Đang tải... (xem toàn văn)
Oil spill clean up is a very difficult and costly task. some methods of cleaning oil spill have researched. Using oil absorbent particle is one of them. Oil absorbent particles were prepared from acrylates ester and crosslinker diethyleneglycoldiacrylate. Basing on ester reaction, acrylates ester were prepared from acrylic acid and long chain alcols in which structure’s octylacrylate ester was determined by using physical chemistry analyses (IR, NMR). The materials can absorb oil about 1015 times it’s weight
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU HÚT DẦU TỪ CÁC ESTER ACRYLATE STUDYING AND PREPARING OIL ABSORBENCE BASE ON ACRYLATE ESTERS Nguyễn Cửu Khoa, Trần Ngọc Quyển, Nguyễn Thị Minh Lý Phòng Hoá Hữu cơ –Polymer, Viện Công nghệ Hoá học SUMMARY Oil spill clean up is a very difficult and costly task. some methods of cleaning oil spill have researched. Using oil absorbent particle is one of them. Oil absorbent particles were prepared from acrylates ester and crosslinker diethyleneglycoldiacrylate. Basing on ester reaction, acrylates ester were prepared from acrylic acid and long chain alcols in which structure’s octylacrylate ester was determined by using physical chemistry analyses (IR, NMR). The materials can absorb oil about 10- 15 times it’s weight ĐẶT VẤN ĐỀ Vấn đề thu gom các loại dầu loang trên mặt nước sông biển do tai nạn tràn dầu, dầu rơi vãi trên giàn khai thác dầu cũng như dầu thải trên sàn nhà máy gặp rất nhiều khó khăn. Để thu gom và xử lý các loại dầu trên đạt hiệu quả mà không làm ảnh đến môi trường sinh thái nhiều công ty trong nước đã mua vật liệu hút dầu từ nước ngoài với giá thành cao. Để thay thế vật liệu hút dầu ngoại nhập, chúng tôi đã nghiên cứu tổng hợp thành công polymer hút dầu từ acid acrylic. Polymer được tổng hợp dựa trên monomer ester acrylate và chất tạo liên kết ngang. Trong đề tài này chúng tôi đã tổng hợp ba loại monomer acrylate với độ dài mạch của alcol khác nhau sau đó đánh giá khả năng hút dầu của từng loại polymer tổng hợp được. I. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Nguyên liệu chính Acid acrylic 99.5%(HQuốc; Butanol TKPT (TQuốc); Octanol TKPT(T Quốc) Cetyl alcol TKPT (TQuốc); Hydoquinol TKPT(Đức); Magiestearate TK kỹ thuật Diethyleneglycoldiacrylate (DEGDAA) TKPT (TQuốc) 2. Phương pháp tổng hợp Tổng hợp ester acrylate Cho 1.8g hydroquinol, 30g acid acrylic (0.43mol), 0.3ml H 2 SO 4 , 0.4 mol alcol (butyl , octyl và cetyl alcol) và 150ml benzen vào bình cầu 250ml có lắp ống sinh hàn hoàn lưu và bộ tách nước. Đun hoàn lưu hỗn hợp phản ứng, sau 4giờ tách được 67ml nước. Dừng phản ứng và cất loại dung môi benzene. Hiệu suất thu được ester acrylate từ 90-95% . Tổng hợp các loại polymer hút dầu Cho lần lượt 0.4 mol alkyl acrylate, 0.3ml chất tạo liên kết ngang DEGDAA, 50ml nước vào bình cầu hai cổ 250ml có gắn ống sinh hàn hoàn lưu và xilanh chứa chất khơi mào 0.1ml t-butyl peroxide . Khuấy và gia nhiệt hỗn hợp phản ứng ở 80 0 C trong 10 phút, sau đó bơm chất khơi mào vào hệ phản ứng. Thực hiện phản ứng ở 100 0 C trong 4 giờ cho quá trình polymer hoá xảy ra hoàn toàn. Hạ nhiệt độ xuống 50 0 C, cho 5g magiestearate vào và tiếp tục khuấy trong 30phút thì ngừng phản ứng. Sản phẩm sau khi lọc là các hạt polymer hút dầu ở dạng hạt có đường kính 1-5mm. Xác định độ hút dầu Lấy mg polymer tổng hợp được cho vào túi vải đặt vào 1 bercher chứa loại dầu cần khảo sát. Sau 30 phút lấy túi ra và cân lượng polymer đã hút dầu (m’g). Độ hút dầu được tính như sau: Độ hút dầu = (m’-m)/m (g/g) II. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 1. Cấu trúc vật liệu Chúng tôi đã xác định cấu trúc của octylacrylate tổng hợp được dựa trên phổ IR, 1 H và 13 C Trong phổ IR có mũi hấp thu ở 1729 cm -1 có sự hiện diện nhóm –COO, và mũi hấp thu ở 1191cm -1 dao động nối –C-O và 1637cm -1 dao động của C=C. Trong phổ NMR: Vị trí Độ dịch chuyển 1 (ppm) Độ dịch chuyển 13 (ppm) -CH 3 0.89 14.08 -CH 2 - (7 nhóm –CH 2 -) 1.33, 1.65, 4.13 22.67, 25.98, 28.69, 29.26, 29.3, 31.89, 64.74 CH 2 =CH- 5.80(Hb), 6.12(Ha), 6.39 (Hc) 128.75, 130.32 -COO 166.33 Dựa trên kết quả phổ NMR thu được cho thấy độ dịch chuyển của proton và carbon phù hợp với cấu trúc của ester octyl acrylate có độ dịch chuyển nhóm carbonyl của ester là 166.3 cm -1 . 2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hút dầu của polymer tổng hợp được 2.1. Ảnh hưởng của liên kết ngang DEGDAA Để chọn được lượng liên kết ngang đủ tạo cấu trúc không gian chúng tôi chọn monomer ester octylacrylate để khảo sát (vì ở nhiệt độ thường octylacrylate dạng lỏng còn cetylacrylate dạng sệt, có độ nhớt cao khó thao tác và butylacrylate có mùi nặng). Chúng tôi thực hiện các phản ứng tổng hợp polymer octylacrylate theo quy trình tổng hợp polymer như trên với lượng chất tạo liên kết ngang từ 0.1 đến 0.5 ml. kết quả thu được theo bảng sau: Thí nghiệm 1 2 3 4 5 DEGDAA(ml) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Độ hút dầu (g/g) Dầu FO 0 2.4 2.5 2.3 2.0 Nhớt thải 0 4.3 5.9 5.8 5.5 Toluen 0 11.6 12.1 11.4 10.2 Dầu DO 0 8.8 9,8 8.6 7.8 Khi liên kết ngang với thể tích 0.1ml, phản ứng không thể tạo vật liệu polymer có cấu trúc không gian. Khi lượng liên kết ngang tăng từ 0.2ml đã tạo được vật liệu polymer có cấu trúc không gian, khả năng hút dầu cao nhất khi lượng liên kết ngang là 0.3ml và đến 0.4ml khả năng hút dầu giảm. Điều này do lượng liên kết ngang làm cho cấu trúc không gian của vật liệu chặt chẽ hoặc linh động khi hút và chứa dầu. Từ kết quả trên chúng tôi chọn lượng liên kết ngang phù hợp là 0.3ml. 2.2. Ảnh hưởng của độ dài mạch alcol đến khả năng hút dầu Tương tự như cách tiến hành tổng hợp polymer octylacrylate chúng tôi thực hiện phản ứng tổng hợp polymer với 0.4mol butylarylate và 0.4mol cetylacrylate với lượng liên kết ngang 0.3ml. Sau đó tiến hành thử với các loại dầu khác nhau, kết quả được dẫn trong bảng và đồ thị sau. Polymer Dầu Polybutylacrylate Polyoctylacrylate Polycetylacrylate Độ hút dầu (g/g) Dầu FO (1) 2.1 2.5 3.6 Nhớt (2) 3.2 5.9 7.7 Dầu DO (3) 4.4 8.1 10.9 Toluen (4) 5.6 11.1 14.5 Khi thay đổi độ dài mạch carbon của alkyl trong 3 esteracrylate dùng để tổng hợp vật liệu hút dầu, kết quả thí nghiệm cho thấy khi tăng độ dài mạch carbon thì vật liệu polymer thu được có khả năng hút dầu tăng. Trong các polymer hút được tổng hợp và khảo sát thì polymer điều chế từ cetylacrylate cho kết quả tốt nhất. Chúng tôi cũng tiến hành khảo sát ảnh hưởng của lượng chất tạo hạt magiestearate đến khả năng hút dầu của các loại polymer điều chế từ 3 monomer trên, kết quả cho thấy lượng magiestearate không ảnh hưởng đến khả năng hút dầu vì hàm lượng dùng trong polymer <5%. III. KẾT LUẬN Đã đưa ra được quy trình tổng hợp các ester acrylate với hiệu suất cao mà không bị xảy ra quá trình polymer hoá trong quá trình thực hiện ester hoá. Các loại monomer tổng hợp được có thể dùng cho nhiều phản ứng biến tính polymer khác. Từ các thí nghiệm khảo sát chúng tôi chọn được monomer cetylacrylate để tổng hợp polymer có khả năng hút dầu cao 14.5 lần với toluen, 10.9 lần đối với dầu DO và 7.7 lần với nhớt thải. Vật liệu tổng hợp được có độ hút dầu cao so với sản phẩm thương mại Floorweep và Enretech của Canada ( hút từ 4-16 lần tuỳ theo giá thành từng loại). Thành phần tối ưu cho tổng hợp polymer hút dầu từ cetylacrylate: 0.4 mol (123.2g) cetylacrylate, 0.3ml DEGDAA, 5g magiestearate và 0.1ml tert-butylperoxide. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Cửu Khoa, Trần Ngọc Quyển, Tuyển tập Công trình Nghiên cứu Khoa học Công nghệ Viện Công nghệ Hoá học-Trung tâm Khoa học Tự nhiên & Công nghệ Quốc Gia, năm 2003. 2. Ward et al., Treatment soil contaminated with oil or oil residues, US patent 6153017, November 28, 2000. 3. Porrovecchio, Sr. Oil spill containment and recovery apparatus, US patent 885451, March 23, 1999. . mua vật liệu hút dầu từ nước ngoài với giá thành cao. Để thay thế vật liệu hút dầu ngoại nhập, chúng tôi đã nghiên cứu tổng hợp thành công polymer hút dầu từ acid acrylic. Polymer được tổng hợp. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU HÚT DẦU TỪ CÁC ESTER ACRYLATE STUDYING AND PREPARING OIL ABSORBENCE BASE ON ACRYLATE ESTERS Nguyễn Cửu Khoa, Trần Ngọc Quyển,. liệu tổng hợp được có độ hút dầu cao so với sản phẩm thương mại Floorweep và Enretech của Canada ( hút từ 4-16 lần tuỳ theo giá thành từng loại). Thành phần tối ưu cho tổng hợp polymer hút dầu từ