cũng diễn ra đồng thờị OH- OH- R = Ac hoặc H O n n n O NHR O(CH2)2OH HO O O NHAc OH HO O O NH2 O(CH2)2OH HO O
1.2.7. Ứng dụng của chitin-chitosan và dẫn xuất trong xử lý mụi trường trường
* Hấp phụ ion kim loại nặng
Chitin-chitosan cú khả năng hấp phụ, tạo phức với cỏc ion kim loại chuyển tiếp. Trong phõn tử chitin-chitosan và một số dẫn xuất của chitin- chitosan cú chứa cỏc nhúm chức mà trong đú cú cỏc nguyờn tử O và N của nhúm chức cũn cặp e- chưa sử dụng, do đú chỳng cú khả năng tạo phức, phối trớ với hầu hết cỏc kim loại nặng và cỏc kim loại chuyển tiếp như: Hg2+; Cd2+; Zn2+; Cu2+; Ni2+; Co2+;…. Tựy nhúm chức trờn mạch polime mà thành phần và cấu trỳc của phức khỏc nhaụ Chitin-chitosan và nhiều dẫn xuất của nú đó được sử dụng để hấp phụ cỏc ion kim loại trong xử lý nước thải cũng như thu hồi cỏc kim loại qỳy hiếm [4].
Nair và uadhavan đó sử dụng chitosan để loại bỏ Hg2+ khỏi dung dịch và động học hấp phụ ion thủy ngõn đó được Peniche-covas và cộng sự nghiờn cứu [44, 49]. Từ cỏc kết quả khảo sỏt cho thấy hiệu quả hấp phụ Hg2+ bởi chitosan phụ thuộc vào thời gian xử lý, kớch thước hạt chitosan, nồng độ ban đầu của Hg2+ và khối lượng chitosan cho vàọ Jha và cộng sự [23] nghiờn cứu hấp phụ Cd2+ lờn bột chitosan trong khoảng nồng độ 1- 10ppm ở cỏc cỡ hạt khỏc nhau theo cỏch hấp phụ Hg2+ [6, 73]
Mekay và cộng sự [36] đó sử dụng chitosan để loại bỏ cỏc kim loại Cu2+; Hg2+; Ni2+ và Zn2+ ở nhiệt độ từ 25-60oC ở khoảng pH trung tớnh. Ion molypdat cũng được nghiờn cứu hấp phụ bởi chitosan ở khoảng pH khỏc nhau bởi Milot và cộng sự. Từ kết quả nghiờn cứu cho thấy Chitosan là chất hấp phụ tốt cho việc loại bỏ molypdat, khả năng hấp phụ của chitosan với molypdat phụ thuộc vào pH, dạng chất hấp phụ (kớch thước, dạng: mảnh, bột, sự tạo lưới –cross-kinking)…
Nishi và cộng sự [46] đó khảo sỏt khả năng hấp phụ ion kim loại của chitin-chitosan và dẫn xuất photphat. Kết quả nghiờn cứu cho thấy sự cú mặt của nhúm photphoryl trong mạch đại phõn tử chitin-chitosan làm khả năng hấp phụ một số ion kim loại như: Mn2+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+ của chitin-chitosan.
N(O-cacboxybenzyl) chitosan, N-cacboxymetyl chitosan – hai dẫn xuất tan trong nước và dithiocacbonat chitosan – dẫn xuất khụng tan trong nước là cỏc chất hấp phụ ion kim loại từ chitosan cũng được sử dụng để hấp phụ ion kim loại [38].
Hydroxymetyl chitin và một số dẫn xuất tan trong nước khỏc của chitin là cỏc chất keo tụ cho nước dạng anionic. N-benzylsunfonat [67] cũng là một chất hấp phụ cỏc ion kim loại trong mụi trường axit.
Một số dẫn xuất mới của chitosan ghộp với ete crown (chitosan- etecrown-CTDA) được tổng hợp từ vũng mesodiamin ete crown với chitosan. Nhúm amin ở C2 của chitosan được bảo vệ trước bằng benzandehit tạo dạng N-benzyliden chitosan. CTDA được sử dụng làm chất hấp phụ cỏc kim loại: Pb2+; Cu2+; Cd2+; trong dung dịch. Cỏc kết quả nghiờn cứu cho thấy CTDA cú khả năng hấp phụ chọn lọc Cu2+ trong sự cú mặt của cỏc ion kim loại khỏc: Pb2+ và Cd2+ hơn là chitin ban đầụ
Kang và cộng sự đó nghiờn cứu khả năng hấp phụ chọn lọc ion kim loại của bột chitosan sau phản ứng đồng trựng hợp với polyacrylonitrin đó amindoxin húa và thấy rằng dẫn xuất này cú khả năng hấp phụ chọn lọc ion kim loại nặng nờn cú thể sử dụng được trong xử lý nước thảị
Kim ỴB nghiờn cứu khả năng hấp phụ cỏc ion kim loại: Pb2+; Cu2+; Cd2+; Cr6+; Fe3+; Hg2+; Al3+; Zn2+; Ca2+; Mn2+; COD; BOD nờn chitosan và cỏc sản phẩm đồng trựng hợp ghộp ankeoic axit và cỏc anken dioic axit. Kết quả nghiờn cứu cho thấy: Khả năng hấp phụ húa học, sinh học và cỏc chất thải khỏc của chitosan được tăng cường qua phản ứng đồng trựng hợp ghộp với cỏc ankenoic axit và ankendioic axit trong mụi trường axit cũng như bazơ với khoảng thay đổi pH rộng của nước thải; Cỏc sản phẩm trựng hợp ghộp là cỏc chất hấp thụ ion kim loại tốt hơn nhiều so với chitosan trong toàn khoảng pH khảo sỏt (pH=2-12; Trong cột lọc, khả năng hấp phụ ion kim loại của polyme tăng mạnh theo chiều giảm cỡ hạt và tốc độ dũng chảy của dung dịch hấp phụ; Bột polyme (chitosan và cỏc sản phẩm đồng trựng hợp của chitosan) dễ dàng được ổn định và giữ khụng tan trong dung dịch axit qua phản ứng tạo lưới với hexametylen diisoxyanat (O=C=N- (CH2)3-N=C=O) hoặc glutazandehyt; Cỏc polyme đó sử dụng để hấp phụ cú thể được tỏi sử dụng nhiều lần bằng cỏch ngõm trong dung dịch HCl ở pH≈3; Cú thể loại bỏ hoàn toàn vết kim loại (sản xuất nước tinh khiết) cũn lại ở nước lọc cột polyme đầu tiờn bằng cỏch cho chảy qua cỏc cột bổ sung; Quy trỡnh hấp phụ đang được cải tiến và hoàn toàn cú thể ỏp dụng để làm sạch nước và xử lý nước thảị
Như vậy, chitosan và cỏc sản phẩm đồng trựng hợp ghộp chitosan và ankenoic axit cũng như ankendioic axit là cỏc vật liệu tốt để hấp phụ ion kim loại từ dung dịch nước.
Hấp phụ thuốc nhuộm: Trờn thực tế, khụng cú phương phỏp loại bỏ chất màu nào là tối ưu cho mọi nguồn nước thải [9]. Do đặc điểm cấu trỳc phõn tử, chitosan cú ỏi lực với nhiều loại thuốc nhuộm thuộc cỏc loại axit, naphton… tốc độ khuếch tỏn thuốc nhuộm và chitosan tương tự xenlulozọ
Quỏ trỡnh hấp phụ thuốc nhuộm lờn chitosan là quỏ trỡnh tỏa nhiệt và sự ra tăng nhiệt độ làm tăng tốc độ hấp phụ nhưng lại làm giảm khả năng hấp phụ [19]. Tuy nhiờn những hiệu ứng trờn làm biến đổi nhiệt độ nước thải nờn khụng ảnh hưởng lớn đến quỏ trỡnh hấp phụ chất màu [55]. Ngoài ra, độ pH của nước thải lại là một yếu tố quan trọng (đặc biệt đối với một số chất màu) cho quỏ trỡnh hấp phụ chất màu lờn chitosan vỡ ở pH thấp, chitosan cú nhúm amino bị proton húa nờn cú ỏi lực mạnh đối với thuốc nhuộm cú tớnh axit. Dễ dàng nhận thấy, thời gian hấp phụ cũng như tốc độ dũng chảy cũng là những nhõn tố ảnh hưởng tới quỏ trỡnh hấp phụ thuốc nhuộm.
Khả năng liờn kết với thuốc nhuộm của chitin và chitosan: Knorr [28] khảo sỏt khả năng liờn kết với thuốc nhuộm bằng cỏch cõn 0,5g hoặc 20g chitin hoặc chitosan vào ống li tõm, thờm 20g dung dịch nước của thuốc nhuộm (nồng độ 5mg/l đến 49mg/l) và lắc sau đú đậy nỳt, đặt đứng ống li tõm trong 30 phỳt ở tốc độ quay 200 vũng/ phỳt. Cuối cựng, gạn dung dịch ra khỏi và kiểm tra theo phương phỏp Sosulkị Bờn cạnh đú, nồng độ thuốc nhuộm cũng ảnh hưởng tới khả năng liờn kết với thuốc nhuộm của chitin và chitosan trong dung dịch. Độ pH của dung dịch cú ảnh hưởng tới khả năng liờn kết với thuốc nhuộm của chitin/chitosan. Khả năng này giảm mạnh ở pH>7 thỡ khả năng liờn kết với thuốc nhuộm của chitin ổn định trong khi chitosan lại tạo gen ở khoảng pH=5,5.
Trong cỏc dẫn xuất tan trong nước thỡ N-cacbxymetyl chitosan (N- CMC) là dẫn xuất được quan tõm nghiờn cứu do cú nhiều ứng dụng trong y học, trong cụng nghiệp thực phẩm [56].
Trong nghiờn cứu của mỡnh, ẠPuglaloni nhận thấy: Dẫn xuất N- CMC cú khả năng thỳc đẩy quỏ trỡnh tỏi tạo mỏụ Khi N-CMC được tiờm vào giỏc mạc để tiến hành quỏ trỡnh tỏi tạo mỏu, giỏc mạc trở lại bỡnh thường trong vũng 3 thỏng, điều này khẳng định tớnh hũa hợp sinh học của N-CMC.
Dẫn xuất N-CMC cũn được dựng như một chất antioxidant để bảo quản thực phẩm. Người ta thấy rằng: Mựi vị của thịt bị kộm đi bởi quỏ trỡnh oxy húa của mỡ. Mỡ cú trong thịt bị oxy húa là do xỳc tỏc của sắt cú trong thịt. Khi phản ứng này xảy ra, cỏc thành phần làm cho thịt thơm ngon bị mất đị Dẫn đến khụng bảo quản được lõụ Cỏc nghiờn cứu cho thấy, N- CMC đó được cho thờm vào thịt, pate…để giữ được hương vị thơm ngon lõu hơn [7]. Nếu sử dụng 5000ppm N-CMC ở bề mặt của thịt bũ sẽ ngăn cản được 93% axit Thiobarbituric và khử 99% hàm lượng hexanal trong sản phẩm. Theo tỏc giả Shahidi [60], dẫn xuất O,N-CMC và cỏc muối cacboxylat pyrolidin, axetat, lactat cú khả năng khống chế quỏ trỡnh oxy húa, làm hỏng mựi vị của thức ăn chớn tới trờn 9 ngày ở nhiệt độ thấp. Cơ chế tỏc dụng ngăn cản sự oxi húa cú liờn quan đến sự tạo phức của cỏc ion tự do được giải phúng ra từ cỏc hemoprotein của cỏc sản phẩm thịt trong quỏ trỡnh nấụ Đặc biệt cỏc dẫn xuất này ngăn cản hoạt tớnh xỳc tỏc của ion sắt. Cỏc kết quả này cũng đó được khẳng định thờm bằng cụng trỡnh của tỏc giả Li và cộng sự [34], cỏc tỏc giả đó dựng dung dịch N-CMC nồng độ 3000ppm để bảo quản thịt lợn chớn và thấy rằng nú cú khả năng ngăn cản sự ụi thiu do sự oxi húạ
Đặc biệt dẫn xuất thế hai lần N,N-diCMC cú khả năng tạo phức với canxi axetat và natri hydrogen photphat tạo thành phức chất N,N-diCMC-
CaP, chất này được dựng để xử lý cỏc tổn thương về xương trong phẫu thuật và trong chữa răng do khả năng tỏi tạo mụ xương và thỳc đẩy quỏ trỡnh khoỏng húa của xương. Theo tỏc giả Muzzarelli, dẫn xuất N,N- diCMC cú khả năng tạo phức với cỏc muối trung hũa như caxi, photphat, sulphat, oxalate, bicacbonat…vv. Khi trộn lẫn N,N-diCMC với canxiaxetat và natrihydrophotphat theo tỷ lệ thớch hợp sẽ tạo được một dung dịch trong suốt, sau khi đụng khụ sẽ tỏch ra được một vật liệu vụ định hỡnh được dựng trong xử lý cỏc tổn thương về xương trong phẫu thuật và chữa răng [42].
Dẫn xuất N-CMC cú tớnh khỏng nấm, khỏng khuẩn kể cả khuẩn gõy thối [41]; N-CMC được dựng làm màng chữa vết thương do tớnh phõn hủy sinh học bằng lysozym cú trong cơ thể người [54, 61] N-CMC cũn cú tỏc dụng giảm triglycerit trong mỏu [69].
Chương 2