nghiên cứu bán tổng hợp cacboxyl methyl cellulose (cmc) hòa tan từ cellulose thân tre và ứng dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

PHẠM THỊ THÙY TRANG

NGHIÊN CỨU BÁN TỔNG HỢP CACBOXYL

METHYL CELLULOSE (CMC) HÒA TAN TỪ

CELLULOSE THÂN TRE VÀ ỨNG DỤNG LÀM

CHẤT ỨC CHẾ ĂN MÒN KIM LOẠI

Chuyên ngành: Hóa hữu cơ

Mã số: 60 44 27

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Lê Tự Hải

Đà Nẵng – Năm 2011

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố

trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả luận văn

Phạm Thị Thùy Trang

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

Lời cam ñoan

Mục lục

Danh mục các bảng

Danh mục các hình

MỞ ĐẦU ...................................................................................................................1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ...........................................................4

1.1. Thành phần hóa học của gỗ ......................................................................4

1.1.1. Hydratcacbon...................................................................................4

1.1.2. Lignin ..............................................................................................6

1.1.3. Các chất trích ly (chất hòa tan)........................................................8

1.1.4. Chất vô cơ........................................................................................8

1.2. Tre xanh ......................................................................................................9

1.2.1. Phân loại khoa học...........................................................................9

1.2.2. Đặc ñiểm sinh thái...........................................................................9

1.2.3. Thu hoạch và lọc nhựa ..................................................................10

1.2.4. Thành phần hóa học.......................................................................11

1.3. Đại cương về cacboxyl methyl cellulose .................................................12

1.3.1. Khái niệm về cacboxylmethyl cellulose........................................12

1.3.2. Tổng hợp CMC..............................................................................13

1.3.3. Tính chất của CMC .......................................................................13

1.3.4. Ứng dụng của CMC ......................................................................14

1.4. Phương pháp tách cellulose (bột giấy) ...................................................15

1.4.1. Phương pháp tách cellulose...........................................................15

1.4.2. Phản ứng của hydratcacbon và lignin trong môi trường kiềm ......16

1.3.3. Phản ứng hóa học trong quá trình nấu bột sunfat..........................20

1.5. Lý thuyết về ăn mòn kim loại và bảo vệ kim loại..................................21

1.5.1. Ăn mòn kim loại............................................................................21

1.5.2. Các phương pháp bảo vệ kim loại ................................................30

CHƯƠNG 2. NHỮNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM.................................39

2.1. Tách cellulose từ thân tre ........................................................................39

2.1.1. Nguyên liệu ...................................................................................39

2.1.2. Xử lý hóa bằng phương pháp sunfat (phương pháp Kraft) ...........39

2.1.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình tách cellulose từ

thân tre .................................................................................................................41

2.1.4. Tẩy trắng bột cellulose thô ............................................................41

2.1.5. Phân tích sản phẩm cellulose thân tre bằng phương pháp phân tích

phổ hồng ngoại (IR) .................................................................................................43

2.2. Bán tổng hợp cacboxyl methyl cellulose từ cellulose thân tre................ 43

2.2.1. Bán tổng hợp CMC .......................................................................44

2.2.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình bán tổng hợp

CMC .................................................................................................................45

2.2.3. Phân tích sản phẩm CMC bán tổng hợp từ cellulose thân tre .......46

2.3. Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn kim loại của cacboxyl methyl

cellulose .................................................................................................................46

2.3.1. Thiết bị ño......................................................................................46

2.3.2. Điện cực và hoá chất .....................................................................47

2.3.3. Phương pháp chuẩn bị bề mặt .......................................................47

2.3.4. Phương pháp nghiên cứu...............................................................48

2.4. Phương pháp xử lý số liệu .......................................................................51

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................52

3.1. Ảnh hưởng của các yếu tố ñến quá trình tách cellulose từ thân tre....52

3.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố ñến quá trình nấu tre theo

phương pháp sunfat (phương pháp Kraft)................................................................52

3.1.2. Tẩy trắng bột cellulose thô ............................................................57

3.1.3. Phân tích sản phẩm cellulose thân tre bằng phương pháp phân tích

phổ hồng ngoại (IR) .................................................................................................58

3.2. Ảnh hưởng của các yếu tố ñến quá trình bán tổng hợp cacboxyl methyl

cellulose .................................................................................................................60

3.2.1. Ảnh hưởng của nồng ñộ NaOH ñến mức ñộ thế của CMC...........60

3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian kiềm hóa ñến mức ñộ thế của CMC.....61

3.2.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ mol ClCH2COONa/cellulose ñến mức ñộ thế của

CMC ..........................................................................................................................63

3.2.4. Ảnh hưởng của thời gian cacboxyl hóa ñến mức ñộ thế của

CMC .................................................................................................................64

3.3. Phân tích sản phẩm cacboxyl methyl cellulose......................................66

3.4. Khảo sát khả năng ức chế ăn mòn kim loại của cacboxyl methyl

cellulose .................................................................................................................68

3.4.1. Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5% khi

không có chất ức chế................................................................................................68

3.4.2. Ảnh hưởng của thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC ñến tính

chất ức chế ăn mòn...................................................................................................68

3.4.3. Ảnh hưởng của nồng ñộ dung dịch CMC ñến tính chất ức chế ăn

mòn kim loại ............................................................................................................72

KẾT LUẬN .............................................................................................................76

TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................78

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu bảng Tên bảng Trang

1.1 Thành phần các muối hoà tan trong nước biển 28

1.2 Thành phần (%) các nguyên tố của thép CT3 29

1.3 Một số chất ức chế ñược dùng trong môi trường H2SO4

22%

36

1.4 Cấu trúc của một số chất hữu cơ ức chế ăn mòn ñiển hình 36

2.1 Tần số dao ñộng của một số nhóm chức hữu cơ 61

3.1 Kế hoạch tiến hành thí nghiệm và kết quả xác ñịnh thể

tích dung dịch KMnO4 0,1N phản ứng với 0,1 gam bột tre

sau khi nấu

53

3.2 Kết quả thí nghiệm ở tâm 55

3.3 Tần số và loại dao ñộng trong phổ hồng ngoại của

cellulose thân tre

59

3.4 Ảnh hưởng của nồng ñộ NaOH ñến mức ñộ thế của CMC 60

3.5 Ảnh hưởng của thời gian kiềm hóa ñến mức ñộ thế của CMC 62

3.6 Ảnh hưởng của tỉ lệ mol ClCH2COONa/cellulose ñến

mức ñộ thế của CMC

63

3.7 Ảnh hưởng của thời gian cacboxyl hóa ñến mức ñộ thế của

CMC

65

3.8 Tần số và loại dao ñộng trong phổ hồng ngoại của CMC

bán tổng hợp từ cellulose thân tre

67

3.9 Giá trị ñiện trở phân cực (Rp), dòng ăn mòn (icorr) và hiệu

quả ức chế Z (%) theo thời gian ngâm thép trong dung

dịch CMC 30 mg/l

71

3.10 Giá trị ñiện trở phân cực (Rp), dòng ăn mòn (icorr) và hiệu

quả ức chế Z (%) theo nồng ñộ dung dịch CMC với thời

gian ngâm 20 phút

75

DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hiệu hình Tên hình Trang

1.1 Cấu trúc cellulose 04

1.2 Một số cấu trúc của lignin 07

1.3 Thân tre 09

1.4 Phản ứng oxi hóa của hydratcacbon trong môi trường kiềm 17

1.5 Phản ứng thủy phân cấu trúc cacbonyl-β-glucoxy 17

1.6 Phản ứng chuyển vị và tách loại hydratcacbon trong môi

trường kiềm

18

1.7 Phản ứng peeling 18

1.8 Minh họa phản ứng thủy phân lignin trong môi trường kiềm 19

1.9 Minh họa phản ứng ngưng tụ lignin trong môi trường kiềm 20

1.10 Phản ứng của cấu trúc lignin β-O-4 trong quá trình nấu bột

sunfat

20

1.11 Phản ứng của cấu trúc phenylcumaran trong quá trình nấu

bột sunfat

21

1.12 Sơ ñồ ăn mòn ñiện hoá 23

1.13 Đường cong phân cực 26

1.14 Giản ñồ Evans (Giản ñồ ñường cong phân cực E -lgi) 26

1.15 Giản ñồ thế - pH các vùng ăn mòn và bảo vệ kim loại 33

1.16 Bảo vệ catôt bằng protectơ 34

1.17 Sự tạo màng CrO4

2- trên thép CT3 35

2.1 Sơ ñồ thiết bị ño ñường cong phân cực 46

2.2 Đồ thị xác ñịnh ñiện trở phân cực từ ñường cong phân cực 49

2.3 Phương pháp xác ñịnh dòng ăn mòn 50

3.1 Cellulose thân tre thô (còn lignin) 57

3.2 Cellulose thân tre 57

3.3 Phổ hồng ngoại của cellulose thân tre 58

3.4 Phổ hồng ngoại của cellulose thân tre so sánh với cellulose

chuẩn trong thư viện phổ

59

3.5 Ảnh hưởng của nồng ñộ NaOH ñến mức ñộ thế của CMC 61

3.6 Ảnh hưởng của thời gian kiềm hóa ñến mức ñộ thế của

CMC

62

3.7 Ảnh hưởng của tỉ lệ mol ClCH2COONa/cellulose ñến mức

ñộ thế của CMC

64

3.8 Ảnh hưởng của thời gian cacboxyl hóa ñến mức ñộ thế của

CMC

65

3.9 Cacboxyl methyl cellulose bán tổng hợp từ cellulose thân

tre

66

3.10 Phổ hồng ngoại của CMC bán tổng hợp từ cellulose thân tre 67

3.11 Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5%

khi không có chất ức chế

68

3.12 Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5%

với thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 30 mg/l là 5

phút

69

3.13 Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5%

với thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 30 mg/l là

10 phút

69

3.14 Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5%

với thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 30 mg/l là

20 phút

70

3.15 Đường cong phân cực của thép trong dung dịch NaCl 3,5%

với thời gian ngâm thép trong dung dịch CMC 30 mg/l là

30 phút

70

3.16 Hiệu quả ức chế Z (%) theo thời gian ngâm thép trong dung

dịch CMC 30 mg/l

71