CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2. Quy trình điều chế vật liệu nano cacbon
2.2.1. Giải thích quy trình điều chế a. Khử Protein lần 1 a. Khử Protein lần 1
Vỏ ghẹ sau khi đã được phơi khô sẽ được đưa vào quy trình xử lý.
Quá trình khử protein từ phế liệu thủy sản có thể thực hiện với nhiều hóa chất như NaOH, Na2CO3, NaHCO3, KOH, K2CO3, Ca(OH)2… Tuy nhiên, NaOH được sử dụng nhiều nhất với nồng độ từ 4% - 8%, ở nhiệt đợ phịng hoặc nhiệt đợ cao, thời gian xử lý từ vài giờ đến vài ngày. Đểtăng cường hiệu quả của quá trình tách protein cần thực hiện khuấy đảo trong khi xử lý. Tùy theo tính chất của nguyên liệu mà ta có thể chọn chế đợ khử protein phù hợp.
Vỏ cua sau khi phơi khô bẻ nhỏ và được đun với dung dịch NaOH 5% ở nhiệt độ 800oC trong 6 giờ, để loại bỏ protein. Các sản phẩm được rửa sạch và làm nguội đến nhiệt độ phịng. Trong q trình này, protein tồn tại ở dạng tự do và bị kiềm thủy phân thành các amin tựdo và được loại ra theo quy trình rửa trơi.
Hình 2.2. Vỏcua trong giai đoạn khử protein lần 1 b. Khử khoáng b. Khử khoáng
Trong vỏ cua, thành phần khoáng chủ yếu là muối CaCO3 và rất ít Ca3(PO4)2. Nên người ta thường dùng các loại acid như HCl, H2SO4,… để khử khống. Q trình khử khoáng thường được thực hiện ở nhiệt đợthường kết hợp với khuấy đảo. Nồng độ của acid, thời gian ngâm và tỷ lệ (w/v) của q trình khử khống sẽ ảnh hưởng đến chất lượng chitin thu được. Thông thường, đới với phế liệu ghẹ, cua thì nồng đợHCl được sử dụng cao hơn so với phế liệu tơm. Vì vậy, tùy theo từng loại nguyên liệu và yêu cầu chất lượng chitin mà thực hiện chế đợ khử khống sao cho phù hợp.
Trong q trình rửa, ḿi Cl- tạo thành được rửa trơi, nồng đợ axid HCl có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của chitin thành phẩm, đồng thời có ảnh hưởng lớn đến thời gian và hiệu quả khử khống. Nếu nồng đợ HCl cao sẽ rút ngắn được thời gian khửkhoáng nhưng sẽ làm cắt mạch do có hiện tượng thủy phân các liên
kết (β- (1-4) glucoside) để tạo thành tạo ra các polymer có trọng lượng phân tử trung bình thấp, có khi thủy phân triệt để đến glucosamin. Ngược lại, nếu nồng độ HCl q thấp thì q trình khử khống sẽ khơng triệt để và thời gian xử lý kéo dài ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
- Sau khi đã khử protein vỏ cua được rửa sạch và cho vào dung dịch HCl - Lấy 500ml HCl 7% cho vào bình 1L có chứa sẵn mẫu
=> Nhằm loại bỏ Canxi và khoáng trong sản phẩm.
Quá trình này được lặp lại 4 lần trong 2 ngày để loại bỏ hồn tồn khống có trong vỏ ghẹ.
Khi cho vỏ cua tác dụng với HCl thì CaCO3 và Ca3(PO4)2 sẽ bị phân hủy thành muối của chúng (CaCl2) và được rửa trôi.
CaCO3 + 2HCl CaCl2 + CO2 + H2O
Ca3(PO4)2 + 6HCl 3CaCl2 + 2 H3PO4 (2.1)
Sau khi khử khoáng tiến hành rửa trung tính, công đoạn này sẽ rửa trôi hết các muối, acid dư tan trong nước. Quá trình rửa kết thúc khi dịch rửa cho giá trị pH = 7.
Hình 2.3. Vỏ cua ngâm trong HCl c. Khử Protein lần 2 c. Khử Protein lần 2
Để đảm bảo loại sạch protein cịn sót lại sau q trình khử protein lần đầu, ta tiến hành khử protein một lần nữa.Vỏ cua sau khi được khử khoáng được rửa sạch thu được nguyên liệu thô. Lấy 500ml NaOH 5% cho vào bình chứa sẵn ngun liệu thơ → Gia nhiệt ở 800C trong vòng 8 tiếng sau đó rửa sạch. Ở giai đoạn này sẽ loại bỏ được protein không hòa tan và chúng thường liên kết với chitin, CaCO3, lipid tạo thành lipoprotein.
Hình 2.4. Vỏcua trong giai đoạn khử protein lần 2 d. Khử màu d. Khử màu
Sau khi đã được loại bỏ hết khoáng và protein trong vỏ ghẹ cịn tồn tại sắc tớ. Do đó phải tiến hành loại màu. Chitin thơ có màu phớt hồng là do có sắc tớ astaxanthin. Do sắc tớ astaxanthin khơng ởn định với các chất oxy hóa như th́c tím (KMnO4), H2O2 lợi dụng tính chất này người ta sử dụng các chất này để khử sạch màu hồng.
Thông thường người ta sử dụng H2O2 để khửmàu để tránh tốn kém và trách tớn cơng sức, vì nếu sử dụng (KMnO4) thì lại phải có q trình rửa màu tím.
Lấy 500ml H2O2 5% vào bình có chứa chitin thơ đã được khử Protein. Gia nhiệt 1 giờở 90oC → Rửa sạch → Đem sấy 3 - 4 tiếng ở 40oC hoặc phơi khô để bảo quản. Lúc này thu được chitin rắn.
Chitin được cắt nhỏ 1 - 2 mm, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình deacetyl.
Hình 2.5. Vỏ cua sau khi khử màu, sấy khô và cắt nhỏ
e. Deacetyl
Là q trình chuyển hóa phần nhóm (-NHCOCH3) thành nhóm (NH2) loại bỏ nhóm (-CH3CO, để thu được chitosan với độđề acetyl (DD) < 90% và > 50%. Quá trình deacetyl được thực hiện bằng cách sử dụng NaOH đậm đặc 50% trong thời gian là 24 giờ nhiệt độở 900. Sau quá trình deacetyl, tiến hành rửa trung tính đến khi pH = 7.
Lấy 5g chitin khô, cắt thành mảnh nhỏ (1 cm) cho tác dụng với 75ml NaOH 50%
→ Mẫu được gia nhiệt ở 90oC trên máy khuấy từ ở mức đợ kh́y trung bình.
→ Lọc rửa với nước cất nhiều lần để rửa sạch NaOH → thu được mẫu chitosan đã được deacetyl.
Hình 2.6. Quá trình deacetyl d. Thủy nhiệt d. Thủy nhiệt
Là quá trình cacbon hóa chitosan thành dạng nano cacbon.
Quá trình thủy nhiệt được thực hiện bằng cách cho 5g chitosan vào autoclave và nung ở 200oC ở các thời gian (6h, 12h, 18h, 24h). Sau khi thủy nhiệt thu được vật liệu nano cacbon.