Cố định enzyme lipase trên vật liệu nano Fe3O4NPs chitosan xúc tác cho phản ứng este chéo hóa dầu thực vật

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA HỌC - NGUYỄN XUÂN NGUYÊN CỐ ĐỊNH ENZYME LIPASE TRÊN VẬT LIỆU NANO Fe3O4NPs-CHITOSAN XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG ESTE CHÉO HÓA DẦU THỰC VẬT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN SƯ PHẠM Đà Nẵng, tháng 04 năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA HỌC - Đề tài: CỐ ĐỊNH ENZYME LIPASE TRÊN VẬT LIỆU NANO Fe3O4NPs-CHITOSAN XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG ESTE CHÉO HÓA DẦU THỰC VẬT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN SƯ PHẠM SVTH : NGUYỄN XUÂN NGUYÊN LỚP : 14SHH GVHD : PGS TS NGUYỄN BÁ TRUNG Đà Nẵng, tháng 04 năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HĨA HỌC CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Xuân Nguyên Lớp: 14SHH Tên đề tài: “Cố định enzyme lipase vật liệu nano Fe3O4NPs-chitosan xúc tác cho phản ứng este chéo hóa dầu thực vật” Hóa chất, dụng cụ thiết bị - Hóa chất: FeSO4.7H2O, Fe2(SO4)3, dung dịch NH3 (25%), ethanol (99,5%), chitosan, glutaraldehyde (25%), methanol, enzyme lipase, dầu đậu nành nguyên chất - Dụng cụ thủy tinh: Bình cầu ba cổ, cốc thủy tinh, sinh hàn, đũa thủy tinh… - Thiết bị: Máy khuấy từ, cân phân tích, tủ sấy, kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), máy đo X-Ray, từ kế mẫu rung, thiết bị phân tích sắc ký ghép khối phổ GCMS, máy đo quang phổ hồng ngoại FT-IR Nội dung nghiên cứu - Điều chế hạt nano oxit sắt từ Fe3O4NPs phương pháp hóa học có kích thước đồng từ tính cao - Cố định enzyme lipase lên vật liệu nano Fe3O4NPs-chitosan - Thử hoạt tính xúc tác sản phẩm điều chế thông qua phản ứng este chéo hóa dầu thực vật Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Bá Trung Ngày giao đề tài: 12/09/2017 Ngày hoàn thành: 16/04/2018 Chủ nhiệm Khoa PGS TS Lê Tự Hải Giảng viên hướng dẫn PGS TS Nguyễn Bá Trung Sinh viên hoàn thành nộp báo cáo cho Khoa ngày tháng năm 2018 Kết điểm đánh giá: Ngày tháng năm 2018 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG LỜI CẢM ƠN  Lời đầu tiên, em bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Bá Trung, người thầy trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ em tận tình suốt thời gian nghiên cứu, hồn thiện đề tài Em xin chân thành cảm ơn thầy Khoa Hóa, Ban chủ nhiệm Khoa Hóa, trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng giảng dạy, cung cấp kiến thức cho em năm học vừa qua, tạo điều kiện thuận lợi cho em hồn thành cơng trình nghiên cứu Thân cảm ơn chị Nguyễn Vương Hoài Thư, học viên cao học khóa 33, ngành Hóa hữu chia sẻ kinh nghiệm, kinh phí thực hiện, hướng dẫn đồng hành em suốt trình nghiên cứu Em vô cảm ơn quan tâm, ủng hộ, giúp đỡ gia đình bạn bè Đây nguồn động viên tinh thần lớn em thời gian nghiên cứu hoàn thiện luận văn Mặc dù cố gắng trình độ nghiên cứu thời gian có hạn nên báo cáo khơng tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận góp ý chân thành thầy cô Em xin chân thành cảm ơn LỜI CAM ĐOAN Tôi, Nguyễn Xuân Nguyên xin cam đoan: Những nội dung báo cáo thực hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Bá Trung Mọi tài liệu tham khảo dùng báo cáo trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên cơng trình, thời gian, địa điểm cơng bố Nếu có chép khơng hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo hay gian trá khoa học tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm Luận văn phần nghiên cứu rộng luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu chuyển hóa dầu đậu nành tạo biodiesel xúc tác enzyme nano từ tính lipase” học viên cao học Nguyễn Vương Hồi Thư, cao học Hóa hữu K33 thực hiện, phần Đề tài cấp Bộ mã số B2016.ĐNA.08 PGS.TS Nguyễn Bá Trung làm chủ nhiệm đề tài Tôi đồng ý đồng sở hữu kết nghiên cứu; học viên cao học Nguyễn Vương Hoài Thư giảng viên hướng dẫn sử dụng nội dung báo cáo cho công bố khoa học sau Đà Nẵng, ngày 16 tháng 04 năm 2018 Người thực Nguyễn Xuân Nguyên MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề .1 Mục tiêu nghiên cứu 3 Ý nghĩa đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan vật liệu nano 1.1.1 Giới thiệu vật liệu nano .4 1.1.2 Tính chất vật liệu nano .4 1.1.3 Phân loại vật liệu nano .5 1.2 Nano oxit sắt từ (Fe3O4NPs) 1.2.1 Cấu trúc tinh thể .6 1.2.2 Tính chất hạt nano Fe3O4NPs 1.2.3 Ứng dụng 1.2.4 Các phương pháp điều chế .12 1.2.5 Các phương pháp phân tích hóa-lý xác định đặc trưng vật liệu .16 1.3 Tổng quan xúc tác enzyme 19 1.3.1 Định nghĩa enzyme 19 1.3.2 Cấu tạo enzyme 19 1.3.3 Phân loại enzyme 19 1.3.4 Cơ chế xúc tác enzyme 20 1.4 Xúc tác nano enzyme 20 1.4.1 Các phương pháp điều chế nano enzyme .20 1.4.2 Ưu nhược điểm việc sử dụng xúc tác nano enzyme 22 1.4.3 Hướng nghiên cứu xúc tác nano enzyme từ tính khoảng thời gian gần 23 1.5 Enzyme lipase 25 1.5.1 Giới thiệu ứng dụng 25 1.5.2 Các hướng nghiên cứu nano enzyme lipase 27 CHƯƠNG NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 30 2.1.1 Hóa chất 30 2.1.2 Dụng cụ, thiết bị .30 2.2 Phương pháp nghiên cứu 30 2.2.1 Tổng hợp hạt nano oxit sắt từ Fe3O4NPs 30 2.2.2 Tổng hợp vật liệu nano từ tính Fe3O4NPs-chitosan .31 2.2.3 Cố định enzyme lipase lên vật liệu nano từ tính Fe3O4NPs-chitosan 31 2.2.4 Phản ứng este chéo hóa dầu thực vật xúc tác enzyme lipase cố định .32 2.2.5 Sơ đồ quy trình thực .32 2.2.6 Phân tích đặc trưng vật liệu 33 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Tổng hợp hạt nano oxit sắt từ Fe3O4NPs xác định đặc trưng vật liệu phương pháp phân tích hóa-lý 35 3.1.1 Tổng hợp hạt nano oxit sắt từ Fe3O4NPs 35 3.1.2 Xác định đặc trưng vật liệu phương pháp phân tích hóa-lý 37 3.2 Tổng hợp vật liệu nano từ tính Fe3O4NPs-chitosan xác định đặc trưng vật liệu phương pháp phân tích hóa-lý .41 3.2.1 Tổng hợp vật liệu nano từ tính Fe3O4NPs-chitosan 41 3.2.2 Xác định đặc trưng vật liệu phương pháp phân tích hóa-lý 42 3.3 Cố định enzyme lipase lên bề mặt vật liệu Fe3O4NPs-chitosan phân tích đặc trưng sản phẩm 45 3.3.1 Cố định enzyme lipase lên bề mặt vật liệu Fe3O4NPs-chitosan .45 3.3.2 Phân tích đặc trưng sản phẩm enzyme cố định Fe3O4NPs-chitosanlipase 46 3.4 Phản ứng este chéo hóa dầu thực vật sử dụng xúc tác enzyme lipase cố định 49 3.4.1 Phương pháp tiến hành 49 3.4.2 Kết GC-MS 50 KẾT LUẬN 52 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .53 DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng Trang 1.1 Ứng dụng lipase 27 3.1 Thành phần định lượng nguyên tố mẫu Fe3O4NPs 40 3.2 Thành phần chất có biodiesel 51 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình Trang Phân loại vật liệu nano: (a) vật liệu nano khơng chiều (OD) hình 1.1 hạt nano; (b) vật liệu nano chiều (1D) dây nano ống nano; (c) vật liệu nano hai chiều (2D) màng mỏng nano, lưới nano; (d) vật liệu nano ba chiều (3D) 1.2 Cấu trúc tinh thể Fe3O4 1.3 Đường cong từ hóa vật liệu từ phụ thuộc vào kích thước 1.4 Nguyên lý dẫn truyền thuốc hạt mang từ tính 1.5 Quy trình phân tách sinh học sử dụng hạt nano Fe3O4NPs 10 1.6 Kỹ thuật tăng thân nhiệt cục hạt nano từ tính 11 1.7 Xử lí nước nhiễm hạt nano từ tính 12 1.8 Điều chế hạt nano oxit sắt từ Fe3O4NPs phương pháp vi 14 nhũ tương 1.9 Quá trình tạo mầm phát triển thành hạt nano 15 1.10 Sơ đồ cấu tạo thiết bị từ kế mẫu rung 16 1.11 Sơ đồ cấu tạo phổ kế hồng ngoại Fourier 18 1.12 Cố định enzyme phương pháp hấp phụ 21 1.13 Cố định enzyme phương pháp liên kết cộng hóa trị 22 1.14 Phản ứng thủy phân triacylglyceride thành glixerol axit béo 25 1.15 Mơ hình enzyme lipase 26 2.1 Sơ đồ quy trình tổng hợp hệ xúc tác Fe3O4NPs-chitosan-lipase 32 2.2 Sơ đồ quy trình tổng hợp biodiesel sử dụng hệ xúc tác 33 enzyme lipase cố định 3.1 Sự đổi màu sắc dung dịch phản ứng: màu hỗn hợp dung dịch muối Fe2+ Fe3+ trước phản ứng (a); nhỏ dung dịch NH3 (b); sau thêm dung dịch NH3 (c); sau gia nhiệt để nguội nhiệt độ phòng (d) 36 Số hiệu Tên hình Trang Các hạt nano Fe3O4NPs phân tán ethanol 36 hình 3.2 khơng có từ trường ngồi (a), có từ trường ngồi (b), sau sấy khô (c) 3.3 Ảnh TEM hạt nano Fe3O4NPs 37 3.4 Phổ nhiễu xạ tia X Fe3O4 (a) γ-Fe2O3 (b) 38 3.5 Phổ nhiễu xạ tia X Fe3O4NPs 39 3.6 Phổ hồng ngoại (FT-IR) Fe3O4NPs 39 3.7 Phổ EDX Fe3O4NPs 40 3.8 Đường cong từ trễ Fe3O4NPs 41 3.9 Ảnh TEM hạt nano Fe3O4NPs (a) Fe3O4NPs-chitosan (b) 42 3.10 Phổ nhiễu xạ tia X vật liệu Fe3O4NPs-chitosan 43 3.11 So sánh giản đồ nhiễu xạ hạt nano Fe3O4NPs (a), vật 43 liệu Fe3O4NPs-chitosan (b) 3.12 Phổ hồng ngoại (FT-IR) chitosan (a) Fe3O4NPs- 44 chitosan (b) 3.13 Đường cong từ trễ Fe3O4NPs Fe3O4NPs-chitosan 45 3.14 Enzyme cố định sau sấy 46 3.15 Phổ nhiễu xạ tia X vật liệu Fe3O4NPs-chitosan-lipase 47 3.16 So sánh giản đồ nhiễu xạ hạt nano Fe3O4NPs (a), vật 47 liệu Fe3O4NPs-chitosan (b), Fe3O4NPs-chitosan-lipase (c) 3.17 Phổ hồng ngoại (FT-IR) lipase tự (a), lipase cố định (b) 48 3.18 Đường cong từ trễ Fe3O4NPs, Fe3O4NPs-chitosan 49 Fe3O4NPs-chitosan-lipase 3.19 Hỗn hợp dầu n-hexan trước cho xúc tác (a), hỗn hợp 50 dầu n-hexan sau cho xúc tác khuấy máy khuấy từ (b), sản phẩm sau thu hồi xúc tác từ trường (c) 3.20 Sắc ký đồ GC-MS biodiesel thu từ phản ứng este chéo 50 Thu hồi Fe3O4NPs-chitosan từ trường rửa nhiều lần với nước cất để loại bỏ lượng chitosan dư 3.2.2 Xác định đặc trưng vật liệu phương pháp phân tích hóa-lý Để xác nhận bao phủ chitosan lên bề mặt hạt nano Fe3O4NPs, sử dụng phương pháp phân tích: phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM), phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), phương pháp đo quang phổ hồng ngoại (FT-IR), phương pháp đo đường cong từ trễ (VSM) a Kết chụp TEM Kết thể hình 3.9b cho thấy hạt nano Fe3O4NPs-chitosan tạo thành có kích thước khoảng 17 - 18 nm So sánh với kích thước hạt nano Fe3O4NPs chưa bọc chitosan, đường kính hạt nano tăng lên, điều giải thích có lớp chitosan bao bọc ngồi hạt nano Fe3O4NPs (a) (b) Hình 3.9: Ảnh TEM hạt nano Fe3O4NPs (a) Fe3O4NPs-chitosan (b) b Kết nhiễu xạ tia X (XRD) Kết phân tích nhiễu xạ tia X vật liệu Fe3O4NPs-chitosan thể hình 3.10 Đối với hạt vi cầu Fe3O4NPs-chitosan, phổ nhiễu xạ tia X xuất peak đặc trưng giống mẫu Fe3O4NPs (hình 3.11) Điều cho thấy q trình phủ chitosan khơng làm thay đổi pha hạt nano Fe3O4NPs 42 Intensity (counts) 8000 (311) Meas data:mau2_Theta_2-Theta magnetite HP, syn, iron diiron(III) oxide, Zeol ite X, (Na, Te), Fe3 O4, 01-071-6337 6000 4000 (220) 2000 (400) (440) (511) (422) magnetite HP, syn, iron diiron(III) oxide, Zeolite X, (Na, Te), Fe3 O4, 01-071-6337 10 20 30 40 50 2-theta (deg) 60 70 80 Hình 3.10: Phổ nhiễu xạ tia X vật liệu Fe3O4NPs-chitosan (b) (a) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 2-theta (deg) Hình 3.11: So sánh giản đồ nhiễu xạ hạt nano Fe3O4NPs (a), vật liệu Fe3O4NPs-chitosan (b) c Kết quang phổ hồng ngoại FT-IR Để chứng minh hình thành liên kết biến tính bề mặt hạt nano Fe3O4NPs chitosan nhằm khẳng định chitosan bọc thành công lên hạt nano, tiến hành so sánh phổ IR vật liệu Fe3O4NPs-chitosan tổng hợp 43 (hình 3.12b) với phổ IR polyme chitosan (hình 3.12a) Phổ IR vật liệu nano từ tính Fe3O4NPs-chitosan cho thấy peak hấp thụ dải 583 cm-1 đặc trưng cho liên kết Fe-O xác nhận vật liệu tổng hợp có chứa Fe3O4 Ngồi thấy peak hấp thụ dải 1641 cm-1 1404 cm-1 dao động đặc trưng nhóm N-H nhóm -C-O- phân tử chitosan Kết cho thấy chitosan phủ thành công lên hạt nano Fe3O4NPs (a) 10 635 583 459 890 2977 2905 3410 3673 20 1052 1077 25 15 1157 1641 2365 30 %Transmittance 1451 1404 35 1250 795 40 (b) 4000 3500 3000 2500 2000 Wavenumbers (cm-1) 1500 1000 500 Hình 3.12: Phổ hồng ngoại (FT-IR) chitosan (a) Fe3O4NPs-chitosan (b) 3.1.2.4 Đường cong từ trễ vật liệu Fe3O4NPs-chitosan Chúng nhận thấy độ từ bão hòa Fe3O4NPs-CS 49,03 emu/g – có giá trị thấp so với độ từ bão hòa Fe3O4NPs thể hình 3.13 Điều giải thích lớp chitosan bao phủ bề mặt Fe3O4NPs làm giảm độ từ bão hòa vật liệu Tuy nhiên, lực kháng từ mẫu Fe3O4NPs-chitosan 0, nên vật liệu mang tính siêu thuận từ 44 100 80 60 40 20 -15000 -10000 -5000 -20 5000 10000 15000 -40 Fe3O4NPs -60 Fe3O4NPs-chitosan -80 -100 Hình 3.13: Đường cong từ trễ Fe3O4NPs Fe3O4NPs-chitosan 3.3 Cố định enzyme lipase lên bề mặt vật liệu Fe3O4NPs-chitosan phân tích đặc trưng sản phẩm 3.3.1 Cố định enzyme lipase lên bề mặt vật liệu Fe3O4NPs-chitosan Tiến hành cố định enzyme phương pháp tạo liên kết chéo sử dụng cầu nối glutaraldehyde: phân tử chitosan bao phủ bề mặt hạt nano Fe3O4NPs phân tử enzyme có nhóm amin (-NH2), glutaraldehyde (trong phân tử chứa nhóm cacbonyl –CHO) đóng vai trò cầu nối chitosan enzyme lipase thông qua việc hình thành liên kết C=N phản ứng nhóm –NH2 nhóm –CHO trình bày sau: Fe3O4NPs –Chitosan – N=CH – (CH2)3 – CH=N – Lipase Quá trình cố định enzyme tiến hành theo quy trình 2.2.3: - Cho 2g Fe3O4NPs-chitosan vào 20ml dung dịch glutaraldehyde 10% pha đệm phosphate (pH = 7,5) Hỗn hợp khuấy nhiệt độ phòng Thu hồi sản phẩm Fe3O4NPs-chitosan hoạt hóa với glutaraldehyde từ trường ngoài, rửa nhiều lần nước cất để loại bỏ glutaraldehyde dư - Sau hoạt hóa glutaraldehyde, chất mang cho vào 20ml dung dịch enzyme lipase pha đệm phosphate pH = 7,5 (d = 2g/l) Hỗn hợp 45 khuấy máy khuấy từ nhiệt độ phòng để cố định phân tử enzyme lên bề mặt Fe3O4NPs chức hóa Sản phẩm enzyme cố định tách từ trường rửa nhiều lần với đệm phosphate để loại bỏ enzyme lipase tự Sấy khô sản phẩm thu nhiệt độ 400C tủ sấy chân không bảo quản nhiệt độ 40C (hình 3.14) Hình 3.14: Enzyme cố định sau sấy 3.3.2 Phân tích đặc trưng sản phẩm enzyme cố định Fe3O4NPschitosan-lipase Để khẳng định enzyme lipase cố định lên bề mặt vật liệu Fe3O4NPschitosan, sử dụng phương pháp phân tích: phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), phương pháp đo quang phổ hồng ngoại (FT-IR), phương pháp đo đường cong từ trễ (VSM) 3.3.2.1 Kết nhiễu xạ tia X (XRD) Kết phân tích nhiễu xạ tia X hệ xúc tác Fe3O4NPs-chitosan-lipase thể hình 3.15 Trên phổ đồ xuất đỉnh đặc trưng cho cấu trúc tinh thể Fe3O4 góc 2θ gần giống với phổ Fe3O4 Fe3O4NPschitosan (hình 3.16) Kết chứng tỏ q trình biến tính bề mặt hạt nano oxit sắt từ cố định enzyme không làm thay đổi pha hạt nano Fe3O4NPs Như hạt nano từ tính đảm bảo tính chất từ chúng cho ứng dụng 46 (311) Meas data:mauC_Theta_2-Theta magnetite HP, syn, iron diiron(III) oxide, Zeol ite X, (Na, Te), Fe3 O4, 01-071-6337 Intensity (counts) 6000 4000 (440) (220) 2000 (511) (400) (422) magnetite HP, syn, iron diiron(III) oxide, Zeolite X, (Na, Te), Fe3 O4, 01-071-6337 20 40 2-theta (deg) 60 80 Hình 3.15: Phổ nhiễu xạ tia X vật liệu Fe3O4NPs-chitosan-lipase (c) (b) (a) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 2-theta (deg) Hình 3.16: So sánh giản đồ nhiễu xạ hạt nano Fe3O4NPs (a), vật liệu Fe3O4NPs-chitosan (b), Fe3O4NPs-chitosan-lipase (c) 3.3.2.2 Kết quang phổ hồng ngoại FT-IR Phổ hồng ngoại (FT-IR) enzyme lipase cố định trình bày hình 3.17b So sánh với phổ hồng ngoại lipase tự (hình 3.17a), thấy xuất 47 peak hấp thụ dải 1649 cm-1 đặc trưng cho dao động liên kết C=N Đó kết phản ứng nhóm carbonyl glutaraldehyde nhóm amin Các peak hấp thụ dải 1442 cm-1 1025 cm-1 enzyme lipase cố định tương ứng với dải 1430 cm-1 1050 cm-1 phổ hồng ngoại enzyme lipase tự do, chứng tỏ enzyme cố định thành công lên vật liệu thông qua cầu nối glutaraldehyde (a) 583 459 890 1154 1084 1025 1711 2932 3401 25 2861 30 20 (b) 1649 35 3653 %Transmittance 40 1551 1442 1374 796 45 15 4000 3500 3000 2500 2000 Wavenumbers (cm-1) 1500 1000 500 Hình 3.17: Phổ hồng ngoại (FT-IR) lipase tự (a), lipase cố định (b) 3.3.2.3 Đường cong từ trễ Fe3O4NPs-chitosan-lipase Độ từ bão hòa Fe3O4NPs-chitosan-lipase 38,29 emu/g – có giá trị thấp mẫu Fe3O4NPs (73,75 emu/g), Fe3O4NPs-chitosan (49,03 emu/g) Fe3O4NPs-chitosan-lipase thể hình 3.18 Từ độ bão hòa giảm suốt q trình biến tính bề mặt chất mang cố định enzyme Như vậy, việc hình thành lớp bao phủ gắn kết enzyme lipse khơng có tính chất từ lên bề mặt hạt nano oxit sắt từ ảnh hưởng đến từ tính vật liệu Tuy nhiên, từ tính 48 vật liệu sau biến tính tương đối cao lực kháng từ nên vật liệu có tính siêu thuận từ Fe3O4NPs Fe3O4NPs-chitosan Fe3O4NPs-chitosan-lipase Hình 3.18: Đường cong từ trễ Fe3O4NPs, Fe3O4NPs-chitosan Fe3O4NPs-chitosan-lipase 3.4 Phản ứng este chéo hóa dầu thực vật methanol sử dụng xúc tác enzyme lipase cố định 3.4.1 Phương pháp tiến hành Phản ứng tiến hành theo quy trình 2.2.4: hòa tan 10 g dầu đậu nành nguyên chất ml n-hexan, thêm 0,25g Fe3O4NPs-chitosan-lipase vào hỗn hợp, khuấy để phân tán xúc tác toàn hỗn hợp phản ứng 1,84 ml methanol thêm từ từ giọt vào hỗn hợp trên, khuấy chậm, máy khuấy từ 30 nhiệt độ phòng Trong phản ứng này, tỉ lệ số mol dầu : methanol ≈ : 4, tỉ lệ khối lượng enzyme cố định : dầu = 2,5% Sau phản ứng kết thúc, tách loại xúc tác từ trường ngoài, hỗn hợp sau phản ứng rửa lần nước cất, lấy lớp sản phẩm biodiesel cùng, sau chiết lại dung môi n-hexan thu biodiesel tinh khiết Thành phần hóa học biodiesel xác định phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ GC-MS Sự thay đổi màu hỗn hợp phản ứng trình bày hình 3.19 49 (a) (b) (c) Hình 3.19: Hỗn hợp dầu n-hexan trước cho xúc tác (a), hỗn hợp dầu n-hexan sau cho xúc tác khuấy máy khuấy từ (b), sản phẩm sau thu hồi xúc tác từ trường ngồi (c) 3.4.2 Kết GC-MS Hình 3.20: Sắc ký đồ GC-MS biodiesel thu từ phản ứng este chéo hóa dầu đậu nành hệ xúc tác Fe3O4NPs-chitosan-lipase Biodiesel có thành phần trình bày hình 3.20 bảng 3.2 Kết cho thấy thực phản ứng este chéo hóa dầu đậu nành với methanol sử dụng tỉ lệ xúc tác : dầu 10% (về khối lượng), tổng hàm lượng methyl este thu 91,730% Kết chứng minh enzyme cố định lên chất mang thể tốt hoạt tính xúc tác 50 Bảng 3.2: Thành phần chất có biodiesel STT Thời gian (phút) Tên hợp chất Tỷ lệ khối lượng (%) 01 36.145 Palmitic acid methyl ester 13.841 02 40.175 Stearic acid methyl ester 5.195 03 41.385 Oleic acid methyl ester 20.987 04 41.524 X 1.542 05 42.642 X 0.815 06 42.818 X 0.652 07 43.142 Linoleic acid methyl ester 46.731 08 43.466 X 0.535 09 43.848 X 0.436 10 44.308 X 1.154 11 44.704 X 1.039 12 45.005 Linolenic acid methyl ester 4.976 13 47.476 X 0.484 14 66.461 X 1.614 Methyl este 91,730 Tổng *X: cấu tử chưa định danh 51 KẾT LUẬN Trong trình thực đề tài nghiên cứu, thu kết sau: - Đã xây dựng thành cơng quy trình tổng hợp hạt nano oxit sắt từ Fe3O4NPs, thu hạt Fe3O4 có kích thước nano khoảng 10 – 17 nm siêu thuận từ - Phủ thành công chitosan lên bề mặt hạt nano Fe3O4NPs tạo loại vật liệu nano từ tính Fe3O4NPs-chitosan cố định thành công enzyme lipase lên bề mặt chất mang Fe3O4NPs-chitosan - Điều chế thành công biodiesel từ phản ứng este chéo hóa dầu thực vật sử dụng xúc tác enzyme lipase cố định chất mang Fe3O4NPs-chitosan, mở hướng công nghệ xúc tác cho phản ứng este chéo hóa cơng nghiệp sản xuất biodiesel-nhiên liệu sinh học tái tạo, an toàn, thân thiện với môi trường 52 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Trần Thị Bé Lan, Nguyễn Phương Phi, Phan Ngọc Hòa; Nghiên cứu enzyme lipase từ Candida Rugosa Porcine Pancreas xúc tác phản ứng transester hóa dầu dừa; Tạp chí khoa học 2012; 23b: 105-114 Tiếng anh [2] Alagarasi, A; Chapter 1: Introduction to Nanomaterials; Introduction to Nanomaterials; Chapter 1: 76 [3] Canakci M, Gerpen J V; Biodiesel production from oils and fats with high free fatty acids; Trans ASAE 2001; 44: 1429-1436 [4] Chi-Yang Y, Liang-Yu H, I-Ching K, Shiow-Ling L; Optimized Production of Biodiesel from Waste Cooking Oil by Lipase Immobilized on Magnetic Nanoparticles; Int J Mol Sci 2013; 14: 24074-24086 [5] Eliane P Cipolatti a, María José A Silva a, Manuela Klein a, Vivian Feddern, Maria Manuela C Feltes, J Vladimir Oliveira, Jorge L Ninow, Débora de Oliveira; Current status and trends in enzymatic nanoimmobilization; Journal of Molecular Catalysis B: Enzymeeatic 2014; 99: 56–67 [6] Jürgen Biener 1,*, Arne Wittstock , Theodore F Baumann , Jörg Weissmüller 3,4, Marcus Bäumer and Alex V Hamza; Surface Chemistry in Nanoscale Materials; Materials 2009; 2: 2404-2428 [7] Jilse Sebastian, V.C Vipin, C Muraleedharan, A Santhiagu; Enzymatic Transesterification of Rubber Seed oil using Candida Antactica Lipase B; Journal of Advanced Engineering Research 2017; 4(2): 104-108 [8] Jiakun X, Caixia J, Jun Sh, Fang W, Quan Zh, Guolong S, Mi S; Synthesis and Characterization of Magnetic Nanoparticles and Its Application in Lipase Immobilization; Bull Korean Chem Soc 2013; 34(8): 2408-2412 [9] J W M Bulte; In vivo MRI cell tracking: clinical studies; American Journal of Roentgenology 2009; 193 (2): 314–325 [10] Gupta AK, Gupta M; Synthesis and surface engineering of iron oxide nanoparticles for biomedical applications; Biomaterials 2005; 26: 3995-4021 53 [11] Gang F, Honggao Ch, Yunpeng Zh, Anqing Ch; Immobilization of pectinase onto Fe3O4@SiO2-NH2 and its activity and stability; International Journal of Biological Macromolecules 2016; 88: 189-195 [12] Huang S H, Liao M H, Chen D H; Direct biding and characterization of lipase onto magnetic nanoparticles; Biotechnol Prog 2003; 19: 1095-1100 [13].H Fukuda, A Kondo, H Noda; Biodiesel fuel production by transesterification of oils; Journal of Biosience and Bioengineering 2001; 92: 405-416 [14] Hasan F, Shah A.A, Hameed A; Industrial applications of microbial lipases; Enzyme Microbial Techol 2006, 39: 235-251 [15] H Yang, S Zhang, X Chen, Z Zhuang, J Xu, X Wang; Magnetitecontaining spherical silica nanoparticles for biocatalysis and bioseparations; Anal Chem 2004; 76: 1316–1321 [16] Hira Fatima, Kyo-Seon Kim; Magnetic nanoparticles for bioseparation; Korean Journal of Chemical Engineering 2017; 34 (3): 589–599 [17] Kurt E Sickafus , John M Wills, Norman W Grimes; Structure of Spinel; Journal of the American Ceramic Society 1999; 82: 3279 [18] Kai-Ho Mak, Chi-Yang Yu, I-Ching Kuan, Shiow-Ling Lee; Immobilization of Pseudomonas cepacia lipase onto magnetic nanoparticles for biodiesel production; Isesco Science and technology Vision 2009; (7): 19-23 [19] L.D White, C.P Tripp; Reaction of (3-aminopropyl) dimethyethoxysilane with amine catalysts on silica surfaces; J Colloid Interface Sci 2008; 232(2): 400-407 [20] Margarita S, Gisela M, Lydia T, Velizar G, Benjamin V; The Immobilized Lipases in Biodiesel Production; Biodiesel – Feedstocks and Processing Technologies 2011; 19: 397-410 [21] M Yamaura, R.L Camilo, L.C Sampaio, M.A Macedo, M Nakamura, H.E Toma; Preparation and characterization of (3-aminopropyl) triethoxysilane-coated magnetite nanoparticles; J Magn Magn Mater 2004; 279(2): 210-217 54 [22] Mukhcrjcc K.D., Mills M.J.; Lipases from plants, Lipases; Cambridge University Press, Cambridge 1994; 49 [23] Myung Gwi Jang, Deog Keun Kim, Soon Chul Park, Jin Suk Lee, Seung Wook Kim; Biodiesel production from crude canola oil by two-step enzymatic processes; Renewable Energy 2012; 42: 99-104 [24] Mendes AA, Oliveira PC, Vélez AM, Giordano RC, Giordano Rde L, de Castro HF; Evaluation of immobilized lipases on poly-hydroxybutyrate beads to catalyze biodiesel synthesis; International Journal of Biological Macromolecules 2012; 50 (3): 503-511 [25] O J Sohn, C K Jim, J I Rhee; Immobilization of Glucose Oxidase and Lactate Dehydrogenase onto Magnetic Nanoparticles for Bioprocess Monitoring System; Biotechnology and Bioprocess Engineering 2008; 13: 716-723 [26] R Maceiras, A Cancela, M Vega, M C Marquez; Enzymatic Alcoholysis for Biodiesel production from waste cooking oil; Chemical Engineering Trans 2010; 19: 103-107 [27] R Jalal, Z Mortazavi Milani, E K Goharshadi; Immobilization of α-amylase onto magnetic nanoparticles by shaking method; 1st National Iranian New Chemistry Congress 2011; 874-880 [28] Schultz N, Syldatk C, Franzreb M, Hobley T.J; Integrated Processing and Multiple Re-Use of Immobilised Lipase by Magnetic Separation Technology; Journal of Biotechnology 2007; 132: 202-208 [29] Tan T, Lu J, Nie K, Deng L, Wang F; Biodiesel production with immobilized lipase: A review; Biotech Advanced 2010; 28(5): 628-634 [30] Tang Z.X, J.Q Qian, L.E Shi; Characterizations of immobilized neutral proteinase on chitosan nano-particles; Process Biochem 2006; 41: 1193-1197 [31] Unsoy G, Gunduz U, Oprea O, Ficai D1, Sonano metez M, Radulescu M, Alexie M, Ficai A; Magnetite: from synthesis to applications; Curr Top Med Chem 2015; 15 (16): 1622-1640 55 [32] Wenlei Xie, Jianlong Wang; Immobilized lipase on magnetic chitosan microspheres for transesterification of soybean oil; Biomass and Bioenergy 2012; 36: 373–380 [33] Y Ding, Y Hu, L Zhang, Y Chen, X Jiang; Synthesis and Magnetic Properties of Biocompatible Hybrid Hollow Spheres; Biomacromolecules 2006; 7: 1766–1772 [34] Yang K, N.S Xu, W.W Su; Co-immobilized enzymes in magnetic chitosan beads for improved hydrolysis of macromolecular substrates under a timevarying magnetic field; J Biotechnol 2010; 148: 119-127 56 ... Các enzyme xúc tác cho phản ứng oxy hóa - khử Transferase: Các enzyme xúc tác cho phản ứng chuyển vị Hydrolase: Các enzyme xúc tác cho phản ứng thủy phân Lyase: Các enzyme xúc tác cho phản ứng. .. học thay cho nguồn nhiên liệu hóa thạch dần cạn kiệt gây nhiễm Với lí trên, chọn đề tài: Cố định enzyme lipase vật liệu nano Fe3O4NPs- chitosan xúc tác cho phản ứng este chéo hóa dầu thực vật Mục... TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA HỌC - Đề tài: CỐ ĐỊNH ENZYME LIPASE TRÊN VẬT LIỆU NANO Fe3O4NPs- CHITOSAN XÚC TÁC CHO PHẢN ỨNG ESTE CHÉO HÓA DẦU THỰC VẬT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN