Khóa luận Nghiên cứu tách, chiết chi tin từ vỏ tôm và biến tính để ứng dụng làm vật liệu hấp phụ trong xử lý Nước Thải

Chitin là một polysaccarit đứng thứ hai về lƣợng trong tự nhiên chỉ sau xenlulozơ. Chitin và các sản phẩm của chúng hiện nay đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhƣ: y học, sản xuất mỹ phẩm, bảo quản nông sản, xử lí môi trƣờng. Ngoài ra khi khử nhóm axetyl trong hợp chất chitin sẽ tạo thành Chitosan là đơn vị cao phân tử của glucosamine, là một chất có ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp nhẹ, thực phẩm, nông nghiệp. Việc nghiên cứu và tách chiết Chitin từ vỏ giáp xác đã đƣợc thực hiện hơn một thế kỷ nay. Hiện nay, tôm là mặt hàng chế biến chủ lực của ngành thủy sản Việt Nam, chủ yếu là tôm đông lạnh. Theo báo cáo của Bộ thủy sản, sản lƣợng tôm năm 2011 là 403600 tấn, tùy thuộc vào sản phẩm chế biến và sản phẩm cuối cùng, phế liệu tôm có thể lên tới 40 - 70% khối lƣợng nguyên liệu. Tƣơng ứng với sản lƣợng tôm hàng năm sẽ có khối lƣợng phế liệu khổng lồ gồm đầu và vỏ tôm đƣợc tạo ra. Hiện nay, ở nƣớc ta nguồn phế liệu đầu và vỏ tôm chƣa đƣợc tận dụng trên quy mô lớn. Tình trạng trên đặt ra yêu cầu cấp bách cho các nhà khoa học công nghệ, cho ngành thủy sản là phải sử dụng hợp lý và hiệu quả lƣợng phế liệu tôm rất lớn do các nhà máy chế biến thủy sản tạo ra hàng ngày để sản xuất ra sản phẩm có giá trị cao, chitin - chitosan.

73 trang | Chia sẻ: thuychi21 | Lượt xem: 1837 | Lượt tải: 4

Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Khóa luận Nghiên cứu tách, chiết chi tin từ vỏ tôm và biến tính để ứng dụng làm vật liệu hấp phụ trong xử lý Nước Thải, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ------------------------------ ISO 9001 : 2008 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG Sinh viên : Phạm Thị Huyền Trang Giảng viên hƣớng dẫn : TS. Nguyễn Văn Dƣỡng HẢI PHÒNG - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG --------------------------- NGHIÊN CỨU TÁCH, CHIẾT CHITIN TỪ VỎ TÔM VÀ BIẾN TÍNH ĐỂ ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ TRONG XỬ LÝ NƢỚC THẢI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG Sinh viên : Phạm Thị Huyền Trang Giảng viên hƣớng dẫn: TS. Nguyễn Văn Dƣỡng HẢI PHÒNG - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ----------------------------- NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Phạm Thị Huyền Trang Mã SV: 120887 Lớp: MT1202 Ngành: Kỹ thuật môi trƣờng Tên đề tài: “Nghiên cứu tách, chiết Chitin từ vỏ tôm và biến tính để ứng dụng làm vật liệu hấp phụ trong xử lý nƣớc thải” NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp (về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ). ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... 2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán. ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... 3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp. ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn thứ nhất: Họ và tên: ..................................................................................................... Học hàm, học vị: .......................................................................................... Cơ quan công tác: ........................................................................................ Nội dung hƣớng dẫn: ................................................................................... ....................................................................................................................... Ngƣời hƣớng dẫn thứ hai: Họ và tên:.................................................................................................. Học hàm, học vị:......................................................................................... Cơ quan công tác:....................................................................................... Nội dung hƣớng dẫn:................................................................................ Đề tài tốt nghiệp đƣợc giao ngày tháng năm 2012 Yêu cầu phải hoàn thành xong trƣớc ngày tháng năm 2012 Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Sinh viên Người hướng dẫn Phạm Thị Huyền Trang TS. Nguyễn Văn Dƣỡng Hải Phòng, ngày tháng năm 2012 HIỆU TRƢỞNG GS.TS.NGƢT Trần Hữu Nghị PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp: ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... 2. Đánh giá chất lƣợng của khóa luận (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T.T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu): ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... 3. Cho điểm của cán bộ hƣớng dẫn (ghi cả số và chữ): ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... Hải Phòng, ngày 6 tháng 12 năm 2012 Cán bộ hƣớng dẫn (họ tên và chữ ký) TS. Nguyễn Văn Dưỡng PHẦN NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP 1. Đánh giá chất lƣợng đề tài tốt nghiệp ( về các mặt nhƣ cơ sở lý luận, thuyết minh chƣơng trình, giá trị thực tế,) ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. 2. Cho điểm của cán bộ phản biện ( Điểm ghi bằng số và chữ ): ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. Ngày tháng năm 2012 Cán bộ chấm phản biện (họ tên và chữ ký ) LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Văn Dưỡng đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình em thực hiện đề tài khóa luận này. Em cũng gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy cô trong khoa Kỹ thuật môi trường và toàn thể các thầy cô đã dạy em trong suốt khóa học tại trường ĐHDL Hải Phòng. Và em cũng xin được gửi lời cảm ơn tới bạn bè và gia đình đã động viên và tạo điều kiện giúp đỡ em trong việc hoàn thành khóa luận này. Do hạn chế về thời gian cũng như trình độ hiểu biết nên đề tài nghiên cứu này không tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp của các thầy, các cô để bản báo cáo được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, tháng 12 năm 2012 Sinh viên Phạm Thị Huyền Trang DANH MỤC BẢNG Bảng 1. 1. Một số đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng .................................. 12 Bảng 1. 2. Hàm lƣợng Chitin trong vỏ của một số động vật giáp xác ................ 17 Bảng 2. 1. Kết quả xác định đƣờng chuẩn Mangan ............................................ 42 Bảng 3. 1. Ảnh hƣởng của pH đến quá trình hấp phụ Mangan của Chitin ......... 45 Bảng 3. 2. Ảnh hƣởng của pH đến quá trình hấp phụ Mangan của Chitosan..... 46 Bảng 3. 3. Ảnh hƣởng của thời gian đến quá trình hấp phụ Mangan của Chitin 48 Bảng 3. 4. Ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Mangan của Chitosan ............................................................................................................... 49 Bảng 3. 5. Ảnh hƣởng của khối lƣợng đến khả năng hấp phụ Mn của vật liệu Chitin ................................................................................................................... 51 Bảng 3. 6. Ảnh hƣởng của khối lƣợng đến khả năng hấp phụ Mn của vật liệu Chitosan ............................................................................................................... 52 Bảng 3. 7. Ảnh hƣởng của nồng độ cân bằng hấp phụ đối với vật liệu Chitin ... 54 Bảng 3. 8. Ảnh hƣởng của nồng độ đến khả năng hấp phụ Mn2+ của Chitosan . 56 Bảng 3. 9. Kết quả hấp phụ Mn2+ bằng vật liệu hấp phụ trong 30 phút ............. 58 Bảng 3. 10. Kết quả giải hấp VLHP bằng NaOH 1M ......................................... 58 Bảng 3. 11. Kết quả tái sinh VLHP ..................................................................... 59 DANH MỤC HÌNH Hình 1. 1. Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ................................................ 14 Hình 1. 2. Đồ thị sự phụ thuộc của Ccb/ q vào Ccb .............................................. 15 Hình 1. 3. Cấu trúc hóa học của Chitin ............................................................... 18 Hình 1. 4. Sắp xếp các mạch trong phân tử Chitin ............................................. 19 Hình 1. 5. Cấu trúc chitosan (poly b-(1-4)-D- glucozamin) ............................... 19 Hình 1. 6. Dẫn xuất N, O- cacboxymetylchitin .................................................. 20 Hình 1. 7. Dẫn xuất N, O-cacbonxymetylchitosan ............................................. 20 Hình 1. 8. N, O-axylchitosan .............................................................................. 21 Hình 1. 9. Dẫn xuất N- metylchitosan................................................................. 21 Hình 1. 10. Cấu trúc chitin, chitosan, xenluloza ................................................. 22 Hình 1. 11. Quá trình Đề axetyl hóa ................................................................... 23 Hình 1. 12. Phản ứng của chitosan với kim loại ................................................. 26 Hình 2. 1. Qui trình sản xuất ............................................................................... 36 Hình 2. 2. Xử lý nguyên liệu với axit .................................................................. 37 Hình 2. 3. Xử lý nguyên liệu với kiềm ................................................................ 38 Hình 2. 4. Chitin thô ............................................................................................ 38 Hình 2. 5. Đề acetyl hóa ...................................................................................... 39 Hình 2. 6. Sấy ở 80oC .......................................................................................... 40 Hình 2. 7. Chitosan .............................................................................................. 40 Hình 2. 8. Phƣơng trình đƣờng chuẩn của Mangan ............................................ 42 Hình 3. 1. Ảnh hƣởng của pH đến quá trình hấp phụ Mangan của Chitin ......... 46 Hình 3. 2. Ảnh hƣởng của pH đến quả trình hấp phụ Mangan của Chitosan ..... 47 Hình 3. 3. Đồ thị so sánh khả năng hấp phụ của Chitin và Chitosan phụ thuộc vào pH ................................................................................................................. 47 Hình 3. 4. Ảnh hƣởng của thời gian đến quá trình hấp phụ Mangan của Chitin 49 Hình 3. 5. Ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Mangan của Chitosan ............................................................................................................... 50 Hình 3. 6. Đồ thị so sánh khả năng hấp phụ của Chitin và Chitosan phụ thuộc vào thời gian ........................................................................................................ 50 Hình 3. 7. Ảnh hƣởng của khối lƣợng đến khả năng hấp phụ Mn của vật liệu Chitin ................................................................................................................... 52 Hình 3. 8. Ảnh hƣởng của khối lƣợng đến khả năng hấp phụ Mn của vật liệu Chitosan ............................................................................................................... 53 Hình 3. 9. Đồ thị so sánh khả năng hấp phụ của Chitin và Chitosan phụ thuộc vào khối lƣợng ..................................................................................................... 53 Hình 3. 10. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân bằng Cf đối với vật liệu Chitin. ........................................................................... 55 Hình 3. 11. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Cf/q vào nồng độ cân bằng Cf đối với vật liệu Chitin ................................................................................................ 55 Hình 3. 12. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân bằng Cf của Mangan đối với vật liệu Chitosan ................................................... 57 Hình 3. 13. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Cf/q vào nồng độ cân bằng Cf đối với vật liệu Chitosan ............................................................................................ 57 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT WHO: Tổ chức y tế thế giới USEPA: Cơ quan bảo vệ môi trƣờng của Mỹ USFDA: Bộ thuốc và thực phẩm Mỹ Oxh: Oxi hóa VLHP: Vật liệu hấp phụ KTTS: Khai thác thủy sản CBTS: Chế biến thủy sản ĐHQG: Đại học Quốc Gia Trường Đại học Dân Lập Hải Phòng Khoa Kỹ Thuật Môi Trường Sinh Viên: Phạm Thị Huyền Trang – Lớp: MT1202 1 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MỤC LỤC ............................................................................................................. 1 MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 5 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................. 7 1.1. Ảnh hƣởng của sự ô nhiễm kim loại nói chung tới sức khỏe con ngƣời ... 7 1.2. Mangan và ảnh hƣởng của nó tới sức khỏe con ngƣời .............................. 7 1.2.1. Vai trò của Mangan ............................................................................. 7 1.2.2. Tính chất vật lý.................................................................................... 8 1.2.3. Tính chất hóa học ................................................................................ 8 1.2.4. Độc tính ............................................................................................... 8 1.3. Quá trình hấp phụ ....................................................................................... 9 1.3.1. Hiện tƣợng hấp phụ ............................................................................. 9 1.3.1.1. Hấp phụ vật lý .............................................................................. 9 1.3.1.2. Hấp phụ hóa học ........................................................................ 10 1.3.2. Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc ....................................................... 10 1.3.3. Động học hấp phụ ............................................................................. 11 1.3.4. Cân bằng hấp phụ - Các phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ .............. 11 1.4. Giới thiệu về vật liệu hấp phụ. ................................................................. 15 1.4.1. Lịch sử phát hiện. .............................................................................. 15 1.4.2. Nguồn Chitosan ................................................................................. 16 Trường Đại học Dân Lập Hải Phòng Khoa Kỹ Thuật Môi Trường Sinh Viên: Phạm Thị Huyền Trang – Lớp: MT1202 2 1.4.3. Công thức cấu tạo.............................................................................. 18 1.4.3.1. Cấu trúc hóa học của Chitin ....................................................... 18 1.4.3.2. Cấu trúc hóa học của Chitosan và một vài dẫn xuất .................. 19 1.4.4. Độ deaxetyl hóa- DD (degree of deaxetylation) ............................... 23 1.4.5. Tính chất chung ................................................................................. 24 1.4.6. Tính chất vật lý của Chitosan ............................................................ 24 1.4.7. Tính chất hóa học của Chitin/Chitosan ............................................. 25 1.4.7.1. Các phản ứng của nhóm –OH .................................................... 25 1.4.7.2. Phản ứng ở vị trí N ..................................................................... 25 1.4.7.3. Phản ứng xảy ra tại vị trí O, N ................................................... 26 1.4.7.4. Khả năng hấp phụ tạo phức với các ion kim loại chuyển tiếp của Chitin/Chitosan ....................................................................................... 26 1.4.7.5. Phản ứng đặc trƣng khác của Chitosan ...................................... 26 1.4.8. Tính chất sinh học của Chitosan ....................................................... 27 1.4.9. Độc tính ............................................................................................. 29 1.4.10. Ứng dụng của Chitosan ................................................................... 29 1.4.10.1. Các ứng dụng của Chitosan trong công nghệ thực phẩm ........ 29 1.4.10.2. Ứng dụng trong y học .............................................................. 30 1.4.10.3. Ứng dụng trong các lĩnh vực khác ........................................... 31 1.5. Một số phƣơng pháp định lƣợng kim loại................................................ 31 1.5.1. Phƣơng pháp thể tích......................................................................... 31 1.5