Đứng trước thực trạng đó, hiện nay ngày càng có nhiều công trình nghiên cứu tông hợp các CHĐBM thân thiện với môi trường từ những nguồn nguyên liệu tự nhiên, đặc biệt là nguồn dầu thực
Trang 1KHOA CONG NGHE
LUAN VAN TOT NGHIEP DAI HOC
TONG HOP CHAT HOAT DONG BE MAT
KHONG ION LOAI ALKANOLAMIDE TU
MO CA BASA BANG PHUONG PHAP VI
SONG
TS Bui Thi Biru Hué Nguyễn Lâm Thái Bảo
MSSV: 2072130
Ngành: Công Nghệ Hóa Học-Khóa 33
Cần Thơ-2011
Trang 2Luận văn tốt nghiệp đại học
LỜI CẢM ƠN
c4C4LE]e2t2
Trong quá trình thực hiện luận văn, em đã học hỏi được nhiều kiến thức,
kinh nghiệm và kỹ năng rất bố ích, thiết thực từ quý thầy cô và bạn bè Em chân
thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến:
- Ts Bùi Thị Bửu Huê, bộ môn Hóa - Khoa Khoa Học Tự Nhiên, trường
Đại Học Cần Thơ Cô đã hướng dẫn tận tình cho em trong suốt quá trình làm luận văn, truyền đạt cho em những kinh nghiệm quý báu Cô tạo mọi điều kiện tốt nhất
cho em trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài
- Ths Phan Thế Duy, Bộ môn Công Nghệ Hóa - Khoa Công Nghệ, trường Đại học Cần Thơ Thầy đã quan tâm theo dõi và giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đê tài
- Bộ môn Công Nghệ Hóa Học- Khoa Công Nghệ, trường Đại học Cần Thơ
, bộ môn Hóa Học — Khoa Khoa Học Tự Nhiên, trường Đại học Cần Thơ đã tạo điêu kiện cho em thực hiện đê tài
- Các anh chị, các bạn ở phòng thí nghiệm hóa hữu cơ chuyên sâu - những người đã đồng hành cùng tôi, cùng chia sẻ kinh nghiệm và giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thời gian qua
- Cuối cùng, lời cảm ơn chân thành đến ba mẹ và những người thân trong gia đình đã luôn động viên, khuyến khích con trong suốt quá trình học tập và thực hiện
luận văn
Cần Thơ, ngày 01 tháng 04 năm 2011
Nguyễn Lâm Thái Bảo
Trang 3
Trường Đại Học Cần Thơ Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Bộ môn: Công nghệ hóa học Cần Thơ, ngày tháng năm 2011
NHAN XET VA DANH GIA CUA CAN BO HUONG DAN
1 Cán bộ hướng dẫn: 7s Bùi Thị Bửu Huê
Tên đề tài: Tổng hợp chất hoạt động bê mặt không ion loại alkanolamide từ
mỡ cá basa bằng phương pháp vi sóng
2 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Lâm Thái Bảo MSSV:2072130 Lớp Công Nghệ Hóa Học — Khóa 33
3 Nội dung nhận xét:
a Nhận xét về hình thức luận văn tốt nghiệp:
b Nhận xét về nội dung luận văn tốt nghiệp:
e Đánh giá nội dung thực hiện đề tài: .- - 2-2 se Exckexerkeeerered
Trang 4Luận văn tốt nghiệp đại học
Trường Đại Học Cần Thơ Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Bộ môn: Công nghệ hóa học Cần Thơ,ngày tháng năm 2011
NHAN XET VA DANH GIA CUA CAN BO PHAN BIEN
1 Cán bộ hướng dẫn: 7s Bùi Thị Bửu Huê
Tên đề tài: Tổng hợp chất hoạt động bê mặt không ion loại alkanolamide từ
mỡ cá basa bang phương pháp vì sóng
2 Sinh viên thực hiện: Nguyên Lâm Thái Bảo MSSV:2072130 Lớp Công Nghệ Hóa Học — Khóa 33
3 Nội dung nhận xét:
a Nhận xét về hình thức luận văn tốt nghiệp:
b Nhận xét về nội dung luận văn tốt nghiệp:
e Đánh giá nội dung thực hiện đề tài: . ¿- - + 2 2s Exckckeeersreei
Trang 5
Trang
LỜI CẢM ƠN « sassssssessscenseenee i
DANH MUC CAC SO DO i i i sesessesosssesecscsveees xiii
1 1 So luc V6 Ch DASA ceeccecccecssssscesesececececcsesescsesesescacaesesescecsescacsessasacseseaeeseacens 2
1.1.1 GiGi thigu CHUNG oo 2
1.1.2 Ngành nuôi cá basa ở Việt Nam .- nh gi 2 1.1.3 Ứng dụng của cá basa . - +2 52x nSx ch cv xxx reo 3 1.1.3.1 Tổng hợp diesel sinh học từ mỡ cá basa - «5-5-5: 3
1.1.3.2 Tổng hợp dầu nhờn sinh học và sáp bôi trơn từ mỡ cá basa 3
1.1.3.3 Tổng hợp chất hoạt động bề mặt sinh học từ mỡ cá basa 4
1.1.4 Thành phần hóa học của mỡ cá basa 2-2 +52 + S2 cxe se 4
1.2 Chất hoạt động bề mặt sinh học . 2-2 2+ kẻ e+E£EeEE£EeEzrEeEerererrrered 6
1.2.1 Sơ lược về chất hoạt động b mặt . - 5-5 Ex xSESESESEErkrkrkrksed 6
Trang 6Luận văn tốt nghiệp đại học
1.2.2.3 Một số kết quả nghiên cứu về chất hoạt động bề mặt sinh học 20
1.3 Hoá học Vi SỐn - - G55 24 1.3.1 Sóng điện tỪ - - Ăn Ho ng 24
IV ¿8 on (3Ý 26
1.3.3 Sự làm nóng vật chất do chiếu xạ vi 1U 26
1.3.3.1 Cơ chế tạo nhiệt khi vật chất được chiếu xạ vi sóng 27
1.3.3.2 Đặc điểm đun nóng trực tiếp của vi sóng . -: 28 1.3.4 Tác động của vi sóng vào phản ứng hóa học - ««sss+s««ss2 29
Chương 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31
2.1 Nội dung nghiÊn CỨU - - - 5G <1 S991 3899 301 9 ng ng 31 2.1.1 Mục tiêu nghiÊn CỨU 2 G55 sọ Tp 31 2.1.2 Nội dung nghiÊn CỨU .- .- <5 5E + 3091911 ng 31 2.2 Phương pháp nghi1Ên CỨU - - - < S3 3999 901 9 ng 32 Chương 3: THỰC NGHIỆM 33 3.1 Phương tiện nghiÊn CỨU - - - - <2 5x %9 1E ng 33 3.1.1 Thiết bị và dụng CỤ - - 5E eSsSkEExSE 3E EEEE x11 EkEEExrkererkred 33
3.1.2 Nguyên liệu-hóa chất - ¿ - 2+ 2s SxteExveErverxrkerkrrrrxrrsrerreee 33
3.2 Tổng hợpD + + - 2 s25 S343 E311 T311 111013115131 1513 15121 ckrrke 34 3.2.1 Tong hop methyl ester (2) . - + 22s Sx+teEvteExvrsrerrsrerssrerreee 34
3.2.2 Tổng hợp ethanolamide (3) từ methyl ester (2) - ««««s+ 34 3.2.3 Tổng hợp ethanolamide (3) trực tiếp TU InỠ CÁ -cc<<<<<<<2 34 3.2.4 Tổng hợp ethylendiamide (4) từ methyl ester (2) . - 35
Trang 74.1.1.1 Khảo sát tỉ lệ mol phản Ứng . - 55 2c n1 ng 38 4.1.1.2 Khảo sát thời g1an phản Ứng . < ĂĂ S3 sex 39 4.1.1.3 Khảo sát nồng độ xúc tác KOH . 2 - 25+ 2 se cscezcxở 39 4.1.1.4 Khảo sát nhiệt độ phản Ứng - <5 S + S< S131 se 40 4.1.2 Tổng hợp ethanolamide (3) từ methyl ester (2) - 5s se: 42 4.1.2.1 Khảo sát tỉ lệ mol phản Ứng - << 5 5S S952 43
4.1.2.2 Khảo sát nhiệt độ phản Ứng - - - - 5S + S< S11 xe 44
4.1.2.3 Khảo sát thời gian phản Ứng - - << S1 11 v 44
4.1.3 Tổng hợp ethanolamide (3) trực tiếp từ mỡ cá - 2 - 2s se: 46
4.1.3.1 Khảo sát tỈ lỆ mo] -.- << Ă s11 1S ng ng ng ng ngu 47 4.1.3.2 Khảo sát nhiệt độ phản Ứng - - - - 5S S< S131 se 48 4.1.3.3 Khảo sát thời gian phản Ứng . - + Ăn se 48
4.2 Tổng hợp ethylendiamide (4) . - 2 + 5< k£E+E+E#ESEEEEeEErkrrerkreersred 51
4.2.1 Tổng hợp ethylendiamide (4) từ methyl ester (2) ‹- 51 4.2.1.1 Khảo sát tỉ lệ mol phản Ứng . 5c < SS S33 vsesesss 51 4.2.1.2 Khảo sát nhiệt độ phản Ứng - 5-52 2<**s+xsessssssesse 52 4.2.1.3 Khảo sát thời gian phản Ứng - - - << 5 5S S111 s2 53 4.2.2 Tong hop ethylendiamide (4) truc tiép tir MG CA 5-5: 54 4.2.2.1 Khảo sát tỈ lỆ rmOÌ - - << 6 + 1n 19H ng ng ng neo 54 4.2.2.2 Khảo sát nhiệt độ phản Ứng <5 2< 25 <**++<ssesssssesss 55 4.2.2.3 Khao sát thời gian phản Ứng - - 5< Ă S1 + 56 4.3 Tong hop diethanolamide (5) .ccccccssssssessssesessssescscsesessesscevsseestseansesneeee 58 4.3.1 Tổng hop diethanolamide (5) tu methyl ester (2) - 58 4.3.1.1 Khảo sát tỈ lỆ mo] .- - << Ă + + S1 11H ng ng ng ng 59
4.3.1.2 Khảo sát nhiệt độ phản Ứng << 55 <5 S3 +ssesss 60
4.3.1.3 Khảo sát thời gian phản Ứng . - «ĂĂ Sex 60
Trang 8
Luận văn tốt nghiệp đại học
4.3.2.2 Khảo sát nhiệt độ phản ứng 2-2 + s5*cz>s2£szrzssred 63
4.3.2.3 Khao sat thoi gian phản Ứng .- - Ăn esssee 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO . .« - 68
——=
AlranitAn TAw ThAi RAn
Trang 9DANH MUC CAC TU VIET TAT
Ethylacetate Rentention factor Xúc tác
Thin layer Chromatography gam
Trang 10
Luận văn tốt nghiệp đại học
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mỡ cá basa -. 25-5 5: 4 Bang 1.2 Thành phần các acid béo có trong mỡ cá . 2-2 2 2 s2 £s+ses¿ 5
Bang 1.3 Mối liên hệ giữa tính chất CHĐBM và giá trị HLB 15
Bảng 1.4 Giá trị HLB của nhóm ưa nước và Ky nưƯỚC - «5< ssss+ssss 16 Bảng 1.5 Phân loại sóng điện từ theo tần số và độ đài sóng -. - 25
Bang 1.6: Tan ổ của một số đung môi 2- - 2s 2 2+s£Sz£E£szEz+szEzzzzxesez 27 Bang 4.1 Kết quả tông hợp methyl ester (2) từ mỡ cá - 2 - 2 «se 5s: 41 Bảng 4.2 Điều kiện tông hợp ethanolamide (3) từ methyl ester (2) 45
Bảng 4.3 Điều kiện tông hợp ethanolamide (3) trực tiếp từ mỡ cá 49
Bảng 4.4 So sánh hai phương pháp tông hợp ethanolamide (3) 50
Bảng 4.5 Điều kiện tông hợp ethylenediamide (4) từ methyl ester (2) 54
Bảng 4.6 Điều kiện tổng hợp ethylenediamide (4) từ mỡ cá . 57
Bang 4.7 So sánh hiệu suất tổng hợp ethylenediamide (4) bằng hai phương 0:0 .A .ẻ ae 58
Bang 4.8 Điều kiện tông hợp diethanolamide (Š) từ methyl ester (2) 62
Bảng 4.9 Điều kiện tông hợp diethanolamide (5) trực tiếp từ mỡ cá 65
Bang 4.10 So sánh hai phương pháp tông hợp diethanolamide (5) 66
——
Trang 11DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Cá basa - <5 E3 Ề3310130 30 1 1908 v02 119 1v nh vu rep 2
Hình 1.2 Cấu trúc tổng quát của một phân tử CHĐBM -. 5+: 6 Hình 1.3 Câu trúc của CHĐBM anion - + SE +E+E+E+EcE£EeErerErereeerereree 7 Hình 1.4 Cấu trúc của CHĐBM cation + tt SE SE £E+E+E+E+EeErEEErErexexereree 8
Hình 1.5 Câu trúc của CHĐBM lưỡng tính 2 2 2 +s£E+E+E+Ee£zeeezreced 9 Hình 1.6 Câu trúc của CHĐBM không ion 2- 2 2 2 z£E£Ez+EEe£e£EzEzreced 10 Hình 1.7 Câu trúc mmiCelÏe ¿- ¿2 2 2+ ExEE£EE£ESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE12 2L 13 Hình 1.8 Sơ đồ điềm xác định CÌMC 5° 6 252k £EE£EerkeErrsrkererred 14 Hình 1.9 CHĐBM lay chat ban ra khỏi bề mặt vải -. -2 + 252 sse se: 17 Hình 1.10 Thành phần điện và thành phần từ của sóng điện từ 24 Hình 1.11 Phổ điện từ . 2 + SESE+EESEEE9 1915 33 1111111111111 ce re 26
Hình 1.12 Sự phân bố nhiệt độ khác nhau bên trong một ống nghiệm kh1 đun
nóng bằng phương pháp chiếu xạ vi sóng (A) và đun nóng cô điển (B) 29 Hình 1.13 Mối quan hệ giữa công suất, nhiệt độ và áp suất khi gia nhiệt
methanol bằng vi sÓng . . - ¿2£ SESE+E* SE 1913 3311118152111 11 111 ce re 30 Hình 4.1 Bản mỏng khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol phản ứng
Hình 4.4 Bản mỏng khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
(hé giai ly PE : RtOAc= 1:3) oo 41
Hình 4.5 Sản phẩm methyl ester (2) - 2 + 6k EE+E£ESEE£EeEErkererkrrersrkd 42
Nguyên Lâm Thái Bảo
Trang 12Luận văn tốt nghiệp đại học
Hình 4.6 Bản mỏng khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol phản ứng
Hình 4.7 Bản mỏng khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ (hệ giai ly EtOAc) 44
Hình 4.8 Bản mỏng khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản Ứng
Hình 4.9 Sản phẩm ethanolamide (3) .- - 2 - + 2 +k+SE££kzE£ErEeEsrsrersee 46 Hình 4.10 Bản mỏng khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol phản ứng
(5 i00»:9/ 0 ằố 47 Hình 4.11 Bản mỏng khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
Hình 4.12 Bản mỏng khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng
Hình 4.13 Sản phẩm ethanolamide (3) từ mỡ cá .- 2 - 2222 s+s+szs+: 50 Hình 4.14 Bản mỏng khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol (hệ giải ly EtOAc) 52 Hình 4.15 Bản mỏng khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
(550059) 21 52 Hình 4.16 Bản mỏng khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng
(550059) 21 53 Hình 4.17 Bản mỏng khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol phản ứng
(hé giai ly EtOAc) 55 Hình 4.18 Bản mỏng khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
Hình 4.19 Bản mỏng khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản
Hình 4.20 Sản phẩm ethylenediamide (4) trực tiếp từ mỡ cá .- 58
Hình 4.21: Bản mỏng khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ mol phản ứng
(hệ giải ly EtO ALC) 2. 2225s E22 2 EEE211111221111111211111111201111121011111.0111 re 59
——
Trang 13Hình 4.22 Bản mỏng khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
Hình 4.25 Bản mỏng khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
(hệ giải ly EtO AC) + SH SH T1 E1 TH E1 11 11 11 11 11 1111111 1111 11 ga ưu 64
Hình 4.26 Bản mỏng khảo sát ảnh hưởng của thời phản ứng
(hệ giải ly EtO AC) 5 SG E1 11 111110111121 1101111 11 01 01 11 r1 re 66 Hình 4.27 Sản phẩm diethanolamide (5) từ mỡ cá . . 2 252 sc5<¿ 66
Trang 14
Luận văn tốt nghiệp đại học
DANH MỤC CÁC SƠ ĐÔ
Sơ đồ 1.1 Tổng hợp CHĐBM không ion alkyl polyglucosides (APG) 21
Sơ đồ 1.3 Tông hợp CHĐBM sinh học không ion từ một hỗn hợp acid béo giàu acid
So d6 1.4 tong hợp CHĐBM sinh học anion với tác chất là sodium N-ethyltaurate
Và aCYÌ ChÏOTI€ - - G555 0138111113388 E910 1011 1c ng re 23
Sơ đồ 1.5 Phản ứng trực tiếp sodium N-methyltaurate với acid béo 23
Sơ đồ 1.6 Tông hợp CHĐBM sinh học từ carbohydrate . - 2-5-5255: 24
Sơ đồ 2.1 Tông hợp ethanolamide từ mỡ cá basa 2 - 2-2 s2 +s£s+Ez£s£sse: 31
Sơ đồ 2.2: Tổng hợp ethylendiamide từ mỡ cá basa - 2 + 252 s+sz+x+sscx2 31
Sơ đồ 2.3 Tông hợp diethanolamide từ mỡ cá basa - 2-2 + 2+2 se se: 32
Sơ đồ 4.1 Tông hợp ethanolamide từ mỡ cá .- - + - 2+ 2 2 2+2 2£££Sz£zsvsei 37
Sơ đồ 4.2 Phương trình phản ứng tông hợp methyl ester từ mỡ cá . - 37
Sơ đồ 4.3 Tổng hợp ethanolamide (3) từ methyÌÏ ester (2) . - << «ss+<<<<s+2 42
Sơ đồ 4.4 Tông hợp ethanolamide (3) trực tiếp mỡ cá . - - 2-22 szsz se: 46
Sơ đồ 4.5 Tông hợp ethylendiamide (4) từ methyl ester (2) - <5 se: 51
Sơ đồ 4.6 Tông hợp ethylendiamide (4) từ mỡ cá . - 2-5 2 2 s52 s+sz se: 54
Sơ đồ 4.7 Tổng hợp diethanolamide (5) từ methyl ester (2) . «55+ << «<2 59
Sơ đồ 4.8 Tông hợp diethanolamide (5) từ mỡ cá và diethanolamine 62
——
Trang 15LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, chất hoạt động bề mặt đã giữ một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống như: chất tạo nhũ, chất tạo bọt, chất phân tán, chất điệt khuẩn Tuy nhiên, việc sử dụng các CHĐBM có khả năng phân huy chậm, có nguồn gốc dầu mỏ đã đem lại không ít vẫn đề về môi trường Song song đó là tình trạng cạn kiệt dần của các nguồn nguyên liệu dầu mỏ Nhu cầu đặt ra chúng ta hiện nay là tìm kiếm một nguồn nguyên liệu mới để thay thế nguồn nguyên liệu đầu mỏ quý giá đồng thời có thể giải quyết vẫn đề môi trường Đứng trước thực trạng đó,
hiện nay ngày càng có nhiều công trình nghiên cứu tông hợp các CHĐBM thân thiện với môi trường từ những nguồn nguyên liệu tự nhiên, đặc biệt là nguồn dầu
thực vật và mỡ động vật có khả năng phân hủy sinh học với mục đích góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường
Ở nước ta, Đồng bằng sông Cửu Long có trữ lượng cá basa rất lớn, nguồn
nguyên liệu mỡ cá basa rất đồi đào Các mạch hydrocarbon của acid béo trong mỡ
cá basa sẽ là phần ky nước trong phân tử CHĐBM và chỉ cần biến đổi một số cấu trúc ta sẽ thu được CHĐBM mong muốn Vì vậy đã có những công trình nghiên cứu
tổng hợp CHĐBM từ mỡ cá basa bằng phương pháp gia nhiệt, khuấy từ thông
thường
Hiện nay, với sự phát triển của khoa học công nghệ vi sóng đã được ap dung
rộng rãi trong tổng hợp hữu cơ Các phản ứng thực hiện bằng phương pháp vi sóng
đã rút ngăn đáng kế thời gian phản ứng và lượng tác chất đem đi phản ứng so với
phương pháp thông thường Đó là lý do để đề tài “ Tổng hợp chất hoạt động bê mặt
không ion loại alkanolamide từ mỡ cả basa bằng phương pháp vi sóng” được thực hiện
Trang 16
Luận văn tốt nghiệp đại học
Chương 1
TONG QUAN
1 1 Sơ lược về cá basa '' BI
1.1.1 Giới thiệu chung
Cá ba sa, còn có tên gọi là cá giáo, cá sát bụng, thuộc bộ cá da trơn
(Siluriformes), ho Pangasiidae, chi Pangasius loai P.Bocourti
và ngoại hình cá basa rất dễ phân biệt với các loại cá khác trong họ cá tra,
thân ngắn hình thoi, hơi dẹp bên, bụng tích lũy nhiều mỡ chiều dài tiêu chuẩn bằng 2,5 lần chiều cao thân (Hình 1.1)
Hình 1.1 Cá basa
Cá được tìm thây trong vùng nước ngọt và nước lợ dọc theo miên nam châu A
O Viét Nam ca basa được nuôi nhiều trong ao ở vùng Nam Bộ Cá basa là loại được
nuôi nhiêu trong bẻ trên sông và các khu nuôi trông thủy sản ở Đông băng sông Cửu Long Đây cũng là đôi tượng nuôi nước ngọt có sản lượng xuât khâu lớn nhât hiện nay
1.1.2 Ngành nuôi cá basa ở Việt Nam
Hiện nay nghê nuôi cả ba sa đã phát triên ở nhiêu địa phương, không chỉ ở nam bộ mà một sô nơi ở miên Trung và miên Bắc cũng bắt đâu quan tâm nuôi đôi tượng này Việc nghiên cứu sinh sản nhân tạo cá ba sa từ 1990 Mỗi năm nhu cầu con giông cá ba sa từ 20-25 triệu con
Vì điều kiện nuôi dễ dàng, giá trị xuất khâu cao nên dù giá không cao nhưng
cá basa vẫn chiêm tỷ trọng chủ yêu trong xuất khâu cá da trơn ở Việt Nam
Trang 17
1.1.3 Ứng dụng của cá basa
Cá basa được chế biến thành các món ăn trong thực phẩm hằng ngày Thịt cá phi lê bán sang Châu Âu là chủ yếu, mỗi tháng xuất khâu khoảng 2000 tấn Thịt vụn xuất khẩu sang Nga để làm chả cá Mỡ cá xuất sang Trung Quốc, Hồng kông, Đài Loan, Campuchia mỗi tháng khoảng 500 tấn Họ dùng mỡ cá thay cho dầu cọ của Malaysia giúp thức ăn gia súc thơm ngon hơn Da cá được làm nguyên liệu cho mỹ
phẩm và được phẩm ở thị trường Châu Âu
Riêng xương, đô lòng cá được xay nghiên, trích ly mỡ, chê biên thành bột cá bán cho các nhà máy chê biên thức ăn gia súc trong nước
Bên cạnh những ứng dụng trên thì hằng năm ở nước ta, đặc biệt ở vùng đồng bằng sông Cửu Long đã sản xuất 400.000 tấn cá basa với lượng mỡ khoảng 60.000
tấn Với lượng phụ phẩm dồi dào này nếu không có hướng xử lý thì sẽ gây ô nhiễm môi trường rất nghiêm trọng, do đó các nhà khoa học đã nghiên cứu tận dụng nguồn phụ phẩm này ứng dụng vào đời sống và sản xuất
1.1.3.1 Tổng hợp diesel sinh học từ mỡ cá basa
Diesel sinh học hay còn gọi là biodiesel là một loại nhiên liệu có tính chất tương đương với nhiên liệu dầu điesel nhưng được sản xuất từ dầu mỡ động thực vật do đó được coI là một dạng năng lượng có thé tai tạo Hiện nay, diesel sinh học được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới Nó được pha với điesel giống như cách pha ethanol vào xăng Ở Việt Nam có nhiều công trình nghiên cứu sản xuất thành
công biodiesel như: công ty AGIFIST tại An Giang, công ty Minh Tú tại Cần Thơ
và các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ khác
1.1.3.2 Tổng hợp dấu nhờn sinh học và sáp bôi trơn từ mỡ cả basa
Hiện nay, các nhà khoa học đã nghiên cứu tổng hợp thành công dầu nhờn sinh
học và sáp bôi trơn sinh học từ mỡ cá basa Từ mỡ cá thực hiện phản ứng transester
hóa với methanol, xúc tác KOH thu được methyl ester của các acid béo và từ methyl ester này tiếp tục thực hiện phản ứng transester hóa với trimethylolpropane
sử dụng xúc tác CHONa thu được dầu nhờn sinh học Š!° 2l, Sáp bôi trơn sinh học
được tổng hợp từ methyl ester và chất làm đặc (gồm acid béo và dung địch kiềm)
Các sản phẩm dầu nhờn và sáp bôi trơn sinh học này đạt được một số tiêu chuẩn quy định cho từng loại sản phẩm tuy nhiên cần thêm những nghiên cứu về một số
chỉ tiêu như độ bền oxi hóa va chỉ số độ nhớt
1.1.3.3 T ong hop chat hoat dong bê mặt sinh học từ mỡ cá basa
Trang 18
Luận văn tốt nghiệp đại học
1.1.4 Thành phân hóa học của mỡ cá basa
Mỡ cá basa chứa 90-98% triglyceride của các acid béo no và không no Mỡ cá
có độ âm 0-1%, nhiệt độ nóng chảy 21-30°C, có màu vàng nhạt, mùi đặc trưng Ngoài ra, mỡ cá còn có một số vitamine tan trong dầu như A, E, D Đặc biệt là
chứa tiền chất DHA, là chất cần thiết cho sự phát triển não trong những năm đầu đời của trẻ Ngoài ra, DHA còn giúp chuyên hóa cholesterol thành những dẫn xuất
không gây tắt nghẽn mạch máu, làm giảm loạn nhịp đập tim, giảm chứng đau bụng
kinh, giảm chứng tiền sản giật ở phụ nữ
Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng mỡ cá và thành phần các acid béo có trong
mỡ cả basa được trình bày Bảng 1.1 và Bảng 1.2
Bang 1.1: Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mỡ cá basa'"
Trang 19Bang 1.2 Thành phần các acid béo có trong mỡ cá |!
Acid có mạch carbon không no
Trang 20Luận văn tốt nghiệp đại học
Cấu trúc của một chất hoạt động bề mặt gồm 2 phân: một đầu phân cực (đầu
ưa nước) và một đầu không phân cực (đầu ky nước)
^^2^2^^^@
Hình 1.2 Cấu trúc tống quát của một phân tử CHĐBM
Đầu phần phân cực (ái nước) thường là nhóm định chức có khả năng hydrate
hóa mạnh, thường chứa các nhóm amine bậc bốn, carboxylate, sulfate Các nhóm
này thường làm cho phân tử CHĐBM có ái lực lớn với nước và bị kéo vào lớp nước
Phần không phân cực (ky nước) là nhóm hydrocarbon chỉ phương hay phương hương ky nước làm cho CHĐBM có độ hòa tan thấp trong nước, tan trong các dung môi hữu cơ không phân cực nên bị đây đến pha không phân cực
1.2.1.2 Phân loại chất hoạt động bê mặt l1 12 Ì L 4l L6]
CHĐBM được phan loai nhu sau: CHDBM anion, CHDBM cation, CHDBM
không 1on, CHĐBM lưỡng tính Ngoài ra còn có CHĐBM fluorocarbon và silicone, CHDBM polymer
a Chat hoat động bề mặt anion
CHĐBM anion là CHĐBM có một hay vài nhóm chức khi hoà tan trong nước
Trang 21
phan ly thanh mot ion 4m và một 1on dương, đâu ưa nước mang dién am (anion)
Yee
Hình 1.3 Câu tric cia CHDBM anion
CHĐBM anion có khả năng hoạt động bề mặt mạnh nhất so với các loại khác, làm tác nhân tây rửa chính khi phối liệu, khả năng lẫy dầu cao và tạo bọt tốt nhưng kém bên Đây là loại CHĐBM được sử dụng phổ biến và rộng rãi nhất trong giặt giũ, nước rửa chén, các chất tây rửa gia dụng
CHĐBM anion còn là tác nhân thấm ướt, chất nhũ hóa, chất phân tán cho các sản phẩm đùng trong nông nghiệp Trong công nghiệp thực phẩm CHĐBM anion đóng vai trò là chất nhũ hóa cho các sản phẩm bánh kẹo, bơ, sữa, đồ hộp
Tuy nhiên, các CHĐBM này bị thụ động hóa trong môi trường nước cứng
chứa các ion Ca”, Mg”” và các ion kim loại nặng (Al”*, Fe7?)
Alkyl ether sulfate (R-(O-CH;-CH;)z-O-SO¿Na): là chât có khả năng tạo bọt
tốt được dùng như LSDA (line soap dispersing agent) trong xà phòng, kem tắm và dầu gội đầu
Sulfate alkanolamide (C;;H;;-CONH-CH;-CH;O-SO; “NH:-CH;-CH;OH): thường được dùng trong dầu gội đầu và các sản phẩm tắm tạo bọt không gây kích thích da
e Nhóm Sulfonate (R-Ar-SO;, R- SO+)
Các hợp chất sulfo-carboxylate ( NaOOC-(CH;)¡;-SOsNa): các hợp chất này
có ít nhât hai nhóm ưa nước: nhóm sulfonate và một hoặc hai nhóm carboxyl nhu
Trang 22
Luận văn tốt nghiệp đại học
carboxylate hoặc ester Các hợp chất monocarboxylate không quan trọng trong thực
tế, được biết đến nhiều nhất là sodium lauryl sulfo-acetate, hợp chất này được tìm thấy trong kem đánh răng, dầu gội đầu và mỹ phẩm
Alkylbenzene sulfonate (ABS): Đây là CHĐBM thường được sử dụng nhất, gồm hai loại là ABS nhánh và ABS thắng Trong đó, ABS nhánh chỉ được dùng trong số ít quốc gia do khả năng phân giải sinh học chậm
b Chất hoạt động bề mặt cation
CHĐBM cation là CHĐBM có một hay vài nhóm chức khi hoà tan trong nước phân ly thành anion vô cơ và các cation hữu cơ
Hình 1.4 Câu trúc của CHDBM cation
CHDBM cation chi chiém khoảng 5-6% tổng lượng CHĐBM thương mại nhưng chúng rất hữu dụng trong những trường hợp đặc biệt vì có những tính chất riêng biệt CHĐBM cation không phải là tác nhân tây rửa tốt cũng không phải là tác nhân tạo bọt tốt và cũng không thê sử dụng kết hợp với CHĐBM anion, ngoại trừ kết hợp với hợp chất amoni bậc bốn
Một số CHĐBM cation thường gặp
e Nhóm các muối amoni bậc bốn
- Alkyl trimethyl ammonium: CHs
R—N—CH;X CHạ
- Alkyl benzyl dimethyl ammonium:
(OCH2CH,,H
Trang 23
Hình 1.5 Cấu trúc của CHĐBM lưỡng tính
Đặc trưng của CHĐBM lưỡng tính là tùy thuộc vào pH của dung dịch mà CHĐBM này hòa tan Đầu ưa nước của CHĐBM lưỡng tính có thể mang điện âm,
Trang 24
Luận văn tốt nghiệp đại học
điện dương hoặc cả điện âm và dương (tùy theo pH của môi trường) Trong môi trường acid, đầu ưa nước thể hiện vai trò là cation nên chúng sẽ có tính chất của CHĐBM cation Trong môi trường kiềm, đầu ưa nước thê hiện vai trò là anion nên chúng sẽ có tính chất của CHĐBM anion Ở khoảng pH trung tính, đầu ưa nước thê hiện vai trò là ion lưỡng tính (cả hai nhóm ion dương và ion âm đều thê hiện điện tích và tông điện tích này băng không) nên chúng được gọi là CHĐBM lưỡng tính Một số CHĐBM lưỡng tính thường gặp:
e CHĐBM lưỡng tính nhạy cảm với pH môi trường:
- Alkylaminopropionic acid (RN H,CH,CH,COO)
Khi pH=4 CHĐBM đạt điểm đẳng điện Thường được sử dụng làm giảm
tĩnh điện và như chất bôi trơn cho tóc và vải Ở pH cao hơn thì hoạt động như chất tây rửa và chất tạo bọt Tuy nhiên, do có nhóm carboxylate nên rất dễ bị ảnh hưởng
bởi các cation có hóa trị II
- Alkyl iminodipropionic acid (HOOC-CH)-CH)-RN*H,CH,CH,COO) CHĐBM này có điểm đắng điện ở pH=2-3, và thường được dùng như là chất làm mềm vải
e CHĐBM lưỡng tính tương thích với mọi pH môi trường:
- Alkyl sulfobetaine (RN'(CH,),(CH,) SO;)
-_Alkylbetaine: RN'(CH,),CH COO'
Khi nguyên tử N được thế bốn lần, CHĐBM luôn thể hiện điện tích dương
Do đó chúng không bị ảnh hưởng trong môi trường có nông độ chất điện ly cao, và
đặc biệt là các ion hóa trị II (Ca”*, Mg”” )
d Chất hoạt động bề mặt khong ion
CHĐBM không 1on là CHĐBM có nhóm phân cực không bị lon hóa trong dung dịch nước Phần ưa nước chứa những nguyên tử oxy, nitơ hoặc lưu huỳnh không 1on hóa (ethylene oxide, propylene oxide, polyalkylglycol, diethanol amine, ølycerin, sorbitol và sucrose) Sự hòa tan là đo có sự tạo liên kết hydro giữa các phân tử nước và phần phân cực bao gồm nhóm alcohol và ester Phần ky nước là mạch hydrocarbon đài (alkylphenol, alcohol có nhánh, amine và mercaptane, acid béo dây dài)
Trang 25Hau hét các chất tây rửa dân dụng đều chứa cả CHĐBM không mang điện tích
và CHĐBM mang điện tích âm do chúng bố sung cho nhau các tác động làm sạch CHĐBM không mang điện tích làm cho hệ thống CHĐBM ít nhạy cảm hơn với độ cứng của nước
CHĐBM không ion bao gồm: alcohol ethoxylates, alkylphenol ethoxylates, phenol ethoxylates, amide ethoxylates, glyceride ethoxylates, acid béo ethoxylates, amine béo ethoxylates, va phé bién nhat 1a alkyl polyglucosides (APG)
Alkyl polyglucosides (APG): có nhóm phân cực là đường glucose, thường dùng trong các sản phẩm nước rửa chén, sữa tắm APG là sản phẩm của phản ứng
giữa glucose và rượu béo với xúc tác acid APG là được xem là CHĐBM an toàn
cho môi trường sinh thái vì có tính chất dễ phân hủy sinh học Các nhà khoa học gọi
chúng là “CHĐBM tương lai” APG có thể được tổng hợp từ các nguyên liệu tái
sinh nên an toàn cho sức khỏe, không độc hại Nó được sử dụng rộng rãi trong sản xuất dược phẩm, mỹ phẩm và nông nghiệp Ví dụ: octyl glucoside, lauryl diglucoside,
Trang 26Luận văn tốt nghiệp đại học
Tương tự APG, các ethoxylate cũng là CHĐBM không mang điện tích nhưng
có nhóm phân cực là các mạch dài có chứa ethoxylate Chúng sẽ duỗi dài ra trong nước và có khả năng hấp phụ lên chất bản, ngăn cản các chất bân tụ với nhau và
đọng lại trên mặt vải Ví dụ: lauryl alcohol ethoxylate,
"5> _x„
Lauryl alcohol ethoxylate
e Các loại chất hoạt động bề mặt đặc biệt
e Chất hoạt động bé mat silicon
CHDBM silicon dugc xem như là silic hữu cơ, được tổng hợp băng cách thay thế một vài nguyên tử C bằng một nguyên tử Si hoặc một nhóm dimethyl-siloxane Dầu silicon, đimethyl-siloxane có đặc tính ky nước do đó CHĐBM có thêm nhóm silic hữu cơ sẽ làm tăng tính ky nước của CHĐBM
Hầu hết những CHĐBM silicon đều kết tinh trong aceton Chúng thường được
sử dụng trong dược phẩm vì trơ về mặt sinh học
e Chất hoạt động bề mặt fluorocarbon
CHDBM fluorocarbon dugc téng hợp từ mạch perfluoroalkyl và các nhóm phân cực anion, cation, lưỡng tính và polyethylene oxide Chúng Ổn định nhiệt và là chất thắm ướt tuyệt vời đối với bề mặt chất hấp thu có năng lượng tự do thấp
CHDBM fluorocarbon va silicon cé kha năng thấm ướt tốt nhưng giá thành cao và ảnh hưởng đến môi trường (nhất là CHĐBM fluorocarbon) Vì vậy, chúng
Trang 27
được ứng dụng trong một số trường hợp đặc biệt CHĐBM fluorocarbon thường được sử dụng trong việc tạo bọt polyurethane hoặc khi cần phải giảm sức căng bề
mặt dung dịch đến một giá trị mong muốn nào đó mà các CHĐBM khác không thê đáp ứng yêu cầu này thì CHĐBM fluorocarbon là giải pháp được nghĩ đến
CHDBM fluorocarbon có thể giảm sức căng bề mặt dung dịch nước từ 0.005 —
polymethyl methacrylate với nhiều mạch nhánh polyethylene oxide là tác nhân phân
tán và ổn định tốt Những CHĐBM này có thể sửa đổi cấu trúc bằng nhiều cách dé thích hợp làm chất nhũ hóa, tác nhân phân tán trong điều kiện pH cao hoặc thấp, nồng độ chất điện ly cao, nhiệt độ cao Nhiều CHĐBM polymer phức tạp được sản xuất để ứng dụng trong ngành công nghiệp dầu mỏ
1.2.1.3 Tính chất vật lý của chất hoạt động bê mặt !!° 7) 161
a Trang thái phân tử của chất hoạt động bề mặt trong dung dịch
Trong dung dịch, khi tăng nồng độ CHĐBM đến một giá trị nào đó thì nó tồn
tại đưới dạng tập hợp với nhau, hướng các đầu ky nước lại với nhau tạo thành micelle Lúc mới hình thành, micelle có dạng hình cầu Khi tăng nồng độ micelle
đến một lúc nào đó, micelle không còn là hình cầu mà trở lại hình tắm
Trang 28Luận văn tốt nghiệp đại học
Trạng thái tập hợp tới hạn hay còn gọi là nồng độ micelle tới hạn là nồng độ
mà tại đó các phần tử CHĐBM bắt đầu tạo micelle
Các CHĐBM khác biệt với các phan tử hòa tan khác bởi những đặc tính riêng của chúng trong dung dịch nước Khi vượt một nồng độ nào đó thì các phân tử
CHĐBM sẽ tự tập hợp lại tạo thành micelle Chính sự hình thành các micelle làm phát sinh các “dạng dị thường” trong đặc tính vật lý và điện học của các dung dịch CHĐBM Sự thay đôi về sức căng bề mặt hay độ dẫn điện riêng một cách đột ngột
là đo các micelle được hình thành một cách bất ngờ Vì vậy, ở một nồng độ nào đó
có một sự gián đoạn xảy ra của sức căng bề mặt (SCBM) hay độ dẫn điện của dung
dịch được gọi là nồng độ micelle tới hạn CMC
Điểm Kraft là nhiệt độ mà tại đó nồng độ CHĐBM bằng nồng độ micelle tới
hạn Khi đạt đến nhiệt độ này, một lượng lớn CHĐBM sẽ được phân tán trong dung dịch ở dạng micelle Như vậy ở nhiệt độ thấp hơn điểm Kraft, độ tan của CHDBM
không đủ lớn để hình thành micelle Khi nhiệt độ tăng thì độ tan tăng Khi nhiệt độ
đạt đến điểm Kraft thì micelle hình thành
d Điểm đục
Trang 29
Điểm đục là nhiệt độ tại đó độ hòa tan không tăng lên nữa Đối với CHĐBM không lon, khi tăng nhiệt độ trong khoảng hẹp thì độ hòa tan tăng lên, đến độ nào
đó CHĐBM không tan mà kết tủa Nhiệt độ tại đó được gọi là điểm đục
e Chỉ số calcium chấp nhận
Chỉ số này đo độ cứng tối đa của nước mà CHĐBM vẫn còn hiệu lực trong chức năng tây rửa Chỉ số này càng lớn, CHĐBM càng có khả năng tây rửa trong nước cứng Chỉ s6 calcium chap nhận được xác định bằng cách chuẩn độ 50 ml dung địch chứa 0,05% CHDBM bang dung dich calcium acetate 1%
f Can bang ưa nước và ky nước-giá trị HLB
HLB là sự cân bằng tương ứng giữa phần ưa nước và phần ky nước của CHĐBM; hay còn biểu thị mối quan hệ với nước và với dầu cũng như khuynh
hướng nhũ hóa của CHĐBM Mối liên hệ giữa tính chất của CHĐBM với giá trị
HLB được trình bày trong Bảng 1.3
Bảng 1.3 Mối liên hệ giữa tính chất CHĐBM và giá trị HLB
Giá trị HLB cho phép lựa chọn chất nhũ hóa thích hợp để điều chế nhũ tương
O/W (oil/water: dầu/nước) hay W/O (water/oil: nước/đầu)
Giá trị HLB có thể được xác định bằng thực nghiệm hoặc tính toán theo công thức Có nhiều công HLB như sau:
Công thức tính HLB theo phương pháp Griffm: thức tính giá trị HLB = 20 X
M,/M
Trang 30
Luận văn tốt nghiệp đại học
Trong đĩ: M;ạ là khối lượng phân tử nhĩm ưa nước trong phân tử CHĐBM
M là khối lượng phân tử của CHĐBM
Theo phương pháp này thì giá trị HLB dao động từ 0 đến 20
Cơng thức tính HLB theo Davies: HLB = 7+ (Giá trị HLB nhĩm ưa nước X số nhĩm ưa nước) — (Giá trị HLB của nhĩm ky nước X số nhĩm ky nước)
Gia tri HLB cua các nhĩm ưa nước và ky nước được trình bày trong Bảng 1.4 sau đây
Bảng 1.4 Giá trị HLB của nhĩm ưa nước và ky nước
Giá trị HLB tính tốn được theo cơng thức tốn học đã khơng đề cập đến một
đặc tính quan trọng trong phân tử chất nhũ hĩa, đĩ là cấu trúc khơng gian của phân
tử Cấu trúc khơng gian của phân tử CHĐBM cĩ ảnh hưởng tất lớn đến khả năng tạo nhũ tương và độ vững bền của nhũ tương tạo thành Vì vậy, độ vững bền của một hệ nhũ tương được điều chế nhờ chất nhũ hĩa cĩ thành phần hĩa học như nhau, giá trị HLB được tính tốn như nhau nhưng cĩ cấu trúc khơng gian khác nhau thì độ vững bên của nhũ tương thu được rất khác nhau
Trang 31
1.2.1.4 Các tính chất đặc trưng của chất hoạt động bê mặt "1 7) 191
a Khả năng tây rửa
Khả năng tây rửa của một CHĐBM là khả năng của đầu ưa dầu quyện vào các chất bân loại đầu hay mỡ, còn đầu ưa nước thì nằm trong nước Trong trường hợp
có sự tạo micelle thì đầu mỡ chui vào micelle và do đó bị lôi cuốn ra khỏi quan áo hay vật liệu cần tây rửa
Khả năng tây rửa của một chât rât phức tạp, nó không chỉ phụ thuộc vào sự giảm sức căng liên diện, khả năng tạo micelle mà còn phụ thuộc vào một sô yêu tô
khác như khả năng thầm ướt, nhũ hóa của chât tây rửa
CHĐBM làm giảm sức căng bê mặt của nước Vì vậy dung dịch xà phòng đê thâm ướt vải sợi và ngâm vào mao quản của vải sợi bân, trong khi đó nước tính khiết không thê thầm vào mao quản đó được vì nước có sức căng bê mặt cao
Trong môi trường nước quá trình tây rửa xảy ra như sau:
se Dung dịch tây rửa trong nước thâm sâu vào xơ sợi làm giảm sức căng bê
Hình 1.9 CHĐBM lấy chất bắn ra khói bề mặt vải
Dung địch xà phòng dé tao bot Một phan chất bẩn sẽ tách vào bọt, nhất là
những hạt bắn thắm ướt kém sẽ dính vào bọt khí giếng như quá trình tuyến nỗi khi
làm giàu quặng
b Khả năng tạo nhũ
Nhũ tương là một hệ phân tán cơ học vi đị thể, có pha phân tán và môi trường phân tán đều là lỏng, không tan lẫn vào nhau Khi tạo nhũ, sự khuếch tán pha lỏng này trong pha lỏng kia làm tăng liên diện rất nhiều, nghĩa là làm tăng năng lượng tự
Trang 32
Luận văn tốt nghiệp đại học
do của hệ thống Vì vậy, chất tạo nhũ phải ôn định hệ thống kém bền về mặt nhiệt
động học này Do đó, chất tạo nhũ phải làm giảm sức căng liên diện để làm giảm
năng lượng tự do
Khả năng tạo nhũ của CHĐBM là khả năng di chuyển của nó về liên điện giữa hai pha
c Khả năng tạo huyền phù
Huyền phù là một hệ lơ lửng các hạt răn trong chất lỏng Khả năng tạo huyền phù của CHĐBM là khả năng ngăn các hạt kết dính lại với nhau
Trong quá trình tây rửa, CHĐBM phân tán đều trong nước, ngăn cản không
cho dat, chat ban bam vào bề mặt của vật đã tây rửa
d Khả năng tạo bọt
Với bản chất tự nhiên của mình, phân tử CHĐBM tập hợp ở liên điện không khí-nước và do đó làm giảm sức căng bề mặt Thông thường phân tử CHĐBM bị hấp phụ ở liên diện không khí-chất lỏng khi một bọt khí được hình thành trong dung dịch CHĐBM Nếu khả năng tạo bọt của CHĐBM kém thì chất lỏng chảy từ
từ xung quanh mỗi bọt khí thành màng mỏng hay phiến mỏng làm bọt vỡ mau chóng Bọt là hệ phân tán khí trong lỏng
e Khả năng thắm ướt
Hiện tượng thấm ướt là sự thay thế một lưu chất trên bề mặt bởi một lưu chất khác Thông thường sự thắm ướt áp dụng cho sự thay thế không khí trên bề mặt
chat ran hay chat long bang nước hay dung dịch nước Như vậy, hiện tượng thấm
ướt cũng liên hệ đến bề mặt và các liên diện Vì nước có sức căng bề mặt lớn (72
dyn/cm) nên rất khó trải ra trên bề mặt các chất rắn cộng hóa trị có sức căng bề mặt
bé hơn Thêm một CHĐBM thích hợp vào trong nước có tác dụng làm thay đổi sức căng liên điện của hệ thống, thường tạo điều kiện cho sự thấm ướt
Hiện tượng thắm ướt có nhiều ứng dụng để giải quyết các vấn đề thực tế trong
kỹ thuật sơn, nhuộm, tây trăng, trong việc sử dụng các chất điệt sâu bọ, diệt kí sinh
Trang 33Thuật ngữ “CHĐBM sinh học” (biosurfactanis) có thê hiểu là các hợp chất được sản xuất bởi vi sinh vật, hay cũng có thể hiểu là CHĐBM thân thiện với môi
trường được sản xuất từ nguồn nguyên liệu có khả năng tái sinh như: dầu thực vât,
mỡ động vật Những hợp chất này có khả năng hoạt động bề mặt tương tự như CHĐBM thông thường
Vào những năm 1950, việc chuyển từ bột xà phòng đễ bị phân hủy sinh học đến bột chất tây rửa phân hủy sinh học chậm hơn làm xuất hiện những nhu cầu đầu
tiên đòi hỏi làm giảm tác động môi trường của các chất tây rửa đó Các con sông sủi
bọt đã là mối lo lắng và dẫn đến những nghiên cứu về phân hủy sinh học
Cùng với những nhận thức sâu sắc hơn về môi trường và phát triển bền vững, ngày nay còn có nhiều nghiên cứu hơn nữa hướng vào những mục tiêu đó Ngoài việc bản thân các CHĐBM trở nên thân thiện hơn với môi trường, những CHĐBM
này còn có thê sử dụng cho nhiêu mục đích khác
Ví dụ rõ ràng nhất của những CHĐBM có nguồn gốc từ thực vật: các alkyl
glycoside, sucrose ester va sorbitan ester
Những CHĐBM loại này di từ nguồn thực vật (carbohydrate), có cả tính chất
ưa dầu và ưa nước, và ít thay đổi trong quá trình sản xuất Những CHĐBM này tất
an toàn đối với môi trường, ít độc, đi từ nguyên liệu có thể tái sinh và dễ đàng bị
phân hủy sinh học
1.2.2.2 Ưu điểm của chất hoạt động bê mặt sinh học
Trang 34
Luận văn tốt nghiệp đại học
Ưu điểm lớn nhất của CHĐBM sinh học là được tổng hợp từ nguồn nguyên
liệu có khả năng tái tạo: mỡ động vật và dầu thực vật Chúng cũng được ứng dụng
trong nhiều lĩnh vực như: bảo vệ môi trường, nông nghiệp, khai khoáng, chăm sóc y
tế và công nghiệp chế biến thực phẩm CHĐBM sinh học có lợi thế đặc biệt hơn so
với các CHĐBM thông thường, chăng hạn như độc tính thấp hơn, khả năng bị vi
khuẩn phân hủy cao hơn, thân thiện môi trường hơn, khuynh hướng tạo bọt cao,
chọn lọc cao và cụ thể là các CHĐBM sinh học có khả năng hoạt động ở điều kiện môi trường khắc nghiệt về nhiệt độ, độ pH và độ mặn
Điều quan trọng về môi trường của những CHĐBM loại này là chúng thích hop voi chu trinh carbon: CO, đo cây cối lẫy từ khí quyên lại được trả lại khi các
CHĐBM bị phân hủy sinh học Ngược lại, các sản phẩm dựa trên nguồn dầu khí thì
chỉ có đây thêm CO; vào khí quyền khi cuối cùng chúng bị phân hủy sinh học
1.2.2.3 Một số kết quả nghiên cứu về chất hoạt động bê mặt sinh học
wx Trong nước
Năm 2005, tác giả Phạm Thành Quân, Trường Đại học Bách Khoa thành phố
Hồ Chí Minh đã có công trình nghiên cứu “Tổng hợp CHĐBM không ion alkyl polygplucosides (APG) với sự hỗ trợ vi sóng (microwave) theo phương pháp Fisher
» i APG 1a san pham của phản ứng giữa glucose và rượu béo với hai giai đoạn
xúc tác acid APG được xem là CHĐBM an toàn cho môi trường sinh thái vì có tính chất đễ phân hủy sinh học Các nhà khoa học gọi chúng là “CHĐBM tương lai”
APG có thê được tong hop từ các nguyên liệu tái tạo nên an toàn cho sức khỏe,
không độc hại Nó được sử dụng rộng rãi trong sản xuất dược phẩm, mỹ phẩm và nông nghiệp Con đường tông hợp gồm hai giai đoạn:
Giai doan 1: phan tng gitta glucose va n-butanol voi ti lệ mol tương ứng là
1:2, xúc tác H;SO¿,
Giai đoạn 2: thêm lauryl alcohol (tỉ lệ mol lauryl và glucose là 1:1) vào hỗn
hợp thu được ở giai đoạn Ì
Hiệu suất phản ứng qua hai giai đoạn là 91%, con đường chuyên hóa có thể
tóm tắt như sau:
Trang 35
Sơ dé 1.1 Tong hop CHDBM khong ion alkyl] polyglucosides (APG)
Năm 2010, tác giả Hà Thanh Mỹ Phương - trường Đại hoc Can Thơ, đã có công trình nghiên cứu “Nghiên cứu tổng hợp chất hoạt động bê mặt không ion từ
mỡ cá basa” Ù!1_ Tác giả đã tông hợp đi từ nguyên liệu đầu là acid oleic rồi sử dụng các điều kiện đó để tổng hợp đi từ nguyên liệu mỡ cá basa Sơ đồ tổng hợp CHĐBM alkanolamide và ethylenediamide đi từ nguyên liệu đầu là acid oleic được
Sơ đồ 1.2 Quy trình tổng hợp CHĐBM không ion từ acid oleic
Trang 36
Luận văn tốt nghiệp đại học
Nghiên cứu đã tìm được quy trình tổng hợp CHĐBM không ion alkanolamide và ethylenediamide từ mỡ cá basa Các phản ứng được thực hiện bằng phương pháp gia nhiệt, khuấy từ thông thường Thời gian và tác chất phản ứng cho mỗi lần khảo sát là khá lớn Ngày nay khi mà vi sóng được sử dụng rộng rãi trong tổng hợp hữu cơ để rút ngắn thời gian và tác chất phản ứng thì xu hướng mới cho đề tài này chính là việc áp dụng sự hỗ trợ vi sóng trong quá trình tông hợp
vx Ngoài nước
Năm 2002, nhóm tác giả Piispanen và Peter đã có công trình nghiên cứu tông hợp CHĐBM sinh học không ion từ một hỗn hợp acid béo giàu acid oleic qua các bước: methyl hóa, epoxy hóa và mở vòng epoxy với tác nhân monomethyl PEG, xúc tác sử dụng trong phản wng mo vong epoxy la mot acid Lewis PEG— polyethyleneglycol hay polyoxyethylene (HO-(CH2CH),0),-H hay (EO),), trong do n=7, 11 hay 16 Kết quá CHĐBM thu được là một hỗn hợp sản phẩm đồng phân có chuỗi polyoxyethylene glycol kết nối ở vị trí carbon số 9 hoặc 10 của acid béo P1,
Trang 37Năm 1996, nhóm tác giả J H Kim và cộng sự đã đưa ra một con đường tổng hợp CHĐBM sinh hoc anion với tác chất là sodium N-methyltaurate va acyl
(Tauric acid) (N-Methyltauric acid)
Sodium V -methyltaurate
So dé 1.4 tong hop CHDBM sinh hoc anion véi tac chat 1a sodium N-
methyltaurate va acyl chloride
Phản ứng trên có thể thay thé acyl chloride (gid thanh cao) bang cach cho phan ứng trực tiếp sodium N-methyltaurate với acid béo ở nhiệt độ cao
Sodium N-methyltagrate
Sơ đồ 1.5 Phản ứng trực tiếp sodium N-methyltaurate với acid béo
Taurate tan trong nước nhiều hơn isethionate và cũng có tính tây rửa rất nhẹ Taurates thường được sử dụng trong dầu gội, kem đánh răng, sản phẩm cạo râu và trong nhiều kỹ thuật ứng đụng khác
Nam 2003, Peter S Piispanen va Torbjorn Norin thudc Vién Céng Nghệ Hoàng Gia Thụy Điển đã báo cáo một phương pháp cải tiến cho sự tổng hợp hai loại CHĐBM sinh học từ carbohydrate la: 2-alkylamino-2-deoxy-D-glucopyranose
va 1,2-dialkylamino- 1,2-dideoxy-D-(N)-B-glucoside'*! Cac CHDBM nay duoc tong
hợp với hiệu suất cao từ D-fructose và alkylamines phù hợp, sử dụng muối kẽm
Trang 38
Luận văn tốt nghiệp đại học
chloride làm chất xúc tác Phản ứng đầu tiên là một phản ứng Amadori, và 1,2- đialkylamino-1,2-dideoxy-D-(N)-B-glucozide kết tủa trong phản ứng Sản phẩm này
có thể để dàng bị thủy phân tạo thành dẫn xuất monoalkyl cũng là một CHĐBM là 2-alkylamino-2-deoxy-D-glucopyranose
Sơ dé 1.6 Tong hop CHDBM sinh hoc tir carbohydrate
1.3 Hoá học vi sóng
1.3.1 Sóng điện từ
Sóng điện từ được đề cập lần đầu tiên do Jame Clerk Maxwell (1831-1879) Sóng điện từ là sự kết hợp đao động của điện trường và từ trường theo hai phương vuông góc nhau và vuông góc với phương truyền trong không gian đưới dạng sóng Vận tốc truyền bằng vận tốc ánh sáng (2.998 x 10” m/$)
Hình 1.10 Thành phần điện và thành phần từ của sóng điện từ "`
Có thể phân loại dựa theo tần số và độ dài sóng (Bảng 1.5)
Trang 39
Bang 1.5 Phân loại sóng điện từ theo tần số và độ dài sóng
Radio 101_ 10 10° - 10° Cac tram truyén thanh, truyén hinh,
công nghệ viễn thong, y học
Vi són 103- 101 10" - 10° Truyền thông và thông tin vô tuyến,
Hà gu 107-10” 10-107 các thiết bị điều khiển từ Pe aa a ak ”
Ánh sang nhìn 4x107 -7x107 7.5x10"*- Nhìn thấy bằng mắt thường, sử
thấy được 4.3x10'2 dụng vào nhiếp ảnh, điện ảnh
T1a tử ngoại 108-7x107 1015.1014 Thanh trùng, quang hóa học, điện
Tịa X 101! 103 109-1016 Ÿ học, tinh thể học, vật lý thiên
thê
chât, thăm dò khoảng sản
Trang 40
Luận văn tốt nghiệp đại học
PHỔ PHÂN CHIA SÓNG ĐIỆN TỪ
Như đã giới thiệu ở trên, vi sóng là sóng điện từ, độ dài sóng nằm trong
khoảng 0.03- 0.1m, tần số nằm trong khoảng 1GHz-30GHz, nằm giữa vùng radio và vùng hồng ngoại trong phố điện từ !“ Vị sóng sử đụng trong các thiết bị gia dụng
và phòng thí nghiệm có tần số là 2.45GHz và độ dài sóng là 12.24cm để tránh trùng
lặp với sóng điện từ dùng trong viễn thông
Năng lượng photon của vi sóng là 0.0016eV, rất nhỏ không đủ để bẻ gãy một
nối hóa học, nó còn nhỏ hơn năng lượng chuyển dong Brownian Điều đó cho thấy
năng lượng vi sóng không thể gây ra một biến đổi hóa học
1.3.3 Sự làm nóng vật chất do chiếu xạ vỉ sóng
Đặc trưng tạo nhiệt của vật chất dưới tác động của vi sóng chủ yếu dựa vào độ phân cực của nó Khả năng một vật chất có thê chuyên hóa năng lượng điện từ thành nhiệt năng ở một tần số được gọi là tan ổ Một môi trường có tanổ lớn sẽ hấp thu hiệu quả vi sóng và nóng nhanh lên
Các dung môi có thể được sắp xếp vào các nhóm: hấp thu vi sóng tốt (tanổ > 0.5), trung bình (0.1<tan ổ <0.5) và hấp thu vi sóng yếu (tan ở <0.1) Giá trị tan ổ của một số dung môi hữu cơ được trình bày trong Bảng 1.5