Nghiên cứu khả năng hấp phụ vi khuẩn E.Coli bằng Bentonite biến tính

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ VI KHUẨN E.COLI BẰNG BENTONITE BIẾN TÍNH RESEARCH THE ADSORPTION E.COLI BACTERIA OF DENATURED BENTONITE Lê Hữu Nghĩa, Nguyễn Huyền Trang, Đặng Xuân Dự Khoa Hóa học & CN Thực phẩm, Trường ĐH Bà Rịa Vũng Tàu Email: mrsunvt@gmail.com TÓM TẮT Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính Bentonite Di Linh (đánh giá bằng khả năng hấp phụ vi khuẩn E.coli ) đã được khảo sát, khả năng hấp phụ tốt nhất khi biến tính tại điều kiện: nồng độ HCl là 5%, nhiệt độ là 600C, tỉ lệ rắn : lỏng là 1:3. Nghiên cứu 2 yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ vi sinh vật. Hiệu suất cao nhất đạt được khi thực hiện tại điều kiện: thời gian hấp phụ là 1 giờ, nồng độ Bentonite-HCl 5% là 0,05g/ml dung dịch. ABSTRACT In the present paper, the adsorption of Di Linh bentonite modified by dilute HCl solution was investigated. The phase of modified bentonite was characterized by X-ray diffraction (XRD). The adsorption of modified bentonite was estimated by the removal of E. coli bacteria in aqueous solution. The results show that the bentionite which was modified by the HCl solution of 5% with mass ratio of solid to liquid around 1/3 at temperature of 60oC was favorite for the removal of E. coli bacteria. The optimal parameters of the adsorption is the adsorption time of 1 hour and the concentration of modified bentonite of 0.05 g/mL. 1. MỞ ĐẦU Bentonite được sử dụng như một loại vật liệu xây dựng, làm dung dịch khoan, chất tẩy rửa. Gần đây chúng được dùng để phân loại dầu, tẩy sạch dầu mỡ, làm chất mang cho thuốc trừ sâu,…[2] Nhờ tính chất hấp phụ mà phạm vi sử dụng của bentonite ngày càng mở rộng, chúng được dùng trong hầu hết các ngành công nghiệp và trong nhiều ngành kinh tế khác. Đặc biệt, ngày nay sự ô nhiễm môi trường là vấn đề bức xúc, và do đó vai trò của bentonite càng trở nên quan trọng, khi chúng được xem như là một chất hấp phụ tự nhiên tiêu biểu để làm sạch nước khỏi các chất hữu cơ, các chất cao phân tử, những chất thải độc hại của các nhà máy xí nghiệp, các kim loại nặng và phóng xạ, các huyền phù gây đục và các vi sinh vật có hại. [2] Ở nước ta, bentonite đã được tìm thấy ở nhiều nơi: Di Linh (Lâm Đồng), Thuận Hải (Bình Thuận), Gia Quỳ (Đồng Nai),…với trữ lượng dồi dào. Vì vậy việc nghiên cứu và sử dụng nó có hiệu quả sẽ mang lại lợi ích kinh tế rất lớn. Hiện nay ở Việt Nam, bentonite được khai thác chủ yếu để pha chế dung dịch khoan và một ít được dùng trong nghiên cứu xúc tác hóa học, việc sử dụng bentonite làm vật liệu hấp phụ vi sinh vật chưa được quan tâm nghiên cứu nhiều. Trong bài báo này, chúng tôi trình bày kết quả nghiên cứu quá trình hấp phụ vi sinh vật bằng vật liệu hấp phụ là bentonite Di Linh đã xử lý bằng axit HCl 5% (bent-HCl). 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất và dụng cụ Hóa chất Mẫu quặng bentonite Di Linh, HCl 5%, AgNO3 0,5%, giấy đo pH Dụng cụ Erlen 500ml, máy khuấy từ, ống sinh hàn, máy lọc chân không, tủ sấy và một số thiết bị thủy tính khác. 2.2. Chế tạo vật liệu bentonite biến tính HCl Từ quặng sét được lấy từ Di Linh – Lâm Đồng, nghiền rây loại bỏ đất đá và phần tử phi sét thu được bentonite thô. Pha tỷ lệ huyền phù là 10%, khuấy và để qua đêm, giữ lại phần huyền phù. Lọc rửa nhiều lần. Quá trình hoạt hóa bằng axit HCl được tiến hành như sau: Cho vào bình cầu 1000ml 50g bentonite tinh chế và 150ml dung dịch axit HCl có nồng độ 5%, lắp bếp gia nhiệt, ống sinh hàn, nhiệt kế, máy khuấy ở nhiệt độ 600C, khuấy trong vòng 4h. Sau đó lọc hỗn hợp thu được tách lấy phần sét, rửa sét thu được trên phễu lọc (phễu lọc áp suất thấp) bằng nước cất cho đến khi không còn ion Cl- (thử bằng dung dịch AgNO3 0,5% cho đến khi không còn xuất hiện kết tủa trắng).. Sấy khô sét thu được ở 1200C trong 2h, nghiền sản phẩm thu được và rây trên rây cỡ 100 mesh [2]. Mẫu sét sau khi biến tính là bent – HCl và được xác định cấu trúc bằng XRD trên máy Siemens D5000 (Đức) tại Phòng phân tích hóa lý – Viện Khoa học vật liệu ứng dụng. 2.3. Nghiên cứu hấp phụ Quá trình hấp phụ vi khuẩn E.coli được tiến hành khảo sát lần lượt các yếu tố như: thời gian tiếp xúc, nồng độ chất hấp phụ, từ đó khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến khả năng hấp phụ E.coli của bentonte biến tính. Số lượng vi khuẩn E.coli trước và sau quá trình hấp phụ được xác định bằng cách đếm số lượng các khuẩn lạc. Hiệu suất hấp phụ được xác định bằng: A(%) = (C0 - C ).100/C0. Trong đó C0, C là số lượng khuẩn lạc trước và sau khi hấp phụ. Hiệu suất hấp phụ cho một gam bentonite biến tính được tính bằng Ai = A(%)/m, với m là khối lượng bentonite hấp phụ. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Biến tính bentonite Bentonite sau khi tinh chế được trao đổi với HCl 5%, sau đó sấy khô ở 1200C được đem đi xác định cấu trúc bằng nhiễu xạ tia X. Kết quả nhiễu xạ tia X (hình 3.1) cho thấy xuất hiện peak d = 14.19273 (2θ = 60) ứng với khoáng montmorillonite (còn xuất hiện các peak ở 2θ = 200, 2θ = 35.30) [3]; peak d = 4.48874 (2θ = 210), d = 3.3477 (2θ = 26.70) đặc trưng cho khoáng quart. Ngoài ra, phổ XRD còn có các loại khoáng khác: montronit, microlin, abit với hàm lượng không lớn. Hình 3.1: Giản đồ XRD của bent – HCl 3.2. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ E.Coli bằng bent – HCl Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ vi khuẩn E. coli của bent – HCl được khảo sát theo các bước sau: Tiến hành hoạt hóa giống E.coli trong môi trường dinh dưỡng Nutrient Broth trong khoảng 10÷14 giờ. Sau đó pha loãng huyền phù vi khuẩn E.coli 10-1; 10-2; 10-3;…rồi đem xác định số lượng tế bào trong dung dịch đã pha loãng bằng cách đếm số lượng các khuẩn lạc. Hút 2ml dung dịch có độ pha loãng 10-3 cho vào các ống nghiệm, sau đó cho bentonite đã hoạt hóa vào từng ống nghiệm với nồng độ bent - HCl là 0,05g/ml. Các mẫu được lắc trong khoảng thời gian 1 giờ, 2 giờ, 3 giờ và 4 giờ. Các mẫu sau khi hấp phụ đem ly tâm với tốc độ 2000 vòng/phút. Dịch lỏng được tách ra khỏi bentonite đem đi xác định số lượng vi sinh vật còn lại bằng phương pháp đếm khuẩn lạc. Kết quả được trình bày trên bảng 3.1 và hình 3.2. Bảng 3.1: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ E.coli của bent – HCl Thời gian (giờ) 0 1 2 3 4 C0 (CFU/ml) 1,2.106 1,2.106 1,2.106 1,2.106 1,2.106 C (CFU/ml) 1,2.106 6.103 5,2.103 3,4.103 3.103 A (%) 0 99,5 99,57 99,72 99,75 Hình 3.2. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến hiệu suất hấp phụ E.coli của bent - HCl Từ hình 3.2 có thể thấy rằng sau 1 giờ tiếp xúc nếu tiếp tục tăng thời gian hấp phụ thì hiệu suất hấp phụ tăng không đáng kể và cân bằng đạt được ở thời gian là 1 giờ, vì vậy thời gian xử lý hấp phụ 1 giờ được chọn là thời gian phù hợp cho những nghiên cứu tiếp theo. 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ bent – HCl đến hiệu suất hấp phụ E.coli Tiến hành hoạt hóa giống E.coli trong môi trường dinh dưỡng Nutrient Broth trong khoảng 10÷14 giờ. Sau đó pha loãng huyền phù vi khuẩn E.coli 10-1; 10-2; 10-3;…rồi đem xác định số lượng tế bào trong dung dịch đã pha loãng bằng cách đếm số lượng các khuẩn lạc. Hút 2ml dung dịch có độ pha loãng 10-3 cho vào các ống nghiệm, sau đó cho bent – HCl vào từng ống nghiệm với nồng độ thay đổi từ 0,05g/ml đến 0,2g/ml, thời gian tiếp xúc là 1 giờ, ở nhiệt độ 300C. Kết quả được trình bày trên bảng 3.2 và hình 3.2. Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ bent – HCl đến khả năng hấp phụ E.coli Nồng độ (g/ml) 0 0,05 0,1 0,15 0,2 C0 (CFU/ml) 1,1.106 1,1.106 1,1.106 1,1.106 1,1.106 C (CFU/ml) 1,1.106 4,5.103 3,7.103 2,6.103 1,9.103 A (%) 0 99,59 99,66 99,76 99,83 Ai (CFU/g) 0 10,96.106 5,482.106 3,660.106 2,745.106 Hình 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ bent – HCl đến hiệu suất hấp phụ E.coli Từ hình 3.3 có thể thấy rằng khi tăng nồng độ bentonite xử lý hấp phụ thì hiệu suất hấp phụ tăng lên, tuy nhiên khả năng hấp phụ cao nhất đạt được là 99,59% (10,96.106CFU / 1gam bent – HCl) khi nồng độ bentonite xử lý là 0,05g/ml. Vì vậy nồng độ này được chọn là nồng độ tốt nhất cho quá trình hấp phụ E.coli bằng bent - HCl. 4. KẾT LUẬN Đã nghiên cứu biến tính bentonite bằng HCl 5% và khảo sát khả năng hấp phụ vi khuẩn E.coli kết quả như sau: Vật liệu bent – HCl có khả năng hấp phụ tốt vi khuẩn E.coli, các yếu tố thời gian tiếp xúc và nồng độ bent – HCl đều có ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ. Điều kiện hấp phụ tốt nhất ở nồng độ bent – HCl là 0,05g/ml thời gian tiếp xúc là 1 giờ. 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Lê Tự Hải, Phan Chi Uyên, “Nghiên cứu quá trình biến tính bentonite Thuận Hải và ứng dụng hấp phụ ion Mn2+ trong nước”. Tạp chí phát triển khoa học và công nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 3(26)-2008. 2. Trần Thanh Minh, “Nghiên cứu biến tính bentonite Thuận Hải để ứng dụng hấp phụ một số tác nhân hữu cơ”, luận văn tốt nghiệp thạc sĩ. Đại học sư phạm Đà Nẵng (2008). 3. Phạm Trung Tính, “Nghiên cứu khả năng hấp thu một số ion kim loại nặng trên bentonite Di Linh-Lâm Đồng đã hoạt hóa, khóa luận tốt nghiệp”. Đại học KHTN Hà Nội (2003). 4. Vương Văn Trường, “Khảo sát sự hấp thu các ion Mn2+ và Fe2+ dung dịch nước trên bentonite, khóa luận tốt nghiệp”. Trường Đại học KHTN, Hà Nội (2004).