Tài liệu Nghiên cứu khả năng tổng hợp dẫn xuất n (benzyliđen) chitosan và thăm dò khả năng hấp thụ thuốc nhuộm hoạt tính của nó

Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ------------------------- NGUYỄN THỊ DOAN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TỔNG HỢP DẪN XUẤT N-(BENZYLIĐEN) CHITOSAN VÀ THĂM DÒ KHẢ NĂNG HẤP THỤ THUỐC NHUỘM HOẠT TÍNH CỦA NÓ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trường Người hướng dẫn khoa học: TS. Trần Thị Ý Nhi HÀ NỘI, 2015 Nguyễn Thị Doan K36B – Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 LỜI CẢM ƠN Trước hết tôi xin cảm ơn thầy giáo Lê Cao Khải, cùng toàn thể các thầy cô giáo trong khoa Hóa Học Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2, đã tạo điều kiện cho tôi được tiếp thu những kiến thức chuyên môn về Hóa học. Đồng thời tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Trần Thị Ý Nhi - Viện Hóa Học - Viện Hàn lâm Khoa Học và công nghệ Việt Nam đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt cho tôi các phương pháp nghiên cứu khoa học và những kinh nghiệm học thuật quý báu trong quá trình thực hiện khóa luận. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô, các anh chị tại Viện Hóa Học - Viện Hàn lâm Khoa Học và công nghệ Việt Nam đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo và dìu dắt tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận. Trong quá trình làm khóa luận tốt nghiệp này mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng chắc chắn không thể tránh được những thiếu sót. Vì vậy tôi kính mong nhận được ý kiến đóng góp, chỉ bảo của quý thầy cô và các bạn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 5 năm 2015 Sinh viên Nguyễn Thị Doan Nguyễn Thị Doan K36B – Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bài khóa luận tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu của cá nhân, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu thực tiễn dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Trần Thị Ý Nhi. Các số liệu và những kết quả trong khóa luận là trung thực, do chính cá nhân tôi tiến hành thí nghiệm. Một lần nữa, tôi xin khẳng định về sự trung thực của lời cam kết trên. Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Doan Nguyễn Thị Doan K36B – Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................... DANH MỤC HÌNH ............................................................................................ DANH MỤC BẢNG ........................................................................................... DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ................................................................................. MỞ ĐẦU...............................................................................................................1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ............................................................................ 4 1.1. Giới thiệu chung [1, 2, 3, 14, 20]............................................................. 4 1.1.1. Cấu trúc hóa học [1, 2, 3, 38] ........................................................... 5 1.1.2. Tính tan [20,35]................................................................................ 5 1.1.3. Khối lượng phân tử [20] ................................................................... 6 1.1.4. Phương pháp điều chế chitin/chitosan [7,17]. .................................. 8 1.1.5. Tính chất hoá học [1, 2, 6] ............................................................. 12 1.2. Nước thải dệt nhuộm chứa thuốc nhuộm hoạt tính................................. 15 1.2.1. Khái quát về thuốc nhuộm .............................................................. 15 1.2.2. Ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm và tác hại của nó ... 20 1.2.3. Các phương pháp xử lý thuốc nhuộm hoạt tính trong nước thải dệt nhuộm....................................................................................................... 22 1.3. Ứng dụng của chitin/chitosan và dẫn xuất [12, 33] ............................... 25 Chương II: THỰC NGHIỆM ........................................................................ 28 2.1. Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu ........................... 28 2.1.1. Nguyên liệu, hóa chất ..................................................................... 28 2.1.2. Dụng cụ, thiết bị nghiên cứu ........................................................... 28 2.2. Thực nghiệm .......................................................................................... 29 2.2.1. Điều chế chitin/chitosan ................................................................. 29 2.2.2. Điều chế dẫn xuất N-(benzyliđen) chitosan ..................................... 32 2.2.3. Khả năng hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính của dẫn xuất N(benzyliđen) chitosan ................................................................................ 34 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................. 35 3.1. Điều chế chitin/chitosan ........................................................................ 35 3.1.1. Điều chế chitin................................................................................ 35 Nguyễn Thị Doan K36B – Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 3.1.2. Điều chế chitosan từ chitin theo phương pháp kiềm đặc kết hợp nhiệt độ cao....................................................................................................... 36 3.1.3. Điều chế chitosan có DA thấp ......................................................... 40 3.2. Tổng hợp dẫn xuất N-(Benzyliđen) chitosan .......................................... 44 3.2.1. Phản ứng tổng hợp dẫn xuất N-(Benzyliđen) chitosan .................... 44 3.2.2. Khảo sát phản ứng bằng phổ hồng ngoại (FT- TR)......................... 45 3.2.3. Khảo sát bằng phổ X-Ray ............................................................... 46 3.2.4. Khảo sát sản phẩm phản ứng bằng TGA ......................................... 47 3.2.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp dẫn xuất N(Benzyliđen)chitosan ................................................................................ 48 3.2.5.2. Ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan đến hiệu suất phản ứng ........................................................................................................... 49 3.2.5.3. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất phản ứng ......... 49 3.2.5.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng .......................... 50 3.2.5.5. Khảo sát khả năng hấp thụ nước của dẫn xuất N- (Benzyliđen) chitosan. ................................................................................................... 51 3.3. Khảo sát khả năng hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính của dẫn xuất N(Benzyliđen)chitosan. ................................................................................... 52 3.3.1. Ảnh hưởng của pH .......................................................................... 52 3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ RB19 ........................................................ 53 3.3.3. Ảnh hưởng của thời gian................................................................. 54 KẾT LUẬN CHUNG ..................................................................................... 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 56 Nguyễn Thị Doan K36B – Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 DANH MỤC HÌNH Hình 3.1: Phổ hồng ngoại của β-chitin ............................................................ 35 Hình 3.2: Phổ hồng ngoại của  –chitosan....................................................... 37 Hình 3.3: Phổ 1  -NMR của β-chitosan........................................................... 38 Hình 3.4: Giản đồ nhiễu xạ tia X của chitosan ................................................. 38 Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa /C và nồng độ chitosan ........... 39 Hình 3.6: Phổ FT-IR của -chitosan theo phương pháp phá kết tinh ............... 40 Hình 3.7: Phổ 1H-NMR của  –chitosan deaxetyl hoá hoàn toàn ..................... 41 Hình 3.8: Phổ 13C-NMR của  –chitosan deaxetyl hoá hoàn toàn .................... 41 Hình 3.9: Giản đồ nhiễu xạ tia X của chitosan điều chế theo phương pháp phá kết tinh ................................................................................. 42 Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa /C và C ................................. 43 Hình 3.11: Phổ hồng ngoại của N-(Benzyliđen)chitosan ................................. 45 Hình 3.12: Giản đồ nhiễu xạ tia X của chitosan và dẫn xuất N-(Benzyliđen)chitosan.................................................................................... 46 Hình 3.13: Giản đồ phân tích nhiệt của chitosan (mẫu a) và BCh ( mẫu b).......47 Hình 3.14 : Ảnh hưởng của tỷ lệ nhóm alđehyt/amin đến hiệu suất phản ứng tổng hợp BCh.......................................................................................................48 Hình 3.15: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất phản ứng tổng hợp dẫn xuất N-(Benzyliden)chitosan của chitosan.............................................50 Hình 3.16: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng tổng hợp hợp dẫn xuất N-(Benzyliđen)chitosan ............................................................................ 51 Hình 3.17: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính RB19. ............................................................................................................... 52 Nguyễn Thị Doan K36B – Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Hình 3.18: Ảnh hưởng của nồng độ thuốc nhuộm ........................................... 53 Điều kiện hấp phụ: 24 giờ, pH: 5,9 ................................................................... 53 Hình 3.19: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính RB19 ......................................................................................................... 54 Nguyễn Thị Doan K36B – Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Tổn thất thuốc nhuộm khi nhuộm các loại xơ sợi…..……………….21 Bảng 2.1: Thành phần chính của một số nguyên liệu chứa chitin. ..................... 30 Bảng 3.1: Hàm lượng β-chitin trong mai mực ống ............................................ 35 Bảng 3.2: Độ chuyển dịch hoá học của proton (1H) của chitosan ...................... 37 Bảng 3.3: Kết quả đo áp suất thẩm thấu của chitosan tại các nồng độ khác nhau39 Bảng 3.4: Độ chuyển dịch hóa học của proton (1H) của chitosan ...................... 41 Bảng 3.5: Độ dịch chuyển hóa học cacbon (13C) của Chitosan .......................... 42 Bảng 3.6: Kết quả đo áp suất thẩm thấu của chitosan DA0 ............................. 43 Bảng 3.7: Ảnh hưởng của tỷ lệ nhóm alđehyt/amin đến hiệu suất phản ứng tổng hợp BCh...............................................................................................................48 Bảng 3.8: Ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan đến hiệu suất tổng hợp dẫn xuất N-(Benzyliđen)chitosan.................................................................49 Bảng 3.9 : Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất phản ứng tổng hợp dẫn xuất N-(Benzyliden)chitosan của chitosan...................................................49 Bảng 3.10: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng tổng hợp hợp dẫn xuất N-(Benzyliđen)chitosan..............................................................................50 Bảng 3.11: Khả năng hấp thụ nước của dẫn xuất N- (Benzyliđen) chitosan.....51 Bảng 3.12: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính RB19....................................................................................................................52 Bảng 3.13 : Ảnh hưởng của nồng độ thuốc nhuộm…………………………...53 Bảng 3.14 : Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính RB19...........................................................................................................54 Nguyễn Thị Doan K36B – Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1: Cấu tạo của Xenlulozo, Chitin, Chitosan…………………………… 4 Sơ đồ 1.2: Điều chế chitosan……………………………………………………9 Sơ đồ 1.3: Quá trình sản xuất chitin / chitosan truyền thống…………………..10 Sơ đồ 1.4: Công thức cấu tạo của chitin/chitosan…………………………....... 12 Sơ đồ 1.5: Phản ứng deaxetyl hóa chitin.............................................................13 Sơ đồ 1.6: Quá trình thuỷ phân chitosan bằng HCl............................................ 15 Sơ đồ 3.1: Phản ứng đeaxetyl hóa chitin............................................................ 36 Nguyễn Thị Doan K36B – Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 BẢNG CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT TRONG KHÓA LUẬN BCh: N-(Benzyliđen)chitosan Ac: CH3CO CTS: Chitosan DDA: Độ đề axetyh hóa DA: Độ axetyl hóa DMAc: N,N’-đimetyl axetamit DP: Độ polymer hóa trung bình GlcN: D-glucosamin GlcNAc: N-axetyl-D-glucosamin IR: Hồng ngoại LAB: Lactic axit bacterial n Khối lượng phân tử trung bình Me: CH3 NMR: Nuclear Magnetic Resonance - Cộng hưởng từ hạt nhân NMP: N-metyl-2-pyroliđon RB19: Thuốc nhuộm họat tính màu xanh – Reactive Blu 19 Nguyễn Thị Doan K36B – Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Doan Trường ĐHSP Hà Nội 2 K36B – Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Chitin [poly- β- (1→ 4)- 2- axetamiđo- 2- đeoxy- D- glucopyranozơ, một polysacarit với hàm lượng đứng hàng thứ hai trong tự nhiên sau xenlulozo, là thành phần chính của vỏ các loài động vật giáp xác như: vỏ tôm, mai cua, mai mực... Chitosan là dẫn xuất của chitin thu được trong quá trình deaxetyl hóa. Chitin/chitosan có các tính chất đặc biệt như: kháng khuẩn, kháng nấm, chống viêm, kháng virut, không độc, tính hòa hợp sinh học, phân hủy sinh học...nên chúng được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực như: y học, dược phẩm, nông nghiệp, mỹ phẩm, công nghệ môi trường...[1, 2]. Hiện nay, ngành công nghiệp dệt nhuộm có những bước phát triển mạnh mẽ, tạo ra nhiều sản phẩm đa dạng có chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường, và ngành dệt may đã đem lại ngoại tệ nhiều thứ hai cho đất nước. Bên cạnh lợi ích to lớn mà nó đem lại thì cũng không thể phủ nhận những tổn hại nó gây ra đó là: hàng năm ngành dệt nhuộm sử dụng hàng triệu tấn thuốc nhuộm để nhuộm vải đã tạo ra lượng lớn nước thải chứa nhiều chất độc hại đối với môi sinh và trực tiếp ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Đặc biệt, trong thời gian vừa qua nước thải dệt nhuộm chủ yếu là chứa thuốc nhuộm hoạt tính vì thuốc nhuộm hoạt tính đang được sử dụng rất nhiều (cụ thể là thuốc nhuộm RB19). Ở nước ta, nhiều nhà máy dệt nhuộm xây dựng các hệ thống, trạm xử lý nước thải với quy mô và mức độ xử lý khác nhau. Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm được áp dụng phổ biến là phương pháp hóa học, sử dụng axit trung hòa kiềm và các chất tạo phản ứng oxy hóa khử, tuy nhiên các phương pháp này đạt hiệu quả không cao và vẫn gây ra ô nhiễm thứ cấp, làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Bên cạnh phương pháp xử lý hóa học còn có nhiều phương pháp xử lý khác như: phương pháp xử lý bằng ozon, ozon kết hợp với sinh học, và công nghệ màng điện hóa. Tuy lượng nước thải sau khi xử lý Nguyễn Thị Doan 1 K36B – Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 bằng những phương pháp này hoàn toàn có thể tái sử dụng trong sản xuất, nhưng việc ứng dụng lại gặp rất nhiều khó khăn và giá thành rất cao. Với phương pháp hấp phụ đã sử dụng than hoạt tính, đất sét, tro bay…để loại bỏ chất màu, nhưng khả năng hấp phụ của nó không lớn. Trong số vật liệu hấp phụ có nguồn gốc thiên nhiên thì chitin/chitosan và dẫn xuất của nó được cho là vật liệu có khả năng hấp phụ thuốc nhuộm tốt hơn và có thể tái sử dụng. Vì vậy, trước sự phát triển mạnh mẽ của ngành dệt nhuộm và yêu cầu khắt khe về xử lý nước thải tránh gây ô nhiễm môi trường trong những năm gần đây, việc tìm ra công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm đạt hiệu quả cao, giá thành rẻ, ít sử dụng hóa chất, có tính sinh thái, thân thiện với môi trường đã trở thành vấn đề cấp thiết. Nước ta có bờ biển dài hơn 3000km, với nguồn nguyên liệu thủy, hải sản dồi dào, việc phát triển nghiên cứu về chitin/chitosan cũng như dẫn xuất của nó nhằm mở rộng hơn nữa khả năng ứng dụng của loại vật liệu sinh học này đang là mối quan tâm của khoa học Việt Nam. Để góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn phế thải thủy, hải sản ở trong nước và góp phần vào công cuộc bảo vệ môi trường. Xuất phát từ lí do trên, tôi đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu khả năng tổng hợp dẫn xuất N-(Benzyliđen)chitosan và thăm dò khả năng hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính của nó” nhằm mục đích nâng cao hiệu quả sử dụng phế thải thủy sản, hạn chế ô nhiễm và bảo vệ môi trường. 2. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu tổng hợp dẫn xuất N-(Benzyliden)chitosan và thăm dò khả năng hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính RB19 của nó. 3. Nội dung nghiên cứu - Tách -chitin từ mai mực ống vùng biển Hải phòng và điều chế - chitosan. Nguyễn Thị Doan 2 K36B – Hóa học Khóa luận tốt nghiệp - Trường ĐHSP Hà Nội 2 Tổng hợp dẫn xuất N-(benzyliđen)chitosan: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tổng hợp các dẫn xuất N-(benzyliđen) chitosan: tỷ lệ mol alđehyt/amin, nhiệt độ, thời gian phản ứng, khối lượng phân tử của -chitosan. - Nghiên cứu khả năng hấp thụ thuốc nhuộm hoạt tính màu xanh RB19 của dẫn xuất N-(benzyliđen)chitosan: Khảo sát các yếu tố pH, nồng độ RB19, thời gian ảnh hưởng đến hiệu suất hấp thụ thuốc nhuộm hoạt tính màu xanh RB19. Nguyễn Thị Doan 3 K36B – Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung [1, 2, 3, 14, 20] Trong số các polysaccarit thì xenlulozo và chitin là nguồn tài nguyên sinh học tự nhiên phong phú nhất. Xenlulozo được tổng hợp từ thực vật còn chitin được tổng hợp chủ yếu từ động vật bậc thấp. Chitin có cấu trúc tương tự như xenlulozo, tên gọi " chitin " xuất phát từ tiếng Hilap " chiton " nghĩa là vỏ của các loài giáp xác như tôm, cua, mai mực... Chitin được đánh giá là loại vật liệu có tiềm năng lớn nhưng cho đến nay việc ứng dụng chitin vẫn chưa rộng rãi như xenlulozo. Chitin là một polyme sinh học với nhiều tính chất quý báu như khả năng phân huỷ sinh học và đặc biệt là có hoạt tính sinh học nên nó không chỉ là nguồn tài nguyên sẵn có mà nó còn là một loại vật liệu chức năng mới. Xenlulozo Chitin Chitosan Sơ đồ 1.1: Cấu tạo của Xenlulozo, Chitin, Chitosan Nguyễn Thị Doan 4 K36B – Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Trong thực tế chitin và chitosan cùng tồn tại trong một phân tử polyme vì vậy khái niệm chitin, chitosan chỉ là tương đối. Khi polyme có tỷ lệ mắt xích β(1→4)-D-glucozamin lớn hơn 50% (DDA>50% ) thì được gọi là chitosan và ngược lại là chitin 1.1.1. Cấu trúc hóa học [1, 2, 3, 38] Chitin là một loại polisaccarit mạch thẳng với khối lượng phân tử lớn đựơc tạo thành bởi mắt xích N-axetyl-D-glucozamin theo liên kết (14) glucozit như kiểu liên kết các mắt xích D-glucozo ở xenlulozo. Bằng phương pháp nhiễu xạ tia X đã phát hiện chitin có 3 kiểu đa hình là: ,,-chitin được mô tả theo hình sau: Chitin Chitin Chitin - -chitin: có cấu trúc tinh thể mạng ghép đôi song song (một mạng lên một mạng xuống liền nhau ),  -chitin thường được tách từ vỏ cua. - -chitin: các mạch ghép trong tinh thể theo cách ghép song song cùng chiều, -chitin chủ yếu có trong mai mực nang sừng. - -chitin: có mạch ghép trong tinh thể theo 2 cách cứ 2 mạch song song lại có 1 mạch đối song, -chitin được tách từ sợi kén của bọ cánh cứng, dạ dày của mực ống, là loại có trữ lượng ít nhất. 1.1.2. Tính tan [20] Vì có liên kết hiđro chặt chẽ giữa các phân tử nên chitin thể hiện ái lực hạn chế với phần lớn các dung môi. Chitin thường (  -chitin) không tan và hầu như không trương trong dung môi thông dụng mà chỉ tan trong một số dung môi đặc biệt, ví dụ: N,N-đimêtylaxetamit (DMAC) có chứa 5-10% LiCl. Chitosan là một polyamin không tan trong nước cũng như dung môi hữu cơ nhưng tan trong môi trường axit loãng. Độ tan của chitosan phụ thuộc vào loại axit và nồng độ axit trong dung dịch. Khi xử lý chitin/chitosan trong môi Nguyễn Thị Doan 5 K36B – Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 trường axit mạnh với nồng độ lớn thường xảy ra phản ứng depolyme hoá (cắt mạch) làm giảm khối lượng phân tử polyme. 1.1.3. Khối lượng phân tử [20] Khối lượng phân tử của chitin/chitosan là thông số quan trọng nhưng khó có thể xác định được chính xác do tính tan kém của chúng và sự đa dạng về kiểu phân bố các nhóm axetyl cũng như mức độ axetyl hoá. Khối lượng phân tử của chitin tự nhiên, càng khó xác định vì nó tồn tại ở dạng liên kết chặt chẽ với protein, muối khoáng cũng như hầu hết các chất màu. Hơn nữa độ dài mạch chính của chitin/chitosan có thể giảm trong quá trình xử lý với axit và kiềm. Khối lượng phân tử chitin sau khi tách khỏi protein cũng như các chất khác được tính toán theo các phương pháp đo độ nhớt, tán xạ ánh sáng, sắc ký thẩm thấu gel ( GPC- gel Permeation Chomatography ) hoặc sắc ký loại trừ theo độ lớn phân tử ( SEC- Site Exlusion Chomatography ) trong dung môi DMAc/LiCl. Tán xạ ánh sáng là phương pháp xác định trực tiếp khối lượng phân tử. Kết hợp các phương pháp SEC, tán xạ ánh sáng và đo độ nhớt thì có thể xác định được chính xác khối lượng phân tử trung bình và độ phân bố của khối lượng phân tử. Từ các số liệu thu được từ phương pháp PC đã khẳng định các mẫu chitin tách từ mai cua, vỏ tôm và mai mực ống có độ polyme hoá ( degree of polymeizaion-DP ) nằm trong khoảng 2000-4000. Chitosan tan được trong dung dịch axit loãng và khối lượng phân tử có thể xác định theo phương pháp sắc ký lỏng cao áp ghép nối với cột loại trừ theo độ lớn phân tử ( SE - HPLC size exlusion high performance liquidchromatography).GPC - HPLC, GPC, phương pháp đo độ nhớt...cũng có thể chuyển hoá chitosan thành chitin qua phản ứng N-axetyl hoá và khối lượng phân tử được tính theo phương pháp GPC trong hệ dung môi DMAc/LiCl. Trong đó phương pháp đơn giản nhất để xác định khối lượng phân tử polime là xác định theo phương pháp gián tiếp qua phép đo độ nhớt. Phép đo độ nhớt không phải là phương pháp tuyệt đối để xác định khối lượng phân tử mà chỉ là phương pháp tương đối dựa trên cơ sỏ độ nhớt của dung dịch polyme tăng tỉ lệ với số lượng các phân tử thêm vào. Nguyễn Thị Doan 6 K36B – Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 Phương pháp đo áp suất thẩm thấu là phương pháp dựa trên định luật Vant-Hoff. Theo định luật này, sự phụ thuộc giữa áp suất thẩm thấu P, thể tích V và nhiệt độ tuyệt đối T và số gam phân tử của vật chất trong dung dịch pha loãng được biểu diễn bằng phương trình trùng với dạng phương trình của dạng khí lí tưởng: PV= nRT = (g/M)RT  P = (g/V)(RT)/M  M = (RTC)/P Trong đó: g: Khối lượng của chất hòa tan (g) M: Khối lượng phân tử của chất (g/mol) C: Nồng độ của dung dịch R: Hằng số T: Nhiệt độ tuyệt đối Khối lượng phân tử trung bình của chitosan được xác định như sau: Pha dung dịch chitosan có các nồng độ lần lượt 0,025; 0,05; 0,1; 0,2; 0,4 (g/100 ml) trong dung môi axetic axit 1% ở nhiệt độ 35oC. Lập bảng giá trị sự phụ thuộc của áp suất thẩm thấu () vào nồng độ (C), xây dựng đường biểu diễn sự phụ thuộc của /C vào C để tìm giá trị ngoại suy của /C khi C0. Thay vào phương trình {2.5} để tính toán được khối lượng phân tử trung bình số. 848 x (T + 273) Mn = {1.1} (/C) x Tỷ trọng của dung môi C0 Trong đó: : áp suất thẩm thấu Mn: Khối lượng phân tử trung bình số 848: hằng số T: nhiệt độ đo C: nồng độ chitosan Nguyễn Thị Doan 7 K36B – Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 /C (C0): giá trị ngoại suy của /C khi C0 1.1.4. Phương pháp điều chế chitin/chitosan [7,17]. Chitin có ở nhiều loài khác nhau, từ các loài nấm đến các động vật bậc thấp. Vỏ của các loài động vật chân đốt là nguồn nguyên liệu chính để điều chế chitin, trong thành phần của vỏ các loài động vật này có chứa 20 - 50 % chitin tính theo khối lượng khô. Vỏ tôm, mai cua là nguồn nguyên liệu phế thải từ công nghiệp chế biến thuỷ sản, hải sản được sử dụng để sản xuất chitin thương mại. Các nguồn nguyên liệu khác để sản xuất chitin là: mai mực, sâu bọ, tảo, nấm... Thành tế bào một số loại nấm chứa cả chitin cũng như chitosan và được coi là nguồn chitosan tự nhiên. Chitosan được điều chế bằng cách thực hiện phản ứng deaxetyl hoá chitin trong môi trường kiềm. 1.1.4.1. Tách chitin từ vỏ phế thải thuỷ hải sản [1,17,18]. Nguyên tắc chung để điều chế chitin là loại bỏ muối khoáng (chủ yếu là canxicacbonat), protein và các chất màu ra khỏi phế liệu thuỷ, hải sản. Hai phương pháp chủ yếu được áp dụng để tách chitin/chitosan là phương pháp hoá học và phương pháp lên men vi sinh vật. Theo phương pháp hoá học: Quá trình điều chế chitin được thực hiện theo các bước : tách khoáng, tách protein và khử màu. Muối khoáng thường được tách ra bằng cách xử lý nguyên liệu với dung dịch axit HCl, protein bị thuỷ phân trong môi trường kiềm, chất màu được loại bỏ bằng dung môi hoặc tác nhân oxi hoá. Trong quá trình xử lý, một số nhóm axetamit trong các mạch đại phân tử chitin bị thay thế bởi nhóm amino do phản ứng deaxetyl hoá, vì vậy chitin sau khi xử lý có độ deaxetyl hoá trung bình ~ 0,1. Điều chế chitin theo phương pháp hoá học có một số mặt hạn chế như phải sử dụng một lượng lớn kiềm, axit, nước rửa do đó chi phí lớn và gây ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng axit và kiềm nóng dẫn đến việc cắt giảm mạch chitin tạo ra nhiều sản phẩm khác nhau. Theo phương pháp xử lý vi sinh vật : Protein được tách khỏi vỏ các loài giáp xác bằng cách xử lý với ezim hay vi sinh vật theo nguyên tắc: vi khuẩn sinh Nguyễn Thị Doan 8 K36B – Hóa học Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2 ra axit lactic (LAB : lactic acid bacterial) tự có trong phủ tạng của vỏ phế thải (vỏ tôm, cua, mai mực...) với một lượng rất nhỏ cùng với nguồn LAB thuần chủng được bổ sung có tác dụng bảo quản và thuỷ phân phế thải. Hỗn hợp lên men bao gồm: vỏ phế thải, LAB, dung dịch glucozo. Trong quá trình lên men, LAB sản sinh ra axit lactic làm giảm pH của môi trường, tạo điều kiện cho quá trình thuỷ phân protein, thuỷ phân khoáng tạo thành các lactat canxi, magiê...là các muối tan được trong nước. Bằng phương pháp ly tâm, phần dung dịch lỏng chứa protein và các muối khoáng hoà tan được loại bỏ thu được phần chitin không hoà tan. Để có chitin sạch, có thể xử lý tiếp bằng dung dịch axit và kiềm loãng. Phương pháp điều chế chitin bằng phương pháp lên men vi sinh vật có một số ưu điểm như chi phí thấp, cấu trúc sản phẩm không bị thay đổi nhiều và đặc biệt là ít gây ô nhiễm môi trường. β-chitin được sản xuất chủ yếu từ mai mực ống theo cách đơn giản hơn vì thành phần của mai mực ống chủ yếu là chitin, hàm lượng protein và muối khoáng thường rất thấp. Hơn nữa, do sự sắp xếp các mạch đại phân tử trong βchitin khác hẳn với -chitin nên -chitin có các liên kết hyđro chặt chẽ hơn, vì vậy khi xử lý mai mực ống với axit và kiềm thường ở điều kiện êm dịu hơn nhiều so với xử lý vỏ tôm để thu được β- chitin. 1.1.4.2. Điều chế chitosan [18]. Chitosan là sản phẩm deaxetyl hoá của chitin. Chitosan thương mại có nhiều loại với độ deaxetyl hoá khác nhau nhưng thường được điều chế bằng cách deaxetyl hoá chitin trong môi trường kiềm nồng độ 40- 50 % ở 100-1300C trong 24 giờ. Phản ứng deaxetyl hoá xảy ra như sau : OH OH O HO dd HO O NHCOCH3 OH O NaOH, t 0 O O NH2 n HO x O NHCOCH3 y Sơ đồ 1.2: Điều chế chitosan Nguyễn Thị Doan 9 K36B – Hóa học