TỔNG QUAN VỀ SODIUM LAURYL SULFATE
Tên gọi sodium lauryl sulfate
Danh pháp IUPAC: Sodium lauryl sulfate
Tên viết tắt thông dụng: SLS, chỉ số CAS: 151–21–3 và chỉ số EC: 205–788–1
Tên gọi khác: sodium laurilsulfate, sodium dodecyl sulfate, sulfuric acid monododecyl ester sodium salt, sodium salt, hydrogen sulfate, dodecyl alcohol, sodium dodecanesulfate hay sodium monododecyl sulfate [1].
Định nghĩa sodium lauryl sulfate
Sodium lauryl sulfate (SLS) là một chất hoạt động bề mặt anion, chủ yếu được tạo thành từ natri alkyl sulfates, đặc biệt là lauryl Chức năng chính của SLS là giảm sức căng bề mặt của dung dịch nước, giúp nó hoạt động hiệu quả như chất nhũ hóa, chất làm ướt và chất tẩy rửa trong mỹ phẩm, dược phẩm và kem đánh răng Ngoài ra, SLS còn được sử dụng trong các loại kem và bột nhão để phân tán các thành phần, đồng thời là công cụ nghiên cứu trong sinh hóa protein SLS cũng có một số hoạt động diệt vi khuẩn Nồng độ SLS trong các sản phẩm tiêu dùng có thể thay đổi từ 0.01% đến 50% trong mỹ phẩm và từ 1% đến 30% trong các sản phẩm làm sạch, tùy thuộc vào sản phẩm và nhà sản xuất.
Cấu trúc hóa học của sodium lauryl sulfate
Công thức hóa học: C12H25NaO4S
Trọng lượng phân tử: 288.38 g/mol
Cấu trúc của Sodium lauryl sulfate: được thể hiện ở Hình 1.1
Hình 1.1 Cấu trúc của sodium lauryl sulfate
Cách điều chế sodium lauryl sulfate
Sodium lauryl sulfate có thể được sản xuất từ nguyên liệu tự nhiên như dừa và dầu hạt cọ, hoặc từ nguồn tổng hợp như dầu mỏ Quá trình tổng hợp bắt đầu bằng phản ứng giữa rượu lauryl từ dầu mỏ hoặc nguồn thực vật với lưu huỳnh trioxide, tạo ra hydro lauryl sunfat, sau đó được trung hòa với natri cacbonat để hình thành sodium lauryl sulfate.
Ứng dụng của sodium lauryl sulfate
Hình 1.2 Ứng dụng sodium lauryl sulfate trong mỹ phẩm
Sodium lauryl sulfate là một hợp chất bề mặt quan trọng có khả năng làm sạch, tạo độ ẩm và nhũ hóa, giúp loại bỏ bã nhờn tận sâu Hợp chất này cũng đóng vai trò quan trọng trong công nghệ tạo bọt, giúp khử sạch bụi bẩn và vi khuẩn trên da Vì vậy, sodium lauryl sulfate được xem là sản phẩm tiềm năng trong lĩnh vực mỹ phẩm, với các nồng độ khác nhau có mặt trong nhiều loại sản phẩm xung quanh chúng ta.
Các sản phẩm làm đẹp bao gồm kem cạo râu, son dưỡng môi, nước rửa tay, chăm sóc móng tay, tẩy trang, phấn nền, sữa rửa mặt, chất tẩy tế bào chết và xà phòng rửa tay dạng lỏng.
Các sản phẩm dành cho tóc như: dầu gội, dầu xả, thuốc nhuộm tóc, trị gàu và gel tạo kiểu
Các sản phẩm chăm sóc răng miệng như: kem đánh răng, sản phẩm làm trắng răng và nước súc miệng
Các sản phẩm tắm bao gồm dầu tắm, muối tắm, sữa tắm và bọt tắm, trong khi các loại kem và kem dưỡng da như kem bôi tay, mặt nạ, kem chống ngứa, sản phẩm tẩy lông và kem chống nắng cũng rất phổ biến.
Bảng 1 Nồng độ sodium lauryl sulfate trung bình trong các sản phẩm mỹ phẩm
Sản phẩm Nồng độ SLS trung bình
Chất bôi trơn cho viên nén và viên nang có thể hòa tan
Hình1.3 Ứng dụng sodium lauryl sulfate trong dược học
Sodium lauryl sulfate, giống như các chất hoạt động bề mặt khác, là một chất lưỡng tính giúp giảm sức căng bề mặt của chất lỏng bằng cách di chuyển đến bề mặt và kết hợp với các phân tử khác Điều này cho phép chất lỏng dễ dàng lan rộng và trộn lẫn Ngoài ra, sodium lauryl sulfate còn có khả năng làm biến tính protein mạnh mẽ và ức chế sự lây nhiễm virus bằng cách hòa tan vỏ bọc virus hoặc làm biến tính vỏ protein.
1.5.3 Biến tính bề mặt vật liệu hấp phụ
Hình 1.4 Ứng dụng sodium lauryl sulfate trong biến tính bề mặt vật liệu hấp phụ
Sodium lauryl sulfate, cùng với các chất hoạt động bề mặt khác, đang được nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực vật liệu hấp phụ, bên cạnh ứng dụng nổi bật trong mỹ phẩm và dược động học Gần đây, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra hiệu quả của sodium dodecyl sulfate trong việc biến tính alpha alumina, gemini trong biến tính đất sét hữu cơ, cetrimonium bromide trong biến tính kaolin, và sodium lauryl sulfate trong biến tính graphite oxide, nhằm hấp phụ các chất ô nhiễm trong môi trường nước, đạt được nhiều thành công đáng kể.
Công nghệ biến tính bề mặt vật liệu bằng chất hoạt động bề mặt là một quá trình biến tính hóa học, giúp cải thiện tính ưa nước và khả năng phân tán của vật liệu trong nước Sự cải thiện này xảy ra nhờ vào việc tăng ái lực giữa vật liệu và nước, đồng thời giảm năng lượng hấp dẫn giữa các hạt Chất hoạt động bề mặt cũng có khả năng thay đổi đặc tính điện tích bề mặt của than hoạt tính, cung cấp nhiều vị trí hấp phụ hơn cho các chất ô nhiễm Đặc biệt, giá thành thấp của chất hoạt động bề mặt tạo điều kiện thuận lợi cho việc mở rộng quy mô ứng dụng trong ngành công nghiệp.
Độc tính của của sodium lauryl sulfate
Bảng 2 Thông tin về độc tính sodium lauryl sulfate
LD50 oral LD50 chuột 1427 mg/kg
LD50 dermal LD50 Rabbit > 2000 mg/kg
Bảng 3 Nồng độ không gây ảnh hưởng theo dự báo PNEC
Xả nước không liên tục 0.055
Nhà máy xử lýnước thải 1084
Mặc dù chưa có bằng chứng trực tiếp nào chứng minh sodium lauryl sulfate liên quan đến ung thư, vô sinh hay kém phát triển, nhưng việc tiếp xúc lâu dài có thể dẫn đến sự tích tụ một lượng nhỏ trong cơ thể.
Sodium lauryl sulfate (SLS) có thể gây kích ứng cho mắt, da, miệng và phổi, đặc biệt là đối với những người có làn da nhạy cảm SLS có thể làm tắc nghẽn lỗ chân lông và gây ra mụn Thời gian tiếp xúc lâu với da hoặc mắt làm tăng nguy cơ kích ứng Để giảm thiểu nguy cơ này, hãy rửa sạch sản phẩm ngay sau khi sử dụng.
Vào năm 2002, Hiệp hội chuyên gia về các thành phần mỹ phẩm CIR khuyến nghị rằng nồng độ sodium lauryl sulfate không nên vượt quá 2% để tránh nguy cơ kích ứng da nghiêm trọng Đặc biệt, những người có làn da nhạy cảm nên tham khảo ý kiến bác sĩ trước khi sử dụng thành phần này Để đảm bảo an toàn khi sử dụng, các nhà sản xuất và nghiên cứu khuyến cáo cần sử dụng sodium lauryl sulfate đúng cách và đúng liều lượng.
Tiêu chuẩn chất lượng
Bảng 4 Thông tin an toàn theo GHS
Biểu đồ hình nguy hiểm
- Có hại nếu nuốt phải hoặc hít phải
- Gây tổn thương mắt nghiêm trọng
- Có thể gây kích ứng đường hô hấp
- Có hại cho đời sống thủy sinh với những ảnh hưởng lâu dài
- Tránh xa nguồn nhiệt, bề mặt nóng, tia lửa, ngọn lửa trần và các nguồn bắt lửa khác Không hút thuốc
- Tránh thải ra môi trường
- Mang găng tay bảo hộ, quần áo bảo hộ, bảo vệ mắt, bảo vệ tính giác
- Nếu nuốt phải: Gọi cho bác sĩ hoặc trung tâm chống - độc nếu bạn cảm thấy không khỏe
Nếu có người hít phải chất độc, hãy nhanh chóng đưa họ đến nơi có không khí trong lành và đảm bảo họ cảm thấy thoải mái khi thở Nếu tình trạng sức khỏe của họ không cải thiện, hãy gọi ngay cho trung tâm chống độc hoặc bác sĩ để được tư vấn và hỗ trợ kịp thời.
- Nếu vào mắt: Rửa cẩn thận bằng nước trong vài phút - Hủy bỏ kính áp tròng, nếu có
Lớp lưu trữ - Vật liệu nguy hiểm rắn dễ cháy
WGK - WGK 2: nguy hiểm đối với nước
Thải bỏ - Thuốc thử hữu cơ tương đối không hoạt động nên thu vào bình A Nếu có halogen thì thu vào bình B Đối với cặn rắn thì dùng bình C
Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) đã ban hành lệnh miễn giảm nồng độ sodium lauryl sulfate trong các chất rửa thực phẩm dựa trên thẩm định an toàn toàn diện, bao gồm cả các rủi ro mãn tính Tại hầu hết các khu ăn uống công cộng và trong chế biến sữa cũng như thực phẩm khác, nồng độ sodium lauryl sulfate tối đa được cho phép là 350ppm, tương ứng với quy định về hàm lượng tối đa của chất này trong các thành phần.
Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) đã cho phép sử dụng sodium lauryl sulfate như một thành phần phụ gia trực tiếp trong thực phẩm Đồng thời, cả sodium lauryl sulfate và ammonium lauryl sulfate đều được cấp phép làm phụ gia gián tiếp, trong đó chúng thường được sử dụng như chất phủ bề mặt cho thực phẩm.
Sodium lauryl sulfate và ammonium lauryl sulfate được phép sử dụng trong các sản phẩm mỹ phẩm và vệ sinh cá nhân tại châu Âu, theo quy định của chỉ thị mỹ phẩm của Liên minh châu Âu.
Tổ chức hợp tác kinh tế và phát triển của 30 quốc gia đã tiến hành đánh giá an toàn của ammonium lauryl sulfate, cho thấy rằng chất này không gây ra bất kỳ nguy cơ nào đối với sức khỏe con người, bao gồm cả khả năng gây ung thư.
Nghiên cứu về sodium lauryl sulfate (SLS) cho thấy không có bằng chứng nào cho thấy hợp chất này gây hại cho sức khỏe con người khi sử dụng trong mỹ phẩm Được đánh giá bởi hội đồng chuyên gia về các thành phần mỹ phẩm (CIR) vào năm 1983 và 2005, SLS được xác nhận là an toàn khi sử dụng Tuy nhiên, hợp chất này có thể gây kích ứng da ở những người nhạy cảm, vì vậy việc đọc kỹ hướng dẫn sử dụng sản phẩm là rất quan trọng.
TÍNH CHÁT CỦA SODIUM LAURYL SULFATE
Khối lượng riêng
Khối lượng riêng được tính theo công thức d = M/V, với d là khối lượng riêng, M là khối lượng và V là thể tích Đơn vị đo khối lượng riêng thường là gam trên centimet khối Ví dụ, khối lượng riêng của sodium lauryl sulfate là 0.370 g/cm³.
Bảng 5 Tóm tắt thông tin hóa lý của sodium lauryl sulfate
Khối lượng riêng 0.370 g/cm 3 Điểm chớp cháy 170 °C Độ nóng chảy 204–207 °C
Giá trị pH 9.1 (10 g/L H2O) Áp suất hơi 0.0018 mbar (20 °C)
Mật độ hàng loại 490–560 kg/m 3 Độ tan >130 g/L
Sức căng bề mặt 25.2 mN/m ở 23 °C
Độ tan
Sodium lauryl sulfate là một hợp chất không bay hơi, hòa tan trong nước với nồng độ từ 100–150 g/L ở nhiệt độ phòng và có hệ số phân vùng (log Pow) là 1.6, cho thấy tính ưa nước của nó Tuy nhiên, hợp chất này không tan trong cloroform (CHCl3) và ete.
Điểm chớp cháy
Điểm chớp cháy là nhiệt độ mà một hợp chất hữu cơ phát tán đủ hơi để có thể bốc cháy trong không khí Đối với sodium lauryl sulfate, điểm chớp cháy được xác định là 170 °C.
Nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ nóng chảy, hay còn gọi là điểm nóng chảy, là nhiệt độ mà một chất rắn chuyển sang trạng thái lỏng Khi đạt đến ngưỡng này, quá trình nóng chảy diễn ra Đối với sodium lauryl sulfate, nhiệt độ nóng chảy trung bình khoảng 206 °C (479 K, 403 °F).
Áp suất hơi
Áp suất hơi cân bằng là áp suất do hơi gây ra trong một hệ kín ở điều kiện nhiệt động cân bằng với các pha ngưng tụ tại nhiệt độ xác định Nó phản ánh tốc độ bốc hơi của chất lỏng và cho thấy khả năng thoát ra của các hạt từ chất lỏng hoặc chất rắn Chất có áp suất hơi cao ở nhiệt độ bình thường thường được coi là dễ bay hơi Áp suất hơi được thể hiện qua sự hiện diện của hơi trên bề mặt chất lỏng, và khi nhiệt độ tăng, động năng của phân tử cũng tăng, dẫn đến việc nhiều phân tử chuyển sang pha hơi, từ đó làm tăng áp suất hơi Ví dụ, áp suất hơi của sodium lauryl sulfate là 0.0018 mbar tại 20 °C.
Hình thức
Sodium lauryl sulfate nếu ở dạng bột thì có màu trắng Dạng lỏng thì có màu vàng nhạt Sodium lauryl sulfate có mùi nồng [10].
Giá trị pH
Sodium lauryl sulfate có tính bazơ trong dung dịch, với giá trị pH đạt 9.1 khi hòa tan 10 g vào 1 L nước Nghiên cứu cho thấy sodium lauryl sulfate hoạt động hiệu quả nhất ở pH lớn hơn 7.5.
Nồng độ micelle tới hạn
Trong hóa học keo và hóa học bề mặt, nồng độ micelle tới hạn (CMC) là nồng độ của các chất hoạt động bề mặt tại đó micelle bắt đầu hình thành CMC đóng vai trò quan trọng trong tính chất của chất hoạt động bề mặt, với sức căng bề mặt thay đổi mạnh trước khi đạt CMC Sau khi đạt CMC, sức căng bề mặt ổn định hơn hoặc thay đổi chậm hơn Giá trị CMC phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, áp suất, và sự hiện diện của các chất hoạt động bề mặt và điện ly khác Micelle chỉ hình thành khi đạt đến nhiệt độ micelle tới hạn.
Sodium lauryl sulfate có nồng độ micelle trong nước tinh khiết ở 25 °C là 8.2 mM, với số tập hợp khoảng 62 Tỷ lệ ion hoá micelle (α) đạt khoảng 0,3, tương đương 30%.
Sức căng bề mặt
Sức căng bề mặt là hiện tượng xảy ra tại bề mặt của chất lỏng khi tiếp xúc với chất khí, hoạt động như một tấm đàn hồi mỏng Đối với sodium lauryl sulfate, sức căng bề mặt được đo là 25.2 mN/m ở nhiệt độ 23 °C.
Phản ứng với flouride
Sodium lauryl sulfate trong kem đánh răng có thể làm giảm hiệu quả của fluoride trong việc ngăn ngừa sâu răng Sự tương tác giữa sodium lauryl sulfate và fluoride có thể gây ảnh hưởng đến sự lắng đọng của fluoride trên men răng, từ đó giảm khả năng bảo vệ khỏi sâu răng.
ỨNG DỤNG CỦA SODIUM LAURYL SULFATE TRONG BIẾN TÍNH BỀ MẶT VẬT LIỆU HẤP PHỤ
Biến tính bề mặt than hoạt tính hấp phụ methylene blue
3.1.1 Độc tính của methylene blue
Methylene blue (C16H18ClN3S, MB) là một thuốc nhuộm thiazine cation với nhiều ứng dụng, bao gồm điều trị nhiễm nấm ở cá và hỗ trợ y học Tuy nhiên, việc thải loại không kiểm soát có thể làm ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của vi sinh vật trong nước, dẫn đến rối loạn chuỗi thức ăn Đối với con người, tiếp xúc cấp tính với methylene blue có thể gây ra các triệu chứng như buồn nôn, kích ứng mắt và tiêu chảy, trong khi tiếp xúc kéo dài có thể dẫn đến ung thư da, bệnh về thận, gan và các vấn đề dị ứng Do đó, việc loại bỏ methylene blue khỏi nước thải là rất quan trọng, và hấp phụ được coi là phương pháp tối ưu nhờ vào hiệu quả và chi phí thấp.
3.1.2 Vật liệu than hoạt tính Đối với vật liệu hấp phụ, khả năng hấp phụ là chỉ số quan trọng để đánh giá hiệu quả hấp phụ Tuy nhiên, than hoạt tính (AC) thông thường có khả năng hấp phụ các chất ô nhiễm không cao Điều này có thể đến từ diện tích bề mặt riêng tương đối nhỏ và hiệu suất lựa chọn hấp phụ kém, cũng như hạn chế của các nhóm chức bề mặt và tính chất điện hóa Do đó, cần phải thay đổi bề mặt than hoạt tính để tăng cường ái lực của nó với các chất ô nhiễm mục tiêu Có nhiều phương pháp được sử dụng để điều chỉnh than hoạt tính bao gồm các phương pháp vật lý, hóa học và sinh học Là một công nghệ biến tính hóa học của than hoạt tính, biến tính bằng chất hoạt động bề mặt cho thấy ý nghĩa to lớn Sự thay đổi chất hoạt động bề mặt cho than hoạt tính có thể cải thiện tính ưa nước và sự phân tán của than hoạt tính trong nước do tăng ái lực giữa than hoạt tính và nước và giảm năng lượng hấp dẫn giữa các hạt Chất hoạt động bề mặt có ưu điểm là giá thành rẻ và ít làm hỏng cấu trúc của than hoạt tính Hơn nữa, chất hoạt động bề mặt có thể thay đổi đặc tính điện tích bề mặt của than hoạt tính và cung cấp nhiều vị trí hấp phụ hơn cho
Nghiên cứu của Kuang và cộng sự đã chỉ ra rằng việc sử dụng than hoạt tính biến đổi với chất hoạt động bề mặt có thể cải thiện khả năng hấp phụ methylene blue trong nước, góp phần vào việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
To prepare the necessary chemicals, sodium lauryl sulfate (SLS) is sourced from Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., Ltd., while activated carbon (AC) is obtained from Tianjin Fuchen Chemical Reagent Co., Ltd.
Tiến hành biến đổi bề mặt, 5 g AC và 8.60 mM chất hoạt động bề mặt anion SLS được thêm vào 100 mL dung dịch, sau đó hỗn hợp được dao động ở 28 °C trong 6 giờ AC được lọc, rửa bằng nước khử ion và sấy khô ở 40 °C trong 24 giờ, rồi bảo quản trong môi trường kín và khô Nghiên cứu cho thấy nồng độ chất hoạt động bề mặt tương ứng với nồng độ micelle tới hạn (CMC) là tối ưu cho quá trình hấp phụ, với CMC của SLS là 8.60 mM ở 28 °C AC thô và AC biến đổi chất hoạt động bề mặt được gọi lần lượt là Virgin–C và SLS–C.
Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM) được sử dụng để quan sát bề mặt của chất hấp phụ, với Hình 3.1 minh họa các đặc điểm bề mặt chi tiết Cụ thể, Hình 3.1a cho thấy bề mặt của Virgin-C có một lượng nhỏ các mảnh vụn cacbon và vi hạt kích thước khác nhau Trong khi đó, Hình 3.1b thể hiện bề mặt của SLS-C với nhiều lỗ rỗng và mảnh vụn chiếm các lỗ rỗng nhiều hơn so với AC không được xử lý Sự hiện diện của các mảnh vụn này là do tương tác tĩnh điện và kết dính của các phân tử SLS, mặc dù điều này có thể làm giảm diện tích bề mặt nhưng cũng cung cấp các vị trí hấp phụ và trao đổi ion cho MB.
Hình 3.1 Ảnh FE–SEM của (a) Virgin–C và (b) SLS–C
Thật vậy, Kuang và cộng sự đã tiến hành so sánh mức độ hấp phụ của MB trên
AC được biến đổi với các chất hoạt động bề mặt khác nhau trong dung dịch nước, với nồng độ MB ban đầu 50 mg/L, pH 5, nhiệt độ 25°C và liều lượng chất hấp phụ 0.15 g/L Kết quả cho thấy SLS–C có khả năng hấp phụ MB cao nhất, tiếp theo là Virgin–C, SDS–C và CTAB–C Thông tin chi tiết được trình bày ở Hình 3.2.
Hình 3.2 Loại bỏ methylene blue bằng cách sử dụng các cacbon hoạt hóa
Than hoạt tính được biến tính bởi chất hoạt động bề mặt anion có khả năng hấp phụ mạnh đối với thuốc nhuộm MB nhờ vào liên kết chặt chẽ giữa chúng Tính chất hóa học của các nhóm chức trong chất hoạt động bề mặt đóng vai trò quan trọng trong quá trình hấp phụ Các cation như ion natri và proton dễ dàng phân ly trong dung dịch nước và có thể trao đổi với ion MB, dẫn đến hiệu quả loại bỏ MB cao của SLS–C.
Biến tính bề mặt ống nano carbon nhiều vách hấp phụ crom
Crom (Cr) là kim loại nặng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp như dệt, xi măng, bảo quản gỗ, sản xuất thủy tinh, nhuộm, thép, thuộc da, mạ điện và khai thác crom Các ngành này thải ra crom ở các trạng thái oxy hóa khác nhau, bao gồm Cr (III) và Cr (VI) Trong khi Cr (III) là kim loại thiết yếu, nó có thể gây độc gen nếu tích tụ trong cơ thể Nguy hiểm hơn, Cr (VI) có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng như ung thư, viêm da, viêm phế quản và tiêu chảy Gần đây, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra sự hiện diện của Cr (III) và Cr (VI) trong nguồn nước, do đó, cần thiết phải nghiên cứu các phương pháp loại bỏ chúng, trong đó hấp phụ được xem là một giải pháp tiềm năng.
3.2.2 Vật liệu ống nano carbon nhiều vách Ống nano carbon nhiều vách (MWCNTs) được biết đến là vật liệu có diện tích bề mặt lớn, cấu trúc rỗng, nhiều lớp (nhiều lớp graphene có thể dễ dàng sửa đổi để tăng tính chọn lọc và hiệu quả của nó) và đường kính có thể từ vài đến hàng chục nanomet Ngoài ra, MWCNTs được bán trên thị trường với giá tương đối thấp Do đó, việc sử dụng chúng trở trong quá trình hấp phụ crom trở nên khả thi và thực tế hơn cho các ứng dụng công nghiệp [15] Tuy nhiên, các nghiên cứu biến tính bề mặt MWCNTs bằng việc sử dụng sodium lauryl sulfate vẫn còn khá khiêm tốn Đó cũng là lý do chính của
Dokmaji và cộng sự tiến hành nghiên cứu “Sử dụng các hạt nano được biến đổi hóa học để loại bỏ crom khỏi nước thải” [16]
Chuẩn bị hóa chất bao gồm vật liệu hấp phụ là ống nano carbon nhiều vách (MWCNTs) có độ tinh khiết > 95%, đường kính