Ba loại đơn vị monome của TSP xyloglucan

Dựa vào các kết quả phần tích trên về thành phần hóa học trong hạt chứa glyceride giàu axit lionelic, oleic, stearic và palmitic là các axit béo cùng với các hợp chất khác như fistulic acid, rhein, rheinglucoside, sennoside A và B,

fistuacacidin, barbaloin, lupeol, betasitosterol và hexacosanol. Những hợp chất này được coi là thành phần chính để tạo ra một vật liệu keo tụ tự nhiên.

2.2.2 Tổng quan về chất keo tụ sinh học

Những chất keo tụ tự nhiên như chitosan (trích từ vỏ động vật), gơm hay gum (các loại dịch chiết từ thực vật) (M.B. Šciban et al., 2005) được xem là những chất keo tụ an toàn với sức khỏe con người và thân thiện với môi trường. Đã có nhiều nghiên cứu chứng tỏ hạt của các loài thực vật tự nhiên như Strychnos potatorum, Cactus Opuntia, Vigna unguiculata, Moringa oleifera chứa các polyeletrolyte sinh học có khả năng keo tụ ứng dụng trong xử lý nước [12]. Polysaccharide gum đại diện cho một trong những nguyên liệu phong phú nhất trong các vật liệu. Các nhà nghiên cứu chủ yếu nghiên cứu về polysacaride gum do đặc tính bền vững, phân huỷ sinh học và an toàn sinh học [47]. Thuật ngữ “Gums” được sử dụng để mô tả một nhóm các polysacaride tự nhiên xuất hiện trong các ứng dụng công nghiệp rộng rãi do khả năng tại gel hoặc tạo nhớt [48].

Gums tan trong nước – còn được gọi là “hydrocoloid” được sử dụng cho nhiều loại ứng dụng như chất điều chỉnh kết cấu, chất keo, chất làm đặc, chất ổn định và chất nhũ hố, chất phủ và màng bao bì. Gums được tạo ra từ các bộ phận khác nhau của thực vật (thành tế bào thực vật, chất tiết ra từ cây, hạt, củ, rễ) có các tế bào bề mặt có chứa gum, chất nhầy và các hợp chất sợi, protein. Chất nhầy gum thực vật được sản xuất bởi một số thực vật là kết quả của các cơ chế bảo vệ chống lại sự tổn thương cơ học hoặc vi khuẩn [47].

Một số lượng đáng kể của hạt giống cây họ đậu và cây bìm bìm là những nguồn có giá trị để tạo ra gums. Sự quan tâm ngày càng tăng dành cho gums từ thực vật là do tính chất cấu trúc đa dạng của chúng và chức năng trao đổi chất trong thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, dệt may và sản phẩm y sinh

[49]. Các chức năng tính chất của gums thực vật ảnh hướng đánh kể đến phạm vi ứng dụng của chúng.

Gum là các polysaccharide hoặc carbohydrat phức tạp chứa một hoặc nhiều monosaccharide hoặc dẫn xuất của chúng với ít nhất 75% khối lượng phân tử lớn (khoảng từ 200,000 – 300,000) [12].

Đối với các dung môi hữu cơ như ether, benzen, chloroform, gum khơng tan hồn toàn mà tạo thành những mảnh kết tủa trong suốt.

Để thu lấy những chất bông tụ tự nhiên như gum và chất nhầy thường được thông qua việc tách chiết và điều chế với alcohol và làm khô.

Polyelectrolyte là một loại hợp chất đại phân tử, được chia thành ba loại: polyelectrolyte cation (điện tích dương), anion (điện tích âm) và khơng ion (trung hịa điện tích). Sự phân chia này dựa vào loại điện tích hiện diện trong chuỗi đại phân tử sau khi thủy phân. Polymer cation được xem là loại chất keo tụ chính, trong khi đó polymer anion và không ion được sử dụng như chất trợ keo tụ [21].

Polyelectrolyte cation có thể là phân tử chứa nhóm amoni bậc 3 hoặc bậc 4 [22]. Loại chất keo tụ này có trong hạt của các loài Moringa oleifera, Vigna

unguiculata. Quá trình keo tụ của polyelectrolyte cation được thể hiện bằng cơ chế trung hịa các điện tích âm gắn trên phân tử chất keo trong nước bẩn. Polyelectrolyte anion là loại polymer khi được hòa tan tạo thành các ion mang điện tích âm, chúng được sử dụng để loại bỏ các chất mang điện tích dương. Các lồi thực vật chi oputina họ xương rồng có chứa axit galacturonic, một chất keo tụ thuộc họ loại polyelectrolyte anion[21]. Polyelectrolyte không ion là loại polymer khơng mang điện tích hoặc cân bằng điện tích. Khí được hịa tan các polymer này chứa cả phần mang điện tích âm và phần mang điện tích dương. Trong tự nhiên thường gặp loài loại chất keo tụ không ion là

galactomannan có trong hạt của các loài thực vật thuộc họ đậu. Ngoài ra, theo phân loại của gum me cũng là chất keo tụ không ion là cơ sở để ứng dụng gum me trong xử lý nước thải.

2.2.3 Vật liệu sinh học gum me

Gum me (TSG), một chiếc xuất thô của hạt me, rất giàu polysacacaride (65- 72%) theo nghiên cứu Martin, 2005[23], trong đó chứa các đơn vị glucose, xylose và galactose theo tỷ lệ phân tử 3: 1: 2. Cấu trúc của nó dựa trên một xương sống (1) – D – glucan được thay thế ở vị trí thứ 6 của đơn vị

glucopyranosyl [24]. Ngoài ra, TSG có trọng lượng phân tử cao polysacacaride (720 – 880 kDa), hình thành các dung dịch nhớt khi hoà tan trong nước như nhiều gum polysacacaride khác được chiết xuất từ nguyên liệu thực vật

Hình 3. Sơ đồ minh họa cấu trúc Gum me

Gum me cùng với xanthan gum hydroxypropyl cellulose là được sử dụng cho các nghiên cứu chất nhầy mũi trong công thức bột. Gum me cũng được sử dụng như một viên thuốc sinh học.. Hiện tại, nó có tiềm năng cho các ứng dụng thương mại[25]. Vì thơng tin về tính chất lưu biến của polysacacaride gum trong dung dịch nước là hữu ích và đóng vai trị quan trọng trong việc phát triển về vấn đề môi trường.

2.2.4 Phương pháp trích ly

Có nhiều phương pháp đã được báo cáo về việc ly trích galalactomannan từ hạt các lồi khác nhau thuộc họ đậu. Phương pháp ly trích gum rẻ và khả thi là dựa trên quy trình nghiền khơ và trích ướt theo nghiên cứu N. K. Mathur, 2016).

Khơng sử dụng acid hay nhiệt để ly trích, tách lấy gum hạt vì acid hay nhiệt độ có thể gây thủy giải một phần chuỗi polymer (galactomannan polysaccharide) hoặc phá vỡ liên kết trong polymer, làm giảm độ dài của chuỗi. Chuỗi polymer càng ngắn thì mật độ các phần mang điện tích trên polymer càng giảm, dẫn đến khả năng hấp phụ của polymer với chất keo (chất bẩn) giảm, dẫn đến giảm khả năng keo tụ - kết bông.

Do đó nghiên cứu này thực hiện ly trích gum hạt bằng phương pháp nghiền thơng thường và hịa tan trong nước cất tại nhiệt độ phòng để tránh phá hủy cấu trúc polymer đồng thời giảm chi phí sản xuất.

Gum me được đưa vào thương mại sản xuất vào năm 1943 như là một sự thay thế cho tinh bột trong kích cỡ bơng của thị trường dệt may Ấn Độ[25]. Phương pháp phân lập và trích xuất TSP được phát minh đầu tiên trong phịng thí nghiệm bởi Rao et al, năm 1945, được cải thiện bởi Srivastav et al, năm 1973 và được sửa đổi thêm bởi Nandi et al. 1975 ở quy mơ phịng thí nghiệm. Sau đó, một số phương pháp đã được đưa ra như một phương thức sửa đổi phù hợp nhất cho thương mại hoặc quy mơ phịng thí nghiệm[15].

TSP có khả năng tạo thành gel với sự hiện diện của đường hoặc rượu và có thể được sử dụng để tạo thành pectin như gel trong mứt, thạch và các chất bảo quản khác [25] .

Theo nghiên cứu cửa Yamanaka và cộng sự. (2000)[27] đã nghiên cứu tính chất keo hóa và lưu biến của xyloglucan hạt me với sự có mặt của ethanol.

Xyloglucan trải qua quá trình tạo gel đảo ngược nhiệt trong sự hiện diện của ethanol ở nhiệt độ thấp hơn.

2.3 Tổng quan về Đồng

Đồng là kim loại nặng khá phổ biến trên Trái đất. Trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleep nó có số thứ tự là 29 và là nguyên tố thuộc nhóm IB của các chu kì 4.

Nguyên tố đồng có ký hiệu hóa học là Cu, kim loại và các hợp kim của nó đã được sử dụng cách đây hàng ngàn năm để chế tạo một số công cụ bằng đồng có độ tinh khiết cao tạo nên thời đại đồ đồng là bước chuyển tiếp quan trọng trong tiến trình phát triển của lịch sử loài người. Trong thời kỳ La Mã, đồng chủ yếu được khai thác ở Síp, vì thế tên gọi ban đầu của kim loại này là сyprium (kim loại Síp), sau đó được gọi tắt là сuprum. Trong tự nhiên, đồng tồn tại ở dạng tự do rất ít mà chủ yếu ở dạng hợp chất. Các hợp chất của nó thường tồn tại ở dạng muối đồng (II), chúng thường có màu xanh lam hoặc xanh lục của các loại khoáng như ngọc lam và trong lịch sử đã được sử dụng rộng rãi làm chất nhuộm. Các cơng trình kiến trúc được xây dựng có đồng bị ăn mòn tạo ra màu xanh lục verdigris (hoặc patina). Quặng đồng thường ở dạng sunfua (chủ yếu) và không sunfua như: Cancopirit (CuFeS2), Cancozin (CuS2), Bozit (Cu5FeS4), Crozocola (CuS2O3.nH2O), Malachit [Cu(OH)2CO3], Cuprit (Cu2O), Fenozit (CuO). Nguyên tố đồng chiếm khoảng 10-2 (%) khối lượng vỏ Trái đất, vào khoảng 3,610-3 (%) tổng số nguyên tử. Đồng có 11 đồng vị là 58Cu đến 68Cu, chủ yếu là đồng vị thiên nhiên: 63Cu (69,1%), 65Cu (30,9%) còn lại là các đồng vị phóng xạ, trong đó bền nhất là 67Cu (T1/2=2,21 ngày).

Nguồn thải chính của đồng trong nước thải cơng nghiệp là nước thải của quá trình mạ và nước thải của quá trình rửa, ngâm trong bể có chứa đồng. Trong các quá trình chứa, đựng các dung dịch, hiện tượng oxi hóa làm đồng tan vào trong dung dịch. Cịn trong các q trình mạ, đồng được sử dụng làm nguyên liệu chính hoặc chỉ là lớp phủ cho các kim loại như vàng, bạc…

Đồng trong nước thải thường tồn tại dưới các dạng: các muối Cu2+ hoặc tồn tại dưới các dạng muối phức. Ví dụ như khi đồng được kết hợp với NaOH tạo ra Na2[Cu(OH)4].

2.3.1 Tính chất của Đồng

 Tính chất vật lý

Đồng là kim loại được con người sử dụng sớm nhất do các đồ đồng có niên đại khoảng năm 8700 trước cơng ngun đã được tìm thấy. Ngồi việc tìm thấy đồng trong các quặng khác nhau, người ta cịn tìm thấy đồng ở dạng kim loại loại (đồng tự nhiên) [2].

Đồng nguyên chất mềm và dễ uốn; bề mặt đồng tươi có màu cam đỏ (dạng tấm), màu đỏ gạch (dạng vụn), sáng, dẻo dai, dễ dát mỏng và dễ kéo sợi, dẫn nhiệt và dẫn điện tốt (chỉ sau bạc), đồng dễ tạo hợp kim với bạc, vàng và các kim loại khác, tạo được hỗn hống với thủy ngân. Vì thế nó được sử dụng làm chất dẫn nhiệt và điện, vật liệu xây dựng và thành phần của các hợp kim của nhiều kim loại khác nhau [2].

Trạng thái vật chất: rắn

Điểm nóng chảy: 1357,6K (1984,3F) Điểm sôi: 2840K (4653F)

Nhiệt bay hơi: 300,3kJ/mol Nhiệt nóng chảy: 13,06 kJ/mol Áp suất hơi: 0,505Pa tại 1358K

 Tính chất hóa học

Về mặt hóa học, đồng là kim loại kém hoạt động hóa học. Ở điều kiện thường, đồng bền với khơng khí và nước do có lớp màng oxit (CuO) bảo vệ:

2Cu + O2 + 2H2O → 2Cu(OH)2 Cu(OH)2 + Cu → Cu2O + H2O

Nhiệt độ thường đồng không tác dụng với Flo bởi màng CuF2 được tạo nên rất bền sẽ bảo vệ đồng. Với Clo đồng tác dụng khi đun nóng tạo nên muối CuCl2.

Ở 130 ÷ 200oC, nguyên tố đồng cháy tạo ra đồng (I) oxit (Cu2O màu

đỏ gạch). Ở nhiệt độ cao hơn, đồng cháy tạo ra đồng (II) oxit (CuO màu đen), phản ứng cho ngọn lửa màu xanh lục.

Đồng tác dụng với dung dịch HI và dung dịch HCN đậm đặc và giải phóng ra H2.

2Cu + HI → 2CuI + H2 2Cu + 4HCN → 2H[CuCN2] + H2 

Đồng tan tốt trong HNO3, H2SO4 đặc nóng nhờ phản ứng oxi hóa khử nhưng phản ứng rất chậm với HCl đặc

3Cu + 8HNO3(đ) → 3Cu(NO3)2 + 2NO  + 4H2O Cu + H2SO4(đ) → CuSO4 + SO2  + 2H2O

Khi có mặt của oxi khơng khí, đồng có thể tan trong dung dịch HCl và dung dịch NH3 đặc.

2Cu + H2SO4 + O2 → 2CuSO4 + 2H2O

Đồng có phản ứng hóa học với muối mà kim loại đứng sau Cu trong dãy điện hóa như Fe3+, Pb,…

Fe2(SO4)3 + Cu → CuSO4 + 2 FeSO4

Về khả năng tạo phức của ion Cu2+: Đồng là một trong những nguyên tố

có khả năng tạo phức mạnh. Đây là một tính chất đặc trưng của các nguyên tố chuyển tiếp. Nó tạo ra nhiều phức có tính chất đặc trưng và nhiều ứng dụng quan trọng với cả phân tử vô cơ và hữu cơ [1,2].

Ion Cu2+ có khả năng tạo phức với nhiều loại phối tử khác nhau, từ các phân tử trung hòa đến các anion: các halogen, amoniac, xianua, tạo các dạng phức [CuX3]-, [CuX4]2-, [Cu(NH3)4]2+, phản ứng với feroxianua Cu2[Fe(CN)6], EDTA, đithizon, đimetylglioxim, 1-(2-pyriđylazo)-2 naphtol.

Các phức của Cu2+ với các phối tử khác nhau thường có màu đặc trưng (xanh, vàng, nâu), phức của Cu2+ với NH3 có màu xanh đậm.

2Cu + 8NH3 + O2 + 2H2O → 3Cu(NH3)4(OH)2

2.3.2 Ứng dụng của Đồng và hợp chất của nó

Hiện nay, đồng là kim loại quan trọng đối với công nghiệp và kỹ thuật. Từ đồng, người ta có thể tạo ra rất nhiều vật dụng khác nhau. Hơn 50% lượng đồng khai thác hàng năm được dùng làm dây dẫn điện, hơn 30% dùng để chế

khoáng chẳng hạn như cacbonat azurit (2CuCO3Cu(OH)2) và malachit

(CuCO3Cu(OH)2) là các nguồn nguyên liệu sản xuất đồng, cùng với các sulfua như chalcopyrit (CuFeS2), bornit (Cu5FeS4), covellit (CuS), chalcocit (Cu2S) và các oxit như cuprit (Cu2O).

Dựa vào tính chất vật lý, đồng là vật liệu mềm và dễ uốn, có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, vì vậy nó được sử dụng một cách rộng rãi trong sản xuất các sản phẩm:

Dây điện, que hàn đồng, tay nắm các đồ vật khác trong xây nhà cửa, đúc tượng.

Cuộn từ nam châm điện, động cơ, đặc biệt là công tơ điện, động cơ hơi nước của Watt, Rơle điện, dây dẫn điện giữa các bảng mạch và các chuyển mạch điện, việc sử dụng đồng các mạch IC đã trở nên phổ biến hơn để thay thế cho nhơm vì độ dẫn điện của nó.

Các ion đồng (II) tan trong nước với nồng độ thấp có thể dùng làm chất diệt khuẩn, diệt nấm và làm chất bảo quản gỗ. Với số lượng đủ lớn, các ion này là chất độc đối với các sinh vật bậc cao hơn, với nồng độ thấp hơn, nó là một vi chất dinh dưỡng đối với hầu hết các thực vật và động vật bậc cao.

Các hợp chất, chẳng hạn như dung dịch Fehling, có ứng dụng trong phân tích hóa học.

Đồng (II) sunfat được sử dụng như là thuốc bảo vệ thực vật và chất làm sạch nước. Nhưng cũng chính vì việc sử dụng với số lượng lớn như trên mà tình trạng ơ nhiễm đồng đang là vấn đề đáng quan tâm [1,2].

Hoạt tính sinh hóa của đồng

Trong cơ thể, đồng là phần cấu thành nên nhiều enzim quan trọng

(tirozinaza, oxidaza…), hợp chất của nó thúc đẩy sự hấp thụ và sử dụng sắt để tổng hợp hemoglobin và photpholipit. Hơn nữa Cu cịn tham gia vào q trình sản xuất hồng cầu, sinh tổng hợp elastin, tổng hợp hormone và sắc tố, đồng liên kết với suproxit đismutat bảo vệ các tế bào trước sự tấn công của các gốc tự do.

Sự thiếu hụt đồng thường dẫn đến thiếu máu đối với trẻ nhỏ, mất sắc tố ở lông tóc. Hàm lượng đồng trong cơ thể người khoảng 0,1g và nhu cầu hàng ngày khoảng 2 mg.

Điều này cho thấy đồng rất cần cho cơ thể. Đối với thực vật thì đồng (hàm lượng 5 ÷ 20 ppm) là nguyên tố rất đặc biệt về mặt sinh vật học ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sinh trưởng và phát triển sản lượng của cây.

Đồng là chất xúc tác của những q trình oxi hố nội bào; thành phần của mencytochrome oxydase và thành phần của nhiều enzim-

ascorbic, axitaxidase, phenolase, lactase; xúc tiến quá trình hình thành vitamin A; cần thiết cho sự hình thành diệp lục và làm xúc tác cho một số phản ứng khác trong cây, nhưng thường không tham gia vào thành phần của chúng. Cây muốn phát triển bình thường, đều cần phải có một ít đồng, cây hấp thụ đồng dưới dạng Cu(II), nhiều loại cây rau biểu hiện thiếu đồng với lá thiếu sức trương, rủ xuống và có màu xanh, chuyển sang quầng màu da trời tối trước khi trở nên bạc lá, uốn cong và cây không ra hoa được. Lượng đồng thiếu hụt có thể được bổ sung dễ dàng trong một thời gian dài bằng cách bón đồng sunfat hay đồng oxit. Và nếu dùng những hợp chất của đồng để bón cho đất (đặc biệt là đất bùn lầy) thì thu hoạch thường tăng lên rất cao. Chelat hay đồng sunfat trung tính (25% đồng) rất phù hợp cho việc bón lá [1,2].

Đồng được tìm thấy trong một số loại enzym, bao gồm nhân đồng của

cytochrom c oxidas, enzym chứa Cu-Zn superoxid dismutas, và nó là kim loại