Polyamit phân hủy sinh học

Giới thiệu chi tiết về Polyamit và sự phân hủy sinh học của polyamit. Mối liên quan giữa cấu trúc tính chất ứng dụng của polyme. Cơ chế phân hủy sinh học của polyamit như thế nào và chúng bị phân hủy sinh học trong những điều kiện nào.

Polyamit phân hủy sinh học

Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Thủy

Nhóm sinh viên thực hiện: 1 Bùi Hoàng Anh

2 Đầu Văn Duy

3 Hoàng Thị Hương

Mở đầu

 Theo sự phát triển của khoa học công nghệ, các sản phẩm nhựa ngày càng được ưa

chuộng sử dụng trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống

 Tuy nhiên, khi các sản phẩm nhựa không còn khả năng sử dụng, chúng trở thành rác

thải nguy hại với môi trường do không có khả năng phân hủy, hoặc sự phân hủy trong thời gian rất dài

 Rác thải nhựa gây nên sự ô nhiễm môi trường và nguy hại đến nhiều loài sinh vật sống.

 Chính vì thế, chế tạo ra những loại nhựa có khả năng phân hủy sinh học – bị phân hủy

bởi các vi sinh vật và enzym là rất cần thiết đối với môi trường và hứa hẹn đem lại hiệu quả cao

 Một số loại polyme có mạch chính dễ bị thủy phân: polyeste, polyamit, polyuretan,

polyanhydrit, polyacrylat, polyvinyl axetat,…vv

 Polyamit là một loại polyme tổng hợp với nhiều tính chất ưu việt như: độ dẻo dai độ bền

lớn, khả năng chịu nhiệt cao, khả năng biến dạng lớn;

 Với nhiều ứng dụng rộng rãi để chế tạo ra các loại sợi: nylon6, nylon6,6, Nomex, Kevlar

(sử dụng làm áo chống đạn)…vv

 Tuy nhiên, Polyamit được xem như là không có khả năng phân hủy, tạo thành nguồn thải

gây nguy hại lớn đến môi trường đất, nước,…

 Chính vì thế, chúng tôi lựa chọn đề tài

POLYAMIT

PHÂN HỦY SINH HỌC

 Với mục đích: Tìm hiểu:

1. Nguyên nhân làm cho Polyamit phân hủy sinh học kém;

2. Loại vi sinh vật và điều kiện môi trường như thế nào để sự phân hủy sinh học Polyamit

là tốt nhất;

3. Cơ chế hóa học của sự phân hủy Polyamit bởi vi sinh vật

Các nội dung chính

1. Khái niệm về Polyamit (PA)

2. Cách tổng hợp Polyamit

3. Nguyên nhân làm cho Polyamit phân hủy sinh học kém

4. Vi sinh vật và các điều kiện làm phân hủy sinh học Polyamit

5. Cơ chế hóa học của sự phân hủy Polyamit

1 Khái niệm về polyamit

 Là các polyme có chứa các nhóm amit (-NH-CO-) trong mạch đại phân tử.

 Hay nói cách khác, polymamit là:

 Hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử lớn

 Với sự lặp đi lặp lại của những đơn vị giống nhau gọi là mắt xích cơ bản

 Và trên mạch chính có chứa các nhóm amit

Nguồn gốc của PA

 Polyamit được tổng hợp từ các nguồn nguyên liệu hóa thạch (dầu mỏ)

Một số ví dụ về polyamit

 Nylon 6

Nylon 6,6

 Nylon 12

 Sợi Kevlar

2 Cách tổng hợp polyamit

 Được tổng hợp từ các monome có chứa các nhóm chức amin –NH2 và nhóm chức axit -COOH

 Nhóm chức amin phản ứng với nhóm axit hình thành nên nhóm amit

 và giải phóng ra phân tử nước H2O

 Đây gọi là phản ứng trùng ngưng.

 Polyamit còn được tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp mở vòng

 Ví dụ: nylon 6 có thể tổng hợp từ ε-caprolactam

3 Nguyên nhân làm cho polyamit phân hủy sinh

học kém

Nguyên nhân 1 :

Các mạch phân tử mềm dẻo và sắp xếp với nhau một cách trật tự cao , hình thành nên cấu trúc tinh thể bền vững,

 Cấu trúc tinh thể làm cho có rất ít khoảng không gian trống giữa các mạch phân tử

polyme ,

 Mà khi có ít khoảng không gian trống giữa các mạch thì các vi sinh vật và enzym sẽ khó

len lỏi, đi sâu vào cấu trúc của khối vật liệu,

 Và do đó, sự phân hủy sẽ sinh học sẽ diễn ra khó khăn.

Nguyên nhân 2:

Giữa các mạch phân tử polyamit hình thành nên các liên kết hidro bền vững,

Chính các liên kết hidro này làm cho các mạch đại phân tử càng liên kết với nhau chặt chẽ hơn,

Và vì các mạch càng liên kết với nhau chặt chẽ thì các vi sinh vật và enzym càng khó đi vào sâu trong cấu trúc của khối vật liệu để tiếp xúc phân hủy polyme

Chính vì thế, sự phân hủy sinh học diễn ra rất khó khăn

 Các enzym thủy phân estelase thông thường không có khả năng phân hủy

Polyamit.

 Vậy, loại vi sinh vật, enzym và điều kiện như thế nào mới có khả năng phân hủy

polyamit???

4 Vi sinh vật và các điều kiện làm phân hủy sinh học polyamit.

 Các nhà khoa học Ấn Độ đã tìm ra một số loại vi sinh vật có khả năng phân hủy sinh học rất tốt, đó là :

Pseudomonas aeruginosa NCIM 2242

(Chonde Sonal.G et al, 2013),

Trametes versicolor NCIM 1086

(Chonde Sonal.G et al, 2012),

Flavobacterium,

(S.Negoro, 2000),

…v…v…

Ta xem xét sự phân hủy polyamit của một loại vi sinh vật điển hình, đó là:

Pseudomonas aeruginosa NCIM 2242

+ Loại này còn được gọi là trực khuẩn mủ xanh

+ Nó được tìm thấy trong đất, nước, hệ vi sinh vật trên da và các môi trường nhân tạo.+ Pseudomonas aeruginosa NCIM 2242 là loại vi sinh vật hiếu khí, tuy nhiên nó vẫn có khả năng sinh trưởng trong môi trường thiếu một phần hoặc thiếu hoàn toàn oxy

Kết quả sau khi sử lý các mẫu polyamit với pseudomonas 2242

 Sự suy giảm khối lượng của tấm Nylon 6 (%)sau khi được xử lý bằng vi sinh vật

Pseudomonas 2242 (Chonde Sonal.G et al, 2013)

 Sự giảm chiều dày của mẫu nylon 6 sau khi được xử lý bằng Pseudomonas 2242.

(Chonde Sonal.G et al, 2013)

Vậy, Pseudomonas 2242

có khả năng phân hủy tốt Nylon 6.

 Sự suy giảm khối lượng của tấm Nylon 6,6 sau khi được xử lý với Pseudomonas 2242

(Chonde Sonal.G et al, 2013)

 Sự suy giảm chiều dày của mẫu Nylon 6,6 sau khi được xử lý với Pseudomonas 2242.

(Chonde Sonal.G et al, 2013)

Vậy, Pseudomonas 2242 có khả năng phân hủy tốt Nylon 6,6

Vậy, Polyamit có khả năng bị phân hủy sinh học khá tốt bởi vi sinh vật Pseudomonas 2242.

5 Cơ chế hóa học của sự phân hủy polyamit.

 Cơ chế 1:

Phân hủy Polyamit bằng sự thủy phân và oxy hóa

(Chonde Sonal.G et al, 2012)

Sau quá trình phân hủy sinh học polyamit , hình thành nên các sản phẩm có nhóm chức mới như: CH3 , -CHO, -COOH, -NH2

 Cơ chế 2:

Có thể do sự phân cắt liên kết C-C trong chuỗi -CH2-CH2- liền kề với nguyên tử N

(Deguchi et al 1997, Negoro et al., 1992)

Ngoài ra, liên kết –C-N- bị kéo dãn và sẽ phân cắt tại đây

Sự phân hủy sinh học phụ thuộc vào cấu tạo hóa học của polyme.

 Ta xem xét lại sự phân hủy sinh học của Nylon 6 và Nylon 6,6 bởi vi sinh vật

Pseudomonas 2242

Nhận thấy rằng: nylon 6,6 là phân hủy tốt hơn so với nylon 6 (Chonde Sonal.G, 2013)

 Điều này có thể được giải thích là do:

1. Trong mỗi mắt xích cơ bản của nylon 6,6 có chứa 2 liên kết –C-N- ( trong khi mỗi mắt

xích cơ bản của nylon6 chỉ chứa 1 liên kết –C-N-), mà liên kết –C-N- thì dễ bị cắt đứt hơn so với liên kết –C-C-, chính vì thế nylon 6,6 là dễ phân hủy hơn

2. Trong mỗi mắt xích của nylon 6,6 chứa 2 nguyên tử N, điều này làm cho Nylon 6,6 trở

nên ưa nước hơn so với nylon 6,

Và vì trở nên ưa nước hơn, nên nó sẽ tăng cường sự tương tác với vi sinh vật, tăng sự

tiếp xúc bề mặt với vi sinh vật, và từ đó sẽ dễ dàng phân hủy sinh học hơn

(Chonde Sonal.G et al, 2012)

Kết luận

1. Polyamit là các polyme có chứa các nhóm amit –NH-CO-, được tạo thành từ phản

ứng trùng ngưng điaxit và điamin, hoặc tự trùng hợp mở vòng

2. Polyamit phân hủy rất kém do cấu trúc tinh thể chặt chẽ và các liên kết hidro giữa các

mạch phân tử

3. Sự phân hủy sinh học polyamit có thể được thực hiện bởi các vi sinh vật chọn lọc như:

Pseudomonas NCIM 2242, Trametes versicolor NCIM 1086,…vv

4. Khả năng phân hủy của polyamit liên quan mật thiết đến cấu trúc và bản chất hóa học

của mạch phân tử Polyme

Cảm ơn thầy cô và các bạn đã chú ý lắng nghe!