Tổng hợp màng bao phân nhả chậm từ tinh bột/chitosan

2.7.1 Phương pháp tổng hợp6,31,32

1.Urea, calcium dihydrophosphate, possium chloride 2.Trung hòa pH=7 3. Sấy, nghiền Nước, tinh bột/PVA Tinh bột/PVA gelatin Hỗn hợp tinh bột/PVA-formaldehyde 30 phút ở 70-80ºC 1.Dung dịch formaldehyde 37% 2. pH = 8 -9 40ºC, pH = 5 Sản phẩm

Luận văn cao học Chương 2: Thực nghiệm

- Chuẩn bị dung dịch tinh bột: Cho tinh bột vào bình cầu 2 cổ có chứa sẵn nước cất (lượng nước gấp 10 lần tinh bột hay dung dịch tinh bột 10%) sau đó chỉnh nhiệt độ khoảng 60-70ºC và chỉnh pH=8-9 trong vòng 30 phút. Cho dung dịch formaldehyde 37% vào hỗn hợp và điều chỉnh pH = 8-9, giữ khoảng 45 phút. Làm nguội hỗn hợp về 40ºC.

- Chuẩn bị dung dịch chitosan: Chuẩn bị lần lượt dung dịch chitosan 1%, 2% và 2,67% sau đó chỉnh pH=3 cho tan hoàn toàn khuấy trong khoảng 5 giờ.

Tiến hành lấy dung dịch tinh bột đã chuẩn bị ở trên trộn với dung dịch chitosan đã hòa tan theo tỷ lệ 1/1 về thể tích dung dịch và giữ khoảng 30 phút. Sau đó, trung hòa về pH = 7 rồi xử lý hỗn hợp trên với EtOH, phần tinh bột và formaldehyde chưa phản ứng sẽ tan vào EtOH, phần kết tủa trắng trong EtOH là màng tinh bột/chitosan ghép với formaldehyde. Sấy kết tủa ở 80ºC trong tủ sấy chân không đến khô, nghiền và sấy lần nữa cho thật khô.

2.7.2 Quy trình6,31,32

Sơ đồ 2.6: Quy trình tổng hợp màng bao phân nhả chậm từ tinh bột/chitosan

1. Khuấy trộn 50% dd tinh bột và 50% dd chitosan 2. Chỉnh pH=7

3. Tủa trong EtOH

Màng Hạ xuống 40ºC Dung dịch tinh bột 10% Dung dịch tinh bột gelatin Hỗn hợp tinh bột-formaldehyde 30 phút ở 60-70ºC 1.Dung dịch formaldehyde 37%

2. pH = 8 -9 & giữ ở 60-70ºC trong 45 phút

Các dung dịch chitosan

Khuấy pH=3 trong 5 giờ

Luận văn cao học Chương 2: Thực nghiệm

2.7.3 Xác định cấu trúc của màng bao phân nhả chậm từ tinhbột/chitosan7,14,17 bột/chitosan7,14,17

Sử dụng phương pháp phân tích hóa học hiện đại (IR, NMR 13C) để xác định sự tạo thành liên kết giữa tinh bột/chitosan và formaldehyde trong màng dùng để bao phân nhả chậm.

2.7.3.1 Phổ IR

Được ghi trên máy quang phổ hồng ngoại IR- Bruker Equinox 55, Viện Công Nghệ Hóa Học, TP. Hồ Chí Minh.

2.7.3.2 Phổ NMR

Máy đo NMR có tên Bruker Avance 125 tại Viện Công Nghệ Hóa Học, Hà Nội.

2.7.4 Xác định hoạt tính kháng khuẩn của màng bao phân nhả chậm

- Mẫu được gởi kiểm nghiệm tại Viện Hóa Học Hợp Chất Thiên Nhiên (Hà Nội)

- Hoạt tính kháng Vi sinh vật kiểm định được tiến hành để đánh giá hoạt tính kháng sinh của các mẫu chiết được thực hiện trên các phiến vi lượng 96 giếng (96-well microtiter plate) theo phương pháp hiện đại của Vander Bergher và Vlietlinck (1991), và McKane, L., & Kandel (1996).

Các chủng vi sinh vật kiểm định:

-Vi khuẩn Gr (-): Escherichia coli (ATCC 25922 )

Pseudomonas aeruginosa (ATCC 25923 ) - Vi khuẩn Gr (+): Bacillus subtillis (ATCC 27212 )

Staphylococcus aureus (ATCC12222) - Nấm sợi: Aspergillus niger (439)

Fusarium oxysporum (M42) - Nấm men: Candida albicans (ATCC 7754)

Saccharomyces cerevisiae (SH 20)

Chứng dương tính: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Luận văn cao học Chương 2: Thực nghiệm

+ Nystatin hoặc Amphotericin B cho nấm sợi và nấm men.

Kháng sinh pha trong DMSO100% với nồng độ thích hợp: Ampixilin: 50mM; Tetracylin: 10mM; Nystatin: 0,04mM

Chứng âm tính:

- Vi sinh vật kiểm định không trộn kháng sinh và chất thử

Môi trường nuôi cấy vi sinh vật:

- Môi trường duy trì và bảo tồn giống: Saboraud Dextrose Broth (SDB)- Sigma cho nấm men và nấm mốc. Vi khuẩn trong môi trường Trypcase Soya Broth (TSB)-Sigma. - Môi trường thí nghiệm: Eugon Broth (Difco, Mỹ) cho vi khuẩn, Myco phil(Difco, Mỹ) cho nấm

Tiến hành thí nghiệm:

- Các chủng kiểm định được hoạt hoá và pha loãng tới nồng độ 0,5 đơn vị Mc Fland rồi tiến hành thí nghiệm.

2.7.5 Xác định độ trương của màng bao bọc phân nhả chậm từ tinh bột/chitosan6,23,24

Độ trương của màng bao phân nhả chậm (%)

Ws: Khối lượng của màng sau khi trương ở thời điểm t nhất định (g) Wd: Khối lượng khi đã sấy khô (g)

- Sau khi khảo sát tỷ lệ tinh bột/chitosan chúng tôi chọn tỷ lệ 1/1 của dung dịch tinh bột 10% và dung dịch chitosan 2,67% làm tỷ lệ cho các thí nghiệm sau, đồng thời tăng hàm lượng formaldehyde dần lên 15%, 20%, 25%, 30%,…so với khối lượng polymer khô.

- Phương pháp tiến hành: Sau khi phản ứng hoàn thành như 2.7.1 đổ dung dịch thu được vào đĩa petri có đường kính 5,8cm. Sấy khô rồi cắt thành từng miếng dạng hình

Luận văn cao học Chương 2: Thực nghiệm

vuông khoảng 2cm và cho ngâm vào chai có chứa khoảng 15mL. Tính độ trương của màng bao phân sau thời gian ngâm nhất định như công thức 2.7.5

2.8 Tổng hợp phân lân (calcium dihydrophosphate)nhả chậm từ tinh bột/chitosan nhả chậm từ tinh bột/chitosan

2.8.1 Phương pháp tổng hợp6,32,33

- Chuẩn bị dung dịch tinh bột: Cho tinh bột vào bình cầu 2 cổ có chứa sẵn nước cất (lượng nước gấp 10 lần tinh bột hay dung dịch tinh bột 10%) sau đó chỉnh nhiệt độ khoảng 60-70ºC và chỉnh pH=8-9 trong vòng 30 phút. Cho dung dịch formaldehyde 37% vào hỗn hợp và điều chỉnh pH = 8-9, giữ khoảng 45 phút. Làm nguội hỗn hợp về 40ºC.

- Chuẩn bị dung dịch chitosan: Chuẩn bị lần lượt dung dịch chitosan 2,67% sau đó chỉnh pH=3 cho tan hoàn toàn, khuấy trong khoảng 5 giờ.

Tiến hành lấy dung dịch tinh bột trộn với dung dịch chitosan theo tỷ lệ thể tích là 1/1 và giữ khoảng 30 phút. Sau đó, cho calcium dihydrophosphate vào dung dịch thu được và khuấy đều để thu được dung dịch đồng nhất rồi chỉnh pH=7.

2.8.2 Quy trình6,32,33

Trang 42 1. Khuấy trộn 50% dd tinh bột và 50% dd chitosan 2. Chỉnh pH=5

3. Giữ 30 phút

4. Cho calcium dihydrophosphate Hạ xuống 40ºC Dung dịch tinh bột 10% Dung dịch tinh bột gelatin Hỗn hợp tinh bột-formaldehyde 30 phút ở 60-70ºC 1.Dung dịch formaldehyde 37%

2. pH = 8 -9 & giữ ở 60-70ºC trong 45 phút

Dung dịch chitosan 2,67%

Luận văn cao học Chương 2: Thực nghiệm

Sơ đồ 2.7: Quy trình tổng hợp phân lân (calcium dihydrophosphate) nhả chậm từ tinh bột/chitosan

2.8.3 Khảo sát khả năng bao phân lân (calcium dihydrophosphate) nhảchậm31,32 chậm31,32 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Sau khi khảo sát màng, chúng tôi đã chọn công thức màng bao phân lân (calcium dihydrophosphate) nhả chậm là (10 mL dung dịch tinh bột 10%: 10 mL dung dịch chitosan 2% + 20% lượng formaldehyde so với khối lượng polymer khô). Với công thức này, chúng tôi tiến hành khảo sát khả năng mà màng có thể bao phân tốt nhất với các tỷ lệ giữa khối lượng màng bao phân và phân lân (calcium dihydrophosphate) cho vào (4/1); (2/1); (2/2) và (3/2)

2.8.4 Phương pháp xác định hàm lượng P2O5 tổng và đánh giá khảnăng nhả chậm của của P2O56,15,18,31,32 năng nhả chậm của của P2O56,15,18,31,32

Mẫu phân lân (calcium dihydrophosphate) nhả chậm sau khi đã điều chế xong chúng tôi tiến hành xác định hàm lượng P2O5 tổng.

Để đánh giá khả năng nhả chậm của phân lân (calcium dihydrophosphate), chúng tôi tiến hành ngâm mẫu trong nước cất và đánh giá khả năng bao phân nhả chậm và khả năng nhả chậm theo thời gian trong cùng điều kiện như nhau.

Chúng tôi tiến hành xác định hàm lượng P2O5 tổng, xác định hiệu suất và đánh giá khả năng nhả chậm tương tự như mục 2.4.4

Luận văn cao học Chương 3: Kết quả & Biện luận

Chương 3: KẾT QUẢ & BIỆN LUẬN

3.1 Kết quả phân tích màng bao phân nhả chậm từ tinhbột /PVA bột /PVA

3.1.1 Phổ IR

Tinh bột (cm-1) PVA (cm-1) Tinh bột/PVA-Formaldehyde (cm-1) 3378,62 (-OH) 2929,16 (-CH, -CH2) 1442,94, 1019,28 (C-O) 3400,23 (-OH) 2941,99 (-CH, -CH2) 1737,52 (m), 1442,52 (tb) 1257,74 (m) (COO-, CH3COO-) 3398,34 (-OH) 2925,24 (-CH, -CH2) 1647,75 (m) (COO-) 1203,01, 1154,61, 1024,38 (-O- CH2-O)

- Nhận xét: Dựa trên phổ IR giữa tinh bột/PVA và formaldehyde là những mũi đặc trưng gần tương đương nhau như –OH, -CH, -CH2 và C-O. Trong phổ IR của màng bao phân xuất hiện mũi 1024,38 và 1154,6 (cm-1) là mũi mạnh đặc trưng cho liên kết giữa tinh bột/PVA và formaldehyde trong điều kiện phản ứng đã đưa ra.

- Xem phụ lục 12. 3.1.2 Phổ NMR O H OH OH H O O CH2OH 1 2 3 4 5 6

o Phổ 13C NMR của tinh bột (125 MHz, D2O, δppm): Xuất hiện tín hiệu của C1 ở

δC=100,171 ppm, của C4 ở δC =77,515 ppm, của C5 ở δC=73,828 ppm, của C3 ở

δC=71,995 ppm, của C2δC=71,707, của C6δC=60,97

o Phổ 13C NMR của PVA (125 MHz, D2O, δppm): Xuất hiện tín hiệu δC=16,48 ppm là mũi của nhóm CH3 không kề nguyên tử có độ âm điện lớn, δC=20,195, 20,701, 23,245ppm là peak của nhóm CH2 không kề nguyên tử có độ âm điện lớn, δC=64,632,

Luận văn cao học Chương 3: Kết quả & Biện luận

âm điện lớn của CH-OH và nhóm CH3COO còn lại trong quá trình điều chế PVA,

δC=43,512, 43,971 là peak của nhóm CH2OH, δC=44,202, 44,265, 44,593, 44,838 ppm

đây là peak của CH3COO.

o Phổ 13C NMR TB/PVA-F (125 MHz, D2O, δppm): – DETP 90xuất hiện mũi dương ở δC = 99,731, 76,808, 73,377, 71,580, 71,222ppm chỉ ra lần lượt vị trí của nhóm CH- ở vị trí C1, C4, C5, C3, C6, C2; δC = 81,817ppm chỉ vị trí của nhóm CH- kề hai nhóm nguyên tử có độ âm điện lớn và δC =60,545ppm chỉ vị trí của nhóm CH nối trực tiếp với nhóm OH. Phổ 13C NMR – DETP 135 có mũi âm của các nhóm -CH2- có δC = 60,545ppm ở vị trí C7 nối trực tiếp với nguyên tử có độ âm điện lớn, δC=81,817 ppm ở vị trí C8 kề với nguyên tử có độ âm điện lớn.

- Nhận xét: Trên phổ 13C NMR tinh bột/PVA-F xuất hiện thêm peak 81,817 ở DEPT 90 và DEPT 135 chứng tỏ giữa tinh bột/PVA đều có liên kết acetal với formaldehyde.

- Xem phụ lục 4, 5, 6, 7, 8 và 9.

3.2 Độ bền của màng bao bọc phân nhả chậm từ tinh bột/PVA 3.2.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ tinh bột/PVA lên độ trương của màng

Đồ thị 1.1: Độ trương của màng với các tỷ lệ tinh bột/PVA khác nhau (a)5/5 (b)6/4 (c)7/3 (d)8/2 (e)9/1

Luận văn cao học Chương 3: Kết quả & Biện luận

- Nhận xét: Từ đồ thị 1.1 cho thấy độ trương của các loại màng với tỉ lệ tinh bột/PVA khác nhau theo thời gian. Lượng formaldehyde dùng trong các màng này là như nhau. Mỗi điểm trên hình vẽ được lấy là giá trị trung bình của ba lần thí nghiệm với độ lệch chuẩn như trên hình vẽ. Dựa vào đồ thị cho thấy độ trương của màng tăng khi hàm lượng PVA tăng. Kết quả này cũng phù hợp với nghiên cứu của nhóm tác giả T. Jamnongkan, S. Kaewpirom. Với tỉ lệ tinh bột/PVA=9/1 thì màng có thời gian phân hủy tốt và cho hiệu quả kinh tế cao. Do đó, chúng tôi chọn tỉ lệ này để tiến hành khảo sát cho các thí nghiệm tổng hợp màng và bao phân tiếp theo.

- Bảng tính giá trị độ trương theo công thức ở mục 2.2.4 xem theo phụ lục 2 và độtrương trung bình bằng cách dùng hàm Average trong phần mềm Excel. Sau đó, chúng trương trung bình bằng cách dùng hàm Average trong phần mềm Excel. Sau đó, chúng tôi rút ra độ lệch chuẩn giữa các lần đo mẫu bằng cách dùng hàm Stdev và tiến hành tổng hợp số liệu vẽ được đồ thị.

3.2.2 Ảnh hưởng của formaldehyde lên độ trương của màng

Đồ thị 1.2: Độ trương của màng tinh bột/PVA với hàm lượng formaldehyde khác nhau (a) 0,2 ml; (b) 0,6 ml; (c) 1 ml; (d) 2 ml (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

- Nhận xét: Hàm lượng formaldehyde khác nhau ảnh hưởng đến độ trương của màng tinh bột/PVA. Khi tăng hàm lượng formaldehyde lên 0,6ml thì độ trương của màng giảm nhanh (150%) so với khi sử dụng 0,2 ml formaldehyde có độ trương trên 200%. Nếu tiếp tục tăng hàm lượng formaldehyde thì độ trương của màng vẫn giảm nhưng

Luận văn cao học Chương 3: Kết quả & Biện luận

giảm nhẹ. Điều này chứng tỏ khi tăng lượng formaldehyde càng cao thì càng nhiều nối liên kết ngang dạng acetal được hình thành, kết nối giữa tinh bột và PVA làm giảm thể tích các lỗ trống chứa nước, do đó độ trương của màng giảm. Với hàm lượng formaldehyde là 0,6 ml, màng đạt độ trương và thời gian phân hủy tốt để bao phân. - Bảng tính giá trị độ trương theo công thức ở mục 2.2.4 xem theo phụ lục 2 và độ trương trung bình bằng cách dùng hàm Average trong phần mềm Excel. Sau đó, chúng tôi rút ra độ lệch chuẩn giữa các lần đo mẫu bằng cách dùng hàm Stdev và tiến hành tổng hợp số liệu vẽ được đồ thị.

3.3 Khảo sát hàm lượng và khả năng nhả chậm của các loại phân nhả chậm trong nước theo thời gian được điều chế từ tinh bột/PVA

3.3.1 Hàm lượng N tổng và khả năng nhả chậm của các loại phân đạm,lân & kali nhả chậm từ tinh bột/PVA lân & kali nhả chậm từ tinh bột/PVA

3.3.1.1 Hàm lượng N tổng với các tỷ lệ lượng urea khác nhau

Bảng 1.2: Hàm lượng N tổng (khảo sát giữa tỷ lệ màng và urea khác nhau) Áp dụng theo công thức ở mục 2.3.4.1 để xác định hàm lượng N tổng.

Lượng chất nền TB/PVA (9/1):formaldehyde:urea (g:mL:g) VHCl chuẩn độ (mL) %N tổng 2/0,6/0,5 7,5 10,5 2/0,6/1 11,7 16,38 2/0,6/2 16,1 22,54 2/0,6/3 18,5 25,9 2/0,6/4 20,9 29,26 2/0,6/6 24,5 34,35

3.3.1.2 Hàm lượng P2O5 tổng với các tỷ lệ lượng calcium dihydrophosphate khác nhau nhau

a. Đường chuẩn xác định nồng độ P2O5

Bảng 1.3: Kết quả đo mật độ quang của dung dịch KH2PO4

Luận văn cao học Chương 3: Kết quả & Biện luận 1 0 0 0 2 0,5 0,2 0,082 3 1 0,4 0,158 4 1,5 0,6 0,225 5 2 0,8 0,303 6 2,5 1 0,381 7 3 1,2 0,449 8 3,5 1,4 0,512 9 4 1,6 0,588 10 4,5 1,8 0,692 11 5 2 0,762 Đồ thị 1.3: Đường chuẩn P2O5 Ta có sự phụ thuộc: Trong đó y: Nồng độ P2O5 (ppm) x: Mật độ quang tương ứng

Từ mật độ quang thay vào (1) ta tính được nồng độ P2O5 tương ứng sau đó thay vào biểu thức ở mục 2.4.4 ta xác định được hàm lượng P2O5 tổng.

b. Hàm lượng P2O5 tổng

Bảng 1.4: Hàm lượng P2O5 tổng (khảo sát giữa tỷ lệ màng và calcium dihydrophosphate khác nhau)

Luận văn cao học Chương 3: Kết quả & Biện luận (9/1):formaldehyde:calcium dihydrophotphate (g:mL:g) (ppm) 2/0,6/0,5 0,152 0,4003 10,0075 2/0,6/1 0,316 0,8365 20,9125 2/0,6/2 0,415 1,0998 27,495 2/0,6/3 0,509 1,3498 33,745 2/0,6/4 0,541 1,435 35,875 2/0,6/6 0,564 1,4961 37,3919

3.3.1.3 Hàm lượng K2O tổng với các tỷ lệ lượng posstasium chloride khác nhauBảng 1.5: Hàm lượng K2O tổng (khảo sát giữa tỷ lệ màng và posstasium chloride Bảng 1.5: Hàm lượng K2O tổng (khảo sát giữa tỷ lệ màng và posstasium chloride khác nhau) Lượng chất nền TB/PVA (9/1):formaldehyde:posstasium chloride Hàm lượng K tổng %K2O tổng 2/0,6/0,5 8,72 10,5076 2/0,6/1 19,11 23,0276 2/0,6/2 20,72 24,9676 2/0,6/3 27,54 33,1857 2/0,6/4 30,49 36,74045 2/0,6/6 31,17 37,55985

- Nhận xét: Khi ta tăng dần các loại phân vào màng thì lúc này hàm lượng phân tổng cũng tăng theo.

3.3.2 Hiệu suất bao các loại phân (đạm, lân và kali) nhả chậm từ tinhbột/PVA bột/PVA

Dựa vào công thức ở các mục 2.3.4.2, 2.4.4.2 và 2.5.4.2 để xác định hiệu suất bao các loại phân đạm, lân và kali.

Bảng 1.6: Hiệu suất bao các loại phân (đạm, lân và kali) nhả chậm

TB/PVA (9/1) : F: PNC (g:mL:g)

Phân đạm Phân lân Phân kali

VHCl %H AP2O5 CP2O5 %H CK (mg/L) %H

2/0,6/0,5 1 83,3333 0,08 0,2088 73,9196 4184,8 76,0046 2/0,6/1 1,9 79,7 0,174 0,4588 72,5762 9830,608 74,2789 2/0,6/2 2,8 78,2609 0,241 0,637 71,0402 10861,95 73,7887

Luận văn cao học Chương 3: Kết quả & Biện luận

2/0,6/3 3,6 75,6757 0,312 0,8259 68,891 14657,62 73,3558 2/0,6/4 4,6 72,488 0,389 1,0307 64,0871 16809,35 72,4347 2/0,6/6 7 64,2857 0,438 1,161 61,1881 22074,22 62,9865

- Nhận xét: Trong 3 loại phân nhả chậm điều chế từ urea, calcium dihydrophosphate và posstascium chloride với màng tinh bột/PVA thì phân ure có hiệu suất cao nhất ( Urea: 83,3333%, calcium dihydrophosphate: 73,9196%, và posstascium chloride: 76,0046% ) do nó có khả năng liên kết với nhóm OH hemiacetal hình thành sau quá trình phản ứng của formaldehyde và tinh bột PVA. Ngoài ra khi tăng dần khối lượng của từng loại phân tương ứng vào màng tinh bột/PVA có khối lượng không thay đổi thì hiệu suất bao phân giảm dần do tỷ lệ của màng và phân được bao bọc giảm dần (4/1); (2/1); (2/2); (2/3); (2/4); (2/6).

3.3.3 Khả năng nhả chậm của các loại phân đơn nhả chậm từ tinhbột/PVA bột/PVA