Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
1
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CAO SU THIÊN NHIÊN
Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
2
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CAO SU THIÊN NHIÊN
Cao su thiên nhiên là một chất có tính đần hồi và tính bền, thu được từ mủ (latex)
của nhiều loại cây cao su, đặc biệt nhất là loại cây Hevea brasiliensis.
Vào năm 1875 nhà hóa học Pháp Bouchardat chứng minh cao su thiên nhiên là
hỗn hợp polymer isoprene (C
5
H
8
)
n
; những polymer này có mạch cacbon rất dài với những
nhánh ngang tác dụng như cái móc. Các mạch đó xoắn lại với nhau, móc vào bằng những
nhánh ngang mà khơng đứt khi kéo dãn, mạch cacbon có xu hướng trở về dạng cũ, do đó
sinh ra tính đàn hồi.
Thành phần và tính chất của cao su thiên nhiên sẽ được khảo sát ở các trang sau.
1.1. Lịch sử
1.1.1. Lịch sử phát hiện cây cao su:
Người Âu châu đầu tiên biết đến cao su có lẽ là Christophe Colomb. Theo nhà viết sử
Antonio de Herrera thuật lại, trong hành trình thám hiểm sang châu Mỹ lần thứ hai, ơng
Christophe Colomb có biết tới một trò chơi của dân địa phương Haiti là sử dụng quả
bongstuwf chất nhựa có tính đàn hồi, kích thước bằng quả bong hiện nay, tung chuyền
qua lỗ kht trên tường to bằng vai, cùi tai hoặc bắp vế. Trò chơi này được chứng minh
qua khai quật khảo cổ nghiên cứu nền văn minh Maya ở cùng Trung Mỹ, với những di
tích bãi bong cùng với vật dụng cao su thế kỷ XI.
Mãi đến năm 1615, con người mới biết tới cao su qua sách có tựa đề “De la
monarquia Indiana” của Juan de Torquemada viết về lời ích và cơng dụng phổ cập của
cao su, nói đến chất có tên là “uléi” do dân địa phương Mexico chế tạo từ mủ cây gọi là
“ule” mà họ dung làm vải quần áo khơng thấm nước.
Tuy nhiên, mãi hơn 1 thế kỷ sau, lợi ích và cơng dụng của cao su mới được biết tới
do hai nhà bác học Pháp là ơng La Condamine và ơng Fresneau. François Fresneau có
những mơ tả tường tận về cây cao su và cho biết khơng ngừng tìm những nơi sinh trưởng
cây cao su, nghiên cứu cách chiết tách rút cao su, và chính ơng là người đầu tiên đề nghị
sử dụng ngun liệu này.
Tính đến ngày nay, cây chứa nhiều mủ cao su có rất nhiều loại, mọc rải rác khắp quả
đất, nhất là ở vùng nhiệt đới. Có cây thuộc giống to lớn như cây Hevea brasiliensis hay
giống Ficus, có có cây thuộc loại dây leo (như giống Landolphia), có cây thuộc giống
cỏ,
1.1.2. Tiến bộ khoa học và cơng nghiệp cao su trên thế giới:
Vấn đề hòa tan cao su với dung mơi là ether và tinh dầu thơng (essence de
térébenthine) được định vào năm 1761 (17 năm sau khi ơng La Condamine trở về) nhờ
hai nhà bác học Pháp là Hérisant và Macquer.
Sau thời kỳ chế biến vật dụng từ dung dịch, đến thời kỳ Thomas Hancock (Anh)
khám phá ra“q trình nghiền hay cán dẻo cao su”từ những lần quan sát cơng việc làm
Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
3
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
năm 1819, ơng đã giữ bí mật suốt nhiều năm. Hancock phát minh ra “q trình cán dẻo”,
đây là một phát minh có tầm quan trọng do cơng lao của ơng. Cơng cuộc nghiền dẻo với
máy Pickle ngày nay được gọi là “sự dẻo hóa cao su” được thực hiện với máy nhồi cán.
Phải đến 20 năm sau, năm 1831 Charles Goodyear (Hoa Kỳ) phát minh “q trình
lưu hóa cao su”. Chính nhờ phát minh này mà nền cơng nghiệp cao su trên thế giới phát
triển vượt bật.
“Q trình lưu hóa cao su”là tiền đề để khám phá ra chất xúc tiến lưu hóa, chất chống
lão hóa, chất độn tăng cường lực cao su, phát minh các phương pháp chế biến cao su,
1.1.3. Sơ lược về trồng cây cao su trên thế giới:
Sau khi phát minh lưu hóa cao su, kỹ nghệ chế biến cao su phát triển mạnh mẽ, do đó
nhu cầu ngun liệu cao su càng lúc cáng tăng cao, nhưng Brazil lại khơng đủ cung cấp
cho các nước cơng nghiệp, sản lượng rất thấp lại chỉ khai thác tồn cây cao su mọc hoang
ở rừng, mà họ lại khơng cho xuất khẩu hạt giống. Anh quốc có các thuộc địa muốn phát
triển ngành cao su nên đã ra lệnh lấy cắp hạt giống cao su Brazil đem về trồng tại
Malayxia và Brunei (1881); và từ đó phát triển thành các đồn điền ở Indonexia, Srilanka.
Giống cây được chọn để lấy cắp hạt giống là cây cao su Hevea brasiliensis euphorbiaceae
và người nhận nhiệm vụ này là hai ơng Wickham và Cross.
Cây cao su lần đầu tiên được du nhập vào Đơng Dương là do ơng J.B. Louis Pierre
đem trồng tại thảo cầm viên Sài Gòn năm 1877, những cây này hiện đã chết. Kế đó năm
1877, dược sĩ Roul lấy những hạt giống ở Java (giống cây xuất xứ từ hạt giống Wickham
và Cross lấy cắp) đem về gieo trồng tại Ơng Yệm (Bến Cát). Ta cũng kể một số đồn điền
do Bác sĩ Yersin lấy giống ở Colombo (Srilanka) đem gieo trồng ở khoảnh đất của Viên
Pasteur tại Suối Dầu (Nha trang) năm 1899 – 1903. Từ đó các đồn điền được mở rộng
như đồn điền Suzannad với hạt giống sản xuất tại Ơng Yệm (1907), đồn điền Cexo tại
Lộc Ninh (1912), đồng điền Michelin (1952), SIPH (1952) và rất nhiều đồn điền khác sau
này.
Tại Châu Phi, cây cao su Hevea brasiliensis được gieo trồng thành đồn điền lớn ở
các xứ Liberia, Congo Belga, Nigeria, Cameroon, Cơte d’Ivoire, những xứ thích hợp với
những loại cây cao su này.
Cây cao su là một loại cây cơng nghiệp rất quan trọng về mặt kinh tế nên các nước
trên thế giới đua nhau tìm các gieo trồng; nó còn có tính chiến lược như vào cuối thế
chiến thứ hai, Nhật xâm lăng các nước Đơng Nam Á (nơi chiếm 90% diện tích trồng cao
su lúc bấy giờ), để cho Đồng minh khơng có ngun liệu và cho đến nay cao su vần con
là một loại ngun liệu quan trọng dù cho các loại nhựa dẻo, cao su tổng hợp đang phát
triển mạnh ở khắp thế giới.
1.2. Trạng thái tự nhiên
Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
4
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
Cao su thiên nhiên sinh ra một số loại thực vật có khả năng tạo ra latex. Chức năng
này là điều kiện cần để có cao su, nhưng khơng hẳn những những cây tiết ra mủ đều có
chứa cao su.
Chức năng latex trong các nhu mơ thực vật biểu thị đăc tính qua sự hiện hữu của tế
bào chun biệt gọi là tế bào latex, tiết ra một dịch gọi là dịch latex. Tùy theo loại cây
cao su, latex cũng có nhiều loại cây khác nhau: bản chất cấu tạo gồm dung dịch vơ cơ và
hữu cơ có chứa các tiểu cầu cao su ở dang nhũ tương.
Tùy theo trường hợp, latex cao su có chứa:
- Ở dạng dung dịch: nước, các muối khống, acid, các muối hữu cơ, glucid, hợp
chất phenolic, alcaloid ở trạng thái tự do hay trạng thái dung dịch muối.
- Ở dạng dung dịch giả: các protein, phytosterol, chất màu, tannin, enzyme.
- Ở dạng nhũ tương: các amidon, lipid, tinh dầu, nhựa, sáp, polyterpenic.
Trong trường hợp của cây cao su Hevea brasiliensis, hàm lượng cao su trong latex
thay đổi từ 50% đến 60% trong mạch tùy theo mùa và trạng thái sinh lý của cây. Latex
thu qua lối cạo mủ có nồng độ thấp hơn từ 30% đến 40%. Những chất cấu tạo phi latex
phi cao su của cây Hevea brasiliensis ở dạng dung dịch hay nhũ tương chỉ chiếm 5%
trong tổng trọng khối latex, nhưng chúng lại có ảnh hưởng tới cơ lý tính và hóa tính của
cao su. Ngược lại, latex của đa số cây cao su khác có chứa nhiều chất khac với tỉ lệ lớn,
đặc biệt là lipid và nhựa mà đơi khi ta cần loại bỏ để có thể dung được (trường hợp của
parthenium agentatum hay guayule).
1.3. Phân loại cây cao su
Trong thiên nhiên có rất nhiều cây cao thuộc nhiều loại thực vật khác nhau chưa kể
có loại cây cho ra chất tương tự cao su như cây gutta-percha và balata. Chúng thích hợp
với khí hậu vùng nhiệt đới, đặc biệt la miền Bắc Nam Mỹ, Brazil, Trung Mỹ, châu Phi từ
Maroc đến madagasca, Srilanka, miền Nam Ấn, Việt nam, Lào, Campuchia, Thái Lan,
Malaysia và Indonesia.
Trong những loại cây cao su, đặc biệt loại được ưa chuộng nhất là cây Hevea
brasiliensis, cung cấp khoảng 95 ÷ 97% cao su thiên nhiên trên thế giới.
Nói chung, cây cao su trên thế giới thuộc vào 5 họ thực vật sau: Euphorbiacéae,
Moracéae, Apocynacéae, Asclépiadacéae và Composées.
- Cây cao su thuộc họ Euphorbiacéae: Hevea, Manihot, Sapium và Euphorbia.
- Cây cao su thuộc họ Moracéae: Ficus và Castilloa.
- Cây cao su thuộc họ Apocynacéae: đa số đều sinh trưởng ở châu Phi như:
Funtumia, Landolphia, Hancorna Dyera là đáng kể.
- Cây cao su thuộc họ Asclépiadacéae: họ này rất gần với những họ trước nhưng
lại khơng có lợi ích về sản xuất cao su. Trong các cây cao su thuộc họ này, có loại thuộc
giống Asclépias (như Asclépias siriaca, nguồn gốc Canada) sống được ở vùng ơn đới mà
Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
5
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
người ta đã tìm cách khai thacstrong thế chiến thứ hai. Lồi Crytostegia grandiflora cũng
được mưu định khai thác lúc ấy tại Haiti.
- Cây cao su thuộc họ Composées: những loại có lợi hơn cả là loại Kok-saghyz và
guayule, những loại cây khác chỉ có ý nghĩa lịch sử như: Scorzonera, Chondrilla,
Solidago, Chrysothammus mà người ta định khai thác vào thế chiến thứ hai.
1.4. Tình hình khai thác và chế biến latex cao su Hevea brasiliensis
Bảng 1.1 Sản lượng cao su Việt Nam từ năm 1995 đến năm 2007
Năm 1995 2000 2005 2007
Sản lượng cao su
(nghìn tấn)
124,7 290,8 481,6 605,8
Bảng 1.2 Công suất của các nhà máy cao su ở Việt Nam (1992 – 1998)
STT Công ty cao su Số nhà máy Công suất (tấn/năm)
1992 1996 1998
01 Đông Nai 5 31.400 41.000 35.036
02 Dầu Tiếng 2 8.300 25.500` 35.147
03 Bình Long 1 7.500 14.500 14.017
04 Phú Riềng 2 7.400 20.000 16.500
05 Phước Hòa 2 1.500 22.000 17.534
06 Lộc Ninh 1 3.700 6.500 5.010
07 Tây Ninh 2 3.400 5.500 7.007
08 Bà Ròa 1 - 5.000 16.200
09 Đông Phú 1 2.500 4.000 7.743
10 Tân Biên 1 30 4.000 3.935
11 Quảng Trò 1 20 400 1.476
12 Mang Yang 1 50 500 750
13 Chu Se 1 25 500 2.614
14 Chu Pah 1 500 1.500 990
15 Chu Prong 1 400 1.500 2.080
16 Ea H’Leo 1 40 500 1.073
17 Krong Buk 1 25 500 1.000
18 Kon Tum 1 15 500 1.000
19 Bình Thuận 1 - - 440
20 Chu Se II 1 - - 24
Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
6
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
21 VNRRI 1 - - 352
Tổng 29 68.805 153.900 169.567
Nguồn : Báo cáo hằng năm của Viện nghiên cứu cao su Việt Nam VNRRI (Annual Report
of Vietnam Rubber Research Institute ) 1993 ; Báo cáo hằng năm của Tổng Công Ty cao
su Việt Nam (1997); Báo cáo hằng năm của Tổng Công Ty cao su Việt Nam (1999)
Bảng 1.3 Cơng ty có năng suất mủ bình qn trên 1,8 tấn/ha
(Tập đồn cơng nghiệp cao su Miền Nam)
Dự báo sản lượng cao su năm 2010
Sản lượng cao su thiên nhiên tồn cầu dự kiến sẽ tăng 6% trong năm nay, sau 3 năm
trì trệ và suy giảm, Hiệp hội các nước sản xuất cao su thiên nhiên (ANRPC) cho biết:
Sản lượng tăng ở mức khiêm tốn 2% trong năm 2007 và hầu như đình trệ trong năm tiếp
theo, trước khi suy giảm 3,6% trong năm 2009, theo ANRPC, vốn chiếm 94% sản lượng
cao su tồn cầu.
Trong khi đó, nhập khẩu cao su của Ấn Độ giảm 42% tháng 5 do sản lượng tăng vì
mưa đầu mùa hè đến sớm và mức giá kỷ lục, theo Ủy ban Cao su cho biết.
Lượng mua hàng ở nước ngồi giảm xuống còn 11.487 tấn trong tháng 5 so với 19.828
tấn trong năm ngối. Nhập khẩu từ tháng 4 đến tháng 5 đã giảm 26% còn 22.363 tấn.
Sản lượng cao su thiên nhiên tại Ấn Độ tăng 2% chiếm 54.600 tấn tháng 5, so với
53.550 tấn trong tháng cùng kỳ năm ngối, Ủy ban Cao su cho biết vào ngày 03 tháng 6.
Sự gia tăng sản lượng cao su thiên nhiên (RSS-4) là do lượng khai thác tăng.
Theo Hiệp hội Cao su Thái Lan, giá cao su thiên nhiên Thái Lan, nước xuất khẩu lớn nhất
thế giới mặt hàng này, có thể giá sẽ giảm xuống vì sản lượng tăng lên trong tháng này.
Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
7
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
Sản lượng có thể vượt qua con số 200.000 tấn/tháng trong tháng 6 và tháng 7, tăng
lên 30% so với mức thấp trong tháng 4 và tháng 5. Sản lượng trong năm nay có thể đạt
3,2 triệu tấn, kết hợp với năm 2009.
(Theo Commodity Online – TO)
1.5. Thành phần và tính chất latex
1.5.1. Thành phần latex
Ngồi hydrocacbon cao su ra, latex còn chứa nhiều chất cấu tạo bao giờ bao giờ cũng
có trong mọi tế bào sống. Do đó các protein, acid béo, dẫn xuất của acid béo, sterol,
glucid, heterosid, enzyme, muối khống
Hàm lượng những chất cấu tạo nên latex thay đổi theo các điều kiện về khí hậu, hoạt
tinh sinh lý và hiện trạng sống của cây cao su. Các phân tích latex từ nhiều loại cây cao
su khác nhau chỉ đưa ra những con số phỏng chừng về thành phần latex:
Cao su chiếm từ 30 – 40%
Nước 52 – 70%
Protein 2 – 3%
Acid béo và dẫn xuất 1 – 2%
Glucid và heterosid khoảng 1%
Khống chất 0,3 – 0,7%
Nhiều dạng cao su trên thị trường đều có cứa nhiều hoặc ít lượng chất cấu tạo latex
phụ, hoặc có chứa những chất biến đổi của chúng và có thể chúng có tính liên hệ mật
thiết với tính chất của cao su thơ hay latex được bảo quản
1.5.1.1. Cấu trúc thể giao trạng
Biến thiên hàm lượng cao su khơ (DRC – Densité Reseel du Caouchouc) trong năm.
Thấy rõ ở Việt Nam có hai mùa rõ rệt
Hình 1.1 Thí dụ về biến thiên DCR theo mùa
Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
8
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
Lutoides
Những khảo sát latex tiết ra từ cây cao su (qua kính hiển vi) đã chứng minh các phân
tử cao su khơng phải cấu tạo nên pha duy nhất của latex. Mà còn có sự hiện diện của Frey
– Wyssling là những tiểu cầu thuộc về nhựa có màu vàng.
Một đặc điểm quan trọng qua các cơng cuộc tìm kiếm phân tích các phân tử màu
vàng của Frey – Wyssling ra, qua phép ly tâm, chứng minh được latex tươi với điều kiện
khơng bi pha lỗng hay tác dụng với ammoniac có chứa các phân tử ở trạng thái lơ lửng
khác biệt với các phân tử cao su, hơi nặng hơn nước và qua ly tâm 2000 vòng/phút thu
được dưới dạng khối như chất keo màu vàng nhiều hay ít, thường chiếm từ 20% - 30%
thể tích ban đầu của latex. Những phân tử này gọi là “lutoides”.
Hình 1.2 Dạng của lotoides ở latex tươi, dưới kính hiển vi, sau 2 giờ cạo mủ
(phóng đại X 400)
Các lutoides ở trạng thái lơ lửng tự kết tụ dần khi latex được giữ trong vài giờ và
dưới kính hiển vi dạng của chúng thay đổi dần dần.
Phần vàng phân ly của phương pháp ly tâm có chứa lutoides và các phân tử Frey –
Wyssling ở bề mặt dưới dạng một lớp mỏng có màu vàng tươi có thể tích khơng q 1%
thể tích ban đầu của latex. Latex còn lại đước gọi là phần trắng.
Haan – Homans và Van Gils cho kết quả phân tích phần vàng và phần trắng qua bảng
sau:
Bảng 1.4 Hàm lượng các chất phi cao su của phần vàng và phần trắng
Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
9
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
Phân tử cao su:
Theo dõi những thí nghiệm lần đầu qua kính hiển vi, trong nhiều năm người ta nhìn
nhận hạt tử cao su ở latex có kích thước giữa 0,5 micron và 6 micron (đường kính) và số
hạt lên tới 2×10
8
cho mỗi cm
3
latex. Về sau, với những phương pháp hồn hảo hơn,
người ta đã làm lộ rõ được một số lớn hạt tử nhỏ nhất. teo Kemp, số hạt cao su ở 1 g latex
40% là 7,4×10
12
; Lucas làm việc với tia tử ngoại, nhận thấy 90% hạt tử cao su ở latex có
đường kính dưới 0,5 𝜇𝑚
Về sau này Hessels thay q trình phân đoạn và phân tích nhũ tương latex cây cao su
Hevea brasiliensis bằng phương pháp kết tầng.
Theo những đường biểu diễn kết tầng mà Hessels lập ra, ta có thể tính thấy nếu 90% hạt
tử cao su có đường kính dưới 0,5 𝜇𝑚, gần ¾ cao su ở trong các hạt tử mà đường kính cao
hơn con số này.
Hessels nghiên cứu thành phần cao su từ mỗi đoạn. Ở bảng sau sẽ trình bày so sánh
thành phần cao su kết quả từ sự đơng đặc phân đoạn với thành phần cao su latex khởi
đầu.
Bảng 1.5 Thành phần cao su từ mỗi đoạn và từ latex khởi đầu
1.5.1.2. Thành phần hóa học latex cây cao su (Hevea brasiliensis)
Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
10
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
1.5.1.3. Hydrocacbon cao su: pha phân tán chủ yếu gồm có 90% hydrocacbon cao su với
cơng thức ngun là (C
5
H
8
)
n
.
1.5.1.4. Đạm: chủ yếu là protein hay những chất dẫn xuất từ q trình dehydrate hóa
enzyme. Một latex tươi có hàm lượng cao su khơ là 40% thì đạm khoảng 2%, trong đó
protein chiếm từ 1% đến 5%. Tỉ lệ này theo đổi theo thành phần bách phân của cao su
trong latex. Từ năm 1927, Bishop cơ lập được 3 phần phân biệt mà ơng đặt tên là protein
A, B và C. Midgley đã chứng minh tồn bộ các protein này ứng với cơng thức ngun
(C
10
H
16
N
2
O
3
) và q trình dehydrate hóa ta có được 1 gam rất lỗng amino acid.
Ngày nay người ta thừa nhận latex có chứa các hợp chất đạm như sau: arginin, acid,
acid aspartic, acid glutamic, alanin, cystin, cholin, colamin, glycin, histidin,
hydroxyprolin, isoleucin, leucin, methionin, methylamine, ornithin, prolin, phenylalanine,
stachydrin, tryptophan, tryosin, trigonellin, turicin, valin.
Phần nhiều các hợp chất protein bình thường chúng bao quanh các hạt tử cao su trong
latex tươi đã thu hoạch có thể loại trừ được qua nhiều q trình xử lý khác nhau như:
- Latex pha lỗng ra có sự hiện hữu của savon (như oleate po-tassium), kế đó đem
ly tâm hoặc crème hóa (phương pháp crémage), cơng việc này làm đi làm lại nhiều lần.
- Latex đem nung có sự hiện diện của xút ăn da.
- Latex cho xử lý bởi enzyme như trypsin.
Nhưng trong các phương pháp kể trên chưa có phương pháp nào có thể loại trừ được
hồn tồn protein mà các hạt tử cao su giữ lại, ln ln còn sót lại ít nhất là 0,02% đến
0,03% protein, bởi lý do này mà người ta tin có các chức hóa học lien kết với cao su.
1.5.1.5. Lipid: trong latex, lipid và dẫn xuất của chúng chiếm vào khoảng 2%, ta có thể
trích ly được bằng rượu hay acetone. Lipid thường bị hiểu lầm là chất nhựa.
1.5.1.6. Glucid: trong lúc protein và lipid đều ảnh hưởng đến tính chất của latex, thì
glucid cấu tạo chủ yếu từ những chất tan được (tỉ lệ glucid chiếm từ 2 – 3% trong latex)
lại khơng quan hệ gì đến một tính chất nào của latex. Ngồi quebrachitol (1-methyl
inositol) các glucid chính tìm thấy ở latex là:
- Dambonite: 1,2-dimethyl inositol
- Dambose: inositol
1.5.1.7. Khống : E.R. Baufils là người đã nghiên cứu tồn bộ ảnh hưởng của kim loại
trong latex. Tỉ lệ của các ngun tố được nghiên cứu trong tổng lượng khống: K (58%);
Mg (24%); P (17%); Ca (1%); Cu (1,7mg/l latex); Fe thường khơng ổn định; Mn khơng
q 0,1 mg cho mỗi gam chất khơ; Rubidium (Rb) có khoảng 70 mg trong 1 lít latex.
1.5.2. Tính chất Latex
1.5.2.1. Lý tính:
- Tỉ trọng latex được ước định là 0,97
Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
11
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
- Độ nhớt latex tươi có 35% cao su là từ 12-15 centipoises; của latex đậm đặt hóa
là từ 40 cp – 120 cp.
- Sứt căng mặt ngồi: latex từ 30% đến 40% cao su là vào khoảng 38 dynes/cm
2
đến 40 dynes/cm
2
, trong khi sức căng mặt ngồi của nước là 73 dynes/cm
2
.
- pH: Latex tươi vừa chảy khỏi cây cao su co pH bằng hoặc thấp hơn 7. Để trong
vài giờ pH sẽ hạ xuống gần 6 do hoạt tính của vi khuẩn và latex sẽ bị đơng lại.
- Tính dẫn điện: Năm 1940, Van Gils là người đầu tiên đo độ dẫn điện của latex.
Ơng đã chứng minh độ dẫn điện của latex biến đổi nghịch theo hàm lượng cao su. Hiển
nhiên chinh serum là chất ảnh hưởng trực tiếp đến trị số của độ dẫn điện đặc bieetjdo các
hợp chất ion hóa mà nó chứa.
1.5.2.2. Tính chất sinh hóa:
- Enzyme: trong latex tươi có các enzyme như: catalase, tyrosinase, oxydase và
proxydase. Ngoại trừ catalase ra, enzyme khác đều có chất kiềm hãm đị kèm.
- Vi khuẩn: chăc chắn vi khuẩn có chức năng trong sự đơng đặc latex ngẫu sinh,
do các enzyme mà chúng tiết ra hoặc do chúng trực tiếp tác dụng làm hạ thấp pH latex.
Trong latex có ít nhất 27 loại vi khuẩn, có loại dụng vào glucid, loại thi tác dung gây hư
thối protein.
1.5.3. Tính chất thể giao trạng
- Pha phân tán (serium):serium của latex có thể hồn tồn tách ra khỏi cao su qua
máy siêu ly tâm, hoacej qua phép lượt cực mịn. Trong serium hàm lượng thể khơ chiếm
từ 8% đến 10%.
- Pha bị phân tán (hạt tử cao su): khoảng 90% hạt tử cao su có đường kính nhỏ hơn
0,5 micromet. Tơc độ di chun trung bình trong latex thường khoảng 1mm/phút khi
latex cây cao su chưa bị biến đổi bởi các chất phản ứng hóa học.
- Sự đơng đặc: latex tươi nếu để ngồi trời sẽ tự đơng đặc lại. Có thê thúc đẩy q
trình đơng dặc bằng acid, muối hay chất điện giải, rượu (cồn), khuấy trộn, nhiệt.
- Sự bảo quản: nâng pH bằng ammoniac, sulfite sodium, cho trường hợp ngắn
hạn; sự bảo quản dài hạn chủ yếu là sự bảo quản latex đã đậm đặc hóa. Đồng thời cần kể
đến các chất phụ trợ cho những chất kể trên đó là savon để tăng độ ổn định thể giao trạng
của latex một cách đáng lưu ý bởi sự thay thế lớp protein bao quanh hạt tử cao su latex.
- Đậm đặc hóa latex: kem hóa, ly tâm, điên giải, bốc hơi, đậm đặc hóa kết hợp
1.6. Thành phần hóa học và cấu trúc cao su
1.6.1. Thành phần cao su sống - chất cấu tạo phi cao su
1.6.1.1. Phân tích cao su sống:
Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
12
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
Bảng 1.6 Thành phần cao su sống
1.6.1.2. Cấu tạo chất phi cao su:
- Độ ẩm: tùy thuộ vào nhiệt độ, độ ẩm của khí trời và thành phần hóa học cao su,
độ ẩm quan hệ mật thiết với protein, độ ẩm cao làm tăng sự phát triển của vi khuẩn.
- Chất chiết rút acetone: năm 1920, Whitby là người đã định được thành phần hóa
học chất chiết rút được bằng acetone:
Chất chiết rút aceton 2,71
Phần đồng nhất gồm:
Sterol 0,225
Ester của sterol 0,075
Glucoside của sterol 0,175
D – valin 0,015
Quebrachito (1_methuyl inositol): có vết
Acid oleic và linoleic 1,25
Acid stearic 0,15
Tổng cộng 1,89
Phần khơng đồng nhất và mất: 0,82
- Protein: hàm lượng protein biến thiên từ 1,6% đến 3,4% giữa những lần cạo mủ
lien tục cùng một cây.Các amine phát sinh từ sự phân hủy protein lại có chức năng gia
tốc lưu hóa.
- Tro: hàm lượng tro cũng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sinh học và phương pháp
chế tạo.
1.6.2. Tinh khiết hóa hydrocacbon cao su
Cao su sống có chứa 92% đến 95% hyddrocacbon cao su.
Theo ngun tắc, mọi nghiên cứu hóa học muốn chính xác, cơng việc đầu tiên là cơ
lập hydrocacbon ngun chất, trên thực tế dâu là cơng việc rất khó.
Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
13
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
Cao su thường hấp thụ các chất bền và hơn nữa nếu q trình làm tinh khiết hiện hữu
sẽ loại trừ các khống chất oxygen thự nhiên thì hydrocacbon cao su sẽ cực nhạy với các
chất oxide mà chủ yếu là các oxygen trong khơng khí.
Hiện nay có nhiều phương pháp tinh khiết hóa hay ngun chất hóa hydrocacbon cao
su khác nhau mà người ta áp dụng vào cao su khơ hay vào latex.
1.6.3. Cấu tạo hóa học cao su
Bouchardat (Wlliams, Tilden) quan sát cao su nung nóng nhanh 300
o
C đến 350
o
C ở
chân khơng, gây ra đứt đoạn phân tử; trong những chất sinh ra từ chưng cất này ơng đã cơ
lập được chủ yếu là chất isoprene C
5
H
8
và dipentene là kết quả của hai phân tử isoprene:
Hình 1.3 Hai phân tử isopren
Vị trí của nối đơi: sau khi xét qua các cấu trúc polyisopren khác nhau có thể được, chủ
yếu được chứng minh qua các sự kiện thực nghiệm giả thuyết về cấu trúc chu kỳ đều đặn
của cao su.
Hình 1.4 Cấu trúc của cao su
Đồ án mơn học
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày
14
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
Nhóm tận cùng: ta có thể tưởng tượng ra nhiều cấu trúc khác nhau, chẳng hạn với sự
dời chỗ của một hydrogen từ đầu này đến đầu kia chuỗi và sự thành lập một hệ thống nối
đơi tiếp hợp. Ví dụ butadiene và isoprene là nhừng hydrocacbon có đơi tiếp hợp.
- Cấu trúc 1: (nhóm tận cùng của hydrocacbon cao su) gồm: aceton, aldehyde
malonic (chất sinh ra mà tổng hợp chưa được thực hiện), methylglyoxal và methanol
(aldehyde formic) và acetyl lethanal.
- Cấu trúc 2: (nhóm tận cùng của hydrocacbon cao su) gồm có methanal,
methylglyoxal và methanol (aldehyde acetic) và acetylethanal.
- Qua hình trên sự khử ozone phải cung cấp (ngồi aldehyde formic)
- Cấu trúc lập thể: sự hiện diện của các nối đơi ở chuỗi giúp tiên liệu có đồng phân
cis – trans. Mạch đại phân tử của cao su thiên nhiên được hình thành từ các mắt xích
isopren đồng phân cis liên kết với nhau ở vị trí 1,4. Ngồi đồng phân cis 1,4, trong cao su
thiên nhiên còn có khoảng 2% mắt xích liên kết với nhau ở vị trí 3,4.
- Đồng phân này giải thích sự khác biệt giữa cao su, gutta – percha và balata, là
những chất có cùng cơng thức hóa học (C
5
H
8
)
n
. Dạng cis tương ứng với cao su, dạng
trans ứng với gutta – percha và balata.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét