CHƢƠNG 2 : THỰC NGHIỆM
2.4. Quy trình chế tạo màng trao đổi anion trên cơ sở tổ hợp PVA với Poly(ST-co-
co- VBTMA-Cl)
PVA, monomer styrene, monomer vinylbenzyl chloride, chất khơi mào AIBN, dung môi DMF, dung dịch TMA, KOH đƣợc dùng trong thí nghiệm này.
Giai đoạn 1: Tổng hợp Poly(styrene-co-vinyl benzyl chloride)(poly(ST-co-VBC))
Hỗn hợp monomer gồm styrene (ST) và vinylbenzyl chloride (VBC) (đã loại bỏ chất ức chế) đƣợc trộn với chất khơi mào AIBN theo các tỉ lệ khối lƣợng nhất định. Hỗn hợp đƣợc sục khí N2 trong bình cầu kín với thời gian 30 phút để cách li hỗn hợp phản ứng với khơng khí.
Sau đó tiến hành gia nhiệt hỗn hợp phản ứng bằng cách đun cách dầu ở nhiệt độ dầu duy trì 70oC, sử dụng khuấy từ trong 30 phút và thu đƣợc copolymer dạng rắn. Giảm nhiệt độ hệ thí nghiệm xuống 40oC, thêm chậm lƣợng thật nhỏ dung môi DMF (để thu đƣợc dung dịch polymer có độ nhớt cao) vào sản phẩm rắn, duy trì khuấy từ cho đến khi thu đƣợc dung dịch đồng nhất. Một phần dung dịch copolymer đƣợc sử dụng cho phần tiếp theo (tổng hợp poly(styrene-co- vinylbenzyltrimethylammonium) chloride), phần còn lại đƣợc rửa bằng nƣớc cất và lọc, sấy trong chân không ở nhiệt độ 35oC thu đƣợc các sản phầm copolymer với các tỉ lệ xác định.
Cl * * n m Cl + AIBN 60oC Hình 2.1: Phản ứng tổng hợp hợp poly(styrene-co-vinyl benzylchloride)
Giai đoạn 2: Tổng hợp Poly(styrene-co-vinyl benzyl trimethyl ammonium)
chloride (poly (ST-co-VBTMA-Cl))
Dung dịch poly(ST-co-VBC) trong DMF thu đƣợc ở giai đoạn 1 đƣợc sử dụng trực tiếp để tổng hợp poly(ST-co-VBTMA-Cl) theo phản ứng sau:
* * n m Cl N * * n m N+ Cl + DMF, 12h30oC Hình 2.2: Phản ứng tổng hợp poly(ST-co-VBTMA-Cl)
Hệ phản ứng gồm dung dịch copolymer đƣợc đƣa về nhiệt độ phòng, thêm tiếp vào hệ phản ứng một lƣợng dung dịch TMA với số mol TMA tƣơng ứng với lƣợng vinylbenzyl chloride trong thành phần copolymer. Hệ phản ứng đƣợc khuấy đều ở nhiệt độ phòng trong 12h. Một phần dung dịch sản phẩm thu đƣợc đem sấy chân không ở 35oC để thu các mẫu 3ST/1VBTMA-Cl, 1ST/1VBTMA-Cl, 1ST/2VBTMA-Cl; phần còn lại đƣợc sử dụng trực tiếp cho giai đoạn sau.
Giai đoạn 3: Chế tạo màng trao đổi anion trên cơ sở tổ hợp PVA với
Poly(ST-co- VBTMA-Cl)
Một lƣợng poly(vinyl alcohol) (với tỉ lệ khối lƣợng PVA : poly(ST-co- VBTMA-Cl) bằng 1:1) đƣợc hòa tan vào nƣớc ở nhiệt độ 100oC tới khi thu đƣợc dung dịch đồng nhất, để nguội ở nhiệt độ phòng. Thêm nhanh lƣợng dung dịch PVA này vào dung dịch poly (ST-co-VBTMA-Cl)/DMF đã thu đƣợc từ giai đoạn 2. Hỗn hợp đƣợc khuấy đều trong 2 giờ, sau đó đem sấy trong chân khơng ở
nhiệt độ phịng thu đƣợc sản phẩm kí hiệu nhƣ sau: 3ST/1VBTMA/PVA, 1ST/1VBTMA/PVA, 1ST/2VBTMA/2PVA.
Giai đoạn 4: Chế tạo màng trao đổ ianion tạo màng trao đổi anion trên cơ sở
tổ hợp PVA với Poly( styrene-co-vinylbenzyltrimethyl ammonium hydroxide) (ST-co- VBTMAOH)
Màng trao đổi anion trên cơ sở các mẫu 3ST/1VBTMA/PVA, 1ST/1VBTMA/PVA, 1ST/2VBTMA/2PVA đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp ép trên máy ép thủy lực CrushIR của hãng PIKE technology lực ép 2000kg. Việc gắn nhóm OH- vào nhóm chức amine đƣợc tiến hành theo 2 phƣơng pháp:
- Phƣơng pháp 1: Ép màng từ các mẫu chất thu đƣợc từ bƣớc trên rồi ngâm trong KOH 1M (dung môi ethanol/nƣớc với tỉ lệ thể tích 3:1) trong 24 giờ; sau đó rửa bằng nƣớc cất, sấy khơ trong tủ sấy chân không ở nhiệt độ 35oC rồi ép lại. - Phƣơng pháp 2: Ngâm các mẫu đã thu đƣợc từ bƣớc trƣớc trong KOH 1M (dung mơi ethanol/nƣớc với tỉ lệ thể tích 3:1) trong 24 giờ; sau đó rửa bằng nƣớc cất, sấy khô trong tủ sấy chân không ở nhiệt độ 35oC rồi ép thành màng.