Дженні Альварес Б. 1, О. Ніно Кастро М. 2 *, Оскар Тіноко Г. 3

синього

1 Кафедра аналітичної хімії факультету хімії та хімічної інженерії УНМСМ. Av. Germán Amezaga 375, Cercado de Lima, Ліма, Перу
2 Кафедра органічної хімії, факультет хімії та хімічної інженерії, UNMSM, Av. Germán Amezaga 375, Cercado de Lima, Lima, Peru. Електронна адреса: [email protected]
3 Факультет промислового машинобудування, Національний університет міста Сан-Маркос - UNMSM. Av. Germán Amezaga 375, Cercado de Lima, Перу

Отримано: лютий 2019 р .; Прийнято: квітень 2019 р

Повний текст (pdf)

Призначення (APA)

Альварес Б., Дженні, Кастро М., О. Ніно, Тіноко Г., Оскар (2019). Адсорбція метиленового синього з біополімерами (вапняним хітозаном та хітозаном), отриманими з голів креветок на пілотному рівні. Ібероамериканський журнал полімерів, 20 (3), 90-104.

АНОТАЦІЯ

Дослідження стосується санації текстильних стоків, забруднених барвниками, з використанням біополімерів (хітозан Ch та вапняний хітозан ChCa), отриманих з голів червоних креветок (Litopanaeus vannamei), для адсорбції метиленового синього з оцінкою таких параметрів, як рН розчину, початкова концентрація барвника, розмір адсорбенту тощо. Хітозан отримують з головок креветок у три стадії: депротеїнізація, демінералізація та деацетилювання, а для вапняного хітозану він лише депротеїнізується та деацетилюється. Обидва біополімери характеризуються визначенням їх ступеня деацетилювання (за допомогою ультрафіолету - видимого та ядерно-магнітного резонансу - H), молекулярної маси, в'язкості та інших фізико-хімічних властивостей. Отримані значні відсотки адсорбції барвника (метиленовий синій 200 ppm); Хитозан Ch 1020 за 30 хвилин адсорбувався на 77% при оптимальному pH 7,5; вапняний хітозан ChCa 1020 мав адсорбцію 81% через 35 хвилин при рН 8,0.

АНОТАЦІЯ

Дослідження стосується санації текстильних стоків, забруднених барвниками, з використанням біополімерів (хітозану Ch та хітозану вапняного CHCa), отриманих з голів червоних креветок (Litopanaeus van-namei) для адсорбції метиленового синього з оцінкою таких параметрів як рН розчину, початкова концентрація барвника, розмір адсорбенту тощо. Хітозан отримують з голів креветок у 3 стадії: депротеїнізація, демінералізація та деацетилювання; а для вапняного хітозану він лише депротеїнізований та деацетильований. Обидва біополімери характеризуються визначенням їх ступеня деацетилювання (за допомогою ультрафіолету - видимого та ядерно-магнітного резонансу - H), молярної маси, в'язкості та інших фізико-хімічних властивостей. Отримані значні відсотки адсорбції барвника (метиленовий синій 200 ppm); хітозан Ch1020 за 30 хвилин адсорбувався 77% при оптимальному рН 7,5; Вапняний хітозан ChCa 1020 мав 81% адсорбцію через 35 хвилин при рН 8,0.

ВСТУП

Екологічною проблемою на півночі Перу є відходи виробництва креветок після видобування їстівної частини; Ці залишки (головки креветки та панцири) містять природний полімер, званий хітином; але з цієї біомаси найменш використовуються головки, з яких також можна отримувати хітин та хітозан.

Хітин - це полісахарид, що складається з одиниць N-ацетил-D-глюкози-2-амінів. Вони зв’язані між собою зв’язками β - 1,4, так само, як одиниці глюкози складають целюлозу. Це дозволяє збільшити водневі зв’язки з сусідніми полімерами, надаючи матеріалу більшої міцності. Це другий за поширеністю природний полімер після целюлози. Він дуже нерозчинний у воді та органічних розчинниках завдяки водневим зв’язкам. Хітин стає розчинним у розведених неорганічних кислотах, коли він втрачає ацетил із групи ацетиламіно, перетворюючись на хітозан [1, 2].

Хитозан - це лінійний катіонний полісахарид, що складається з одиниць b– (1–4) –2 - дезокси - 2 - аміно - D-глюкопіранози (D - глюкозамін та b– (1–4) –2 - дезокси - 2 - ацетамідо– D-глюкопіраноза (N-ацетил-D-глюкозамін). Хітозан отримують шляхом деацетилювання хітину. Властивості хітозану виправдовують придатність цього біополімеру в різних областях. Аміно- та гідроксильні групи, що присутні в його структурі, надають йому здатність до дериватизації, отримання різноманітних речовин із специфічними та цінними властивостями у відповідних галузях застосування. Різні галузі застосування: біомедичні, фармацевтичні, у харчовій промисловості, у сільському господарстві, у водопідготовці, у косметиці тощо [3, 4].

Багато барвників використовуються в текстильній промисловості, і продукти їх розпаду токсичні для людини та живих організмів, видалення барвників із стічних вод приділяється значна увага в останні десятиліття. Синтетичні барвники розкладаються різними методами, такими як окислювальний, ферментативний тощо, тому аеробне очищення стічних вод не може повністю видалити колір зі стічних вод, або процес відбувається дуже повільно. Одним з них є метиленовий синій (АМ), катіонний барвник, який зазвичай використовується в текстильній промисловості для фарбування бавовни, вовни, дерева, паперу та шовку. Вважається сполукою з несприятливими побічними ефектами для здоров'я, оскільки збільшує частоту серцевих скорочень, викликає шлункові та нервові розлади.

МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ

  1. Визначення азоту. Визначення вмісту азоту проводили методом Кельдаля [7].
  2. Визначення відсотка вологості. Зазвичай це визначається гравіметрією; для цього нагрітий зразок доводять до постійної ваги в духовці при 105 ºC протягом 4 годин [7].
  3. Визначення золи. Це визначення дозволяє знати вміст неорганічних матеріалів, присутніх у зразку. Це дуже важливий параметр при оцінці застосувань певного хітозану або хітину. Вміст золи визначається гравіметрично з залишку, отриманого після згоряння зразка, протягом щонайменше 6 годин при температурі 800ºC [1, 2].

де GD - ступінь деацетилювання, A1320 - площа смуги на 1320 см –1, а A1420 - зона смуги на 1420 см –1 . У всіх ІЧ-визначеннях правильний вибір базових ліній є дуже важливим при розрахунку поглинання для досягнення хороших результатів.

ЯМР-спектроскопія. Спектроскопія високої роздільної здатності є дуже корисним неінвазивним методом для вивчення хімічних та стеричних структур полісахаридів. ЯМР-характеристика проста і швидка для рутинного аналізу в лабораторії. В експериментальній частині 2 мг зразка зважують і розчиняють у розчині кислоти (HCl у D2O), потім пропускають через обладнання при 70 ° C. Метод визначення ступеня ацетилювання хітозану був описаний Лаверту та співавт. [9] для розрахунку використовується формула:

де GD - ступінь деацетилювання, H - CH3 - величина площі під кривою сигналу метилового протона, H - 1 - площа протонної кривої зі зміщенням близько 5,2 ppm, а H - '1 - площа Крива протону зі зміщенням близько 5,4 ppm.
УФ-спектроскопія - перша похідна. Цей метод був запропонований в 1985 році Муццареллі та Рочетті та використовує першу похідну УФ-спектрів N-ацетил-D-глюкозаміну (NAG), хітозану та розчинів оцтової кислоти. Ступінь ацетилювання обчислюється за допомогою наступного рівняння, яке пов'язує концентрацію NAG, визначену за допомогою стандартної кривої, і концентрацію хітозану, використовувану в тесті [8, 10]:

Визначення молекулярної маси. Віскометричний метод є одним із найбільш часто використовуваних при визначенні молекулярних ваг полімерів завдяки своїй точності та простоті і може застосовуватися до всього діапазону макромолекулярних мас, за винятком сферичних або сильно розгалужених макромолекул, оскільки в їх в'язкість не залежить від молекулярної маси. Спочатку в’язкість визначають за формулою: η = K · ρ · t, де η - в’язкість, K - постійна, ρ - щільність, t - час затухання в секундах. Далі розраховується внутрішня в’язкість, щоб остаточно визначити молекулярний розмір полімерів, який пов’язаний з молекулярною масою, використовуючи рівняння Марка - Ховінка - Сакуради [11].
Аналіз поглинання метиленового синього, Готували 200 ppm розчину. Абсорбенти (хітозан Ch та вапняний хітозан ChCa), попередньо охарактеризовані, подрібнювали, а потім просівали до сітки 10-20 меш. На етапі випробувань на поглинання його проводили, маючи в якості змінних наступні параметри (підтримуючи 100 мл розчину метилену постійним при 200 ppm): час перемішування, швидкість перемішування, кількість адсорбенту тощо.

РЕЗУЛЬТАТИ ТА ОБГОВОРЕННЯ

Характеристика зразка (голови креветок Litopanaeus vannamei) визначала їх відсоток вологості, золи, азоту, хітину, хітозану та вапняного хітозану; Ці результати наведені в таблиці 1. Крім того, у цій таблиці показано процентне співвідношення отриманого хітину, хітозану та вапняного хітозану, це означає вихід хітину та хітозану, див. Таблицю 1.

За допомогою цієї ж системи він працював за іншими параметрами. Нарешті, оптимальними умовами для процесу демінералізації є: 30 хвилин, 6% об/об HCl, 150 об/хв і при кімнатній температурі.
У процесі деацетилювання для отримання хітозану його також обробляли так само, як і два попередні процеси, періодично відбирали аликвоти 25 мл розчину NaOH з реакційної суміші (попередньо відфільтрованої), потім цю аликвоту розбавляли до 500 мл, потім відбирають 50 мл аликвоти, яку титрують 0,25 М HCl, попередньо титрували. Потім ці значення (див. Таблицю 3), час реакції та об’єм витраченої HCl будують, як показано на малюнку 2 та таблиці 3.

Всі процеси отримання хітину та хітозану є екологічними та екологічно ефективними, оскільки вони не утворюють відходів, а відходи (кислі та основні водні розчини як з фільтратів, так і з промивок) завжди зберігаються або для повторного використання (наприклад, відходи з деацетилювання); або вони зустрічаються з утворенням інших побічних продуктів (наприклад, залишків демінералізації та депротеїнізації), у цьому випадку їх доводять до ізоелектричної точки; утворений побічний продукт можна використовувати в кормах для птиці, оскільки він в основному містить білки, солі кальцію та каротини (астаксантин).
Характеристика біополімерів (хітину, хітозану та вапняного хітозану) проводилась шляхом визначення їх відсотка вологи, золи, азоту, деацетилювання, в'язкості, молекулярної маси згідно з посиланнями; всі ці результати в узагальненому вигляді наведені в таблиці 4.

У разі визначення відсотка DA є три методи: У випадку ІЧ-спектроскопії зразки подрібнювали і просівали, поки вони не мали розмір 100 меш, потім додавали KBr у співвідношенні 2:98 p/p, суміш пресували до отримання дуже тонкої і напівпрозорої таблетки, яку використовували для отримання спектру хітину, аналізуючи його смуги, ідентифікували характерні смуги: смуга від O - H при 3434, N - H приблизно 3200, C - H при Смуга 2920 амідів I на 1657 та 1627 см –1, смуга N - H на 1434, смуга C - O - C на 1072 та 848 см –1 смуга натягу аномерних груп (див. Малюнок 3а). Потім ми застосовуємо формули для обчислення ступеня деацетилювання, тож маємо 52,85% для хітину. Для інших біополімерів застосовуються два інших методи [12].

Адсорбцію проводили за таких умов для хитозану Ch1020: 100 мл розчину барвника метиленового синього з концентрацією 200 ppm поміщали в склянку об’ємом 250 мл, обробляли в трьох примірниках, потім додавали 200 мг хітозану. перемішували при 100 об/хв протягом 1 години, але рН змінювався від 2 до 10 (див. таблицю 5 і рисунок 4). З графіка видно, що оптимальний рН для адсорбції становить 7,5. При однакових умовах роботи для вапняного хітозану ці результати спостерігаються в таблиці 6 та на малюнку 5; з чого випливає, що оптимальний рівень адсорбції становить 8,0.

Зі знайденими даними оптимального рН був проаналізований оптимальний час, для цього адсорбцію проводили за таких умов: 100 мл розчину метиленового синього барвника на 200 ppm поміщали в склянку об’ємом 250 мл, обробляли в трьох примірниках Додавали 200 мг хітозану, перемішували при 100 об/хв протягом 3 годин, але аликвоту відбирали кожні 30 хвилин при pH 7,5 для хітозану та pH 8,0 для вапняного хітозану відповідно. Результати показані на малюнку 6 та таблиці 7. З цих даних видно, що через 30 хвилин була отримана адсорбція приблизно 77%, а потім спостерігається незначне збільшення адсорбції.

Нарешті, були отримані значні відсотки адсорбції барвника (метиленовий синій 200 ppm), таким чином, для хітозану Ch1020 спостерігається, що через 30 хвилин 77% адсорбується при оптимальному рН 7,5; тоді як для вапняного хітозану ChCa 1020 максимальна адсорбція 81% спостерігається через 35 хвилин, при рН 8,0.

ВИСНОВКИ

Біополімери отримані з головок креветок на пілотному рівні, вапняного хітозану з 89% DA, молекулярної маси 925 кДа та хітозану з однаковим відсотком DA, але з трохи меншою молекулярною масою (894 kDa).

Отримані значні відсотки адсорбції барвника (метиленовий синій 200 ppm), таким чином, для хітозану Ch1020 спостерігається, що через 30 хвилин 77% адсорбується при оптимальному рН 7,5; тоді як для вапняного хітозану ChCa 1020 спостерігається максимальна адсорбція 81% через 35 хвилин при рН 8,0.