nghiên cứu điều chế chitozan khâu mạch để làm giàu ion kim loại zn (ii) ứng dụng trong quan trắc môi trường nước

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

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ CHITOZAN KHÂU MẠCH
ĐỂ LÀM GIÀU ION KIM LOẠI ZN (II) ỨNG DỤNG
TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: T2009 - 100

S KC 0 0 2 8 1 3

Tp. Hồ Chí Minh, 2009


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ - THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ CHITOZAN KHÂU MẠCH ĐỂ
LÀM GIÀU ION KIM LOẠI Zn(II) ỨNG DỤNG TRONG
QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC
MÃ SỐ: SV2009-100

THUỘC NHÓM NGÀNH: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Sức
SVTH : Nguyễn Thị Thuý An
Nguyễn Thị Minh Hoàng
Phan Văn Tuyền

TP. Hồ Chí Minh 6/2010


PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

LỜI CẢM ƠN
Sau hơn bốn tháng miệt mài, nay nhóm chúng em đã hoàn thành đề tài
nghiên cứu. Bên cạnh sự nỗ lực của cả nhóm, chúng em còn nhận được sự

giúp đỡ tận tình của ban lãnh đạo khoa CNHH và TP, các Thầy Cô giáo bộ
môn công nghệ môi trường đã tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm chúng em
thực hiện đề tài này.
Nhóm nghiên cứu chúng em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến:
-

Thầy Nguyễn Văn Sức, trưởng khoa CNHH-TH người đã định hướng
cho chúng em chọn lựa đề tài và đã tận tình hướng dẫn cho chúng em
trong suốt quá trình thực hiện.

-

Chúng em xin cảm ơn cô Hồ Thị Yêu Ly, giáo viên hướng dẫn trực
tiếp, đã luôn nhiệt tình chỉ dẫn, cho nhóm em những ý kiến thật giá trị
để nhóm em có thể hoàn thành đề tài một cách tốt nhất.

-

Cảm ơn cô Lê Thị Bạch Huệ cùng với các Giáo viên bộ môn công nghệ môi
trường đã tạo điều kiện cho chúng em sử dụng phòng thí nghiệm và các thiết
bị trong quá trình thực hiện đề tài.

-

Phòng quản lý khoa học - Hợp tác quốc tế và đào tạo sau đại học và phòng
kế hoạch tài chính đã cho phép nhóm chúng em thực hiện đề tài.

-

Thư viện trường ĐHSPKT-TPHCM đã tạo điều kiện cho chúng em mượn tài

liệu nghiên cứu.

-

Xin cảm ơn các nhóm bạn thuộc lớp MT 07115và các anh, chị đã giúp đỡ
nhóm chúng tôi thực hiện đề tài.

Trong suốt thời gian nghiên cứu không tránh khỏi những điều thiếu sót, rất mong sự
góp ý của thầy, cô và các bạn để đề tài hoàn thành được tốt hơn.
Tp.Hồ Chính Minh, tháng 6 năm 2010.
Nhóm nghiên cứu.

1


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN.
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................

TP.HCM, ngày…..tháng 6 năm 2010

2


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN.
... ..................................................................................................................................
... ..................................................................................................................................
... ..................................................................................................................................
... ..................................................................................................................................
... ..................................................................................................................................
... ..................................................................................................................................
... ..................................................................................................................................
... ..................................................................................................................................
... ..................................................................................................................................
... ..................................................................................................................................
... ..................................................................................................................................
... ..................................................................................................................................
... ..................................................................................................................................

... ..................................................................................................................................
... ..................................................................................................................................
... ..................................................................................................................................
... ..................................................................................................................................
... ..................................................................................................................................
... ..................................................................................................................................

TP.HCM, ngày…..tháng 6 năm 2010

3


PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

MỤC LỤC
PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................ 5
CHƢƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................... 5
1.1.

SỰ CẦN THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................... 5

1.2.

MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN
CỨU CỦA ĐỀ TÀI.......................................................................................... 6

1.3.

SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................... 7

1.4.

PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................... 8

CHƢƠNG II: TỔNG QUAN ................................................................................. 10
2.1. TỔNG QUAN VỀ CHITOZAN ........................................................................ 10
2.2. TỔNG QUAN VỀ KẼM VÀ HỢP CHẤT CỦA KẼM .................................... 15
2.3. CÁC VI ĐỊNH VỀ NỒNG ĐỘ GIỚI HẠN CỦA Zn(II) ................................. 21
CHƢƠNG III. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................ 22
3.1. SỰ HẤP PHỤ .................................................................................................... 22
3.2. THUYẾT HOÁ HỌC LANGMUIR. ................................................................. 23
3.3. PHƢƠNG TRÌNH ĐẲNG NHIỆT FREUNDLICH ......................................... 24
CHƢƠNG IV : THỰC NGHIỆM .......................................................................... 26
4.1. HOÁ CHẤT VÀ DỤNG CỤ CẦN THIẾT ....................................................... 26
4.2. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM ............................................................................. 27
CHƢƠNG V: KẾT QUẢ ........................................................................................ 32
5.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA CHITOZAN KHÂU MẠCH ............................................... 32
5.2. ĐỘ BỀN CỦA CHITOZAN KHÂU MẠCH DẠNG HẠT TRONG MÔI
TRƢỜNG AXIT VÀ BAZƠ..................................................................................... 34
5.3. DỰNG ĐƢỜNG CHUẨN ĐỊNH LƢỢNG Zn(II) ............................................ 35
5.4. HẤP PHỤ TRONG ĐIỀU KIỆN TĨNH ............................................................ 36
PHẦN II: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................. 47
I. KẾT LUẬN............................................................................................................ 47
II. THIẾU XÓT VÀ HẠN CHẾ ............................................................................... 48
III. KIẾN NGHỊ ....................................................................................................... 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 50
4

PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

PHẦN I
CHƢƠNG I : ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1.

SỰ CẦN THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU:

Ô nhiễm nƣớc trên thế giới hiện nay đang là vấn đề khó khăn hiện nay,
bởi những tác hại to lớn của chúng đến chất lƣợng môi trƣờng và sức khoẻ
trên toàn thế giới. Hiện nay tình trạng ô nhiễm nƣớc sinh hoạt của ngƣời dân
đang ở mức báo động, mà nếu giải quyết không kịp thời thì chỉ trong vài năm
nữa sẽ có hàng triệu ngƣời trên thế giới lâm vào tình trạng thiếu nƣớc. Hàng
năm thế giới tiêu tốn rất nhiều tiền cho các nghiên cứu, các chƣơng trình dự
án nƣớc sạch và những công việc đạt đƣợc vẫn còn hạn chế. Hàng năm, hàng
tháng, thậm chí hàng ngày con ngƣời luôn lo sợ tình trạng thiếu nƣớc.
Một trong số những vấn đề hiện nay là ô nhiễm kẽm trong nƣớc. Bởi
vì những tác hại của nó mà chúng ta không lƣờng trƣớc đó là kẽm oxit ít độc
nhƣng rất nguy hiểm. Nó cung cấp kẽm -một nguyên tố vi lƣợng rất cần thiết
cho con ngƣời, động vật, thực vật, cơ thể ngƣời trƣởng thành có khoảng 2g
kẽm và mỗi ngày cần phải hấp thụ 10 đến 20 mg. Nếu ăn phải hoặc hít vào
một lƣợng lớn kẽm oxit sẽ bị sốt, buồn nôn khó thở trong nhiều giờ liền.
Những triệu chứng này sẽ dần biến mất và không để lại di chứng. Con ngƣời
luôn chữa trị những cái trƣớc mắt mà không nghĩ đến cái lâu dài, chính vì thế
nghiên cứu về kẽm là đều cần thiết.
Mặt khác những vật liệu tƣởng chừng đã thải bỏ, thì chúng lại làm vật
liệu để sử dụng vào các mục đích khác nhau. Đặc biệt hơn, các loại vật liệu tự

nhiên, thân thiện với môi trƣờng luôn đặt lên hàng đầu nhằm không gây tổn
hại đến môi trƣờng, đảm bảo cho sự phát triển bền vững mà vẫn đem lại hiệu
quả cao cho mục đích sử dụng.

5


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

Dựa trên các yếu tố trên nhóm chúng tôi quyết định thực hiên đề tài
“Nghiên cứu điều chế Chitozan khâu mạch để làm giàu ion kim loại (Zn) ứng
dụng trong quan trắc môi trƣờng nƣớc”. Với mong muốn có thể nghiên cứu
ra vật liệu thân thiện với môi trƣờng và quan trắc đƣợc môi trƣờng nƣớc ở
việt Nam.

1.2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN
CỨU CỦA ĐỀ TÀI:
1.2.1.

Mục tiêu của đề tài:

 Nhằm phát huy tính tích cực trong học tập.
 Tập bƣớc đầu làm quen với nghiên cứu khoa học.
 Đánh giá đƣợc khả năng hấp phụ ion (Zn2+) của chitozan khâu mạch.
Góp phần cung cấp thêm kiến thức và cơ sở để thực hiện thành công
các đồ án môn học.
1.2.2. Đối tƣợng nghiên cứu:
- Chitozan khâu mạch với các cỡ hạt khác nhau .

- Dung dịch kẽm (Zn+2).
1.2.2. Phạm vi nghiên cứu:
- Tổng quan về Zn+2, các ảnh hƣởng Zn+2, phƣơng pháp xử lý dựa trên
các nguồn tài liệu khác nhau.
- Tổng quan về quá trình hấp phụ
- Các thí nghiệm hấp phụ qua cột thực hiện bởi dung dịch Zn+2 pha
trong phòng thí nghiệm và kết quả áp dụng thử trên mẫu nƣớc thải khu vực
TPHCM.
1.2.3. Nhiệm vụ nghiên cứu:
Tìm hiểu để xây dựng cơ sở lý luận
Nhiệm vụ 1:
 Tìm và đọc những tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu.
 Các nguồn tài liệu từ tạp chí, sách báo.
 Nguồn thông tin từ mạng internet.
 Các đề tài nghiên cứu khoa học có lien quan.

6


PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Nhiệm vụ 2:
 Tổng hợp và trình bày một cách cô đọng, tƣơng đối đầy đủ về thực
trạng ô nhiễm môi trƣờng, ô nhiễm nguồn nƣớc và các phƣơng pháp
xử lý nƣớc hiện nay.
 Thực trạng ô nhiễm nguồn nƣớc bị nhiễm kẽm hiện nay và các phƣơng
pháp xử lý.
Thực nghiệm.

Nhiệm vụ 3: Tiến hành thí nghiệm.
 Xây dựng đƣờng chuẩn kẽm(Zn).
 Khảo sát sự hấp phụ của Chitozan khâu mạch.
o Xác định pH tối ƣu.
o Xác định thời gian tiếp xúc tối ƣu.
o Xác định cỡ hạt tối ƣu.
o Xác định liều lƣợng tối ƣu.
o Phƣơng pháp cột( gián đoạn theo mẻ).
Nhiệm vụ 4: Tổng kết các kết quả thực hiện và viết bài báo cáo đề tài.

1.3.

SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI:

Kim loại nặng có một vai trò rất quan trọng đối với loài ngƣời, đặc biệt
đối với các ngành công nghiệp. Tuy nhiên chất thải có chứa những kim loại
nặng thì nó lại rất độc đối với con ngƣời, động vật nếu nó thâm nhập vào cơ
thể . Nếu tích luỹ ở ngoài nồng độ cho phép sẽ rất nguy hiểm.
Hiện nay có rất nhiều đề tài nghiên cứu để tìm mọi cách loại bỏ chúng,
và nhóm chúng tôi nghiên cứu sự hấp phụ của chitosan với giá thành rẻ và
thân thiện với môi trƣờng.
Trong tình hình hiện nay, có quá nhiều vấn đề toàn cầu nên việc mở
rông những vật liệu hấp phụ có tính thân thiệt với môi trƣờng là điều cần
thiết.Và mục đích cuối cùng đó là tiết kiệm chi phí quản lý, xử lý chất thải.

7


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

1.4.

PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

1.4.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết.
Là yếu tố vô cùng cần thiết để phân tích các tài liệu kiến thức, tù đó nắm
vững bản chất của vấn đề và tổng hợp lại chúng thành một hệ thống nhằm
hiểu sâu sắc hơn vấn đề đang nghiên cứu.
Từ việc phân tích giúp nắm vững hơn cơ chế hấp phụ của chitozan khâu
mạch.
1.4.2. Phƣơng pháp quan sát khoa học:
Phƣơng pháp này đƣợc áp dụng để quan sát các kết quả đo đạc bằng
máy.
Đây là phƣơng pháp có tính quyết định đến toàn bộ kết quả thực hiện đề tài.
Các thí nghiệm cần tiến hành theo một logic nhất định và tuân theo các yêu
cầu trong phân tích định lƣợng nhằm đảm bảo kết quả phải mang tính đại
diện, khách quan và giảm thiểu sai số. Quá trình thực nghiệm sử dụng cả hai
kỹ thuật hấp phụ: gián đoạn theo mẻ và qua cột để có cái nhìn tổng quan nhất,
thiết thực nhất.
1.4.3. Phƣơng pháp chuyên gia.
Khi gặp những vấn đề phức tạp và ít tài liệu thì đây là công cụ vô cùng
đắc lực. Có thể tham khảo ý kiến chuyên gia nhƣ gặp mặt trực tiếp trao
đổi về vấn đề cần nghiên cứu.
Ngoài ra còn có thể sử dụng nhiều phƣơng pháp khác nữa hoặc kết hợp
các phƣơng pháp với nhau.
1.4.4. Phƣơng pháp tổng hợp tài liệu:
Tổng hợp tài liệu, thu thập thông tin và kế thừa có chọn lọc các thông
tin, dữ liệu có liên quan đến đề tài từ các nguồn dữ liệu về cơ chế hấp phụ

của chitozan khâu mạch, sau đó phân tích, tổng hợp theo từng vấn đề riêng
biệt phục vụ cho nội dung đề tài.
Trên cơ sở các nguồn tài liệu: sách, các nghiên cứu khoa học, tạp chí,
bài báo khoa học trong và ngoài nƣớc, phƣơng tiện truyền thông, tiến hành

8


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

chọn lọc, tổng hợp tìm hiểu về quá trình phát sinh, ảnh hƣởng đến sức khỏe
và môi trƣờng của kẽm(Zn2+), tình hình nghiên cứu, xử lý kẽm, các nội
dung liên quan đến xử lý kim loại nặng bằng phƣơng pháp hấp phụ để có
hƣớng nghiên cứu phù hợp.

9


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

CHƢƠNG II: TỔNG QUAN
2.1.

TỔNG QUAN VỀ CHITOZAN:

2.1.1. Cấu trúc hóa học của chitin

Chitin là polisaccarit mạch thẳng, có thể xem nhƣ là dẫn xuất của
xenlulozơ, trong đó nhóm (-OH) ở nguyên tử C(2) đƣợc thay thế bằng
nhóm axetyl amino (-NHCOCH3) (cấu trúc I).
Nhƣ vậy chitin là poli (N-axety-2-amino-2-deoxi-b-D-glucopyranozơ) liên
kết với nhau bởi các liên kết b-(C-1-4) glicozit.

10


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

2.1.2. Cấu trúc hoá 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 đƣợc 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).
2.1.3. Tính chất vật lý của chitin/chitosan.
Nghiên cứu về trạng thái, màu sắc, mùi vị, tính tan của chitin/chitosan trong
nƣớc và trong một vài dụng môi khác nhƣ: axit, bazơ hoặc trong các dung
môi hữu cơ.
2.1.4. Tính chất hoá học của chitin/chitosan.
-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 đƣợc 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 nhƣ: axit, bazơ, tác nhân oxy-hóa và các enzim thuỷ phân

1.4.1 Các phản ứng của nhóm -OH
-Dẫn xuất sunfat.
-Dẫn xuất O-axyl cuả chitin/chitosan.
-Dẫn xuất O–tosyl hoá chitin/chitosan.
1.4.2. 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
11


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

1.4.3. 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 -(1-4) glicozit
2.1.5. 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 chƣa 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 nhƣ: Hg2+, 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.
2.1.6. Một số ứng dụng của chitin /chitosan và các dẫn xuất.
- Chitin/chitosan và các dẫn xuất của chúng có nhiều đặc tính quý báu nhƣ:
có hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, có khả năng tự phân huỷ sinh học cao,
không gây dị ứng, không gây độc hại cho ngƣời và gia súc, có khả năng tạo
phức với một số kim loại chuyển tiếp nhƣ: Cu(II), Ni(II), Co(II)... Do vậy
chitin và một số dẫn xuất của chúng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh
vực: Trong lĩnh vực xử lí nƣớc thải và bảo vê môi trƣờng, dƣợc học và y học,
nông nghiệp, công nghiệp, công nghệ sinh học…
- Các polisaccarit tự nhiên mà điển hình là chitosan, nhận đƣợc 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 lƣới phân tử có khả năng hấp phụ tạo
phức với kim loại chuyển tiếp nhƣ: Cu(II), Ni(II), Co(II) trong môi trƣờng
nƣớc. Vì vậy, việc nghiên cứu những đặc điểm về tính chất hóa học, khả năng
hấp phụ kim loại đang là vấn đề đƣợc các nhà khoa học quan tâm, và từng
bƣớc đƣợc áp dụng vào giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trƣờng trên Trái Đất…

12


PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Chitin là polyme sinh học có nhiều trong thiên nhiên chỉ đứng sau xenluloza.
Cấu trúc hóa học của chitin gần giống với xenluloza(cellulose).

chitin

13

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

- Cả chitin và chitosan đều có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và cuộc
sống, đặc biệt là trong chế biến và bảo quản thực phẩm.
- Chitin có gốc từ chữ "chiton", tiếng Hy Lạp có nghĩa là vỏ giáp. Chitin là
thành phần cấu trúc chính trong vỏ (bộ xƣơng ngoài) của các động vật không
xƣơng sống trong đó có loài giáp xác (tôm, cua). Khi chế biến những loại hải
sản giáp xác, lƣợng chất thải (chứa chitin) chiếm tới 50% khối lƣợng đầu vào
và con số này tính trên toàn thế giới là 5,ll triệu tấn/năm.
Vì chitin phân hủy sinh học rất chậm nên việc xử lý một lƣợng chất thải lớn
nhƣ thế sẽ gặp nhiều khó khăn.

Quá trình chiết tách chintin
Tuy nhiên nếu tận dụng đƣợc chitin và chitosan để tạo ra các sản phẩm có giá
trị thì lại nâng cao đƣợc hiệu quả chế biến hải sản và bảo vệ môi trƣờng. Từ
Chitin ta có thể điều chế chitosan và các dẫn xuất của chúng đều có tính
kháng khuẩn nhƣng cho tới nay ngƣời ta vẫn chƣa hiểu rõ cơ chế của nó.
- Thông thƣờng ngƣời ta hay dùng màng PE để bao gói các loại thực phẩm
khô. Nếu dùng PE để bao gói các thực phẩm tƣơi sống thì có nhiều bất lợi do
không khổng chế đƣợc độ ẩm và độ thoáng không khí (oxy) cho thực phẩm.
- Trong khi bảo quản, các thực phẩm tƣơi sống vẫn "thở", nếu dùng bao gói
bằng PE thì mức cung cấp oxy bị hạn chế, nƣớc sẽ bị ngƣng đọng tạo môi
trƣờng cho nấm mốc phát triển. Màng bao bọc bằng chitin và chitosan sẽ giải
quyết đƣợc các vấn đề trên. Trong thực tế ngƣời ta đã dùng màng chitosan để
14

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

đựng và bảo quản các loại rau quả nhƣ đào, dƣa chuột, đậu, bƣởi v.v... Màng
chitosan cũng khá dai, khó xé rách, có độ bền tƣơng đƣơng với một số chất
dẻo vẫn đƣợc dùng làm bao gói.
- Tuy nhiên các thí nghiệm thực tế cho thấy chitosan có khả năng ức chế hoạt
động của một số loại vi khuẩn nhƣ E.Coli. Một số dẫn xuất của Chitosan diệt
đƣợc một số loại nấm hại dâu tây, cà rốt, đậu và có tác dụng tốt trong bảo
quản các loại rau quả có vỏ cứng bên ngoài. Có thể bảo quản các loại thực
phẩm tƣơi sống, đông lạnh khi bao gói chúng bằng các màng mỏng dễ phân
hủy sinh học và thân thiện môi trƣờng.
- Một ứng dụng nữa của chitosan là làm chậm lại quá trình bị thâm của rau
quả. Rau quả sau khi thu hoạch sẽ dần dần bị thâm, làm giảm chất lƣợng và
giá trị. Rau quả bị thâm là do quá trình lên men tạo ra các sản phẩm polyme
hóa của oquinon. Nhờ bao gói bằng màng chitosan mà ức chế đƣợc hoạt tính
oxy hóa của các polyphenol, làm thành phần của anthocyamin, flavonoid.

2.2. TỔNG QUAN VỀ KẼM VÀ HỢP CHẤT CỦA KẼM:
2.2.1. Đặc điểm .
- Hợp kim của kẽm đã đƣợc sử dụng hàng thế kỷ, chẳng hạn đồng thanh có
niên đại 1000-1400 TCN đã đƣợc tìm thấy ở Palestin và các đồ vật bằng kẽm
có hàm lƣợng kẽm 87% đã đƣợc tìm thấy ở Transylvania tiền sử.
- Kẽm là một kim loại hoạt động trung bình có thể kết hợp với ôxy và các á
kim khác, có phản ứng với axít loãng để giải phóng hiđrô. Trạng thái ôxi hóa
phổ biến của kẽm là +2.
2.2.2. Tác dụng
- Kẽm là nguyên tố cần thiết để duy trì sự sống của con ngƣời và động vật.

Sự thiếu hụt kẽm để lại những hiệu ứng rõ nét trong việc tăng trọng của động
vật. Kẽm tìm thấy trong insulin, các prôtêin chứa kẽm và các enzym nhƣ
superôxít dismutas.
- Theo một số nguồn thì việc sử dụng các loại thuốc chứa kẽm có thể đem lại
sự miễn dịch đối với cảm lạnh hay cúm, mặc dù điều này còn gây tranh cãi.
Thị giác, vị giác, khứu giác và trí nhớ có liên quan đến kẽm và sự thiếu hụt
kẽm có thể gây ra sự hoạt động không bình thƣờng của các cơ quan này.
15


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

- Các nguồn thức ăn tự nhiên giàu kẽm bao gồm: sò huyết, các loại thịt màu
đỏ và thịt gia cầm, đậu, các loại quả có nhân, ngũ cốc nguyên vẹn, hạt bí hay
hạt hƣớng dƣơng.
Ở đàn ông, kẽm rất quan trọng trong việc sản xuất tinh dịch. Tới 5 mg kẽm bị
mất đi trong quá trình xuất tinh. Thiếu hụt kẽm ở đàn ông có thể dẫn tới giảm
lƣợng tinh trùng và tần xuất tình dục. Sự xuất tinh thƣờng xuyên có thể dẫn
tới thiếu hụt kẽm.
2.2.3. Tính chất vật lý
- Ở điều kiện thƣờng kẽm oxit có dạng bột trắng mịn, khi nung trên 300oC,
nó chuyển sang màu vàng (sau khi làm lạnh thì trở lại màu trắng).
- Hấp thụ tia cực tím và ánh sáng cóbƣớc sóng nhỏ hơn 366nm.
- Khi đƣa vào mạng tinh thể một lƣợng nhỏ kim loại hóa trị I hoặc hóa trị III
thì nó trở thành chất bán dẫn.
2.2.4. Tính chất hoá học:
- ZnO hầu nhƣ không tan trong nƣớc, nhƣng tan trong acid tạo thành các
muối:

2ZnO + 2H+ = Zn2+ + H2O
- Ngoài ra, ZnO là một chất lƣỡng tính, nên tan đƣợc trong kiềm tạo muối
zincat tan:
ZnO + 2OH- = ZnO22- + H2O
- Ở nhiệt độ cao khoảng1975oC, ZnO bị phân hủy:
2ZnO = 2 Zn + O2
2.2.5. Sản xuất và điều chế
2.2.5.1. Trong phòng thí nghiệm:
Ngƣời ta thƣờng điều chế ZnO theo 2 cách sau:
- Nung nóng mạnh kẽm kim loại:
2 Zn + O2 = 2ZnO
- Nung kẽm carbonat ( quặng calamin là một loại quặng quan trọng của kẽm,
thành phần chủ yếu của quặng này là ZnCO3),kẽm hydroxit
ZnCO3 = ZnO + CO2
Zn(OH)2 = ZnO + H2O
16


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

2.2.5.2. Trong công nghiệp:
Hiện nay, có 3 phƣơng pháp sản xuất ZnO nhƣ sau (trong ngoặc là tỉ lệ lƣợng
ZnO sản xuất theo mỗi cách)
Phƣơng pháp làm ẩm ( 1- 2 % )
Phƣơng pháp trực tiếp ( 10- 20 % )
Phƣơng pháp gián tiếp (còn lại )
Nguyên liệu:
Trƣớc đây, nguyên liệu thô là quặng kẽm hoặc hỗn hợp kim loại chứa kẽm

(từ 60 – 75% ). Ngày nay, hầu hết các nhà sản xuất đều dùng vụn kẽm hoặc
kẽm phế liệu.
Để đáp ứng nhu cầu dùng ZnO tinh khiết ngày càng cao, các nhà sản xuất
phải nghiên cứu và áp dụng nhiều công nghệ, phƣơng pháp sản xuất ZnO sao
cho lƣợng tạp chất là nhỏ nhất.
a. Phƣơng pháp trực tiếp:
Đây là phƣơng pháp đơn giản, giá rẻ, hiệu suất nhiệt rất cao. Phƣơng pháp
này hoạt động theo nguyên lý đốt hỗn hợp kẽm kim loại và than (1000 –
20000C) sẽ thu đƣợc kẽm oxit Các phƣơng trình phản ứng thuận nghịch diễn
ra nhƣ sau:
Zn + CO = ZnO + C
Zn + CO2 = ZnO +CO
C + O2 = CO2
CO2 + C = 2CO
Kẽm (trạng thái hơi) và khí CO sẽ bị oxy hóa thành ZnO và CO2
ở cửa ra của lò.Khi sản xuất theo phƣơng pháp này, sản phẩm phải đƣợc gia
nhiệt (1000oC) để làm tăng tính màu của ZnO.
b. Phƣơng pháp gián tiếp:
Nguyên lý của phƣơng pháp này là oxy hóa kẽm (trạng thái hơi) bằng phản
ứng cháy trong không khí ở điều kiện xác định để tạo thành kẽm oxit. Thông
qua việc điều chỉnh các điều kiện của phản ứng cháy (lƣợng không khí, độ ổn
định nhiệt…), ngƣời ta có thể thay đổi cấu trúc tinh thể và tính chất vật lý của
ZnO ( tính bán dẫn, tính quang dẫn,…).
17


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

Để làm giảm lƣợng tạp chất trong ZnO , phải giảm lƣợng tạp chất trong
nguyên liệu thô trƣớc khi nó bị oxy hóa. Đáp ứng yêu cầu này, ngƣời ta đã
tạo ra nhiều loại lò nung dùng để loại tạp chất ( Cd, Pb, Fe, Al, Cu ) ra khỏi
hỗn hợp nguyên liệu.
Lò Muffle
Ngƣời ta cho hỗn hợp kim loại vào lò cho đến khi nó bốc hơi. Một số kim
loại khó bay hơi ( Fe, Cu, Al ) sẽ tích tụ ở đáy lò.Để thu lại các kim loại này
nhanh chóng và dễ dàng, ngƣời ta thƣờng thiết kế đáy lò nghiêng.
Chƣng phân đoạn
Trong lò có gắn những tấm carbua silic và những hơp chất khác để hấp thụ
hơi Cd, Pb, Fe, Al, Cu. Kẽm sẽ bị oxy hóa ở cửa ra của lò.
Lò xoay
Khi dùng cách này, để tận dụng nguồn nhiệt, kẽm bị nấu chảy, chƣng cất và
oxy hóa một phần trong cùng một nơi. Bằng cách thay đổi nhiệt độ và áp
suất, ngƣời ta có thể loại bỏ tạp chất và thay đổi kích thƣớc ZnO. Tuy nhiên,
cách này cũng không dùng nhiều vì thiết bị này cồng kềnh, đắt tiền.
c. Phƣơng pháp làm ẩm .
Từ dung dịch chứa kẽm sunfat hoặc kẽm clorua, ngƣời ta sục khí CO2 vào để
tạo kết tủa ZnCO3, sau đó đem đi lọc, rửa rồi nung:
ZnCO3 = ZnO + CO2
Ngoài hai loại muối trên, ngƣời ta còn dùng Zn(OH)2 phế phẩm.
Đầu tiên làm sạch nguyên liệu thông qua một qui trình hóa học để đƣợc
Zn(OH)2sạch.
Zn(OH)2 = ZnO + H2O
Thành phần các hợp chất sản xuất theo 3 phƣơng pháp

18


PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Phƣơng

Phƣơng

Phƣơng

pháp gián

pháp trực

pháp làm

tiếp

tiếp

ẩm

ZnO ( % kl)

99,5

98,5

93

Pb ( % kl)

0,004

0,25

0,001

Cd ( % kl)

0,001

0,05

0,001

Cu ( % kl)

0,0005

0,003

0,001

0,001

0,001

0,02

0,1

1

0,3

0,3

1

0,01

0,1

0,2

Thông số

Mn ( % kl)
0,0005
Muối( % kl)
Mất mát khối
lƣợng( % kl)
Tính acid g
H2SO4/100g 99,5

2.2.6. Ứng dụng
Kẽm oxit có nhiều ứng dụng.
- Quan trọng nhất là trong công nghiệp sản xuất cao su. Khoảng một nửa
lƣợng ZnO trên thế giới đƣợc dùng để làm chất hoạt hóa trong quá trình lƣu
hóa cao su tự nhiên và nhân tạo.

- Kẽm oxit làm tăng độ đàn hồi và sức chịu nhiệt của cao su. Lƣợng kẽm
trong cao su từ 2 – 5%.
- Trong hội họa, mặc dù ZnO có một màu trắng đẹp nhƣng nó không còn giữ
vai trò chủ đạo nữa. Ngƣời ta dùng nó để làm chất bảo quản giấy, gỗ.
Trong công nghiệp chế biến dƣợc phẩm và mỹ phẩm: do ZnO hấp thụ tia cực
tím và có tính kháng khuẩn nên nó là một trong những nguyên liệu để làm
kem chống nắng, làm chất chống khuẩn trong các thuốc dạng mỡ.
Ngƣời ta dùng ZnO phản ứng với eugenol để làm chất giả xƣơng răng.
- Trong lĩnh vực sản xuất thủy tinh, men, đồ gốm: kẽm oxit có khả năng làm
19


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

giảm sự giãn nở vì nhiệt, hạ nhiệt độ nóng chảy, tăng độ bền hóa học cho sản
phẩm.
- Ngoài ra, kẽm oxit là nguyên liệu để sản xuất các chất các muối stearat,
photphat, cromat, bromat, dithiophotphat. Nó là nguồn cung cấp kẽm trong
thức ăn động vật và công nghiệp xi mạ. Ngƣời ta còn dùng nó để xử lý sự cố
rò rỉ khí sunfuro. Kẽm oxit, kết hợp với các oxit khác, là chất xúc tác trong
các phản ứng hữu cơ.
2.2.7. Tính độc hại
- Không nhƣ những kim loại nặng khác, kẽm oxit ít độc và nguy hiểm. Nó
cung cấp kẽm -một nguyên tố vi lƣợng rất cần thiết cho con ngƣời, động vật,
thực vật ; cơ thể ngƣời trƣởng thành có khoảng 2g kẽm và mỗi ngày cần phải
hấp thụ 10 đến 20 mg.
- Tuy nhiên, ZnO vẫn làm ô nhiễm môi trƣờng. Theo tiêu chuẩn quốc tế, mật
độ ZnO trong không khí phải dƣới 10mg/m3 ở nơi sản xuất và dƣới 5 mg/ m3

ở môi trƣờng.
- Nếu ăn phải hoặc hít vào một lƣợng lớn kẽm oxit sẽ bị sốt, buồn nôn khó
thở trong nhiều giờ liền. Những triệu chứng này sẽ dần biến mất và không để
lại di chứng.

20


PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

2.3. CÁC VI ĐỊNH VỀ NỒNG ĐỘ GIỚI HẠN CỦA Zn(II):
Các tiêu chuẩn của việt nam .
Nƣớc sinh hoạt tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5502

STT

Tên tiêu chuẩn

Đơn vị

Mức không

Phƣơng pháp thử

lớn hơn
1

Hàm lƣợng asen

mg/l

0,01

TCVN6626:2000

2

Hàm lƣợng chì

mg/l

0,01

TCVN 6193:1996

3

Hàm lƣợng đồng

mg/l

1,0

TCVN 6193:1996

4

Hàm lƣợng kẽm

mg/l

3,0

TCVN 6193:1996

5

Hàm lƣợng nhôm

mg/l

0,5

SMEWW3500-AI

6

Hàm lƣợng sắt

mg/l

1,0

TCVN6177:1996

7

Hàm lƣợng crom

mg/l

0,05

TCVN 6193:1996

8

Hàm lƣợng

mg/l

0,005

SMEWW3113B

antimon
9

Hàm lƣợng florua

mg/l

0,7÷1,5

TCVN6195:1996

10

Hàm lƣợng

mg/l

0,5

TCVN6002:1995

mg/l

0,001

TCVN5991:1995

mangan
11

Hàm lƣợng thủy
nhân

14

12

Hàm lƣợng xyanua

mg/l

0,07

TCVN6180:1996

13

Hàm lƣợng nitrat

mg/l

10,0

TCVN6180:1996

Tổng chất

mg/l

1000

SMEWW2540B

-

6÷8,5

TCVN6492:1999

rắn hòa tan
15

pH

21


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

CHƢƠNG III. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
3.1.

SỰ HẤP PHỤ:

Hấp phụ:
Trong hoá học là quá trình xảy ra khi một chất khí hay chât lỏng bị hút trên
bề mặt một chất rắn xốp. Chất khí hay hơi đƣợc gọi là chất bị hấp phụ
(adsorbent), chất rắn xốp dùng để hút khí hay hơi gọi là chất hấp phụ
(adsorbate) và những khí không bị hấp phụ gọi là khí trơ. Quá trình ngƣợc lại
của hấp phụ gọi là quá trình giải hấp phụ hay nhả hấp phụ.
Trong quá trình hấp phụ có toả ra một nhiệt lƣợng gọi là nhiệt hấp phụ. Bề
mặt càng lớn tức độ xốp của chất hấp phụ càng cao thì nhiệt hấp phụ toả ra
càng lớn.
Có 2 quá trình hấp phụ: hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học.
Hấp phụ vật lý:
Khi chất bị hấp phụ và chất hấp phụ tƣơng tác với nhau bằng lực Van der
Waals thì nhiệt hấp phụ có giá trị thấp và chất bị hấp phụ dễ bị giải hấp phụ.
Hấp phụ hoá học:
Lực tƣơng tác giữa các phân tử bị hấp phụ và chất hấp phụ bằng lực hoá học
tạo nên những hợp chất bề mặt nào đó. Nhiệt hấp phụ hoá học lớn và vì vậy

rất khó khử chất bị hấp phụ.
Giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học thật ra khó phân biệt, có khi nó tiến
hành song song, có khi chỉ có giai đoạn hấp phụ vật lý tuỳ thuộc tính chất của
bề mặt của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, tuỳ thuộc vào điều kiện quá trình
(nhiệt độ, áp suất... ).

22


PGS.TS NGUYỄN VĂN SỨC

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

3.2.

THUYẾT HOÁ HỌC LANGMUIR.

Thuyết hoá học Langmuir giải thích nguyên nhân hấp phụ trên bề mặt
rắn-lỏng:
 Sự có mặt những phần tử hoá trị không bão hoà trên bề mặt chất
hấp phụ. Khi hấp phụ, do tác dụng của lực hoá trị mà sinh ra lực
liên kết hoá học.
 Khoảng cách tác dụng của lực hoá trị rất ngắn, không quá đƣờng
kính phân tử, do đó chỉ hấp phụ một lớp.
 Quá trình hấp phụ chỉ xảy ra ở những điểm đặc biệt gọi là tâm hấp
phụ chứ không phải xảy ra trên toàn bộ bề mặt chất hấp phụ. Hoạt
tính hấp phụ phụ thuộc vào số lƣợng tâm hấp phụ.
Phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir:
Giả thiết:
-

Bề mặt đồng nhất(Dhads không thay đổi theo diện tích phủ).

-

Hấp phụ đơn lớp.

-

Không có tƣơng tác giữa các phân tử bị hấp phụ và các phân tử bị hấp
phụ không di chuyển.

𝐶=
 Phƣơng trình.

𝐴𝐶
𝐵 +𝐶
𝐾𝐶

X = Xm1+𝐾𝐶

 Dạng tuyến tính.

Y = ax + b
𝟏
𝟏 𝟏 𝟏
𝟏
=( .
). +
𝑿

𝑲 𝑿𝒎 𝑪
𝑿𝒎
Giả thiết :
23