và sấy khô. Chính vì

Kết quả cho thấy mô hình hấp thụ ñẳng nhiệt Langmuir mô

thế khó có thể thu hồi 100% lượng kim loại ñã bị hấp phụ. Mặt khác

tả khá chính xác sự hấp phụ của Cu2+ lên chất hấp phụ, ñược thể hiện

theo các chu kỳ hoạt tính bề mặt của sản phẩm ghép giảm nên hiệu

Hình 3.39. Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng ñộ ñối với Cu

2

2

qua hệ số tương quan R của quá trình hồi qui (R = 0,9969). Điều này
2+

cũng chứng tỏ rằng Cu ñược hấp phụ ñơn lớp trên copolyme ghép.
Từ phương trình tuyến tính trên, tính ñược tải trọng hấp phụ cực ñại:
1
q max =
= 12,72 (mg/g)
0 , 0786

và ái lực hấp phụ:

b=

1
= 2,53.10-2
12 , 72 . 3,1081

3.6.5. Khả năng giải hấp và tái sử dụng
Số
chu
kỳ
1
2

Bảng 3.24. Dữ liệu giải hấp và tái sinh chất hấp phụ
Sự thay ñổi
Tải trọng
Lượng kim
Phần trăm
tải trọng
hấp phụ
loại ñược giải kim loại ñược
hấp phụ
(mg/g)
hấp (mg/g)
thu hồi (%)
(%)
6,03
5,91

98,01
100
5,81
5,64
96,58
96,35

3

5,49

5,18

94,35

91,04

4

5,04

4,59

91,06

83,58

5

4,72

4,24

89,75

78,28

Footer Page 12 of 126.

quả hấp phụ giảm dần. Như vậy các dữ liệu ñã khẳng ñịnh chất hấp
phụ có thể ñược tái sinh hiệu quả bằng dung dịch HCl 0,5M.
* Tóm lại: Kết quả nghiên cứu khả năng tách loại Cu2+ trong
môi trường nước của copolyme ghép thu ñược là:
Thời gian ñạt cân bằng hấp phụ :

80 phút

pH

:

5

Tải trọng hấp phụ cực ñại

:

12,72 mg/g

Chất hấp phụ có thể ñược sử dụng nhiều lần và giải

hấp có hiệu quả bằng HCl 0,5M.


Header Page 13 of 126.

25

26

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
A. KẾT LUẬN
Sau một thời gian nghiên cứu luận văn ñã ñạt ñược các kết

- Nồng ñộ Fe2+

: 0,004M

- Nồng ñộ H2O2

: 0,05M

- pH = 3
với các thông số ñạt ñược là: %GY = 16,52%; %GE =

quả cụ thể như sau:
1. Đã lấy và khảo sát các ñặc tính của xơ dừa từ vỏ quả dừa

9,13%; %TC = 90,49%.
Như vậy quá trình ñồng trùng hợp ghép axit acrylic lên sợi

ta.
2. Đã nghiên cứu các ñiều kiện xử lý sợi xơ dừa qua một giai
ñoạn và 2 giai ñoạn với NaOH, NaOH + 5% H2O2, H2SO4 0,2% và

xơ dừa với tác nhân khơi mào amonipesunfat cho kết quả tốt hơn tác
nhân khơi mào Fe2+/H2O2.

NaOH, H2SO4 0,2% và NaOH + 5% H2O2. Tìm ra ñược tác nhân xử

Sự tồn tại của sản phẩm ghép ñược xác nhận qua phổ phân

lý sợi cho phần trăm tách loại lớn nhất là H2SO4 0,2% và NaOH +

tích nhiệt (TG và DTA), phổ hồng ngoại (IR), ảnh kính hiển vi ñiện

5% H2O2 với thời gian ngâm 32 giờ, nồng ñộ NaOH 1N, nhiệt ñộ

tử quét (SEM).

ngâm 600C.

4. Đã nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng và khả năng hấp phụ

3. Đã tìm ra các ñiều kiện thích hợp cho quá trình ñồng trùng

2+

hợp ghép axit acrylic lên sợi xơ dừa với các tác nhân khơi mào

ion Cu từ dung dịch nước của sản phẩm ghép cho hiệu quả tốt nhất

(NH4)2S2O8 và Fe2+/H2O2 cho hiệu suất ghép cao nhất là:

khi:

a. Tác nhân khơi mào (NH4)2S2O8 cho kết quả:

Thời gian ñạt cân bằng hấp phụ

: 80 phút

- Thời gian

: 180 phút

pH

:5

- Nhiệt ñộ

: 700C

q max

: 12,72 mg/g

- Khối lượng monome/sợi

: 2,5 (g/g)

b

: 2,53.10-2

- Nồng ñộ chất khơi mào

: 0,08M

Chất hấp phụ có thể sử dụng nhiều lần và giải hấp có hiệu
quả bằng HCl 0,5M.

- pH = 3
với các thông số ñạt ñược là: %GY = 24,46%; %GE =

B. KIẾN NGHỊ
Tiếp tục nghiên cứu quá trình ñồng trùng hợp ghép các

10,56%; %TC = 92,64%.
b. Tác nhân khơi mào Fe2+/H2O2 cho kết quả:

monome khác nhau lên các loại sợi xenlulozơ khác nhau sử dụng các
tác nhân khơi mào khác nhau ñể có thể so sánh, ñánh giá sự giống,

- Thời gian

: 150 phút

- Nhiệt ñộ

: 500C

- Khối lượng monome/sợi

: 2 (g/g)

Footer Page 13 of 126.

khác giữa chúng nhằm sử dụng có hiệu quả nguồn nguyên liệu
xelulozơ có rất nhiều ở nước ta.