Nghiên cứu khả năng cấy ghép ethyl acrylate và methyl methacrylate lên sợi keratin tách chiết từ lông gà

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Mai Thị Phƣơng Thảo NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CẤY GHÉP ETHYL ACRYLATE VÀ METHYL METHACRYLATE LÊN SỢI KERATIN TÁCH CHIẾT TỪ LÔNG GÀ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội-2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Mai Thị Phƣơng Thảo NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CẤY GHÉP ETHYL ACRYLATE VÀ METHYL METHACRYLATE LÊN SỢI KERATIN TÁCH CHIẾT TỪ LÔNG GÀ Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TS Phạm Hùng Việt PGS TS Kajiyama Mikio Hà Nội - 2014 Lời cảm ơn Lời đầu tiên, em bày tỏ lòng kính trọng biết ơn thầy GS.TS Phạm Hùng Việt, người giao đề tài tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn Em chân thành cảm ơn PGS.TS Kajiyam Mikio, người nhiệt tình hướng dẫn tạo điều kiện để em thực tập hoàn thành thí nghiệm luận văn trường Đại học Tsukuba, Nhật Bản Em xin trân trọng cảm ơn TS Phạm Thị Kim Trang dìu dắt tạo điều kiện tốt để em hoàn thành luận văn Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới anh chị bạn trung tâm Nghiên Cứu Công Nghệ Môi Trường Phát Triển Bền Vững, trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên nhiệt tình giúp đỡ em suốt trình làm việc, học tập nghiên cứu Em xin gửi tới thầy cô giáo khoa môi trường giảng dạy truyền đạt kiến thức bổ ích, giúp em tích luỹ sở cần thiết để sử dụng cho luận văn nghiên cứu sau Học viên Mai Thị Phương Thảo MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng 1: TỔNG QUAN 10 1.1 Tổng quan nguồn rác thải polymer 10 1.2 Tổng quan nguồn rác thải lông gà Error! Bookmark not defined 1.3 Tổng quan thành phần keratin lông gàError! Bookmark not defined 1.3.1 Cấu trúc tính chất keratin lông gàError! Bookmark not defined 1.3.2 Một số nghiên cứu khả tận dụng nguồn keratin lông gà Error! Bookmark not defined 1.4 Một số phương pháp chế tạo vật liệu nhựa nhiệt dẻo từ lông gà Error! Bookmark not defined 1.4.1 Phương pháp cấy ghép đồng trùng hợp Error! Bookmark not defined 1.4.2 Phương pháp acetyl hoá Error! Bookmark not defined 1.4.3 Phương pháp cyanoethyl hoá Error! Bookmark not defined 1.5 Chất lỏng ion ứng dụng cấy ghép-đồng trùng hợp polymer Error! Bookmark not defined 1.5.1 Chất lỏng ion Error! Bookmark not defined 1.5.2 Ứng dụng chất lỏng ion phản ứng cấy ghép-đồng trùng hợpError! Bookmark not defined Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined 2.1 Đối tượng nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2 Phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2.1 Phương pháp tách chiết keratin từ lông gàError! Bookmark not defined 2.2.2 Phương pháp cấy ghép ethyl acrylate methyl methacrylate lên sợi keratin lông gà Error! Bookmark not defined 2.2.3 Thí nghiệm đổ khuôn film từ mẫu vật liệu polymer cấy ghépError! Bookmark not defined 2.2.4 Các phương pháp xác định tính chất nhiệt vật liệu Error! Bookmark not defined 2.2.5 Phương pháp phổ hồng ngoại Error! Bookmark not defined 2.3 Hoá chất, thiết bị dụng cụ Error! Bookmark not defined Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined 3.1 Kết thí nghiệm tách chiết keratin từ lông gàError! Bookmark not defined 3.2 Kết thí nghiệm cấy ghép monomer lên sợi keratin lông gà Error! Bookmark not defined 3.3 Tính chất nhiệt mẫu vật liệu Error! Bookmark not defined 3.3.1 Kết phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)Error! Bookmark not defined 3.2.2 Kết phân tích nhiệt vi sai (DTA) Error! Bookmark not defined 3.2.3 Kết quét nhiệt vi sai (DSC) Error! Bookmark not defined 3.4 Thí nghiệm đổ khuôn film Error! Bookmark not defined 3.5 Kết phổ hồng ngoại Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 11 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT * AIBN: 2,2 azobis isobutylnitrile * [BDIM]Cl : 1-butyl-2,3 dimethyl-imidazolium chloride * [BMIM]Cl: 1-butyl-3-methyl-imidazolium chloride * DMF: N, N-dimethylformamide * DMSO: Dimethyl Sulfoxide * DSC: Quét nhiệt vi sai * DTA: Phân tích nhiệt vi sai * EA: Ethyl acrylate * MMA: Methyl methacrylate * NMP: N-methyl-2-prolidone * TGA: Phân tích nhiệt trọng lượng DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Số lượng gia cầm sản lượng thịt gia cầm Việt Nam Error! Bookmark not defined Hình 1.2 Liên kết disulfide cấu trúc keratin Error! Bookmark not defined Hình 1.3 Mô hình polymer cấy ghép Error! Bookmark not defined Hình 1.4 Cơ chế phản ứng cấy ghép monomer lên sợi keratin lông gà Error! Bookmark not defined Hình 1.5 Cơ chế phản ứng cấy ghép monomer lên sợi keratin Error! Bookmark not defined Hình 1.6 Cơ chế phản ứng acetyl hoá kerain lông gà Error! Bookmark not defined Hình 1.7 Cơ chế phản ứng cyanoethyl hoá keratin lông gà Error! Bookmark not defined Hình 1.8 Một số gốc cation anion phổ biến cấu tạo nên chất lỏng ion Error! Bookmark not defined Hình 1.9 Ảnh hưởng chất lỏng ion liên kết hydrogen collagen Error! Bookmark not defined Hình 1.10 Ảnh hưởng chất lỏng ion liên kết ion collagen Error! Bookmark not defined Hình 2.1 Quy trình thí nghiệm tách chiết keratin từ lông gà Error! Bookmark not defined Hình 2.2 Quy trình thí nghiệm cấy ghép monomer lên sợi keratin lông gà Error! Bookmark not defined Hình 2.3 Máy phân tích nhiệt TGA-DTA Error! Bookmark not defined Hình 3.1 Kết tách chiết keratin từ lông gà Error! Bookmark not defined Hình 3.2 Kết thí nghiệm cấy ghép monomer lên sợi keratin lông gà Error! Bookmark not defined Hình 3.3 Hình ảnh mẫu vật liệu Error! Bookmark not defined Hình 3.4 Đường TGA mẫu B1 , B1E, B1M Error! Bookmark not defined Hình 3.5 Đường TGA mẫu B2, B2E, B2M Error! Bookmark not defined Hình 3.6 Đường TGA mẫu keratin biến tính Error! Bookmark not defined Hình 3.7 Đường DTA mẫu vật liệu B1, B1E, B1M Error! Bookmark not defined Hình 3.8 Đường DTA mẫu vật liệu B2, B2E, B2M Error! Bookmark not defined Hình 3.9 Đường DSC mẫu vật liệu B1 Error! Bookmark not defined Hình 3.10 Đường DSC mẫu vật liệu B1E Error! Bookmark not defined Hình 3.11 Kết đo DSC mẫu vật liệu B1M Error! Bookmark not defined Hình 3.12 Kết đo DSC mẫu vật liệu B2 Error! Bookmark not defined Hình 3.13 Kết đo DSC mẫu vật liệu B2E Error! Bookmark not defined Hình 3.14 Kết đo DSC mẫu vật liệu B2M Error! Bookmark not defined Hình 3.11 Hình ảnh fim mỏng Error! Bookmark not defined Hình 3.12: Phổ hồng ngoại mẫu vật liệu Error! Bookmark not defined DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Sản lượng thịt gia cầm số khu vực giới Error! Bookmark not defined Bảng 1.2 Thành phần amino acid keratin lông gà Error! Bookmark not defined Bảng 1.3 Độ cứng vật liệu composite sử dụng keratin làm chất gia cường Error! Bookmark not defined Bảng 2.1: Bảng tóm tắt thí nghiệm tách chiết keratin từ lông gà cấy ghép monomer lên sợi keratin lông gà Error! Bookmark not defined Bảng 3.1 Khối lượng mẫu vật liệu keratin tách chiết từ lông gà Error! Bookmark not defined Bảng 3.2 Khối lượng mẫu vật liệu thu thí nghiệm cấy ghép monomer lên sợi keratin lông gà Error! Bookmark not defined Bảng 3.3 Nhiệt độ đặc trưng hiệu ứng nhiệtError! Bookmark not defined Bảng 3.4 Khả hoà tan mẫu vật liệu số dung môi Error! Bookmark not defined Bảng 3.5 Bảng so sánh tính chất mẫu vật liệu Error! Bookmark not defined MỞ ĐẦU Polymer loại vật liệu sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Tuy nhiên, rác thải loại vật liệu lại mối nguy hại lớn môi trường số lượng rác thải lớn thời gian phân huỷ lâu dài Vì vậy, số nghiên cứu hướng tới việc tách chiết, biến tính sợi tự nhiên để chế tạo vật liệu polymer thân thiện với môi trường, thay cho polymer sử dụng Một nguồn vật liệu tiềm nghiên cứu gần keratin- loại protein tách chiết từ lông gà Loại vật liệu đem lại lợi ích cho môi trường khía cạnh: tận dụng sợi polymer tự nhiên, qua giảm thiểu lượng rác thải hữu thải vào môi trường rút ngắn thời gian phân huỷ vật liệu polymer môi trường Trong hầu hết nghiên cứu trước đây, loại vật liệu polymer chủ yếu chế tạo phương pháp cấy ghép-đồng trùng hợp monomer lên sợi cellulose chưa có nhiều nghiên cứu thực sợi keratin lông gà Vì vậy, đề tài ''Nghiên cứu khả cấy ghép ethyl acrylate methyl methacrylate lên sợi keratin có nguồn gốc từ lông gà'' lựa chọn nhằm nghiên cứu khả chế tạo vật liệu nhựa nhiệt dẻo từ lông gà phương pháp cấy ghép đồng trùng hợp Đề tài gồm nội dung sau: - Đánh giá hiệu tách chiết keratin sử dụng dung môi hoà tan [BMIM]Cl [BDIM]Cl - Đánh giá hiệu thu hồi vật liệu cấy ghép EA MMA lên sợi keratin dung môi [BMIM]Cl and [BDIM]Cl - Đánh giá tính chất nhiệt vật liệu thu - Đánh giá khả hình thành film mỏng từ vật liệu thu 10 Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nguồn rác thải polymer Polymer sản phẩm tạo từ hoá dầu quen thuộc đời sống hàng ngày hầu hết quốc gia giới Hàng năm, có khoảng 200 triệu polymer sản xuất để phục vụ nhu cầu người số ngày tăng theo đà tăng dân số đời sống Sản xuất polymer thương mai tiêu thụ khoảng 5% trữ lượng toàn cầu nhiên liệu hoá thạch hữu hạn khí thiên nhiên dầu mỏ Song song với điều này, số lượng rác thải từ sản phẩm tăng lên đáng kể trở thành thách thức môi trường trái đất Túi chất dẻo phế thải ví dụ điển hình vấn đề rác thải vật liệu polymer Mỗi năm, người tiêu thụ nghìn tỷ túi poly etylen để đựng loại hoàng hoá khác Ở số nước, ví dụ Pháp, tỷ lệ tái chế loại chất dẻo tương đối cao (>80%), số nước, tỉ lệ thấp ([...]... trong nghiên cứu vật liệu'', NXB Hà Nội TÀI LIỆU TIẾNG ANH 3 Ana Laura Martinez-Hernandez, Carlos Velasco-Santos, Miguel de Icaza, Victor M Castano (2003), ''Grafting of methyl methacrylate onto natural keratin' ', ePolymers 4 Ana Laura Martinez-Hernandez, Carlos Velasco Santos, Miguel de Icaza (2005), ''Mechanical properties evaluation of new composites with protein biofibers reinforcing poly (methyl methacrylate) '',... triệu người, mỗi ngày nước ta phải tiêu thụ hơn 80 triệu túi ni lông và con số này ngày càng tăng theo đà tăng dân số Bên cạnh đó, nguồn rác thải polymer từ các hoạt động sản xuất công nghiệp và nông nghiệp cũng tăng lên không ngừng Tuy nhiên, việc tái chế, tái sử dụng cũng như xử lý rác thải vật liệu này còn nhiều hạn 11 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT 1 Nguyễn Hữu Niếu, Trần Vĩnh Diệu (2004),... 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về nguồn rác thải polymer Polymer là sản phẩm được tạo ra từ hoá dầu rất quen thuộc trong đời sống hàng ngày ở hầu hết mọi quốc gia trên thế giới Hàng năm, có khoảng hơn 200 triệu tấn polymer được sản xuất để phục vụ nhu cầu của con người và con số này ngày càng tăng theo đà tăng dân số và đời sống Sản xuất polymer thương mai tiêu thụ khoảng 5% trữ lượng toàn cầu về nhiên... độc hại hơn và đòi hỏi chi phí khổng lồ, vượt qua cả giá thành tạo ra chúng Do đó, rác thải của vật liệu polymer là một mối nguy hiểm tiềm ẩn cho môi trường sinh thái, trở thành một thách thức lớn cho môi trường Tại với Việt Nam, theo thống kê của Bộ tài nguyên-Môi trường, trung bình mỗi ngày, người tiêu dùng sử dụng ít nhất một túi ni lông Như vậy, với số dân hơn 80 triệu người, mỗi ngày nước ta phải... ionic liquid", Carbohydrate Polymers, (94), pp 505-510 39 Zhenglong Wan, Zhouyi Xiong, Heling Ren, Yuanyuan Huang, Huaxilu, Hanguo Xiong, Yiquiang Wu, Jian Han (2011), ''Graft copolymerization of methyl methacrylate onto bamboo cellulose under microwave irradiation'', Carbonhydrate Polymers,(83), pp 264-269 40 Zhuojun Meng, Xuejing Zheng, Keyong Tang, Jie Liu, Zhi Ma, Qiaoling Zhao (2012), ''Dissolution... reinforcing poly (methyl methacrylate) '', Polymer, (46), pp 8233-8238 5 Arun Gupta, Ramanan Perumal, Rosli Bin Mohd Yunus, Nuruldiyanah Binti Kamarudin (2012), ''Extraction of keratin protein from chicken feather'' Journal of chemistry and chemical engineer , (6) 6 Azila Idris, R Vijayaraghavan, Usman Ali Rana, Dale Fredericks, A F Patti, D R Macfarlane (2013), ''Dissolution of feather keratin in ionic liquid'',... structure of reptilian keratin' ', International journal of biological macromolecules, (19), pp 207-211 14 Fraser R.D.B and Macrae T.P (1980), ''Molecular structure and mechnical properties of keratins'', Proceedings of the symposia of the society for experimental biology number, (34), pp 211-246 15 Fraser R D B, Macrae T P, Parry D A D and Suzuki E (1971), ''The structure of feather keratin' ', Polylmer,... feathers'', Desalination, (181), pp 243-255 33 Schor R, Krimm S (1961), ''Studies on the structure of feather keratin: II α, β model for the structure of feather keratin' ', Biophysical Journal, (6), pp.489-515 14 34 Yimei Ji, Jinyang Chen, Jingxiao Lv, Zhilian Li, Luyao Xing, Siyuan Ding (2014), ''Extraction of keratin with ionic liquids from poultry feather'', Separation and Purification Technology, (132), pp... đời sống Sản xuất polymer thương mai tiêu thụ khoảng 5% trữ lượng toàn cầu về nhiên liệu hoá thạch hữu hạn như khí thiên nhiên hoặc dầu mỏ Song song với điều này, số lượng rác thải từ các sản phẩm này cũng tăng lên đáng kể và trở thành thách thức đối với môi trường của trái đất Túi chất dẻo phế thải là một trong những ví dụ điển hình về vấn đề rác thải vật liệu polymer Mỗi năm, con người tiêu thụ hơn... R.D.B., Macrae T.P., Rogers G.E (1972), ''Keratins: their composition, structure and biosynthesis'', Chrles C Thomas publisher, Springfield, Illinois, USA 17 Hertel, (1966), ''Structure, Form, Movement'' 18 Jhorman Mena Ledezma, Omar Augusto Estrada Ramirez, Ivan Dario Lopez Gomez, Maria del Pilar Noriega Escobar (2013), ''Chicken feather fibers and high density polyethylene composite for injection molding'',