Luận văn:Nghiên cứu sử dụng Chitosan chiết tách từ vỏ tôm làm tác nhân hấp phụ một số ion kim loại nặng trong môi trường nước

Chia sẻ: Nguyen Vang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

147
lượt xem 35
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chitosan/chitin là một polisacarit mạch thẳng, có nguồn gốc tự nhiên, tập trung nhiều trong vỏ các loài thủy sản giáp xác như tôm, cua, mai mực. Nó có khả năng hòa hợp và tự phân hủy sinh học, độc tính thấp, hoạt tính sinh học cao và đa dạng như kháng khuẩn, kháng nấm, tăng sinh tế bào, tăng cường miễn dịch của cơ thể với các tác dụng kích thích sản sinh bạch cầu, giảm cholesterol trong máu, hạn chế sự phát triển của khối u, có tác dụng tốt trên các vết thương, vết bỏng....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn:Nghiên cứu sử dụng Chitosan chiết tách từ vỏ tôm làm tác nhân hấp phụ một số ion kim loại nặng trong môi trường nước

1 2 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG Công trình ñư c hoàn thành t i --------------------- Đ I H C ĐÀ N NG NGUY N TH THÙY TRANG Ngư i hư ng d n khoa h c: PGS.TS. Tr n Th Xô NGHIÊN C U S D NG CHITOSAN CHI T TÁCH T V TÔM LÀM TÁC Ph n bi n 1: PGS.TS. Trương Th Minh H nh NHÂN H P PH M T S ION KIM LO I N NG TRONG MÔI TRƯ NG NƯ C Ph n bi n 2: GS.TSKH. Lê Văn Hoàng Chuyên ngành: Công ngh th c ph m và ñ u ng Mã s : 60.54.02 Lu n văn ñư c b o v trư c H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p th c sĩ k thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 24 tháng 04 năm 2011. TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Có th tìm hi u lu n văn t i: - Trung tâm Thông tin- H c li u, Đ i h c Đà N ng Đà N ng – Năm 2011 - Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng
3 4 M Đ U 2. M c ñích nghiên c u 1. Lý do ch n ñ tài S n xu t ñư c v t li u h p ph m t s ion kim lo i n ng t Tình tr ng ô nhi m kim lo i n ng c a nhi u ngu n nư c là chitosan chi t tách v tôm. v n ñ ñáng quan tâm do nh hư ng c a ñ c t ñ n s phát tri n c a 3. Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u con ngư i và s an toàn c a h sinh thái. Vi c lo i tr các ion kim Đ i tư ng nghiên c u là v t li u h p ph s n xu t t chitosan lo i n ng ra kh i các ngu n nư c, ñ c bi t là nư c th i công nghi p chi t tách v tôm. là m c tiêu môi trư ng quan tr ng b c nh t ph i gi i quy t hi n nay. Ph m vi nghiên c u: Nghiên c u t o ra v t li u h p ph t M t trong nh ng hư ng m i ñ lo i b kim lo i trong nh ng chitosan và kh o sát hi u qu h p ph m t s ion kim lo i n ng c a năm g n ñây là dùng h p ph sinh h c. Nhi u nguyên li u có ngu n các v t li u ch t o. Sau ñó th nghi m s d ng v t li u h p ph ñó g c sinh h c ñã ñư c nghiên c u như là nh ng ch t h p ph ñ lo i ñ x lí nư c th i c a m t nhà máy s n xu t nh m lo i b các ion b m t vài ion kim lo i n ng t nư c và nư c th i công nghi p. Đ c kim lo i n ng ñã ñư c kh o sát. bi t, chitosan, m t d n xu t t N-deacetylation c a chitin- m t 4. Phương pháp nghiên c u polysaccharide t nhiên t các loài giáp xác và sinh kh i n m, ñã S d ng các phương pháp v t lý, hóa h c. ñư c tìm th y có kh năng h p ph hoá h c và v t lý nhi u ion kim 5. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n c a ñ tài lo i, bao g m chì, vanadi, platin, b c, cadimi, crom... Chitosan có th Ý nghĩa khoa h c: xác ñ nh và ñánh giá ñư c kh năng h p thu nh n ñư c r t r t chitin, m t polyme sinh h c phong phú th ph m t s ion kim lo i n ng c a v t li u h p ph t chitosan. hai trong t nhiên (ñ ng sau cellulose) và d dàng có ñư c t ph Ý nghĩa th c ti n: th i thu s n. [19] Gi i quy t ñư c m t ph n lư ng ph th i v tôm c a các nhà Nư c ta có b bi n dài v i s n lư ng th y h i s n l n. S máy ch bi n thu s n; Nghiên c u và t o ra ñư c lo i v t li u h p lư ng các nhà máy th y s n ngày càng nhi u thì lư ng ch t th i r n ph sinh h c có kh năng h p ph m t s ion kim lo i n ng. (như v tôm, cua, gh , cá…) th i ra ngày càng l n. Vi c l a ch n s 6. C u trúc lu n văn d ng v tôm thu chitosan làm tác nhân h p ph các ion kim lo i n ng N i dung c a lu n văn ñư c trình bày g m 6 ph n chính: M s v a gi i quy t ñư c m t ph n lư ng ph th i v tôm c a các nhà ñ u, T ng quan, Đ i tư ng và phương pháp nghiên c u, K t qu và máy th y s n, v a s n xu t ra ñư c tác nhân h p ph sinh h c m i có bàn lu n, K t lu n và ki n ngh , Tài li u tham kh o và Ph l c. kh năng h p ph các ion kim lo i n ng ñ x lý nư c. Chính vì nh ng lý do trên, chúng tôi quy t ñ nh th c hi n ñ tài: “Nghiên c u s d ng chitosan chi t tách t v tôm làm tác nhân h p ph m t s ion kim lo i n ng trong môi trư ng nư c”
5 6 CHƯƠNG 1: T NG QUAN 1.1. GI I THI U V CHITOSAN 1.1.1. Khái ni m chitosan Hình 1.2. C u trúc phân t c a chitin [33] Chitosan là s n ph m bi n tính c a chitin, là m t ch t r n, x p, nh , hình v y, có th xay nh thành các kích c khác nhau. Chitosan ñư c khám phá b i Roughet vào năm 1859, và nó ñư c ñ t tên là chitosan b i nhà khoa h c ngư i Đ c Hoppe Seyler vào năm 1894. Chitosan là polymer h u cơ t nhiên duy nh t mang ñi n tích dương, ñi u này t o cho chitosan nh ng thu c tính ñ c bi t nh t và Hình 1.4. C u trúc phân t c a chitosan [33] ñáng kinh ng c hơn là nhóm amit c a chitin. [25] 1.1.3. Các tính ch t c a chitosan Chitosan là polymer không ñ c, có kh năng phân h y sinh 1.1.3.1. M c ñ deacetyl hóa h c và có tính tương thích v m t sinh h c. Trong nhi u năm qua, các M c ñ deacetyl hóa là m t ñ c tính quan tr ng c a quá trình polymer có ngu n g c t chitin, ñ c bi t là chitosan ñã ñư c chú ý s n xu t chitosan b i vì nó nh hư ng ñ n tính ch t hóa lý và kh như là m t lo i v t li u m i có ng d ng trong các ngành công năng ng d ng c a chitosan sau này. M c ñ deacetyl hóa c a nghi p như dư c, y h c, th c ph m, x lý nư c th i. chitosan vào kho ng 56 – 99% (nhìn chung là 80%). Chitin và chitosan ñư c xem như nh ng ph i t kim lo i 1.1.3.2. Tr ng lư ng phân t thông minh, hình thành ph c b n v i m t vài ion kim lo i [17], vì Chitosan là polymer sinh h c có kh i lư ng phân t cao. v y c hai ñ u có kh năng h p ph kim lo i. Do ñ c tính c a nhóm Kh i lư ng chitin thư ng l n hơn 1 tri u Dalton trong khi các s n amino t do trong c u trúc chitosan ñư c t o thành khi deacetyl hóa ph m chitosan thương ph m có kh i lư ng kho ng 100.000 – chitin , các ph c chelat c a nó làm cho kh năng h p ph kim lo i 1.200.000 Dalton. c a chitosan tăng g p 5 ñ n 6 l n so v i chitin [26]. 1.1.3.3. Đ nh t 1.1.2. C u trúc hóa h c c a chitosan và s khác nhau cơ b n Đ nh t là m t nhân t quan tr ng ñ xác ñ nh kh i lư ng gi a chitin và chitosan phân t c a chitosan. Chitosan phân t lư ng cao thư ng làm cho Chitosan là polymer sinh h c có kh i lư ng phân t l n. dung d ch có ñ nh t cao. Trong công th c hóa h c, s khác bi t duy nh t gi a chitosan và chitin là v trí C(2), ñó nhóm (-NH2) thay th nhóm (-COCH3).
7 8 1.1.3.4. Tính tan súc, có kh năng t o ph c v i m t s kim lo i chuy n ti p như: Chitin tan trong h u h t các dung môi h u cơ, trong khi ñó Cu(II), Ni(II), Co(II)…nên ñư c ng d ng r ng rãi trong nhi u lĩnh chitosan tan trong các dung d ch acid pH dư i 6,0. Các acid h u cơ v c: x lý nư c th i và b o v môi trư ng, dư c h c và y h c, nông như acetic, formic và lactic thư ng ñư c s d ng ñ hòa tan chitosan. nghi p, công nghi p, công ngh sinh h c… Thư ng s d ng nh t là dung d ch chitosan 1% t i pH 4,0. Chitosan 1.2. CÁC CÔNG ĐO N CHÍNH TRONG QUÁ TRÌNH S N cũng tan trong dung d ch HCl 1% nhưng không tan trong H2SO4 và XU T CHITOSAN T V TÔM [7] H3PO4. Quy trình s n xu t chitosan thô g m 3 công ño n chính: kh 1.1.3.5. T tr ng khoáng, kh protein b ng ki m loãng, deacetyl hóa b ng ki m ñ c. Trong m t nghiên c u v d n nhi t cho th y t tr ng c a Tuy nhiên, hai công ño n x lý ki m này có th cho phép g p 3 chitin và chitosan t giáp xác r t cao (0,39 g/cm ). M c ñ deacetyl l i thành m t giai ño n x lý ki m ñ c. Khi x lý ki m có n ng ñ hóa cũng làm tăng t tr ng c a chitosan. [24] cao t 35% - 45% trong ñi u ki n nhi t ñ và th i gian thích h p s 1.1.3.6. Kh năng k t h p v i nư c và kh năng k t h p v i ch t x y ra ñ ng th i các ph n ng th y phân protein, th y phân lipit và béo deacetyl hóa (trư ng h p phương pháp m t giai ño n x lý ki m). S h p th nư c c a chitosan l n hơn r t nhi u so v i 1.3. SƠ LƯ C V KIM LO I N NG cellulose hay chitin. Thông thư ng, kh năng h p th c a chitosan 1.3.1. Tác d ng sinh hóa c a kim lo i n ng ñ i v i con ngư i và kho ng 581 – 1150% (trung bình là 702%), môi trư ng Kh năng h p th ch t béo c a chitin và chitosan trong Kim lo i n ng là nh ng kim lo i có kh i lư ng riêng l n hơn 3 kho ng 31% -170%, chitosan có kh năng th p hơn r t nhi u so v i 5g/cm . M t vài kim lo i n ng có th c n thi t cho cơ th s ng (bao chitin. [24] g m ñ ng v t, th c v t, các vi sinh v t) khi chúng m t hàm lư ng 1.1.3.7. Kh năng t o màng nh t ñ nh như Zn, Cu, Fe… Tuy nhiên, khi m t lư ng l n hơn gi i Chitosan còn có kh năng t o màng. Màng chitosan ñư c s h n cho phép nó s tr nên ñ c h i. Nh ng nguyên t như Pb, Cd, Ni, d ng nhi u trong b o qu n th c ph m. Màng chitosan khá dai, khó Cr… không có l i cho cơ th s ng . Nh ng kim lo i n ng này khi ñi xé rách, có ñ b n tương ñương v i m t s ch t d o v n ñư c dùng vào cơ th s ng ngay c d ng v t cũng có th gây ñ c h i. làm bao gói. [24] 1.3.2. Tình tr ng ô nhi m kim lo i n ng trong môi trư ng nư c 1.1.4. Các ng d ng c a chitosan Các quá trình s n xu t công nghi p, quá trình khai khoáng, quá Chitosan và các d n xu t c a nó v i nhi u ñ c tính quý báu trình tinh ch qu ng, kim lo i, s n xu t kim lo i thành ph m…là các như có ho t tính kháng n m, kháng khu n, có kh năng t phân h y ngu n chính gây ô nhi m kim lo i n ng trong môi trư ng nư c. sinh h c cao, không gây d ng, không gây ñ c h i cho ngư i và gia Thêm vào ñó, các h p ch t c a kim lo i n ng ñư c s d ng r ng rãi
9 10 trong các ngành công nghi p khác như quá trình t o màu và nhu m, d ng Fe2+. Khi g p oxy, Fe2+ b oxy hóa thành Fe3+. T c ñ ph n ng các s n ph m c a thu c da, cao su, d t, gi y, luy n kim, m ñi n và oxy hóa này ph thu c vào m t s y u t như pH, nhi t ñ … nhi u ngành khác…ñó cũng là ngu n ñáng k gây ô nhi m kim lo i 1.4. S H P PH KIM LO I N NG C A CHITOSAN n ng. 1.4.1. Gi i thi u v phương pháp h p ph nư c ta, m t trong nh ng phát sinh nư c th i ch a kim lo i Phương pháp h p ph là m t trong nh ng phương pháp ph n ng l n nh t là công ngh m . Nư c th i phát sinh trong quá trình bi n nh t trong x lý nư c th i nói chung và nư c th i ch a kim lo i m kim lo i ch a hàm lư ng các kim lo i n ng r t cao và là ñ c ch t n ng nói riêng. Phương pháp h p ph ñư c s d ng khi x lý nư c ñ i v i sinh v t, gây tác h i x u ñ n s c kh e con ngư i. th i ch a các hàm lư ng ch t ñ c h i không cao. Quá trình h p ph 1.3.3. Tính ch t ñ c h i và tr ng thái t n t i c a crom và s t kim lo i n ng x y ra gi a b m t l ng c a dung d ch ch a kim lo i trong môi trư ng nư c th i m n ng và b m t r n. Crom: 1.4.2. Cơ ch h p ph kim lo i n ng c a chitosan Trong s các kim lo i n ng có m t trong nư c th i m , crom Quá trình h p ph kim lo i n ng c a chitosan x y ra theo các chi m m t t tr ng ñáng k . Crom t n t i trong môi trư ng nư c bư c như sau: các tr ng thái oxy hóa khác nhau ph thu c vào ñ pH c a môi - Các ion kim lo i n ng t trong lòng dung d ch di chuy n t i trư ng. Nói chung chúng t n t i trong môi trư ng nư c hai tr ng l p màng. Quá trình này ñư c th c hi n nh khu ch tán ñ i lưu. thái oxy hóa ch y u là Cr(III) và Cr(VI). Cr(VI) ñ c hơn r t nhi u - Các ion kim lo i n ng di chuy n qua l p màng (l p màng so v i Cr(III), ñ c tính c a nó g p 500 l n so v i Cr(III). Cr(III) là l ng bao quanh các h t chitosan). Quá trình này ñư c th c hi n nh d ng quan tr ng và là m t dư ng ch t r t c n thi t cho quá trình trao khu ch tán phân t . ñ i ch t c a ñư ng trong cơ th ngư i ( kh i lư ng r t nh ). Tuy - S khu ch tán các ion kim lo i n ng trong các mao qu n bên nhiên, n ng ñ cao, nó có th oxi hóa thành Cr(VI) trong dung d ch trong h t h p ph . ñây có hai quá trình di n ra ñó là: quá trình ki m và cũng nh hư ng ñ n s c kh e con ngư i. khu ch tán b m t - các ion kim lo i n ng ñư c khu ch tán theo th S t: t t tâm h p ph này ñ n tâm h p ph khác, và quá trình khu ch tán Nư c có hàm lư ng s t cao s có màu vàng và mùi tanh khó mao qu n – các ion kim lo i n ng ñư c khu ch tán d c theo các mao ch u. nư c th i xi m , hàm lư ng s t thư ng r t l n, g p c ch c, qu n ñ n tâm h p ph . Tuy nhiên, vì chitosan có ñ x p r t nh , s th m chí c trăm l n so v i ch tiêu cho phép. S t t n t i trong nư c lư ng mao qu n là không nhi u, do v y quá trình khu ch tán ñây d ng s t 3 (d ng keo h u cơ, huy n phù), và d ng s t 2 hòa tan. ch y u là quá trình khu ch tán b m t. Trong nư c th i m có pH th p (pH acid), s t thư ng t n t i dư i - Quá trình h p ph v t lý gi a các tâm h p ph v i ion kim lo i n ng b ng các l c liên k t tĩnh ñi n và liên k t Vander Waals,
11 12 nhưng quá trình h p ph chính ñây là quá trình t o ph c gi a các CHƯƠNG 2: Đ I TƯ NG VÀ PHƯƠNG ion kim lo i n ng v i các nhóm ch c c a chitosan. Chitosan có r t PHÁP NGHIÊN C U nhi u các nhóm ch c –OH và –NH2, các nhóm này có kh năng trao ñ i ion H+ và hình thành ph c v i các ion kim lo i n ng. M i liên k t 2.1. Đ I TƯ NG NGHIÊN C U này ñư c t o thành t các liên k t c ng hóa tr gi a các ion kim lo i 2.1.1. Đ i tư ng nghiên c u và các nguyên t oxi hay nito có trong các nhóm ch c c a chitosan - Đ i tư ng nghiên c u chính trong nghiên c u này chính là chitosan t o thành các liên k t ph i trí. chi t tách t v tôm – ph li u c a các nhà máy ch bi n th y s n. 1.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN C U NG D NG CHITOSAN Đ - Ngoài ra, trong nghiên c u này tôi cũng s d ng các lo i v t li u X LÝ KIM LO I N NG TRÊN TH GI I VÀ VI T như xơ d a, than, diatomite ñ làm ch t mang s n xu t v t li u h p NAM ph . 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U 2.2.1. Phương pháp v t lý - Phương pháp xác ñ nh ñ nh t - Ngoài ra, trong nghiên c u này tôi cũng s d ng m t s phương pháp v t lý khác như phương pháp s y, nghi n, cân. 2.2.2. Phương pháp hóa h c 2.2.2.1. Phương pháp s n xu t chitosan theo hai bư c x lý ki m [7] Nguyên t c: V tôm sau khi lo i b các mu i vô cơ, lo i b protein và các t p ch t thu ñư c chitin. Chitin sau khi deacetyl hóa s thu ñư c chitosan. 2.2.2.2. Xác ñ nh hàm lư ng cellulose trong xơ d a [2] Nguyên t c: Đ nh lư ng cellulose d a trên tính ch t b n c a cellulose ñ i v i tác d ng c a acid m nh và ki m m nh, nó cũng không b phân h y dư i tác d ng c a acid y u. Các ch t khác thư ng ñi kèm theo cellulose như hemicellulose, lignin, tinh b t… ít b n hơn ñ i v i tác
13 14 d ng c a acid và ki m nên b oxy hóa và phân gi i, sau ñó tan vào dung d ch sau khi x lý nguyên li u. CHƯƠNG 3: K T QU VÀ BÀN LU N 2.2.2.3. Phương pháp ño quang xác ñ nh hàm lư ng các kim lo i n ng 3.1. THU NH N CHITOSAN THÔ T PH LI U V TÔM Nguyên t c: Đ thu nh n chitosan thô tôi s d ng phương pháp hai bư c Ngư i ta thư ng dùng các ph n ng hóa h c ñ chuy n các x lý ki m. K t qu thu nh n ñư c trình bày t i b ng 3.1 h p ch t c n phân tích t không có màu sang các h p ch t có màu B ng 3.1. K t qu quá trình thu nh n chitosan thô: mà m t ngư i không th quan sát ñư c. B ng cách ño ñ h p thu Lư ng v tôm Lư ng s n Hi u su t quá Đ c ñi m c a ho c so sánh cư ng ñ màu c a dung d ch ñã bi t trư c n ng ñ khô ban ñ u ph m thu nh n trình thu nh n s n ph m (dung d ch chu n), ta có th suy ra n ng ñ c a ch t c n xác ñ nh. (kg) (g) (%) M i liên h ph thu c gi a cư ng ñ màu và hàm lư ng ñư c th D ng v y, dai, 1,6 33,85 2,74 hi n qua ñ nh lu t Lambert – Beer. màu tr ng ñ c Xác ñ nh s t b ng phương pháp tr c quang: [14] Qua ñó cho ta th y, hi u su t c a quá trình thu nh n là r t Xác ñ nh crom b ng phương pháp tr c quang: [13] th p. T 1,6 kg v tôm khô ban ñ u, sau quá trình s n xu t tôi ch thu 2.2.2.4. Phương pháp quang ph h ng ngo i xác ñ nh c u trúc ñư c 33,85 g thành ph m. Khi hòa tan vào dung d ch acid acetic 2% phân t c a các ch t [28] v i t l pha: 1g thành ph m trong 100 ml dung d ch acid acetic 2% Nguyên t c: thì ta th y hi n tư ng hòa tan hoàn toàn, dung d ch thu ñư c trong K thu t này d a trên hi u ng ñơn gi n là: các h p ch t hóa su t, không màu có ñ nh t ño ñư c là 14,05 m2/s. h c có kh năng h p th ch n l c b c x h ng ngo i. Sau khi h p th Thành ph m mà tôi thu nh n ñư c có kh năng hòa tan hoàn các b c x h ng ngo i, các phân t c a các h p ch t hóa h c dao toàn vào dung d ch acid acetic 2% theo t l pha như trên, do ñó có ñ ng v i nhi u v n t c dao ñ ng và xu t hi n d i h p th g i là ph th kh ng ñ nh s n ph m tôi s n xu t ñư c ñã là chitosan, nhưng ch h p th b c x h ng ngo i. d ng chitosan thô. Các ñám ph khác nhau có m t trong ph h ng ngo i tương 3.2. ĐÁNH GIÁ S N PH M CHITOSAN THU NH N B NG ng v i các nhóm ch c ñ c trưng và các liên k t có trong phân t PHƯƠNG PHÁP QUANG PH H NG NGO I h p ch t hóa h c . Tôi s d ng phương pháp quang ph h ng ngo i ñ xác ñ nh 2.2.3. Phương pháp tính toán c u trúc c a chitosan thành ph m. 2.2.3.1. Lư ng ion kim lo i n ng h p ph trên v t li u h p ph 2.2.3.2. Hi u su t c a quá trình h p ph
15 16 m t l n n a có th k t lu n, thành ph m mà tôi s n xu t ñư c ñã là chitosan. 3.3. NGHIÊN C U CH N VÀ X LÝ CH T MANG Trên cơ s thành ph m chitosan ñã s n xu t ñư c, tôi nghiên c u t o ra các v t li u có kh năng h p ph các ion kim lo i n ng. Các v t li u này có c u trúc là màng chitosan bao b c trên các ch t mang.Tôi l a ch n 3 lo i v t li u làm ch t mang là xơ d a, diatomite và than g . 3.3.1. Xơ d a Hình 3. 5. Ph h ng ngo i c a thành ph m chitosan Đ tăng hi u qu c a quá trình ph chitosan, tôi lo i b b t T ph h ng ngo i thu nh n ñư c t s n ph m chitosan mà lignin và các t p ch t trong xơ d a b ng cách ngâm xơ d a vào dung tôi s n xu t ñư c và ph h ng ngo i c a chitosan chu n, ta có th d ch NaOH 1%, v i th i gian ngâm là 24 gi . Sau ñó xơ d a ñư c th y ñư c ph h ng ngo i c a s n ph m chitosan có 7 v trí ñư c tìm r a b ng nư c trung tính ñ lo i b h t xút r i ñem ñi s y khô. th y. Đó là các v trí peak có s sóng (cm-1): 3433,71; 2145,37; Phân tích hàm lư ng cellulose trong xơ d a, tôi có ñư c k t 1648,14; 1379,66; 1075,28; 895,19; 599,16. M i v trí peak ñư c tìm qu : hàm lư ng cellulose trong xơ d a ñã x lí là 81,51%. th y ñ c trưng cho m i nhóm ch c trong c u trúc phân t chitosan 3.3.2. Diatomite: thành ph m. Các nhóm ch c tương ng v i các s sóng trên ph Diatomite là ñá tr m tích v i thành ph n ch y u là silic oxit. ñư c th hi n b ng 3.2. Diatomite không ch a ch t h u cơ và không h p ph . Chính B ng 3.2. K t qu phân tích ph h ng ngo i vì lý do này mà tôi s s d ng diatomite làm ch t mang ñ ph STT S sóng (cm-1) Nhóm ch c chitosan. 1 3433,71 -OH Trư c khi ti n hành ph chitosan, các h t diatimite ñư c làm 2 1648,14 -NH2 nh ñ n kích thư c c a m i c nh kho ng 1- 1,5 cm r i ñem ñi r a 3 1379,66 -CH2 trung tâm s ch và s y khô. 4 1075,28 -C-O-C- m ch chính 3.3.3. Than g 5 895,19 -C-O-C liên k t glucozit Than g là ch t màu ñen, r t nh ñư c ñi u ch t g qua quá Qua k t qu phân tích cho ta th y, thành ph m tôi s n xu t trình ñ t (chưng khô) g . ñư c có ñ y ñ các nhóm ch c ñ c trưng c a phân t chitosan. T ñó Đ tăng kh năng dính bám c a chitosan, than ph i qua quá trình x lý sơ. Trư c tiên, nó ñư c làm nh ñ n kích thư c c a m i
17 18 c nh kho ng 1 – 1,5 cm, sau ñó ñem ñi r a s ch ñ lo i b h t t p Kh i lư ng trung bình c a chitosan trên các ch t Phương pháp ch t bám trên b m t, r i ñem ñi s y khô. mang (g) ph 3.4. NGHIÊN C U T O RA V T LI U H P PH T Than g Diatomite Xơ d a CHITOSAN 1 0,14 0,13 0,04 3.4.1. Nghiên c u l a ch n phương pháp ph chitosan lên ch t 2 0,15 0,14 0,11 mang: T s li u b ng 3.3 cho ta th y lư ng chitosan ph lên ch t B t ngu n t các ñ c tính c a chitosan là có th hòa tan ñư c mang là xơ d a phương pháp 2 l n hơn so v i phương pháp 1. trong dung d ch acid acetic loãng và t tr ng thái dung d ch có th Tôi l a ch n phương pháp 2 ñ ti n hành ph chitosan lên ñông t t o các h t chitosan hay chitosan – cellulose b ng cách dùng các ch t mang t o v t li u h p ph . xút. Tôi ti n hành ph chitosan lên ch t mang theo 2 phương pháp 3.4.2. K t qu ph chitosan lên xơ d a như sau: Qua quá trình ph , tôi nh n th y r ng Chitosan bám lên xơ - Phương pháp 1: d a d dàng hơn r t nhi u so v i hai lo i v t li u còn l i, v i các m u Ch t mang sau khi ñã x lý ñư c ngâm vào dung d ch xơ d a có kh i lư ng kho ng 3g thì kh i lư ng trung bình c a chitosan – acid acetic pha v i t l 1g chitosan trong 100 ml acetic chitosan bám lên các m u là 0,36 g. Đó là do c u trúc c a chitosan acid 2%. Sau ñó l y ra và ñem ñi s y khô m u ñ n kh i lư ng không g n gi ng v i c u trúc cellulose c a các s i xơ d a. Khi ph lên xơ 0 ñ i (nhi t ñ s y kho ng 110 – 120 C, s y trong 2 gi ) và ñem cân ñ d a các màng chitosan không ch b c h t các s i xơ d a mà nó còn tính lư ng chitosan bám trên m i m u. t p trung các ph n tr ng c a búi các s i xơ d a, liên k t các s i xơ - Phương pháp 2: d a l i v i nhau. Các ch t mang sau khi ñã x lý ñư c ngâm vào dung d ch 3.4.3. K t qu ph chitosan lên than chitosan – acid acetic pha v i t l 1g chitosan trong 100 ml acetic Đ i v i ch t mang là than, chitosan t o màng ch y u acid 2%. Sau ñó, l y ra và ti p t c ngâm ch t mang vào dung d ch nh ng ph n b m t xù xì, g p khúc c a c c than, và lư ng chitosan NaOH 5% ñ th c hi n s ñông t t o màng chitosan trên các ch t bám lên ñó cũng không nhi u. V i các m u than có kh i lư ng mang. kho ng 10g thì kh i lư ng trung bình c a chitosan bám lên các m u Các m u sau khi ngâm xong ñư c r a l i b ng nư c trung là 0,31g. tính d lo i b h t NaOH dư, r i ñem ñi s y khô ñ n kh i lư ng 3.4.4. K t qu ph chitosan lên diatomite không ñ i và ñem cân l i ñ tính lư ng chitosan bám trên m i m u. V i các m u diatomite có kh i lư ng kho ng 15g thì kh i B ng 3.3. Kh i lư ng trung bình c a chitosan bám trên các ch t lư ng trung bình c a chitosan bám lên các m u là 0,34g. Hình nh mang sau khi ph . ch p qua kính hi n vi cho th y chitosan cũng bám lên các ph n g
19 20 gh trên b m t diatomite, b ng m t thư ng ta khó nh n bi t ñư c h p ph b c chitosan cũng khá t t, lư ng crom và s t b lo i b cao l p màng chitosan bao b c này. hơn nhi u so v i ch t mang không b c chitosan. Hi u su t c a quá 3.5. KH O SÁT KH NĂNG H P PH M TS KIM LO I trình h p ph c a các v t li u h p ph b c chitosan ñ t ñư c khá t t N NG C A V T LI U H P PH : ñ i v i quá trình h p ph s t. Lư ng s t b lo i b c ba v t li u Trong ph n nghiên c u này, tôi l a ch n 2 kim lo i n ng là h p ph b c chitosan ñ t hơn 80%. Trong khi các ch t mang không s t và crom ñ kh o sát kh năng h p ph c a các v t li u h p ph b c chitosan thì lư ng s t b lo i b là dư i 40%. Đ i v i quá trình mà tôi ñã nghiên c u t o ra ñư c. h p ph crom, hi u su t h p ph ñ t ñư c cao nh t là xơ d a b c Đ kh o sát hi u qu h p ph crom và s t c a v t li u h p chitosan và than b c chitosan. Lư ng crom b lo i b l n lư t là ph và l a ch n các thông s thích h p cho quá trình h p ph , trư c 62,5% và 57,5%. tiên, tôi ti n hành thí nghi m trên các dung d ch chu n ch ch a crom 3.5.2. nh hư ng c a pH ñ n kh năng h p ph và s t. Dung d ch chu n này ñư c ñi u ch t các dung d ch g c: Tôi ti n hành 5 thí nghi m ngâm v t li u h p ph vào dung dung d ch s t có n ng ñ s t là 1000 mg/l và dung d ch crom có n ng d ch chu n v i các thông s pH thay ñ i: 1,3,5,7,9; và c ñ nh các ñ crom là 1000 mg/l. Dung d ch chu n ch a ñ ng th i c s t và thông s như: N ng ñ s t và crom trong dung d ch chu n ban ñ u crom. ñ u là 20 mg/l; th i gian h p ph là 15 gi ; th tích dung d ch chu n 3.5.1. Kh o sát kh năng h p ph s t và crom c a v t li u h p cho h p ph là 0.1 lít. ph 3.5.2.1. K t qu h p ph s t Đ kh o sát kh năng h p ph s t và crom c a v t li u h p 35 33.2 Hàm lư ng s t h p ph trên 1g chitosan ph , tôi ti n hành 2 thí nghi m h p ph . M t thí nghi m ñ i v i các 30 25 v t li u h p ph ñã b c chitosan mà tôi ñã nghiên c u t o ra ñư c, và 20 Than b c chitosan 17.23 m t thí nghi m h p ph v i 3 lo i ch t mang không b c chitosan. Diatomite b c chitosan (mg) 15 Xơ d a b c chitosan Hai thí nghi m này ñư c th c hi n v i cùng các ñi u ki n ti n hành 10.82 10 như sau: Ngâm v t li u h p ph và ch t mang không b c chitosan 5 vào dung d ch chu n v i n ng ñ s t và crom trong dung d ch chu n 0 1 3 5 7 9 ban ñ u ñ u là 20 mg/l; pH = 3; th i gian h p ph là 15 gi ; th tích pH dung d ch chu n cho h p ph là 0,1 lít. Hình 3.20. Đ th bi u di n hàm lư ng s t h p ph trên 1g chitosan Các k t qu thí nghi m cho ta th y hi n tư ng h p ph crom b c trên v t li u h p ph khi thay ñ i pH. và s t có x y ra ñ i v i c v t li u h p ph có b c chitosan và ch t mang không b c chitosan. Kh năng lo i b s t và crom c a v t li u
21 22 3.5.2.2. K t qu h p ph crom 3.5.3.2. K t qu h p ph crom 120 110.71 Hàm lư ng Crom h p ph lên 1 g chitosan 40 37.8 h ê g ito n H mlư n C o h pp tr n1 ch sa 35 100 30 80 25 Than b c chitosan 64.89 Than b c chitosan (m ) (mg) g Diatomite b c chitosan 60 Diatomit b c chitosan 20 g rm Xơ d a b c chitosan Xơ d a b c chitosan 15 12.23 40 37.80 10 8.35 20 14.52 16.36 à 5 8.35 0 0 1 3 5 7 9 5 20 50 80 95 100 N ng ñ Crom ban ñ u (mg/l) pH Hình 3.21. Đ th bi u di n hàm lư ng crom h p ph trên 1g chitosan Hình 3.23. Đ th bi u di n hàm lư ng crom h p ph trên 1g chitosan b c trên v t li u h p ph khi thay ñ i pH. b c trên v t li u h p ph khi thay ñ i n ng ñ c a crom ban ñ u 3.5.3. nh hư ng c a n ng ñ kim lo i ban ñ u ñ n kh năng trong dung d ch chu n. h p ph c a v t li u h p ph 3.5.4. nh hư ng c a th i gian h p ph ñ n kh năng h p ph Tôi ti n hành 6 thí nghi m ngâm v t li u h p ph vào dung c a v t li u h p ph : d ch chu n v i các dung d ch chu n có các kho ng n ng ñ c a kim Tôi ti n hành 6 thí nghi m ngâm v t li u h p ph vào dung lo i crom và s t thay ñ i: 5 mg/l, 20 mg/l, 50 mg/l, 80 mg/l, 95 mg/l, d ch chu n v i kho ng th i gian h p ph thay ñ i: 3h, 6h, 9h, 15h, 100 mg/l; còn c ñ nh các thông s : pH = 1; th i gian h p ph 15h; 24h, 36h; còn c ñ nh các thông s : pH = 1; n ng ñ c a s t và crom th tích dung d ch chu n cho h p ph : 0,1lít. ban ñ u trong dung d ch chu n là 20 mg/l; th tích dung d ch chu n 3.5.3.1. K t qu h p ph s t cho h p ph : 0,1lít. Tôi s d ng ch m t m u c a m i lo i v t li u h p ph ñ ti n hành thí nghi m. 120 itosan 98.21 100 H mlư n s t h pp trên1 g ch 80 3.5.4.1. K t qu h p ph s t 70.21 Than b c chitosan 120 g) h (m 60 Diatomite b c chitosan % t b lo i k i d n dc c u nb nñ u Xơ d a b c chitosan 100 a 40 33.20 g h ug h h 80 19.09 19.36 19.79 20 Than b c chitosan à 60 Diatomit b c chitosan Xơ d a b c chitosan 0 5 20 50 80 95 100 40 N ng ñ s t ban ñ u (mg/l) 20 s 0 Hình 3.22. Đ th bi u di n hàm lư ng s t h p ph trên 1g chitosan 0 5 10 15 20 Th i gian (h) 25 30 35 40 b c trên v t li u h p ph khi thay ñ i n ng ñ c a s t ban ñ u trong Hình 3.24. Đ th bi u di n nh hư ng c a th i gian h p ph ñ n quá dung d ch chu n. trình h p ph s t.
23 24 3.5.4.2. K t qu h p ph crom c a v t li u h p ph . V i các m u nư c th i l y ngày 29/12, lư ng nư c th i ñ m i lo i v t li u x lý là 150 ml 120 m i m u. Còn các % r mb lo i k i d n dchb nñ u 100 m u nư c th i l y ngày 18/1, lư ng nư c th i ñ m i lo i v t li u x a 80 h ug 60 Than b c chitosan Diatomit b c chitosan lý là 100 ml m i m u. Các ñi u ki n ti n hành thí nghi m: pH 1, Xơ d a b c chitosan 40 th i gian h p ph 15h. Quá trình h p ph ñư c th c hi n b ng cách Co 20 ngâm v t li u h p ph vào dung d ch nư c th i. 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 120 Th i gian (h) % Fe và % Cr b lo i b kh i dung d ch 100 97.12 91.32 93.39 86.49 84.66 Hình 3.25. Đ th bi u di n nh hư ng c a th i gian h p ph ñ n quá 80 Hi u su t quá trình h p ph s t 60 Hi u su t quá trình h p ph crom trình h p ph crom 40 3.6. TH NGHI M S D NG V T LI U H P PH X LÝ 20 NƯ C TH I C A NHÀ MÁY CƠ KHÍ M NH M LO I B 0 MD1 MD2 MD3 MD4 MX1 MX2 MX3 M u KIM LO I S T VÀ CROM: Nư c th i mà tôi s d ng trong ph n nghiên c u này ñư c Hình 3.26. K t qu x lý nư c th i c a nhà máy cơ khí m b ng các l y t i nhà máy cơ khí m , phư ng Hòa Minh, qu n Liên Chi u, v t li u diatomite b c chitosan và xơ d a b c chitosan. thành ph Đà N ng. K t qu h p ph cho th y, gi a 2 lo i v t li u h p ph dùng K t qu phân tích m u nư c th i ban ñ u c a nhà máy (m u ñ x lý nư c th i c a nhà máy cơ khí m , v t li u diatomite b c l y ngày 29/12/2010 và ngày 18/1/2011) ñư c li t kê b ng sau: chitosan h p ph s t và crom t t hơn so v i xơ d a b c chitosan. B ng 3.7. K t qu phân tích m u nư c th i ban ñ u: Lư ng s t và crom b lo i b b ng v t li u diatomite b c chitosan ñ t Ch tiêu phân tích Fe t ng s (mg/l) Cr t ng s (mg/l) ñư c cao nh t 2 m u MD3 và MD4. Lư ng s t b lo i b lên ñ n trên M u ngày 29/12 107 44,9 90%, còn lư ng crom b lo i b là trên 80%. Nh ng m u còn l i hàm M u ngày 18/01 83,2 29,6 lư ng s t b lo i b trên 60%, ch có m u MX3 c a v t li u h p ph là ph n th nghi m x lý nư c th i c a nhà máy cơ khí m xơ d a b c chitosan có hàm lư ng s t b lo i b ñ t trên 90%, còn này, tôi s s d ng 2 lo i v t li u là xơ d a b c chitosan và diatomite ñ i v i crom thì ph n trăm crom b lo i b có th p hơn. M t khác, b c chitosan ñ th c hi n quá trình h p ph . th tích m u nư c th i ñem ñi x lý gi m thì hi u qu x lý cũng s Đ v a x lý ñư c ñ ng th i c crom và s t, tôi ch n lư ng ñ t ñư c cao hơn, c th , các m u ngày 18/1 có hi u su t quá trình chitosan m i v t li u h p ph dùng x lý 1 m u nư c th i kho ng h p ph s t và crom cao hơn so v i các m u c a ngày 29/12 ñ i v i g n 1g, thay ñ i th tích m u nư c th i ñ xem xét kh năng h p ph c v t li u h p ph là diatomite b c chitosan va xơ d a b c chitosan.
25 26 K T LU N VÀ KI N NGH 3. Nghiên c u c i thi n các tính năng c a v t li u h p ph t K T LU N chitosan ñã s n xu t ñư c ñ nâng cao hi u qu x lý kim lo i n ng Qua quá trình nghiên c u và ti n hành th c nghi m, tôi ñã có trong ngu n nư c th i c a nhà máy cơ khí m . rút ra ñư c m t s k t lu n như sau: 1. Đã thu nh n ñư c thành ph m chitosan thô t nguyên li u v tôm v i phương pháp s n xu t chitosan theo hai bư c x lý ki m. 2. Nghiên c u thành công vi c ph màng chitosan lên ba lo i v t li u xơ d a, diatomite và than g . Các v t li u ph chitosan này có th s d ng ñ x lý kim lo i trong môi trư ng nư c. 3. Kh o sát kh năng làm gi m hàm lư ng s t và crom trong môi trư ng nư c v i các v t li u ph màng chitosan. 4. Đã kh o sát ñư c m t s y ut nh hư ng như pH, n ng ñ kim lo i ban ñ u, th i gian h p ph ñ n quá trình h p ph s t và crom s d ng v t li u h p ph ñã ch t o ñư c. 5. Dùng hai v t li u h p ph ñã ch t o ñư c là xơ d a b c chitosan và diatomite b c chitosan ñ th nghi m x lý nư c th i c a nhà máy cơ khí m . Hi u su t h p ph ñ t kho ng trên 50% ñ i v i c hai quá trình h p ph crom và s t. KI N NGH 1. Nghiên c u thêm v các ñi u ki n nh hư ng ñ n quá trình t o màng c a chitosan lên các ch t mang nh m nâng cao hi u qu t o màng chitosan lên ch t mang. Nghiên c u c i thi n thêm m t s ñ c ñi m c a màng chitosan, nh m làm tăng hi u qu h p ph c a v t li u h p ph t chitosan. 2. Nghiên c u thêm m t s y u t n a nh hư ng ñ n quá trình h p ph s t và crom lên v t li u h p ph t o ra t chitosan.