幾丁質(zhì)聚醣之探討

1、全國高職學(xué)生103 年度化工群專題暨創(chuàng)意製作競(jìng)賽複賽作品說明書科別：環(huán)工科組別：高職組作品名稱：膜吸膜吸請(qǐng)問您要吸什麼？幾丁質(zhì)聚醣之探討作者：韋少茹葉承齊林瑋晟指導(dǎo)老師：陳華芳連守山關(guān) 鍵 詞：幾丁質(zhì)聚醣編號(hào)：目錄摘要P.1壹、研究動(dòng)機(jī)P.1貳、研究目的P.1叄、研究器材與設(shè)備P.1肆、研究方法與過程P.2伍、研究結(jié)果P.6陸、討論P(yáng).13柒、結(jié)論P(yáng).15捌、參考資料P.15摘要本研究，我們將幾丁質(zhì)聚糖溶於NaOH溶液後，再製作成膜及球，並測(cè)試膜的耐酸鹼程度。由實(shí)驗(yàn)得知，製備幾丁質(zhì)聚醣膜的最佳條件為：幾丁質(zhì)聚醣膜溶液塗覆於保鮮膜上，烘乾後，再浸泡3M NaOH，自然晾乾。並發(fā)現(xiàn)幾丁質(zhì)聚醣膜的功

2、效：1. 對(duì)金屬離子 Al 3+Cu2+Fe3+的吸附很大。2.對(duì)回鍋油，有高達(dá) 31%的吸附效率。3.能吸附有機(jī)物(甲基紫甲基藍(lán))。因此可以同時(shí)解決油及重金屬離子的汙染。強(qiáng)烈建議使用我們?cè)O(shè)計(jì)的裝置，不僅有適用在工業(yè)排放廢水上，也有適合家庭使用重點(diǎn)是這些裝置不僅淨(jìng)水效果好，簡(jiǎn)單、便宜又實(shí)用。壹、研究動(dòng)機(jī)前陣子我們看到一則新聞是敘述某知名企業(yè)排放重金屬?zèng)@染至河川，中因此我們便對(duì)自己所飲用的水感到有些擔(dān)憂，並著手尋找清理重金屬?zèng)@染的方法。我們發(fā)現(xiàn)了幾丁質(zhì)聚醣所能吸附的範(fàn)圍包含無機(jī)及有機(jī)兩個(gè)領(lǐng)域，因此我們便選用了幾丁質(zhì)聚醣來做研究的對(duì)象，並希望能自己設(shè)計(jì)裝置加以運(yùn)用。貳、研究目的一、幾丁質(zhì)聚醣膜與球

3、的製備。二、幾丁質(zhì)聚醣膜製作過程的改良。三、幾丁質(zhì)聚醣膜的耐酸鹼程度。四、幾丁質(zhì)聚醣膜對(duì)金屬離子吸附情形。五、幾丁質(zhì)聚醣膜對(duì)有機(jī)脂類的吸附情形。六、幾丁質(zhì)聚醣膜對(duì)有機(jī)物的吸附情形。七、吸附廢水中重金屬離子或有機(jī)物油脂(吸收) 之裝置設(shè)計(jì)。參、研究器材與藥品表 1 為研究器材與藥品研究器材數(shù)量研究藥品數(shù)量電子天平1 臺(tái)幾丁質(zhì)聚醣1 瓶培養(yǎng)皿數(shù)個(gè)醋酸1 瓶移液管1 組硫酸銅1 瓶烘箱1 臺(tái)硝酸鎳1 瓶電導(dǎo)度計(jì)1 臺(tái)硝酸鋅1 瓶pH 計(jì)1 臺(tái)硝酸鋁1 瓶1抽氣櫃1 組硝酸鐵1 瓶分液漏斗1 個(gè)硝酸鍶1 瓶燒杯( 500.250.100ml)6 個(gè)硝酸鈷1 瓶量筒( 10ml、100ml)2 個(gè)氫氧化

4、鈉1 瓶碼表1 個(gè)柴油1 瓶試管及試管架1 組汽油1 瓶回鍋油1 瓶大豆油1 瓶肆、研究方法與過程原理：一、幾丁質(zhì)聚醣膜基本性質(zhì)幾丁聚醣所製成的薄膜，可用於重金屬的吸附、血液的分離透析、廢水處理及酵素固定化等用途。有研究指出幾丁聚醣所製成膜後的機(jī)械性質(zhì)會(huì)因?yàn)閹锥【埘北旧淼母叨冉Y(jié)晶性，而使它的延伸性變小、擁有脆、硬的結(jié)構(gòu)，他的水氣透過率佳，在水中的膨潤(rùn)性良好，且極易溶於強(qiáng)酸與強(qiáng)鹼之中。二、幾丁質(zhì)聚醣膜的製備甲殼素製成幾丁質(zhì)主要是除去蛋白質(zhì)及礦物質(zhì)，蛋白質(zhì)可加入鹼性溶液去除，礦物質(zhì)則利用EDTA去除。幾丁質(zhì)經(jīng)去乙醯化作用可得幾丁聚醣，去乙醯化常用的方法有熱鹼處理法及酵素法。三、比較幾丁質(zhì)與幾丁質(zhì)聚

5、醣的優(yōu)劣幾丁質(zhì)加工性差，然而幾丁質(zhì)聚醣具有胺基和氫氧基可產(chǎn)生結(jié)晶區(qū)域，如此可製成其他衍生物，可以廣泛應(yīng)用。幾丁質(zhì)聚醣具有比幾丁質(zhì)更多的胺基，產(chǎn)生良好的螯合能力，可以吸附廢水中的重金屬離子，在生化方面因幾丁聚醣具有羥基及胺基，所以親水性及與其他分子的結(jié)合力強(qiáng)，適合作為固定化酵素的擔(dān)體，亦可利用酵素分子上的羧基與幾丁聚醣之胺基產(chǎn)生吸附作用，再以分離酵素、抗體和激素等物質(zhì)。四、幾丁質(zhì)(去乙醯化)幾丁質(zhì)聚醣2圖 1 幾丁質(zhì)(去乙醯化)幾丁質(zhì)聚醣五、離子與幾丁質(zhì)聚醣膜結(jié)合的原理：圖 2 離子與幾丁質(zhì)聚醣膜結(jié)合的原理六、幾丁質(zhì)聚醣在鹼中：圖 3 幾丁質(zhì)聚醣在鹼中圖 4 幾丁質(zhì)聚醣在酸中實(shí)驗(yàn)流程圖3製備幾丁

6、質(zhì)聚醣膜與球幾丁質(zhì)聚醣膜的製程改良幾丁質(zhì)聚醣球的製作實(shí)驗(yàn)( 一)實(shí)驗(yàn)( 二)實(shí)驗(yàn)( 三)移液吸管對(duì)球的影響吸管對(duì)球的影響不同 NaOH濃不同浸泡時(shí)間塗佈於不同材度對(duì)膜的影響對(duì)膜的影響質(zhì)對(duì)膜的影響製備幾丁質(zhì)聚醣膜實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)四實(shí)驗(yàn)五實(shí)驗(yàn)六耐酸鹼程度對(duì)金屬離子的對(duì)有機(jī)酯類的對(duì)有機(jī)物的吸吸附情形吸附情形附情形圖 5 實(shí)驗(yàn)流程圖一、 幾丁質(zhì)聚醣膜與球的製備( 一) 幾丁質(zhì)聚醣膜的製備1. 將 5ml 幾丁質(zhì)聚醣醋酸溶液滴入培養(yǎng)皿中，均勻分布後，放入烘箱。2.烘至表面乾燥，烘箱溫度為100OC。3.滴入 3M 的 NaOH溶液，至全覆蓋表面。4.浸泡至容易完全揮發(fā)，形成膜(如圖 6)。(二)幾丁質(zhì)聚醣球的

7、製備1.將幾丁質(zhì)聚醣醋酸溶液分別裝入移液吸管及滴定管中。2.以均勻流速滴入裝有3M NaOH溶液中，使成球形(如圖 7、8)，比較其結(jié)果。二、 幾丁質(zhì)聚醣膜製作過程的改良：(一)不同 NaOH溶液濃度對(duì)膜的影響：1. 將膜泡入 1.5、3 及 6M 的 NaOH溶液中，浸泡4 小時(shí)。2. 比較做出膜的差異。(二)不同浸泡時(shí)間對(duì)膜的影響：41. 將烘乾之後的膜泡入3N 的 NaOH溶液中。2. 分別浸泡 2 小時(shí)、4 小時(shí)、6 小時(shí)以及泡至NaOH 溶液蒸發(fā)至乾，約 1 個(gè)星期。3. 比較做出膜的差異。(三)塗佈在不同材質(zhì)上烘乾對(duì)膜的影響：1. 將幾丁質(zhì)聚醣溶液分別塗附於鐵板及保鮮膜上。O2.

8、拿至烘箱烘乾，溫度為100 C。3. 比較做出膜的差異。三、 幾丁質(zhì)聚醣膜的耐酸鹼程度：(一)膜的耐酸程度：1. 利用 PH 計(jì)，配出 PH 值等於 1，2，3，4，5，6 的鹽酸溶液。2. 將幾丁質(zhì)聚醣膜泡入溶液中。3. 從溶液中取出幾丁質(zhì)聚醣膜，以蒸餾水清洗。4. 烘乾，秤重，比較幾丁質(zhì)聚醣膜加入溶液前、後的克數(shù)。(二)膜的耐鹼程度：1. 利用 PH 計(jì)配出 PH 值等於 8，9，10，11，12，13，14 的氫氧化鈉溶液。2. 將幾丁質(zhì)聚醣膜泡入溶液中，觀察其是否有無溶解。3. 從溶液中取出幾丁質(zhì)聚醣膜，以蒸餾水清洗。4. 烘乾，秤重，比較幾丁質(zhì)聚醣膜加入溶液前、後的克數(shù)。四、 幾丁質(zhì)

9、聚醣膜對(duì)金屬離子吸附情形：1. 取 Co2+，Cu2+，Sn2+，Ni2+，Zn2+，F(xiàn)e3+，Al3+離子溶液 0.1M100ml。2. 將 0.9克幾丁質(zhì)聚醣膜浸泡於離子溶液中。3. 每隔一段時(shí)間，測(cè)試金屬離子的導(dǎo)電度，觀察前後差異。五、 幾丁質(zhì)聚醣膜對(duì)有機(jī)脂類的吸附情形(一)空白試樣1. 取 10ml柴油.汽油.大豆油.回鍋油倒入 100ml水中。2. 將溶液倒入分液漏斗中，取出水層。3. 測(cè)量剩下油的體積。(二)實(shí)驗(yàn)組1. 取 10ml柴油.汽油.大豆油.回鍋油倒入 100ml水中。2. 將幾丁質(zhì)聚醣膜放入溶液中，靜置4 小時(shí)。3. 將膜取出，以蒸餾水清洗。4. 將剩下的溶液倒入分液漏

10、斗中，取出水層。5. 測(cè)量剩下油的體積。六、 幾丁質(zhì)聚醣膜對(duì)有機(jī)物的吸附情形51. 配製濃度均為10-5M 的甲基藍(lán)溶液與甲基紫溶液各100毫升。2. 各加入 0.015克的幾丁質(zhì)聚醣膜。3. 每隔一段時(shí)間，利用分光光度計(jì)測(cè)試甲基藍(lán)與甲基紫的吸光度，觀察前後差異。七、 吸附廢水中重金屬離子或有機(jī)物油脂(吸收) 之裝置設(shè)計(jì)伍、研究結(jié)果一、 幾丁質(zhì)聚醣膜與球的製備幾丁質(zhì)聚醣膜幾丁質(zhì)聚醣球圖 6 幾丁質(zhì)聚醣膜圖 7 幾丁質(zhì)聚醣球(移液吸管)圖 8 幾丁質(zhì)聚醣球(滴定管)二、 幾丁質(zhì)聚醣膜製作過程的改良(一)、不同 NaOH 溶液濃度對(duì)膜的影響：表 2 以不同濃度NaOH製作幾丁質(zhì)聚醣膜1.5M Na

11、OH浸泡 4 小時(shí)3MNaOH浸泡 4 小時(shí)6MNaOH浸泡 4 小時(shí)特膜厚度較薄，膜面積恰與膜厚度適中，膜面積恰與培養(yǎng) 膜厚度較厚，膜的面積小點(diǎn)培養(yǎng)皿相同皿相同缺容易破，取下難度高不易破，取下難度相對(duì)1.5M不易破，取下難度相對(duì)3M 易點(diǎn)易(二)、不同浸泡時(shí)間對(duì)膜的影響：表 3 以 3M NaOH製作幾丁質(zhì)聚醣膜浸泡時(shí)間不同3MNaOH3MNaOH3MNaOH3MNaOH浸泡 2 小時(shí)浸泡 4 小時(shí)浸泡 6 小時(shí)浸泡至乾(約 7 天)特膜厚度較薄膜厚度適中膜厚度較厚膜較小且有NaOH的粉末點(diǎn)黏在上頭缺容易破，幾乎取不不易破，取下難度 不易破，取下難度可直接取下點(diǎn)下相對(duì)較 2 小時(shí)易相對(duì)較 4

12、 小時(shí)易( 三) 、塗佈在不同材質(zhì)上烘乾對(duì)膜的影響：61.將膜製作在保鮮膜上，5 分鐘內(nèi)即可製成膜且膜已浮起脫落，故可製作出較大面積的膜。三、 幾丁質(zhì)聚醣膜的耐酸鹼程度表 4 幾丁質(zhì)聚醣膜的耐酸鹼程度pH 值pH=1pH=2pH=3pH=4pH=5pH=6pH=7幾丁聚醣膜加入前重0.08900.08900.08900.08900.08900.08900.0890幾丁聚醣膜加入後重000.08570.08710.08760.08850.0890幾丁聚醣膜重量變化0.8900.8900.00330.00190.00140.00050pH 值pH=8pH=9pH=10pH=11pH=12pH=13

13、pH=14幾丁聚醣膜加入前重0.08900.08900.08900.08900.08900.08900.0890幾丁聚醣膜加入後重0.08900.08900.08900.08900.08900.08900.0890幾丁聚醣膜重量變化0000000四、 幾丁質(zhì)聚醣膜對(duì)金屬離子吸附情形(一)加入 Co2+離子時(shí)間0min1min2min3min4min5min電導(dǎo)度17.1717.1617.1517.1417.1317.11時(shí)間10min15min20min25min30min溫度電導(dǎo)度17.0717.0617.0116.9916.99o18.6C圖 9 為吸附 Co2+離子的導(dǎo)電度。(二)加入

14、Cu2+離子7時(shí)間0min1min2min3min4min5min電導(dǎo)度12.6812.6712.5712.5612.4612.42時(shí)間10min15min20min25min30min溫度電導(dǎo)度12.3112.2212.0811.6311.12o24.3C圖 10 為吸附 Cu2+離子的導(dǎo)電度。(三)加入 Sn2+離子時(shí)間0min1 min2min3min4min5min電導(dǎo)度97.297.096.996.896.896.7時(shí)間10min15min20min25min30min溫度電導(dǎo)度96.596.596.596.596.524.92+圖 11 為吸附 Sn 離子的導(dǎo)電度。(四)加入 Al

15、3+離子8時(shí)間0min1 min2min3min4min5min電導(dǎo)度22.622.522.421.120.319.4時(shí)間10min15min20min25min30min溫度電導(dǎo)度18.9216.8415.8115.3915.3921.3圖 12 為吸附 Al3+離子的導(dǎo)電度。(五)加入 Zn2+離子時(shí)間0min1 min2min3min4min5min電導(dǎo)度16.7416.7416.7316.7116.6916.67時(shí)間10min15min20min25min30min溫度電導(dǎo)度16.6216.6216.6216.6216.6218.62+圖 13 為吸附 Zn 離子的導(dǎo)電度。3+(六)加

16、入 Fe 離子9時(shí)間0min1 min2min3min4min5min電導(dǎo)度28.828.628.528.428.328.2時(shí)間10min15min20min25min30min溫度電導(dǎo)度28.128.027.927.827.818.6圖 14 為吸附 Fe3+離子的導(dǎo)電度。五、 幾丁質(zhì)聚醣膜對(duì)有機(jī)脂類的吸附情形(一)空白試樣表 5 為幾丁質(zhì)聚醣膜對(duì)有機(jī)脂類的吸附情形柴油汽油回鍋油(大豆油)吸附前體積(ml)101010吸附後體積(ml)9.99.99.8空白試樣被吸附體積(ml)0.10.10.2註：空白試樣被吸附體積 = 吸附前體積 吸附後體積(二)實(shí)驗(yàn)組表 6 為幾丁質(zhì)聚醣膜對(duì)有機(jī)脂類的

17、吸附情形柴油汽油回鍋油(大豆油)吸附前體積(ml)101010吸附後體積(ml)8.48.56.9吸附前後體積差(ml)1.61.53.1實(shí)際被吸附的體積(ml)1.51.52.9註：實(shí)際試樣被吸附體積 = 吸附前體積 吸附後體積六、 幾丁質(zhì)聚醣膜對(duì)有機(jī)物的吸附情形10(一)甲基紫的吸附情形表 7 為甲基紫的吸光度變化情形時(shí)間(分鐘)1234567吸光度0.2250.2240.2140.2070.2000.1930.187時(shí)間(分鐘)891015202530吸光度0.1850.1820.1700.1690.1590.1580.158圖 15為甲基紫的吸光度變化情形(二)甲基藍(lán)的吸附情形表 8

18、為甲基藍(lán)的吸光度變化情形時(shí)間(分鐘)1234567吸光度1.481.461.441.441.441.441.42時(shí)間(分鐘)891015202530吸光度1.421.421.421.421.421.421.42圖 16 為甲基藍(lán)的吸光度變化情形七、 吸附廢水中重金屬離子或有機(jī)物油脂(吸收) 之裝置設(shè)計(jì)11( 一) 膜的裝置圖1. 圖 17為裝置圖 1裝置說明：將汙水流經(jīng)已挖好隙縫的水管，使汙水流經(jīng)夾好幾丁質(zhì)聚醣膜的夾板，並利用重力使汙水流下，經(jīng)過層層吸附到最底層由小孔排出。2. 圖 18為裝置圖 2裝置說明：將汙水流經(jīng)已挖好隙縫的水管，使汙水流經(jīng)斜放的幾丁質(zhì)聚醣膜，並利用重力使汙水流下，經(jīng)過層

19、層吸附到最底層由小孔排出。( 二) 球的裝置圖12圖 19為裝置圖 3裝置說明：將 2 個(gè)寶特瓶從中切開組合成圖19，瓶頭中放入濾網(wǎng)，倒入幾丁質(zhì)聚醣球，再將廢水流入，至底部流出。陸、討論一、 我們只選擇做膜與球。是考慮到幾丁質(zhì)聚醣利用表面積吸附或球體中間的孔洞卡住離子、酯類 等。二、 由實(shí)驗(yàn)( 一) 得知，用移液吸管和滴定管滴幾丁質(zhì)聚醣液呈球狀時(shí)，滴定管滴出的顆粒較小且粒徑較均勻，如圖 8。我們知道顆粒較小時(shí)，其接觸面積較大所以吸附效果較佳。三、 由實(shí)驗(yàn)( 二) 得知( 一) 發(fā)現(xiàn)當(dāng) NaOH溶液濃度為1.5M時(shí)，4 小時(shí)後，厚度降低、取膜難度上升。( 二) 在 6M時(shí)，發(fā)現(xiàn) NaOH溶液濃度

20、過高，成形速度過快，導(dǎo)致膜的面積比3M所做出的膜小了許多，減少吸附面積。四、 應(yīng)用方面：將幾丁質(zhì)聚醣球裝入玻璃管柱中，再倒入廢液觀察其吸附重金屬離子的情形。五、 由實(shí)驗(yàn)( 三) 得知，在 pH1pH6的溶液中會(huì)使膜溶解，但pH3pH6為部分溶解。pH6pH=14，膜皆不會(huì)溶解，此膜耐pH6pH14的溶液。測(cè)試性質(zhì)或應(yīng)用時(shí)，選擇在 pH6pH14的溶液下，能避免讓幾丁質(zhì)聚醣膜溶解。六、 由實(shí)驗(yàn)(四)觀察幾丁質(zhì)聚醣膜對(duì)不同金屬離子的吸附能力大小，如圖11.12：Al 3+ Cu2+ Fe3+ Sn2+ Co2+ Zn2+13圖 20為各種金屬離子的吸附情形圖 21為各種金屬離子的導(dǎo)電度最大差值七、 幾丁質(zhì)聚醣膜吸附油脂的能力大?。夯劐佊?大豆油) 柴油 汽油八、 由實(shí)驗(yàn)六得知，幾丁質(zhì)聚醣膜也能吸附有機(jī)物，尤其對(duì)於甲基紫的吸附能力佳。甲基紫甲基藍(lán)。九、 由實(shí)驗(yàn)七的設(shè)計(jì)圖得知：(一)幾丁質(zhì)聚醣膜：1.滯留時(shí)間：裝置圖2裝置圖 1，2.吸附面積：裝置圖1裝置圖 23.可放膜的片數(shù)：裝置圖2裝置圖 1所以推測(cè)設(shè)計(jì)的總吸附效果：裝置圖2裝置圖 1。144. 裝置圖