Luận văn: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

Chia sẻ: Nhung Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

106
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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 loạiNghiên 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

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn: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

1 2 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: PGS.TS. Lê T H i PH M TH THÙY TRANG Ph n bi n 1: GS.TS. Đào Hùng Cư ng NGHIÊN C U BÁN T NG H P CACBOXYL Ph n bi n 2: PGS.TS. Tr n Th Vân Thi METHYL CELLULOSE (CMC) HÒA TAN T CELLULOSE THÂN TRE VÀ NG D NG LÀM CH T C CH ĂN MÒN KIM LO I Lu n văn ñư c b o v trư c H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p th c sĩ khoa h c h p t i Đà N ng vào ngày 31 tháng 12 năm 2011. Chuyên ngành: Hóa h u cơ Mã s : 60 44 27 Có th tìm hi u lu n văn t i: TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ KHOA H C - Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng - Thư vi n trư ng Đ i h c Sư ph m, Đ i h c Đà N ng Đà N ng – Năm 2011
3 4 M Đ U t ng h p cacboxyl methyl cellulose (CMC) hòa tan t cellulose thân tre và ng d ng làm ch t c ch ăn mòn kim lo i” ñ nghiên 1. LÍ DO CH N Đ TÀI c u kh năng bán t ng h p CMC t cellulose tách t thân tre và kh T lâu, con ngư i ñã bi t s d ng tre ñ làm nhà, làm ñũa, năng c ch ăn mòn kim lo i c a CMC. làm máng nư c, v t d ng nông nghi p. Tre non làm th c ăn, tre khô 2. M C TIÊU NGHIÊN C U làm c i ñun, … Ngày nay, tre còn ñư c dùng làm nguyên li u s n - Tách cellulose t thân tre. xu t gi y và thu c ch a các b nh hen suy n, ho và thu c ch a b nh - T ng h p cacboxyl methyl cellulose t cellulose tách t v ñư ng sinh d c. Tre có tên khoa h c là Bambusa Arundinacea, có thân tre và natri cloaxetat. m t nhi u nơi trên th gi i và kh p các làng quê Vi t Nam. - Nghiên c u tính ch t c ch ăn mòn kim lo i c a cacboxyl Trong công nghi p tre dùng ñ s n xu t b t gi y (b t cellulose) vì có methyl cellulose t ng h p ñư c. nhi u ưu ñi m như phát tri n nhanh, tiêu t n ít hóa ch t. 3. Đ I TƯ NG VÀ PH M VI NGHIÊN C U T b t cellulose, có th s n xu t gi y ho c làm nguyên li u 3.1. Đ i tư ng: Tre xanh ñ t ng h p nhi u lo i s n ph m khác, trong ñó có cacboxyl methyl 3.2. Ph m vi nghiên c u: Quy mô phòng thí nghi m. cellulose (CMC). 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U Cacboxyl methyl cellulose là ch t ñư c t ng h p t 4.1. Nghiên c u lý thuy t alcalicellulose và natri cloaxetat, có nhi u ng d ng th c t : làm ch t - Phân tích và t ng h p lý thuy t: nghiên c u cơ s khoa h c ph gia trong công nghi p t y r a, b o v bùn dùng trong khoang m c a ñ tài. d u khí, làm tăng ñ d o cho ñ t sét, làm ch t trao ñ i ion, … - Nghiên c u giáo trình và tài li u tham kh o có liên quan Ăn mòn kim lo i là hi n tư ng phá h y v t li u kim lo i do ñ n ñ tài. tác d ng hóa h c ho c tác d ng ñi n hóa c a kim lo i v i môi trư ng - Trao ñ i v i giáo viên hư ng d n. bên ngoài. Ch ng ăn mòn kim lo i là v n ñ c p bách v m t công - Dùng toán h c th ng kê ñ x lý k t qu . ngh . Có nhi u phương pháp ñ ch ng ăn mòn kim lo i, trong ñó có 4.2. Nghiên c u th c nghi m vi c s d ng các ch t c ch ăn mòn. Hi n nay, các nhà khoa h c - Tách cellulose t thân tre. ñang quan tâm ñ n vi c s d ng các ch t c ch xanh, s ch, thân - Bán t ng h p cacboxyl methyl cellulose (CMC). thi n v i môi trư ng. - Xác ñ nh c u trúc c a CMC b ng CMC ñã ñư c nghiên c u và ng d ng trong nhi u lĩnh v c, + Xác ñ nh m c ñ th DS. tuy nhiên chúng tôi chưa tìm th y tài li u v kh năng c ch ăn mòn + Phương pháp phân tích ph h ng ngo i (IR). kim lo i c a CMC. Do v y, chúng tôi ch n ñ tài: “Nghiên c u bán
5 6 - Kh năng c ch ăn mòn kim lo i c a CMC b ng phương pháp ñi n hóa. CHƯƠNG 1 5. Ý NGHĨA KHOA H C VÀ TH C TI N T NG QUAN LÝ THUY T 5.1. Ý nghĩa khoa h c Chương 1 gi i thi u t ng quan v : - Nghiên c u t ng h p cacboxyl methyl cellulose t thân tre. - Thành ph n hóa h c c a g , bao g m: c u trúc và tính ch t - Nghiên c u kh năng c ch ăn mòn c a cacboxyl methyl hóa h c c a hydratcacbon, lignin, các ch t trích ly, ch t vô cơ. cellulose. - T ng quan v tre xanh: + phân lo i khoa h c, 5.2. Ý nghĩa th c ti n + ñ c ñi m sinh thái, K t qu nghiên c u c a ñ tài góp ph n cung c p tư li u cho + thu ho ch và l c nh a, nh ng nghiên c u v kh năng c ch ăn mòn kim lo i c a các ch t + thành ph n hóa h c c a tre xanh. - Đ i cương v cacboxyl methyl cellulose, g m: c ch xanh thân thi n v i môi trư ng nư c ta hi n nay. + khái ni m, 6. C U TRÚC LU N VĂN + phương pháp t ng h p, M ñ u + tính ch t c a CMC, + ng d ng c a CMC. Chương 1: T ng quan lý thuy t - Phương pháp tách cellulose: Chương 2: Nh ng nghiên c u th c nghi m + các phương pháp tách cellulose, Chương 3: K t qu và th o lu n + các ph n ng c a hydratcacbon và lignin trong môi trư ng ki m, K t lu n + các ph n ng c a hydratcacbon và lignin trong quá trình n u b t sunfat. - Lý thuy t v ăn mòn và b o v kim lo i: + ăn mòn kim lo i, + các phương pháp b o v kim lo i.
7 8 CHƯƠNG 2 CHƯƠNG 3 NH NG NGHIÊN C U TH C NGHI M K T QU VÀ TH O LU N Nh ng nghiên c u th c nghi m ñư c ti n hành theo quy trình sau: 3.1. NGHIÊN C U NH HƯ NG C A CÁC Y U T Đ N QUÁ TRÌNH TÁCH CELLULOSE THÂN TRE Tre khô Kh o sát nh 3.1.1. Nghiên c u nh hư ng c a các y u t ñ n quá trình n u hư ng c a kích tre theo phương pháp sunfat (phương pháp Kraft) thư c tre, th i gian n u, t l Dăm g Quá trình tách cellulose thân tre ñư c th c hi n theo phương NaOH/Na2S X lý hóa b ng p2 sunfat (Kraft) pháp sunfat. Cho vào bình c u 10 g tre khô. Dung d ch n u ch a NaOH B t Cell thô (còn lignin) và Na2S, kh i lư ng h n h p ñư c tính toán ñ ñ m b o lư ng ki m T y tr ng là 16 % (tính theo Na2O so v i tre). Đ d ch n u ng p tre ( ng v i t B t Cell tr ng (cellulose) Phân tích Cell b ng IR l lư ng d ch n u/ lư ng tre s d ng là 3/1). Đun bình c u trên b p ñi n, gia nhi t, sau ñó gi nhi t ñ n ñ nh nhi t ñ sôi (1550C). Kh o sát nh Ki m hóa b ng dung d ch NaOH hư ng c a n ng ñ Các y u t ñư c kh o sát là: Alcalicellulose - Th i gian n u: Z1 = 3 gi ÷ 4 gi . NaOH, th i gian ki m hóa, t l ClCH2COONa - Kích thư c dăm tre: Z2 = 1 cm ÷ 3 cm. ClCH2COONa/cell, th i gian cacboxyl - T l kh i lư ng NaOH/Na2S: Z3 = 2 ÷ 4. Cacboxylmethyl cellulose (CMC) kĩ thu t metyl hóa Mã hóa các bi n theo công th c: Làm s ch Cacboxylmethyl cellulose (CMC) Xác ñ nh m c ñ th (3.1) Phân tích CMC b ng IR Trong ñó: (3.2) Nghiên c u kh năng c ch ăn mòn kim lo i c a CMC (3.3) , là m c trên và m c dư i c a y u t nh hư ng th j.
9 10 Đánh giá quá trình tách cellulose d a vào lư ng lignin còn Trong ñó: l i trong b t tre sau khi n u. Lư ng lignin ñư c ñánh giá qua ch s x1, x2, x3 l n lư c là các bi n mã hóa th i gian n u tre, kích kappa (Test TAPPI T263). thư c tre, t l kh i lư ng NaOH/Na2S. Chúng tôi ti n hành xác ñ nh V’ là th tích (ml) dung d ch KMnO4 0,1N ph n ng v i 0,1 gam b t sau khi n u. bj = ; j= (3.5) Do v y, hàm m c tiêu ñư c ch n là = th tích dung d ch KMnO4 0,1N (ml) ph n ng v i 0,1 gam b t sau khi n u. K ho ch ti n hành thí nghi m (ma tr n k ho ch) cho trong bju = ; j,u = ;j≠u (3.6) k 3 b ng 3.1 N = 2 = 2 = 8 (s thí nghi m) B ng 3.1. K ho ch ti n hành thí nghi m và k t qu xác ñ nh th tích Như v y, ta có: dung d ch KMnO4 0,1N ph n ng v i 0,1 gam b t tre sau khi n u. S Bi n th c Bi n mã Hàm m c tiêu b0 = = (2,68 + 2,33 + 3,28 + 3,25 + 3,47 + 3,30 + 3,48 TT Z1 Z2 Z3 x1 x2 x3 y + 3,7) = 3,19 1 3 1 2 -1 -1 -1 2,68 2 4 1 2 +1 -1 -1 2,33 3 3 1 4 -1 -1 +1 3,28 b1 = = (-2,68 + 2,33 - 3,28 + 3,25 - 3,47 + 3,30 - 3,48 + 4 4 1 4 +1 -1 +1 3,25 3,7) = -0,04 5 3 3 2 -1 +1 -1 3,44 Tương t nh n ñư c: b2 = 0,3; b3 = 0,24 6 4 3 2 +1 +1 -1 3,30 7 3 3 4 -1 +1 +1 3,48 b12 = = (2,68 – 2,33 + 3,28 – 3,25 – 3,44 + 3,3 – 8 4 3 4 +1 +1 +1 3,70 3,48 + 3,7)= 0,05 Mô hình th ng kê bi u di n lư ng lignin còn l i trong b t tre Tương t ta có: b13 = 0,09; b23 = -0,14; b123 = 0,009 sau khi n u và các bi n mã hóa có d ng: Đ l ch chu n c a các h s b có chung 1 giá tr : = b0 + + + … + b1,2,…kx1x2…xk Sbj = V i k = 3 (s y u t ñ c l p), ta có: (3.7) = b0 + b1x1 + b2x2 + b3x3 + b12x1x2 + b13x1x3 + b23x2x3 + Giá tr phương sai l p tính theo công th c: b123x1x2x3 (3.4)
11 12 Đi u ki n ñ b có nghĩa là: tb > f0,05; 2 = 4,30. V y các h s b có nghĩa là: b0 = 3,19; b2 = 0,3; b3 = 0,24; b13 = 0,09; (3.8) b23 = -0,14 Trong ñó: m – s thí nghi m l p l i tâm k ho ch Sau khi lo i b các h s b không có nghĩa thì phương trình h i quy - giá tr thí nghi m th a t i tâm k ho ch có d ng: – giá tr trung bình c a các thí nghi m l p l i = 3,19 + 0,3x2 + 0,24x3 + 0,09x1x3 – 0,14x2x3 (3.10) tâm k ho ch = (3.9) Ki m tra tính tương h p c a mô hình: Ti n hành thí nghi m tâm, chúng tôi thu ñư c các giá tr cho Đ ki m tra tính tương h p c a mô hình, ta c n tính giá tr t i các b ng 3.2. ñi m thí nghi m theo phương trình h i quy: B ng 3.2. K t qu thí nghi m tâm = 3,19 + 0,3.(-1) + 0,24.(-1) + 0,09.(-1).(-1) – 0,14.(-1).(-1) = A Z1 Z2 Z3 Hàm m c tiêu 2,60 1 3,5 2 3 = 2,65 Tương t , ta thu ñư c: = 2,42; = 3,18; = 3,36; = 3,48; 2 3,5 2 3 = 2,6 = 3,30; = 3,50; = 3,68 3 3,5 2 3 = 2,7 Phương sai dư: Như v y, ta tính ñư c: = (2,65 + 2,6 + 2,7) = 2,65 = (3.11) (l là s các h s có nghĩa trong phương trình h i quy) = [(2,65 – 2,65)2 + (2,6 – 2,65)2 + (2,7 – 2,65)2] = 2,5.10-3 = [(2,68 – 2,60)2 + (2,33 – 2,42)2 + (3,28 – 3,18)2 + (3,25 – 3,36) + (3,47 – 3,48)2 + (3,3 – 3,30)2 + (3,48 – 3,50)2 + (3,7 – 2 Sb = = = = 0,0177 3,68)2] = 0,0125 Đ ñánh giá tính có nghĩa c a các h s b, c n xác ñ nh giá tr c a Chu n s Fisher ñư c tính theo công th c: chu n s Student cho chúng: F= = =5 t0 = = = 180,226 Giá tr tra b ng c a chu n s Fisher khi m c có nghĩa p = 0,05; f1 = Tương t , tính ñư c: t1 = 2,260; t2 = 16,949; t3 = 13,559; N - l = 8 – 5 = 3 và f2 = 2 là: = 19,2; nghĩa là: F < t12 = 2,825; t13 = 5,085; t23 = 7,910; t123 = 0,508 Như v y mô hình (3.10) tương h p v i b c tranh th c nghi m. V i m c có nghĩa p = 0,05, b c t do l p f2 = 3 -1 = 2, tra b ng Giá T i ưu hóa mô hình tr c a chu n s Student ta có: f0,05; 2 = 4,30
13 14 Đ ñánh giá nh hư ng c a các bi n th c, ta chuy n phương trình 3.1.2. T y tr ng b t cellulose thô (3.10) v phương trình v i các bi n th c. Chúng tôi ti n hành t y tr ng b t cellulose thô theo quy trình Theo công th c (3.1), (3.2), (3.3) ta có: CEHP ñã trình bày chương 2 và thu ñư c b t cellulose tr ng. x1 = = x2 = = = Z2 - 2 x3 = = = Z3 - 3 Thay x1, x2, x3 vào phương trình (3.10) ta ñư c: Hình 3.2. Cellulose thân tre = 2,92 – 0,54Z1+ 0,72Z2 – 0,11Z3 + 0,18Z1Z3 – 0,14Z2Z3 (3.12) 3.1.3. Phân tích s n ph m cellulose thân tre b ng phương pháp Đ tìm giá tr c c ti u c a hàm (3.12) ta vi t chương trình phân tích ph h ng ngo i (IR) b ng ngôn ng Matlap và gi i trong ph n m m ng d ng Matlap 5.3, S n ph m cellulose thân tre ñư c phân tích b ng phương k t qu tính cho giá tr t i ưu c a hàm m c tiêu là 2,42 (ml), khi ñó pháp ph h ng ngo i t i phòng thí nghi m hóa phân tích c a trư ng giá tr c a các thông s : th i gian n u = 4 gi ; kích thư c tre = 1cm; Đ i h c Sư ph m Đà N ng. t l NaOH/Na2S = 2. K t qu phân tích cellulose thân tre b ng ph h ng ngo i ñư c trình Như v y, khi n u tre b ng phương pháp sunfat v i th i bày trong hình 3.3, 3.4 và b ng 3.3. gian n u 4 gi , kích thư c tre 1 cm, t l NaOH/Na2S = 2 thì hàm lư ng lignin còn l i trong tre là th p nh t v i ch s Kappa là 2,42x10 = 24,2. Các y u t t i ưu ñư c s d ng ñ n u tre theo phương pháp sunfat. Sau khi n u theo phương pháp sunfat, ta thu ñư c cellulose thân tre thô (còn lignin). Hình 3.1. Cellulose thân tre thô (còn lignin)
15 16 T n s (cm-1) Lo i dao ñ ng T n s (cm-1) Lo i dao ñ ng 3903,57 -OH t do (ht) 1160,09 C-H (bd) 3175,17 -OH liên k t (ht) 1059,02 C-O-C (ht) 2329,65 899,78 dao ñ ng vòng no 2125,30 794,57 C-H (bd) 1636,83 583,90 C-H (bd) 1409,13 C-O (ht) D a vào k t qu phân tích b ng ph h ng ngo i, ta th y cellulose tách t thân tre phù h p v i α-cellulose ñã ñư c công b . Cellulose thân tre ñư c dùng làm nguyên li u ñ bán t ng h p CMC. 3.2. NGHIÊN C U NH HƯ NG C A CÁC Y U T Đ N QUÁ Hình 3.3. Ph h ng ngo i c a cellulose thân tre TRÌNH BÁN T NG H P CMC T CELLULOSE THÂN TRE 3.2.1. nh hư ng c a n ng ñ NaOH ñ n m c ñ th c a CMC Giai ño n 1(Ki m hóa cellululose): 5 g cellulose ñư c cho vào m t bình c u dung tích 250 ml. Thêm vào ñó 100 ml isopropanol. Thêm ti p 20 ml dung d ch NaOH (C1, C2, C3, C4, C5) vào và kh y h n h p 300C trong 1 gi . Giai ño n 2 (Cacboxyl methyl hóa): Cho ti p 7,2 g natri cloaxetat vào h n h p trên. Bình c u ch a h n h p ph n ng ñư c ñ t trong b p cách th y, làm nóng ñ n 500C và l c trong 2 gi . Bùn sau ñó ñư c ngâm trong metanol qua ñêm. Ngày hôm sau, bùn ñư c axit hóa b ng axit axetic 90% cho ñ n khi ñ t ñ pH t 6 – 8, sau ñó ñư c l c. CMC ñư c r a v i etanol 70% trong 5 l n ñ Hình 3.4. Ph h ng ngo i c a cellulose thân tre so sánh v i cellulose lo i b s n ph m ph không mong mu n. Sau ñó CMC ñư c l c và chu n trong thư vi n ph s y khô 600C. B ng 3.3. T n s và lo i dao ñ ng trong ph h ng ngo i c a K t qu xác ñ nh m c ñ th c a các s n ph m CMC ñư c cellulose thân tre trình bày trong b ng 3.4.
17 18 B ng 3.4. nh hư ng c a n ng ñ NaOH ñ n m c ñ th 2 2 gi 2,80 0,661 c a CMC 3 3 gi 2,80 0,661 STT N ng ñ dd NaOH D (ml) DS 4 4 gi 2,85 0,643 1 15% 2,75 0,680 5 5 gi 2,95 0,606 2 17,5% 2,70 0,699 T k t qu thu ñư c b ng 3.5, ta th y ki m hóa cellulose 3 20% 2,83 0,650 trong 1 gi thì m c ñ th CMC là cao nh t. 4 30% 2,80 0,661 Khi ti n hành thí nghi m, chúng tôi nh n th y v i th i gian 5 40% 2,80 0,661 ki m hóa dư i 1 gi thì chưa t o ñư c h n h p ñ ng nh t. Th i gian T k t qu thu ñư c b ng 3.4, ta th y ki m hóa cellulose ki m hóa càng lâu thì kh năng ph n ng oxi hóa và th y phân c a b ng dung d ch NaOH 17,5% thì m c ñ th CMC là cao nh t. cellulose trong môi trư ng ki m càng l n. Các ph n ng này x y ra ñã Có th gi i thích như sau: n ng ñ NaOH b ng 17,5% kh h n ch kh năng th nhóm cacboxyl methyl vào v trí nguyên t Hidro năng h p ph NaOH lên cellulose là t t nh t, nh v y giai ño n trong nhóm hidroxyl (-OH), d n ñ n m c ñ th c a CMC không cao. cacboxyl methyl hóa x y ra d dàng hơn và t o s n ph m CMC có 3.2.3. nh hư ng c a t l mol ClCH2COONa/cellulose ñ n m c ñ m c ñ th cao. Khi n ng ñ NaOH càng tăng thì kh năng x y ra th c a CMC các ph n ng c a cellulose trong môi trư ng ki m (ph n ng oxi Ti n hành t ng h p CMC v i n ng ñ NaOH 17,5% và th i hóa, th y phân,…) càng tăng, các ph n ng này c nh tranh và làm gian ki m hóa t i ưu là 1 gi , ñ ng th i kh o sát nh hư ng c a t l gi m kh năng ki m hóa cellulose, do ñó m c ñ th CMC gi m. mol ClCH2COONa/cellulose ñ n m c ñ th c a CMC. 3.2.2. nh hư ng c a th i gian ki m hóa ñ n m c ñ th c a K t qu xác ñ nh m c ñ th c a các s n ph m CMC ñư c CMC trình bày trong b ng 3.6. S d ng n ng ñ NaOH t i ưu v a tìm ñư c (17,5%) ñ t ng B ng 3.6. nh hư ng c a t l mol ClCH2COONa/cellulose ñ n m c ñ h p CMC và kh o sát nh hư ng c a th i gian ki m hóa ñ n m c ñ th c a CMC th c a CMC. STT Kh i lư ng D (ml) DS K t qu xác ñ nh m c ñ th c a các s n ph m CMC ñư c ClCH2COONa (m) trình bày trong b ng 3.5. (T l mol B ng 3.5. nh hư ng c a th i gian ki m hóa ñ n m c ñ th c a CMC ClCH2COONa/cellulose) STT Th i gian ki m D (ml) DS 1 3,6 gam (1 : 1) 3,20 0,519 hóa (t1) 2 5,4 gam (1,5 : 1) 2,78 0,668 1 1 gi 2,70 0,699 3 7,2 gam (2 : 1) 2,70 0,699
19 20 4 9,0 gam (2,5 : 1) 2,85 0,643 Như v y, th i gian cacboxyl methyl hóa càng lâu thì kh 5 10,8 gam (3 : 1) 2,88 0,632 năng th càng l n. Nhưng, ti n hành bán t ng h p càng lâu thì càng T k t qu thu ñư c b ng 3.6, ta th y bán t ng h p CMC có kh năng cellulose và CMC b th y phân ho c phân h y thành v i t l mol ClCH2COONa/cellulose b ng 2:1 thì m c ñ th ch t khác, d n ñ n gi m m c ñ th CMC. CMC là cao nh t. Tóm l i: Như v y, t l ClCH2COONa/cellulose có nh hư ng ñ n Đi u ki n t i ưu cho quá trình bán t ng h p CMC t m c ñ th c a CMC. T l này càng tăng thì kh năng th nhóm cellulose thân tre là: ki m hóa v i dung d ch NaOH 17,5% trong cacboxyl methyl càng l n. Tuy nhiên, khi t l này l n hơn (2:1) thì 1 gi và cacboxyl methyl hóa v i t l mol kh năng cellulose b th y phân trong môi trư ng này càng tăng và ClCH2COONa/cellulose = 2 : 1 trong th i gian 2 gi . h n ch quá trình cacboxyl methyl hóa. V i ñi u ki n này thì thu ñư c CMC v i DS = 0,699. 3.2.4. nh hư ng c a th i gian cacboxyl hóa ñ n m c ñ th c a Chúng tôi s d ng ñi u ki n t i ưu cho quá trình bán t ng CMC h p CMC t cellulose thân tre ñ bán t ng h p CMC. S d ng các ñi u ki n t i ưu v a tìm ñư c:dung d ch NaOH 17,5%, th i gian ki m hóa là 1 gi , t l mol ClCH2COONa/cellulose là 2:1 ñ t ng h p CMC và kh o sát nh hư ng c a th i gian cacboxyl hóa ñ n m c ñ th c a CMC. K t qu xác ñ nh m c ñ th c a các s n ph m CMC ñư c trình bày trong b ng 3.7. B ng 3.7. nh hư ng c a th i gian cacboxyl hóa ñ n m c ñ th c a Hình 3.5. Cacboxyl methyl cellulose bán t ng h p t cellulose thân tre CMC 3.3. PHÂN TÍCH S N PH M CACBOXYL METHYL STT Th i gian cacboxyl D (ml) DS CELLULOSE hóa (t2) Chúng tôi ti n hành phân tích s n ph m cacboxyl methyl 1 1 gi 2,88 0,632 cellulose bán t ng h p ñư c có m c ñ th cao nh t là 0,699 b ng phương pháp ño ph h ng ngo i (IR) t i phòng thí nghi m phân tích 2 2 gi 2,70 0,699 c a Khoa Hóa, Đ i h c Sư ph m Đà N ng. 3 3 gi 2,80 0,661 K t qu phân tích ñư c trình bày trong hình 3.6 và b ng 3.8. 4 4 gi 2,80 0,661 T k t qu thu ñư c b ng 3.7, ta th y th i gian cacboxyl methyl hóa b ng 2 gi thì m c ñ th CMC là cao nh t.
21 22 3.4. KH O SÁT KH NĂNG C CH ĂN MÒN KIM LO I C A CACBOXYL METHYL CELULOSE 3.4.1. Đư ng cong phân c c c a thép trong dung d ch NaCl 3,5% khi không có ch t c ch 8 6 4 j (mA/cm^2) 2 0 -2 -4 -0.85 -0.8 -0.75 -0.7 -0.65 -0.6 -0.55 U(V) Hình 3.6. Ph h ng ngo i c a CMC bán t ng h p t cellulose thân tre Corr. Potential : -0.8213 vol, Pol. resistance : 16.1826 Ohm B ng 3.8. T n s và lo i dao ñ ng trong ph h ng ngo i c a CMC Corr. density : 4.0306E-0001 mA/cm2 bán t ng h p t cellulose thân tre Hình 3.7. Đư ng cong phân c c c a thép trong dung d ch NaCl 3,5% T n s (cm-1) Lo i dao ñ ng T n s (cm-1) Lo i dao ñ ng khi không có ch t c ch 3435,68 O-H (ht) 1268,05 C-H metyl (bd) 3.4.2. nh hư ng c a th i gian ngâm thép trong dung d ch CMC 2926,64 -CH2- (ht) 1065,13 C-O-C (ht) ñ n tính ch t c ch ăn mòn 2138,04 898,26 dao ñ ng vòng Đi n c c thép CT3 ñư c ngâm trong dung d ch CMC 30 1609,81 C=O (ht) 871,31 C-H (bd) mg/l v i các th i gian là 5 phút, 10 phút, 20 phút, 30 phút. Sau ñó 1415,01 C-H metyl (ht) 823,79 C-H (bd) ti n hành ño ñư ng cong phân c c c a thép CT3 trong dung d ch 1327,00 C-OH 582,27 C-H (bd) NaCl 3,5%. K t qu ñư c trình bày hình 3.12 và b ng 3.9. T hình 3.6 và b ng 3.8 cho th y, các nhóm ch c cacboxyl, metyl và hydroxyl tìm th y l n lư t các t n s 1609,81; 1415,01 và 1327,00. Đi u này ch ng t ñã ghép ñư c nhóm cacboxyl methyl vào cellulose thân tre.
23 24 25.00 20.00 15.00 10.00 j (mA/cm^2) 5.00 0.00 -5.00 -10.00 -15.00 -20.00 -25.00 Hình 3.8. Hi u qu c ch Z (%) theo th i gian ngâm thép trong -0.85 -0.8 -0.75 -0.7 -0.65 -0.6 -0.55 -0.5 -0.45 U(V) dung d ch CMC 30 mg/l T k t qu b ng 3.9 và hình 3.8 , ta th y khi ngâm thép 5 phút; 10 phút; 20 phút; 30 phút trong dung d ch CMC thì t c ñ ăn mòn thép có gi m. V y, CMC có Hình 3.8. Đư ng cong phân c c c a thép trong dung d ch NaCl 3,5% tính ch t c ch ăn mòn. Theo m t s tác gi ñã gi i thích v kh v i th i gian ngâm thép trong dung d ch CMC 30 mg/l là 5 phút, 10 năng c ch ăn mòn kim lo i c a h p ch t h u cơ, có th gi i thích phút, 20 phút, 30 phút kh năng c ch ăn mòn kim lo i c a CMC như sau: khi CMC b h p K t qu x lý các ñư ng cong phân c c ñư c trình bày trong ph lên b m t thì các electron chưa liên k t trên các nhóm -OH, b ng 3.9 và hình 3.8. =C=O có th liên k t v i obitan d còn tr ng c a s t t o thành l p B ng 3.9. Giá tr ñi n tr phân c c (Rp), dòng ăn mòn (icorr) và hi u qu màng, ho c t o ph c trên b m t và ngăn cách kim lo i v i môi c ch Z (%) theo th i gian ngâm thép trong dung d ch CMC 30 mg/l trư ng nên c ch quá trình ăn mòn kim lo i. Th i gian ngâm (phút) Rp (Ohm) icorr (mA/cm2) Z (%) T b ng 3.9 và hình 3.8 cũng th y ñư c th i gian ngâm thép 0 16.1826 4.03E-01 0.00 trong dung d ch CMC càng lâu thì hi u qu c ch càng cao và th i 5 18.4135 3.54E-01 12.12 gian ngâm thép t i ưu là 20 phút. Nguyên nhân có th là th i ñi m 10 18.9704 3.44E-01 14.70 này CMC ñã t o ñư c l p màng b n v ng trên b m t thép nên hi u 20 25.4297 2.56E-01 36.36 qu c ch cao nh t. 30 21.8095 2.99E-01 25.80 Tóm l i: CMC có tính ch t c ch ăn mòn thép CT3 trong dung d ch NaCl 3,5% và th i gian ngâm thép t i ưu trong dung d ch CMC là 20 phút.
25 26 3.4.3. nh hư ng c a n ng ñ dung d ch CMC ñ n tính ch t c 20 20.3202 3.21E-01 20.36 ch ăn mòn kim lo i 30 25.4297 2.56E-01 36.36 Ti n hành ngâm thép trong dung d ch CMC v i các n ng ñ 40 27.9392 2.33E-01 42.08 20mg/l, 30mg/l, 40mg/l, 50mg/l, 60mg/l, 70mg/l v i th i gian 20 50 29.6823 2.20E-01 45.48 phút và ño ñư ng cong phân c c thép CT3 trong dung d ch NaCl 60 33.1918 1.97E-01 51.25 3,5%. K t qu thu ñư c trình bày hình 3.9, 3.10 và b ng 3.10. 70 32.7663 1.99E-01 50.61 25 20 15 j (mA/cm^2) 10 5 0 -5 -10 -0.85 -0.8 -0.75 -0.7 -0.65 -0.6 -0.55 -0.5 -0.45 Hình 3.10. Hi u qu c ch Z (%) theo n ng ñ dung d ch CMC v i U(V) th i gian ngâm thép là 20 phút 20mg/l; 30mg/l; 40mg/l; 50mg/l; 60mg/l; 70mg/l T k t qu thu ñư c b ng 3.10 và hình 3.10, ta th y n ng Hình 3.9. Đư ng cong phân c c c a thép trong dung d ch NaCl 3,5% ñ dung d ch CMC càng tăng thì hi u qu c ch càng cao và ng v i th i gian ngâm thép trong các dung d ch CMC 20 mg/l, 30mg/l, 40 v i n ng ñ dung d ch CMC là 60 mg/l thì hi u qu c ch ăn mg/l, 50mg/l, 60mg/l và 70 mg/l là 20 phút mòn cao nh t và ñ t 51,25%. K t qu x lý ñư ng cong phân c c ñư c trình bày trong Có th gi i thích là n ng ñ dung d ch CMC càng l n thì kh b ng 3.10 và hình 3.10. năng t o màng ngăn cách kim lo i v i môi trư ng càng t t nên kh B ng 3.10. Giá tr ñi n tr phân c c (Rp), dòng ăn mòn (icorr) và hi u qu năng c ch càng cao. c ch Z (%) theo n ng ñ dung d ch CMC v i th i gian ngâm 20 phút K T LU N N ng ñ CMC Rp (Ohm) icorr (mA/cm2) Z (%) Qua quá trình nghiên c u, cho phép chúng tôi ñưa ra m t s (mg/l) k t lu n sau: 0 16.1826 4.03E-01 0.00
27 28 1. Đã tìm ñư c ñi u ki n t i ưu cho quá trình n u tre b ng phương pháp sunfat là: - Kích thư c nguyên li u: 1cm. - T l tác ch t n u NaOH/Na2S = 2. - Nhi t ñ : 1550C (nhi t ñ sôi c a h n h p). - Th i gian n u: 4 gi . V i ñi u ki n này thì lư ng lignin còn l i trong tre sau khi n u là th p nh t v i ch s Kappa là 24,2. 2. K t qu phân tích ph h ng ngo i c a cellulose thân tre ch ng t ñây là anpha – cellulose, phù h p v i các s li u ñã ñư c công b . 3. Đã tìm ñư c ñi u ki n t i ưu cho quá trình bán t ng h p cacboxyl methyl cellulose hòa tan t cellulose thân tre là: - N ng ñ dung d ch NaOH dùng ñ ki m hóa là 17,5%. - Th i gian ki m hóa: 1 gi . - T l mol ClCH2COONa/cellulose = 2:1. - Th i gian cacboxyl metyl hóa: 2 gi . V i ñi u ki n này thì thu ñư c CMC hòa tan v i m c ñ th là 0,699. 4. K t qu phân tích ph h ng ngo i c a CMC bán t ng h p t cellulose thân tre cho th y s xu t hi n các pic ñ c trưng c a các nhóm ch c cacboxy, metyl và hydroxyl, ch ng t ñã ghép thành công nhóm cacboxyl methyl vào cellulose thân tre. 5. Đã kh o sát ñư c tính ch t c ch ăn mòn kim lo i c a CMC: CMC có tính ch t c ch ăn mòn kim lo i. V i th i gian ngâm thép là 20 phút trong dung d ch CMC 60 mg/l thì hi u qu c ch ăn mòn thép CT3 trong dung d ch NaCl 3,5% là 51,25%.