Luận văn Thạc sĩ Phân tích đặc tính protein và axit amin trên bề mặt vật liệu nanosilica bằng các phương pháp quang phổ hiện đại

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

HỒNG THỊ SIM

PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH PROTEIN VÀ AXIT AMIN TRÊN BỀ MẶT
VẬT LIỆU NANOSILICA BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ
HIỆN ĐẠI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội – 2019


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

HỒNG THỊ SIM

PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH PROTEIN VÀ AXIT AMIN TRÊN BỀ MẶT
VẬT LIỆU NANOSILICA BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ
HIỆN ĐẠI

Chun ngành: Hóa phân tích
Mã số: 8440112.03

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHẠM TIẾN ĐỨC

Hà Nội – 2019

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, em xin chân thành cảm ơn TS. Phạm Tiến Đức đã giao đề tài và tận tình
hướng dẫn, chỉ bảo để em hồn thành đề tài luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cơ và cán bộ trong bộ mơn Hóa Phân Tích và
khoa Hóa trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội đã tạo điều kiện và giúp đỡ em
trong quá trình học tập và thực hiện nghiên cứu.
Em xin chân thành cảm ơn các anh, chị, em và các bạn trong phịng thí nghiệm bộ
mơn Hóa Phân Tích đã giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn bè đã tạo điều
kiện, giúp đỡ và động viên em trong thời gian học tập và thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 11 năm 2019
Học viên

Hoàng Thị Sim


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................ 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ............................................................................................. 3
1.1. Giới thiệu cây Chùm ngây ..................................................................................... 3
1.1.1.

Đặc điểm thực vật và phân bố ..................................................................... 3

1.1.1.1. Tên gọi ......................................................................................................... 3
1.1.1.2. Đặc điểm thực vật ........................................................................................ 3

1.1.2.

Công dụng của cây Chùm ngây................................................................... 4

1.2. Các nghiên cứu về hạt Chùm ngây ........................................................................ 6
1.2.1.

Các nghiên cứu trong nước ......................................................................... 7

1.2.2.

Các nghiên cứu ngoài nước ......................................................................... 7

1.3. Giới thiệu về axit amin L-Tryptophan ................................................................... 9
1.4. Giới thiệu vật liệu nanosilica ............................................................................... 10
1.5. Ứng dụng của nanosilica ..................................................................................... 11
1.6. Lý thuyết về phương pháp hấp phụ ..................................................................... 14
1.6.1.

Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ ....................................................... 14

1.6.2.

Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ ....................................................... 16

1.6.3.

Động học hấp phụ...................................................................................... 18

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.......................... 20

2.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................................. 20
2.2. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................... 20
2.3. Phương pháp nghiên cứu........................................................................................ 20
2.3.1. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis .......................................... 20
2.3.2. Phương pháp phổ hồng ngoại FT-IR .............................................................. 21
2.3.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua TEM........................................ 22
2.3.4. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen XRD ............................................................ 23
2.3.5. Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng BET .................................................. 23
2.3.6. Phương pháp tổng hợp vật liệu nanosilica từ vỏ trấu ..................................... 24
2.3.7. Phương pháp tách chiết, tinh chế protein từ hạt Chùm ngây .......................... 25
2.4. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị ..................................................................................... 26
2.4.1. Hóa chất .......................................................................................................... 26


2.4.2. Thiết bị ............................................................................................................ 26
2.4.3. Dụng cụ ........................................................................................................... 27
2.5. Pha chế các dung dịch ............................................................................................ 27
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................... 29
3.1. Đặc trưng của vật liệu nanosilica được tổng hợp từ vỏ trấu .................................. 29
3.1.1. Phổ hồng ngoại (FT-IR) .................................................................................. 29
3.1.2. Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen (XRD).................................................................. 30
3.1.3. Ảnh TEM ........................................................................................................ 30
3.1.4. Xác định diện tích bề mặt theo BET ............................................................... 31
3.2. Định tính và định lượng protein tách chiết từ hạt Chùm ngây............................... 32
3.2.1. Phản ứng biure của bột protein tách được từ hạt cây Chùm ngây .................. 32
3.2.2. Phổ hồng ngoại (FT-IR) .................................................................................. 32
3.2.3. Phân tích định lượng protein bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC ............ 33
3.3. Phương pháp phân tích xác định nồng độ L-Trp và nồng độ protein .................... 36
3.3.1. Phân tích L-Trp và protein bằng phương pháp UV-Vis ................................. 36
3.3.2. Đường chuẩn xác định axit amin L-Trp và protein tách chiết từ hạt Chùm

ngây ........................................................................................................................... 37
3.4. Hấp phụ axit amin L-Trp trên vật liệu nanosilica .................................................. 39
3.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH ............................................................................ 39
3.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của lực ion ...................................................................... 40
3.4.3. Khảo sát lượng vật liệu hấp phụ ..................................................................... 42
3.4.4. Khảo sát thời gian hấp phụ.............................................................................. 44
3.4.5. Cơ chế hấp phụ ................................................................................................ 45
3.5. Hấp phụ protein tách chiết từ hạt Chùm ngây trên vật liệu nanosilica được tổng
hợp từ vỏ trấu ................................................................................................................ 48
3.5.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH ............................................................................ 48
3.5.2. Khảo sát ảnh hưởng của lực ion ...................................................................... 49
3.5.3. Khảo sát lượng vật liệu hấp phụ ..................................................................... 51
3.5.4. Khảo sát thời gian hấp phụ cân bằng .............................................................. 52
3.5.5. Đánh giá sự thay đổi điện tích bề mặt vật liệu hấp phụ bằng phương pháp đo
thế zeta ...................................................................................................................... 54
3.5.6. Đánh giá sự thay đổi nhóm chức bề mặt bằng phổ hồng ngoại ...................... 55
3.5.7. Hấp phụ đẳng nhiệt ......................................................................................... 56


3.5.8. Hấp phụ động học ........................................................................................... 59
KẾT LUẬN ...................................................................................................................... 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 63
PHỤ LỤC………………………………………………………………………..............69


CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

Kí hiệu

Tên tiếng Anh

Tên tiếng Việt

BET

Brunauer-Emmett-Teller

Phương pháp BET

FT-IR

Fourier transform infrared

Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier

spectroscopy
HPLC

High Performance Liquid

Sắc ký lỏng hiệu năng cao

Chromatography
LOD

Limit Of Detection

Giới hạn phát hiện

LOQ

Limit Of Quantity

Giới hạn định lượng

L-Trp

(L) - Tryptophane

Axit amin L-Tryptophan

TEM

Tranmisstion electron

Kính hiển vi điện tử truyền qua

microscopy
UV-Vis

Ultraviolet Visible Spectroscopy

Phổ hấp thụ phân tử vùng tử
ngoại khả kiến

XRD

X-ray diffraction

Nhiễu xạ Rơnghen

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Các bộ phận của cây Chùm ngây ........................................................................ 3
Hình 1.2. Cấu trúc (L)-Tryptophan ................................................................................... 10
Hình 1.3. Cấu trúc ghép tứ diện SiO2 ............................................................................... 10
Hình 2.1. Vỏ trấu (Ảnh trái); Vỏ trấu nghiền dạng bột (Ảnh giữa); Nanosilica tổng hợp từ
vỏ trấu (Ảnh phải) ............................................................................................................. 25
Hình 2.2. Hạt Chùm ngây nghiền (A), Bột protein tách chiết từ hạt Chùm ngây (B)....... 26
Hình 3.1. Phổ hồng ngoại FT-IR của nanosilica tổng hợp từ vỏ trấu .............................. 29
Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ XRD của vật liệu nanosilica tổng hợp từ vỏ trấu ................. 30
Hình 3.3. Ảnh TEM của SiO2 ............................................................................................ 31
Hình 3.4. Đường hấp phụ đẳng nhiệt N2 của SiO2 ........................................................... 31
Hình 3.5. Thử bột protein với biure .................................................................................. 32
Hình 3.6. Phổ hồng ngoại FT-IR của protein hạt Chùm ngây ......................................... 33
Hình 3.7. Phổ UV-Vis của L-Trp ...................................................................................... 36
Hình 3.8. Phổ UV-Vis của protein Chùm ngây ................................................................. 36
Hình 3.9. Đường chuẩn xác định axit amin L-Trp ............................................................ 37
Hình 3.10. Đường chuẩn xác định protein hạt Chùm ngây .............................................. 38
Hình 3.11. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ (L)-Trp trên nanosilica .......................... 40
Hình 3.12. Ảnh hưởng của lực ion đến dung lượng hấp phụ L-Trp trên vật liệu nanosilica
........................................................................................................................................... 41
Hình 3.13. Ảnh hưởng của lượng vật liệu đến dung lượng hấp phụ L-Trp trên vật liệu
nanosilica .......................................................................................................................... 43
Hình 3.14. Ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ L-Trp trên SiO2 .............. 45
Hình 3.15. Động học hấp phụ của hấp phụ L-Trp lên nanosilica tính theo mơ hình giả bậc
một ..................................................................................................................................... 46
Hình 3.16. Động học hấp phụ của hấp phụ L-Trp lên nanosilica tính theo mơ hình giả bậc
hai ...................................................................................................................................... 46
Hình 3.17. Thế zeta của nanosilica trước và sau khi hấp phụ L-Trp ở pH 4 và pH 10 trong

1 mM KCl .......................................................................................................................... 47
Hình 3.18. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ protein trên SiO2 .................................... 49


Hình 3.19. Ảnh hưởng của nền muối KCl đến khả năng hấp phụ protein trên SiO2 ........ 50
Hình 3.20. Ảnh hưởng của lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ protein trên SiO2 ........ 52
Hình 3.21. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ protein trên SiO2 ................ 54
Hình 3.22. Thế zeta của nanosilica trước và sau khi hấp phụ protein ở pH 10 trong 1 mM
KCl .................................................................................................................................... 55
Hình 3.23. Phổ FI-IR của vật liệu SiO2 hấp phụ protein .................................................. 56
Hình 3.24. Hấp phụ đẳng nhiệt của protein hấp phụ trên nanosilica ở các nồng độ muối
nền KCl khác nhau ............................................................................................................ 58
Hình 3.25. Đường động học theo mơ hình giả bậc 1 của quá trình hấp phụ protein trên
nanosilica tại các nồng độ protein khác nhau .................................................................. 60
Hình 3.26. Đồ thị biểu diễn động học giả bậc 2 của protein hấp phụ lên nanosilica ...... 61


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Bảng so sánh hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học ............................................ 15
Bảng 3.1. Thành phần 18 axit amin trong bột protein tách chiết từ hạt Chùm ngây ....... 35
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hấp phụ L-Trp trên nanosilica ....... 39
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lực ion đến hấp phụ L-Trp trên nanosilica. 41
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng vật liệu đến hấp phụ L-Trp trên nanosilica
........................................................................................................................................... 43
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hấp phụ L-Trp trên nanosilica
........................................................................................................................................... 44
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hấp phụ protein trên nanosilica ...... 48
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lực ion đến sự hấp phụ protein trên SiO2 .... 50
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng vật liệu đến sự hấp phụ protein trên
nanosilica .......................................................................................................................... 51

Bảng 3.9. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến sự hấp phụ protein trên SiO2 . 53
Bảng 3.10. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu của protein tới khả năng hấp phụ
protein trên nanosilica ...................................................................................................... 57
Bảng 3.11. Các thơng số sử dụng trong mơ hình 2 bước hấp phụ.................................... 58
Bảng 3.12. Các thơng số mơ hình động học hấp phụ của protein trên nanosilica ........... 61


MỞ ĐẦU
Sự phát triển khoa học kĩ thuật đã giúp cho đời sống của con người ngày càng được
nâng cao. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển đó là tình trạng ô nhiễm môi trường, đặc biệt
là môi trường nước. Đã có nhiều cơng trình khoa học nghiên cứu xử lý ô nhiễm nguồn
nước bằng các phương pháp khác nhau như xúc tác quang hóa, hấp phụ, oxi hóa điện hóa,
keo tụ và phương pháp xử lý sinh học. Trong đó, hấp phụ là một trong số những phương
pháp có hiệu quả cao và phù hợp với các nước đang phát triển. Hiện nay, tại Việt Nam và
nhiều quốc gia, các chất keo tụ nhân tạo như các loại muối nhôm và các loại polyme hữu
cơ tổng hợp thường được sử dụng rộng rãi trong hấp phụ xử lý môi trường nước ô nhiễm
[14]. Tuy nhiên, một số nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng khi sử dụng các hóa chất trên,
bệnh Alzheimer ở người cao tuổi được xác nhận là có liên quan đến dư lượng nhơm trong
nước sinh hoạt [8, 10], trong khi nhiều loại polyme tổng hợp có độc tính đã bị cấm sử dụng
tại Nhật Bản và Thụy Sỹ [12].
Chùm ngây (Moringa oleifera) là một cây nhiệt đới thuộc họ Moringaceae xuất xứ từ
vùng Nam Á. Hạt cây Chùm ngây chứa một lượng lớn protein có khối lượng phân tử là 6
– 13kDa. Protein được tách chiết từ cây Chùm ngây đã được nghiên cứu trong xử lý nước
[37], xử lý các chất thải công nghiệp đạt hiệu quả cao [24]. Tương tác của protein Chùm
ngây với một số chất hoạt động bề mặt cũng đã được nghiên cứu [22, 33, 51]. Với hiệu quả
xử lý nước cao, protein được tách chiết từ hạt cây Chùm ngây là chất tự nhiên có nguồn
gốc thực vật, thân thiện với mơi trường cũng như an tồn với sức khỏe có thể là giải pháp
dần thay thế hoặc thay thế một phần các chất keo tụ nhân tạo.
Vỏ trấu là một nguồn phụ phẩm nông nghiệp rất sẵn có. Từ vỏ trấu có thể dễ dàng
tổng hợp được vật liệu nanosilica (SiO2). Nanosilica đã được sử dụng trong xử lý nước và

nước thải, trong đó có xử lý dư lượng kháng sinh. Tuy nhiên, nanosilica thường có bề mặt
mang điện âm, tỉ trọng điện tích bề mặt nhỏ nên khả năng để xử lý các chất gây ô nhiễm
không cao. Để nâng cao hiệu suất xử lý, một số nhà nghiên cứu đã đưa ra phương pháp
biến tính bề mặt vật liệu nanosilica.
Axit amin có tầm quan trọng lớn trong nhiều lĩnh vực, bao gồm sản xuất các hợp
chất dược phẩm và hóa chất nơng nghiệp và cảm biến y sinh [35, 50]. Nhiều nghiên cứu

1


đã được thực hiện để nghiên cứu sự hấp phụ của các axit amin trên các vật liệu khác nhau
như khống chất [21, 55], zeolite [29, 49], than hoạt tính [50] và chất hấp phụ polymer
[19]. Nghiên cứu về sự hấp phụ axit amin khơng chỉ có thể góp phần hiểu rõ hơn về sự hấp
phụ protein trên các vật liệu mà còn cung cấp sự phân tách hoặc tinh chế axit amin. Với
mục đích này, axit amin L-Tryptophane đã được lựa chọn để nghiên cứu hấp phụ trên vật
liệu nanosilica tổng hợp.
Các nghiên cứu về hấp phụ xử lý kháng sinh sử dụng vật liệu nanosilica biến tính
bằng polyme mang điện đã được nghiên cứu một cách hệ thống tuy nhiên hấp phụ biến
tính nanosilica bằng protein hay axit amin ứng dụng xử lý kháng sinh chưa được công bố
trong nước và quốc tế. Một nghiên cứu hệ thống về hấp phụ protein tách chiết từ hạt Chùm
ngây trên nanosilica có thể làm tiền đề để ứng dụng để xử lý dư lượng kháng sinh trong
môi trường nước. Để phân tích đặc tính hấp phụ của protein và axit amin việc sử dụng các
phương pháp phân tích là đặc biệt quan trọng. Các phương pháp quang phổ hiện đại phù
hợp mục tiêu đánh giá đặc tính bề mặt của protein và axit amin trên vật liệu nanosilica.
Trên cơ sở đó, đề tài trong nghiên cứu này tập trung: “Phân tích đặc tính protein và
axit amin trên bề mặt vật liệu nanosilica bằng các phương pháp quang phổ hiện đại”.

2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1.

Giới thiệu cây Chùm ngây

1.1.1. Đặc điểm thực vật và phân bố
1.1.1.1.

Tên gọi

Cây Chùm ngây có tên khoa học là Moringa oleifera Lam. hay M. Pterygosperma,
thuộc họ Chùm ngây Moringaceae. Ngoài ra trong tiếng Anh, cây Chùm ngây cịn có nhiều
tên gọi khác như là cây thần diệu (Miracle tree), cây Kỳ Quan (Wonder tree), cây Vạn
Năng (Multipurpose tree), cây Độ sinh (Tree of life, theo quan điểm nhà Phật), cây cải
ngựa (Horseradish tree, do rễ non của cây có vị của cải ngựa, mù tạt), cây dùi trống
(Drumstick tree, do thân/quả cây giống dùi trống), cây dầu bel (Bel-oil tree, do dầu ép từ
hạt cây được bán với tên gọi bel-oil) [1].
1.1.1.2.

Đặc điểm thực vật

Cây Chùm ngây thuộc loại cây tiểu mọc, sống ở môi trường khơ ráo, khơng thích
nghi với mơi trường úng nước. Chùm ngây là cây thân gỗ nhỏ, cao 5 – 6 m có thể đến 10
m, phân cành nhiều. Lá kép 3 lần dạng lông chim, dài 30 – 60 cm. Hoa màu trắng kem, có
cuống, mọc thành chùy ở nách lá, hình dạng giống hoa đậu, có lơng, nhiều mật. Quả nang
treo, dài 25 – 40 cm, ngang 2 – 3 cm, có 3 cạnh, chỗ có hạt hơi gồ lên, dọc theo quả có khía
rãnh. Hạt màu đen, trịn, có 3 cạnh, lớn cỡ hạt đậu Hà Lan, có cánh mỏng bao quanh [2].

Hình 1.1. Các bộ phận của cây Chùm ngây

3


1.1.1.3.

Phân bố sinh thái

Cây Chùm ngây có nguồn gốc ở vùng sơn cước Hi Mã Lạp Sơn ở Tây Bắc Ấn Độ
nhưng ngày nay được trồng rộng rãi ở Châu Phi, Trung Mỹ, Nam Mỹ và Đông Nam Á
(Campuchia, Malaysia, Indonesia). Ở Việt Nam, Chùm ngây là loài duy nhất của chi Chùm
ngây được phát hiện mọc hoang từ lâu đời tại nhiều nơi như Thanh Hóa, Hà Tĩnh, Ninh
Thuận, Bình Thuận, vùng Bảy Núi ở An Giang, đảo Phú Quốc. Tuy vậy trước đây cây ít
được biết đến, có nơi trồng chỉ để làm hàng rào. Chỉ trong vài chục năm trở lại đây khi hạt
cây từ nước ngoài được mang về Việt Nam, được trồng có chủ định và qua nghiên cứu
người ta thấy cây có nhiều tác dụng đặc biệt nên tưởng là cây mới du nhập. Với nhiều tác
dụng đặc biệt nên hiện nay, ở Việt Nam, cây Chùm ngây đã được trồng rất nhiều với quy
mơ lớn.
1.1.2. Cơng dụng của cây Chùm ngây
1.1.2.1.

Thành phần hóa học của cây Chùm ngây

Lá Chùm ngây chứa các hợp chất loại flanonoids và phenolic như kaempferol 3-Oalpha-rhamnoside, kaempferol, syringic acid, gallic acid, rutin, quercetin 3-O-betaglucoside. Ngoài ra, các flavonol glycosides được xác định đều thuộc nhóm kaempferide
nối kết với các rhamnoside hay glucoside cũng được tìm thấy trong lá Chùm ngây.
Rễ Chùm ngây chứa Glucosinolates như 4-(alpha-L-rhamnosyloxy)benzyl
glucosinolate (khoảng 1%) sau khi chịu tác động của myrosinase, sẽ cho 4-(alpha-Lrhamnosyloxy) benzyl isothiocyanate. Glucotropaeolin (chừng 0.05%) sẽ cho
benzylisothiocyanate.
Hạt Chùm ngây chứa Glucosinolates (như trong rễ) có thể lên đến 9% sau khi hạt
đã được khử chất béo. Các acid loại phenol carboxylic như 1-beta-D-glucosyl-2,6-dimethyl
benzoate. Dầu béo (20-50%) trong hạt Chùm ngây chứa phần chính gồm các acid béo như

oleic acid (60-70%), palmitic acid (3-12%), stearic acid (3-12%) và các acid béo khác như
behenic acid, eicosanoic và lignoceric acid.
Một vài số liệu so sánh chất dinh dưỡng ở lá Chùm ngây:
- Vitamin C gấp 7 lần nhiều hơn trái Cam

4


- Vitamin A gấp 4 lần nhiều hơn Cà-rốt
- Calcium gấp 4 lần nhiều hơn sữa
- Chất sắt gấp 3 lần so với cải bó xơi
- Chất đạm (protein) gấp 2 lần nhiều hơn sữa chua.
1.1.2.2.

Công dụng

Cây Chùm ngây là một loài thực vật được trồng và thu hoạch như một loại rau sạch
và là cây thuốc có giá trị.
Các bộ phận dùng làm rau gồm:
- Đọt và lá non: Được dùng làm rau phổ biến ở Việt Nam, Cam-pu-chia, Phi-líppin, Nam Ấn Độ, Sri Lanka và Châu Phi.
- Búp hoa: Được làm rau xào hoặc nấu như đậu Hà Lan.
- Hoa: Có thể ăn được khi nấu chín và có mùi như nấm.
- Quả và hạt non: Được gọi là "đùi", được dùng làm ra phổ biến ở Châu Á và Châu
Phi. Trong vỏ hạt rất giàu vitamin C và vitamin B và các khoáng chất. Quả và hạt non ăn
như Đậu Hà Lan.
- Hoa, lá và cành non, trái non đều luộc ăn được, lại có kích thích tiêu hóa và có tính
kháng sinh (nhờ chất lacton: ptyrigospermin).
Theo Y học cổ truyền nước ngồi thì các bộ phận của cây như lá, rễ, hạt, vỏ cây,
quả và hoa có những hoạt tính như kích thích hoạt động của tim và hệ tuần hồn, hoạt tính
chống u-bướu, hạ nhiệt, chống kinh phong, chống sưng viêm, trị ung loét, chống co giật,

lợi tiểu, hạ huyết áp, hạ cholesterol, chống oxy-hóa, trị tiểu đường, bảo vệ gan, kháng sinh
và chống nấm. Cây đã được dùng để trị nhiều bệnh trong Y học dân gian tại nhiều nước
trong vùng Nam Á.
Theo Y học cổ truyền Việt Nam thì cành lá cây Chùm ngây luộc ăn hay sắc uống
kích thích tiêu hóa, kiện vị, trị tiêu chảy, kiết lỵ, viêm phổi. Rễ Chùm ngây sắc uống, có
tác dụng kiện vị; giã đắp làm sung huyết (tụ máu) thay cải Mù tạc trị thấp khớp. Rễ cây
Chùm ngây được cho là có tính kích thích, giúp lưu thơng máu huyết, làm dễ tiêu hóa, tác
5


dụng trên hệ thần kinh, làm dịu đau. Hoa có tính kích dục. Hạt làm giảm đau. Nhựa
(gomme) từ thân có tác dụng làm giảm đau.
Nghiên cứu tại ĐH Baroda, Kalabhavan, Gujarat (Ấn Độ) về hoạt tính trên các thơng
số lipid của quả Chùm Ngây, thử trên thỏ, ghi nhận: Thỏ cho ăn Chùm ngây (200mg/kg
mỗi ngày) hay uống lovastatin (6mg/kg/ ngày) trộn trong một hỗn hợp thực phẩm có tính
cách tạo cholesterol cao, thử nghiệm kéo dài 120 ngày. Kết quả cho thấy Chùm ngây và
Lovastatin có tác dụng gây hạ cholesterol, phospholipid, triglyceride, VLDL (Very Low
Density Lipoprotein - Lipoprotein mật độ rất thấp), LDL (Low Density Lipoprotein Lipoprotein mật độ thấp) hạ tỷ số cholesterol/ phospholipid trong máu so với thỏ trong
nhóm đối chứng. Khi cho thỏ bình thường dùng Chùm ngây hay Lovastatin: mức HDL
(High Density Lipoprotein) lại giảm hạ nhưng nếu thỏ bị cao cholesterol thì mức HDL lại
gia tăng [9].
Bharali cùng cộng sự (2003) đã nghiên cứu dịch chiết hạt Chùm ngây cho thấy
khả năng chuyển hóa enzyme chống ung thư gan, chống oxy hóa và chống ung thư da
ở chuột [9].
Stussi và cộng sự (2002) đã nghiên cứu và đạt được kết quả là hạt Chùm ngây có
chứa protein chuyên dụng cho da và tóc. Dầu của hạt cịn được ứng dụng trong cơng nghiệp
mỹ phẩm. Hạt Chùm ngây chứa các peptide có khả năng chống lại sự lão hóa. Dịch chiết
từ hạt Chùm ngây cịn có tác dụng tốt đối với tóc và được ứng dụng rộng rãi để sản xuất
dầu gội đầu [9].
Ping – Hsien Chuang và cộng sự (2008) đã thử nghiệm hoạt tính kháng nấm trên

dịch chiết EtOH và tinh dầu của lá và hạt Chùm ngây. Kết quả cho thấy chúng có hoạt tính
diệt được nấm gây bệnh loại Trichophyton rubrum, Trichophyton mentagophytes,
Epidermophyton floccosum và Microsporum canis [15].
1.2.

Các nghiên cứu về hạt Chùm ngây
Hạt Chùm ngây tuy nhỏ bé, kích thước chỉ như hạt đậu phộng, nhưng có hàm lượng

dưỡng chất rất lớn. Hạt cây Chùm ngây chứa một lượng lớn protein có khối lượng phân tử
là 6 – 13kDa.

6


1.2.1. Các nghiên cứu trong nước
Trong nước, một số nhóm nghiên cứu sử dụng hạt Chùm ngây thành vật liệu xử lý
nước. Tác giả Võ Thị Hồng và cộng sự đã nghiên cứu đánh giá hiệu quả làm trong nước
của hạt cây Chùm ngây bằng một loạt thực nghiệm thực hiện bằng bình chứa trên các mẫu
nước đục nhân tạo và tự nhiên. Kết quả nghiên cứu cho thấy hạt cây Chùm ngây trồng và
thu hái ở Việt Nam có khả năng làm giảm khoảng 80% độ đục của nước nhân tạo, ngay
cả khi độ đục ban đầu chỉ là 50 NTU. Khi sử dụng hạt Chùm ngây để thực hiện q trình
keo tụ với nước sơng, hiệu quả giảm độ đục đạt được khoảng 50% đối với nước có độ đục
trung bình (44 NTU) nhưng lên tới 76% với nước có đục cao (170 NTU) [5].
1.2.2. Các nghiên cứu ngồi nước
Hạt Chùm ngây có tính chất keo tụ. Để nghiên cứu tính chất keo tụ của hạt Chùm
ngây nhiều nhà khoa học đã sử dụng phương pháp phản xạ Neutron (Neutron Reflection).
Phương pháp phản xạ neutron cho phép xác định cấu trúc và thành phần của các lớp giao
thoa tại bề mặt phân cách pha rắn - lỏng. Các neutron bị phân tán bởi các hạt nhân và chỉ
số khúc xạ neutron không chỉ phụ thuộc vào số lượng hạt nhân mà còn về cách chúng phân
tán mạnh mẽ. Hơn nữa, vì tia X và neutron có bước sóng ngắn, nó có độ phân giải cỡ

nanomet, khi chiếu vào khơng bị phá hủy và nó có thể được áp dụng cho các giao diện bị
chôn vùi, những thứ không dễ tiếp cận với các kỹ thuật khác. Ngoài ra, nó cung cấp lợi thế
mà sự thay thế đẳng hướng có thể được sử dụng để đạt được độ tương phản lớn trong mật
độ chiều dài tán xạ. Phản xạ Neutron hiện đang được sử dụng cho các nghiên cứu hóa học
bề mặt (chất hoạt động bề mặt, polyme, lipit, protein và hỗn hợp hấp phụ ở dạng lỏng /
lỏng và giao diện rắn / lỏng), từ tính bề mặt (ultrathin Màng Fe, từ tính đa lớp, chất siêu
dẫn) và phim rắn (phim Langmuir- Blodgett, phim rắn mỏng, đa lớp, màng polyme) [16].
Một số hạt vật liệu đã được sử dụng nghiên cứu keo tụ trong sự có mặt của protein
Chùm ngây như các hạt vàng, silica và polystyren latex. Các hạt này đã được chứng minh
có đường cong tán xạ tương đồng nhau.
Habauka M. Kwaambwa và các cộng sự (2010) đã nghiên cứu sự hấp phụ của
protein tách chiết từ hạt Chùm ngây trên silica để làm sáng tỏ cơ chế hoạt động của protein
như một chất kết tụ. Nghiên cứu sử dụng phản xạ Neutron để xác định cấu trúc và thành
7


phần của các lớp hấp phụ trên bề mặt tiếp xúc protein/silica. Các lớp hấp phụ protein trên
silica đã được xác định chứa khoảng 5,5 mg/m2 với nồng độ protein trên 0,025%. Các lớp
protein hấp phụ đa lớp cho thấy tương tác giữa các phân tử protein khá mạnh. Sự hấp phụ
mạnh của protein kết hợp với xu hướng liên kết của protein đặc tính như một chất keo tụ
của protein trong hạt Chùm ngây [32].
Maja S. Hellsing cùng các cộng sự (2014) đã nghiên cứu về sự keo tụ của protein
được tách chiết từ hạt Chùm ngây như là một chất kết dính hiệu quả cho các hạt phân tán
trong nước, hấp dẫn như một sản phẩm tự nhiên và bền vững để sử dụng trong lọc nước.
Nghiên cứu sử dụng phương pháp phản xạ Neutron với một mô hình hệ thống gồm các hạt
polystyren latex và tán xạ neutron góc siêu nhỏ để xác định sự hấp phụ lên bề mặt của
protein và hiện tượng keo tụ. Tán xạ neutron góc siêu nhỏ khai thác sự tương phản của các
hạt polystyren latex phân tán trong D2O để làm nổi bật liên kết protein đã cho thấy lượng
protein hấp phụ đạt khoảng 3 mg/m2 [20].
M. Pritchard và các cộng sự (2010) đã nghiên cứu so sánh hiệu suất xử lý nước của

bột hạt Chùm ngây với muối nhôm Al2(SO4)3 và muối sắt Fe2(SO4)3. Một loạt các thử
nghiệm bình chứa được thực hiện bằng cách sử dụng nước tự tạo, các nguồn nước thực
khác nhau và nước chứa hỗn hợp của cả hai loại nước này. Kết quả cho thấy bột hạt Chùm
ngây đã loại bỏ 84% độ đục và 88% E. coli, trong khi muối nhôm loại bỏ lớn hơn hơn 99%
độ đục và E. coli. Bể chứa nước với lượng màu cao và số lượng E. coli là 104 cfu/100 ml
và độ đục (160 NTU) được tạo ra một cách nhân tạo bởi cao lanh. Trong điều kiện nước
này, bột hạt Chùm ngây đã loại bỏ được 83% màu sắc, 97% độ đục và giảm lượng E. Coli
66%. Các giá trị loại bỏ tương ứng đối với muối nhôm là 88% màu, 99% độ đục và 89%
E. coli và đối với muối sắt là 93% màu, độ đục 98% và 86% E. coli. Mặc dù không hiệu
quả bằng muối nhôm hoặc muối sắt, nhưng bột hạt Chùm ngây cho thấy khả năng xử lý
nước đục khá tốt đủ để khuyến khích sử dụng nó ở các quốc gia đang phát triển [42].
Kowanga và nhóm nghiên cứu (2016) đã nghiên cứu về sự hấp phụ kim loại nặng
bằng bột hạt Chùm ngây. Trong nghiên cứu này, bột hạt Chùm ngây đã được sử dụng như
một chất hấp phụ tiềm năng để loại bỏ Cu (II) và Pb (II) khỏi dung dịch nước. Điều kiện
hấp phụ tối ưu thu được bao gồm pH cho sự hấp phụ của Cu (II) là 6,5 trong khi đó Pb (II)
là 5,5. Thời gian hấp phụ với Cu (II) là 30 phút và Pb (II) là 40 phút. Phân tích phổ hồng
8


ngoại FT-IR cho thấy sinh khối hạt Chùm ngây đã loại dầu có sự hiện diện của amino axit,
carboxyl, các nhóm hydroxyl và carbonyl, các nhóm này chịu tạo với Cu (II) và Pb (II) từ
đó có thể loại bỏ ra khỏi dung dịch nước [28].
Soumia Boulaadjoul và các cộng sự (2018) đã nghiên cứu bột hạt Chùm ngây hoạt
tính như một chất keo tụ thân thiện với môi trường trong tăng cường xử lý nước thải nhà
máy giấy. Hiệu suất của bột hạt Chùm ngây làm giảm độ đục và giảm chỉ số COD đã được
nghiên cứu và so sánh với muối nhôm sunfat. Kết quả thu được cho thấy hiệu quả loại bỏ
độ đục đạt 96,02% khi sử dụng 150 mg/L bột hạt Chùm ngây, trong khi tỉ lệ giảm độ đục
tối đa là 99,53% thu được với lượng muối nhơm 300 mg/L. Ngồi ra, mức giảm COD tối
đa là 97,28% và 93,31%. đã thu được khi sử dụng 150 mg/L của hạt Chùm ngây, và lượng
muối nhôm 300 mg / L . Nghiên cứu đã chứng tỏ bột hạt Chùm ngây là một vật liệu thích

hợp và thay thế chất keo tụ truyền thống trong xử lý nước hướng tới tiêu chí an tồn cho
sức khỏe con người [13].
1.3.

Giới thiệu về axit amin L-Tryptophan
Tryptophan là một axit amin thiết yếu được hình thành từ protein trong quá trình

hoạt động của các enzyme thủy phân. Tryptophan chỉ được hấp thu thông qua thực phẩm
trong khi cơ thể không thể tự tổng hợp được.
Tryptophan rất cần thiết cho việc sản xuất vitamin B3, vitamin B6 biotin, vitamin C
và kẽm để tạo thành các enzym cần thiết cho các phản ứng chuyển đổi trong cơ thể.
Tryptophan tăng cường thư giãn và giấc ngủ, giúp làm dịu thần kinh và lo lắng và làm giảm
cảm giác thèm ăn. Tryptophan giúp kiểm sốt hoạt động thối hóa ở trẻ em, làm giảm căng
thẳng và tăng cường hormone tăng trưởng cần thiết để sản xuất vitamin B6. Tryptophan là
một axit amin có ở hầu hết các loại thực phẩm socola, yến mạch, sữa, sữa chua, phô mai,
trứng, cá, thịt gia cầm, thịt, vừng, đậu xanh, bánh hướng dương, hạt bí ngơ, đậu phộng..
Tryptophan - axit amin chiral là một trong những phân tử sinh học quan trọng nhất
bởi vì sự liên quan của chúng trong tự nhiên và sự phong phú hóa học của chúng. Các axit
amin chiral có hai đồng phân quang học (khơng thay thế hình ảnh phản chiếu), được gọi là
D / L (theo cấu hình), R / S (theo cấu hình) và ± (bằng hoạt động quang học). Trong tự
nhiên, axit amin đa phần ở dạng L có vai trị quan trọng trong ngành cơng nghiệp thực
9


phẩm và dược phẩm. Cấu trúc (L)-Tryptophan được mô tả ở hình 1.2.

Hình 1.2. Cấu trúc (L)-Tryptophan
1.4.

Giới thiệu vật liệu nanosilica

Silica là tên thường gọi của silic đioxit (SiO2), có cấu trúc mạng lưới không gian đa

chiều, mỗi nguyên tử silic nằm trong tâm tứ diện tạo bởi các đỉnh chứa nguyên tử oxi. Nếu
các tứ diện này được sắp xếp đều đặn và có trật tự sẽ thu được silica tinh thể, ngồi ra cịn
có cấu trúc vơ định hình. Phân tử này ln ln tồn tại ở phân tử lớn mà không ở dạng đơn
lẻ.
Cách ghép các tứ diện trong cấu trúc của SiO2 được mô tả ở hình 1.3.

Hình 1.3. Cấu trúc ghép tứ diện SiO2
Trong điều kiện áp suất thường, silica tinh thể có 3 dạng thù hình chính (thạch anh,
tridimit và cristobalit). Mỗi dạng thù hình lại có 2 đến 3 dạng thứ cấp: α và β. Ba dạng thù
hình của silica có cách sắp xếp khác nhau tại các nhóm tứ diện SiO4 ở trong tinh thể. Ở
thạch anh α, góc liên kết Si-O-Si bằng 1500, ở tridimit và cristobalit bằng 1800. Trong thạch
anh, nhóm tứ diện SiO4 có nguyên tử Si nằm trên một đường xoắn ốc, tương ứng tại 2 dạng
α và β. Để chuyển từ thạch anh sang cristobalit cần chuyển góc Si-O-Si thành 1800, để
10


chuyển α-tridimit còn phải xoay tứ diện quanh trục đối xứng góc 1800.
Hiện nay, vật liệu silica điều chế được gồm 2 loại:
-

Loại có diện tích bề mặt lớn, cấu trúc xốp. Vật liệu này được ứng dụng rộng rãi trong
cơng nghệ và kĩ thuật.

-

Loại có diện tích bề mặt khơng lớn, khơng xốp, tỉ trọng điện tích nhỏ, cần được biến
tính bề mặt để tăng khả năng hấp phụ xử lý mơi trường.
Tại Việt Nam, đã có một vài nghiên cứu tổng hợp vật liệu silica hấp phụ các ion vô

cơ trong nước và xử lý nguồn nước thải. Tác giả Bùi Thị Hà đã nghiên cứu tổng hợp vật
liệu silica chế tạo từ vỏ trấu để hấp phụ Pb2+ trong môi trường nước đạt dung lượng hấp
phụ cực đại đạt 79,38 mg/g [3].
Nghiên cứu sử dụng vật liệu silica chế tạo từ vỏ trấu và được biến tính để hấp phụ
xử lý chất gây ô nhiễm hữu cơ là một hướng mới và đầy triển vọng phát triển.
1.5.

Ứng dụng của nanosilica
Nanosilica là loại vật liệu nano có tiềm năng ứng dụng cao do có ưu điểm: tỷ trọng

thấp, bền nhiệt, cơ học và trơ hóa học. Nhờ các ưu điểm này nên nanosilica được ứng dụng
rộng rãi trong y học, kỹ thuật và công nghệ môi trường.
1.5.1. Ứng dụng trong y học
Trong số các vật liệu vận chuyển thuốc khác nhau, nanosilica đã được tìm thấy có
ý nghĩa đối với vận tải và phát hành bền vững của thuốc. Nhiều hệ thống phân phối thuốc
như micelles, liposome và hạt nano polymer đã được thiết kế để giao thuốc đến các cơ quan
cụ thể. Tuy nhiên những vật liệu này lại gặp những hạn chế như độ ổn định nhiệt và bị loại
bỏ nhanh chóng bởi hệ thống miễn dịch. Ngược lại, nanosilica cung cấp một sự thay thế
tương thích sinh học ổn định. Các phân tử hoạt tính sinh học có thể dễ dàng gói gọn trong
nanosilica. Trong số các quy trình tổng hợp khác nhau, phương pháp sol - gel cho phép sản
xuất hạt nanosilica với thuốc đồng nhất phân phối và cho phép xử lý nhiệt độ môi trường
cần thiết để xử lý sinh phẩm, trong đó kiểm sốt kích thước độc lập và tỷ lệ phát hành thuốc
có thể dễ dàng đạt được.
Nampi P.P cùng các cộng sự đã nghiên cứu sự kết hợp của kháng sinh gentamicin
11


với nanosilica tạo một ma trận với nhiều số lượng nanosilica khác nhau, sử dụng phương
pháp sol – gel. Sự kết hợp của kháng sinh gentamicin vào ma trận silica đã được chứng

minh bằng phổ hồng ngoại FT-IR. Số lượng thuốc được phát hành cao hơn so với nhiều
vật liệu gốm hoạt tính sinh học khác và nồng độ thuốc trên mức nồng độ ức chế tối thiểu
(MIC) luôn được duy trì [36].
1.5.2. Ứng dụng trong kỹ thuật
So với các hạt nano khác, nanosilica có ưu điểm là dễ phân tán hơn trong các
polyme. Với những tính chất bề mặt đặc trưng hạt nanosilica đã được rất nhiều nhà khoa
học nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocompozit. Các lớp phủ nanocompozit trên cơ sở
acrylat/nanosilica cũng được ứng dụng rộng rãi cho các lớp ngoài cùng của vỏ máy, các
loại ván trượt. Nhờ khả năng chịu mài mòn cao và giữ được nguyên vẹn tính trong suốt và
bền với thời tiết của màng. Nanosilica biến tính bề mặt được sử dụng trong lớp phủ acrylat
nanocompozit đã làm tăng khả năng chống cào xước và chịu mài mòn của lớp phủ. Lớp
phủ này được sử dụng trên nhiều loại bề mặt như màng polyme, giấy, kim loại, gỗ…M.
Rostami và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của nano silica đã được silan hóa tới tính
chất của lớp phủ polyuretan. Kết quả nghiên cứu cho thấy sự phân tán của nanosilica phụ
thuộc vào lượng silan gắn trên bề mặt silica và sự có mặt của nhóm chức amin trên hạt
silica đã tăng tính chất cơ học của lớp phủ [46].
Với đặc tính có độ cứng cao, bền nhiệt, chống cào xước, phân tán tốt, xốp, dễ hấp
phụ nên hạt nano silica được sử dụng để mang các chất ức chế ăn mòn. A. H. Jafari và cộng
sự đã nghiên cứu khả năng bảo vệ đồng của nano silica mang ức chế ăn mòn. Các lỗ rỗng
nano có thể chứa chất ức chế ăn mịn benzotriazol và ức chế ăn mịn có thể được giải phóng
trong dung dịch với sự kiểm sốt [26].
Việc sử dụng hạt nanosilica nhằm tăng cường các tính năng cho lớp phủ hữu cơ
ngày càng rộng rãi do nano silica không làm ảnh hưởng tới cấu trúc màng. Zahra Ranjbar
cùng cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của các loại nano silica mang các chất hoạt động
bề mặt khác nhau lên tính chất cơ học của màng phủ cho ơ tơ. Ngồi tính năng chống ăn
mịn, lớp sơn ơ tơ vẫn giữ được được độ bóng và màu sắc sau nhiều năm sử dụng. Khi hạt
nanosilica được ứng dụng vào màng phủ, các tính chất cơ lý như modun đàn hồi, độ cứng

12

của màng tăng cao [44,45].
Fatemeh Dolatzadeh và đồng nghiệp cũng nghiên cứu ảnh hưởng của nano silica
biến tính đến tính chất của lớp phủ nano SiO2/polyuretan. Kết quả cho thấy, các hạt nano
SiO2 biến tính với silan hữu cơ có thể được phân tán tốt trong nền polyuretan làm tăng khả
năng bảo vệ chống ăn mòn [17].
1.5.3. Ứng dụng trong cơng nghệ mơi trường
Một số nhóm nghiên cứu trong nước và ngoài nước đã sử dụng vật liệu nanosilica
để xử lý các chất gây ô nhiễm môi trường nước.
Rahele Rostamian và các cộng sự đã nghiên cứu tổng hợp thiol-nanosilica từ
nanosilica và 3-mercaptopropyltrimethoxysilane. Sau đó sử dụng vật liệu tổng hợp thiolnanosilica để hấp phụ các kim loại nặng Hg2+, Pb2+ và Cd2+. Bằng các phương pháp kính
hiển vi điện tử quét SEM, nhiễu xạ Rơnghen XRD, hấp phụ N2 và phổ hồng ngoại FT-IR
đã được sử dụng để mô tả cấu trúc của hạt nano trước và sau khi thiol hóa. Hiệu quả hấp
phụ phụ thuộc vào nồng độ ban đầu của kim loại nặng và thời gian tương tác đã được
nghiên cứu. Động học hấp phụ theo phương trình giả bậc hai và các đường đẳng nhiệt Sip
và Redlich - Peterson đã được áp dụng cho các dữ liệu cân bằng hấp phụ. Các nghiên cứu
cho thấy thiol-nanosilica có thể được sử dụng để loại bỏ có chọn lọc các ion trong nước,
chọn lọc cao với Hg (II) hơn Pb (II) và Cd (II) [47].
Nhóm nghiên cứu của TS. Phạm Tiến Đức cũng đã sử dụng nanosilica biến tính
bằng polyelectrolyte polydallyldimethylammonium clorua (PDADMAC) để xử lý kháng
sinh amoxicillin (AMX) trong môi trường nước. Nanosilica được nghiên cứu bằng các
phương pháp nhiễu xạ tia X, phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) và kính hiển vi điện
tử quét (SEM). Cơ chế hấp phụ của PDADMAC trên SiO2 được thảo luận trên cơ sở thay
đổi điện tích bề mặt, đánh giá bằng thế zeta , thay đổi nhóm chức bề mặt bằng phổ hồng
ngoại biến đổi Fourier (FTIR). Các điều kiện thí nghiệm như thời gian tiếp xúc, pH và dung
lượng vật liệu hấp phụ để loại bỏ AMX sử dụng nanosilica biến tính với PDADMAC được
tối ưu hóa một cách có hệ thống và được tìm thấy là 180 phút, pH 10 và lượng vật liệu 10
mg/mL. Hiệu quả loại bỏ AMX bằng nanosilica biến tính PDADMAC đạt 92,3% trong
điều kiện hấp phụ tối ưu [39].
13

Tuy nhiên, sử dụng axit amin và protein tách chiết từ hạt Chùm ngây để biến tính
bề mặt nanosilica để hấp phụ xử lý kháng sinh và thuốc nhuộm trong mơi trường nước thì
chưa được nghiên cứu hệ thống và công bố trong nước và quốc tế.
1.6.

Lý thuyết về phương pháp hấp phụ

1.6.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ
1.6.1.1.

Bản chất của quá trình hấp phụ

Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách giữa hai pha (rắn – lỏng, rắn – khí).
Chất có bề mặt trên đó xảy ra sự hấp phụ gọi là chất hấp phụ, chất được tích lũy trên bề
mặt gọi là chất bị hấp phụ. Sự giải hấp là quá trình ngược với hấp phụ khi chất đi ra khỏi
bề mặt [6].
1.6.1.2.

Phân loại

Tùy theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, người ta
chia hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý.
- Hấp phụ hóa học: tạo thành lực liên kết hóa học giữa bề mặt chất hấp phụ
với bề mặt của chất bị hấp phụ. Liên kết này rất bền, khó bị phá vỡ.
- Hấp phụ vật lý: Được gây ra bởi lực Van Der Walls giữa các phân tử chất
hấp phụ và chất bị hấp phụ. Liên kết này yếu, dễ bị phá vỡ.
Hấp phụ hóa học được coi là trung gian giữa hấp phụ vật lý và phản ứng hóa học. Để
phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học người ta đưa ra một số tiêu chuẩn được trình

bày trong Bảng 1.1.

14


Bảng 1.1. Bảng so sánh hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học
Yếu tố

Hấp phụ vật lý

Hấp phụ hóa học

Hấp phụ đơn lớp hoặc đa lớp

Chỉ hấp phụ đa lớp

Nhiệt hấp phụ

Lượng nhiệt tỏa ra từ 2-6 kcal/mol

Lớn hơn 22 kcal/mol

Tốc độ hấp phụ

Xảy ra nhanh

Xảy ra chậm

Lượng chất hấp phụ

Tính đặc thù

Ít

Phụ thuộc vào bản chất hóa học bề mặt
Đ

Địi hỏi phải có ái lực
hóa học

Tính thuận nghịch
L Là hấp phụ thuận nghịch, hay trạng
Tính Thuận nghịch của hấp phụ
thái cân bằng là cân bằng động

hóa học phụ thuộc vào
đặc tính của liên kết hấp
phụ, có thể thuận nghịch,
có thể bất thuận nghịch

1.6.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ
Ảnh hưởng của pH: pH của dung dịch có vai trị đặc biệt quan trọng đối với hấp phụ
các chất hay hợp chất mang điện, vì pH có ảnh hưởng trực tiếp đến điện tích bề mặt của
vật liệu hấp phụ cũng như trạng thái mang điện của chất bị hấp phụ.
Ảnh hưởng của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ: Thông thường các chất phân cực
dễ bị hấp phụ trên bề mặt phân cực, và các chất không phân cực dễ bị hấp phụ trên bề mặt
khơng phân cực. Ngồi ra, độ xốp của chất hấp phụ cũng ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ
của vật liệu. Khi giảm kích thước mao quản trong chất hấp phụ xốp thì khả năng hấp phụ
từ dung dịch thường tăng lên nhưng chỉ khi kích thước mao quản không cản trở sự đi vào
của chất hấp phụ. Dung lượng hấp phụ cũng phụ thuộc vào diện tích bề mặt riêng của vật

liệu hấp phụ. Diện tích bề mặt riêng càng lớn thì khả năng tiếp xúc giữa chất bị hấp phụ và
chất hấp phụ càng lớn, do đó khả năng hấp phụ càng tăng. Ngồi ra, đối với hấp phụ các
hợp chất mang điện, điện tích tỉ trọng điện tích bề mặt đóng vai trị quan trọng trong quá
trình hấp phụ.

15