2.1. Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ, thiết bị nghiên cứu 2.1.1. Nguyên liệu, hóa chất
Mai mực ống: được thu mua từ một số nhà máy chế biến thủy hải sản miền Bắc để điều chế β-chitin và β-chitosan.
Hóa chất: axit clohidric (HCl) tinh khiết, axit axetic (CH3COOH) tinh khiết, natri hidroxit (NaOH), thủy ngân clorua (HgCl2).
2.1.2. Dụng cụ, thiết bị nghiên cứu
* Dụng cụ dùng cho quá trình nghiên cứu gồm: bếp điện, tủ sấy, máy khuấy, máy li tâm, máy đông khô, bình tam giác và các dụng cụ thí nghiệm khác.
* Phổ hồng ngoại của chitin, chitosan được ghi trên máy FTIR IMPACT-410 trong vùng 4000-400 cm-1 tại Viện Hoá học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Mẫu được sấy khô 2 ngày trong tủ sấy chân không ở 60°C trước khi ghi phổ.
* Phổ cộng hưởng từ hạt nhân: Phổ NMR của chitosan 1D (1H-NMR,
13C-NMR) và 2D HSQC(1H- 13C-NMR) được ghi trên máy Bruker Avance- 500 MHz ở nhiệt độ 80°C trong dung môi D2O – 1% CF3COOD.
* Quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS): được đo trên máy PERKIN- ELMER-3300 tại Viện Hoá học – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
* Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen: được ghi trên máy nhiễu xạ Rơnghen SIEMENS D5000 tại Viện Khoa học Vật liệu – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, với điều kiện đo: ống đồng: CuK (=0,15406nm), U=35KV, I = 35 mA, góc quét (-2) từ 5° - 50°.
2.2. Phương pháp thực nghiệm 2.2.1. Điều chế chitin/chitosan 2.2.1.1. Điều chế chitin
Chitin được tách từ mai mực ống theo phương pháp hóa học. Quy trình được thực hiện như sau:
Cân 1 kg mai mực ống khô đã làm sạch, ngâm trong dung dịch NaOH 8% với tỷ lệ rắn/lỏng là 1/10, để ở nhiệt độ phòng trong 48 giờ. Rửa mai mực bằng nước nhiều lần đến pH=7. Tiếp tục ngâm trong dung dịch axit HCl 1%
với tỷ lệ rắn/lỏng là 1/10, thời gian ngâm 24 giờ. Sau đó rửa mẫu bằng nước nhiều lần đến pH=7. Lặp lại quá trình trên 2 lần để loại bỏ hết muối khoáng và protein. Phơi khô sản phẩm ở nhiệt độ phòng, sau đó sấy ở 400C đến khối lượng không đổi thu được chitin có dạng rắn, màu trắng, xốp, không tan trong nước.
Hàm lượng chitin trong nguyên liệu theo công thức:
chitin(%) =
nguyenlieu chitin
m
m 100%
Trong đó: chitin là hàm lượng chitin có trong mẫu nguyên liệu (%).
mchitin là khối lượng sản phẩm chitin thu được (g).
mnguyênlieu là khối lượng nguyên liệu ban đầu (g).
2.2.1.2. Điều chế chitosan
Chitosan được điều chế từ chitin thong qua phản ứng đề axetyl hóa trong môi trường kiềm. Theo đó, chitin được cho vào bình cầu chứa dung dịch NaOH 50%. Phản ứng được thực hiện ở 100120C, khuấy liên tục trong 24 giờ. Sau đó, tiến hành lọc, rửa mẫu nhiều lần bằng nước đến môi trường trung tính thu được chitosan màu trắng. Chitosan điều chế được không tan trong nước nhưng tan trong một số dung dịch axit loãng.
2.2.1.3. Điều chế chitosan xốp
a. Điều chế chitosan xốp bằng phương pháp trung hòa (chitosan hạt)
Hòa tan hoàn toàn 6g chitosan trong 1200ml dung dịch axit axetic 1%.
Sau đó trung hòa từ từ bằng dung dịch kiềm đến pH ≈7. Tiếp theo lọc, rửa
nhiều lần bằng nước để hết kiềm, đem sấy khô trong tủ sấy ở 60oC. Sau khi khô, nghiền nhỏ sản phẩm thu được chitosan xốp (hạt).
b. Điều chế chitosan xốp bằng phương pháp kết tủa trong etanol
Hòa tan hoàn toàn 6g chitosan trong 1,2 lít dung dịch axit axetic 1%.
Nhỏ từ từ dung dịch này vào etanol 96%, sau đó li tâm để tách lấy phần kết tủa. Tiến hành rửa lại 2-3 lần bằng etanol cho hết axit. Sấy khô sản phẩm ở nhiệt độ 50oC sẽ thu được chitosan xốp.
c. Điều chế chitosan xốp bằng phương pháp đông khô
Hòa tan hoàn toàn 6g chitosan trong 1,2 lít dung dịch axit axetic 0,5%.
Sau đó trung hòa từ từ bằng dung dịch kiềm đến pH ≈7. Tiếp theo lọc, rửa nhiều lần bằng nước để hết kiềm. Cho lượng chitosan này vào 100ml nước, khuấy đều để thu được hỗn hợp ở trạng thái huyền phù, tiến hành tách nước theo phương pháp đông khô ở -48oC thu được chitosan xốp.
2.2.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại thuỷ ngân trong dung dịch của các loại chitosan
Để nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại thủy ngân trong dung dịch của chitosan ta tiến hành thí nghiệm như sau:
Cân 0.272g HgCl2 rồi hòa tan vào H2O để được 200ml dung dịch HgCl2 có nồng độ là 5mM. Sau đó lấy vào 4 bình tam giác mỗi bình 20ml dung dịch HgCl2, tiến hành hấp phụ ion Hg2+ bởi các loại chitosan khác nhau.
- Mẫu 1: cho 1g chitosan ban đầu vào 20ml dung dịch HgCl2 5mM.
- Mẫu 2: cho 1,063g chitosan hạt (theo phương pháp trung hòa) vào 20ml dung dịch HgCl2 5mM.
- Mẫu 3: cho 0.223g chitosan xốp (theo phương pháp kết tủa trong etanol) vào 20ml dung dịch HgCl2 5mM.
- Mẫu 4: cho 0.220g chitosan xốp (theo phương pháp đông khô) vào 20ml dung dịch HgCl2 5mM.
Khuấy đều trên máy khuấy từ thời gian 3h, sau đó lọc hoặc li tâm để tách lấy phần nước lọc cho vào 4 ống nghiệm, tiến hành xác định nồng độ của Hg2+ trong dung dịch nước lọc bằng phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử.
Từ đó xác định được dung lượng ion kim loại Hg2+ đã bị hấp phụ theo công thức:
Q1 =
W C C V0( 0 )
× 201
Q1: là dung lượng hấp phụ (mg ion kim loại/g chất hấp phụ) V0: Thể tích dung dịch hấp phụ (l)
C0: Nồng độ ion kim loại trong dung dịch ban đầu (mM) C: Nồng độ ion kim loại trong nước lọc sau khi hấp phụ (mM) W: khối lượng chất hấp phụ (g)