điều chế chitosan dạng hạt để hấp thụ kim loại nặng trong nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN

ĐIỀU CHẾ CHITOSAN DẠNG HẠT
ĐỂ HẤP THỤ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC
S

K

C

0

0

3

9

5

9

S KC 0 0 2 2 5 7

Tp. Hồ Chí Minh, 2008

Trường ĐH SPKT Tp HCM

Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

LỜI CẢM ƠN
oooOOooo
Được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong khoa Công Nghệ Hóa Học và
Thực Phẩm, nay em đã hoàn thành công trình nghiên cứu khoa học :” Điều
chế chitosan dạng hạt để hấp phụ kim loại nặng trong nước”. Em xin
chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Nghệ Hóa Học và Thực Phẩm
cũng như trong phòng Quản Lý Khoa Học – Quan Hệ Quốc Tế và Sau Đại
Học đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành nhiệm vụ.
Trong quá trình làm việc và nghiên cứu không thể tránh khỏi những sai xót
kính xin quý thầy cô góp ý, nhắc nhở để em có thể sửa chửa và làm tốt hơn
để đạt kế quả như mong muốn.
Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn!

GVHD: Nguyễn Văn Sức

Trang 3

SVTH: Huỳnh Công Trận


Trường ĐH SPKT Tp HCM

Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN
oooOOooo

………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
Hội đồng phản biện
Chủ tịch hội đồng

GVHD: Nguyễn Văn Sức

Ủy viên 1

Trang 4

Ủy viên 2

SVTH: Huỳnh Công Trận


Trường ĐH SPKT Tp HCM

Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

MỤC LỤC
oooOOooo
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................... 3
NHậN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN ........................................ 4
MỤC LỤC ............................................................................................. 5
ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................... 7
Phần I : TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG ................... 8
I.1 Giới thiệu về kim loại nặng ............................................................ 8
I.1.1 Khái niệm ............................................................................... 8
I.1.2 Nguồn gốc – tác hại ................................................................ 8
I.2 Hiên trạng ô nhiễm kim loại nặng ................................................. 8
I.2.1 Ô nhiễm kim loại nặng trong nước......................................... 8
I.2.2 Ô nhiễm kim loại trong nước thải công nghiệp...................... 9
I.3 Nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng ...................................... 9
I.4 Tác hại ô nhiễm kim loai nặng ....................................................... 10
I.5 Một số biện pháp xử lý ................................................................... 10
Phần II : TỔNG QUAN VỀ CHITOSAN .............................................. 12
II.1 Khái niệm ...................................................................................... 12
II.2 Cấu tạo ........................................................................................... 12
II.2.1 Cấu trúc hóa học của chitin ................................................... 12
II.2.2 Cấu trúc hóa học của chitosan ............................................... 13
II.3 Tính chất ........................................................................................ 16

II.3.1 Khả năng tạo phức của chitosan ............................................ 17
II.3.2 Tốc độ hấp phụ ion kim loại trên chitosan ............................ 18
II.3.3 Khả năng tạo phức với các kim loại chuyển tiếp .................. 19
II.4 Ứng dụng ....................................................................................... 20
II.4.1 Trong y tế .............................................................................. 21
II.4.2 Trong nông nghiệp ................................................................ 21
II.4.3 Trong sắc ký .......................................................................... 21
II.4.4 Một số ứng dụng khác ........................................................... 22
Phần III : ĐIỀU CHẾ HẠT CHITOSAN ............................................... 23
II.1 Hóa chất, trang thiết bị .................................................................. 23
II.2 Sơ lược về điều chế chitosan thô .................................................. 23

GVHD: Nguyễn Văn Sức

Trang 5

SVTH: Huỳnh Công Trận


Trường ĐH SPKT Tp HCM

Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

II.3 Điều chế chitosan dạng hạt ............................................................ 24
III.3.1 Hóa lỏng chitosan thô .......................................................... 25
III.3.2 Tạo hạt .................................................................................. 26
III.3.3 Khâu mạch và sấy ................................................................ 30
III.3.4 Xác định cấu trúc chitosan đã khâu mạch ............................ 32
Phần IV : KHẢO SÁT HẤP PHỤ .......................................................... 33
IV.1 Xây dựng đường chuẩn xác định Cd ........................................... 33

IV.2 Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của chitosan với Cd .......... 34
IV.3 Khảo sát sự phụ thuộc pH của chitosan với Cd ........................... 36
IV.4 Khảo sát lượng hấp phụ Cd của chitosan..................................... 37
IV.5 Kết quả khảo sát ........................................................................... 39
P hần V : KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ ..................................................... 41
V.1 Kết luận ......................................................................................... 41
V.2 Kiến nghị ....................................................................................... 42
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 43

GVHD: Nguyễn Văn Sức

Trang 6

SVTH: Huỳnh Công Trận


Trường ĐH SPKT Tp HCM

Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

ĐẶT VẤN ĐỀ
oooOOooo
Ngày nay trong quá trình mưu sinh và phát triển xã hội, con người đã làm
ô nhiễm môi trường trầm trọng thông qua hoạt động sinh hoạt, kinh doanh,
sản xuất … Trong đó, vấn đề đáng chú ý là ô nhiễm nguồn nước do kim loại
nặng. Sự ô nhiễm này về một số phương diện đã vượt qua khả năng tự điều
chỉnh của tự nhiên và có nguy cơ gây ra khủng hoảng sinh thái. Chính vì thế
chúng ta cần phải có biện pháp xử lý kim loại nặng trong nước thải trước khi
thải ra môi trường. Thực chất của vấn đề chống ô nhiễm môi trường là làm
sao để con người có không khí trong lành để thở, có nước sạch để uống, sử

dụng trong mục đích sinh hoạt và có đầy đủ lương thực, thực phẩm hợp vệ
sinh cho cuộc sống hàng ngày.
Trước tình hình đó, hiện đã có nhiều nghiên cứu về các phương pháp xử
lý kim loại nặng trong nước thải như: phương pháp hóa lý , phương pháp
hóa học, phương pháp sinh học …
Trong đề tài nghiên cứu này, chúng tôi đặc biết quan tâm nghiên cứu về
khả năng ứng dụng của chitosan trong lĩnh vực hấp thụ các ion kim loại
nặng từ nguồn nước thải trong sinh hoạt cũng như trong sản xuất, cụ thể là
khả năng hấp phụ ion Crôm - một ion kim loại rất phổ biến trong đời sống
và sản xuất.

GVHD: Nguyễn Văn Sức

Trang 7

SVTH: Huỳnh Công Trận


Trường ĐH SPKT Tp HCM

Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

Phần I : TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM
KIM LOẠI NẶNG
oooOOooo
I.1 Giới thiệu về kim loại nặng
I.1.1 Khái niệm
Kim loại nặng là những kim loại có phân tử lượng lớn hơn 52(g) bao
gồm một số loại như As, Cd, Cr, Cu, Pb,Hg,Se, Zn…..
I.1.2 Nguồn gốc - tác hại

Chúng có nguồn gốc từ các nguồn nước thải trong công nghiệp, nông
nghiệp cũng như trong tự nhiên. Ví dụ: cadimi có nguồn gốc từ chất thải
công nghiệp, trong chất thải khi khai thác quặng. Crôm trong mạ kim loại
nước thải của sản phẩm gốc crôm hay chì trong công nghiệp than, dầu mỏ.
Thuỷ ngân trong chất thải công nghiệp khai thác khoáng sản, thuốc trừ sâu.
Chúng đều có những tác hại nhất định như: As có thể gây ung thư, Cd có
thể gây ra huyết áp cao, đau thận phá hủy các mô và tế bào máu, chì rất độc
ảnh hưởng tới thận và thần kinh hay thuỷ ngân là một kim loại rất độc…
Các kim loại này khi thải vào nước làm cho nước bị nhiễm bẩn mất đi
một số tính chất hoá lý đặc biệt cũng như những tính chất và thành phần thay
đổi làm ảnh hưởng xấu đến môi trường sinh thái và sức khỏe con người.
I.2 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng:
I.2.1 Ô nhiễm kim loại nặng trong nước
Cùng với sự phát triển của KH-KT, công cuộc công nghiệp hoá đang
diễn ra kéo theo tình trạng ô nhiễm ngày càng gia tăng. Ô nhiễm do kim loại
nặng thải ra từ các ngành công nghiệp đang là một mối đe doạ nghiêm trọng
đối với sức khoẻ mọi người và sự an toàn của hệ sinh thái.
Hiện nay, các ngành công nghiệp đều đổ trực tiếp chất thải chưa được xử
lý vào môi trường. Kim loại nặng và độc tố là các thành phần đặc trưng của
các chất thải công nghiệp.
GVHD: Nguyễn Văn Sức

Trang 8

SVTH: Huỳnh Công Trận


Trường ĐH SPKT Tp HCM

Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

Theo kết quả quan trắc và phân tích môi trường, hàm lượng Cu, Pb, Cd,
Cr và Co ở các vùng nước ven biển gần các thị trấn và trung tâm công
nghiệp lớn nhiều hơn so với mức tự nhiên của chúng trong nước biển.
I.2.2 Ô nhiễm kim loại trong nước thải công nghiệp
Hầu hết các kim loại nặng như Pb, Hg, Cd, As, Cu, Zn, Fe, Cr, Co, Mn,
Se, Mo... tồn tại trong nước ở dạng ion. Chúng phát sinh chủ yếu là từ các
hoạt động công nghiệp.
Khác với các chất thải hữu cơ có thể tự phân hủy trong đa số trường hợp,
các kim loại nặng khi đã phóng thích vào môi trường thì sẽ tồn tại lâu dài.
Chúng tích tụ vào các mô sống qua chuỗi thức ăn mà ở đó con người là mắt
xích
cuối
cùng.
Nguồn ô nhiễm kim loại nặng từ các hoạt động công nghiệp là hết sức phong
phú: công nghiệp hóa chất, khai khoáng, gia công và chế biến kim loại, công
nghiệp pin và ắc qui, công nghiệp thuộc da...
I.3 Nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng
Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng là quá trình đổ vào môi
trường nước nước thải công nghiệp và nước thải độc hại không xử lý hoặc
xử lý không đạt yêu cầu.
Kim loại nặng tích luỹ theo chuỗi thức ăn thâm nhập và cơ thể người.
Nước mặt bị ô nhiễm sẽ lan truyền các chất ô nhiễm vào nước ngầm, vào đất
và các thành phần môi trường liên quan khác. Ðể hạn chế ô nhiễm nước, cần
phải tăng cường biện pháp xử lý nước thải công nghiệp, quản lý tốt vật nuôi
trong môi trường có nguy cơ bị ô nhiễm như nuôi cá, trồng rau bằng nguồn
nước thải.
Sự tập trung công nghiệp và đô thị hoá cao độ gây tác động lớn đối với
môi trường, trong đó có môi trường nước. Các dòng xả nước thải gây ô
nhiễm môi trường nước mặt, nước ngầm, gây ô nhiễm đất. Các nguồn nước

thải chính ở các đô thị và khu công nghiệp hiện nay là:


Sinh hoạt đô thị thải ra một lượng tương đối lớn, khoảng 80% lượng
nước cấp. Lượng nước thải này xả trực tiếp ra nguồn tiếp nhận mà
không có bất kỳ một biện pháp xử lý nào.

GVHD: Nguyễn Văn Sức

Trang 9

SVTH: Huỳnh Công Trận


Trường ĐH SPKT Tp HCM




Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

Nước thải từ các cơ sở công nghiệp, thủ công nghiệp, đều chưa qua xử
lý hoặc chỉ xử lý sơ bộ. Các chất ô nhiễm trong nước thải công
nghiệp rất đa dạng, có cả chất hữu cơ, dầu mỡ, kim loại nặng, ...
Nước mưa chảy tràn, đặc biệt là nước mưa đợt đầu.

I.4 Tác hại của ô nhiễm kim loại nặng
o

Đối với sức khoẻ con người:

Khi hàm lượng kim loại nặng trong nước trên mức cho phép chúng sẽ
gây những ảnh hưởng có hại đến sức khỏe con người như: một số gây bệnh
ung thư, thần kinh, bệnh về da, hô hấp, cũng như các bộ phận khác. Vì vậy
chúng ta cần biết tác hại của nó mà tìm cách phòng tránh.
o

Đối với môi trường:

Nước bị ô nhiễm kim loại nặng sẽ có những tác hại đến động thực vật,
sức khỏe con người.Tác động xấu đến môi trường sinh thái. Độc hại đối với
cá và các sinh vật thủy sinh khác.




Tác động xấu tới chất lượng hệ thống cống rãnh.
Ảnh hưởng xấu tới quá trình xử lý sinh học.
Làm ô nhiễm nước mặt và nước ngầm.

Cho đến nay, độc tính của nhiều kim loại nặng đối với môi trường và
con người được biết khá chi tiết. Trong số đó Pb, Cr, Cd, As, Hg, Cu, Ni, ...
là những kim loại nặng vô cùng độc hại. Các tác động và cơ chế gây độc của
nhiều kim loại nặng đối với cơ thể người và động vật cũng đã được tìm ra,
tuy nhiên nhân loại đã phải trả một giá khá đắt để có được nhận thức này.
I.5 Một số phương pháp xử lý kim loại nặng
a. Phương pháp hóa lý bao gồm:
- Phương pháp bay hơi.
- Phương pháp kết tủa hóa học.
- Phương pháp trao đổi ion.

- Phương pháp hấp phụ.
GVHD: Nguyễn Văn Sức

Trang 10

SVTH: Huỳnh Công Trận


Trường ĐH SPKT Tp HCM

Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

- Kỹ thuật màng.
- Phương pháp điện hóa.
b. Phương pháp sinh học:
Cơ sở của phương pháp này là hiện tượng nhiều loài sinh vật ( thực vật
thủy sinh, tảo, nấm, vi khuẩn ...) có khả năng giữ lại trên bề mặt hoặc thu
nhận vào bên trong các tế bào của cơ thể chúng các kim loại nặng tồn tại
trong đất và nước.
Các phương pháp sinh học để xử lý kim loại nặng bao gồm:
- Sử dụng các vi sinh vật kỵ khí và hiếu khí.
- Sử dụng thực vật thủy sinh.
- Sử dụng các vật liệu sinh học.
c. Phương pháp hoá học:
Các ion kim loại nặng như Hg, Cd, Zn, Pb, As, Cu, Ni được loại ra khỏi
nước bằng phương pháp hoá học .Bản chất của phương pháp là chuyển các
chất tan trong nước thành không tan bằng cách thêm tác nhân và tách dưới
dạng kết tủa.
Chất thường dùng là hydroxyt Ca và Na , CaCO3, Na2SO4 các chất thải
khác nhau như là xỉ Fe-Cr chứa CaO 51,3%; MgO 9,2%; SiO2 27,4%; Cr2O3

41,3%; Al2O3 7,2%; FeO 0,73%.

GVHD: Nguyễn Văn Sức

Trang 11

SVTH: Huỳnh Công Trận


Trường ĐH SPKT Tp HCM

Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

Phần II : TỔNG QUAN VỀ CHITOSAN
oooOOooo
Chitosan là chất dẫn xuất từ nguyên liệu chitin, không hòa tan trong nước,
kết cấu hóa học là chất amylose tổng hợp cao phân tử có tính kiềm với ion
dương, có tính năng lý hóa đặc thù và có công dụng hoạt hóa sinh vật.
II.1 Khái niệm
Chitosan là một polysaccarit, poly [-(14)-2-amino-2-deoxy-Dglucopyranosel, được tạo ra do quá trình đềaxetyl hóa chitin tự nhiên.
II.2 Cấu trúc hóa học
II.2.1 Cấu trúc hóa học của chitin:
Chitin là polisaccarit mạch thẳng, có thể xem như là dẫn xuất của
xenlulozơ, trong đó nhóm (-OH) ở nguyên tử C(2) được thay thế bằng nhóm
axetyl amino (-NHCOCH3) (cấu trúc I). Như vậy chitin là poli (N-axety-2amino-2-deoxi-b-D-glucopyranozơ) liên kết với nhau bởi các liên kết b-(C1-4) glicozit. Trong đó các mắt xích của chitin cũng được đánh số như của
glucozơ:

GVHD: Nguyễn Văn Sức

Trang 12

SVTH: Huỳnh Công Trận


Trường ĐH SPKT Tp HCM

Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

II.2.2 Cấu trúc hóa học của chitosan và một vài dẫn xuất:
Chitosan là dẫn xuất đề axetyl hoá của chitin, trong đó nhóm (–NH2) thay
thế nhóm (-COCH3) ở vị trí C(2). Chitosan được cấu tạo từ các mắt xích Dglucozamin liên kết với nhau bởi các liên kết b-(1-4)-glicozit, do vậy
chitosan có thể gọi là poly b-(1-4)-2-amino-2-deoxi-D-glucozơ hoặc là poly
b-(1-4)-D- glucozamin (cấu trúc III).

Dưới đây là công thức cấu tạo của các dẫn xuất:

GVHD: Nguyễn Văn Sức

Trang 13

SVTH: Huỳnh Công Trận


Trường ĐH SPKT Tp HCM

GVHD: Nguyễn Văn Sức

Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

Trang 14

SVTH: Huỳnh Công Trận


Trường ĐH SPKT Tp HCM

GVHD: Nguyễn Văn Sức

Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

Trang 15

SVTH: Huỳnh Công Trận


Trường ĐH SPKT Tp HCM

Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

II.3 Tính chất:
Chitosan, một polyme sinh học dạng glucosamin là sản phẩm deacetyl hóa
chitin lấy từ vỏ tôm, cua, một vài loại nấm và một số loài động vật giáp xác.
Chitin có nhiều trong tự nhiên, nó còn là phế thải phổ biến của ngành công
nghiệp chế biến thủy sản. Khi xử lý để chuyển sang dạng chitosan với giá
khá rẻ lại có khả năng hấp phụ tốt các kim loại nặng. Do đặc tính của nhóm
amino tự do trong cấu trúc chitosan được tạo thành khi deacetyl hóa chitin,
các phức chelat của nó làm cho khả năng hấp phụ kim loại tăng gấp 5 đến 6
lần so với chitin. Khi ghép một số nhóm chức vào khung cấu trúc của
chitosan sẽ làm tăng khả năng hấp phụ kim loại của chitosan lên nhiều lần.
Trong phân tử chitin/chitosan có chứa các nhóm chức -OH, -NHCOCH3

trong các mắt xích N-axetyl-D-glucozamin và nhóm –OH, nhóm -NH2 trong
các mắt xích D-glucozamin có nghĩa chúng vừa là ancol vừa là amin, vừa là
amit. Phản ứng hoá học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế
O-, dẫn xuất thế N-, hoặc dẫn xuất thế O-, N.
Mặt khác chitin/chitosan là những polime mà các monome được nối với
nhau bởi các liên kết b-(1- 4)-glicozit; các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi
các chất hoá học như: axit, bazơ, tác nhân oxy-hóa và các enzim thuỷ phân.
GVHD: Nguyễn Văn Sức

Trang 16

SVTH: Huỳnh Công Trận


Trường ĐH SPKT Tp HCM


Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

Các phản ứng của nhóm –OH
- Dẫn xuất sunfat.
- Dẫn xuất O-axyl cuả chitosan.
- Dẫn xuất O–tosyl hoá chitosan.



Phản ứng ở vị trí N.
- Phản ứng N-axetyl hoá chitosan.
- Dẫn xuất N-sunfat chitosan.
- Dẫn xuất N-glycochitosan (N-hidrroxy-etylchitosan).

- Dẫn xuất acroleylen chitossan.
- Dẫn xuất acroleylchitosan



Phản ứng xảy ra tại vị trí O, N.
- Dẫn xuất O,N–cacboxymetylchitosan.
- Dẫn xuất N,O-cacboxychitosan.
- Phản ứng cắt đứt liên kết õ-(1-4) glicozit

II.3.1 Khả năng tạo phức của chitosan:
Trong môi trường axit chitosan là chất điện ly cao phân tử với mật độ của
nhóm –NH3+ cao, điều này làm cho chitosan có giá trị và linh hoạt hơn
chitin. Những vật liệu mang điện tích âm như protein, anion polysaccarit,
axit nucleic sẽ tương tác và dính chặt vào chitosan.
Chitosan có khả năng kết hợp với các ion kim loại bằng cách hấp phụ tạo
vòng chelat, trao đổi ion hoặc bằng liên kết phối trí, mức độ quan trọng của
các quá trình này là khác nhau đối với mỗi ion kim loại. Vì vậy chitosan là
một polyme rất đặc trưng để hấp phụ kim loại nặng, các phẩm nhuộm, các
sắc tố …Ví dụ: với canxi, sự trao đổi ion là quá trình trội, trong khi với các
ion kim loại chuyển tiếp thì sự hấp thụ và sự tạo vòng chelat là quan trọng
(điều này được chỉ ra bởi những chuyển dời nhỏ trong phổ hồng ngoại).
GVHD: Nguyễn Văn Sức

Trang 17

SVTH: Huỳnh Công Trận


Trường ĐH SPKT Tp HCM

Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

Các điện tử nitrogen có mặt trên những nhóm amin của chitosan tạo liên
kết cho nhận với ion kim loại chuyển tiếp. Tương tác của các ion kim loại
chuyển tiếp dãy đầu tiên với chitin và chitosan làm xuất hiện màu.
Ví dụ: Tạo màu đỏ với titan, màu da cam với metavanadat, màu xanh lá
cây với crôm hóa trị VI, màu vàng nâu với sắt hóa trị II, màu vàng xanh lá
cây với sắt hóa trị III, màu hồng với coban, màu xanh lá cây với Niken và
màu nước biển với đồng.
Những màu này đậm với chitosan hơn chitin. Sự tạo màu rất nhạy ngay cả
ở nồng độ rất bé của ion kim loại chuyển tiếp.
Do mạch chitosan tương đối cồng kềnh nên những lỗ xốp đủ lớn để cho
những phân tử nhỏ và ion đi qua. Trong quá trình hấp phụ của các ion trong
dung dịch lên chất hấp phụ xốp, có ba giai đoạn liên tục chủ yếu như sau: Sự
vận chuyển chất bị hấp phụ lên đến mặt xốp của chất hấp phụ, sự khuếch tán
chất bị hấp phụ vào những lỗ xốp của chất hấp phụ, và sự hấp phụ của chất
tan vào mặt trong của chất hấp phụ. Tốc độ hấp phụ được quyết định bằng
tốc độ khuếch tán của chất tan vào những lỗ xốp mao dẫn của chất hấp phụ
Đặc biệt, chitosan được hoạt hóa trong môi trường sunfat làm tăng khả
năng tập trung một số ion kim loại chuyển tiếp.
II.3.2 Tốc độ hấp phụ ion kim loại trên chitosan:
Tốc độ hấp phụ ion kim loại lên chitosan phụ thuộc vào nhiều yếu tố. quan
trọng nhất là kích thước hạt polyme, nhiệt đô, tốc độ khuấy, sự có mặt của
các ion khác, pH của dung dịch, v.v…








Kích thước hạt polyme: Tốc độ hấp phụ ion kim loại lên chitosan bột
nhanh hơn, nhiều hơn chitosan vẩy do bề mặt tiếp xúc của dạng bột
lớn hơn
Nhiệt độ: Đóng vai trò quan trọng trong sự hấp phụ ion kim loại, tuy
nhiên không có quy tắc chung để dự đoán ảnh hưởng của nhiệt độ
trên sự hấp phụ của ion kim loại. Người ta quan sát thấy sự hấp phụ
ở 4oC tốt hơn ở nhiệt độ phòng.
Tốc độ khuấy: Sự khuấy siêu âm cho kết quả hấp phụ ion kim loại tốt
hơn sự khuấy từ.
Sự có mặt của các ion khác: Khi hai hoặc nhiều ion kim loại chuyển
tiếp cùng hiện diện trong dung dịch, nếu lượng polyme không đủ để
hấp phụ hoàn toàn tất cả các ion kim loại thì polyme sẽ hấp phụ

GVHD: Nguyễn Văn Sức

Trang 18

SVTH: Huỳnh Công Trận


Trường ĐH SPKT Tp HCM

Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

những cation nào tạo phức bền nhất với polyme và để lại các cation
khác trong dung dịch.
Tuy nhiên cũng có sự cạnh tranh hấp phụ giữa một số ion kim loại trên
chitosan.

Ví dụ: So sánh tốc độ hấp phụ của niken và cadimi trên chitosan trong
mẫu đơn và mẫu hỗn hợp, người ta nhận thấy cadimi đã ngăn cản sự hấp phụ
niken nhưng niken không cản trở sự hấp phụ của cadimi, tương tự niken làm
giảm sự hấp phụ của sắt trên chitosan.


pH: Chitosan bị hòa tan nhẹ trong môi trường axit có chứa các anion
như axetat, format, chloride ( do chitosan tạo muối tan với các anion
này). Đặc biệt khi pH2 chitosan bị hòa tan nhiều. chitosan không tan
trong dung dịch kiềm và trung tính.

II.3.3 Khả năng hấp phụ tạo phức với các ion kim loại chuyển tiếp của
chitin/chitosan và một vài dẫn xuất
Trong phân tử chitin/chitosan và một số dẫn xuất của chitin có chứa các
nhóm chức mà trong đó các nguyên tử Oxi và Nitơ của nhóm chức còn cặp
electron chưa sử dụng, do đó chúng có khả năng tạo phức, phối trí với hầu
hết các kim loại nặng và các kim loại chuyển tiếp như: Hg 2+, Cd2+, Zn2+,
Cu2+,Ni2+,Co2+.... Tuỳ nhóm chức trên mạch polime mà thành phần và cấu
trúc của phức khác nhau.
Ví dụ: với phức Ni(II) với chitin có cấu trúc bát diện với số phối trí bằng
6, còn phức Ni(II) với chitosan có cấu trúc tứ diện với số phối trí bằng 4.

GVHD: Nguyễn Văn Sức

Trang 19

SVTH: Huỳnh Công Trận


Trường ĐH SPKT Tp HCM

Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

trong đó

là mạng polime.

II.4 Ứng dụng
Chitosan và các dẫn xuất của chitosan được nghiên cứu và ứng dụng
trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Căn cứ độ kết dính khác nhau mà sử dụng cho nghề dệt, in, nhuộm, thuộc
da, chất sơn phủ, thuốc lá, nhựa, hóa mỹ phẩm, thực phẩm, thức ăn chăn
nuôi, y dược, bảo vệ sức khỏe, băng keo màu, chế tạo giấy, công trình sinh
vật, thuốc bảo vệ thưc vật, xử lý nước thải v..v.., đặt biệt do hoạt tính thiên
nhiên và không có tác dụng phụ độc hại của chitosan, có tính hòa đồng tốt
cho cơ thể người, tính chất thu giử kim loại nặng, điều tiết trị số pH cơ thể,
GVHD: Nguyễn Văn Sức

Trang 20

SVTH: Huỳnh Công Trận


Trường ĐH SPKT Tp HCM

Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

tăng cường chất lượng, số lượng và tính hoạt hóa của tế bào miễn dịch, tăng
chức năng gan, cải thiện chức năng tiêu hóa, giảm mở máu, giảm đường
huyết, ức chế di căn ung thư, còn có tính năng hấp thụ kim lọai nặng và thải

ra ngoài cơ thể v.v.., được khuyến khích sử dụng trong thực phẩm chức
năng,
và
chất
phụ
gia
y
dược
Các polisaccarit tự nhiên mà điển hình là chitosan, nhận được bằng cách
đề axetyl một phần của chitin. Chitosan và các dẫn xuất với đặc điểm có cấu
trúc đặc biệt với các nhóm amin trong mạng lưới phân tử có khả năng hấp
phụ tạo phức với kim loại chuyển tiếp như: Cu(II), Ni(II), Co(II) trong môi
trường nước. Vì vậy, việc nghiên cứu những đặc điểm về tính chất hóa học,
khả năng hấp phụ kim loại đang là vấn đề được các nhà khoa học quan tâm,
và từng bước được áp dụng vào giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường trên
Trái Đất…
II.4.1 Trong Y tế
Các kết quả nghiên cứu dược lý của chitosan cho thấy: chitosan không
gây độc tính cấp, độc tính tại chỗ, độc tính bán trường diễn, không gây ảnh
hưởng đối với trọng lượng cơ thể, trọng lượng gan, các chức năng gan, thận,
cơ quan tạo máu, các chỉ tiêu sinh hóa của máu và nước tiểu.
Chitin và chitosan thích hợp để ứng dụng trong lĩnh vực dược phẩm vì
chúng có tính tương hợp sinh học, suy thoái sinh học và không độc. Trong
kỹ nghệ bào chế dược phẩm, chitosan có thể dùng làm chất phụ gia, làm tá
dược độn, tá dược dính, chất tạo màng, viên nang mềm và cứng, chất mang
sinh học dẫn thuốc, v.v …
II.4.2 Trong nông nghiệp
Chitosan dạng dung dịch được phủ lên hạt giống, có tác dụng kích thích
hạt giống nảy mầm, làm tăng năng suất mùa vụ. Người ta còn sử dụng
chitosan làm nguyên liệu chính để điều chế chế phẩm bảo quản hoa tươi, hoa

quả đóng hộp, thịt trứng, làm chất điều hòa sinh trưởng cho cây, bảo quản
thực phẩm, chế phẩm phòng chống nấm bệnh thực vật, v.v…
II.4.3 Ứng dụng trong sắc ký
Chitin và chitosan có giá trị ứng dụng lớn trong phương pháp sắc ký.
Chúng là những polyme bazơ, vì vậy chúng có thể xem như những chất trao
đổi ion. Chúng có những nhóm amin và hyđroxyl, do đó có thể đóng vai trò
là chất cho electron cho những ion kim loại chuyển tiếp. Chúng tạo bỡi
GVHD: Nguyễn Văn Sức

Trang 21

SVTH: Huỳnh Công Trận


Trường ĐH SPKT Tp HCM

Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

những đơn vị glucosamin và N-axetylglucosamin. Do đó, chúng có thể
tương tác với các chất hữu cơ như protein.
Vậy chitin và chitosan đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực của phương
pháp sắc ký như: Sắc ký trao đổi ion, sắc ký tạo vòng chelat, sắc lý trao đổi
phối tử, sắc ký lỏng cao áp, sắc ký lớp mỏng, v.v..
II.4.4 Một số ứng dụng khác
Chitosan được dùng trong mỹ phẩm làm keo xịt tóc, kem dưỡng da, làm
chất keo cảm quan trong công nghiệp in, làm vải côn, làm tăng độ bền màu
vải nhuộm trong công nghiệp dệt.
Chitosan được nghiên cứu làm xúc tác kim loại polime, điều chế theo
phương pháp hấp thụ và tạo phức các ion kim loại chuyển tiếp từ các dung
dịch muối của chúng, xúc tác có hoạt tính cao và ổn định, sử dụng được

nhiều lần.
Chitosan được xem như vật liệu mới có tác dụng làm sạch nước, khí thải
công nghiệp, thu hồi kim loại nặng, protein chống ô nhiễm môi trường.

GVHD: Nguyễn Văn Sức

Trang 22

SVTH: Huỳnh Công Trận


Trường ĐH SPKT Tp HCM

Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

Phần III : ĐIỀU CHẾ HẠT CHITOSAN
oooOOooo
III.1 Hóa chất , trang thiết bị
*Hóa chất
 Chitosan thô (sản xuất từ vỏ tôm cua)
 Natri Hidroxit khan (NaOH dạng tinh thể)
 Axit Acetic ( CH3 COOH nồng độ 40 %)
 Nước cất
 Glutaral Andehide ( chất dùng để khâu mạch)
*Dụng cụ, trang thiết bị
 Các dụng cụ thông thường trong phòng thí nghiệm Công Nghệ
Môi Trường
 Máy khuấy từ
 Hệ thống bơm, đầu nhỏ giọt (tự chế)
 Chậu thủy tinh lớn, thau, dụng cụ lọc rửa

III.2 Sơ lược về điều chế chitosan thô
Chitin có rất nhiều trong tự nhiên nhất là trong vỏ các loài động vật giáp
xác như tôm, cua, …Mẫu chitin nhận được từ nguồn vỏ tôm, cua qua quá
trình xử lý như sau: Vỏ tôm, cua được xay nhỏ, loại protein bằng NaOH
0,005N, loại muối photphat bằng HCl 1N, loại protein trong cấu trúc vỏ
bằng NaOH 2N ở 100oC. sau đó rửa sạch, sấy khô thu được chitin.
Chitin được xử lý 2 giờ trong dung dịch NaOH 47% ở 60oC , sau đó rửa
sạch bằng nước ở 80oC đến trung hòa. sản phẩm thu được có mức độ
đềaxetyl hóa khoảng 80%. việc xử lý kiềm và rửa trong nước được lặp đi lặp
lại nhiều lần để thu được sản phẩm chitosan có độ đềaxetyl hóa cao hơn.
dưới đây là sơ đồ điều chế chitosan từ vỏ tôm cua :

GVHD: Nguyễn Văn Sức

Trang 23

SVTH: Huỳnh Công Trận


Trường ĐH SPKT Tp HCM

Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

Loại
protein

Vỏ tôm
cua

Xay nhỏ

Chitin

Xử lý
dd NaOH 47%
110°C / 2h

Loai
muối
photphat

Rửa sạch bằng
nước đến khi
trung hòa

Loại
protein ở
vỏ

Chitosan

Sơ đồ điều chế chitosan từ vỏ tôm cua

Mô hình phân tử
III.3 Điều chế Chitosan dạng hạt
Chitosan dạng thô khi vừa sản xuất từ vỏ tôm cua sẽ không có hình dạng
xác định. Thường nó sẽ có hình dạng những vảy mỏng giống như vỏ tôm
cua. trong quá trình sản xuất có thể chitosan sẽ lấn những tạp chất. Vì vậy
chúng ta cần phải điều chế lại sao cho chitosan có hình dáng và những tính
chất hóa lý phù hợp với yêu cầu, mục đích sử dụng.

GVHD: Nguyễn Văn Sức

Trang 24

SVTH: Huỳnh Công Trận


Trường ĐH SPKT Tp HCM

Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

Chitosan có thể điều chế thành nhiều hình dạng với kích thước khác nhau
(vì nó là một Polime sinh học). Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài ta chỉ
chú trọng đến việc điều chế chitosan dạng hạt, nghĩa là điều chế chitosan
dạng hạt với kích thước hạt xác định và có những tính chất lý hóa phù hợp
với mục tiêu đặt ra : không tan trong nứơc có Ph thấp, có tính hấp phụ mạnh
đối với một số chất : kim loại nặng, một số chất gây mùi ,màu….
III.3.1 Hóa lỏng chitosan thô
Dựa vào lý thuyết và thực nghiệm ta biết chitosan tan trong môi axít
(pH <6). Vì vậy để hóa lỏng chitosan ta phải trộn chitosan vào dung dịch
axit
Cách tiến hành
1. Chitosan thô 1Kg (chitosan sản xuất từ vỏ tôm cua) nghiền nhỏ
2. Dung dịch hòa tan : 75ml axít acetic 40% + 1 lit nước cất
3. Nước cất 2 lit
- Trộn chitosan đã nghiền nhỏ vào dung dịch hòa tan sau đó khuấy đều
cho đến khi được dung dịch nhão.
- Thêm 2 lít nước cất để pha loãng dung dịch chitosan, khuấy đều cho tới
khi chitosan tan hòa toàn.
- Lọc dung dịch thu được bằng rây hay vải sạch để loại bỏ cặn bã và các

chất không tan.
→ Ta thu được dung dịch chitosan lỏng với 1% axít acetic.

chitosan

Dd a.acetic
1%

Dd
chitosan

Sơ đồ hóa lỏng chitosan
Ghi chú:
Trong quá trình hòa tan chitosan để chitosan tan hoàn toàn ta nên bảo quản
dung dịch chitosan sau 24h rồi mới tiến hành tạo hạt để chitosan tan hoàn
toàn.
Nhận xét:
Dung dịch chitosan thu được có độ nhớt nhất định để thuận lợi cho quá trình
tạo hạt.Ở đây không có thiết bị xác định độ nhớt nên ta không đề cập đến giá
GVHD: Nguyễn Văn Sức

Trang 25

SVTH: Huỳnh Công Trận


Trường ĐH SPKT Tp HCM

Khoa CN Hóa Học – Thực Phẩm

trị độ nhớt.Và có pH thích hợp (4,5 - 6) để quá trình kết tủa xảy ra nhanh
không làm vỡ hay biến dạng hạt chitosan.
III.3.2 Tạo hạt
Chitosan tan trong môi trường axít và kết tủa trong môi trường bazơ. Lợi
dụng tính chất đó ta tiến hành tạo hạt chitosan bằng phương pháp ‘kết tủa
nhỏ giọt ‘.
Cho từ từ từng giọt chitosan vào chậu dung dịch bazơ (NaOH 0.3M - 1M )
ta sẽ thấy những giọt chitosan hình cầu kết tủa.
Pha dung dịch kết tủa:
Điều kiện: cho 1 lần sử dụng với chậu thủy tinh có đường kính 25cm, chiều
cao 15cm. Chiều cao cột dung dịch kết tủa 10cm.
→ Vddkt = 3,14 × (12,5)2 ×10 = 4906,25 cm3
Vậy chúng ta cần pha 5 lít dung dịch NaOH 0,5M
 Đong 5lit nước cất
 100g NaOH khan
Hòa tan NaOH ta thu được dung dịch NaOH 0,5M.
Cấu tạo hệ thống kết tủa nhỏ giọt :
 Hệ thống bơm áp suất (1).
 Bình chứa khí ở áp suất cao (2).
 Bình kín chứa dung dịch chitosan (3).
 Hệ thống nhỏ giọt (4).
 Giá đỡ hệ thống nhỏ giọt (5).
 Chậu thủy tinh ( đường kính từ 20 cm đến 30 cm) chứa dung
dịch kết tủa (6).
 Máy khuấy từ (7).
 Hệ thống van, ống dẩn (8).

GVHD: Nguyễn Văn Sức

Trang 26

SVTH: Huỳnh Công Trận