Tối ưu hóa quá trình điều chế đĩa sử dụng một lần từ thân cây chuối

Tối ưu hóa quá trình điều chế đĩa sử dụng một lần từ thân cây chuối Tối ưu hóa quá trình điều chế đĩa sử dụng một lần từ thân cây chuối Tối ưu hóa quá trình điều chế đĩa sử dụng một lần từ thân cây chuối Tối ưu hóa quá trình điều chế đĩa sử dụng một lần từ thân cây chuối Tối ưu hóa quá trình điều chế đĩa sử dụng một lần từ thân cây chuối

MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phạm vi, đối tượng nghiên cứu Các phương pháp sử dụng để tiến hành nghiên cứu 5.1 Phương pháp tổng hợp xử lý số liệu 5.2 Phương pháp thực nghiệm 5.3 Phương pháp đồ thị 5.4 Phương pháp so sánh Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn 6.1 Ý nghĩa khoa học 6.2 Ý nghĩa thực tiễn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan phế phẩm nông nghiệp 1.2 Cơng trình nghiên cứu phế phẩm nông nghiệp 1.3 Một số nghiên cứu chế biến phế phẩm nông nghiệp thành đĩa dùng lần…… CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Tính chất phế phẩm điều chế vật liệu 10 2.2 Quá trình loại bỏ lignin phế phẩm nông nghiệp 12 2.3 Cơ chế hoạt động công dụng Natri Benzoat (E211) 14 2.4 Phương pháp ma trận trực giao Taguchi [16] 15 CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 3.1 Thiết bị, dụng cụ hóa chất 17 3.2 Điều chế vật liệu 17 3.3 Xác định khoảng tối ưu yếu tố điều chế sản phẩm 20 3.4 Chuẩn bị vật liệu làm bề mặt đĩa 23 3.5 Đánh giá thông số kỹ thuật sản phẩm hoàn thiện 24 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ NHẬN XÉT 25 4.1 Sản phẩm sau thí nghiệm 25 4.2 Ảnh hưởng yếu tố tác động lên sản phẩm 25 4.2.1 Xét mục tiêu đơn lẻ 25 4.2.2 Mơ hình tối ưu thơng số theo phương trình ảnh hưởng yếu tố 30 4.3 Kết sấy vật liệu sen 34 4.4 Ép thành phẩm 36 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39 Kết luận 39 Kiến nghị 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC i DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Tính chất vật lý số sợi cellulose khác [12] 11 Bảng 2.2: Tính chất hóa học số sợi cellulose khác [12] 11 Bảng 3.1: Phân mức tác động biến 22 Bảng 3.2: Cấu trúc mảng trực giao thực nghiệm 22 Bảng 4.1: Tỷ số S/N (Signal to Noise) yếu tố theo mức đến độ bền kéo xếp hạng theo tiêu chí lớn tốt 25 Bảng 4.2: Tỷ số S/N (Signal to Noise) yếu tố theo mức đến tải trọng bề mặt xếp hạng theo tiêu chí lớn tốt 27 Bảng 4.3: Tỷ số S/N (Signal to Noise) yếu tố theo mức đến độ bền kéo tải trọng bề mặt, xếp hạng theo tiêu chí lớn tốt 29 Bảng 4.4: Bảng tóm tắt hệ số phương trình hồi quy theo Độ bền kéo 30 Bảng 4.5: Bảng tóm tắt mơ hình (Model Summary) 31 Bảng 4.6: Bảng phân tích khác biệt hệ số phương trình hồi quy (Analysis of variance – ANOVA) 31 Bảng 4.7: Bảng tóm tắt hệ số phương trình hồi quy theo Tải trọng bề mặt 32 Bảng 4.8: Bảng tóm tắt mơ hình (Model Summary) 33 Bảng 4.9: Bảng phân tích khác biệt hệ số phương trình hồi quy (Analysis of variance – ANOVA) 33 Bảng 4.10: Khối lượng riêng sản phẩm 36 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Cây chuối sợi từ thân chuối sau tách 10 Hình 2.2: Phản ứng phân hủy liên kết ete β-aryl lignin 12 Hình 2.3: Phản ứng ngưng tụ lignin môi trường kiềm 13 Hình 2.4: Vịng glucose bị oxy hóa 13 Hình 2.5: Phản ứng thủy phân 14 Hình 2.6: Cấu trúc phân tử Natri benzoat 14 Hình 3.1: Khn mẫu sản phẩm 20 Hình 3.2: Máy thử kéo nén M500-50 Testometric 21 Hình 3.3: Mơ hình máy ép khí 23 Hình 4.1: Sản phẩm đĩa sau 16 thí nghiệm từ vật liệu thân chuối 25 Hình 4.2: Đồ thị ảnh hưởng yếu tố theo mức ảnh hưởng đến độ bền kéo 26 Hình 4.3: Đồ thị ảnh hưởng yếu tố theo mức ảnh hưởng đến tải trọng bề mặt 28 Hình 4.4: Đồ thị ảnh hưởng yếu tố theo mức ảnh hưởng đến độ bền kéo (Tensible Stress) tải trọng bề mặt thân chuối (Weight load) 29 Hình 4.5: Đồ thị Pareto ảnh hưởng yếu tố đến độ bền kéo sản phẩm 32 Hình 4.6: Đồ thị Pareto ảnh hưởng yếu tố đến tải trọng bề mặt 34 Hình 4.7: Lá sen trước sấy 34 Hình 4.8: Lá sen sau sấy: (1) 15 phút, (2) 30 phút, (3) 45 phút, (4) 60 phút 35 Hình 4.9: Sản phẩm đĩa: (a) Trước ép lá, (b) Sau ép 36 Hình 4.10: Phổ FT-IR ảnh sản phẩm làm từ thân chuối 37 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện giới phút có triệu chai nhựa bán ra, năm có 5000 tỷ túi nilon tiêu thụ Còn Việt Nam, thống kê bình quân, hộ gia đình sử dụng khoảng kg túi nilon/tháng Riêng Hà Nội TP Hồ Chí Minh trung bình ngày thải mơi trường khoảng 80 nhựa nilon [1] Thế giới đánh giá tỉ lệ chất thải nhựa phát sinh nước có thu nhập trung bình Việt Nam chiếm 12% lượng chất thải rắn phát sinh Nếu trung bình 10% số lượng chất thải nhựa túi nilon khơng tái sử dụng mà thải bỏ hồn tồn, lượng chất thải nhựa túi nilon thải bỏ Việt Nam xấp xỉ 2.5 triệu tấn/năm Số lượng rác thải nhựa, túi nilon thải tăng dần theo năm [1] Các sản phẩm nhựa dùng lần muỗng đũa chén đĩa trở nên quen thuộc sống người Những sản phẩm nhựa dùng lần thị trường ưa chuộng chúng đem lại cho người tiện lợi, giá hợp lý, dễ dàng sử dụng Chúng ta vô tư sử dụng mà không quan tâm đến phải hàng trăm, chí hàng nghìn năm, chất thải từ nhựa ni lông phân hủy hết, gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người, đe dọa hệ sinh thái phát triển bền vững quốc gia Cùng với đó, Nơng nghiệp ngành kinh tế quan trọng Việt Nam Hiện nay, phát triển kinh tế phụ thuộc nhiều vào nông nghiệp Về cấu kinh tế, khu vực nông, lâm nghiệp thủy sản chiếm tỷ trọng 13,96% GDP [2] Tuy nhiên, sau thu hoạch nông sản sản phẩm phụ nông nghiệp thường không tận dụng thải gây ô nhiễm môi trường, gây nên lãng phí lớn tài nguyên đất nước Chính cần phải nghiên cứu giải pháp biến phế phẩm nông nghiệp trở thành nguyên liệu để sản xuất sản phẩm Nghiên cứu đề tài “Tối ưu hóa q trình điều chế đĩa sử dụng lần từ thân chuối” giải pháp thay sản phẩm nhựa dùng lần sống Bên cạnh cịn tận dụng nguồn phế thải, phụ phẩm nông nghiệp, tiết kiệm tài nguyên, bảo vệ môi trường Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu phương pháp xử lý phế phẩm nông nghiệp cụ thể thân chuối làm đĩa dùng lần thay cho sản phẩm nhựa dùng lần Nội dung nghiên cứu Để thực mục đích chúng tơi tiến hành nghiên cứu nội dung sau đây: − Tổng quan nghiên cứu phương pháp xử lý phế phẩm nông nghiệp cụ thể thân chuối − Xác định khoảng tối ưu yếu tố điều chế sản phẩm: nồng độ Na2CO3, thời gian gia nhiệt phế phẩm, tỉ lệ phụ gia (bột năng) thêm vào, khối lượng vật liệu ban đầu − Tối ưu yếu tố điều chế sản phẩm sản phẩm đạt yêu cầu − Đánh giá chất lượng sản phẩm: độ bền kéo sản phẩm, tải trọng bề mặt, khả chống thấm nước Phạm vi, đối tượng nghiên cứu ❖ Phạm vi nghiên cứu: Sản phẩm quy mơ phịng thí nghiệm ❖ Đối tượng nghiên cứu: - Thân chuối - Sản phẩm đĩa dùng lần sản xuất từ thân chuối xử lý Các phương pháp sử dụng để tiến hành nghiên cứu 5.1 Phương pháp tổng hợp xử lý số liệu Tham khảo sách, báo, tạp chí, internet, cơng trình nghiên cứu báo khoa học công bố, để tiến hành chọn lọc, tổng hợp, phân tích, đánh giá 5.2 Phương pháp thực nghiệm Thực thí nghiệm tác động lên nguyên liệu cách khoa học nhằm kết nghiên cứu mang tính xác, đại điện có sai số thấp Các thí nghiệm kiểm tra sản phẩm thơng qua thực nghiệm, quan sát để xác định: pH, độ bền kéo, tải trọng bề mặt, khả rò rỉ,… Phương pháp toán học, dùng phương pháp toán học để xử lý số liệu từ thực nghiệm, sử dụng xác xuất thống kê để biết sai số Phương pháp Taguchi sử dụng mảng trực giao mô hình đa yếu tố, thiết kế đánh giá theo quy trình chặt chẽ, địi hỏi số thí nghiệm cho số liệu tin cậy Để sử dụng phương pháp Taguchi, làm thí nghiệm sau lấy kết đưa vào phần mềm Minitab, khai báo biến, chạy chương trình Taguchi đưa biểu đồ, bảng số liệu mức độ tin cậy kết thí nghiệm Các hàm tính tốn Excel: Sum, Average, Min/Max, Filter 5.3 Phương pháp đồ thị Sử dụng đồ thị để biểu đạt số liệu qua xử lý để có nhìn tồn diện, trực quan Qua đánh giá, nhận xét kết thí nghiệm cách hiệu quả, lựa chọn phương án hợp lý 5.4 Phương pháp so sánh Từ kết thí nghiệm thu được, từ biểu đồ thực phương pháp so sánh kết để lựa chọn yếu tố nồng độ chất tham gia, nhiệt độ, tỉ lệ phụ gia bột mì, độ dày sản phẩm tối ưu Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn 6.1 Ý nghĩa khoa học Hướng nghiên cứu góp phần làm phong phú thêm vào tài liệu cho nghiên cứu chung khoa học, cung cấp sở cho nghiên cứu lĩnh vực tái chế phế phẩm nông nghiệp để sản xuất đĩa dùng lần 6.2 Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu đánh giá khả sử dụng phế phẩm nông nghiệp để làm vật liệu sản xuất đĩa dùng lần CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan phế phẩm nông nghiệp 1.1.1 Định nghĩa phế phẩm nông nghiệp Phế phẩm nông nghiệp định nghĩa dư lượng q trình sản xuất nơng nghiệp Những dư lượng phân loại thành dư lượng dư lượng thứ cấp Dư lượng nơng nghiệp tạo đồng ruộng thời điểm thu hoạch, định nghĩa dư lượng Trong phế phẩm trình chế biến, sơ chế nông sản gọi dư lượng thứ cấp [3] 1.1.2 Phân loại phế phẩm nơng nghiệp Phế phẩm chính: dư lượng tạo đồng ruộng thời điểm thu hoạch vườn ăn trái Những dư lượng bao gồm thân cây, cây, gốc cây, vỏ hạt rơm rạ, thân ngơ, đầu mía chùm dừa rỗng thân vườn ăn trái phế phẩm lá, thân chuối Phế phẩm thứ cấp: dư lượng thứ cấp sau q trình chế biến, sơ chế nơng sản như: trấu, bã mía, lõi ngơ, vỏ đậu phộng, vỏ dừa, bụi xơ dừa, bụi cưa, vỏ dầu cọ, xơ [3] 1.1.3 Khái quát chung phế phẩm nông nghiệp Phế phẩm nông nghiệp sản phẩm phổ biến nước có nơng nghiệp phát triển Hằng năm lượng phế thải q trình sản xuất nơng nghiệp lớn chế biến loại công nghiệp, sản xuất hoa quả, thực phẩm…cũng đa dạng Đối với Việt Nam, nông nghiệp ngành kinh tế quan trọng, cung cấp nguồn lương thực thực phẩm chủ yếu cho nước xuất khẩu, đóng góp khơng nhỏ vào kinh tế nước ta Về cấu kinh tế, khu vực nông, lâm nghiệp thủy sản chiếm tỷ trọng 13,96% GDP [2] Chỉ tính riêng việc sản xuất lúa gạo, theo số liệu Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn công bố hội nghị thúc đẩy sản xuất tiêu thụ lúa gạo đồng sông Cửu Long đầu năm 2019, đất sản xuất lúa nước chiếm triệu ha; năm 2019 diện tích lúa nước 7,53 triệu (2 vụ), sản lượng lúa dự kiến đạt 43,8 triệu Theo tính tốn Cục Trồng trọt (Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn), trung bình sản xuất lúa tạo rơm rạ, năm nước tạo khoảng 43 − 44 triệu rơm rạ [5] Mặc dù, nơng nghiệp đóng vai trị quan trọng kinh tế giới hóa, trọng gây ảnh hưởng tới mơi trường Hằng năm lượng phế thải dư thừa thu hoạch, chế biến sản phẩm nông nghiệp, thực phẩm lớn đa dạng chủng loại thải môi trường mà chưa quan tâm xử lý hiệu Việc tận thu tái chế có nhiều hạn chế, nguồn phế phẩm tái chế chủ yếu tập trung nông thôn, nơi trực tiếp sản xuất phế phẩm nguồn thu mua chủ yếu chủ yếu tập trung khu công nghiệp, thành phố hay khu đông dân cư Đặc thù sản xuất nông nghiệp nước ta mang tính nhỏ lẻ, phân tán nên việc thu gom, phân loại tái chế cịn nhiều khó khăn Các sở sản xuất, chế biến chủ yếu tập trung vào dây chuyền sản xuất, quan tâm tới khâu khác Do đó, sở khơng gây nhiễm mơi trường mà cịn gây tình trạng lãng phí Nhiều nơi cịn xử lý biện pháp chôn lấp, đốt bỏ, đổ xuống ao hồ Chăn nuôi trồng trọt nước ta năm sản lượng phụ phẩm lớn: gần triệu trấu, 80 triệu rơm rạ, 90 triệu phân gia súc gia cầm, chưa kể mùn cưa, vỏ bào, thân ngô, thân chuối, đậu nhiều loại thân trồng khác Trước đây, loại phụ phẩm chưa sử dụng, mà đốt xả thải mơi trường, vừa lãng phí vừa gây ô nhiễm, tăng nguy phát thải khí nhà kính Riêng đồng sơng Cửu Long trung bình năm cung cấp 6,5 triệu trấu 21,5 triệu rơm rạ, tiềm lớn để xây dựng nhà máy điện sinh khối Rõ ràng, trồng lúa khơng cịn để lấy lúa gạo, mà cịn khai thác nhiều lợi ích từ phụ phẩm, nâng cao thu nhập cho nông dân [5] Với tiềm dồi vậy, biết tận dụng, tái chế khơng tạo thêm nhiều điều kiện việc làm cho nhiều lao động nông thơn mà cịn góp phần nâng cao giá trị sản phẩm, bảo vệ môi trường Điều quan trọng, địa phương, ngành liên quan cần đẩy mạnh tuyên truyền để nông dân hiểu, mạnh dạn tiếp cận ứng dụng biện pháp kỹ thuật tái sử dụng hiệu nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp Song hành với sách hỗ trợ nghiên cứu, chuyển giao kỹ thuật, đầu tư trang thiết bị để người nơng dân dễ dàng áp dụng công nghệ, kỹ thuật chế biến, tái sử dụng nguồn phế phụ phẩm sản xuất nông nghiệp nhằm đạt đa lợi ích, góp phần phát triển nơng nghiệp bền vững 1.2 Cơng trình nghiên cứu phế phẩm nông nghiệp 1.2.1 Nghiên cứu nước Tại Việt Nam, số đề tài khoa học tận dụng tính chất polymer tự nhiên phế phẩm nơng nghiệp để thay cho số sản phẩm có nguồn gốc từ dầu mỏ góp phần giảm thiểu nhiễm môi trường: chế tạo panel cách nhiệt làm từ xơ dừa, bả mía, rơm rạ sau phối trộn với chất kết dính, sau ép thành phơi khô, sản xuất gạch xây dựng từ rơm rạ Các sản phẩm phân hữu từ phế phẩm nông nghiệp ủ từ vi sinh: thân ngô, rơm,… trường đại học Lâm Nghiệp nghiên cứu quy trình tính khả thi áp dụng Phổ Yên, Thái Nguyên Đề tài tiến hành thí nghiệm ủ phụ gia nơng nghiệp chế phẩm sinh học lựa chọn Anvi-Tricho hỗn hợp khác men rượu, tro nước để làm mẫu đối chứng Kết thí nghiệm cho thấy thành phần dinh dưỡng N, P, K mẫu sử dụng Anvi-Tricho cao mẫu đối chứng, đặc biệt sau 28 ngày, mẫu ủ Anvi-Tricho trở nên tơi xốp, màu đen xám sẵn sàng mang bón Bên cạnh đó, nghiên cứu thu nhận bột giấy hiệu suất cao từ thân ngô theo phương pháp xử lý hai công đoạn với hydropeoxit môi trường kềm hay thay kiềm axit bổ sung xúc tác Na2MoO4 Nghiên cứu sử dụng phương pháp tạo mẫu thí nghiệm phân tích mẫu theo tiêu chuẩn TAPPI Kết nghiên cứu cho thấy hàm lượng tro thân ngô chiếm khoảng 5.2% Hàm lượng chất tan dung dịch NaOH 1% (32.4%) cao so với số loại tre nứa, hàm hượng thành phần cellulose 41.7% lignin 22.1% Kết thu nhận bột giấy từ thân ngô, bao gồm công đoạn nấu, nghiền, trích ly kiềm Dịch nấu chứa tác nhân tách loại lignin hydropeoxit axit sunfuric, xúc tác natri molypdat Bột giấy thu sau nấu xử lý với kềm Chế độ cơng nghệ thích hợp xác lập nấu nhiệt độ 100oC 90 phút, với mức dùng 5% H2O2, 1.5% H2SO4 0.25% Na2MoO4 so với ngun liệu thân ngơ, trích ly kềm 100C 60 phút, với mức dùng 0.5% NaOH so với nguyên liệu ban đầu Bột giấy thu có hiệu suất (65 − 66)%, có hàm lượng lignin (17 − 18)% Qua phân tích tính chất học, bột giấy sử dụng cho sản xuất bao gói, catton “Dịch đen” thải q trình nấu tái sử dụng nhiều lần [6] Bài báo trình bày kết tiềm sinh khối phụ phẩm rơm rạ hiệu tận thu sản xuất than sinh học (biochar) quy mơ hộ gia đình Tiền Giang, trường hợp nghiên Hình 4.5: Đồ thị Pareto ảnh hưởng yếu tố đến độ bền kéo sản phẩm Những yếu tố lớn 2.365 xem ảnh hưởng lớn đến độ bền kéo sản phẩm, ngược lại yếu tố nhỏ 2.365 không ảnh hưởng nhiều đến độ bền kéo Dựa vào đồ thị, ta thấy yếu tố B (thời gian nấu) ảnh hưởng nhiều nhất, yếu tố D (khối lượng vật liệu sản phẩm) ảnh hưởng không đáng kể đến độ bền kéo sản phẩm Qua đó, cần quan tâm đến thời gian nấu, tỉ lệ khối lượng bột / khối lượng vật liệu, nồng độ C% Na2CO3 yếu tố ảnh hưởng đến độ bền kéo sản phẩm ❖ Theo Tải trọng bề mặt thân chuối (Weight load) Phương trình hồi quy: Tải trọng bề mặt (g/cm2) = 10.03 − 1.835 A + 0.331 B + 0.267 C − 0.319 D + 0.0327 A*B + 0.0276 A*D Bảng 4.7: Bảng tóm tắt hệ số phương trình hồi quy theo Tải trọng bề mặt (Weight load) Yếu tố Hệ số SE Coef T-Value P-Value Hằng số 10.03 8.10 1.24 0.247 A − 1.835 0.748 − 2.45 0.037 17.62 B 0.331 0.336 0.98 0.351 32.00 C 0.267 0.340 0.79 0.452 3.64 D − 0.319 0.224 − 1.42 0.188 14.17 32 VIF A*B 0.0327 0.0256 1.28 0.234 63.77 A*D 0.0276 0.0158 1.74 0.115 34.89 Bảng 4.8: Bảng tóm tắt mơ hình (Model Summary) S 3.98696 R-sq 95.32% R-sq (adj) 92.20% R-sq (pred) 86.25% Hệ số tương quan phương trình hồi quy tải trọng bề mặt thay đổi yếu tố R2 = 95.32%, hệ số tương quan dự đoán là R2(pred) = 86.25% Những yếu tố có giá trị P < 0.05 (độ tin cậy 95%), xem yếu tố ảnh hưởng đáng kể đến tải trọng bề mặt sản phẩm Bảng 4.9: Bảng phân tích khác bieetjc hệ số phương trình hồi quy (Analysis of variance – ANOVA) Nguồn DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value Hồi quy 2915.50 485.917 30.57 0.000 A 95.54 95.538 6.01 0.037 B 15.39 15.392 0.97 0.351 C 9.82 9.816 0.62 0.452 D 32.27 32.274 2.03 0.188 A*B 25.90 25.904 1.63 0.234 A*D 48.39 48.393 3.04 0.115 Độ sai lệch (Error) 143.06 15.896 Tổng 15 3058.56 33 Hình 4.6: Đồ thị Pareto ảnh hưởng tiêu chuẩn đáp ứng theo Tải trọng bề mặt (Weight load) Những yếu tố lớn 2.262 xem ảnh hưởng lớn tải trọng bề mặt sản phẩm, ngược lại yếu tố nhỏ 2.262 không ảnh hưởng nhiều đến tải trọng bề mặt Dựa vào đồ thị, ta thấy yếu tố A (nồng độ C% Na2CO3) ảnh hưởng nhiều nhất, yếu tố lại như: thời gian nấu, tỷ lệ khối lượng bột / khối lượng vật liệu, khối lượng sản phẩm ảnh hưởng không đáng kể đến tải trọng bề mặt sản phẩm Qua đó, cần quan tâm đến nồng độ C% Na2CO3 yếu tố ảnh hưởng đến tải trọng bề mặt sản phẩm 4.3 Kết sấy vật liệu sen (1) (2) (3) (4) Hình 4.7: Lá sen trước sấy Lá sen cắt thành mẫu với kích thước 5x10 cm, cho vào tủ sấy với khoảng thời gian sấy mẫu (15 phút); mẫu (30 phút); mẫu (45 phút); mẫu (60 phút) tủ sấy với nhiệt độ 40C 34 (1) (2) (3) (4) Hình 4.8: Lá sen sau sấy: (1) 15 phút, (2) 30 phút, (3) 45 phút, (4) 60 phút Mẫu 1: Sau sấy 15 phút, màu sắc sen bị thay đổi, sen cịn ẩm, chưa có độ dẻo dai cần thiết Khi tác động lực tay, mềm dễ rách Mẫu 2: Sau sấy 30 phút, tăng thời gian sấy thêm 15 phút, màu sen không thay đổi, độ ẩm sen giảm bớt mức phù hợp không làm sen bị khô Khi tác động lực tay lên lá, có độ dẻo dai cần thiết, không bị rách Mẫu 3: Sau sấy 45 phút, thời gian sấy sen 45 phút, màu sắc sen bị biến đổi nhiều, cảm quan thấy màu trở nên vàng Độ ẩm giảm nhiều, trở nên khô hơn, tác động lực dễ bị rách khơng có độ dai cần thiết để ép Mẫu 4: Sau sấy 60 phút, mẫu này, mặt cảm quan sen trở nên màu vàng nâu, bị biến dạng xoắn lại Khi tác động lực lên lá, bị nát thành mảnh, khơng cịn độ dẻo dai mong muốn Qua thí nghiệm thấy được, thời gian sấy ngắn (15 phút) kiến sen chưa thoát nước, cịn độ ẩm cao khiến chưa có độ dai Khi thời gian sấy lâu (60 phút) khiến bị biến đổi màu sắc, trở nên héo tính thẩm mỹ Khi sấy q lâu, nước bị nhiều, trở nên dòn dễ bị biến gãy thành mảnh nhỏ Ở nhiệt độ 40C thời gian sấy phù hợp với sen 30 phút, khoảng thời gian sen giữ màu sắc mong muốn, sen mức độ ẩm vừa đủ để có mức dai cần thiết, không bị khô, biến dạng sen 35 4.4 Ép thành phẩm a) (b) Hình 4.9: Sản phẩm đĩa: (a) Trước ép lá, (b) Sau ép ❖ Nhận xét: − Lá sau ép vào sản phẩm có độ kết dính tốt vào phần đế đĩa − Ở nhiệt độ phịng đĩa chứa nước mà khơng bị rị rỉ Có tính khả thi việc chứa thức ăn lỏng − Khả chịu nhiệt: Đĩa chứa thức ăn nguội nhiệt độ phòng Tuy nhiên, để đá viên nhiệt độ (0 − 5)C từ 30 phút trở lên nước nóng 60C màu sắc sen bị thay đổi màu (khơng cịn màu xanh tươi ban đầu) − Khối lượng riêng: Kết cho thấy sản phẩm nặng từ đến lần so với sản phẩm đĩa nhựa dùng lần phổ biến thị trường (0.001 g/cm3) cấu tạo độ dày cao với lớp chống thấm có bề mặt sản phẩm mà nhóm nghiên cứu Bảng 4.10: Khối lượng riêng sản phẩm Thân chuối Chiều dài Chiều Chiều dày Khối lượng Khối lượng (cm) rộng (cm) (cm) (g) riêng (g/cm3) 0.07 0.0587 0.005 36 4.5 Kết sau chụp phân tích sản phẩm phương pháp FT – IR (Fourrier Transformation InfraRed) Hình 4.10: Phổ FT-IR ảnh sản phẩm làm từ thân chuối Để phân tích chất có hàm lượng nhỏ với độ xác cao có mẫu vật liệu người ta thường sử dụng phương pháp: phân tích sắc ký, phương pháp điện thế, phương pháp quang…Trong phương háp quang phương pháp sử dung phổ biến kỹ thuật coi tốt khơng sử dụng hóa chất, khơng ảnh hưởng đến sức khỏe an tồn cho người phân tích Phổ hồng ngoại phương pháp quang phổ hấp thu phân tử phổ biến Phổ hồng ngoại sử dụng hiệu kỹ thuật phân tích Một phương pháp phân tích cấu trúc phân tử nhanh, khơng địi hỏi phương pháp tính tốn phức tạp Kỹ thuật dựa hiệu ứng đơn giản: hợp chất hóa học có khả hấp thụ xạ hồng ngoại Sau hấp thụ xạ hồng ngoại, phân tử hợp chất hóa học dao động với nhiều vận tốc khác xuất nhiều dải phổ hấp thụ gọi phổ hấp thụ xạ hồng ngoại Trong nghiên cứu này, phương pháp FTIR nhóm sử dụng đẻ phân tích thành phần hóa học có sản phẩm đĩa, từ rút kết luận khả phân hủy chất hữu có sản phẩm Dựa vào phổ hồng ngoại FT-IR, xác định dải hấp thu đặc trưng vật liệu vỏ ngô, thân chuối sản phẩm đĩa làm ra: − Khoảng tần số 3400 − 3500 cm-1: Trong vùng bước sóng này, đường biểu đồ có đỉnh xuống, đặc trưng cho xuất nhóm –O-H sợi cellulose 37 − Mũi hấp thu 2922.83 cm-1 đặc trưng cho nhóm –C-H − Mũi hấp thu 1640 cm-1 ứng với dao động uốn nhóm –O-H phân tử nước hấp phụ Mặc dù sản phẩm sấy, nước hấp phụ phân tử cellulose khó loại bỏ hồn tồn, tương tác cellulose - nước − Trong khoảng tần số 1300-1400 cm-1: Trong vùng xuất nhiều mũi hấp thu tương ứng với nhóm –O-H có sợi cellulose − Mũi hấp thu 1160 cm-1 đặc trưng cho nhóm –C-O-C liên kết β -1,4 glicozit (liên kết nối đơn phân D-glucose) Thể thành phần tinh bột sản phẩm, trình chế tạo sử dụng hồ tinh bột chất kết dính sợi cellulose Trong thành phần thân chuối, cellulose polymer hữu đan kết phần đệm lignocellulose, gồm lignin hemicellulose Từ phân tích phổ ta thấy trình loại bỏ thành phần khác vật liệu để thu sợi cellulose đạt Liên kết –O-H phân tử nước hấp phụ thể trình sấy sản phẩm chưa hiệu − Phân tích thành phần sản phẩm cho thấy vật liệu trình chế biến vật liệu sản phẩm hồn tồn từ tự nhiên, khơng tìm thấy gốc hay nhóm chất khó phân hủy Cho thấy sản phẩm đĩa hồn tồn tự nhiên, có khả phân hủy hồn tồn, thân thiện với mơi trường 38 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đề tài “Tối ưu hóa q trình điều chế đĩa sử dụng lần từ thân chuối” thực tháng đạt kết theo mục tiêu đề sau: − Thông qua thực nghiệm áp dụng phương pháp ma trận trực giao Taguchi phần mềm Minitab gồm 16 thí nghiệm: yếu tố tác động mục tiêu khác Vật liệu thân chuối sản phẩm đạt chất lượng tối ưu khi: nguyên liệu phế phẩm nấu vòng 45 phút, nồng độ dung dịch nấu nguyên liệu C%Na2CO3 = 10%, tỷ lệ khối lượng bột / khối lượng vật liệu 10%, khối lượng vật liệu sản phẩm 45g − Các số độ bền sản phẩm đĩa từ thân chuối như: lực kéo 246.9 (N), độ bền kéo 7.77 (N/mm2), tải trọng bề mặt (g/cm2) − Ở nhiệt độ phòng đĩa chứa nước mà khơng bị rị rỉ Có tính khả thi việc chứa thức ăn lỏng − Khả chịu nhiệt: Đĩa chứa thức ăn nguội nhiệt độ phòng Tuy nhiên, để đá viên nhiệt độ (0 − 5)C từ 30 phút trở lên nước nóng 60C màu sắc sen bị thay đổi màu (khơng cịn màu xanh tươi ban đầu) − Khối lượng riêng: Kết cho thấy sản phẩm nặng từ đến lần so với sản phẩm đĩa nhựa dùng lần phổ biến thị trường (0.001 g/cm3) − Đối với sen thời gian sấy tối ưu 30 phút 40C có khả chống thấm hiệu giữ màu xanh vật liệu − Kết phổ FTIR cho thấy, sản phẩm gồm gốc tự nhiên sợi cellulose, tinh bột nên hồn tồn tự phân hủy sinh học môi trường tự nhiên vòng tháng Các sản phẩm sản xuất từ sợi chuối phận khác từ thân chuối có sức cạnh tranh cao thị trường xu hướng tiêu dùng người dân ngày thay đổi, hướng tới sản phẩm xanh thân thiện với môi trường 39 Kiến nghị Với khảo sát thực đề tài, để việc nghiên cứu công nghệ sản xuất chén đĩa dùng lần phát triển nhóm nghiên cứu có số đề xuất sau: Nghiên cứu tính khả thi phối trộn loại phế phẩm khác để nâng cao số độ bền, tận dụng đặc tính vượt trội loại phế phẩm khác sản phẩm, giảm chi phí vật liệu, hóa chất tạo điều kiện cạnh tranh với sản phẩm nhựa dùng lần khác Sản phẩm thực cách thủ cơng phịng thí nghiệm nên tính thẩm mỹ chưa cao Tính đồng mẫu thử nghiệm chưa đồng đều, bề mặt khơng láng mịn, chất kết dính lượng cellulose không thật đồng Nên cần đầu tư số thiết bị phối trộn, ép nguyên liệu để tiết kiệm thời gian, tăng tính thẩm mỹ cho sản phẩm Trong trình thực tạo sản phẩm cần nhiều lượng nước để rửa kiềm trình nấu bột tạo ra mùi dễ gây ăn mòn thiết bị nấu nồng độ kiềm cao, gây ảnh hưởng đến môi trường sức khỏe người Cần tận dụng lại nước sau nấu vật liệu, cần châm thêm hóa chất vào để đảm bảo nồng độ yêu cầu trình nấu ngun liệu Tuy nhiên, với mục đích tái chế tạo sản phẩm an toàn thân thiện với mơi trường tính khả quan sản phẩm tương đối cao góp phần giảm lượng rác thải nhựa ngồi mơi trường Ngồi ra, phủ nên khuyến khích hỗ trợ cơng trình nghiên cứu, sáng kiến chế tạo sản phẩm từ phụ phẩm, phế phẩm nơng nghiệp nước, góp phần giảm thiểu trình trạng rác thải đến mức báo động nay, hướng tới tạo sản phẩm xanh thân thiện với môi trường 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguồn internet: http://www.monre.gov.vn [2] Nguồn internet: https://mof.gov.vn [3] Nguồn internet: https://vi.wikipedia.org [4] Nguồn internet: https://vids.org.vn [5] Hồng Minh (2019), “Sử dụng hiệu phế phẩm nơng nghiệp”, Báo Thừa Thiên Huế [6] Nguyễn Thị Minh Nguyệt (2016), “Nghiên cứu thu nhận bột giấy hiệu suất cao từ thân ngô sử dụng dung dịch H2O2 H2SO4 có xúc tác Na2MoO4”, Tạp chí Khoa học Công nghệ lâm nghiệp, số [7] Rajwada, Ichalkaranji, Dist-Kolhapur (M.S.), Comparative study of pulping of banana stem, International Journal of Fiber and Textile Research [8] Khalsa Al-Sulaimani, Dr Priy Brat Dwivedi (September 2017), Production of handmade papers from sugar cane bagasse and banana fibers in oman, International Journal of Students’ Research In Technology & Management ISSN 2321-2543, Vol 5, No 3, pp 16-20 [9] Y D Hang* and E E Woodams (October 5, 2000), Corn Husks: A Potential Substrate for Production of Citric Acid by Aspergillus niger [10] Đặng Văn Công (2017), Sản xuất phân ủ hữu từ phụ phẩm nơng nghiệp sẵn có Sơn La, Tạp chí Mơi trường số chun đề II [11] Trần Biên (2015), Sản xuất nhiên liệu từ “phế phẩm” ngô [12] N.VENKATESHWARAN* AND A ELAYAPERUMAL (2010), Banana Fiber Reinforced Polymer Composites A Review [13] A K M Mohiuddin*, Manas Kanti Saha, Md Sanower Hossian and Aysha Ferdoushi (2013), Usefulness of Banana (Musa paradisiaca) Wastes in Manufacturing of Bioproducts: A Review [14] 2006, Trung tâm Thông tin Thương mại, Thực trạng phương hướng phát triển sản xuất loại ăn trái đến năm 2015 [15] Hải Hà (2018), ý tưởng hay từ thân chuối, vnexpress.net [16] TS Trần Văn Khiêm (2017), Phương phá Taguchi ứng dụng tối ưu hóa chế độ cắt, Tạp chí khí Việt Nam, số 2017 PHỤ LỤC Chỉ số trung bình mục tiêu S/N theo mục tiêu thân chuối Nồng độ Thời gian STT C%Na2CO3 nấu (phút) (%) 15 30 45 60 10 15 10 30 10 45 10 60 15 15 15 30 10 15 45 11 15 60 12 20 15 13 20 30 14 20 45 15 20 60 16 Tỉ lệ bột (w/w %) Độ dày sản phẩm (mm) 10 15 20 10 20 15 15 20 10 20 15 10 0.4 0.7 1.3 1.3 0.4 0.7 1.3 0.7 0.4 0.7 0.4 1.3 TB lực kéo thân chuối (N) 82.88 139.67 177.07 158.03 68.50 140.13 131.15 224.55 99.50 66.75 203.20 252.17 124.30 160.70 208.27 220.23 TB Độ bền kéo thân chuối (N/mm2) 3.84 4.99 7.11 4.57 4.21 6.96 5.98 7.77 4.17 3.83 9.68 6.81 5.49 8.65 6.20 4.93 Tải trọng thân chuối (g/cm2) 2.36 7.36 12.06 21.51 4.67 15.98 31.64 33.40 3.00 17.54 24.27 38.40 4.42 11.51 38.63 45.42 S/N theo mục tiêu thân chuối 10.83 17.08 20.51 17.78 14.66 20.86 20.14 22.34 12.50 16.23 23.84 21.29 15.51 21.56 20.51 18.58 Chỉ số lực kéo lần đo thân chuối Thời Tỉ lệ Nồng độ gian bột STT C%Na2CO3 nấu (w/w (%) (phút) %) 15 5 30 10 45 15 60 20 10 15 10 10 30 10 45 20 10 60 15 15 15 15 10 15 30 20 11 15 45 12 15 60 10 13 20 15 20 14 20 30 15 15 20 45 10 16 20 60 Độ dày sản phẩm (mm) 0.4 0.7 1.3 1.3 0.4 0.7 1.3 0.7 0.4 0.7 0.4 1.3 Lực kéo (N) Lực kéo (N) Lực kéo (N) Độ lệch chuẩn S/N lực kéo thân chuối 80.83 149.2 161.5 177.8 74.2 131.5 144.4 241.6 90.9 * 180.7 238.6 119.8 178.9 215.5 213.9 86.7 153.1 184 168 64 146.8 * 207.5 131.9 71.9 228.6 233.4 142 158 205.7 232.9 81.1 116.7 185.7 128.3 67.3 142.1 117.9 * 75.7 61.6 200.3 284.5 111.1 145.2 203.6 213.9 3.31 19.99 13.51 26.21 5.20 7.84 18.74 24.11 29.07 7.28 24.08 28.12 15.93 17.01 6.35 10.97 38.36 42.70 44.91 43.71 36.67 42.90 43.98 48.71 39.29 38.17 46.04 47.93 41.75 44.03 46.36 46.84 Chỉ số sức căng lần đo độ bền kéo thân chuối Tỉ lệ Nồng độ Thời bột Độ dày sản STT C%Na2CO3 gian nấu (w/w phẩm (mm) (%) (phút) %) 15 0.4 30 10 0.7 45 15 60 20 1.3 10 15 10 10 30 1.3 10 45 20 0.4 10 60 15 0.7 15 15 15 1.3 10 15 30 20 11 15 45 0.7 12 15 60 10 0.4 13 20 15 20 0.7 14 20 30 15 0.4 15 20 45 10 1.3 16 20 60 Độ bền kéo thân chuối (N/mm2) 5.294 6.067 5.330 4.105 3.525 7.388 5.911 7.119 3.898 3.334 8.824 8.455 4.408 9.194 6.078 4.717 Độ bền kéo thân chuối (N/mm2) 3.605 4.363 8.248 5.273 4.705 6.342 6.950 6.771 5.403 3.200 10.303 4.026 6.726 8.058 5.600 5.366 Độ bền kéo thân chuối (N/mm2) 2.618 4.533 7.746 4.346 4.395 7.141 5.067 9.417 3.218 4.970 9.912 7.937 5.344 8.690 6.933 4.717 Độ lệch chuẩn SN độ bền kéo thân chuối 3.31 19.99 13.51 26.21 5.20 7.84 18.74 24.11 29.07 7.28 24.08 28.12 15.93 17.01 6.35 10.97 38.36 42.70 44.91 43.71 36.67 42.90 43.98 48.71 39.29 38.17 46.04 47.93 41.75 44.03 46.36 46.84 Chỉ số tải trọng thân chuối STT 10 11 12 13 14 15 16 Nồng độ C%Na2CO3 (%) 5 5 10 10 10 10 15 15 15 15 20 20 20 20 Thời gian nấu (phút) Tỉ lệ bột (w/w %) Độ dày sản phẩm (mm) 15 30 45 60 15 30 45 60 15 30 45 60 15 30 45 60 10 15 20 10 20 15 15 20 10 20 15 10 0.4 0.7 1.3 1.3 0.4 0.7 1.3 0.7 0.4 0.7 0.4 1.3 Tải trọng thân chuối (g/cm2) 2.36 7.36 12.06 21.51 4.67 15.98 31.64 33.4 17.54 24.27 38.4 4.42 11.51 38.63 45.42 SN tải trọng thân chuối 7.46 17.34 21.63 26.65 13.39 24.07 30.00 30.47 9.54 24.88 27.70 31.69 12.91 21.22 31.74 33.14 Chỉ số S/N mục tiêu thân chuối STT 10 11 12 13 14 15 16 Nồng độ Thời gian C%Na2CO3 (%) nấu (phút) 15 30 45 60 10 15 10 30 10 45 10 60 15 15 15 30 15 45 15 60 20 15 20 30 20 45 20 60 Tỉ lệ bột (w/w %) 10 15 20 10 20 15 15 20 10 20 15 10 Độ dày sản phẩm (mm) 0.4 0.7 1.3 1.3 0.4 0.7 1.3 0.7 0.4 0.7 0.4 1.3 SN lực kéo thân chuối 38.36 42.70 44.91 43.71 36.67 42.90 43.98 48.71 39.29 38.17 46.04 47.93 41.75 44.03 46.36 46.84 SN độ bền kéo thân chuối 38.36 42.70 44.91 43.71 36.67 42.90 43.98 48.71 39.29 38.17 46.04 47.93 41.75 44.03 46.36 46.84 SN tải trọng thân chuối 7.46 17.34 21.63 26.65 13.39 24.07 30.00 30.47 9.54 24.88 27.70 31.69 12.91 21.22 31.74 33.14 ... sản xuất sản phẩm Nghiên cứu đề tài ? ?Tối ưu hóa q trình điều chế đĩa sử dụng lần từ thân chuối? ?? giải pháp thay sản phẩm nhựa dùng lần sống Bên cạnh cịn tận dụng nguồn phế thải, phụ phẩm nơng nghiệp,... phẩm điều chế vật liệu 2.1.1 Tính chất phế phẩm thân chuối Đối tượng sử dụng để nghiên cứu điều chế vật liệu nghiên cứu lựa chọn thân chuối Tính chất lý hóa chuối chất xơ thân chuối xem xét để sử. .. LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đề tài ? ?Tối ưu hóa q trình điều chế đĩa sử dụng lần từ thân chuối? ?? thực tháng đạt kết theo mục tiêu đề sau: − Thông qua thực nghiệm áp dụng phương pháp ma trận trực giao