Tổng hợp và đặc trưng copolymer ghép carboxymethyl cellulose-polyacrylonitrile từ cây lục bình (Eichhornia crassipes)
Nghiên cứu do nhóm tác giả Nguyễn Cao Hiền, Nguyễn Văn Phúc, Tán Văn Hậu - Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.Hồ Chí Minh thực hiện.
Ảnh minh họa: Internet
Cellulose là một trong những polysaccharide phổ biến nhất trong tự nhiên được phát hiện, sử dụng và nghiên cứu từ rất sớm. Cellulose có giá thành thấp, có thể tái sinh, có khả năng phân hủy sinh học và là vật liệu thô hữu cơ nhiều nhất trên thế giới. Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm, cellulose tự nhiên cũng có tồn tại một số nhược điểm như: tính chất cơ lý, khả năng chống chịu tác động của vi khuẩn, chống chịu ma sát, khả năng trao đổi ion và hấp thụ kim loại nặng còn thấp, điều này làm hạn chế khả năng ứng dụng của cellulose. Vì vậy, đã có những nghiên cứu biến tính cellulose nhằm nâng cao khả năng sử dụng của chúng, như: tạo liên kết các phân tử cellulose với ether hoặc ester, phân hủy mạch cellulose…
Gần đây, phương pháp được đặc biệt quan tâm là tạo nhánh trên phân tử polymer nhờ quá trình đồng trùng hợp ghép cellulose (hoặc sản phẩm biến tính sơ cấp của cellulose) với các vinylmonomer. Sản phẩm ghép được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực xử lý môi trường, phân bón, hóa chất nông nghiệp. Năm 2008, Khullar et al. đã ghép thành công acrylonitrile lên cellulose từ tre với hiệu suất đạt 97%. Năm 2012, Mohammad Sadeghi et al. trùng hợp ghép Methacrylamide lên carboxymethyl cellulose với tỷ lệ ghép đạt 632%.
Trong nghiên cứu này, copolymer ghép carboxymethyl cellulose-polyacrylonitrile (CMC-PAN) được tổng hợp từ xác cây lục bình (thực vật hoang dại rất phổ biến), qua đó giới thiệu một số kết quả thu được khi nghiên cứu phản ứng đồng trùng hợp ghép acrylonitrile lên CMC với tác nhân khơi mào KPS, góp phần tạo ra vật liệu mới từ cellulose.
Nghiên cứu đã thực hiện thành công phản ứng trùng hợp ghép acrylonitrile lên carboxymethyl cellulose (được điều chế từ cây lục bình) bằng chất khơi mào K2S2O8, hiệu suất và tỷ lệ ghép cao nhất tương ứng đạt được: GE = 97,17% và GY = 696,48%. Cấu trúc hóa học và hình thái của copolymer đã được khảo sát bằng phổ hồng ngoại, ảnh SEM.
Ảnh hưởng của hàm lượng chất khơi mào K2S2O8, hàm lượng monomer và thời gian tới tỷ lệ ghép và hiệu suất ghép được khảo sát bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm theo mô hình thực nghiệm trực giao bậc 2 của Box-Wilson. Kết quả phân tích ANOVA cho thấy sự phù hợp và có ý nghĩa của mô hình với thực nghiệm.
Tối ưu hoá hàm mục tiêu bằng phần mềm quy hoạch thực nghiệm Design Expert (DX7) đã thu được phương trình hồi quy mô tả sự phụ thuộc của hiệu suất ghép (GE) và tỷ lệ ghép (GY) với hàm lượng chất khơi mào, hàm lượng monomer và thời gian phản ứng.