5. Thƣ ký
2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.6 Tổng hợp màng nanochitosan
Hòa tan 1g chitosan trong dung dịch CH3COOH 1%, cho vào đó 0,5g nanochitosan khu y từ mạnh 700 vịng/phút sau đó cho vào 2 mL glutaraldehyde 5% thu đƣợc sản phẩm ở dạng gel. Cho sản phảm thu đƣợc vào ống ly tâm loại 50 mL, đông lạnh trong tủ âm sâu tại -30 o
C trong 12h sau đó đem đơng khơ ở -50 oC thu đƣợc màng xốp. Khuấy từ 700 vòng/phút trong 3h 1g Chitosan + CH3COOH 1% Nanochitosan 70, 80, 90, 100 ml Màng nanochitosan Glutaraldehyde 5%
Đông khơ ở -50oC trong 48h Âm sâu ở -30oC
Hình 2.7 Sơ đồ tạo màng nanochitosan
31
Hình 2.8 màng nanochitosan sau khi tổng hợp
2.3.7 Khảo sát phân bố kích thước hạt
Tiến hành khảo sát dung dịch nanochitosan với các tỉ lệ nhƣ ảng 2.1: Bảng 2.1 Tỉ lệ khảo sát phân bố kích thƣớc hạt
Ký hiệu Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5
Chitosan (g) 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
STPP (mL) 10 10 10 10 10
CH3COOH (mL) 50 50 50 50 50
Dung dịch sau khi pha trộn đem khu y từ 30 phút và để yên cho dung dịch ổn định. Hút l y phần dung dịch phía trên cho vào cuvet thạch anh, đem đi xác định DLS ằng máy SZ-100. Chạy từng mẫu và ghi nhận kết quả độ phân tán và kích thƣớc hạt.
32
Hình 2.9 Thiết ị khảo sát phân ố kích thƣớc hạt
2.3.8 Khảo sát khả năng hấp phụ kim loại nặng
Trong luận văn này tiến hành khảo sát khả năng h p phụ kim loại nặng của màng nanochitosan đƣợc tiến hành với dung dịch các ion Cu2+, Cr3+, Ni2+ và Zn2+. Quá trình khảo sát với các thông số thay đổi nhƣ là tỷ lệ thành phần nanochitosan, thời gian h p phụ và các loại ion khác nhau. Quá trình khảo sát đƣợc thực hiện ở nhiệt độ phòng và tốc độ khu y từ không đổi.
2.3.8.1 Khảo sát khả năng hấp phụ Cu2+
của nanochitosan
Xác định hàm lƣợng Cu2+ còn lại trong dung dịch đƣợc tiến hành nhƣ sau:
Chuẩn ị 4 mẫu dung dịch CuSO4 với các nồng độ 50 ppm; 100 ppm; 150 ppm; 200 ppm pha từ CuSO4.5H2O. Cho hạt Nanochitosan vào trong 4 mẫu dung dịch nồng độ khác nhau, khu y từ trong 60 phút với tốc độ 300 v/phút. Hạt nanochitosan cho h p phụ trong 50 mL dung dịch Cu2+
33
Bảng 2.2 Khảo sát h p phụ kim loại Cu2+ bằng Nanochitosan
Ký hiệu Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4
Nano CTS (g) 0,2 0,2 0,2 0,2
V Cu2+ (mL) 50 50 50 50
m CuSO4 (g) 0,0039 0,0079 0,0118 0,0158
Nồng độ Cu2+
(ppm) 50 100 150 200
Sau khi khu y tiến hành ly tâm l y phần dung dịch trong đem xác định hàm lƣợng Cu2+ còn lại trong 4 mẫu. Mẫu đƣợc xác định theo phƣơng pháp “Quang phổ h p thụ nguyên tử”(AAS). Phần ch t rắn còn lại sau ly tâm đem s y đông khô và đem chụp FT-IR, đánh giá hạt nanochitosan sau quá trình h p phụ kim loại.
2.3.8.2 Khảo sát khả năng hấp phụ của màng nanochitosan
Khảo sát ảnh hưởng của của tỷ lệ CTS/nanoCTS tới khả năng hấp phụ của màng nanochitosan.
Tiến hành nhƣ sau: chuẩn bị 4 mẫu dung dịch Cu2+ có nồng độ giống nhau mỗi mẫu có thể tích 50 mL. Sau đó cân 0,2g màng nanochitosan có các tỷ lệ CTS/nanoCTS khác nhau cho vào 4 mẫu dung dịch tiến hành khu y từ 300 vịng/phút trong 60 phút. Sau đó lọc l y phần dung dịch đi xác định nồng độ bằng phƣơng pháp AAS.
34
Bảng 2.3 Khảo sát h p phụ kim loại Cu2+ bằng các màng nanochitosan khác nhau
TN Mẫu Co (mg/l)
1 CTS 1:70 103.4
2 CTS 1:80 103.4
3 CTS 1:90 103.4
4 CTS 1:100 103.4
Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tới khả năng hấp phụ ion kim loại (Cu2+ )
Tiến hành nhƣ sau: chuẩn bị 4 mẫu dung dịch Cu2+ có nồng độ giống nhau mỗi mẫu có thể tích 50 mL. Sau đó cân 0,2g màng nanochitosan có tỷ lệ CTS/nanoCTS là 1/90 cho vào 4 mẫu dung dịch tiến hành khu y từ với tốc độ 300 vòng/phút trong các khoảng thời gian 20, 30, 40 và 50 phút. Tiến hành lọc l y phần dung dịch đi xác định nồng độ bằng phƣơng pháp AAS.
Bảng 2.4 Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tới khả năng h p phụ ion kim loại (Cu2+) TN t (phút) Co (mg/l) 1 20 98.5 2 30 98.5 3 40 98.5 4 50 98.5
35
Chuẩn bị 4 mẫu dung dịch của 4 ion kim loại nặng Cu2+ Cr3+, Ni2+, Zn2+ có nồng độ xác định mỗi mẫu có thể tích 50 mL. Sau đó cân 0,2g màng nanochitosan có tỷ lệ CTS/nanoCTS là 1/90 cho vào 4 mẫu dung dịch tiến hành khu y từ với tốc độ 300 vòng/phút trong 40 phút. Tiến hành lọc l y phần dung dịch đi xác định nồng độ bằng phƣơng pháp AAS.
Bảng 2.5 Khảo sát khả năng h p phụ ion kim loại khác nhau của màng nanochitosan
TN Ion Co (mg/l)
1 Cu2+ 98.5
2 Cr3+ 103.4
3 Ni2+ 108
4 Zn2+ 85
2.3.9 Các phương pháp xác định đặc tính của vật liệu
2.3.9.1 Phương pháp FT-IR
Trong nghiên cứu này để xác định sự thay đổi c u trúc của chitosan, lowchitosan, nanochitosan và màng nanochitosan chúng tôi dùng phƣơng pháp đo phổ FT-IR. Khoảng 5 mg mẫu chitosan đƣợc nghiền nhỏ cùng với 100 mg KBr thành dạng ột mịn, ép thành dạng đ a mỏng trên thiết ị tạo mẫu. Mẫu chitosan đƣợc đặt trên giá để mẫu và đƣa vào hệ đo phổ hồng ngoại thuộc Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh nhƣ trên hình 2.10. Phổ đƣợc ghi theo số sóng từ 600 - 4000 cm-1, trong khoảng 30 giây. Phổ môi trƣờng cũng đƣợc ghi lại trƣớc mỗi lần đo để hiệu chỉnh đƣờng nền.
36
Hình 2.10 Hệ thống đo phổ FT-IR
2.3.9.2 Phương pháp SEM
Để xác định hình thái ề mặt của chitosan, nanochitosan và màng nanochitosan chúng tơi dùng phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) S4800 (Hitachi, Nhật Bản) tại khu công nghệ cao Thành phố Hồ Chí Minh. Đây là loại thiết ị sử dụng chùm điện tử để quan sát các đối tƣợng có kích thƣớc hiển vi. Hình ảnh đối tƣợng đạt đƣợc ằng cách phân tích các ức xạ điện từ sinh ra do tƣơng tác của chùm điện tử với ề mặt mẫu vật. Việc phát các chùm điện tử trong SEM cũng giống nhƣ việc tạo ra chùm điện tử trong kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), tức là điện tử đƣợc phát ra từ súng phóng điện tử (có thể là phát xạ nhiệt hay phát xạ trƣờng...), sau đó đƣợc tăng tốc. Khả năng phân giải của SEM phụ thuộc vào kích thƣớc chùm điện tử hội tụ và tƣơng tác giữa vật liệu và chùm điện tử tại ề mặt mẫu. Các ức xạ phát ra khi tƣơng tác đƣợc ghi lại và chuyển thành hình ảnh SEM.
37
38
CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Khối lƣợng phân tử chitosan
3.1.1 Khối lượng phân tử chitosan ban đầu
Chitosan dạng bột đƣợc mua từ công ty TNHH MTV Chitosan VN (Rạch Giá, Kiên Giang) có khối lƣợng phân tử ~ 250 kDa, độ deacetyl ~ 93 %. Khối lƣợng phân tử của chitosan đƣợc xác định thông qua phƣơng pháp độ nhớt sử dụng nhớt kế.
Bảng 3.1 Độ nhớt và khối lƣợng phân tử chitosan trƣớc cắt mạch
Mẫu
Thời gian đo (s)
Trung bình (s) Độ nhớt (dl/g) Khối lƣợng phân tử (Da) Lần 1 Lần 2 Lần 3 Acid Acetic 12.34 12.47 12.41 12.41 - - CTS 139,7 139,7 10210,52 241030,43
Thay thế độ nhớt vào công thức ta xác định đƣợc khối lƣợng phân tử của chitosan trƣớc khi cắt là 241030,43 Dalton.
3.1.2 Khối lượng phân tử chitosan cắt mạch bằng NaNO2
Trong nghiên cứu này chúng tơi sử dụng chitosan có khối lƣợng phân tử khác nhau để xác định sự ảnh hƣởng của khối lƣợng phân tử chitosan lên kích thƣớc hạt. Chitosan có khối lƣợng phân tử cao đƣợc tiến hành cắt mạch sử dụng NaNO2 với các nồng độ khác nhau 0,125 M, 0,1 M và 0,075 M. Kết quả đƣợc mô tả trong bảng 3.2.