Nghiên cứu tổng hợp Alkyl polyglucoside theo phương pháp Fisher và ứng dụng sản suất Alkyl polyglucoside trong thực tế tại Việt Nam

MÔÛ ÑAÀU Cuøng vôùi söï phaùt trieãn cuûa khoa hoïc kyõ thuaät, chaát hoaït ñoäng beà maët ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong nhieàu ngaønh coâng nghieäp nhö: deät, noâng nghieäp, thöïc phaåm, myõ phaåm, taåy röûa …ñaõ ñoùng goùp raát lôùn vaøo vieäc ña daïng hoùa caùc saûn phaåm phuïc vuï cho ñôøi soáng haøng ngaøy cuûa con ngöôøi. Beân caïnh ñoù, chuùng coøn coù moät soá maët haïn cheá nhö: khaû naêng phaân huûy keùm, gaây taùc haïi xaáu ñoái vôùi moâi tröôøng, tieàn taùc nhaân gaây ung thö, gaây dò öùng vôùi da nhaïy caûm… Alkyl polyglucoside laø moät chaát hoaït ñoäng beà maët hoaøn toaøn an toaøn ñoái vôùi moâi tröôøng, ñöôïc phaân huûy hoaøn toaøn trong moïi ñieàu kieän (hieáu khí laãn hieám khí) do noù ñöôïc taïo thaønh töø nguoàn nguyeân lieäu töï nhieân, khoâng ñoäc haïi, an toaøn vôùi söùc khoûe cuûa con ngöôøi, khoâng gaây kích öùng da, neân ñöôïc söû duïng trong döôïc phaåm, myõ phaåm, giaët taåy cao caáp….Maëc duø, chaát hoaït ñoäng beà maët khoâng ion nhöng APG coù moät soá tính chaát cuûa chaát hoaït ñoäng beà maët anion. Maët khaùc, söï phaùt trieån caùc nhaønh coâng nghieäp laøm phaùt sinh khí thaûi aûnh höôûng xaáu deán moái tröôøng, gaây ra hieäu öùng nhaø kính, oâ nhieãm moâi tröôøng… Do ñoù treân theá giôùi, ngöôøi ta ñang taäp trung nghieân cöùu vaø öùng duïng caùc coâng ngheä saûn xuaát saïch, khoâng oâ nhieãm moâi tröôøng, tieát kieäm naêng löôïng. Phöông phaùp toång hôïp chaát höõu cô coù söï hoå trôï baèng vi soùng ñöôïc quan taâm treân theá giôùi. Hieän nay, nhöõng nghieân cöùu veà lyù thuyeát veà vi soùng vaø öùng duïng trong coâng nghieäp coøn raát haïn cheá. Vôùi ñeà taøi naøy, chuùng toâi nghieân cöùu toång hôïp APG theo phöông phaùp Fisher hai giai ñoaïn baèng phöông phaùp vi soùng nhaèm tìm ra nhöõng söï khaùc bieät vôùi phöông phaùp nhieät coå ñieån vaø tìm ra ñieàu kieän thích hôïp cho vieäc öùng duïng saûn suaát APG trong thöïc teá taïi Vieät Nam PHAÀN I TOÅNG QUAN CHÖÔNG 1 : TOÅNG QUAN VEÀ CHAÁT HOAÏT ÑOÄNG BEÀ MAËT 1.1. KHAÙI NIEÄM 1.1.1. Söùc caêng beà maët: Trong loøng chaát loûng, moãi phaân töû ñöôïc vaây quanh bôûi caùc phaân töû khaùc, vì theá chuùng ñöôïc bao quanh baèng moät tröôøng löïc huùt khoâng ñoåi, nghóa laø hôïp löïc Vander Waals treân moãi phaân töû baèng khoâng. Trong khi ñoù, taïi beà maët thoaùng chaát loûng toàn taïi moät tröôøng löïc khoâng caân baèng, vì treân maët thoaùng, löïc huùt giöõa phaân töû chaát loûng vôùi caùc phaân töû khí nhoû hôn löïc huùt giöõa caùc phaân töû chaát loûng vôùi nhau, do ñoù caùc phaân töû chaát loûng taïi beà maët thoaùng coù khuynh höôùng bò loâi vaøo trong loøng chaát loûng theo höôùng vuoâng goùc . Vaäy söùc caêng beà maët cuûa chaát loûng ( ñaëc tröng cho giaù trò naêng löôïng töï do beà maët cuûa chaát loûng, do noäi aùp cuûa chaát loûng sinh ra) laø löïc keùo caùc phaân töû treân beà maët vaøo beân trong chaát loûng theo höôùng vuoâng goùc vôùi beà maët thoaùng. Chaát loûng caøng phaân cöïc, noäi aùp caøng lôùn. Noäi aùp keùo caùc phaân töû chaát loûng vaøo beân trong, neân coù xu höôùng laøm cho beà maët giaûm ñeán toái thieåu trong nhöõng ñieàu kieän nhaát ñònh. Do ñoù, löïc taùc duïng leân moät ñôn vò chieàu daøi ñeå taùch noù ra khoûi beà maët goïi laø söùc caêng beà maët, tính baèng dyn/cm, kyù hieäu ( . Söùc caêng beà maët tæ leä vôùi noäi aùp vaø do ñoù töông taùc phaân töû caøng lôùn thì söùc caêng beà maët caøng cao. 1.1.2. Phöông trình haáp phuï: Phöông trình Gibbs neâu leân quan heä giöõa löôïng chaát bò haáp phuï treân lôùp beà maët (, noàng ñoä chaát tan trong dung dòch C vaø söùc caêng beà maët treân giôùi haïn dung dòch (.
( = -

Chaát hoaït ñoäng beà maët laø chaát coù khaû naêng chaát chöùa treân lôùp beà maët, do ñoù coù söï haáp phuï döông ( (> 0, d( / dc < 0). Noùi caùch khaùc : chaát hoaït ñoäng beà maët laø chaát coù khaû naêng laøm thay ñoåi naêng löôïng beà maët cuûa beà maët maø noù tieáp xuùc. Tính hoaït ñoäng beà maët coù theå daãn ñeán hai hieäu öùng hoaøn toaøn rieâng leû: _ Laøm giaûm söùc caêng beà maët phaân chia pha cuûa heä thoáng. _ Beàn hoùa beà maët phaân chia pha bôûi söï taïo thaønh nhöõng lôùp haáp phuï. Chaát hoaït ñoäng beà maët goàm hai phaàn : Phaàn coù aùi löïc vôùi nöôùc hay phaàn ñaàu (head hyprophilic) vaø phaàn kî nöôùc hay phaàn ñuoâi( tail hyprophilic).
Hình I.1: Sô ñoà bieåu dieãn chaát hoaït ñoäng beà maët. Khi chaát hoaït ñoäng beà maët hoøa tan vaøo dung moâi, chính phaàn kî dung moâi taïo neân söï xaùo troän trong caáu truùc dung moâi, laøm taêng naêng löôïng töï do cuûa heä thoáng. Keát quaû laø coâng caàn thieát ñeå ñem moät phaàn töû chaát hoaït ñoäng beà maët leân beà maët dung moâi ít hôn so vôùi coâng ñem moät phaàn töû dung moâi leân beà maët tieáp xuùc vôùi khoâng khí. Tuy nhieân, ñaàu coù aùi löïc maïnh vôùi dung moâi vaãn tieáp tuïc giöõ phaàn töû chaát hoaït ñoäng beà maët laïi cho dung moâi, cho neân neáu coù moät chaát hoaït ñoäng beà maët ñöôïc hoøa tan trong moät dung moâi thì caùc phaân töû cuûa noù coù khuynh höôùng naèm treân beà maët vôùi ñaàu öa dung moâi höôùng veà dung moâi vaø ñaàu kî dung moâi höôùng vaøo khoâng khí. Caùch boá trí treân ít gaây xaùo troän cho beà maët, laøm taêng naêng löôïng töï do cuûa heä thoáng; nhö vaäy, ñeå ñaït ñöôïc muïc tieâu aáy laø söï keát tuï cuûa nhöõng phaân töû ñeå hình thaønh nhöõng toå hôïp coù kích thöôùc ñeàu ñaën ñöôïc goïi laø micell. Micell baét ñaàu hình thaønh chæ khi moät löôïng ñuû cuûa caùc phaân töû ñöôïc hoøa tan ñeå möùc ñoä taäp trung xaûy ra trong dung dòch, vôùi ñaàu kî dung moâi höôùng vaøo trong caùc micell vaø ñaàu öa dung moâi höôùng vaøo trong dung moâi.

Hình I.2: Caùc daïng caáu taïo micell Khi theâm chaát hoaït ñoäng beà maët vaøo trong dung dòch coù chöùa caùc micell seõ laøm taêng soá löôïng micell. Söï gia taêng noàng ñoä micell tieáp tuïc gia taêng ñeán giôùi haïn maø chaát hoaït ñoäng beà maët bò khöû baèng muoái khoûi dung dòch. Vì theá, micell hình thaønh toàn taïi treân phaïm vi roäng cuûa noàng ñoä. Söï hình thaønh micell khoâng phaûi laø moät hieän töôïng ñöông nhieân maø tuøy thuoäc vaøo raát nhieàu yeáu toá nhö: caáu truùc chaát hoaït ñoäng beà maët, dung moâi, noàng ñoä chaát hoaït ñoäng beà maët, nhieät ñoä…
Hình I.3: Söï thay ñoåi moät soá tính chaát vaät lyù khi ñi qua ñieåm CMC Noàng ñoä, maø taïi ñoù micell baét ñaàu hình thaønh goïi laø noàng ñoä tôùi haïn (CMC). Ñoái vôùi baát kyø chaát hoaït ñoäng beà maët, taïi nhieät ñoä coá ñònh CMC laø haèng soá, CMC phuï thuoäc maïnh vaøo baûn chaát nhoùm kî nöôùc, chieàu daøi vaø caáu truùc cuûa chuoãi, CMC phuï thuoäc ít vaøo baûn chaát nhoùm öa nöôùc. Caùc tính chaát vaät lyù cuûa heä thay ñoåi khi ñi qua ñieåm CMC. 1.1.4. Caáu taïo lôùp beà maët treân giôùi haïn loûng – khí, loûng - loûng cuûa CHÑBM: Neáu löïc töông taùc giöõa caùc phaân töû cuûa moät chaát loûng khoâng tan vaøo nöôùc nhoû hôn löïc töông taùc giöõa caùc phaân töû chaát loûng ñoù vôùi caùc phaân töû nöôùc thì khi cho moät löôïng nhoû chaát loûng ñoù vaøo nöôùc, chaát loûng seõ lan ra treân beà maët thaønh moät maøng ñôn phaân töû. Khi chaát loûng laø chaát hoaït ñoäng beà maët thì nhoùm phaân cöïc seõ höôùng vaøo nöôùc, coøn nhoùm khoâng phaân cöïc höôùng ra khoâng khí. Beà maët dung dòch - khí Löôïng chaát hoaït ñoäng beà maët nhoû Löôïng chaát hoaït ñoäng beà maët lôùn Hình I.4: Söï saép xeáp cuûa caùc phaân töû chaát HÑBM treân beà maët phaân chia pha. Töông töï, taïi lieân dieän (beà maët phaân chia pha loûng – loûng) thì ñaàu öa nöôùc seõ höôùng veà phía chaát loûng coù tính phaân cöïc maïnh hôn (nöôùc), coøn ñaàu kî nöôùc seõ höôùng veà phía chaát loûng coù tính phaân cöïc yeáu hôn (daàu). Ñoä haáp phuï laø tieàn ñeà cô baûn daãn ñeán caùc khaùi nieäm sau: Chaát khoâng hoaït ñoäng beà maët: Chaát khoâng hoaït ñoäng beà maët laø nhöõng chaát coù khuynh höôùng rôøi khoûi beà maët thoaùng ñeå ñi vaøo loøng dung dòch. Khi ñoù ta coù söï haáp phuï aâm ( ( 0), söùc caêng beà maët bieán thieân cuøng chieàu noàng ñoä. Chaát khoâng hoaït ñoäng beà maët coù nhöõng tính chaát sau: Söùc caêng beà maët cuûa chuùng phaûi lôùn hôn söùc caêng beà maët cuûa dung moâi, neáu khoâng chuùng seõ coù khuynh höôùng töï yù chaát chöùa leân lôùp beà maët. Tính hoaø tan phaûi cao, ñeå coù khuynh höôùng rôøi khoûi beà maët thoaùng ñeå ñi vaøo loøng dung dòch Chaát khoâng aûnh höôûng ñeán söùc caêng beà maët. Laø caùc tình chaát khoâng laøm thay ñoåi söùc caêng beà maët. Ñoù laø nhöõng chaát phaân boá ñeàu ñaën caû treân lôùp beà maët vaø trong loøng dung dòch, do ñoù (= 0. Caùc chaát naøy coù söùc caêng beà maët gaàn baèng vôùi söùc caêng beà maët cuûa dung dòch. Ñoà thò I.1: AÛnh höôûng cuûa noàng ñoä caùc chaát ñeán söùc caêng beà maët. 1: chaát khoâng hoaït ñoäng beà maët. 2: chaát khoâng aûnh höôûng ñeán söùc caêng beà maët. 3: chaát hoaït ñoäng beà maët. 1.2. Tính chaát cuûa chaát hoaït ñoäng beà maët: 1.2.1. Khaû naêng taåy röûa: Khaû naêng taåy röûa cuûa moät hoùa chaát raát phöùc taïp, noù khoâng chæ phuï thuoäc vaøo söï giaûm söùc caêng lieân dieän, khaû naêng taïo micell maø coøn phuï thuoäc vaøo moät soá yeáu toá khaùc nhö: khaû naêng thaám öôùt, khaû naêng nhuõ hoùa cuûa chaát taåy giaët, baûn chaát vaät lieäu taåy röûa chaát dô vaø caùch taåy giaët. Chaát hoaït ñoäng beà maët laøm giaûm söùc caêng beà maët cuûa nöôùc, vì vaäy dung dòch chaát taåy röûa deã thaám öôùt sôïi vaûi vaø ngaám vaøo mao quaûn cuûa sôïi vaûi baån trong khi nöôùc khoâng coù khaû naêng ngaám vaøo trong mao quaûn cuûa sôïi vaûi vì nöôùc coù söùc caêng beà maët lôùn. Caùc phaân töû chaát taåy röûa haáp phuï leân beà maët sôïi vaûi vaø beà maët caùc haït baån raén hay loûng taïo thaønh moät chaát haáp phuï hydrat hoùa raát maïnh vaø hình thaønh moät aùp suaát, taùch nhöõng haït baån ra khoûi beà maët sôïi vaûi, roài chuyeån chuùng vaøo dung dòch taåy röûa, nhöõng maøng haáp phuï treân beà maët haït baån, taïo cho caùc haït ñoä beàn vöõng raát lôùn, caûn trôû söï keát dính chuùng laïi vôùi nhau treân beà maët sôïi vaûi. Maët khaùc, do dung dòch chaát taåy deã taïo boït, moät phaàn chaát baån seõ taùch vaøo boït, nhaát laø nhöõng haït baån thaám öôùt keùm seõ dính vaøo caùc boït khí nhö trong quaù trình tuyeån noåi khi laøm giaøu quaëng. 1.2.2. Khaû naêng taïo nhuõ: Nhuõ laø moät hoãn hôïp töông ñoái oån ñònh cuûa moät chaát loûng trong moät chaát loûng, hai chaát loûng naøy khoâng tan vaøo nhau. Khi taïo nhuõ, söï khueách taùn pha loûng naøy trong pha loûng kia laøm taêng lieân dieän raát nhieàu, nghóa laø laøm taêng naêng löôïng töï do cuûa heä thoáng. Vì vaäy, khi coù chaát hoaït ñoäng beà maët, chuùng laøm giaûm söùc caêng beà maët phaân chia pha, töùc laø laøm giaûm naêng löôïng töï do beà maët, do ñoù laøm toác ñoä keát dính cuûa caùc haït chaäm laïi neân heä trôû neân beàn hôn veà maët nhieät ñoäng. Chaát hoaït ñoäng beà maët coù khaû naêng taïo nhuõ (beàn nhuõ) laø do chuùng coù khaû naêng di chuyeån ñeán vaø chaát chöùa treân beà maët phaân chia pha giöõa hai chaát loûng maø trong tröôøng hôïp naøy laø beà maët caùc haït micell. 1.2.3. Khaû naêng taïo huyeàn phuø: Huyeàn phuø laø moät heä lô löûng caùc haït raén phaân taùn trong moät chaát loûng. Khaû naêng taïo huyeàn phuø cuûa chaát hoaït ñoäng beàâ maët laø khaû naêng ngaên caùc haït raén dính keát vôùi nhau. chaát hoaït ñoäng beà maët phaân taùn ñeàu trong nöôùc, ngaên caûn khoâng cho ñaát, chaát baån baùm trôû laïi beà maët cuûa vaät ñaõ taåy röûa. Ñoä beàn vöõng cuûa huyeàn phuø phuï thuoäc vaøo baûn chaát cuûa chaát hoaït ñoäng beà maët (chaát phaân taùn, taïo huyeàn phuø), ñoä nhôùt pha loûng, löïc tónh ñieän giöõa caùc haït, nhieät ñoä… 1.2.4. Khaû naêng thaám öôùt: Hieän töôïng thaám öôùt laø söï thay theá moät löu chaát treân beà maët baèng moät löu chaát khaùc. Thoâng thöôøng, söï thaám öôùt aùp duïng cho söï thay theá khoâng khí treân beà maët chaát raén hay chaát loûng baèng nöôùc hay dung dòch nöôùc. Möùc ñoä thaám öôùt thöôøng ñöôïc ño baèng ñoä lôùn cuûa goùc tieáp xuùc (
)


Moät pha thaám öôùt hoaøn toaøn pha khaùc.

1 trong hai pha bò thaám öôùt khoâng hoaøn toaøn.
1 trong hai pha khoù bò thaám öôùt.
= 180 : khoâng thaám öôùt. Vì nöôùc coù söùc caêng beà maët lôùn (72 dyn/ cm) cho neân khoù thaám treân beà maët chaát raén coäng hoùa trò coù söùc caêng beà maët beù hôn. Khi theâm moät chaát hoaït ñoäng beà maët thích hôïp vaøo nöôùc, noù coù taùc duïng laøm giaûm söùc caêng beà maët cuûa heä, taïo ñieàu kieän thaám öôùt. 1.2.5. Caân baèng kî nöôùc – Öa nöôùc (HLB: Hydrophilie – Lipophilie - Balance) HLB laø tæ leä giöõa tính öa nöôùc vaø kò nöôùc. Giaù trò HLB caøng thaáp (1
40): chaát hoaït ñoäng beà maët coù tính öa daàu, HLB caøng cao (>40), chaát hoaït ñoäng beà maët coù tính öa nöôùc. Caùc phöông phaùp xaùc ñònh giaù trò cuûa HLB: Coâng thöùc cuûa KAWAKAMI: HLB = 7+11,7 log(Mn/Md) Mn: khoái löôïng phaàn töû öa nöôùc trong phaân töû. Md: khoái löôïng phaàn töû öa daàu trong phaân töû. Coâng thöùc tính este cuûa acid beùo vaø ancol ña chöùc: HLB = 20(1-S/A) S: chæ soá xaø phoøng hoùa cuûa ester A: chæ soá acid cuûa acid beùo. Neáu ester khoâng ño ñöôïc chæ soá xaø phoøng thì coù coâng thöùc sau: HLB = (E+P)/5 E,P: laø phaàn traêm khoái löôïng cuûa EO, röôïu ña chöùc trong phaân töû. Tính treân nhoùm öa nöôùc, nhoùm kò nöôùc: HLB = 7+
nhoùm öa nöôùc -
nhoùm kò nöôùc Neáu hoãn hôïp coù nhieàu chaát hoaït ñoäng beà maët: HLBhh =
Vôùi x1: % khoái löôïng trong toång löôïng chaát hoaït ñoäng beà maët. 1.3. Phaân loaïi chaát hoaït ñoäng hoaït ñoäng beà maët (CHÑBM): Söï phaân loaïi CHÑBM cô baûn döïa vaøo lôïi ích cuûa chuùng, nhöõng tính chaát vaät lyù ( tan trong nöôùc hoaëc tan trong dung moâi) hoaëc döïa treân caáu truùc hoaù hoïc. Ngöôøi ta ñöa ra ba caùch phaân loaïi theo söï khaùc nhau cuûa caáu truùc nhö sau: Phaân loaïi theo baûn chaát hoøa tan hay nhoùm öa nöôùc. Phaân loaïi theo baûn chaát lieân keát giöõa nhoùm haùo nöôùc vaø kò nöôùc. Phaân loaïi theo nhoùm kò nöôùc. Tuy coù nhieàu caùch phaân loaïi nhöng phaân loaïi theo baûn chaát nhoùm haùo nöôùc laø phoå bieán nhaát. 1.3.1. Chaát hoaït ñoäng beà maët loaïi ion: a.Chaát hoaït ñoäng beà maët anionic: Chaát hoaït ñoäng beà maët anion laø nhöõng chaát hoaït ñoäng beà maët maø trong dung dòch nöôùc phaân ly thaønh goác mang ñieän tích aâm. Ñieån hình laø: + Alkyl sulfate natri(Lauryl sulfate Natri) C11H23CH2OSO3Na
C11H23CH2OSO3- + Na+ + Alkyl aryl sulfonate:
Ngöôøi ta chia chaát hoaït ñoäng anion thaønh nhieàu hoï: acid carbocylic, caùc sulfuric ester, alkan sulfonic acid, alkyl aromatic sunfonic acid, phosphat, persulphat, thiosulphat, sulfoamid, sulfamid acid. b.Chaát hoaït ñoäng beà maët cation: Chaát hoaït ñoäng beà maët cation laø nhöõng chaát hoaït ñoäng khi phaân li trong nöôùc taïo thaønh caùc ion döông. Lôùp chaát hoaït ñoäng beà maët cation ñaàu tieân laø nhöõng muoái amin beùo (muoái amonium):
Trong ñoù: R: goác hydro carbon maïch daøi X: ion halogenua, sufate hoaëc meâthyl sulfate. a, b, c : hydro, nhoùm alkyl ngaén hoaëc alkyl aryl. + Lauryl trimethyl ammonium chloride
Neàn taûng cuûa haàu heát chaát hoaït ñoäng beà maët cation laø NH3 vaø phuï thuoäc vaøo soá nguyeân töû hydro bò thay theá bôûi caùc nhoùm khaùc maø taïo thaønh amin baäc 1 (RNH2), baäc 2 (RR1NH), baäc 3 (RR1R2N) Coù theå phaân loaïi caùc chaát hoaït ñoäng beà maët cation thaønh boán nhoùm: Nguyeân töû N keát hôïp vôùi chaát kî nöôùc. Nguyeân töû N vaø nhoùm kî nöôùc lieân keát qua nhoùm trung gian + Dihydroxy propylammoni
Nguyeân töû N naèm trong moät nhaân dò voøng + Dialkyl inidazolin baäc boán
Caùc chaát hoaït ñoäng beà maët cation khoâng coù N 1.3.2. Chaát hoaït ñoäng beà maët löôõng tính: Chaát hoaït ñoäng beà maët ñaëc tröng laø vieäc chöùa caû nhoùm anion vaø nhoùm cation trong cuøng phaân töû. Nhoùm anion thöôøng laø acid cacboxylic, acid sulfonic, hoaëc goác sulfat. Nhoùm cation thöôøng laø Nitro baäc 4, nhoùm amino. Ñieän tích cuûa chaát hoaït ñoäng beà maët löôõng tính ñöôïc quyeát ñònh bôûi pH cuûa dung dòch. Trong moâi tröôøng kieàm noù coù tính chaát anion; trong moâi tröôøng acid noù coù tính chaát cation. Haàu heát caùc chaát hoaït ñoäng beà maët löôõng cöïc hoaøn toaøn töông hôïp vôùi chaát hoaït ñoäng cation, anion vaø nonion + Akyl amido propyl betain
1.3.3. Chaát hoaït ñoäng beà maët khoâng ion (nonion): Chaát hoaït ñoäng beà maët khoâng ion khaùc vôùi caùc chaát hoaït ñoäng beà maët khaùc ôû choã : phaàn aùi nöôùc lôùn hôn chaát hoaït ñoäng beà maët anionic vaø moät soá cationic. Chaát hoaït ñoäng beà maët khoâng ion coù moâi tröôøng söû duïng roäng nhö: nöôùc cöùng, pheøn, chaát ñieän li pH thaáp vì khoâng bò tuûa, giaûm tính hoaït ñoäng beà maët khoâng ñaùng keå. Chaát hoaït ñoäng beà maët khoâng ion cuõng ñöôïc caáu taïo töø phaàn kî nöôùc vaø phaàn öa nöôùc. Phaàn kî nöôùc : laø hydrocacbon maïch daøi coù H linh ñoäng nhö alkyl phenol, amin, alcol, amid…. Phaàn öa nöôùc : propylen oxid, etylen oxid, poly glycol, glucose, glycerin…. Baûng I.1 : So saùnh chaát hoaït ñoäng beà maët anion vaø chaát hoaït ñoäng beà maët khoâng ion : Nhöõng chaát hoaït ñoäng beà maët khoâng ion thöôøng bò sulfat hoùa (söï sulfat hoùa thöôøng xaûy ra taïi nhoùm hydroxyl baäc ba) ñeå bieán ñoåi thaønh nhöõng chaát taåy röûa anion nhöng tính naêng khoâng bò bieán ñoåi thaäm chí coøn ñöôïc caûi tieán ( khaû naêng taïo boït vaø giaët cotton). Söï sulfat hoùa coù theå tieát kieäm ñöôïc moät löôïng ñaùng keå oxid ethylene. Ví duï : saûn phaåm sulfat hoùa laøm töø oleyl alcohol vaø khoaûng 5 mol oxid ethylene töông ñöông saûn phaåm khoâng sulfat hoùa cuûa leonil chöùa 15 mol oxid ethylene. Khaû naêng taåy röûa cuûa chaát hoaït ñoäng beà maët khoâng ion töông ñoái cao, thaäm chí khi khoâng coù phuï gia phosphat hoaëc CMC. Chuùng baûo toàn ñöôïc hoaït tính trong nöôùc cöùng, caûn trôû söï laéng ñoïng laïi caùc chaát baån leân vaûi, coù ñoä töông hôïp vôùi phaàn lôùn thuoác nhuoäm vaø caùc hoaù chaát khaùc söû duïng trong coâng nghieäp deät. Do vaäy, caùc chaát taåy röûa khoâng ion ngaøy caøng ñöôïc öùng duïng roäng raõi ñeå giaët caùc loaïi vaûi khaùc nhau, röûa vaø xöû lyù caùc loaïi len, trong ñieàu cheá caùc chaát myõ phaåm vaø trong coâng nghieäp thuoäc da. Chaát hoaït ñoäng beà maët khoâng ion ñöôïc duøng nhieàu trong nöôùc röûa cheùn, röûa tay, daàu goäi ñaàu. Noù khoâng gaây phaûn öùng raùt da… Moät soá chaát hoaït ñoäng beà maët khoâng ion quan troïng trong laõnh vöïc taåy röûa: Saûn phaåm taïo thaønh töø phaûn öùng ngöng tuï alkyl phenol oxid ethylen : phaûn öùng taïo thaønh vôùi moät löôïng nhoû NaOH hay CH3COONa laøm xuùc taùc.
R : C8 – C10;N : 6 – 12. Saûn phaåm thu ñöôïc laø chaát loûng nhôùt, hoaø tan toát trong nöôùc, ñöôïc söû duïng roäng raõi trong coâng nghieäp tô sôïi nhö trong caùc coâng ñoaïn: taåy len thoâ, taåy vaûi len, thaám öôùt sô boä sôïi cotton tröôùc khi xöû lyù tieáp. .Saûn phaåm taïo thaønh töø phaûn öùng ngöng tuï oxid ethylene vaø alcohol beùo :
Saûn phaåm taïo thaønh töø phaûn öùng ngöng tuï oxid ethylene vaø acid beùo maïch daøi:
Saûn phaåm laø chaát loûng, söû duïng laøm taùc nhaân nhuõ hoaù trong ñieàu cheá nhöõng chaát beùo coù nöôùc cho cheá bieán da. Chuùng coøn söû duïng nhö taùc nhaân laøm meàm hoùa, taùc nhaân choáng boït trong coâng nghieäp giaáy vaø trong moâi tröôøng laø nhöõng dung dòch keo. Saûn phaåm cuûa phaûn öùng ngöng tuï oxid ethylene vaø amide beùo
ÖÙng duïng trong coâng nghieäp tô sôïi Saûn phaåm ngöng tuï cuûa acid beùo maïch daøi C10 – C12 vôùi alkyloamine nhö alkyloamine RCOOH + H2NCH2CH2OH
RCONHCH2CH20H + H2O Chuùng laøm gia taêng boït trong dung dòch, trong daàu goäi ñaàu vaø chaát taåy röûa raén. Monoester cuûa acid beùo vôùi coàn nhö glycerine, propylene glycol, penta erythritol laø taùc nhaân nhuõ hoùa cöïc toát. Sorbitol ñöôïc söû duïng ñeå saûn xuaát moät loaïi chaát hoaït ñoäng khoâng ion quan troïng nhö laø chaát taïo nhuõ. Loaïi naøy thu ñöôïc baèng phaûn öùng ester hoùa sorbitol vôùi acid beùo maïch daøi. Saûøn phaåm thu ñöôïc laø nhöõng ester cuûa anhydride maïch voøng, taïo thaønh nhö laø keát quaû laø söï dehydrat sorbitol ôû ñieàu kieän söû duïng. Treân theá giôùi cuõng nhö ôû Vieät Nam vaán ñeà böùc xuùc nhaát hieän nay laø oâ nhieãm moâi tröôøng. Ñeå goùp phaàn vaøo vieäc caûi thieän moâi tröôøng, caùc nhaø saûn xuaát ñaõ söû duïng chaát hoaït ñoäng beà maët coù lôïi vôùi moâi tröôøng nghóa laø nhöõng chaát coù tính phaân huûy sinh hoïc nhieàu hôn vaø an toaøn veà ñoäc tính nhö : alkyl-glucosamit, metyl ester sulfonat, nhöõng röôïu beùo coù sulfat goác daàu thöïc (PAS), alkyl poly glucosit(APG)… Khi so saùnh caùc tính öu vieät cuûa caùc chaát naøy, nhaän thaáy APG bieåu thò ñöôïc nhieàu thuaän lôïi nhö : Phoái hôïp vôùi caùc chaát hoaït ñoäng beà maët khoâng ion khaùc giuùp ñaït ñöôïc nhöõng keát quaû toát ñoái vôùi söï taåy röûa. Coù khaû naêng laøm dòu hôn caùc chaát nonion khaùc. Söï taùch pha keùm neân coù thuaän lôïi lôùn ñeå laäp coâng thöùc nhöõng saûn phaåm ñaúng höôùng ñaäm ñaëc. APG coù theå laøm giaûm ñoä nhôùt cuûa kem nhaõo: cho naêng suaát cao khi phun boät. Do ñoù, nghieân cöùu APG ñaõ ñöôïc phaùt trieån trong voøng 25 naêm nay, APG ñaõ ñaùnh daáu moác lòch söû phaùt trieån cuûa caùc CHÑBM vì ñaây laø saûn phaåm ñöôïc taïo ra töø nguoàn nguyeân lieäu töï nhieân coù theå taùi taïo vaø deã phaân huûy baèng vi sinh. CHÖÔNG 2: ÑAÏI CÖÔNG VEÀ VI SOÙNG (MICROWAVE) Ngaøy nay loø vi ba ñaõ ñöôïc söû duïng roäng khaép treân toaøn theá giôùi. Microwave chæ ñeå söû duïng ñun naáu thöùc aên. Söï thaønh coâng khoâng chæ döøng taïi ñoù maø noù coøn tieán xa hôn nöõa trong nhieàu öùng duïng trong khoa hoïc coâng ngheä, ñaëc bieät laø trong khoa hoïc vaø coâng ngheä hieän ñaïi: toång hôïp hoùa hoïc, coâng ngheä nano, coâng ngheä thöïc phaåm, coâng ngheä vaät lieäu, truyeàn thoâng.... vaø trong baøi luaän vaên naøy laïi laø öùng duïng cuûa vi soùng (vi ba) ñeå toång hôïp chaát hoaït ñoäng beà maët khoâng ion APG. 2.1. Ñònh nghóa veà microwave. Microwave laø moät daïng cuûa naêng löôïng ñieän töø coù taàn soá dao ñoäng trong khoaûng 300MHz ñeán 30GHz (1 – 0.01m). Trong khoaûng taàn soá ñoù caùc tia microwave coù aûnh höôûng laøm quay caùc phaân töû coù cöïc, laøm di chuyeån caùc ion nhöng khoâng laøm thay ñoåi caáu truùc cuûa phaân töû., nhöng trong saûn xuaát vaø caùc öùng duïng khaùc ngöôøi ta thöôøng duøng theo chuaån 2450MHz (12.3 cm) vaø ít hôn nöõa laø chuaån 918MHz, 5.8 GHz. Trong noäi trôï, loø vi soùng theo taàn soá dao ñoäng 2450 MHz. Ôû taàn soá naøy, söï dao ñoäng cuûa tröôøng ñieän töø cuûa böùc xaï xaûy ra 4.9 x 109 laàn trong 1 giaây vaø soá laàn hoài phuïc töông ñöông Microwave laø soùng ñieän töø nhö caùc soùng radio, soùng truyeàn hình, soùng radar. Söï khaùc nhau giöõa chuùng laø taàn soá dao ñoäng vaø maät ñoä naêng löôïng. Trong khoaûng taàn soá ñöôïc duøng 88-108MHz, ví duï nhö soùng VHF radio, hay soùng ñieän thoaïi di ñoäng söû duïng hôi cao hôn moät ít, côõ 1800 MHz, do ñoù naêng löôïng sinh ra chæ coù côõ 2 Watts. Hieän nay, coù 3 chuaån taàn soá dao ñoäng cuûa microwave ñöôïc duøng nhieàu trong vieäc ñoát noùng coâng nghieäp laø: 915 MHz, chuû yeáu duøng ñeå laøm phaù baêng, hoaëc ñeå laøm noùng caùc thieát bò lôùn. Taàn soá thoâng duïng nhaát laø 2.45 GHz, duøng nhieàu trong vieäc noäi trôï vaø caùc loaïi hình coâng nghieäp cô baûn. Töø naêm 2002 taàn soá 5.8 GHz ñaõ ñöôïc ñöa vaøo söû duïng cho caùc nghaønh coâng nghieäp. Noù coù nhieàu öu ñieåm ñaëc bieät cho caùc vaät lieäu caùc boä phaän maø taàn soá thaáp coù nhöôïc ñieåm.
Hình I.5: Moâ hình vi soùng. Söï chuyeån hoaù naêng löôïng ñieän töø thaønh naêng löôïng nhieät chuû yeáu phuï thuoäc vaøo tính chaát haáp thu soùng ñieän töø cuûa vaät lieäu, nhieät ñoä vaø taàn soá cuûa microwave. Duø cho vaät chaát coù ñöïôc ñun noùng bôûi microwave hay khoâng thì vaán ñeà ôû choã caáu truùc phaân töû cuûa vaät chaát. Caùc phaân töû phaân cöïc;khoâng ñoái xöùng nhö laø nöôùc ñöôïc laøm noùng toát döôùi taùc duïng cuûa microwave. Nhöõng phaân töû nhö theá seõ trôû neân quay theo taàn soá dao ñoäng vaø taàn soá quay baèng vôùi taàn soá cuûa microwave baèng caùch ñoù naêng löôïng chuyeån töø naêng löôïng ñieän töø sang naêng löôïng nhieät. Khi caùc phaân töû sinh ra nhieät vaø tia microwave chieáu xuyeân saâu vaøo vaät lieäu thì caû khoái vaät lieäu seõ noùng leân. Ñaây laø öu ñieåm cô baûn nhaát cuûa microwave so vôùi caùc phöông phaùp laøm noùng thoâng thöôøng ôû choã nhieät chæ truyeàn cho vaät chaát caàn laøm noùng maø khoâng truyeàn qua beà maët hình theå. Vôùi vaät lieäu khoâng coù töø tính, thì naêng löôïng maø vaät chaát haáp thu nhö sau: P = 2. π .ƒ. ε0. ε”. Ε2.V P: naêng löông haáp thu cuûa vaät lieäu. ƒ: taàn soá dao ñoäng cuûa microwave . ε0: haèng soá ñieän moâi cuûa vaät lieäu. ε": haèng soá boå sung. E: cöôøng ñoä ñieän tröôøng. V: theå tích cuûa vaät chaát. Khi khoái vaät lieäu ñang noùng, thì töøng vi theå tích cuûa vaät lieäu nhaän cuøng moät löôïng naêng löôïng thì phaûi laøm cho lôùp vaät chaát phaûi moûng ñeå cho söï chieáu microwave ñöôïc ñeàu khaép khoái vaät lieäu. Keát quaû cuûa söï chieàu soùng laø taïi beà maët vaät chaát tieáp xuùc vôùi vi soùng seõ coù nhieät ñoä laø nhö nhau. Taïi beà maët vaät chaát tieáp xuùc vôùi moâi tröôøng coù nhieät ñoä thaáp hôn vì noù seõ nhaû nhieät cuûa noù cho moâi tröôøng keát quûa laø nhieät ñoä taïi beà maët tieáp xuùc vôùi moâi tröôøng coù nhieät ñoä thaáp hôn, ñieàu naøy laø hoaøn toaøn ngöôïc laïi so vôùi phöông phaùp gia nhieät bình thöôøng. Khi beà maët caùch nhieät toát thì söï gia nhieät seõ nhanh choùng. Vaän toác cuûa microwave laø vaän toác cuûa aùnh saùng. Khi baét ñaàu coù nguoàn ñieän thì naêng löôïng seõ ngaám vaøo ñoái töôïng ñeå laøm noùng. Söï chuyeån hoùa naêng löôïng seõ xaåy ra töùc thì. Khi taét nguoàn ñieän, thì quaù trình gia nhieät seõ bò ngaét ngay laäp töùc. Söï quùa nhieät laø laøm laïnh nhanh laø khoâng caàn thieát khi duøng caùch gia nhieät baèng microwave. Vôùi vaät lieäu khoâng coù cöïc ( ví duï nhö khoâng khí, Teflon, thuyû tinh..) khoâng coù khaû naêng chuyeån hoùa microwave thaønh nhieät naêng do ñoù khoâng tieáp nhaän naêng löôïng. Microwave ñi xuyeân qua nhöõng vaät lieäu ñoù vaø khoâng heà bò yeáu ñi. Nhöõng vaät lieäu cô baûn maø coù theå chuyeån hoùa microwave thaønh nhieät naêng thì ñöôïc goïi laø caùc phaàn töû nhieät (heating element) ñeå chæ raèng noù nhö laø moät nguoàn nhieät. Khoang (voû) phaûi laøm baèng kim loaïi laø caàn thieát ñeå phaûn xaï microwave vaøo vaät lieäu vaø ngaên caûn söï roø ræ cuûa tia microwave ra ngoaøi. 2.2. Microwave trong hoùa hoïc. Microwave goàm coù thaønh phaàn ñieän tröôøng vaø thaønh phaàn töø tröôøng, nhöng chæ coù ñieän tröôøng laø coù theå chuyeån thaønh nhieät trong ñun noùng dung dòch. Moät töôùng taùc vôùi töø tröôøng trong tröôøng hôïp ñoù khoâng coù nhieàu yù nghóa quan troïng. Naêng löôïng cuûa photon cuûa microwave chæ vaøo khoaûng 0.03 Kcal/mole, nhoû hôn raát nhieàu so vôùi naêng löôïng lieân keát hoùa hoïc thoâng thöôøng ( 80-120 Kcal/mole) vì vaäy microwave khoâng tröïc tieáp aûnh höôûng ñeán caáu truùc phaân töû. Trong söï kích thích phaân töû, aûnh höôûng cuûa microwave chæ ñôn thuaàn laø laøm taêng naêng löôïng cho quaù trình ñoäng hoïc. Söï hình thaønh nhieät cuûa Microwave laø do moät soá chaát loûng, raén bieán ñoåi khi haáp thuï naêng löôïng ñieän tröôøng thaønh nhieät, khaû naêng chuyeån thaønh nhieät aûnh höôûng bôûi khaû naêng quay cuûa caùc löôõng cöïc vaø söï di chuyeån caùc ion. Khaû naêng taêng nhieät döôùi taùc ñoäng microwave taïi moät taàn soá vaø nhieät ñoä lieân quan ñeán heä soá tieâu hao, ñöôïc ñònh nghóa: Tan( = (’’/ (’ (’’: heä soá tieâu hao ñieän moâi, lieân quan ñeán hieäu quaû cuûa vieäc chuyeän naêng löôïng vi soùng thaønh nhieät (’: haèng soá ñieän moâi, ñöôïc ño baèng khaû naêng quay cuûa moät phaân töû trong ñieän tröôøng. Ví duï trong tröôøng hôïp cuûa nöôùc, (’ coù giaù trò cao ôû taàn soá thaáp vaø nhanh choùng baèng khoâng khi taàn soá vi soùng ñaït 30GHz. Trong luùc ñoù, (’’ cho thaáy laø moät ñöôøng parabol vaø cöïc ñaïi taïi 20GHz. Vì vaäy, choïn taàn soá 2.45GHz cho thöïc nghieäm ñeå giôùi haïn söï giaûm giaù trò cuûa haèng soá ñieän moâi (khi taàn soá cao), ñoàng thôøi cöïc ñaïi khaû naêng truyeàn suoát cuûa vi soùng (noùi ngaén goïn laø cöïc ñaïi toác ñoä gia nhieät cuûa vaät theå haáp thuï vi soùng laø nöôùc). Taàn soá naøy thöôøng aùp duïng cho caùc röôïu aliphatic maïch ngaén. Hình 2-2 cho thaáy söï khaùc nhau cuûa aûnh höôûng taàn soá leân caáu truùc hoaù hoïc.
Hình I.7. Söï aûnh höôûng cuûa soùng ñieän töø ñeán caáu truùc hoùa hoïc. Söï toång hôïp hoùa hoïc coù theå ñaït ñöôïc baèng con ñöôøng ñun noùng bình thöôøng. Khi maø nguoàn nhieät laø ôû beân ngoaøi, trong quùa trình truyeàn nhieät thì nhieät ñöôïc truyeàn qua thaønh thieát bò, ñoái löu qua dung moâi roài môùi ñeán ñoái töôïng mong muoán. Ñaây laø moät quaù trình raát chaïâm vaø khoâng coù hieäu quaû cho quaù trình. Ñun noùng baèng microwave laïi hoaøn toaøn khaùc haún: microwave truyeàn nhieät tröïc tieáp ñeán töøng phaân töû, daãn ñeán söï gia taêng nhieät doä moät caùch nhanh choùng vì söï daãn nhieät khoâng phuï thuoäc vaøo tính chaát thieát bò. Söï truyeàn vi soùng coù theå theo hai cô cheá : söï quay cuûa caùc phaân töû coù cöïc vaø söï chuyeån ñoäng cuûa caùc ion trong quaù trình quay cuûa caùc phaân töû coù cöïc vaø söï chuyeån ñoäng cuûa caùc ion maø naêng löôïng ñöôïc chuyeån hoùa töø ñieän tröôøng thaønh nhieät naêng. Trong caùc phaûn öùng hoùa hoïc bìnhthöôøng. Microwave seõ cung caáp ñoäng löïc ñeå taát caû caùc phaân töû ñuû naêng löôïng ñeå vöôït qua haøng raøo naêng löôïng ñeå phaûn öùng xaåy ra.
Hình I.8. Thôøi gian toàn taïi cuûa caùc taùc nhaân trong cô cheá phaûn öùng hoùa hoïc. Moät trong nhöõng öu ñieåm cuûa naêng löôïng microwave laø toác ñoä gia nhieät cuûa noù, söï truyeàn naêng löôïng cuûa microwave giaùn ñoaïn vôùi thôøi gian laø 10-9 seconds, naêng löôïng ñoù neáu moät phaân töû haáp thu ñöôïc thì noù phaûi maát 10-5 seconds thì môùi trôû veà traïng thaùi bình thöôøng ñöôïc. Nhö vaäy naêng löôïng ñöôïc cung caáp vôùi toác ñoä lôùn hôn toác ñoä giaûi phoùng naêng löôïng keát quaû laø taïo ra moät traïng thaùi khoâng caân baèng veà naêng löôïng keát quaû laø nhieät ñoä taêng leân nhanh choùng vaø laø ñoäng löïc cuûa phaûn öùng hoùa hoïc. Thôøi gian toàn taïi cuûa phöùc chaát hoaït ñoäng laø thöôøng ngaén hôùn 10-9 seconds vì vaät noù khoâng haáp thu microwave do ñoù khoâng aûnh höôûng ñeán cô cheá cuûa phaûn öùng. Nhöng caùc chaát trung gian coù thôøi gian toàn taïi lôùn hôn 10-9 seconds noù seõ haáp thu microwave do ñoù thuùc ñaåy chuyeån tôùi traïng thaùi taïo ra saûn phaåm, ngoaøi ra caùc chaát trung gian thöôøng laø caùc hôïp chaát khoâng phaân cöïc hoaëc laø caùc hôïp chaát ion neân chuùng caøng deã haáp thu microwave.
Hình I.9. Phöông trình haèng soá toác ñoä phaûn öùng. Vieäc duøng microwave coøn cho pheùp thay ñoåi thaønh phaàn hoaù hoïc cuûa saûn phaåm taïo thaønh , vì naêng löôïng cung caáp cuûa microwave laø raát lôùn neân chuùng seõ thuùc ñaåy caân baèng chuyeån veà phía toác ñoä phaûn öùng do nhieät ñoäng quyeát ñònh töùc laø laøm taêng tæ leä caùc caáu töû khoù ñaït ñöôïc neáu coù Ea lôùn hôn. Hình I.10. Caùc chieàu höôùng phaûn öùng hoaù hoïc Trong vieäc öùng duïng noù vaøo vieäc trích ly thì coù nhieàu nghieân cöùu öùng duïng khaùc nhau. Ví duï trong trích ly tinh daàu ngöôøi ta lôïi duïng söï laø noùng töø beân trong maø laøm taêng ñöôïc hieäu quaû trích ly do söï boác hôi maõnh lieät laøm phaù vôû teá baøo ñoàng thôøi loâi keùo theo tinh daàu, trong trích ly caùc hôïp chaát töø traø thì microwave laø noùng nöôùc trong teá baøo laøm giaûi phoùng chaát caàn trích ly vaøo moâi tröôøng moät caùch nhanh choùng. 2.3 Hai daïng loø vi soùng cô baûn : Thieát bò vi soùng ña caùch : Loø vi soùng gia duïng laø thieát bò öùng duïng ña caùch ñöôïc bieát ñeán nhieàu nhaát. Söï phaân phoái ñieän tröôøng trong khoang loø laø keát quaû söï phaûn xaï nhieàu laàn leân vaùch khoang loø. Söï phaân phoái naøy giao thoa vôùi nhöõng saûn phaåm muoán ñun chöùa trong khoang loø. Nhö vaäy ñöa ñeán keát quaû laø ñieän tröøông baát thuaän traïng vaø saûn phaåm ñun noùng khoâng ñoàng ñeàu.
Hình I.11.: Caáu taïo cô baûn cuûa moät loø vi soùng gia duïng Trong thieát bò ña caùch, cöôøng ñoä cuûa tröôøng löïc chæ coù theå ñöôïc ñieàu chænh vôùi möùc thay ñoåi lôùn, toác ñoä gia nhieät cuõng coù theå ñieàu chænh ñöôïc nhöng raát khoù ñeå giöõ ñöôïc moät nhieät ñoä mong muoán, tröø khi ñoù chính laø nhieät ñoä soâi cuûa dung dòch phaûn öùng.Khoâng coù ñieåm ñaëc bieät maø bình phaûn öùng caàn phaûi ñöôïc ñaët ñuùng vaøo ñoù, vì trong loø ña caùch tröôøng löïc laø ñoàng ñeàu ôû khaép moïi ñieåm vaø khaép moïi höôùng. Vaõ cuõng khoâng coù söï giôùi haïn veà hình daïng vaø kích thöôùc cuûa bình phaûn öùng ñaët trong loø ña caùch.Cuõng vì lyù do treân, ñieåm thuaän lôïi chính cuûa loø ña caùch so vôùi loø ñôn caùch laø coù theå tieán haønh chieáu xaï vi soùng cho nhieàu bình phaûn öùng ñoàng thôøi. Do ñoù, coù theå môû roäng qui moâ khaû naêng öùng duïng töø phoøng thí nghieäm vaøo saûn xuaát coâng nghieäp. Thieát bò vi soùng ñôn caùch :
Hình I.12: Thieát bò vi soùng ñôn caùch Trong thieát bò öùng duïng ñôn caùch, ngöôøi ta söû duïng tính chaát tieán daàn hoaëc ñöùng yeân cuûa soùng. Soùng ñieän töø ñöôïc haïn cheá trong theå tích cuûa boä phaän daãn soùng. Kích thöôùc cuûa boä phaän daãn soùng vaø söï phoùng ñieän ñöôïc tính toaùn ñeå chæ cho pheùp moät phöông caùch duy nhaát veà söï lan truyeàn hoaëc coäng höôûng. Noù cho pheùp ñaït ñeán moät söï phaân phoái ñoàng traïng ñieän tröôøng trong boä phaän daãn soùng (chuøm tuï tieâu) cuõng nhö trong vaät ñun. Thieát bò ñöôïc söû duïng vôùi moät coâng suaát nhoû, phaùt ra vôùi moät hieäu suaát veà naêng löôïng cao. Vaø vì trong thieát bò ñôn caùch, cöôøng ñoä cuûa tröôøng löïc coù theå ñöôïc ñieàu chænh vôùi möùc thay ñoåi nhoû, thì toác ñoä gia nhieät cuõng coù theå ñieàu chænh ñöôïc. Cöôøng ñoä cuûa tröôøng löïc lôùn nhaát ôû ñænh cuûa soùng, vaø tieán veà khoâng taïi moät soá ñieåm cuûa soùng. Do ñoù, coù nhöõng vò trí trong loø ñôn caùch maø taïi ñoù khoâng coù söï gia nhieät dieãn ra; hình daïng vaø kích thöôùc cuûa bình phaûn öùng coù theå söû duïng trong loø ñôn caùch ñeå coù moät söï gia nhieät hieäu quaû cuõng bò giôùi haïn. 2.4 NHÖÕNG ÖÙNG DUÏNG CUÛA VI SOÙNG : 2.4.1 Nhöõng haïn cheá cuûa gia nhieät baèng phöông phaùp truyeàn thoáng: Baát chaáp söû duïng caùch thöùc naøo ñeå gia nhieät vaät chaát (beå daàu, hôi nöôùc, …), hoãn hôïp phaûn öùng phaûi tieáp xuùc vôùi moät beà maët truyeàn nhieät coù nhieät ñoä cao hôn phaàn coøn laïi cuûa hoãn hôïp phaûn öùng. Tuy nhieân, ngöôøi ta cuõng coù theå haïn cheá ñieàu naøy baèng söï ñoái löu hoãn hôïp phaûn öùng hoaëc vôùi moät heä thoáng khuaáy. Trong taát caû phöông phaùp gia nhieät truyeàn thoáng vôùi bình phaûn öùng hôû, vieäc ñaït ñeán nhieät ñoä cao nhaát bò haïn cheá tröø khi phaûi söû duïng moät dung moâi coù nhieät ñoä soâi cao hôn. Ñaëc ñieåm cuûa söï gia nhieät baèng phöông phaùp chieáu xaï vi soùng : Bình phaûn öùng phaûi truyeàn suoát ñöôïc “tia” microwaves. Söï gia nhieät hoãn hôïp phaûn öùng khoâng dieãn ra töø beà maët cuûa bình phaûn öùng; thaønh bình phaûn öùng haàu nhö luoân ôû nhieät ñoä thaáp hôn nhieät ñoä trong hoãn hôïp phaûn öùng. Thöïc teá, thaønh bình phaûn öùng thaäm chí coøn trôû thaønh moät con ñöôøng hieäu quaû cho söï thaát thoaùt nhieät. Phaûi coù moät vaøi thaønh phaàn trong hoãn hôïp phaûn öùng coù khaû naêng haáp thuï “tia vi soùng”, khi ñoù naêng löôïng môùi coù theå ñöôïc chuyeån thaønh nhieät naêng. Ñoái vôùi phöông phaùp naøy, khoâng caàn phaûi taïo söï xaùo troän (ñoái löu, khuaáy cô, …) ñeå coù nhieät ñoä ñoàng nhaát trong hoãn hôïp phaûn öùng nhö trong phöông phaùp truyeàn thoáng. Khaû naêng haáp thuï tia vi soùng khaùc nhau cuûa caùc chaát khaùc nhau seõ daãn ñeán söï gia nhieät ñeán nhieät ñoä khaùc nhau. Öùng duïng cuûa vi soùng : 3.5.1. Öùng duïng trong trích ly tính daàu : Nöôùc chöùa trong teá baøo soâi leân cuøng vôùi tính daàu phaân cöïc vaø söï taêng leân veà nhieät ñoä lôùn hôn ñoái vôùi beân ngoaøi cuûa heä thoáng maïch vaø tuyeán trong nguyeân lieäu thöïc vaät. Vieäc naøy ñöa tôùi söï gia taêng raát nhanh aùp löïc beân trong, vaø chæ chaám döùt bôûi vöôït ra khoûi khaû naêng caêng cuûa vaùch teá baøo. Haäu quaû laø tính daàu loâi cuoán ra phía ngoaøi vôùi nöôùc saïch töø nguoàn nguyeân lieäu thöïc vaät cheá hoùa. Öùng duïng trong toång hôïp höõu cô : Haàu heát moïi phaûn öùng ñoøi hoûi nhieät ñoä ñeàu coù theå ñöôïc tieán haønh trong loø vi soùng. Sau ñaây laø moät soá ít nhöõng öùng duïng cuûa phöông phaùp vi soùng trong toång hôïp höõu cô vaø döôïc phaåm. Ngoaøi ra coøn ñöôïc söû duïng roäng raûi trong y hoïc vaø caùc ngaønh coâng nghieäp khaùc.

 
  2.6 Nhöõng Öu Ñieåm Vaø Giôùi Haïn Cuûa Phöông Phaùp Chieáu Xaï Vi Soùng: Öu ñieåm cuûa phöông phaùp chieáu xaï vi soùng : Taùc ñoäng vi soùng coù theå thuùc ñaåy toác ñoä phaûn öùng taêng nhanh ñaùng keå (coù theå ñaït ñeán 1000 laàn cho moät soá phaûn öùng).
Do saûn phaåm naèm trong loø moät thôøi gian raát ngaén ôû nhieät ñoä cao neân giaûm thieåu ñöôïc söï phaân huûy. Maët khaùc noù coøn giaûm ñöôïc moät soá quaù trình phuï ( töø ñoù coù theå gia taêng hieäu suaát phaûn öùng, saûn phaåm tinh khieát hôn ( ñoàng thôøi giaûm ñöôïc ñaùng keå chi phí tinh cheá saûn phaåm. Ñaëc bieät, phaûn öùng toång hôïp alkyl polyglucosides (APGs), chi phí cho söï tinh cheá saûn phaåm thaäm chí cao hôn gaáp nhieàu laàn chi phí toång hôïp ra saûn phaåm laø moät trôû ngaïi lôùn cho söï phaùt trieån cuûa saûn phaåm. Chieáu xaï vi soùng môû ra tieàm naêng raát lôùn cho vieäc toång hôïp alkyl polyglucosides (APGs). Giaûm ñöôïc ñaùng keå löôïng dung moâi söû duïng hoaëc khoâng söû duïng dung moâi neáu moät trong nhöõng taùc chaát ñaõ ôû daïng loûng. Öu ñieåm cuûa ñieàu naøy laø noàng ñoä hoaït chaát taêng leân (do pha loaõng toái thieåu caùc taùc chaát), giaù thaønh haï vaø ít ñoäc haïi hôn. Tieát kieäm naêng löôïng, toaøn boä naêng löôïng ñöôïc caáp cho quaù trình phaûn öùng, khoâng coù hieän töôïng maát nhieät ra moâi tröôøng nhö vôùi phöông phaùp gia nhieät coå ñieån. Giôùi haïn cuûa phöông phaùp chieáu xaï vi soùng : Chuû yeáu laø do söï hieän dieän cuûa dung moâi phaân cöïc, nhöõng dung moâi naøy ñaït ñeán ñieåm soâi raát nhanh, taïo ra söï phaùt nhieät maïnh vaø gia taêng aùp suaát cao, thöôøng xuyeân gaây noå. Duïng cuï thích hôïp (thuûy tinh haøn kín trong caùc lôùp voû baèng Teflon). Giôùi haïn löôïng chaát söû duïng, khoaûng 1/10 theå tích toaøn phaàn cuûa bình phaûn öùng. Söï quaù nhieät cuûa dung moâi laø moät hieän töôïng thöôøng thaáy khi söû duïng khi öùng duïng vi soùng vaøo coâng ngheä hoaù hoïc: ñieåm soâi luoân cao hôn thöïc teá; víduï: nöôùc soâi ôû: 1050C Loø vi soùng duøng trong gia ñình chæ phuø hôïp cho nöôùc vaø caùc röôïu maïch ngaén. Vì vaäy, caàn khaûo saùt cho töøng loaïi phaûn öùng cuï theå, moåi loaaò phaûn öùng chæ xaõy ra toái öu ôû moät böôùc soùng. CHÖÔNG 3: ALKYL POLYGLUCOSIDE 3.1. Caáu taïo: Alkyl polyglucoside laø chaát hoaït ñoäng beà maët khoâng ion ñöôïc taïo thaønh töø glucose vaø röôïu maïch daøi. Thöïc ra, alkyl polyglucoside laø acetal, coù coâng thöùc hoùa hoïc nhö sau:
Trong ñoù: R: laø goác röôïu beùo chöùa 8-18 nguyeân töû C maïch thaúng hoaëc maïch nhaùnh. n : möùc ñoä glucoside hoùa (n laø giaù trò trung bình) vaø ñöôïc ñònh nghóa laø tyû leä giöõa löôïng mol glucose toång coäng trong alkyl polyglucoside vôùi löôïng mol röôïu beùo. Ña soá caùc alkyl polyglucoside ñöôïc öùng duïng coù giaù trò: n=1.1 - 1.8. Neáu n = 2: alkylmaltoside tinh khieát Neáu n = 1: alkylmonoglucoside tinh khieát APG chöùa alkylmonoglucoside laø thaønh phaàn chính trong hoån hôïp, moät phaàn laø alkyldiglucoside (alkylmaltoside), alkyltriglucoside (alkylmaltotrioside)…ñeán alkylloctaglucoside. Alkymonoglucoside toàn taïi boán daïng ñoàng phaân khaùc nhau : ( 1 ) alkyl (-D-gluco- pyranoside, (2) alkyl (-D – gluco-pyranoside, (3) alkyl (-D- gluco- furanoside, vaø (4) alkyl ( _D- gluco-mantoside.
3.2. Tính chaát: 3.2.1. Tính chaát vaät lyù: a. Ñoä tan: Ñoä tan cuûa AG ( alkyl glucoside) vaø APG (alkyl polyglucoside) trong dung moâi höõu cô vaø nöôùc giaûm khi taêng soá cacbon trong maïch n-alkyl. Do ñoù, chuùng taäp trung ôû beà maët vaø coù hoaït tính beà maët cao. Nhöõng dung moâi toát nhaát cho APG laø caùc hôïp chaát voøng thôm nhö: xylen, terpene, vaø nöôùc. Vì glucose toàn taïi ôû hai daïng caáu hình laø: (-D-glucose vaø (-D –glucose neân APG ñöôïc taïo thaønh cuõng coù hai loaïi laø: (-anome vaø (-anome. Ñoä tan cuûa (-anome vaø (- anome ñöôïc saép xeáp theo daõy sau: Monoglucose > oligoglucose > ( - anome > ( - anome
Hình I.13.: Ñoä nhôùt cuûa caùc chaát hoaït ñoäng beà maët theo nhieät ñoä b. Söùc caêng beà maët: APG laøm giaûm maïnh söùc caêng beà maët taïi lieân dieän nöôùc / daàu. Ñaây laø nhaân toá coù tính quyeát ñònh ñoái vôùi nhieàu qui trình nhuõ hoùa vaø taåy röûa. Khi chieàu daøi maïch cacbon taêng leân, söùc caêng beà maët giaûm roõ reät. Neáu moät chaát ñoàng dung moâi ñöôïc theâm vaøo, söùc caêng beà maët coù theå giaûm xa hôn. APG coù söùc caêng beà maët thaáp. Khi so saùnh vôùi caùc taùc nhaân nhuõ hoùa khaùc nhö: sorbitol, ethoxylate, caùc ester cuûa acid beùo ñôn chöùc hoaëc nhöõng röôïu beùo ñöôïc ethoxy hoùa, söùc caêng beà maët cuûa APG nhoû hôn 1-2 laàn. c. Ñoä taïo boït: APG coù ñoä taïo boït trung bình, giaù trò taïo boït cuûa chuùng giaûm theo ñöôøng thaúng vôùi söï gia taêng chieàu daøi maïch cacbon. APG maïch nhaùnh nhö ethyl hexyl laø nhöõng chaát taïo boït thaáp maëc duø hoaït tính beà maët cao, traùi laïi vôùi n-octyl ôû cuøng ñoä glucoside hoùa. Khi gia taêng möùc ñoä glucoside hoùa, taêng khaû naêng taïo boït. Khaû naêng taïo boït cuûa moät soá APG theå hieän ôû hình 3.2
Hình I.14.: Ñoä taïo boït cuûa caùc dung dòch chaát hoaït ñoäng beà maët ôû 250C d. Ñieåm ñuïc: Ñieåm ñuïc cuûa APG thay ñoåi phuï thuoäc vaøo : Caáu truùc hoùa hoïc ( nhaïy hôn caùc chaát hoaït ñoäng beà maët khoâng ion khaùc vì töông taùc maïnh vôùi nöôùc). Theâm muoái laøm giaûm ñieåm ñuïc. Theâm chaát hoaït ñoäng beà maët annion laøm taêng ñieåm ñuïc. Theâm chaát hoaït ñoäng beà maët cation: luùc ñaàu giaûm ñieåm ñuïc, sau ñoù taêng leân vì ñieän tích aâm cuûa micell APG bò trung hoøa bôûi chaát hoaït ñoäng beà maët cation. 3.2.2. Tính chaát hoùa hoïc: Alkyl polyglucoside laø hôïp chaát khoâng ion. Gioáng nhö caùc acetal, Alkyl polyglucoside coù tính chaát ñieån hình laø thuûy phaân thaønh röôïu beùo vaø glucose ôû nhieät ñoä cao vaø trong moâi tröôøng acid. Töông töï vôùi nhöõng carbon hydrat, alkyl polyglucoside chöùa nhöõng nhoùm OH baäc 1 vaø baäc 2, nhöõng nhoùm naøy coù theå ñöôïc ñònh chöùc ñeå hình thaønh hôïp chaát cation, anion, khoâng ion. Nhöõng nhoùm OH baäc 1 hoaït ñoäng hôn nhöõng nhoùm baäc 2 vaø coù theå bò oxy hoaù hoaëc sulfat hoaù deã daøng hôn. 3.2.3. Tính chaát sinh hoïc: Ngoaøi nhöõng öu vieät veà kinh teá: deã söû duïng vaø möùc giaù thaønh thöïc hieän thaáp, nhöõng chaát hoaït ñoäng beà maët hieän ñaïi phaûi thoaû maõn tính töông hôïp moâi tröôøng vaø nhöõng tieâu chuaån an toaøn ñoäc tính vaø khaû naêng töï phaân huyû khi vaøo moâi tröôøng .
Hình I.15: Ñoä phaân giaûi sinh hoïc cuûa caùc alkyl glucoside vôùi kieåm tra Clossed Bottle
Hình I.16.: Ñoä phaân giaûi sinh hoïc cuûa caùc alkyl polyglucoside vôùi kieåm tra Screening APG coù khaû naêng phaân huûy sinh hoïc taïo ra caùc chaát khoâng gaây ñoäc haïi cho moâi tröôøng vaø ñöôïc xem laø hôïp chaát “thaân moâi tröôøng “ APG (C
C
, C
C
,C
C
) phaân huûy 95% - 100%, nghóa laø APG deã daøng bieán chaát (trong caû ñieàu kieän hieáu khí vaø kî khí). Caùc cuoäc thí nghieäm treân ñoäng vaät cuõng nhö treân ngöôøi chöùng minh raèng C12 C14 –APG ít kích thích hôn nhöõng chaát hoaït ñoäng beà maët thoâng thöôøng. Trong nhöõng hoaït ñoäng ñoái vôùi nhöõng chaát hoaït ñoäng beà maët khaùc, APG coù theå laøm giaûm ñi nhieàu khaû naêng kích thích. Möùc ñoä phaân huûy cuûa nhöõng maïch alkyl khaùc nhau laø khoâng nhö nhau, nghóa laø phaân huûy baèng vi sinh vaät giaûm neáu gia taêng soá löôïngcacbon trong maïch alkyl. 3.3. Phöông phaùp toång hôïp: coù hai phöông phaùp 3.3.1 Phöông phaùp glucoside hoùa cuûa Koenigs- Knorr: Phöông phaùp naøy khoù öùng duïng trong coâng nghieäp vì taïo ra nhieàu chaát thaûi; Chæ phuø hôïp cho taïo chaát chuaån, ñoä tinh khieát cao. Cô cheá phaûn öùng:
Phöông phaùp toång hôïp Fisher: toång hôïp tröïc tieáp vaø toång hôïp giaùn tieáp. Khi so vôùi phöông phaùp Koenigs- Knorr, phöông phaùp naøy ít phöùc taïp hôn, ñaây laø quaù trình acetal hoùa ñöôïc xuùc taùc bôûi H+ (hay goïi laø söï glucoside hoùa); laø phaûn öùng khoâng choïn loïc. Toång hôïp alkyl polyglucoside baèng qui trình Fisher coù hai caùch tieán haønh: toång hôïp tröïc tieáp vaø toång hôïp giaùn tieáp. Trong caû hai tröôøng hôïp treân, chuùng ta phaûi söû duïng chaát xuùc taùc laø acid ñeå öu tieân cho phaûn öùng taïo lieân keát glucoside.Ngöôøi ta söû duïng caùc acid: HCl, H2SO4, H3PO4, BF3, muoái. Nhöõng acid sufonic thöôøng duøng laø: orth, meta vaø para- toluensunfonic acid, alkyl benzensunfonic, alkylsunfat, alkylbenzensunfonat, alkylsunfonat… a. Phöông phaùp toång hôïp giaùn tieáp: Ñaây laø phöông phaùp coù hai giai ñoaïn: Ban ñaàu glucose phaûn öùng vôùi röôïu thaáp phaân töû laø n -butanol taïo ra butyl glucose, sau ñoù taùc duïng vôùi röôïu beùo. Caû hai giai ñoaïn laø phaûn öùng thuaän nghòch neân phaûi duøng löôïng dö lôùn alcohol.

Vôùi m/n = x Cô cheá phaûn öùng: H2SO4 H+ + HSO-4




Nguyeân taéc chung cuûa phöông phaùp toång hôïp hai giai ñoaïn theo trình töï sau : ( Toång hôïp butyl polyglucoside ( Chuyeån glucoside hoaù ( Phaûn öùng trung hoøa ( Tinh cheá a.1. Toång hôïp butyl polyglucoside: Ñöïôïc thöïc hieän trong thieát bò coù khaáy troän trong ñieàu kieän gia nhieät coù maët acid maïnh laøm xuùc taùc nhö H2SO4 0,1%. Butanol vöøa laø taùc chaát phaûn öùng vöøa laø dung moâi. Phaûn öùng xaûy ra ñoàng thôøi vôùi söï taùch loaïi nöôùc sinh ra, nhaèm taêng toác ñoä phaûn öùng. a.2. Chuyeån glucoside hoaù: Dung dòch sau phaûn öùng toång hôïp butyl polyglucoside goàm: oligoglucoside, butyl polyglucoside, butanol dö. Dung dòch coù tính acid, löôïng alcohol beùo phaûn öùng laø dö so vôùi glucose. Phaûn öùng ñaït toác ñoä cao ôû nhieät ñoä 110 –130
C keøm theo chöng caát taùch butanol. a.3. Phaûn öùng trung hoaø: Do caàn phaûi xaùc ñònh löôïng ñöôøng ñaõ chuyeån hoùa baèng phöông phaùp so maøu. Phaûn öùng taïo phöùc maøu xaûy ra trong moâi tröôøng kieàm, do ñoù phaûi trung hoøa dung dòch tröôùc khi xaùc ñònh ñoä chuyeån hoùa. Vaø traùnh phaûn öùng thuyû phaân thaønh ñöôøng vaø röôïu beo1 Tinh cheá: Alkyl polyglucoside phaûi coù maøu saùng vaø khoâng chuyeån maøu döôùi ñieàu kieän toàn tröõ daøi (3-6 thaùng ôû nhieät ñoä treân 600C). Nguyeân nhaân chính laøm cho saûn phaåm coù maøu laø do glucose bò taùc ñoäng nhieät, ta coù theå theâm vaøo caùc taùc nhaân laøm giaûm nhö acid hyposulrous; acid hyposulporic. Nhöng nhöõng taùc nhaân taåy traéng hieäu quaû laø: H2O2, O3, SO2, nhöõng muoái peroxy. Böôùc tieáp theo laø taïo ñoä Ph cuûa APG cao ñeå baûo quaûn ñöôïc laâu, hoaëc duøng chaát baûo quaõn. b. Phöông phaùp toång hôïp tröïc tieáp: Töông töï nhö toång hôïp giaùn tieáp nhöng yeâu caàu veà nguyeân lieäu khoù khaên hôn. Dung dòch glucose hoaëc tinh boät khoâng coù ñoä tinh khieát cao khoâng thích hôïp laøm nguyeân lieäu. Thay vaøo ñoù laø nhöõng daïng khoâ cuûa glucose raén nhö : dextrose monohydrate hoaëc dextrose khan. Bôûi vì phaûn öùng laø ñoàng nhaát, dieän tích beà maët rieâng cuûa chaát raén phaûi lôùn. Hoãn hôïp phaûn öùng caøng khan nöôùc caøng toát, coù nghóa laø nöôùc ñöôïc hình thaønh trong suoát phaûn öùng ñöôïc taùch nhanh khoûi phaûn öùng vaø chæ duy trì löôïng nöôùc thaáp nhaát coù theå. Quaù trình toång hôïp tröïc tieáp bao goàm boán böôùc: Chuaån bò huyeàn phuø glucose Glucosit hoùa Phaûn öùng trung hoøa Tinh cheá. Phöông trình phaûn öùng:
3.4. ÖÙng duïng cuûa APG: 3.4.1. ÖÙng duïng toång quaùt: