Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng vật liệu chitosan apatit và thăm dò khả năng hấp phụ chất màu hữu cơ (tt)

Sample
ĐẠI HỌC HUẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
----------

NGUYỄN CAO DUY ÂN

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU
CHITOSAN – APATIT VÀ THĂM DÒ KHẢ NĂNG
HẤP PHỤ CHẤT MÀU HỮU CƠ
CHUYÊN NGÀNH: HÓA HỮU CƠ

Demo Version -MÃ
Select.Pdf
SDK
SỐ: 60440114

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LÊ QUỐC THẮNG

Batch PDF Merger
Thừa Thiên Huế, năm 2018


Sample
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng
tôi, các số liệu và các kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là

trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa
được công bố trong bất kì một công trình nào khác.

Tác giả

Nguyễn Cao Duy Ân

Demo Version - Select.Pdf SDK

Batch PDF Merger


LỜI CÁM ƠN
………………

Trước tiên, em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS. Lê
Quốc Thắng đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ em để em có thể
hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình.
Em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô giáo ThS. Đặng Thị
Thanh Nhàn – Giảng viên khoa Hóa Học – Trường Đại học Sư phạm Huế
đã tận tình chỉ bảo, truyền đạt cho em các phương pháp nghiên cứu khoa
học và những bài học kinh nghiệm quý báu trong quá trình làm thực
nghiệm thực hiện luận văn này.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô, các anh chị tại tổ
hữu cơ – Khoa Hóa Học –Trường Đại học Sư phạm Huế đã tận tình giảng
dạy, chỉ bảo và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận
văn. Demo Version - Select.Pdf SDK
Cuối cùng xin được gửi lời cảm ơn gia đình và bạn bè tôi đã động
viên và giúp đỡ tôi cả vật chất lẫn tinh thần trong thời gian thực hiện luận
văn.

Huế, tháng 11 năm 2018
Học viên

Nguyễn Cao Duy Ân


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Đặt vấn đề.................................................................................................................... 1
2. Đối tượng và mục đích nghiên cứu ............................................................................ 2
3. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................................2
4. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................................3
5. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................ 3
6. Bố cục đề tài ................................................................................................................ 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU......................................................................... 5
1.1. Tổng quan về chitosan .......................................................................................... 5
1.1.1. Giới thiệu về chitosan ...................................................................................... 5
1.1.2. Cấu trúc hóa học của chitosan ......................................................................... 6
1.1.3. Độ deacetyl hóa ............................................................................................... 7
1.1.4. Một số phản ứng hóa học của chitosan ........................................................... 7
1.1.5. Ứng dụng của chitosan .................................................................................... 9

Demo
Version
- Select.Pdf SDK
1.2. Hidroxiapatit,
Floapatit
.......................................................................................11
1.2.1. Hidroxiapatit ..................................................................................................11
1.2.2. Floxiapatit ......................................................................................................13

1.3. Chitosan – hidroxiapatit, Chitosan - floapatit ....................................................15
1.3.1. Chitosan - hidroxiapatit .................................................................................15
1.3.2. Chitosan - floapatit ........................................................................................17
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM .....................18
2.1. Điều chế chitosan ................................................................................................18
2.1.1. Chuẩn bị nguyên liệu .....................................................................................18
2.1.2. Điều chế chitosan ...........................................................................................18
2.2. Điều chế chitosan – hidroxiapatit, chitosan - floapatit ......................................19
2.2.1. Điều chế chitosan - hidroxiapatit ..................................................................19
2.2.2. Điều chế chitosan - floapatit..........................................................................20
2.3. Thăm dò khả năng hấp phụ chất màu hữu cơ của vật liệu chitosan – floapatit 20
2.3.1. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ MB, MO và CR .........................20

Nguyễn Cao Duy Ân


2.3.2. So sánh khả năng hấp phụ màu của chitosan và chitosan – floapatit...........21
2.4. Một số phương pháp xác định các đặc trưng vật lí ............................................21
2.4.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X ..........................................................................21
2.4.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (FT -IR) .........................................................22
2.4.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) .............................................23
2.4.4. Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA).........................................24
2.5. Xác định một số đặc trưng của CTS, CTS-HA, CTS-FA ..................................24
2.5.1. Phổ FT – IR ....................................................................................................24
2.5.2. Phổ XRD ........................................................................................................25
2.5.3. Hình ảnh SEM ...............................................................................................25
2.5.4. Phổ TGA ........................................................................................................25
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...............................................................26
3.1. Điều chế chitosan ................................................................................................26
3.2. Điều chế chitosan – hidroxiapatit .......................................................................26

3.2.1. Phổ IR ............................................................................................................26
3.2.2. Ảnh SEM........................................................................................................27

Version
- Select.Pdf
SDK
3.3. Điều chếDemo
chitosan
– floapatit
..............................................................................27
3.3.1. Khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình tổng hợp CTS-FA .....27
3.3.2. Một số đặc trưng của chitosan – floapatit .....................................................34
3.4. So sánh chitosan, chitosan – hidroxiapatit, chitosan - floapatit ........................36
3.4.1. Tính chất cảm quan ........................................................................................36
3.4.2. Một số đặc trưng ............................................................................................36
3.5. Khảo sát khả năng năng hấp phụ màu của vật liệu tổng hợp CTS-FA .............39
3.5.1. Xây dựng đường chuẩn của MB, MO và CRError!

Bookmark

not

defined.
3.5.2. Khảo sát khả năng hấp phụ chất màu ............................................................. 41
3.5.3. Đánh giá khả năng hấp phụ màu của CTS-FA với CR .................................. 44
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................................46
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................47
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 51

Nguyễn Cao Duy Ân

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

CTS

Chitosan

CTS-HA

Chitosan - hidroxiapatit

CTS-FA

Chitosan – floapatit

Congo đỏ

CR

DA

Độ acetyl hóa

DDA

Độ deacetyl hóa

FA

Floapatit

FT-IR

Phổ hồng ngoại (Fourier Transform-Infrared Radiation)

HA

Hidroxiapatit

Metyl da cam

MO

TGA

Phổ phân tích nhiệt khối lượng (Thermal gravimetric analysis)

XRD

Nhiễu xạ tia X (X–Ray Diffraction)

Xanh metylen

MB

SEM

KínhVersion
hiển vi điện

tử quét (Scanning
Demo
- Select.Pdf
SDK Electron Microscope)

DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1. So sánh giữa CTS, CTS-HA, CTS-FA ........................................................36
Bảng 3.2. Độ hấp thụ quang của dung dịch MB với các nồng độ khác nhau .............39
Bảng 3.3. Độ hấp thụ quang của dung dịch MO với các nồng độ khác nhau .............40
Bảng 3.4. Độ hấp thụ quang của dung dịch CR với các nồng độ khác nhau ..............41
Bảng 3.5. Khả năng hấp phụ MB của CTS và CTS-FA ..............................................42
Bảng 3.6. Khả năng hấp phụ MO của CTS và CTS-FA ..............................................43
Bảng 3.7. Khả năng hấp phụ CR của CTS và CTS-FA ...............................................44
Bảng 3.8. Dung lượng hấp phụ, hiệu suất hấp phụ CR của CTS-FA theo thời gian.....44

Nguyễn Cao Duy Ân


DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu trúc hóa học của CTS dạng lí thuyết ...................................................... 6
Hình 1.2. Sự chuyển hóa chitin thành CTS ....................................................................6
Hình 1.3. Cấu trúc hóa học của CTS thực tế ..................................................................6
Hình 1.4. Chito-oligome .................................................................................................8
Hình 1.5. Phản ứng tạo phức giữa CTS và Ni2+ ............................................................. 8
Hình 1.6. Phản ứng N – axyl hóa của CTS ....................................................................9
Hình 1.7. Công thức cấu tạo của HA ............................................................................12
Hình 1.8. Công thức cấu tạo CTS-HA..........................................................................15
Hình 2.1. Quy trình điều chế CTS từ vỏ cua ................................................................18
Hình 2.2. Một số sản phẩm trong quá trình điều chế CTS ..........................................19
Hình 2.3. Quy trình điều chế CTS-HA, CTS-FA .........................................................19

Hình 3.1. Phổ IR của vật liệu CTS-HA .......................................................................26
Hình 3.2. Ảnh SEM (a) bề mặt và (b) mặt cắt CTS-HA.............................................27
Hình 3.3. Sản phẩm CTS-FA ở các thời gian khác nhau .............................................27

Demo
Version
- Select.Pdf
Hình 3.4. Phổ IR
của các
mẫu CTS-FA
ở các thờiSDK
gian khác nhau ............................28
Hình 3.5. Giản đồ XRD của các mẫu CTS-FA ở các thời gian khác nhau .................29
Hình 3.6. Ảnh SEM của các mẫu CTS-FA ở các thời gian khác nhau .......................29
Hình 3.7. Sản phẩm CTS-FA ở các nhiệt độ khác nhau ..............................................30
Hình 3.8. Phổ IR của các mẫu CTS-FA ở các nhiệt độ khác nhau ..............................30
Hình 3.9. Giản đồ XRD của các mẫu CTS-FA ở các nhiệt độ khác nhau ..................31
Hình 3.10. Ảnh SEM bề mặt của của các mẫu CTS-FA ở các nhiệt độ khác nhau ....31
Hình 3.11. Sản phẩm CTS-FA ở các nồng độ NaF khác nhau ....................................32
Hình 3.12 . Phổ IR của các mẫu CTS-FA ở các nồng độ NaF khác nhau...................32
Hình 3.13. Giản đồ XRD của các mẫu CTS-FA ở các nồng độ NaF khác nhau ........33
Hình 3.14. Ảnh SEM bề mặt của các mẫu CTS-FA ở các nồng độ NaF khác nhau...34
Hình 3.15. Phổ IR của CTS-FA ....................................................................................34
Hình 3.16. Giản đồ XRD của CTS-FA.........................................................................35
Hình 3.17. Ảnh SEM bề mặt và mặt cắt CTS-FA .......................................................35
Hình 3.18. Phổ IR của CTS, CTS-FA và CTS-HA......................................................36

Nguyễn Cao Duy Ân

Hình 3.19. Hệ phổ XRD của CTS, CTS-HA, CTS-FA, HA, FA ................................37
Hình 3.20. Ảnh SEM bề mặt và mặt cắt của CTS, CTS-HA, CTS-FA .......................37
Hình 3.21. Giản đồ TGA của CTS, CTS-HA, CTS-FA...............................................38
Hình 3.22. Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ MB ................................................40
Hình 3.23. Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ MO................................................40
Hình 3.24. Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ CR .................................................41
Hình 3.25. Khả năng hấp phụ MB của CTS, CTS-FA................................................... 41
Hình 3.26. Khả năng hấp phụ MO của CTS, CTS-FA ................................................42
Hình 3.27. Khả năng hấp phụ CR của CTS, CTS-FA .................................................43
Hình 3.28. Khả năng hấp phụ CR của CTS-FA tại các thời gian khác nhau ..............45
Hình 3.29. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ CR của CTS-FA theo
thời gian .........................................................................................................................45

Demo Version - Select.Pdf SDK

Nguyễn Cao Duy Ân


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Ngày nay, thế giới ngày càng phát triển, con người được sống đầy đủ, tiện
nghi hơn. Nhưng song song với việc phát triển đó, vấn đề ô nhiễm nguồn nước đã
và đang trở thành vấn nạn của các nước trên thế giới nói chung và nước ta nói
riêng. Ở nước ta, quá trình phát triển các khu công nghiệp, các khu chế xuất đã góp
phần tăng trưởng kinh tế, thúc đẩy đầu tư và sản xuất công nghiệp, hình thành các
khu đô thị mới. Tuy nhiên, bên cạnh sự chuyển biến tích cực này, đã xuất hiện
những vấn đề tiêu cực liên quan đến môi trường sinh thái. Rất nhiều nhà máy đã
thải trực tiếp các nước thải có chứa các ion kim loại nặng, các phẩm nhuộm hữu
cơ… ra môi trường để lại hậu quả là môi trường nước nhiều khu vực trở nên ô
nhiễm nghiêm trọng.

Vì vậy, bên cạnh việc nâng cao ý thức của người dân, và chặt chẽ hóa công
tác quản lí môi trường thì việc tìm ra phương pháp loại bỏ các chất thải này ra khỏi
môi trường nước mang một ý nghĩa to lớn. Thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi
trong các ngành công nghiệp dệt, may, cao su… Do có tính tan cao, thuốc nhuộm là
Demo Version - Select.Pdf SDK
tác nhân gây ô nhiễm và để lại hậu quả rất lớn đến các sinh vật sống. Hơn nữa,
thuốc nhuộm rất khó loại bỏ vì chúng ổn định với ánh sáng, nhiệt và tác nhân oxy
hóa. Trong nhiều phương pháp được nghiên cứu để loại bỏ các chất màu trong môi
trường nước, phương pháp được sử dụng hiệu quả hiện nay là phương pháp hấp
phụ với những ưu điểm là rẻ tiền, quy trình đơn giản, không đưa thêm vào môi
trường các tác nhân độc hại. Có rất nhiều chất hấp phụ rẻ tiền, dễ tìm kiếm được sử
dụng để loại bỏ các tác nhân độc hại trong môi trường nước.
Hằng năm, ở nước ta, một lượng lớn tôm, cua được tiêu thụ vì thế vỏ tôm, vỏ
cua có số lượng rất lớn. Trong vỏ tôm, cua có rất nhiều chitin – có cấu trúc gồm các
đơn vị N-acetyl-D-glucosamine liên kết với nhau thông qua liên kết β-1,4-glicozit
giúp cho chitin có khả năng tương hợp sinh học, không độc hại. Ngoài ra, sản phẩm
deacetyl hóa của chitin là chitosan – một vật liệu có chứa nhóm hidroxyl, amin…
có rất nhiều hoạt tính mới mà các polisaccarit khác không có như: khả năng tạo
màng, hấp thụ ion kim loại, khả năng phân hủy sinh học, không độc hại. Vì vậy,

Nguyễn Cao Duy Ân

1


chitosan được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực: bảo quản thực phẩm, y học, bảo
vệ môi trường.
Flo là nguyên tố thiết yếu liên quan đến một số phản ứng trong cơ thể mặc
dù chỉ tồn tại với hàm lượng vết trong chất khoáng của xương, răng, mầm răng. Nó
được xem là một trong những nguyên tố đóng vai trò quyết định trong việc dự

phòng và điều trị các bệnh về răng miệng. Do có các tính chất lý-hóa đặc trưng, ion
florua thường được sử dụng làm chất cộng hợp trong hidroxiapatit, một trong
những loại bioceramic được ứng dụng rộng rãi nhất, cũng như tham gia vào thành
phần của các loại bioglasses khác. Các ion florua có thể thay thế một phần hoặc
hoàn toàn các ion hidroxit của hidroxiapatit tạo thành sản phẩm là flohidroxiapatit
hoặc floapatit tương ứng. Sự kết hợp giữa hidroxiapatit, flohidroxiapatit và floapatit
với chitosan để tạo thành vật liệu bioceramic ứng dụng trong y học đã được một số
nhà khoa học nghiên cứu điều chế.
Sự kết hợp giữa hidroxiapatit, floapatit với chitosan để tạo thành vật liệu
bioceramic, tiềm năng và mang những ưu điểm của cả hai loại vật liệu trên, ngoài
ra còn cải thiện tính chất cơ học của chitosan. Tuy nhiên, hiện nay chưa có nhiều
Demo Version - Select.Pdf SDK
công trình nghiên cứu về chitosan-floapatit. Với những lý do trên, chúng tôi chọn
đề tài:
“Nghiên cứu tổng hợp, đặc trưng vật liệu chitosan-apatit và thăm dò khả
năng hấp phụ chất màu hữu cơ ”.
Những kết quả thu được của đề tài sẽ là cơ sở khoa học phục vụ việc điều
chế và nghiên cứu chitosan – floapatit trong tương lai.
2. Đối tượng nghiên cứu
- Chitosan – hidroxiapatit
- Chitosan – floapatit
- Một số chất màu hữu cơ
3. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng hợp chitosan – hidroxiapatit, chitosan – floapatit.
- Thăm dò khả năng hấp phụ một số chất màu hữu cơ của vật liệu chitosan – floapatit.

Nguyễn Cao Duy Ân

2

4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng hợp chitosan – hidroxiapatit từ chitosan.
- Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật
liệu chitosan – floapatit từ chitosan – hidroxiapatit:
+ ảnh hưởng của nhiệt độ
+ ảnh hưởng của thời gian
+ ảnh hưởng của nồng độ ion F- Xác định một số đặc trưng của chitosan – apatit như cấu trúc hóa học, cấu trúc vật
liệu (bề mặt và mặt cắt), độ bền nhiệt, cấu trúc tinh thể,…
- Thăm dò khả năng hấp phụ một số chất màu hữu cơ của vật liệu chitosan –
floapatit như xanh metylen, metyl da cam, congo đỏ,…
5. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết
- Tổng quan tài liệu về chitosan, chitosan – apatit, chitosan - floapatit về cấu tạo,
tính chất, điều chế, ứng dụng.
- Tổng quan tài liệu về một số chất màu hữu cơ.
Demo Version - Select.Pdf SDK
Nghiên cứu thực nghiệm
- Điều chế chitosan từ vỏ cua qua 3 giai đoạn: khử protein, khử khoáng và deacetyl
hóa.
- Tổng hợp chitosan-hidroxiapatit
- Tổng hợp chitosan- floapatit
- Phân tích đặc trưng vật liệu thu được bằng các phương pháp: XRD, SEM, IR,
DTA – TGA
- Khảo sát khả năng hấp phụ một số chất màu hữu cơ bằng phương pháp trắc quang
(UV-vis)
6. Bố cục đề tài
Luận văn gồm 50 trang (không kể phụ lục và mục lục), trong đó có 8 bảng
và 40 hình.
Phần mở đầu gồm 4 trang, phần nội dung 43 trang, tài liệu tham khảo gồm 4 trang.

Nguyễn Cao Duy Ân

3


Nội dung luận văn gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan tài liệu (gồm có 13 trang)
Chương 2: Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm (gồm có 8 trang)
Chương 3: Kết quả và thảo luận (gồm có 20 trang)
Kết luận và kiến nghị: gồm 1 trang

Demo Version - Select.Pdf SDK

Nguyễn Cao Duy Ân

4