Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Cao đẳng - Đại học Khóa luận nghiên cứu khả năng hấp phụ ion ni2+, pb2+ của vật liệu xơ dừa biến tí...

Tài liệu Khóa luận nghiên cứu khả năng hấp phụ ion ni2+, pb2+ của vật liệu xơ dừa biến tính bằng chitosan trong dung dịch nước

.PDF
77
129
113

Mô tả:

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KHOA HÓA HỌC NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION Ni2+, Pb2+CỦA VẬT LIỆUXƠ DỪA BIẾN TÍNH BẰNG CHITOSAN TRONG DUNG DỊCH NƢỚC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC Sinh viên thực hiện : Trần Thị Hậu Lớp : 14CHP Giáo viên hướng dẫn : TS Trần Mạnh Lục Đà Nẵng-Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kì công trình nào khác. Tác giả luận văn Trần Thị Hậu ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KHOA HÓA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LÀM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: TRẦN THỊ HẬU Lớp: 14 CHP 1. Tên đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Ni2+, Pb2+ của vật liệu xơ dừa biến tính bằng chitosan trong dung dịch nước”. 2. Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ - Nguyên liệu: + Chitosan đƣợc điều chế từ vỏ tôm phế thải của công ty xuất nhập khẩu thủy sản Thọ Quang, quận Sơn Trà, Thành phố Đà Nẵng. + Xơ dừa đƣợc thu mua từ cơ sở Xuân Sang, lô số 10, đƣờng Nguyễn Tƣờng Phổ, quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng. - Hóa chất: HCl, CH3COOH, H2O2, Ni(NO3)2.6H2O, Pb(NO3)2, Na2CO3, NaCl, MgCl2, CaCl2, CaCO3, NaOH. - Dụng cụ: + Dụng cụ thủy tinh: bình tam giác, cốc có mỏ, pipet các loại, buret, đũa thủy tinh, bình định mức. + Thiết bị điện tử: Cân phân tích, tủ sấy, lò nung. 3. Nội dung nghiên cứu - Xác định một số chỉ tiêu vật lí của chitin, chitosan. - Xác định tải trọng hấp phụ ion kim loại Ni2+, Pb2+ của vật liệu xơ dừa biến tính bằng phƣơng pháp hấp phụ bể. 4. Giáo viên hƣớng dẫn: TS. Trần Mạnh Lục 5. Ngày giao đề tài: 10/9/2017 6. Ngày hoàn thành đề tài: 20/4/2018 Chủ nhiệm khoa Giáo viên hƣớng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) ( Ký và ghi rõ họ tên) PGS.TS.Lê Tự Hải TS.Trần Mạnh Lục LỜI CẢM ƠN Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù nhiều hay ít, dù trực tiếp hay gián tiếp của ngƣời khác. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập tại trƣờng Đại học Sƣ Phạm Đà Nẵng đến nay, em đã nhận đƣợc rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và bạn bè. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý thầy cô ở Khoa Hóa Học đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trƣờng. Em xin cảm ơn thầy giáo TS.Trần Mạnh Lục, ngƣời đã hƣớng dẫn tận tình, động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu, thực hiện và hoàn hành khóa luận. Đà Nẵng, ngày 20 tháng 4 năm 2018 Sinh viên Trần Thị Hậu MỤC LỤC MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài..................................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu............................................................................................... 2 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................... 2 4. Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................................ 2 4.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết ...................................................................... 2 4.2. Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm................................................................. 2 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................ 3 6. Cấu trúc ................................................................................................................... 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN....................................................................................... 4 1.1. Giới thiệu về nguồn phế liệu vỏ tôm .................................................................... 4 1.2.Tổng quan về chitin và chitosan ........................................................................... 5 1.2.1. Lƣợc sử nghiên cứu chitin/ chitosan ................................................................. 5 1.2.2. Sự tồn tại của chitin ........................................................................................... 5 1.2.3. Đặc điểm cấu tạo và tính chất của chitin, chitosan ........................................... 6 1.2.3.1. Đặc điểm cấu tạo và tính chất vật lí của chitin ............................................... 6 1.2.3.2. Đặc điểm cấu tạo và tính chất vật lí của chitosan........................................... 8 1.2.3.3. Tính chất hóa học của chitin ........................................................................... 9 1.2.3.4. Tính chất hóa học của chitosan..................................................................... 10 1.2.3.5. Tính chất sinh học của chitosan .................................................................... 10 1.2.4. Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin và chitosan trong nƣớc ........................ 10 1.2.4.1. Tình hình nghiên cứu chitin và chitosan trên thế giới .................................. 10 1.2.4.2. Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin và chitosan trong nƣớc...................... 11 1.3. Giới thiệu về xơ dừa ........................................................................................... 12 1.3.1. Dừa và sợi xơ dừa............................................................................................ 12 1.3.2. Cấu trúc của sợi xơ dừa ................................................................................... 13 1.3.3. Tính chất của sợi xơ dừa ................................................................................. 14 1.3.4. Xử lí sợi xơ dừa ............................................................................................... 15 1.3.4.1. Lý thuyết chung về quá trình xử lí sợi .......................................................... 15 1.3.4.2. Xử lý sợi tự nhiên tạo ra các loại sợi đáp ứng nhu cầu biến tính ................. 16 1.4. Phƣơng pháp hấp phụ ......................................................................................... 17 1.4.1. Giới thiệu chung về phƣơng pháp hấp phụ ..................................................... 17 1.4.2. Khái niệm về sự hấp phụ ................................................................................. 17 1.4.3. Nguyên lí của quá trình hấp phụ ..................................................................... 18 1.4.4. Phƣơng trình mô tả quá trình hấp phụ ............................................................. 19 1.4.5. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ .................................................. 22 1.4.6. Cơ chế hấp phụ ................................................................................................ 23 1.5. Tính chất và ảnh hƣởng của kim loại nặng trong nƣớc đối với sức khỏe con ngƣời và sinh vật ....................................................................................................... 24 1.5.1. Khái quát chung ............................................................................................... 24 1.5.2. Giới thiệu về niken và chì ............................................................................... 25 1.5.2.1. Niken............................................................................................................. 25 1.5.2.2. Chì................................................................................................................. 26 CHƢƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................... 27 2.1. Nguyên liệu, dụng cụ, hóa chất .......................................................................... 27 2.1.1. Nguyên liệu ..................................................................................................... 27 2.1.2. Hóa chất ........................................................................................................... 27 2.1.3. Dụng cụ và các thiết bị chính .......................................................................... 27 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu.................................................................................... 27 2.2.1. Quy trình tách chitin và điều chế chitosan ...................................................... 27 2.2.1.1. Quy trình tách chitin từ vỏ tôm .................................................................... 28 2.2.1.2. Qui trình điều chế chitosan ........................................................................... 29 2.2.2. Xác định một số chỉ tiêu hóa lí của chitin/chitosan......................................... 31 2.2.2.1. Xác định độ ẩm của chitin/ chitosan ............................................................. 31 2.2.2.2. Xác đinh hàm lƣợng tro của chitin/chitosan ................................................. 31 2.2.3. Nghiên cứu chế tạo VLHP xơ dừa biến tính bằng chitosan ............................ 32 2.2.3.1. Quy trình xử lí sợi xơ dừa............................................................................. 32 2.2.3.2. Điều chế VLHP xơ dừa biến tính ................................................................. 32 2.2.3.3. Xác định đặc trƣng của cấu trúc xơ dừa, VLHP xơ dừa biến tính dựa trên phổ hồng ngoại .......................................................................................................... 33 2.2.3.4. Xác định đặc trƣng cấu trúc xơ dừa, VLHP xơ dừa biến tính dựa trên phổ phân tích nhiệt ........................................................................................................... 33 2.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Ni2+, Pb2+ của VLHP xơ dừa biến tính bằng phƣơng pháp hấp phụ bể ........................................................................................... 34 2.3.1. Cách tiến hành ................................................................................................. 34 2.3.2. Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến quá trình hấp phụ ........................................ 36 2.3.4. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ ion Ni2+, Pb2+ đến quá trình hấp phụ ......... 36 2.3.5. Khảo sát ảnh hƣởng của lực ion lạ .................................................................. 37 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 38 3.1. Tách chitin từ vỏ tôm ......................................................................................... 38 3.1.1. Xác định hàm lƣợng chitin trong vỏ tôm ........................................................ 38 3.1.2. Xác định độ ẩm................................................................................................ 39 3.1.3. Xác định độ tro ................................................................................................ 39 3.2. Deaxetyl hóa chuyển chitin thành chitosan........................................................ 39 3.2.1. Xác định hiệu suất của quá trình điều chế chitosan từ chitin .......................... 39 3.2.2. Xác định hàm lƣợng tro của chitosan .............................................................. 40 3.3. Kết quả nghiên cứu chế tạo VLHP xơ dừa biến tính ......................................... 41 3.3.1. Xác định hiệu suất của quá trình xử lí xơ dừa ................................................. 41 3.3.2. Ảnh hƣởng của tỉ lệ rắn – rắn chitosan/xơ dừa đến quá trình điều chế VLHP xơ dừa biến tính ......................................................................................................... 41 3.3.3. Hiệu suất của quá trình chế tạo VLHP xơ dừa biến tính ................................. 42 3.3.4. Phổ hồng ngoại của xơ dừa, VLHP xơ dừa biến tính...................................... 43 3.3.5. Phổ phân tích nhiệt trọng lƣợng TGA của xơ dừa, VLHP xơ dừa biến tính .. 46 3.4. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion M2+ bằng phƣơng pháp hấp phụ bể ............. 47 3.4.1. Khảo sát ảnh hƣởng của pH ............................................................................ 47 3.4.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ......................................................... 49 3.4.3. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ ion M2+ ban đầu ........................................ 51 3.4.4. Khảo sát ảnh hƣởng của lực ion lạ .................................................................. 54 3.4.4.1. Ảnh hƣởng của lực ion NaCl ........................................................................ 54 3.4.4.2. Ảnh hƣởng của lực ion Na2CO3 ................................................................... 55 3.4.4.3. Ảnh hƣởng của lực ion Na3PO4 .................................................................... 56 3.4.4.4. Ảnh hƣởng của lực ion CaCl2 ....................................................................... 57 3.4.4.5. Ảnh hƣởng của lực ion MgCl2 ...................................................................... 58 3.4.4.6. Ảnh hƣởng của các cation Na+, Ca2+, Mg2+.................................................. 59 3.4.4.7. Ảnh hƣởng các anion Cl-, CO32-, PO43- ........................................................ 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 62 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................. 63 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU – CÁC CHỮ VIÊT TẮT EDTA : Etilendiamintetraaxetic acid IR : Hồng ngoại ( Infrared Radiation) ET-OO : Eriocrom T đen VLHP : Vật liệu hấp phụ TGA :Thermal Gravimetric Analysis TA : Theomogravimetric Analysis DTA : Differential Thermal Analysis DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Hàm lƣợng chitin có trong vỏ của các loài động vật giáp xác ...................6 Bảng 1.2. Tính chất cơ bản của sợi xơ dừa............................................................... 14 Bảng 1.3. So sánh tính chất của sợi xơ dừa với những sợi tự nhiên khác ................15 Bảng 3.1. Kết quả thể hiện hàm lƣợng chitin có trong vỏ tôm.................................38 Bảng 3.2. Độ ẩm của chitin ......................................................................................39 Bảng 3.3. Độ tro của chỉtin .......................................................................................39 Bảng 3.4. Kết quả hiệu suất của quá trình điều chế chitosan từ chitin .....................40 Bảng 3.5. Hàm lƣợng tro của chitosan .....................................................................40 Bảng 3.6. Hiệu suất của quá trình xử lí xơ dừa ........................................................41 Bảng 3.7. Ảnh hƣởng của tỉ lệ rắn- rắn chitosan/ xơ dừa đến quá trình điều chế VLHP xơ dừa biến tính .............................................................................................42 Bảng 3.8. Kết quả hiệu suất của quá trình điều chế VLHP xơ dừa biến tính ...........43 Bảng 3.9. Những dải hồng ngoại chính của mẫu xơ dừa và VLHP xơ dừa biến tính ...................................................................................................................................43 Bảng 3.10. Kết quả ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ.................................47 Bảng 3.11. Kết quả ảnh hƣởng của thời gian đạt cân bằng hấp phụ. .......................49 Bảng 3.12. Kết quả ảnh hƣởng của nồng độ ion Ni2+, Pb2+ ban đầu đến khả năng hấp phụ ......................................................................................................................51 Bảng 3.13. Ảnh hƣởng của lực ion NaCl đến quá trình hấp phụ .............................54 Bảng 3.14. Ảnh hƣởng của lực ion Na2CO3 đến quá trình hấp phụ .........................55 Bảng 3.15. Ảnh hƣởng của lực ion Na3PO4 đến quá trình hấp phụ .........................56 Bảng 3.16. Ảnh hƣởng của lực ion CaCl2 đến quá trình hấp phụ .............................57 Bảng 3.17. Ảnh hƣởng của lực ion MgCl2 đến quá trình hấp phụ ............................58 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Tôm thẻ chân trắng .....................................................................................4 Hình 1.2. Nguồn cung cấp chitin chủ yếu trong tự nhiên ..........................................6 Hình 1.3. Các dạng cấu trúc của chitin.......................................................................7 Hình 1.4. Dừa và sợi xơ dừa.....................................................................................13 Hình 1.5. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ......................................................20 Hình 1.6. Đƣờng cong hấp phụ đẳng nhiệt Frendlich ..............................................21 Hình 1.7. Đƣờng cong hấp phụ dẳng nhiệt dạng hình chữ S ngƣợc. .......................21 Hình 2.1. Vỏ tôm ......................................................................................................27 Hình 2.2. Quy trình tách chitin .................................................................................28 Hình 2.3. Quy trình sản xuất chitosan ......................................................................30 Hình 2.4. Quy trình xử lí sợi xơ dừa ........................................................................32 Hình 2.5. Quy trình điều chế VLHP xơ dừa biến tính .............................................33 Hình 3.1.Chitin tách từ vỏ tôm .................................................................................38 Hình 3.2. Chitosan thu đƣợc từ chitin ......................................................................40 Hình 3.3. Xơ dừa sau xử lí .......................................................................................41 Hình 3.4. Ảnh hƣởng của tỉ lệ rắn- rắn chitosan/ xơ dừa đến quá trình điều chế VLHP xơ dừa biến tính .............................................................................................42 Hình 3.5. VLHP xơ dừa biến tính ............................................................................43 Hình 3.6. Phổ hồng ngoại của xơ dừa ......................................................................44 Hình 3.7. Phổ hồng ngoại của VLHP xơ dừa biến tính ............................................45 Hình 3.8. Phổ phân tích nhiệt trọng lƣợng của xơ dừa ............................................46 Hình 3.9. Phổ phân tích nhiệt trọng lƣợng TGA của VLHP xơ dừa biến tính.........46 Hình 3.10. Ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất hấp phụ .............................................48 Hình 3.11. Ảnh hƣởng của pH đến tải trọng hấp phụ ..............................................48 Hình 3.12. Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ ....................................50 Hình 3.13. Ảnh hƣởng của thời gian đến tải trọng hấp phụ .....................................50 Hình 3.14. Ảnh hƣởng của nồng độ ion Ni2+, Pb2+ ban đầu đến hiệu suất hấp phụ .51 Hình 3.15. Ảnh hƣởng của nồng độ ion Ni2+, Pb2+ ban đầu đến tải trọng hấp phụ ..52 Hình 3.16. Dạng tuyến tính của phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của ion Ni2+ ............................................................................................................................53 Hình 3.17. Dạng tuyến tính của phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của ion Pb2+ ............................................................................................................................53 Hình 3.18. Ảnh hƣởng của lực ion NaCl đến hiệu suất hấp phụ Ni2+, Pb2+ .............55 Hình 3.19. Ảnh hƣởng của lực ion Na2CO3đến hấp phụ Ni2+, Pb2+ .........................56 Hình 3.20. Ảnh hƣởng của Na3PO4 lực ion đến hấp phụ Ni2+, Pb2+ ........................57 Hình 3.21. Ảnh hƣởng củaCaCl2 lực ion đến hấp phụ Ni2+, Pb2+ ............................58 Hình 3.22. Ảnh hƣởng của MgCl2 lực ion đến hấp phụ Ni2+, Pb2+ ..........................59 Hình 3.23. Ảnh hƣởng các cation Na+, Ca2+, Mg2+ đến hiệu suất hấp phụ Ni2+ ......59 Hình 3.24. Ảnh hƣởng các cation Na+, Ca2+, Mg2+ đến hiệu suất hấp phụ Pb2+ ......60 Hình 3.25. Ảnh hƣởng của các anion Cl-, CO32-, PO43- đến hiệu suất hấp phụ Ni2+ 60 Hình 3.26. Ảnh hƣởng của các anion Cl-, CO32-, PO43- đến hiệu suất hấp phụ Pb2+ 61 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Nhƣ chúng ta đã biết, nƣớc có vị trí và vai trò rất là quan trọng trong cuộc sống của con ngƣời, là một dạng tài nguyên đặc biệt, là thành phần thiết yếu của sự sống và môi trƣờng. Trong những năm gần đây, do sự phát triển kinh tế và gia tăng dân số, môi trƣờng nƣớc ngày càng bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng mà nguồn gốc chủ yếu là công nghiệp. Các kim loại nặng nói chung rất khó loại bỏ bằng các phƣơng pháp xử lí thông thƣờng và nếu chúng xâm nhập vào nguồn nƣớc sinh hoạt với mức cao hơn cho phép sẽ là nguồn gốc của nhiều bệnh hiểm nghèo đe dọa đến sức khỏe, sự phát triển của con ngƣời và cân bằng hệ sinh thái. Việc nghiên cứu loại trừ kim loại nặng ra khỏi môi trƣờng nƣớc là một trong những mối quan tâm hàng đầu của các quốc gia và tổ chức trên thế giới. Nhiều phƣơng pháp xử lí kim loại nặng trong nƣớc thải đã đƣợc nghiên cứu và áp dụng nhƣ: phƣơng pháp sinh hóa, phƣơng pháp hóa lí, phƣơng pháp hóa học,… Trong đó, phƣơng pháp hấp phụ - sử dụng vật liệu hấp phụ chế tạo từ các phụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp nhƣ: xơ dừa, vỏ tôm, bã mía, vỏ chuối, bã đậu nành,… để tách các kim loại nặng ra khỏi môi trƣờng nƣớc đƣợc nghiên cứu nhiều vì chúng có các ƣu điểm là nguồn nguyên liệu có sẵn, giá thành rẻ, vật liệu thân thiện với môi trƣờng. Nhiều nguyên liệu có nguồn gốc sinh học đã đƣợc nghiên cứu là chất hấp phụ để loại bỏ kim loại nặng trong nƣớc. Xơ dừa là nguồn nguyên liệu phổ biến ở Việt Nam. Xơ dừa có khả năng tách các kim loại hòa tan trong nƣớc nhờ cấu trúc nhiều lỗ xốp và thành phần gồm các polymer nhƣ xenlulozơ, hemixenlulozơ, lignin, pectin và protein. Các polymer này có thể hấp phụ đƣợc nhiều chất tan đặc biệt là các ion kim loại rất thích hợp cho việc nghiên cứu biến tính các vật liệu hấp phụ để tách loại các ion kim loại nặng ra khỏi môi trƣờng nƣớc. Đặc biệt chitosan, dẫn xuất N-decacetylation của chitin – một polysaccharide tự nhiên có nhiều trong phế liệu thủy sản nhƣ vỏ tôm, vỏ cua ghẹ, tăm mực,… đã 2 đƣợc nghiên cứu có khả năng hấp phụ kim loại nặng nhƣ: chì, nikel, cadimi, crom, đồng,… Hiện nay, ở Việt Nam, tôm đông lạnh chiếm một phần khá lớn trong ngành xuất khẩu thủy sản. Nhƣ vậy, hằng năm các nhà máy này thải ra hàng nghìn tấn vỏ tôm phế liệu. Vỏ tôm phế liệu phần lớn dùng làm thức ăn gia súc, tuy nhiên do chƣa sử dụng hết, vỏ tôm bị thối gây lãng phí và ô nhiễm môi trƣờng. Chính vì những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài:“Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Ni2+, Pb2+của vật liệu xơ dừa biến tính bằng chitosan trong dung dịch nước”. 2. Mục đích nghiên cứu - Tách chitin từ vỏ tôm phế liệu và điều chế chitosan từ chitin thu đƣợc. - Chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) xơ dừa biến tính. - Ứng dụng VLHP xơ dừa biến tính để xử lí ion Ni2+, Pb2+ trong nƣớc. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Xơ dừa - Chitin/ chitosan đƣợc điều chế từ vỏ tôm phế liệu đƣợc cung cấp bởi Công ty xuất nhập khẩu thủy sản hải sản thọ Quang, quận Sơn Trà, TP. Đà Nẵng. - Khả năng hấp phụ ion Ni2+, Pb2+ của VLHP xơ dừa biến tính. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu 4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Thu thập, tổng hợp, phân tích các tài liệu, tƣ liệu, sách báo trong và ngoài nƣớc liên quan đến đề tài. - Xử lí các thông tin về lí thuyết để đƣa ra các vấn đề cần thực hiện trong quá trình thực nghiệm. 4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Phƣơng pháp hóa lí: Các đặc trƣng hóa lí của vật liệu đƣợc khảo sát bằng phƣơng pháp ghi phổ hồng ngoại (IR), phƣơng pháp phân tích nhiệt vi sai (TGA). - Phƣơng pháp hóa học: Khả năng hấp phụ đƣợc xác định xử lí bằng phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. 3 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Sự thành công của đề tài sẽ góp phần tạo ra một loại vật liệu có khả năng hấp phụ các ion kim loại, ứng dụng trong tách làm giàu kim loại quý và xử lí ô nhiễm môi trƣờng. 6. Cấu trúc Luận văn gồm 64 trang, trong đó có 20 bảng và 38 hình. Phần mở đầu gồm 3 trang, kết luận và kiến nghị gồm 1 trang, sử dụng 27 tài liệu tham khảo. Nội dung luận văn chia làm 3 chƣơng: Chƣơng 1 – Tổng quan, 24 trang Chƣơng 2 – Nguyên liệu và phƣơng pháp nghiên cứu, 11 trang Chƣơng 3 – kết quả và thảo luận, 24 trang 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về nguồn phế liệu vỏ tôm Đối với hầu hết các nƣớc, ngành thủy sản có vai trò quan trọng trong ngành kinh tế, đặc biệt đối với những nƣớc có vùng biển và vùng nƣớc nội địa phong phú. Nói về kinh tế biển không thể không nhắc đến vai trò, vị trí của ngành chế biến thủy sản. Hiện nay, tôm là mặt hàng chế biến chủ lực của ngành thủy sản Việt Nam, chủ yếu là tôm đông lạnh. Theo báo cáo của bộ thủy sản năm 2016, tại các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long, sản lƣợng tôm sú ƣớc đạt 260 nghìn tấn, sản lƣợng tôm thẻ ƣớc đạt 390 nghìn tấn [15]. Tùy thuộc vào sản phẩm chế biến và sản phẩm cuối cùng, phế liệu tôm có thể lên tới 40-70% khối lƣơng nguyên liệu. Trong thành phần phế liệu tôm, phần đầu thƣờng chiếm khoảng 35-45% trọng lƣợng tôm nguyên liệu, phần vỏ chiếm 10 -15%, còn lại là các phế liệu khác. Các thành phần chiếm tỉ lệ đáng kể trong đầu, vỏ tôm là chitin, protein, canxi cacbonat, lipit, sắc tố [5],… Trong những năm gần đây, nghề nuôi tôm thẻ chân trắng thƣơng phẩm phát triển mạnh, sản lƣợng chế biến ngày càng lớn nên nguồn phế liệu tôm thẻ trở thành nguyên liệu chính để sản xuất chitin, chitosan, nhất là các tỉnh miền trung. Vì vậy, nguồn phế liệu tôm thẻ đƣợc chúng tôi sử dụng trong đề tài nghiên cứu này. Tôm thẻ chân trắng có tên tiếng Anh: White Leg shrimp, tên khoa học: Penaeus vannamei, ngành: Arthropoda, lớp: Crustacea, bộ: Decapoda, họ: Fabricius, giống: Penaeus [19]. Hình 1.1. Tôm thẻ chân trắng 5 Phân bố chủ yếu ở Châu Mỹ La Tinh, Hawaii, hiện nay đƣợc nuôi ở rất nhiều nƣớc trên thế giới nhƣ: Đài Loan, Trung Quốc, Việt Nam [19],… 1.2.Tổng quan về chitin và chitosan 1.2.1. Lược sử nghiên cứu chitin/ chitosan Năm 1811, chitin lần đầu tiên đƣợc phát hiện bởi Henri Braconnot – một nhà khoa học tự nhiên ngƣời Pháp, khi ông phân lập đƣợc từ một loại nấm [9]. Cho đến năm 1830, trên một bài báo về côn trùng học, tác giả của bài báo cũng ghi nhận chất này có trong lớp vỏ côn trùng và cái tên chitin lần đầu tiên đƣợc công bố. Tên gọi chitin theo tiếng Hi Lạp có nghĩa là lớp vỏ hay màng bao. Chitin là polysaccharide đầu tiên đƣợc con ngƣời tìm ra và nghiên cứu, thậm chí trƣớc cellulose 30 năm. Năm 1843, Lasaigne tìm ra sự hiện diện của nguyên tố nitơ trong chitin. Năm 1859, C. Rouget làm thí nghiệm cho chitin vào môi trƣờng kiềm, ông thu đƣợc chất có tính chất khác với chitin là khả năng hòa tan trong axit. Và tên chitosan đƣợc đặt tên cho sản phẩm deacetyl bởi Hoppe – Seiler. Trong một thời gian dài, nguồn chitin tự nhiên không đƣợc sử dụng cho đến gần đây, khi ngƣời ta càng phát hiện ra nhiều ứng dụng của các loại polymer là dẫn xuất của chitin nhƣ chitosan. Chitin và chitosan đƣợc các nhà khoa học đi sâu nghiên cứu từ những năm 1970, Nhật Bản cũng nhƣ một số nƣớc Châu Âu đƣa chúng vào lĩnh vực thƣơng mại từ những năm 1990. 1.2.2. Sự tồn tại của chitin Chitin là một polysacharit tồn tại trong tự nhiên với sản lƣợng rất lớn (đứng thứ hai sau xellulose). Trong tự nhiên chitin tồn tại trong cả động vật và thực vật.Trong động vật, chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của các vỏ một số động vật không xƣơng sống nhƣ: côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác và giun tròn.Trong động vật bậc cao monomer của chitin là một thành phần chủ yếu trong da nó giúp cho sự tái tạo và gắn liền các vết thƣơng ở da. Trong thực vật chitin có ở thành tế bào nấm họ Zygenmyctes, các sinh khối nấm mốc, một số loại tảo…[26]. Trong các loài thủy sản đặc biệt là trong vỏ tôm, cua ghẹ,… hàm lƣợng chitin chiếm tỉ lệ cao, dao động từ 14-35% so với lƣợng khô [13]. Vì vậy, hiện nay vỏ tôm, cua ghẹ là nguồn chính để sản xuất chitin – chitosan. 6 Hình 1.2. Nguồn cung cấp chitin chủ yếu trong tự nhiên Từ kết quả nghiên cứu trƣớc đây, ta có thể biết đƣợc hàm lƣợng chitin trong vỏ của các loài động vật giáp xác đƣợc thể hiện trong bảng 1.1 [13]. Bảng 1.1. Hàm lƣợng chitin có trong vỏ của các loài động vật giáp xác Hàm lƣợng % CaCO3 % Protein % Chitin Vỏ tôm 40,26 32,02 27,72 Nang mực 88,44 6,12 5,40 Tăm mực ống 4,74 46,23 49,00 Vỏ cua 66,58 16,60 16,73 Vỏ loài tép nhỏ 63,94 15,46 20,06 Nguồn Từ bảng 1.1, ta thấy hàm lƣợng chitin trong tăm mực ống là nhiều nhất. Bên cạnh đó, vỏ tôm chứa một lƣợng α – chitin khá lớn (27,72%) do đó để sản xuất α – chitin ngƣời ta thƣờng chọn vỏ tôm, tăm mực làm nguyên liệu. Chiotosan đƣợc xem là polymer tự nhiên quan trọng nhất vì nó có hoạt tính sinh học cao và có nhiều ứng dụng đa dạng nhất trong thực tế. Việc sản xuất chitosan cũng đơn giản, không cần dùng hóa chất độc hại đắt tiền. Chitosan thu đƣợc bằng cách deaxyl hóa chitin, trong đó nhóm ( -NH2) thay thế nhóm ( -NHCOCH3) Ở VỊ TRÍ C(2). 1.2.3. Đặc điểm cấu tạo và tính chất của chitin, chitosan 1.2.3.1. Đặc điểm cấu tạo và tính chất vật lí của chitin 7 Đặc điểm cấu tạo phân tử và cấu trúc: Chitin có công thức phân tử: (C8H13O5N)n; phân tử lƣợng: M chitin = (203,09)n; ( giá trị n trong tôm thẻ từ 400 đến 500), đây là một loại polysaccharide mạch thẳng, nếu xem chitn là dẫn xuất của cellulose, thì trong nhóm –OH ở nguyên tử C(2) của cellulose đƣợc thay thế bằng nhóm –NHCOCH3. Nhƣ vậy chitin là poly ( N-acetyl2-amino-2-deoxy-β-D-glucopyranose), các mắt xích liên kết với nhau bởi các liên kết β-( 1,4) glucopyzit: Phân loại chitin: Chitin có cấu trúc tinh thể rất chặt chẽ và đều đặn. Bằng phƣơng pháp nhiễu xạ tia X, ngƣời ta đã chứng minh đƣợc chitin tồn tại ở ba dạng cấu trúc hình: α, β, γchitin. Các dạng này của chitin chỉ do sự sắp xếp khác nhau về hƣớng của mỗi mắt xích trong mạch. Nếu biểu diễn mỗi mắt xích này bằng một mũi tên sao cho phần đầu mũi tên chỉ nhóm –CH2OH, phần đuôi chỉ nhóm –NHCOCH3 thì các cấu trúc α, β, γ –chitin đƣợc mô tả nhƣ hình 1.3 [4]. Hình 1.3. Các dạng cấu trúc của chitin + Ở α –chitin ngoài ngoài liên kết hidro trong một lớp và chuỗi hệ nó còn có kết hidro giữa các lớp do các chuỗi thuộc lớp kề nhau nên rất bền vững. α-chitin là dạng phổ biến nhất trong tự nhiên, nó có mặt trong dây cơ chằng, trong các loài nhuyễn thể, vỏ của cua và tôm, biểu bì của các loài côn trùng,… 8 + Ở β, γ –chitin, giữa các lớp không có loại liên kết hidro, do vậy β, γ –chitin có liên kết lỏng lẻo hơn α-chitin. Dạng β-chitin cũng có thể chuyển sang dạng α-chitin nhờ quá trình acetyl hoá cho cấu trúc tinh thể bền vững hơn, β-chitin hiếm gặp hơn α-chitin. - Tính chất vật lí Chitin là chất rắn màu trắng hoặc ngà, có cấu trúc lỗ xốp, cứng không đàn hồi, không mùi vị, và không tan trong hầu hết các dung môi, Chitin chỉ tan trong một số ít dung môi nhƣ N-N-dimetylacetamid có chứa 5–10% LiCl hay một số dung môi đã đƣợc flo hóa nhƣ hexafloacetone hay hexaflo-2-propanol với mức tan phụ thuộc vào nguồn gốc điều chế. Chitin có khả năng hấp thu tia hồng ngoại có bƣớc sóng 890-884 cm-1 [4]. Ngoài ra, do chitin có khối lƣợng phân tử lớn nên nó dễ bị cắt mạch làm giảm khối lƣợng trong phản ứng với kiềm đặc ở nhiệt độ cao, có khả năng phân hủy sinh học bởi nhiều loài sinh vật. 1.2.3.2. Đặc điểm cấu tạo và tính chất vật lí của chitosan - Đặc điểm cấu tạo phân tử và cấu trúc: Khi thực hiện phản ứng deacetyl hóa chitin thu đƣợc chitosan, công thức phân tử của chotosan ứng với deacetyl hóa hoàn toàn: (C6H11O4N)n , khối lƣợng phân tử: Mchitosan = (161,07)n ( khoảng 10.000-500.000 đvc). Chitosan đƣợc cấu tạo từ các mắt xích D-glucosamine liên kết với nhau bởi các liên kết β-(1,4)-glycpzit, do vậy chitosan có thể gọi là poly-β-(1,4)-2-amino-2desoxy-D-glucose hoặc β-(1,4)-D-glucosamine [21]. Công thức cấu tạo của chitosan: Do chitosan đƣợc điều chế từ sự khử nhóm acetyl trên các mắt xích của chitin, nên khối lƣợng phân tử của nó phụ thộc vào giá trị n, tỷ lệ phần trăm nhóm acetyl và cả điều kiện điều chế nó. Để phân biệt chitin với chitosan, ta dựa vào khái niệm
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan