Đang tải... (xem toàn văn)
Chitosan khối lượng phân tử thấp được tạo ra bằng kỹ thuật chiếu xạ gamma Co-60. Hạt nano chitosan (N-CTS) được điều chế từ chitosan khối lượng phân tử thấp bằng kỹ thuật tạo gel ion hóa với tác nhân tạo liên kết ngang natri tripolyphotphat (TPP). Các thông số ảnh hưởng đến kích thước hạt như hàm lượng chitosan, khối lượng phân tử của chitosan và nồng độ TPP sử dụng cũng được nghiên cứu. Kết quả cho thấy, khối lượng phân tử của chitosan càng thấp tạo ra hạt N-CTS có kích thước càng nhỏ. Các đặc trưng của N-CTS được xác định bằng phổ hồng ngoại chuỗi Fourier (FT-IR), phân tích nhiệt quét vi sai (DSC), tán xạ ánh sáng động (DLS) và kính hiển vi điện tử quét (SEM). Khả năng hấp thụ các ion kim loại Cu2+, Cd2+ và Pb2+ của N-CTS đã được khảo sát.
Khoa học Kỹ thuật Công nghệ Hấp thụ ion kim loại Cu2+, Cd2+ Pb2+ nano chitosan chế tạo từ chitosan cắt mạch xạ Co-60 Lê Xuân Cường1, Nguyễn Trọng Hoành Phong1*, Nguyễn Duy Hạng1, Lê Văn Toàn1, Nguyễn Tấn Mân1, Lê Ngọc Chung2 Trung tâm Công nghệ xạ, Viện Nghiên cứu hạt nhân Trường Đại học Đà Lạt Ngày nhận 12/11/2018; ngày chuyển phản biện 16/11/2018; ngày nhận phản biện 17/12/2018; ngày chấp nhận đăng 2/1/2019 Tóm tắt: Chitosan khối lượng phân tử thấp tạo kỹ thuật chiếu xạ gamma Co-60 Hạt nano chitosan (N-CTS) điều chế từ chitosan khối lượng phân tử thấp bằng kỹ thuật tạo gel ion hóa với tác nhân tạo liên kết ngang natri tripolyphotphat (TPP) Các thông số ảnh hưởng đến kích thước hạt hàm lượng chitosan, khối lượng phân tử của chitosan nồng độ TPP sử dụng cũng nghiên cứu Kết quả cho thấy, khối lượng phân tử của chitosan thấp tạo hạt N-CTS có kích thước nhỏ Các đặc trưng N-CTS xác định bằng phổ hồng ngoại chuỗi Fourier (FT-IR), phân tích nhiệt quét vi sai (DSC), tán xạ ánh sáng động (DLS) và kính hiển vi điện tử quét (SEM) Khả hấp thụ ion kim loại Cu2+, Cd2+ Pb2+ N-CTS khảo sát Từ khóa: cắt mạch xạ, hấp thụ, ion kim loại, N-CTS Chỉ số phân loại: 2.9 - Chuẩn đa nguyên tố, Merck Đặt vấn đề Ngày nay, ô nhiễm kim loại nặng môi trường đất nước hoạt động sản xuất công nghiệp sinh hoạt người diễn ngày nghiêm trọng Vì vậy, việc nghiên cứu tìm vật liệu mới, an toàn, công nghệ rẻ tiền để thu gom xử lý kim loại nặng cần thiết Việc ứng dụng vật liệu tự nhiên tận dụng phụ phẩm nông nghiệp để thu gom kim loại nặng hướng nghiên cứu giới khoa học quan tâm Chitosan loại polysacchacaride tự nhiên sản xuất chủ yếu từ vỏ tôm, cua loài giáp xác, gần nhiều nhà khoa học nghiên cứu sử dụng làm chất hấp phụ ion kim loại nặng kim loại chuyển tiếp Chitosan có khả hấp phụ số ion kim loại Cu2+, Zn2+, Pb2+; Cd2+ [1] Phạm vi hiệu ứng dụng chitosan mở rộng khối lượng phân tử chúng giảm cấp xạ gamma [2] Nghiên cứu sử dụng N-CTS thay chitosan hướng nghiên cứu ứng dụng nhiều tiềm cơng nghệ sinh học, hóa học và môi trường [3], N-CTS với kích thước hạt cỡ nano mét, có diện tích bề mặt lớn, dễ hấp thụ ion kim loại [4] Bài viết trình bày kết nghiên cứu ảnh hưởng thông số gia công đến kích thước hạt và khả hấp thụ ion kim loại N-CTS Vật liệu phương pháp nghiên cứu Nguyên vật liệu - Chitosan từ vỏ cua, khối lượng phân tử Mw ~ 101,9 kDa - Các hóa chất chuẩn phân tích PA Merck: TPP, Cu(NO3)2, Pb(NO3)2, CdSO4, Zn(NO3)2, NaOH, HNO3, CH3COONa, CH3COOH, H2O2… - Nước cất lần sử dụng cho thí nghiệm Phương pháp nghiên cứu Cắt mạch chitosan bằng kỹ thuật đồng vận: mẫu chitosan ngâm trương dung dịch H2O2 5%, sau đem chiếu xạ khoảng liều xạ 0-25 kGy thiết bị chiếu xạ gamma Co-60 GC - 5000 (BRIT, Ấn Độ), hoạt độ 4000 Ci, suất liều 2,0 kGy/giờ (trung tâm buồng chiếu) Mẫu sau chiếu xạ xác định khối lượng phân tử trung bình sắc ký gel GPC [5] Điều chế N-CTS bằng kỹ thuật tạo gel ion hóa với tác nhân TPP: N-CTS điều chế kỹ thuật tạo gel ion hóa với tác nhân tạo liên kết ngang TPP Các mẫu chitosan được hòa tan thành nồng độ mg/ml dung dịch CH3COOH 2%, sau đó nhỏ từ từ từng giọt dung dịch TPP nồng độ mg/ml vào, khuấy ở tốc độ 1000 vòng/phút cho tới dung dịch chuyển sang màu vàng đục Các hạt N-CTS tạo thành dung dịch được xác định kích thước hạt [6, 7] Thu nhận N-CTS: hạt N-CTS thu nhận bằng thiết bị đông khô IlShinBioBase (Hàn Quốc), sau đo FT-IR DSC để xác định các đặc trưng cấu trúc Tác giả liên hệ: Email: sharahio@yahoo.com ∗ 61(6) 6.2019 76 Khoa học Kỹ thuật Công nghệ Absorption of heavy metal ions Cu2+, Cd2+ and Pb2+ onto nano-chitosan particles prepared from radiation degraded chitosan Xuan Cuong Le1, Trong Hoanh Phong Nguyen1*, Duy Hang Nguyen1, Van Toan Le1, Tan Man Nguyen1, Ngoc Chung Le2 Radiation Technology Center, Nuclear Research Institute Da Lat University Received 12 November 2018; accepted January 2019 Abstract: Preparation of low molecular weight chitosan by irradiation technique was carried out Nano-chitosan particles (N-CTS) were synthesised by ionic cross linking of chitosan with sodium tripolyphosphate (TPP) The effects of concentration and molecular weight of chitosan, concentration of TPP on the particle size of the resulting N-CTS were studied Results showed that a lower molecular weight chitosan corresponded to a smaller N-CTS size Characteristics of the resulting product were determined by Fourier transform infrared (FT-IR) spectrometer, differential scanning calorimeter (DSC), dynamic light scattering (DLS) and scanning electron microscope (SEM) The ability to absorb metal ions of N-CTS was investigated Keywords: absorbent, metal ion, nano-chitosan particles (N-CTS), radiation degradation Classification number: 2.9 Xác định đặc trưng tính chất chitosan N-CTS: Xác định độ deacetyl (ĐĐA) chitosan: ĐĐA chitosan xác định phương pháp đo phổ IR máy FT-IR 4600, Jasco (Nhật Bản) ĐĐA tính theo phương trình [8]: ĐĐA % = 100 – [(A1320 /A1420 - 0,3822)/0,03133] (1) Với A1320, A1420 độ hấp thụ tương ứng số sóng 1320, 1420 cm-1 Xác định khối lượng phân tử trung bình chitosan bằng sắc ký thẩm thấu gel: khối lượng phân tử chitosan (Mw) xác định phương pháp sắc ký gel thấm qua (GPC) máy LC-20AD Shimadzu (Nhật Bản), sử dụng detector RID-20A cột Shodex SB-803 HQ, kích thước cột 8×300 mm Chất chuẩn Pullulan (Mw ~ 12200-100000 Da) Nhiệt độ buồng cột 400C, pha động dung môi CH3COOH 0,25M/CH3COONa 0,25M với 61(6) 6.2019 tốc độ bơm 0,5 ml/phút Thể tích mẫu tiêm vào cột khoảng 50 μl Xác định tính chất nhiệt thiết bị phân tích nhiệt quét vi sai bù lượng DSC-60, Shimadzu (Nhật Bản): cân chính xác một lượng mẫu (khoảng mg) cho vào nồi phân tích mẫu bằng nhôm, Xác đ nh t nh chất nhiệt thiết b phân t ch nhiệt qu t vi sai b lượng Xácniêm đ nh mẫu t nh chất thiết b dụng, phân t làm ch nhiệt qu tự t vi b lượng sau đó bằngnhiệt thiếttrên bị chuyên tương vớisaimẫu DSC-60, Shimadzu (Nhật Bản): cân ch nh xác lượng mẫu (khoảng mg) cho vào SauBản): chuẩn đặtlượng mẫu mẫu so sánh và mẫu so sánh Shimadzu dùng Al2O(Nhật DSC-60, cân ch bị nhxong, xác (khoảng mg) cho vào nồi phân tvào ch mẫu nhơm, sauDSC-60 niêmvà mẫu thiếtđob mẫu chuyên dụng tương cần đo buồng nhiệt của tiến hành Tốc độ làm nồi phân t ch mẫu nhơm, sau niêm mẫu thiết b chun dụng làm tương khoảng khísonitơ 50-100 ml/phút, độ giab nhiệt tựdòng với mẫu sánh d ng Al O Sau tốc chuẩn xong 20 đặtC/phút, mẫu so sánh mẫu cần đo tự với mẫu so sánh d ng Al22O33 Sau chuẩn b xong đặt mẫu so sánh mẫu cần đo C nhiệt độ đo 30-600 vào buồng nhiệt DSC-60 tiến hành đo mẫu Tốc độ d ng kh nitơ 50-100 vào buồng nhiệt DSC-60 tiến hành đo mẫu Tốc độ d ng kh nitơ 50-100 Xáctốcđịnh kích hạt nano vànhiệt độ zeta: hạt N-CTS ml/phút độ gia nhiệtthước 200C/phút khoảng đo 30-600 C ml/phút tốc độ gia nhiệt 200C/phút khoảng nhiệt độ đo 30-6000C xácXác địnhđ nh kích thước zeta thiết bị Zetasizer nano k ch thước hạt nano zeta: hạt N-CTS xác đSZ, nh k ch thước Xác đ(Anh) nh k chSử thước hạt cuvet nano zeta: N-CTS nh k ch thước Malvern dụng thạch anh hạt mặt chọn xác gócđ đo thế0 zeta thiết b Zetasizer nano SZ, Malvern (Anh) Sử dụng cuvet thạch anh thếC zeta thiết b Zetasizer nano SZ, Malvern (Anh) Sử dụng cuvet thạch anh 173 mặt chọn góc đo 17300C mặt chọnsát góckhả đo 173 C hấp thụ ion kim loại chitosan Khảo Khảo át hấp thu ion im loại củ chito n N-CTS Khảo át hấp thu ion im loại củ chito n N-CTS N-CTS: Hiệu suất hấp thu t nh theo công th c: Hiệu suất hấp thu t nh theotheo côngcông th c:thức: Hiệu suất hấp thụđược tính ( ) ( ) (2) (2) (2) Trong đó: Cо nồng độ ion kim loại ban đầu dung dich (mg/l), Ce nồng ionion kimkim loạiloại ban ban đầu dung dich Trong đó: nồngđộđộ đầu dung(mg/l), dich Ce nồng Trong đó:CCо оlàlànồng độ(mg/l), ion kimCloại cnồng n lạiđộ dung dloại ch (mg/l) ion kim lại dung dịch (mg/l) độ ion kim loại c n lại dung d ch (mg/l) e Dung lượng hấp thu t nh theo công th c: Dung lượnghấp hấpthuthụđược Dung lượng t nhtính theotheo cơngcơng th c:thức: ( ( ) ) (3) ( 3) ( 3) Trongđóđó,WWlàlàkhối khối lượng thụd Trong lượng chấtchất hấp hấp thu ng dùng (g) (g) Trong W khối lượng chất hấp thu d ng (g) Xác đđịnh nh dung thuthụ cáccác ionion kimkim loại:loại: cân cân g0,1 N-CTS cho Xác dunglượng lượnghấp hấp g N-CTS Xác đ nh dung lượng hấp thu ion kim loại: cân g N-CTS cho 2+ 2+ dung 2+ dịch cho vào bình tam giác 250 ml chứa 50 ml vào b nh tam giác 250 ml ch a 50 ml dung d ch ion Cu 2+, Pb 2+, Cd 2+ có nồng độ 100 vào b nh2+tam giác 250 2+ ml ch a 50 ml dung d ch ion Cu , Pb , Cd có nồng độ 100 ppm, khuấy 250 vòng/phút có vớinồng độ 100 ion Cu , Pb2+, Cd ppm, khuấy 250 v ng/phút với thời gian khuấy 20, 40, 60, 80, 120, 140 ppm, 250 v ng/phút thời 40, gian60, khuấy lượt140 20, 80, 120, 140 thời khuấy gian khuấy lần lượtvới 20, 80,lần 120, và40, 16060,phút 160 phút Dung d ch sau khuấy ly tâm với tốc độ 12000 v ng/phút 30 160 phút Dung ch sau khuấy tâmtốc vớiđộ tốc12000 độ 12000 v ng/phút 30 Dung dịch saudkhi khuấy ly tâmlyvới vòng/phút phút Lọc lấyLọc dungthu d ch xác đdịch nh lượng kimlượng loại hấp loại thu N-CTS 30thu phút lấyvà dung xácion định ion kim phút Lọc thu lấy dung d ch xác đ nh lượng ion kim loại hấp thu N-CTS phương pháp AAS máy quang phổpháp hấp AAS thụ nguyên tử Shmadzu A4−6800 hấp thụ N-CTS phương máy quang phương pháp AAS máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Shmadzu A4−6800 phổ hấp thụ nguyên tử Shmadzu A4-6800 (Nhật Bản) (Nhật Bản) (Nhật Bản) Mỗi ththínghiệm hành lần, lấy giá b nh bình Mỗi nghiệmtiếntiến hành lần, lấytrgiátrung trị trung Mỗi th nghiệm tiến hành lần, lấy giá tr trung b nh Xử lýlýsốsốliệu nghiệm Xử liệuthực thực nghiệm Xử lý số liệu thực nghiệm Kết đánh giá xử lý số liệuliệu phầnphần m m SPSS SPSS 16.0 Phân phương Kết đánh đánhgiá giávàvàxửxử 16.0.tt ch Kết lý lý số số liệu bằngbằng phần m mmềm SPSS 16.0 Phân ch phương sai yếu tố với m c tin cậy 95% (p