Nghiên cứu chuyển hóa dầu ăn thải thành dung môi sinh học ứng dụng để tẩy sơn và mực in

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------------------------------

NGUYỄN THỊ LIỄU

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CHUYỂN HÓA DẦU ĂN THẢI THÀNH
DUNG MÔI SINH HỌC ỨNG DỤNG ĐỂ TẨY SƠN VÀ MỰC IN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ HỮU CƠ-HÓA DẦU

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN KHÁNH DIỆU HỒNG

HÀ NỘI - 2010


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc nhất tới TS Nguyễn Khánh
Diệu Hồng, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ đạo sâu sắc về mặt khoa học, và quan
tâm, động viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình
thực hiện và hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Bộ môn Công nghệ Hữu cơ –
Hóa dầu, Phòng thí nghiệm Hữu Cơ – Hóa dầu, Khoa Công nghệ Hóa học, trường
Đại học Bách khoa Hà Nội, những người đã tận tình dạy dỗ và giúp đỡ tôi rất nhiều
trong suốt thời gian học tập.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn Viện Đào tạo sau đại học, trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ, tạo điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành tốt
khóa học của mình.
Nhân đây, cho phép tôi gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân, và

bạn bè đã chia sẻ khó khăn, động viên, giúp đỡ, tạo thêm động lực cho tôi trong
suốt thời gian học tập và làm luận văn tốt nghiệp.
Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2010
Học viên

Nguyễn Thị Liễu


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình khoa học của tôi. Các số liệu trong luận
văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng. Các kết quả của luận văn chưa từng được
công bố trong bất cứ công trình khoa học nào.

Hà nội, ngày 20 tháng 10 năm 2010

Nguyễn Thị Liễu


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
XRD: X Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X).
IR: Infra-red spectrum (Phổ hồng ngoại).
GC-MS: Gas Chromatography – Mass Spectrum (Sắc ký khí khối phổ).
HPLC: High Pressure Liquid Chromatography (Sắc ký lỏng cao áp).
SEM: Scanning Electron Microscopy (Hiển vi điện tử quét).


DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN

STT

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

1

Bảng 1.1. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của các lực tương tác nội
phân tử

5

2

Bảng 1.2. Sự phụ thuộc của khả năng pha loãng vào nhiệt độ

8

3

Bảng 1.3. Mật độ hơi tương đối của một số dung môi.

10

4

Bảng 1.4. Đặc trưng kỹ thuật của các loại ete dầu mỏ

16

5

Bảng 1.5. Dung môi dầu mỏ dùng cho công nghiệp sơn

17

6

19

7

Bảng 1.6. Đặc trưng các loại xăng dung môi kỹ thuật theo tiêu
chuẩn Nga.
Bảng 1.7. Công thức mực điển hình

8

Bảng 1.8. Các thông số kỹ thuật của mực

36

9
10
11
14
15
16
17

18
19

Bảng 3.1. Ảnh hưởng của tác nhân trung hoà đến hiệu suất và chỉ
số axit
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ NaOH dư đến hiệu suất thu dầu
trung tính và chỉ số axit.

36

56
57

Bảng 3.3. Ảnh hưởng của số lần rửa đến hiệu suất thu dầu trung
tính
Bảng 3.4. Các đặc trưng của xúc tác

59

Bảng 3.5. Số lần tái sử dụng xúc tác
Bảng 3.6. Thành phần và tỉ lệ của các axit béo có trong sản phẩm

68

suy ra từ kết quả GC-MS.
Bảng 3.7. Các chỉ tiêu của metyl este tổng hợp được từ dầu ăn thải
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của tỷ lệ etanol/axit lactic đến hiệu suất tạo
etyl lactat.
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác đến hiệu suất tạo etyl
lactat

62

71
72
73
74

20

Bảng 3.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất tạo etyl lactat

75

21

Bảng 3.11. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất tạo etyl lactat.

76

22

Bảng 3.12. Ảnh hưởng tỷ lệ etyl este/etyl lactat đến khả năng tẩy
sơn.

79


23

Bảng 3.13. Xác định lượng PGI thích hợp để tạo dung môi tẩy sơn.

80

24

Bảng 3.14. Xác định lượng phụ gia II

81

25
26
27
28

Bảng 3.15. Ảnh hưởng tỷ lệ etyl este/etyl lactat đến khả năng tẩy
mực in.
Bảng 3.16. Xác định lượng phụ gia IV thích hợp để tạo dung môi
tẩy mực in.
Bảng 3.17. Xác định lượng phụ gia V thích hợp để tạo dung môi
tẩy mực in.
Bảng 3.18. Xác định lượng dung môi cầu

82
82
83
83


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN

STT
1

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Đường cong áp suất hơi của một số dung môi

2

Hình 1.2. Chỉ số Kauri-butanol của một số chất

13

3

Hình 2.1. Sơ đồ mô tả thiết bị phản ứng

49

4

Hình 2.2. Sơ đồ chiết sản phẩm

51

5

Hình 3.1. Phổ XRD của xúc tác Na2CO3/ SiO2

56

6

57

7

Hình 3.2. Ảnh SEM của xúc tác Na2SiO3/SiO2
Hình 3.3. Phổ IR của metyleste thu được từ dầu ăn thải

58

8

Hình 3.4. Sắc kí đồ của metyl este thu được từ dầu ăn thải

58

9

59

10

Hình 3.5. Phổ khối của pic có thời gian lưu 24,45 phút trong phổ
GC và phổ khối chuẩn của metyl stearat trong thư viện phổ
Hình 3.6. Phổ IR của etyl lactat

11

Hình 3.7. Ảnh SEM của xúc tác Na2SiO3/SiO2

61

12

Hình 3.8. Ảnh hưởng của hàm lượng Na2CO3 đến hiệu suất tạo
metyl este
Hình 3.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung xúc tác đến hiệu suất tạo
metyl este
Hình 3.10. Ảnh hưởng của thời gian nung xúc tác đến hiệu suất tạo
metyl este
Hình 3.11. Ảnh hưởng của tỷ lệ metanol/dầu tới hiệu suất tạo
metyl este
Hình 3.12. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác đến hiệu suất tạo
metyl este
Hình 3.13. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất tạo
metyl este
Hình 3.14. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất tạo
metyl este

62

13
14
15
16
17
18

Trang

10

60

63
64
65
66
66
67

19

Hình 3.15. Phổ IR của metyleste thu được từ dầu ăn thải

69

20

Hình 3.16: Sắc kí đồ của metyl este thu được từ dầu ăn thải

70

21

Hình 3.17: Phổ khối của pic có thời gian lưu 24,45 phút trong phổ
GC và phổ khối chuẩn của metyl stearat trong thư viện phổ

70

22

Hình 3.18: Ảnh hưởng của tỷ lệ etanol/ axit lactic đến hiệu suất
tạo etyl lactat

73


23

Hình 3.19. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác đến hiệu suất tạo
etyl lactat.

74

24

Hình 3.20. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất tạo etyl lactat.

75

25

Hình 3.21. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất tạo etyl lactat

76

26

Hình 3.22. Phổ IR của etyl lactat

77

27

Hình 3.23. Sắc kí đồ của mẫu etyl lactat chuẩn

78

28

Hình 3.24. Sắc kí đồ của sản phẩm etyl lactat đã điều chế

79

DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ TRONG LUẬN VĂN
STt
1
2
3
4
5
6
7
8
8
10

DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ
Đồ thị 3.1: Ảnh hưởng của tác nhân trung hòa đến hiệu suất dầu

trung tính
Đồ thị 3.2 Ảnh hưởng của tác nhân trung hòa đến chỉ số axit
Đồ thị 3.3 : Ảnh hưởng của nồng độ NaOH dư đếnchỉ số axit của
dầu sau khi rửa
Đồ thị 3.4: Ảnh hưởng của nồng độ NaOH dư đến hiệu suất thu
dầu trung tính.
Đồ thị 3.5: Ảnh hưởng của số lần rửa đến hiệu suất thu dầu trung
tính
Đồ thị 3.6. Ảnh hưởng của hàm lượng Na2CO3 đến hiệu suất tạo
metyl este
Đồ thị 3.7Ảnh hưởng của nhiệt độ nung xúc tác đến hiệu suất tạo
metyl este
Đồ thị 3.8 Ảnh hưởng của thời gian nung xúc tác đến hiệu suất
tạo metyl este
Đồ thị 3.9 Ảnh hưởng của tỷ lệ metanol/dầu tới hiệu suất tạo
metyl este
Đồ thị 3.10. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác đến hiệu suất tạo
metyl este

Trang

75
75
76
77
78
81

82
83

84
85


11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24

Đồ thị 3.11. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất tạo
metyl este
Đồ thị 3.12. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất tạo
metyl este
Đồ thị 3.13 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác đến hiệu suất tạo
etyl lactat.
Đồ thị 3.14: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất tạo etyl lactat
Đồ thị 3.15. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất tạo etyl lactat
Đồ thị 3.16. Ảnh hưởng của tỷ lệ este/etylactat đến khả năng tẩy
sơn

Đồ thị 3.17 Xác định lượng PG1 thích hợp để tạo dung môi tẩy
sơn
Đồ thị 3.18. Xác định lượng phụ gia II
Đồ thị 3.19 ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất tẩy sơn
Đồ thị 3.20. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất tẩy sơn.
Đồ thị 3.21 Ảnh hưởng của tỷ lệ etyl este/etyl lactat tới khả năng
tẩy mực in
Đồ thị 3.22 Xác định lượng PG4 thích hợp để tạo dung môi tẩy
mực in
Đồ thị 3.23: Xác định lượng PG5 thích hợp để tạo dung môi tẩy
mực in
Đồ thị 3.24. Xác định lượng dung môi cầu

85

86
92
93
94
98
99
101
102
103
104
105
106
108

Luận văn thạc sĩ

MỞ ĐẦU
Ngày nay, dung môi ngày càng có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp và
trong đời sống hằng ngày. Dung môi có nguồn gốc chủ yếu từ các nguồn dầu khoáng.
Việc thay thế dung môi từ dầu khoáng bằng các dung môi có nguồn gốc sinh học ngày
càng trở nên cấp thiết do: Nguồn năng lượng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt, hơn
nữa việc sử dụng dung môi hóa thạch gây độc hại cho con người và môi trường .Trong
khi đó, các loại dung môi sinh học có khả năng hòa tan tốt, ít độc hại, ít bay hơi, không
bắt cháy, có khả năng phân hủy sinh học, có thể sử dụng trong ngành công nghệ thực
phẩm.
Tính kinh tế của dung môi thay thế cũng là một trong những yếu tố quan trọng được
quan tâm. Lợi ích mà dung môi sinh học mang lại rất lớn, nhưng giá thành của nó
thường cao hơn dung môi hóa thạch khoảng 5 đến 7%. Nhược điểm này có thể khắc
phục được bằng cách tận dụng những nguồn nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền , thêm vào đó
việc ứng dụng công nghệ tiên tiến vào sản xuất cũng giúp làm giảm giá thành của sản
phẩm.
Ở Việt Nam, nguồn dầu ăn thải là một trong những nguồn làm ô nhiễm môi trường
và gây khó khăn trong việc xử lí chất thải ra môi trường. Nghiên cứu tổng hợp dung
môi từ dầu ăn thải mang lại lợi ích to lớn với môi trường và kinh tế. Trong bối cảnh
tính an toàn sinh học và bảo vệ môi trường ngày càng được coi trọng, việc tổng hợp
được các tiền chất để pha chế dung môi sinh học đáp ứng được các yêu cầu về môi
trường và sức khỏe con người là vấn đề mang tính khoa học và thời sự cao.
Ở Việt Nam đã có nhiều đề tài nghiên cứu tổng hợp dung môi từ các nguồn nguyên
liệu sẵn có trong nước như dầu đậu nành, dầu cao su, mỡ cá,…và đã thu được kết quả
khá tốt. Tuy nhiên vì nền công nghiệp sản xuất dầu mỡ nước ta còn khá non trẻ, chưa
đáp ứng được nguồn nguyên liệu cho sản xuất dung môi ở quy mô lớn. Ngoài ra, nếu
sản xuất dung môi từ dầu ăn tinh chế thì giá thành khá cao, và còn ảnh hưởng đến an
ninh lương thực. Do đó, việc tìm kiếm nguồn nguyên liệu rẻ tiền, phù hợp với điều
kiện của đất nước vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu. Với mục đích đó, việc tận dụng

Học viên: Nguyễn Thị Liễu

1

Lớp: KTHHCH09


Luận văn thạc sĩ
nguồn dầu ăn phế thải làm nguyên liệu cho tổng hợp dung môi có ý nghĩa thực tế rất
lớn. Bởi đây là nguồn nguyên liệu có trữ lượng tương đối lớn, lại rẻ tiền, đem lại hiệu
quả kinh tế cao. Việc tận dụng nguồn nguyên liệu này còn góp phần bảo vệ môi trường
và sức khỏe người dân.
Các nghiên cứu về dung môi trước đây, chủ yếu tập trung vào xúc tác đồng thể.
Xúc tác này cho độ chuyển hóa rất cao, nhưng khó lọc tách sản phẩm, và không tái sử
dụng được nên giá thành sản phẩm cao. Để khắc phục các nhược điểm đó, trong luận
văn này chúng tôi nghiên cứu chế tạo xúc tác dị thể cho quá trình.
Chính vì những ý nghĩa thực tiễn trên mà chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu chuyển
hóa dầu ăn phế thải thành dung môi sinh học ứng dụng để tẩy sơn và mực in”
Luận văn này đã đạt được những điểm mới sau đây:
-

Đã tổng hợp được xúc tác dị thể Na2CO3/ SiO2.

-

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác cho phản ứng tổng hợp
metyleste như thời gian nung, nhiệt độ nung.

-

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tổng hợp metyl este từ dầu ăn phế
thải, sử dụng xúc tác dị thể NaCO3/SiO2 đã điều chế được..
Ngoài ra trong luận văn này còn đề cập tới:

-

Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tạo etyl lactat.

-

Pha chế và khảo sát khả năng tẩy sạch sơn và mực in của dung môi sinh học.

Học viên: Nguyễn Thị Liễu

2

Lớp: KTHHCH09


Luận văn thạc sĩ

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1 TỔNG QUAN VỀ DUNG MÔI HỮU CƠ
1.1.1. Khái niệm
Dung môi là chất lỏng có khả năng hòa tan chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí để tạo
thành hỗn hợp phân tán đồng nhất ở mức phân tử hay ion gọi là dung dịch. Dung môi
thông dụng mà chúng ta gặp hàng ngày là nước.
Dung môi hữu cơ chỉ tất cả các dung môi là hợp chất hữu cơ có chứa nguyên tử
cacbon.
Dung môi thường có điểm sôi thấp và dễ dàng bay hơi hoặc có thể được loại bỏ

bằng chưng cất để thu được chất đã hòa tan trong dung môi [2].
1.1.2 Phân loại dung môi
Có nhiều cách phân loại dung môi. Thông thường người ta phân loại dung môi theo
một số cách như sau:
1.1.2.1. Phân loại theo hợp chất hóa học
Dựa theo cấu tạo hóa học, các dung môi thông thường thuộc vào loại các hợp chất
sau: hydrocacbon béo và thơm, các dẫn xuất clo và nitro của chúng, các ancol, axit
cacboxylic, este, amit, nitril, ete, xeton và sulfonic.
Hiện nay, các muối nóng chảy được coi là một nhóm dung môi mới. Đối lập với các
dung môi hữu cơ, có thể gọi chúng là chất nóng chảy phân tử, những chất điện ly nóng
chảy được gọi là chất lỏng ion là những dung môi rất thuận lợi cho các phản ứng hóa
học hữu cơ, kim loại. Chúng cũng là môi trường thuận lợi cho các phản ứng hữu cơ.
Nhiệt độ cần thiết để có được chất nóng chảy hoàn toàn không bắt buộc phải cao vì
một số muối như các tetrahexylamoni benzoat là chất lỏng ngay ở nhiệt độ phòng [11],
[12], [20].
1.1.2.2. Phân loại theo các hằng số vật lý.
a. Nhiệt độ sôi tại 760mmHg.
+ Dung môi có nhiệt độ sôi thấp: nhiệt độ sôi < 100oC.
+ Dung môi có nhiệt độ sô trung bình: 100 đến 150oC.

Học viên: Nguyễn Thị Liễu

3

Lớp: KTHHCH09


Luận văn thạc sĩ
+ Dung môi có nhiệt độ sôi cao: nhiệt độ sôi > 150oC.
b. Độ bay hơi (nếu ta thừa nhận ete ở 20oC và độ ẩm tương đối 65 ± 5% là chất có

chỉ số bay hơi bằng 1).
+) Dung môi dễ bay hơi: chỉ số bay hơi < 10.
+) Dung môi bay hơi trung bình: chỉ số bay hơi trong khoảng 10÷35.
+) Dung môi khó bay hơi: chỉ số bay hơi >35.
Độ bay hơi không chỉ phụ thuộc vào điểm sôi mà còn phụ thuộc vào nhiệt hóa hơi
của chất lỏng. [1,13].
c. Độ nhớt (tại 20oC).
+) Dung môi ít nhớt: độ nhớt động học < 2 cP.
+) Dung môi có độ nhớt trung bình: độ nhớt động học trong khoảng 2÷10 cP.
+) Dung môi có độ nhớt cao: độ nhớt động học >10 cP.
d. Momen lưỡng cực.
Những dung môi có phân tử với momen lưỡng cực vĩnh cửu gọi là dung môi lưỡng
cực, ngược lại dung môi có phân tử không có momen lưỡng cực vĩnh cửu gọi là dung
môi không lưỡng cực. [2,12,21].
e. Hằng số điện môi.
Những dung môi có hằng số điện môi cao có tác dụng như những dung môi phân li.
Đôi khi người ta còn gọi là dung môi phân cực, ngược lại là những dung môi có hằng
số điện môi thấp gọi là dung môi không phân cực [2,6].
1.1.2.3. Phân loại theo tính chất axit-bazơ
Theo định nghĩa của Bronsted thì axit là những chất cho proton, còn bazơ là những
chất có khả năng nhận proton. [2,20].
Những dung môi tự ion hóa vừa có tính chất bazơ, vừa có tính chất axit được gọi là
dung môi lưỡng tính [2].
1.1.2.4. Phân loại theo tương tác đặc biệt với chất tan.
Theo Parker, có thể chia dung môi thành dung môi không proton lưỡng cực và
proton lưỡng cực dựa vào tương tác đặc biệt với các anion và cation. Trong đó trước

Học viên: Nguyễn Thị Liễu

4

Lớp: KTHHCH09


Luận văn thạc sĩ
hết phải kể đến tính lưỡng cực và khả năng tạo liên kết hydro. Có thể bổ sung thêm vào
hai nhóm một nhóm thứ ba, nhóm dung môi không proton phân cực[3,20].
Những dung môi không proton không phân cực là những dung môi có hằng số điện
môi thấp (e < 15) và mômen lưỡng cực không lớn (µ = 0 – 2D).
Những ion không proton lưỡng cực có hằng số điện môi cao (e > 15) và mô men lưỡng
cực lớn (µ > 2,5D) [2].
1.1.2.5. Phân loại theo nguồn gốc dung môi.
Dung môi được chia thành hai nhóm: dung môi có nguồn gốc dầu khoáng và dung
môi có nguồn gốc từ thực vật, động vật (hay còn gọi là dung môi sinh học) [2].
1.1.3 Tương tác giữa dung môi và chất tan.
Trong quá trình hòa tan, dung môi tác động vào chất tan để tăng trạng thái phân tán.
Trong quá trình hòa tan thì có tác động của các lực sau:
Tương tác giữa các phân tử: Trong quá trình hòa tan của chất tan A vào trong
dung môi B, lực liên kết giữa các phân tử trong một cấu tử (KA-A và KB-B) bị triệt tiêu,
và một lực mới được tạo thành giữa dung môi và phân tử chất tan:
K A− A + K B− B ⎯⎯→ 2K A− B

Một chất tan dễ dàng tan trong trong một dung môi nếu lực hấp dẫn nội phân tử của
hai chất này gần giống nhau. [20].
Lực ion (lực Coulomb): Lực hấp dẫn giữa các ion của các điện tích trái dấu được
gọi là lực Coulomb. Lực Coubomb của hai ion 1 và 2 phụ thuộc vào điện tích e1 và e2
của từng ion và phụ thuộc vào khoảng cách r1 giữa hai ion. Lực Coulomb được biểu
diễn bằng công thức sau:

K 12 =

e1 .e2
r2

Bảng 1.1 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của các lực tương tác nội phân tử
Loại lực tương tác
Lực ion- ion
Lực ion -lưỡng cực
Lực phân tán
Lực liên kết hydro

Tương tác giữa các cấu tử
Giữa các ion
Giữa các ion và các lưỡng cực
Giữa các lưỡng cực nguyên tử
Giữa các nhóm nguyên tử

Học viên: Nguyễn Thị Liễu

5

Phụ thuộc vào nhiệt độ
Yếu
Yếu
Yếu
Mạnh

Lớp: KTHHCH09

Luận văn thạc sĩ
Lực Coulomb tạo ra sự bền vững cho các tinh thể ion( ví dụ như NaCl). Khi một
hợp chất tan trong một dung môi phân cực ( momen lưỡng cực µ). Sự phân li và sự
solvat hóa xảy ra đồng thời với sự ion xuất hiện. Lực tương tác giữa các ion tỷ lệ
nghịch với hằng số lưỡng điện của dung môi [20, 22].
Lực ion-lưỡng cực sinh ra do sự tương tác giữa các lưỡng cực vĩnh viễn của ion
trong dung môi :
K ID =

e1 .µ
r3

Trong đó:
KID: là lực tương tác giữa ion và lưỡng cực
e1: Điện tích của ion

µ: mô men của lưỡng cực
r1: khoảng cách giữa ion và lưỡng cực
Khoảng cách giữa các các ion bị solvate trong dung dịch thì thường thay đổi ít
khi nhiệt độ thay đổi.
Lực tương tác giữa các lưỡng cực-lưỡng cực: Lực lưỡng cực –lưỡng cực là lực
tương tác giữa các phân tử có momen lưỡng cực giữa hữu hạn, vĩnh cửu. Lực hấp dẫn
của là kết quả của sự hòa tan của phân tử phân cực ( µ1) trong một dung môi phân cực
( µ2 ) được biểu diễn theo công thức sau:
K DD =

µ1.µ2
r4

Lực lưỡng cực - lưỡng cực phụ thuộc lớn vào nhiệt độ.

Lực cảm ứng: Lực cảm ứng là kết quả của tương tác giữa lưỡng cực vĩnh cửu
và lưỡng cực cảm. Do điện trường của lưỡng cực phân tử dẫn đến việc thay đổi tích
điện trong những phân tử lân cận và dẫn đến hiện tượng cảm ứng. Lực cảm ứng được
tính theo công thức sau:
K DDi =

Học viên: Nguyễn Thị Liễu

α .µ 2
r7

6

Lớp: KTHHCH09


Luận văn thạc sĩ
Trong đó:
K DDi: Lựccảm ứng
α : Độ phân cực

r: Khoảng cách giữa hai lưỡng cực
Lực phân tán ( lực London – Van der Waals ) Lực phân tán được tạo ra bởi sự
cảm ứng của lưỡng cực nguyên tử do trường điện từ giữa hạt nhân và điện tử của
nguyên tử.
Lực phân tán phụ thuộc vào sự thay thế của điện tử trong nguyên tử, vào sự phân
cực, vào ảnh hưởng của điện tử ví dụ như hằng số ion hóa tiềm ẩn.
K Dis = −

α 2 .IP

r7

KDis: lực phân tán
α : Hằng số phân cực

IP: khả năng ion hóa
r: khoảng cách giữa các lưỡng cực
Lực liên kết hydro: Lực liên kết hydro tồn tại trong các chất có nhóm hydroxyl
hoặc nhóm amino( như trong nước, rượu, axit, glycol và amin ) và những phân tử này
là các chất cho hydro và tạo liên kết với những chất nhận hydro như este và xeton.
1.1.4. Tính chất vật lý của dung môi hữu cơ.
Đây một yếu tố quan trọng khi lựa chọn dung môi trong các ứng dụng. Trước tiên,
dung môi phải ở trạng thái lỏng dưới áp suất và nhiệt độ mà nó được sử dụng. Các tính
chất nhiệt động của dung môi như: mật độ, áp suất bay hơi, nhiệt trị và sức căng bề
mặt, độ nhớt, khả năng khuếch tán, khả năng dẫn nhiệt cũng được quan tâm. Tính chất
điện, tính chất quang học, và từ tính và momen lưỡng cực, hằng số điện môi cũng được
xem xét. Ngoài ra, các đặc điểm về phân tử của dung môi như: kích thước, bề mặt, thể
tích của phân tử dung môi cũng phải được khảo sát [23].
1.1.4.1. Sự solvat hóa.
Khi chất tan hòa tan vào một dung môi hay một hỗn hợp dung môi thì lực hấp dẫn
giữa các phân tử của chất tan giảm đi bởi vì phân tử dung môi thâm nhập vào giữa các
Học viên: Nguyễn Thị Liễu

7

Lớp: KTHHCH09


Luận văn thạc sĩ
phân tử chất tan và cuối cùng chúng tạo thành một lớp bao quanh các phân tử chất tan.

Quá trình này gọi là quá trình solvat. [20,23].
1.1.4.2. Khả năng pha loãng
Nếu một chất không phải là dung môi được thêm từng giọt vào dung dịch nitrat
xenlulo, thì nitrat xellulo sẽ kết tủa hoặc hình thành dạng gel. Tỉ lệ thể tích của chất
không hòa tan/dung môi mà chất tan chưa bị kết tủa gọi là tỉ lệ pha loãng. Tỉ lệ pha
loãng được xác định dựa vào kinh nghiệm chứ không thể đo chính xác. Tính hòa tan
của một hỗn hợp dung môi được xác định dựa vào toluene hoặc butanol (những chất
này đóng vai trò chất pha loãng). Tỉ lệ pha loãng phụ thuộc vào nhiệt độ. [23]
Bảng 1.2. Sự phụ thuộc của khả năng pha loãng vào nhiệt độ
(dung môi: Nitrat xellulo, chất pha loãng: Toluen)
Dung môi
Ety axetat
Butyl axetat
Amyl axetat
Octyl axetat

- 100C
2,48
2,74
2,66
1,85

200C
2,58
2,70
2,52
1,74

500C
2,62

2,61
2,26
1,44

1.1.4.3. Ảnh hưởng của khối lượng phân tử tới khả năng hòa tan.
Khi khối lượng phân tử tăng lên, khả năng hòa tan giảm do sự tăng lên của lực
tương tác nội phân tử. Do khối lượng phân tử rất lớn nên những polyme liên kết chéo
không tan trong dung môi dù nhiệt độ tăng. Tuy nhiên, chúng phồng lên trong dung
môi tùy thuộc vào bản chất và mật độ của liên kết chéo trong dung môi [23].
1.1.4.4. Sự hòa tan và khả năng tan.
Với tỷ lệ hữu hạn, quá trình hòa tan phụ thuộc vào bề mặt của chất tan, độ tinh thể
hóa, nhiệt độ và tỉ lệ phân tán của nó trong dung môi.
Khe hở trộn lẫn: Một số cặp dung môi có thể trộn lẫn với dung môi kia theo tất cả
các tỷ lệ và trong nhiệt độ hòa tan giới hạn. Khe hở hòa tan có thể xuất hiện do lực
tương tác nội phân tử phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ. Trong hỗn hợp trietylamin - nước,

Học viên: Nguyễn Thị Liễu

8

Lớp: KTHHCH09


Luận văn thạc sĩ
liên kết hyđro N…H - O yếu. Ở nhiệt độ hơn 170C, liên kết hydro sẽ bị phá hủy và sự
hòa tan không xảy ra.[20,23].
1.1.4.5. Tính hút ẩm.
Một số dung môi đặc biệt (dung môi có chứa nhóm hydroxyl) là những chất hút ẩm,
chúng hấp thụ ẩm trong không khí đến một mức nào đó khi đạt được cân bằng. Lượng
nước hấp thụ được phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm không khí. [7,22].

1.1.4.6. Tỷ trọng và độ khúc xạ.
Nhiệt độ sôi, tỷ trọng và chỉ số khúc xạ được dùng để đánh giá độ tinh khiết của
dung môi.
Người ta thường xác định tỷ trọng của một dung môi ở 20oC và liên hệ với tỷ trọng
của nước ở 4oC. Tỷ trọng của hầu hết các dung môi giảm khi tăng nhiệt độ [2,12,21].
1.1.4.7. Khả năng bay hơi của dung môi.
Dung môi được phân loại dựa theo nhiệt độ sôi của nó:
+ Dung môi có nhiệt độ sôi thấp: nhỏ hơn 100oC.
+ Dung môi có nhiệt độ sôi trung bình: 100 đến 150oC.
+ Dung môi có nhiệt độ sôi cao: lớn hơn 150oC.
Tỷ lệ bay hơi của dung môi phụ thuộc vào những yếu tố sau đây:
+ Áp suất bay hơi của nhiệt độ làm việc.
+ Nhiệt cung cấp.
+ Độ liên kết phân tử.
+ Sức căng bề mặt.
+ Khối lượng phân tử dung môi.
+ Sự chảy rối của khí quyển.
+ Độ ẩm của không khí.
Trong thực tế, thời gian bay hơi của một lượng dung môi nhất định được xác định
bằng cách so sánh với thời gian bay hơi của dietyl este trong cùng điều kiện thí
nghiệm. [2, 22, 24].
1.1.4.8. Độ nhớt và sức căng bề mặt.

Học viên: Nguyễn Thị Liễu

9

Lớp: KTHHCH09

Luận văn thạc sĩ
Độ nhớt của một dãy đồng đẳng của dung môi tăng khi khối lượng phân tử tăng.
Dung môi mà phân tử chứa nhóm hydroxyl có độ nhớt cao hơn do có liên kết hydro.
Độ nhớt của dung môi có ảnh hưởng lớn tới độ nhớt của dung dịch. Độ nhớt giảm khi
tăng nhiệt độ.[20,25].

Nhiệt
độ

Áp

a – Diclo metan
b – Etyl axetat
c – Butyl axetat

suất

d – Butanol

hơi

e – Butyl glycol
f – Butyl diglycol

Hình 1.1. Đường cong áp suất hơi của một số dung môi
Sức căng bề mặt của dung môi liên quan tới mật độ năng lượng kết dính và áp suất
nội tại của chất lỏng.
1.1.4.9. Mật độ hơi (khối lượng riêng của hơi).
Bảng 1.3. Mật độ hơi tương đối của một số dung môi.
TT

1
2
3

Mật độ hơi (g/m3)
3
3
1

Dung môi
Toluen
Xylen
Etanol

Mật độ hơi là khối lượng của hơi dung môi trên một m3 thể tích không khí trong
điều kiện cân bằng ở 101,3 kPa. Mật độ hơi tương ứng với lượng dung môi trong
không khí ở trạng thái bão hòa và phụ thuộc vào nhiệt độ. Mật độ hơi tương đối ds
được tính theo công thức :

ds =

Ms
Mair

Trong đó:
Học viên: Nguyễn Thị Liễu

10

Lớp: KTHHCH09

Luận văn thạc sĩ
• ds:

Mật độ hơi tương đối

• Ms:

Khối lượng phân tử của dung môi

• Mair: Khối lượng phân tử trung bình của không khí. Mair = 28,95 g/mol.
Trong điều kiện lý tưởng, mật độ hơi tương đối không phụ thuộc vào nhiệt độ.
Mật độ hơi tương đối của một số dung môi được ghi trong bảng 1.3.
1.1.4.10. Tính chất nhiệt và điện của dung môi.
Hằng số lưỡng điện và độ dẫn nhiệt giảm khi nhiệt độ tăng. Nhiệt độ mà tại đó hỗn
hợp hơi dung môi - không khí bốc cháy khi tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa gọi là nhiệt
độ chớp cháy của dung môi. Nhiệt độ chớp cháy tăng khi áp suất hơi giảm.
Hỗn hợp hơi dung môi - không khí không chỉ bốc cháy khi tiếp xúc với ngọn lửa
trực tiếp mà có thể tự bốc cháy khi đạt tới nhiệt độ tự bốc cháy [2,21,24].
1.1.4.11. Hỗn hợp đẳng phí.
Sự liên kết phân tử giữa các thành phần của hỗn hợp có thể dẫn tới trong hệ có
điểm sôi cố định ở một nồng độ đã biết. Điểm sôi này có thể thấp hơn hoặc cao hơn so
với từng cấu tử thành phần [20].
Hỗn hợp đẳng phí có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của từng cấu tử thành phần có
ứng dụng quan trọng trong công nghiệp sơn do nước và dung môi sẽ bay hơi nhanh
hơn thông thường.
Tuy nhiên, hỗn hợp đẳng phí cũng có những bất lợi như : điểm chớp cháy thấp hơn
(so với từng cấu tử thành phần), giới hạn cháy nổ cao hơn, tỉ lệ bay hơi cao hơn sẽ dẫn
đến ảnh hưởng không tốt trên bề mặt sơn.

Dung môi có thông số tan và liên kết hydro trung bình thích hợp để làm chất bắc
cầu, đặc biệt là xeton và glycol ete. Butyl glycol, diglycol, và triglicol thường được sử
dụng bởi nhóm kị nước và nhóm ưa nước. [2,21].
Hệ gồm hai nhiều hơn hai cấu tử: Trong hệ thống hai cấu tử, tính chất của hệ
nhiều hơn hai thành phần được giải thích dựa vào tương tác nội phân tử và thông số
tan. Nước và tetraclorometan có thông số tan và thông số liên kết hydro khác xa nhau.
Thêm axeton vào thì do liên kết hydro mà một phần tetraclorometan do khả năng phân
Học viên: Nguyễn Thị Liễu

11

Lớp: KTHHCH09


Luận văn thạc sĩ
tán và do lực cảm ứng. Bằng cách cho thêm axeton mà tạo ra được một hỗn hợp đồng
nhất.
1.1.4.12. Thông số Hidebrand
Thông số Hidebrand là một trong những thông số quan trọng để dự đoán khả năng
hòa tan của dung môi
∂ = c =[

Trong đó: ∂ : Thông số Hildebrand

∆H − RT 1/2
]
Vm

: mật độ năng lượng liên kết
∆H : Nhiệt bay hơi

R : Hằng số khí
Vm : Thể tích phân tử
c

Tính trơ về mặt hóa học là điều kiện tiên quyết để sử dụng một chất lỏng như dung
môi. Hydrocacbon dãy béo và dãy thơm là những chất hóa học trơ và thỏa mãn điều
kiện này.
Este và xeton là những chất hóa học khá bền vững trong điều kiện bình thường. Vì
thế, nó được ứng dụng nhiều trong công nghiệp sơn. Tuy nhiên, cần chú ý este có thể
bị thủy phân tạo thành rượu và axit. Tỷ lệ thủy phân của este phụ thuộc vào cấu trúc
của nó [2,21].
1.1.5. Các chỉ tiêu đánh giá dung môi hữu cơ
1.1.5.1. Độ tan trong nước (ASTM D 1722).
Chỉ tiêu này xác định độ tan của dung môi trong nước. Mẫu đo được pha loãng 10
lần với nước và hỗn hợp này được kiểm định điểm vẩn đục. Nếu mẫu không xuất hiện
điểm vẩn đục thì mẫu được đánh giá là qua thử nghiệm [2,7,21].
1.1.5.2. Độ nhớt (ASTM D445).
Độ nhớt là tính chất của một chất lỏng, được xem là ma sát nội tại của chất lỏng và
cản trở sự chảy của chất lỏng.
Nguyên nhân gây ra độ nhớt là do ái lực cơ học giữa các hạt cấu tạo các chất lỏng.

Học viên: Nguyễn Thị Liễu

12

Lớp: KTHHCH09


Luận văn thạc sĩ
Độ nhớt động học là tỷ số giữa độ nhớt động lực và tỷ trọng của nó (cả hai được

xác định ở cùng nhiệt độ và áp suất) [1,3,6].
1.1.5.3. Chỉ số Kauri-butanol (ASTM D 1133).
Phép đo giá trị Kauri-butanol là phép đo điểm vẩn đục để đánh giá độ mạnh của
dung môi hydrocacbon. Giá trị Kauri-butanol của một dung môi thể hiện lượng tối đa
dung môi có thể thêm vào dung dịch nhựa kauri (một loại nhựa copal) trong rượu
butylic mà không gây ra vẩn đục. Nhựa kauri tan ngay vào rượu butylic nhưng không
tan trong dung môi hydrocacbon, dung dịch nhựa sẽ chỉ tồn tại trong một giới hạn pha
loăng. Những dung dịch mạnh như toluene có thể cho thêm vào dung dịch rượu
butylic-kauri một lượng lớn mà chưa làm cho dung dịch bị vẩn đục. Những dung dịch
yếu có giá trị Kauri-butanol thấp như hexan thì ngược lại [23,24].

Hình 1.2. Chỉ số Kauri-butanol của một số chất
Phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa trị số Kauri-butanol và tham số hòa tan
Hidelbrand :
[12]

∂ = 0, 04 KB + 14, 2

Trong đó:

∂

: Tham số hòa tan Hildelbrand

KB : Trị số Kauri-Butanol.
Học viên: Nguyễn Thị Liễu

13

Lớp: KTHHCH09

Luận văn thạc sĩ
1.1.5.4. Khả năng phân hủy sinh học của sản phẩm.
Các thử nghiệm đánh giá khả năng phân hủy sinh học đơn giản được thực hiện
dựa trên việc đo sự giảm COD hoặc đo sự giải phóng CO2 hoặc sự tiêu thụ O2.
Theo qui định 67/548/ CEE một chất được xem là dễ phân hủy sinh học nếu
trong thử nghiệm đánh giá khả năng phân hủy sinh học tiến hành trong 28 ngày chất đó
đạt được các mức độ phân hủy sau đây sau 10 ngày thử nghiệm:
70% phân hủy đối với thử nghiệm dựa trên có sở đo COD.
60% phân hủy dựa trên cơ sở đo mức tiêu thụ O2 hoặc giải phóng CO2.
1.1.5.5. Đánh giá điểm chớp cháy cốc kín.
Điểm chớp cháy được định nghĩa là “nhiệt độ thấp nhất mà tại đó khi nhiên liệu
được đốt nóng, hơi nhiên liệu sẽ thoát ra tạo với không khí xung quanh một hỗn hợp
mà nếu đưa ngọn lửa đến gần, chúng sẽ bùng cháy rồi phụt tắt như một tia chớp”.
Trong trường hợp của dung môi sinh học, thí nghiệm này được dùng để xác định lượng
ancol còn lại trong metyl este.
Điểm chớp cháy đặc trưng của metyl este tinh khiết thường cao hơn 2000C và
người ta xếp chúng vào nhóm chất không bắt cháy. Tuy nhiên trong quá trình sản xuất
và tinh chế metyl este, không phải tất cả metanol đều được loại khỏi sản phẩm cho nên
dung môi có thể sẽ dễ bắt cháy và nguy hiểm hơn khi thao tác và bảo quản nếu điểm
chớp cháy cốc kín thấp [1,4,6].
1.1.5.6. Tính ăn mòn tấm đồng.
Thử nghiệm ăn mòn tấm đồng được sử dụng để xác định khả năng ăn mòn của dung
môi. Thử nghiệm này nhằm đánh giá sự có mặt của axit trong dung môi sinh học.
1.1.5.7. Tỷ trọng.
Tỷ trọng là tỷ số giữa trọng lượng riêng của một vật ở một nhiệt độ nhất định và
trọng lượng riêng của một vật khác được chọn là chuẩn, xác định ở cùng vị trí. Đối với
các loại sản phẩm dầu lỏng đều được lấy nước cất ở nhiệt độ 40C và áp suất 760 mmHg
làm chuẩn.

Có ba phương pháp xác định tỷ trọng là:

Học viên: Nguyễn Thị Liễu

14

Lớp: KTHHCH09


Luận văn thạc sĩ
+ Dùng phù kế.
+ Dùng cân thủy tĩnh.
+ Dùng picnomet.
Phương pháp dùng picnomet là phương pháp phổ biến nhất, dùng cho bất kể loại
chất lỏng nào. Phương pháp này dựa trên sự so sánh trọng lượng của mỡ với nước cất
trong cùng một thể tích và nhiệt độ. Phương pháp dùng phù kế thì không chính xác
bằng phương pháp picnomet nhưng nhanh hơn [1,4,6].
1.1.6. Độc tính, nguy cơ của dung môi và vấn đề thay thế dung môi khoáng.
Ngày nay, người ta lại càng đặc biệt chú ý tới những nguy hiểm liên quan tới việc
sử dụng dung môi và có khuynh hướng thay thế những loại dung môi mang nhiều nguy
cơ, được sử dụng trong thời gian dài vì những lí do lịch sử, bằng những dung môi ít
nguy hại hơn. Ví dụ, benzen, một dung môi có nhiều công dụng nhưng là chất gây ung
thư được thay thế bằng những dung môi ít độc hơn (như toluen hay xylen).
Dung môi có tác động khác nhau tới con người, cây cối. Ảnh hưởng của nó phụ
thuộc vào lượng dung môi và thời gian tiếp xúc. Trong một thời gian tiếp xúc ngắn,
một lượng lớn dung môi có thể ảnh hưởng ngay lập tức. Tuy nhiên, nếu hấp thụ một
lượng nhỏ dung môi nhưng trong thời gian dài có thể gây ra ảnh hưởng mãn tính. [9].
Hơi dung môi sau khi hít phải sẽ đi vào phổi, vào mạch máu rồi tích tụ lại ở những
nơi có hàm lượng lipit cao như dây thần kinh, não, tủy xương, mô mỡ, gan, thận.
Những tế bào này bị tổn hại vì chính những dung môi đó hoặc sản phẩm phân hủy của

dung môi đó. Triệu chứng của nhiễm độc dung môi tức thời là đau đầu, hoa mắt, buồn
ngủ, mất ý thức. Nhiễm độc mãn tính khó phát hiện hơn nhiễm độc tức thời.
Những tác hại tới da của dung môi thường gặp ở những dung môi có tính axit hoặc
tính bazơ mạnh. Tác động của dung môi tới da có hai trường hợp:
+ Dung môi hòa tan lớp chất béo tự nhiên làm cho da bị nứt tạo điều kiện cho vi
sinh vật và những bụi bẩn thâm nhập vào da dễ dàng hơn.
+ Dung môi có thể tác động trực tiếp dẫn đến cháy và bỏng.

Học viên: Nguyễn Thị Liễu

15

Lớp: KTHHCH09


Luận văn thạc sĩ
Các nghiên cứu cho thấy, một số dung môi có khả năng gây ung thư, biến đổi gen,
ảnh hưởng đến sinh sản (nhiễm độc bào thai).
Nguy cơ khác của dung môi là khả năng cháy nổ khi hơi dung môi tạo ra dạng cháy
nổ hoặc tạo hỗn hợp gây nổ với không khí. Dung môi có nhiệt độ tự cháy nổ thường
trên 200oC.
1.2. SO SÁNH DUNG MÔI CÓ NGUỒN GỐC DẦU MỎ VÀ DUNG MÔI SINH
HỌC.
1.2.1. Dung môi có nguồn gốc dầu mỏ.
Dung môi có nguồn gốc dầu mỏ được ứng dụng chủ yếu và rộng rãi trong công
nghiệp. Nó chiếm tới hơn 90% sản lượng dung môi trên toàn thế giới. Dung môi có
nguồn gốc dầu mỏ được phân thành các loại sau:
• Dung môi dầu mỏ.
• Ete dầu mỏ.
• Nhóm xăng dung môi gồm có: xăng dung môi dùng cho công nghiệp cao su,

xăng dung môi dùng cho công nghiệp sơn và xăng dung môi dùng trong các mục đích
kỹ thuật. [2,16,21].
1.2.1.1. Ete dầu mỏ.
Ete dầu mỏ là hỗn hợp của các loại hydrocacbua dãy metan và được chế tạo từ các
sản phẩm chưng cất trực tiếp, sản phẩm alkyl hóa và các sản phẩm tổng hợp.
Bảng 1.4. Đặc trưng kỹ thuật của các loại Ete dầu mỏ (ΓOCT.11992)
Các chỉ tiêu kỹ thuật
1. Khối lượng riêng ở 200C, g/cm2
2. Nhiệt độ cất

Loại 40-70
max

Loại 70-100

0,650

0,695

-10%, 0C

min

36

70

- 95%

min

70

100

Không có

Không có

3. Các hydrocacbon chưa bão hòa, thơm, S, H2O, tạp cơ
học

Học viên: Nguyễn Thị Liễu

16

Lớp: KTHHCH09