ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƯ NHIÊN

Học viên: TRẦN NGỌC QUYỂN
NGHIÊN CỨU TỔNG HP VẬT LIỆU HÚT NƯỚC
GIỮ ẨM TỪ ACID ACRYLIC VÀ CELLULOSE
PHỤC VỤ CHO NÔNG NGHIỆP
Luận văn tốt nghiệp:
Chuyên ngành: Hoá Hữu Cơ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA
HỌC
TS. NGUYỄN CỬU
KHOA
TS. LÊ VIỆT TIẾN

NỘI DUNG LUẬN VĂN

MỞ ĐẦU
CHƯƠNG I- TỔNG QUAN
CHƯƠNG II-THỰC NGHIỆM
CHƯƠNG III- KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
CHƯƠNG IV-KẾT LUẬN
CHƯƠNG V- KIẾN NGHỊ

MỞ ĐẦU

Nạn phá rừng, ô nhiễm môi trường do khí thải của nhà máy làm cho tình hình khí
hậu thế giới thay đổi nghiêm trọng lũ lụt và hạn hán xảy ra ngày càng thường
xuyên.




Vật liệu hút nước

Vật liệu thiên nhiên:
- Các loại rơm rạ, bã mía, mùn cưa, vỏ lúa chứa cellulose
- Một số loại khoáng: diatomite, bentonite

Vật liệu tổng hợp
- Vật liệu vô cơ: silicagel, Na2SO4, CaCl2
- Vật liệu hữu cơ: được tổng hợp từ acid acrylic, methacrylic, acrylamide,
các polymer polyacrylic acid (PAA), polyvinyl alcol (PVA), và một số ít
polymer thiên nhiên như tinh bột, cellulose. Các loại vật liệu hữu cơ tổng
hợp này có khả năng hút nước cao nên được dùng trong nhiều lónh vực.

Thành phần cơ bản của các loại vật liệu hút nước hữu cơ

Monomer: Chiếm từ 20-80%, gồm acid (meth)acrylic và ester của chúng

Chất tạo liên kết ngang (crosslinker): 0.1-5%
Ester, eter, amide có từ hai nối đôi bất bão hoà trở lên như: N,N-methylenebisacrylamide,
ethylenglycol di(meth)acrylate, diethylenglycol di(meth)acrylate
Các hợp chất hữu cơ đa chức như : ethylenglycol, tinh bột, cellulose và các dẫn xuất

Chất khơi mào gốc tự do (radical): thường dùng 0.01- 2%
Phản ứng polymer hoá: benzoylperoxide, ter-butylhydroperoxide), K2S2O8,
Phản ứng copolymer ghép: Ceric sufate tetrahydrate Ce(SO4)2.4H2O muối sắt
(II)-Hydrogene peroxide (Fe2+ -H2O2),

Chất làm đặc, polymer nền để ghép: Tinh bột cellulose và các dẫn xuất của chúng


Polyacrylic acid (PAA)

Tính chất
- Polymer trong suốt, tan nhiều trong dung môi phân cực như methanol, ethanol,
…
không tan trong dung môi không phân cực như những hydrocacbon.
- Muối của kim loại hoá trò 1 và muối amoni của polymer này tan được trong nước
- PAA có những phản ứng đặc trưng của acid carboxilic

Phương pháp tổng hợp
Chất khơi mào thường dùng (C6 H5COO)2 , (K2S2O8), Pb(NO3)2 trong benzene.
K
2
S
2
O
8
S
2
O
8
2

2K
+
SO
4
+
nCH

2
OH
CH
2
OH
CH
2
OH
CH
2
OH
OH
O
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
O
O
O
O
O
O
polysacharide chỉ chứa các đơn vò glucose mà được liên kết với nhau bằng
liên kết -1,4-glucoside β

O
OH
OH
HOH
2
C
Phân tử hemicellulose (arabinoglucuronoxylan).
β-D-xylopyranoza, 4-O-metyl-α-D- glucopyranozyluronic, α-L-arabinofuranoza
γ-cellulose: Phần hemicellulose vẫn hòa tan sau khi chuyển dung dòch sang từ
kiềm sang acid, có độ trùng hợp rất thấp DP <15


Tính chất vật lý
- Không tan trong nước cả khi đun nóng và các dung môi alcol, ether, benzen,…
- Tan trong các dung dòch kiềm của phức đồng và các dung dòch acid: H2SO4
72%, H3PO4 85%. Perclorat berilium là dung môi tốt nhất cho cellulose

Tính chất hoá học
Phản ứng với NaOH
O
CH
2
OH
OH
OH
O
O
+
NaOH
O

Phản ứng eter hóa
monoalkylcellulose
O
CH
2
OR
OH
OH
O
O
+
O
O
OH
OH
CH
2
ONa
O
RCl
Phản ứng tạo ester
O
OH
OH
CH
2
OH
O
O



+
O
O
OH
OH
O
CH
2
OCOCH
3
Monoacetat cellulose
Ac
2
O
Phản ứng đồng trùng hợp ghép
- Đồng trùng hợp theo cơ chế gốc:
Đồng trùng hợp tạo gốc tự do bằng hoá chất, chất khơi mào thường dùng
là persulfate, Fe2+-H2O2, Ce4+, V5+,…Phương pháp oxi hoá trực tiếp cellulose, các
tác giả đề nghò 2 cơ chế khác nhau:
Ester vô cơ
Ester hữu cơ
Ce
4
+
C
OH

OH
OH
O
O
Ce
+
O
O
OH
OH
CH
2
OH
O
4
+
+
4
Ce
Ce
4
+
O
O
OH
OH
CH
2
ONa
O

4+
và cellulose
Oxihóa mở vòng
pyranose
Đồng trùng hợp ghép:

Đồng trùng hợp tạo gốc tự do bằng hoá chất kết hợp quang hoá (phương
pháp chiếu xạ)
O
O
SO
3
_
SO
3
_
tia UV
C
OH
H
_
SO
3
O
O
SO
3
_
*
*

Na
+

+
xCH
2
= CHCN
O ( CH
2
CH )x CH
2
CH
-1
Cell
CN
CN
Khởi
đầu:
Phát triển mạch:
Quá trình đứt mạch:
Do chuyển qua mạch monomer
CN
CN
Cell
-1
O ( CH
2
CH )x CH
2
CH

CN
CN
OH
Cell

+
O ( CH
2
CH )x CH
2
CH
2

-1
Cell
CN
CN
Cell
O
Các tác giả thực hiện phản ứng đồng trùng hợp ghép monomer vào cellulose
nhằm cải thiện các tính năng của cellulose hoặc các loại sợi có chứa cellulose
như: Tăng khả năng nhuộm màu, tăng độ kỵ nước, cải thiện tính chất cơ lý của
sợi, dùng làm chất hóa dẻo các ester cellulose, làm các vật liệu dùng trong sinh
học, y học,
Các loại sợi cellulose khi được ghép với acrylonitrile nó cókhả năng chòu tác
dụng của nấm mốc và tăng khả năng chòu cọ xát cao (tăng gấp đôi khi hàm lượng
ghép đạt 16.8% acrylonitrile.


Tình hình nghiên cứu vật liệu hấp thụ nước thuộc lónh vực đề tài

O
CH
CH
2
O
O
n
m
S
n m
]
[
CHCH
2
[
CH
3
OH
nhiệt độ phòng
OH
CH
3
[
CH
2
CH
[
]
n m
S

]
[
CH
CH
m
n m
]
[
CH
[
OH
+
CH
2
= CH COONa
Copolymer PVA acrylat
Tosylat hóa một phần PVA
Khử tosylat PVA
Phản ứng tạo copolymer
Năm 1999 ở Trung Quốc cũng đã công bố chế phẩm KHOA DU có khả
năng hút nước rất cao khoảng 1000 lần khi sử dụng cho cây trồng và đã tiết kiệm
được 50% lượng nước tưới và giúp tăng sản lượng cây 15- 20% so với đối chứng.

2/2002 Các nhà hóa học Esmaiel Jabbari; Samyra Nozari, Đại học kỹ
thuật Amir-Kabbir, Iran đã chiếu xạ tia γ lên PAA tạo được vật liệu có cấu trúc
không gian. Vật liệu này hút nước từ 80-500 lần tùy theo liều lượng chiếu xạ.

- Trong 5 năm gần đây hàng loạt các patent đã được đăng ký
US patent 6156848: “Preformed super absorbers with high swelling capacity”
BAYER AG (Đức), năm 2000



Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu điều chế vật liệu siêu hút nước từ AA.
- Nghiên cứu điều chế vật liệu hút nước trên cơ sở AA và cellulose
từ bã mía.
- Xác đònh cấu trúc của các vật liệu trên.
- Xác đònh khả năng hút nước, giữ ẩm của vật liệu.
- Thử nghiệm vật liệu mới trên cây cà phê, ngô ở Gia Lai.
- Đánh giá hiệu quả kinh tế của vật liệu dựa trên kết quả thử nghiệm.

CHƯƠNG II-THỰC NGHIỆM

T ng h p v t li u PAA-DEGDAA ổ ợ ậ ệ

Tổng hợp vật liệu hấp phụ nước PAA-Cell-DEGDAA

Phương pháp đánh giá khả năng hút nước và đo thời
gian phân hủy cấu trúc

Thử nghiệm khả năng hút nước giữ ẩm trong phòng thí
nghiệm và trên các nông trường Ngô, Cà phê


T ng h p v t li u PAA-DEGDAAổ ợ ậ ệ
Cho vào bình cầu 250 ml có lắp ống sinh hàn và máy khuấy từ 5g NaOH, 24g
nước, 10g acid acrylic, DEGDAA, sau 15 phút cho 40g petroleum ether, 0.5ml NP9
và 0.05g K2S2O8. Hỗn hợp được khuấy, gia nhiệt ở 60
0
C trong 4 giờ thu được

giờ với dung dòch NaOH 0.5N. Sau đó để nguội, lọc lấy phần
cellulose và hemicellulose rửa sau đó đem sấy. Hiệu suất quá trình xử lý là 70%.
Bã mía
Bột
cellulose
Nghiền, rây
Nấu dd NaOH 100
0
C, Lọc,
rửa và sấy


Hệ thống phản ứng
1
2
3
4
5
6
1.Bình nhỏ giọt; 2. Xilanh ; 3. Bong bóng ; 4. Bình cầu 3 cổ
5.Nồi cách thủy; 6.Bếp điện có khuấy từ; 7. Cá từ
7

Phương pháp tổng hợp
Cho vào bình cầu 250ml: 16g cellulose, 60g H20, 0.05g LAS. Đun, khuấy ở 60
0
C dưới áp suất khí N2. Sau 30 phút, cho 4ml dd Ce(SO4)2 0.1M/ H2SO4 1M,
10g AA và 0.1g DEGDAA. Phản ứng trong 3 giờ thu được dạng rắn đàn hồi. Xử
lý dạng rắn này với hỗn hợp 50g dd MeOH-H2O-NaOH (7:2:1). Lọc, sấy,
nghiền , thu được sản phẩm.