Luận án Nghiên cứu tổng hợp khảo sát khả năng diệt khuẩn của Oligome trên cơ sở Guanidin trong xử lý nước nhiễm khuẩn

t Nam, các Viện chuyên ngành khác của hà nước và uân đội. 39 2.2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị Hóa chất: * Guanidin hydroclorit (Merck, ức). Dạng tinh thể màu trắng, có công thức cấu tạo H2NC(=NH)NH2.HCl, khối lượng phân tử 95,53 g/mol; nhiệt độ nóng chảy 180 - 185 oC. * Hexametylen diamin (Merck, ức). Dạng tinh thể màu trắng, háo nước và bốc khói ngoài không khí, có công thức cấu tạo H2N-(CH2)6-NH2, khối lượng phân tử 116,21 g/mol; nhiệt độ nóng chảy từ 39 - 42 oC; nhiệt độ sôi từ 199 - 204 oC. * Các loại hóa chất khác: - Cloramin B dạng rắn (C5H5SO2NClNa.3H2 ), hàm lượng clo hoạt động 25 %, hàm lượng a ≤ 0, % ( ochemie, éc). - Agar, pepton, lactoza, K2HPO4, Na2SO3, Frucsin kiềm. - Các chủng vi sinh vật: Bacillus subtilis, E. coli, Coliform, nấm mốc. - Môi trường nuôi cấy vi sinh vật: canh thang thường, LB và Hansen. - ng chuẩn NaOH 1N, ống nhựa, khối lượng riêng 1,03 g/cm3, pH=14 (H2O, 20 o C), (Merck, ức). - ng chuẩn HCl 1N, ống nhựa, khối lượng riêng 1,09 g/cm3, pH <1 (H2O, 20 o C), (Merck, ức). - Dung dịch NaCl pha ở các nồng độ 0,2 N; 0,3 N; 0,4 N; 0,5 N - Các loại dung môi: ước cất 2 lần, etanol, axeton, DMSO (Meck), ete Dụng cụ và thiết bị: * Dụng cụ, thiết bị tổng hợp, tinh chế sản phẩm: Gồm các bộ dụng cụ tổng hợp hữu cơ (bình cầu 3 cổ nhám, sinh hàn hồi lưu nhám, ộ hấp thụ khí), máy khuấy, hệ thống gia nhiệt, hệ thống làm lạnh... 40 - Bộ lọc hút chân không; máy khuấy từ có gia nhiệt MSH 20 D/MP4 - Các dụng cụ thí nghiệm: Cốc đong 500 ml; 250 ml, lọ chứa mẫu * Dụng cụ, thiết bị phân tích: - Máy li tâm E 21 ettich/ ức, tốc độ tối đa: 5.000 rpm. - ân phân tích điện tử AAA250 - M độ chính xác 0,0001 g. - Máy đo p 2215 p / R Meter - HANNA - Nhớt kế mao quản Ubbelohde. 2.2.2. Quy trình tổng hợp, tinh chế OHMG.HCl Tổng quan cho thấy, phản ứng tổng hợp OHMG.HCl xảy ra theo cơ chế cộng nucleofin (SN) giữa HMDA và GHC. Nếu bỏ qua những phản ứng phụ (như vòng hóa...) và với tỷ lệ đương lượng của các monome thì phản ứng chỉ xảy ra đến giá trị cân bằng mà không thể phản ứng đến hết các nhóm chức tự do. ể phản ứng trùng ngưng đạt được tốc độ tối ưu cần giảm tốc độ phản ứng nghịch bằng cách lấy dần sản phẩm phụ ra khỏi môi trường phản ứng [20], [89]. Hệ thiết bị phản ứng được lắp đặt như ở hình 2.1, với quy trình tổng hợp như sau: rong ình 3 cổ dung tích 250 ml, có lắp máy khuấy, nhiệt kế và hệ thống hút chân không, hệ thống hấp thụ khí NH3. Lấy 20 g (0,172 mol) hexametylen diamin và 16,44 g (0,172 mol) guanidin hydroclorit (Tỉ lệ HMDA:GHC= 1:1). un nóng và duy trì phản ứng ở 100o trong 1 giờ, rồi nâng nhiệt độ phản ứng lên trong khoảng 170 o và giữ ở nhiệt độ phản ứng đó trong thời gian từ 3 - giờ. hu được Oligome là một chất lỏng nhớt, mầu vàng sáng và hóa rắn khi để nguội; đem h a tan trong nước cất và lọc qua bộ lọc chân không Schott ở 60 oC trong 3 giờ; gel tạo thành được làm khô đến khối lượng không đổi. Thu được sản phẩm M .HCl là chất rắn màu trắng. Nồng độ của phần hòa tan của 41 oligome được xác định bằng cách cho ay hơi, sau đó làm khô tới khối lượng không đổi [19-20], [45]. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phản ứng như: tỷ lệ các cấu tử tham gia, thời gian và nhiệt độ phản ứng. Hiệu suất của sản phẩm xác định qua phân tích lượng HMDA và GHC còn lại trong hỗn hợp. Chuẩn độ lượng NH3 tách loại khỏi hệ phản ứng bằng dung dịch l để xác định độ chuyển hóa của phản ứng. Hình 2.1: Hệ thiết bị phản ứng tổng hợp OHMG.HCl 2.2.3. Các phương pháp phân tích, xác định tính chất hóa lý và cấu trúc 2.2.3.1. Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại * Nguyên lý: hương pháp phổ hồng ngoại (IR) dựa trên sự tương tác của các tia sáng trong vùng hồng ngoại (400 - 4000cm-1), với các liên kết trong phân tử chất nghiên cứu. ác lượng tử của bức xạ hồng ngoại kích thích trực tiếp các dao động của phân tử và làm xuất hiện phổ hồng ngoại. ương quan giữa phổ hồng ngoại và cấu trúc phân tử được xác định chủ yếu bằng việc nhận xét sự có 42 mặt và tính chất các pic hấp thụ đặc trưng của các nhóm chức và liên kết trong phổ đồ ghi được [20-21]. * Thực nghiệm: Phổ hồng ngoại của sản phẩm đ được chụp bằng phương pháp ép viên KBr, trên máy FTIR Nicolet Impact 410 (Nicolet - Mỹ) tại Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam; và trên trên máy Bruker AV 500 tại Viện Hóa học - Vật liệu với ước sóng từ 400-4000 cm-1, thời gian quét 30 giây - 1 phút. 2.2.3.2. Phương pháp cộng hưởng t hạt nhân Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR, 13C-NMR, COSY, HSQC) cho biết được sự có mặt của cacbon, hydro; độ chuyển dịch hóa học; kiểu liên kết các chiều của C, H với nhau và với các nguyên tử, nhóm trong phân tử hợp chất hữu cơ [20-21]. * Thực nghiệm: - Phổ 1H-NMR, 13C-NMR của sản phẩm được ghi lại trên phổ kế Bruker AV 500 trong dung môi DMSO - d6, chất chuẩn nội TMS; tại Viện Hóa Học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. - Phổ COSY, HSQC của sản phẩm được ghi lại trên phổ kế Bruker AV 500 trong dung môi DMSO - d6, chất chuẩn nội TMS; tại Khoa Hóa học, ại học Khoa học tự nhiên, ại học Quốc gia Hà Nội. 2.2.3.3. Phương pháp xác đ nh khối lượng phân tử trung bình - X c định hối ượng ph n tử trung nh ằng phương ph p đ đ nhớt n i: * Nguyên lý: Khối lượng phân tử trung ình của polyme được xác định qua các hằng số theo phương trình Mark-Kuhn-Houwink [20], [84]: [µ] = K. 43 rong đó K và  là các hằng số đặc trưng cho hệ polyme - dung môi Xác định độ nhớt nội polyme bằng nhớt kế Ubbelohde tại nhiệt độ không đổi. * Thực nghiệm: ộ nhớt nội của dung dịch loãng OHMG.HCl được xác định bằng nhớt kế mao quản elohde (đường kính mao quản 0,36 mm) tại nhiệt độ không đổi (25 o ). ác phép đo được thực hiện trong dung dịch NaCl (0,03 M). Dung dịch oligome an đầu (1g/100 m ) được pha loãng liên tiếp tới các nồng độ 0,5; 0,25; và 0,125g/100 mL. Thời gian chảy đo được của các dung dịch được dùng để tính chỉ số độ nhớt. Ngoại suy những giá trị này tới nồng độ không xác định được độ nhớt nội. o độ nhớt nội các mẫu sản phẩm tại Viện Hóa học - Vật liệu, Viện KH-CN quân sự. - ác định kh i lượng phân tử trung b nh bằng phân tích sắc ký thẩm thấu gel (GPC): *Nguyên lý: rên cơ sở khi mẫu được đưa vào thiết ị, mẫu đi vào cột cùng với chất mang, để xác định thời gian lưu. Xây dựng đường chuẩn dựa vào mối tương quan giữa thời gian lưu và khối lượng phân tử của chất chuẩn đ iết khác nhau. Mẫu phân tích chưa iết khối lượng phân tử trung ình được chạy trên máy, sẽ cho pic tương ứng thời gian lưu của mẫu. p vào đường chuẩn xác định được khối lượng phân tử của mẫu [21]. * Thực nghiệm: Mẫu được tiến hành phân tích khối lượng phân tử trên thiết ị phân tích thẩm thấu gel Shimadzu CLASS-VIP V6.14SP1; tại Khoa óa học trường K , ại học uốc gia à ội. 2.2.3.4. Phương pháp phổ khối lượng (LC/MS) * Nguyên lý: Phương pháp đo phổ khối lượng là phương pháp nghiên cứu các chất bằng cách đo, phân tích chính xác khối lượng phân tử của chất đó dựa trên sự chuyển động của các ion nguyên tử hay ion phân tử trong một điện 44 trường hoặc từ trường nhất định. Tỉ số giữa khối lượng và điện tích (m/z) có ảnh hưởng rất lớn đối với chuyển động này của ion. Nếu biết được điện tích của ion thì ta dễ dàng xác định được khối lượng của ion đó. hương pháp phổ khối lượng có ý nghĩa quan trọng đối với việc nghiên cứu xác định cấu trúc các hợp chất hữu cơ, vì nó có thể đánh giá được sơ ộ sự có mặt của các loại cấu trúc trong sản phẩm dựa trên các khối phổ thu được [21], [84]. * Thực nghiệm: Máy đo sắc ký lỏng ghép khối phổ (LC-MS) Model: Agilent 6890N/Mỹ trong dung môi etanol và DMSO - d6, tại Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 2.2.3.5. Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng (TGA) và nhiệt vi sai (DTA) * Nguyên tắc: ơ sở của phương pháp và là khảo sát sự thay đổi của khối lượng mẫu và sự iến đổi nhiệt của mẫu theo nhiệt độ. ựa trên các hiệu ứng nhiệt (thu nhiệt, tỏa nhiệt) thu được trên giản đồ (do quá trình tách nước, chuyển pha, nóng chảy,...) hoặc sự thay đổi khối lượng trên giản đồ (do quá trình tách các chất ay hơi, phân hủy,..) có thể cho các thông tin về tổn hao khối lượng mẫu ở từng khoảng nhiệt độ, qua đó đánh giá được quá trình phân hủy của vật liệu [86]. * Thực nghiệm: Phân tích TGA các mẫu được ghi trên thiết bị phân tích nhiệt vi sai NETZSCH STA 409 trong môi trường không khí, tại Viện Hóa học - Vật liệu/Viện KH-CNQS. 2.2.3.6. Phương pháp kính hiện vi điện tử quét (SEM) và truyền qua (TEM) * Nguyên tắc: hương pháp hiển vi điện tử quét ( EM) để đánh giá cấu trúc bề mặt của đối tượng nghiên cứu nhờ độ phóng đại đến hàng chục vạn lần. Ảnh hiển vi điện tử quét có ưu điểm cho phép quan sát trực tiếp cấu trúc bề mặt của màng, kết hợp với kết quả của các phương pháp khác có thể cho ta đánh giá về cấu trúc bề mặt đặc trưng của vật mẫu (kích thước, sự phân bố...) 45 Kính hiển vi điện tử truyền qua (transmission electron microscopy - TEM) là thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc vật mẫu, sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao, chiếu xuyên qua mẫu vật liệu mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn. iệc tạo ảnh của mẫu vật được thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các ức xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với ề mặt mẫu vật liệu. hương pháp EM có thể tạo ra ảnh cấu trúc vật thể với độ tương phản, độ phân giải rất cao, đồng thời dễ dàng cho iết các thông tin về cấu trúc của vật liệu. Khác với SEM, TEM cho ảnh thật của cấu trúc bên trong vật thể nên đem lại nhiều thông tin hơn [5], [62], [76]. * Thực nghiệm: Ảnh SEM, EM sử dụng trong luận án được ghi trên máy E 1010 ( hật ản) tại iện ệ sinh ịch tễ rung ương. 2.2.4. Các phương pháp đánh giá, thử nghiệm hoạt tính diệt khuẩn 2.2.4.1. Khả năng hòa tan của sản phẩm Khả năng tan của sản phẩm cho thấy độ tinh khiết của sản phẩm, khả năng ứng dụng của sản phẩm trong thực tế. ánh giá, khả năng khả năng h a tan của oligome được tiến hành với nước, etanol, axeton ... ở nhiệt độ 20-25 oC. 2.2.4.2. Các phương pháp đánh giá khả năng diệt khuẩn * hương ph p huếch t n đ a rong phương pháp này, chất diệt khuẩn được phân tán trong thạch ở nồng độ xác định, nếu chất thử có khả năng ức chế với một chủng vi sinh vật nào đó thì chủng vi sinh vật đó sẽ không thể phát triển được trong vùng có chất ức chế và nó tạo ra vùng vô khuẩn. Tính kháng khuẩn mạnh hay yếu của hoạt tính tuỳ thuộc vào đường kính vòng vô khuẩn hình thành lớn hay nhỏ [2], [3]. Phương pháp thí nghiệm: + Môi trường nuôi cấy vi sinh vật được khử trùng và cho vào các hộp pettri vô trùng, trong luận án sử dụng môi trường canh thang thường, và ansen. ác 46 chủng vi sinh vật được cấy riêng rẽ lên các hộp lồng chứa môi trường đặc trưng. Sử dụng các chủng vi sinh vật có tại iện ệ sinh ịch tễ rương ương trong các thử nghiệm ở ph ng thí nghiệm, ao gồm: Bacillus subtilis: vi khuẩn ram (+), có ào tử. E. coli: vi khuẩn ram (-), vi sinh vật chỉ thị nước. Saccharomyces cerevisiae: nấm men. i khuẩn coliform chịu nhiệt và escherichia coli giả định. + ùng khoan thạch để khoan các lỗ trên hộp lồng chứa chủng vi sinh vật và cho các mẫu dung dịch chứa chất diệt khuẩn có nồng độ xác định vào lỗ khoan (sử dụng mẫu nước vô trùng làm mẫu đối chứng). + ể mẫu vào tủ lạnh trong 24 giờ để chất diệt khuẩn cần thử khuếch tán vào trong môi trường đ cấy vi sinh vật. + ấy mẫu ra khỏi tủ lạnh và để mẫu trong tủ ấm 30 o để vi sinh vật phát triển, sau 24 giờ và 4 giờ lấy mẫu kiểm tra. - Tiến hành thí nghiệm: Với các mẫu vật liệu kiểm tra khả năng diệt khuẩn trong không khí: + Chuẩn bị môi trường thạch đĩa Saburo. Môi trường Saburo được khử trùng rồi phân vào các hộp lồng thuỷ tinh đã khử trùng. + Lấy panh gắp các mẫu vật liệu rồi áp cả hai mặt của vật liệu lên bề mặt thạch trong các hộp lồng thuỷ tinh đã chuẩn bị như trên. + Ủ trong tủ ấm 30 oC và theo dõi kết quả. Với các mẫu vật liệu kiểm tra khả năng diệt khuẩn trong môi trường nước: 47 + Chuẩn bị dịch huyền phù của hai chủng vi sinh vật B. subtilis và E. coli rồi pha loãng đến độ pha loãng 10-2 bằng nước cất để mật độ vi sinh vật đạt khoảng 107 tế bào trong 1ml nước. + Dùng pipét hút 20ml dịch vào các hộp lồng thuỷ tinh đã ghi mẫu. Rồi dùng panh gắp các mẫu vật liệu cho ngập trong dịch huyền phù của từng loại vi khuẩn trên. Sau đó kiểm tra và theo dõi. * hương ph p x c định chỉ số nồng đ kháng khuẩn tối thiểu (MIC) Chỉ số nồng độ kháng khuẩn tối thiểu được tiến hành thử nghiệm trên vi khuẩn E. coli với nồng độ sản phẩm từ 1 ppm đến 100 ppm của sản phẩm thu được trong dung môi nước. Tiến hành nuôi cấy chủng vi khuẩn có sẵn với 5mL của dung dịch sản phẩm trong các ống nghiệm kiểm tra, các ống được lắc trước khi ủ ở 37 oC trong 48 giờ. ể kiểm tra sự phát triển của vi khuẩn trong môi trường sinh trưởng có và không nuôi cấy vi khuẩn tương ứng bằng việc xác định độ đục của mẫu ở trong mỗi ống nghiệm. Sự tăng trưởng của sinh vật cùng với sự độ đục trong các ống. Chỉ số MIC biểu diễn hàm lượng nồng độ thấp nhất của sản phẩm ở đó sinh vật kiểm tra không tăng trưởng [28], [46-47], [54]. * hương ph p x c định chỉ số thời gian tiêu diệt vi khuẩn (MBC) hỉ số M của sản phẩm là thời gian tiêu diệt vi khuẩn của các sản phẩm thử nghiệm. ồng độ của sản phẩm khảo sát được thử nghiệm tại nồng độ kháng khuẩn tối thiểu. au các khoảng thời gian khảo sát từ 1 đến 15 phút, dịch nuôi cấy được đưa vào các ống kiểm tra chứa chất điệt khuẩn ở nồng độ tối thiểu đ khảo sát. ác ống kiểm tra này được nuôi cấy ở 3 o ở 4 giờ, sau quá trình ủ lấy dịch trong ống kiểm tra để ly tâm trong dung dịch sinh lý trong 10 phút. uá trình xử lý các tế ào của vi khuẩn được quan sát ởi kính hiển vi điện tử [28], [46-47]. Các mẫu được khảo sát nghiên cứu, xác định chỉ số MIC và MBC được tiến hành tại Viện Vệ sinh dịch tễ rung ương. 48 2.2.5. Khảo sát các yếu t ảnh hưởng đến khả năng diệt khuẩn của OHMG.HCl đ i với nước nhiễm khuẩn. * Mẫu nước thải được lấy theo tiêu chuẩn TCVN 6663-1:2011, được bảo quản, lưu giữ theo TCVN 6663-3:200 và được phân tích, đánh giá, xác định chất lượng trước và sau xử lý theo các quy chuẩn Việt Nam hiện hành áp dụng cho xử lý nước thải sinh hoạt như ở bảng 2.1. Bảng 2.1: Các chỉ tiêu xác định chất lượng nước TT Tên chỉ tiêu quan trắc hương ph p thử nghiệm Giới hạn phát hiện/ Phạm vi đ Thông s quan trắc hiện trường 1 pH TCVN 6492:2011 0 - 14 2 DO TCVN 7325:2004 0 - 50 mg/l 3 Nhiệt độ nước SMEWW 2550B:2012 0 - 100 oC 4 ộ đục TCVN 6184:2008 0-800 mg/l Thông s phân tích, xác định trong phòng thí nghiệm 5 COD SMEWW 5220C:2012 3 - 150 mg/l 20 - 1500 mg/l 6 BOD5 TCVN 6001-1:2008 1,5 mg/l 0,5 - 6 mg/l 7 ổng chất rắn lơ lửng (TSS) TCVN 6625:2000 3 mg/l 8 Amoni (NH4 + ) (tính theo N) SMEWW 4500 NH3- F:2012 0,02 - 2,5 mg/l 9 Nitrit (NO2 - )(tính theo N) TCVN 6178:1996 0,004 mg/l 10 Nitrat (NO3 - ) (tính theo N) TCVN 6494-1:2011 0,14 - 1400 mg /l, 0,5 - 10 mg/l 11 Phosphat (PO4 3- ) TCVN 6202:2008 0,005 - 0,8 mg/l 1 - 20 mg/l 12 Sắt (Fe) TCVN 6177:1996 SMEWW 3111B:2012 0,14 mg/l 13 Tổng dầu mỡ TCVN 5070:1995 0,3 mg/l 14 Phenol EPA:8270C 0,0003 mg/l 15 Coliform tổng số TCVN 6187-2:2009 Từ 0 MPN/ 100ml 16 Chất M TCVN 6622-1:2009 0,030 mg/l 49 * Thử nghiệm khả năng diệt khuẩn đối với nước sông Tô Lịch, nước thải Bệnh viện a khoa ức iang và nước thải lò mổ ở Phùng Khoang: Thí nghiệm khả năng diệt khuẩn của M . l được tiến hành theo mẻ theo các cốc 500 mL (Hình 2.3). Trong quá trình thí nghiệm lấy mẫu để phân tích các chỉ tiêu vi sinh Coliform, E. coli theo TCVN 6187- 2:2009. OHMG.HCl ước thải Hình 2.2: Thí nghiệm khả năng diệt khuẩn nước thải của OHMG.HCl heo đó: - Thí nghiệm 1 (Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ OHMG.HCl): Mẫu nước lấy làm thí nghiệm được lấy ở sông Tô Lịch, nước thải Bệnh viện a khoa ức Giang hoặc nước thải lò mổ Phùng Khoang. Tiến hành thí nghiệm theo mẻ với OHMG.HCl trong cốc 500 mL, khuấy với tốc độ 200 vòng/phút trong 30 phút lấy mẫu theo các khoảng thời gian đem đi phân tích. ần lượt thử nghiệm với các mức nồng độ OHMG.HCl là 1 ppm; 5 ppm ; 10 ppm. - Thí nghiệm 2 (Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ khuấy và thời gian): Mẫu lấy nước làm thí nghiện được lấy ở sông Tô Lịch, hay nước thải Bệnh viện ức Giang hoặc nước thải lò mổ Phùng Khoang. Tiến hành thí nghiệm theo mẻ với OHMG.HCl trong cốc 500 mL và khuấy ở các tốc độ và thời gian khác nhau. Lấy mẫu theo các khoảng thời gian rồi đem đi phân tích xác định ảnh hưởng của tốc độ khuấy và thời gian đến khả năng diệt khuẩn của OHMG.HCl. V=500ml Máy khuấy từ 50 - Thí nghiệm 3 (Nghiên cứu ảnh hưởng của cặn lơ lửng): Mẫu được lấy làm thí nghiệm là nước sông Tô Lịch hoặc nước thải Bệnh viện a khoa ức Giang, hoặc nước thải lò mổ Phùng Khoang. Kiểm tra đầu vào của mẫu nước thải làm thí nghiệm. Tiến hành làm thí nghiệm theo mẻ với OHMG.HCl trong cốc 500 mL với mẫu nước thải có qua lọc và không qua lọc, khuấy với tốc độ 200 vòng/phút trong 30 phút, lấy mẫu theo các khoảng thời gian đem đi phân tích xác định ảnh hưởng của cặn lơ lửng và thời gian đến khả năng diệt khuẩn của OHMG.HCl. - Thí nghiệm 4 (Nghiên cứu ảnh hưởng của pH): Mẫu nước lấy làm thí nghiệm được lấy ở sông Tô lịch, hay nước thải Bệnh viện a khoa ức Giang hoặc nước thải lò mổ ở Phùng Khoang. Tiến hành thí nghiệm theo mẻ với OHMG.HCl trong cốc 500 mL và khuấy với tốc độ 200 vòng/ phút trong 10 phút rồi để lắng 10 phút. Lần lượt thử nghiệm OHMG .HCl với mẫu nước thải có pH từ 5-9. au đó lấy mẫu theo các khoảng thời gian đem phân tích xác định ảnh hưởng của p đến khả năng diệt khuẩn của OHMG.HCl. 51 ƯƠ 3. ẾT T L Ậ 3.1. ết quả nghiên cứu tổng hợp ig me OHMG.HCl rên cơ sở tổng quan các tài liệu nghiên cứu, M . l được tổng hợp ằng phương pháp trùng ngưng nóng chảy theo phản ứng sau: Quy trình tổng hợp nhằm tạo ra OHMG.HCl có các tính chất kỹ thuật phù hợp sử dụng để chế tạo chất diệt khuẩn được xây dựng trên cơ sở khảo sát khả năng chế tạo và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp OHMG.HCl, cụ thể như sau. 3.1.1. Nghiên cứu khảo sát khả năng tổng hợp OHMG.HCl bằng phương pháp trùng ngưng nóng chảy 3.1.1.1. Khảo sát khả năng tổng hợp O G.HCl Thực hiện phản ứng theo phương pháp thực nghiệm (mục 2.2.2) với các điều kiện: tỷ lệ [HMDA]/[GHC] = 1:1 mol/mol, tương ứng 0,172 mol (20 g) hexametylen diamin và 0,172 mol (16,44 g) guanidin hydroclorit; thời gian phản ứng là 5 giờ; nhiệt độ phản ứng 170 oC. hu được oligome là chất lỏng nhớt, mầu vàng sáng và hóa rắn khi để nguội; đem h a tan trong nước cất và lọc qua bộ lọc chân không Schott ở 60 oC trong 3 giờ; gel tạo thành được làm khô đến khối lượng không đổi. Thu được sản phẩm OHMG.HCl là chất rắn màu trắng. Sự chuyển hóa của các chất tham gia phản ứng tạo thành OHMG.HCl được xác định thông qua phân tích phổ hồng ngoại bằng phương pháp ép viên 52 với KBr. Kết quả bảng 3.1 chỉ ra sự biến đổi các pic đặc trưng của GHC (hình 3.1) và HMDA (hình 3.2) tạo thành sản phẩm M . l (hình 3.3). Hình 3.1: Phổ hồng ngoại của GHC Hình 3.2: Phổ hồng ngoại của HMDA 53 Hình 3.3: Phổ hồng ngoại của OHMG.HCl Bảng 3.1: Kết quả đo phổ hồng ngoại của quá trình tổng hợp OHMG.HCl Nhóm chức, liên kết Pic hấp thụ hồng ngoại (cm-1 ) GHC HMDA OHMG.HCl tổng hợp ν (NH) 3401,16 3460,28 3309,79; 3176,76 ν (C=N) 1642,80 - 1651,49 δ (NH) 1534,95 1561,25 1435,50 ν (C-N) 1009,31 1328,30 1354,94 ν (Cl-Cl) 517,93 - 676,70 Kết quả này đ chứng minh sự chuyển hóa của các chất tham gia trong phản ứng trùng ngưng tạo thành OHMG.HCl. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR) của OHMG.HCl tổng hợp được (hình 3.4) cho thấy: pic δ = 7,49 ppm (1H, J = 7,789 Hz) - ứng với nhóm – NH- C(NH)-NH-; pic δ = 3,39 ppm (1H, J = 3,371 Hz) - ứng với nhóm – CH2-NH-; pic δ = 1,81 ppm (2H, J = 1,996 Hz) - ứng với nhóm (- CH2-)n, đ chỉ ra sự hình thành của OHMG.HCl trong sản phẩm tổng hợp được, tương tự như kết quả nghiên cứu của Martin Albert và các cộng sự [70]. 54 Hình 3.4: Phổ 1H-NMR của mẫu OHMG.HCl tổng hợp Các kết quả nghiên cứu khảo sát trên đ chứng minh được OHMG.HCl có thể tổng hợp từ GHC và HMDA bằng phương pháp trùng ngưng nóng chảy. 3.1.1.2. Khảo sát sự phụ thuộc của khối lượng phân tử đến các tính chất cơ bản của OHMG.HCl Sử dụng phương pháp thực nghiệm (mục 2.2.2) theo các điều kiện: tỷ lệ [HMDA]:[GHC] = 1:1 mol; thời gian phản ứng = 5 giờ; nhiệt độ phản ứng 120 o C - 180 o để tổng hợp OHMG.HCl có khối lượng phân tử khác nhau sử dụng trong khảo sát. Kết quả xác định khối lượng phân tử thu được theo nhiệt độ được thể hiện ở bảng 3.2 sau. Bảng 3.2: Khối lượng phân tử OHMG.HCl thu được trong nghiên cứu Mẫu thí nghiệm 1 2 3 4 5 6 7 hiệt đ phản ứng (oC) 120 130 140 150 160 170 180 Khối ượngphân tử trung bình MW (g/mol) 235 281 359 409 486 526 778 Hiệu suất phản ứng (%) 30 39 51 60 75 90 98 55 Kết quả bảng 3.2 cho thấy, khối lượng phân tử OHMG.HCl tổng hợp phụ thuộc rõ rệt vào nhiệt độ phản ứng. Khi nhiệt độ tăng thì quá trình oligome hóa tăng, hiệu suất phản ứng tăng, dẫn đến khối lượng phân tử của sản phẩm phản ứng tăng theo. * Ảnh hưởng của Mw đến độ nhớt nội của dung dịch OHMG.HCl ộ nhớt nội dung dịch M . l được xác định bằng nhớt kế elohde (đường kính mao quản 0,36 mm) tại nhiệt độ không đổi (25 ± 5 oC). Các phép đo được thực hiện trong dung dịch NaCl 0,03 M, kết quả được chỉ ra trong bảng 3.3 và đồ thị hình 3.5 sau. Bảng 3.3: ộ nhớt nội của dung dịch OHMG.HCl có MW khác nhau Mẫu thí nghiệm 1 2 3 4 5 6 7 Khối ượngphân tử trung bình (g/mol) 235 281 359 409 486 526 778 Đ nhớt n i µ (dl/g) 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,009 0,012 2 4 6 8 10 12 200 300 400 500 600 700 800 K h è i l- î n g p h ©n t ö t ru n g b ×n h ( g /m o l) §é nhít néi dung dÞch OHMG.HCl (dl/g.10 -3 ) Hình 3.5: ồ thị quan hệ Mw đến độ nhớt nội của dung dịch OHMG.HCl 56 Kết quả cho thấy, độ nhớt nội của dung dịch OHMG. l tăng theo sự tăng của khối lượng phân tử. Sự thay đổi độ nhớt xảy ra do thay đổi kích thước phân tử OHMG.HCl. Dẫn đến khi OHMG.HCl có khối lượng phân tử lớn quá, sẽ làm ảnh hưởng đến tính linh động cấu trúc phân tử và tính tan của oligome. * Ảnh hưởng của kh i lượng phân tử trung bình đến độ tan của OHMG.HCl trong các dung môi khác nhau ộ tan của OHMG.HCl có khối lượng phân tử khác nhau trong các loại dung môi được trình bày ở bảng 3.4 sau. Bảng 3.4: Ảnh hưởng của khối lượng phân tử đến độ tan của OHMG.HCl Mẫu thử Khối ượng phân tử trung bình MW (g/mol) Đ tan (g/100 g dung môi) ước Etanol Axeton 1 235 190 120 < 0,01 2 281 181 110 < 0,01 3 359 174 101 < 0,01 4 409 166 95 < 0,01 5 486 158 81 < 0,01 6 526 151 74 < 0,01 7 778 125 51 < 0,01 Kết quả ở bảng 3.4, chỉ ra OHMG.HCl tan hạn chế trong dung môi không phân cực, tan tốt trong dung môi phân cực. hưng khi khối lượng phân tử tăng, thì độ tan của oligome trong nước và etanol là giảm đi rõ rệt. Cụ thể, khi Mw dưới 350 g/mol, thì độ tan của OHMG.HCl là trên 100 g trong cả 2 dung môi. Khi Mw khoảng 500 g/mol, thì độ tan của OHMG.HCl trong nước là 150 g, còn trong etanol là dưới 75 g. Khi Mw gần 800 g/mol, thì độ tan của OHMG.HCl giảm đi rất nhiều, trong nước là 125 g, còn trong etanol là 51 g. Cho thấy, cần lựa chọn được điều kiện tối ưu để tổng hợp ra sản phẩm có khả năng h a tan 57 trong nước cao, khi muốn sử dụng làm chất diệt khuẩn trong công nghệ khử trùng nước thải . * Ảnh hưởng của kh i lượng phân tử trung bình đến khả năng diệt khuẩn E. Coli của OHMG.HCl Bên cạnh khả năng h a tan trong dung môi nước, khối lượng phân tử trung bình của M . l cũng ảnh hưởng đến hiệu quả diệt khuẩn. Kết quả khảo sát khả năng diệt khuẩn E. coli bằng phương pháp khuếch tán đĩa (bảng 3.5) của 1 - 2 µL dung dịch OHMG.HCl nồng độ 10 ppm với khối lượng phân tử trung bình khác nhau đ chỉ ra ảnh hưởng này. Bảng 3.5: Ảnh hưởng của khối lượng phân tử trung bình đến khả năng diệt khuẩn E. coli của OHMG.HCl (đường kính v ng kháng khuẩn - mm) i huẩn thử nghiệm hối ượng ph n tử M . tổng hợp Mẫu trắng 359 409 486 526 778 E. coli 0 mm 2,1 mm 2,6 mm 2,8 mm 3,5 mm 3,0 mm Kết quả ở bảng 3.5 cho thấy, hiệu quả diệt khuẩn E. coli tốt nhất tương ứng với khối lượng phân tử của M . l đạt từ 500 g/mol trở lên. ác điều kiện ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp M . l, được luận án tiếp tục nghiên cứu khảo sát, nhằm mục đích tạo ra sản phẩm có các tính chất kỹ thuật phù hợp, đáp ứng yêu cầu trong khử trùng nước thải nhiễm khuẩn. 3.1.2. Nghiên cứu và khảo sát các yếu t ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp OHMG.HCl ở quy mô 150 g/mẻ rên cơ sở nghiên cứu điều kiện phản ứng, kết quả khảo