Nghiên cứu chiết tách tanin từ vỏ cây đước nhơn hội để ứng dụng làm vật liệu hấp phụ ion cu2+ trong nước

- Tách tanin rắn - Xác định cấu trúc của tanin trong cây đước - Biến tính tanin để làm vật liệu hấp phụ kim loại nặng trong nước thải.. Trong thiên nhiên có nhiều hợp chất hữu cơ có kh



NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH TANIN TỪ VỎ CÂY ĐƯỚC NHƠN HỘI ĐỂ ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

CỬ NHÂN KHOA HỌC

SVTH: ĐỖ THỊ TUYẾT TRINH LỚP : 09CHP

GVHD: PGS.TS LÊ TỰ HẢI

Đà Nẵng, 5/2013

KHOA HÓA 

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: ĐỖ THỊ TUYẾT TRINH

Lớp: 09CHP

1 Tên đề tài: Nghiên cứu chiết tách tanin từ vỏ cây đước Nhơn Hội để ứng

dụng làm vật liệu hấp phụ ion Cu 2+ trong nước

2 Nguyên liệu, dụng cụ, hóa chất

- Nguyên liệu: Vỏ cây đước ở khu vực Nhơn Hội

-Dụng cụ: Cân phân tích, bếp cách thủy, bình định mức, bình nón, nhiệt kế, giấy lọc, phễu chiết, đũa khuấy, buret, pipet, máy khuấy, bình cầu , ống sinh hàn, bếp điện…

-Hóa chất: Dung dịch KMnO4, chỉ thị indigocacmin, dung dịch FeCl3, etanol, clorofom, NH3, HNO3, Cu(NO3)2, HCHO, NaOH, nước cất

3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách tanin từ vỏ cây đước

 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu rắn: dung môi lỏng

 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian

 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ

 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ nước: etanol

- Tách tanin rắn

- Xác định cấu trúc của tanin trong cây đước

- Biến tính tanin để làm vật liệu hấp phụ kim loại nặng trong nước thải

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng khả năng hấp phụ kim loại nặng của tannin

4 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS LÊ TỰ HẢI

5 Ngày giao đề tài: 4/2012

Chủ nhiệm khoa Giáo viên hướng dẫn

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho khoa ngày 20 tháng 5 năm 2013

Kết quả điểm đánh giá:

Ngày…tháng…năm 2013

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

được sự quan tâm, giúp đỡ tận tình của thầy PGS.TS Lê Tự Hải và các thầy cô trong Khoa Hóa – trường Đại Học Sư Phạm – Đại Học Đà Nẵng

Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Lê Tự Hải là người đã trực tiếp giao

đề tài và tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện khóa luận này

Em cũng xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo trong khoa và các thầy cô giáo phụ trách phòng thí nghiệm đã giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành khóa luận này

Đà Nẵng, tháng 5 năm 2013 Sinh viên thực hiện

Đỗ Thị Tuyết Trinh

AAS (Atomic Absorption Spectrometry): Phổ hấp phụ nguyên tử

SEM (Scanning Electron Microscope): Kính hiển vi điện tử quét

HPLC/MS (High Performance Liquid Chromatography with Mass Spectrometry): Sắc ký lỏng hiệu năng cao kết nối khối phổ

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất tách tanin 28

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất tách tanin 29

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi đến hiệu suất tách tanin 30

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn : lỏng đến hiệu suất tách tanin 31

Bảng 3.5 Các nhóm chức trong tanin rắn 34

Bảng 3.6 Các cấu tử trong tanin rắn 39

Bảng 3.7 Các nhóm chức có trong vật liệu hấp phụ 41

Bảng 3.8 Hiệu suất hấp phụ theo pH 43

Bảng 3.9 Khảo sát thời gian đạt trạng thái cân bằng của quá trình hấp phụ 44

Bảng 3.10 Ảnh hưởng của nồng độ chất hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ 45

Bảng 3.11 Ảnh hưởng của nồng độ ion Cu2+ đến hiệu suất hấp phụ 46

Bảng 3.12 Ảnh hưởng của pH đến quá trình giải hấp 48

Bảng 3.13 Hiệu suất hấp phụ sau 2 lần tái sử dụng 49

Hình 1.2 Một số monome đơn phân tử Error! Bookmark not defined Hình 1.3 Các oligome của axit galic Error! Bookmark not defined Hình 1.4 Quá trình tạo tanin ngưng tụ từ những phân tử cơ bản Error! Bookmark

not defined

Hình 1.5 Rễ cây đước Error! Bookmark not defined Hình 1.6 Cây đước con Error! Bookmark not defined Hình 1.7 Quả và hoa Đước Error! Bookmark not defined Hình 1.8 Một khối đồng trong quặng tự nhiên Error! Bookmark not defined Hình 2.1 Vỏ đước phơi khô Error! Bookmark not defined Hình 2.2 Sơ đồ định tính tanin Error! Bookmark not defined Hình 2.3 Sơ đồ tách tanin rắn Error! Bookmark not defined Hình 2.4 Sơ đồ tổng hợp vật liệu hấp phụ Error! Bookmark not defined

Hình 3.1 Phức của tanin với ion Fe3+ Error! Bookmark not defined Hình 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất tách tanin Error! Bookmark not

Hình 3.12 Phổ khối tanin 3 Error! Bookmark not defined Hình 3.13 Phổ khối tanin 4 Error! Bookmark not defined Hình 3.14 Phản ứng giữa phenol và formaldehyde Error! Bookmark not defined Hình 3.15 Vật liệu hấp phụ Error! Bookmark not defined Hình 3.16 Phổ IR của vật liệu hấp phụ Error! Bookmark not defined Hình 3.17 Ảnh SEM của vật liệu hấp phụ Error! Bookmark not defined

Hình 3.18 Dung dịch sau khi hấp phụ ion Cu2+ Error! Bookmark not defined Hình 3.19 Hiệu suất hấp phụ theo pH Error! Bookmark not defined Hình 3.20 Khảo sát thời gian đạt trạng thái cân bằng của quá trình hấp phụ Error!

Bookmark not defined

Hình 3.21 Ảnh hưởng của nồng độ chất hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ Error!

Bookmark not defined

Hình 3.22 Ảnh hưởng của nồng độ chất hấp phụ đến hằng số phân bố Kd Error!

Bookmark not defined

Hình 3.23 Ảnh hưởng của nồng độ ion Cu2+ đến hiệu suất hấp phụ Error!

Bookmark not defined

Hình 3.24 Ảnh hưởng của nồng độ ion Cu2+ đến hằng số phân bố Error!

Bookmark not defined

Hình 3.25 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich Error! Bookmark not defined.

Trang bìa phụ

Nhiệm vụ khóa luận tốt nghiệp

Lời cảm ơn

Mục lục

Danh mục các bảng

Danh mục hình và đồ thị

Danh mục viết tắt

MỞ ĐẦU 1

1 LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

2.1 Đối tượng 2

2.2 Phạm vi nghiên cứu 2

3 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 2

3.1 Mục tiêu nghiên cứu 2

3.2 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

4.1 Nghiên cứu lý thuyết 2

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm 3

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI .3

5.1 Ý nghĩa khoa học 3

5.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 4

1.1 TANIN 4

1.1.1 Giới thiệu .4

1.1.2 Khái niệm 4

1.1.3 Phân loại 5

1.1.3.1 Tanin thủy phân (tanin pyrogallic) 5

1.1.3.2 Tanin ngưng tụ (tanin pyrocatechin) 7

1.2 TÌM HIỂU VỀ CÂY ĐƯỚC 9

1.2.1 Hình thái 9

1.2.2 Phân bố 11

1.2.3 Công dụng 12

1.3 KIM LOẠI NẶNG 12

1.3.1 Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con người và môi trường 12

1.3.2 Tính chất độc hại của đồng 13

1.4 HẤP PHỤ 14

1.4.1 Các khái niệm 14

1.4.1.1 Hấp phụ 14

1.4.1.2 Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học 14

1.4.1.3 Giải hấp phụ 14

1.4.2 Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 15

1.4.2.1 Phương trình đẳng nhiệt Freundlich 15

1.4.2.2 Phương trình đẳng nhiệt Langmuir 15

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 17

2.1 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN QUÁ TRÌNH TÁCH TANIN 17

2.1.1 Nguyên liệu 17

2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách tanin 17

2.1.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ 17

2.1.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian 17

2.1.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ nước : rượu etanol 17

2.1.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ rắn : lỏng 18

2.1.3 Phân tích định tính 18

2.1.4 Xác định hàm lượng tanin 19

2.2 TÁCH TANIN 19

2.2.1 Tách tanin rắn 19

2.2.2.2 Phổ HPLC – MS 21

2.3 VẬT LIỆU HẤP PHỤ 21

2.3.1 Tổng hợp vật liệu hấp phụ 22

2.3.2 Phân tích vật liệu hấp phụ 23

2.3.2.1 Phân tích phổ IR 23

2.3.2.2 Đo SEM 23

2.4 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cu2+ 24

2.4.1 pH của dung dịch hấp phụ 25

2.4.2 Thời gian khuấy 25

2.4.3 Nồng độ chất hấp phụ 25

2.4.4 Nồng độ của ion Cu2+ 25

2.4.5 Giải hấp 25

2.4.6 Tái sử dụng vật liệu hấp phụ 26

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27

3.1 PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH 27

3.1.1 Định tính tanin 27

3.1.2 Định tính phân biệt tanin thủy phân và tanin ngưng tụ 27

3.2 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐẾN QUÁ TRÌNH TÁCH TANIN 28

3.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ 28

3.2.2 Ảnh hưởng của thời gian 29

3.2.3 Tỉ lệ dung môi nước :rượu etanol 30

3.2.4 Tỉ lệ rắn : lỏng 31

3.3 TÁCH TANIN RẮN 32

3.3.1 Tanin rắn 32

3.3.2 Phân tích phổ hồng ngoại IR 33

3.3.3 Phân tích phổ HPLC – MS 34

3.4 PHÂN TÍCH VẬT LIỆU HẤP PHỤ 39

3.5 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION KIM LOẠI

CỦA TANIN BIẾN TÍNH 42

3.5.1 pH của dung dịch hấp phụ 42

3.5.2 Thời gian khuấy 43

3.5.3 Nồng độ chất hấp phụ 45

3.5.4 Nồng độ của ion Cu2+ 46

3.5.5 Đường đẳng nhiệt hấp phụ của ion Cu2+ 47

3.5.6 Giải hấp 48

3.5.7 Tái sử dụng 49

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50

1 KẾT LUẬN 50

2 KIẾN NGHỊ 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

MỞ ĐẦU

1 LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hóa hữu cơ là một lĩnh vực hóa học đã có từ lâu đời nhưng sức hấp dẫn và tính mới mẻ của nó vẫn còn cho đến ngày hôm nay Cùng với những thay đổi trong cuộc sống hiện nay, thế giới hiện đại đang có xu hướng quay về với hợp chất thiên nhiên Những năm gần đây, các loại thuốc có nguồn gốc từ thiên nhiên đang rất thịnh hành, các nhà khoa học đang tìm kiếm các hoạt chất trong thiên nhiên để chữa các căn bệnh ung thư Ngoài ra các hợp chất thiên nhiên còn được sử dụng trong việc xử lý các vấn đề của ngành công nghiệp như chống ăn mòn kim loại, xử lý nước thải…

Hiện nay, cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp hiện đại đã kéo theo ô nhiễm môi trường ở một số địa phương, đặc biệt là ô nhiễm môi trường nước bởi kim loại nặng Một số địa phương trong nước có các khu công nghiệp hoạt động

và một số vùng nông thôn sử dụng thuốc bảo vệ thực vật quá mức cho phép đều có nguy cơ bị ô nhiễm nguồn nước bởi kim loại nặng Kim loại nặng tích lũy theo chuỗi thức ăn và thâm nhập vào cơ thể người gây ra các bệnh lý rất nguy hiểm đồng thời ảnh hưởng đến khả năng sinh sản Ở Nhật đã từng xảy ra ngộ độc thủy ngân từ

cá biển làm hàng ngàn người chết hay ngộ độc cadimi làm cho con người phải chịu đau đớn trước khi chết do xương trong cơ thể bị gãy Do đó việc xử lý kim loại nặng trong nước thải là hết sức cần thiết và quan trọng để bảo vệ sức khỏe của con người

Trong thiên nhiên có nhiều hợp chất hữu cơ có khả năng hấp phụ kim loại nặng như: axit humic được điều chế từ than bùn, hợp chất chitosan hoặc xơ dừa, bã mía biến tính nhưng trong đề tài này tôi muốn đề cập đến hợp chất thiên nhiên tanin, là một hợp chất có nhiều trong các loài thực vật, dễ được tìm thấy trong tự nhiên và có khả năng hấp phụ kim loại nặng Khả năng này đã được ứng dụng từ lâu trong y học ở những trường hợp bị ngộ độc các kim loại nặng

Tanin là hợp chất chứa trong nhiều thực vật như lá chè, sồi, đước, cây lá tràm, sú Tôi chọn vỏ cây đước làm nguyên liệu để tách tanin, vì Bình Định là một địa phương có nguồn đước dồi dào và phong phú Với sự quan tâm, giúp đỡ của các

cấp chính quyền và các tổ chức quốc tế, Bình Định đã có được 460 ha rừng ngập mặn đang phát triển tốt và diện tích rừng ngập mặn sẽ còn được mở rộng trong những năm tới Với sự thuận lợi về nguồn nguyên liệu như vậy, tôi nghĩ đề tài này

sẽ có tính khả thi và tính thực tế cao Gỗ đước dùng để làm nhà, đóng đồ mộc, xẻ ván, sản xuất than, nhựa dùng trong công nghệ chế biến vecni, sơn, mực in Như vậy, một lượng lớn vỏ đước thu hoạch hiện nay vẫn chưa được sử dụng đến

Với lý do trên, chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu chiết tách tanin từ vỏ cây

đước Nhơn Hội để ứng dụng làm vật liệu hấp phụ ion Cu 2+ trong nước” nhằm

mục đích cung cấp thêm một số thông tin khoa học về tanin và tạo tiền đề cho việc ứng dụng nó vào việc xử lý môi trường

2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

3.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Tách tanin từ cây đước

- Xác định cấu trúc của tanin trong cây đước

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách tanin

- Biến tính tanin để làm vật liệu hấp phụ kim loại nặng trong nước thải

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của kim loại nặng

3.2 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tách tanin từ cây đước với hiệu suất cao nhất có thể

- Tạo ra vật liệu hấp phụ từ tanin có khả năng hấp phụ kim loại nặng (pH, thời gian, nồng độ của ion kim loại nặng, nồng độ chất hấp phụ)

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

4.1 Nghiên cứu lý thuyết

- Tổng quan lý thuyết về cây đước

- Thành phần, tính chất và ứng dụng của tanin

- Tính độc của ion kim loại đồng

- Lý thuyết về hấp phụ và phương pháp tạo vật liệu hấp phụ

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm

- Phương pháp tách các hợp chất hữu cơ: Phương pháp chiết

- Phương pháp phân tích hóa học: Phân tích định tính và định lượng tanin

- Phương pháp phân tích vật lý (xác định thành phần cấu tạo của tanin):

Phương pháp đo phổ IR

Phương pháp sắc ký lỏng cao áp ghép khối phổ (HPLC – MS)

- Phương pháp tách ion kim loại nặng trong nước: Phương pháp hấp phụ

- Phương pháp AAS xác định nồng độ ion kim loại nặng trong nước

- Phương pháp xử lý số liệu: Dùng phần mềm Microsoft Excel để xử lý các số liệu thực nghiệm

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 TANIN

1.1.1 Giới thiệu [8]

Tanin đã được biết đến từ nhiều thế kỷ trước Ban đầu, thuật ngữ “tanin” là của người Tây Âu cổ đại dành cho cây sồi, đây là nguồn khai thác tanin tiêu biểu cho ngành thuộc da Khoảng cuối thế kỷ 18, con người bắt đầu thực hiện công việc phân lập các hoạt chất ra khỏi dung dịch trích ly từ thực vật dùng cho ngành thuộc da Các dung dịch này, lúc đầu người ta gọi là dung dịch thuộc da, sau đó đổi thành dung dịch tanin Khoảng 20 năm trở lại đây, những thông tin về các hợp chất thuộc nhóm tanin ngày càng nhiều

Cho đến bây giờ tanin được coi là hợp chất phenol đa nguyên tử với nhóm chức quan trọng nhất là nhóm phenolic hydroxyl và tính thuộc da được xem như một tiêu chuẩn cơ bản để xếp các nhóm hợp chất khác vào tanin

Hình 1.1 Một số loại trái cây có chứa nhiều tanin 1.1.2 Khái niệm [12]

Bate – Smith đã định nghĩa tanin là hợp chất polyphenol có thể hòa tan trong nước, có khối lượng phân tử 500 – 3000, cho các phản ứng thông thường của phenol và có những tính chất đặc biệt như khả năng tạo kết tủa với các alkaloid, gelatin và các protein khác

Haslam đã thay thế thuật ngữ “polyphenol” bằng “tanin” nhằm mục đích nhấn mạnh những đặc tính của các nhóm phenolic trong những hợp chất đó Ông lưu ý

rằng khối lượng phân tử của tanin có thể lên đến 20.000 và tanin không chỉ tạo phức

với protein và alkaloid mà ngay cả các polysaccharide

Ngoài ra, năm 1913 Dekker định nghĩa tanin như sau: tanin là các polyphenol

đa nguyên tử có vị chat, có tính thuộc da và bị kết tủa khỏi dung dịch bằng protein

hoặc các alkaloid Mặc dù định nghĩa này chưa nêu bật được cấu tạo phân tử của

tanin nhưng do tính khái quát hóa mà nó vẫn được dùng cho đến bây giờ

Khi nung chảy tanin với kiềm thu được các dẫn chất sau:

H

OH

OH O

H

OH

OH O

H

Pyrocatechin Axit pyrocatechic Pyrogallol Axit Gallic Phloroglucin

1.1.3 Phân loại [13], [15], [22]

Hóa học của tanin rất phức tạp và không đồng nhất Tanin có thể chia làm 2

loại chính: tanin thủy phân được hay còn gọi là tanin pyrogallic và tanin ngưng tụ

hay còn gọi là tanin pyrocatechic

1.1.3.1 Tanin thủy phân (tanin pyrogallic)

Tanin pyrogallic là những este của gluxit, thường là glucozo với một hay nhiều

axit trihidroxibenzencacboxylic

Đặc điểm của loại tanin này là bị thủy phân bằng axit hoặc enzyme Tanaza thì

giải phóng ra đường, thường là glucoza và một phần là axit

- Nhóm tanin này dễ tan trong nước

- Cho phức màu xanh đen với dung dịch FeCl3

- Khi cất khô ở 180 – 2000C thì thu được pyrogallol là chủ yếu

- Cho kết tủa bông với chì axetat 10%

Tanin thủy phân được chia thành 2 loại nhỏ: Pyrogalic tanin (hay Gallo tanin)

và tanin Ellagic (hay Ellagi tanin)

- Pyrogallic tanin (hay Gallo tanin)

Khi thủy phân Pyrogallic tanin thu được phần đường là glucozơ, một glucozơ thường nối với nhiều nhóm genin khác nhau Phần genin là phần các monomer hay oligome của axit galic

Một số monome đơn phân tử

Hình 1.2 Một số monome đơn phân tử

Các oligome của axit galic được tạo thành nhờ dây nối depsi (là liên kết este đặc biệt giữa nhóm – COOH của axit galic này với nhóm –OH thường ở vị trí meta của axit galic bên cạnh) tạo thành các axit digalic và axit trigalic…Chất này giữ vai trò quan trọng trong việc hình thành tanin có tính chất thuộc da [22]

Hình 1.3 Các oligome của axit galic

- Tanin Elagic (Elagi –tanin)

Khi thủy phân tanin elagic thu được một phần là đường và một phần là axit elagic Dây nối giữa đường và genin thường là liên kết este nhưng cũng có khi là liên kết glicozit

Axit Elagic tồn tại ở hai dạng:

+ Dạng Depsidon (lacton của acid Phenolic)

+ Dạng mở rộng: không bị thủy phân bằng enzyme mà bằng axit mạnh

Các Elagi – Tanin dễ kết tinh, khả năng tạo tủa với protein kém

Phần đường và phần không đường nối với nhau theo dây nối este nên người ta thường coi loại này là những pseudoglycozit

1.1.3.2 Tanin ngưng tụ (tanin pyrocatechin)

Được tạo thành từ những phân tử cơ bản là catechin và epicatechin, đó là hai chất đồng phân của nhau Những phân tử cơ bản này thuộc loại flavan có cacbon số

4 là nhóm metylen (-CH2-) dễ ngưng tụ thành các polime, nên dưới tác dụng của axit hoặc enzym không bị thủy phân mà tạo thành chất tanin đỏ hay Phlobaphen rất

ít tan trong nước Các phân tử cơ bản này nối với nhau (thường ở vị trí 4 – 8 hay 6 – 8) bằng nối đôi C-C rất bền, do đó nó còn có tên là tanin không thủy phân được

Hình 1.4 Quá trình tạo tanin ngưng tụ từ những phân tử cơ bản

Đặc điểm của tanin ngưng tụ:

- Phlobaphen rất ít tan trong nước là sản phẩm của sự trùng hợp kèm oxi hóa

- Tan trong cồn, trong axetat

- Khó tan trong nước, khó kết tinh

- Cho kết tủa bông với nước brom

- Cho tạo phức màu xanh rêu với dung dịch FeCl3

1.1.4 Tính chất cơ bản của tanin[1]

- Tan trong nước và các dung môi hữu cơ như rượu metylic, etylic, glixerin, etylaxetat Không tan trong benzen, ete, dầu hỏa, clorofom, sunfua cacbon, tetraclorua cacbon

- Tanin kết tủa với dung dịch gelatin, alcaloit, protein và một số chất hữu cơ khác có tính kiềm

- Với các muối của kim loại Ca, Mg, Zn, Pb, Hg trong dung dịch muối thường tạo muối tanat, còn với muối FeCl3 tanin cho kết tủa màu xanh đen – phản ứng đặc trưng để định tính tanin

- Tanin là nhóm chất có tính khử mạnh, trong không khí dễ bị oxi hóa chậm, nhất là trong môi trường kiềm Sản phẩm oxi hóa tanin là những chất màu đỏ hoặc nâu gọi

là phlobaphen

- Khi thêm dung dịch gelatin 1% và dung dịch muối ăn 10% vào dung dịch chứa một lượng tanin rất nhỏ cũng gây ra kết tủa trắng, đây là phản ứng đặc trưng để xác định tanin trong phòng thí nghiệm, kiểm tra trong sản xuất và phát hiện tanin trong thực vật

- Tanin bị oxi hóa hoàn toàn dưới tác dụng của KMnO4 hoặc hỗn hợp cromic trong môi trường axit Tính chất này dùng để định lượng tanin với chất chỉ thị indigocacmin

1.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của tanin [8]

So với các hợp chất thiên nhiên, tanin có độ bền kém Nó chỉ thể hiện tính bền trong môi trường axit

Với tác dụng của nhiệt trong môi trường axit, nó dễ bị phân hủy và sau đó ngưng tụ lại với nhau thành các hợp chất có màu nâu Ngoài ra, sự phân hủy của

tanin còn có thể xảy ra trong quá trình chiết, trích cũng như tinh chế chúng

Độ bền của tanin phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cấu trúc hóa học của tanin,

pH, nhiệt độ, thời gian, oxi, enzym Nếu pH, nhiệt độ càng cao, thời gian càng dài, khả năng tiếp xúc với các tác nhân oxi hóa càng nhiều thì tanin càng bị phân hủy mạnh

1.2 TÌM HIỂU VỀ CÂY ĐƯỚC [17]

Tên khoa học: Rhizophoraceae Đước là một họ bao gồm một số loài thực vật

có hoa dạng cây thân gỗ hay bụi ở vùng nhiệt đới hay cận nhiệt đới Trong số này được biết đến nhiều nhất là chi Rhizophora, hiện nay ở Việt Nam có Đước đôi (Rhizophora apiculata), Đước xanh hay Đước nhọn (Rhizophora mucronata) và Đước chằng (Rhizophora stylosa)

1.2.1 Hình thái [2], [6], [7]

Cây gỗ lớn cao 20 – 30 m, đường kính từ 60 – 70 cm Bộ rễ cây đước rất độc đáo, bao gỗm rễ cọc và rễ phụ Rễ cọc nhỏ cắm sâu xuống đất, còn rễ phụ (chang đước) rất lớn mọc tua tủa quanh gốc, cắm sâu vào đất giữ cho cây đứng vững Ngoài ra, trên bề mặt rễ có nhiều lỗ vỏ có tác dụng thoáng khí khi hô hấp.[6]

Hình 1.5 Rễ cây đước

Hình 1.6 Cây đước con

Lá đước dày cứng, có màng sáp và bóng loáng có khả năng giữ nước và thải lượng muối thừa ra khỏi cơ thể nên được mệnh danh là “máy lọc nước biển thành nước ngọt màu xanh”, nhiều nhà khoa học đang nghiên cứu tìm hiểu đặc điểm này

để áp dụng vào công nghệ lọc nước biển [6]

Cây đước khoảng 2 – 3 tuổi bắt đầu ra hoa và kết trái, từ lúc ra hoa đến khi kết trái phải mất 6 tháng Trái đước nảy mầm từ khi còn treo lơ lửng trên cây, mầm có hình trụ tròn dài 20-40cm giống như chân giá đậu xanh Khi phôi thành thục sẽ rời khỏi cây mẹ và rơi xuống bùn, vài giờ sau sẽ mọc rễ và hình thành cây con, cách sinh sản này gọi là “thực vật thai sinh” (cây đẻ con) Những mầm non không đâm rễ trong bùn sẽ trôi dạt theo nước biển và định cư ở nơi khác, trong mầm non có chứa rất nhiều tanin để chống mục nát và bị sinh vật biển ăn mất.[2], [7]

Cây đước khi đã mọc thành rừng thì không có một loại cây nào có thể chen vào cạnh tranh được nên rừng đước thường có sự phân chia lãnh địa rõ ràng: Đước ra Đước, Mắm ra Mắm, Chà là ra Chà là…chúng sống chung trong môi trường rừng ngập mặn chứ không chứ không sống chung bên cạnh nhau Đây cũng là điểm đặc biệt của rừng Đước so với các loại của rừng khác [6]

Hình 1.7 Quả và hoa Đước

Hai loài đước nhọn và đước đôi rất dễ nhầm lẫn nhau trong thiên nhiên, vì nhiều khi chúng cùng mọc trong một đám rừng ngập mặn và nhìn chung cùng khu phân bố Cần phân biệt là: đước đôi có vỏ màu xám, nhẵn với các vết nứt ngang; cụm hoa của đước đôi ngắn hơn, chia nhánh 1 lần và luôn luôn có hai hoa; trụ mầm ngắn hơn 30 cm, nhẵn Còn đước nhọn có vỏ màu xám đen hay đỏ sẫm; cụm hoa chia thành 2-3 nhánh, mỗi nhánh có 2-5 hoa;trụ mầm dài trên 35 cm có khi dài đến

1 m.[2], [7]

1.2.2 Phân bố [2], [7]

Cây đước mọc ở vùng nhiệt đới và Á nhiệt đới ở những khu rừng ngập mặn ven biển Ở nước ta, cây đước phân bố từ Nam ra Bắc trên đất ngập mặn ven biển chịu ảnh hưởng của thủy triều: từ Quảng Ninh, Nghệ An, Hà Tĩnh, các tỉnh ven biển vùng Đông và Tây Nam Bộ đến TP Hồ Chí Minh đến Cà Mau Trong đó, nổi tiếng nhất là rừng ngập mặn Cần Giờ được UNESCO công nhận là khu dự trữ sinh quyển thế giới.[7]

Trên thế giới, đước phân bố từ vĩ độ 25 Bắc và Nam ở ven biển nhiều nước trên thế giới như Tây Phi – Nam Mỹ, Đông Châu Phi, các nước Châu Á như Thái Lan, Campuchia, Ấn Độ, Malaysia, Philippines…[2]

1.2.3 Công dụng [6], [7]

Vỏ đước nhọn và đước đôi là nguồn tanin rất quan trọng, dùng để thuộc da, nhuộm lưới đánh cá hoặc làm dây thừng khi đi biển Hàm lượng tanin trong vỏ cây

đước thay đổi tùy thuộc vào nơi mọc.[7]

Gỗ nặng, cứng, màu hồng sẫm, vân đẹp được sử dụng trong xây dựng, làm dụng cụ gia đình, dụng cụ đánh bắt cá [7]

Than đước là một loại than thượng hạn cháy đượm, không khói, lượng nhiệt tới

6659 calo/kg nên là nguồn xuất nhập khẩu quan trọng và cung cấp nhiên liệu trong nước [6]

Rễ đước hình nơm bám chắc vào đất, tán rộng dày, thân cao to nên dùng làm cây trông chắn song hộ đê Đước còn giữ được chất lắng đọng của nước biển, cùng với lá rụng và phân chim, lâu ngày sẽ hình thành đảo mới hoặc đất liền Rừng đước còn là nơi cư trú của nhiều loại chim, tôm, cá, cua, làm cân bằng hệ sinh thái bờ biển [6]

Các kim loại nặng xâm nhập vào cơ thể thông qua các chu trình thức ăn Khi

đó, chúng sẽ tác động đến quá trình sinh hóa và trong nhiều trường hợp sẽ dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng Về mặt sinh hóa, các kim loại nặng có ái lực lớn với các nhóm như –SH, -SCH3 của các nhóm enzym trong cơ thể Vì thế, các enzym bị mất hoạt tính, cản trở quá trình tổng hợp protein trong cơ thể

1.3.2 Tính chất độc hại của đồng [3], [11],[20]

Hình 1.8 Một khối đồng trong quặng tự nhiên

Đồng là một kim loại màu đỏ, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, khó nóng chảy và phân bố rộng rãi trong tự nhiên

Hợp kim của đồng bền với hóa chất Trong công nghiệp, đồng là kim loại màu quan trọng nhất, được dùng chủ yếu trong công nghiệp điện, công nghiệp nhuộm, y học… [3]

Đồng có một lượng nhỏ trong thực vật và động vật Sự thiếu đồng ở thực vật làm hàm lượng diệp lục tố ít đi, lá bị vàng úa, cây ngừng ra quả và có thể bị chết Trong cơ thể người, đồng có trong thành phần của một số protein, enzim và tập trung chủ yếu trong gan Đồng được vận chuyển chủ yếu trong máu bởi protein trong huyết tương gọi là ceruloplasmin, được hấp thụ trong ruột non và được vận chuyển tới gan bằng liên kết với albumin Nếu thiếu đồng, hoạt tính của

hệ men giảm đi, quá trình trao đổi protein chậm lại, làm các mô xương chậm phát triển, thiếu máu, suy nhược Tuy nhiên, ở người nếu thừa đồng cũng rất nguy hiểm

vì nó là một trong những nguyên nhân gây ra các bệnh về gan, thận, nột tiết, như bệnh Wilson sinh ra bởi cơ thể tích lũy nhiều đồng mà không tiết ra bởi gan vào trong mật, căn bệnh này nếu không được điều trị có thể dẫn tới các tổn thương não

và gan [11], [20]

Theo tiêu chuẩn RDA của Mỹ về đồng đối với người lớn khỏe mạnh là 0,9 mg/ngày

1.4.1.2 Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

Lực tương tác trong sự hấp phụ của khí hay hơi trên bề mặt chất rắn có thể là lực Van der Waals và lực hóa học (lực tạo liên kết ion, đồng hóa trị và phối trí) Trên cơ sở đặc trưng của tương tác đó tương ứng có hai loại hấp phụ: Hấp phụ vật

lý và hấp phụ hóa học Ranh giới giữa hai loại hấp phụ này không rõ ràng

- Sự hấp phụ vật lý hoàn toàn thuận nghịch và ít có tính chọn lọc, nhiệt hấp phụ vật lý thường vào khoảng 2-10 kCal/mol, nghĩa là cỡ nhiệt ngưng tụ, trường hợp này chất bị hấp phụ tạo thành nhiều lớp trên bề mặt chất hấp phụ

- Hấp phụ hóa học xảy ra do tương tác rất đặc thù của liên kết hóa học nên quá trình là không thuận nghịch Nhiệt hấp phụ loại này vào cỡ 10-200 kCal/mol Cũng như các phản ứng hóa học quá trình hấp phụ hóa học cũng cân bằng năng lượng hoạt hóa E

1.4.2 Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ [9]

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ dùng để xác định lượng chất bị hấp phụ trên

bề mặt chất hấp phụ ở điều kiện áp suất (đối với chất khí) và nồng độ (đối với chất lỏng) nhất định khi nhiệt độ không thay đổi

1.4.2.1 Phương trình đẳng nhiệt Freundlich

Đây là phương trình thực nghiệm áp dụng cho sự hấp phụ chất khí hoặc chất tan lên chất hấp phụ rắn

Phương trình đẳng nhiệt Freundlich có dạng:

x: khối lượng chất bị hấp phụ bị hấp phụ (mg)

m: khối lượng chất hấp phụ (g)

K: hằng số hấp phụ Freundlich

1/n: thông số cường độ Freundlich, n > 1

Ce: nồng độ chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng

Để xác định được các hằng số K, n thì ta biểu diễn sự phụ thuộc của lg (x/m) vào lg

Ce

1.4.2.2 Phương trình đẳng nhiệt Langmuir

Để thiết lập phương trình đẳng nhiệt hấp phụ, Langmuir đưa ra các giả định sau:

+ Các chất bị hấp phụ hình thành 1 lớp đơn phân tử

+ Năng lượng hấp phụ của các phân tử là đồng nhất (bề mặt đồng nhất)

+ Sự hấp phụ là thuận nghịch: các phân tử chất bị hấp phụ thoát ra khỏi bề mặt hấp phụ và chuyển vào pha khí, trung tâm hấp phụ vừa được giải hấp lại có thể tiếp nhận phân tử bị hấp phụ khác trong thể tích khí

+ Tương tác giữa các phân tử chất bị hấp phụ có thể bỏ qua

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir có dạng:

q: dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)

θ: độ che phủ

Ccb: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng b: hằng số Langmuir

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 2.1 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN QUÁ TRÌNH TÁCH TANIN

2.1.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ

Cân 1 g vỏ đước cho vào bình cầu 250ml, cho tiếp vào bình cầu 100ml nước cất rồi đun trên bếp cách thủy ở các nhiệt độ 500C, 600C, 700C, 800C, 900C Đun trong thời gian 30 phút, lọc lấy dịch chiết, đem dịch chiết xác định hàm lượng tanin theo phương pháp chuẩn độ Lowenthal Từ đó xác định nhiệt độ tối ưu để tách tanin

2.1.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian

Cân 1 g vỏ đước cho vào bình cầu 250ml, cho tiếp vào bình cầu 100ml nước cất rồi đun trên bếp cách thủy ở nhiệt độ tối ưu Đun ở các thời gian 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút, 60 phút, 70 phút sau đó lọc lấy dịch chiết, đem dịch chiết xác định hàm lượng tanin theo phương pháp chuẩn độ Lowenthal Từ đó xác định

thời gian tối ưu để tách tanin

2.1.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ nước : rượu etanol

Cân 1 g vỏ đước cho vào bình cầu 250ml, cho tiếp vào bình cầu dung môi

gồm nước cất và rượu theo các tỉ lệ 0:60; 10:50; 20:40; 30:30; 40: 20; 50:10; 60:0, rồi đun trên bếp cách thủy ở nhiệt độ tối ưu và thời gian tối ưu Sau đó lọc lấy dịch chiết, đem dịch chiết xác định hàm lượng tanin theo phương pháp chuẩn độ Lowenthal Từ đó xác định tỉ lệ nước rượu tối ưu để tách tanin

2.1.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ rắn : lỏng

Cân 1 g vỏ đước cho vào bình cầu 250ml, cho tiếp vào bình cầu các thể tích dung môi theo tỉ lệ rắn : lỏng lần lượt là 1:20; 1:30; 1:40; 1:50; 1:60; 1:70; 1:80, dung môi gồm nước cất và rượu theo tỉ lệ tối ưu, rồi đun trên bếp cách thủy ở nhiệt

độ tối ưu và thời gian tối ưu Sau đó lọc lấy dịch chiết, đem dịch chiết xác định hàm lượng tanin theo phương pháp chuẩn độ Lowenthal Từ đó xác định tỉ lệ rắn : lỏng tối ưu để tách tanin

2.1.3 Phân tích định tính

Cách 1: 2 ml dịch chiết + 2 giọt dung dịch FeCl3 5%, nếu có xuất hiện kết tủa xanh đen hoặc xanh nâu nhạt, chứng tỏ có mặt của polyphenol trong dịch chiết

Cách 2: 2 ml dịch chiết + 5 giọt dung dịch gelatin 1%, nếu xuất hiện kết tủa

bông, chứng tỏ có mặt polyphenol trong dịch chiết

Phản ứng Stiasny (phân biệt tanin ngưng tụ và tanin thuỷ phân)

Dịch lọc Dung dịch

CH3COONa dư

FeCl3 5%

Kết tủa xanh đen => tanin thủy phân

2.1.4 Xác định hàm lượng tanin

Định lượng tanin theo phương pháp Lowenthal

Nguyên tắc: Trong môi trường H2SO4, hợp chất poliphenol (tanin) dễ bị oxi hoá bởi KMnO4 với chất chỉ thị là inđigocacmin Sau khi oxi hoá hết poliphenol thì KMnO4 sẽ tiếp tục oxi hoá làm mất màu chất chỉ thị

Cách tiến hành: Cho 10 ml dịch chiết tanin vào bình tam giác 250 ml, cho

thêm vào đó 75ml nước và 15 ml chỉ thị indigocarmin rồi chuẩn độ bằng KMnO40.1N đến khi dung dịch chuyển từ màu xanh lá sang màu vàng kim thì dừng lại Song song tiến hành với một mẫu trắng đối chứng

Tính kết quả:

Hàm lượng tanin theo chất khô trong mẫu phân tích được tính theo công thức:

X=

G V

V b a

(

Trong đó: X: hàm lượng tanin theo % chất khô

a: thể tích KMnO4 đem chuẩn mẫu phân tích (ml)

b: thể tích KMnO4 đem chuẩn mẫu trắng (ml)

V1: thể tích dung dịch mẫu đem phân tích (10 ml)

V2: thể tích bình định mức (250 ml)

0,004157: khối lượng tanin (g) bị oxi hóa ứng với 1ml dung dịch KMnO4 0,1N

G: khối lượng chất khô nguyên liệu (1 g)

Cách pha chỉ thị indigocarmin: Lấy 1g indigocarmin đem hòa tan với 25 ml

dung dịch H2SO4 đặc, khuấy trong vòng 5 phút sau đó cho tiếp 25ml H2SO4 đặc vào khuấy Tiếp tục cho nước vào định mức lên 1000ml

2.2 TÁCH TANIN

2.2.1 Tách tanin rắn

Sau khi định tính và định lượng tanin trong vỏ đước, ta tiến hành tách lượng lớn tanin ra khỏi vỏ đước để làm vật liệu hấp phụ Lấy vỏ đước đã được phơi khô đem đi nghiền mịn thu được bột chất khô, đem chất bột này cho vào bình cầu để chiết lấy tanin ở các điều kiện tối ưu đã được khảo sát ta thu được dịch chiết Dịch chiết này còn lẫn một số tạp chất nên được cho vào phễu chiết và dùng dung môi

chiết là clorofom để loại bỏ các tạp chất và ta thu được dịch chiết chứa tanin Đem dịch chiết tanin này đi cất quay ta thu được tanin rắn Quy trình tách tanin rắn được tóm tắt thành sơ đồ sau:

+ Phân tích định tính

Để nhận biết một hợp chất hữu cơ, ta so sánh phổ của nó với phổ của chất

Vỏ cây đước

Nghiền Phơi khô

Dịch chiết tanin

Chất khô

Chiết hỗn hợp etanol và

nước Dịch chiết

Cất loại (cất quay)

Tanin rắn