Nghiên cứu phản ứng biến tính chitosan và glutaralđehyt và khảo sát khả năng hấp phụ ion kim loại nặng

Khúa lun tt nghip HDKH: TS. Trn Th í Nhi Trong thc t chitin v chitosan cựng tn ti trong mt phõn t polyme vỡ vy khỏi nim chitin, chitosan ch l tng i. Khi polyme cú t l mt xớch (14)-D-glucozamin ln hn 50% (DDA>50%) thỡ c gi l chitosan v ngc li l chitin. 1.1. Cu trỳc tinh th [1, 2, 4] Chitin l mt loi polisaccarit mch thng vi khi lng phõn t ln c to thnh bi mt xớch N-axetyl-D-glucozamin theo liờn kt (14) glucozit nh kiu liờn kt cỏc mt xớch D-glucozo xenluloz. Bng phng phỏp nhiu x tia X ó phỏt hin chitin cú 3 kiu a hỡnh l: , , -chitin c mụ t theo hỡnh sau: Chitin Chitin Chitin - -chitin: cú cu trỳc tinh th mng ghộp ụi song song (mt mng lờn mt mng xung lin nhau), -chitin thng c tỏch t v cua. - -chitin: cỏc mch ghộp trong tinh th theo cỏch ghộp song song cựng chiu, -chitin ch yu cú trong mai mc nang sng. - -chitin: cú mch ghộp trong tinh th theo 2 cỏch c 2 mch song song li cú 1 mch i song, -chitin c tỏch t si kộn ca b cỏnh cng, d dy ca mc ng, l loi cú tr lng ớt nht. 1.2. Tớnh tan Vỡ cú liờn kt hiro cht ch gia cỏc phõn t nờn chitin th hin ỏi lc hn ch vi phn ln cỏc dung mụi. Chitin thng ( -chitin) khụng tan v hu nh khụng trng trong dung mụi thụng dng m ch tan trong mt s dung mụi c bit, vớ d: N,N-imờtylaxetamit (DMAC) cú cha 5 - 10% LiCl. Nguyn Th Minh Nguyt 4 K35-Khoa Húa Hc Khúa lun tt nghip HDKH: TS. Trn Th í Nhi Chitosan l mt polyamin khụng tan trong nc cng nh dung mụi hu c nhng tan trong mụi trng axit loóng. tan ca chitosan ph thuc vo loi axit v nng axit trong dung dch. Khi x lý chitin/chitosan trong mụi trng axit mnh vi nng ln thng xy ra phn ng depolyme hoỏ (ct mch) lm gim khi lng phõn t polyme. 1.3. Khi lng phõn t Khi lng phõn t ca chitin/chitosan l thụng s quan trng nhng khú cú th xỏc nh c chớnh xỏc do tớnh tan kộm ca chỳng v s a dng v kiu phõn b cỏc nhúm axetyl cng nh mc axetyl hoỏ. Khi lng phõn t ca chitin t nhiờn, cng khú xỏc nh vỡ nú tn ti dng liờn kt cht ch vi protein, mui khoỏng cng nh hu ht cỏc cht mu. Hn na di mch chớnh ca chitin/chitosan cú th gim trong quỏ trỡnh x lý vi axit v kim. Khi lng phõn t chitin sau khi tỏch khi protein cng nh cỏc cht khỏc c tớnh toỏn theo cỏc phng phỏp o nht, tỏn x ỏnh sỏng, sc ký thm thu gel (GPC - gel Permeation Chomatography) hoc sc ký loi tr theo ln phõn t (SEC - Site Exlusion Chomatography) trong dung mụi DMAc/LiCl. Tỏn x ỏnh sỏng l phng phỏp xỏc nh trc tip khi lng phõn t. Kt hp cỏc phng phỏp SEC, tỏn x ỏnh sỏng v o nht thỡ cú th xỏc nh c chớnh xỏc khi lng phõn t trung bỡnh v phõn b ca khi lng phõn t. T cỏc s liu thu c t phng phỏp PC ó khng nh cỏc mu chitin tỏch t mai cua, v tụm v mai mc ng cú polyme hoỏ (degree of polymeizaion - DP) nm trong khong 2000 - 4000. Chitosan tan c trong dung dch axit loóng v khi lng phõn t cú th xỏc nh theo phng phỏp sc ký lng cao ỏp ghộp ni vi ct loi tr theo ln phõn t (SE HPLC - size exlusion high performance liquidchromatography). GPC - HPLC, GPC, phng phỏp o nht... cng cú th chuyn hoỏ chitosan thnh chitin qua phn ng N-axetyl Nguyn Th Minh Nguyt 5 K35-Khoa Húa Hc Khúa lun tt nghip HDKH: TS. Trn Th í Nhi hoỏ v khi lng phõn t c tớnh theo phng phỏp GPC trong h dung mụi DMAc/LiCl. Trong ú phng phỏp n gin nht xỏc nh khi lng phõn t polyme l xỏc nh theo phng phỏp giỏn tip qua phộp o nht. Phộp o nht khụng phi l phng phỏp tuyt i xỏc nh khi lng phõn t m ch l phng phỏp tng i da trờn c s nht ca dung dch polyme tng t l vi s lng cỏc phõn t thờm vo. Phng phỏp o ỏp sut thm thu l phng phỏp da trờn nh lut Vant - Hoff. Theo nh lut ny, s ph thuc gia ỏp sut thm thu P, th tớch V v nhit tuyt i T v s gam phõn t ca vt cht trong dung dch pha loóng c biu din bng phng trỡnh trựng vi dng phng trỡnh ca dng khớ lớ tng: PV=nRT = (g/M)RT P = (g/V)(RT)/M M = (RTC)/P Trong ú: g: khi lng ca cht hũa tan (g) M: khi lng phõn t ca cht (g/mol) C: nng ca dung dch R: Hng s T: Nhit tuyt i Khi lng phõn t trung bỡnh ca chitosan c xỏc nh nh sau: Pha dung dch chitosan cú cỏc nng ln lt 0,025; 0,05; 0,1; 0,2; 0,4 (g/100 ml) trong dung mụi axetic axit 1% nhit 35oC. Lp bng giỏ tr s ph thuc ca ỏp sut thm thu () vo nng (C), xõy dng ng biu din s ph thuc ca /C vo C tỡm giỏ tr ngoi suy ca /C khi C0. Thay vo phng trỡnh {2.5} tớnh toỏn c khi lng phõn t trung bỡnh s. Nguyn Th Minh Nguyt 6 K35-Khoa Húa Hc Khúa lun tt nghip HDKH: TS. Trn Th í Nhi 848 x (T + 273) Mn = {2.5} (/C) x T trng ca dung mụi C0 Trong ú: : ỏp sut thm thu Mn: Khi lng phõn t trung bỡnh s 848: hng s T: nhit o C: nng chitosan /C (C0): giỏ tr ngoi suy ca /C khi C0 1.4. Phng phỏp iu ch chitin/chitosan [10] Chitin cú nhiu loi khỏc nhau, t cỏc loi nm n cỏc ng vt bc thp. V ca cỏc loi ng vt chõn t l ngun nguyờn liu chớnh iu ch chitin, trong thnh phn ca v cỏc loi ng vt ny cú cha 20 - 50 % chitin tớnh theo khi lng khụ. V tụm, mai cua l ngun nguyờn liu ph thi t cụng nghip ch bin thu sn, hi sn c s dng sn xut chitin thng mi. Cỏc ngun nguyờn liu khỏc sn xut chitin l: mai mc, sõu b, to, nm... Thnh t bo mt s loi nm cha c chitin cng nh chitosan v c coi l ngun chitosan t nhiờn. Chitosan c iu ch bng cỏch thc hin phn ng deaxetyl hoỏ chitin trong mụi trng kim. 1.4.1. Tỏch chitin t v ph thi thu hi sn [1] Nguyờn tc chung iu ch chitin l loi b mui khoỏng (ch yu l canxicacbonat), protein v cỏc cht mu ra khi ph liu thu, hi sn. Hai phng phỏp ch yu c ỏp dng tỏch chitin/chitosan l phng phỏp hoỏ hc v phng phỏp lờn men vi sinh vt. Nguyn Th Minh Nguyt 7 K35-Khoa Húa Hc Khúa lun tt nghip HDKH: TS. Trn Th í Nhi Theo phng phỏp hoỏ hc: Quỏ trỡnh iu ch chitin c thc hin theo cỏc bc: tỏch khoỏng, tỏch protein v kh mu. Mui khoỏng thng c tỏch ra bng cỏch x lý nguyờn liu vi dung dch axit HCl, protein b thu phõn trong mụi trng kim, cht mu c loi b bng dung mụi hoc tỏc nhõn oxi hoỏ. Trong quỏ trỡnh x lý, mt s nhúm axetamit trong cỏc mch i phõn t chitin b thay th bi nhúm amino do phn ng deaxetyl hoỏ, vỡ vy chitin sau khi x lý cú deaxetyl hoỏ trung bỡnh 0,1. iu ch chitin theo phng phỏp hoỏ hc cú mt s mt hn ch nh phi s dng mt lng ln kim, axit, nc ra do ú chi phớ ln v gõy ụ nhim mụi trng. Vic s dng axit v kim núng dn n vic ct gim mch chitin to ra nhiu sn phm khỏc nhau. Theo phng phỏp x lý vi sinh vt: Protein c tỏch khi v cỏc loi giỏp xỏc bng cỏch x lý vi ezim hay vi sinh vt theo nguyờn tc: vi khun sinh ra axit lactic (LAB: lactic acid bacterial) t cú trong ph tng ca v ph thi (v tụm, cua, mai mc...) vi mt lng rt nh cựng vi ngun LAB thun chng c b sung cú tỏc dng bo qun v thu phõn ph thi. Hn hp lờn men bao gm: v ph thi, LAB, dung dch glucozo. Trong quỏ trỡnh lờn men, LAB sn sinh ra axit lactic lm gim pH ca mụi trng, to iu kin cho quỏ trỡnh thu phõn protein, thu phõn khoỏng to thnh cỏc lactat canxi, magiờ... l cỏc mui tan c trong nc. Bng phng phỏp ly tõm, phn dung dch lng cha protein v cỏc mui khoỏng ho tan c loi b thu c phn chitin khụng ho tan. cú chitin sch, cú th x lý tip bng dung dch axit v kim loóng. Phng phỏp iu ch chitin bng phng phỏp lờn men vi sinh vt cú mt s u im nh chi phớ thp, cu trỳc sn phm khụng b thay i nhiu v c bit l ớt gõy ụ nhim mụi trng. -chitin c sn xut ch yu t mai mc ng theo cỏch n gin hn Nguyn Th Minh Nguyt 8 K35-Khoa Húa Hc Khúa lun tt nghip HDKH: TS. Trn Th í Nhi vỡ thnh phn ca mai mc ng ch yu l chitin, hm lng protein v mui khoỏng thng rt thp. Hn na, do s sp xp cỏc mch i phõn t trong -chitin khỏc hn vi -chitin nờn -chitin cú cỏc liờn kt hyro cht ch hn, vỡ vy khi x lý mai mc ng vi axit v kim thng iu kin ờm du hn nhiu so vi x lý v tụm thu c -chitin. 1.4.2. iu ch chitosan Chitosan l sn phm deaxetyl hoỏ ca chitin. Chitosan thng mi cú nhiu loi vi deaxetyl hoỏ khỏc nhau nhng thng c iu ch bng cỏch deaxetyl hoỏ chitin trong mụi trng kim nng 40 50 % 100 - 1300C trong 24 gi. Phn ng deaxetyl hoỏ xy ra nh sau: OH OH O HO dd HO O NHCOCH3 OH O NaOH, t0 O O NH2 n HO x O NHCOCH3 y S 1.2: iu ch chitosan Chitosan thu c theo phng phỏp ny cú DDA lờn ti 90%. thu c chitosan cú deaxetyl hoỏ cao hn phi tin hnh phn ng lp i lp li nhiu ln. Phn ng deaxetyl hoỏ -chitin din ra d dng hn nhiu so vi -chitin: T cỏc mu -chitin, -chitin cú DDA tng ng nhau tin hnh phn ng deaxetyl hoỏ trong NaOH 30% 1000C vi thi gian nh nhau (2 gi) thu c -chitosan vi DDA 70% trong khi ú i vi -chitin giỏ tr ú l 20%. Tuy nhiờn khi s dng dung dch kim c thỡ bờn cnh phn ng deaxetyl hoỏ cũn xy ra phn ng thu phõn mch chitin/chitosan lm gim ỏng k khi lng phõn t ca chitin/chitosan. Ta cú th mụ t quỏ trỡnh iu ch chitosan t v mai mc ng qua s 1.3: Nguyn Th Minh Nguyt 9 K35-Khoa Húa Hc