- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trịnh Xuân Bái NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU TỔ HỢP DẠNG MICRO-MESOPORE TỪ NGUYÊN LIỆU TRONG NƯỚC, ĐỂ SỬ DỤNG LÀM CHẤT HẤP PHỤ CÁC CHẤT ĐỘC HỮU CƠ TRONG KHÓI THUỐC LÁ LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trịnh Xuân Bái NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU TỔ HỢP DẠNG MICRO-MESOPORE TỪ NGUYÊN LIỆU TRONG NƯỚC, ĐỂ SỬ DỤNG LÀM CHẤT HẤP PHỤ CÁC CHẤT ĐỘC HỮU CƠ TRONG KHÓI THUỐC LÁ Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ Mã số LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. - 3 1.1 Thuốc lá. - 3 1.1.1 Khái niệm về thuốc lá. - 3 1.1.2 Thành phần hóa học trong khói thuốc lá. - 3 1.1.3 Tác hại của thuốc lá. - 11 1.1.4 Các phương pháp xử lý độc tố trong khói thuốc lá. - 12 1.1.5 Hướng xử lý các độc tố có trong khói thuốc lá bằng các chất hấp phụ ở Việt Nam 15 1.2 Zeolit và zeolit X, P1. - 15 1.3 Giới thiệu vật liệu mao quản trung bình ɤ-Al2O3. - 19 1.4 Giới thiệu về hấp phụ trên bề mặt các vật liệu mao quản. - 21 1.4.1 Giới thiệu chung về hấp phụ. - 21 1.4.2 Đường đẳng nhiệt hấp phụ. - 21 1.4.3 Hấp phụ trên vật liệu mao quản trung bình. - 21 1.4.4 Giới thiệu chất hấp phụ đa mao quản xử lý độc tố trong khói thuốc lá 22 1.5 Chất hữu cơ tạo cấu trúc và cơ chế của nó trong quá trình tổng hợp vật liệu hấp phụ 23 1.5.1 Các chất hữu cơ sử dụng làm chất tạo cấu trúc. - 23 1.5.2 Tổng hợp và cơ chế hình thành vật liệu mao quản. - 27 2.1 Tổng hợp vật liệu tổ hợp dạng micro-mesopore. - 27 2.1.1 Tổng hợp vật liệu tổ hợp dạng micropore từ cao lanh. - 27 2.1.2 Tổng hợp vật liệu mesopore γ-Al2O3. - 27 2.1.3 Chế tạo vật liệu tổ hợp micro-mesopore sử dụng chất kết dính khác nhau 29 2.2 Chế tạo và ứng dụng vật liệu đa mao quản để hấp phụ các độc tố trong khói thuốc lá 29 2.2.1 Nguyên vật liệu và hoá chất. - 29 2.2.2 Chế tạo và ứng dụng vật liệu hấp phụ đa mao quản để hấp phụ các độc tố trong khói thuốc lá 30 iv 2.3 Sử dụng vật liệu hấp phụ đa mao quản xử lý độc tố trong khói thuốc lá 31 2.3.1 Lựa chọn vật liệu sản xuất thuốc lá. - 31 2.3.2 Phương pháp gia công đưa vật liệu hấp phụ vào đầu lọc thuốc lá. - 31 2.3.3 Chiết tách xác định định tính khả năng hấp phụ các chất hữu cơ của vật liệu hấp phụ trong khói thuốc lá. - 31 2.4 Các phương pháp nghiên cứu thành phần và cấu trúc vật liệu hấp phụ 32 2.4.1 Phân tích thành phần hóa học. - 32 2.4.2 Xác định khả năng hấp phụ nước và benzen. - 32 2.4.3 Các phương pháp xác định chỉ tiêu kỹ thuật thuốc lá. - 35 2.5 Phương pháp đánh giá cảm quan và điều tra thị trường tiêu thụ sản phẩm thuốc lá có chứa chất hấp phụ trong đầu lọc 35 2.5.1 Đánh giá cảm quan. - 36 3.1 Tổng hợp vật liệu hấp phụ. - 36 3.1.1 Tổng hợp vật liệu hấp phụ tổ hợp dạng micropore từ cao lanh. - 36 3.1.1.1 Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp Chế tạo vật liệu tổ hợp micropore dạng zeolit X và P1 từ cao lanh để ứng dụng xử lý các độc tố trong khói thuốc lá 41 3.1.2 Chế tạo vật liệu mesopore γ-Al2O3. - 44 3.1.2.1 Nghiên cứu chế tạo vật liệu γ -Al2O3 từ nhôm sunfat. - 44 3.1.2.2 Nghiên cứu chế tạo vật liệu γ -Al2O3 từ Al(NO3)3. - 46 3.1.2.3 Lựa chọn vật liệu γ -Al2O3 chế tạo được để ứng dụng xử lý các độc tố trong khói thuốc lá 48 3.1.3 Chế tạo vật liệu tổ hợp micro-mesopore sử dụng chất kết dính khác nhau Chế tạo vật liệu đa mao quản sử dụng chất kết dính nhôm boemit Chế tạo vật liệu đa mao quản sử dụng chất kết dính polyetylen glycol Chế tạo vật liệu đa mao quản sử dụng chất kết dính thủy tinh 50 v lỏng 3.1.3.4 Chế tạo vật liệu đa mao quản sử dụng chất kết dính cacboxymetyl xenlulozơ Lựa chọn vật liệu dạng hạt rắn phục vụ ứng dụng xử lý các độc tố trong khói thuốc lá 51 3.2 Chế tạo và ứng dụng vật liệu đa mao quản để hấp phụ các độc tố trong khói thuốc lá 53 3.2.1 Xác định định tính khả năng hấp phụ các chất độc hữu cơ trong các mẫu thuốc lá của vật liệu chế tạo được Đối với thuốc lá Hữu Nghị. - 54 3.2.1.2 Đối với thuốc lá Bông Sen. - 56 3.2.1.3 So sánh lượng độc tố hấp phụ của 2 loại thuốc lá khác nhau 57 3.2.2 Chế tạo vật liệu và nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng CMC trong vật liệu hấp phụ đến khả năng hấp phụ các độc tố trong khói thuốc lá Hữu Nghị 59 3.2.3 Chế tạo vật liệu và nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hạt vật liệu hấp phụ đến khả năng hấp phụ các độc tố trong khói thuốc lá Hữu Nghị 60 3.2.4 Chế tạo vật liệu và nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ đến khả năng hấp phụ các độc tố trong khói thuốc lá Hữu Nghị 62 3.2.5 Chế tạo vật liệu cho xử lý các độc tố trong khói thuốc lá đối với các loại thuốc lá khác nhau 64 3.2.6 Nghiên cứu xử lý các độc tố trong khói thuốc lá đối với 3 loại thuốc lá khác nhau sản xuất đại trà 67 KẾT LUẬN. - Các nhóm gây ung thư trong khói thuốc lá 6 Bảng 1.2. - Các chất N-nitrosamin trong khói thuốc lá 8 Bảng 1.3. - Các chất chứa vòng thơm ngưng tụ điển hình trong khói thuốc lá 9 CHƯƠNG 2 Bảng 2.1. - Kết quả tiêu biểu về chế tạo vật liệu đao mao quản sử dụng chất kết dính khác nhau 51 Bảng 3.8. - Thành phần vật lý của các mẫu điếu thuốc lá thử nghiệm ứng với các mẫu vật liệu hấp phụ có hàm lượng CMC khác nhau 59 Bảng 3.9. - Thành phần hóa học trong khói của các mẫu điếu thuốc lá thử nghiệm ứng với các mẫu vật liệu hấp phụ có hàm lượng CMC khác nhau 60 Bảng 3.10. - Thành phần vật lý của các mẫu điếu thuốc lá thử nghiệm ứng với các mẫu vật liệu hấp phụ có kích thước hạt khác nhau 61 Bảng 3.11. - Thành phần hóa học trong khói của các mẫu điếu thuốc lá thử nghiệm ứng với các mẫu vật liệu hấp phụ có kích thước hạt khác nhau 62 Bảng 3.12. - Thành phần vật lý của các mẫu điếu thuốc lá thử nghiệm ứng với các mẫu vật liệu hấp phụ có khối lượng đưa vào điếu thuốc khác nhau 63 Bảng 3.13. - Thành phần hóa học trong khói của các mẫu điếu thuốc lá thử nghiệm ứng với các mẫu vật liệu hấp phụ có khối lượng đưa vào điếu thuốc khác nhau 64 Bảng 3.14. - Thành phần vật lý của 3 điếu thuốc lá sản xuất thử nghiệm đại trà chứa vật liệu BK-ZTL12 trong đầu lọc 67 Bảng 3.15. - Thành phần hóa học trong khói của 3 điếu thuốc lá sản xuất thử nghiệm đại trà chứa vật liệu BK-ZTL12 trong đầu lọc 69 viii DANH MỤC CÁC HÌNH Trang CHƯƠNG 1 Hình 1.1. - Thành phần chủ đạo trong khói thuốc lá. - Ví dụ về sử dụng vật liệu hấp phụ đưa vào đầu lọc để hấp phụ bớt các độc tố trong khói thuốc. - Các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ. - Đường đẳng nhiệt hấp phụ nhả hấp phụ của vật liệu mao quản trung bình và các dạng mao quản tương ứng. - Màng chất lỏng trong quá trình hấp phụ (a. - nhả hấp phụ (b). - Giản đồ XRD của mẫu vật liệu tổ hợp micropore (zeolit X, P1). - Phổ IR của mẫu vật liệu tổ hợp micropore (zeolit X, P1) (a) và mẫu zeolit X chuẩn (b). - Ảnh SEM của mẫu vật liệu tổ hợp micropore (zeolit X, P1). - Đường đẳng nhiệt hấp phụ và giải hấp phụ N2 trên mẫu vật liệu tổ hợp micropore (zeolit X, P1). - Giản đồ DTA/TGA của mẫu vật liệu tổ hợp micropore (zeolit X, P1). - Đường cong hấp phụ và giả hấp phụ (a) và phân bố mao quản (b) của mẫu GA3-5. - Đường cong hấp phụ và giả hấp phụ (a) và phân bố mao quản (b) của mẫu GA3-8. - Đẳng nhiệt hấp phụ của mẫu TW2. - Phổ UV-VIS các mẫu chiết bằng dung môi n-hexan:Vật liệu chưa qua hấp phụ HZA0nH (1). - mẫu thuốc lá đối chứng Hữu Nghị không chứa vật liệu hấp phụ H0nH (2) và mẫu thuốc lá Hữu Nghị thí nghiệm có vật liệu hấp phụ H20nH (3). - Phổ UV-VIS các mẫu chiết bằng etyl axetat: Vật liệu chưa qua hấp phụ HZA0EA (1). - mẫu thhuốc lá đối chứng Hữu Nghị không chứa vật liệu hấp phụ H0EA (2). - mẫu thuốc lá Hữu Nghị thử nghiệm đại trà chứa vật liệu hấp phụ 150 mg/điếu HDTEA (3). - mẫu thuốc lá Hữu nghị thí nghiệm chứa vật liệu hấp phụ 150 mg/điếu H15EA (4). - Mẫu thuốc lá Hữu Nghị thí nghiệm chứa vật liệu hấp phụ 180 mg/điếu H18EA (5). - mẫu thuốc lá Hữu Nghị thí nghiệm chứa vật liệu hấp phụ 200 mg/điếu H20EA (6). - Phổ UV-VIS các mẫu chiết bằng dung môi n-hexan: Mẫu thuốc lá đối chứng Bông Sen không chứa vật liệu hấp phụ B0nH (1). - mẫu thuốc lá Bông Sen thử nghiệm đại trà có chứa vật liệu hấp phụ BDTnH (2). - Phổ UV-VIS các mẫu chiết bằng etyl axetat: Mẫu vật liệu chưa qua hấp phụ HZA0EA (1). - mẫu thuốc lá Bông Sen không chứa vật liệu hấp phụ B0EA (2) và mẫu thuốc lá Bông Sen thử nghiệm đại trà có chứa vật liệu hấp phụ BDTEA (3). - Phổ UV-VIS các mẫu chiết bằng dung môi n-hexan: Vật liệu chưa qua hấp phụ HZA0nH (1). - vật liệu đã qua hấp phụ trong thuốc lá Hữu Nghị chứa 200 mg/điếu HH20nH (2) và vật liệu đã qua hấp phụ trong thuốc lá Bông Sen sản xuất đại trà HBDTnH (3). - vật liệu đã qua hấp phụ trong thuốc lá Hữu Nghị chứa 200 mg/điếu HH20EA (2) và vật liệu đã qua hấp phụ trong thuốc lá Bông Sen sản xuất đại trà HBDTEA (3). - Sắc ký đồ GC phân tích hàm lượng nicotin các mẫu điếu thuốc lá thử nghiệm ứng với các mẫu vật liệu hấp phụ có hàm lượng CMC khác nhau: Mẫu BK-ZTL1 (1), mẫu BK-ZTL2 (2) và mẫu BK-ZTL3(3). - Sắc ký đồ GC phân tích hàm lượng nicotin trong khói thuốc lá ứng với các mẫu vật liệu hấp phụ có kích thước hạt khác nhau: Mẫu BK-ZTL6 (6), mẫu BK-ZTL7 (7), mẫu BK-ZTL8 (8), mẫu BK-ZTL10 (10) và mẫu đối chứng (Doi chung). - Sắc ký đồ GC phân tích hàm lượng nicotin của các mẫu điếu thuốc lá thử nghiệm ứng với các mẫu vật liệu hấp phụ có khối lượng đưa vào điếu thuốc khác nhau: Mẫu BK-ZTL11 (11), mẫu BK-ZTL11a (11a), mẫu BK-ZTL11b (11b) và mẫu đối chứng (Doi chung). - Ảnh SEM của mẫu hạt BK-ZTL12 đưa vào đầu lọc thuốc lá lượng nhỏ (a) và lượng lớn (b). - Giản đồ TG-DSC của mẫu hạt BK-ZTL12 lượng lớn đưa vào đầu lọc thuốc lá. - Sắc ký đồ GC phân tích hàm lượng nicotin 3 loại điếu thuốc lá sản xuất thử nghiệm đại trà chứa vật liệu BK-ZTL12 trong đầu lọc: Mẫu BK-ZTL12 (12a), mẫu đối chứng VN (12b), mẫu BK-ZTL12-HN (12c), mẫu đối chứng HN (12d), mẫu BK-ZTL12-BS (12e) và mẫu đối chứng BS (12f). - Các chính sách vĩ mô của nhiều quốc gia trên thế giới vẫn cho phép sản xuất và tiêu thụ thuốc lá có kiểm soát [44]. - Ngành công nghiệp thuốc lá giúp tạo ra 100 triệu việc làm trên toàn cầu. - Trong khói thuốc lá chứa hơn 5000 loại hoá chất [8], trong đó có hơn 200 loại có hại cho sức khoẻ, bao gồm chất gây nghiện và các chất gây độc và được chia ra 4 nhóm chính: nicotin, monoxit cacbon, các phân tử nhỏ trong khói thuốc và các chất ngưng tụ (Tar). - Để giảm hàm lượng tar và nicotin trong khói thuốc lá người ta đã sử dụng nhiều phương pháp khác nhau. - Chẳng hạn như sử dụng các loại giấy cuốn thuốc lá đặc biệt, hoặc có các biện pháp làm giảm lượng sợi thuốc cuốn. - Một cách khác như đưa vào trong đầu lọc thuốc lá một lớp đầu lọc có chứa vật liệu hấp phụ là than hoạt tính, silicagel hoặc nhựa trao đổi anion nhằm hấp phụ các thành phần độc tố trong khói thuốc. - Như vậy có thể thấy, việc tìm kiếm các chất hấp phụ để đưa vào đầu lọc thuốc lá nhằm giảm các độc tố trong khói thuốc lá đang được thế giới rất quan tâm và đây được xem là phương pháp có hiệu quả hơn cả. - Vì thế, các hãng thuốc lá trên thế giới bắt đầu có các nghiên cứu tìm kiếm chất hấp phụ thay thế than hoạt tính, có hoạt tính cao đối với cả tar và nicotin hoặc sử dụng đầu lọc đa lớp để hấp phụ nhiều thành phần độc tính trong khói thuốc (mỗi lớp chỉ hấp phụ 1 nhóm chất nhất định). - Theo số liệu điều tra y tế quốc gia năm 2001-2002 trong cả nước cho thấy, tình hình sử dụng thuốc lá ở Việt Nam vẫn ở mức cao, nhất là trong nam giới trưởng thành (56,1. - Các thông số thực tế về chất lượng vệ sinh thuốc lá sản xuất ở một số nơi trong nước vẫn chưa đạt tiêu chuẩn quy định tạm thời của Việt Nam. - Để đạt được lộ trình trên, nhất thiết phải nghiên cứu áp dụng các giải pháp xử lý độc tố trong khói thuốc lá. - Tuy nhiên, cho đến nay ở Việt Nam chưa có một công trình nghiên cứu nào để giảm hàm lượng nicotin và tar trong khói thuốc lá, mà chúng ta chỉ sử dụng nguyên liệu của nước ngoài để sản xuất đầu lọc thuốc lá. - sử dụng chất kết dính vô cơ và hữu cơ khác nhau để tạo hạt rắn vật liệu tổ hợp micro-mesopore. - sử dụng các vật liệu chế tạo được để hấp phụ các độc tố hữu cơ trong khói thuốc lá,… Hy vọng rằng, các kết quả nghiên cứu ứng dụng trong luận án này sẽ góp phần đề xuất một lộ trình giảm tar và nicotin trong khói thuốc lá ở Việt Nam để giảm thiểu nguy cơ gây ô nhiễm và nguy cơ gây bệnh vì khói thuốc lá. - Thuốc lá thương mại thường được thêm phụ gia để giữ hương vị được lâu, tăng chất lượng màu sợi hoặc thay đổi chất lượng cảm quan. - 1.1.2 Thành phần hóa học trong khói thuốc lá Có 3 kiểu khói là dòng khói chính, dòng khói phụ và khói thuốc môi trường [37, 42]. - Hình 1.1 Thành phần chủ đạo trong khói thuốc lá. - Một số cấu tử như nước, các phenol đơn giản, các hydro cyanid, và các N-nitroamin được tìm thấy cả trong pha hơi và pha hạt trong dòng khói chính của thuốc lá. - Thành phần chủ đạo trong khói thuốc lá được mô tả trên hình 1.1 [8]. - Thành phần hóa học trong thuốc lá bị ảnh hưởng của nhiều yếu tố như giống trồng, vùng miền nơi trồng, cách thu gom, thời tiết, công nghệ chế biến
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt