ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

TRƯƠNG THỊ HẠNH

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH CHITIN BẰNG KỸ THUẬT
POLYME HÓA GHÉP BỨC XẠ ĐỂ CHẾ TẠO VẬT LIỆU
HẤP PHỤ ION KIM LOẠI As(III), As(V), Cd2+, Pb2+

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

TP. Hồ Chí Minh - 2013


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

TRƯƠNG THỊ HẠNH

NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH CHITIN BẰNG KỸ THUẬT
POLYME HÓA GHÉP BỨC XẠ ĐỂ CHẾ TẠO VẬT LIỆU
HẤP PHỤ ION KIM LOẠI As(III), As(V), Cd2+, Pb2+

Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
Mã số: 62 44 31 01

Phản biện 1: PGS. TS. Nguyễn Cửu Khoa
Phản biện 2: PGS. TS. Nguyễn Thị Phương Phong
Phản biện 3: TS. Võ Hữu Thảo
Phản biện độc lập 1: GS. TS. Nguyễn Văn Khôi
Phản biện độc lập 2: PGS. TS. Trần Thái Hòa

cho những ý kiến đóng góp quý báu để tôi hoàn thành luận án này.
Xin chân thành cám ơn đến Ban Giám Hiệu và Khoa Đào tạo Sau Đại học của
trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP. HCM đã tạo điều kiện giúp đỡ trong quá
trình đào tạo để nghiên cứu sinh hoàn thành nhiệm vụ của mình.
Xin gửi lời cám ơn đến Quý thầy cô trong Khoa Hóa và Bộ Môn Hóa Lý của
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP. HCM đã tạo điều kiện thuận lợi để luận án
được hoàn thành đúng tiến độ.
Xin cám ơn Ban Giám Đốc Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ
Bức xạ đã có những chính sách ưu tiên trong công tác đào tạo cán bộ.
Xin cám ơn tất cả các bạn đồng nghiệp, đặc biệt là những cộng sự trong Phòng
Nghiên cứu và Phát triển đã giúp tôi trong quá trình thực nghiệm.
Xin cám ơn các cán bộ của Phòng vận hành thuộc Trung tâm Nghiên cứu và
Triển khai Công nghệ Bức xạ đã giúp đỡ nhiệt tình trong công đoạn chiếu xạ mẫu.
Để hoàn thành luận án này, tác giả còn nhận được sự hợp tác từ các đơn vị :
o Phòng Công nghệ Bức xạ, Viện Nghiên cứu Hạt nhân (Đà lạt)
o Nhà máy ăcqui chì Đồng Nai
o Trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm TP. HCM
o Phòng thí nghiệm công nghệ nano thuộc Đại học Quốc gia TP.HCM
o Phòng thí nghiệm vật lý chất rắn thuộc Trường Đại học Khoa học Tự
nhiên TP.HCM
Xin gửi đến Quý đơn vị lời biết ơn sâu sắc.
Cuối cùng, xin chân thành cám ơn tất cả những người thân yêu trong gia đình
đã động viên, giúp đỡ, ủng hộ tôi về mọi mặt để tôi hoàn thành luận án này.


iii

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa ..................................................................................................

1

Chương 1 - TỔNG QUAN .............................................................................

3

1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước .......................................................

3

1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước .......................................................

7

1.3. Những cơ sở lý thuyết .........................................................................

8

1.3.1. Tương tác của tia X và tia gamma với vật chất ....................

8

1.3.2. Các đơn vị đo lường bức xạ .........................................................

9

1.3.2.1. Hoạt độ phóng xạ .................................................................

9


18

1.3.5. Biến tính ghép copolyme hóa trên chitin/chitosan ........................

30

1.3.5.1. Cấu trúc của chitin/chitosan và quá trình copolyme hóa
ghép ..................................................................................................

30


iv

1.3.5.2. Polyme hóa ghép khơi mào bằng hóa học ............................

32

1.3.5.3. Polyme hóa ghép trên chitin/chitosan bằng kỹ thuật bức xạ

37

1.3.6. Đặc tính hấp phụ của chitin/chitosan ............................................

41

1.3.6.1. Quá trình hấp phụ ..................................................................

41


60

2.2.1. Chế tạo nguyên liệu đầu α-chitin từ vỏ tôm ................................

60

2.2.2. Khảo sát các thông số của quá trình ghép 2,3-epoxypropyl
methacrylate (EPMA) và acrylonitril (AN) lên chitin: Nồng độ
monome, suất liều, liều xạ hấp thụ, nhiệt độ, thời gian ghép .................

62

2.2.3. Xác định mức độ chuyển đổi nhóm epoxi trên chitin ghép
glycidyl methacrylate và cyano trên chitin ghép acrylonitril .................

63

2.2.3.1. Mở vòng epoxi bằng ethylene diamin (EDA) và axit
photphoric (H3PO4) trên chitin ghép 2,3-epoxypropyl methacrylate

63

2.2.3.2. Chuyển hóa nhóm cyano thành nhóm amidoxim .................

64

2.2.4. Đặc trưng của chitin biến tính ghép, chuyển hóa, hấp phụ qua
các kỹ thuật phân tích phổ IR, ảnh chụp AFM, SEM, phân tích nhiệt
DSC, TGA và nhiễu xạ tia X ...................................................



3.1.1. Độ deacetyl ……………………………………………………...

68

3.1.2. Độ ẩm, độ tro, diện tích bề mặt riêng …………………………

70

3.2. Ghép 2,3-epoxypropyl methacrylate (EPMA) và acrylonitril (AN)
lên chitin ....................................................................................................

70

3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ và thời gian phản ứng của EPMA và
AN với chitin đến mức độ ghép (DG) ....................................................

70

3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng của EPMA và AN với chitin
đến mức độ ghép ……………………………………………………….

75

3.2.3. Ảnh hưởng của liều xạ và suất liều hấp thụ đến mức độ ghép
EPMA và AN lên chitin ………………………………………………..

77

3.2.3.1. Ảnh hưởng của liều xạ …………………………………….

86

3.4.3. Phân tích nhiệt …………………………………………………..

92

3.5. Hấp phụ As(III), As(V), Cd2+, Pb2+ trên Chi-g-EPMA-P và Chi-gAN-A …………………………………………………………………...

96

3.5.1. Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ As(III), As(V), Cd2+,
Pb2+ trên Chi-g-EPMA-P và Chi-g-AN-A ……………………………

96


vi

3.5.1.1. Hấp phụ As(III), As(V) ……………………………………
2+

2+

3.5.1.2. Hấp phụ Cd và Pb ……………………………………...

96
99

3.5.2. Đẳng nhiệt hấp phụ As(III), As(V), Cd2+, Pb2+ trên Chi-gEPMA-P và Chi-g-AN-A ……………………………………………...


122

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ………………..

125

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..............................................................................

126

PHỤ LỤC .......................................................................................................

142


vii

BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ ĐƠN VỊ ĐO
Chữ viết tắt
D

Tiếng Việt
Liều hấp thụ

Gy, kGy

Đơn vị đo liều hấp thụ

Tiếng Anh
Absorbed dose

Độ deacetyl

Degee of deaceylation

DD = 100 -DA
FTIR

Phổ hồng ngoại

Fourier Transform
Infrared

1

H-NMR

Phổ cộng hưởng từ proton

Nuclear Magnetic
Resonance Spectroscopy

AFM

Kính hiển vi lực nguyên tử

Atomic Force Microscope

SEM

Kính hiển vi điện tử quét


ethylene diamine
Chi-g-EPMA-P

Chitin ghép 2,3- epoxypropyl
methacrylate chuyển hóa bằng
H3PO4

Chi-g-EPMA-P-As

Chitin ghép 2,3- epoxypropyl

Chi-g-EPMA-P-Cd

methacrylate chuyển hóa bằng

Chi-g-EPMA-P-Pb

H3PO4, hấp phụ As, Cd, Pb.

Chi-g-AN

Chitin ghép acrylonitril

Chi-g-AN-A

Chitin ghép acrylonitril chuyển
hóa amidoxim

Chi-g-AN-A-As


Metal ion concentration

hấp phụ (mg/g)

on adsorbent at

Ce

Ye

equilibrium
Dung lượng hấp phụ cực đại

Maximum adsorption

(mg/g)

capacity (mg/g)

V

Thể tích dung dịch (ml)

Volume solution

W

Khối lượng của chitin hoặc chất


2.1

Nồng độ của các ion As(III), As(V), Cd 2+ và Pb2+ hấp

65

phụ theo pH
2

2.2

Nồng độ của các ion As(III), As(V), Cd 2+ và Pb2+ hấp

66

phụ theo thời gian
3

2.3

Dung lượng hấp phụ các ion kim loại trên Chi-g-

67

EPMA-P và Chi-g-AN-A được sử dụng cho thí nghiệm
giải hấp
4

3.1



As(V), Cd2+ và Pb2+ trên Chi-g-EPMA-P và Chi-g-ANA
8

3.5

Hằng số cân bằng nhiệt động KoC và năng lượng tự do

111

Gibbs
9

3.5

Thông số động học cho sự hấp phụ các ion As(III),

115

As(V), Cd2+ và Pb2+
10

3.6

Hấp phụ As và Cd từ các mẫu nước ngầm của các mẫu

116

chitin
11

1.2

Cấu trúc hóa học của chitin (N-acetyl-glucosamine)

30

3

1.3

Cấu trúc hóa học của chitosan (glucosamine)

31

4

1.4

Sự sắp xếp chuỗi trong cấu trúc tinh thể của chitin

31

5

1.5

a) Đồ thị tìm hằng số Langmuir b) Đường đẳng nhiệt

46



Phức của chitosan - Sr2+-CO32-

58

10

3.1

Phổ FTIR của chitin C0 (chưa deacetyl), C1 (deacetyl 12 giờ),

69

C2 (deacetyl 18 giờ), C3 (deacetyl 24 giờ), C4 (deacetyl 36
giờ)
11

3.2

Ảnh hưởng nồng độ monome đến mức độ ghép a) EPMA, b)

72

AN lên chitin
12

3.3

Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến mức độ ghép a)


3.7

Động học diamin hóa của Chi-g-EPMA tại nhiệt độ 70oC

80


xi

17

3.8

Lượng H3PO4 thay thế trên Chi-g-EPMA a) Theo nồng độ b)

81

Theo thời gian tại nồng độ 50%
18

3.9

Động học chuyển hóa amidoxim của Chi-g-AN với tỉ lệ giữa

83

NH2OH.HCl 0,1N: NaOH 0,1N là 7:3, 1:1 và 1:0
19

3.10


Chi-g-EPMA-P; d) Chi-g-AN; e) Chi-g-AN-A
23

3.14

Giản đồ tia X của a) Chitin; b) Chi-g-EPMA-P-As

90

24

3.15

Giản đồ DSC, TGA của a) Chitin 20 kGy; b) Chi-g-EPMA;

92

c) Chi-g-EPMA-P; d) Chi-g-EPMA-P-Pb
25

3.16

Giản đồ DSC, TGA của e) Chi 25 kGy; f) Chi-g-AN; g) Chi-

94

g-AN-A; h) Chi-g-AN-A-Pb
26


101

30

3.21

Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ Pb2+ vào pH

101

31

3.22

Hấp phụ As(III) của Chi-g-EPMA-P và Chi-g-AN-A

103

32

3.23

Hấp phụ As(V) của Chi-g-EPMA-P và Chi-g-AN-A

104


xii

33

Hấp phụ Cd2+ theo nồng độ (a); hấp phụ Pb2+ theo nồng độ

108

(b)
37

3.28

Đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của a) Cd2+ b) Pb 2+

108

38

3.29

Đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich cho Cd 2+ và Pb2+ trên Chi-g-

109

EPMA-P và Chi-g-AN-A
39

3.30

Động học hấp phụ a) As(III), Pb2+ trên Chi-g-EPMA-P và

112


3.34

Phần trăm giải hấp các ion As(III), As(V), Cd2+ và Pb 2
trên Chi-g-AN-A c) Axit oxalic, d) Axit clohydric

120


1

MỞ ĐẦU

Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ cũng như sự gia
tăng dân số đã tăng cường sự ô nhiễm môi trường. Trong các nguồn thải từ các khu
công nghiệp, khu dân cư quan tâm nhiều nhất vẫn là nguồn thải lỏng. Các kim loại
nặng, độc như Arsen (As), chì (Pb), thủy ngân (Hg), Cadmi (Cd)… trong các nguồn
nước ngầm hoặc nước thải công nghiệp đã làm ô nhiễm nguồn nước. Trong các mẫu
cá và tôm ở vịnh Giacacta (Indonesia) lượng Pb, Hg và Cd đều vượt quá mức cho
phép [12]. Sự nhiễm độc As có biểu hiện như sạm da, dày biểu bì, sừng hóa da dẫn
đến hoại da hoặc ung thư. Nếu As thâm nhập vào cơ thể qua đường ăn uống sẽ gây
rối loạn tiêu hóa và có nguy cơ dẫn đến ung thư ruột, gan, thận... Ở Việt nam một số
tỉnh thuộc đồng bằng sông Cửu Long và phía Bắc đã có hiện tượng nước nhiễm As
nặng [26], [129]. Đối với Pb khi ở dạng muối tan trong nước rất độc, nếu ngấm vào
mô xốp, xương trẻ em gây ảnh hưởng đến quá trình phát triển, nhất là hệ thần kinh,
giảm trí thông minh. Trong cơ thể Pb cũng ức chế sự tạo máu gây ra sự thiếu máu.
Cd cũng là một nguyên tố bất lợi cho cơ thể con người. Độc tính của chúng là liên
kết với các nhóm –SH trong các phân tử enzim, cạnh tranh và thay thế kẽm trong
các enzim chứa kẽm, trong khi kẽm là một nguyên tố quan trọng trong các hệ sinh
học. Cd cũng gây ra rối loạn cấu trúc và chức năng của tế bào. Nếu nuốt phải một
lượng nhỏ Cd có thể phát sinh ngộ độc tức thì và tổn thương gan, thận [157] [186].

tăng cường khả năng hấp phụ của vật liệu là đề tài mới và hấp dẫn. Trong luận án
này các monome được lựa chọn là glycidyl methacrylate hay 2,3 epoxy
propylmethacrylate (EPMA) và acrylonitril (AN) được ghép lên vảy chitin có độ
deacetyl thấp đã được chiếu xạ trước. Sản phẩm chuyển hóa có khả năng hấp phụ
các kim loại nặng độc như As, Cd, Pb với dung lượng hấp phụ cao. Đề tài “Nghiên
cứu biến tính chitin bằng kỹ thuật polyme hóa ghép bức xạ để chế tạo vật liệu hấp
phụ ion kim loại As(III), As(V), Cd2+, Pb 2+” nhằm sử dụng kỹ thuật mới khai thác
tiềm năng ứng dụng của chitin/chitosan trong nghiên cứu và xử lý môi trường, một
vấn đề thời sự toàn cầu.


3

Chương 1 - TỔNG QUAN
1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Cho đến nay, biến tính ghép bằng kỹ thuật bức xạ vẫn được đánh giá là
phương pháp hiệu quả. Khi được chiếu xạ, polyme sẽ hình thành các gốc tự do có
khả năng khơi mào phản ứng ghép. Theo cách này, nhiều nhóm chức hoạt hóa đa
dạng sẽ được gắn trên sườn polyme, tạo cho polyme có những đặc trưng mới, nhờ
đó làm phong phú thêm tính ứng dụng của vật liệu. Biến tính ghép tạo vật liệu hấp
phụ và trao đổi ion, tạo màng điện phân ứng dụng trong pin nhiên liệu, tạo giá thể
cố định các hoạt chất sinh học như enzyme, kháng nguyên…[41], [46], [90], [112],
[ 176].
Nhằm hướng đến những ứng dụng với qui mô công nghiệp, giá thể được lựa
chọn cho quá trình ghép hiện nay là những polyme tự nhiên [82], [103], [120], [135],
[180]. So với các polyme tổng hợp, polyme tự nhiên có nhiều ưu điểm như không
độc, có khả năng phân hủy sinh học và là nguồn nguyên liệu phong phú, nhất là với
các nước Châu Á-Thái Bình Dương. Nhu cầu sử dụng các polyme này ngày càng
lớn và công nghệ bức xạ cũng được áp dụng nhằm nâng cao vai trò ứng dụng của
các polyme sinh học này.

hòa tan trong nước chứa nhóm cacboxyl trong mỗi đơn vị lặp lại và là chất điện
phân anion. Sản phẩm ghép chitosan-PAA hấp dẫn tĩnh điện với các cation kim loại
ngoài hiệu ứng tạo phức, nhờ đó tăng cường dung lượng hấp phụ các ion kim loại.
Dung dịch chitosan hòa tan trong axit clohydric khi được trộn với dung dịch PAA
sẽ tạo hỗn hợp hydrogel ngay lập tức, do tương tác tĩnh điện mạnh của nhóm amin
với nhóm cacboxylate của PAA. Hạt gel chitosan-PAA hấp phụ Cu cao hơn
chitosan. Tuy nhiên, nếu khâu mạch với glutaraldehyte (GLA) thì hạt chitosanPAA-GLA bền trong môi trường pH thấp và có đặc tính cơ lý tốt hơn hạt chitosanPAA. Dung lượng hấp phụ Cu của chitosan-PAA-GLA cũng cao hơn chitosan-PAA
[45]. Chất hấp phụ mới poly(methacrylic acid) ghép chitosan/bentonit (CTS-gPMMA/Bent) được điều chế từ chitosan biến tính ghép methacrylic axit trong sự có
mặt của bentonit và N,N’-methylenebisacrylamide là tác nhân khâu mạch. Vật liệu
CTS-g-PMMA/Bent được nhóm tác giả Ấn độ cho hấp phụ U(VI) trong dung dịch
với khoảng pH rộng từ 2-9. Dung lượng hấp phụ cực đại U(VI) đạt 117,2 mg g−1 ở
30 °C, khi pH 5,5. Thí nghiệm được tiến hành ở mô hình như xử lý thải hạt nhân


5

công nghiệp [16]. Nếu chế tạo dẫn xuất chitosan khâu mạch với serin- axit 2-amino3-hidroxi propanoic hấp phụ được UO22+ trong vùng pH 2-7, với dung lượng hấp
phụ cực đại tới 330 mg U/g. Khi tác nhân khâu mạch là tetrachlomethane thì dung
lượng hấp phụ U đạt 203 mg/g. Vật liệu này hấp phụ các nhân phóng xạ có tính
chọn lọc theo thứ tự

233

UO22+ > 234Th4+ > 137Cs+ > 152–154Eu3+ > 241Am3+ > 85Sr2+

[121]. Như vậy, chitosan và chitosan biến tính là vật liệu hứa hẹn cho sự hấp phụ
hầu hết các kim loại nặng, đặc biệt là các nhân phóng xạ.
Ngoài ra, chitin/chitosan do có số lượng lớn nhóm -OH và -NH2 trong cấu trúc
nên có khả năng phản ứng với nhiều loại chất nhuộm như trực tiếp, phân tán, anion
và napthol. Theo Crini có ba yếu tố đóng góp vào sự công nhận chitosan như một

của ete “vương miện” và chitosan sẽ cho khả năng tạo phức mạnh với ion kim loại
hơn là các chất thành phần [106]. Khâu mạch 4,4’-diformyldibenzo-18-crown-6 với
chitosan tạo vật liệu hấp phụ Pb2+ và Hg2+ trong môi trường pH 4 và 6 cao hơn
chitosan, đồng thời có sự hấp phụ chọn lọc cao ion Hg2+ trong sự có mặt của Pb 2+
[19]. Nếu chitosan khâu mạch với 4,4’-diformyldibenzo-18-crown-6, Yi (2003) đã
cho hấp phụ ion Ag+ tạo phức chitosan-ete ‘vương miện” và Ag+ [185]. Dung lượng
hấp phụ Ag+ đến 43 mg/g chất hấp phụ. Vật liệu biến tính có khả năng kháng khuẩn
với ba chủng vi sinh Staphylococcus Aureus, Escherichia coli và Pseudomonas
aeruginona. Chitosan biến tính với ete “vương miện” có đặc tính hấp phụ chọn lọc
cao, tuy nhiên sự tái sử dụng sản phẩm là rất khó.
Ngoài những công trình ghi nhận chitosan là chất hấp phụ màu và kim loại
tuyệt vời, Lin và cộng sự vừa mới công bố một kết quả hấp phụ axit humic (HA) từ
hỗn hợp chitosan – zeolite [105]. Axit humic được phát sinh do sự phân hủy những
phân tử sinh học của vi sinh và tồn tại khắp nơi trong nước mặt cũng như nước
ngầm. Sự có mặt của HA làm cho nước uống có vấn đề về mùi, vị, màu sắc. Nguy
hiểm hơn HA có thể kết hợp với những chất ô nhiễm như kim loại nặng, độc hoặc
những chất hữu cơ tổng hợp như thuốc trừ sâu, rồi mang chúng vào hệ thống xử lý
hoặc phân phối nước. Khi kết hợp với chlorine trong xử lý nước uống tạo sản phẩm
phụ như trichlomethane là tác nhân gây ung thư. Thành phần của HA có các nhóm
chức như cacboxylic và phenolic, do vậy zeolit tự nhiên có ái lực không đáng kể với
HA, khi cấu trúc zeolit tinh thể có điện tích âm. Hỗn hợp chitosan-zeolite cải tiến
dung lượng hấp phụ HA nhờ bề mặt mang điện tích dương của chitosan, đặc biệt ở


7

pH thấp khi nhóm amino đã được proton hóa. Vật liệu hỗn hợp cũng khắc phục
được nhược điểm của chitosan là mềm và dễ bị keo tụ, do zeolit bền về mặt hóa học
và cơ học lại có cấu trúc xốp rất thích hợp cho hấp phụ.
1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước

học hấp phụ thích hợp cho cả Langmuir, Freundlich và Redlich –Peterson [131].
Cho đến nay biến tính vật liệu bằng kỹ thuật bức xạ được đánh giá là phương
pháp mới và thân thiện với môi trường. Chế tạo vật liệu hấp phụ từ chitin bằng
phương pháp chiếu xạ đã được thực hiện tại Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai
Công nghệ Bức xạ. Theo phương pháp này, chitin có độ deacetyl thấp được tạo gốc
tự do bằng kỹ thuật bức xạ. Sau đó, biến tính ghép các monome có nhóm chức hấp
phụ hoặc chuyển hóa để tạo nhóm chức hấp phụ trên giá thể chitin. Như vậy, dung
lượng hấp phụ các ion kim loại cũng được tăng cường và có thể thực hiện phản ứng
hấp phụ trong cả môi trường pH thấp. Hơn nữa, khả năng triển khai ứng dụng ở qui
mô lớn là rất khả thi [168]. Ghép axit acrylic (AAc) lên chitin với độ deacetyl thấp
~ 40% có thể thực hiện bằng phương pháp chiếu xạ. Khi nồng độ AAc là 20%,
chitin chiếu xạ trước đến liều 20 kGy thì sản phẩm ghép được tạo thành và có khả
năng hấp phụ các cation Zn2+ và Cu2+ với dung lượng hấp phụ tương ứng là 22,8 và
14,7 mmol/g [6].
1.3. Những cơ sở lý thuyết
1.3.1. Tương tác của tia X và tia gamma với vật chất
Một hạt nhân không bền phóng ra các bức xạ để chuyển về trạng thái bền. Quá
trình này gọi là sự phân rã phóng xạ. Các bức xạ khi phân rã phóng xạ thường
là các hạt alpha (α), hạt bêta (β-), hạt positron (β+), tia gamma (γ), tia X...
Tương tác của tia X hay gamma không gây hiện tượng ion hóa trực tiếp như
hạt tích điện. Tuy nhiên, khi các tia này tương tác với nguyên tử, nó làm bứt
electron quỹ đạo ra khỏi nguyên tử hay sinh ra các cặp electron-positron (là các hạt
có khối lượng bằng electron nhưng mang điện tích dương +1e). Đến lượt mình, các
electron gây ion hóa và đó là cơ chế cơ bản mà hạt gamma năng lượng cao có thể
ghi đo và cũng nhờ đó chúng có thể phá vỡ các liên kết trong phân tử, tuy nhiên
năng lượng cũng chưa đủ lớn để ảnh hưởng đến cấu trúc hạt nhân nguyên tử. Do đó,
bức xạ gamma có thể biến đổi tính chất hóa học, vật lý hay sinh học của các sản


9

cm-1, trong thực tế còn dùng hệ số suy giảm khối lượng μm = μ/ρ trong đó ρ là mật
độ vật chất (g/cm 3). Khi đó thứ nguyên của μm là cm2/g [9].
1.3.2. Các đơn vị đo lường bức xạ
1.3.2.1. Hoạt độ phóng xạ
Hoạt độ phóng xạ là số nguyên tử đồng vị phóng xạ phân rã trong một đơn vị


10

thời gian. Đơn vị là Curie (Ci), 1Ci=3,7×1010 phân rã/s. Đơn vị mới là Bequerel
(Bq), 1Bq = 1 phân rã/s, vậy 1Ci = 3,7×1010 Bq. Qui luật phân rã phóng xạ tuân theo
hàm mũ N = N0 e

-λt

-λt

hoặc A = A0 e , với N và A là số nguyên tử phóng xạ hay hoạt

độ phóng xạ tương ứng tại thời điểm t, N0 và A0 tại thời điểm t = 0 và λ là hằng số
đặc trưng cho tốc độ phân rã.
Chu kỳ bán hủy là thời gian hoạt độ phóng xạ giảm đi một nửa, t1/2 = ln2/λ =
0,6931/λ.
1.3.2.2. Liều hấp thụ
Liều hấp thụ D = dE/dm là năng lượng bức xạ được hấp thụ bởi một đơn vị
khối lượng vật chất. Đơn vị của liều hấp thụ trong hệ SI là Gray (ký hiệu là Gy), 1
Gy = 1J/kg, trước khi chấp nhận các đơn vị theo hệ SI, liều hấp thụ được đo bằng
đơn vị rad, 1 rad = 100 erg/g = 10-2 Gy hay 1Gy = 100 rad = 6,24 × 10 15 eV/g
Suất liều hấp thụ D là liều hấp thụ trong một đơn vị thời gian D = dD/dt. Đơn
vị Gy/s, kGy/h, rad/s, Mrad/h...

cũng được sử dụng nhưng ít thông dụng hơn. Thời gian bán rã là 30,1 năm.
Năng lượng bức xạ 1 tia gamma phát ra/phân rã, E = 0,662 MeV. Công suất
P = 0,00359 W/Ci hoặc là 253 kCi/kW
 Nguồn bức xạ không hạt nhân là dòng điện tử gia tốc phát ra từ các máy gia
tốc điện tử. Có nhiều loại máy gia tốc điện tử, nhưng nói chung trong công
nghệ bức xạ được phân thành 3 loại theo năng lượng thấp (0,1-0,5 MeV),
trung bình (0,5-3 MeV) và cao (>3,0 MeV).
So với nguồn Co-60 thì máy điện tử gia tốc có những ưu điểm như có
khả năng tắt mở, cường độ không thay đổi, suất liều cao. Tuy nhiên, khả
năng đâm xuyên thấp làm giảm tính đồng liều khi chiếu xạ vật liệu có độ dày
và tỉ trọng lớn.
1.3.4. Các quá trình xảy ra khi chiếu xạ polyme
1.3.4.1. Khâu mạch và cắt mạch
 Khâu mạch bức xạ
Biến tính vật liệu bằng bức xạ nhằm tạo ra sản phẩm mang nhiều đặc tính có
lợi bởi tác động của bức xạ đến vật liệu. Những thay đổi hóa học quan trọng khi
chiếu xạ polyme là đã tạo được liên kết liên phân tử gây nên quá trình khâu mạch,