Preview Nghiên cứu chế tạo hạt chitosan cấu trúc xốp - ứng dụng làm vật liệu hấp phụ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM --------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài:

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HẠT CHITOSAN CẤU TRÚC XỐP - ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ

GVHD

: TS. Trần Quang Ngọc

Họ và tên : Võ Nhật Thăng MSSV

: 55133935

Lớp

: 55 Công nghệ hóa học

Nha Trang, tháng 6, năm 2017

LỜI CẢM ƠN Để luận văn này đạt kết quả tốt đẹp, tôi đã nhận được sự hỗ trợ, giúp đỡ của nhiều cơ quan, tổ chức, cá nhân. Với tình cảm sâu sắc, chân thành, cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả các cá nhân và cơ quan đã tạo điều kiện giúp đỡ trong quá trình học tập và nghiên cứu đề tài.

Trước hết tôi xin gởi tới các thầy cô khoa Công nghệ thực phẩm trường Đại học Nha Trang và các thầy cô Bộ môn Hóa lời chào trân trọng, lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn sâu sắc. Với sự quan tâm, dạy dỗ, chỉ bảo tận tình chu đáo của thầy cô, đến nay tôi đã có thể hoàn thành luận văn, đề tài: ”Nghiên cứu chế tạo hạt chitosan cấu trúc xốp - ứng dụng làm vật liệu hấp phụ”. Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo TS.Trần Quang Ngọc đã quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn tôi hoàn thành tốt luận văn này trong thời gian qua.

Chúng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến lãnh đạo Trường Đại học Nha Trang, Phòng thí nghiệm khu Công Nghệ Cao, các Khoa Phòng ban chức năng đã trực tiếp và gián tiếp giúp đỡ chúng tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài.

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một học viên, đồ án này không thể tránh được những thiếu sót. Tôi rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để tôi có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức của mình, phục vụ tốt hơn công tác thực tế sau này.

Xin chân thành cảm ơn!

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

MỤC LỤC MỤC LỤC ................................................................................................................. 3 CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU .............................................................................................. 9

N

1.1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................... 9

H

Ơ

1.2. Mục đích nghiên cứu ........................................................................................ 11

U Y

N

1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................... 11

TP

1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................... 11

ẠO

1.6. Bố cục đề tài ................................................................................................... 11

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN .................................................................................... 12

N

G

2.1. Tổng quan về chitosan ...................................................................................... 12

H Ư

2.1.1. Tổng quan về chitin – chitosan..................................................................... 12

TR ẦN

2.1.2. Cấu trúc hoá học của chitosan ...................................................................... 12 2.1.3. Tính chất vật lý của chitin/chitosan .............................................................. 13

10 00

B

2.1.4. Tính chất hoá học của chitin/chitosan ........................................................... 14 2.1.5. Tính chất sinh học chitin/chitosan ................................................................ 19

A

2.1.6. Một số ứng dụng chitosan ............................................................................ 19

H

Ó

2.17 Tổng quan về tình hình nghiên cứu ứng dụng của chitosan.............................. 23

-L

Í-

2.2. Tổng quan về vật liệu composite trên nền chitosan ............................................ 26

ÁN

2.2.1. Nanocompozit chitosan/nano kim loại. ......................................................... 26

TO

2.2.2. Ứng dụng trong chế tạo gốm y sinh. ............................................................. 29

ÀN

2.2.3. Ứng dụng trong hệ dẫn thuốc. ...................................................................... 30

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

.Q

1.4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ............................................................... 11

D

IỄ N

Đ

2.2.4. Ứng dụng trong liệu pháp nhiệt trị ung thư ................................................... 30 2.2.5. Ứng dụng trong hấp phụ kim loại nặng trong dung dịch ................................ 31 2.2.6. Ứng dụng trong chế tạo dung dịch/gel kháng khuẩn ...................................... 31

2.3. Tổng quan về vỏ trấu – tro trấu ......................................................................... 32 2.3.1. Giới thiệu.................................................................................................... 32 2.3.2. Thành phần của vỏ trấu ............................................................................... 32 2.3.3. Ứng dụng của vỏ trấu .................................................................................. 34

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 3

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

2.3.4. Thành phần của tro trấu ............................................................................... 35 2.3.5. Ứng dụng của tro trấu .................................................................................. 35 2.3.6. Sơ lược về Silica ......................................................................................... 37

N

2.4. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ .................................................................. 38

Ơ

2.4.1. Các khái niệm ............................................................................................. 39

N

H

2.4.2. Cân bằng hấp phụ......................................................................................... 40

TP

2.4.4. Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt ................................................................... 43

ẠO

2.4.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ ................................................. 47

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

2.4.6. Hấp phụ trong môi trường nước .................................................................... 47

N

G

2.5. Xanh Methylen ................................................................................................. 48

H Ư

2.5.1. Khái quát về Xanh methylen ......................................................................... 48

TR ẦN

2.5.2. Một số hướng nghiên cứu hấp phụ xanh methylen ......................................... 50 CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 52

10 00

B

3.1. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 52 3.2. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 52

Ó

A

3.2.1. Phương pháp thu thập số liệu ........................................................................ 52

Í-

H

3.2.2. Phương pháp phân tích trắc quang ................................................................ 52

-L

3.2.3. Phương pháp xử lý số liệu ............................................................................ 54

ÁN

3.2.4. Hóa chất và thiết bị ...................................................................................... 55

TO

3.2.5. Tổng hợp chitosan ........................................................................................ 55

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

.Q

U Y

2.4.3. Động học hấp phụ ........................................................................................ 42

D

IỄ N

Đ

ÀN

3.2.6. Tách Silica (SiO2) từ tro trấu ........................................................................ 57 3.2.7. Tổng hợp vật liệu hấp phụ từ chitosan và SiO2 .............................................. 60

CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................... 62 4.1. Tách Silica từ tro trấu ....................................................................................... 62 4.2. Tổng hợp vật liệu hấp phụ chitosan từ chitosan và SiO2 ..................................... 63 4.3. Khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen của chitosan ...................................... 64 4.3.1. Dựng đường chuẩn xanh metylen ................................................................. 64

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 4

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

4.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ xanh metylen của VLHP .......... 64 4.4. So sánh khả năng hấp phụ xanh metylen của VLHP (Chitosan) với Silica và Composite (Chitosan + SiO2) .............................................................................. 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 74

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

TP

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

.Q

U Y

N

H

Ơ

N

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 76

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 5

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1: Cấu trúc phân tử của chitin.......................................................................... 12 Hình 2.2: Cấu trúc phân tử của chitosan...................................................................... 12

Ơ

N

Hình 2.3: Sự tạo thành chitin từ chitosan .................................................................... 13

N

H

Hình 2.4: Cấu trúc phân tử chitosan trong không gian ................................................. 13

.Q

Hình 2.6: Thành phần hóa học của vỏ tôm .................................................................. 14

TP

Hình 2.7: Phổ IR của Chitin (A) và Chitosan (B) ......................................................... 15

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

Hình 2.8: Màng bao NOCC ........................................................................................ 21

G

Đ

Hình 2.9: Ứng dụng nanocomposite polyme/kim loại trong y sinh ............................... 27

H Ư

N

Hình 2.10: Vỏ trấu ..................................................................................................... 33

TR ẦN

Hình 2.11: Thạch anh alpha ....................................................................................... 39 Hình 2.12: Tridimit .................................................................................................... 39 Hình 2.13: Cristobalit ................................................................................................ 39

10 00

B

Hình 2.14: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir......................................................... 46 Hình 2.15: Sự phụ thuộc Cf/q vào Cf........................................................................... 46

H

Ó

A

Hình 2.16: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich ....................................................... 47

Í-

Hình 2.17: Sự phụ thuộc lg q vào lg Ccb ...................................................................... 47

ÁN

-L

Hình 2.18: Công thức hóa học của xanh methylen ...................................................... 49

TO

Hình 2.19: Dạng oxy hóa và khử của Xanh methylen .................................................. 49

ÀN

Hình 3.1: Phương trình thủy phân Protein ................................................................... 56

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

U Y

Hình 2.5: Hình thái tự nhiên của chitin, chitosan ......................................................... 14

Đ

Hình 3.2: Sơ đồ tổng hợp Chitosan ............................................................................. 57

D

IỄ N

Hình 3.3: Bột Silica (SiO2) thu được........................................................................... 58 Hình 3.4: Bột Silica (SiO2) thu được........................................................................... 58 Hình 3.5: Sơ đồ quy trình tổng hợp SiO2 ..................................................................... 59 Hình 3.6: Sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu hấp phụ .................................................... 60 Hình 3.7: Kết tủa được lọc, rửa bằng thiết bị lọc hút chân không ................................. 61

Hình 3.8: Vật liệu hấp phụ thu được ........................................................................... 61

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 6

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Hình 4.1: Đun khuấy tro trấu với NaOH ..................................................................... 62 Hình 4.2: Tro trấu sau khi đun .................................................................................... 62 Hình 4.3: Silica trước khi được sấy, nghiền................................................................. 62

N

Hình 4.4: Sản phẩm Silica thu được............................................................................ 62

H

Ơ

Hình 4.5: Hỗn hợp Chitosan và SiO2 .......................................................................... 63

N

Hình 4.6: Trung hòa bằng hỗn hợp bằng NaOH .......................................................... 63

TP

.Q

Hình 4.8: Vật liệu hấp phụ thu được ........................................................................... 63

ẠO

Hình 4.9: Đường chuẩn xác định nồng độ Xanh metylen ............................................. 64

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

Hình 4.10: Mối quan hệ của hiệu suất hấp phụ vào thời gian và VLHP ........................ 66

G

Hình 4.11: Mối quan hệ của hiệu suất hấp phụ vào pH của dd Xanh metylen ............... 67

H Ư

N

Hình 4.12: Mối quan hệ của hiệu suất hấp phụ vào nhiệt độ của dd Xanh metylen ........ 69

TR ẦN

Hình 4.13: Mối quan hệ của hiệu suất hấp phụ vào khối lượng VLHP .......................... 70 Hình 4.14: Mối quan hệ của hiệu suất hấp phụ vào nồng độ của dd Xanh metylen ........ 71

B

Hình 4.15: Đường đẳng nhiệt Langmuir đối với Xanh metylen .................................... 72

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

Hình 4.16: Sự phụ thuộc của C1/q vào C1 đối với Xanh metylen .................................. 72

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

U Y

Hình 4.7: Kết tủa được lọc rửa bằng nước cất ............................................................. 63

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 7

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Hàm lượng chitin trong vỏ một số loại giáp xác ở nước ta ............................ 21 Bảng 2.2: Thành phần hữu cơ của vở trấu ................................................................... 34

Ơ

N

Bảng 2.3: thành phần hóa học của vỏ trấu ................................................................... 34

N

H

Bảng 2.4: Các thành phần oxit có trong tro trấu........................................................... 35

U Y

Bảng 2.5: Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng ............................................. 44

TP

Bảng 4.2: Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Xanh metylen ................... 64

ẠO

Bảng 4.3: Ảnh hưởng của thời gian và VLHP đến độ hấp phụ đo được ........................ 65

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

Bảng 4.4: Ảnh hưởng của thời gian và VLHP đến nồng độ còn lại của MB .................. 65

N

G

Bảng 4.5: Ảnh hưởng của thời gian và VLHP đến hiệu suất hấp phụ ............................ 65

H Ư

Bảng 4.6: Ảnh hưởng của thời gian và VLHP đến dung lượng hấp phụ ........................ 66

TR ẦN

Bảng 4.7: Ảnh hưởng của pH dd MB đến hiệu suất và dung lượng hấp phụ ................. 67 Bảng 4.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ dd MB đến hiệu suất và dung lượng hấp phụ .......... 68

B

Bảng 4.9: Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến hiệu suất và dung lượng hấp phụ ...... 69

10 00

Bảng 4.10: Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu dd Xanh metylen đến hiệu suất hấp phụ

A

và dung lượng hấp phụ............................................................................................... 71

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

Bảng 4.11: Các thông số hấp phụ của VLHP và Silica ................................................ 73

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

.Q

Bảng 4.1: Các tỉ lệu giữa Chitosan và SiO2 để tạo ra vật liệu hấp phụ .......................... 63

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 8

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU 1.1. Lý do chọn đề tài Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành công nghệ chế biến thủy

Ơ

N

sản cũng phát triển vượt bậc và đóng góp một phần không nhỏ vào việc phát triển nền

N

H

kinh tế đất nước. Tuy nhiên, công nghệ chế biến thủy sản phát triển bên cạnh những

U Y

thuận lợi như chế biến ra các mặt hàng thủy sản có chất lượng cao, đảm bảo vệ sinh an

TP

phế liệu thủy sản thải ra rất nhiều làm ô nhiễm môi trường. Một trong những nguồn

ẠO

phế liệu thải ra là vỏ của các động vật giáp xác như tôm, cua, ghẹ... Nguồn phế liệu

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

này hiện nay chủ yếu dùng làm thức ăn chăn nuôi hay làm phân bón nên hiệu quả kinh

G

tế rất thấp. Mục tiêu đặt ra cho các nhà công nghệ là nghiên cứu để tận dụng tối đa

H Ư

N

những thành phần có trong phế liệu thủy sản nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế của

TR ẦN

chúng và tránh được ô nhiễm môi trường do chúng gây nên.

Trong các mặt hàng thủy sản có giá trị kinh tế thì các mặt hàng thủy sản đông lạnh từ giáp xác chiếm từ 70-80% công suất chế biến. Vì vậy, lượng phế liệu từ vỏ

10 00

B

giáp xác do các nhà máy thủy sản thải ra khá lớn khoảng 70.000 tấn/năm. Nguồn phế liệu này chứa một lượng lớn chitin-là nguyên liệu quan trọng cho công nghiệp sản xuất

A

chitosan và các sản phẩm có giá trị khác.[1]

H

Ó

Trong số các polyme sinh học, chitosan đã và đang thu hút sự quan tâm của các

Í-

nhà nghiên cứu. Chitosan là sản phẩm deacetyl hóa chitin, có nguồn gốc từ phế phẩm

-L

của ngành chế biến thủy hải sản, là polyme có hàm lượng đứng thứ 2 trong tự nhiên

ÁN

(sau xenlulo). Chitosan mang đầy đủ đặc trưng ưu việt của chitin như: có tính tương

TO

thích sinh học và không độc hại, có khả năng phân hủy sinh học, có tính hấp phụ

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

.Q

toàn thực phẩm phục vụ cho xuất khẩu và tiêu thụ trong nước còn có bất lợi là lượng

D

IỄ N

Đ

ÀN

cao.[2]

Trong những năm gần đây, cùng với việc tìm ra những ứng dụng mới của chitin,

chitosan và dẫn xuất, việc sản xuất và tiêu thụ các sản phẩm nguồn gốc chitin, chitosan không ngừng gia tăng. Bên cạnh việc hạn chế ô nhiễm từ vỏ động vật giáp xác, trong lĩnh vực môi trường, chitosan còn có thể được tận dụng làm vật liệu hấp phụ để loại bỏ các kim loại nặng và hợp chất ô nhiễm hữu cơ khác nhờ sự có mặt của các nhóm chức linh động amino và hydroxyl trong mạch phân tử của nó. Chitosan và một số dẫn xuất của nó có ái lực rất cao đối với các chất nhuộm phân tán và hoạt tính do nhóm amino

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 9

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

của nó dễ dàng bị cation hóa, từ đó hấp phụ mạnh các chất nhuộm anion có trong môi trường axit thông qua tương tác tĩnh điện.[10] Ngày nay với sự phát triển của thế giới về mọi mặt, đặc biệt trong lĩnh vực công nghiệp đã tạo ra ngày càng nhiều sản phẩm đáp ứng nhu cầu con người, nhưng mặc

N

trái của nó là thải ra môi trường nhiều chất thải độc hại. Trong số các dạng ô nhiễm

H

Ơ

môi trường, ô nhiễm môi trường nước đang là vấn đề nóng bỏng hiện nay. Chất gây ô

U Y

N

nhiễm có thể là các chất vô cơ hoặc các chất hữu cơ. Sự có mặt của các chất ô nhiễm

TP

.Q

dầu, sản xuất sợi, sơn, thuốc nhuộm… Các hợp chất hữu cơ như phenol, xanh metylen,

ẠO

alizarin red S thuộc loại phổ biến trong nước thải công nghiệp. Các hợp chất này có

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

độc tính cao đối với người và loài vật, bởi chúng khó bị phân hủy trong tự nhiên, dễ

G

Đ

hấp phụ qua da, đi vào trong cơ thể phát huy độc tính, tàn phá hủy hoại tế bào sống.

H Ư

N

Nghiên cứu để loại bỏ các hợp chất này và các hợp chất hữu cơ độc hại khác ra khỏi môi trường nước là góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Hiện nay, có nhiều

TR ẦN

phương pháp để tách loại xử lý chất hữu cơ trong nước: trao đổi ion, thẩm thấu ngược và màng, keo tụ và hấp phụ. Trong đó, phương pháp hấp phụ được sử dụng rộng rãi do

B

giá thành thấp và hiệu quả cao. Các vật liệu hấp phụ bao gồm các khoáng chất vô cơ:

10 00

đất sét, zeolile, đá ong, diatomite; các chất hữu cơ: chiti/chitosan, alginate; các oxit vô cơ: nano oxit sắt, nano oxit silic… Các nghiên cứu về tiềm kiếm, tổng hợp chất hấp

Ó

A

phụ để xử lý chất hữu cơ nói chung và phẩm nhuộm nói riêng đã và đang được nghiên

Í-

H

cứu nhiều trong nước cũng như ngoài nước

-L

Việc nghiên cứu kết hợp giữa các polyme tự nhiên và các oxit vô cơ cũng đã

ÁN

được chế tạo và ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực. Tuy nhiên các nghiên cứu

TO

này cũng cần mở rộng với các polyme khác. Vật liệu polyme compozite kết hợp oxit silic

ÀN

trên nền polyme chitosan hứa hẹn sẽ tăng cường ứng dụng của loại vật liệu này trong

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

này trong nước là do nguồn nước thải công nghiệp từ nhà máy khai thác mỏ, tinh lọc

nhiều lĩnh vực. Chính vì vậy mục tiêu là chế tạo vật liệu composite chứa oxit silic trên

D

IỄ N

Đ

nền chitosan nhằm kết hợp các tính chất quý báu riêng rẽ của các vật liệu thành phần, tạo ra hệ polyme composite đa chức năng có tiềm năng ứng dụng trong vật liệu hấp phụ. Được sự giúp đỡ của GVHD thầy Trần Quang Ngọc, em đã tiến hành thực hiện

đề tài: “Nghiên cứu chế tạo hạt Chitosan cấu trúc xốp – ứng dụng làm vật liệu hấp phụ”.

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 10

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

1.2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu ứng dụng chitosan trong vỏ tôm kết hợp với SiO2 trong tro trấu để chế tạo hạt chitosan có cấu trúc xốp. Khảo sát khả năng hấp phụ của hạt chitosan.

1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Ơ

N

Nghiên cứu chế tạo Chitosan từ vỏ tôm và Silica từ vỏ trấu. Tổng hợp vật liệu

N

H

hấp phụ (chitosan cấu trúc xốp) từ Chitosan và Silica chế tạo được

.Q

cốt SiO2

TP

1.4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu nguồn gốc, trạng thái tồn tại của chitin – chitosan, SiO2 trong tro

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

-

ẠO

 Nghiên cứu lý thuyết

G

trấu.

Nghiên cứu các các tính chất hóa lý của chitin – chitosan, SiO2 trong tro trấu.

-

Nghiên cứu khả năng sử dụng chitin – chitosan và SiO2 để chế tạo vật liệu hấp

H Ư

N

-

Nghiên cứu khả năng hấp phụ của Xanh metylen với các lại vật liệu hấp phụ

10 00

 Nghiên cứu thực nghiệm

B

-

TR ẦN

phụ.

Chiết suất SiO2 từ tro trấu, tính toán hiệu suất kết quả thu được.

-

Nghiên cứu tỉ lệ pha trộn thích hợp giữa chitosan với SiO2 từ tro trấu để tạo vật

A

-

Í-

Khảo sát khả năng hấp phụ của hạt chitosan cấu trúc xốp đối với Xanh metylen

-L

-

H

Ó

liệu hấp phụ có khả năng hấp phụ màu và hấp thụ các kim loại nặng.

ÁN

1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

TO

 Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu ứng dụng mới của chitosan

D

IỄ N

Đ

ÀN



Ý nghĩa thực tiễn: Tạo ra vật liệu hấp phụ có khả năng hấp phụ các chất màu và

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

U Y

Chất lượng và ứng dụng của vật liệu hấp phụ kết hợp từ chất nền chitosan và chất

hấp thụ các kim loại nặng.

1.6. Bố cục đề tài Bố cục luận văn được chia làm 4 phần: Chương 1: Mở đầu Chương 2: Tổng quan Chương 3: Nội dung và phương pháp nghiên cứu Chương 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 11

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 2.1. Tổng quan về Chitin - Chitosan 2.1.1. Cấu trúc của chitin:

Ơ

N

Chitin là polisaccarit mạch thẳng, có thể xem như là dẫn xuất của xenlulozơ,

N

H

trong đó nhóm (–OH) ở nguyên tử C(2) được thay thế bằng nhóm axetyl amino (–

U Y

NHCOCH3). Như vậy chitin là poli (N–axety–2–amino–2–deoxi–β–D–glucopyranozơ)

B

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

TP

cũng được đánh số như của glucozơ.[3,5]

10 00

Hình 2.1: Cấu trúc phân tử của chitin

A

2.1.2. Cấu trúc của chitosan:

H

Ó

Chitosan là dẫn xuất đề axetyl hoá của chitin, trong đó nhóm (–NH2) thay thế

Í-

nhóm (–COCH3) ở vị trí C(2).

-L

Chitosan được cấu tạo từ các mắt xích D-glucozamin liên kết với nhau bởi các

ÁN

liên kết β–(1–4)–glicozit, do vậy chitosan có thể gọi là poly β–(1–4)–2-amino-2-

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

deoxi–D–glucozơ hoặc là poly β–(1–4)–D– glucozamin.[3,5]

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

.Q

liên kết với nhau bởi các liên kết β–(C–1–4)–glicozit. Trong đó các mắt xích của chitin

Hình 2.2: Cấu trúc phân tử của chitosan

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 12

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

H

Ơ

N

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

TR ẦN

Hình 2.4: Cấu trúc phân tử chitosan trong không gian.[11] 2.1.3. Tính chất vật lý của chitin/chitosan:[3,5,6,11,15]

10 00

B

 Chitin và chitosan là những polymer sinh học có khối lượng phân tử lớn.

A

 Chitosan có màu trắng ngà hoặc vàng nhạt, không mùi, không vị, nhiệt độ nóng chảy 309 - 311o C.[3]

H

Ó

 Chitin có hình thái tự nhiên ở dạng rắn. Màu của vỏ giáp xác hình thành từ hợp

Í-

chất của chitin ( dẫn xuất của 4-xeton và 4,4’ di xeton-ß-carotene ).

-L

 Còn chitosan là chất rắn vô định hình, xốp, nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ thành

ÁN

các kích cỡ khác nhau.

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

 Chitosan có thể tan trong Ordimethylactamine (DMA) có chứa 8% lithium

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

H Ư

N

G

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

TP

.Q

U Y

N

Hình 2.3: Sự tạo thành chitin từ chitosan.[6]

choloride hoặc axit hữu cơ như acetic acid, citric acid, chlohydrite acid, không tan trong nước, xút, cồn hoặc các dung môi hữu cơ khác. Bột chitosan có dạng hơi sệt trong tự nhiên và màu sắc của nó biến đổi từ vàng nhạt đến trắng.

 Giống như cellulose, chitosan là chất xơ, nhưng không giống chất xơ thực vật, chitosan có khả năng tạo màng, có các tính chất của cấu trúc quang học…  Chitosan có khả năng tích điện dương do đó nó có khả năng kết hợp với những chất tích điện âm như chất béo, lipid và acid mật...

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 13

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

 Chitosan là chất có độ nhớt cao. Độ nhớt của chitosan phụ thuộc vào nhiều yếu tố như mức độ deacetyl hóa, khối lượng nguyên tử, nồng độ dung dịch, độ mạnh của lực ion, pH và nhiệt độ...  Tỷ trọng của chitin từ tôm và cua thường là 0,06 và 0,17 g/ml, điều này cho thấy

Ơ

N

chitin từ tôm xốp hơn từ cua, từ nhuyễn thể xốp hơn từ cua 2,6 lần. Tỷ trọng của

Hình 2.4: Hình thái tự nhiên của chitin, chitosan

10 00

B

2.1.4. Tính chất hoá học của chitin/chitosan: [3,5,6,11,15] - Trong phân tử chitin/chitosan có chứa các nhóm chức –OH, –NHCOCH3 trong

Ó

A

các mắt xích N–axetyl–D–glucozamin và nhóm –OH, nhóm –NH2 trong các mắt

H

xích D-glucozamin có nghĩa chúng vừa là ancol vừa là amin, vừa là amit. Phản

-L

Í-

ứng hoá học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O–, dẫn xuất thế

ÁN

N–, hoặc dẫn xuất thế O–, N–.[3]

TO

- Mặt khác chitin/chitosan là những polime mà các monome được nối với nhau bởi học như: axit, bazơ, tác nhân oxy-hóa và các enzim thuỷ phân.[3]

D

IỄ N

Đ

ÀN

các liên kết β–(1–4)–glicozit; các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất hoá

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

TP

.Q

U Y

N

chế biến, ngoài ra, mức độ deacetyl hóa cũng làm tăng tỷ trọng của chúng.

H

chitin và chitosan từ giáp xác rất cao (0,39g/cm3), nó phụ thuộc vào phương pháp

Hình 2.6: Thành phần hóa học của vỏ tôm.[11]

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 14

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

ẠO

Hình 2.7: Phổ IR của Chitin (A) và Chitosan (B).

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

 Độ deacetyl (DD).[6]

N

G

Một trong những chỉ số quan trọng của chitosan là độ deacetyl hoá (DD) hoặc độ

H Ư

acetyl hoá (DA = 100 – DD). Chitosan có độ DD khác nhau dẫn đến sự khác nhau về

TR ẦN

khối lượng phân tử, độ nhớt, khả năng hoà tan trong acid,...

Hiện nay có nhiều phương pháp để xác định DD và sau đây là những phương

B

pháp phổ biến nhất.

10 00

 Phương pháp xác định phổ hồng ngoại: Khi khảo sát phổ IR của chitin và chitosan, các nhà nghiên cứu nhận thấy dao

Ó

A

động hấp thu của nhóm –OH không phụ thuộc vào DD trong khi ở nhóm amide(I) có

Í-

H

hiện tượng này. Từ đó các nhà nghiên cứu đưa ra nhiều công thức thực nghiệm tính

-L

DD của sản phẩm. Các công thức này khá lặp lại về kết quả và phù hợp với kết quả

ÁN

của phương pháp chuẩn độ keo.

TO

DD = 100 – (A1655/A3450)X115

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

N

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

D

IỄ N

Đ

ÀN

Trong đó:

A1655: diện tích phần phổ hấp thu do dao động của nhóm amide (I) A3450: diện tích phần phổ hấp thu do dao động của nhóm –OH 115: hệ số thực nghiệm Hoặc:

DD = 100 x (1 – A1655/A3450/1,33)

Ngoài ra trong một số tài liệu khác, người ta cũng đề cập đến công thức sau: DD = 97,67 – 26,486 x (A1655/A3450)

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 15

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

 Phương pháp phản ứng với ninhydrin.

Nhóm amino của chitin và chitosan có khả năng phản ứng với ninhydrin tạo ra hợp chất khử và amoni. Hai hợp chất này phản ứng với nhau tạo hợp chất mang màu. Định độ hấp thu màu bằng phương pháp quang phổ UV-Vis, từ đó xác định DD.

Ơ

N

o Phương pháp xác định độ keo.

N

H

Phương pháp này dựa trên phương pháp định lượng độ keo do Terayama dùng để

U Y

phân tích các hợp chất đa điện tích trong dung dịch. Dung dịch của một anionic đã biết

TP

để xác định điểm cuối.

ẠO

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

o Phương pháp chưng cất với acid phosphoric

Đ

Khi tác dụng với acid phosphoric ở nhiệt độ cao, gốc acetyl trong chitosan sẽ bị

N

G

tách ra dưới dạng acid acetic và định lượng bằng NaOH theo phương pháp chuẩn độ

H Ư

thể tích.

TR ẦN

Cách tiến hành như sau: cho 0,3g vào dung dịch chứa 50ml H2O và 50ml H3PO4 85%, tiến hành chưng cất với nhiệt độ tăng dần 1oC trong 1 phút cho đến 160°C, duy

B

trì nhiệt độ này trong 60 phút, định lượng dịch chưng cất bằng dd NaOH 0,1 N với

10 00

chất chỉ thị màu phenolphtalein.

DD = 100 – 2.03.V/m

H

Ó

A

Độ deacetyl được tính theo công thức:

Í-

Trong đó:

-L

2.03: hệ số liên quan đến phân tử lượng của chitin tính theo lý thuyết.

ÁN

V: thể tích thực chuẩn độ mẫu.

TO

m: khối lượng mẫu thử.

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

.Q

nồng độ được mang đi tác dụng với dung dịch chitosan trong HCl, dùng methylen blue

D

IỄ N

Đ

ÀN

 Dung môi và tính tan.[6] Chitosan là một bazơ, dễ tạo muối với các acid, hình thành những chất điện ly

cao phân tử (polyelectrolyt) có tính tan phụ thuộc vào bản chất của các anionic có liên quan. Quá trình hoà tan chitosan có thể xảy ra 2 giai đoạn: hình thành muối và hoà tan muối. Tuy nhiên, thường cho acid và chitosan đã ở dạng huyền phù trong nước để hai quá trình xảy ra đồng thời. Tính tan của muối chitosan phụ thuộc vào trọng lượng phân tử, mức độ deacetyl hoá, tổng lượng acid có mặt và nhiệt độ dung dịch.

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 16

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

 Thuỷ phân bằng acid.[6] Trong môi trường acid, chitin – chitosan đều bị thuỷ phân. Khả năng bị thuỷ phân phụ thuộc vào các nhóm thế trong chitin theo thứ tự sau:

N

–NHCOCH3< –OH < –NH2

Ơ

Mức độ thuỷ phân phụ thuộc vào loại acid, nồng độ acid, nhiệt độ và thời gian

N

H

phản ứng. Các kết quả nghiên cứu cho thấy trong môi trường H2SO4, sự thuỷ phân

.Q

một cách ngẫu nhiên.

TP

Trong dung dịch HCl, chitosan bị cắt mạch nhưng không như trong dung dịch

ẠO

H2SO4. HCl thủy phân chitosan sản phẩm cuối cùng chủ yếu là monomer, dimer,

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

trimer. Trong môi trường khác như HF, H3PO4 chitosan vẫn bị thủy phân nhưng ở mức

N

G

độ khác nhau. Trong dung dịch CH3COOH, sự thuỷ phân chitosan ở nhiệt độ thường

H Ư

xảy ra là không đáng kể.

TR ẦN

 Phản ứng nitrat hoá.[6]

Chitosan tương tự celluloze có đặc tính tạo nitrat. Tuy nhiên, hỗn hợp HNO3–

B

H2SO4 được dùng làm tác nhân để điều chế celluloze nitrat lại không thích hợp cho

10 00

chitosan vì H2SO4 gây phản ứng cắt mạch chitosan. Có hai hướng điều chế chitosan nitrat như sau:

Ó

A

Chitosan phản ứng với HNO3 loãng. Chitosan tác dụng với hỗn hợp của acid

-L

1:1:1:3.

Í-

H

acetic loãng: anhydric acetic: acid nitric nguyên chất ở nhiệt độ thấp hơn 5°C theo tỉ lệ

ÁN

Sản phẩm thu được từ hai quá trình trên đều là muối acid của chitosan nitrat, có

TO

mức độ thế là 1.65 dưới tác dụng của kiềm loãng sẽ chuyển sang chitosan nitrat có

ÀN

hàm lượng O-nitrat không đổi, thường thực hiện trong aceton 50%.

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

U Y

chitosan luôn kèm theo quá trình O < N– sulfate hoá, cho sự cắt mạch phân tử chitosan

D

IỄ N

Đ

 Phản ứng photphat hoá.[6] Phản ứng photphat hóa xảy ra khi cho chitosan tác dụng với 15 phần pyridine và

5 phần phosphorus axychlorid ở 40°C trong 5 giờ. Sản phẩm có hàm lượng P là 24%.

Có hai phương pháp điều chế ester phosphat của chitosan: Dựa trên phương pháp điều chế celluloze phosphat, gia nhiệt chitosan với hỗn hợp acid phosphoric và ure. Thường dùng một chất lỏng trơ để xúc tiến phản ứng như DMF, toluen.

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 17

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Thực hiện phản ứng của chitosan với pentoxid P ở nhiệt độ từ 0 → 5°C. Trong đó, chitosan đã được hoà tan trước trong methan sulphonic acid.  Phản ứng Sulfat hoá.[6] Quá trình Sulfat hoá xảy ra bằng cách xử lý chitosan, tái tạo tủa, chuyển hoá

Ơ

N

dung môi thông qua chuỗi: nước → ethanol → ethanol nguyên chất → diethylether →

N

H

DMF và phức SO3 - DMF trong lượng thừa DMF, phản ứng được duy trì ở nhiệt độ

ẠO

 Phản ứng khử nhóm amin và cắt mạch bằng HNO2.[6]

TP

.Q

Chitosan –NH2 + O3S–O–CH = N(CH3)2 → Chitosan –NH-SO2OH + HCON(CH3)2

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

Acid nitrơ được sử dụng để thực hiện phản ứng deamin hoá và depolymer hoá

G

chitosan, phản ứng xảy ra càng mạnh khi có mặt của AgNO3. Khi thực hiện phản ứng

H Ư

N

depolymer hoá chitosan ở nhiệt độ phòng bằng HCl 3M thì cần 160 giờ. Trong khi đó nếu dùng HNO2 thì chỉ cần 5 phút ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên để thực hiện tốt phản

TR ẦN

ứng deamin hoá chitosan, người ta thay bằng anhydrid N2O3. Cơ chế phản ứng như sau: trước hết hình thành ion diazonium, ion này phân hủy tạo ion carbonium, gây ra

 Tính tạo phức.[6]

10 00

B

sự cắt mạch.

Ó

A

Trong môi trường acid, chitosan bị proton hoá nên nó phản ứng được với các

H

polyanion tạo phức. Khi pH > 4, nó tạo phức được với các hợp chất màu và kim loại

-L

Í-

nặng. Các nhà khoa học giả thuyết rằng do đôi electron tự do của nhóm amin đã giúp

ÁN

chitosan tạo được liên kết cho nhận với các đối chất. Tuy nhiên, còn phải xem xét tới

TO

các hiện tượng đơn giản như hấp phụ, tương tác tĩnh điện và sự trao đổi ion. Bên cạnh

ÀN

đó, môi trường nhóm chức amin cũng làm tăng hiệu lực phức của chitosan.

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

U Y

phòng. Sản phẩm tạo thành một nhóm N-sulphate và O-sulphate:

Sự tạo phức giữa chitosan và các ion kim loại nói chung rất khác nhau, cấu trúc

D

IỄ N

Đ

của phức chất theo đó cũng ít được công nhận. Tuy nhiên, phức chất giữa chitosan và đồng, niken đã được rất nhiều nhà nghiên cứu xác định và chỉ ra ion Cu(II) hoặc Ni(II)

là ion trung tâm, một ligand là nhóm –NH2, 2 ligand còn lại là nhóm –OH ở C3và C6.

Tuy nhiên, ligand thứ tư vẫn có hai ý kiến trái ngược nhau, một ý kiến cho rằng đó là một phân tử nước, một ý kiến cho ràng đó là OH nối giữa 2 vòng D – Glucoz.

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 18

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Theo Tanja Becker, Michael Schlaak và Henry Strasdeit (2000), khả năng hấp phụ của chitosan đối với từng ion kim loại như sau: Cu(II) > Cd(II) ~ Ni(II) > Pb(II).

2.1.5. Tính chất sinh học chitin/chitosan.[6]

Ơ

Nó là chất mang lý tưởng trong hệ tống vận chuyển thuốc, không những sử dụng trong

N

Chitosan không độc, dùng an toàn cho người, có khả năng tự phân hủy sinh học.

N

H

đường uống, tiêm tĩnh mạch, mà còn sử dụng an toàn trong ghép mô

U Y

Chitosan có nhiều tác dụng sinh học đa dạng như: tính kháng nấm, tính kháng

TP

cầm máu, chống sưng u.

ẠO

Ngoài ra chitosan có tác dụng làm giảm cholesterol và lipit trong máu, hạ huyết

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

áp, điều trị thận mãn tính.

G

Với khả năng thúc đẩy hoạt động của các peptit - insulin, kích thích việc tiết ra

H Ư

N

insulin ở tuyến tụy nên nó được dùng để điều trị bệnh tiểu đường.

TR ẦN

2.1.6. Một số ứng dụng của chitosan.[3,5,6,11,15]

a. Ứng dụng của chitosan trong công nghệ thực phẩm:

B

Chất làm trong - Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất nước quả:[3]

10 00



Trong sản xuất nước quả, việc làm trong là yêu cầu bắt buộc. Thực tế hiện nay

A

đang sử dụng các chất làm trong như: genatin, bentonite, kalicaseinat, tannin,

H

Ó

polyvinyl pirovinyl. Chitosan là tác nhân tốt loại bỏ đi đục, giúp điều chỉnh acid trong

Í-

nước quả. Đối với dịch quả táo, nho, chanh, cam không cần qua xử lý pectin, sử dụng

-L

chitosan để làm trong. Đặc biệt nước táo, độ đục có thể giảm tối thiểu chỉ ở mức xử lý

ÁN

với 0,8 kg/m3 mà không hề gây ảnh hưởng xấu tới chỉ tiêu chất lượng của nó.

TO

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng chitosan có ái lực lớn đối với hợp chất polyphenol

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

.Q

khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau, kích thích sự phát triển tăng sinh của tế bào,

ÀN

chẳng hạn: catechin, proanthocianydin, acid cinamic, dẫn xuất của chúng, những chất

D

IỄ N

Đ

mà có thể biến màu nước quả bằng phản ứng oxy hóa. 

Sử dụng trong thực phẩm chức năng:[3]

Chitosan có khả năng làm giảm hàm lượng cholesterol trong máu. Nếu sử dụng thực phẩm chức năng có bổ sung 4% chitosan thì lượng cholesterol trong máu giảm đi đáng kể chỉ sau 2 tuần. Ngoài ra chitosan còn xem là chất chống đông tụ máu. Nguyên nhân việc giảm cholesterol trong huyết và chống đông tụ máu được biết là không cho

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 19

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

tạo các mixen. Điều chú ý là ở pH = 6 – 6,5 chitosan bắt đầu bị kết tủa, toàn bộ chuỗi polysacchrite bị kết lắng và giữ lại toàn bộ lượng mixen trong đó. Chính nhờ đặc điểm quan trọng này chitosan ứng dụng trong sản phẩm thực phẩm chức năng.

Thu hồi protein:[3]

N



Ơ

Whey coi là chất thải của trong công nghiệp sản xuất format, nó có chứa lượng

N

H

lớn lactose và protein ở dạng hòa tan. Nếu thải trực tiếp ra ngoài nó gây ô nhiễm môi

U Y

trường, còn nếu xử lý nước thải thì tốn kém trong vận hành hệ thống mà hiệu quả kinh

TP

quả kinh tế của sản xuất format. Whey protein khi thu hồi được bổ sung vào đồ uống,

ẠO

thịt băm, và các loại thực phẩm khác. Đã đưa ra nhiều phương pháp khác nhau nhằm

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

thu hồi hạt protein này và chitosan được coi mang lại nhiều hiệu suất tách cao nhất. Tỷ

N

G

lệ chitosan để kết bông các hạt lơ lửng là 2,15% (30mg/l); độ đục thấp nhất ở pH 6,0.

H Ư

Nghiên cứu về protein thu được bằng phương pháp này: Không hề có sự khác biệt về

TR ẦN

giá trị giữa protein có chứa chitosan và protein thu được bằng đông tụ casein hoặc whey protein.

Ngoài thu hồi protein từ whey, người ta sử dụng chitosan trong thu hồi các axit -



10 00

B

amin trong nước của sản xuất đồ hộp, thịt, cá…

Phân tách rượu- nước:[3]

Ó

A

Chitosan đã được xử lý đặc biệt để tạo ra dạng màng rỗng. Với việc điều chỉnh

H

tốc độ thẩm thấu (lượng chất lỏng đi qua màng khoảng 1 m3/h). Màng này được sử

-L

Í-

dụng trong hệ thống phản ứng đòi hỏi không dùng nhiệt độ không quá cao. Việc phân

ÁN

tách này chỉ loại đi nước, kết quả là hàm lượng ethanol có thể lên đến 80%.

TO



Ứng dụng làm màng bao (bảo quản hoa quả, thực phẩm):[3,14]

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

.Q

tế không cao. Việc thu hồi protein trong whey được xem là biện pháp làm tăng hiệu

ÀN

Lớp màng không độc bao quanh bên ngoài bao toàn bộ khu cư trú từ bề mặt khối

D

IỄ N

Đ

nguyên liệu nhằm hạn chế sự phát triển vi sinh vật bề mặt - một nguyên nhân chính gây thối hỏng thực phẩm.

N-O carboxymethy (NOCC) được xử lý đặc biệt từ phản ứng của chitosan và monochloroacetic acid trong điều kiện kiềm, NOCC bị hòa tan trong dung dịch ở pH > 6 hoặc pH < 2. Màng NOCC dẻo có thể tạo thành ngay trong dung dịch nước đó. Lớp màng này có tính thấm chọn lọc các khí như oxy, cacbon dioxide mà còn có khả năng phân tách hỗn hợp khí như: ethylene, ethane, acetylence. Nghiên cứu về tính độc tố

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 20

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

của NOCC cho thấy ở nồng độ 50.000 ppm có thể gây chết chuột trong 14 ngày.

Tương tự như vậy, các nghiên cứu ở thỏ cũng chỉ ra rằng: con đường chính để loại đi các polymer trong máu là thông qua con đường nước tiểu. Tuy nhiên không có dẫn

.Q

18,2 30,0 33,1

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

Bảng 2.1. Hàm lượng chitin trong vỏ một số loại giáp xác ở nước ta.[11]

G

Quả táo được nhúng hoặc phun bởi màng NOCC có thể giữ độ tươi hơn 6 tháng

H Ư

N

và độ acid trong khoảng 250 ngày nếu ở điều kiện bảo quản lạnh. Màng này mang lại cho quả độ bóng sáng nhưng trong và không nhớt khi cầm. Chúng dễ dàng loại đi bằng

TR ẦN

rửa với nước, NOCC cũng có hiệu quả đối với bảo quản các loại trái cây khác như lê, đào, mận. Lê được xử lý với NOCC tỷ lệ bị mắc hỏng thịt cùi và thối ít hơn sao với lê

10 00

B

ở không khí có tỷ lệ oxygen là 1-2%. Viện bảo vệ và chăm sóc sức khỏe Canada đã chứng minh rằng việc sử dụng NOCC trên quả , khi sử dụng không cần phải rửa và lột

A

vỏ trước khi ăn. Bởi vì NOCC vẫn chứa lượng amin tự do, nó có thể có nhiều ở tính

H

Ó

chất chitosan và ứng dụng trong chữa lành vết thương đang lên da non, giảm hàm

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

lượng cholesterol trong máu.

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

U Y

N

H

Ơ

Hàm lượng(%) 0,48 1,24

ẠO

Chitin (g) 0,39 ± 0,01 0,99 ± 0,02 18,65 ± 0,27 24,05 ± 0,15 26.52 ± 0,24

TP

Khối lượng (g) 80 80 80 80 80

Nguyên liệu Vỏ hến Vỏ ốc Vỏ cua đồng Vỏ tôm đồng Vỏ tôm biển

N

chứng đáng chú ý hơn được nhắc tới nữa.[14]

Hình 2.8: Màng NOCC

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 21

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Màng chitosan cũng có lợi ích lớn với việc làm cứng thịt quả, ổn định axit. Điều này được chỉ ra bởi nó làm giảm lượng anthocyanin chứa trong quả. Nấm là thủ phạm chính dễ gây thối quả nhất trong khi đó ưu điểm của chitosan nó có thể kháng nấm .

Ơ

nguyên nhân hô hấp kị khí, nó có thể hấp thụ chọn lọc tới oxy nhiều hơn là carbonic.

N

Thêm vào đó, màng chitosan gần giống như môi trường bên ngoài mà không gây ra

H

Có các kiểm tra trên hạt tiêu xanh, khoai tây, cà rốt, củ cải, hành tây. Trong

U Y

N

những sản phẩm đó chỉ có khoai tây và hạt tiêu xanh có phản ứng lại với màng. Không

TP

.Q

thấy ở củ cải, cà rốt, măng tây được phủ màng. Chất màng này cũng có thể gây hại đến

ẠO

các loại quả bằng cách làm tăng khả năng thối hỏng. Việc sử dụng 2% (w/v) màng

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

chitosan cho hạt tiêu xanh làm giảm việc thối, giảm nâu, tăng CO2 và làm giảm O2 bên

G

Đ

trong màng. Trong khi đó nó cũng không có hiệu quả với quả, củ có hơi nước bị mất trong hơn 12 ngày của quá trình bảo quản.

H Ư

N

thông qua các sẹo trên củ như khoai tây. Tuy vậy lớp màng này giảm tỷ lệ nâu hóa

TR ẦN

Ngoài việc sử dụng một mình màng chitosan, hiện nay ở Việt Nam có sự kết hợp giữa bảo quản bởi màng chitosan và PE.

B

Quy trình bảo quản trái quýt đường có thời gian tồn trữ đến 8 tuần.Với phương

10 00

pháp này, phẩm chất bên trong trái như: hàm lượng đường, hàm lượng vitamin C...

A

luôn ổn định, tỷ lệ hao hụt trọng lượng thấp, màu sắc vỏ trái đồng đều và đẹp.

H

Ó

b. Ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác:

Í-

Trong y dược:[3]

-L



ÁN

 Từ Chitosan, vỏ cua, vỏ tôm có thể sản xuất Glucosamin, một dược chất quý dùng

TO

để chữa khớp đang phải nhập khẩu ở nước ta.  Dùng làm thuốc chữa bệnh viêm loét dạ dày – tá tràng.

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

làm giảm sự mất hạt, làm chậm lại sự lão hóa đồng thời ngăn chặn thối cũng đã tìm

D

IỄ N

Đ

ÀN

 Chỉ phẫu thuật tự hoại.  Chito-olygosaccarit.

 Da nhân tạo.  Kem chống khô da.  Kem dưỡng da ngăn chặn tia cực tím phá hoại da.  Dùng bào chế dược phẩm.  Thuốc giảm béo.

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 22

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp



www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Trong công nghiệp:[3]

 Vải col dùng cho may mặc.  Vải chịu nhiệt, chống thấm.  Vải Chitosan dùng cho may quần áo diệt khuẩn trong y tế.

Ơ

N

 Làm tăng độ bền của giấy.

N

H

 Dùng làm thấu kính tiếp xúc.

.Q

 Sử dụng trong sản xuất sơn chống mốc và chống thấm.

TP

 Dùng làm mực in cao cấp trong công nghệ in.

ẠO Đ

Trong nông nghiệp:[3]

H Ư

 Bảo quản quả, hạt giống mang lại hiệu quả cao.

G



N

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

 Tăng cường độ bám dính của mực in.

 Dùng như một thành phần chính trong thuốc trừ nấm bệnh (đạo ôn, khô vằn...).

TR ẦN

 Dùng làm thuốc kích thích sinh trưởng cây trồng cho lúa, cây công nghiệp, cây ăn quả, cây cảnh…

B

Trong công nghệ môi trường:[3]

10 00



 Xử lý nước thải công nghiệp rất hiệu quả.

Ó

A

 Xử lý nước thải trong công nghiệp nhuộm vải.

Í-

H

 Xử lý nước trong ngành nuôi tôm, cá.

-L

2.1.7. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ứng dụng của chitosan.

ÁN

a. Nghiên cứu trong nước.[16]

TO

Tác giả Đông Thị Anh Đào và Châu Trần Diễm Ái (Khoa Công Nghệ Hoá Học

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

U Y

 Góp phần tăng tính bền của hoa vải.

ÀN

Và Dầu Khí - Trường Đại Học Bách Khoa tp.HCM) đã nghiên cứu chế tạo một số

D

IỄ N

Đ

màng bán thấm polysaccaride như CMC, Chitosan dùng bao gói bảo quản nhãn trong môi trường có nồng độ CO2 cao hơn môi trường khí quyển. Kết quả là nhãn được bao gói bằng màng bán thấm vẫn giữ được giá trị thương phẩm sau 45 ngày bảo quản (kéo dài thời gian bảo quản nhãn lên gấp 3-9 lần so với cùng điều kiện bảo quản không có bao bì).

Các nhà khoa học thuộc Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên đã nghiên cứu dùng màng mỏng Chitosan để chế ra các đồ dùng sinh hoạt hàng ngày như cốc, bát,

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 23

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

dĩa thức ăn, giấy gói kẹo dùng một lần thì thấy sau khi sử dụng chỉ cần bỏ chúng vào trong thùng rác có nước là chúng tự phân hủy trong một thời gian ngắn.

Tác giả Bùi Văn Miên và Nguyễn Anh Trinh (Khoa công nghệ thực phẩm trường Đại Học Nông Lâm) đã nghiên cứu dùng Chitosan tạo màng để bao gói thực

N

phẩm . Màng Chitosan có tính kháng khuẩn, tính giữ nước dùng bao gói các loại thực

H

Ơ

phẩm tươi sống giàu đạm như cá, thịt... Đồng thời, bổ sung phụ gia là các chất hoá dẻo

U Y

N

(Ethylen Glycol – EG, Polyethylen Glycol – PEG) để tăng tính dẻo dai và đàn hồi cho

TP

giúp cho sản phẩm xúc xích có hình dáng đẹp lớp màng Chitosan này còn có tác dụng

ẠO

không làm mất màu và mùi đặc trưng của xúc xích.

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

Các tác giả này cũng nghiên cứu dùng vỏ bọc Chitosan bảo quản các loại thủy

G

Đ

sản tươi và khô. Bảo quản cá tươi bằng Chitosan hạn chế được hiện tượng mất nước và

H Ư

N

tổn thất chất dinh dưỡng của cá khi cấp đông và sau khi rã đông. Đối với thủy sản khô như cá khô, cá mực… thì tiến hành pha dung dịch Chitosan 2% trong dung dịch axit

TR ẦN

Acetic 1,5%. Sau đó nhúng cá khô và mực khô vào dung dịch được pha, làm khô bằng cách sấy ở nhiệt độ 30°C có quạt gió. Sản phẩm thu được có thể bảo quản tốt ở nhiệt

B

độ bình thường. Tùy theo độ ẩm của cá và mực mà sản phẩm có thời gian bảo

10 00

quản khác nhau, với độ ẩm 26 – 30%, cá khô bảo quản được 83 ngày, mực khô 85 ngày

A

còn độ ẩm 41– 45% thì cá khô giữ được 17 ngày, mực khô giữ được 19 ngày.

H

Ó

Tác giả Châu Văn Minh, Phạm Hữu Điển, Đặng Lan Hương, Trịnh Đức Hưng,

Í-

Hoàng Thanh Hương đã nghiên cứu dùng màng Chitosan để bảo quản hoa quả tươi, thì

-L

thấy dùng màng Chitosan bảo quản thì thời gian bảo quản hoa quả kéo dài hơn so với

ÁN

hoa quả chỉ được bảo quản lạnh. Kiểm tra số lượng vi sinh vật thì thấy hoa quả được

TO

bảo quản bằng màng Chitosan có khả năng kháng khuẩn rất tốt.

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

.Q

màng. Các tác giả đã ứng dụng màng này bao gói xúc xích thì thấy rằng ngoài việc

D

IỄ N

Đ

ÀN

b. Nghiên cứu ngoài nước.[16,17] Krasavtsev và các cộng tác viên đã nghiên cứu ứng dụng màng Chitosan làm bao

gói để bảo quản cá và các sản phẩm từ cá. Người ta dùng Chitosan được chiết rút từ các nguồn phế liệu thủy sản khác nhau như tôm, cua, ghẹ lần lượt làm màng mỏng bao gói cá thì thấy màng Chitosan chiết rút từ vỏ tôm có độ dày, độ bền kéo, đàn hồi cao nhất. Màng Chitosan giúp cho sản phẩm giữ nước rất tốt và giữ được các đặc tính tự nhiên của sản phẩm.[16]

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 24

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Attaya Kungsuwanvà các cộng tác viên đã nghiên cứu sử dụng dung dịch Chitosan (hoà tan 5g Chitosan trong 500 ml axit acetic 1%) làm bao gói bảo quản cá thì thấy cá có bảo quản bằng màng Chitosan kéo dài thời gian bảo quản tới 2 tháng trong khi cá không được bảo quản bằng màng Chitosan thì thời gian bảo quản chỉ kéo

N

dài tối đa 1 tháng trong cùng một điều kiện bảo quản.[16]

H

Ơ

Blaise Ouattara và các cộng sự đã nghiên cứu dùng màng Chitosan bao gói thịt

.Q

gian bảo quản thịt và các sản phẩm từ thịt.[16]

TP

Lopez – Caballero và các cộng sự đã nghiên cứu dùng hỗn hợp chitosan –

ẠO

gelatin bao gói bảo quản chả cá thì thấy sau 20 ngày bảo quản mùi vị của chả cá hầu

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

như không biến đổi nhiều và các tính chất khác như độ cứng, độ cô kết, độ mềm dẻo…

G

Đ

hầu như không đổi.[16]

H Ư

N

Sobral và các cộng sự đã nghiên cứu các tính chất cơ lý của màng Gelatin ảnh hưởng bởi nguồn gốc Gelatin và chất tạo dẻo sorbitol. Cụ thể là khi tăng hàm lượng

TR ẦN

Sorbitol thì tính ngăn cản thoát hơi nước của màng giảm. Ảnh hưởng của nồng độ Gelatin sử dụng để tạo màng và các chất tạo dẻo khác nhau như glycerol, PEG và EG

B

được nghiên cứu với nhiều nồng độ khác nhau từ 10 đến 30 g/100g Gelatin. Việc

10 00

nghiên cứu tính chất của màng tạo từ hỗn hợp Gelatin và một số polyme khác cũng được

A

thực hiện như kết hợp Gelatin với Carrageenan, tinh bột, alginate cho phép chúng ta thay

Ó

đổi tính chất cơ học, lý học của màng, làm màng có độ bền thích hợp, khả năng chịu

-L

ẩm cao.[16]

Í-

H

được hơi ẩm tốt hơn, phù hợp hơn cho việc ứng dụng trong thực phẩm, thường có độ

ÁN

Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học quốc gia Singapore (NUS) đã phát triển

TO

thành công vật liệu đóng gói thực phẩm thân thiện với môi trường, không sử dụng các

ÀN

chất phụ gia hóa học bằng cách củng cố màng composite từ chitosan tự nhiên với chiết

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

U Y

N

thì có thể ức chế được sự phát triển của các vi sinh vật gây thối rữa nhằm kéo dài thời

Đ

xuất hạt bưởi (GFSE). Vật liệu bao gói thực phẩm mới này có thể làm chậm sự sinh

D

IỄ N

trưởng của nấm, tăng gấp đôi thời hạn sử dụng của thực phẩm dễ bị hỏng như bánh mì.

Chitosan, polime tự nhiên và phân hủy sinh học có nguồn gốc từ vỏ tôm và các loài giáp xác khác, có tiềm năng to lớn cho các ứng dụng trong công nghệ thực phẩm vì nó không độc tính, có khả năng tương thích sinh học, phân hủy sinh học trong thời gian ngắn và tạo màng tuyệt vời. Chitosan còn có tính kháng khuẩn và chống nấm. Mặt

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 25

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

khác, GFSE là chất chống oxy hóa mạnh và có tính chất khử trùng, diệt khuẩn, chống vi khuẩn, diệt nấm và chống virus.[17] Nhóm nghiên cứu đã mất ba năm để hoàn thiện công thức chế tạo màng bền cơ học và dẻo sánh ngang các màng polyethylene tổng hợp thường được sử dụng

U Y

N

làm chậm quá trình hỏng hóc thực phẩm do các phản ứng oxy hóa và quang hóa.

H

Ơ

để bao gói thực phẩm. Màng composite cũng có thể ngăn chặn hiệu quả tia cực tím,

N

composite mới không chỉ ngăn chặn sự phát triển của nấm và vi khuẩn mà còn có độ

TP

.Q

màng composite GFSE từ chitosan dài gấp 2 lần so với bánh mì dùng màng bao gói

ẠO

tổng hợp.

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

Đề cập đến những lợi ích của màng composite GFSE từ chitosan, bà Tan Yi Min,

G

Đ

đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: "Việc kéo dài thời hạn của thực phẩm cũng đồng

H Ư

N

nghĩa với việc giảm thiểu chất thải thực phẩm nên sẽ giảm tỷ lệ thực phẩm trên toàn cầu bị hỏng. Điều này sẽ mang lại cả lợi ích kinh tế lẫn môi trường”.

TR ẦN

Các nhà khoa học sẽ tiến hành nghiên cứu thêm để cải tiến công nghệ. Nhóm nghiên cứu sẽ xem xét khả năng phân hủy của màng GFSE từ chitosan, cũng như

B

nghiên cứu thời hạn của thực phẩm để xác định phạm vi sinh trưởng của vi khuẩn và

10 00

những thay đổi chất lượng thực phẩm trong quá trình lưu trữ. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn lên kế hoạch tìm kiếm các cơ hội thương mại hóa màng composite mới dùng

H

Ó

A

làm vật liệu bao gói.[17]

-L

Í-

2.2. Tổng quan về vật liệu composite trên nền chitosan(CS)

ÁN

2.2.1. Nanocompozit chitosan/nano kim loại.[2]

TO

Nanocompozit polyme/kim loại là nhóm vật liệu có nhiều tính năng vượt trội nhờ

ÀN

có cấu trúc đặc biệt, trong đó polyme đóng vai trò như chất bao bọc bên ngoài và ổn

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

Các thí nghiệm cho thấy thời hạn sử dụng của các mẫu bánh mì bao gói bằng

D

IỄ N

Đ

định hạt kim loại có kích thước nano.

Có hai phương pháp chế tạo nanocompozit polyme/kim loại: in-situ và exsitu: – Phương pháp in-situ: Các ion kim loại được phân tán vào trong mạng lưới

polyme sau đó bị khử bởi các tác nhân hóa học, nhiệt hay bức xạ, để hình thành hạt nano trong mạng lưới polyme. Hoặc các hạt nano kim loại được phân tán trong dung dịch chứa các monome, sau đó tiến hành trùng hợp monome, để tạo thành polyme

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 26

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

chứa các hạt nano kim loại… Phương pháp này cho sản phẩm nanocompozit có cấu trúc phân tán đồng đều.

– Phương pháp ex-situ: Trước tiên nano kim loại được chế tạo và thụ động hữu cơ nhằm tránh sự kết tụ do năng lượng bề mặt lớn. Sau đó các hạt nano kim loại được

Ơ

N

phân tán vào dung dịch polyme trong điều kiện khuấy trộn cơ học hoặc siêu âm.

H

Phương pháp này khó thu được vật liệu có độ phân tán đồng đều. Hiện nay, phương

.Q

polyme tốt hơn, chất lượng nanocompozit ổn định hơn.

TP

Nanocompozit polyme/kim loại và hệ lai vô cơ-hữu cơ nói chung có nhiều ưu

ẠO

điểm đặc biệt, kết hợp đặc tính của các vật liệu thành phần. Đây là vật liệu có triển

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

vọng phát triển mạnh mẽ, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong công nghệ

G

Đ

y sinh dược học, nanocompozit polyme/kim loại ứng dụng trong hệ thống dẫn truyền

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

thuốc, các loại cảm biến sinh học, làm giàu và phân tách trong thử nghiệm miễn dịch

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

U Y

N

pháp in-situ được sử dụng phổ biến hơn do khả năng phân tán nano kim loại trong

Hình 2.9: Ứng dụng nanocomposite polyme/kim loại trong y sinh.[2] Chitosan với nhiều tính chất quý báu được quan tâm nghiên cứu chế tạo

nanocompozit với các nano kim loại rất rộng rãi, mục đích để nâng cao khả năng ứng dụng trong lĩnh vực y sinh.

Nanocompozit chứa nano kim loại trên nền chitosan có thể chế tạo theo 2 phương pháp:

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 27

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

– Phương pháp in-situ: Cũng như các loại nanocompozit polyme/kim loại khác, Nanocompozit chứa nano kim loại trên nền chitosan cũng có thể chế tạo theo phương pháp in-situ. Haizhen Huanga và cộng sự đã tiến hành chế tạo theo hai bước:[2] + Bước 1: Phân tán các ion kim loại trong dung dịch chitosan bằng cách khuấy

Ơ

N

trộn hoặc siêu âm trong môi trường axit loãng, ion kim loại sẽ tạo phức với các nhóm

H

–NH2 của chitosan

U Y

N

+ Bước 2: Khử các ion kim loại bằng các tác nhân hóa học (NaBH4, axit

TP

mạng lưới chitosan.

ẠO

– Phương pháp ex-situ: Gogoin và cộng sự đã chế tạo nanocompozit chitosan và

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

nano Ag theo hai bước:[2]

G

Đ

+ Bước 1: Các hạt nano Ag được chế tạo theo phương pháp khử hóa học AgNO3

H Ư

N

bằng axit ascorbic.

+ Bước 2: Các hạt nano Ag được phân tán vào mạng lưới polyme chitosan trong

TR ẦN

điều kiện khuấy trộn mạnh, nhằm đạt được độ phân tán cao nhất.

a. Nanocompozit chứa hạt nano bạc (AgNPs) trên nền chitosan (CS)

10 00

B

CS được đánh giá là một polyme sinh học có tiềm năng ứng dụng to lớn, gần đây được quan tâm nghiên cứu mạnh mẽ trong chế tạo nanocompozit với AgNPs. Cơ chế

Ó

A

hình thành liên kết giữa AgNPs và CS đồng thời được các tác giả đưa ra theo 2 giả

H

thiết, giả thiết hình thành phức hợp giữa AgNPs với các nhóm –NH2 của Haizhen

-L

Í-

Huanga và cộng sự và đã được nhóm tác giả S.Govindan chứng minh qua phân tích phổ FITR. Mặt khác, khi tiến hành khử Ag+ trong mạng lưới CS có mặt của polyetylen

ÁN

glycol Mansor Bin Ahmad đã đưa ra giả thiết liên kết giữa CS với AgNPs là do hình

ÀN

TO

thành phức của các nhóm –OH với Ag.[2]

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

.Q

ascorbic...), gia nhiệt hoặc bức xạ, để hình thành hạt nano kim loại phân tán tán trong

Do bề mặt giầu điện tử tự do nên AgNPs có khả năng tạo liên kết phối trí đồng

D

IỄ N

Đ

thời với các nhóm chức –NH2 và –OH linh động của CS điều này giúp phân tán đồng đều các hạt AgNPs trong mạng lưới CS. Nanocompozit CS/AgNPs đã được chứng

minh có độ tương thích sinh học cao hứa hẹn có tiềm năng trong các ứng dụng y sinh.

Các nhóm tác giả mới dừng lại ở việc dùng CS làm chất ổn định cho AgNPs và quá trình khử AgNPs vẫn cần phải sử dụng đến các chất khử từ trung bình như axit ascorbic, glucozơ đến chất khử mạnh như NaBH4 tạo nhiều tạp chất khó loại bỏ trong sản phẩm tạo thành.[2]

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 28

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

b. Nanocompozit chứa hạt nano sắt (MNPs) từ trên nền chitosan (CS) Kết hợp các đặc tính quý của MNPs và CS, nanocompozit CS/MNPs đã được nghiên cứu chế tạo, chủ yếu ứng dụng trong lĩnh vực y sinh và môi trường. Trong lĩnh vực y sinh, nanocompozit CS/MNPs được công bố có thể ứng dụng làm chất mang

Ơ

N

thuốc, ứng dụng chọn lọc làm giàu trong các thử nghiệm miễn dịch, ứng dụng tăng độ

N

H

phân giải ảnh cộng hưởng từ hạt nhân (MRI) hay trong nhiệt trị điều trị ung thư...

U Y

Nhóm tác giả Z. Roveimiab tổng hợp thành công nanocompozit CS/MNPs kích thước

TP

trong chọn lọc phân tách tế bào, kết quả đã chứng minh độ tương thích cấp độ tế bào

ẠO

cao của vật liệu.[2]

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

Nanocompozit CS/MNPs thường được tổng hợp theo phương pháp in-situ một

G

giai đoạn, cơ chế hình thành được nhóm tác giả Zohre Zarnegar trình bày:[2]

H Ư

N

Bước 1: Quá trình tạo phức của các ion Fe2+ và Fe3+ với các nhóm –NH2 và –OH

TR ẦN

trong phân tử CS.

Bước 2: Quá trình đồng kết tủa các ion Fe2+, Fe3+ trong mạng lưới CS bởi tác nhân kiềm, các hạt MNPs (Fe3O4) được hình thành phân tán trong mạng lưới CS có liên kết

10 00

B

phối trí với các nhóm –NH2 và –OH. Kết quả thu được nanocompozit trong đó pha gia cường là các hạt MNPs phân tán tốt trong CS.

A

Dựa trên các đặc tính quý, CS đã và đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa

H

Ó

học sử dụng thay thế các chất nền, đặc biệt cho hệ nanocompozit chứa hạt MNPs nhằm

Í-

tăng tính ổn định của chất lỏng từ, tăng độ tương thích sinh học cho hệ CS/MNPs. Mặc

-L

dù đã thu được nhiều kết quả khả quan, nhưng các hệ CS/MNPs được chế tạo bằng các

ÁN

phương pháp thông thường đã chỉ ra hạn chế về từ độ bão hòa, chưa đủ mạnh để ứng

TO

dụng invivo cho liệu pháp nhiệt trị ung thư – một trong các ứng dụng chính của hạt

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

.Q

khoảng 100nm bằng phương pháp đồng kết tủa. CS/MNPs được nghiên cứu ứng dụng

D

IỄ N

Đ

ÀN

MNPs trong lĩnh vực này.

2.2.2 Ứng dụng trong chế tạo gốm y sinh.[18] Trong những năm gần đây, các tiến bộ về vật liệu gốm y sinh đã được ứng dụng

và phát triển rất nhiều trong vấn đề chăm sóc sức khỏe con người. Trong đó, gốm y sinh (Hap) có nhiều tiềm năng ứng dụng do tính tương thích và hoạt tính sinh học cao, đặc biệt là nhu cầu sử dụng Hap để tạo các sản phẩm xương dùng trong phẫu thuật chấn thương chỉnh hình. Vật liệu nano HAp/CS được tổng hợp từ dung dịch theo

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 29

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

phương pháp phản ứng hóa học giữa muối chứa ion canxi (Ca2+) với muối chứa gốc phốt phát (PO43-) có pha trộn chitosan. Để kiểm tra hoạt tính sinh học, compozit HAp/CS được ngâm trong môi trường giả dịch người SBF (Simulated Body Fluid) trong khoảng thời gian 14 ngày và sử dụng bình điều nhiệt để giữ nhiệt độ của hỗn hợp

H

Ơ

bề mặt compozit HAp/CS. Kết quả thử nghiệm này chứng tỏ compozit HAp/CS có

N

ở 37oC. Từ ảnh FESEM [18], ta thấy sau 14 ngày các tinh thể HAp đã bao phủ toàn bộ

.Q

2.2.3. Ứng dụng trong hệ dẫn thuốc.[18]

TP

Chitosan ở cấu trúc nano, với tính năng quan trọng là tương thích sinh học và có

ẠO

khả năng phân hủy sinh học, có thể được sử dụng như một chất dẫn thuốc tiềm năng.

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

Để tạo cấu trúc phù hợp với mục đích dẫn thuốc cho chitosan, các tác giả sử dụng

N

G

tripolyphosphate (TPP) làm chất tạo liên kết chéo thông qua tương tác tĩnh điện. Qua

H Ư

phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), quá trình nhả chậm đã được ghi nhận khi

TR ẦN

thực hiện thử nghiệm trong môi trường giả dịch ruột và giả dịch dạ dày. Từ thời gian nhả thuốc khi không có CS-TPP vào khoảng 7-8 giờ trong môi trường giả dịch ruột và

B

khoảng 0,5 giờ trong môi trường giả dịch dạ dày, artesunate đã được kéo dài thời gian

10 00

nhả thuốc lên khoảng 25-30 giờ. Trên cơ sở đó, CS-TPP đã được ứng dụng làm chất dẫn thuốc cho thuốc trị sốt rét artesunate thuộc dẫn xuất artemisinin.

Ó

A

Bên cạnh ứng dụng làm chất dẫn thuốc cho thuốc trị sốt rét artesunate, nhóm

H

nghiên cứu hiện đang tiếp tục thử nghiệm chế tạo các hệ dẫn thuốc khác, trong đó có

-L

Í-

các hệ dẫn thuốc thông minh, ví dụ hệ dẫn thuốc chữa ung thư có khả năng hướng đích có thành phần “dẫn dắt”, thâm nhập nội bào và gây chết tế bào ung thư theo chương

ÁN

trình hoặc hệ dẫn có lõi từ tính, có khả năng được “dẫn dắt” bằng từ trường ngoài. Các

TO

hệ dẫn thuốc này được cho là sẽ tiết kiệm được dược chất và làm tăng đáng kể hiệu

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

U Y

N

hoạt tính sinh học tốt trong môi trường mô phỏng dịch người SBF.

ÀN

quả chữa trị bệnh. Ngoài ra, việc ứng dụng các dẫn xuất khác của chitosan hay thay thế

D

IỄ N

Đ

chitosan bằng các polisacarit khác hiệu quả hơn cho từng ứng dụng cũng đang được tiến hành.

2.2.4. Ứng dụng trong liệu pháp nhiệt trị ung thư.[18] Nhiệt trị là một liệu pháp trị bệnh khá phổ biến, trong đó có điều trị bệnh ung thư. Vật liệu hạt từ được biết đến là chất có thể làm môi trường sinh nhiệt (tự đốt nóng) dưới tác dụng của từ trường xoay chiều với yêu cầu ứng dụng y sinh là phải bền

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 30

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

lâu và có thông số tốc độ đốt riêng ban đầu SRA (Specific Adsorption Rate) phải đạt đủ cao. Một số kết quả ban đầu khi sử dụng O – cacboxymethyl chitosan làm chất bọc hạt sắt từ Fe3O4 để nghiên cứu khả năng đốt nhiệt cũng đã thể hiện khả năng ứng dụng hạt nano chitosan biến tính trong việc nhiệt trị điều trị ung thư. Kết quả đốt nhiệt ban

H

Ơ

hành ở cường độ từ trường 80 Oe và tần số 236 kHz ,ta thấy với nồng độ ban đầu của

N

đầu của mẫu chất lỏng chứa hạt từ Fe3O4 bọc bởi O – cacboxymethyl chitosan tiến

U Y

N

Fe3O4 là 0.1 mg/ml, kết quả tốc độ gia nhiệt và nhiệt độ bão hòa cũng thay đổi tuyến

TP

.Q

thấy khả năng ứng dụng chất lỏng từ trên cơ sở CS/Fe3O4 trong việc đốt nhiệt điều trị

ẠO

ung thư

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

2.2.5. Ứng dụng trong hấp phụ kim loại nặng trong dung dịch.[18]

N

G

Nhóm nghiên cứu đã tổng hợp được nanocomposit Fe3O4/CS và Al(OH)3/Fe3O4/

H Ư

CS với dung lượng hấp phụ cao, nhằm mục đích hấp phụ ion kim loại nặng trong

TR ẦN

nước, sử dụng khả năng hấp phụ tốt các ion kim loại của chitosan (nhờ khả năng tạp phức của các nhóm amino (-NH2)). Vai trò của Fe3O4 là tạo từ tính cho vật liệu đảm

B

bảo vật liệu sau hấp phụ được tách loại dễ dàng bằng từ trường, đồng thời mở ra khả

10 00

năng giải hấp phụ (cũng bằng từ trường) và tái sử dụng vật liệu.

Kết quả phân tích bằng EDS chứng minh rằng Ni (II), Pb(II), Cu (II), Cr (VI)...

Ó

A

đã được hấp phụ hiệu quả vào bề mặt màng Fe3O4/CS và Al(OH)3/Fe3O4/CS. Đồng

H

thời, với giá thành hợp lý, khả năng ứng dụng vật liệu chitosan để hấp phụ kim loại

-L

Í-

nặng, làm sạch nước và môi trường là khả thi.

ÁN

2.2.6. Ứng dụng trong chế tạo dung dịch/gel kháng khuẩn.[18]

TO

Chitosan/nano bạc (CS/Ag-NPs) được nghiên cứu ứng dụng trong việc kháng

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

tính theo các sự pha loãng khác nhau. Những kết quả đốt nhiệt ban đầu như trên cho

ÀN

khuẩn trong dung dịch nhờ đặc tính kháng khuẩn đặc biệt của hạt nano bạc. Các tính

D

IỄ N

Đ

chất của CS/Ag-NPs đã được khảo sát bằng phổ UV-vis, ảnh hiển vi truyền qua (TEM). Khả năng kháng khuẩn của vật liệu trên đã được khảo sát với một số vi khuẩn như vi khuẩn gram âm (E.Coli và P.aeruginosa), vi khuẩn gram dương (L.fermentum, S.aureus và B.subtilis) và nấm (C.albians). Khảo sát đã chứng minh khả năng ứng dụng của vật liệu CS/Ag-NPs trong kháng khuẩn dung dịch. Đây chính là cơ sở để nhóm nghiên cứu hiện đang tiếp tục tiến hành chế tạo gel/keo với ba thành phần chính chứa nano Ag kết hợp với curcumin, trên nền chitosan

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 31

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

nhằm đưa ra sản phẩm hoàn hảo hơn trong y dược và mỹ phẩm (điều trị các vết thương ngoài da, có tính sát khuẩn vừa nhanh làm liền sẹo, làm mịn da...)

Các kết quả nghiên cứu trên đã được công bố trong 05 bài báo trên các tạp chí

Physicochemical and Engineering Aspects, Materials Science and Engineering:C và

H

Ơ

Talanta), 02 bài trên tạp chí SCI-E (J.Chitin and Chitosan). Các kết quả này sơ bộ đã

N

quốc tế (SCI) có uy tín của Nhà xuất bản Elsevier (Colloids and Surfaces A:

.Q

môi trường.

TP

2.3. Tổng quan về vỏ trấu – tro trấu

ẠO

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

2.3.1. Giới thiệu

Đ

Vỏ trấu là sản phẩm phụ của quá trình xay xát gạo. Hiện nay ở các vùng nông

N

G

thôn, vỏ trấu, rơm rạ chủ yếu được đem đốt cháy và tạo nên rất nhiều khói gây ô

H Ư

nhiễm không khí không chỉ ở vùng nông thôn mà lan tỏa ra các vùng nông thôn khác

TR ẦN

Việt Nam là nước có nền nông nghiệp lúa nước phát triển, mỗi năm nước ta sản xuất được khoảng 40 triệu tấn lúa (2010). Trong thành phần của hạt lúa, vỏ trấu chiếm

B

khoảng 20% khối lượng, do vậy mỗi năm ngành nông nghiệp Việt Nam thải khoảng 8

10 00

triệu tấn vỏ trấu. Khối lượng trấu phát sinh nhiều, với cách tận dụng trấu theo kiểu truyền thống làm chất đốt, phân bón, giá thể,… thì lượng vỏ trấu chỉ được tiêu thụ rất

Ó

A

nhỏ[8]. Theo khảo sát, tại đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) khoảng hơn 3 triệu

H

tấn/năm, nhưng chỉ khoảng 10% trong số đó được sử dụng, về sau trấu còn được dùng

-L

Í-

làm củi trấu (trấu ép lại thành dạng thanh), nhưng cũng chỉ sử dụng được khoảng

ÁN

12.000 tấn vỏ trấu/năm.[9]

TO

Hiện tại, hầu hết lượng vỏ trấu chưa được tận dụng mà bị vứt bỏ như một dạng chất thải nông nghiệp. Do chưa có giải pháp sử lý hiệu quả nên vỏ trấu sau khi bị thải

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

U Y

N

thể hiện rõ vật liệu chitosan có rất nhiều tiềm năng ứng dụng trong y sinh học và xử lý

ÀN

thẳng ra môi trường đã gây ra hậu quả nghiêm trọng về ô nhiễm môi trường, nhất là

D

IỄ N

Đ

nguồn nước và các nguồn lợi gắn liền với nguồn nước. Khai thác sử dụng một cách có hiệu quả nguồn phế thải vỏ trấu khổng lồ sẽ làm giảm thiểu khả năng gây ô nhiễm môi trường.

2.3.2. Thành phần của vỏ trấu Thành phần hóa học của vỏ trấu thay đổi theo loại thóc, mùa vụ canh tác, thổ nhưỡng của từng vùng miền. Nhưng hầu hết trong vỏ trấu chứa trên 75% chất hữu cơ

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 32

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro.[8] Các chất hữu cơ của trấu là các mạch polycarbohydrat rất dài nên hầu hết các loài sinh vật không thể sử dụng trực tiếp được, nhưng các thành phần này lại rất dễ cháy Quá trình nhiệt phân vỏ trấu:

H

Ơ

Bản chất quá trình này là sự đốt cháy thiếu oxy vỏ trấu. Sản phẩm tạo thành của

N

nên có thể dùng làm chất đốt. [8]

U Y

N

phá trình nhiệt phân là các hạt xốp màu đen có chứa: phophorous (P), potassium (K),

TP

.Q

của cây trồng. Ngoài ra, nó còn có tác dụng diệt trùng và gây ức chế sự phát triển của

ẠO

các sinh vật gây bệnh cho cây trồng.[19]

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

Vỏ trấu chứa khoảng 20% thành phần vô cơ và 80% thành phần hữu cơ. Khi

G

Đ

chưa được nhiệt phân, thành phần lignin, cellulose cao trong vỏ trấu sẽ rất khó phân

H Ư

N

hủy. Khi nhiệt phân, sẽ diễn ra quá trình phân hủy các chất hữu cơ như lignin, cellulose và để lại một lượng dư các chất dinh dưỡng và khoáng chất.[19]

TR ẦN

Sau khi đốt, tro trấu có chứa trên 80% là silic oxit, đây là thành phần được sử

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

dụng trong rất nhiều lĩnh vực.[8]

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

calcium (Ca), magnesium (Mg), và các nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự phát triển

Hình 2.10: Vỏ trấu

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 33

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

TP

.Q

Bảng 2.2: Thành phần hữu cơ của vở trấu.[8]

10 00

B

Bảng 2.3: Thành phần hóa học của vỏ trấu.[8] 2.3.3. Ứng dụng của vỏ trấu

A

Hiện nay, vật liệu phế phẩm của nông nghiệp có những tiềm năng, phạm vi ứng

H

Ó

dụng rộng rãi trong thực tiễn như xơ dừa, rơm rạ bã mía sử dụng làm chất đốt, phân

Í-

bón, vật liệu xử lý khí thải, sản xuất điện và vỏ trấu được ứng dụng chế tạo làm củi

-L

trấu, trấu viên, dùng cho các lò hơi công nghiệp thay cho than đá hoặc lò ga có công

ÁN

suất lớn tại các khu công nghiệp. Trong nước, nhiều nhà sản xuất và nghiên cứu sử

TO

dụng vỏ trấu để làm củi trấu, gỗ, thiết bị lọc nước và làm điện cực cho pin Lithium-

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

U Y

N

H

Ơ

N

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

Ngoài ra, vỏ trấu còn có khả năng ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực xây dựng

D

IỄ N

Đ

ÀN

ion.

và công nghiệp như chế tạo gạch và bê tông siêu nhẹ (tro vỏ trấu thay thế khoảng 20% xi măng thì sẽ mang lại hiệu quả rất cao cho bê tông), vật liệu bảo ôn (cách nhiệt và chống cháy). Vật liệu khi cháy tạo ra khí sinh khối có thể sản xuất ra điện, nhiệt để xấy nông sản. Đặc biệt, silicat trong vỏ trấu có thể dùng để chế tạo bê tông, gạch bê tông siêu nhẹ không nung để sử dung trong lĩnh vực xây dựng. Gạch bê tông siêu nhẹ

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 34

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

không nung, sau khi chế tạo sẽ có các tính năng ưu việt chư nhẹ, cách nhiệt, cách âm tốt, dễ chế tạo, thân thiện với môi trường.

2.3.4 Thành phần của tro trấu

Ơ

thành phần oxit kim loại. Silic oxit là chất có tỷ lệ phần trăm về khối lượng cao nhất

N

Vỏ trấu sau khi cháy các thành phần hữu cơ sẽ chuyển hóa thành tro chứa các

N

H

trong tro chiếm khoảng 80-90%.[9]

U Y

Các thành phần oxit có trong tro được thể hiện qua bảng . Và chúng có thể thay

TP

Hàm lượng SiO2 trong tro trấu rất cao. Oxit silic được sử dụng trong đời sống

ẠO

sản xuất rất phổ biến. Nếu tận thu được nguồn SiO2 có ý nghĩa rất lớn đối với nước ta.

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

Làm được điều này ta sẽ không cần nhập khẩu SiO2 và vấn đề ô nhiễm môi trường do

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

vỏ trấu cũng được cải thiện.

ÁN

Bảng 2.4: Các thành phần oxit có trong tro trấu.[9]

TO

2.3.5 Ứng dụng của tro trấu.[19,20]

Thủy tinh lỏng còn gọi là natri silicat (Na2O. nSiO2) là một vật liệu sử dụng rất

D

IỄ N

Đ

ÀN

o Sản xuất thủy tinh lỏng

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

.Q

đổi tùy thuộc vào giống cây lúa, điều kiện khí hậu, đất đai của từng vùng miền.

phổ biến trong thực tế để sản xuất sơn chống thấm, xà phòng, giày vải, que hàn, gốm sứ, keo dán.... SiO2 trong tro trấu tồn tại ở dạng vô định hình, cấp hạt rất mịn, có hoạt tính rất cao, nó dễ dàng phản ứng với dung dịch NaOH ngay ở điều kiện nhiệt độ thường. Vì vậy,việc điều chế dung dịch thủy tinh lỏng từ phế thải tro trấu thuận lợi hơn rất nhiều so với đi từ cát trắng truyền thống.

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 35

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Do vậy, nếu sử dụng tro trấu làm nguyên liệu cung cấp SiO2 để sản xuất thủy tinh lỏng cùng một lúc giải quyết được 2 vấn đề. Thứ nhất, quá trình sản xuất thủy tinh lỏng thuận lợi, phản ứng xảy ra ở điều kiện thường, tiết kiệm năng lượng, do vậy giá thành sản phẩm rẻ hơn nhiều so với phương pháp sản xuất từ cát trắng và soda. Kế tiếp

N

là, khai thác sử dụng một cách có hiệu quả nguồn phế thải vỏ trấu khổng lồ, làm giảm

N

H

Ơ

thiểu khả năng gây ô nhiễm môi trường.

U Y

o Chất nền cho các loại phân bón hữu cơ

TP

cacbon cho các vi sinh vật đảm bảo sự cân bằng hàm lượng N trong đất

ẠO

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

o Chất cải thiện đất trồng

Đ

Bảo dưỡng các chất hữu cơ trong đất là điều kiện cần thiết để duy trì hệ sinh thái

N

G

đất và tránh nguy cơ suy thoái đất trồng nhanh

H Ư

Giúp bổ sung các chất dinh dưỡng kali, phốt pho, magie, canxi và các nguyên tố

TR ẦN

vi lượng khác trong đất đã bị mất khi canh tác liên tục

Cải thiện cấu trúc đất bằng cách tăng mật độ tơi xốp, tăng khả năng giữ nước và

10 00

B

dưỡng khí. o Chất lọc nước

A

Than hoạt tính có trong vỏ trấu nhiệt phân có tác dụng hấp thụ các tạp chất bẩn,

H

Ó

các kim loại nặng, là sạch nước tưới. Vỏ trấu nhiệt phân có hiệu quả cao trong việc xử

Í-

lý nước thải

-L

o Chất nền diệt khuẩn

ÁN

Khi trộn vỏ trấu nhiệt phân với các chất diệt khuẩn, tính kháng khuẩn sẽ tăng lên,

TO

ức chế sự phát triển của các sinh vật gây bệnh như E. coli, salmonella, đồng thời vỏ

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

.Q

Khi kết hợp với một số loại phân bón khác, vỏ trấu nhiệt phân sẽ cung cấp nguồn

ÀN

trấu nhiệt phân là môi trường sống tốt cho các loại sinh vật có ích, tăng hiệu quả cho

D

IỄ N

Đ

quá trình ủ đất Do chứa hàm lượng Si cao, nên khi sử dụng các loại ốc bưu vàng gây hại cho cây

trồng đều bị loại bỏ Vỏ trấu nhiệt phân cũng có thể mang lại lợi ích trong việc trồng cây cảnh. Nó có thể giữ bệnh nhiễm trùng gây ra bởi các sinh vật ký sinh ở mức tối thiểu. Khi trộn với phân hữu cơ, vỏ trấu nhiệt phân là một chất lý tưởng cho việc nảy mầm của hạt giống cây cảnh giá cao

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 36

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

o Phân bón Tro trấu được sử dụng làm phân bón để cải tạo đất rất tốt, do tro trấu tồn tại rất lâu trong lòng đất, làm cho đất tơi xốp, giữ ẩm tốt hơn, tạo điều kiện cho các vi sinh

Ơ

lưu ý rằng do tro trấu khi đốt sẽ có hàm lượng rất lớn Silic Oxit và có hoạt tính mạnh,

N

vật phát triển tốt, cung cấp dưỡng chất nhiều hơn cho cây trồng. Tuy nhiên cần phải

N

H

khiến cho đất trồng tự nhiên bị gây hại. Để khắc phục được nhược điểm này, bạn cần

U Y

phải tạo vỏ trấu đốt than tồn tính.

TP

đốt trấu trong điều kiện thiếu khí. Các đơn giản nhất là làm hầm đốt trấu đắp ngoài

ẠO

bằng đất sét. Khi trấu đã bắt lửa thì chỉ chừa ra mấy ống để khói có thể thoát ra ngoài.

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

o Áo chống đạn

N

G

Đây là sản phẩm của Việt Nam có tên là sơn nano chống đạn KOVA được làm từ

H Ư

vỏ trấu. Áo chống đạn làm từ vỏ trấu có tác dụng ngang với áo chống đạn cấp độ 3.

TR ẦN

Loại sơn này tăng cường khả năng chống đạn của áo giáp, đồng thời giảm trọng lượng của áo đi khoảng 60 – 70% nhưng tác dụng chống đạn vẫn không thay đổi. Với phát

B

minh này, tương lai, bộ binh Việt Nam cũng sẽ được trang bị tốt như bộ binh Mỹ.

10 00

o Làm Xi măng

A

Thành phần chính của xi măng đó chính là SiO2, và đây chính là thành phần

H

Ó

chính, chiếm đến 80 – 90% khối lượng của tro trấu. Nếu sử dụng tro trấu để sử dụng

Í-

thì sau khi đốt 1 tấn vỏ trấu sẽ cho ra khoảng 180 kg tro, có giá trị đến 100$. Với công

-L

nghệ này, Việt Nam sẽ không cần phải nhập khẩu SiO2 từ nước ngoài nữa.

TO

ÁN

o Làm sơn chống cháy Sơn chống cháy được làm từ vỏ trấu do công ty sơn KOVA nghiên cứu và chế

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

.Q

Để có được chúng ta không thể áp dụng các biện pháp thông thường, mà phải

ÀN

tạo, sơn có khả năng chống cháy rất tốt, vượt trội, không sinh ra khí độc hại, nhưng giá

D

IỄ N

Đ

thành chỉ bằng 1/3 so với các loại sơn chống cháy nhập khẩu 2.3.6. Sơ lược về Silica a. Khái niệm.[7] Dioxit silic là một hợp chất hóa học còn có tên gọi khác là silica (từ tiếng Latin silex), là một ôxít của silic có công thức hóa học là SiO2 và nó có độ cứng cao được

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 37

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

biết đến từ thời cổ đại. Phân tử SiO2 không tồn tại ở dạng đơn lẻ mà liên kết lại với nhau thành phân tử rất lớn.

Silica có hai dạng cấu trúc là dạng tinh thể và vô định hình. Trong tự nhiên, silica tồn tại chủ yếu ở dạng tinh thể hoặc vi tinh thể (thạch anh, triđimit, cristobalit,

N

cancedoan, đá mã não), đa số silica tổng hợp nhân tạo đều được tạo ra ở dạng bột hoặc

N

U Y

tinh thể có thể được tạo ra ở áp suất và nhiệt độ cao như coesit và stishovit.

H

Ơ

dạng keo và có cấu trúc vô định hình (silica colloidal). Một số dạng silica có cấu trúc

ẠO

tinh và chất chính trong bê tông. Silica là một khoáng phổ biến.

TP

trong cấu tạo thành tế bào của tảo cát. Nó là thành phần chủ yếu của một số loại thủy

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

Ngoài ra, Silica tự nhiên được tìm thấy trong thực vật như lúa mạch, vỏ trấu và

G

Đ

tre, trong các loại khoáng như thạch anh và đá lửa. Những hạt silica được tách ra từ

H Ư

N

những nguồn tự nhiên chứa các tạp chất kim loại mà không thích hợp cho ngành công nghệ cao và ứng dụng trong công nghiệp. Vì vậy, việc tập trung tổng hợp silica (silica

TR ẦN

gel, keo silica, silica kết tủa) tinh khiết ở dạng bột vô định hình khi so sánh với khoáng silica tự nhiên (thạch anh, tridymit, cristobalit) ở dạng tinh thể đang được quan tâm để

B

sản xuất.

10 00

b. Các dạng thù hình của silica.[7]

A

Trong điều kiện áp suất thường, silica tinh thể có 3 dạng thù hình chính, đó là

Ó

thạch anh, triđimit và cristobalit. Mỗi dạng thù hình này lại có hai hoặc ba dạng thứ

Í-

H

cấp: dạng thứ cấp α bền ở nhiệt độ thấp và dạng thứ cấp β nhiệt độ cao.

-L

Ba dạng tinh thể của silica có cách sắp xếp khác nhau của các nhóm tứ diện SiO4

ÁN

ở trong tinh thể. Ở thạch anh α, góc liên kết Si-O-Si bằng 150° còn ở dạng tridimit và

TO

cristobalit thì góc liên kết Si-O-Si bằng 180°.

ÀN

Trong thạch anh, những nhóm tứ diện SiO44- được sắp xếp sao cho các nguyên tử

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

.Q

Silica được tìm thấy phổ biến trong tự nhiên ở dạng cát hay thạch anh, cũng như

Đ

Si nằm trên một đường xoắn ốc quay phải hooặc quay trái, tương ứng với α-thạch anh

D

IỄ N

và β-thạch anh. Từ thạch anh biến thành cristobalit cần chuyển gốc SiO-Si từ 150° thành 180°. Trong khi đó để chuyển thành α-tridimit thì ngoài việc chuyển góc này còn phải xoay tứ diện SiO44- quanh trục đối xứng một góc bằng 180°.

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 38

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

TR ẦN

H Ư

N

G

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

TP

.Q

Hình 2.11: Thạch anh alpha

Hình 2.13: Cristobalit

10 00

B

Hình 2.12: Tridimit

2.4. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ.

A

Hiện nay có nhiều phương pháp xử lý nước thải: Phương pháp cơ học, phương

H

Ó

pháp xử lý sinh học, phương pháp hóa lý, phương pháp hóa học và phương pháp hấp

Í-

phụ. Trong đó phương pháp hấp phụ là một phương pháp xử lý đang được chú ý nhiều

-L

trong thời gian gần đây, do có nhiều đặc điểm ưu việc của nó. Vật liệu hấp phụ có thể

ÁN

chế tạo từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên và các phụ phẩm nông, công nghiệp sẵn có

TO

và dễ kiếm, quy trình xử lý đơn giản, công nghệ xử lý không đòi hỏi thiết bị phức tạp

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

U Y

N

H

Ơ

N

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

D

IỄ N

Đ

ÀN

và quá trình xử lý không đưa thêm vào môi trường những tác nhân độc hại 2.4.1. Các khái niệm.[4] Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí – rắn, lỏng – rắn, khí – lỏng, lỏng – lỏng). Trong đó: Chất hấp phụ: là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó. Chất hấp phụ có bề mặt riêng càng lớn thì khả năng hấp phụ càng mạnh.

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 39

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Bề mặt riêng là diện tích bề mặt đơn phân tử tính đối với 1 gam chất hấp phụ.

Chất bị hấp phụ : là chất bị hút khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề mặt các chất hấp phụ Pha mang: là hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ

N

Với điều kiện như nhau, tốc độ của quá trình thuận nghịch tương ứng tỷ lệ với

H

Ơ

nồng độ chất bẩn trong dung dịch và trên bề mặt chất hấp phụ. Khi nồng độ chất bẩn

U Y

N

trong dung dịch ở giá trị cao nhất thì tốc độ hấp phụ cũng lớn nhất. Khi nồng độ chất

TP

.Q

dịch cũng ngày càng nhiều hơn

ẠO

Hấp phụ là một quá trình tỏa nhiệt. Ngược với sự hấp phụ là quá trình đi ra khỏi

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

bề mặt chất hấp phụ của các phần tử bị hấp phụ gọi là quá trình giải hấp.

G

Đ

Tùy theo bản chất lực tương tác giữa các phân tử của chất hấp phụ và chất bị hấp

H Ư

N

phụ người ta phân biệt thành hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.

TR ẦN

a. Hấp phụ vật lý

Định nghĩa: Hấp phụ vật lý là quá trình hấp phụ gây ra bở lực Vander Walls giữa phân tử chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ (bao gồm cả ba loại lực: cảm ứng, định

10 00

B

hướng, khuếch tán), liên kết liên kết này yếu dễ bị phá vỡ. Vì vậy hấp phụ vật lý có tính thuận nghịch cao

A

Đặc điểm: Phân tử bị hấp phụ không chỉ tương tác với một nguyên tử mà với

H

Ó

nhiều nguyên tử trên bề mặt. Do vậy, phân tử hấp phụ có thể hình thành một hoặc

Í-

nhiều lớp phân tử trên bề mặt chất hấp phụ.

-L

Hấp phụ vật lý không có tính chọn lọc. Quá trình hấp phụ vật lý là một quá trình

ÁN

thuận nghịch tức là có cân bằng động giữa chất hấp phụ và bị hấp phụ. Nhiệt lượng tỏa

TO

ra khi hấp phụ vật lý khoảng 2 ÷ 6 kcal/mol. Sự hấp phụ vật lý ít phụ thuộc vào bản

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

hấp phụ trên bề mặt tăng lên thì số phân tử (đã bị hấp phụ) sẽ di chuyển trở lại dung

ÀN

chất hóa học của bề mặt, không có sự biến đổi cấu trúc của các phân tử chất hấp phụ

D

IỄ N

Đ

và bị hấp phụ

b. Hấp phụ hóa học: Định nghĩa: Hấp phụ hóa học được gây ra bởi các liên kết hóa học (liên kết cộng hóa trị, lực ion, lực liên kết phối trí,…). Trong hấp phụ hóa học có sự trao đổi electron giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Cấu trúc electron phân tử các chất tham gia quá

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 40

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

trình hấp phụ có sự biến đổi rất lớn dẫn đến hình thành liên kết hóa học. Nhiệt lượng tỏa ra khi hấp phụ hóa học thường lớn hơn 22 kcal/mol. Đặc điểm: Chất bị hấp phụ chỉ hình thành một lớp đơn phân tử hấp phụ, giữa giữa bề mặt chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, do đó mang tính đặc thù rõ rệt. Đây

H

Ơ

không phải là một quá trình thuận nghịch.

N

chúng hình thành hợp chất bề mặt. Hấp phụ hóa học đòi hỏi phải có ái lực hóa học

U Y

N

Trong thực tế sự phân biệt giữa hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý chỉ là tương

TP

.Q

thời cả hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Ở vùng nhiệt độ thấp thường xảy ra hấp

ẠO

phụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm, khả năng hấp phụ hóa học

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

tăng lên

G

Đ

2.4.2. Cân bằng hấp phụ.[4]

H Ư

N

Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược pha mang. Theo thời

TR ẦN

gian lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược trở lại pha mang càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ

10 00

B

(quá trình thuận) bằng tốc độ giải hấp phụ (quá trình nghịch) thì quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng.

A

Đối với một hệ hấp phụ xác định, dung lượng hấp phụ là một hàm của nhiệt độ và

Í-

H

Ó

áp suất hoặc nồng độ chất bị hấp phụ trong pha thể tích. q = f (T, p) hoặc q = f (T, C)

ÁN

-L

- Ở một nhiệt độ xác định, dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào áp suất (nồng độ): q = f (p) hoặc q = f (C)

TO

Trong đó:

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt. Trong nhiều quá trình hấp phụ xảy ra đồng

ÀN

q: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)

D

IỄ N

Đ

T: Nhiệt độ p: Áp suất C: Nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích (mg/l) - Dung lượng hấp phụ cân bằng: Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối

lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng dưới các điều kiện nồng độ và nhiệt độ cho trước.

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 41

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DấyKèmQuyNhĆĄn Ä?áť&#x201C; ĂĄn táť&#x2018;t nghiáť&#x2021;p

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

- Dung lưᝣng hẼp ph᝼ Ä&#x2018;ưᝣc tĂ­nh theo cĂ´ng thᝊc:

q=

(đ??ś0 â&#x2C6;&#x2019; đ??śđ?&#x2018;?đ?&#x2018;? ).đ?&#x2018;&#x2030; đ?&#x2018;&#x161;

Trong Ä&#x2018;Ăł:

N

q: Dung lưᝣng hẼp ph᝼ (mg/g)

H

Ć

V: Tháť&#x192; tĂ­ch dung dáť&#x2039;ch (l)

N

m: Kháť&#x2018;i lưᝣng chẼt hẼp ph᝼ (g)

TP

.Q

Ccb: Náť&#x201C;ng Ä&#x2018;áť&#x2122; dung dáť&#x2039;ch khi Ä&#x2018;ất cân báşąng hẼp ph᝼ (mg/l)

Trong quĂĄ trĂŹnh hẼp ph᝼, cĂĄc phần táť­ báť&#x2039; hẼp ph᝼ khĂ´ng báť&#x2039; hẼp ph᝼ Ä&#x2018;áť&#x201C;ng tháť?i, báť&#x;i

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

áş O

vĂŹ cĂĄc phần táť­ chẼt báť&#x2039; hẼp ph᝼ phải khuáşżch tĂĄn tᝍ dung dáť&#x2039;ch Ä&#x2018;áşżn báť mạt ngoĂ i chẼt hẼp

G

Ä?

ph᝼ vĂ sau Ä&#x2018;Ăł khuáşżch tĂĄn vĂ o sâu bĂŞn trong hất cᝧa chẼt hẼp ph᝼ ph᝼ vĂ náť&#x201C;ng Ä&#x2018;áť&#x2122; dung dáť&#x2039;ch ban Ä&#x2018;ầu: đ??ś0 â&#x2C6;&#x2019; đ??śđ?&#x2018;?đ?&#x2018;? đ??ś0

10 00

H: Hiáť&#x2021;u suẼt hẼp ph᝼ (%)

B

Trong Ä&#x2018;Ăł:

TR ẌN

H=

H ĆŻ

N

- Hiáť&#x2021;u suẼt hẼp ph᝼: Hiáť&#x2021;u suẼt hẼp ph᝼ lĂ tᝡ sáť&#x2018; giᝯa náť&#x201C;ng Ä&#x2018;áť&#x2122; dung dáť&#x2039;ch báť&#x2039; hẼp

Co: Náť&#x201C;ng Ä&#x2018;áť&#x2122; dung dáť&#x2039;ch ban Ä&#x2018;ầu (mg/l)

Ă&#x201C;

A

Ccb: Náť&#x201C;ng Ä&#x2018;áť&#x2122; dung dáť&#x2039;ch khi Ä&#x2018;ất cân báşąng hẼp ph᝼ (mg/l)

Ă?-

H

2.4.3. Ä?áť&#x2122;ng háť?c hẼp ph᝼.[4]

-L

Trong mĂ´i trĆ°áť?ng nĆ°áť&#x203A;c, quĂĄ trĂŹnh hẼp ph᝼ xảy ra chᝧ yáşżu trĂŞn báť mạt cᝧa chẼt

TO

nhau:

Ă N

hẼp ph᝼, vĂŹ váş­y quĂĄ trĂŹnh Ä&#x2018;áť&#x2122;ng háť?c hẼp ph᝼ xảy ra theo máť&#x2122;t loất cĂĄc giai Ä&#x2018;oấn káşż tiáşżp

Diáť&#x2026;n Ä&#x2018;Ă n háť&#x2014; trᝣ giĂĄo d᝼c : Ä?/C 1000B Trần HĆ°ng Ä?ấo Tp Quy NhĆĄn NgĆ°áť?i sĂĄng láş­p : Nguyáť&#x2026;n Thanh TuẼn - Chᝧ quản tĂ i nguyĂŞn : Nguyáť&#x2026;n Thanh TĂş

U Y

Co: Náť&#x201C;ng Ä&#x2018;áť&#x2122; dung dáť&#x2039;ch ban Ä&#x2018;ầu (mg/l)

Ă&#x20AC;N

â&#x2122;Ś CĂĄc chẼt báť&#x2039; hẼp ph᝼ chuyáť&#x192;n Ä&#x2018;áť&#x2122;ng Ä&#x2018;áşżn báť mạt chẼt hẼp ph᝼- Giai Ä&#x2018;oấn khuáşżch tĂĄn

D

Iáť&#x201E; N

Ä?

trong dung dáť&#x2039;ch. â&#x2122;Ś Phân táť­ chẼt báť&#x2039; hẼp ph᝼ chuyáť&#x192;n Ä&#x2018;áť&#x2122;ng Ä&#x2018;áşżn báť mạt ngoĂ i cᝧa chẼt hẼp ph᝼ chᝊa

cĂĄc háť&#x2021; mao quản- Giai Ä&#x2018;oấn khuáşżch tĂĄn mĂ ng. â&#x2122;Ś ChẼt báť&#x2039; hẼp ph᝼ khuáşżch tĂĄn vĂ o bĂŞn trong háť&#x2021; mao quản cᝧa chẼt hẼp ph᝼ - Giai Ä&#x2018;oấn khuáşżch tĂĄn vĂ o trong mao quản. â&#x2122;Ś CĂĄc phân táť­ chẼt báť&#x2039; hẼp ph᝼ Ä&#x2018;ưᝣc gắn vĂ o báť mạt chẼt hẼp ph᝼ - Giai Ä&#x2018;oấn hẼp ph᝼ tháťąc sáťą.

GVHD: TS. Trần Quang Ngáť?c Giáť&#x203A;i thiáť&#x2021;u trĂ­ch Ä&#x2018;oấn báť&#x;i GV. Nguyáť&#x2026;n Thanh TĂş

Trang 42

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Quá trình hấp phụ có thể được coi là một phản ứng nối tiếp, trong đó mỗi phản ứng nhỏ là một giai đoạn của quá trình. Khi đó, giai đoạn có tốc độ chậm nhất đóng vai trò quyết định đến tốc độ của cả quá trình. Trong các quá trình động học hấp phụ, các giai đoạn này đóng vai trò quyết định đến toàn bộ quá trình động học hấp phụ.

N

người ta thừa nhận: giai đoạn khuếch tán trong và ngoài có tốc độ chậm nhất. Do đó

H

Ơ

Dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào các giai đoạn này và sẽ thay đổi theo thời gian cho

U Y

N

đến khi quá trình đạt trạng thái cân bằng

G

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

- Tốc độ hấp phụ phụ thuộc bậc nhất vào sự biến thiên nồng độ theo thời gian:

H Ư

N

Trong đó: β: Hệ số chuyển khối.

TR ẦN

C0: Nồng độ chất bị hấp phụ trong pha thể tích tại thời điểm ban đầu (mg/l). k : Hằng số tốc độ hấp phụ.

B

Ccb: Nồng độ chất bị hấp phụ trong pha thể tích tại thời điểm t (mg/l).

10 00

q : Dung lượng hấp phụ tại thời điểm t (mg/g).

A

qmax: Dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g).

H

Ó

2.4.4. Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt.[4]

-L

Í-

Khi nhiệt độ không đổi, đường biểu diễn q = fT (P hoặc C) được gọi là đường

ÁN

đẳng nhiệt hấp phụ.

TO

Đường đẳng nhiệt hấp phụ là đường mô tả sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ tại một thời điểm vào nồng độ hoặc áp suất của chất bị hấp phụ tại thời điểm đó ở một

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

TP

.Q

- Tốc độ hấp phụ v là biến thiên nồng độ chất bị hấp phụ theo thời gian:

D

IỄ N

Đ

ÀN

nhiệt độ không đổi. Đối với chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng, khí thì đường hấp

phụ đẳng nhiệt được mô tả qua các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ như: phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry, Freundlich, Langmuir…

Một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng nhất áp dụng cho hệ hấp phụ rắn - khí được nêu ở bảng:

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 43

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Đường đẳng nhiệt hấp

Bản chất của sự hấp

Phương trình

phụ

phụ Vật lý và hóa học

Henry

Vật lý và hóa học

Freundlich

Vật lý và hóa học

N

H

Ơ

N

Langmuir

Shlygin-Frumkin-

Vật lý, nhiều lớp

TP ẠO

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

G

Đ

Bảng 2.5: Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng

H Ư

N

Trong các phương trình trên:

νm: Thể tích hấp phụ cực đại p: Áp suất chất bị hấp phụ ở pha khí

TR ẦN

ν: Thể tích chất bị hấp phụ

10 00

B

po: Áp suất hơi bão hoà của chất bị hấp phụ ở trạng thái lỏng tinh khiết ở cùng nhiệt độ.

A

Các kí hiệu a, b, k, n là các hằng số.

H

Ó

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir: là phương trình mô tả cân bằng hấp

Í-

phụ đầu tiên được thiết lập bằng lý thuyết. Phương trình Langmuir được xây dựng dựa Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt của chất hấp phụ tại những trung tâm

ÁN



-L

trên các giả thuyết:

TO

xác định.

ÀN



D

IỄ N

Đ



Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

Brunauer-Emmett-Teller

.Q

U Y

Hóa học

Temkin

Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân.

Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên các tiểu phân là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân hấp phụ trên các trung tâm bên cạnh.

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir nêu ở bảng 1.1 được xây dựng cho hệ

hấp phụ rắn – khí. Tuy nhiên, phương trình trên cũng có thể áp dụng cho hấp phụ trong môi trường nước. Khi đó có thể biểu diễn phương trình Langmuir như sau:

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 44

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DấyKèmQuyNhĆĄn Ä?áť&#x201C; ĂĄn táť&#x2018;t nghiáť&#x2021;p q qmax

= θ=

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com b.Ccb

q

1+b.Ccb qmax

b.Ccb

= θ =

1+b.Ccb

Trong Ä&#x2018;Ăł:

q, qmax : Dung lưᝣng hẼp ph᝼ cân báşąng, dung lưᝣng hẼp ph᝼ cáťąc Ä&#x2018;ấi (mg/g)

N

đ?&#x153;&#x192;: Ä?áť&#x2122; che phᝧ

H

Ć

b: Háşąng sáť&#x2018; Langmuir

TP

+ Trong vĂšng náť&#x201C;ng Ä&#x2018;áť&#x2122; nháť?: b.Ccb << 1 thĂŹ q = qmax.b.Ccb mĂ´ tả vĂšng hẼp ph᝼ tuyáşżn

áş O

tĂ­nh

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

+ Trong vĂšng náť&#x201C;ng Ä&#x2018;áť&#x2122; cao: b.Ccb >> 1 thĂŹ q = qmax mĂ´ tả vĂšng hẼp ph᝼ bĂŁo hòa

G

Ä?

Ä?áť&#x192; xĂĄc Ä&#x2018;áť&#x2039;nh cĂĄc háşąng sáť&#x2018; trong phĆ°ĆĄng trĂŹnh Ä&#x2018;áşłng nhiáť&#x2021;t hẼp ph᝼ Langmuir cĂł tháť&#x192;

H ĆŻ

N

sáť­ d᝼ng phĆ°ĆĄng phĂĄp Ä&#x2018;áť&#x201C; tháť&#x2039; báşąng cĂĄch chuyáť&#x192;n phĆ°ĆĄng trĂŹnh trĂŞn thĂ nh phĆ°ĆĄng trĂŹnh Ä&#x2018;Ć°áť?ng tháşłng cĂł dấng:

D

Iáť&#x201E; N

Ä?

Ă&#x20AC;N

TO

Ă N

-L

Ă?-

H

Ă&#x201C;

A

10 00

B

TR ẌN

Cf 1 1 = . Cf + q qmax qmax . b

Diáť&#x2026;n Ä&#x2018;Ă n háť&#x2014; trᝣ giĂĄo d᝼c : Ä?/C 1000B Trần HĆ°ng Ä?ấo Tp Quy NhĆĄn NgĆ°áť?i sĂĄng láş­p : Nguyáť&#x2026;n Thanh TuẼn - Chᝧ quản tĂ i nguyĂŞn : Nguyáť&#x2026;n Thanh TĂş

.Q

- PhĆ°ĆĄng trĂŹnh Langmuir cháť&#x2030; ra hai tĂ­nh chẼt Ä&#x2018;ạc trĆ°ng cᝧa háť&#x2021;:

U Y

N

Ccb: Náť&#x201C;ng Ä&#x2018;áť&#x2122; chẼt báť&#x2039; hẼp ph᝼ khi Ä&#x2018;ất cân báşąng hẼp ph᝼ (mg/l)

HĂŹnh 2.14: Ä?Ć°áť?ng Ä&#x2018;áşłng nhiáť&#x2021;t hẼp ph᝼ thuáť&#x2122;c Langmuir

HĂŹnh 2.15: Ä?áť&#x201C; tháť&#x2039; sáťą ph᝼ cᝧa Cf /q vĂ o Cf

PhĆ°ĆĄng trĂŹnh Ä&#x2018;áşłng nhiáť&#x2021;t hẼp ph᝼ Langmuir cĂł dấng Ä&#x2018;ĆĄn giản, cho phĂŠp giải thĂ­ch khĂĄ tháť?a Ä&#x2018;ĂĄng cĂĄc sáť&#x2018; liáť&#x2021;u tháťąc nghiáť&#x2021;m. PhĆ°ĆĄng trĂŹnh Langmuir Ä&#x2018;ưᝣc Ä&#x2018;ạc trĆ°ng báşąng tham sáť&#x2018; RL

GVHD: TS. Trần Quang Ngáť?c Giáť&#x203A;i thiáť&#x2021;u trĂ­ch Ä&#x2018;oấn báť&#x;i GV. Nguyáť&#x2026;n Thanh TĂş

Trang 45

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

RL = 1/(1+b.C0) 0< RL< 1 thì sự hấp phụ là thuận lợi, RL> 1 thì sự hấp phụ là không thuận lợi và RL = 1 là sự hấp phụ tuến tính.

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry là phương trình đơn giản mô tả sự

H

Ơ

tương quan tuyến tính giữa lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt pha rắn và nồng độ hoặc

N

- Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry:

.Q

- Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Henry có dạng:

TP

a = K.p hay q = K.Ccb

ẠO

Trong đó:

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

a : Là lượng chất bị hấp phụ( mol/g)

G

K: Hằng số hấp phụ Henry

H Ư

N

p : Áp suất (mm Hg)

Ccb: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l)

TR ẦN

- Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich: Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich là phương trình thực nghiệm mô tả

10 00

B

sự hấp phụ khí hoặc chất tan lên vật hấp phụ rắn trong phạm vi một lớp - Phương trình này được biểu diễn bằng một hàm số mũ:

Ó

A

q= k.Ccb1/n

H

Trong đó:

-L

Í-

k: Hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các yếu tố khác

ÁN

n: Hằng số chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn lớn hơn 1

TO

Phương trình Freundlich phản ánh khá tốt số liệu thực nghiệm cho vùng ban đầu và vùng giữa của đường đẳng nhiệt hấp phụ, tức là ở vùng nồng độ thấp của chất bị

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

U Y

N

áp suất của chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng.

D

IỄ N

Đ

ÀN

hấp phụ.

- Để xác định các hằng số, đưa phương trình trên về dạng đường thẳng:

lg q = lg k +

1 n

. lg Ccb

Đây là phương trình đường thẳng biểu diễn sự phụ thuộc của lg q vào lg Ccb. Dựa vào đồ thị ta xác định được các giá trị k và n

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 46

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

vĂ o lg Ccb

áş O

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

Tan đ?&#x203A;˝ = 1/n; OM = lg k

G

Ä?

2.4.5. CĂĄc yáşżu táť&#x2018; ảnh hĆ°áť&#x;ng Ä&#x2018;áşżn quĂĄ trĂŹnh hẼp ph᝼.[4]

H ĆŻ

N

CĂł ba yáşżu táť&#x2018; chĂ­nh ảnh hĆ°áť&#x;ng Ä&#x2018;áşżn sáťą hẼp ph᝼ cᝧa cĂĄc chẼt lĂŞn báť mạt chẼt rắn, Ä&#x2018;Ăł lĂ :

TR ẌN

- Náť&#x201C;ng Ä&#x2018;áť&#x2122; cᝧa chẼt tan trong chẼt láť?ng (hoạc ĂĄp suẼt Ä&#x2018;áť&#x2018;i váť&#x203A;i chẼt khĂ­).

- Ảnh hĆ°áť&#x;ng cᝧa nhiáť&#x2021;t Ä&#x2018;áť&#x2122;: Khi tÄ&#x192;ng nhiáť&#x2021;t Ä&#x2018;áť&#x2122;, sáťą hẼp ph᝼ trong dung dáť&#x2039;ch giảm

B

nhĆ°ng thĆ°áť?ng áť&#x; mᝊc Ä&#x2018;áť&#x2122; Ă­t.

10 00

- QuĂĄ trĂŹnh hẼp ph᝼ cấnh tranh Ä&#x2018;áť&#x2018;i váť&#x203A;i cĂĄc chẼt báť&#x2039; hẼp ph᝼.

A

NgoĂ i ra, còn máť&#x2122;t vĂ i yáşżu táť&#x2018; khĂĄc nhĆ° sáťą thay Ä&#x2018;áť&#x2022;i diáť&#x2021;n tĂ­ch báť mạt cᝧa chẼt hẼp ph᝼ vĂ

H

Ă&#x201C;

sáťą thay Ä&#x2018;áť&#x2022;i pH cᝧa dung dáť&#x2039;ch

-L

Ă?-

2.4.6. HẼp ph᝼ trong mĂ´i trĆ°áť?ng nĆ°áť&#x203A;c.[4] Trong nĆ°áť&#x203A;c, tĆ°ĆĄng tĂĄc giᝯa máť&#x2122;t chẼt hẼp ph᝼ vĂ chẼt báť&#x2039; hẼp ph᝼ phᝊc tấp hĆĄn rẼt

Ă N

nhiáť u vĂŹ trong háť&#x2021; cĂł Ă­t nhẼt ba thĂ nh phần gây tĆ°ĆĄng tĂĄc: nĆ°áť&#x203A;c, chẼt hẼp ph᝼ vĂ chẼt báť&#x2039;

TO

hẼp ph᝼. Do sáťą cĂł mạt cᝧa dung mĂ´i nĂŞn trong háť&#x2021; sáş˝ xảy ra quĂĄ trĂŹnh hẼp ph᝼ cấnh

Diáť&#x2026;n Ä&#x2018;Ă n háť&#x2014; trᝣ giĂĄo d᝼c : Ä?/C 1000B Trần HĆ°ng Ä?ấo Tp Quy NhĆĄn NgĆ°áť?i sĂĄng láş­p : Nguyáť&#x2026;n Thanh TuẼn - Chᝧ quản tĂ i nguyĂŞn : Nguyáť&#x2026;n Thanh TĂş

HĂŹnh 2.17: Sáťą ph᝼ thuáť&#x2122;c lg q

TP

HĂŹnh 2.16: Ä?Ć°áť?ng Ä&#x2018;áşłng nhiáť&#x2021;t hẼp ph᝼ Freundlich

.Q

U Y

N

H

Ć

N

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DấyKèmQuyNhĆĄn Ä?áť&#x201C; ĂĄn táť&#x2018;t nghiáť&#x2021;p

Ă&#x20AC;N

tranh giᝯa chẼt báť&#x2039; hẼp ph᝼ vĂ dung mĂ´i trĂŞn báť mạt chẼt hẼp ph᝼. Cạp nĂ o cĂł tĆ°ĆĄng tĂĄc

D

Iáť&#x201E; N

Ä?

mấnh thĂŹ hẼp ph᝼ xảy ra cho cạp Ä&#x2018;Ăł. TĂ­nh cháť?n láť?c cᝧa cạp tĆ°ĆĄng tĂĄc ph᝼ thuáť&#x2122;c vĂ o cĂĄc yáşżu táť&#x2018;: Ä&#x2018;áť&#x2122; tan cᝧa chẼt báť&#x2039; hẼp ph᝼ trong nĆ°áť&#x203A;c, tĂ­nh Ć°a nĆ°áť&#x203A;c hoạc káť&#x2039; nĆ°áť&#x203A;c cᝧa chẼt hẼp ph᝼, mᝊc Ä&#x2018;áť&#x2122; káť&#x2039; nĆ°áť&#x203A;c cᝧa cĂĄc chẼt báť&#x2039; hẼp ph᝼ trong mĂ´i trĆ°áť?ng nĆ°áť&#x203A;c.

So váť&#x203A;i hẼp ph᝼ trong pha khĂ­, sáťą hẼp ph᝼ trong mĂ´i trĆ°áť?ng nĆ°áť&#x203A;c thĆ°áť?ng cĂł táť&#x2018;c

Ä&#x2018;áť&#x2122; cháş­m hĆĄn nhiáť u. Ä?Ăł lĂ do tĆ°ĆĄng tĂĄc giᝯa chẼt báť&#x2039; hẼp ph᝼ váť&#x203A;i dung mĂ´i nĆ°áť&#x203A;c vĂ váť&#x203A;i báť mạt chẼt hẼp ph᝼ lĂ m cho quĂĄ trĂŹnh khuáşżch tĂĄn cᝧa cĂĄc phân táť­ chẼt tan cháş­m.

GVHD: TS. Trần Quang Ngáť?c Giáť&#x203A;i thiáť&#x2021;u trĂ­ch Ä&#x2018;oấn báť&#x;i GV. Nguyáť&#x2026;n Thanh TĂş

Trang 47

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Sự hấp phụ trong môi trường nước chịu ảnh hưởng nhiều bởi pH của môi trường.

Sự thay đổi pH không chỉ dẫn đến sự thay đổi về bản chất chất bị hấp phụ (các chất có tính axit yếu, bazơ yếu hay trung tính phân li khác nhau ở các giá trị pH khác nhau) mà 

Đặc tính của chất hữu cơ trong môi trường nước:

H

Ơ

Trong môi trường nước, các chất hữu cơ có độ tan khác nhau. Khả năng hấp phụ

N

còn làm ảnh hưởng đến các nhóm chức trên bề mặt chất hấp phụ

U Y

N

trên VLHP đối với các chất hữu cơ có độ tan cao sẽ yếu hơn với các chất hữu cơ có độ

TP

.Q

hấp phụ chúng trên VLHP.

ẠO

Phần lớn các chất hữu cơ tồn tại trong nước dạng phân tử trung hoà, ít bị phân

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

cực. Do đó quá trình hấp phụ trên VLHP đối với chất hữu cơ chủ yếu theo cơ chế hấp

N

H Ư

dịch, lượng chất hấp phụ, nồng độ chất bị hấp phụ…

G

Đ

phụ vật lý. Khả năng hấp phụ các chất hữu cơ trên VLHP phụ thuộc vào: pH của dung

TR ẦN

2.5. Xanh Methylen.[4] 2.5.1. Khái quát về Xanh methylen * Cấu trúc hóa học:

10 00

B

Xanh methylen là một loại thuốc nhuộm bazơ cation, được tổng hợp cách đây hơn 120 năm, công thức hóa học là C16H18N3SCl. Một số tên gọi khác như

Ó

A

tetramethylthionine chlorhydrate, methylene blue, glutylene, methylthioninium

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

chloride.

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

tan thấp hơn. Như vậy, từ độ tan của chất hữu cơ trong nước có thể dự đoán khả năng

Hình 2.17: Công thức hóa học của xanh methylen.[4]

* Đặc tính của xanh methylen: – Xanh methylen nguyên chất 100% có dạng bột hoặc tinh thể. Xanh methylen có thể bị oxy hóa hoặc bị khử và mỗi phân tử của xanh methylen bị oxy hóa và bị khử khoảng 100 lần/giây. Quá trình này làm tăng tiêu thụ oxy của tế bào.

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 48

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

H Ư

N

G

Hình 2.18: Dạng oxy hóa và khử của Xanh methylen.[4] – Đây là một chất có màu xanh đậm, có mùi nhẹ, ổn định ở nhiệt độ phòng nhưng

TR ẦN

phân hủy ở 100 – 110°C. Dạng dung dịch 1% có pH từ 3 – 4,5.

– Hòa tan được trong nước (43.600 mg/l ở 25°C) và trong các dung môi ethanol,

10 00

B

chloroform, axit axetic và glyxerol; ít tan trong trong pyridine; không tan trong xylene và axit oleic.

A

– Xanh methylen đối kháng với các loại hóa chất mang tính oxy hóa và khử, kiềm,

Í-

SO2, CO2, H2S

H

Ó

dichromate, các hợp chất của iod. Khi phân hủy sinh ra các khí độc như: Cl 2, NO, CO,

-L

* Ứng dụng: Xanh methylen là một hóa chất được sử dụng rộng rãi trong các ngành

ÁN

nhuộm vải, nilon, da, gỗ; sản suất mực in; trong một số lĩnh vực khác nhau: hóa học,

TO

sinh học, y học, nuôi trồng thủy sản…

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

Đ

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

ẠO

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

N

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

ÀN

– Lĩnh vực hóa học: Trong hóa học phân tích, xanh metylen được sử dụng như một

D

IỄ N

Đ

chất chỉ thị với thế oxi hóa khử tiêu chuẩn là 0,01V. Dung dịch của chất này có màu xanh khi trong một môi trường oxi hóa, nhưng sẽ mất màu chuyển sang không màu nếu tiếp xúc với một chất khử. Xanh metylen đã được sử dụng làm chất chỉ thị để phân tích một số nguyên tố theo phương pháp động học.

– Lĩnh vực sinh học: Xanh methylen thường được sử dụng bởi các nhà sinh học

như một loại thuốc nhuộm mà hỗ trợ trong việc xác định các vi khuẩn. Bởi vì vi khuẩn thực tế là không màu, thêm một hoặc hai giọt xanh methylen lên lam kính giúp cho

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 49

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

các nhà sinh vật học nhìn thấy hình dạng và cấu trúc của vi khuẩn. Ngoài ra xanh methylen cũng đã được sử dụng để phát hiện các trình tự RNA trong chuyên ngành kỹ thuật . trị triệu chứng methemoglobin – huyết. Xanh methylen cũng có tác dụng sát khuẩn

H

Ơ

nhẹ và nhuộm màu các mô. Thuốc có liên kết không hồi phục với acid nucleic của

N

– Lĩnh vực y học: Xanh methylen được dùng trong điều trị ngộ độc cyanid và điều

U Y

N

virus và phá vỡ phân tử virut khi tiếp xúc với ánh sáng. Vì thế, thuốc còn được dùng

TP

.Q

mủ; sát khuẩn đường niệu sinh dục và làm thuốc nhuộm các mô trong một số thao

ẠO

tác chuẩn đoán (nhuộm vi khuẩn…)

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

– Lĩnh nuôi trồng thủy sản: xanh methylen được sử dụng vào giữa thế kỉ 19 trong

G

Đ

việc điều trị các bệnh về vi khuẩn, nấm và kí sinh trùng. Ngoài ra, xanh methylen cũng

H Ư

N

được cho là hiệu quả trong việc chữa bệnh máu nâu do Met – hemoglobin quá nhiều trong máu. Bệnh này thể hiện dạng hemoglobin bất thường trong máu làm cho việc

TR ẦN

vận chuyển oxy trong máu khó khăn. Những hợp chất có thể gây ra hiện tượng trên có thể do sử dụng kháng sinh, hàm lượng NO2–, NO3– trong nước và dư lượng thuốc bảo

B

vệ thực vật. Xanh methylen an toàn đối với việc xử lý nấm trên trứng nhiều loài cá.

10 00

Đặt biệt là rất hiệu quả trong việc điều trị các bệnh về nấm Saprolegnia trên các giai đoạn của cá.

Ó

A

2.5.2. Một số hướng nghiên cứu hấp phụ xanh methylen

Í-

H

Kumar và các cộng sự (K.V. Kumar, V. Ramamurthi, S. Sivanesan, 2005) đã

-L

nghiên cứu các cơ chế hấp phụ metylen xanh của tro bay và chứng minh rằng tro bay

ÁN

có thể được sử dụng như một vật liệu hấp phụ để loại bỏ metylen xanh từ dung dịch

TO

nước của nó.

ÀN

Vadilvelan và các cộng sự (V. Vadivelan, K.V. Kumar, 2005) đã nghiên cứu

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

tại chỗ để điều trị nhiễm virut ngoài da như herpes simplex; Điều trị chốc lở, viêm da

trạng thái cân bằng, động lực học hấp phụ, cơ chế hấp phụ metylen xanh lên trấu và

D

IỄ N

Đ

thấy rằng động học hấp phụ của quá trình hấp phụ này tuân theo phương trình động học bậc 2.

Nhóm nghiên cứu của Ghosh (D. Ghosh, K.G. Bhattacharyya, 2002) đã tiến hành chế tạo vật liệu hấp phụ từ cao lanh. Nghiên cứu này cho thấy cao lanh có thể có hiệu quả trong việc loại bỏ metylen xanh ở nồng độ tương đối thấp từ môi trường nước.

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 50

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon https://plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn Đồ án tốt nghiệp

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Trong khi đó Senthikumaar và các cộng sự (S. Senthilkumar, P.R. Varadarajan, K. Porkodi, C.V. Subbhuraam, 2005) tiến hành nghiên cứu sự hấp phụ metylen xanh lên sợi cacbon và sợi đay và nó được mô tả khá tốt theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir. bã thải chè lớn phát sinh từ các hộ gia đình ở Bangladesh đã nghiên cứu và tiến hành

H

Ơ

đề xuất quy trình xử lí bã thải chè thành vật liệu hấp phụ. Kết quả thu được dung

N

Battacharyya và cộng sự (K.G. Bhattacharyya, A. Sharma, 2005) dựa trên lượng

U Y

N

lượng hấp phụ cực đại đạt là 85,16 mg/g cao hơn so với khả năng hấp phụ của một số

TP

.Q

giờ cho nồng độ metylen xanh là 20 – 50 mg/l.

ẠO

Một số tác giả cũng tiến hành nghiên cứu khả năng hấp phụ metylen xanh trên

www.daykemquynhon.ucoz.com MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com

các loại vật liệu hấp phụ khác nhau như: sợi thủy tinh, đá bọt, bề mặt thép không gỉ, đá

N

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

phụ đối với metylen xanh cho hiệu suất khá cao.

G

Đ

trân châu, vỏ tỏi… Kết quả thu được cho thấy khả năng hấp phụ của các vật liệu hấp

Diễn đàn hỗ trợ giáo dục : Đ/C 1000B Trần Hưng Đạo Tp Quy Nhơn Người sáng lập : Nguyễn Thanh Tuấn - Chủ quản tài nguyên : Nguyễn Thanh Tú

vật liệu hấp phụ được nghiên cứu gần đây. Cân bằng hấp phụ đạt được trong vòng 5

GVHD: TS. Trần Quang Ngọc Giới thiệu trích đoạn bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 51

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial