đồ án tốt nghiệp nghiên cứu khả năng hấp phụ vi khuẩn e coli bằng bentonite biến tính

Do đặc điểm về cấu trúc, tính chất hóa lý và tính chất bề mặt mà bentonite đã được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp và nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân.. Bentonite đã được sử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA -VŨNG TÀU

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

LÊ HỮU NGHĨA

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ VI KHUẨN

E.COLI BẰNG BENTONITE BIẾN TÍNH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Ngành CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Người hướng dẫn: ThS ĐẶNG XUÂN DỰ

TP Vũng Tàu, tháng 7 năm 2011

đầu thực hiện khóa luận Trong quá trình thực hiện thầy luôn định hướng, góp ý và

sửa chữa cho khóa luận đạt nội dung tốt nhất Cho đến hôm nay khóa luận tốt nghiệp đã hoàn thành cũng chính là nhờ sự nhắc nhở, đôn đốc, sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm, cũng như các thầy cô trong trường đã giảng dạy, giúp đỡ em trong suốt

4 năm học qua Chính các thầy cô đã xây dựng cho em những kiến thức nền tảng và chuyên môn để em có thể hoàn thành khóa luận cũng như công việc sau này

Em cũng xin cảm ơn thầy quản lý phòng thí nghiệm và các bạn lớp DH07TP

đã nhiệt tình giúp đỡ em trong quá trình thí nghiệm

Vì trình độ hiểu biết có hạn nên khoá luận không thể không tránh khỏi những sai sót Kính mong quý thầy cô thông cảm và đóng góp ý kiến để khoá luận được tốt hơn

Một lần nữa em xin trân trọng cảm ơn

Vũng Tàu, ngày tháng năm

Sinh viên thực hiện

LÊ HỮU NGHĨA

TÓM LƯỢC

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính bentonite Di Linh (đánh giá bằng khả năng hấp phụ vi khuẩn E.coli ) đã được khảo sát Bentonite được biến tính bởi các tác nhân axit (HNO 3 , HCl), kiềm (NaOH) và nhiệt độ, khả năng hấp phụ tốt nhất khi biến tính tại điều kiện: nồng độ HCl là 5%, nhiệt độ

là 60 0 C, tỉ lệ rắn : lỏng là 1:3

Nghiên cứu 2 yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ vi khuẩn E.coli Hiệu suất cao nhất đạt được khi thực hiện tại điều kiện: thời gian hấp phụ là 1 giờ, nồng độ bentonite-HCl 5% là 0,05g/ml dung dịch

ABSTRACT

In the present paper, the adsorption of Di Linh bentonite modified by dilute HCl solution was investigated The phase of modified bentonite was characterized by X-ray diffraction (XRD) The adsorption of modified bentonite was estimated by the removal of E coli bacteria in aqueous solution The results show that the bentionite which was modified by the HCl solution of 5% with mass ratio of solid to liquid around 1/3 at temperature of 60 o C was favorite for the removal of E coli bacteria The optimal parameters of the adsorption is the adsorption time of 1 hour and the concentration of modified bentonite of 0.05 g/mL

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

TÓM LƯỢC

MỤC LỤC ………

DANH SÁCH BẢNG

DANH SÁCH HÌNH

TỪ VIẾT TẮT

Chương I GIỚI THIỆU

1.1 Đặt vấn đề

1.2 Mục tiêu đề tài

1.3 Giới hạn nghiên cứư

1.4 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Chương II TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU

2.1 Tổng quan về vật liệu bentonite và ứng dụng của nó

2.1.1 Giới thiệu về bentonite

2.1.2 Các ứng dụng của bentonite

2.2 Tổng quan về vi sinh vật

2.2.1 Lịch sử nghiên cứu vi sinh vật học

2.2.2 Các đặc điểm của vi sinh vật

2.2.3 Vai trò của vi sinh vật

2.2.4 Giới thiệu vi khuẩn Escherichia coli

Chương III VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Phương pháp hóa lý nghiên cứu thành phần và cấu trúc bentonite

3.1.1.Tinh chế bentonite

3.1.2 Phương pháp phân tích thành phần các cấu tử trong bentonite

3.1.3 Phân tích cấu trúc bentonite bằng nhiễu xạ tia X (XRD)

3.1.4 Phân tích thành phần nguyên tố bằng cách đo EDX

3.1.5 Phương pháp đo điện tích bề mặt và cấu trúc lớp xốp

3.2 Phương pháp hoạt hoá bentonite

3.2.2 Hoạt hóa bằng kiềm

3.2.3 Hoạt hóa bằng axit vô cơ

3.2.4 Phương pháp khác

3.3 Cách tiến hành biến tính bentonite

3.3.1 Khảo sát biến tính bentonite bằng HCl

3.3.2 Khảo sát biến tính bentonite bằng HNO3

3.3.3 Khảo sát biến tính bằng kiềm và nhiệt

3.4 Phương pháp định lượng vi sinh vật

3.4.1 Xác định trực tiếp số lượng tế bào bằng buồng đếm hồng cầu

3.4.2 Định lượng tế bào bằng phương pháp đo mật độ quang OD610nm

3.4.3 Xác định gián tiếp số lượng tế bào bằng cách đếm số lượng các khuẩn lạc

3.5 Phương pháp đánh giá khả năng hấp phụ vi khuẩn E.coli của bentonite

3.5.1 Khảo sát nồng độ bentonite ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ

3.5.2 Khảo sát thời gian tiếp xúc ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ

Chương IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Kết quả biến tính bentonite

4.2 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ

4.3 Ảnh hưởng của nồng độ bentonite đến hiệu suất hấp phụ

Chương V KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

5.1 Kết luận

5.2 Đề nghị

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1 Mẫu quặng bentonite nguyên khai

Hình 2.2 Công thức khai triển không gian của montmorillonite lý tưởng

Hình 2.3 Đơn vị cấu trúc tứ diện và đơn vị cấu trúc bát diện

Hình 2.4 Sự sắp xếp “lỗ” sáu cạnh của oxy đáy trong mạng tứ diện

Hình 2.5 Cấu trúc mạng tứ diện và cấu trúc mạng bát diện

Hình 2.6 Cấu trúc của montmorillonite

Hình 2.7 Sự định hướng của các nhóm OH trong montmorillonite

Hình 2.8 Hình dạng E.coli

Hình 2.9 Cấu tạo tế bào vi khuẩn

Hình 3.1 Sơ đồ tinh chế bentonite

Hình 3.2 Quá trình tạo tâm axit khi xử lý axit

Hình 3.3 Dụng cụ biến tính bentonite

Hình 3.4 Cấu tạo buồng đếm hồng cầu Neubauer

Hình 4.1 Giản đồ XRD của bentonite tinh chế Hình 4.2 Giản đồ XRD của bentonite-HCl 5%

Hình 4.3 Giản đồ XRD của bentonite-HNO3 5%

Hình 4.4 Giản đồ XRD của bentonite-NaOH

Hình 4.5 Giản đồ XRD của bentonite-nhiệt

Hình 4.6 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ trên bentonite tinh chế

Hình 4.7 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ trên bentonite-HCl 5%

Hình 4.8 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ trên bentonite-HNO3 5%

Hình 4.9 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ trên bentonite-NaOH

Hình 4.10 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ trên bentonite-nhiệt

Hình 4.11 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ của các loại bentonite

Hình 4.12 Ảnh hưởng của nồng độ bentonite hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ

trên bentonite tinh chế

Hình 4.13 Ảnh hưởng của nồng độ bentonite hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ

TỪ VIẾT TẮT

EDX : Phổ tán sắc năng lượng tia X (Energy Dispersive X-ray spectroscopy) XRD : Giản đồ nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction)

đặc biệt là nguồn nước Nước thải từ các nhà máy chế biến thực phẩm, nhà máy

dệt, nhà máy giấy, các khu dân cư,… được thải ra các sông, kênh rạch mà chưa qua

xử lý hoặc xử lý chưa đúng mức Đặc điểm chung của các loại nước thải này là mang một lượng lớn vi khuẩn, mầm bệnh (nhất là với nước thải y tế) sinh sôi, phát triển rồi lây nhiễm vào các sản phẩm nông nghiệp, chăn nuôi dẫn đến nguy cơ mất

an toàn vệ sinh thực phẩm, gây ngộ độc, gây các bệnh truyền nhiễm nguy hiểm đến tính mạng con người Vì vậy nước thải cần phải được xử lý trước khi phát thải vào môi trường

Đã có nhiều phương pháp được sử dụng để xử lý ô nhiễm nước, trong đó

phương pháp hấp phụ đã thể hiện nhiều ưu điểm riêng: không độc hại cho người và sinh vật, đơn giản, hiệu quả,… do có thể thu hồi sản phẩm, tập trung chất thải để xử

lý, hạn chế việc phát thải vào môi trường

Có nhiều vật liệu hấp phụ đã được nghiên cứu và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đời sống như than hoạt tính, zeolite, silicagen, nhựa trao đổi ion,…Bentonite tự nhiên cũng được xem là vật liệu hấp phụ có nhiều triển vọng

Do đặc điểm về cấu trúc, tính chất hóa lý và tính chất bề mặt mà bentonite

đã được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp và nhiều lĩnh vực của nền kinh tế

quốc dân Vì không độc hại nên bentonite được chú ý sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và gần đây nó đã được nghiên cứu và sử dụng trong lĩnh vực

xử lý nước bảo vệ môi trường

Ở nước ta, benbtonite đã được tìm thấy ở nhiều nơi: Di Linh (Lâm Đồng),

Thuận Hải (Bình Thuận), Gia Quỳ (Đồng Nai),… với trữ lượng dồi dào Vì vậy việc nghiên cứu và sử dụng nó có hiệu quả sẽ mang lại lợi ích kinh tế rất lớn Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam, bentonite được khai thác chủ yếu để pha chế dung dịch khoan

và một ít được dùng trong nghiên cứu xúc tác hóa học, việc sử dụng bentonite làm

Xuất phát từ tình hình trên nên tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ vi khuẩn E.coli bằng bentonite biến tính” để làm khoá luận tốt nghiệp

1.2 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu điều kiện thời gian, nồng độ axit để biến tính vật liệu bentonite

và khảo sát khả năng hấp phụ vi khuẩn E.coli

1.3 Giới hạn nghiên cứu

- Tinh chế bentonite

- Xác định thành phần, cấu trúc của bentonite

- Khảo sát khả năng hấp phụ vi khuẩn E.coli

1.4 Đối tượng nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu

- Bentonite Di Linh, Lâm Đồng

- Vi khuẩn E.Coli

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu

1.4.2.1 Nghiên cứu lý thuyết

Tổng quan tài liệu về bentonite, E.coli

1.4.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Cung cấp tư liệu về bentonite Di Linh

- Tìm điều kiện phù hợp cho quá trình biến tính bentonite

- Tìm hiểu khả năng hấp phụ vi sinh vật của bentonite

CHƯƠNG II

TỔNG QUAN VỀ LÍ THUYẾT

2.1 Tổng quan về vật liệu bentonite và ứng dụng của nó

2.1.1 Giới thiệu về bentonite

Khoáng sét tự nhiên là một loại vật liệu lâu đời nhất mà con người đã sử dụng, nhưng cũng đầy hấp dẫn và luôn luôn mới lạ với chúng ta Một trong những khoáng sét có nhiều ứng dụng nhất trong hầu hết các ngành công nghiệp và trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân là bentonite

Bentonite đã được sử dụng trong nhiều trong các ngành công nghiệp hóa học, dầu mỏ, thực phẩm, dược phẩm, xây dựng,… Ngày nay phạm vi sử dụng bentonite lại càng phát triển và mở rộng hơn nhờ khả năng hấp phụ, xúc tác và trao

đổi ion của nó Khả năng xúc tác và hấp phụ tuyệt vời của nó đã gây ấn tượng mạnh

mẽ và thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học Các quá trình biến đổi hóa học

đã xảy ra trong lòng đất dưới tác dụng của các tầng khoáng sét vẫn đang là hiện

tượng mà con người chưa giải đáp được Điều này đã thúc giục các nhà khoa học khám phá những tiềm năng bí ẩn của khoáng sét nói chung và bentonite nói riêng Hóa học có liên quan đến khoáng sét đang phát triển mạnh mẽ

Bentonite được tìm thấy lần đầu tiên ở núi Bentox, vùng Rok-Krik bang Uaioming (Mỹ) Chính tên gọi bentonite bắt nguồn từ tên địa phương đó Đây là một loại sét dẻo, màu vàng hoặc xanh xám, trương nở mạnh trong nước Các tính chất đặc thù và khả năng sử dụng của bentonite trong nhiều lĩnh vực khác nhau đã nhanh chóng được nghiên cứu Vào đầu năm 1988, bentonite được khai thác ở qui

mô lớn để phục vụ cho công nghiệp Sau đó bentonite cũng được phát hiện ở nhiều nơi trên thế giới như Mỹ, Canada, Nam Phi, Pháp, Ý, Trung Quốc, Ấn Độ,…

2.1.1.1 Thành phần hóa học của bentonite [9]

Bentonite là loại khoáng sét tự nhiên có thành phần chính là montmorilonite

Vì vậy có thể gọi bentonite theo thành phần chính là montmorilonite Công thức đơn

nhiên thành phần của montnorilonite luôn khác với thành phần biểu diễn lí thuyết do

có sự thay thế đồng hình của các ion kim loại như Fe3+, Fe2+, Mn2+,… vào vị trí của

Như vậy thành phần hóa học của montmorilonite, ngoài sự có mặt của Si,

Al và O ta còn thấy sự xuất hiện của các nguyên tố khác như: Fe, Mg, Mn, Na, K,…

Ngoài thành phần chính là montmorilonite, trong bentonite thường còn chứa một số khoáng sét khác như hectorite, saponite, zeolite, mica, kaoline và một số khoáng

vi sét như canxit, pirit, manhetit,… các muối kiềm và một số chất hữu cơ khác

2.1.1.2 Cấu trúc của montmorilonite [9]

a Dạng không gian của montmorilonite

Trong công thức lí tưởng của montmorilonite, các nguyên tử Si nằm ở tâm mạng tứ diện, còn các nguyên tử Al nằm ở tâm mạng bát diện (trong trường hợp

mạng silicat là trung hòa điện) Công thức khai triển của montmorilonite được trình

bày như hình 1.2

Hình 2.1 Mẫu quặng bentonite nguyên khai

Hình 2.2 Công thức khai triển không gian của montmorillonite lý tưởng

b Cấu trúc tinh thể của montmorilonite

Các tấm tứ diện được liên kết thành các mạng tứ diện qua nguyên tử oxy theo không gian hai chiều của hai nguyên tử oxy góp chung nằm trên mặt phẳng và

được gọi là oxy đáy Các oxy đáy liên kết và sắp xếp với nhau tạo thành một “lỗ”

sáu cạnh, ở mỗi đỉnh của sáu cạnh là nguyên tử oxy và được gọi là oxy đỉnh

Giống như mạng tứ diện, mạng bát diện được tạo thành từ các bát diện qua nguyên tử oxy theo không gian hai chiều

(a) (b)

Cấu trúc tinh thể của montmorilonite được chỉ ra trong hình 1.6, mạng tinh

Hình 2.3 Đơn vị cấu trúc tứ diện (a) và đơn vị cấu trúc bát diện (b)

Hình 2.4 Sự sắp xếp “lỗ” sáu cạnh của oxy đáy trong mạng tứ diện

Hình 2.5 Cấu trúc mạng tứ diện (a) và cấu trúc mạng bát diện (b)

nguyên tử oxy ở lớp bát diện cũng thuộc lớp tứ diện Nguyên tử Si trong lớp tứ diện thì phối trí với 4 nguyên tử oxy định vị ở 4 góc của tứ diện Nguyên tử Al hoặc Mg trong lớp bát diện thì phối trí với 6 nguyên tử oxy hoặc nhóm hydroxyl định vị ở 6 góc của bát diện đều Ba lớp này chồng lên nhau hình thành một lớp tiểu cầu sét hoặc một đơn vị cơ sở của nanoclay Bề dày của lớp tiểu cầu có kích thước khoảng

1 nm và chiều dài của tiểu cầu thay đổi từ hàng trăm đến hàng ngàn nm [9] Trong

tự nhiên, những tiểu cầu sét xếp chồng lên nhau tạo thành khoảng cách giữa các lớp, khoảng cách này thường được gọi là khoảng cách “Vander Walls”, là khoảng không gian giữa hai lớp sét Sự hình thành nanoclay trong tự nhiên có sự thay thế đồng hình, nguyên tử Si hóa trị 4 trong lớp tứ diện được thay thế một phần bởi nguyên tử

Al hóa trị 3 và nguyên tử Al trong lớp bát diện thì được thay thế một phần bởi các nguyên tử có hóa trị 2 như Fe và Mg Sự thiếu hụt điện tích dương trong đơn vị cơ

sở, dẫn đến bề mặt của tiểu cầu mang điện tích âm Điện tích âm này được cân bằng

khoảng cách không gian giữa các lớp này Như vậy, khả năng trao đổi cation montmorilonite là tương đương với điện tích các lớp Những ion nằm giữa các lớp này có thể thay thế bằng cation hữu cơ Khi thay thế ion vô cơ giữa các lớp sét bằng các ion hữu cơ làm cho sét thích hợp với polymer hữu cơ Sự thay thế đồng hình bên trong mạng tinh thể bằng các nguyên tố khác nhau hoặc thay đổi ở các vị trí khác nhau đưa đến có nhiều loại khoáng sét khác nhau như montmorilonite, notronite, saponite, hectorite,…

Hình 2.6 Cấu trúc của montmorillonite

Do montmorilonite có cấu trúc 2:1 dạng diocta nên cấu trúc lớp montmorilonite đã được hình thành từ hai mạng tứ diện liên kết với một mạng bát diện ở giữa, tạo nên một lớp nhôm silicat với các khe trống ở giữa Các cation có khả năng trao đổi bị hydrat hóa và các phân tử nước bị hấp phụ có thể chiếm chỗ các khe trống giữa các lớp nhôm silicat Chiều rộng giữa khe trống của các lớp cấu trúc cơ bản của montmorilonite là 9,6 nm, chiều rộng đó có thể bị thay đổi ít hay nhiều tùy thuộc vào số lượng, bản chất, kích thước của cation trao đổi và lượng

trong bát diện bị thay thế đồng hình bởi các cation có điện tích thấp hơn thì các phân mạng đó tích điện âm Mức độ tích điện âm cao hay thấp tùy thuộc vào số lượng và bản chất của các cation thay thế Điện tích âm của mạng sẽ được bù trừ

giữa các lớp

2.1.1.3 Tính chất hóa lý của bentonite [9]

a Tính chất trao đổi ion của bentonite

Như đã đề cập ở trên, đặc trưng cơ bản của bentonite là tính chất trao đổi

âm trong mạng lưới cấu trúc Khả năng thay đổi mạnh hay yếu phụ thuộc vào lượng

điện tích âm bề mặt và số lượng ion trao đổi Nếu số lượng điện tích âm bề mặt

càng lớn, số lượng cation trao đổi càng lớn thì dung lượng trao đổi của bentonite càng lớn

Khả năng trao đổi ion của nhôm silicat còn phụ thuộc vào điện tích và bán kính cation thay đổi Điện tích cation càng thấp thì càng dễ trao đổi hơn điện tích

Đối với các cation cùng điện tích, bán kính càng nhỏ thì điện tích trao đổi

Tuy nhiên khả năng trao đổi của nhôm silicat chủ yếu vẫn phụ thuộc vào

điện tích âm bề mặt và lượng điện tích âm trong mạng lưới Bentonite có cấu trúc

lớp xốp, gồm bề mặt trong và bề mặt ngoài Khả năng trao đổi của bề mặt ngoài phụ

thuộc vào kích thước tinh thể, phụ thuộc vào sự đứt gãy liên kết và khuyết tật bề mặt Kích thước hạt càng nhỏ thì khả năng trao đổi càng lớn

Khả năng trao đổi bề mặt trong phản ánh lượng điện tích âm trong mạng lưới và khả năng hấp phụ của bentonite, nó phụ thuộc vào lượng cation bù trừ trong mạng lưới Số lượng cation bù trừ càng lớn thì khả năng trao đổi càng lớn Dung lượng cation dao động 80 ÷ 150 mđlg/100g Dung lượng anion dao động từ 15 ÷ 40 mđlg/100g [9]

Ngoài ra, sự trao đổi ion của benonite còn liên quan đến các nguyên tử hydro trong các nhóm hydroxyl của montmorilonite Theo một số nghiên cứu, đỉnh

tử oxy bị thay thế bởi các nhóm hydroxyl và các nhóm này đảm nhiệm nhiệm vụ duy trì liên kết yếu giữa các lớp và góp phần vào sự cân bằng điện tích Trong

đỉnh của bát diện có hai đỉnh là OH còn bốn đỉnh kia là oxy

Trong đó nhóm hydroxyl của liên kết Si-OH không có khả năng trao đổi hydro, nhóm hydroxyl trong liên kết Al-OH có tính axit yếu nên khả năng trao đổi yếu Nhóm hydroxyl trong liên kết Si-OH-Al có tính trao đổi mạnh nên có tính

b Tính chất hấp phụ

Khoáng sét nói chung cũng như bentonite nói riêng đã được biết đến từ xa xưa Chúng được sử dụng như một loại vật liệu xây dựng, như nguyên liệu để tạo ra các dụng cụ nấu nướng trong gia đình, như một chất tẩy rửa Gần đây chúng được dùng để phân loại dầu, tẩy sạch dầu mỡ, làm chất mang cho thuốc trừ sâu,…[5]

Tất cả những ứng dụng trên nhờ vào tính chất quan trọng của nó - tính chất hấp phụ Nhờ tính chất này mà phạm vi sử dụng của bentonite ngày càng mở rộng,

Hình 2.7 Sự định hướng của các nhóm OH trong montmorillonite

chúng được dùng trong hầu hết các ngành công nghiệp và trong nhiều ngành kinh tế

khác Đặc biệt, ngày nay sự ô nhiễm môi trường là vấn đề bức xúc, và do đó vai trò

của bentonite càng trở nên quan trọng, khi chúng được xem như là một chất hấp phụ

tự nhiên tiêu biểu để làm sạch nước khỏi các chất hữu cơ, các chất cao phân tử,

những chất thải độc hại của các nhà máy xí nghiệp, các kim loại nặng và phóng xạ,

các huyền phù gây đục và các vi sinh vật có hại

Chính vì bentonite có cấu tạo lớp, độ phân tán cao nên nó có cấu trúc xốp

phức tạp và bề mặt riêng lớn

Cấu trúc lỗ xốp ảnh hưởng rất lớn đến tính chất hấp phụ của các chất, đặc

trưng của nó là tính chất chọn lọc chất bị hấp phụ Chỉ có phân tử nào có đường

kính đủ nhỏ so với lỗ xốp thì mới chui vào được để tham gia vào quá trình hấp phụ

Dựa vào điều này người ta có thể tiến hành hoạt hóa sao cho có thể dùng bentonite

làm vật liệu tách chất Đây cũng là điểm khác nhau giữa bentonite và các chất hấp

phụ khác

Nhờ dư điện tích trên các nguyên tử của nút mạng tinh thể nên bentonite

là một chất hấp phụ phân cực và vì vậy nó sẽ ưu tiên hấp phụ các chất phân cực

Tuy nhiên, bentonite vẫn có thể hấp phụ các chất không phân cực do lực Van der

Walls và tương tác hấp phụ chủ yếu là tương tác cảm ứng Bề mặt bentonite có diện

tích tương đối lớn bao gồm bề mặt ngoài và bề mặt trong Bề mặt trong bao gồm bề

mặt của các lớp nhôm silicat chồng lên nhau và được ngăn cách bằng các cation

kim loại đền bù điện tích trên bề mặt bentonite Bề mặt ngoài được xác định bằng

bề mặt của các mao quản chuyển tiếp Các mao quản này được tạo nên do sự tiếp

xúc của các hạt bentonite và có kích thước khoảng 40 ÷ 90Å [5] Diện tích của bề

mặt ngoài phụ thuộc vào kích thước các hạt bentonite, hạt càng nhỏ thì diện tích bề

mặt ngoài càng lớn Nhờ khả năng trao đổi ion lớn cùng khả năng hấp phụ tốt mà

bentonite trở thành một loại vật liệu hấp phụ rất hiệu quả

c Tính chất trương nở

Khi nước bị hấp phụ vào giữa các lớp sẽ làm thay đổi chiều dày lớp cấu

trúc Tính chất này được gọi là tính chất trương nở Sự trương nở phụ thuộc vào bản

chất khoáng sét, cation trao đổi, sự thay thế đồng hình trong các lớp bát diện và sự

có mặt của các ion trong môi trường phân tán Lượng nước được hấp phụ vào giữa

các lớp phụ thuộc vào khả năng hydrat hoá của các cation trao đổi

Khi bentonite hấp phụ hơi nước hay tiếp xúc với nước, các phân tử nước

sẽ xâm nhập vào bên trong các lớp, làm khoảng cách này tăng lên tuỳ thuộc vào loại bentonite và lượng nước bị hấp phụ Sự tăng khoảng cách được giải thích do sự

hydrat hoá của các cation giữa các lớp

Độ trương nở của bentonite phụ thuộc vào bản chất cation trao đổi trên bề

trên một lớp sét Do vậy khi bị hyđrat hoá, bentonite Na có khả năng trương nở từ khoảng cách ban đầu giữa 2 phiến sét là từ 9Å đến ít nhất 17Å [10] Trong môi trường kiềm bentonite - Na bị hydrat hóa mạnh hơn, lớp nước hấp phụ tăng rất

mạnh Do vậy trong môi trường kiềm, huyền phù bentonite - Na rất bền vững

bentonite - Ca bị hydrat hoá, khoảng cách giữa 2 phiến sét chỉ tăng từ 12Å đến 17Å

Điều này hạn chế sự trương nở hay khả năng tạo độ nhớt của bentonite - Ca Độ

trương nở của bentonite - Ca từ 100% ÷ 150 % còn đối với bentonite-Na từ 1400%

÷ 1600 % [10]

d Tính kết dính

Bentonite có khả năng kết dính mạnh nên người ta thường sử dụng bentonite làm chất gắn kết Trong các xưởng đúc gang, bentonite được cho vào để vê viên bột quặng trước khi đưa vào lò nung, hoặc làm chất kết dính trong khuôn cát để đúc

e Tính trơ

Bentonite trơ và bền hoá học nên có thể ăn được Người ta dùng bentonite làm chất độn trong dược phẩm, thức ăn gia súc, và mỹ phẩm, làm chất lọc sạch và tẩy màu cho bia, rượu vang và mật ong,

f Tính nhớt và tính dẻo

Do bentonite có tính nhớt và tính dẻo nên được sử dụng làm phụ gia bôi trơn mũi khoan, gia cố thành của lỗ khoan, làm phụ gia trong xi măng, vữa, và chất dính kết đặc biệt

Trong công nghiệp tinh chế dầu thực vật để sản xuất dầu ăn, mỡ, bơ, xà phòng, việc sử dụng bentonite làm chất hấp phụ là ưu việt hơn hẳn phương pháp cũ

là phương pháp rửa kiềm Lượng dầu mất đi trong quá trình tinh chế chỉ bằng 0,5% lượng dầu được tinh chế Ngoài ra phương pháp dùng bentonite còn có mức hao phí dầu thấp do tránh được phản ứng thủy phân

Trong công nghiệp điều chế than cốc phục vụ cho công nghiệp luyện kim, bentonite được sử dụng để tinh chế benzen thô và các bán sản phẩm khác

Nhờ có đặc điểm hấp phụ đặc biệt tốt, bentonite còn được sử dụng rộng rãi

để sản xuất nhiên liệu lỏng tổng hợp, sản xuất các chất màu, các vitamin,…

2.1.2.2 Bentonite làm chất xúc tác

Bentonite có thể dùng làm xúc tác trong các phản ứng hữu cơ do có độ axit cao Bề mặt của bentonite mang điện tích âm do sự thay thế đồng hình của các ion

không được bù trừ bởi các ion dương Do vậy tâm axit Lewis được tạo thành từ ion

Lewis của chúng

Trên bề mặt bentonite tồn tại các nhóm hydroxyl Các nhóm hydroxyl có khả năng nhường proton để hình thành trên bề mặt bentonite những tâm axit

Bronsted Số lượng nhóm hydroxyl có khả năng tách proton tăng lên sẽ làm tăng độ axit trên bề mặt của bentonite

Biến tính bentonite bằng phương pháp trao đổi cation kim loại đa hóa trị, các chất hữu cơ tạo ra vật liệu xúc tác có độ axit và độ xốp cao hơn xúc tác cho một

số phản ứng hữu cơ Ví dụ: sử dụng các xúc tác axit rắn trong phản ứng hữu cơ ở pha lỏng thuận lợi hơn nhiều so với axit lỏng Sau khi kết thúc phản ứng chỉ cần lọc

hỗn hợp phản ứng có thể tách xúc tác rắn

Ngoài ra, do bentonite có khả năng hấp phụ cao nên có thể hấp phụ các chất xúc tác trên bề mặt trong giữa các lớp và được sử dụng làm chất xúc tác cho

nhiều phản ứng

2.1.2.3 Bentonite dùng chế tạo dung dịch khoan

Bentonite có thể tạo ra các dung dịch khoan với chất lượng đặc biệt cao và chi phí nguyên liệu thấp Vì thế, cùng với sự phát triển của ngành thăm dò và khai thác dầu khí, lượng bentonite sử dụng cho việc chế tạo dung dịch khoan ngày càng tăng Ngày nay ở Mĩ, lượng bentonite sử dụng cho việc chế tạo dung dịch khoan chiếm tới 40% tổng sản lượng bentonite nước này [9]

2.1.2.4 Bentonite dùng làm chất độn

Trong công nghiệp sản xuất các vật liệu tổng hợp, một lượng lớn bentonite dùng cho công nghiệp xà phòng, vải sợi Việc sử dụng bentonite trong vài thập kỉ gần đây cũng đã làm thay đổi đáng kể ngành công nghiệp sản xuất giấy Trước kia giấy thường chứa xấp xỉ 55% cellulose và hàm lượng kaoline nguyên chất có trong giấy không vượt quá 45% Nếu trộn thêm 10% bentonite kiềm (cation trao đổi là

60% Nếu trộn 20% bentonite kiềm thì hàm lượng chất độn có thể nâng lên 64%, nếu dùng 100% thì chất độn lên tới 84% nghĩa là hàm lượng cellulose cần trong giấy giảm đi 3 lần [9]

2.1.2.5 Bentonite dùng trong công nghiệp rượu bia

Việc sử dụng bentonite hoạt hóa làm chất hấp phụ đã làm giảm 30% ÷ 40% chi phí công nghiệp chế biến rượu vang và các chế phẩm từ rượu vang [5] Bentonite không chỉ có khả năng hấp phụ các axit hữu cơ, các chất béo, các sản phẩm phụ không mong muốn trong quá trình lên men mà còn cả ion sắt và đồng là

những tác nhân gây hư hỏng rượu Ưu điểm đặc biệt của bentonite trong quá trình

xử lý là hương vị riêng của rượu không bị mất đi

Rượu vang được điều chế từ quá trình lên men dịch quả nên thường chứa nhiều “thịt quả” phân tán rất mịn, gây đục, khó lọc Thông thường người ta dùng các hệ keo gellatin, lòng trắng trứng,…để làm trong rượu vang Song có thể dùng chất lắng trong được điều chế từ bentonite, vừa dễ bảo quản, dễ sử dụng, mang lại hiệu quả kinh tế cao Hơn nữa, cặn rượu vang gồm bentonite và “thịt quả” còn được

sử dụng làm thức ăn trực tiếp cho chăn nuôi rất hiệu quả

Quá trình lắng trong gồm 3 giai đoạn:

chất gây đục

Trong quá trình lắng trong lượng bentonite-Na càng nhiều thì thời gian lắng trong càng ngắn, nhưng lượng rượu tiêu hao theo cặn càng nhiều Theo các nghiên cứu cho thấy tỷ lệ bentonite-Na/rượu tối ưu là 0,2%, ứng với thời gian lắng trong thích hợp và lượng rượu tiêu hao không đáng kể [5]

2.1.2.6 Bentonite dùng trong công nghiệp tinh chế nước

Ở nhiều vùng chưa có nhà máy nước trên thế giới, việc sử dụng bentonite

để làm sạch các nguồn nước mặt như nước sông ngòi, kênh mương và nguồn giếng

khoan có ý nghĩa thực tiễn quan trọng Bentonite làm kết tủa các vẩn đục, hấp phụ các ion gây độc và một lượng lớn các vi khuẩn, các chất hữu cơ có trong nước Bentonite là một chất trao đổi có trong tự nhiên, nó có khả năng khử tính cứng của nước với giá thành tương đối rẻ Khả năng lắng cặn lơ lửng trong nước, đồng thời với tác dụng trao đổi ion và hấp phụ chất hữu cơ, trong đó có các vi khuẩn gây bệnh tạo ra giá trị đặc biệt của bentonite trong công nghiệp xử lí nước

2.1.2.7 Những ứng dụng khác

Cũng từ đặc tính của bentonite là tính trương nở mạnh, tính dẻo người ta còn sử dụng bentonite trong các công trình thủy lợi như đê điều mương máng và những công trình phòng thủ bằng đất Với khả năng chịu được nhiệt độ cao,

bentonite được dùng làm tác nhân liên kết trong sản xuất đạn và làm khuôn đúc

Đặc biệt bentonite còn dùng làm chất phụ gia trong thức ăn tiêu hóa cho động vật,

với vai trò tăng thời gian lưu trữ thức ăn trong cơ quan tiêu hóa giúp tiêu hóa thức

ăn và điều chỉnh axit Bentonite còn được dùng làm chất chống ẩm bằng cách sấy

khô và do đặc tính hút ẩm trở lại mà có ứng dụng này (bentonite có khả năng hấp phụ lượng nước lớn gấp khoảng 10 lần khối lượng của chúng) [9]

Do những ứng dụng phong phú của bentonite mà trên thế giới người ta có nhu cầu khai thác và sử dụng bentonite rất lớn Năm 1995 lượng sản phẩm từ bentonite được ước lượng là 9,8 triệu tấn, trong đó Mĩ là nước sử dụng bentonite thuần Na nhiều nhất Các nước khác như Hi Lạp, Đức, Thổ Nhĩ Kì, Australia cùng với Mĩ tiêu thụ khoảng 84% tổng sản lượng bentonite trên toàn thế giới, trong đó Australia đóng góp một nữa số này Giá thành của bentonite vào năm 1997-1998 khoảng 98USD/tấn, sau đó do nhu cầu thay đổi hàng năm mà giá bentonite dao

động từ 50 ÷ 250 USD/tấn [9]

Việt Nam có các mỏ có trữ lượng lớn như Tam Bố (Di Linh-Lâm Đồng), Thuận Hải (Bình Thuận), Gia Quỳ (Đồng Nai) Trong đó mỏ Tam Bố được ước tính

thác qui mô công nghiệp

2.2 Tổng quan về vi sinh vật [1]

2.2.1 Lịch sử nghiên cứu vi sinh vật học

Vi sinh vật học là ngành khoa học nghiên cứu hình thái, cấu tạo, sinh lý và hoạt động của vi sinh vật để phục vụ con người

Người đầu tiên quan sát thấy và mô tả vi sinh vật là một người Hà Lan tên

là Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723) Ông là người phát minh ra kính hiển vi,

từ đó mọi người có thể nhìn thấy một số vi sinh vật, thế giới vi sinh vật mới được phát hiện

Tuy nhiên từ cổ xưa, mặc dù không rõ sự tồn tại của vi sinh vật, loài người cũng đã biết không ít về những qui luật tác dụng của vi sinh vật và ứng dụng nó trong đời sống hàng ngày như ủ rượu, làm dấm, làm tương, chao,…

Louis Pasteur đã khám phá vai trò của vi sinh vật trong tự nhiên và từ đó lập ra nền tảng cho môn vi sinh vật học Pasteur đã chứng minh rằng sự lên men, sự

thối rữa và các bệnh truyền nhiễm luôn luôn do vi sinh vật gây nên Ông đưa ra những phương pháp khử trùng thực phẩm, khử trùng các dụng cụ y học

Robert Koch (1843-1910) đã tìm ra:

- Cách dùng thuốc nhuộm để phát hiện vi sinh vật

- Cách dùng môi trường đặc để phân lập vi khuẩn

- Tìm ra trực khuẩn lao, trực khuẩn than, phẩy khuẩn tả

Vào đầu thế kỷ 20, người ta đã tìm ra virus và phage, mở rộng thêm phạm

vi nghiên cứu vi sinh vật

Năm 1939 phát minh ra kính hiển vi điện tử đã giúp cho sự nghiên cứu nhiều thể của vi khuẩn và nhìn thấy virus cũng như nghiên cứu sâu hơn về bản chất của nó

Vi sinh vật vô cùng phong phú cả về thành phần và số lượng Chúng bao gồm các nhóm khác nhau có đặc tính khác nhau về hình dạng, kích thước, cấu tạo

và đặc biệt khác nhau về đặc tính sinh lý, sinh hóa Dựa vào đặc điểm cấu tạo tế bào, người ta chia ra làm 3 nhóm lớn:

- Nhóm chưa có cấu tạo tế bào bao gồm các loại virus

- Nhóm có cấu tạo tế bào nhưng chưa có cấu trúc nhân rõ ràng (cấu trúc nhân nguyên thuỷ) gọi là nhóm Prokaryotes bao gồm vi khuẩn, xạ khuẩn và tảo lam

- Nhóm có cấu tạo tế bào, có cấu trúc nhân phức tạp gọi là Eukaryotes bao gồm nấm men, nấm sợi (gọi chung là vi nấm) một số động vật nguyên sinh và tảo

Kích thước càng bé thì diện tích bề mặt của vi sinh vật trong một đơn vị thể

tích càng lớn Chẳng hạn đường kính của một cầu khuẩn (Coccus) chỉ có 1 µm, nếu

2.2.2.2 Hấp thu nhiều, chuyển hóa nhanh

Tuy vi sinh vật có kích thước nhỏ bé nhưng chúng có năng lực hấp thu và chuyển hóa vượt xa các sinh vật khác Chẳng hạn một vi khuẩn lactic

(Lactobacillus) trong một giờ có thể phân giải được một lượng đường lớn hơn từ

100 ÷ 10 000 lần so với khối lượng cơ thể của chúng, tốc độ tổng hợp protein của nấm men cao gấp 1 000 lần so với đậu tương và gấp 100 000 lần so với trâu bò [1]

2.2.2.3 Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh

Chẳng hạn, một trực khuẩn E.coli trong các điều kiện thích hợp chỉ sau 12

÷ 20 phút lại phân cắt một lần Nếu lấy thời gian thế hệ là 20 phút thì mỗi giờ phân cắt 3 lần, sau 24 giờ phân cắt 72 lần và tạo ra 4 722 366 101 tế bào, số tế bào này tương đương với một khối lượng 4 722 tấn [1] Tất nhiên trong tự nhiên không có các điều kiện tối ưu như vậy vì thiếu thức ăn, thiếu oxy, dư thừa các sản phẩm trao

đổi chất có hại,… Trong nồi lên men với các điều kiện nuôi cấy thích hợp, từ một tế

bào nấm men sau 24 giờ có thể tạo ra khoảng 100 000 ÷ 1 000 000 000 tế bào Có thể nói không có loại sinh vật nào có tốc độ sinh sôi nảy nở nhanh như vi sinh vật

2.2.2.4 Có năng lực thích ứng mạnh và dễ dàng phát sinh biến dị

Trong quá trình tiến hóa lâu dài vi sinh vật đã tạo cho mình những cơ chế

điều hòa trao đổi chất để thích ứng được với những điều kiện sống rất khác nhau, kể

cả những điều kiện hết sức bất lợi mà các sinh vật khác thường không thể tồn tại

nồng độ 32% muối ăn, pH thấp đến 0,5, áp suất cao đến trên 1103 at,…[1]

Vi sinh vật đa số là đơn bào, đơn bội, sinh sản nhanh, số lượng nhiều, tiếp xúc trực tiếp với môi trường sống,… do đó rất dễ dàng phát sinh biến dị Những biến dị có ích sẽ đưa lại hiệu quả rất lớn trong sản xuất Nếu như khi mới phát hiện

ra penicillin hoạt tính chỉ đạt 20 đơn vị/ml dịch lên men (1943) thì nay có thể đạt trên 100 000 đơn vị/ml [1]

2.2.2.5 Phân bố rộng, chủng loại nhiều

Vi sinh vật có ở khắp mọi nơi trên trái đất, trong không khí, đất, nước, trên núi cao, dưới biển sâu, trên cơ thể người, động vật, thực vật, trong thực phẩm,…

Vi sinh vật tham gia tích cực vào việc thực hiện các vòng tuần hoàn sinh -

địa - hóa học như vòng tuần hoàn cacbon, photpho, lưu huỳnh,…

2.2.2.6 Là sinh vật xuất hiện đầu tiên trên trái đất

Trái đất hình thành cách đây 4,6 tỷ năm nhưng cho đến nay mới chỉ tìm thấy dấu vết của sự sống từ cách đây 3,5 tỷ năm Đó là các vi sinh vật hoá thạch còn

để lại vết tích trong các tầng đá cổ Vi sinh vật hoá thạch cổ xưa nhất đã được phát

hiện là những dạng rất giống với vi khuẩn lam ngày nay Chúng được J.William Schopf tìm thấy tại các tầng đá cổ ở miền Tây Australia Chúng có dạng đa bào đơn giản, nối thành sợi dài đến vài chục mm với đường kính khoảng 1 ÷ 2 µm và có thành tế bào khá dày [1]

2.2.3 Vai trò của vi sinh vật

2.2.3.1 Trong tự nhiên

Vi sinh vật sống trong đất và trong nước tham gia tích cực vào quá trình

nhận được nhờ con đường này nhiều gấp 3 lần so với tổng số phân nitơ hóa học

được sản xuất trên thế giới [1]

Vi sinh vật tham gia tích cực vào việc phân giải các phế thải nông nghiệp, công nghiệp, đô thị nên có vai trò hết sức quan trọng trong bảo vệ môi trường như dùng nấm men để phân hủy rác thải, vi khuẩn phân hủy dầu loang trên biển,…

2.2.3.2 Trong nền kinh tế

a Trong ngành công nghiệp hóa học và năng lượng

Hiện nay các nguồn năng lượng hóa thạch (dầu mỏ, khí đốt, than đá) đang dần cạn kiệt và con người hi vọng sẽ khai thác được nguồn năng lượng thu nhận từ sinh khối của vi sinh vật như cồn sinh học, khí biogas, dung môi hữu cơ, các axit hữu cơ, phụ gia dầu khí,…

b Trong ngành công nghiệp lên men

Vi sinh vật có các kiểu trao đổi chất phong phú, mạnh mẽ và do đó có thể sinh ra nhiều sản phẩm trao đổi chất khác nhau Nhiều sản phẩm đã được sản xuất ở quy mô công nghiệp như: axit lactic, axit citric, men bánh mì, ethanol, glycerin, protease, vitamin, axit glutamic và natri glutamat,…

c Trong y tế

Ứng dụng vi sinh vật tái tổ hợp gen để sản xuất interferon, insulin, kích

thích tố sinh trưởng, chất kháng sinh, steroid,…

d Trong công nghiệp thực phẩm và thức ăn chăn nuôi

Thu nhận sinh khối là các axit amin, các enzym,…

Tuy nhiên còn phải kể đến không ít các vi sinh vật có hại Chúng gây bệnh cho người, gia súc, gia cầm, thủy sản, cây trồng,… Chúng làm hư hỏng hoặc biến chất lương thực, thực phẩm, vật liệu, hàng hóa Chúng sản sinh ra các độc tố có độc

tính cao như chỉ cần 1 mg độc tố của vi khuẩn Clostridium botulinum cũng đủ để

giết hại tới 1000 tấn cơ thể sinh vật Chỉ riêng sự tấn công của virus HIV đã gây ra

30 ÷ 40 triệu người mang HIV cuối thế kỉ 20

2.2.4 Giới thiệu vi khuẩn Escherichia coli

2.2.4.1 Nguồn gốc tên gọi

Năm 1885, tại München (Đức), một bác sĩ nhi khoa tên là Theodor Escherich rất quan tâm đến những phát hiện quan trọng của Louis Pasteur và Robert Kock về vi khuẩn Cùng với việc nghiên cứu bệnh tiêu chảy, Escherich tỏ rõ mối lưu ý tới một vi sinh vật đường ruột trẻ em qua nhiều thí nghiệm lâm sàng Vi khuẩn do Escherich phát hiện từ trong tã lót của trẻ em được công bố với tên gọi

đầu tiên là Bacterium coli commune Chỉ 4 năm sau vi khuẩn này được giới chuyên

môn đổi tên thành Escherich nhằm tri ân người có công khám phá Năm 1895, người ta lại gọi bằng tên Bacillus coli Năm 1896, gọi thành Bacterium coli Sau

nhiều kiểu gọi, đến năm 1991, vi khuẩn kia được định danh thống nhất toàn cầu là

- Chi (genus): Escherichia

- Loài (species): E.coli

2.2.4.3 Đặc điểm

Vi khuẩn E.coli thuộc nhóm vi trùng đường ruột Enterbacteriaceae có

nhiều trong tự nhiên, sống cộng sinh trong của hầu hết động vật máu nóng Trong

đường ruột chúng có nhiều trong đại tràng nên còn gọi là vi khuẩn đại tràng Vi

khuẩn E.coli nhiễm vào đất, nước, không khí,… từ phân của động vật Chúng gây

bệnh khi gặp điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của chúng

- Hình dạng: E.coli là một vi khuẩn Gram (-), có dạng hình que, di động

bằng tiên mao, không tạo bào tử, sinh sản bằng cách phân đôi khoảng 20 phút một

lần E.coli là một vi khuẩn kỵ khí ngẫu nhiên, kích thước trung bình 0,5µm x 1 ÷

3µm, hai đầu tròn [2]

- E.coli có cấu tạo đơn giản làm cho tế bào vi khuẩn đơn giản hơn và dễ tìm

hiểu hơn so với tế bào Eukaryote Sự đơn giản của cấu trúc là lí do chính để chọn

E.coli đại diện cho hầu hết các nghiên cứu trong sinh vật học phân tử hay trong vi trùng học E.coli vẫn được biết đến như là vi sinh vật nghiên cứu tốt nhất và là vi

sinh vật đặc trưng nhất

- E.coli O157:H7 là một trong hàng trăm chủng loài của E.coli E.coli

O157:H7 là nguyên nhân chính gây nên các bệnh lây nhiễm từ thực phẩm Hầu hết các bệnh điều liên quan đến việc sử dụng thịt bị nhiễm bẩn và không được nấu chín, uống sữa tươi chưa tiệt trùng,… Mặc dù hiện nay chưa thể xác định rõ số lượng

sinh vật cần thiết để gây bệnh, nhưng số lượng vi khuẩn E.coli gây bệnh được dự

đoán là rất ít Vì vi khuẩn này sống trong ruột của gia súc khỏe mạnh nên cần

nghiên cứu các biện pháp ngăn ngừa sự lây nhiễm từ gia súc cũng như lây nhiễm trong suốt quá trình chế biến thịt

- Một số nguồn lây nhiễm khác có thể kể đến như từ rau diếp, xúc xích, nước ép trái cây, khi uống nước bị nhiễm bẩn và trong môi trường hồ bơi cũng có thể bị lây nhiễm vi khuẩn này

- E.coli O157:H7 truyền nhiễm thường gây nên tiêu chảy ra máu và các

chứng bị chuột rút không bình thường Đôi khi sự truyền nhiễm không gây nên triệu chứng gì, thường thì không có hoặc sốt nhẹ kèm theo và bệnh thường hết trong vòng 5 ÷ 10 ngày [2]

2.2.4.4 Cấu tạo tế bào vi khuẩn [1]

a Thành tế bào

Thành tế bào là lớp ngoài cùng bao bọc vi khuẩn, giữ cho chúng có hình dạng nhất định, chiếm 15 ÷ 30% trọng lượng khô của tế bào Thành tế bào có những chức năng sinh lý rất quan trọng như duy trì hình thái tế bào và áp suất thẩm thấu bên trong tế bào, bảo vệ tế bào trước những tác nhân vật lý, hoá học của môi trường, thực hiện việc tích điện ở bề mặt tế bào

Thành phần hoá học của thành tế bào vi khuẩn rất phức tạp, bao gồm nhiều hợp chất khác nhau như peptidoglycan, polisaccharide, protein, lipoprotein,…

b Vỏ nhầy (Capsul)

Bên ngoài thành tế bào còn có một lớp vỏ dày hay lớp dịch nhầy Vỏ nhầy có tác dụng bảo vệ vi khuẩn tránh tác dụng thực bào của bạch cầu Chính vì thế mà ở một số vi khuẩn gây bệnh chỉ khi có lớp vỏ nhầy mới có khả năng gây bệnh Khi mất lớp vỏ nhầy, lập tức bị bạch cầu tiêu diệt khi xâm nhập vào cơ thể chủ Vỏ nhầy còn là một nơi dự trữ các chất dinh dưỡng Khi nuôi cấy vi khuẩn có

Hình 2.9 Cấu tạo tế bào vi khuẩn

Hình 2.8 Hình dạng E.coli

vỏ nhầy trên môi trường nghèo dinh dưỡng, lớp vỏ nhầy bị tiêu biến dần do bị sử dụng làm chất dinh dưỡng

c Màng tế bào chất (Cell membran)

Màng tế bào chất còn gọi là màng nguyên sinh chất là một lớp màng nằm dưới thành tế bào, có độ dày khoảng 4 ÷ 5 nm, chiếm 10 ÷ 15% trọng lượng tế bào

vi khuẩn

Màng tế bào chất có nhiều chức năng quan trọng: duy trì áp suất thẩm thấu của tế bào, đảm bảo việc chủ động tích luỹ chất dinh dưỡng và thải các sản phẩm trao đổi chất ra khỏi tế bào Màng tế bào chất là nơi sinh tổng hợp một số thành phần của tế bào, đặc biệt là thành phần của thành tế bào và vỏ nhầy, là nơi chứa một

số men quan trọng như permeazase, ATP-ase,

Thành phần hoá học của màng tế bào chất đơn giản hơn của thành tế bào nhiều Bao gồm photpholipid và protein sắp xếp thành 3 lớp: lớp giữa là photpholipid, hai lớp ngoài là protein Ngoài hai thành phần chính trên, màng tế bào chất còn chứa một số chất khác như hydratcacbon, glycolipid,…

d Tế bào chất (Cytoplast)

Tế bào chất là thành phần chính của tế bào vi khuẩn, đó là một khối chất keo bán lỏng chứa 80 ÷ 90% nước, còn lại là protein, hydratcacbon, lipid, axit nucleic v.v Hệ keo có tính chất dị thể, trạng thái phân tán, luôn luôn biến đổi phụ thuộc vào điều kiện môi trường Khi còn non tế bào chất có cấu tạo đồng chất, bắt màu giống nhau Khi già do xuất hiện không bào và các thể ẩn nhập, tế bào chất có trạng thái bắt màu không đều Tế bào chất là nơi chứa có cơ quan quan trọng của tế

bào như: nhân tế bào, mezosome, ribosome và các hạt khác

e Mezosome

Mezosome là một thể hình cầu trong giống như cái bong bóng gồm nhiều lớp màng cuộn lại với nhau, có đường kính khoảng 250 nm Mezosome chỉ xuất hiện khi tế bào phân chia, nó có vai trò quan trọng trong việc phân chia tế bào và hình thành vách ngăn ngang Một số enzym phân huỷ chất kháng sinh như

penicilinase được sinh ra từ mezosome

f Ribosome

Ribosome là nơi tổng hợp protein của tế bào, chứa chủ yếu là ARN và

protein Ngoài ra có chứa một ít lipid, và một số chất khoáng Ribosome có đường

kính khoảng 200Å, cấu tạo bởi 2 tiểu thể - một lớn, một nhỏ Tiểu thể lớn có hằng

số lắng là 50S, tiểu thể nhỏ 30S (1S = 1 ÷ 13 cm/giây)

Mỗi tế bào vi khuẩn có trên 1000 ribosome, trong thời kỳ phát triển mạnh của nó, số lượng ribosome tăng lên Không phải tất cả các ribosome đều ở trạng thái hoạt động Chỉ khoảng 5 ÷ 10% ribosome tham gia vào quá trình tổng hợp protein

Chúng liên kết nhau thành một chuỗi gọi là polysome nhờ sợi ARN thông tin

Trong quá trình tổng hợp protein, các ribosome trượt dọc theo sợi ARN thông tin như kiểu đọc thông tin Qua mỗi bước đọc, một axit amin lại được gắn

thêm vào chuỗi polypeptid

g Thể nhân (Nuclear body)

Vi khuẩn thuộc loại prokaryote, bởi vậy cấu tạo nhân rất đơn giản, chưa

có màng nhân Thể nhân vi khuẩn chỉ gồm một nhiễm sắc thể hình vòng do một phân tử ADN cấu tạo nên dính một đầu vào màng tế bào chất không có thành phần protein như nhân tế bào bậc cao Chiều dài phân tử AND thường gấp 1000 lần chiều dài tế bào, mang toàn bộ thông tin di truyền của tế bào vi khuẩn

h Các hạt khác trong tế bào

Trong tế bào vi khuẩn ngoài các cấu trúc nói trên còn có một số hạt mà số lượng và thành phần của nó không nhất định Sự có mặt của chúng phụ thuộc vào

điều kiện môi trường và vào giai đoạn phát triển của vi khuẩn Nhiều loại hạt có

tính chất như chất dự trữ, được hình thành khi tế bào tổng hợp thừa các chất đó và

được tiêu hao khi tế bào cần đến Các hạt này bao gồm hạt hydratcacbon, hạt

polyphotphat vô cơ, các giọt lipid, lưu huỳnh, các tinh thể Ca và các hạt sắc tố

i Tiên mao và nhung mao

Tiên mao là cơ quan di động của vi khuẩn Tiên mao thường có chiều rộng 10 ÷ 25 nm, chiều dài thay đổi tuỳ theo loài vi khuẩn Tiên mao có bản chất

Nhung mao: khác với tiên mao, nhung mao không phải là cơ quan di

động của vi khuẩn Chúng là những sợi lông mọc khắp bề mặt của một số vi khuẩn,

làm tăng diện tiếp xúc với thức ăn, ngoài ra còn dùng để bám vào giá thể Nhung mao còn được dùng làm cầu nối nguyên sinh chất trong quá trình tiếp hợp giữa hai

vi khuẩn

2.2.5 Cơ chế hấp phụ vi khuẩn của bentonite

Tính chất hấp phụ của bentonite được quyết định bởi đặc tính bề mặt và cấu trúc xốp của chúng Với kích thước hạt nhỏ hơn 2µ m và do đặc điểm của cấu trúc mạng lưới tinh thể, bentonite có bề mặt riêng lớn Theo tính toán bề mặt hình học

Bề mặt ngoài được xác định bởi bề mặt các mao quản chuyển tiếp Các mao quản này tạo nên do sự tiếp xúc của các hạt bentonite và có kích thước khoảng 40 ÷ 90Å [5] Diện tích bề ngoài và kích thước mao quản chuyển tiếp phụ thuộc vào kích thước hạt bentonite Hạt càng nhỏ thì diện tích bề mặt ngoài càng lớn và kích thước mao quản chuyển tiếp càng nhỏ

Sự hấp phụ ở bề mặt trong của bentonite chỉ xảy ra khi chất bị hấp phụ là chất hữu cơ ở dạng ion hoặc chất hữu cơ phân cực

Đối với các chất hữu cơ dạng ion thì bentonite hấp phụ chúng theo cơ chế

trao đổi ion Sự hấp phụ trao đổi này phụ thuộc vào điện tích, hình dạng và kích thước của ion đó Dung lượng trao đổi cation của bentonite lớn hơn dung lượng trao

đổi anion, do đó bentonite hấp phụ chủ yếu là cation Trong môi trường kiềm dung

lượng trao đổi cation tăng lên đáng kể do sự tham gia của proton trao đổi trong nhóm Si-OH, Al-OH và Mg-OH

Chất hữu cơ phân cực có kích thước và khối lượng phân tử nhỏ bị hấp phụ bằng cách tạo phức trực tiếp với các cation trao đổi nằm ở giữa các lớp, hoặc liên kết với các cation đấy qua cầu nước tùy thuộc vào số lượng phân tử nước liên kết ở không gian giữa các lớp ít hay nhiều