Tổng hợp và đặc trưng vật liệu hấp thu dầu từ sợi rơm

Trên cơ sở khảo sát chi tiết các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình axetyl hóa, có thể rút ra điều kiện tối ưu như sau: tỉ lệ sợi rơm/anhydit axetic =1/10, [NBS] = 2 %, thời gian phản ứng 120 phút, nhiệt độ phản ứng 90 0C và mức độ axetyl hóa đạt được 30,6 %. Sợi rơm và sợi rơm axetyl hóa được đặc trưng bởi phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), hiển vi điện tử quét (SEM) và nhiễu xạ tia X (XRD). Tính chất hấp thu dầu đối với dầu thô và khả năng tái sử dụng của vật liệu cũng được nghiên cứu, đánh giá.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp và đặc trưng vật liệu hấp thu dầu từ sợi rơm Tạp chí Khoa học và Công nghệ 54 (1A) (2016) 237-244 TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƢNG VẬT LIỆU HẤP THU DẦU TỪ SỢI RƠM Hoàng Thị Vân An1, Nguyễn Trung Đức2, *, Nguyễn Thanh Tùng2, Nguyễn Văn Khôi2, Vũ Tiến Thắng3 Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì, Số 9, đường Tiên Sơn, phường Tiên Cát, thành phố Việt Trì, tỉnh Phú Thọ 1 Viện Hóa học, Viện Hàn lâm KHCNVN, 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội 2 3 Công ty TNHH Công nghệ và Dịch vụ Thương mại Lạc Trung, 350 Lạc Trung, Vĩnh Tuy, Hai Bà Trưng, Hà Nội * Email: ducnt224@gmail.com Đến Tòa soạn: 29/08/2015; Chấp nhận đăng: 28/10/2015 TÓM TẮT Các sự cố tràn dầu xảy ra thường gây hậu quả nghiêm trọng đến môi trường và hệ sinh thái vì vậy việc tìm ra các giải pháp để khắc phục hậu quả của sự cố tràn dầu có ý nghĩa vô cùng quan trọng. Trong nghiên cứu này, quá trình axetyl hóa sợi rơm và tính chất hấp thu dầu của sản phẩm được nghiên cứu. Trên cơ sở khảo sát chi tiết các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình axetyl hóa, có thể rút ra điều kiện tối ưu như sau: tỉ lệ sợi rơm/anhydit axetic =1/10, [NBS] = 2 %, thời gian phản ứng 120 phút, nhiệt độ phản ứng 90 0C và mức độ axetyl hóa đạt được 30,6 %. Sợi rơm và sợi rơm axetyl hóa được đặc trưng bởi phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), hiển vi điện tử quét (SEM) và nhiễu xạ tia X (XRD). Tính chất hấp thu dầu đối với dầu thô và khả năng tái sử dụng của vật liệu cũng được nghiên cứu, đánh giá. Từ khóa: axetyl hóa, sợi rơm, vỏ trấu, hấp thu dầu. 1. MỞ ĐẦU Rơm rạ là nguồn phế thải trong nông nghiệp, bao gồm phần thân và cành lá của cây lúa, sau khi đã tuốt hạt lúa. Rơm rạ chiếm khoảng một nửa sản lượng của cây ngũ cốc, như lúa mạch, lúa mì và lúa gạo [1]. Mặc dù nguồn phụ phẩm này có chứa các vật chất có thể mang lại lợi ích cho xã hội, song giá trị thực của nó thường bị bỏ qua do chi phí quá lớn cho các công đoạn thu thập, vận chuyển và các công nghệ xử lý để có thể sử dụng một cách hữu ích. Việc đốt ngoài đồng ruộng nguồn phế thải này đang gây ra các vấn đề môi trường, làm ảnh hưởng đến sức khỏe con người và đồng thời cũng là một sự thất thoát nguồn tài nguyên. Nếu nguồn phế thải này có thể tận dụng để tăng cường cho sản xuất lương thực hay sản xuất nhiên liệu sinh học thì chúng sẽ không còn là nguồn phế thải nữa mà trở thành nguồn nguyên liệu mới [2]. Những sử dụng tiềm năng nhất của rơm rạ có thể xếp theo nhóm như sử dụng năng lượng, chế tạo và xây dựng, giảm ô nhiễm môi trường hay làm thức ăn cho chăn nuôi gia súc. Gần đây Hoàng Thị Vân An, Nguyễn Trung Đức, Nguyễn Thanh Tùng, Nguyễn Văn Khôi, Vũ Tiến Thắng có một hướng nghiên cứu mới là biến tính sợi rơm bằng phương pháp hóa học như là este hóa, trùng hợp ghép một số vinyl monome lên sợi rơm để làm tăng tính chất của rơm rạ theo mục đích sử dụng [3 - 4]. Biến tính sợi xenlulozơ bằng quá trình este hoá là một phương pháp khá phổ biến nhằm làm tăng tính kị nước và ưa dầu của sợi. Trong đó, quá trình axetyl hoá bằng anhydrit axetic được sử dụng nhiều nhất. Phản ứng có thể thực hiện trong điều kiện đồng thể hoặc dị thể với sự tham gia của các xúc tác khác nhau. Nhóm hydroxyl tự do được thay thế bằng nhóm axetyl có tính kị nước cao hơn nhờ đó làm giảm tính ưa nước và làm tăng tính ưa dầu của sợi xenlulozơ [5]. Gần đây, các tác giả chỉ ra rằng N-Bromosuccinimide (NBS) là xúc tác phù hợp cho quá trình axetyl hóa trong hệ không dung môi, có thể ứng dụng ở quy mô lớn do nó hiệu quả hơn xúc tác H2SO4 và không độc và đắt như xúc tác pyridin [5]. Bài báo này, nghiên cứu quá trình tổng hợp vật liệu hấp thu dầu trên cơ sở axetyl hóa sợi rơm với xúc tác NBS. Tính chất lý hóa của sản phẩm được đặc trưng bằng phổ hồng ngoại, nhiễu xạ tia X và kính hiển vi điện tử quét (SEM). Khả năng hấp thu dầu và tái sử dụng của sản phẩm cũng được nghiên cứu, đánh giá. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất, nguyên liệu Sợi rơm lúa thu gom từ huyện Hoài Đức, Hà Nội được cắt nhỏ khoảng 1 - 2 mm sau đó chiết với hỗn hợp methanol and benzene (1 : 1) (v/v) trong vòng 6 giờ để loại bỏ lớp sáp và nhựa. Anhydrite axetic, N-Bromosuccinimide (NBS), etanol, axeton, dung dịch chuẩn NaOH, Dimethyl sulfoxide (DMSO) đều là hóa chất tinh khiết của Trung Quốc, được sử dụng ngay không qua tinh chế. 2.2. Axetyl hóa sợi rơm Cho 1 gam sợi rơm vào bình cầu 3 cổ dung tích 250 ml được lắp sinh hàn hồi lưu, nhiệt kế, thiết bị sục khí nitơ. Cho thêm vào một lượng anhydrite axetic và xúc tác N-Bromosuccinimide đã được tính toán chính xác. Nhiệt độ phản ứng là 90 0C, Sau thời gian phản ứng thích hợp hạ nhiệt độ xuống nhiệt độ phòng, Sản phẩm được rửa sạch nhiều lần với axeton để loại bỏ axit axetic và anhydrite axetic dư. Cuối cùng sản phẩm được sấy ở 80 0C đến khối lượng không đổi. Mức độ axetyl hóa được xác định theo công thức: trong đó: W1 và W2 là khối lượng của sợi rơm và rơm axetyl hóa. 2.3. Đặc trƣng lý hóa của vật liệu Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR): được thực hiện trên quang phổ kế hồng ngoại biến đổi Fourier FTIR IMPACT Nicolet 410 tron ...