Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
LỜI CẢM ƠN
Đồ án này được thực hiện tại phòng thí nghiệm Bộ môn Lọc - Hóa dầu, Trường Đại
học Mỏ - Địa chất.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Phạm Xuân Núi, người đã luôn
tận tình giúp đỡ và chỉ bảo em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này.
Em cũng xin cảm ơn các thầy cô trong Bộ môn Lọc - Hóa dầu đã hết sức tạo điều
kiện để em có thể làm việc tại phòng thí nghiệm của bộ môn, cũng như đã hết sức
tận tình chỉ bảo giúp em tránh được một số sai sót không đáng có trong quá trình
làm thí nghiệm.
Cảm ơn các bạn trong lớp Lọc - Hóa dầu K53 A cũng như các bạn trực tiếp làm
thực nghiệm tại phòng thí nghiệm Bộ môn Lọc - Hóa dầu đã nhiều lần giúp đỡ và
động viên tinh thần trong quãng thời gian em làm đồ án này.
Cuối cùng em cũng xin cảm ơn Khoa Hóa Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà
Nội, Phòng Hóa của viện Khoa học và Công nghệ đã giúp đỡ em trong vấn đề đo và
khảo sát các kết quả thí nghiệm của em.
Cảm ơn các bạn bè đã giúp đỡ những khi em gặp khúc mắc và những lúc khó khăn
để em có thể hoàn thành tốt nhất đồ án của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nôi, tháng 06 năm 2013.
Sinh viên
Hoàng Văn Kính
Sinh viên: Hoàng Văn Kính 1 Lớp: Lọc Hóa Dầu A K53
Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN
STT Số hình vẽ Tên hình vẽ Trang
1 Hình 1.1 Cấu trúc bát diện và cấu trúc tứ diện của khoáng sét 4
2 Hình 1.2 Mô hình cấu trúc lớp của khoáng sét 4
3 Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể 2:1 của MMT 8
4 Hình 1.4 Giản đồ XRD của MMT chuẩn 9
5 Hình 1.5 Mô tả cấu trúc của sét sau khi biến tính hữu cơ 11

25 Hình 3.1
Phổ IR của chitosan và các thông số để tính toán độ
đề axetyl hóa theo công thức 3.1; 3.2; 3.3
39
26 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ XRD của MMT nguyên liệu 40
27 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ XRD của MMT sau khi xử lý sơ bộ 40
28 Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ XRD của mẫu MMT-CTAB 40
29 Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ XRD của màng CS/MMT/GLY 43
30 Hình 3.6 Phổ IR của mẫu MMT sau khi tinh chế 44
31 Hình 3.7 Phổ IR của chitosan sau khi đề axetyl 45
32 Hình 3.8 Phổ IR của màng nanocomposit 46
33 Hình 3.9 Ảnh SEM của MMT-CTAB 47
34 Hình 3.10 Ảnh SEM của màng CS/MMT/GLY 47
35 Hình 3.11 Phổ UV-VIS của mẫu công gô đỏ ban đầu 48
36 Hình 3.12 Phổ UV-VIS của mẫu sau khi hấp phụ mẫu 1 48
37 Hình 3.13 Phổ UV-VIS của mẫu 2 sau hấp phụ 49
Sinh viên: Hoàng Văn Kính 2 Lớp: Lọc Hóa Dầu A K53
Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
38 Hình 3.14 Phổ UV-VIS của mẫu 3 sau hấp phụ 49
39 Hình 3.15 Phổ UV-VIS chồng lấn phổ 49
40 Hình 3.16 Mẫu metylen xanh gốc đã pha loãng 10 lần 51
41 Hình 3.17 Phổ UV-VIS của mẫu 1 sau khi hấp phụ 51
42 Hình 3.18 Phổ UV-VIS của mẫu 2 sau khi hấp phụ 51
43 Hình 3.19 Phổ UV-VIS của mẫu 3 sau khi hấp phụ 52
44 Hình 3.20 Phổ UV-VIS chồng lấn phổ của các mẫu đã hấp phụ 52
s
Sinh viên: Hoàng Văn Kính 3 Lớp: Lọc Hóa Dầu A K53
Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG ĐỒ ÁN
STT

Hiệu suất hấp phụ của các mẫu công gô đỏ
50
8 3.4
Kết quả bước sóng và độ hấp phụ của các mẫu
metylen xanh
53
9 3.5
Hiệu suất hấp phụ của các mẫu metylen xanh
53
DANH MỤC TÊN VÀ KÝ TỰ VIẾT TẮT
Tên đầy đủ Tên viết tắt
Montmorillonit MMT
Chitosan CS
Chitosan/glyxerol CS/GLy
Màng
chitosan/Montmorillonit/glyxerol
CS/MMT/GLy
Bio nanocomposit BNC
Cetyltrimethylammoniumbromid
e
CTAB
Sinh viên: Hoàng văn Kính 4 Lớp: Lọc Hóa Dầu A K53
Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
MỞ ĐẦU
Ngày nay, việc nước thải công nghiệp có chứa rất nhiều chất độc hại ảnh
hưởng đến môi trường sống của chúng ta như các phẩm màu hữu cơ hay các kim
loại nặng. Việc tồn tại những chất độc hại đó trong nguồn nước đã làm cho con
người mắc phải một số bệnh rất nghiêm trọng. Chính vì vậy, việc xử lý nước thải
công nghiệp là điều hết sức cấp bách và cũng đã được hầu hết các quốc gia trên thế
giới quan tâm và nghiên cứu.

(Na-
MMT) được chèn tách bằng chitosan với mục đích nâng cao khả năng hấp phụ màu
nhuộm cation.
Vật liệu nanocompozit chitosan-Montmorillonit (CS/MMT) với hàm lượng
nhỏ MMT được tổng hợp ở dạng màng đã làm tăng cường đáng kể những tính chất
cơ lý của màng chitosan nguyên chất. Vật liệu tạo thành kết hợp những tính chất
riêng rẽ của CS và MMT và có ứng dụng quan trọng trong việc xử lý ô nhiễm môi
Sinh viên: Hoàng văn Kính 5 Lớp: Lọc Hóa Dầu A K53
Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
trường nước, đặc biệt là hấp phụ các ion kim loại nặng và các chất nhuộm màu
trong xử lý nước thải công nghiệp.
Trên cơ sở đó, đề tài đã thực hiện:
“Nghiên cứu tổng hợp màng nanocomposit có khả năng phân hủy sinh học
từ phế phụ phẩm để xử lý các chất màu hữu cơ trong nước thải “
Mục tiêu của đề tài:
- Tổng hợp được màng nanocomposit từ các nguồn phế phụ phẩm sẵn có của
Việt Nam;
- Thử hoạt tính của màng cho quá trình hấp phụ nước nhiễm phẩm mầu công
gô đỏ và metylen xanh.
Nội dung của đề tài:
- Tinh chế và tổng hợp sét hữu cơ (MMT-CTAB), (với
CTAB:Cetyltrimethylammonium bromua) từ bentonit;
- Chiết tách chitosan từ chitin trong vỏ tôm;
- Tổng hợp và tạo màng nanocomposit từ sét hữu cơ và chitosan vừa tổng hợp được;
- Kiểm tra khả năng hấp phụ của màng nanocomposit trong nước nhiễm phẩm mầu
công gô đỏ và metylen xanh.
Sinh viên: Hoàng văn Kính 6 Lớp: Lọc Hóa Dầu A K53
Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về bentonit, Montmorillonit (MMT), sét hữu cơ

3+
Celaconit Si, Al, Mg, K, Fe
2+
, Fe
3+
Chlorit Si, Mg, Al, Fe
Kaolinit Si, Al
Sepionit Si, Al, Mg
Talc Si, Mg, Fe
2+
Palygorskit Al, Mg
Dựa vào khả năng trương nở trong nước của khoáng sét, khoáng sét được chia
làm hai nhóm: Nhóm trương nở và nhóm không trương nở.
Nhóm sét trương nở gồm có: Montmorillonit (bentonit), saponit, nontronit,
baidellit, vermiculit,…
Nhóm sét không trương nở gồm: Illit, glauconit, celaconit, chlorit, berthierin,
kaolinit, holloysit, sipionit, palygorskit, talc…
Về cấu trúc, khoáng sét tự nhiên có cấu trúc lớp, các lớp trong cấu trúc được
hình thành từ hai đơn vị cấu trúc cơ bản [2]:
Sinh viên: Hoàng văn Kính 7 Lớp: Lọc Hóa Dầu A K53
Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
- Cấu trúc bát diện của oxit nhôm (hình 1.1a);
-Cấu trúc tứ diện của silic (hình 1.1b).
Trên cơ sở sự sắp xếp của các đơn vị cấu trúc sét được phân thành các loại sau:
(a) (b)
Hình 1.1. (a) Cấu trúcbát diện [Al(OH)
6
]
3+
và (b) Cấu trúc tứ diện[SiO

K
+
, một số đặc trưng thành phần khoáng của bentonit Tuy Phong – Bình Thuận
được giới thiệu trong bảng 1.2.
Bảng 1.2. Thành phần khoáng chất và hóa học của bentonit Bình Thuận [3]
Tên khoáng chất Hàm lượng (%)
Thành phần hóa học
chính
Hàm lượng
(%)
Montmorillonit 49 - 51 SiO
2
51,90
Illite 7 - 9 Al
2
O
3
15,60
Kaolinite Clorite 13 - 15 Fe
2
O
3
2,83
Thạch anh 6 - 8 FeO 0,21
Felspate 7 - 9 CaO, MgO 4,05
Gơtite 4 - 6 K
2
O, Na
2
O 4,05

Công thức đơn giản nhất của MMT: Al
2
O
3
.4SiO
2
.nH
2
O ứng với một nửa tế bào
đơn vị cấu trúc. Trong trường hợp lý tưởng công thức của MMT là Si
8
Al
4
O
20
(OH)
4

ứng với một đơn vị cấu trúc. Tuy nhiên, thành phần của MMT luôn khác với thành
phần biểu diễn lý thuyết, do có sự thay thế đồng hình của ion kim loại Al
3+
, Fe
3+
,
Fe
2+
, Mg
2+
…, với ion Si
4+

bởi cation Mg
2+
.
Ở mạng lưới tứ diện, một phần không lớn cation Si
4+
bị thay thế bởi cation Al
3+
hoặc
Fe
3+
. Al
3+
có thể thay thế Si
4+
trong mạng lưới tứ diện lớn nhất là 15%. Sự thay thế
này dẫn đến sự xuất hiện điện tích âm trong mạng lưới. Điện tích đó được bù trừ bởi
các cation nằm ở khoảng không gian giữa hai lớp. Đó là các cation Na
+
,
K
+
, Ca
2+
,
Mg
2+
, Fe
2+
, Li
+

- Dung lượng trao đổi ion tương đối lớn;
- Có các nhóm hydroxyl (-OH) ở bề mặt và các gờ (cạnh của lớp).
Hình 1.3. Cấu trúc tinh thể 2:1của MMT [5,15]
Tính hấp phụ
Tính chất hấp phụ của MMT được quyết định bởi đặc tính bề mặt và cấu trúc
lớp của chúng. Với kích thước hạt từ vài nanomet đến vài chục nanomet và có cấu
trúc mạng tinh thể dạng lớp nên MMT có diện tích bề mặt riêng lớn. Diện tích bề
mặt của MMT gồm diện tích bề mặt ngoài và diện tích bề mặt trong. Diện tích bề
mặt trong được xác định bởi bề mặt của khoảng không gian giữa các lớp trong cấu
trúc tinh thể. Bề mặt ngoài phụ thuộc vào kích thước hạt. Sự hấp phụ bề mặt trong
của MMT có thể xảy ra với chất bị hấp phụ là các ion vô cơ, các chất hữu cơ ở dạng
ion hoặc chất hữu cơ phân cực. Các chất hữu cơ phân cực có kích thước và khối
lượng nhỏ bị hấp phụ bằng cách tạo phức trực tiếp với các cation trao đổi nằm giữa
các lớp hoặc liên kết với các cation đó qua liên kết với nước. Nếu các chất hữu cơ
phân cực có kích thước và khối lượng phân tử lớn, chúng có thể kết hợp trực tiếp
vào vị trí oxi đáy của tứ diện trong mạng lưới tinh thể bằng lực Van der Waals hoặc
liên kết hydro. Sự hấp phụ các chất hữu cơ không phân cực hay các polyme chỉ xảy
ra trên bề mặt ngoài của MMT [14].
MMT có cấu trúc xốp, chính cấu trúc xốp này tạo cho MMT tính chọn lọc hấp
phụ. Chỉ có phân tử nào có đường kính đủ nhỏ so với lỗ xốp thì mới chui vào được.
Dựa vào điều này người ta hoạt hoá sao cho có thể dùng MMT làm vật liệu
tách chất. Đây cũng là một điểm khác nhau giữa MMT và các chất hấp phụ khác.
Tính trương nở
Sinh viên: Hoàng văn Kính 11 Lớp: Lọc Hóa Dầu A K53
Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
Khi nước bị hấp phụ vào giữa các lớp, sẽ làm thay đổi chiều dày lớp cấu trúc.
Tính chất này được gọi là tính chất trương nở. Sự trương nở phụ thuộc vào bản chất
của MMT, cation trao đổi, sự thay thế đồng hình trong các lớp bát diện và sự có mặt
của các ion trong môi trường phân tán. Lượng nước được hấp phụ vào giữa các lớp
phụ thuộc vào khả năng hydrat hoá của các cation trao đổi. Ngoài hai tính chất cơ

dung môi hữu cơ hoặc quá trình nóng chảy. Sản phẩm được ứng dụng rộng rãi hơn,
đặc biệt dùng để điều chế vật liệu nanocomposit [16].
1.1.3.1. Cấu tạo
Hữu cơ hóa MMT là phản ứng trao đổi giữa các cation kim loại có trong cấu trúc
khoáng sét với các cation amoni hữu cơ. Đây chính là quá trình trao đổi ion Na
+
, K
+

Sinh viên: Hoàng văn Kính 12 Lớp: Lọc Hóa Dầu A K53
d
001
=15,55 A
0
(Mont.)
Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
với nhóm mang điện tích dương ở đầu mạch của hợp chất hữu cơ mà điển hình là
nhóm cation amoni với phần đuôi là các gốc hữu cơ khác nhau.
Phần đuôi của hợp chất này có tính ưa dầu và là tác nhân đẩy xa khoảng cách giữa
các lớp khoáng sét. Sự tương tác cũng làm thay đổi sự phân cực của các lớp bằng sự
giảm năng lượng tự do trên bề mặt của sét. Số các ion có thể xếp vào các khe phụ
thuộc vào mật độ điện tích của sét và dung lượng cation trao đổi. Độ dài mạch của
chất hoạt động bề mặt cũng sẽ ảnh hưởng đến khoảng cách cơ bản giữa các lớp. Ở
mật độ điện tích nhỏ, chất hoạt động bề mặt thâm nhập và tạo thành một đơn lớp
trong khe giữa các lớp. Khi mật độ điện tích tăng lên có thể tạo ra hai lớp, ba lớp
chất hoạt động bề mặt trong khe giữa các lớp. Ở những dung lượng cation trao đổi
cation rất cao (trên 120 mgdl/100g) và các chất hoạt động bề mặt có mạch cacbon
dài (trên 15C), sự thâm nhập có thể được sắp xếp như cấu trúc loại parafin. Các đầu
điện tích dương gắn chặt vào bề mặt của lớp sét, còn đuôi hữu cơ lấp đầy khoảng
không gian giữa các lớp, vì vậy mà khoảng cách cơ bản d

Để làm cho MMT trở nên kị nước, tương hợp tốt với polyme, các cation ở khoảng
giữa các lớp clay được thay thế bằng các chất hoạt động bề mặt cation như ankyl
amoni hay ankyl photphat. Các cation có thể thay thế thông dụng nhất là Na
+
, Ca
2+
,
Mg
2+
, H
+
, K
+
và NH
4
+
. Quá trình thay thế xảy ra như sau:
- Khi biến tính bằng các chất hoạt động bề mặt cation thì đầu mang điện dương
hướng về phía các mặt sét (do tương tác điện Culong) còn các mạch ankyl hướng ra
ngoài;
- Sau khi biến tính hữu cơ, bề mặt sét trở nên kị nước một phần, năng lượng bề mặt
của nó giảm nên dễ tương hợp với các polyme hữu cơ. Kích thước của nhóm ankyl
càng lớn thì tính kị nước và khoảng cách giữa các lớp sét càng cao;
- Sự sắp xếp mạch ankyl trong khoảng giữa các lớp sét phụ thuộc vào 2 yếu tố là
mật độ điện tích của sét và loại chất hoạt động bề mặt. Mạch ankyl càng dài, mật độ
điện tích của sét càng lớn thì khoảng cách giữa các lớp càng lớn;
- Mạch ankyl có thể sắp xếp song song với bề mặt sét tạo nên cấu trúc đơn lớp (khi
mạch ankyl ngắn), hai lớp (khi mạch ankyl trung bình), hoặc giả ba lớp (khi mạch
Sinh viên: Hoàng văn Kính 14 Lớp: Lọc Hóa Dầu A K53
Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp

2
tạo thành NH
3
+
. Lúc này có sự
trao đổi cation giữa NH
3
+
và các cation tồn tại ở giữa các lớp sét (như Na
+
, K
+
) làm
cho sét biến tính có tính ưa dầu [4]. Trong công trình nghiên cứu chế tạo vật liệu
nanocomposit trên cơ sở polyamit-6 và sét của nhóm các nhà khoa học thuộc tập
đoàn Toyota, loại ω-amino axit này đã được sử dụng thành công để biến tính sét [9].
Một số phương pháp biến tính khác
Ngoài phương pháp trao đổi ion, người ta còn có thể dùng một số chất hoạt động bề
mặt để biến tính sét mà tiêu biểu trong số đó là hợp chất silan. Silan thường được sử
dụng trong chế tạo vật liệu nanocomposit trên cơ sở polyeste không no và sét. Silan
là các monome silicon hữu cơ được đặc trưng bởi công thức hoá học dạng R-
SiX
3
.Trong đó, R là nhóm chức hữu cơ được gắn vào Si, X là nhóm có thể bị thuỷ
phân để tạo thành nhóm silanol. Silan có thể phản ứng với bề mặt của các chất vô
cơ tạo nên các liên kết oxan hoặc hydro. Các bề mặt này có đặc trưng là chứa các
nhóm -OH gắn vào nguyên tử Si hoặc Al. Trong nanoclay, các nhóm -OH xuất hiện
trên bề mặt các lớp sét. Silan trước tiên được chuyển thành các hợp chất silanol
bằng phản ứng thuỷ phân. Sau đó silanol phản ứng với các nhóm OH trên bề mặt sét
tạo thành các liên kết oxan và liên kết hydro [4].

(CH
2
)
2
NH
2
Proyl amin -83
CH
3
(CH
2
)
3
NH
2
Butyl amin -50
CH
3
(CH
2
)
7
NH
2
Octyl amin -3
CH
3
(CH
2
)

Octadecyl amin 57
HOOC(CH
2
)
5
NH
2
Axit 6 - Aminohexanoic 205
HOOC(CH
2
)
11
NH
2
Axit 12 - Aminododecanoic 186
(CH
3
)
4
N
+
Cl
-
Tetrametyl ammonium brom
>300
CH
3
(CH
2
)

(CH
3
)
3
Br
-
Dodecyl dimetyl ammonium brom -
(CH
3
(CH
2
)
17
)
2
N
+
(CH
3
)
2
Cl
-
Dioctadecyl dimetyl ammonium clorua
69
CH
2
(CH2)
17
N

quan tâm đến các polyme hữu cơ tương ứng. Hầu hết, các polyme hữu cơ sử dụng
trong lĩnh vực này thường có nguồn gốc tự nhiên và có khả năng phân hủy sinh học
nhất định. Polyme thiên nhiên chitosan – một dẫn xuất của chitin có nguồn gốc
từcác loài động vật như tôm, cua là một trong những chất nền phù hợp có thể đáp
ứng các yêu cầu của vật liệu nanocompozit [9,10].
1.2. Giới thiệu về chitosan (CS)
Chitosan (CS) là một polyme sinh học với các đơn phân N-axetyl glucozamin
được đề axetyl hóa một phần, hiện diện tự nhiên trong vách một số loài nấm như
Mucorales. Tuy nhiên, phần lớn chitosan hiện đang được thu nhận và sử dụng lại
chủ yếu từ quá trình đề axetyl hóa chitin, thành phần chính của bộ xương ngoài của
động vật giáp xác như tôm, cua, mực.
1.2.1. Cấu trúc hóa học của chitin và chitosan
Chitin có cấu trúc thuộc họ polysaccarit, hình thái tự nhiên ở dạng rắn. Do đó,
các phương pháp nhận dạng chitin, xác định tính chất và phương pháp hoá học để
biến tính chitin cũng như việc sử dụng và lựa chọn các ứng dụng của chitin gặp nhiều
khó khăn. Chitin (C
8
H
13
O
5
N)
n
là một polyme mạch dài của N-axetyl-glucozamin, dẫn
xuất của glucozơ, trong đó nhóm (-OH) ở nguyên tử C
2
được thay thế bằng nhóm
axetyl amino (-NHCOCH
3
). Như vậy, chitin là poli (N-axetyl-2-amino-2-deoxi-β-D-

2
) ở vị trí C
2
của chitosan thay thế nhóm hydroxyl (-OH) ở
xenlulozơ. Chitosan tích điện dương do đó nó có khả năng liên kết hóa học với
những chất tích điện âm như chất béo, lipid, cholesterol, protein và các đại phân tử.
Chitin và chitosan rất có lợi ích về mặt thương mại cũng như là một nguồn vật
chất tự nhiên do tính chất đặc biệt của chúng như tính tương thích về mặt sinh học,
khả năng hấp thụ, khả năng tạo màng và giữ các ion kim loại.
Màu của vỏ giáp xác hình thành từ hợp chất của chitin (dẫn xuất của 4-xeton
và 4, 4’đi xeton-β-caroten). Bột chitosan có dạng hơi sệt trong tự nhiên và màu sắc
của nó biến đổi từ vàng nhạt đến trắng trong khi tinh bột và xenlulozơ lại có cấu
trúc mịn và màu trắng.
1.2.2. Tính chất của chitosan
1.2.2.1.Tính chất hóa học của chitosan
Trong phân tử chitosan có chứa các nhóm chức -OH, -NHCOCH
3
trong các
mắt xích N-axetyl-D-glucozamin và nhóm -OH, -NH
2
trong các mắt xích D-
glucozamin có nghĩa chúng vừa là ancol vừa là amin, vừa là amit. Phản ứng hoá học
có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O-, dẫn xuất thế N-, hoặc dẫn
xuất thế O, N [8,11].
Mặt khác chitosan là những polyme mà các monome được nối với nhau bởi
các liên kết β-(1,4)-glicozit; các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất hoá học
như: axit, bazơ, tác nhân oxy hóa và các enzym thuỷ phân.
Các phản ứng của nhóm –OH
- Dẫn xuất sunfat;
- Dẫn xuất O-axyl củachitosan;

Sinh viên: Hoàng văn Kính 20 Lớp: Lọc Hóa Dầu A K53
Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
phẩm. Thông thường, ở nhiệt độ cao với sự có mặt của oxy và sức kéo có thể dẫn
đến phân hủy chitosan. Giới hạn nhiệt độ là 280°C, sự phân hủy do nhiệt có thể xảy
ra và mạch polyme nhanh chóng bị phá vỡ, do đó khối lượng phân tử giảm. Nguyên
nhân quá trình đề polyme là sử dụng nhiệt độ cao và axit đặc như HCl, H
2
SO
4
dẫn
đến thay đổi khối lượng phân tử.
Khối lượng phân tử chitosan có thể xác định bằng phương pháp sắc kí, phân
tán ánh sáng hoặc đo độ nhớt.
1.2.2.4. Độ nhớt
Độ nhớt là một nhân tố quan trọng để xác định khối lượng phân tử của
chitosan. Chitosan phân tử lượng cao thường làm cho dung dịch có độ nhớt cao,
điều này có thể không mong muốn trong đóng gói công nghiệp. Nhưng chitosan có
độ nhớt cao thu được từ phế phẩm của các loài giáp xác thì rất thuận tiện cho đóng
gói.
Một số nhân tố trong quá trình sản xuất như mức độ đề axetyl hóa, khối lượng
nguyên tử, nồng độ dung dịch, độ mạnh của lực ion, pH và nhiệt độ ảnh hưởng đến
sản xuất chitosan và tính chất của nó.
Ví dụ, độ nhớt của chitosan tăng khi thời gian khử khoáng tăng. Độ nhớt của
chitosan trong dung dịch axit axetic tăng khi pH của dung dịch này giảm, tuy nhiên
nó lại giảm khi pH của dung dịch HCl giảm. Sự tăng này đưa đến định nghĩa về độ
nhớt bên trong của chitosan, đây là một hàm phụ thuộc vào mức độ ion hóa cũng
như lực ion.
Quá trình loại protein trong dung dịch NaOH 3% và sự khử trong quá trình
khử khoáng làm giảm độ nhớt của dung dịch chitosan thành phẩm. Tương tự như
vậy, độ nhớt của chitosan bị ảnh hưởng đáng kể bởi các biện pháp xử lý vật lý

Trong một nghiên cứu về dẫn nhiệt cho thấy tỷ trọng của chitin và chitosan từ
giáp xác rất cao (0,39g/cm
3
). Sự so sánh giữa tỷ trọng của chitin và chitosan từ giáp
xác với chitin, chitosan thương phẩm cũng chỉ ra một vài sự khác biệt, điều này có
thể do loài giáp xác hoặc phương pháp chế biến. Ngoài ra, mức độ đề axetyl hóa
cũng làm tăng tỷ trọng của chúng.
1.2.2.7. Khả năng kết hợp với nước và chất béo
Sự hấp thụ nước của chitosan lớn hơn rất nhiều so với xenlulozơ hay chitin.
Thông thường, khả năng hấp thụ của chitosan khoảng 581-1150% (trung bình là
702%), và sự thay đổi trong thứ tự sản xuất như quá trình khử khoáng và khử
protein cũng ảnh hưởng đáng kể đến khả năng giữ nước và giữ chất béo. Sự khử
protein sau quá trình khử khoáng sẽ làm khả năng giữ nước tăng. Bên cạnh đó quá
trình khử màu cũng là nguyên nhân làm giảm khả năng này của chitosan hơn là
chitosan từ giáp xác không khử trắng [8].
Khả năng giữ nước, chất béo phụ thuộc thứ tự tiến hành.
Khả năng hấp thụ chất béo của chitin và chitosan trong khoảng 315-170%,
chitosan có khả năng thấp hơn rất nhiều chitin. Trong một nghiên cứu chỉ ra rằng
khả năng giữ chất béo trung bình của chitosan từ giáp xác và chitosan thương phẩm
từ cua lần lượt là 706% và 587%. Bước tẩy trắng trong quá trình sản xuất làm giảm
khả năng này cũng như ảng hưởng đến độ nhớt của chitosan.
Các bước tiến hành theo thứ tự: khử khoáng, khử protein, đề axetyl hóa sẽ làm
tăng khả năng này hơn là theo thứ tự khử protein, khử khoáng, đề axetyl hóa.
1.2.2.8. Khả năng hấp phụ 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
sử dụng, 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
2+
, Cd

niên trước. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng chitosan có khả năng:
- Hấp phụ kim loại nặng: chitosan mang điện tích dương kết hợp với những
polyme đa điện tích âm tạo phức với các ion kim loại và kết tủa. Chitosan cũng có
thể sử dụng như một chất hấp phụ để tách các đồng vị phóng xạ và thu hồi Urani từ
nước biển và nước ngọt;
- Loại bỏ hoàn toàn các polyme có mặt trong nước thải;
- Giảm mùi hôi khó chịu do làm giảm số lượng vi sinh vật gây thối.
Một số ứng dụng mở rộng khác bao gồm: xử lý vết dầu loang, xử lý nước thải
sinh hoạt, tái sử dụng nước hồ bơi, thu hồi protein và khoáng từ nước thải nông
nghiệp, phân lập các chất có hoạt tính sinh học trong nước tiểu và tách các độc tố từ
dung dịch.
1.2.3.2. Trong thực phẩm
Trong công nghệ thực phẩm, vật liệu Chitosan được dùng để bảo quản đóng
gói thức ăn, để bảo quản hoa quả tươi vì nó tạo màng sinh học không độc. Người ta
đã tạo màng chitosan trên quả tươi để bảo quản quả đào, quả lê, quả kiwi, dưa
chuột, ớt chuông, dâu tây, cà chua, quả vải, xoài, nho, [28].
Là một polyme dùng an toàn cho người, lại có hoạt tính sinh học đa dạng,
chitosan đã được đưa vào thành phần trong thức ăn: sữa chua, bánh kẹo, nước ngọt.
Chitosan đã chính thức được Tổ chức Y tế thế giới (WHO) cho phép dùng trong y
học và thực phẩm.
N-carboxymetyl chitosan còn được dùng như chất chống oxy hóa để bảo quản thực
phẩm do chúng có khả năng kết hợp với kim loại (Fe) là những chất xúc tác của quá
trình ôi hóa dầu mỡ, ngăn cho các sản phẩm chứa dầu mỡ khỏi bị ôi hóa.
1.2.3.3. Trong y học
- Ứng dụng chitosan trong điều trị bỏng;
- Khống chế sự gia tăng của tế bào ung thư;
- Chống viêm cấp trên mô lành;
- Ngăn chặn sự phát triển của chứng nhồi máu cơ tim và bệnh đột quỵ;
- Hạ cholesterol, thuốc chữa bệnh dạ dày, chống đông tụ máu, tăng sức đề kháng,
chữa xương khớp, hỗ trợ chữa bệnh tiểu đường;

chitin và chitosan. Các công trình nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trên thế giới
đã chứng minh, trong vỏ tôm có chứa 27% chất chitin, từ chất chitin này, có thể
chuyển hóa thành chitosan [8].
Bảng 1.4. Hàm lượng chitin trong vỏ tôm và một số động vật giáp xác [8,13]
STT Phân loại
Hàm lượng chitin theo khối lượng (%)
1 Đầu tôm 11
2 Vỏ tôm 27
3 Vỏ tôm phế thải hỗn hợp 12-18
4 Vỏ tôm hùm 37
5 Càng cua tuyết 24
6 Chân cua tuyết 32
7 Mai mực ống 30-35
1.2.4.2. Quy trình sản xuất chitosan
Nguyên tắc chung
Đi từ vỏ động vật giáp xác, loại bỏ protein và khoáng chất thu được chitin,
sau đó đề axetyl hóa chitin tạo thành chitosan.
Sinh viên: Hoàng văn Kính 24 Lớp: Lọc Hóa Dầu A K53
Trường đại học Mỏ - Địa chất Đồ án tốt nghiệp
Nguyên liệu
Chitin
Chitosan
1. Loại khoáng
2. Loại protein
1.
Đề axetyl hóa
Hình 1.11.Nguyên tắc tách chiết chitin và chuyển hóa thành chitosan [8]
Nguyên liệu
Vỏ tôm, cua, mực… từ các nhà máy đông lạnh được thu gom và sử lý sơ bộ
bằng cách rửa sạch, sấy khô và nghiền nhỏ.