Nghiên cứu Khả năng dịch chuyển một số nguyên tố Cu, Mn, Cr, As trong nước thải tại khu công nghiệp An Phú, tỉnh Phú Yên; 10 HẤP PHỤ ION Pb 2+ LÊN CHITIN ĐƯỢC GHÉP VỚI AXIT ACRYLIC SAU KHI BIẾN TÍNH B[.]
Tạp chí phân tích Hóa, Lý Sinh học – Tập 19, Số 1/2014 HẤP PHỤ ION Pb2+ LÊN CHITIN ĐƯỢC GHÉP VỚI AXIT ACRYLIC SAU KHI BIẾN TÍNH BỀ MẶT BẰNG CƠNG NGHỆ PLASMA Đến tịa soạn - - 2013 Nguyễn Văn Sức Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM Trịnh Ngọc Châu Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội SUMMARY ADSORBTION OF Pb2+ ONTO CHITIN GRAFTED WITH ACRYLIC ACID AFTER ITS SURFACE MODIFICATION BY COLD PLASMA TECHNOLOGY The grafing process of acrylic acid on the chitin surface extracted from shrimp shell after treatment by cold plasma was enhanced the adsorption ability of Pb2+ ions The adsorption process of modified chitin for Pb2+ ions followed the Freundlich isotherm model The maximum adsorption capacity was found to be 64,1 mg/g at pH and 90 contact time Keyword: Cold plasma, chitin, acrylic acid, Isotherm adsorption, Pb(II) 1.GIỚI THIỆU Chitin polymer sinh học tách từ vỏ loài giáp xác, mai mực số loài nấm Chitin sử dụng nhiều lĩnh vực khac y học, thực phẩm, môi trường nông nghiệp [1-3] Trong cơng nghệ mơi trường, chitin có khả hấp phụ số ion kim loại nặng chất ô nhiễm hữu Tuy nhiên, dung lượng hấp phụ chitin thường thấp phụ thuộc vào mức độ deacetyl hóa [4] Để nâng cao khả hấp phụ, chitin biến tính bề 10 mặt cách ghép nhóm chức có lực cao với chất ô nhiễm nâng cao độ deacetyl để tăng mật độ nhóm amin phân tử chitin [5-7] Hầu hết q trình deacetyl hóa ghép nhóm chức lên chitin phải thực qua nhiều giai đoạn phức tạp, tốn nhiều thời gian sử dụng nhiều tác nhân hóa học Trong năm gần đây, cơng nghệ plasma lạnh sử dụng để biến tính bề mặt vật liệu với ưu điểm vượt trội thời gian biến tính xảy nhanh, làm thay đổi cấu trúc vật liệu [8,9] Do vậy, việc sử dụng cơng nghệ 2.2 Biến tính bề mặt plasma lạnh plasma lạnh để biến tính bề mặt chitin cho q trình ghép nhóm chức có lực cao ion kim loại hướng để nâng cao khả ứng dụng chitin công nghệ hấp phụ Trong báo này, chúng tơi trình bày kết nghiên cứu ghép axit crylic vào chitin sau chitin biến tính bề mặt ghép axit acrylic lên bề mặt chitin biến tính Hình trình bày sơ đồ hệ thống phát plasma lạnh trạng thái cân không nhiệt độ chế tạo trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp HCM Hệ thống bao gồm hai điện cực nhôm nằm song song với nhau, điện cực plasma lạnh Chitin ghép axit acrylic chứa nhóm chức carboxyl (-COOH) bao ống thạch anh có đườn kính cm Độ rộng chất điện mơi nghiên cứu để hấp phụ ion Pb2+ mm Dịng khí argon sử dụng để làm khí phóng điện với lưu lượng 0.5 lít/phút Mẫu chitin đặt kính nằm hai điện cực plasma Trước tiến hành xử lý, buồng plasma thổi khí argon khoảng phút để THỰC NGHIỆM 2.1 Điều chế chitin Chitin điều chế từ vỏ tôm theo phương pháp [4] Để loại bỏ protein, 100g vỏ tôm khô ngâm chiết dung dịch NaOH 0.5 M nhiệt độ 600C thời gian Sau vỏ tơm rửa nước cất đến pH 6-7 Vỏ tôm đượ tiếp tục loại bỏ khoáng chất chủ yếu Ca Mg cách ngâm chiết dung dịch axit HCl 0,1M thời gian nhiệt độ phòng Sau loại khoáng chất, chitin rửa nước cất đến pH trung tính sấy khơ 800C Mẫu chitin nghiền nhỏ, rây lấy phần có kích thước từ 0,250,45 µm để xử lý bề mặt đuổi hết khơng khí ẩm Mẫu chitin xử lý với plasma khí argon cơng suất 70 watt thời gian 30 giây Sau xử lý bề mặt, cho chitin vào cốc thủy tinh dung tích 250 ml chứa 20 ml dung dịch axit acrylic(d = 1.047) Khuấy hỗn hợp để yên nhiệt độ phòng Lọc rửa lượng dư axit acrylic toluene Làm khô chitin ghép với axit acrylic chân không Phản ứng chitin sau chiếu plasma với axit acrylic trình bày hình 11 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hình 1: Sơ đồ hệ thống plasma lạnh 2.3 Hấp phụ ion Pb2+ Phản ứng hấp phụ chitin ghép với axit acrylic với ion Pb2+ tiến hành theo phương pháp gián đoạn Các điều kiện tối ưu cho trinh hấp phụ thời gian tiếp xúc, pH xác định cách khuấy trộn 0.1 g chitin biến tính với 50 ml dung dịch Pb2+ có nồng độ 30 mg/l pH từ đến Sau thời gian định, hút 0,1 ml dung dịch hấp phụ xác định nồng độ Pb2+ dung dịch phương pháp vol-ampe hòa tan [10] Quá trình nghiên cứu đảng nhiệt hấp phụ chitin biến tính ion Pb2+ tiến hành nồng độ Pb2+ từ 10-100 mg/l nhiệt độ 30 ±10C 3.1 Đặc trưng vật liệu Phổ FT-IR chitin chitin ghép với axit acrylic tương ứng đưa hình 3a 3b Các đỉnh đặc trưng chitin phổ FTIR (hình 3a) quan sát bao gồm đỉnh 3426 cm1 đặc trưng cho dao động giãn nhóm aliphatic, O-H Đỉnh 2967 cm-1 đặc trưng cho dao động liên kết C-H –CH3, Sự dao động giãn nhóm carbonyl, C=O từ acetamide (NHCOCH3) biểu đỉnh 1656 cm-1 (a) (b) Hình 2: Phản ứng chitin sau xử lý plasma với axit acrylic 12 Hình 3: Phổ FTIR (a) chitin, (b) chitin biến tín 3.2 Hấp phụ ion Pb2+ Hiệu suất hấp phụ cực đại (≥ 99 %) chitin biến tính ion Pb2+ xác định pH với thời gian cân hấp phụ 90 phút Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich sử dụng để kiểm tra số liệu thực nghiệm Kết tính dung lượng hấp phụ (qclc.) theo mơ hình phi tuyến đẳng nhiệt Langmuir Freundlich ion Pb2+ minh hoạ hình Các tham số hai mơ hình hấp đẳng nhiệt Langmuir Freundlich phụ đưa bảng Từ đồ thị nhận thấy mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich phù hợp với số liệu thực nghiệm tốt so với mơ hình đẳng nhiệt Langmuir Điều xác nhận so sánh giá trị sai số bình phương trung bình tương đối (RSME) thu xử lý số liệu phần mểm Tool Solver Microsoft Exel Giá trị RMSE mơ hình Freundlich 1,56, nhỏ so với giá trị 2,834 mơ hình Langmuir Từ kết thu kết luận q trình hấp phụ ion Pb2+ bề mặt chitin biến tính plasma lạnh ghép với axit crylic trình hấp phụ đơn lớp tâm hấp phụ có lượng không đồng [10] Sự không đồng mặt lượng bề mặt chitin biến tính kết tương tác dòng plasma lạnh chitin làm cho bề mặt chitin biến tính biến đổi có xếp lại cấu trúc gốc tự HO* tạo thành tái hợp không với trạng thái ban đầu Đây vấn đề lý thú để nghiên cứu tiếp tục khả chịu tính axit chitosan, polymer sinh học quan trọng tách ly từ chitin, cách khâu mạch với plasma mà không sử dụng tác nhân hóa học khâu mạch 60 50 qe (mg/g) Các đỉnh 1535 1456 cm-1 đạc trưng tương ứng dao động uốn liên kết – NH dao động giãn liên kết –CN nhóm acetamide Sự dao động giãn liên kết –C-O-C- vòng glucosamine thể đỉnh 1048 cm-1 Sau ghép với axit acrylic (hình 3b) xuất đỉnh 1724 cm-1 đặ trưng cho nhóm carbonyl chitin biến tính 40 30 Thực nghiệm 20 Langmuir 10 Freundlich 0 10 15 20 Ce (mg/l) Hình 4: Đồ thị qe theo Ce pH 5, nhiệt độ 30 ±10C thời gian tiếp xúc : 90 phút Bảng 1: Các tham số mơ hình đẳng nhiệt Langmuir Freundlich Mơ hình Langmuir Mơ hình Freundlich qmax KL(l/mg) RSME KF(mg/g) n RMSE 2,344 15,37 2,15 1,562 (mg/g) 0,257 64,1 13 KẾT LUẬN Biến tính bề mặt chitin plasma lạnh trợ giúp trình ghép axit acrylic lên chitin cách dễ dàng làm tăng khả hấp phụ ion Pb2+ Các tham số ảnh hưởng đến hấp phụ ion Pb2+ chitin biến tính pH thời gian tíếp xúc xác định với giá trị tương ứng dung lượng hấp phụ cực đại 90 phút Quá trình hấp phụ đẳng nhiệt chitin biến tính ion Pb2+ tn theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich với dung lượng hấp phụ cực đại 64,1 mg/g Vật liệu hấp phụ điều chế sử dụng để xử lý nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng, làm giàu đối tượng môi trường khác để phân tích Res., 332, 305-316, (2001) Mudasir, G Raharjo, I.Tahir and E Tri Wahyuni, Immobilization of dithizone onto chitin isolated from prawn and its preliminary study for the adsorption of Cd(II) ion J Phys Sci., 19, 63–78, (2008) J Shao, Y Yang, C.Shi, Preparation and adsorption properties for metal ions of chitin modified by L-cysteine, J Appl Poly Sci., 88, 2575–2579, (2003) S.A Figueiredo, J.M Loureiro, R.A Boaventura, Natural waste materials containing chitin as adsorbents for textile dyestuffs: batch and continuous studies Water Res., 39, 4142-4152,(2005) C Jama, R Delobel, Cold plasma technologies for surface modification and TÀI LIỆU THAM KHẢO thin film deposition, Mat.Sci.97, 109124, (2007) S.S Kim, L Britcher, S Kumar, H J Griesser, Plasma methods for the generation of chemically, A Review, Plasma Process Polym 3, 392-418, (2006) 10 A.Sana, A Alshikh, Voltammetry determination of some trace elements in tap water samples of Jeddah area in the Kingdom of Saudi Arabia, J American Sci., 6, 1026-1032, (2010) 11 W.L.Teng, E Khor, T K Tan, L.Y Lim, S.C Tana, Modeling of adsorption isotherms and kinetics of 2,4,6 F Sahidi, J.K vidana Arachchi and J You-Jin, Food applications of chitin and chitosan, Trend in Food Sci & Technol, 10, 37-51, (1999) Y Kato, H Onishi, Y Machida, Application of chitin and chitosan derivatives in the pharmaceutical field, Curr Pham Biotechnol 4, 303-309, (2003) J.E Mejia-Saulé, K Waliszewski, M.A Garcia and R Cruz-Camarillo, Use of crude shrimp shell powder for chitinase, Food Technol Biotechnol 44, 95-100, (2006) R Subha and C Namasivayam, Concurrent production of chitin from shrimp shells and fungi, Carbohydrate 14 trichloropheno onto microporous ZnCl2 activated coir pith carbon, J Environ Eng Manage., 18, 275-280 (2008)