Luận án Tiến sĩ: Mô hình hóa quá trình tổng hợp lignosufonat từ dịch đen nấu bột giấy sulfat làm phụ gia xây dựng

LỜI CAM ĐOAN<br /> Tôi xin cam đoan đây là công trình của riêng tôi dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS<br /> Trần Trung Kiên và GS. TS Phạm Văn Thiêm. Các kết quả nêu trên trong luận án là trung<br /> thực và chƣa từng công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.<br /> TM. Tập thể hướng dẫn<br /> <br /> Tác giả luận án<br /> <br /> PGS.TS Trần Trung Kiên<br /> <br /> Nguyễn Trường Giang<br /> <br /> LỜI CẢM ƠN<br /> Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Trung Kiên,<br /> GS.TS Phạm Văn Thiêm và các Thầy cô trong bộ môn Quá trình và Thiết bị Công nghệ<br /> Hóa học – Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội. Công ty Cổ phần Công nghệ vật liệu và<br /> Thiết bị Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi, đóng góp nhiều ý kiến xuyên suốt<br /> trong quá trình thực hiện các nghiên cứu của luận án<br /> Tôi cũng xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp thuộc bộ môn Hóa học – Khoa Vật liệu<br /> xây dựng – Trƣờng Đại học Xây dựng, đã giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu của luận<br /> án.<br /> Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới ngƣời thân trong gia đình cùng bạn bè đã<br /> luôn động viên tôi vƣợt qua mọi khó khăn hoàn thành luận án.<br /> <br /> Hà Nội, tháng 09 năm 2017<br /> Nghiên cứu sinh<br /> <br /> Nguyễn Trƣờng Giang<br /> <br /> MỤC LỤC<br /> LỜI CAM ĐOAN<br /> LỜI CẢM ƠN<br /> DANH MỤC HÌNH<br /> DANH MỤC BẢNG<br /> DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU<br /> CÁC CHỮ VIẾT TẮT<br /> MỞ ĐẦU<br /> CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................................. 4<br /> 1.1. Dịch đen từ nhà máy sản xuất giấy ............................................................................. 4<br /> 1.1.1. Các đặc tính vật lý ................................................................................................ 4<br /> 1.1.2. Các đặc tính hóa học ............................................................................................ 4<br /> 1.2. Lignin .......................................................................................................................... 6<br /> 1.2.1. Giới thiệu.............................................................................................................. 6<br /> 1.2.2. Cấu trúc phân tử lignin ......................................................................................... 6<br /> 1.2.3. Các nhóm chức trong lignin ................................................................................. 9<br /> 1.2.4. Lignin trong công nghiệp giấy ............................................................................. 9<br /> 1.2.5. Tính chất của lignin kraft ................................................................................... 10<br /> 1.2.6. Các phƣơng pháp tách lignin từ dịch đen . ......................................................... 11<br /> 1.2.7. Ứng dụng của lignin ........................................................................................... 13<br /> 1.2.8. Biến đổi lignin .................................................................................................... 13<br /> 1.3. Lignosulfonat ............................................................................................................ 14<br /> 1.3.1. Giới thiệu ............................................................................................................ 14<br /> 1.3.2. Cấu trúc phân tử lignosulfonat ........................................................................... 14<br /> 1.3.3. Tính chất của lignosulfonat ................................................................................ 15<br /> 1.3.3.1. Tính chất hoạt động bề mặt của lignosulfonat ................................................ 15<br /> 1.3.4. Các phƣơng pháp tổng hợp lignosulfonat .......................................................... 16<br /> 1.3.5. Tổng quan các nghiên cứu tổng hợp lignosulfonat từ lignin kiềm .................... 20<br /> 1.4. Nghiên cứu động học quá trình tổng hợp lignosulfonat ........................................... 21<br /> 1.4.1. Động hóa học và các thông số động học phản ứng ............................................ 21<br /> 1.4.2. Tình hình nghiên cứu động học quá trình tổng hợp lignosulfonat ..................... 23<br /> 1.4.3. Kỹ thuật phân tích nhiệt lƣợng vi sai quét (DSC) trong phân tích động học ..... 24<br /> <br /> 1.4.4. Phƣơng pháp động học đẳng nhiệt ..................................................................... 25<br /> 1.4.5. Một số nghiên cứu về động học quá trình phản ứng sử dụng phƣơng pháp DSC<br /> đẳng nhiệt ..................................................................................................................... 26<br /> 1.5. Ứng dụng của lignosulfonat làm chất trợ nghiền trong xi măng .............................. 27<br /> 1.5.1. Ứng dụng của lignosulfonat ............................................................................... 27<br /> 1.5.2. Một số phụ gia trong xây dựng ......................................................................... 29<br /> 1.5.3. Phụ gia giảm nƣớc .............................................................................................. 31<br /> 1.5.3.1. Chế tạo phụ gia giảm nƣớc.............................................................................. 31<br /> 1.5.3.2. Cơ chế giảm nƣớc ........................................................................................... 31<br /> 1.5.3.3. Ảnh hƣởng của phụ gia đến tính chất hỗn hợp bê tông................................... 32<br /> CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................... 35<br /> 2.1. Vật liệu, hóa chất và dụng cụ ................................................................................... 35<br /> 2.1.1. Vật liệu ............................................................................................................... 35<br /> 2.1.2. Hóa chất.............................................................................................................. 35<br /> 2.1.3. dụng cụ và thiết bị .............................................................................................. 35<br /> 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................................... 36<br /> 2.2.1. Tách lignin từ dịch đen nhà máy giấy ................................................................ 36<br /> 2.2.2. Tối ƣu hóa quá trình tách lignin ........................................................................ 37<br /> 2.2.3. Tổng hợp lignosulfonat theo phƣơng pháp metylsulfo hóa ............................... 41<br /> 2.2.4. Phƣơng pháp nhiệt quét vi sai (DSC) ................................................................. 41<br /> 2.3. Các phƣơng pháp phân tích ...................................................................................... 44<br /> 2.3.1. Xác định các thông số trong dịch đen ................................................................ 44<br /> 2.3.2. Xác định hàm lƣợng lignin ................................................................................. 45<br /> 2.3.3. Xác định sức căng bề mặt dung dịch lignosulfonat ........................................... 45<br /> 2.3.4. Xác định độ sulfo hóa và phổ hồng ngoại .......................................................... 46<br /> 2.3.5. Phƣơng pháp phân tích nguyên liệu, sản phẩm và đánh giá hiệu quả của chất trợ<br /> nghiền ........................................................................................................................... 46<br /> CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................................... 50<br /> 3.1. Tách lignin từ dịch đen ............................................................................................. 50<br /> 3.1.1. Các tính chất hóa lý của dịch đen ....................................................................... 50<br /> 3.1.2. Điều kiện tối ƣu tách lignin từ dịch đen ............................................................. 51<br /> 3.1.2.1. Xác định thông số các biến công nghệ ............................................................ 51<br /> 3.1.2.2. Kế hoạch bậc hai hỗn hợp trực giao Box – Wilson......................................... 56<br /> 3.1.2.3. Tối ƣu hàm mục tiêu ....................................................................................... 59<br /> <br /> 3.1.3. Phổ hồng ngoại (FT-IR) của lignin .................................................................... 60<br /> 3.2. Tổng hợp lignosulfonat bằng phƣơng pháp metylsulfo ............................................ 62<br /> 3.2.1. Ảnh hƣởng của các yếu tố tới phản ứng tổng hợp lignosulfonat ....................... 62<br /> 3.2.1.3. Ảnh hƣởng của thời gian phản ứng ................................................................. 64<br /> 3.2.2. Các tính chất của lignosulfonat tổng hợp từ phản ứng một giai đoạn ................ 65<br /> 3.2.3. Đánh giá kết quả tổng hợp lignosulfonat ........................................................... 67<br /> 3.3. Mô hình hóa quá trình tổng hợp lignosulfonat bằng phƣơng pháp metylsulfo hóa .. 69<br /> 3.3.1. Độ tan của lignin tại các pH khác nhau .............................................................. 69<br /> 3.3.2. Sự thay đổi pH của phản ứng tạo tác nhân ......................................................... 70<br /> 3.4. Xác định các thông số động học của phản ứng tổng hợp lignosulfonat theo quy trình<br /> hai giai đoạn ..................................................................................................................... 75<br /> 3.4.1. Các phép đo DSC ............................................................................................... 76<br /> 3.4.2. Xác định các thông số động học......................................................................... 78<br /> 3.4.3. Mô hình hóa phản ứng tổng hợp lignosulfonat hai giai đoạn trong thiết bị khuấy<br /> lý tƣởng làm việc gián đoạn đẳng nhiệt ....................................................................... 81<br /> 3.4.4. Kiểm chứng lại mô hình bằng thực nghiệm ....................................................... 82<br /> 3.5. Đề xuất quy trình tổng hợp lignosulfonat theo phƣơng pháp metylsulfo hóa cải tiến<br /> ......................................................................................................................................... 85<br /> 3.6. Đánh giá so sánh hai quá trình tổng hợp LS ............................................................. 86<br /> 3.6.1. Tính chất vật lý của lignosulfonat đƣợc tổng hợp theo phản ứng hai giai đoạn 86<br /> 3.6.2. Phổ hồng ngoại của lignosulfonat tổng hợp theo hai quy trình.......................... 86<br /> 3.6.3. Độ sulfo hóa của sản phẩm lignosulfonat tổng hợp theo quy trình hai giai đoạn<br /> ...................................................................................................................................... 88<br /> 3.6.4. Hiệu suất quá trình tổng hợp lignosulfonat ........................................................ 88<br /> 3.7. Ứng dụng LS cho sản xuất phụ gia trợ nghiền xi măng ........................................... 89<br /> 3.7.1. Hiệu quả trợ nghiền phụ gia trợ nghiền tăng mác .............................................. 90<br /> 3.7.2. Ảnh hƣởng của phụ gia trợ nghiền tăng mác đến tính chất hóa lý khác của xi<br /> măng ............................................................................................................................. 92<br /> KẾT LUẬN ......................................................................................................................... 94<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 95<br /> <br />