TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HẠT CHITOSAN CẤU TRÚC XỐP - ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ GVHD : TS Trần Quang Ngọc Họ tên : Võ Nhật Thăng MSSV : 55133935 Lớp : 55 Công nghệ hóa học Nha Trang, tháng 6, năm 2017 Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Để luận văn đạt kết tốt đẹp, nhận hỗ trợ, giúp đỡ nhiều quan, tổ chức, cá nhân Với tình cảm sâu sắc, chân thành, cho phép bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cá nhân quan tạo điều kiện giúp đỡ trình học tập nghiên cứu đề tài Trước hết xin gởi tới thầy cô khoa Công nghệ thực phẩm trường Đại học Nha Trang thầy cô Bộ môn Hóa lời chào trân trọng, lời chúc sức khỏe lời cảm ơn sâu sắc Với quan tâm, dạy dỗ, bảo tận tình chu đáo thầy cô, đến hoàn thành luận văn, đề tài: ”Nghiên cứu chế tạo hạt chitosan cấu trúc xốp - ứng dụng làm vật liệu hấp phụ” Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS.Trần Quang Ngọc quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn hoàn thành tốt luận văn thời gian qua Chúng xin bày tỏ lòng biết ơn đến lãnh đạo Trường Đại học Nha Trang, Phòng thí nghiệm khu Công Nghệ Cao, Khoa Phòng ban chức trực tiếp gián tiếp giúp đỡ suốt trình học tập nghiên cứu đề tài Với điều kiện thời gian kinh nghiệm hạn chế học viên, đồ án tránh thiếu sót Tôi mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy cô để có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức mình, phục vụ tốt công tác thực tế sau Xin chân thành cảm ơn! GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC MỤC LỤC CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 11 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 11 1.4 Nội dung phương pháp nghiên cứu 11 1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 11 1.6 Bố cục đề tài 11 CHƯƠNG TỔNG QUAN 12 2.1 Tổng quan chitosan 12 2.1.1 Tổng quan chitin – chitosan 12 2.1.2 Cấu trúc hoá học chitosan 12 2.1.3 Tính chất vật lý chitin/chitosan 13 2.1.4 Tính chất hoá học chitin/chitosan 14 2.1.5 Tính chất sinh học chitin/chitosan 19 2.1.6 Một số ứng dụng chitosan 19 2.17 Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng chitosan 23 2.2 Tổng quan vật liệu composite chitosan 26 2.2.1 Nanocompozit chitosan/nano kim loại 26 2.2.2 Ứng dụng chế tạo gốm y sinh 29 2.2.3 Ứng dụng hệ dẫn thuốc 30 2.2.4 Ứng dụng liệu pháp nhiệt trị ung thư 30 2.2.5 Ứng dụng hấp phụ kim loại nặng dung dịch 31 2.2.6 Ứng dụng chế tạo dung dịch/gel kháng khuẩn 31 2.3 Tổng quan vỏ trấu – tro trấu 32 2.3.1 Giới thiệu 32 2.3.2 Thành phần vỏ trấu 32 2.3.3 Ứng dụng vỏ trấu 34 GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang Đồ án tốt nghiệp 2.3.4 Thành phần tro trấu 35 2.3.5 Ứng dụng tro trấu 35 2.3.6 Sơ lược Silica 37 2.4 Giới thiệu phương pháp hấp phụ 38 2.4.1 Các khái niệm 39 2.4.2 Cân hấp phụ 40 2.4.3 Động học hấp phụ 42 2.4.4 Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt 43 2.4.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ 47 2.4.6 Hấp phụ môi trường nước 47 2.5 Xanh Methylen 48 2.5.1 Khái quát Xanh methylen 48 2.5.2 Một số hướng nghiên cứu hấp phụ xanh methylen 50 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 52 3.1 Nội dung nghiên cứu 52 3.2 Phương pháp nghiên cứu 52 3.2.1 Phương pháp thu thập số liệu 52 3.2.2 Phương pháp phân tích trắc quang 52 3.2.3 Phương pháp xử lý số liệu 54 3.2.4 Hóa chất thiết bị 55 3.2.5 Tổng hợp chitosan 55 3.2.6 Tách Silica (SiO2) từ tro trấu 57 3.2.7 Tổng hợp vật liệu hấp phụ từ chitosan SiO2 60 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 62 4.1 Tách Silica từ tro trấu 62 4.2 Tổng hợp vật liệu hấp phụ chitosan từ chitosan SiO2 63 4.3 Khảo sát khả hấp phụ xanh metylen chitosan 64 4.3.1 Dựng đường chuẩn xanh metylen 64 GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang Đồ án tốt nghiệp 4.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ xanh metylen VLHP 64 4.4 So sánh khả hấp phụ xanh metylen VLHP (Chitosan) với Silica Composite (Chitosan + SiO2) 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1: Cấu trúc phân tử chitin 12 Hình 2.2: Cấu trúc phân tử chitosan 12 Hình 2.3: Sự tạo thành chitin từ chitosan 13 Hình 2.4: Cấu trúc phân tử chitosan không gian 13 Hình 2.5: Hình thái tự nhiên chitin, chitosan 14 Hình 2.6: Thành phần hóa học vỏ tôm 14 Hình 2.7: Phổ IR Chitin (A) Chitosan (B) 15 Hình 2.8: Màng bao NOCC 21 Hình 2.9: Ứng dụng nanocomposite polyme/kim loại y sinh 27 Hình 2.10: Vỏ trấu 33 Hình 2.11: Thạch anh alpha 39 Hình 2.12: Tridimit 39 Hình 2.13: Cristobalit 39 Hình 2.14: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 46 Hình 2.15: Sự phụ thuộc Cf/q vào Cf 46 Hình 2.16: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 47 Hình 2.17: Sự phụ thuộc lg q vào lg Ccb 47 Hình 2.18: Công thức hóa học xanh methylen 49 Hình 2.19: Dạng oxy hóa khử Xanh methylen 49 Hình 3.1: Phương trình thủy phân Protein 56 Hình 3.2: Sơ đồ tổng hợp Chitosan 57 Hình 3.3: Bột Silica (SiO2) thu 58 Hình 3.4: Bột Silica (SiO2) thu 58 Hình 3.5: Sơ đồ quy trình tổng hợp SiO2 59 Hình 3.6: Sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu hấp phụ 60 Hình 3.7: Kết tủa lọc, rửa thiết bị lọc hút chân không 61 Hình 3.8: Vật liệu hấp phụ thu 61 GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang Đồ án tốt nghiệp Hình 4.1: Đun khuấy tro trấu với NaOH 62 Hình 4.2: Tro trấu sau đun 62 Hình 4.3: Silica trước sấy, nghiền 62 Hình 4.4: Sản phẩm Silica thu 62 Hình 4.5: Hỗn hợp Chitosan SiO2 63 Hình 4.6: Trung hòa hỗn hợp NaOH 63 Hình 4.7: Kết tủa lọc rửa nước cất 63 Hình 4.8: Vật liệu hấp phụ thu 63 Hình 4.9: Đường chuẩn xác định nồng độ Xanh metylen 64 Hình 4.10: Mối quan hệ hiệu suất hấp phụ vào thời gian VLHP 66 Hình 4.11: Mối quan hệ hiệu suất hấp phụ vào pH dd Xanh metylen 67 Hình 4.12: Mối quan hệ hiệu suất hấp phụ vào nhiệt độ dd Xanh metylen 69 Hình 4.13: Mối quan hệ hiệu suất hấp phụ vào khối lượng VLHP 70 Hình 4.14: Mối quan hệ hiệu suất hấp phụ vào nồng độ dd Xanh metylen 71 Hình 4.15: Đường đẳng nhiệt Langmuir Xanh metylen 72 Hình 4.16: Sự phụ thuộc C1/q vào C1 Xanh metylen 72 GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Hàm lượng chitin vỏ số loại giáp xác nước ta 21 Bảng 2.2: Thành phần hữu trấu 34 Bảng 2.3: thành phần hóa học vỏ trấu 34 Bảng 2.4: Các thành phần oxit có tro trấu 35 Bảng 2.5: Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng 44 Bảng 4.1: Các tỉ lệu Chitosan SiO2 để tạo vật liệu hấp phụ 63 Bảng 4.2: Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Xanh metylen 64 Bảng 4.3: Ảnh hưởng thời gian VLHP đến độ hấp phụ đo 65 Bảng 4.4: Ảnh hưởng thời gian VLHP đến nồng độ lại MB 65 Bảng 4.5: Ảnh hưởng thời gian VLHP đến hiệu suất hấp phụ 65 Bảng 4.6: Ảnh hưởng thời gian VLHP đến dung lượng hấp phụ 66 Bảng 4.7: Ảnh hưởng pH dd MB đến hiệu suất dung lượng hấp phụ 67 Bảng 4.8: Ảnh hưởng nhiệt độ dd MB đến hiệu suất dung lượng hấp phụ 68 Bảng 4.9: Ảnh hưởng khối lượng VLHP đến hiệu suất dung lượng hấp phụ 69 Bảng 4.10: Ảnh hưởng nồng độ ban đầu dd Xanh metylen đến hiệu suất hấp phụ dung lượng hấp phụ 71 Bảng 4.11: Các thông số hấp phụ VLHP Silica 73 GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, ngành công nghệ chế biến thủy sản phát triển vượt bậc đóng góp phần không nhỏ vào việc phát triển kinh tế đất nước Tuy nhiên, công nghệ chế biến thủy sản phát triển bên cạnh thuận lợi chế biến mặt hàng thủy sản có chất lượng cao, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm phục vụ cho xuất tiêu thụ nước có bất lợi lượng phế liệu thủy sản thải nhiều làm ô nhiễm môi trường Một nguồn phế liệu thải vỏ động vật giáp xác tôm, cua, ghẹ Nguồn phế liệu chủ yếu dùng làm thức ăn chăn nuôi hay làm phân bón nên hiệu kinh tế thấp Mục tiêu đặt cho nhà công nghệ nghiên cứu để tận dụng tối đa thành phần có phế liệu thủy sản nhằm nâng cao hiệu kinh tế chúng tránh ô nhiễm môi trường chúng gây nên Trong mặt hàng thủy sản có giá trị kinh tế mặt hàng thủy sản đông lạnh từ giáp xác chiếm từ 70-80% công suất chế biến Vì vậy, lượng phế liệu từ vỏ giáp xác nhà máy thủy sản thải lớn khoảng 70.000 tấn/năm Nguồn phế liệu chứa lượng lớn chitin-là nguyên liệu quan trọng cho công nghiệp sản xuất chitosan sản phẩm có giá trị khác.[1] Trong số polyme sinh học, chitosan thu hút quan tâm nhà nghiên cứu Chitosan sản phẩm deacetyl hóa chitin, có nguồn gốc từ phế phẩm ngành chế biến thủy hải sản, polyme có hàm lượng đứng thứ tự nhiên (sau xenlulo) Chitosan mang đầy đủ đặc trưng ưu việt chitin như: có tính tương thích sinh học không độc hại, có khả phân hủy sinh học, có tính hấp phụ cao.[2] Trong năm gần đây, với việc tìm ứng dụng chitin, chitosan dẫn xuất, việc sản xuất tiêu thụ sản phẩm nguồn gốc chitin, chitosan không ngừng gia tăng Bên cạnh việc hạn chế ô nhiễm từ vỏ động vật giáp xác, lĩnh vực môi trường, chitosan tận dụng làm vật liệu hấp phụ để loại bỏ kim loại nặng hợp chất ô nhiễm hữu khác nhờ có mặt nhóm chức linh động amino hydroxyl mạch phân tử Chitosan số dẫn xuất có lực cao chất nhuộm phân tán hoạt tính nhóm amino GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang Đồ án tốt nghiệp dễ dàng bị cation hóa, từ hấp phụ mạnh chất nhuộm anion có môi trường axit thông qua tương tác tĩnh điện.[10] Ngày với phát triển giới mặt, đặc biệt lĩnh vực công nghiệp tạo ngày nhiều sản phẩm đáp ứng nhu cầu người, mặc trái thải môi trường nhiều chất thải độc hại Trong số dạng ô nhiễm môi trường, ô nhiễm môi trường nước vấn đề nóng bỏng Chất gây ô nhiễm chất vô chất hữu Sự có mặt chất ô nhiễm nước nguồn nước thải công nghiệp từ nhà máy khai thác mỏ, tinh lọc dầu, sản xuất sợi, sơn, thuốc nhuộm… Các hợp chất hữu phenol, xanh metylen, alizarin red S thuộc loại phổ biến nước thải công nghiệp Các hợp chất có độc tính cao người loài vật, chúng khó bị phân hủy tự nhiên, dễ hấp phụ qua da, vào thể phát huy độc tính, tàn phá hủy hoại tế bào sống Nghiên cứu để loại bỏ hợp chất hợp chất hữu độc hại khác khỏi môi trường nước góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường Hiện nay, có nhiều phương pháp để tách loại xử lý chất hữu nước: trao đổi ion, thẩm thấu ngược màng, keo tụ hấp phụ Trong đó, phương pháp hấp phụ sử dụng rộng rãi giá thành thấp hiệu cao Các vật liệu hấp phụ bao gồm khoáng chất vô cơ: đất sét, zeolile, đá ong, diatomite; chất hữu cơ: chiti/chitosan, alginate; oxit vô cơ: nano oxit sắt, nano oxit silic… Các nghiên cứu tiềm kiếm, tổng hợp chất hấp phụ để xử lý chất hữu nói chung phẩm nhuộm nói riêng nghiên cứu nhiều nước nước Việc nghiên cứu kết hợp polyme tự nhiên oxit vô chế tạo ứng dụng thành công nhiều lĩnh vực Tuy nhiên nghiên cứu cần mở rộng với polyme khác Vật liệu polyme compozite kết hợp oxit silic polyme chitosan hứa hẹn tăng cường ứng dụng loại vật liệu nhiều lĩnh vực Chính mục tiêu chế tạo vật liệu composite chứa oxit silic chitosan nhằm kết hợp tính chất quý báu riêng rẽ vật liệu thành phần, tạo hệ polyme composite đa chức có tiềm ứng dụng vật liệu hấp phụ Được giúp đỡ GVHD thầy Trần Quang Ngọc, em tiến hành thực đề tài: “Nghiên cứu chế tạo hạt Chitosan cấu trúc xốp – ứng dụng làm vật liệu hấp phụ” GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang 10 Đồ án tốt nghiệp 4.2 Tổng hợp vật liệu hấp phụ chitosan từ chitosan SiO2 Qua trình thực nghiệm: Kết thu thể bảng 4.1 Tỉ lệ SiO2 0:1 1:1 : 1,5 1:2 1:3 :4 Chitosan 2g 2g 2g 2g 3g 2g SiO2 0g 2g 1,333g 1g 1g 1,5g 1,821g 1,788g 1,757g 1,764g 2,759g 1,715g chitosan VLHP thu Bảng 4.1: Các tỉ lệ Chitosan SiO2 để tạo vật liệu hấp phụ Hình 4.5: Hỗn hợp Chitosan, SiO2 Hình 4.7: Kết tủa lọc rửa Hình 4.6: Trung hòa hỗn hợp NaOH Hình 4.8: VLHP thu nước cất GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang 63 Đồ án tốt nghiệp 4.3 Khảo sát khả hấp phụ xanh metylen chitosan 4.3.1 Dựng đường chuẩn xanh metylen Pha xác dung dịch gốc xanh metylen có nồng độ 100 mg/l từ tinh thể xanh metylen Sau từ dung dịch gốc chuẩn bị dung dịch có nồng độ lần lượt: 2, 4, 6, 8, 10 mg/l mẫu trắng không chứa xanh metylen Đem đo độ hấp thụ quang dung dịch bước sóng λ = 650 nm dùng cuvet 1cm Từ số liệu thực nghiệm xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ xanh metylen Bảng 4.2: Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Xanh metylen 0,0869 STT C (mg/l) Abs 2 0,3422 0,6928 0,9982 1,2866 10 1,5754 1.8 1.6 Độ hấp thụ Abs 1.4 1.2 0.8 0.6 y = 0.151x + 0.075 R² = 0.998 0.4 0.2 0 10 12 C (mg/l) Hình 4.9: Đường chuẩn xác định nồng độ xanh metylen 4.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ xanh metylen VLHP Dung lượng hấp phụ: q = Hiệu suất hấp phụ: (𝐶0 −𝐶1 ).𝑉 H= 𝑚 𝐶0 −𝐶1 𝐶0 Trong đó: Co , C1 : nồng độ Xanh methylene ban đầu sau hấp phụ tương ứng (mg/l) V: thể tích dung dịch xanh methylen (l) m: lượng VLHP (g) GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang 64 Đồ án tốt nghiệp a Ảnh hưởng thời gian vật liệu hấp phụ Cân 0,2 gam mẫu VLHP tiến hành phấp phụ 20ml xanh metylen nồng độ 100mg/l Khuấy hỗn hợp máy khuấy từ sau 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, ngừng khuấy, để lắng VLHP, sau lấy 1ml hỗn hợp pha loãng thành 10ml nước cất tiến hành đo độ hấp phụ Tiếp tục tiến hành đo đến độ hấp phụ không thay đổi Đo lại mẫu sau 24 Xác định nồng độ lại xanh metylen dung dịch, dung lượng hấp phụ hiệu suất hấp phụ Xanh metylen nồng độ 100mg/l ban đầu: Abs = 1,5663 Bảng 4.3, 4.4: Ảnh hưởng thời gian vật liệu hấp phụ đến độ hấp phụ đo nồng độ lại sau hấp phụ dd Xanh metylen Độ hấp phụ đo (Abs) Thời gian VLHP 1:0 VLHP 1:1 10 phút 1,1247 0,6893 1,3002 1,2484 1,2563 1,5002 20 phút 1,1253 0,5809 1,2566 1,1728 1,1749 1,4756 30 phút 1,2764 0,5911 1,3882 1,2551 1,1909 1,5176 40 phút 1,2983 0,5812 1,4009 1,2936 1,2346 1,5312 24 1,3211 0,6009 1,4112 1,2907 1,2571 1,5070 VLHP 1,5:1 VLHP 2:1 VLHP 3:1 VLHP 4:3 Nồng độ lại sau hấp phụ dung dịch MB (mg/l) Thời gian VLHP 1:0 VLHP 1:1 VLHP 1,5:1 VLHP 2:1 VLHP 3:1 VLHP 4:3 10 phút 69,5165 40,6821 81,1391 77,7086 78,2318 94,3841 20 phút 69,5562 33,5033 78,2516 72,7019 72,8411 92,7549 30 phút 79,5629 34,1788 86,9668 78,1523 73,9006 95,5364 40 phút 81,0132 33,5232 87,8079 80,7019 76,7947 96,4371 Hiệu suất H (%) Thời gian VLHP 1:0 VLHP 1:1 VLHP 1,5:1 VLHP 2:1 VLHP 3:1 VLHP 4:3 10 phút 30,483 59,3179 18,8609 22,2913 21,7682 5,6158 20 phút 30,443 66,4967 21,7483 27,2980 27,1589 7,24503 30 phút 20,437 65,8212 13,0331 21,8476 26,0993 4,46357 40 phút 18,986 66,4768 12,1920 19,2980 23,2053 3,56291 Bảng 4.5: Ảnh hưởng thời gian vật liệu hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang 65 Đồ án tốt nghiệp Dung lượng hấp phụ (mg/g) Thời gian VLHP 1:0 VLHP 1:1 VLHP 1,5:1 VLHP 2:1 VLHP 3:1 VLHP 4:3 10 phút 3,0483 5,9318 1,8809 2,2291 2,1768 0,5616 20 phút 3,0444 6,6497 2,1748 2,7298 2,7159 0,7245 30 phút 2,0437 6,5821 1,3033 2,1848 2,6099 0,4464 40 phút 1,8987 6,6477 1,2192 1,9298 2,3205 0,3563 Bảng 4.6: Ảnh hưởng thời gian vật liệu hấp phụ đến dung lượng hấp phụ 70 60 VLHP 1:0 VLHP 1:1 Hiệu suất (%) 50 VLHP 1,5:1 VLHP 2:1 40 VLHP 3:1 30 VLHP 4:3 20 10 10 phút 20 phút 30 phút 40 phút Thời gian Hình 4.10: Mối quan hệ hiệu suất hấp phụ vào thời gian VLHP Nhận xét: Từ kết thực nghiệm cho thấy VLHP (1:1) có khả hấp phụ tốt mẫu VLHP Hiệu suất hấp phụ tốt 66,4967% dung lượng hấp phụ tốt 6,6497 mg/g Trong khoảng thời gian khảo sát 10-40 phút mẫu VLHP dung dịch xanh metylen nồng độ, trình hấp phụ hiệu suất tăng hấp phụ tăng (dung lượng hấp phụ) khoảng 20 phút đầu, từ 20–40 phút hiệu suất tương đối ổn định Do đó, kết luận sau 20 phút trình hấp phụ đạt cân GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang 66 Đồ án tốt nghiệp b Ảnh hưởng pH Cân 0,2 gam mẫu VLHP (1:1) tiến hành phấp phụ 20ml dung dịch xanh metylen nồng độ 100mg/l có pH – Khuấy hỗn hợp máy khuấy từ thời gian 20 phút nhiệt độ phòng, sau ly tâm hỗn hợp thời gian 20 phút 5000 vòng/phút, thu dung dịch Sau lấy 1ml hỗn hợp pha loãng thành 10ml nước cất tiến hành đo độ hấp phụ máy UV–VIS Bảng 4.7: Ảnh hưởng pH dd MB đến hiệu suất hấp phụ dung lượng hấp phụ pH mẫu xanh metylen 3,02 4,03 5,05 6,02 7,01 8,05 9,01 Abs 0,8402 0,6316 0,5911 0,5211 0,5839 0,5515 0,5893 C1 (mg/l) 50,6755 36,8609 34,1788 29,5430 33,7019 31,5563 34,059 H (%) 49,3245 63,1391 65,8212 70,4569 66,2980 68,4437 65,940 q (mg/g) 4,9324 6,3139 6,5821 7,0457 6,6298 6,8444 6,5941 4,03 5,05 6,02 80 70 Hiệu suất (%) 60 50 40 30 20 10 3,02 7,01 8,05 9,01 pH Hình 4.11: Mối quan hệ hiệu suất hấp phụ vào pH dd xanh metylen GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang 67 Đồ án tốt nghiệp Nhận xét: Kết thực nghiệm cho thấy pH = 6,02 hiệu suất hấp phụ dung lượng hấp phụ đạt giá trị cao 70,46% 7,046 mg/g Ở pH thấp cao giá trị 6,02 hiệu suất hấp phụ dung lượng hấp phụ giảm Điều giải thích cạnh tranh hấp phụ ion H+ (ở pH thấp) OH – (ở pH cao) với xanh metylen Như pH = môi trường thích hợp cho VLHP c Ảnh hưởng nhiệt độ Cân 0,2 gam mẫu VLHP (1:1) tiến hành phấp phụ 20ml dung dịch xanh metylen nồng độ 100 mg/l có nhiệt độ thay đổi từ 30÷70˚C, trình hấp phụ tiến hành môi trường pH = Khuấy hỗn hợp máy khuấy từ thời gian 20 phút, sau ly tâm hỗn hợp thời gian 20 phút 5000 vòng/phút, thu dung dịch Sau lấy 1ml hỗn hợp pha loãng thành 10ml nước cất tiến hành đo độ hấp phụ máy UV-VIS Nhiệt độ dd Xanh metylen 30˚C 35˚C 40˚C 45˚C 50˚C 60˚C 70˚C Abs sau hp 0,6539 0,6211 0,6437 0,6381 0,6642 0,6796 0,6902 C1 (mg/l) 38,3377 36,1656 37,6623 37,2914 39,0199 40,0397 40,7417 H (%) 61,6623 63,8344 62,3377 62,7086 60,9801 59,9603 59,2583 q (mg/g) 6,1662 6,3834 6,2338 6,2709 6,0980 5,9960 5,9258 Bảng 4.8: Ảnh hưởng nhiệt độ MB đến hiệu suất hấp phụ dung lượng hấp phụ Nhận xét: Từ kết thực nghiệm thu cho thấy thời gian hấp phụ lượng VLHP nhiệt độ dung dịch xanh metylen ban đầu tăng hiệu suất hấp phụ không ổn định Trong khoảng nhiệt độ từ 30–35˚C hiệu suất hấp phụ VLHP tăng từ 61,6623% - 63,8344% Trong khoảng nhiệt độ dung dịch xanh metylen từ 35–70˚C hiệu suất giảm dần Điều giải thích sau: Do hấp phụ trình tỏa nhiệt tăng nhiệt độ, cân hấp phụ chuyển dịch theo chiều nghịch tức làm tăng nồng độ chất bị hấp phụ dung dịch dẫn đến làm giảm hiệu suất dung lượng hấp phụ trình hấp phụ Ở nhiệt độ cao, thúc đẩy trình giải hấp phụ Như nhiệt độ thích hợp cho trình hấp phụ 35˚C GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang 68 Đồ án tốt nghiệp 65 64 Hiệu suất (%) 63 62 61 60 59 58 57 56 30˚C 35˚C 40˚C 45˚C 50˚C 55˚C 60˚C 65˚C 70˚C Nhiệt độ (˚C) Hình 4.12: Mối quan hệ hiệu suất hấp phụ vào nhiệt độ dd xanh metylen d Ảnh hưởng khối lượng vật liệu hấp phụ Cân mẫu VLHP (1:1) có khối lượng 0,05g; 0,1g; 0,15g; 0,2g 0,25g sau tiến hành phấp phụ 20ml dung dịch xanh metylen nồng độ 100mg/l Khuấy hỗn hợp máy khuấy từ thời gian 20 phút, sau ly tâm hỗn hợp thời gian 20 phút 5000 vòng/phút, thu dung dịch Sau lấy 1ml hỗn hợp pha loãng thành 10ml nước cất tiến hành đo độ hấp phụ máy UV–VIS Khối lượng vật liệu hấp phụ (g) 0,05g 0,1g 0,15g 0,2g 0,25g Abs sau hp 1,3708 1,1473 0,8518 0,6758 0,3944 C1 (mg/l) 85,8146 71,0132 51,4437 39,7881 21,1523 H (%) 14,1854 28,9868 48,5563 60,2119 78,8477 q (mg/g) 5,6742 5,7974 6,4742 6,0212 6,3078 Bảng 4.9:Ảnh hưởng khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ dung lượng hấp phụ GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang 69 Đồ án tốt nghiệp 90 80 Hiệu suất (%) 70 60 50 40 30 20 10 0,05g 0,1g 0,15g 0,2g 0,25g Khối lượng VLHP Hình 4.13: Mối quan hệ hiệu suất hấp phụ vào khối lượng VLHP Nhận xét: Từ kết thực nghiệm thu cho thấy thời gian hấp phụ nồng độ dung dịch xanh metylen, khối lượng VLHP tăng dần hiệu suất hấp phụ tăng Hiệu suất tăng từ 14,1854% – 78,8477% e Ảnh hưởng nồng độ xanh metylen Cân 0,2 gam mẫu VLHP (1:1) tiến hành phấp phụ 20ml dung dịch xanh metylen nồng độ 50 mg/l, 100 mg/l, 150 mg/l, 200mg/l Khuấy hỗn hợp máy khuấy từ thời gian 20 phút, sau ly tâm hỗn hợp thời gian 20 phút 5000 vòng/phút, thu dung dịch Sau lấy ml hỗn hợp pha loãng thành 10ml nước cất tiến hành đo độ hấp phụ máy UV– VIS GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang 70 Đồ án tốt nghiệp Bảng 4.10: Ảnh hưởng nồng độ ban đầu dd Xanh metylen đến hiệu suất hấp phụ dung lượng hấp phụ Nồng độ ban đầu dung dịch xanh metylen Co (mg/l) 50 mg/l 100 mg/l 150 mg/l 200 mg/l Abs ban đầu 0,8266 1,4913 2,1776 2,7292 Abs sau hp 0,2511 0,5911 1,1752 1,8517 C1 (mg/l) 11,6622 34,1788 72,8609 117,6623 H (%) 76,6756 65,8212 51,4261 41,1688 q (mg/g) 3,8338 6,5821 7,7139 8,2338 C1/q (g/l) 3.0420 5.1927 9.4454 14.2902 90 80 Hiệu suất (%) 70 60 50 40 30 20 10 50 mg/l 100 mg/l 150 mg/l 200 mg/l Nồng độ MB (mg/l) Hình 4.14: Mối quan hệ hiệu suất hấp phụ vào nồng độ ban đầu dung dịch xanh metylen Nhận xét: Từ kết thực nghiệm thu cho thấy thời gian hấp phụ lượng VLHP nồng độ xanh metylen ban đầu tăng hiệu suất hấp phụ giảm Trong khoảng nồng độ xanh metylen ban đầu khảo sát (50–200 mg/l) hiệu suất hấp phụ VLHP giảm từ 76,6756% – 41,1688% GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang 71 Đồ án tốt nghiệp Từ kết thu bảng 4.10, nghiên cứu cần hấp phụ Xanh metylen theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir y = 1.918ln(x) - 0.625 R² = 0.970 q (mg/g) 0 20 40 60 80 100 120 140 C1 (mg/l) Hình 4.15: Đường đẳng nhiệt Langmuir Xanh metylen 16 14 12 C1/q (g/l) 10 y = 0.106x + 1.679 R² = 0.999 0 20 40 60 80 100 120 140 C1 (mg/l) Hình 4.16: Sự phụ thuộc C1/q vào C1 Xanh metylen Nhận xét: Từ kết khảo sát cho thấy: Sự phụ thuộc VLHP Xanh metylen mô tả tốt theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Từ đồ thị biểu diễn phụ thuộc C1/q vào C1 Xanh metylen hình 4.16, tính giá tri hấp phụ cực đại qmax số Langmuir b VLHP GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang 72 Đồ án tốt nghiệp 1/qmax = 0,106 => qmax = 9,4339 (mg/g) 1/(b*qmax) = 1,679 => b = 0,0631 4.4 So sánh khả hấp phụ xanh metylen VLHP (Chitosan) với Silica (SiO2) Composite (Chitosan + SiO2) Để đánh giá khả hấp phụ màu VLHP tiến hành so sánh dung lượng hấp phụ hiệu suất hấp phụ vật liệu với Silica điều kiện tối ưu Tiến hành hấp phụ với 0,2g VLHP, 0,2g Silica Composite (Chitosan + SiO2) với 20ml dd xanh metylen có nồng độ xác định 100 mg/l Khuấy hỗn hợp máy khuấy từ thời gian 20 phút, sau ly tâm hỗn hợp thời gian 20 phút 5000 vòng/phút, thu dung dịch Sau lấy 1ml hỗn hợp pha loãng thành 10ml nước cất tiến hành đo độ hấp phụ máy UV–VIS Loại vật liệu Abs C1 (mg/l) H (%) q (mg/g) VLHP 0,5211 29,5430 70,4569 7,0457 Silica 0,0555 3,1788 96,8212 9,6821 Composite (chitosan+SiO2) 1.0211 62.656 37.3444 3.7344 Bảng 4.11: Các thông số hấp phụ vật liệu hấp phụ Silica Nhận xét: Từ kết thực nghiệm ta thấy hiệu suất hấp phụ dung lượng hấp phụ VLHP thấp so với Silica cao so với mẫu Composite GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang 73 Đồ án tốt nghiệp KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Một số kết luận rút từ trình nghiên cứu kết thực nghiệm thu luận văn sau: – Tận dụng nguồn phế liệu từ vỏ trấu (tro trấu) vỏ tôm để tổng hợp silica (SiO2) chitosan – Đã nghiên cứu tổng hợp silica (SiO2) từ tro trấu với kết tốt, độ tinh khiết cao, hiệu suất trình 86,59% làm chất cốt cho vật liệu composite chitosan để chế tạo vật liệu hấp phụ – Đã nghiên cứu xây dựng quy trình chế tạo thành công vật liệu hấp phụ (chitosan) cách tách silica (SiO2) khỏi vật liệu composite – Đã khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ Xanh metylen vật liệu hấp phụ (chitosan): + Khảo sát vật liệu hấp phụ: vật liệu hấp phụ (1:1) vật liệu tốt với hiệu suất H = 66,4967% dung lượng hấp phụ q = 6,6497 (mg/g) + Khảo sát thời gian cân hấp phụ 20 phút + Khảo sát ảnh hưởng pH từ – 9, tăng pH hiệu suất hấp phụ tăng dần, pH từ 3,02 – 6,02 hiệu suất hấp phụ VLHP tăng từ 49,3245% – 70,4569%, pH từ 6,02 trở sau tương đối ổn định Hiệu suất tốt 70,4569% pH = 6,02 + Khảo sát khối lượng vật liệu hấp phụ từ 0,05 – 0,25g, tăng khối lượng vật liệu hấp phụ hiệu suất hấp phụ tăng từ 14,1854% – 78,8477% + Khảo sát nồng độ dung dịch Xanh metylen ban đầu từ 50 – 200 mg/l, tăng nồng độ dung dịch Xanh metylen ban đầu hiệu suất hấp phụ giảm từ 76,6756% – 41,1688% + Dung lượng hấp phụ cực đại vật liệu hấp phụ 9,4339 (mg/g) – So sánh khả hấp phụ vật liệu hấp phụ (chitosan), Silica Composite điều kiện tối ưu vật liệu cho thấy hiệu suất hấp phụ vật liệu hấp phụ tương đối thấp so với Silica cao so với mẫu Composite GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang 74 Đồ án tốt nghiệp Kiến nghị – Nghiên cứu hoàn thiện quy trình tổng hợp vật liệu hấp phụ khả hấp phụ Silica vật liệu hấp phụ – Nghiên cứu thêm tính chất học, hóa học, sinh học,… vật liệu hấp phụ – Nghiên cứu tiếp tục đặc tính hấp thụ ion kim loại chất màu khác, đặc biệt ion kim loại phóng xạ, độc hại,… hợp chất hữu – Tìm dung dịch thích hợp để rửa giải, tái tạo để tái sử dụng lại nhiều lần đưa vào ứng dụng vào thực tế – Nghiên cứu hoàn thiện quy trình khả ứng dụng compesite vật liệu hấp thụ để sớm đưa vào thực tiễn GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang 75 Đồ án tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng viện [1] Trần Thị Luyến Nguyễn Huỳnh Duy Bảo, 2000 Hoàn thiện quy trình sản xuất chitin – chitosan chế biến số sản phẩm công nghiệp từ phế liệu vỏ tôm, cua Báo cáo khoa học, đề tài cấp bộ, trường Đại Học Thủy sản [2] Nguyễn Thị Ngoan, 2016 Nghiên cứu, tổng hợp, đặc trưng vật liệu lai vô (Ag, Fe3O4) – hữu (Chitosan) cấu trúc nano định hướng ứng dụng y sinh Luận án tiến sĩ hóa học, Học viện khoa học công nghệ [3] Nguyễn Thị Nga, 2013 Thu nhận chitin, chitosan từ vỏ tôm để ứng dụng làm màng bao sinh học bảo quản thực phẩm Đề tài khoa học cấp trường, trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu [4] Nguyễn Thị Hồng, 2016 Nghiên cứu xử lý Xanh metylen vật liệu hấp phụ sepiolite Khóa luận tốt nghiệp, Học viện Nông nghiệp Việt Nam [5] Nguyễn Thị Ngọc Tú (2003), Nghiên cứu dùng vật liệu chitosan làm phụ gia thực phẩm đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm [6] Đặng Cao Kỵ, 2015 Nghiên cứu biến tính silica với chitosan mang thuốc fluorouracil ứng dụng điều trị ung thư Luận văn tốt nghiệp cao học, trường Đại học Cần Thơ [7] Nguyễn Thị Ngọc Thơ, 2016 Nghiên cứu tổng hợp nano silica từ tro trấu phương pháp kết tủa Đồ án tốt nghiệp, trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu [8] Nguyễn Thị Chiều Dương, 2011 Nghiên cứu tận dụng tro xỉ từ nhà máy nhiệt điện Đình Hải (KCN Trà Nóc – Cần Thơ) làm vật liệu xây dựng Luận văn tốt nghiệp [9] Đào Thị Ánh Tuyết, 2104 Tổng hợp nghiên cứu hoạt tính hút ẩm silicagel từ tro trấu Khóa luận tốt nghiệp, trường Đại học Sư phạm Hồ Chí Minh [10] Đặng Lê Minh Trí, 2012 Nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính nước thải ngành dệt nhuộm chitosan khâu mạch xạ có nguồn gốc từ vỏ tôm Luận văn thạc sĩ khoa học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang 76 Đồ án tốt nghiệp Tài liệu internet [11] http://doc.edu.vn/tai-lieu/do-an-nghien-cuu-tim-hieu-ung-dung-chitin-chitosan8908/ [12] http://luanvan.net.vn/luan-van/khoa-luan-tong-hop-nanosilica-tu-vo-trau-vache-tao-vat-lieu-composite-tren-nen-nhua-polylactide-acidsilica-72358/ [13] http://text.123doc.org/document/3914717-nghien-cuu-va-tong-hop-nano-silicatu-tro-trau-bang-phuong-phap-ket-tua.htm [14] http://thuvienso.bvu.edu.vn/bitstream/TVDHBRVT/14893/2/NGUYEN-THINGOC-THO.pdf [15] http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-tim-hieu-ve-chitin-chitosan-52125/ [16] http://www.zbook.vn/ebook/nghien-cuu-che-tao-mang-chitosan-gelatin-ungdung-lam-bao-bi-thuc-pham-46518/ [17] http://www.hpstic.vn/news/Vat-lieu-dong-goi-than-thien-sinh-thai-tang-gapdoi-thoi-han-su-dung-cua-thuc-pham-15377.html [18] http://www.vast.ac.vn/ung-dung-va-trien-khai/ung-dung/910-nghien-cuu-ungdung-vat-lieu-chitosan-trong-y-sinh-va-moi-truong [19] http://vuhongson79.blogspot.com/2012/12/vo-trau.html [20] https://cuitraumientrung.com/tro-trau-dung-de-lam-gi/ GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang 77 ... đề tài: Nghiên cứu chế tạo hạt Chitosan cấu trúc xốp – ứng dụng làm vật liệu hấp phụ GVHD: TS Trần Quang Ngọc Trang 10 Đồ án tốt nghiệp 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu ứng dụng chitosan. .. để chế tạo hạt chitosan có cấu trúc xốp Khảo sát khả hấp phụ hạt chitosan 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu chế tạo Chitosan từ vỏ tôm Silica từ vỏ trấu Tổng hợp vật liệu hấp phụ (chitosan. .. (chitosan cấu trúc xốp) từ Chitosan Silica chế tạo Chất lượng ứng dụng vật liệu hấp phụ kết hợp từ chất chitosan chất cốt SiO2 1.4 Nội dung phương pháp nghiên cứu  Nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu