Джени Алварес Б. 1, О. Нино Кастро М. 2 *, Оскар Тиноко Г. 3

синьо

1 Катедра по аналитична химия, Факултет по химия и химическо инженерство, UNMSM. Av.Germán Amezaga 375, Cercado de Lima, Лима, Перу
2 Катедра по органична химия, Факултет по химия и химическо инженерство, UNMSM, Av. Germán Amezaga 375, Cercado de Lima, Лима, Перу. Имейл: [email protected]
3 Факултет по индустриално инженерство, Universidad Nacional Mayor de San Marcos - UNMSM. Av.Germán Amezaga 375, Cercado de Lima, Перу

Получено: февруари 2019 г .; Прието: април 2019 г.

Пълен текст (pdf)

Назначаване (APA)

Алварес Б., Джени, Кастро М., О. Нино, Тиноко Г., Оскар (2019). Адсорбция на метиленово синьо с биополимери (варовити хитозан и хитозан), получени от главите на скариди на пилотно ниво. Iberoamerican Journal of Polymers, 20 (3), 90-104.

РЕЗЮМЕ

Изследването разглежда санирането на текстилни отпадъчни води, замърсени с багрила, като се използват биополимери (хитозан Ch и варовити хитозан ChCa), получени от главите на червената скарида (Litopanaeus vannamei) за адсорбция на метиленово синьо, с оценка на параметри като рН на разтвора, първоначална концентрация на багрилото, размер на адсорбента и др. Хитозанът се получава от глави на скариди в три етапа: депротеинизация, деминерализация и деацетилиране, а за варовития хитозан той е само депротеинизиран и деацетилиран. И двата биополимера се характеризират с определяне на тяхната степен на деацетилиране (чрез ултравиолетов - видим и ядрено-магнитен резонанс - Н), молекулно тегло, вискозитет и други физикохимични свойства. Получават се значителни проценти на адсорбция на багрилото (метиленово синьо 200 ppm); Хитозан Ch 1020 за 30 минути се адсорбира 77% при оптимално рН 7,5; варовитият хитозан ChCa 1020 има адсорбция от 81% за 35 минути, при рН 8,0.

РЕЗЮМЕ

Изследването се занимава с хигиенизиране на текстилни отпадъчни води, замърсени с багрила, като се използват биополимери (хитозан Ch и хитозан варовити CHCa), получени от главите на червената скарида (Litopanaeus van-namei) за адсорбция на метиленово синьо, с оценка на параметри като като рН на разтвора, начална концентрация на багрилото, размер на адсорбента и др. Хитозанът се получава от главите на скариди в 3 етапа: депротеинизация, деминерализация и деацетилиране; а за варовития хитозан той е само депротеинизиран и деацетилиран. И двата биополимера се характеризират с определяне на тяхната степен на деацетилиране (чрез ултравиолетов - видим и ядрено-магнитен резонанс - Н), моларно тегло, вискозитет и други физико-химични свойства. Получават се значителни проценти на адсорбция на багрилото (метиленово синьо 200 ppm); хитозанът Ch1020 за 30 минути се адсорбира 77% при оптимално рН 7,5; ChCa 1020 варовитият хитозан има 81% адсорбция при 35 минути при pH 8,0.

ВЪВЕДЕНИЕ

Екологичен проблем в Северно Перу са отпадъците от производството на скариди след извличането на ядливата част; Тези остатъци (скаридни глави и черупки) съдържат естествен полимер, наречен хитин; но от тази биомаса най-малко се използват главите, от които също могат да се получат хитин и хитозан.

Хитинът е полизахарид, съставен от N-ацетил-D-глюкоз-2-аминови единици. Те са свързани заедно с β - 1,4 връзки, по същия начин, по който глюкозните единици изграждат целулоза. Това позволява увеличаване на водородните връзки със съседни полимери, придавайки на материала по-голяма якост. Това е вторият най-разпространен естествен полимер след целулозата. Той е силно неразтворим във вода и органични разтворители, поради своите водородни връзки. Хитинът става разтворим в разредени неорганични киселини, когато губи ацетил от ацетиламино групата, превръщайки се в хитозан [1, 2].

Хитозанът е линеен катионен полизахарид, съставен от единици b– (1–4) –2-деокси - 2 - амино - D-глюкопираноза (D - глюкозамин и b– (1–4) –2 - дезокси - 2 - ацетамидо– D-глюкопираноза (N-ацетил-D-глюкозамин). Хитозанът се получава чрез деацетилиране на хитин. Свойствата на хитозана оправдават приложимостта на този биополимер в различни области. Амино и хидроксилните групи, присъстващи в неговата структура, му придават способността за дериватизация, получаване на разнообразни вещества със специфични и ценни свойства в съответните области на приложение. Различните приложения са: биомедицински, фармацевтични, в храните, в селското стопанство, в пречистването на вода, в козметиката и др. [3, 4].

Много багрила се използват в текстилната промишленост и продуктите от тяхното разграждане са токсични за хората и живите организми, отстраняването на багрилата от отпадъчните води е получило значително внимание през последните десетилетия. Синтетичните оцветители се разграждат чрез различни методи като окислителни, ензимни и т.н., така че аеробното пречистване на отпадъчните води не може напълно да премахне цвета от отпадъчните води или процесът е много бавен. Един от тях е метиленово синьо (AM), катионно багрило, често използвано в текстилната индустрия за оцветяване на памук, вълна, дърво, хартия и коприна. Той се счита за съединение с неблагоприятни странични ефекти върху здравето, тъй като увеличава сърдечната честота, произвежда стомашни и нервни разстройства.

МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ

  1. Определяне на азот. Определянето на съдържанието на азот се извършва по метода на Kjeldahl [7].
  2. Определяне на процента на влажност. Обикновено се определя чрез гравиметрия; за това нагрятата проба се довежда до постоянно тегло във фурна при 105 ºC, за 4 часа [7].
  3. Определяне на пепелта. Това определяне позволява да се знае съдържанието на неорганични материали, присъстващи в пробата. Това е много важен параметър, когато се оценяват приложенията на определен хитозан или хитин. Съдържанието на пепел се определя гравиметрично от остатъка, получен след изгаряне на пробата, в продължение на най-малко 6 часа при температура от 800 ° C [1, 2].

където GD е степента на деацетилиране, A1320 площта на лентата при 1320 cm –1 и A1420 площта на лентата при 1420 cm –1 . При всички IR определяния правилният избор на изходни линии е много важен при изчисляване на абсорбцията, за да се постигнат добри резултати.

ЯМР спектроскопия. Спектроскопията с висока разделителна способност е много полезен неинвазивен метод за изследване на химичните и стерични структури на полизахаридите. ЯМР характеристиката е проста и бърза за рутинен анализ в лабораторията. В експерименталната част 2 mg проба се претеглят и се разтварят в киселинен разтвор (HCl в D2O), след което се прекарват през оборудването при 70 ° C. Методът за определяне на степента на ацетилиране на хитозан е описан от Lavertu et al. [9] за изчислението се използва формулата:

където GD е степента на деацетилиране, H - CH3 стойността на площта под кривата на сигнала на метилпротона, H - 1 площта на протонната крива с изместване около 5,2 ppm, а H - '1 площта на Протонната крива с изместване около 5,4 ppm.
UV спектроскопия - първо производно. Този метод е предложен през 1985 г. от Muzzarelli и Rochetti и използва първото производно на UV спектрите на N-ацетил-D-глюкозамин (NAG), на хитозан и разтвори на оцетна киселина. Степента на ацетилиране се изчислява, като се използва следното уравнение, което свързва концентрацията на NAG, определена посредством стандартната крива, и концентрацията на хитозан, използван в теста [8, 10]:

Определяне на молекулното тегло. Вискометричният метод е един от най-използваните при определяне на молекулни тегла на полимерите, поради неговата точност и простота и може да се приложи към целия диапазон от макромолекулни маси, с изключение на сферични или силно разклонени макромолекули, тъй като при тях вискозитетът не зависи от молекулното тегло. Вискозитетите първо се определят по формулата: η = K · ρ · t, където η е вискозитетът, K е константа, ρ е плътността и t е времето на разпадане в секунди. След това се изчислява вътрешният вискозитет, за да се определи най-накрая молекулният размер на полимерите, който е свързан с молекулното тегло, използвайки уравнението Марк - Хоуинк - Сакурада [11].
Анализ на абсорбцията на метиленово синьо, Приготвя се 200 ppm разтвор. Абсорбиращите вещества (хитозан Ch и варовити хитозан ChCa), характеризирани преди това, продължават да го смилат, след което се пресява до окото от 10-20 меша. На етапа на тестовете за абсорбция се провежда като променливи следните параметри (поддържане на 100 ml от метиленовия разтвор постоянен при 200 ppm): време на разбъркване, скорост на разбъркване, количество адсорбент и др.

РЕЗУЛТАТИ И ДИСКУСИИ

Характеристиката на пробата (глави на скариди Litopanaeus vannamei) определяше процента на влажност, пепел, азот, хитин, хитозан и варовити хитозан; Тези резултати са показани в таблица 1. Освен това тази таблица показва процентите на хитин, хитозан и варовити хитозан, това означава добивите на хитин и хитозан, вижте таблица 1.

Със същата тази система той работи за останалите параметри. И накрая, оптималните условия за процеса на деминерализация са: 30 минути, 6% v/v HCl, 150 rpm и при стайна температура.
В процеса на деацетилиране за получаване на хитозан също се работи по същия начин като двата предишни процеса, периодично се вземат аликвотни части от 25 ml разтвор на NaOH от реакционната смес (предварително филтрирани), след което тази аликвотна част се разрежда до 500 ml, след това се взема 50 ml аликвотна част, която се титрува с 0,25 М HCI, предварително титрувана. След това тези стойности (виж Таблица 3), времето за реакция и обемът на изразходваната HCl се нанасят, както се вижда на Фигура 2 и Таблица 3.

Всички процеси за получаване на хитин и хитозан са екологични и екологично ефективни, тъй като не генерират отпадъци, отпадъците (киселинни и основни водни разтвори, както от филтратите, така и от промивките) винаги се съхраняват или за повторна употреба (като отпадъци от деацетилиране); или те се обединяват, за да образуват други странични продукти (като остатъци от деминерализация и депротеинизация), в този случай той се довежда до изоелектричната точка; образуваният страничен продукт може да се използва във фуражи за домашни птици, тъй като съдържа предимно протеини, калциеви соли и каротини (астаксантин).
Характеризирането на биополимерите (хитин, хитозан и варовити хитозан) беше извършено чрез определяне на техния процент на влага, пепел, азот, деацетилиране, вискозитет, молекулна маса според референциите; всички тези резултати в обобщена форма са в таблица 4.

В случай на определяне на процента на DA има три метода: В случай на IR спектроскопия, пробите се смилат и пресяват, докато имат размер 100 меша, след което се добавя KBr в съотношение 2:98 p/p, сместа се пресова до получаване на много тънка и полупрозрачна таблетка, която се използва за получаване на спектъра на хитин, като се анализират неговите ивици се идентифицират характерните ивици: ивица от O - H при 3 434, N - H около 3 200, C - H при 2920 амид I лента при 1657 и 1627 cm –1, N - H лента при 1434, C - O - C при 1 072 и 848 cm –1 ленти от напрежението на аномерните групи (вж. Фигура 3а). След това прилагаме формулите за изчисляване на степента на деацетилиране, така че имаме 52,85% за хитин. За останалите биополимери се прилагат другите два метода [12].

Адсорбцията се извършва при следните условия за Ch1020 хитозан: 100 ml разтвор на метиленово синьо багрило с концентрация 200 ppm се поставя в чаша от 250 ml, работи се в три екземпляра, след което се добавят 200 mg хитозан. разбърква се при 100 rpm за период от 1 час, но рН варира от 2 до 10 (виж Таблица 5 и Фигура 4). От графиката се вижда, че оптималното рН за адсорбция е 7,5. При същите условия на работа за варовития хитозан тези резултати се наблюдават в таблица 6 и фигура 5; от което се прави извод, че оптималното адсорбционно рН е 8,0.

С намерените данни за оптималното pH се анализира оптималното време, като за това се извършва адсорбция при следните условия: 100 ml от 200 ppm разтвор на метиленово синьо багрило се поставят в чаша от 250 ml, работи се в три екземпляра, след което Прибавят се 200 mg хитозан, разбърква се при 100 rpm за период от 3 часа, но се взема проба на всеки 30 минути при рН 7,5 за хитозан и рН 8,0 за варовити хитозан, съответно. Резултатите са показани на Фигура 6 и Таблица 7. От тези данни се наблюдава, че след 30 минути е получена адсорбция от приблизително 77% и след това има леко увеличение на адсорбцията.

И накрая, бяха получени значителни проценти на адсорбция на багрилото (метиленово синьо от 200 ppm), така че за хитозан Ch1020 се наблюдава, че за 30 минути 77% се адсорбира при оптимално рН от 7,5; докато за варовития хитозан ChCa 1020 се наблюдава максимална адсорбция от 81% при 35 минути, при pH 8,0.

ЗАКЛЮЧЕНИЯ

Биополимерите са получени от глави на скариди на пилотно ниво, варовити хитозан с 89% DA, молекулно тегло 925 kDa и хитозан със същия процент DA, но с малко по-ниско молекулно тегло (894 kDa).

Получават се значителни проценти на адсорбция на багрилото (метиленово синьо от 200 ppm), така че за хитозан Ch1020 се наблюдава, че за 30 минути 77% се адсорбира при оптимално рН от 7,5; докато за варовития хитозан ChCa 1020 се наблюдава максимална адсорбция от 81% при 35 минути при pH 8,0.