Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ chitosan than hoạt tính

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA  - NGUYỄN THỊ TRỌNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHITOSAN/THAN HOẠT TÍNH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC Đà Nẵng: 04/2015 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA  - NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHITOSAN/THAN HOẠT TÍNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC Sinh viên thực : Nguyễn Thị Trọng Lớp : 11CHP Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS.Lê Tự Hải Đà Nẵng: 04/2015 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐHSP CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc KHOA HÓA NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Thị Trọng Lớp: 11CHP Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ chitosan/than hoạt tính Nguyên liệu, dụng cụ, hóa chất: - Nguyên liệu: Vỏ tôm - Dụng cụ: Bếp cách thủy, tủ sấy, ống sinh hàn, cốc thủy tinh, máy khuấy từ, máy lọc chân khơng, bình tam giác, phễu lọc, cốc nhựa dụng cụ thủy tinh khác - Thiết bị: Máy đo phổ hồng ngoại IR, máy đo AAS, máy chụp SEM số thiết bị khác - Hóa chất: NaOH khan, CuSO4 khan, axit HCl, axit CH3COOH số hóa chất khác Nội dung nghiên cứu - Các yếu tố ảnh hưởng đến trình điều chế chitin - Các yếu tô ảnh hưởng đến trình điều chế chitosan - Các yếu tố ảnh hưởng đến trình điều chế vật liệu hấp phụ chitosan/than hoạt tính GVHD: PGS.TS Lê Tự Hải Ngày giao đề tài: 25/08/2014 Ngày hoàn thành: 08/05/2015 Chủ nhiệm khoa Giáo viên hướng dẫn ( Kí ghi rõ họ tên) ( Kí ghi rõ họ tên) Sinh viên hoàn thành nộp cho báo cáo cho khoa ngày: Kết điểm đánh giá: Ngày … tháng … năm… CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Lê Tự Hải - người hướng dẫn em tận tình, bảo, động viên, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em suốt thời gian học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo khoa Hóa – trường Đại học Sư Phạm Đà Nẵng dạy dỗ, dìu dắt em suốt thời gian học tập trường tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn Đà Nẵng, ngày 26/04/2015 Sinh viên Nguyễn Thị Trọng MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CHITIN VÀ CHITOSAN 1.1 Lịch sử nghiên cứu chitin- chitosan 1.2 Sự tồn chitin- chitosan 1.3 Đặc điểm cấu tạo .5 1.3.1 Chitin 1.3.2 Chitosan 1.4 Tính chất vật lý 1.4.1 Chitin 1.4.2 Chitosan 1.5 Tính chất hóa học chitin – chitosan 10 1.5.1 Tính chất chung chitin - chitosan 10 1.5.1.1 Phản ứng Van-wisseleigh 10 1.5.1.2 Phản ứng cắt mạch .10 1.5.1.3 Phản ứng nhóm –OH 10 1.5.1.4 Phản ứng este hóa 12 1.5.2 Tính chất chitin 12 1.5.3 Tính chất chitosan 13 1.5.4 Tính chất sinh học chitosan .14 1.5.5 So sánh chitin chitosan .14 1.6 Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin chitosan nước giới 15 1.6.1 Tình hình nghiên cứu chitin chitosan giới .15 1.6.2 Những nghiên cứu nước 16 1.7 Một số quy trình cơng nghệ sản xuất chitin- chitosan 17 1.7.1 Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm Hùm Hackman .17 1.7.2 Quy trình sản xuất chitin - chitosan Pháp .18 1.7.3 Quy trình thuỷ nhiệt Yamasaki Nacamichi (Nhật Bản) .18 1.7.4 Quy trình kỹ sư Đỗ Minh Phụng - Đại học Nha Trang 19 1.7.5 Quy trình sản xuất chitosan Trung tâm cao phân tử thuộc Viện khoa học Việt Nam 19 1.7.6 Quy trình sản xuất chitin xí nghiệp thuỷ sản Hà Nội 20 1.1.1 Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tơm Sú phương pháp hố học với công đoạn xử lý kiềm - Trần Thị Luyến - Đại học Nha Trang 20 1.7.8 Quy trình Phân viện Vật lý Hà Nội 21 1.7.8 Quy trình bán thuỷ nhiệt Đại học Dược Tp-HCM 21 1.8 Giới thiệu than hoạt tính 21 1.8.1 Than hoạt tính 21 1.8.2 Ứng dụng 22 CHƯƠNG NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .24 2.1 Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ 24 2.1.1 Nguyên liệu .24 2.1.2 Hóa chất 24 2.1.3 Dụng cụ thiết bị 24 2.2 Phương pháp nghiên cứu .24 2.2.1 Xác định quy trình tách chiết chitosan khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình tách chiết 24 2.2.2 Xác định số tiêu hóa lý chitin/chitosan .29 2.2.2.1 Xác định độ ẩm chitin/chitosan 29 2.2.2.2 Xác định hàm lượng tro chitin/chitosan 29 2.2.3 Phân tích định tính chitin/ chitosan .30 2.2.3.1 Phổ hồng ngoại (Infrared spectroscopy) 30 2.2.4 Quy trình tạo vật liệu hấp phụ chitosan/than hoạt tính 32 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1 Tách chitin từ vỏ tôm .33 3.1.1 Khảo sát trình loại prtoein NaOH 34 3.1.1.1 Ảnh hưởng nồng độ NaOH thời gian ngâm đến trình loại protein .34 3.1.2 Khảo sát q trình loại khống dung dịch HCl 35 3.1.2.2 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng vỏ tôm/thể tích dung dịch HCl đến q trình loại khống .35 3.1.2.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến trình loại khoáng 36 3.1.3 Xác định hàm lượng chitin vỏ tôm 37 3.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình deaxetyl chuyển chitin thành chitosan .37 3.2.1 Ảnh hưởng thời gian đun 37 3.2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đun 38 3.2.3 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch NaOH .39 3.2.4 Xác định hiệu suất trình điều chế chitosan từ chitin 40 3.3 Xác định số tiêu chitosan 41 3.3.1 Xác định độ ẩm .41 3.3.2 Xác định hàm lượng tro 41 3.3.3 Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) chitosan 41 3.3.4 Phổ hồng ngoại IR 42 3.4 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình điều chế vật liệu hấp phụ chitosan/than hoạt tính 43 3.4.1 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch CH3COOH đến trình điều chế vật liệu hấp phụ chitosan/than hoạt tính 43 3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng chitosan/thể tích dung dịch CH3COOH 44 3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian ngâm 45 3.5 Ảnh kính hiển vi quét SEM than hoạt tính VLHP chitosan/than hoạt tính 46 3.6 Khả hấp phụ Cu2+ vật liệu hấp phụ chitosan/than hoạt tính 47 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .48 Kết luận 48 Kiến nghị 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO .49 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Nguồn cung cấp chitin chủ yếu tự nhiên Hình 1.2 Cơng thức cấu tạo chitin Hình 1.3 Các dạng cấu trúc chitin Hình 1.4 Công thức cấu tạo chitosan Hình 1.5 Cơng thức tổng quát chitin/ chitosan .8 Hình 2.1 Vỏ tơm 25 Hình 2.2 Thành phần hóa học vỏ tơm 26 Hình 2.3 Quy trình sản xuất chitin ……………………………………………… 26 Hình 2.4 Quy trình sản xuất chitosan tan nước…………………………… 29 Hình 3.1 Vỏ tơm sau làm sau xay nhỏ……………………………35 Hình 3.2 Chitin tách từ vỏ tôm 35 Hình 3.3 Vỏ tơm sau loại khoáng .39 Hình 3.4 Ảnh hưởng thời gian đun đến hiệu suất q trình đeaxetyl hóa chuyển chitin thành chitosan 40 Hình 3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ đun đến hiệu suất q trình đeaxetyl hóa chuyển chitin thành chitosan 41 Hình 3.6 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch NaOH đến hiệu suất q trình đeaxetyl hóa chuyển chitin thành chitosan 42 Hình 3.7 Chitosan tách từ vỏ tơm 44 Hình 3.8 Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) chitosan 45 Hình 3.9 Phổ IR chitosan điều chế từ vỏ tôm 45 Hình 3.10 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch CH3COOH đến trình .47 Hình 3.11 Ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng chitosan/ than hoạt tính đến 48 Hình 3.12 Ảnh hưởng thời gian ngâm đến trình điều chế vật liệu 49 Hình 3.13 Ảnh kính hiển vi qt SEM than hoạt tính 50 Hình 3.14 Ảnh kính hiển vi quét SEM VLHP chitosan/than hoạt tính 50 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Hàm lượng chitin có vỏ lồi động vật giáp xác .4 Bảng 1.2 Mật độ điện tử nguyên tử nitơ α-chitin β-chitin tính theo phương pháp Zindol (vòng = vòng N-axetyl-D-glocosamin) Bảng 1.3 So sánh chitin chitosan 15 Bảng 2.1 Tần số dao động số nhóm chức hữu 32 Bảng 3.1 Ảnh hưởng nồng độ NaOH thời gian ngâm tới trình loại protein .36 Bảng 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình loại protein 37 Bảng 3.3 Ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng vỏ tơm/dung dịch NaOH đến q trình loại protein 37 Bảng 3.4 Ảnh hưởng nồng độ đến q trình loại khống 37 Bảng 3.5 Ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng vỏ tơm/ thể tích dung dịch HCl đến q trình loại khống 38 Bảng 3.6 Ảnh hưởng thời gian xử lí đến q trình loại khoáng 38 Bảng 3.7 Kết thể hàm lượng chitin có vỏ tơm 39 Bảng 3.8 Ảnh hưởng thời gian đun đến hiệu suất q trình đeaxetyl hóa chuyển chitin thành chitosan 40 Bảng 3.9 Ảnh hưởng nhiệt độ đun đến hiệu suất q trình đeaxetyl hóa chuyển chitin thành chitosan 41 Bảng 3.10 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch NaOH đến hiệu suất trình đeaxetyl hóa chuyển chitin thành chitosan .42 Bảng 3.11 Kết xác định hiệu suất trịnh điều chế chitosan từ chitin 43 Bảng 3.12 Độ ẩm chitosan .44 Bảng 3.13 Hàm lượng tro chitosan 44 Bảng 3.14 Kết phân tích phổ hồng ngoại 46 Bảng 3.15: Ảnh hưởng nồng độ dung dịch CH3COOH đến trình điều chế vật liệu hấp phụ chitosan/than hoạt tính .47 Bảng 3.16 Ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng chitosan/ than hoạt tính đến q trình điều chế vật liệu hấp phụ chitosan/ than hoạt tính 48 Bảng 3.17 Ảnh hưởng thời gian ngâm đến trình điều chế vật liệu hấp phụ chitosan/ than hoạt tính .49 Bảng 3.18 Khả hấp phụ Cu2+ vật liệu hấp phụ chitosan/than hoạt tính 51 MỞ ĐẦU Hiện vấn nạn ô nhiễm môi trường nước kim loại nặng chất hữu nghiêm trọng Các chất gây ô nhiễm xâm nhập vào thể người qua đường hô hấp, đường miệng, qua da, với hàm lượng vượt giới hạn cho phép gây rối loạn chức sinh lý thể sống, gây bệnh ung thư, thần kinh Do vậy, việc nghiên cứu loại bỏ chúng khỏi mơi trường nước có ý nghĩa quan trọng Đã có nhiều phương pháp xử lý chất ô nhiễm nước phương pháp sinh học, kết tủa hóa học, lọc màng, hấp phụ, phương pháp hấp phụ xem phương pháp hiệu vật liệu sử dụng làm chất hấp phụ phong phú, dễ điều chế, thân thiện với mơi trường có độ an toàn cao Việc sử dụng vật liệu tự nhiên, phổ biến, giá thành rẻ phế thải nông nghiệp (lõi ngô, vỏ lạc, vỏ trấu…), loại zeolit, than tro bay, rong biển…và đặc biệt chitin/chitosan có giáp xác vỏ, đầu tôm - polyme thiên nhiên có cấu tạo mạch thẳng gồm đơn vị N-axetyl-Dglucosamin nối với liên kết (1,4)- glucosit ứng dụng nhiều y học, dược phẩm, công nghiệp thực phẩm, xử lý nước quan tâm nhiều nhà khoa học Kết hợp với tính chất hấp phụ tốt than hoạt tính, vật liệu hấp phụ chitosan/than hoạt tính có hiệu hấp phụ cao Việt Nam nước thiên nhiên ưu đãi với bờ biển dài, ngành chế biến thủy hải sản phát triển Nhưng hàng năm, nhà máy chế biến hải sản nước ta thải lượng phế thải giáp xác lớn, khoảng 7000 Lượng phế thải chủ yếu làm thức ăn cho gia xúc thải môi trường, làm ô nhiễm môi trường trầm trọng đem xử lý chất thải chi phí lớn Vì vậy, để hạn chế nhiễm mơi trường nguồn phế liệu thuỷ sản gây ra, chế tạo vật liệu hấp phụ để giảm thiểu việc ô nhiễm môi trường nước, chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ chitosan/than hoạt tính” Kiểm tra độ tro mẫu Các kết ghi bảng 3.5 Bảng 3.5 Ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng vỏ tôm/ thể tích dung dịch HCl đến q trình loại khống Tỉ lệ w/v Độ tro (%) 1/4 1/5 1,1226 0.7239 1/6 1/7 1/8 1/9 1/10 0.7081 0.6958 0.6823 0.6737 0.6658  Tỉ lệ thể w/v nhỏ để độ tro