Nghiên cứu phản ứng đồng trùng hợp ghép axit acrylic lên tinh bột bình tinh và tinh bột sắn dây

Ảnh hưởng thời ñiểm cho NaOH trước khi cho epi- ñến khả năng giữ nước của sản phẩm ghép lên tinh bột sắn dây Khả năng hấp thụ nước của sản phẩm Thời ñiểm phút N ước cất nước ruộng nướ

Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ

Mã số: 60.44.27

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Đà Nẵng - Năm 2011

Phản biện 1: GS.TS Đào Hùng Cường

Phản biện 2: TS Nguyễn Thị Bích Tuyết

Luận văn ñã ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Khoa học họp tại Đại học Đà nẵng vào ngày

26 tháng 06 năm 2011

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại Học Đà Nẵng

- Thư viện Trường Đại học sư phạm, Đại Học Đà Nẵng

vì những tính chất ñặc trưng của nó như: tạo hình, tạo dáng, tạo khung, tạo ñộ dẻo, ñộ dai, ñộ ñàn hồi, ñộ xốp và có khả năng tạo gel, tạo màng cho sản phẩm

Tuy nhiên, tinh bột tự nhiên vẫn còn hạn chế ở nhiều tính chất Chính vì vậy ñã có nhiều phương pháp tập trung nghiên cứu nhằm biến ñổi cấu trúc vật lý và hóa học tinh bột Chính những lý do trên,

chúng tôi chọn ñề tài: “Nghiên cứu phản ứng ñồng trùng hợp ghép

axit acrylic lên tinh bột bình tinh và tinh bột sắn dây ”

2 Mục ñích nghiên cứu

Tìm ñiều kiện tối ưu cho phản ứng ñồng trùng hợp ghép và từ ñó

thăm dò khả năng ứng dụng của sản phẩm tạo thành

3 Đối tượng nghiên cứu

Tinh bột sắn dây và bình tinh

4 Phương pháp nghiên cứu

5 Ý nghĩa khoa học của ñề tài

Cơ sở cho việc xây dựng công nghệ sản xuất chất giữ ẩm cho keo dán, trong công nghiệp, … ñặc biệt là chất giữ nước cho ñất

6 C ấu trúc luận văn gồm các phần

Ngoài phần mở ñầu và kết luận, nội dung của luận văn ñược chia thành 3 chương:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Thực nghiệm

Chương 3: Kết quả và thảo luận

4

Chương 1 - TỔNG QUAN

1.1 TINH BỘT

1.1.1 Nguồn gốc và phân loại tinh bột

1.1.2 Hình dáng, kích thước và cấu tạo của tinh bột

1.1.3 Thành phần hóa học của tinh bột

1.1.4 Các tính chất của tinh bột

1.2 BIẾN HÌNH TINH BỘT

1.2.1 Phương pháp biến hình vật lý

1.2.2 Phương pháp biến hình hóa học

1.3 TINH BỘT SẮN DÂY VÀ TINH BỘT BÌNH TINH

1.3.1 Tinh bột sắn dây

1.3.2 Tinh bột bình tinh

1.3.3 Công nghệ sản xuất tinh bột

1.4 KHẢO SÁT NGUYÊN LIỆU

1.4.1 Xác ñịnh ñộ ẩm của tinh bột

1.4.2 Xác ñịnh ñộ chua của tinh bột

1.4.3 Xác ñịnh hàm lượng kim loại có mặt trong tinh bột

1.5 ĐỒNG TRÙNG HỢP GHÉP

1.5.1 Lý thuyết chung về quá trình ñồng trùng hợp ghép

1.5.2 Các phương pháp tổng hợp copolyme ghép

1.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình ñồng trùng hợp ghép

1.6 TỔNG QUAN VỀ MONOME VÀ CHẤT KHƠI MÀO

1.6.1 Giới thiệu về axit acrylic

1.6.2 Tác nhân khơi mào amonipesunfat

1.7.CHẤT GIỮ NƯỚC, VẬT LIỆU POLYME HẤP THỤ

N ƯỚC

5

Chương 2- THỰC NGHIỆM

2.1 NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ

2.1.1 Nguyên liệu và hóa chất

Tại những thời ñiểm xác ñịnh phản ứng ñược dừng lại bằng cách thêm 1ml hydroquinol 1% Sản phẩm ghép ñược tách ra khỏi homopolyme dựa trên cơ sở sự khác nhau về ñộ hòa tan của các ñoạn polyme, phương pháp thường dùng là kết tủa phân ñoạn Hỗn hợp phản ứng ñược rót vào 300ml etanol ñể kết tủa sản phẩm phản ứng, lọc kết tủa Để loại bỏ homopolyme sản phẩm ghép ñược chiết Soxhlet với etanol trong 24h sau ñó sấy ở 1000C ñến khối lượng không ñổi thu ñược copolyme ghép

2.2.2 Tổng hợp chất giữ nước

2.2.3 Xác ñịnh ñộ chuyển hóa bằng phương pháp chuẩn ñộ nối ñôi

6 2.2.4 Thử khả năng giữ nước của sản phẩm

Chương 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN LIỆU

3.1.1 Chỉ tiêu của nguyên liệu

3.1.2 Ảnh SEM của tinh bột ban ñầu

Hình 3.1 Ảnh SEM của tinh bột sắn dây ban ñầu

Hình 3.2 Ảnh SEM của tinh bột bình tinh ban ñầu

3.1.3 Phân tích nhiệt vi sai của tinh bột ban ñầu

7

3.1.4 Phổ hồng ngoại của tinh bột ban ñầu

Ten may: GX-PerkinElmer-USA

Resolution: 4cm-1

BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN

Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai DT:01684097382 TTNGOT-M SAN DAY BAN DAU Date: 4/28/2011

1154 1079 1017

765

Hình 3.5 Phổ hồng ngoại của tinh bột sắn dây ban ñầu

Ten may: GX-PerkinElmer-USA

Resolution: 4cm-1

BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN

Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai DT:01684097382 TTNGOT-BINH TINHBAN DAU.sp Date: 4/28/2011

765

Hình 3.6 Phổ hồng ngoại của tinh bột bình tinh ban ñầu

Hình 3.3 Phân tích nhiệt vi sai của tinh bột sắn dây ban ñầu

Hình 3.4 Phổ phân tích nhiệt vi sai của tinh bột bình tinh ban ñầu

8

* Dựa vào ảnh Sem cho chúng ta thấy tinh bột bình tinh có kích thước hạt và trong lượng phân tử lớn hơn nên có nhiều thuận lợi khi lắng lọc ñể tách và làm sạch tinh bột

* Qua phổ hồng ngoại xuất hiện các ñỉnh pic tương ứng với các bước sóng ñặc trưng của nhóm chức trong tinh bột

* Từ ñường phân tích nhiệt vi sai ta thấy : phản ứng thu nhiệt

và phản ứng tỏa nhiệt của tinh bột

3.2 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH GHÉP

3.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến quá trình ghép

0 20 40 60 80 100

Hình 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến quá trình ghép

lên tinh bột sắn dây

0 20 40 60 80 100

Hình 3.8 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến quá trình ghép

lên tinh bột bình tinh

9

Có thể thấy rằng hiệu suất ghép tăng khi nhiệt ñộ phản ứng tăng Do vậy với các thí nghiệm sau này nhiệt ñộ thích hợp cho phản ứng là 500

C

3.2.2 Ảnh hưởng của thời gian ñến quá trình ghép

0 20 40 60 80 100 120

Hình 3.9 Ảnh hưởng của thời gian ñến quá trình ghép

lên tinh bột sắn dây

0 20

Hình 3.10 Ảnh hưởng của thời gian ñến quá trình ghép

lên tinh bột bình tinh

Hiệu suất tăng khi thời gian ghép kéo dài, thời gian tăng ảnh hưởng nhiều tới sự phân hủy của chất xúc tác do tạo ra nhiều gốc tự

do thúc ñẩy quá trình phản ứng Thời gian ghép thích hợp là 60 phút 3.2.3 Ảnh hưởng của nồng ñộ chất khơi mào (NH4)2S2O8 ñến quá trình ghép

10

0 20 40 60 80 100 120

Hình 3.11 Ảnh hưởng của nồng ñộ APS ñến quá trình ghép

lên tinh bột sắn dây

0 20 40 60 80 100 120

Hình 3.12 Ảnh hưởng của nồng ñộ APS ñến quá trình ghép

lên tinh bột bình tinh

Vậy nồng ñộ APS thích hợp là 0,1%

3.2.4 Ảnh hưởng của thể tích nước ñến quá trình ghép

0 20 40 60 80 100

lên tinh bột sắn dây

11

0 20 40 60 80 100 120

lên tinh bột bình tinh

Vậy lượng nước thích hợp là 50ml

3.2.5 Ảnh hưởng của hàm lượng monome ñến quá trình ghép

0 20 40 60 80 100 120

Hình 3.15 Ảnh hưởng của lượng AA ñến quá trình ghép

lên tinh bột sắn dây

0 20 40 60 80 100 120

Hình 3.16 Ảnh hưởng của lượng AA ñến quá trình ghép

lên tinh bột bình tinh

Vậy lượng AA thích hợp là 1,5 ml

12

3.2.6 Ảnh hưởng của pH ñến quá trình ghép

0 20 40 60 80 100

Hình 3.17 Ảnh hưởng của pH ñến quá trình ghép lên tinh bột sắn dây

0 20 40 60 80 100 120

Hình 3.19 Ảnh hưởng của trạng thái ban ñầu của tinh bột ñến

quá trình ghép lên tinh bột sắn dây

Hình 3.20 Ảnh hưởng của trạng thái ban ñầu của tinh bột ñến quá

trình ghép lên tinh bột bình tinh

Vậy phản ứng ghép với tinh bột phải hồ hóa

3.3 SỰ TỒN TẠI CỦA SẢN PHẨM GHÉP VÀ SƠ ĐỒ GHÉP

3.3.1 Sơ ñồ ghép

Tỉ lệ TB/AA =2

Chiết soxhlet 24h sấy ở 100 0 C

Giảm t 0 ñến 50 0 , sục khí N 2

Khuấy, Nhiệt ñộ, sục khí N 2 Phản ứng 60 ’

14

3.3.2 Sự tồn tại của sản phẩm ghép

Ten may: GX-PerkinElmer-USA

Resolution: 4cm-1

BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN

Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai DT:01684097382 TTNGOT-BINH TINH DONG TRUNG-GHEP ACRYLIC.sp Date: 4/28/2011

4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600.0 0.000

720

Hình 3.21 Phổ hồng ngoại của sản phẩm ghép lên tinh bột sắn dây

Ten may: GX-PerkinElmer-USA

Resolution: 4cm-1

BO MON HOA VAT LIEU-KHOA HOA-TRUONG DHKHTN

Nguoi do: Phan Thi Tuyet Mai DT:01684097382 TTNGOT-BINH TINHDONG TRUNG.sp Date: 4/28/2011

4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600.0 0.000

Hình 3.22 Phổ hồng ngoại của sản phẩm ghép lên tinh bột bình tinh

Hình 3.23 Ảnh SEM của sản phẩm ghép lên tinh bột sắn dây

15

Hình 3.24 Ảnh SEM của sản phẩm ghép lên tinh bột bình tinh

Hình 3.25 Phân tích nhiệt vi sai của sản phẩm ghép

lên tinh bột sắn dây

Hình 3.26 Phân tích nhiệt vi sai của sản phẩm ghép

lên tinh bột bình tinh

16

Về cơ bản, phổ hồng ngoại của tinh bột trước và sau khi ghép không khác nhau nhiều Tuy nhiên trên phổ hồng ngoại của tinh bột sau khi ghép xuất hiện một pic dao ñộng hóa trị của nhóm C=O

So sánh ảnh SEM của tinh bột trước và sau khi ghép cho thấy ảnh của tinh bột sau khi ghép là một khối vững chắc khác hẳn với tinh bột ban ñầu là những phân tử riêng lẻ, rời rạc

Dựa vào phân tích nhiệt vi sai của tinh bột và sản phẩm ghép, ta thấy hiệu ứng thu nhiệt (phá vỡ cấu trúc tinh bột hoặc mất nước hấp thụ) và hiệu ứng tỏa nhiệt (nhiệt ñộ cháy) Đối với sản phẩm ghép có hai khoảng rõ nhiệt ñộ cháy rõ ràng chứng tỏ có nhánh ghép lên tinh bột

Điều này chứng tỏ ñã xảy ra quá trình ñồng trùng hợp ghép cho sản phẩm copolime ghép và có sự khác biệt không lớn của hai loại tinh bột bình tinh và tinh bột sắn dây

3.4 THĂM DÒ TỔNG HỢP CHẤT GIỮ NƯỚC

3.4.1 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng ñến hiệu suất ghép và giữ nước của sản phẩm

Bảng 3.1 Thời ñiểm cho epi- ñến khả năng giữ nước của sản phẩm

ghép lên tinh bột sắn dây

Khả năng giữ nước của sản phẩm

17

Bảng 3.2 Thời ñiểm cho epi- ñến khả năng giữ nước của sản phẩm

ghép lên tinh bột bình tinh

Khả năng hấp thụ nước của sản phẩm Thời gian (phút)

Vậy chọn thời ñiểm cho epi- thích hợp là 30 phút

Bảng 3.3 Ảnh hưởng thời ñiểm cho NaOH trước khi cho epi- ñến

khả năng giữ nước của sản phẩm ghép lên tinh bột sắn dây

Khả năng hấp thụ nước của sản phẩm Thời ñiểm (phút)

N ước cất nước ruộng nước biển

Bảng 3.4 Ảnh hưởng thời ñiểm cho NaOH trước khi cho epi- ñến

khả năng giữ nước của sản phẩm ghép lên tinh bột bình tinh

Khả năng hấp thụ nước của sản phẩm Thời ñiểm (phút)

18

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng ñến tổng hợp sản

phẩm ghép lên tinh bột sắn dây

Khả năng giữ nước của sản phẩm Thời gian (phút)

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng ñến tổng hợp sản

phẩm ghép lên tinh bột bình tinh

Khả năng giữ nước của sản phẩm Thời gian (phút)

Vậy thời gian thích hợp là 90 phút

Bảng 3.7 Ảnh hưởng lượng epi- ñến khả năng giữ nước của sản

phẩm ghép lên tinh bột sắn dây

Khả năng giữ nước của sản phẩm Lượng epi-(mg)

19

Bảng 3.8 Ảnh hưởng lượng epi- ñến khả năng giữ nước

của sản phẩm lên tinh bột bình tinh

Khả năng giữ nước của sản phẩm Lượng Epi-(mg)

Vậy lượng epi- thích hợp là 50 mg

của sản phẩm ghép lên tinh bột sắn dây

Kh ả năng giữ nước của sản phẩm

của sản phẩm ghép lên tinh bột bình tinh

Khả năng giữ nước của sản phẩm

20

Bảng 3.11 Ảnh hưởng lượng NaOH ñến khả năng giữ nước của sản

phẩm ghép lên tinh bột sắn dây

Khả năng giữ nước của sản phẩm Lượng

Bảng 3.12 Ảnh hưởng lượng NaOH ñến khả năng giữ nước của sản

phẩm ghép lên tinh bột bình tinh

Khả năng giữ nước của sản phẩm Lượng

Vậy lượng NaOH thích hợp là 0,5 gam

Bảng 3.13 Ảnh hưởng lượng APS ñến khả năng giữ nước của sản phẩm

ghép lên tinh bột sắn dây

Khả năng giữ nước của sản phẩm Lượng

21

Bảng 3.14 Ảnh hưởng lượng APS ñến khả năng giữ nước của sản phẩm

ghép lên tinh bột bình tinh

Khả năng giữ nước của sản phẩm Lượng

Vậy lượng APS thích hợp là 0,2 gam

Bảng 3.15 Ảnh hưởng nhiệt ñộ ñến khả năng giữ nước của sản

phẩm ghép lên tinh bột sắn dây

Khả năng giữ nước của sản phẩm Nhiệt ñộ ( 0 C)

Bảng 3.16 Ảnh hưởng nhiệt ñộ ñến khả năng giữ nước của sản

phẩm ghép lên tinh bột bình tinh

Khả năng giữ nước của sản phẩm Nhiệt ñộ ( 0 C)

22

Vậy nhiệt ñộ thích hợp là 800C

Nhận xét: Khả năng giữ nước của tinh bột sắn dây cao hơn của tinh bột bình tinh vì sắn dây có hàm lượng amilopectin nên khả năng phồng nở rất tốt và chính những khoảng không này là chỗ trú ngụ của nước Còn tinh bột bình tinh rõ ràng dễ hấp thụ những tác nhân khác từ bên ngoài nhưng ñồng thời cũng không giữ ñược lâu các tác nhân này Chính vì vậy mà chúng tôi chỉ chọn sản phẩm ghép của tinh bột sắn dây ñể khảo sát sơ bộ khả năng giữ nước trong ñất 3.4.2 Kết quả khảo sát khả năng giữ nước trên nền ñất Hòa Hiệp của vật liệu giữ nước

Mẫu ñất pH Hàm lượng mùn (%) Hàm lượng cát (%)

Thời gian (ngày)

Hình 3.27 Ảnh hưởng của ñộ sâu và thời gian ñến ñộ ẩm

còn lại của ñất

Vậy ñộ sâu của chậu khảo sát trong toàn bộ các thí nghiệm tiếp theo là ½ chậu

Thời gian (ngày)

Hình 3.28 Ảnh hưởng của lượng chất giữ nước ñến ñộ ẩm

Thời gian (ngày)

Hình 3.29 Ảnh hưởng của thể tích nước tưới ñến ñộ ẩm

còn lại của ñất

Thời gian (ngày)

Hình 3.30 Ảnh hưởng của nguồn nước tưới ñến ñộ ẩm

còn lại của ñất

Độ ẩm nước cất vẫn lớn nhất rồi ñến nước ruộng sau ñó là nước biển vì trong nước biển chứa nhiều ion muối cản trở sự hút ẩm của sản phẩm

Nhận xét: Kết quả khảo sát khả năng giữ ẩm trên nền ñất xã Hòa

Hiệp của sản phẩm giữ nước thu ñược các ñiều kiện tốt là: Chỉ số vật lý: Tính chất của ñất cát hơn là ñất cát pha, ñộ sâu: ½ chậu, lượng chất giữ nước : 1g, nguồn nước tưới: nước cất > nước máy > nước biển, thể tích nước tưới: 200ml

25

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1 KẾT LUẬN

Sau một thời gian nghiên cứu luận văn ñã ñạt ñược một số

kết quả cụ thể như sau:

1 Khảo sát sơ bộ tinh bột bình tinh và tinh bột sắn dây

2 Đã tìm ra các ñiều kiện tthích hợp cho quá trình ñồng trùng hợp ghép axit acrylic lên tinh bột sắn dây và tinh bột bình tinh với tác nhân khơi mào (NH4)2S2O8 nhằm thu ñược hiệu suất ghép cao nhất là:

- Tinh bột phải hồ hóa

3 Việc tối ưu hóa các thông số cho sản phẩm với:

Thông số Tinh bột sắn dây Tinh bột bình tinh

Hiệu suất ghép (%GY) 8,90% 7,34%

Hiệu quả ghép (%GE) 18,77% 14,05%

Phần trăm chuyển hóa(%TC) 91,52% 90,75%

Sự tồn tại của sản phẩm ghép ñược xác nhận qua phổ phân tích nhiệt (TGA và DSC), phổ hồng ngoại (IR), ảnh kính hiển vi ñiện

tử quét (SEM)

26

4 Đã xác ñịnh ñược ñiều kiện thích hợp cho quá trình tổng hợp sản phẩm giữ nước là:

Thời gian phản ứng : 90 phút

Thời gian ñể cho NaOH : 40 phút

Thời gian cho epiclohydrin : 30 phút

2 KIẾN NGHỊ

* Tiếp tục nghiên cứu quá trình ñồng trùng hợp ghép các

monome khác nhau lên các loại tinh bột khác nhau sử dụng các tác nhân khơi mào khác nhau nhằm sử dụng có hiệu quả nguồn nguyên liệu sẵn có ở nước ta

* Sử dụng có hiệu quả chất giữ nước ñối với cây trồng ở

những vùng khô hạn