Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của vật liệu hấp phụ dầu từ bã mía thải luận văn thạc sỹ hóa học

Xuất phát từ thực tế đó chúng tôi chọn đề tài: “Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của vật liệu hấp phụ dầu từ bã mía thải ” nhằm góp phần tìm kiếm một giải pháp trong việc nghiên cứu các

Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học vinh

Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học vinh

Luận văn này được hoàn thành tại khoa sau đại học trường Đai họcVinh Tụi xin chõn thành được gửi lời cảm ơn đến tập thể cỏc thầy cụ, cỏn bộkhoa hoỏ hoc, khoa sau đại học trường Đại học Vinh Đặc biệt xin được gửilời cảm ơn sõu sắc đến TS Lờ Đức Giang đó giao đề tài, tận tỡnh hướng dẫn

và tạo điều kiện giỳp tụi suốt qua trỡnh làm luận văn; PGS TS Hoàng VănLựu, PGS.TS Đinh Xuõn Định đó cú những ý kiến đúng gúp quý bỏu giỳp tụihoàn thành tốt nội dung của luận văn

Sau cựng tụi xin gửi lời cảm ơn đến cỏc cỏn bộ phũng thớ nghiệm hoỏhữu cơ trường Đại học Vinh, Viện Hoỏ học – Viện khoa học và cụng nghệViệt Nam; gia đỡnh; bạn bố và người thõn đó động viờn giỳp đỡ tụi hoànthành luận văn này

Học viờn : Vũ Đỡnh Đức

Mục lục

Lời cảm ơn 1

Mục lục .2

MỞ ĐẦU 6

1 Lý do chọn đề tài 6

2.Nhiệm vụ nghiên cứu đối tượng nghiên cứu 6

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1.1.Tràn dầu và các biện pháp xử lý ở Việt Nam và thế giới 8

1.1.1.Các vụ tràn dầu kinh hoàng trên thế giới hậu quả và khắc phục.8 1.1.2 Các vụ tràn dầu ở Việt nam 9

1.1.3 Một số biện pháp khắc phục 10

1.2.Vật liệu hấp thụ dầu 11

1.2.1.Đặc điểm của chất hấp phụ dầu 11

1.2.2 Phân loại vật liệu hấp phụ dầu 11

1.2.3.Yêu cầu kỹ thuật của các loại vật liệu hấp phụ dầu 13

1.2.4 Cơ sở khoa học và cơ chế làm việc của vật liệu hấp phụ dầu 14

1.3 Vật liệu hấp thụ dầu trên cơ sở xenlulozơ 15

1.3.1.Sợi thực vật và thành phần hoá học của sợi thực vật 16

1.3.2.Cấu tạo phân tử và tính chất hoá học của xenlulozơ 18

1.3.3.Giới thiệu một số vật liệu hấp phụ dầu đang được sử dụng 26

1.3.3.1.Corbol 26

1.3.3.2.Enretech cellusorb 27

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 2.1 Dụng cụ và hóa chất 30

2.1.1.Nguyên liệu và hóa chất 30

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm 30

2.2 Thí nghiệm điều chế dẫn xuất xenlulozơ axetat 30

2.2.1 Xử lí nguyên liệu thô (bã mía)……… ………….…30

2.2.2 Phản ứng axetyl hoá xenlulzơ từ bã mía phế thải với anhydrit axetic và xúc tác là axit sunfuric 31

2.3 Phương pháp khảo sát cấu trúc và hình thái học của xenlulozơ

axetat 3

1 2.4 Phương pháp xác định độ axetyl hoá (DAc) 32

2.5 Xác định khả năng hút nước của các dẫn xuất xenlulozơ axetat 32

2.6 Xác định khả năng hấp thụ dầu của vật liệu hấp phụ dầu 32

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Kết quả khảo sát cấu trúc của vật liệu ……… … 34

3.1.1 Kết quả khảo sát cấu trúc của xenlulozơaxetat bằng phổ hồng ngoại 34

3.1.2 Kết quả khảo sát cấu trúc của xenlulozơ axetat bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân 37

3.2.Kết quả xác định độ axetyl hóa xenlulozơaxetat 40

3.3.Kết quả khảo sát hình thái học của vật liệu 41

3.4.Kết quả khảo sát một số tính chất của vật liệu 42

Danh mục các chữ viết tắt trong luận văn

AGU Anhydro--D glucopyranozơ

DAc §ộ axetyl hoá

DMAP 4-dimetylamino pyridin DMF Dimetylformamit

DMSO Dimetylsulfoxit

NBS N-bromosucxinimit

PCB Polyclorua biphenyl

PE Polyetylen

PP Polypropylen

PU Polyuretan

VN Việt Nam

SEM Kính hiển vi điện tử quét

Danh mục các hình và bảng trong luận văn Hình 1.1: phân tử lignin 18

Hình 1.2: Cấu trúc trúc phân tử pectin 18

Hình 1.3: Cấu Cấu trúc phân tử xenlulozơ 19

Hình 1.4: Liên kết hydro trong và ngoài mạch xenlulozơ 19

Hình 1.5: Liên kết hydro giữa các lớp xenlulozơ 20

Hình 3.1: Phổ hồng ngoại của xenlulozơ bã mía trước khi phản ứng 35

Hình 3.2: Phổ hồng ngoại của xenlulozơaxetat .36

Hình 3.3: Phổ 1H-NMR của xenlulozơ axetat 38

Hình 3.4: Phổ 13C-NMR của xenlulzơ axetat 39

Hình 3.5: Phổ DEPT của xenlulozơ axetat 40

Hình 3.6: Ảnh SEM của xenlulozơ bã mía trước khi phản ứng 42

Hình 3.7: Ảnh SEM xenlulozoaxetat 42

Bảng 1.1: Thành phần hoá học của một số sợi thực vật [12] 17

Bảng 3.1: Một số dải hấp thụ đặc trưng cho các dao động của một số nhóm chức chính của xenlulozơ bã mía trước phản ứng 35

Bảng 3.2: Một số dải hấp thụ đặc trưng cho các dao động của một số nhóm

chức chính của xenlulozơ axetat 37

Bảng 3.3: Số liệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H 38

Bảng 3.4: Số liệu phổ 13C -NMR của xenlulozơ axetat 39

Bảng 3.5: Kết quả xác định mức độ axetyl hoá xenlulozơaxetat 40

Bảng 3.6: Khả năng hoà tan của xenlulozơaxetat trong các dung môi khác nhau 43

Bảng 3.7: Kết quả xác định khả năng hút nước của vật liệu 44

Bảng 3.8: Một số đặc tính kỹ thuật của 3 loại dầu được sử dụng 45

Bảng 3.9: Khả năng hấp thụ dầu của các loại vật liệu khác nhau 45

Sơ đồ 1.1: Phản ứng axetyl hoá xenlulozơ bã mía với anhydrit axetic 26

Công trình đã công bố liên quan đến luận văn

Lê Đức Giang, Nguyễn Thị Thu Hoài, Vũ Đình Đức, “Tổng hợp và

bước đầu nghiên cứu tính chất của vật liệu hấp phụ dầu từ bã mía”, Tạp chí

hoá học và ứng dụng, số 5(9), 2011, trang 3,7,8,9

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trải qua nhiều thập kỷ tràn dầu đã trở thành một trong những sự cố môitrường xảy ra thường xuyên trên thế giới và Việt Nam Các sự cố tràn dầuthường để lại hậu quả rất nghiêm trọng làm ô nhiễm môi trường, gây thiệt hạiđến các hoạt động kinh tế nhất là tại các sông, vịnh và vùng biển ven bờ Các

tổ chức, cá nhân sinh sống có các hoạt động phát triển ven sông, ven biển,như đánh bắt và nuôi trồng thuỷ sản, du lịch biển, làm muối, nông nghiệp,v.v thường bị tác hại trực tiếp về kinh tế, đời sống và ảnh hưởng đến môitrường sinh thái, tài nguyên thủy sinh, tài nguyên nước, tài nguyên đất trênmột khu vực rộng lớn Tràn dầu thường xảy ra từ các hoạt động tìm kiếm,thăm dò, khai thác, vận chuyển, chế biến, phân phối và tàng trữ dầu khí, cácsản phẩm của chúng khi rò rỉ, phụt dầu, vỡ đường ống, vỡ bể chứa, tai nạnđâm va gây thủng, chìm đắm tàu, sự cố tại các dàn khoan dầu khí, cơ sở lọchoá dầu, v.v…(gọi tắt là tràn dầu) làm cho dầu và sản phẩm dầu thoát rangoài gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng xấu đến sinh thái và thiệt hại đếncác hoạt động kinh tế, đặc biệt có liên quan đến khai thác và sử dụng các dạngtài nguyên thuỷ sản

Việc đòi bồi thường các thiệt hại về môi trường do tràn dầu là thông lệquốc tế, đây là vấn đề phức tạp về pháp lý và cần được tiến hành vừa khẩntrương vừa thận trọng Ngăn ngừa và khắc phục sự cố tràn dầu là công việchết sức cần thiết, phức tạp và khó khăn, đòi hỏi sự tổ chức phối hợp mau lẹ vàviệc áp dụng nhiều biện pháp kỹ thuật phù hợp, mang tính đồng bộ và hiệuquả để khắc phục tình trạng trên Có thể áp dụng biện pháp hoá học khi cóhoặc không có sự làm sạch cơ học trong một thời gian dài Cụ thể, sử dụngcác chất phân tán, các chất phá nhũ tương dầu - nước; các chất keo tụ và hấpthụ dầu để xử lý

Việc chế tạo vật liệu hấp phụ dầu từ sợi thực vật đang là một trongnhững hướng đi tích cực nhằm tìm kiếm một giải pháp khắc phục hậu quả các

sự cố tràn dầu.Với ưu điểm đi từ sợi thực vật (sơ dừa, bã mía thải, bông gòn,gai, đay, chuối, dứa, sợi tre, nứa, gỗ, xơ bắp, rơm, ….vv) là nguồn nguyên

liệu dễ kiếm, có thể đi trực tiếp từ thiên nhiên hoặc nguyên liệu phế thải Ướctính khoảng 1,5 tỷ pound (1pound = 0,454 kg) xenluloaxetat được sản xuấttrên thế giới từ nguồn nguyên liệu thải từ nông nghiệp (trung tâm công nghệquốc gia sử dụng nông nghiệp, 1815 đai học Peoria , Mỹ, 2005)

Bã mía phế thải là sản phẩm phụ trong công nghiệp chế biến míađường Hàng năm, công nghiệp chế biến mía đường thế giới thải ra khoảng 54triệu tấn bã mía VN có nguồn bã mía thải tương đối dồi dào từ các nhà máyđường và một số lĩnh vực khác Đây là một hướng đi mới nhằm chế tạo vậtliệu hấp phụ dầu từ nguyên liệu thiên nhiên, tận dụng được lượng bã mía thảikhá lớn, tiết kiệm chi phí chế tạo và quan trọng là việc sử dụng ít gây ảnhhưởng đến ô nhiễm môi trường

Xuất phát từ thực tế đó chúng tôi chọn đề tài: “Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của vật liệu hấp phụ dầu từ bã mía thải ” nhằm góp phần tìm

kiếm một giải pháp trong việc nghiên cứu các vật liệu hấp phụ dầu từ sợi thựcvật và tận dụng lượng bã mía thải khá lớn trong công nghiệp

2 Mục đích và nhiệm vụ của luận văn

- Điều chế vật liệu hấp phụ dầu từ bã mía bằng phản ứng axetyl hoáxenlulozơ từ bã mía phế thải với anhyđrit axetic và xúc tác axit sunfuric đặc;

- Khảo sát cấu trúc của xenlulozơaxetat bằng phổ hồng ngoại và phổcộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR, 13C-NMR và DEPT);

- Xác định độ axetyl hoá, khảo sát hình thái học bằng kính hiển vi điện

tử quét (SEM), xác định khả năng hấp phụ dầu, khả năng hút nước của vậtliệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1.Tràn dầu và các biện pháp xử lý ở Việt Nam và thế giới

1.1.1.Các vụ tràn dầu kinh hoàng trên thế giới hậu quả và khắc phục

Thế giới đã trải qua nhiều vụ tràn dầu lớn, song các vụ tràn dầu trong vòng20-30 năm trở lại đây đã gây ra những thiệt hại kinh tế to lớn hàng tỉ đôla mỗinăm, làm tổn thương lớn cho các hệ sinh thái sông, biển và đại dương Chúng

ta hãy điểm qua các vụ tràn dầu lớn nhất trên thế giới trong những thập niên

qua Đầu tiên là vụ tràn dầu Amoco Cadiz năm 1978 vùng biển ngoài khơi Pháp làm 68,7 triệu gallons (1gallon = 3,78lit) dầu nhẹ tràn ra biển Chỉ

khoảng 3300 tấn chất lỏng phân tán được sử dụng, một tháng sau vụ tràn dầu,

320 km đường bờ biển của Pháp nhiễm bẩn Rất nhiều máy xúc được huy

động để xúc dầu Tiếp đến tháng 7/1979 Vụ tràn dầu Atlantic Empress diễn ra

Trinidad và Tobago, Tây ấn Số lượng dầu tràn là 88,3 triệu gallons do 2chiếc tàu chở dầu lớn đã đâm vào nhau Nhờ phản ứng kịp thời để đưa tàu ra

xa bờ và sử dụng các hóa chất phân tán nhằm xử lý lượng dầu lan, chỉ một

phần nhỏ bờ biển Tobago bị ô nhiễm dầu Cũng năm 1979 vụ tràn tại giếng

dầu Ixtoc diễn ra Vịnh Campeche, Mexico Trong 10 tháng kế tiếp, ước tính

có 140 triệu gallons dầu tràn ra Vịnh Mexico Để hạn chế thiệt hại, chính phủMexico đã cho thả bùn, những quả bóng bằng thép, chì xuống giếng dầu vàphun chất lỏng để phân tán 1800 km2 dầu loang Một nửa số dầu bốc cháy khinổi lên mặt nước, một phần ba đã bay hơi Loại hóa chất được phun hoạt độngkhá hiệu quả, phân tán và làm dầu có thể hòa trộn với nước, giúp giảm ảnhhưởng của dầu tràn trên biển Đến năm 1983 vụ tràn dầu Nowruz Oil Field do

bị tấn công diễn ra trên Vịnh Ba Tư Kết quả, khoảng 1.500 thùng dầu tràn rangoài mỗi ngày Tổng số lượng ước tính khoảng 80 triệu gallons Do chiếntranh nên tới 7 tháng sau, sự cố trên mới được khắc phục Cũng năm 1983

diễn ra vụ tràn dầu tàu chở dầu khổng lồ Castillo de Bellever, diễn ra ngoài khơi vịnh Saldanha, Nam Phi, lượng dầu tràn 78,5 triệu gallons Nỗ lực chữa

cháy là bất khả thi, 1.500 con chim ó biển bị nhiễm dầu Hậu quả môi trường

từ vụ tràn dầu được đánh giá là không nghiêm trọng Tiếp theo vào năm 1988,

vụ tràn dầu tàu chở dầu của Libery Odyssey, 700 hải lý ngoài khơi bờ biểnNova Scotia, Canada, lượng dầu tràn 43 triệu gallons.Vì xảy ra ngoài khơi xa

nên không có đội làm sạch dầu nào được cử đến 3 năm sau, năm 1991 vụ tràndầu tàu ABT Summer do nổ cách bờ biển Angola 1400 km, lượng dầu tràn 80triệu gallons Diện tích dầu loang là 120 km2 Tuy nhiên tác động của nó lênđời sống con người không lớn do ở xa bờ biển Đặc biệt vụ tràn dầu lớn nhấtlịch sử diễn ra trong chiến tranh vùng vịnh ở Kuwait trênVịnh Ba tư, ước tínhkhoảng 240 triệu gallons Diện tích dầu loang tương đương đảo quần Hawaii.Người ta đã huy động khoảng 40 km thanh hút dầu nổi, 21 máy tách dầu khỏinước, hàng loạt xe hút dầu, thu lại được 58,8 triệu gallon Vụ tràn đã gây ranhững hậu quả vĩnh viễn lên hệ sinh thái san hô và cá Một nửa số dầu đã bayhơi, một phần tám được thu lại, còn một phần tư khác dạt vào đất liền 1 nămsau, năm 1992 lại diễn ra vụ tràn dầu lớn nhất trên đất liền ở GoingFerganaValley, Uzbekistan, lượng dầu tràn khoảng 87,7 triệu gallons Vì tràndầu trên mặt đất, nên đất đã làm nhiệm vụ của đội cứu hộ, hấp thụ hết dầuloang Ngày 21/4/2011, giàn khoan dầu Deepwater Horizon nổ và chìm ngoàikhơi bang Louisiana-vịnh Mexico, ít nhất 11 công nhân thiệt mạng, gây ra sự

cố tràn dầu nghiêm trọng nhất tại Mỹ trong 50 năm qua, đe dọa hệ sinh thái ởkhu vực Giàn khoan bốc cháy dữ dội suốt 36 giờ trước khi chìm Trước khiphát nổ, có khoảng 2,6 triệu lít dầu trên giàn khoan với công suất 8.000 thùngdầu/ngày Khi xảy ra sự cố, có khoảng 5.000 thùng dầu tràn ra mỗi ngày Đếnnay chưa có con số thiệt hại chính xác

1.1.2.Các vụ tràn dầu ở Việt nam

Ngày 24/8/2006, tàu La Palmas (quốc tịch nước ngoài) chở 23.000 tấndầu DO trong lúc cập cảng Sài Gòn đã va vào cầu cảng làm hơn 1500 tấndầu, 150 tấn xăng tràn ra từ hệ thống ống dẫn của cầu cảng Dù đã ứng phókịp thời, sau 9 giờ, váng dầu đã lan rộng cách khu vực xảy ra sự cố 40- 50kmtheo phía hạ lưu sông Sài Gòn Tiếp đó, do thủy triều lên, váng dầu bị đẩyngược lên thượng lưu cách nơi xảy ra sự cố 4-5km Sau 15 ngày, diện tích bịảnh hưởng là 60.000 ha bao trùm một khu vực lớn dọc theo sông Sài Gòn,trong đó diện tích bị ô nhiễm nặng nhất là 40.000 ha

Tháng 6/2009, tàu Nhật Thuần chứa khoảng 1.795m3 dầu cặn và chấtthải lẫn dầu đã chìm sâu xuống biển Vũng Tàu sau khi bùng cháy trongkhoảng 2 giờ liền Ngày 23/6/2010, chiếc sà lan Huỳnh Nhi 01, số đăng kýBL- 0304, tải trọng 250 tấn dầu bất ngờ bị chìm vắt ngang khu vực dưới cầuTôn Đức Thắng (cầu Bạc Liêu 2) thuộc phường 1, thị xã Bạc Liêu, tỉnh BạcLiêu Ngày 27/4/2010 tàu Biển Đông 50 của Công ty Hải sản Trường Sa, khiđang đi từ cửa sông ra biển, đến vị trí neo A12 (thuộc vùng biển Sao Mai,phường 5,Vũng Tàu, cách đất liền hơn 1 km), chở dầu đã bất ngờ bị chìm làmhơn 370 tấn dầu DO và hơn chục thùng phi nhớt thoát ra biển Theo thống kêcủa Sở Tài nguyên và Môi trường TP.HCM, bình quân 1 năm trên sông SàiGòn xảy ra hơn 1 vụ tràn dầu do các phương tiện va chạm hoặc do bơm hút rò

rỉ đã để lại hậu quả rất nghiêm trọng làm ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đếnmôi trường sinh thái, tài nguyên thủy sinh, tài nguyên nước, tài nguyên đấttrên một khu vực khá rộng, gây thiệt hại đến các hoạt động kinh tế

1.1.3 Một số biện pháp khắc phục

Ở nhiều nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam, các biện phápthường được áp dụng để khắc phục sự cố tràn dầu thường là cơ học, sinh học

và hoá học Đối với biện pháp cơ học, thực hiện quây gom, dồn dầu vào một

vị trí nhất định để tránh dầu lan trên diện rộng Sử dụng phao ngăn dầu đểquây khu vực dầu tràn, hạn chế ô nhiễm lan rộng và để thu gom xử lý Sau khidầu được quây lại dùng máy hớt váng dầu hút dầu lên kho chứa Ưu điểm củabiện pháp này là ngăn chặn, khống chế và thu gom nhanh chóng lượng dầutràn tại hiện trường

Ngoài ra, có thể áp dụng biện pháp hoá học khi có hoặc không có sựlàm sạch cơ học và dầu tràn trong một thời gian dài Cụ thể, sử dụng các chấtphân tán; các chất phá nhũ tương dầu - nước; các chất keo tụ và hấp phụdầu…vv.để xử lý Với biện pháp sinh học là dùng các vi sinh vật phân giảidầu như vi khuẩn, nấm mốc, nấm men Thường khi xảy ra sự cố tràn dầu thì

biện pháp cơ học được xem là tiên quyết cho công tác ứng phó sự cố tràn dầutại các sông, cảng biển Và việc xử lí sự cố tràn dầu bằng biện pháp cơ học sẽkhông triệt để mà còn để lại vết tích của dầu ảnh hưởng đến con người, môitrường, và sinh vật Tuy nhiên các phương pháp khắc phục chỉ là giải pháptình thế, nhằm tối thiểu hoá thiệt hại khi đã xảy ra sự cố tràn dầu.

1.2.Vật liệu hấp phụ dầu :

1.2.1 Đặc điểm của chất hấp phụ dầu :

Dầu hình thành lớp trên mặt nước, chất hấp phụ hỗn hợp dầu trần

vãi ở mọi dạng nguyên hoặc nhũ hóa từng phần hay bị phân tán trên mặt nước,chúng chỉ hút dầu chú không hút nước Các chất hấp phụ dầu cần có các ưuđiểm sau :

-Nổi nhẹ trên mặt nước có khả năng hấp phụ khối lượng dầu lớn hơn nhiềulần khối lượng chất hấp phụ ( khoảng 6 đến 10 lần )

- An toàn với động thực vật trong và trên mặt nước, trên cạn và không gây ônhiễm môi trường, thân thiện với môi trường, khả năng tự phân hủy trong thờigian ngắn

- Dễ bảo quản và sủ dụng có thể tái sử dụng

- Dễ bảo quản và sủ dụng có thể tái sử dụng

- Chế tạo 100% từ nguyên liệu phế liệu nông nghiệp cụ thể trong luận vănnày là bã mía thải

1.2.2 Phân loại vật liệu hấp phụ dầu

Vật liệu hấp phụ dầu được chia thành 3 loại chính sau[1,4,5]

a Vật liệu hấp phụ dầu hữu cơ tổng hợp:

Hiện nay, vật liệu hấp phụ dầu chủ yếu được chế tạo từ các loạipolyme hữu cơ tổng hợp như polypropylen (PP), polyetylen (PE), polyuretan(PU), polyeste, polyamit (nylon), copolyme khối trên cơ sở của alkylstyren;polycacbodiimit, các loại copolyme khối trên cơ sở PP và PE

Các loại vật liệu hấp phụ dầu từ polyme hữu cơ tổng hợp có các ưu vànhược điểm chính sau:

Ưu điểm: nhẹ vì có tỷ trọng thấp; không hoặc ít hút nước; có tính năng

cơ-lý cao; bền với môi trường và hoá chất; khả năng hấp phụ dầu cao; có thểsản xuất công nghiệp nên có sẵn trên thị trường; dễ dàng gia công thành sợi

và từ đó dễ dàng tạo thành các sản phẩm khác nhau như các loại phao, gối,chăn, khăn,v.v rất tiện dụng cho công tác ứng cứu các sự cố tràn dầu;

Nhược điểm: giá thành cao; không bị phân huỷ sinh học, gây ô nhiễm

môi trường thứ cấp nghiêm trọng

b.Vật liệu hấp phụ dầu hữu cơ có nguồn gốc thiên nhiên:

Các sản phẩm và phế thải nông nghiệp như các loại sợi bông (bông vải,bông gạo, …vv), các loại cỏ bông, rêu than bùn, rơm rạ, lõi ngô, bã mía, mùncưa, sợi gỗ, một số loại vỏ cây và nhiều loại vật liệu trên cơ sở xenlulozơ biếntính khác

Các loại vật liệu hấp phụ dầu hữu cơ có nguồn gốc thiên nhiên kể trêncũng có các ưu và nhược điểm chính sau:

Ưu điểm: giá thành rẻ, có nguồn gốc thiên nhiên và khả năng tái sinh vô

tận, thân thiện với môi trường và có khả năng tự phân huỷ sinh học Phần lớncác loại vật liệu hấp phụ dầu hữu cơ có nguồn gốc thiên nhiên có cấu trúc sợinên có thể dễ dàng gia công thành sợi và từ đó dễ dàng tạo thành các sảnphẩm khác nhau như các loại phao, gối, chăn, khăn, tiện dụng cho công tácứng cứu các sự cố tràn dầu;

Nhược điểm: khả năng nổi kém vì có tỷ trọng cao, tính ưa nước cao,

tính ưa dầu thấp vì thế vật liệu có khả năng hấp phụ dầu thấp

c Vật liệu hấp phụ dầu vô cơ :

Như các loại khoáng sét (vermiculite, diatomite, perlite, cát thạch anh,thạch anh tinh thể, silica, natri bicacbonat), amberlite, khoáng sét hữu cơ,zeolite, sợi thuỷ tinh, than chì, than hoạt tính, v.v

Các ưu và nhược điểm chính của vật liệu hấp phụ dầu vô cơ kể trên nhưsau:

Ưu điểm: sẵn có, giá thành rẻ.

Nhược điểm: có tỷ trọng cao, không tái sử dụng được, hút nước, tính ưa

dầu kém vì thế vật liệu có khả năng hấp phụ dầu thấp, khó khăn trong vậnchuyển và sử dụng vì phần lớn vật liệu hấp phụ dầu vô cơ đều ở dạng bộthoặc hạt

1.2.3.Yêu cầu kỹ thuật của các loại vật liệu hấp phụ dầu:

Để có thể trở thành các sản phẩm thương mại, các loại vật liệu hấp phụdầu cần phải đáp ứng một số yêu cầu kỹ thuật sau [3]

- Khả năng hấp phụ dầu cao và vận tốc hấp phụ dầu nhanh và hút nướcthấp;

- Khả năng lưu dầu cao trong quá trình vận chuyển;

- Khả năng thu hồi dầu (nhả hấp phụ) nhanh và bằng những phươngpháp đơn giản nhất có thể;

- Có các tính chất cơ lý tốt và có khả năng tái sử dụng nhiều lần;

- Có tỷ trọng thấp, khả năng nổi cao trên mặt nước

- Chịu được các dung môi hoá chất thông dụng;

- Không bị phân huỷ quang hoá;

- Sẵn có và giá thành rẻ;

- Đáp ứng tiêu chuẩn về khả năng hấp phụ dầu trên 1kg vật liệu hấp phụ dầunhư sau:

+ Theo World Catalogue of Oil Spill Response Products, 1997/1998

[6], thì nếu 1kg vật liệu hấp phụ dầu hấp phụ được khoảng dưới 5kg dầu thìvật liệu hấp phụ dầu được xếp loại kém, không kinh tế và không có khả năngthành sản phẩm thương mại;

+Nếu 1kg vật liệu hấp phụ dầu hút dược khoảng từ 5-10 kg dầu thì vậtliệu hấp phụ dầu được xếp loại khá, có khả năng thương mại;

+Còn nếu 1kg vật liệu hấp phụ dầu hút được khoảng trên 10 kg dầu thìvật liệu hấp phụ dầu được xếp loại tốt;

+Theo tiêu chuẩn của Nhật Bản thì vật liệu hấp phụ dầu được chấpnhận như một mặt hàng thương mại thì phải có khả năng hấp phụ dầu ít nhất

là 6kg dầu trên1kg vật liệu hấp phụ dầu

1.2.4 Cơ sở khoa học và cơ chế làm việc của vật liệu hấp phụ dầu

Các nhà khoa học cho rằng, quá trình hấp phụ dầu của các loại vật liệu

hấp phụ dầu là sự hút thấm bề mặt (sorption) Trong một phạm trù rộng hơn

của quá trình hút thấm bề mặt, người ta chia làm 2 loại: quá trình hấp phụ

(adsorption) và quá trình hấp thụ (absorption) Điều khác nhau cơ bản giữa

hai hiện tượng này là ở mức độ tương tác của chất bị hút thấm với chất hútthấm và khả năng di chuyển tự do của chất bị hút thấm trong chất hút thấm.Trong quá trình hấp phụ, chất bị hấp phụ tích tụ chủ yếu trên bề mặt hoặcvùng tiếp xúc giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Ngược lại, trong quá trìnhhấp phụ, chất bị hấp phụ có thể chuyển dịch từ pha này sang pha khác và cóthể thâm nhập vào chất hấp phụ tới khoảng một vài nanomet (nm) Như vậy,trong quá trình hấp phụ dầu của các loại vật liệu hấp phụ dầu, trước tiên xảy

ra quá trình hấp thụ trên bề mặt, tiếp theo là quá trình hấp phụ xảy ra là chính,đáp ứng sự đòi hỏi về khả năng lưu dầu cao của vật liệu hấp phụ dầu như đãtrình bày ở phần trên về yêu cầu kỹ thuật của các loại vật liệu hấp phụ dầu Vìthế trong tất cả các nghiên cứu, người ta chỉ sử dụng thuật ngữ sự hấp phụ dầu

( oil absorption) và vật liệu hấp phụ dầu ( oil absorbents).

Nguyên nhân của hiện tượng hút thấm bề mặt là do các lực hút lẫnnhau giữa các phân tử của chất bị hấp phụ, chất hấp phụ và của dung môi.Nhìn chung trong qúa trình hút thấm bề mặt, nhiều loại lực tương tác với nhau

cùng một lúc như các lực tương tác hoá học (các liên kết hoá học, liên kết cầu

hydro), các lực tĩnh điện (ion-ion, ion-lưỡng cực), các tương tác vật lý khác

như lực Coulomb, lực Van der Waals Tuy nhiên, trong từng trường hợp riêng

biệt của quá trình hút thấm bề mặt, có thể một loại lực này hoặc một loại lựckia đóng vai trò chủ chốt hoặc quan trọng hơn [8,9].

Quá trình hấp phụ dầu của các loại vật liệu hấp phụ dầu chủ yếu dựa

trên nguyên lý của quá trình hấp phụ vật lý Do đặc điểm của các hợp chất cao

phân tử (polyme) là những phân tử cực lớn (các đại phân tử), nên lực tươngtác VanderWaals của các hợp chất cao phân tử là vô cùng lớn Vì vậy khảnăng hấp phụ dầu của các loại vật liệu polyme ( tự nhiên và tổng hợp ) là rấtlớn Hiện tượng hấp phụ dầu (pha lỏng) lên bề mặt vật liệu hút dầu là polyme(pha rắn), thực chất là hiện tượng pha rắn thấm ướt pha lỏng, tương tự nhưhiện tượng hấp phụ, nghĩa là liên quan đến sự biến đổi sức căng bề mặt giữacác pha tiếp xúc Cũng như quá trình hấp phụ, sự thấm ướt toả nhiệt Một điềucần phải nhắc đến đối với các vật liệu hấp phụ vô cơ dạng bột thì các đặctrưng về cấu trúc như cấu trúc mao quản, cấu trúc lớp, các đặc trưng hoá lý bềmặt như diện tích bề mặt riêng, các nhóm chức trên bề mặt của chất hấp phụ

có ý nghĩa rất quan trọng, trong đó diện tích bề mặt riêng của chất hấp phụcàng lớn thì khả năng hấp phụ càng cao Đối với chất hấp phụ dầu polyme thìcác nhóm chức trên bề mặt, các lỗ xốp, các mao quản, các khoảng trống vàcác khe hở trên thành của các sợi polyme lại có ý nghĩa quan trọng hơn.Trong trường hợp của sợi xenlulozơ, ngoài những yếu tố trên, cấu trúc lớpcũng có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình hấp phụ

1.3.Vật liệu hấp phụ dầu trên cơ sở xenlulozơ (Vật liệu hấp phụ dầu hữu

cơ có nguồn gốc thiên nhiên )

Hiện nay, vật liệu hấp phụ dầu chủ yếu được chế tạo từ các loạipolyme hữu cơ tổng hợp như PP, PE, PU, polyeste, polyamit (nylon),copolyme khối trên cơ sở của alkylstyren, polycacbodiimit, các loại copolymekhối trên cơ sở PP và PE Tuy nhiên, vì là vật liệu hấp phụ dầu chế tạo từ cácloại polyme hữu cơ tổng hợp không thân thiện với môi trường và không bịphân huỷ sinh học nên sau khi sử dụng làm vật liệu hấp phụ dầu, người takhông biết xử lý như thế nào đối một khối lượng lớn PP, PE, PU phế thải Chỉ

có 2 biện pháp để lựa chọn là chôn lấp và đốt Nhưng về trước mắt và lâu dài,

cả 2 biện pháp này đều là nguồn gây ô nhiễm môi trường thứ cấp nghiêmtrọng Nếu lựa chọn phương pháp chôn lấp thì các kết quả nghiên cứu đã chỉ

ra rằng hàng trăm năm sau các loại vật liệu hấp phụ dầu trên cơ sở polymehữu cơ tổng hợp trên vẫn không bị phân huỷ hoặc chưa bị phân huỷ hết Cònnếu lựa chọn phương pháp đốt lại gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọnghơn vì trong quá trình đốt tạo ra các hợp chất hữu cơ vô cùng độc hại nhưdioxin, furan, polyclorua biphenyl (PCB) các chất đi vào không khí và đầuđộc Để giải quyết vấn đề quan trọng này, một hướng rất quan trọng kháctrong lĩnh vực vật liệu hấp phụ dầu được đặc biệt quan tâm nghiên cứu vàphát triển là vật liệu hấp phụ dầu trên cơ sở các loại polyme thiên nhiên rấtthân thiện với môi trường và có khả năng tự phân huỷ sinh học, như vật liệuhấp phụ dầu từ các sản phẩm và phế thải nông nghiệp như các loại sợi bông(bông vải, bông gạo, bông tai), các loại cỏ bông, rêu than bùn, rơm rạ, lõi ngô,

bã mía, mùn cưa, sợi gỗ, một số loại vỏ cây và nhiều loại vật liệu trên cơ sởxenlulôzơ biến tính khác Để thấy tầm quan trọng đặc biệt của vật liệu hấpphụ dầu trên cơ sở các loại polyme thiên nhiên ta có thể tham khảo một VD: ở

Mỹ trong năm 2000, trong khi vật liệu hấp phụ dầu truyền thống trên cơ sở PP

là 31 triệu tấn thì vật liệu hấp phụ dầu trên cơ sở xenlulozơ đã lên tới 125triệu tấn, gấp tới hơn 4 lần, góp phần thu hồi khoảng 40 triệu gallons dầu(khoảng 150-160 triệu lít) một năm

1.3.1.Sợi thực vật và thành phần hoá học của sợi thực vật

Sợi thực vật thu được từ các loại cây Thành phần hoá học chính làxenlulozơ hay sợi xenlulozơ Sợi thực vật được phân loại theo nguồn gốc củachúng trong cây, bao gồm: sợi vỏ và sợi thân, tạo thành các bó xơ bên trong

vỏ của thân cây, sợi lá hay sợi cứng: chạy dọc theo chiều dài lá của các câymột lá mầm, sợi len trong quả, bông là sợi thực vật quan trọng nhất

Có tới hơn 250.000 loài thực vật bậc cao, tuy nhiên chỉ có một số rất ítloài (<0,1 %) được khai thác cho những ứng dụng thương mại.Thành phần

chính của sợi thực vật ngoài xenlulozơ (một loại polysaccarit) còn có cáchemixenlulozơ(các loại đường đơn như xylozơ, manozơ), lignin, các hợp chấtphenol, pectin, các hợp chất chiết được như các loại protein và một số loạikhoáng chất vô cơ khác (hình 1.1 đến hình1.3).Xenlulozơ và hemixenlulozơ

là các thành phần ưa nước chủ yếu của sợi thực vật Ngược lại, lignin là thànhphần kỵ nước Thành phần hoá học chủ yếu của một số loại sợi thực vật theophần trăm khối lượng khô tuyệt đối được trình bày trong bảng 1.1

Bảng 1.1: Thành phần hoá học của một số sợi thực vật [1,2,12]

Loại sợi Lignin(%) Xenlulozơ(%) Hemixenlulozơ(%) Pectin (%)

1.3.2.Cấu tạo phân tử và tính chất hoá học của xenlulozơ

 Cấu tạo phân tử xenlulozơ [10]

Xenlulozơ là một loại polyme thiên nhiên mạch thẳng (công thức phân

tử là [C6H7O2(OH)3]x) với đơn vị mắt xích là anhydro--D glucopyranozơ

(viết tắt là AGU), liên kết với nhau bằng liên kết glycosidic -(14) (Hình

1.1) Mỗi một mắt xích AGU có các nhóm hydroxyl (OH) ở các vị trí C2, C3

và C6, có khả năng tham gia nhiều phản ứng đặc trưng cho các nhómhydroxyl (OH) bậc một và bậc hai Cần lưu ý rằng, các nhóm hydroxyl (OH)

ở cuối mạch phân tử xenlulozơ, tức là ở các vị trí C1 và C4, có các tính chấtrất khác nhau: trong khi nhóm hydroxyl (OH) ở vị trí C1 có các tính chất khử

CH

O CH

O

H 2 C OH

OH HO

O

1 2 3

6

thì nhóm hydroxyl (OH) ở vị trí C4 không có các tính chất này Cácnguyên tử ô xy của các nhóm hydroxyl cũng như các nguyên tử ô xy trongcác vòng AGU tham gia tạo các tương tác nội và ngoại phân tử tạo cầu hydro

và tham gia các phản ứng phân huỷ khác nhau

Hình 1.1 Cấu trúc phân tử xenlulozơ

Hình 1.2: Cấu trúc phân tử lignin

Hình 1.3: Cấu trúc phân tử pectin

Phương pháp nhiễu xạ tia X đã được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc

của xenlulozơ Người ta nhận thấy giản đồ nhiễu xạ tia X của xenlulozơ có

những nét đặc trưng cho vật liệu tinh thể, trong đó tinh thể định hướng theotrục của xơ sợi Trong mạng tinh thể, các đoạn mạch đều xếp theo một hướng

O OH

OMe

HO

OMe HO

O

H H

-song -song với nhau Các phân tử xenlulozơ có cấu trúc trật tự cao do độ cứngcủa vòng anhydroglucozơ và lực hấp dẫn mạnh liên hợp với liên kết hydrocủa các nhóm hydroxyl Các liên kết hydro có thể tạo thành trong và ngoàimạch xenlulozơ (Hình1.4), cũng có thể tạo thành giữa các lớp xenlulozơ( Hình 1.5).

Hình 1.4: Liên kết hydro trong và ngoài mạch xenlulozơ

Về mặt hình thái học sợi xenlulozơ tự nhiên bao gồm một lớp màng

mỏng bề ngoài (thành sơ cấp) và một lớp thành thứ cấp dày hơn Đa số cácxenlulozơ tinh thể đều tồn tại trong thành thứ cấp, khi quan sát dưới kính hiển

vi điện tử, rõ ràng là chúng được tạo nên từ các hạt dạng sợi gọi là xơ Các xơnày nằm sát nhau và có đường kính trong khoảng 10 micron Mặt khác xơ lạiđược tạo nên từ các vi sợi có đường kính khoảng 100-150Ao với chiều dàikhông xác định Các vi sợi này sau đó lại có thể được tạo thành từ các đámđơn vị mịn hơn được gọi là chuỗi mixen Nhìn chung trong xenlulozơ tựnhiên, cấu trúc cơ bản của xenlulozơ có chiều dài khoảng l00-250nm, với tiếtdiện ngang 3-10nm, các mạch xenlulozơ có thể trải qua nhiều vùng tinh thể(vùng trật tự cao) với vùng vô định hình và tồn tại ở dạng nếp gấp trong phạm

vi một tinh thể Các tinh thể và vô định hình tập trung thành tổ chức lớn hơngọi là vi sợi Các vi sợi lại hợp thành tổ chức lớn hơn gọi là xơ

Trên thành của các sợi có rất nhiều các lỗ xốp, các mao quản, cáckhoảng trống và các khe hở Số lượng, kích thước, sự phân bố của chúng làrất khác nhau Điều này rất quan trọng vì các yếu tố này liên quan đến khảnăng tham gia phản ứng của các vi sợi xenlulozơ đặc biệt trong các điều kiệnphản ứng dị thể cũng như khả năng hấp thụ dầu của các sản phẩm hấp thụ dầusau này.

Hình 1.5: Liên kết hydro giữa các lớp xenlulozơ

 Tính chất hoá học của xenlulozơ

Xenlulozơ là polyme vừa phân cực mạnh vừa kết tinh cao, chỉ hoà tantrong một số ít dung môi Những dung môi đặc biệt có thể làm trương mạnhxenlulozơ và dẫn đến hoà tan Sự trương xảy ra khi chất gây trương lọt vàokhoảng trống giữa các tinh thể hoặc lọt vào vùng vô định hình của cấu trúcxenlulozơ, ở đó các phân tử liên kết với nhau lỏng lẻo Nếu đặt xơ xenlulozơvào nước, sợi xenlulozơ hút nước và chỉ bị trương lên với đường kính xơ tăngthêm khoảng 25% [12] Tuy nhiên tương tác giữa nước và xenlulozơ không

đủ mạnh nên nước không xâm nhập vào vùng tinh thể của xenlulozơ Sựtrương trong tinh thể xảy ra khi có mặt chất gây trương có ái lực mạnh hơn t-ương tác giữa các phân tử xenlulozơ gây ra hiện tượng phá vỡ liên kết giữacác phân tử xenlulozơ Trong kỹ thuật thường sử dụng dung dịch NaOH đậmđặc, dung dịch đồng ammoniac để gây trương

Do cấu trúc của phân tử xenlulozơ rất chặt chẽ, vừa tồn tại ở vùng tinhthể, vừa tồn tại ở vùng vô định hình, để phản ứng xảy ra, hoá chất cần xâmnhập vào các hình thái cấu trúc này, đặc biệt là vùng tinh thể Vùng vô địnhhình vốn có nhiều khoảng trống để tác nhân phản ứng lọt vào, do đó phản ứnghoá học thường xảy ra ở vùng này ở vùng tinh thể, để tăng cường khả năngtiếp cận và khả năng phản ứng, liên kết hydro giữa các mạch ở vùng này cầnđược phá vỡ để tạo điều kiện cho các nhóm hydroxyl sẵn sàng tham gia phảnứng đồng thời các mạch phân tử rời xa nhau, để lại khoảng trống dành chotác nhân phản ứng Để đạt được mục tiêu trên, xơ xenlulozơ cần được gâytrương bằng pha hơi hoặc pha lỏng Quá trình trương của xenlulozơ cũng làmột ảnh hưởng có lợi để hạn chế phản ứng ngắt mạch của mạch ghép, sự hìnhthành polyme đồng loại cũng bị làm chậm Một số tác nhân gây trương thư-ờng được sử dụng là H2SO4, NaOH, ZnCl2, etylamin.

Xử lý kiềm là một trong những phương pháp gây trương khá hiệu quả

và rẻ tiền thường được áp dụng Kiềm không chỉ có tác dụng gây trương màcòn hoà tan và loại bỏ hemixenlulozơ cũng như lignin Quá trình hoà tan cácthành phần này tạo ra lỗ trống trong cấu trúc sợi và gây trương

Như trên đã nói mỗi một mắt xích AGU có các nhóm hydroxyl (OH) ởcác vị trí C2, C3 và C6 ( hình 1), có khả năng tham gia nhiều phản ứng đặctrưng cho các nhóm hydroxyl (OH) bậc một và bậc hai như các phản ứng estehoá, phản ứng ete hoá và phản ứng ô xy hoá, phản ứng ghép và phản ứng tạomạng Ngoài ra chúng còn có thể tham gia phản ứng tạo phức với nhiều kimloại khác nhau Đây là cơ sở khoa học của quá trình biến đổi hoá học của sợixenlulozơ Các nhóm hydroxyl (OH) ở cuối mạch phân tử xenlulozơ, tức là ởcác vị trí C1 và C4, có các tính chất rất khác nhau: trong khi nhóm hydroxyl(OH) ở vị trí C1 có các tính chất khử thì nhóm hydroxyl (OH) ở vị trí C4không có các tính chất này Các nguyên tử ô xy của các nhóm hydroxyl cũngnhư các nguyên tử ô xy trong các vòng tham gia tạo các tương tác nội vàngoại phân tử tạo cầu hydro và tham gia các phản ứng phân huỷ khác nhau

như phản ứng thuỷ phân trong môi trường axit hoặc trong môi trường kiềm,phản ứng thuỷ phân do các loại enzym, nấm, và vi sinh vật gây ra, phản ứng ô

xy hoá và phân huỷ ô xy hoá tạo thành các hợp chất chứa các nhóm carbonyl(-C=O) hoặc các nhóm cacboxyl (-COOH) Ngoài ra các phân tử xenlulozơcòn có thể bị phân huỷ nhiệt, phân huỷ cơ học ( do cán trộn), phân huỷ do cáctia bức xạ ( tử ngoại, các loại tia phóng xạ) [10]

Như trên đã nói, do có nhiều nhóm hydroxyl (OH) trong phân tửxenlulozơ nên sợi xenlulozơ có tính ưa nước rất cao nhưng không tan trongnước cũng như không tan trong hầu hết các dung môi hữu cơ thông dụng Đây

là một hạn chế rất lớn của sợi xenlulozơ trong các phản ứng biến đổi ở cácđiều kiện đồng thể

 Phản ứng axetyl hoá xenlulozơ

Các nhóm hydroxyl (OH) ở các vị trí C2, C3 và C6 có khả năng thamgia phản ứng este hoá tạo thành các dẫn xuất este khác nhau với các axit vô

cơ và hữu cơ thích hợp, hoặc với các hợp chất anhydrit của các loại axit, hoặcvới axit clohiđric [10] Các este này có những ứng dụng vô cùng quan trọngtrong các ngành công nghiệp cũng như trong cuộc sống như xenlulozơaxetat,nitrat xenlulozơ, sulfat xenlulozơ, axeto butyrat xenlulozơ, toluensulfonatxenlulozơ

Đến nay, các nhà khoa học đã nghiên cứu và phát triển 2 phương phápchính thực hiện phản ứng axetyl hoá xenlulozơ với sự có mặt và không có mặtcủa các chất xúc tác: phương pháp axetyl hoá xenlulozơ trong các điều kiệnphản ứng đồng thể và phương pháp axetyl hoá xenlulozơ trong các điều kiệnphản ứng dị thể [19]

+ Phương pháp axetyl hoá xenlulozơ trong các điều kiện phản ứng đồng thể: Hàng loạt dẫn xuất xenlulozơaxetat với mức độ thế khác nhau bằng

phương pháp axetyl hoá xenlulozơ trong các điều kiện phản ứng đồng thể.Trong phản ứng này, xenlulozơ được hoà tan trong các loại dung môi hữu cơhoặc hỗn hợp dung môi hữu cơ khác nhau như trong dimetylsulfoxit(DMSO)

hoặc hỗn hợp paraformandehyt/DMSO, hỗn hợp DMSO/tetrabutylammonifluorua trihydrat, hỗn hợp N,N-dimetyl axetamit (DMAc)/liticlorua [21],trong chất lỏng ion như 1-allyl-3-methylimidazol Clorua [22], trong hỗn hợpdimetylformamit (DMF)/N2O4 và trong một vài loại muối nóng chảy khác nhưLiClO4.3H2O[31] để tạo thành dung dịch đồng thể

+ Phương pháp axetyl hoá xenlulozơ trong các điều kiện phản ứng dị thể:

Trong phương pháp này, các dẫn xuất xenlulozơaxetat được tổng hợp trongđiều kiện không sử dụng bất kỳ một loại dung môi hữu cơ hoặc hỗn hợpdung môi hữu cơ nào mà tiến hành phản ứng trực tiếp giữa xenlulozơ và tácnhân axetyl hoá Trong quá trình tổng hợp, ban đầu phản ứng giữa xenlulozơ

và tác nhân axetyl hoá xảy ra trong các điều kiện dị thể Dần dần, môi trườngphản ứng trở nên đồng thể hơn vì các sản phẩm của phản ứng, tức các dẫnxuất xenlulozơ axetat, hoà tan trong môi trường phản ứng[19,23,24]

Trong quá trình axetyl hoá xenlulozơ, tác nhân axetyl hoá thường được

sử dụng là axít axêtic, anhydritaxetic, clorua axetyl

Phản ứng axetyl hoá xenlulozơ có thể được tiến hành mà không cần sửdụng bất kỳ loại xúc tác nào [22] Tuy nhiên, trong phần lớn các trường hợpngười ta thường dùng xúc tác Rất nhiều loại xúc tác khác nhau đã đượcnghiên cứu phát triển và sử dụng để xúc tác cho phản ứng axetyl hoáxenlulozơ như pyridin, p-toluensulfonyl clorua [14,21], trong đó xúc tácpyridin được coi là phản ứng tiêu chuẩn để xác định các hợp chất hydroxyl vàcác hợp chất có khả năng axetyl hoá [15] Tuy nhiên vì pyridin là một hợpchất hữu cơ rất độc và có mùi khó chịu nên rất không thích hợp trong sản xuấtcông nghiệp đại trà Trong rất nhiều năm, hợp chất 4-dimetylamino pyridin(DMAP) đã được sử dụng làm xúc tác cho phản ứng axetyl hoá xenlulozơ Sovới pyridin thì DMAP có khả năng xúc tác mạnh hơn tới 104 lần cho phản ứngaxetyl hoá xenlulozơ [16] Tuy nhiên vì loại xúc tác này rất đắt nên khôngđược sử dụng trong công nghiệp Gần đây, trên cơ sở nghiên cứu phản ứngaxetyl hoá một số loại alcohol trong các điều kiện phản ứng rất nhẹ nhàng,

Karimi và Seradj [17] đã cho thấy N-bromosucxinimite (NBS), một hợp chất

có sẵn trên thị trường, không đắt, có khả năng xúc tác cao cho phản ứngaxetyl hoá một số loại alcohol trong các điều kiện phản ứng gần như trunghoà.Trong thực tế, người ta còn dùng một số loại axit vô cơ như axít H2SO4 đểlàm xúc tác cho phản ứng axetyl hoá xenlulozơ [23,25]

Axetyl hoá xenlulozơ là một phản ứng phức tạp Tốc độ phản ứng, mức

độ thế DS nói chung, và mức độ axetyl hoá (DAc) nói riêng, phụ thuộc vàorất nhiều yếu tố Một số yếu tố chính là [10]:

+ Độ sạch, % xenlulozơ trong bã mía thô ban đầu;

+ Phản ứng đồng thể (trong dung dịch) hay phản ứng dị thể;

+ Loại dung môi và tỷ lệ dung môi/sợi xenlulozơ ban đầu;

+ Loại hỗn hợp dung môi, tỷ lệ thành phần trong hỗn hợp dung môi và

tỷ lệ hỗn hợp dung môi/sợi xenlulozơ ban đầu;

+ Loại xúc tác và nồng độ xúc tác/sợi xenlulozơ ban đầu;

+ Loại tác nhân axetyl hoá và nồng độ tác nhân axetyl hoá/AGU;

DS và DAc được xác định bằng 5 phương pháp chính sau [10]:

+ Phương pháp chuẩn độ hoá học;

+ Phương pháp quang phổ hồng ngoại (IR);

+ Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân proton (1H-NMR) và 13C-NMR; + Phương pháp quang phổ tử ngoại (UV);

+ Phương pháp tăng phần trăm khối lượng

Tuỳ thuộc vào loại dẫn xuất xenlulozơaxetat cụ thể và tuỳ thuộc vàođiều kiện thực tế của các phòng thí nghiệm mà lựa chọn phương pháp này hay