Nghiên cứu hấp phụ ion cu2+ trong dung dịch nước bằng vật liệu hấp phụ chitosan, axit humic và tổ hợp chitosan axit humic

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG
KHOA HÓA


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Đề tài

NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ ION Cu2+ TRONG
DUNG DỊCH NƢỚC BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ
CHITOSAN, AXIT HUMIC VÀ TỔ HỢP
CHITOSAN/AXIT HUMIC

Sinh viên thực hiện : Phạm Thị Gái
Lớp
: 14CHP
Ngành
: CN. Hóa Phân tích – Môi trường
GVHD
: TS. Trần Mạnh Lục

Đà Nẵng, Tháng 4 Năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
Độc lập – tự do – hạnh phúc
KHOA HÓA
------

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên : Phạm Thị Gái
Lớp

: 14CHP

Tên đề tài: “Nghiên cứu hấp phụ ion Cu2+ trong dung dịch nƣớc bằng vật liệu hấp
phụ chitosan, axit humic và tổ hợp chitosan/axit humic”
1. Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị
 Nguyên liệu: Vỏ tôm sạch và than bùn
 Dụng cụ: dụng cụ thủy tinh, tủ sấy, lò nung, cân phân tích, bếp cách thủy,…
 Thiết bị : đo phổ IR, đo phân tích nhiệt TG/DTA
2. Nội dung nghiên cứu
 Xử lý nguyên liệu vỏ tôm sạch để được chitosan
 Xử lý nguyên liệu than bùn để được axit humic sau khi tinh chế
 Tạo ra vật liệu hấp phụ tổ hợp chitosan/ axit humic
 Xác định các đặc tính hóa lý, điểm đẳng điện của các vật liệu hấp phụ
 Hấp phụ bể đối với ion Cu2+ của chitosan, axit humic, chitosan/ axit humic
- Nghiên cứu đẳng nhiệt
- Tải trọng hấp phụ cực đại
- Ảnh hưởng của lực ion
3. Giáo viên hướng dẫn: TS. Trần Mạnh Lục
4. Ngày giao đề tài: 03/7/2017
5. Ngày hoàn thành: 20/4/2018
Chủ nhiệm khoa

Giáo viên hướng dẫn

( Ký và ghi rõ họ tên)

( Ký và ghi rõ họ và tên)

PGS.TS. Lê Tự Hải

TS. Trần Mạnh Lục


Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho khoa ngày 27 tháng 4 năm 2018
Kết quả điểm đánh giá:
Ngày……tháng……năm 2018
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
( Ký và ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN

Sau hơn hai tháng thực hiện luận văn tốt nghiệp, em đã học hỏi được nhiều điều
kiến thức về lĩnh vực mà em nghiên cứu. Để hoàn thành khóa luận này, em xin tỏ lòng
biết ơn sâu sắc đến thầy Trần Mạnh Lục đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình
nghiên cứu và viết Báo cáo của Tốt Nghiệp.
Em chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Hóa, Trường Đại Học Sư Phạm
Đà Nẵng đã tận tình truyền đạt những kiến thức trong 4 năm em học tập. Với những
kiến thức được tiếp thu và học hỏi trong quá tình học không chỉ là nền tảng cho quá
trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành trang cho em để em bước vào xã hội một
cách vững chắc và đầy tự tin.
Trong quá trình nghiên cứu và báo cáo khóa luận, khó tránh khỏi sai sót, rất
mong các thầy cô bỏ qua. Đồng thời, do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm làm
nghiên cứu còn hạn chế nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất
mong nhận được ý kiến đóng góp thầy cô để em học hỏi thêm được nhiều kinh nghiệm
hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng, ngày 23 tháng 4 năm 2018
Sinh viên

PHẠM THỊ GÁI


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC HÌNH
DANH MỤC CÁC BẢNG
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Đặt vấn đề .................................................................................................................. 1
2. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................. 2
3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu .......................................................... 2
4. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................. 2
5. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................... 2
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU....................................................................... 4
1.1. Tổng quan về chitin/chitosan .................................................................................. 4
1.1.1.Nguồn gốc và sự tồn tại của Chitin/chitosan trong tự nhiên ................................... 4
1.1.2.Công thức cấu tạo.................................................................................................... 5
1.1.2.1.Cấu trúc hóa học của chitin .................................................................................. 5
1.1.2.2.Cấu trúc hóa học của chitosan.............................................................................. 6
1.1.3. Tính chất vật lý của chitin/chitosan ...................................................................... 7
1.1.3.1.Tính chất vật lý của chitin .................................................................................... 7
1.1.3.2.Tính chất vật lý của chitosan................................................................................ 7
1.1.4.Tính chất hóa học của chitin/ chitosan .................................................................... 8
1.1.4.1.Tính chất hóa học của chitin ................................................................................ 8
1.1.4.2.Tính chất hóa học của chitosan ............................................................................ 8
1.1.5.Tính chất sinh học ................................................................................................. 10

1.1.6.Ưu, nhược điểm của chitin/chitoan ....................................................................... 11
1.1.7.Nguyên tắc điều chế chitin/ chitosan .................................................................... 12
1.1.7.1.Điều chế chitin từ vỏ tôm ................................................................................... 12
1.1.7.2.Quá trình điều chế chitosan ................................................................................ 13
1.1.8.Một số ứng dụng của chitosan .............................................................................. 13


1.1.8.1.Ứng dụng chitosan trong ngành công nghệ thực phẩm ..................................... 13
1.1.8.2.Ứng dụng chitosan trong y dược: ....................................................................... 13
1.1.8.3.Ứng dụng chitosan trong công nghiệp ............................................................... 14
1.1.8.4.Ứng dụng chitosan trong nông nghiệp ............................................................... 14
1.1.8.5.Ứng dụng chitosan trong công nghệ in ấn và trong phim ảnh ........................... 14
1.2. Tổng quan về axit humic ....................................................................................... 14
1.2.1.Sự hình thành axit humic ...................................................................................... 14
1.2.2.Đặc điểm của axit humic ....................................................................................... 15
1.2.3.Thành phần nguyên tố của axit humic .................................................................. 15
1.2.4.Cấu tạo của axit humic .......................................................................................... 15
1.2.5.Bản chất tương tác của axit humic với ion kim loại trong dung dịch nước .......... 17
1.2.6.Ứng dụng của axit humic trong nông nghiệp và môi trường ................................ 18
1.3. Giới thiệu về Đồng ................................................................................................. 19
1.3.1.Nguồn gốc và Đồng trong nước ............................................................................ 19
1.3.2.Hàm lượng đồng trong nước thiên nhiên và nước thải ......................................... 19
1.3.3.Tính độc hại........................................................................................................... 20
1.3.4.Nồng độ đồng cho phép ........................................................................................ 20
1.3.5.Đồng trong đất, phân vi lượng đồng ..................................................................... 21
1.4. Phƣơng pháp hấp phụ ........................................................................................... 21
1.4.1.Giới thiệu chung về phương pháp hấp phụ ........................................................... 21
1.4.2.Khái niệm về sự hấp phụ ....................................................................................... 22
1.4.3.Cơ sở lý thuyết của quá tình hấp phụ trong môi trường nước .............................. 22
1.4.4.Phương trình mô tả quá trình hấp phụ .................................................................. 23

1.4.4.1.Phương trình hấp phụ Freundlich....................................................................... 23
1.4.4.2.Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ...................................................... 25
CHƢƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 27
2.1. Nguyên liệu ............................................................................................................. 27
2.2. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất ................................................................................ 27
2.2.1.Dụng cụ, thiết bị .................................................................................................... 27


2.2.2.Hóa chất ................................................................................................................ 27
2.3. Điều chế vật liệu ..................................................................................................... 27
2.3.1.Điều chế chitin từ vỏ tôm ...................................................................................... 27
2.3.2.Điều chế chitosan từ vỏ chitin ............................................................................... 28
2.3.3.Điều chế axit humic .............................................................................................. 28
2.3.4.Điều chế tổ hợp chitosan- axit humic ................................................................... 28
2.4. Đặc tính hóa lý của vật liệu hấp phụ.................................................................... 29
2.4.1.Xác định độ ẩm, độ tro .......................................................................................... 29
2.4.1.1.Xác định độ ẩm không khí ................................................................................. 29
2.4.1.2.Xác định hàm lượng tro ..................................................................................... 30
2.4.2.Điểm đẳng điện của vật liệu hấp phụ .................................................................... 30
2.4.3.Phổ hồng ngoại, phổ phân tích nhiệt DTA/TG ..................................................... 31
2.5. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cu2+ trong nƣớc của vật liệu hấp phụ bằng
phƣơng pháp hấp phụ bể ............................................................................................. 31
2.5.1.Nghiên cứu đẳng nhiệt .......................................................................................... 31
2.5.2.Xác định tải trọng hấp phụ cực đại ....................................................................... 32
2.5.3.Ảnh hưởng của lực ion .......................................................................................... 33
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................................................. 35
3.1. Kết quả điều chế vật liệu hấp phụ ........................................................................ 35
3.1.1.Kết quả điều chế chitin .......................................................................................... 35
3.1.2.Kết quả điều chế chitosan ..................................................................................... 37
3.1.3.Kết quả nghiên cứu điều chế axit humic từ than bùn ............................................ 38

3.1.4.Kết quả nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp chitosan- axit humic ......................... 39
3.2. Đặc tính hóa lý của vật liệu hấp phụ.................................................................... 41
3.2.1.Xác định độ ẩm ..................................................................................................... 41
3.2.2.Xác định độ tro ...................................................................................................... 41
3.2.3.Kết quả khảo sát điểm đẳng điện của vật liệu hấp phụ ......................................... 42
3.2.4.Phổ hồng ngoại, phổ phân tích nhiệt DTA/TG ..................................................... 43
3.3. Kết quả nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cu2+ trong nƣớc của vật liệu hấp
phụ bằng phƣơng pháp hấp phụ bể............................................................................ 45


3.3.1.Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ ................................................................ 46
3.3.1.1.Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ của chitosan ........................................ 46
3.3.1.2.Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ của axit humic .................................... 48
3.3.1.3.Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ của chitosan/axit humic ...................... 50
3.3.1.4.Tải trọng hấp phụ cực đại của chitosan .............................................................. 53
3.3.1.5.Tải trọng hấp phụ cực đại của axit humic .......................................................... 54
3.3.1.6.Tải trọng hấp phụ cực đại của chitosan/ axit humic .......................................... 56
3.3.4.Kết quả ảnh hưởng của lực ion ............................................................................. 58
3.3.4.1.Ảnh hưởng của lực ion NaCl ............................................................................. 58
3.3.4.2.Ảnh hưởng của lực ion Na2CO3 ......................................................................... 59
3.3.4.3.Ảnh hưởng của lực ion Na3PO4 ......................................................................... 60
3.3.4.4.Ảnh hưởng của lực ion MgCl2 ........................................................................... 61
3.3.4.5.Ảnh hưởng của lực ion CaCl2 ............................................................................ 62
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 66


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DTA/ TG

: Phân tích nhiệt trọng lượng vi sai ( Diffenetial Thermal

IR

: Phổ hồng ngoại ( Infrared)

VLHP

: Vật liệu hấp phụ

Analysis)


DANH MỤC CÁC HÌNH
STT
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8

3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
3.18
3.19
3.20
3.21
3.22
3.23
3.24

Tên hình
Công thức cấu tạo của chitin
Công thức cấu tạo của chitosan
Công thức phức của chitin/ chitosan với kim loại Ni2+
Công thức phân tử của axit humic
Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich
Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
Sơ đồ quá trình điều chế chitin
Hình ảnh của vỏ tôm sạch
Chitin thu được từ vỏ tôm
Sơ đồ quá trình điều chế chitosan từ chitin
Chitin
Chitosan thu được

Sơ đồ quá trình điều chế axit humic từ than bùn
Axit humic thu được
Sơ đồ điều chế vật liệu hấp phụ chitosan/ axit humic
Vật liệu hấp phụ chitosan/axit humic tỉ lệ 0,5 : 2
Đồ thị xác định điểm đẳng điện của các vật liệu hấp
phụ
Phổ IR của vật liệu hấp phụ chitosan/ axit humic
Phổ TG/ DTA của vật liệu hấp phụ chitosan/ axit humic
Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng lượng chất hấp phụ đến tải
trọng hấp phụ của Cu2+ bằng chitosan
Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng lượng chất hấp phụ đến
hiệu suất hấp phụ của Cu2+ bằng chitosan
Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng lượng chất hấp phụ đến tải
trọng hấp phụ của Cu2+ bằng axit humic
Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng lượng chất hấp phụ đến
hiệu suất hấp phụ của Cu2+ bằng axit humic
Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng lượng chất hấp phụ đến tải
trọng hấp phụ của Cu2+ bằng chitosan/ axit humic
Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng lượng chất hấp phụ đến
hiệu suất hấp phụ của Cu2+ bằng chitosan/ axit humic
Dạng tuyến tính phương trình Langmuir của chitosan
Dạng tuyến tính phương trình Freundlich của chitosan
Dạng tuyến tính phương trình Langmuir của axit humic
Dạng tuyến tính phương trình Freundlich của axit
humic
Dạng tuyến tính phương trình Langmuir của chitosan/

Trang
5
6

10
16
24
26
35
36
36
37
37
37
38
38
39
40
42
43
45
47
47
49
50
52
52
54
54
55
55
56

3.25
3.26

axit humic
Dạng tuyến tính phương trình Freundlich của chitosan/
axit humic
Ảnh hưởng của lực ion NaCl đến hấp phụ Cu2+ bằng

57
58

vật liệu hấp phụ
3.27

Ảnh hưởng của lực ion Na2CO3 đến hấp phụ Cu2+ bằng

59

vật liệu hấp phụ
3.28

Ảnh hưởng của lực ion Na3PO4 đến hấp phụ Cu2+ bằng

60

vật liệu hấp phụ
3.29

Ảnh hưởng của lực ion MgCl2 đến hấp phụ Cu2+ bằng

61

vật liệu hấp phụ
3.30

Ảnh hưởng của lực ion CaCl2 đến hấp phụ Cu2+ bằng
vật liệu hấp phụ

62


DANH MỤC CÁC BẢNG
STT

Tên bảng

Trang

2.1
3.1
3.2

Các tỉ lệ khối lượng chitosan và axit humic
Kết quả điều chế chitin từ vỏ tôm
Hiệu suất của quá trình điều chế chitosan từ
chitin
Khối lượng giữa chitosan và axit humic
Kết quả hấp phụ dung dịch Cu2+ bằng chitosan/
axit humic
Kết quả độ ẩm của các VLHP

Kết quả độ tro của các VLHP
Kết quả điểm đẳng điện
Kết quả phân tích phổ IR
Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt của chitosan
Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt của axit humic
Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt của chitosan/
axit humic
Mô hình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich của
chitosan
Mô hình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich của
axit humic
Mô hình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich của
chitosan/ axit humic
Ảnh hưởng của lực ion NaCl đến hấp phụ Cu2+
bằng vật liệu hấp phụ
Ảnh hưởng của lực ion Na2CO3 đến hấp phụ
Cu2+ bằng vật liệu hấp phụ
Ảnh hưởng của lực ion Na3PO4 đến hấp phụ
Cu2+ bằng vật liệu hấp phụ
Ảnh hưởng của lực ion MgCl2 đến hấp phụ Cu2+
bằng vật liệu hấp phụ
Ảnh hưởng của lực ion CaCl2 đến hấp phụ Cu2+
bằng vật liệu hấp phụ

29
35
38

3.3
3.4

3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
3.18
3.19

40
40
41
41
42
43
46
48
51
53
55
56
58
59

60
61
62


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Chitin/ chitosan là một polysaccharide đứng thứ hai sau cellulose trong tự nhiên.
Chitin/ chitosan hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: công
nghiệp, y học, sản xuất mỹ phẩm, bảo quản nông sản, xử lý môi trường. Với khả năng
ứng dụng đó nhiều nước trên thế giới và cả Việt Nam đã nghiên cứu và tách chiết
chitin/ chitosan từ vỏ tôm, vỏ cua…
Hiện nay, tôm là nguồn nguyên liệu thủy sản dồi dào của Việt Nam, chủ yếu là
tôm đông lạnh để xuất khẩu. Năm 2017, sản lượng tôm thu hoạch là 195 nghìn tấn vói
nhiều mục đích khác nhau. Trong đó, hàng năm các nhà máy chế biến thủy sản đã thải
bỏ một lượng phế thải khổng lồ gồm vỏ và đầu tôm tạo ra. Nhưng chưa tận dụng để xử
lý và ứng dụng trên quy mô lớn, cho nên đặt ra yêu cầu cấp bách cho ngành thủy sản là
phải sử dụng hợp lý và hiệu quả cao trong phế liệu tôm do các nhà máy thủy sản tạo ra
hàng ngày. Bên cạnh đó, Chitosan được điều chế từ vỏ tôm, mang lại hiệu quả kinh tế
cao.
Axit humic là một thành phần chính quan trọng trong chất mùn, than bùn. Trong
những năm gần đây, người ta phát hiện nhiều đặc tính của axit humic. Axit humic có
nhiều ứng dụng thực tiễn lớn trong nông nghiệp và còn tạo ra vật liệu hấp phụ các kim
loại nặng nhằm xử lý ô nhiễm môi trường. Bên cạnh, Việt Nam có một lượng than bùn
rất dồi dào, được phân bố khá rộng rãi trên khắp cả nước. Nên axit humic được lấy
nguồn từ nguyên liệu có sẵn và rẻ tiền nhưng mang lại hiệu quả cao.
Cùng với đó hiện trạng ô nhiễm các nguồn nước trên nước ta khá nghiêm trọng.
Đó là tính cấp thiết và đáng quan trọng đối với nước ta.
Vì vậy, trong luận văn tốt nghiệp này, chúng tôi chọn đề tài “ Nghiên cứu hấp
phụ ion Cu2+ trong dung dịch nƣớc bằng vật liệu chitosan, axit humic và tổ hợp

SVTH: Phạm Thị Gái

Trang 1


chitosan/axit humic”. Kết quả nghiên cứu này nhằm tạo ra vật liệu hấp phụ để hấp
phụ các kim loại nặng để giảm bớt nguồn ô nhiễm nước ở nước ta.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Xác định các đặc tính hóa lý và điểm đẳng điện của chitosan, axit humic, và
chitosan/axit humic.
- Từ than bùn và vỏ tôm tạo ra vật liệu có khả năng hấp phụ các ion kim loại
nặng Cu2+ làm cơ sở cho việc nghiên cứu xử lý ô nhiễm kim loại nặng đối với môi
trường nước.
- Từ chitosan và axit humic tạo ra vật liệu hấp phụ chitosan/ axit humic để xử lý
ô nhiễm các kim loại nặng đối với môi trường nước.
3. Đối tƣợng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
- Than bùn nghiên cứu lấy từ vùng Liên Chiểu – Đà Nẵng.
- Vỏ tôm nghiên cứu được cung cấp bởi Công ty CP xuất nhập khẩu thủy sản và
thương mại Thuận Phước, quận Sơn Trà, TP.Đà Nẵng.
- Vật liệu hấp phụ Cu2+ là chitosan tách từ vỏ tôm, axit humic tách từ than bùn
và chitosan/axit humic.
4. Nội dung nghiên cứu
- Xác định các đặc tính hóa lý và điểm đẳng điện của chitosan, axit humic và
chitosan/axit humic.
- Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cu2+ trong nước của chitosan, axit humic và
chitosan/axit humic bằng phương pháp hấp phụ bể.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Thu thập, tổng hợp, phân tích các tài liệu, tư liệu, các công trình nghiên cứu về

than bùn, axit humic, vỏ tôm, chitosan và khả năng ứng dụng.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Phương pháp hóa lí:

SVTH: Phạm Thị Gái

Trang 2


- Các đặc trưng hóa lý của các sản phẩm được khảo sát bằng phương pháp ghi
phổ hồng ngoại (IR), phương pháp phân tích nhiệt (DTA/TG) và điểm đẳng điện được
khảo sát bằng phương pháp đo pH.
- Các thông số của quá trình hấp phụ được xác định bằng phương pháp trọng
lượng.
Phương pháp toán học:
- Khả năng hấp phụ được xác định xử lý bằng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt
Langmuir.
6. Cấu trúc luận văn
Luận văn bao gồm 68 trang, 20 bảng, 36 hình và 22 tài liệu tham khảo. Ngoài
phần mở đầu, danh mục các bảng, hình, kết luận – kiến nghị, tài liệu tham khảo.
Bố cục luận văn bao gồm:
Chương 1. Tổng quan tài liệu ( 22 trang)
Chương 2. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu (8 trang)
Chương 3. Kết quả và thảo luận ( 33 trang)

SVTH: Phạm Thị Gái

Trang 3

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về chitin/chitosan
1.1.1. Nguồn gốc và sự tồn tại của Chitin/chitosan trong tự nhiên
Về mặt lịch sử, Chitin được Braconnot nhà Khoa học tự nhiên người Pháp, được
phát hiện lần đầu tiên vào năm 1811 trong cặn dịch chiết của một loại nấm và đặt tên
là “fungine” để ghi nhớ nguồn gốc tìm ra nó. Năm 1823 Odier phân lập được một chất
từ bọ cánh cứng mà ông gọi là chitin hay “ chiton”, tiếng Hy Lạp có nghĩa là lớp vỏ
giáp, nhưng ông không phát hiện ra sự có mặt của nitơ trong đó. Cuối cùng cả Odier
và Braconnot đều cho rằng cấu trúc của chitin giống cấu trúc của cellulose.[20] Vào
năm 1950, người ta đã sử dụng tia X để phân tích nằm nghiên cứu sâu hơn sự hiện
diện của chitin trong nấm và thành tế bào.
Trong động vật, chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của các vỏ một số
động vật không xương sống như: côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác và giun tròn. Trong
động vật bậc cao monome của chitin là một thành phần chủ yếu trong mô da nó giúp
cho sự tái tạo và gắn liền các vết thương ở da. Ngoài ra, trong thực vật chitin có ở
thành tế bào nấm họ Zygenmycetas, các sinh khối nấm mốc, một số loại tảo… Chitin là
một polysaccharide tồn tại trong tự nhiên với sản lượng rất lớn đứng thứ hai sau
cellulose, hình thái tự nhiên ở dạng rắn. Do đó, các phương pháp nhận dạng chitin, xác
định tính chất, và phương pháp hóa học để biến tính chitin cũng như việc sử dụng và
lựa chọn các ứng dụng của chitin gặp nhiều khó khăn. [14]
Còn chitosan chính là sản phẩm biến tính của chitin. Chitosan cũng được xem là
một polymer tự nhiên quan trọng nhất. Với đặc tính có thể hòa tan tốt trong môi
trường acid, chitosan được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, mỹ phẩm,
dược phẩm… Giống như cellulose, chitosan là một chất xơ, không giống chất xơ thực
vật, chitosan có khả năng tạo màng , có các tính chất của cấu trúc quang học…

SVTH: Phạm Thị Gái

Trang 4

Chitosan là polymer không độc, có khả năng phân hủy sinh học và có tính tương
thích về mặt sinh học. Trong nhiều năm qua, các polymer có nguồn gốc từ chitin đặc
biệt là chitosan đã được chú ý đặc biệt như là một loại vật liệu mới có ứng dụng đặc
biệt trong công nghiệp dược, y học, xử lý nước thải và trong công nghiệp thực phẩm
như là tác nhân kết hợp, gel hóa, hay tác nhân ổn định…[8]
Trong các loài thủy sản đặc biệt là trong vỏ tôm, cua, ghẹ, hàm lượng chitin –
chitosan chiếm khá cao dao động từ 14 – 35% so với lượng trọng khô. Vì vậy, vỏ tôm,
cua, ghẹ là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin – chitosan.
1.1.2. Công thức cấu tạo
1.1.2.1. Cấu trúc hóa học của chitin
Chitin là một polysaccharide mạch thẳng, được tạo thành từ các đơn vị N-acetyD-glucosamine liên kết với nhau bởi liên kết β- (1-4) glucoside.
Tên gọi của chitin: Poly(1-4)-2-acetamido-2deoxy-D-glucopyranose.
Công thức cấu tạo chitin được thể hiện dưới hình sau:

Hình 1.1. Công thức cấu tạo của chitin [ Nguồn Internet]
Chitin có cấu trúc tinh thể rất chặt chẽ và đều đặn. Bằng phương pháp nhiễu xạ
tia X, người ta có thể chứng minh được chitin tồn tại ở 3 dạng cấu hình: α, β, γ –
chitin.
Các dạng này của chitin chỉ do sự sắp xếp khác nhau về hướng của mỗi mắt xích
(N-acetyl-D-glucosamin) trong mạch.Có thể biểu diễn mỗi mắt xích này bằng mũi tên
chỉ nhóm –CH2OH, phần đuôi chỉ nhóm –NHCOCH3, thì các cấu trúc α, β, γ – chitin
được mô tả như sau:

α – chitin

SVTH: Phạm Thị Gái

β – chitin

γ – chitin

Trang 5


α – chitin là dạng phổ biến nhất trong tự nhiên, có cấu trúc các mạch được sắp
xếp ngược chiều nhau đều đặn, nên ngoài liên kết hydro trong một lớp học và hệ
chuỗi, nó còn có liên kết hydro giữa các lớp do các chuỗi thuộc lớp kề nhau nên rất
bền vững. Do các mắt xích sắp xếp đảo chiều, xen kẽ thuận lợi về mặt không gian và
năng lượng. [14]
β, γ – chitin do mắt xích ghép với nhau theo kiểu song song (β – chitin) và hai
song song một ngược chiều (γ – chitin), giữa các lớp không có loại liên kết hydro.
Dạng β – chitin cũng có thể chuyển sang dạng α – chitin nhờ quá trình acetyl hóa cho
cấu trúc tinh thể bền vững hơn.[14]
1.1.2.2. Cấu trúc hóa học của chitosan
Chitosan là dẫn xuất đề acetyl hóa của chitin, trong đó nhóm (– NH2) thay thế
nhóm (–COCH3) ở vị trí C (2). Chitosan được cấu tạo từ các mắt xích D-glucosamine
liên kết với nhau bởi các liên kết β- (1-4) glucoside, do vậy chitosan có thể gọi là poly
β- (1-4)-2-amino-2-deoxi-D-glucose hoặc là poly β-(1-4)-D-glucosamin (cấu trúc III).
[20]
Công thức phân tử: (C6H11O4N)n
Phân tử lượng: Mchitosan = (161,07)n

Hình 1.2. Công thức cấu tạo của chitosan
Tuy nhiên, trên thực tế thường có mắt xích chitin đan xen trong mạch cao phân
tử chitosan (khoảng 10%). Vì vậy công thức chính xác của chitosan được thể hiện như
sau:

[ Nguồn Internet]
SVTH: Phạm Thị Gái

Trang 6


Trong đó tỷ lệ m/n phụ thuộc vào mức độ deacetyl hóa.
1.1.3. Tính chất vật lý của chitin/chitosan
1.1.3.1. Tính chất vật lý của chitin
Chitin có màu trắng, không tan trong nước, trong kiềm, trong acid loãng và các
dung môi hữu cơ khác như ete, rượu… Tính không tan của chitin là do chitin có cấu
trúc chặt chẽ, có liên kết trong và liên phân tử mạnh thông qua các nhóm hydroxyde và
acetamide. Tuy nhiên, β –chitin có tính trương nở với nước cao. Chitin bị hòa tan bởi
dung dịch acid đậm đặc như HCl, H3PO4 và dimethylacetamide chứa 5%
lithiumchoride.
Chitin có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại ở bước sóng 884÷890 cm.
Chitin là một polysaccharide nguồn gốc tự nhiên, có hoạt tính sinh học cao, có tính
hòa hợp sinh học và tự phân hủy trên da. Chitin bị men lysozyme, một loại men chỉ có ở
cơ thể người, phân giải thành monome N-acetyl-D-glucosamine.[8]
Chitin có cấu trúc rắn chắc hơn các polymer sinh học khác. Độ rắn cao của chitin sẽ
thay đổi theo từng loại chitin được chiết từ các nguyên liệu khác nhau.
1.1.3.2. Tính chất vật lý của chitosan
Là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ theo các kích cỡ khác nhau.
Chitosan có tính kiềm nhẹ, có màu trắng hay vàng nhạt, không mùi vị, không tan
trong nước, dung dịch kiềm và acid đậm đặc nhưng tan trong acid acetic loãng (pH =
6), tạo dung dịch keo trong, có khả năng tạo màng tốt.
Nhiệt độ nóng chảy 309 – 3110C.
Chitosan có tính chất cơ học tốt, không độc,dẽ tạo màng, có thể tự phân hủy sinh
học, có tính hòa hợp dinh học cao với cơ thể. Ngoài ra, màng chitosan cũng khá dai,
khó xé rách, có độ bền tương đương với một số chất dẻo vẫn được dùng làm bao thực
phẩm.
Do là một polycationic mang điện tích dương (pH< 6.5) nên chitosan có khả

năng bám dính trên các bề mặt có điện tích âm như protein, acid béo và phospholipid
nhờ sự có mặt của nhóm amino (NH2).[14]
SVTH: Phạm Thị Gái

Trang 7


Chitosan và các dẫn xuất của chúng đều có tính kháng khuẩn, như ức chế hoạt
động của một số vi khuẩn như E.coli, diệt được một số loại nấm hại dâu tai, cà rốt, đậu
và có tác dụng tốt trong bảo quản các loại rau quả có vỏ cứng bên ngoài.
1.1.4. Tính chất hóa học của chitin/ chitosan
1.1.4.1. Tính chất hóa học của chitin
Chitin tồn tại rất hiếm ở trạng thái tự do và hầu như luôn luôn liên kết đồng hóa
trị với các protein, CaCO3 và các chất hữu cơ khác.
Chitin tương đối ổn định với các chất oxy hóa, như thuốc tím (KMnO4 ), nước
oxy già (H2O2), nước Javen,… lợi dụng tính chất này để khử màu chitin bằng các chất
oxy hóa trên.
Phản ứng thủy phân xảy ra hoàn toàn xảy ra khi đun nóng chitin trong HCl đậm
đặc sẽ thu được glucosamine. Quá trình thủy phân xảy ra đầu tiên ở cầu nối glucoside
sau đó loại nhóm acetyl (-COCH3).
Khi đun nóng chitin trong dung dịch NaOH đậm đặc thì chitin sẽ bị mất gốc
acetyl tạo thành chitosan.
Chitin + n NaOHđđ → chitosan + nCH3COONa
Phản ứng este hóa:
-

Chitin tác dụng với HNO3 đậm đặc cho sản phẩm chitin nitrat.

-

Chitin tác dụng với anhydride sunfuric trong pyridin, dioxan và N,N-

dimetylanilin cho sản phẩm chitin sunfonat.
Từ thế kỷ trước các nghiên cứu về việc hấp thu, tạo phức với kim loại nặng đã
được thực hiện. Chitin có thể tạo phức với nhiều kim loại như đồng, chì, crom…
1.1.4.2. Tính chất hóa học của chitosan
Trong phân tử chitin/chitosan có chứa các nhóm chức -OH, -NHCOCH3 trong
các mắt xích N-acetyl-D-glucosamine và nhóm -OH, -NH2 trong các mắt xích Dglucosamine có nghĩa chúng vừa là ancol, vừa là amin và vừa là amit. Phản ứng hóa
học có thể xảy ra ở vị trí nhómchức tạo ra dẫn xuất thế -OH, dẫn xuất thế N-, hoặc dẫn
xuất thế O, N-.[14]
SVTH: Phạm Thị Gái

Trang 8


Mặt khác, chitin/chitosan là những polymer mà ccá monomer được nối với nhau
bởi các liên kết β-(1-4)-glucoside; các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất hóa
học như: acid, base, tác nhân oxy hóa và các enzyme thủy phân.
a. Các phản ứng của nhóm –OH [14]
- Dẫn xuất sunfat.
- Dẫn xuất O-acyl của chitin/chitosan.
- Dẫn xuất O-tosyl hóa chitin/chitosan.
b. Phản ứng ở vị trí -N [14]
- Phản ứng N-acetyl hóa chitosan.
- Dẫn xuất N-sunfat chitosan.
- Dẫn xuất N-glycochitosan (N-hidroxy-etylchitosan).
- Dẫn xuất acroleylen chitosan.
c. Phản ứng xảy ra tại vị trí O, N [14]
- Dẫn xuất O, N-cacboxymetylchitosan.
- Dẫn xuất N, O-cacboxychitosan.

- Phản ứng cắt đứt liên kết β-(1-4)-glucoside.
- Chitosan phản ứng với acid đậm đặc tạo muối khó tan.
- Chitosan tác dụng với iod trong môi trường H2SO4 cho phản ứng lên màu tím.
Đây là phản ứng dùng trong phân tích định tính chitosan.
d. Khả năng hấp phụ tạo phức với các ion kim loại chuyển tiếp
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
dùng, 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+, Cd2+, Zn2+, Cu2+, Ni2+, Co2+… tùy nhóm chức trên
mạch polymer mà thành phần và cấu trúc của phức khác nhau.
Ví dụ: với phức Ni(II) nếu chitin có cấu trúc bát diện có số phối trí bằng 6, nếu
chitosan có cấu trúc tứ diện có số phối trí bằng 4.

SVTH: Phạm Thị Gái

Trang 9


Hình 1.3. Công thức phức của chitin/chitosan với kim loại Ni2+ [14]
1.1.5. Tính chất sinh học
Chitosan không độc, dùng an toàn cho người. Chúng có tính hòa hợp sinh học
cao với cơ thể, có khả năng tự phân hủy sinh học.
Chitosan có nhiều tác dụng sinh học đa dạng như: có khả năng hút nước, giữ ẩm,
tính kháng nấm, tính kháng khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau, kích thích sự phát
triển tăng sinh của tế bào, có khả năng nuôi dưỡng tế bào trong điều kiện nghèo dinh
dưỡng, tác dụng cầm máu, chống sưng u. [14]
Chitosan có khả năng ức chế các vi khuẩn gram dương, gram âm và cả mấm men
và mấm mốc.
Có tác dụng làm giảm đáng kể số lượng vi sinh vật tổng số trên bề mặt thực
phẩm. Với hàm lượng 1,5% đã giảm số lượng vi sinh vật trên bề mặt cam là 93%, trên

bề mặt quýt là 96%, trên bề mặt cà chua là 98%....
Ngoài ra, chitosan còn có tác dụng làm giảm cholesterol và lipid máu, làm to vi
động mạch và hạ huyết áp, điều trị thận mãn tính, chống rối loạn nội tiết.
Chitosan là chất thân mỡ có khả năng hấp thụ dầu mỡ rất cao có thể hấp thu đến
gấp 6-8 lần trọng lượng của nó. Chitosan phân tử có điện tích dương nên có khả năng
gắn kết với điện tích âm của acid béo và acid mật tạo thành những chất có phân tử lớn
không bị tác dụng bởi các enzyme tiêu hóa và do đó không bị hấp thụ vào cơ thể mà
được thải ra ngoài theo phân qua đó làm giảm mức cholesterol, acid uric trong máu

SVTH: Phạm Thị Gái

Trang 10


nên có thể giúp ta tránh các nguy cơ bệnh tim mạch, bệnh gút, kiểm soát được tăng
huyết áp và giảm cân. [14]
Với khả năng thúc đẩy hoạt động của các peptide- insulin, kích thích việc tiết ra
insulin ở tuyến tụy nên chitosan đã dùng để điều trị bệnh tiểu đường. Nhiều công trình
đã công bố khả năng kháng đột biến, kích thích làm tăng cường hệ thống miễn dịch cơ
thể, khôi phục bạch cầu, hạn chế sự phát triển các tế bào u, ung thư, HIV/AIDS.
Chitosan chống tia tử ngoại, chống ngứa.
1.1.6. Ƣu, nhƣợc điểm của chitin/chitoan
 Ƣu điểm
- Chitin, chitosan là các vật liệu đa dạng, giá thành thấp, quy trình điều chế đơn
giản. Chitin/ chitosan có cấu trúc lỗ xốp với nhiều nhóm chức lặp lại do đó có khả
năng tạo phức tuyệt với đối với nhiều ion kim loại nặng. Đặc biệt các sản phẩm đồng
trùng hợp ghép của chitin và chitosan có khả năng hấp phụ COD, BOD và các chất
thải khác tốt hơn nhiều so với chitosan.
- Dung lượng hấp thu được cải thiện một cách chọn lọc nhờ thế các nhóm chức
khác nhau lên bộ khung phân tử.

- Có khả năng trương trong nước (β-chitin) cho phép quá trình khuếch tán nhanh
các chất bị hấp thu, đồng thời do có tâm kị nước cao đủ để bẫy các chất ô nhiễm không
phân cực.
- Giai đoạn tái sinh dễ dàng: Các chất hấp thu có thể được tái sinh nhờ quá trình
giải hấp do tương tác giữa chất gây ô nhiễm và chất hấp thu chủ yếu được điều khiển
bởi các tương tác tĩnh điện, kị nước và trao đổi ion. Quá trình giải hấp cho phép thu
hồi các chất gây ô nhiễm ở dạng đậm đặc và thu hồi vật liệu gần với ban đầu để tái sử
dụng hiệu quả mà không thay đổi tính chất lý hóa.
 Nhƣợc điểm
Chitosan có độ deacetyl hóa cao có nhược điểm là dễ bị hòa tan trong môi trường
axit và trở thành khối nhão và nhớt nếu để lâu trong nước, thậm chí trong môi trường
pH trung tính nên rất khó tái tạo, đặc biệt là sử dụng trong phương pháp sắc ký cột để
SVTH: Phạm Thị Gái

Trang 11


làm giàu hoặc tách các ion kim loại, do đó thường sử dụng chitin/chitosan có độ
deacetyl thấp ( xử lý trong dung dịch NaOH 20%).
1.1.7. Nguyên tắc điều chế chitin/ chitosan
1.1.7.1. Điều chế chitin từ vỏ tôm
Quá trình khử khoáng
Trong vỏ tôm, thành phần khoáng chủ yếu là muối CaCO3, MgCO3 và rất ít
Ca3(PO4)2. Nên người ta thường dùng các loại axit như HCl, H2SO4,.. để khử khoáng.
Khi khử khoáng, nếu dùng H2SO4 sẽ tạo muối khó tan nên ít khi sử dụng. Còn dùng
HCl thì cho hiệu quả cao hơn.[5]

Trong quá trình rửa thì muối Cl- tạo thành được rửa trôi, nồng độ axit HCl có ảnh
hưởng lớn đến chất lượng của chitosan thành phẩm, đồng thời nó ảnh hưởng lớn tới
thời gian và hiệu quả khử khoáng. Nếu nồng độ HCl cao sẽ rút ngắn thời gian khử

khoáng nhưng sẽ làm cắt mạch do có hiện tượng thủy phân các liên kết β-(1-4)
glucozit để tạo ra các polymer có trọng lượng phân tử trung bình thấp, có khi bị thủy
phân triệt để đến glucosamin. Ngược lại nếu nồng độ HCl qua thấp thì quá trình khử
khoáng sẽ không triệt để và thời gian xử lý kéo ảnh hưởng tới chất lượng của sản
phẩm.[6]
Quá trình loại bỏ protein
Sau khi vỏ tôm được khử khoáng, tiến hành loại bỏ hoàn toàn protein bằng dung
dịch NaOH, ở nhiệt độ và thời gian, protein bị kiềm thủy phân thành các amin tự do
tan và được loại theo quá trình rửa trôi. Nếu nồng độ NaOH quá cao thì lúc này sẽ loại
bỏ hết protein và chitin thành chitosan. Nếu nồng độ NaOH quá nhỏ và thời gian
không đủ và nhiệt độ không cao thì sẽ không loại bỏ hết protein.
Quá trình tẩy màu

SVTH: Phạm Thị Gái

Trang 12


Chitin thu được có màu hồng nhạt do còn sắc tố astaxanthin. Do chitin ổn định
với các chất oxy hóa như thuốc tím (KMnO4), oxy già (H2O2), nước javel,
Na2S2O3…Nên dùng các chất oxy hóa mạnh để khử màu của chitin.
1.1.7.2. Quá trình điều chế chitosan
Deacetyl là quá trình chuyển chitin thành chitosan bằng cách khử nhóm acetyl.
Thường được tiến hành bằng xử lý KOH hoặc NaOH 40 - 50 % ở 100oC hoặc cao hơn
trong 30 phút hoặc lâu hơn nữa để khử một phần hoặc hoàn toàn nhóm acetyl khỏi
polymer đó. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng chitosan thành phẩm do đó
phải đảm bảo điều kiện phù hợp nhất, những điều kiện ảnh hưởng đến quá trình
deacetyl: nhiệt độ; thời gian và nồng độ kiềm; tỉ lệ giữa chitin và kiềm.
1.1.8. Một số ứng dụng của chitosan
1.1.8.1. Ứng dụng chitosan trong ngành công nghệ thực phẩm

- Sản xuất ra màng mỏng để bao gói thực phẩm.
- Dùng để bảo quản thực phẩm, hoa quả, rau tươi…
- Thay thế cho PE và thay thế cho hàn the.
- Lọc trong các loại nước quả ép, bia, rượu vang, nước giải khát…
- Là phụ gia không độc để bảo quản thực phẩm khỏi thiu thối.
- Là thành phần bổ dưỡng đưa vào thực phẩm, thức ăn, bánh kẹo, nước giải khát.
1.1.8.2. Ứng dụng chitosan trong y dược:
- Từ Chitosan có thể sản xuất Glucosamin, một dược chất quý dùng để chữa
khớp đang phải nhập khẩu ở nước ta.
- Chỉ phẫu thuật tự hoại.
- Kem chống khô da.
- Kem dưỡng da ngăn chặn tia cực tím phá hoại da.
- Dùng làm thuốc chữa bệnh viêm loét dạ dày – tá tràng.
- Dùng làm thuốc bổ dưỡng cơ thể để giảm cholesterol máu, lipid máu, hạ huyết
áp, giảm cân nặng, chống béo phì, tăng cường miễn dịch cơ thể, điều trị bệnh tiểu
đường, phòng chống u và ung thư.
SVTH: Phạm Thị Gái

Trang 13