Tóm tắt Luận án tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát khả năng diệt khuẩn của oligome trên cơ sở guanidin trong xử lý nước nhiễm khuẩn

Chia sẻ: Phong Tỉ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

31
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích cơ bản của luận án này là tổng hợp thành công cũng như làm rõ được cơ sở khoa học và điều kiện tổng hợp oligome diệt khuẩn trên cơ sở guanidin. Đánh giá được hiệu quả, hả năng diệt khuẩn của oligome guanidin tổng hợp trong xử lý nước nhiễm khuẩn

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát khả năng diệt khuẩn của oligome trên cơ sở guanidin trong xử lý nước nhiễm khuẩn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ ------------------------------------- NGUYỄN VIỆT HƯNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG DIỆT KHUẨN CỦA OLIGOME TRÊN CƠ SỞ GUANIDIN TRONG XỬ LÝ NƯỚC NHIỄM KHUẨN Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số: 944 01 14 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC HÀ NỘI – 2019
Công trình được hoàn thành tại Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TS Nguyễn Việt Bắc 2. PGS.TS Trần Văn Chung Phản biện 1: GS.TS Vũ Thị Thu Hà Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam Phản biện 2: PSG.TS Chu Chiến Hữu Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự Phản biện 3: PSG.TS Đồng Kim Loan Đại học Khoa học Tự nhiên/Đại học quốc gia Hà Nội Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sỹ cấp Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự họp tại Viện KH-CN quân sự, BQP vào hồi giờ ngày tháng năm 2019. Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự
1 GIỚI THIỆU LUẬN ÁN 1. Tính cấp thiết của luận án Vấn đ vệ sinh môi trường đ và đang được hội đ c biệt quan tâm o liên quan trực tiếp đến s c h con người và sinh thái môi trường ự ô nhi m nguồn nước o nước thải c a các nhà má và nước thải sinh hoạt ch a các vi sinh vật gâ bệnh là ngu ên nhân ch nh gâ ra các ch gâ bệnh, ảnh hư ng đến s c h con người. Hiện na , người ta ch ếu ùng các chất iệt huẩn tru n thống như: Các muối h poclorit, h clo, cloramin B… Tu nhiên, các chất iệt huẩn nà thường phải sử ụng với hàm lượng lớn, hi hử trùng nước sinh ra các hợp chất ch a clo có hại trực tiếp đến s c h c a người và sinh vật sử ụng nguồn nước đó [2], [4]. Vì vậ , các sản phẩm iệt huẩn mới, có hiệu lực iệt huẩn cao, t độc hại, hông tạo ra các sản phẩm phụ ngu hi m trong quá trình ử l , sử ụng và thân thiện với môi trường đ và đang là mục tiêu nghiên c u c a nhi u đ n v trong và ngoài nước. Có ba loại siêu phân tử háng huẩn đang được nghiên c u nhi u gần đâ , bao gồm p pti omim tic háng huẩn, pol m và oligom háng huẩn amphiphilic và các loại pol m sinh học hông ion [51] Trong đó, Oligome hexametylen guanidin hydroclorit (OHMG HCl) là một loại pol m cation đang được nghiên c u, áp ụng làm chất iệt huẩn trong tế và công nghiệp, o có ph iệt huẩn rộng, nồng độ sử ụng thấp và hoạt t nh iệt huẩn cao Việc nghiên c u t ng hợp oligom iệt huẩn trên c s hợp chất guani in đ bắt đầu được nghiên c u Tu nhiên, chưa có công bố nào v phư ng pháp, đi u iện t ng hợp oligom iệt huẩn cũng như ng ụng c a các hợp trên c s hợp chất guani in nà Đâ ch nh là các căn c đ nghiên c u sinh lựa chọn và đ uất đ tài luận án “Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát khả năng diệt khuẩn của oligome trên cơ sở guanidin trong xử lý nước nhiễm khuẩn”. 2. Mục tiêu của luận án + T ng hợp thành công cũng như làm rõ được c s hoa học v đi u iện t ng hợp oligome iệt huẩn trên c s guanidin. + Đánh giá được hiệu quả, hả năng iệt huẩn c a oligom guanidin t ng hợp trong ử l nước nhi m huẩn 3. Nội dung nghiên cứu chính của luận án + T ng quan tài liệu v : Các nguồn nước nhi m huẩn, các phư ng pháp, hóa chất iệt huẩn ph biến; Tình hình nghiên c u ng ụng, phư ng pháp t ng hợp chất iệt huẩn trên c s guani in + Nghiên c u làm rõ các vấn đ liên quan đến c chế t ng hợp cũng như phư ng pháp và các đi u iện t ng hợp oligom iệt huẩn trên c s guani in, nhằm thu được sản phẩm có hiệu suất cao, có hối lượng phân tử phù hợp cho mục đ ch ử l nước nhi m huẩn
2 + Nghiên c u đánh giá hả năng iệt huẩn c a oligom t ng hợp trong ử l nước nhi m huẩn + Nghiên c u so sánh hiệu quả iệt huẩn và t nh thân thiện môi trường c a oligom t ng hợp và chất iệt huẩn trên c s hợp chất c a clo 4. Ý nghĩa khoa học của Luận án + Chế tạo thành công và làm rõ được c chế, c s hoa học v đi u iện c a phản ng t ng hợp oligom iệt huẩn trên c s hợp chất c a guani in + Kết quả nghiên c u đánh giá hả năng iệt huẩn c a oligom t ng hợp trong ử l các nguồn nước nhi m huẩn, cho thấ t nh hiệu quả và thân thiện môi trường so với các chất iệt huẩn trên c s hợp chất clo Kết quả c a luận án góp phần đa ạng hóa các sản phẩm iệt huẩn sử ụng trong ử l nước thải nhi m huẩn đi u iện thực ti n c a Việt Nam 5. Bố cục của luận án Luận án có 124 trang bao gồm: M đầu: 3 trang; Chư ng 1 T ng quan: 33 trang; Chư ng 2 Đối tượng và phư ng pháp nghiên c u: 13 trang; Chư ng 3 Kết quả và thảo luận: 45 trang; Kết luận: 2 trang; Danh mục công trình khoa học c a tác giả liên quan đến luận án: 1 trang; Tài liệu tham khảo: 13 trang (105 tài liệu). CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Các nguồn nước thải nhiễm khuẩn Nguồn gâ ô nhi m sinh học, nhi m huẩn đối với môi trường nước ch ếu là nước thải sinh hoạt, nước thải các bệnh viện, ác sinh vật và phân rác .. Các công nghệ ử l nước thải nhi m huẩn ph biến hiện na gồm có: công nghệ phản ng sinh học th o mẻ ( BR); công nghệ ùng lọc màng sinh học (MBR); công nghệ giá th sinh học chu n động (MBBR); công nghệ ử l sinh học liên tục ùng nhi u hệ vi sinh vật hác nhau (AAO: Thiếu h , ếm h , hiếu h ) Ngu ên tắc ch nh là áp ụng phư ng pháp ử l nước thải bằng phư ng pháp sinh học ết hợp với phư ng pháp vật l [11]. [14]. 1.2. Các phương pháp khử trùng nước thải nhiễm khuẩn Các biện pháp, phư ng pháp iệt huẩn cho nước thải khác nhau có th đến như: Phư ng pháp hóa học (sử ụng một số chất o hóa mạnh như: clo và các hợp chất c a nó, ozon…); Phư ng pháp vật l (sử ụng tia UV) và một số phư ng pháp hác ( hử trùng bằng nhiệt, siêu âm, hử bằng ion bạc…) 1.3. Polyme và oligome diệt khuẩn trên cơ sở hợp chất guanidin Oligom iệt huẩn trên c s guani in cụ th là oligo (hexametylen) guanidin hydroclorit - OHMG.HCl, danh pháp theo IUPAC là polyhexametylen guanidin hydroclorit (PHMG) Oligo(h am t l n) guani in h roclorit thường tồn tại ạng bột màu trắng ho c h i vàng; tan tốt trong nước, ancol, gl col, t Với hả năng iệt
3 huẩn hàm lượng thấp, hông độc, hông mùi; và thời gian bảo quản lâu, OHMG HCl đ và đang được sử ụng rộng r i làm chất iệt huẩn gia đình, bệnh viện, làm sạch môi trường nước nhi u nước trên thế giới [41-42], [54], [104]. - Hiệu quả iệt huẩn c a phân tử OHMG HCl ựa trên các điện t ch ư ng c a nhóm guani in nằm trong mỗi monom C chế c a tác động đó là: ự hấp phụ các điện t ch âm trên thành tế bào vi huẩn thu h t các ion +N t ch điện ư ng c a phân tử OHMG HCl, tha đ i áp suất thẩm thấu làm phá vỡ màng tế bào - OHMG.HCl được t ng hợp từ guanidin hydrochlorit (GHC) và hexametylen diamin (HMDA) trạng thái nóng chả Đâ là phản ng trùng ngưng, ả ra th o c chế cộng nucleofin (AN) như trình bà hình 1 1 Hình 1.1: Phản ứng tổng hợp OHMG.HCl mạch thẳng dùng HMDA Nhận xét chung: Qua t ng quan công nghệ, phư ng pháp và ngu ên liệu đ t ng hợp chất iệt huẩn OHMG.HCl, nếu thực hiện trong đi u iện c a nước ta cho thấ có t nh hả thi cao Vì vậ , nghiên c u, chế tạo OHMG HCl và ng ụng vào lĩnh vực ử l nước, nước thải nhằm tạo ra một loại sản phẩm iệt huẩn cao, ph iệt huẩn rộng là mục tiêu nghiên c u c a luận án CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu - Các monome đ t ng hợp ra oligome iệt huẩn trên c s guani in, cụ th là OHMG.HCl. - Các loại vi khuẩn gram (-) Coliform và E.coli, nấm mốc đ đánh giá hả năng iệt huẩn c a sản phẩm oligom t ng hợp được - Các nguồn nước b nhi m huẩn như: Nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nước thải lò m đ đánh giá hiệu quả hả năng iệt huẩn c a sản phẩm t ng hợp được. 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị * Hóa chất: Guanidin hydroclorit: ở dạng tinh thể màu trắng có công thức cấu tạo H2NC(=NH)NH2.HCl, khối lượng phân tử 95,53 g/mol, độ tinh khiết ≥ 99,0 % (Merck, Đức); Hexametylen diamin: dạng tinh thể mầu trắng, háo nước và bốc khói ngoài không khí, có công thức cấu tạo H2N-(CH2)6-NH2, khối lượng phân tử 116,21 g/mol độ tinh khiết ≥ 99,0 % (Merck, Đức); Cloramin B: dạng rắn (C5H5SO2NClNa.3H2O), hàm lượng clo hoạt động ≥ 25 %, hàm lượng NaOH ≤ 0,8 % (Bochemie, Séc); Agar, pepton, Lactoza, K2HPO4, Na2SO3, Frucsin ki m; Các ch ng vi sinh vật: Bacillus subtilis, E.
4 coli, Coliform, nấm mốc; Môi trường nuôi cấy vi sinh vật: canh thang thường, LB và Hansen; Ống chuẩn NaOH 1N: ống nhựa, khối lượng riêng 1,03 g/cm3, pH=14 (H2O, 20 o C), (Merck, Đức); Ống chuẩn HCl 1N: ống nhựa, khối lượng riêng 1,03 g/cm3, pH
5 2.2.4.1. Khả năng hòa tan của sản phẩm 2.2.4.2. Các phương pháp đánh giá khả năng diệt khuẩn + Phư ng pháp huếch tán đĩa + Phư ng pháp ác đ nh chỉ số nồng độ háng huẩn tối thi u (MIC) + Phư ng pháp ác đ nh chỉ số thời gian tiêu iệt vi huẩn qua MBC 2.2.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng diệt khuẩn của OHMG.HCl đối với nước thải nhiễm khuẩn Mẫu nước nhi m huẩn được lấ th o tiêu chuẩn TCVN 6663-1:2011, bảo quản, lưu giữ th o TCVN 6663-3:200 và được phân t ch, ác đ nh chất lượng trước và sau ử l th o các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành áp ụng cho ử l nước thải. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả nghiên cứu tổng hợp oligome OHMG.HCl 3.1.1. Nghiên cứu khảo sát khả năng tổng hợp OHMG.HCl bằng phương pháp trùng ngưng nóng chảy 3.1.1.1. Khảo sát khả năng tổng hợp OHMG.HCl Bảng 3.1: Kết quả đo phổ hồng ngoại của quá trình tổng hợp OHMG.HCl Nhóm chức, Pic hấp thụ hồng ngoại (cm-1) liên kết GHC HMDA OHMG.HCl tổng hợp ν (NH) 3401,16 3460,28 3309,79; 3176,76 ν (C=N) 1642,80 - 1651,49 δ (NH) 1534,95 1561,25 1435,50 ν (C-N) 1009,31 1328,30 1354,94 ν (Cl-Cl) 517,93 - 676,70 Bảng 3.1 chỉ ra sự biến đ i các pic đ c trưng c a guanidin hydroclorit (hình 3.1) và hexametylen diamin (hình 3.2) tạo thành sản phẩm OHMG HCl (hình 3.3). Kết quả nà đ ch ng minh sự chuy n hóa c a các chất tham gia trong phản ng trùng ngưng tạo thành OHMG.HCl. Hình 3.1: Phổ hồng ngoại của GHC Hình 3.2: Phổ hồng ngoại của HMDA
6 Hình 3.4: Phổ 1H-NMR Hình 3.3: Phổ hồng ngoại của OHMG.HCl tổng hợp của OHMG.HCl Ph cộng hư ng từ hạt nhân (1H-NMR) c a OHMG.HCl t ng hợp được (hình 3.4) cho thấy: pic δ = 7,49 ppm (1H, J = 7,789 Hz) - ng với nhóm – NH-C(NH)-NH-; pic δ = 3,39 ppm (1H, J = 3,371 Hz) - ng với nhóm – CH2-NH-; pic δ = 1,81 ppm (2H, J = 1,996 Hz) - ng với nhóm (- CH2-)n, đ chỉ ra sự hình thành c a OHMG.HCl trong sản phẩm t ng hợp, tư ng tự như ết quả nghiên c u c a Martin Albert và các cộng sự [70]. Các ết quả nghiên c u hảo sát trên đ ch ng minh được OHMG HCl có th t ng hợp từ GHC và HMDA bằng phư ng pháp trùng ngưng nóng chảy. 3.1.1.2. Khảo sát sự phụ thuộc của khối lượng phân tử đến các tính chất cơ bản của OHMG.HCl Bảng 3.2: Khối lượng phân tử OHMG.HCl thu được trong nghiên cứu Mẫu thí nghiệm 1 2 3 4 5 6 7 o Nhiệt ộ phản ứng ( C) 120 130 140 150 160 170 180 Khối lượngphân tử 235 281 359 409 486 526 778 trung bình MW (g/mol) Hiệu suất phản ứng (%) 30 39 51 60 75 90 98 Kết quả bảng 3 2 cho thấ , hối lượng phân tử OHMG HCl t ng hợp phụ thuộc rõ rệt vào nhiệt độ phản ng Khi nhiệt độ tăng thì quá trình oligom hóa tăng, hiệu suất phản ng tăng, ẫn đến hối lượng phân tử c a sản phẩm phản ng tăng th o * Ảnh hưởng của Mw đến độ nhớt nội của dung dịch OHMG.HCl Bảng 3.3: Quan hệ của khối lượng phân tử đến độ nhớt nội của dung dịch OHMG.HCl thu được trong nghiên cứu Mẫu thí nghiệm 1 2 3 4 5 6 7 Khối lượngphân tử 235 281 359 409 486 526 778 trung bình MW (g/mol) Độ nhớt nội (dl/g) 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,009 0,012
7 800 Kết quả cho thấ , độ nhớt nội c a ung ch OHMG HCl Khèi l-îng ph©n tö trung b×nh (g/mol) 700 tăng th o sự tăng c a hối lượng 600 phân tử ự tha đ i độ nhớt ả 500 ra o tha đ i ch thước phân tử OHMG HCl Dẫn đến hi 400 OHMG HCl có hối lượng phân 300 tử lớn quá, sẽ làm ảnh hư ng 200 đến t nh linh động cấu tr c phân tử và t nh tan c a oligom 2 4 6 8 10 12 -3 §é nhít néi dung dÞch OHMG.HCl (dl/g.10 ) Hình 3.5: Đồ thị quan hệ Mw đến độ nhớt nội của dung dịch OHMG.HCl * Ảnh hưởng của khối lượng phân tử trung bình đến độ tan của OHMG.HCl trong các dung môi khác nhau Bảng 3.4: Ảnh hưởng của khối lượng phân tử đến độ tan của OHMG.HCl Khối lượng phân tử Độ tan (g/100 g dung môi) Mẫu trung bình MW thử Nước Etanol Axeton (g/mol) 1 235 190 120 < 0,01 2 281 181 110 < 0,01 3 359 174 101 < 0,01 4 409 166 95 < 0,01 5 486 158 81 < 0,01 6 526 151 74 < 0,01 7 778 125 51 < 0,01 Kết quả bảng 3 4, chỉ ra OHMG HCl tan hạn chế trong ung môi không phân cực, tan tốt trong ung môi phân cực Nhưng hi hối lượng phân tử tăng, thì độ tan c a oligom trong nước và tanol là giảm đi rõ rệt Cụ th , hi Mw ưới 350 g/mol, thì độ tan c a OHMG HCl là trên 100 g trong cả 2 ung môi Khi Mw hoảng 500 g/mol, thì độ tan c a OHMG HCl trong nước là 150 g, còn trong tanol là ưới 75 g Khi Mw gần 00 g/mol, thì độ tan c a OHMG HCl giảm đi rất nhi u, trong nước là 125 g, còn trong tanol là 51 g Cho thấ , cần lựa chọn được đi u iện tối ưu đ t ng hợp ra sản phẩm có hả năng hòa tan trong nước cao, hi muốn sử ụng làm chất iệt huẩn trong công nghệ hử trùng nước thải * Ảnh hưởng của khối lượng phân tử đến khả năng diệt khuẩn E. Coli của OHMG.HCl Kết quả bảng 3 5 cho thấ , hiệu quả iệt huẩn E. coli tốt nhất tư ng ng với hối lượng phân tử c a OHMG HCl đạt từ 500 g/mol tr lên.
8 Bảng 3.5: Ảnh hưởng của khối lượng phân tử trung bình đến khả năng diệt khuẩn E. coli của OHMG.HCl (đường kính òng kháng khuẩn - mm) Vi khuẩn Khối lượng phân tử OHMG.HCl tổng hợp thử nghiệm Mẫu trắng 359 409 486 526 778 E. coli 0 mm 2,1 mm 2,6 mm 2,8 mm 3,5 mm 3,0 mm 3.1.2. Nghiên cứu và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp OHMG.HCl ở quy mô 150 g/mẻ 3.1.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng Thực hiện phản ng th o các đi u iện: t lệ mol [HMDA]: [GHC] = 1:1 (Cụ th , cân lần lượt 100 g HMDA và 2,2 g GHC cho vào hệ phản ng); thời gian phản ng = 5 giờ Khảo sát ảnh hư ng c a nhiệt độ phản ng đến hối lượng phân tử trung bình c a OHMG.HCl trong ải 120 o C - 180 oC Kết quả thu được bảng 3 6 và th hiện trên đồ th hình 3.6. Bảng 3.6: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến khối lượng phân tử Mẫu thí nghiệm 1 2 3 4 5 6 7 o Nhiệt ộ phản ứng ( C) 120 130 140 150 160 170 180 Khối lượngphân tử 235 281 359 409 486 526 778 trung bình MW (g/mol) Hiệu suất phản ứng (%) 30 39 51 60 75 90 98 Khèi l-îng ph©n tö trung b×nh HiÖu suÊt ph¶n øng Kết quả hảo sát cho thấ , Khèi l-îng ph©n tö trung b×nh MW (g/mol) 100 hối lượng phân tử trung bình c a 800 OHMG.HCl tạo thành phụ thuộc rõ HiÖu suÊt ph¶n øng (%) rệt vào nhiệt độ thực hiện phản ng. 80 600 Các ết quả nghiên c u trước đ chỉ 400 60 ra [46 , hiệu quả iệt huẩn đạt cao nhất ng với hối lượng phân tử 40 trung bình c a OHMG HCl từ 500 - 200 650 g/mol Trên c s nà , có th 120 130 140 150 160 170 180 20 ác đ nh được nhiệt độ tối ưu đ NhiÖt ®é ph¶n øng, (oC) t ng hợp OHMG HCl là 170 oC, khi Hình 3.6: Đồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ đó OHMG HCl tạo ra có Mw = 526 phản ứng tới Mw OHMG.HCl g/mol. 3.1.2.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng Bảng 3. : Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến khối lượng phân tử trung b nh của OHMG.HCl Thời gian phản ứng (giờ) 3 4 5 6 7 8 Khối lượng phân tử trung bình 408 485 526 680 784 973 MW (g/mol)
9 Kết quả hảo sát cho thấ , hối Khèi l-îng ph©n tö trung b×nh lượng phân tử trung bình c a Khèi l-îng ph©n tö trung b×nh (g/mol) 1000 OHMG.HCl tạo thành phụ thuộc và tăng ần th o thời gian thực hiện 800 phản ng Các ết quả nghiên c u trước [46], [70], [101] cho thấ , hiệu 600 quả iệt huẩn trong nước c a oligome đạt cao nhất ng với hối 400 lượng phân tử trung bình từ 500 - 650 g/mol. Từ ết quả hảo sát có th ác 2 4 6 8 Thêi gian ph¶n øng, giê đ nh được thời gian tối ưu đ t ng hợp OHMG.HCl là 5 giờ. Hình 3.7: Đồ thị ảnh hưởng của thời gian phản ứng tới Mw OHMG.HCl 3.1.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng các chất tham gia phản ứng Bảng 3.8: Ảnh hưởng của tỷ lệ các chất tham gia phản ứng đến khối lượng phân tử trung b nh của OHMG.HCl Tỷ lệ [HMDA]:[GHC] 1,0:1,0 1,0:1,05 1,0:1,1 1,0:1,15 1,0:1,2 1,0:1,3 Khối lượng phân tử 526 531 536 724 864 1013 trung bình MW (g/mol) 1100 Kết quả hảo sát cho thấ , hối 1000 lượng phân tử trung bình OHMG.HCl Khèi l-îng ph©n tö trung b×nh (g/mol) 900 t ng hợp tăng hi sử ụng ư hàm 800 lượng guani in h roclorit, tu nhiên 700 như đ ác đ nh hiệu quả iệt huẩn đạt cao nhất ng với hối lượng phân tử 600 trung bình c a OHMG HCl từ 500 - 650 g/mol ( o độ tan c a sản phẩm 500 400 trong nước), nên có th ác đ nh được 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 t lệ các chất tham gia phản ng tối ưu Tû lÖ [GHC]:[HDMA] [HMDA] : [GHC] = 1:1,1). Hình 3.8: Đồ thị ảnh hưởng của tỷ lệ [HMDA]: [GHC] đến Mw OHMG.HCl 3.2. Kết quả phân tích cấu trúc và tính chất của OHMG.HCl 3.2.1. Kết quả phân tích hóa lý của OHMG.HCl 3.2.1.1. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại Bảng 3.9 chỉ ra tư ng quan giữa các pic hấp thụ hồng ngoại và các nhóm ch c, liên kết trong OHMG.HCl t ng hợp tư ng ng với ph hồng ngoại sản phẩm nhập khẩu từ Liên bang Nga.
10 Bảng 3.9: Kết quả so pic phổ hồng ngoại của OHMG.HCl Nhóm chức, Pic hấp thụ hồng ngoại (cm-1 ) liên kết OHMG.HCl tổng hợp OHMG.HCl của Liên Bang Nga ν (NH) 3396,29; 3218,73 3365; 3230 ν (C=N) 1648,66 1650 δ (NH) 1456,52 1520 ν (C-N) 1097,31 1120 Cl-Cl 520,90 520 Hình 3.9: Phổ hồng ngoại Hình 3.10: Phổ hồng ngoại m u OHMG.HCl của Liên bang Nga của m u OHMG.HCl tổng hợp 3.2.1.2. Kết quả phân tích phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR và 13CNMR Hình 3.11: Phổ 1H-NMR Hình 3.12: Phổ 13C-NMR của m u OHMG.HCl tổng hợp của m u OHMG.HCl tổng hợp Kết quả thu được hình 3.11 cho thấ : độ d ch chuy n hóa học tại đỉnh 7,79 ppm (1H, J = 7,822 Hz) và 7,51 ppm (1H, J = 7,513 Hz) là c a hydro trong nhóm - NH - C(NH)-NH-; tại đỉnh 3,37 ppm (1H, J = 3,372 Hz) và đỉnh 3,15 ppm (1H, J = 3,154 Hz) là c a hydro trong nhóm - CH2-NH-, tại đỉnh pic 1,46 ppm (2H, J = 1,146 Hz) và đỉnh 1,31 ppm (1H, J = 1,31 Hz) là c a hydro thuộc nhóm (- CH2-)n.
11 Từ các kết quả phân tích cho công th c dự kiến c a sản phẩm như sau: Hình 3.13: Công thức cấu tạo (dự kiến) của OHMG.HCl tổng hợp Với công th c ựa iến như trên, ết quả sự qu gh p hoàn chỉnh các t n hiệu cộng hư ng trong ph 13CNMR c a OHMG HCl từ hình 3 13 được liệt ê trong bảng 3 10 như sau: Bảng 3.10: Kết quả quy ghép tín hiệu cộng hưởng trong phổ 13C NMR của OHMG.HCl Vị trí nguyên tử I II’ II III’ III IV IV’ Cacbon Độ dịch chuyển 25,46 28,24 39,78 40,53 40,71 155,81 157,03 hóa học (ppm) Kết quả cho thấ , thiếu cộng hư ng đ c trưng cho các chất đầu HMDA và GH tư ng ng 27 23 và 160 22 ppm ác nhận rằng ch ng đ b mất Các t n hiệu cộng hư ng trong ph 13CNMR được qu gh p cho các ngu ên tử C c a gốc h am t l n (I, II, và III) và cho các gốc nà hi nó đ ng cuối mạch (II' và III') chỉ ra ch ng ạng liên ết thẳng Pic cộng hư ng thuộc v các ngu ên tử C IV’ c a các gốc guani in một lần thế cũng nằm gần 156-159 ppm cùng với pic cộng hư ng ch nh c a ngu ên tử C IV Qua ph 1HNMR và 13CNMR, nhận thấ sự có m t c a ẫn uất ch nh trong sản phẩm là oligoh am t l nguani in h roclorit ạng mạch thẳng 3.2.1.3. Kết quả phân tích phổ khối lượng Hình 3.15: Phổ khối lượng của Hình 3.14: Phổ khối lượng của PHMG.HCl tổng hợp theo Dafu Wei OHMG.HCl tổng hợp và cộng sự [44] Kết quả ph hối lượng c a OHMG.HCl t ng hợp (Hình 3.14), được so sánh với kết quả nghiên c u c a Dafu Wei và cộng sự (Hình 3.15) [44], cho thấy:
12 + ng với các pic 159,1; 300,2; 442,4; 5 2,5; 723,6; 64, đ c trưng cho ph hối lượng c a OHMG HCl có cấu tr c mạch thẳng (loại A – [1+(141)n+16+1]). + ng với các pic 25 ,2; 399,3; 540,5; 6 1,6; 22,7; 963,9 đ c trưng cho ph hối lượng c a OHMG HCl có cấu tr c mạch thẳng (loại B – [100+(141)n+16+1]). Như vậy, so sánh với kết quả nghiên c u c a Dafu Wei và cộng sự, có th hẳng đ nh, OHMG.HCl do luận án t ng hợp được ch ếu ạng cấu tr c mạch thẳng thuộc loại A và B. 3.2.1.4. Kết quả phân tích phổ COSY, HSQC à xác định độ phân nhánh Kết quả phân tích ph COSY, HSQC c a OHMG.HCl t ng hợp được chỉ ra hình 3.16, hình 3.17 Hình 3.16: Phổ COSY Hình 3.17: Phổ HSQC của OHMG.HCl tổng hợp của OHMG.HCl tổng hợp Th o ết quả ph cộng hư ng từ hai Từ ph đồ hình 3 19, chỉ ra có liên chi u nà , chỉ ra OHMG HCl t ng hợp ết ngang N-H c a hi ro ngoài liên ết có 3 nhóm mạch cacbon ạng (R- CH2- C-H trong nhóm mạch (R- CH - 2 CH2CH2-NH2) và 1 nhóm ạng (- CH2- CH CH -NH ) và nhóm (- CH - CH CH - 3 2 2 2 2 2 CH2CH2-NH-CNH-NH2) trên một đường NH-CNH- NH ); có liên ết H-Cl qua 2 thẳng, 1 nhóm (R-CH2-CH3CH2-NH2) liên ết phối tr NH HCl trong phân tử hông cùng đường thẳng với 4 nhóm ia OHMG HCl t ng hợp Cho thấ có độ phân tán, phân nhánh trong phân tử OHMG HCl t ng hợp Từ các ết quả nghiên c u trên, có th ựng công th c phân tử như hình 3 1 sau:
13 Hình 3.18: Công thức phân tử OHMG.HCl t ng hợp 3.2.1.5. Kết quả xác định khối lượng phân tử trung bình bằng phương pháp sắc ký gel Trên giản đồ GPC uất hiện một đỉnh pic u nhất, cho thấ sản phẩm t ng hợp được hối lượng phân tử đồng nhất OHMG HCl t ng hợp được có hối lượng phân tử trung bình Mw: 521 g/mol, hối lượng phân tử số Mn: 4 7 Độ phân tán Mw/Mn = 1,07. Kết quả nà phù hợp với những ết quả đ Hình 3.19: Giản đồ sắc ký gel được nghiên c u phần trên của OHMG.HCl tổng hợp 3.2.1.6. Kết quả phân tích nhiệt Trên giản đồ (hình 3.20), đường DTG xuất hiện 3 đi m tha đ i khối lượng mẫu tại 120, 377,5 và 485,7 oC do quá trình mất nước và phân h y oxy hóa nhiệt mẫu OHMG.HCl nghiên c u. Cụ th , 120 oC do quá trình mất nước (OHMG.HCl có tính chất hút ẩm cao) và 377,5 oC do sự phân h y c a nhóm biguanit và 485,7 oC do sự phân h y liên kết cacbon trong mạch oligome. 9,89 % khối lượng còn lại là tro, kết quả c a sự polyme hóa nhiệt độ cao. Kết quả phân t ch TGA cũng chỉ ra, sản phẩm ít Hình 3.20: Giản đồ phân tích nhiệt b o hóa ưới tác dụng c a nhiệt độ của m u OHMG.HCl tổng hợp (b n phân h y nhiệt đến 330 oC)
14 3.2.2. Kết quả khảo sát hoạt tính diệt khuẩn của OHMG.HCl 3.2.2.1. Kết quả phương pháp khuếch tán trong sinh thạch Các ết quả thử nghiệm cho thấ , OHMG HCl có hả năng iệt vi sinh vật ng với các ch ng loại hác nhau bao gồm: vi huẩn gram (+), gram (-) và nấm m n Với phư ng pháp nà có th phần nào hẳng đ nh ph iệt huẩn c a Hình 3.21: òng kháng khuẩn sản phẩm OHMG HCl t ng của OHMG.HCl đối ới các chủng i khuẩn hợp được tư ng đối rộng. B.subtilis; E.coli; S. cerevisiae. Bảng 3.11: Kết quả thử nghiệm kháng khuẩn của OHMG.HCl (đường kính òng kháng khuẩn - mm) Chủng vi khuẩn Nồng ộ OHMG.HCl thử nghiệm (ppm) thử nghiệm Mẫu 5 10 50 100 trắng B. subtilis 0 0 1,5 4,5 9 E. coli 0 2 3 7 11 S. cerevisiae 0 4 6 8 15 3.2.2.2. Kết quả xác định chỉ số nồng độ kháng khuẩn tối thiểu (MIC) Bảng 3.12: Sự phát triển của E.coli theo nồng độ OHMC.HCl STT Nồng ộ Kết quả OHMG.HCl (ppm) 1 100 - 2 50 - 3 10 - 4 5 - 5 3 + 6 1 + Hình 3.22: Thử nghiệm nồng độ kháng khuẩn tối thiểu của sản phẩm OHMG.HCl Qua bảng 3.12, cho thấ , ng với nồng độ 5 ppm hông có sự phát tri n c a ch ng vi huẩn E.coli trong mẫu thử nghiệm u ra, chỉ số MIC c a OHMG HCl là 5 ppm. Cho thấ OHMG HCl có hoạt t nh iệt huẩn nga nồng độ rất nh
15 3.2.2.3. Kết quả xác định thời gian tiêu diệt vi khuẩn qua chỉ số MBC Bảng 3.13: Sự phát triển của i khuẩn E. coli theo phương pháp MBC STT Thời gian OHMG.HCl (phút) (5 ppm) 1 1 + 2 4 + 3 6 + 4 8 + 5 10 + 6 11 + 8 12 - 9 13 - Hình 3.23: Thử nghiệm thời gian 10 14 - diệt khuẩn của sản phẩm OHMG.HCl 11 15 - Từ kết quả khảo sát tại bảng 3.13, chỉ ra thời gian diệt khuẩn tối ưu là 12 ph t Cho thấy thời gian diệt khuẩn c a OHMG.HCl khá nhanh, với nồng độ thấp, ch ng t sản phẩm thu được có khả năng iệt khuẩn khá tốt. Như vậ , căn c vào các ết quả nghiên c u hảo sát trên, luận án đưa ra qu trình t ng hợp OHMG HCl sử ụng làm chất iệt huẩn trong ử l nước thải như sau: * Quy trình tổng hợp OHMG.HCl OHMG.HCl được t ng hợp trong thiết b phản ng có lắp má huấ , nhiệt ế, hệ thống hút chân không (loại NH3) và hệ thống thiết b hấp thụ NH3. Hexametylen diamin (được tinh chế lại bằng phư ng pháp chưng cất trực tiếp áp suất thấp) Thực hiện phản ng trùng ngưng nóng chả th o các chế độ sau: - T lệ các chất sử ụng cho phản ng là: [HMDA]: [GHC] = 1: 1,1 mol. - Nhiệt độ, thời gian: 1 giờ 100 oC, sau đó nâng nhiệt độ lên 170 oC và huấ liên tục trong 5 giờ thì ừng phản ng Tiến hành tinh chế, làm hô trong chân hông 60 oC đến hối lượng hông đ i, thu được sản phẩm OHMG.HCl có các t nh chất hóa l ỹ thuật c bản như sau. Bảng 3.14: Tính chất hóa lý của sản phẩm OHMG.HCl tổng hợp được. STT Ch tiêu Mức 1 Dạng b ngoài Chất rắn, ạng bột, màu trắng, hông mùi 2 Khối lượng phân tử (g/mol) 521 3 pH ( ung ch 1%) 6,8 - 7,0 4 T nh tan (g/100g dung môi) Nước (145), etanol (100), metanol (123), axeton (0,01) 5 Hoạt t nh iệt huẩn - Nồng độ tối thi u MIC (ppm) 5 - Thời gian tối thi u (ph t) 12
16 3.3. Đánh giá hoạt tính diệt khuẩn của OHMG.HCl tổng hợp ược trong xử lý nguồn nước nhiễm khuẩn 3.3.1. Kết quả xử lý nước thải sông Tô Lịch 3.3.1.1. Thành phần, tính chất nước thải sông Tô Lịch Bảng 3.15: Đặc tính của nước sông Tô Lịch STT Thông số Đơn vị Kết quả QCVN14-2008 (cột B) 1 pH 7-8 5-9 2 SS mg/l 103 100 o 3 BOD5 ( 20 C) mg/l 72 50 4 COD mg/l 93 - 5 TDS mg/l 320 1000 6 NO3- (theo N) mg/l 66.9 50 3- 7 PO4 (theo P) mg/l 26.4 10 3 8 T ng Coliform MPN/100ml 90.10 5.103 Th o ết quả phân t ch bảng 3 15 cho thấ : hầu hết các thông số đ c trưng cho sự ô nhi m BOD5; NO3-; PO43- đ u cao h n m c nước thải sinh hoạt th o QCVN 14:200 /BTNMT Trong đó, hàm lượng coliform t ng số cao h n gấp 1 lần so với tiêu chuẩn B qu đ nh v giá tr tối đa cho ph p c a các thông số ô nhi m nước thải sinh hoạt (QCVN 14:2008/BTNMT). 3.3.1.2. Khả năng diệt khuẩn của OHMG.HCl đối với nước sông Tô Lịch * Ảnh hưởng của nồng độ OHMG.HCl đến hiệu quả diệt khuẩn Thực hiện th nghiệm hảo sát th o mục 2 2 5 với các đi u iện: tốc độ huấ 250 vòng/ ph t, OHMG HCl nồng độ và thời gian hác nhau đến hiệu quả iệt huẩn Bảng 3.16: Ảnh hưởng của hàm lượng OHMG.HCl đến hiệu quả diệt khuẩn Nồng ộ Thời gian, phút Thông số OHMG.HCl 0 5 10 30 45 MPN/100ml 11860 11860 11860 11860 11860 Mẫu nước thải đầu vào  (%) 0 0 0 0 0 MPN/100ml 11860 8100 5600 5400 4800 1ppm  (%) 0 31,7 52,8 54,5 59,5 MPN/100ml 11860 6400 6240 5340 4200 5ppm  (%) 0 32,5 64,2 66,1 66,3 MPN/100ml 11860 6000 3800 2600 2400 10ppm  (%) 0 49,4 68,0 78,1 79,7 Qua kết quả phân tích Coliforom có trong nguồn nước sau khi xử lý cho thấy khả năng iệt khuẩn c a OHMG.HCl có tác dụng ngay hàm lượng 1 ppm. Ở hàm lượng 10 ppm, hiệu suất diệt khuẩn tăng phụ thuộc vào thời gian (49,6 % sau 5 ph t và đạt hiệu suất 79,7% sau 45 phút).
17 * Ảnh hưởng của tốc độ khuấy và thời gian đến khả năng diệt khuẩn Bảng 3.17: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy và thời gian đến khả năng diệt khuẩn Tốc ộ Thời gian, phút khuấy Thông số (Vòng/phút) 0 5 10 30 45 MPN/100ml 24000 10000 3200 2240 1800 250 v/ph  (%) 0 58,3 86,7 90,6 92,5 MPN/100ml 24000 13500 8200 6800 5620 150 v/ph  (%) 0 43,8 65,8 71,7 76,6 MPN/100ml 24000 15000 10800 8360 7500 80 v/ph  (%) 0 37,5 55 65,2 68,8 Kết quả khảo sát cho thấy, ng với tốc độ khuấy v = 250 vòng/ phút hiệu suất và thời gian diệt khuẩn E. coli đạt tối ưu tư ng ng là 92,5%, 45 phút (sau 10 phút xử lý ng với hiệu suất 6,7 % thì đạt QCVN -2008, cột B). Tốc độ khuấy cao, làm chất diệt khuẩn hòa tan nhanh và đồng đ u trong nước thải tạo đi u kiện cho chất diệt khuẩn tác dụng tiêu diệt vi khuẩn nhanh h n. * Ảnh hưởng của cặn lơ lửng đến thời gian diệt khuẩn Thực hiện phư ng pháp hảo sát th o mục 2 2 5 ưới các đi u iện: hàm lượng OHMG.HCl 5 ppm, tốc độ huấ 250 vòng/ phút. Bảng 3.18: Ảnh hưởng của cặn lơ lửng nước sông Tô Lịch đến hiệu quả diệt khuẩn Mẫu Thời gian, phút Thông số nước thải 0 2 5 10 30 Mẫu MPN/100ml 11000 6400 5800 4900 4200 không lọc  (%) 0 41,8 47,3 55,5 61,8 MPN/100ml 10000 100 40 20 20 Mẫu lọc  (%) 0 99,0 99,6 99,8 99,8 Kết quả trên bảng 3 1 cho thấ , hiệu quả iệt huẩn c a OHMG HCl t ng hợp đối với mẫu nước thải ch a c n rắn l lửng b hạn chế (hiệu suất chỉ đạt 62 - 65 % so với 99, % hi nước thải hông ch a chất rắn l lửng Do hàm lượng OHMG HCl b giảm (b hấp thụ b i c n rắn l lửng th o c chế t ch điện) nên hả năng iệt huẩn giảm
18 * Ảnh hưởng của pH đến khả năng diệt khuẩn của OHMG.HCl Bảng 3.19: Ảnh hưởng của pH đến khả năng diệt khuẩn của OHMG.HCl STT Kết quả sau xử lý bằng OHMG.HCl Ký hiệu mẫu Coliform E .coli (MPN/100ml) (MPN/100ml) 1 Mẫu đầu vào 17500 400 2 Mẫu pH =5 3100 145 3 Mẫu pH = 6 3000 85 4 Mẫu pH =7 2500 75 5 Mẫu pH = 8 2650 100 6 Mẫu pH =9 2730 80 Phư ng pháp thử TCVN 6187- 2:2009 3.3.2. Kết quả xử lý nước thải Bệnh viện Đa khoa Đức Giang 3.3.2.1. Thành phần, tính chất nước thải Bệnh viện Đa khoa Đức Giang Bảng 3.20: Đặc tính của nước thải Bệnh viện Đa khoa Đức Giang QCVN 28:2010/ STT Thông số Đơn vị Kết quả BTNMT (Cột B) 1 pH 9 6,5 - 8,5 o 2 BOD5 (20 C) mg/l 126 50 3 COD mg/l 241 100 4 Chất rắn l lửng (SS) mg/l 130 100 - 5 Nit t ng số (NO3 ) mg/l 25,5 10 6 Phốt phát (tính theo P) mg/l 15 10 7 Dầu mỡ động thực vật mg/l 60 20 3 8 T ng Coliform MPN/100ml 95.10 5.103 3.3.2.2. Khả năng diệt khuẩn của OHMG.HCl với nước thải thải Bệnh viện Đức Giang * Ảnh hưởng của nồng độ OHMG.HCl đến thời gian diệt khuẩn Bảng 3.21: Ảnh hưởng của nồng độ OHMG.HCl hiệu quả gian diệt khuẩn Nồng ộ Thời gian, phút Thông số OHMG.HCl 0 5 10 20 30 Mẫu nước MPN/100ml 12565 12565 12565 12565 12565 thải đầu vào  (%) 0 0 0 0 0 MPN/100ml 12565 8510 7440 5840 5210 1ppm  (%) 0 32,2 40,8 53,5 58,5 MPN/100ml 12565 7125 6240 4680 4150 5ppm  (%) 0 43,3 50,3 62,7 66,9 MPN/100ml 12565 6210 4100 3120 2650 10ppm  (%) 0 50,5 67,3 75,2 78,9