đồ án tốt nghiệp nghiên cứu khả năng hấp phụ vi khuẩn e coli bằng bentonite biến tính

Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 1 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA -VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM







LÊ HỮU NGHĨA

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ VI KHUẨN
E.COLI BẰNG BENTONITE BIẾN TÍNH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Ngành CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM









Người hướng dẫn: ThS ĐẶNG XUÂN DỰ

TP. Vũng Tàu, tháng 7 năm 2011

Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 2 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

LỜI CẢM ƠN
Với sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin chân thành cảm ơn sự hướng
dẫn tận tình của thầy Đặng Xuân Dự, khoa Hóa học và Công nghệ Thực phẩm.
Trong suốt thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp, mặc dù rất bận rộn trong
công việc nhưng thầy vẫn dành rất nhiều thời gian và tâm huyết trong việc hướng
dẫn em. Thầy đã cung cấp cho em rất nhiều kiến thức về lĩnh vực mới khi em bắt
đầu thực hiện khóa luận. Trong quá trình thực hiện thầy luôn định hướng, góp ý và
sửa chữa cho khóa luận đạt nội dung tốt nhất. Cho đến hôm nay khóa luận tốt
nghiệp đã hoàn thành cũng chính là nhờ sự nhắc nhở, đôn đốc, sự giúp đỡ nhiệt tình
của thầy.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Hóa học và Công nghệ
thực phẩm, cũng như các thầy cô trong trường đã giảng dạy, giúp đỡ em trong suốt
4 năm học qua. Chính các thầy cô đã xây dựng cho em những kiến thức nền tảng và
chuyên môn để em có thể hoàn thành khóa luận cũng như công việc sau này.
Em cũng xin cảm ơn thầy quản lý phòng thí nghiệm và các bạn lớp DH07TP
đã nhiệt tình giúp đỡ em trong quá trình thí nghiệm.
Vì trình độ hiểu biết có hạn nên khoá luận không thể không tránh khỏi những
sai sót. Kính mong quý thầy cô thông cảm và đóng góp ý kiến để khoá luận được tốt
hơn.
Một lần nữa em xin trân trọng cảm ơn.
Vũng Tàu, ngày tháng năm
Sinh viên thực hiện

LÊ HỮU NGHĨA







Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 3 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

TÓM LƯỢC
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính bentonite Di Linh (đánh giá
bằng khả năng hấp phụ vi khuẩn E.coli ) đã được khảo sát. Bentonite được
biến tính bởi các tác nhân axit (HNO
3
, HCl), kiềm (NaOH) và nhiệt độ, khả
năng hấp phụ tốt nhất khi biến tính tại điều kiện: nồng độ HCl là 5%, nhiệt độ
là 60
0
C, tỉ lệ rắn : lỏng là 1:3.
Nghiên cứu 2 yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ vi khuẩn E.coli.
Hiệu suất cao nhất đạt được khi thực hiện tại điều kiện: thời gian hấp phụ là 1
giờ, nồng độ bentonite-HCl 5% là 0,05g/ml dung dịch.
ABSTRACT
In the present paper, the adsorption of Di Linh bentonite modified by
dilute HCl solution was investigated. The phase of modified bentonite was
characterized by X-ray diffraction (XRD). The adsorption of modified
bentonite was estimated by the removal of E. coli bacteria in aqueous solution.

The results show that the bentionite which was modified by the HCl solution of
5% with mass ratio of solid to liquid around 1/3 at temperature of 60
o
C was
favorite for the removal of E. coli bacteria. The optimal parameters of the
adsorption is the adsorption time of 1 hour and the concentration of modified
bentonite of 0.05 g/mL.









Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 4 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
TÓM LƯỢC
MỤC LỤC ………
DANH SÁCH BẢNG
DANH SÁCH HÌNH
TỪ VIẾT TẮT
Chương I. GIỚI THIỆU
1.1. Đặt vấn đề
1.2 . Mục tiêu đề tài

1.3. Giới hạn nghiên cứư
1.4. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Chương II. TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về vật liệu bentonite và ứng dụng của nó
2.1.1. Giới thiệu về bentonite
2.1.2. Các ứng dụng của bentonite
2.2. Tổng quan về vi sinh vật
2.2.1. Lịch sử nghiên cứu vi sinh vật học
2.2.2. Các đặc điểm của vi sinh vật
2.2.3. Vai trò của vi sinh vật
2.2.4. Giới thiệu vi khuẩn Escherichia coli
Chương III. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. Phương pháp hóa lý nghiên cứu thành phần và cấu trúc bentonite
3.1.1.Tinh chế bentonite
3.1.2. Phương pháp phân tích thành phần các cấu tử trong bentonite
3.1.3. Phân tích cấu trúc bentonite bằng nhiễu xạ tia X (XRD)
3.1.4. Phân tích thành phần nguyên tố bằng cách đo EDX
3.1.5. Phương pháp đo điện tích bề mặt và cấu trúc lớp xốp
3.2. Phương pháp hoạt hoá bentonite
3.2.1. Hoạt hóa bằng nhiệt
Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 5 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

3.2.2. Hoạt hóa bằng kiềm
3.2.3. Hoạt hóa bằng axit vô cơ
3.2.4. Phương pháp khác
3.3. Cách tiến hành biến tính bentonite
3.3.1. Khảo sát biến tính bentonite bằng HCl

3.3.2. Khảo sát biến tính bentonite bằng HNO
3

3.3.3. Khảo sát biến tính bằng kiềm và nhiệt
3.4. Phương pháp định lượng vi sinh vật
3.4.1. Xác định trực tiếp số lượng tế bào bằng buồng đếm hồng cầu
3.4.2. Định lượng tế bào bằng phương pháp đo mật độ quang OD
610nm

3.4.3. Xác định gián tiếp số lượng tế bào bằng cách đếm số lượng các khuẩn lạc.
3.5. Phương pháp đánh giá khả năng hấp phụ vi khuẩn E.coli của bentonite
3.5.1. Khảo sát nồng độ bentonite ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ
3.5.2. Khảo sát thời gian tiếp xúc ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ
Chương IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1. Kết quả biến tính bentonite
4.2. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ
4.3. Ảnh hưởng của nồng độ bentonite đến hiệu suất hấp phụ
Chương V. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
5.1. Kết luận
5.2. Đề nghị
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC







Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 6 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 3.1. Kết quả phân tích bentonite Di Linh
Bảng 4.1. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ trên
bentonite tinh chế
Bảng 4.2. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ trên
bentonite-HCl 5%
Bảng 4.3. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ trên
bentonite-HNO
3
10%
Bảng 4.4. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ trên
bentonite-NaOH
Bảng 4.5. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ trên
bentonite-nhiệt
Bảng 4.6. Ảnh hưởng của nồng độ bentonite đến hiệu suất hấp phụ trên
bentonite tinh chế
Bảng 4.7. Ảnh hưởng của nồng độ bentonite đến hiệu suất hấp phụ trên
bentonite-HCl 5%
Bảng 4.8. Ảnh hưởng của nồng độ bentonite đến hiệu suất hấp phụ trên
bentonite-HNO
3
10%
Bảng 4.9. Ảnh hưởng của nồng độ đến hiệu suất hấp phụ trên
bentonite-NaOH
Bảng 4.10. Ảnh hưởng của nồng độ bentonite xử đến hiệu suất hấp phụ trên
bentonite-nhiệt

Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 7 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1. Mẫu quặng bentonite nguyên khai
Hình 2.2. Công thức khai triển không gian của montmorillonite lý tưởng
Hình 2.3. Đơn vị cấu trúc tứ diện và đơn vị cấu trúc bát diện
Hình 2.4. Sự sắp xếp “lỗ” sáu cạnh của oxy đáy trong mạng tứ diện
Hình 2.5. Cấu trúc mạng tứ diện và cấu trúc mạng bát diện
Hình 2.6. Cấu trúc của montmorillonite
Hình 2.7. Sự định hướng của các nhóm OH trong montmorillonite
Hình 2.8. Hình dạng E.coli
Hình 2.9. Cấu tạo tế bào vi khuẩn
Hình 3.1. Sơ đồ tinh chế bentonite
Hình 3.2. Quá trình tạo tâm axit khi xử lý axit
Hình 3.3. Dụng cụ biến tính bentonite
Hình 3.4. Cấu tạo buồng đếm hồng cầu Neubauer
Hình 4.1. Giản đồ XRD của bentonite tinh chế
Hình 4.2. Giản đồ XRD của bentonite-HCl 5%

Hình 4.3. Giản đồ XRD của bentonite-HNO

3
5%
Hình 4.4. Giản đồ XRD của bentonite-NaOH
Hình 4.5. Giản đồ XRD của bentonite-nhiệt
Hình 4.6. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ trên
bentonite tinh chế
Hình 4.7. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ trên
bentonite-HCl 5%
Hình 4.8. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ trên
bentonite-HNO
3
5%
Hình 4.9. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ trên
bentonite-NaOH
Hình 4.10. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ trên
bentonite-nhiệt
Hình 4.11. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ của
các loại bentonite
Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 8 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

Hình 4.12. Ảnh hưởng của nồng độ bentonite hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ
trên bentonite tinh chế
Hình 4.13. Ảnh hưởng của nồng độ bentonite hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ
trên bentonite-HCl 5%
Hình 4.14. Ảnh hưởng của nồng độ bentonite hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ
trên bentonite-HNO
3
5%

Hình 4.15. Ảnh hưởng của nồng độ bentonite hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ
trên bentonite-NaOH
Hình 4.16. Ảnh hưởng của nồng độ bentonite hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ
trên bentonite-nhiệt
Hình 4.17. Ảnh hưởng của nồng độ bentonite hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ
trên bentonite-nhiệt

Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 9 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

TỪ VIẾT TẮT

NA : Môi trường thạch dinh dưỡng (Nutrient Agar)
NB : Môi trường dinh dưỡng (Nutrient Broth)
EDX : Phổ tán sắc năng lượng tia X (Energy Dispersive X-ray spectroscopy)
XRD : Giản đồ nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction)

Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 10 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU
1.1 Đặt vấn đề
Sau hơn 25 năm đất nước đổi mới và hội nhập với nền kinh tế thế giới, Việt
Nam đã đạt được những thành tựu to lớn trong các lĩnh vực kinh tế, văn hóa, xã
hội,…Đất nước ngày càng phát triển, đời sống nhân dân ngày càng được nâng cao.
Song hành với quá trình phát triển cũng kéo theo gánh nặng về ô nhiễm môi trường,
đặc biệt là nguồn nước. Nước thải từ các nhà máy chế biến thực phẩm, nhà máy
dệt, nhà máy giấy, các khu dân cư,… được thải ra các sông, kênh rạch mà chưa qua
xử lý hoặc xử lý chưa đúng mức. Đặc điểm chung của các loại nước thải này là
mang một lượng lớn vi khuẩn, mầm bệnh (nhất là với nước thải y tế) sinh sôi, phát
triển rồi lây nhiễm vào các sản phẩm nông nghiệp, chăn nuôi dẫn đến nguy cơ mất
an toàn vệ sinh thực phẩm, gây ngộ độc, gây các bệnh truyền nhiễm nguy hiểm đến
tính mạng con người. Vì vậy nước thải cần phải được xử lý trước khi phát thải vào
môi trường.
Đã có nhiều phương pháp được sử dụng để xử lý ô nhiễm nước, trong đó
phương pháp hấp phụ đã thể hiện nhiều ưu điểm riêng: không độc hại cho người và
sinh vật, đơn giản, hiệu quả,… do có thể thu hồi sản phẩm, tập trung chất thải để xử

lý, hạn chế việc phát thải vào môi trường.
Có nhiều vật liệu hấp phụ đã được nghiên cứu và được ứng dụng rộng rãi
trong nhiều lĩnh vực đời sống như than hoạt tính, zeolite, silicagen, nhựa trao đổi
ion,…Bentonite tự nhiên cũng được xem là vật liệu hấp phụ có nhiều triển vọng.
Do đặc điểm về cấu trúc, tính chất hóa lý và tính chất bề mặt mà bentonite
đã được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp và nhiều lĩnh vực của nền kinh tế
quốc dân. Vì không độc hại nên bentonite được chú ý sử dụng trong công nghiệp
thực phẩm, dược phẩm và gần đây nó đã được nghiên cứu và sử dụng trong lĩnh vực
xử lý nước bảo vệ môi trường.
Ở nước ta, benbtonite đã được tìm thấy ở nhiều nơi: Di Linh (Lâm Đồng),
Thuận Hải (Bình Thuận), Gia Quỳ (Đồng Nai),… với trữ lượng dồi dào. Vì vậy việc
nghiên cứu và sử dụng nó có hiệu quả sẽ mang lại lợi ích kinh tế rất lớn. Tuy nhiên,
hiện nay ở Việt Nam, bentonite được khai thác chủ yếu để pha chế dung dịch khoan
và một ít được dùng trong nghiên cứu xúc tác hóa học, việc sử dụng bentonite làm
vật liệu hấp phụ vi sinh vật chưa được quan tâm nghiên cứu nhiều.
Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 11 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

Xuất phát từ tình hình trên nên tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp
phụ vi khuẩn E.coli bằng bentonite biến tính” để làm khoá luận tốt nghiệp.
1.2. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu điều kiện thời gian, nồng độ axit để biến tính vật liệu bentonite
và khảo sát khả năng hấp phụ vi khuẩn E.coli.
1.3. Giới hạn nghiên cứu
- Tinh chế bentonite
- Xác định thành phần, cấu trúc của bentonite.
- Biến tính bentonite bằng dung dịch HCl, HNO
3
, NaOH và nhiệt độ.

- Khảo sát khả năng hấp phụ vi khuẩn E.coli.
1.4. Đối tượng nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu
1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
- Bentonite Di Linh, Lâm Đồng.
- Vi khuẩn E.Coli.
- HCl, HNO
3
, NaOH.
1.4.2. Phương pháp nghiên cứu
1.4.2.1. Nghiên cứu lý thuyết
Tổng quan tài liệu về bentonite, E.coli
1.4.2.2. Nghiên cứu thực nghiệm
- Tinh chế bentonite.
- Khảo sát biến tính bentonite bằng axit HCl, HNO
3
, NaOH và nhiệt độ.
- Khảo sát và so sánh khả năng hấp phụ E.Coli của từng loại bentonite.
1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Cung cấp tư liệu về bentonite Di Linh.
- Tìm điều kiện phù hợp cho quá trình biến tính bentonite.
- Tìm hiểu khả năng hấp phụ vi sinh vật của bentonite.







Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 12 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

CHƯƠNG II
TỔNG QUAN VỀ LÍ THUYẾT
2.1. Tổng quan về vật liệu bentonite và ứng dụng của nó
2.1.1. Giới thiệu về bentonite
Khoáng sét tự nhiên là một loại vật liệu lâu đời nhất mà con người đã sử
dụng, nhưng cũng đầy hấp dẫn và luôn luôn mới lạ với chúng ta. Một trong những
khoáng sét có nhiều ứng dụng nhất trong hầu hết các ngành công nghiệp và trong
nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân là bentonite.
Bentonite đã được sử dụng trong nhiều trong các ngành công nghiệp hóa
học, dầu mỏ, thực phẩm, dược phẩm, xây dựng,… Ngày nay phạm vi sử dụng
bentonite lại càng phát triển và mở rộng hơn nhờ khả năng hấp phụ, xúc tác và trao
đổi ion của nó. Khả năng xúc tác và hấp phụ tuyệt vời của nó đã gây ấn tượng mạnh
mẽ và thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. Các quá trình biến đổi hóa học
đã xảy ra trong lòng đất dưới tác dụng của các tầng khoáng sét vẫn đang là hiện
tượng mà con người chưa giải đáp được. Điều này đã thúc giục các nhà khoa học
khám phá những tiềm năng bí ẩn của khoáng sét nói chung và bentonite nói riêng.
Hóa học có liên quan đến khoáng sét đang phát triển mạnh mẽ.
Bentonite được tìm thấy lần đầu tiên ở núi Bentox, vùng Rok-Krik bang
Uaioming (Mỹ). Chính tên gọi bentonite bắt nguồn từ tên địa phương đó. Đây là
một loại sét dẻo, màu vàng hoặc xanh xám, trương nở mạnh trong nước. Các tính
chất đặc thù và khả năng sử dụng của bentonite trong nhiều lĩnh vực khác nhau đã
nhanh chóng được nghiên cứu. Vào đầu năm 1988, bentonite được khai thác ở qui
mô lớn để phục vụ cho công nghiệp. Sau đó bentonite cũng được phát hiện ở nhiều
nơi trên thế giới như Mỹ, Canada, Nam Phi, Pháp, Ý, Trung Quốc, Ấn Độ,…
2.1.1.1. Thành phần hóa học của bentonite [9]
Bentonite là loại khoáng sét tự nhiên có thành phần chính là montmorilonite.
Vì vậy có thể gọi bentonite theo thành phần chính là montmorilonite. Công thức đơn
giản của montmorilonite là Al

2
O
3
.4SiO
2
.nH
2
O ứng với nửa đơn vị cấu trúc. Công
thức lí tưởng của montmorilonite là Si
8
Al
4
O
20
(OH)
4
cho một đơn vị cấu trúc. Tuy
nhiên thành phần của montnorilonite luôn khác với thành phần biểu diễn lí thuyết do
Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 13 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

có sự thay thế đồng hình của các ion kim loại như Fe
3+
, Fe
2+
, Mn
2+
,… vào vị trí của
Si

4+
trong tứ diện SiO
4
và của Al
3+
trong bát diện AlO
6
.
Như vậy thành phần hóa học của montmorilonite, ngoài sự có mặt của Si,
Al và O ta còn thấy sự xuất hiện của các nguyên tố khác như: Fe, Mg, Mn, Na, K,…
trong đó tỉ lệ Al
2
O
3
: SiO
2
từ 1:2 đến 1:4.
Ngoài thành phần chính là montmorilonite, trong bentonite thường còn chứa
một số khoáng sét khác như hectorite, saponite, zeolite, mica, kaoline và một số khoáng
vi sét như canxit, pirit, manhetit,… các muối kiềm và một số chất hữu cơ khác.


2.1.1.2. Cấu trúc của montmorilonite [9]
a. Dạng không gian của montmorilonite
Trong công thức lí tưởng của montmorilonite, các nguyên tử Si nằm ở tâm
mạng tứ diện, còn các nguyên tử Al nằm ở tâm mạng bát diện (trong trường hợp
mạng silicat là trung hòa điện). Công thức khai triển của montmorilonite được trình
bày như hình 1.2

Hình 2.1. Mẫu quặng bentonite nguyên khai
Hình 2.2. Công thức khai triển không gian của montmorillonite lý tưởng
Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 14 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm


b. Cấu trúc tinh thể của montmorilonite
Các loại khoáng sét đều được cấu tạo từ những tấm tứ diện SiO
4
và những
tấm bát diện MeO
6
, với Me là những nguyên tố Al, Mg, Fe,…



Các tấm tứ diện được liên kết thành các mạng tứ diện qua nguyên tử oxy
theo không gian hai chiều của hai nguyên tử oxy góp chung nằm trên mặt phẳng và
được gọi là oxy đáy. Các oxy đáy liên kết và sắp xếp với nhau tạo thành một “lỗ”
sáu cạnh, ở mỗi đỉnh của sáu cạnh là nguyên tử oxy và được gọi là oxy đỉnh.


Giống như mạng tứ diện, mạng bát diện được tạo thành từ các bát diện qua
nguyên tử oxy theo không gian hai chiều.

(a) (b)

Cấu trúc tinh thể của montmorilonite được chỉ ra trong hình 1.6, mạng tinh
thể của montmorilonite gồm có lớp hai chiều trong đó lớp Al

2
O
3
(hoặc MgO) bát
diện nằm ở trung tâm giữa hai lớp SiO
2
tứ diện nằm ở đầu nguyên tử oxy vì thế
Hình 2.3. Đơn vị cấu trúc tứ diện (a) và đơn vị cấu trúc bát diện (b)
Hình 2.4. Sự sắp xếp “lỗ” sáu cạnh của oxy đáy trong mạng tứ diện
Hình 2.5. Cấu trúc mạng tứ diện (a) và cấu trúc mạng bát diện (b)

Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 15 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

nguyên tử oxy ở lớp bát diện cũng thuộc lớp tứ diện. Nguyên tử Si trong lớp tứ diện
thì phối trí với 4 nguyên tử oxy định vị ở 4 góc của tứ diện. Nguyên tử Al hoặc Mg
trong lớp bát diện thì phối trí với 6 nguyên tử oxy hoặc nhóm hydroxyl định vị ở 6
góc của bát diện đều. Ba lớp này chồng lên nhau hình thành một lớp tiểu cầu sét
hoặc một đơn vị cơ sở của nanoclay. Bề dày của lớp tiểu cầu có kích thước khoảng
1 nm và chiều dài của tiểu cầu thay đổi từ hàng trăm đến hàng ngàn nm [9]. Trong
tự nhiên, những tiểu cầu sét xếp chồng lên nhau tạo thành khoảng cách giữa các lớp,
khoảng cách này thường được gọi là khoảng cách “Vander Walls”, là khoảng không
gian giữa hai lớp sét. Sự hình thành nanoclay trong tự nhiên có sự thay thế đồng
hình, nguyên tử Si hóa trị 4 trong lớp tứ diện được thay thế một phần bởi nguyên tử
Al hóa trị 3 và nguyên tử Al trong lớp bát diện thì được thay thế một phần bởi các
nguyên tử có hóa trị 2 như Fe và Mg. Sự thiếu hụt điện tích dương trong đơn vị cơ
sở, dẫn đến bề mặt của tiểu cầu mang điện tích âm. Điện tích âm này được cân bằng
bởi các ion kim loại kiềm hoặc kiềm thổ (chẳng hạn như ion Na
+

và Ca
2+
) chiếm giữ
khoảng cách không gian giữa các lớp này. Như vậy, khả năng trao đổi cation
montmorilonite là tương đương với điện tích các lớp. Những ion nằm giữa các lớp
này có thể thay thế bằng cation hữu cơ. Khi thay thế ion vô cơ giữa các lớp sét
bằng các ion hữu cơ làm cho sét thích hợp với polymer hữu cơ. Sự thay thế đồng
hình bên trong mạng tinh thể bằng các nguyên tố khác nhau hoặc thay đổi ở các vị
trí khác nhau đưa đến có nhiều loại khoáng sét khác nhau như montmorilonite,
notronite, saponite, hectorite,…


Hình 2.6. Cấu trúc của montmorillonite
Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 16 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

Do montmorilonite có cấu trúc 2:1 dạng diocta nên cấu trúc lớp
montmorilonite đã được hình thành từ hai mạng tứ diện liên kết với một mạng bát
diện ở giữa, tạo nên một lớp nhôm silicat với các khe trống ở giữa. Các cation có
khả năng trao đổi bị hydrat hóa và các phân tử nước bị hấp phụ có thể chiếm chỗ
các khe trống giữa các lớp nhôm silicat. Chiều rộng giữa khe trống của các lớp cấu
trúc cơ bản của montmorilonite là 9,6 nm, chiều rộng đó có thể bị thay đổi ít hay
nhiều tùy thuộc vào số lượng, bản chất, kích thước của cation trao đổi và lượng
nước hấp thụ, thường có thể đến 15 nm. Nếu các ion Si
4+
trong tứ diện hay Al
3+

trong bát diện bị thay thế đồng hình bởi các cation có điện tích thấp hơn thì các

phân mạng đó tích điện âm. Mức độ tích điện âm cao hay thấp tùy thuộc vào số
lượng và bản chất của các cation thay thế. Điện tích âm của mạng sẽ được bù trừ
bằng các cation điện tích dương Na
+
, K
+
, Ca
2+
, Fe
2+
, Mn
2+
, ở khoảng không gian
giữa các lớp.
2.1.1.3. Tính chất hóa lý của bentonite [9]
a. Tính chất trao đổi ion của bentonite
Như đã đề cập ở trên, đặc trưng cơ bản của bentonite là tính chất trao đổi.
Tính chất đó có được là do sự thay thế đồng hình các ion Si
4+
bằng Al
3+
trong mạng
tứ diện và thay thế Al
3+
bằng Mg
2+
trong mạng lưới bát diện làm xuất hiện điện tích
âm trong mạng lưới cấu trúc. Khả năng thay đổi mạnh hay yếu phụ thuộc vào lượng
điện tích âm bề mặt và số lượng ion trao đổi. Nếu số lượng điện tích âm bề mặt
càng lớn, số lượng cation trao đổi càng lớn thì dung lượng trao đổi của bentonite

càng lớn.
Khả năng trao đổi ion của nhôm silicat còn phụ thuộc vào điện tích và bán
kính cation thay đổi. Điện tích cation càng thấp thì càng dễ trao đổi hơn điện tích
cation cao Me
+
>Me
2+
>Me
3+
.
Đối với các cation cùng điện tích, bán kính càng nhỏ thì điện tích trao đổi
càng lớn, có thể sắp xếp trật tự như sau: Li
+
>Na
+
>K
+
>Cu
2+
>Fe
2+
>Al
2+

Tuy nhiên khả năng trao đổi của nhôm silicat chủ yếu vẫn phụ thuộc vào
điện tích âm bề mặt và lượng điện tích âm trong mạng lưới. Bentonite có cấu trúc
lớp xốp, gồm bề mặt trong và bề mặt ngoài. Khả năng trao đổi của bề mặt ngoài phụ
Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 17 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

thuộc vào kích thước tinh thể, phụ thuộc vào sự đứt gãy liên kết và khuyết tật bề
mặt. Kích thước hạt càng nhỏ thì khả năng trao đổi càng lớn.
Khả năng trao đổi bề mặt trong phản ánh lượng điện tích âm trong mạng
lưới và khả năng hấp phụ của bentonite, nó phụ thuộc vào lượng cation bù trừ trong
mạng lưới. Số lượng cation bù trừ càng lớn thì khả năng trao đổi càng lớn. Dung
lượng cation dao động 80 ÷ 150 mđlg/100g. Dung lượng anion dao động từ 15 ÷ 40
mđlg/100g [9].
Ngoài ra, sự trao đổi ion của benonite còn liên quan đến các nguyên tử
hydro trong các nhóm hydroxyl của montmorilonite. Theo một số nghiên cứu, đỉnh
của các tứ diện SiO
4
hướng ra phía ngoài của lớp cấu trúc. Ở đỉnh này các nguyên
tử oxy bị thay thế bởi các nhóm hydroxyl và các nhóm này đảm nhiệm nhiệm vụ
duy trì liên kết yếu giữa các lớp và góp phần vào sự cân bằng điện tích. Trong
montmorilonite còn có các nhóm hydroxyl nằm ở các đỉnh bát diện AlO
6
. Trong sáu
đỉnh của bát diện có hai đỉnh là OH còn bốn đỉnh kia là oxy.


Trong đó nhóm hydroxyl của liên kết Si-OH không có khả năng trao đổi
hydro, nhóm hydroxyl trong liên kết Al-OH có tính axit yếu nên khả năng trao đổi
yếu. Nhóm hydroxyl trong liên kết Si-OH-Al có tính trao đổi mạnh nên có tính
quyết định đến dung tích trao đổi cation H
+
.
b. Tính chất hấp phụ
Khoáng sét nói chung cũng như bentonite nói riêng đã được biết đến từ xa
xưa. Chúng được sử dụng như một loại vật liệu xây dựng, như nguyên liệu để tạo ra

các dụng cụ nấu nướng trong gia đình, như một chất tẩy rửa. Gần đây chúng được
dùng để phân loại dầu, tẩy sạch dầu mỡ, làm chất mang cho thuốc trừ sâu,…[5]
Tất cả những ứng dụng trên nhờ vào tính chất quan trọng của nó - tính chất
hấp phụ. Nhờ tính chất này mà phạm vi sử dụng của bentonite ngày càng mở rộng,
Hình 2.7. Sự định hướng của các nhóm OH trong montmorillonite
Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 18 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

chúng được dùng trong hầu hết các ngành công nghiệp và trong nhiều ngành kinh tế
khác. Đặc biệt, ngày nay sự ô nhiễm môi trường là vấn đề bức xúc, và do đó vai trò
của bentonite càng trở nên quan trọng, khi chúng được xem như là một chất hấp phụ
tự nhiên tiêu biểu để làm sạch nước khỏi các chất hữu cơ, các chất cao phân tử,
những chất thải độc hại của các nhà máy xí nghiệp, các kim loại nặng và phóng xạ,
các huyền phù gây đục và các vi sinh vật có hại.
Chính vì bentonite có cấu tạo lớp, độ phân tán cao nên nó có cấu trúc xốp
phức tạp và bề mặt riêng lớn.
Cấu trúc lỗ xốp ảnh hưởng rất lớn đến tính chất hấp phụ của các chất, đặc
trưng của nó là tính chất chọn lọc chất bị hấp phụ. Chỉ có phân tử nào có đường
kính đủ nhỏ so với lỗ xốp thì mới chui vào được để tham gia vào quá trình hấp phụ.
Dựa vào điều này người ta có thể tiến hành hoạt hóa sao cho có thể dùng bentonite
làm vật liệu tách chất. Đây cũng là điểm khác nhau giữa bentonite và các chất hấp
phụ khác.
Nhờ dư điện tích trên các nguyên tử của nút mạng tinh thể nên bentonit
e
là một chất hấp phụ phân cực và vì vậy nó sẽ ưu tiên hấp phụ các chất phân cực.
Tuy nhiên, bentonite vẫn có thể hấp phụ các chất không phân cực do lực Van der
Walls và tương tác hấp phụ chủ yếu là tương tác cảm ứng. Bề mặt bentonite có diện
tích tương đối lớn bao gồm bề mặt ngoài và bề mặt trong. Bề mặt trong bao gồm bề
mặt của các lớp nhôm silicat chồng lên nhau và được ngăn cách bằng các cation

kim loại đền bù điện tích trên bề mặt bentonite. Bề mặt ngoài được xác định bằng
bề mặt của các mao quản chuyển tiếp. Các mao quản này được tạo nên do sự tiếp
xúc của các hạt bentonite và có kích thước khoảng 40 ÷ 90Å [5]. Diện tích của bề
mặt ngoài phụ thuộc vào kích thước các hạt bentonite, hạt càng nhỏ thì diện tích bề
mặt ngoài càng lớn. Nhờ khả năng trao đổi ion lớn cùng khả năng hấp phụ tốt mà
bentonite trở thành một loại vật liệu hấp phụ rất hiệu quả.
c. Tính chất trương nở
Khi nước bị hấp phụ vào giữa các lớp sẽ làm thay đổi chiều dày lớp cấu
trúc. Tính chất này được gọi là tính chất trương nở. Sự trương nở phụ thuộc vào bản
chất khoáng sét, cation trao đổi, sự thay thế đồng hình trong các lớp bát diện và sự
Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 19 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

có mặt của các ion trong môi trường phân tán. Lượng nước được hấp phụ vào giữa
các lớp phụ thuộc vào khả năng hydrat hoá của các cation trao đổi.
Khi bentonite hấp phụ hơi nước hay tiếp xúc với nước, các phân tử nước
sẽ xâm nhập vào bên trong các lớp, làm khoảng cách này tăng lên tuỳ thuộc vào loại
bentonite và lượng nước bị hấp phụ. Sự tăng khoảng cách được giải thích do sự
hydrat hoá của các cation giữa các lớp.
Độ trương nở của bentonite phụ thuộc vào bản chất cation trao đổi trên bề
mặt lớp sét. Ví dụ, ion Na
+
với điện tích +1 có thể liên kết với một tâm tích điện âm
trên một lớp sét. Do vậy khi bị hyđrat hoá, bentonite Na có khả năng trương nở từ
khoảng cách ban đầu giữa 2 phiến sét là từ 9Å đến ít nhất 17Å [10]. Trong môi
trường kiềm bentonite - Na bị hydrat hóa mạnh hơn, lớp nước hấp phụ tăng rất
mạnh. Do vậy trong môi trường kiềm, huyền phù bentonite - Na rất bền vững.
Cation Ca
2+

sẽ liên kết với 2 tâm tích điện âm trên hai phiến sét do vậy khi
bentonite - Ca bị hydrat hoá, khoảng cách giữa 2 phiến sét chỉ tăng từ 12Å đến 17Å.
Điều này hạn chế sự trương nở hay khả năng tạo độ nhớt của bentonite - Ca. Độ
trương nở của bentonite - Ca từ 100% ÷ 150 % còn đối với bentonite-Na từ 1400%
÷ 1600 % [10].
d. Tính kết dính
Bentonite có khả năng kết dính mạnh nên người ta thường sử dụng bentonite
làm chất gắn kết. Trong các xưởng đúc gang, bentonite được cho vào để vê viên bột
quặng trước khi đưa vào lò nung, hoặc làm chất kết dính trong khuôn cát để đúc.
e. Tính trơ
Bentonite trơ và bền hoá học nên có thể ăn được. Người ta dùng bentonite
làm chất độn trong dược phẩm, thức ăn gia súc, và mỹ phẩm, làm chất lọc sạch và
tẩy màu cho bia, rượu vang và mật ong,
f. Tính nhớt và tính dẻo
Do bentonite có tính nhớt và tính dẻo nên được sử dụng làm phụ gia bôi
trơn mũi khoan, gia cố thành của lỗ khoan, làm phụ gia trong xi măng, vữa, và chất
dính kết đặc biệt.

Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 20 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

2.1.2. Các ứng dụng của bentonite [9]
Do có khả năng hấp phụ tốt nhiều chất vô cơ và hữu cơ nên bentonite có
nhiều ứng dụng khá đa dạng và phong phú trong sự phát triển của xã hội.
2.1.2.1. Bentonite dùng làm chất hấp phụ
Bentonite được dùng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp với vai trò là
chất hấp phụ.
Trong công nghiệp lọc dầu, lượng bentonite được sử dụng với số lượng
khá lớn, bao gồm bentonite tự nhiên và bentonite đã hoạt hóa. Lượng bentonite tiêu

tốn cho quá trình lọc dầu là 25% khối lượng dầu phải lọc cùng với một lượng
bentonite đã hoạt hóa bằng 10% khối lượng dầu [9].
Trong công nghiệp tinh chế dầu thực vật để sản xuất dầu ăn, mỡ, bơ, xà
phòng, việc sử dụng bentonite làm chất hấp phụ là ưu việt hơn hẳn phương pháp cũ
là phương pháp rửa kiềm. Lượng dầu mất đi trong quá trình tinh chế chỉ bằng 0,5%
lượng dầu được tinh chế. Ngoài ra phương pháp dùng bentonite còn có mức hao phí
dầu thấp do tránh được phản ứng thủy phân.
Trong công nghiệp điều chế than cốc phục vụ cho công nghiệp luyện kim,
bentonite được sử dụng để tinh chế benzen thô và các bán sản phẩm khác.
Nhờ có đặc điểm hấp phụ đặc biệt tốt, bentonite còn được sử dụng rộng rãi
để sản xuất nhiên liệu lỏng tổng hợp, sản xuất các chất màu, các vitamin,…
2.1.2.2. Bentonite làm chất xúc tác
Bentonite có thể dùng làm xúc tác trong các phản ứng hữu cơ do có độ axit
cao. Bề mặt của bentonite mang điện tích âm do sự thay thế đồng hình của các ion
Si
4+
bằng ion Al
3+
ở tâm tứ diện và ion Mg
2+
thay thế ion Al
3+
ở bát diện. Các ion
thay thế Al
3+
, Mg
2+
có khả năng cho điện tử nếu tại đó điện tích âm của chúng
không được bù trừ bởi các ion dương. Do vậy tâm axit Lewis được tạo thành từ ion
Al

3+
và ion Mg
2+
ở các đỉnh, các chỗ gãy nứt và các khuyết tật trên bề mặt
bentonite. Nếu lượng Al
3+
và Mg
2+
tăng lên ở bề mặt bentonite sẽ làm tăng độ axit
Lewis của chúng.
Trên bề mặt bentonite tồn tại các nhóm hydroxyl. Các nhóm hydroxyl có
khả năng nhường proton để hình thành trên bề mặt bentonite những tâm axit
Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 21 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

Bronsted. Số lượng nhóm hydroxyl có khả năng tách proton tăng lên sẽ làm tăng độ
axit trên bề mặt của bentonite.
Biến tính bentonite bằng phương pháp trao đổi cation kim loại đa hóa trị,
các chất hữu cơ tạo ra vật liệu xúc tác có độ axit và độ xốp cao hơn xúc tác cho một
số phản ứng hữu cơ. Ví dụ: sử dụng các xúc tác axit rắn trong phản ứng hữu cơ ở
pha lỏng thuận lợi hơn nhiều so với axit lỏng. Sau khi kết thúc phản ứng chỉ cần lọc
hỗn hợp phản ứng có thể tách xúc tác rắn.
Ngoài ra, do bentonite có khả năng hấp phụ cao nên có thể hấp phụ các
chất xúc tác trên bề mặt trong giữa các lớp và được sử dụng làm chất xúc tác cho
nhiều phản ứng.
2.1.2.3. Bentonite dùng chế tạo dung dịch khoan
Bentonite có thể tạo ra các dung dịch khoan với chất lượng đặc biệt cao và
chi phí nguyên liệu thấp. Vì thế, cùng với sự phát triển của ngành thăm dò và khai
thác dầu khí, lượng bentonite sử dụng cho việc chế tạo dung dịch khoan ngày càng

tăng. Ngày nay ở Mĩ, lượng bentonite sử dụng cho việc chế tạo dung dịch khoan
chiếm tới 40% tổng sản lượng bentonite nước này [9].
2.1.2.4. Bentonite dùng làm chất độn
Trong công nghiệp sản xuất các vật liệu tổng hợp, một lượng lớn bentonite
dùng cho công nghiệp xà phòng, vải sợi. Việc sử dụng bentonite trong vài thập kỉ
gần đây cũng đã làm thay đổi đáng kể ngành công nghiệp sản xuất giấy. Trước kia
giấy thường chứa xấp xỉ 55% cellulose và hàm lượng kaoline nguyên chất có trong
giấy không vượt quá 45%. Nếu trộn thêm 10% bentonite kiềm (cation trao đổi là
kim loại kiềm, chủ yếu Na
+
) vào kaoline có thể nâng hàm lượng chất độn này lên tới
60%. Nếu trộn 20% bentonite kiềm thì hàm lượng chất độn có thể nâng lên 64%,
nếu dùng 100% thì chất độn lên tới 84% nghĩa là hàm lượng cellulose cần trong
giấy giảm đi 3 lần [9].
2.1.2.5. Bentonite dùng trong công nghiệp rượu bia
Việc sử dụng bentonite hoạt hóa làm chất hấp phụ đã làm giảm 30% ÷ 40%
chi phí công nghiệp chế biến rượu vang và các chế phẩm từ rượu vang [5].
Bentonite không chỉ có khả năng hấp phụ các axit hữu cơ, các chất béo, các sản
phẩm phụ không mong muốn trong quá trình lên men mà còn cả ion sắt và đồng là
Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 22 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

những tác nhân gây hư hỏng rượu. Ưu điểm đặc biệt của bentonite trong quá trình
xử lý là hương vị riêng của rượu không bị mất đi.
Rượu vang được điều chế từ quá trình lên men dịch quả nên thường chứa
nhiều “thịt quả” phân tán rất mịn, gây đục, khó lọc. Thông thường người ta dùng
các hệ keo gellatin, lòng trắng trứng,…để làm trong rượu vang. Song có thể dùng
chất lắng trong được điều chế từ bentonite, vừa dễ bảo quản, dễ sử dụng, mang lại
hiệu quả kinh tế cao. Hơn nữa, cặn rượu vang gồm bentonite và “thịt quả” còn được

sử dụng làm thức ăn trực tiếp cho chăn nuôi rất hiệu quả.
Quá trình lắng trong gồm 3 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: khuấy trộn rượu vang cần lắng với huyền phù bentonite-Na
(bentonite đã được trao đổi ion Na
+
) trong nước.
- Giai đoạn 2: để yên hỗn hợp trong một thời gian nhất định.
- Giai đoạn 3: tách rượu đã được lắng trong khỏi cặn bentonite-Na với
chất gây đục.
Trong quá trình lắng trong lượng bentonite-Na càng nhiều thì thời gian lắng
trong càng ngắn, nhưng lượng rượu tiêu hao theo cặn càng nhiều. Theo các nghiên
cứu cho thấy tỷ lệ bentonite-Na/rượu tối ưu là 0,2%, ứng với thời gian lắng trong
thích hợp và lượng rượu tiêu hao không đáng kể [5].
2.1.2.6. Bentonite dùng trong công nghiệp tinh chế nước
Ở nhiều vùng chưa có nhà máy nước trên thế giới, việc sử dụng bentonite
để làm sạch các nguồn nước mặt như nước sông ngòi, kênh mương và nguồn giếng
khoan có ý nghĩa thực tiễn quan trọng. Bentonite làm kết tủa các vẩn đục, hấp phụ
các ion gây độc và một lượng lớn các vi khuẩn, các chất hữu cơ có trong nước.
Bentonite là một chất trao đổi có trong tự nhiên, nó có khả năng khử tính cứng của
nước với giá thành tương đối rẻ. Khả năng lắng cặn lơ lửng trong nước, đồng thời
với tác dụng trao đổi ion và hấp phụ chất hữu cơ, trong đó có các vi khuẩn gây bệnh
tạo ra giá trị đặc biệt của bentonite trong công nghiệp xử lí nước.
2.1.2.7. Những ứng dụng khác
Cũng từ đặc tính của bentonite là tính trương nở mạnh, tính dẻo người ta
còn sử dụng bentonite trong các công trình thủy lợi như đê điều mương máng và
những công trình phòng thủ bằng đất. Với khả năng chịu được nhiệt độ cao,
Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 23 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

bentonite được dùng làm tác nhân liên kết trong sản xuất đạn và làm khuôn đúc.
Đặc biệt bentonite còn dùng làm chất phụ gia trong thức ăn tiêu hóa cho động vật,
với vai trò tăng thời gian lưu trữ thức ăn trong cơ quan tiêu hóa giúp tiêu hóa thức
ăn và điều chỉnh axit. Bentonite còn được dùng làm chất chống ẩm bằng cách sấy
khô và do đặc tính hút ẩm trở lại mà có ứng dụng này (bentonite có khả năng hấp
phụ lượng nước lớn gấp khoảng 10 lần khối lượng của chúng) [9].
Do những ứng dụng phong phú của bentonite mà trên thế giới người ta có
nhu cầu khai thác và sử dụng bentonite rất lớn. Năm 1995 lượng sản phẩm từ
bentonite được ước lượng là 9,8 triệu tấn, trong đó Mĩ là nước sử dụng bentonite
thuần Na nhiều nhất. Các nước khác như Hi Lạp, Đức, Thổ Nhĩ Kì, Australia cùng
với Mĩ tiêu thụ khoảng 84% tổng sản lượng bentonite trên toàn thế giới, trong đó
Australia đóng góp một nữa số này. Giá thành của bentonite vào năm 1997-1998
khoảng 98USD/tấn, sau đó do nhu cầu thay đổi hàng năm mà giá bentonite dao
động từ 50 ÷ 250 USD/tấn [9].
Việt Nam có các mỏ có trữ lượng lớn như Tam Bố (Di Linh-Lâm Đồng),
Thuận Hải (Bình Thuận), Gia Quỳ (Đồng Nai). Trong đó mỏ Tam Bố được ước tính
có trữ lượng lên tới 24.10
6
m
3
và đã được tiến hành thăm dò tỉ mỉ, đã bắt đầu khai
thác qui mô công nghiệp.
2.2. Tổng quan về vi sinh vật [1]
2.2.1. Lịch sử nghiên cứu vi sinh vật học
Vi sinh vật học là ngành khoa học nghiên cứu hình thái, cấu tạo, sinh lý và
hoạt động của vi sinh vật để phục vụ con người.
Người đầu tiên quan sát thấy và mô tả vi sinh vật là một người Hà Lan tên
là Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723). Ông là người phát minh ra kính hiển vi,
từ đó mọi người có thể nhìn thấy một số vi sinh vật, thế giới vi sinh vật mới được
phát hiện.

Tuy nhiên từ cổ xưa, mặc dù không rõ sự tồn tại của vi sinh vật, loài người
cũng đã biết không ít về những qui luật tác dụng của vi sinh vật và ứng dụng nó
trong đời sống hàng ngày như ủ rượu, làm dấm, làm tương, chao,…
Louis Pasteur đã khám phá vai trò của vi sinh vật trong tự nhiên và từ đó
lập ra nền tảng cho môn vi sinh vật học. Pasteur đã chứng minh rằng sự lên men, sự
Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 24 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

thối rữa và các bệnh truyền nhiễm luôn luôn do vi sinh vật gây nên. Ông đưa ra
những phương pháp khử trùng thực phẩm, khử trùng các dụng cụ y học.
Robert Koch (1843-1910) đã tìm ra:
- Cách dùng thuốc nhuộm để phát hiện vi sinh vật.
- Cách dùng môi trường đặc để phân lập vi khuẩn.
- Tìm ra trực khuẩn lao, trực khuẩn than, phẩy khuẩn tả.
Vào đầu thế kỷ 20, người ta đã tìm ra virus và phage, mở rộng thêm phạm
vi nghiên cứu vi sinh vật.
Năm 1939 phát minh ra kính hiển vi điện tử đã giúp cho sự nghiên cứu
nhiều thể của vi khuẩn và nhìn thấy virus cũng như nghiên cứu sâu hơn về bản chất
của nó.
Vi sinh vật vô cùng phong phú cả về thành phần và số lượng. Chúng bao
gồm các nhóm khác nhau có đặc tính khác nhau về hình dạng, kích thước, cấu tạo
và đặc biệt khác nhau về đặc tính sinh lý, sinh hóa. Dựa vào đặc điểm cấu tạo tế
bào, người ta chia ra làm 3 nhóm lớn:
- Nhóm chưa có cấu tạo tế bào bao gồm các loại virus.
- Nhóm có cấu tạo tế bào nhưng chưa có cấu trúc nhân rõ ràng (cấu trúc
nhân nguyên thuỷ) gọi là nhóm Prokaryotes bao gồm vi khuẩn, xạ khuẩn và tảo lam.
- Nhóm có cấu tạo tế bào, có cấu trúc nhân phức tạp gọi là Eukaryotes bao
gồm nấm men, nấm sợi (gọi chung là vi nấm) một số động vật nguyên sinh và tảo
đơn bào.

2.2.2. Các đặc điểm của vi sinh vật
2.2.2.1. Kích thước nhỏ bé
Vi sinh vật có kích thước vô cùng nhỏ bé, chúng thường được đo kích
thước bằng đơn vị micromet, đối với virus là nanomet.
Kích thước càng bé thì diện tích bề mặt của vi sinh vật trong một đơn vị thể
tích càng lớn. Chẳng hạn đường kính của một cầu khuẩn (Coccus) chỉ có 1 µm, nếu
xếp đầy chúng trong một khối lập phương có thể tích là 1cm
3
thì chúng có tổng diện
tích bề mặt rộng tới 6 m
2
[1].

Đồ án tốt nghiệp đại học – khoá 2 - 2011 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Ngành Công nghệ thực phẩm 25 Khoa Hoá học và Công nghệ thực phẩm

2.2.2.2. Hấp thu nhiều, chuyển hóa nhanh
Tuy vi sinh vật có kích thước nhỏ bé nhưng chúng có năng lực hấp thu và
chuyển hóa vượt xa các sinh vật khác. Chẳng hạn một vi khuẩn lactic
(Lactobacillus) trong một giờ có thể phân giải được một lượng đường lớn hơn từ
100 ÷ 10 000 lần so với khối lượng cơ thể của chúng, tốc độ tổng hợp protein của
nấm men cao gấp 1 000 lần so với đậu tương và gấp 100 000 lần so với trâu bò [1].
2.2.2.3. Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh
Chẳng hạn, một trực khuẩn E.coli trong các điều kiện thích hợp chỉ sau 12
÷ 20 phút lại phân cắt một lần. Nếu lấy thời gian thế hệ là 20 phút thì mỗi giờ phân
cắt 3 lần, sau 24 giờ phân cắt 72 lần và tạo ra 4 722 366 101 tế bào, số tế bào này
tương đương với một khối lượng 4 722 tấn [1]. Tất nhiên trong tự nhiên không có
các điều kiện tối ưu như vậy vì thiếu thức ăn, thiếu oxy, dư thừa các sản phẩm trao
đổi chất có hại,… Trong nồi lên men với các điều kiện nuôi cấy thích hợp, từ một tế

bào nấm men sau 24 giờ có thể tạo ra khoảng 100 000 ÷ 1 000 000 000 tế bào. Có
thể nói không có loại sinh vật nào có tốc độ sinh sôi nảy nở nhanh như vi sinh vật.
2.2.2.4. Có năng lực thích ứng mạnh và dễ dàng phát sinh biến dị
Trong quá trình tiến hóa lâu dài vi sinh vật đã tạo cho mình những cơ chế
điều hòa trao đổi chất để thích ứng được với những điều kiện sống rất khác nhau, kể
cả những điều kiện hết sức bất lợi mà các sinh vật khác thường không thể tồn tại
được. Có vi sinh vật sống được ở môi trường nóng 130
0
C, lạnh đến 0
0
C, mặn đến
nồng độ 32% muối ăn, pH thấp đến 0,5, áp suất cao đến trên 1103 at,…[1].
Vi sinh vật đa số là đơn bào, đơn bội, sinh sản nhanh, số lượng nhiều, tiếp
xúc trực tiếp với môi trường sống,… do đó rất dễ dàng phát sinh biến dị. Những
biến dị có ích sẽ đưa lại hiệu quả rất lớn trong sản xuất. Nếu như khi mới phát hiện
ra penicillin hoạt tính chỉ đạt 20 đơn vị/ml dịch lên men (1943) thì nay có thể đạt
trên 100 000 đơn vị/ml [1].
2.2.2.5. Phân bố rộng, chủng loại nhiều
Vi sinh vật có ở khắp mọi nơi trên trái đất, trong không khí, đất, nước, trên
núi cao, dưới biển sâu, trên cơ thể người, động vật, thực vật, trong thực phẩm,…
Vi sinh vật tham gia tích cực vào việc thực hiện các vòng tuần hoàn sinh -
địa - hóa học như vòng tuần hoàn cacbon, photpho, lưu huỳnh,…