Nghiên cứu than hóa phụ phẩm nông nghiệp (vỏ hạt cà phê, lõi bắp) bằng phương pháp carbon hóa thủy nhiệt, ứng dụng làm vật liệu hấp phụ và xúc tác.

Nghiên cứu than hóa phụ phẩm nông nghiệp (vỏ hạt cà phê, lõi bắp) bằng phương pháp carbon hóa thủy nhiệt, ứng dụng làm vật liệu hấp phụ và xúc tác.Nghiên cứu than hóa phụ phẩm nông nghiệp (vỏ hạt cà phê, lõi bắp) bằng phương pháp carbon hóa thủy nhiệt, ứng dụng làm vật liệu hấp phụ và xúc tác.Nghiên cứu than hóa phụ phẩm nông nghiệp (vỏ hạt cà phê, lõi bắp) bằng phương pháp carbon hóa thủy nhiệt, ứng dụng làm vật liệu hấp phụ và xúc tác.Nghiên cứu than hóa phụ phẩm nông nghiệp (vỏ hạt cà phê, lõi bắp) bằng phương pháp carbon hóa thủy nhiệt, ứng dụng làm vật liệu hấp phụ và xúc tác.Nghiên cứu than hóa phụ phẩm nông nghiệp (vỏ hạt cà phê, lõi bắp) bằng phương pháp carbon hóa thủy nhiệt, ứng dụng làm vật liệu hấp phụ và xúc tác.Nghiên cứu than hóa phụ phẩm nông nghiệp (vỏ hạt cà phê, lõi bắp) bằng phương pháp carbon hóa thủy nhiệt, ứng dụng làm vật liệu hấp phụ và xúc tác.Nghiên cứu than hóa phụ phẩm nông nghiệp (vỏ hạt cà phê, lõi bắp) bằng phương pháp carbon hóa thủy nhiệt, ứng dụng làm vật liệu hấp phụ và xúc tác.Nghiên cứu than hóa phụ phẩm nông nghiệp (vỏ hạt cà phê, lõi bắp) bằng phương pháp carbon hóa thủy nhiệt, ứng dụng làm vật liệu hấp phụ và xúc tác.Nghiên cứu than hóa phụ phẩm nông nghiệp (vỏ hạt cà phê, lõi bắp) bằng phương pháp carbon hóa thủy nhiệt, ứng dụng làm vật liệu hấp phụ và xúc tác.Nghiên cứu than hóa phụ phẩm nông nghiệp (vỏ hạt cà phê, lõi bắp) bằng phương pháp carbon hóa thủy nhiệt, ứng dụng làm vật liệu hấp phụ và xúc tác.Nghiên cứu than hóa phụ phẩm nông nghiệp (vỏ hạt cà phê, lõi bắp) bằng phương pháp carbon hóa thủy nhiệt, ứng dụng làm vật liệu hấp phụ và xúc tác.Nghiên cứu than hóa phụ phẩm nông nghiệp (vỏ hạt cà phê, lõi bắp) bằng phương pháp carbon hóa thủy nhiệt, ứng dụng làm vật liệu hấp phụ và xúc tác.Nghiên cứu than hóa phụ phẩm nông nghiệp (vỏ hạt cà phê, lõi bắp) bằng phương pháp carbon hóa thủy nhiệt, ứng dụng làm vật liệu hấp phụ và xúc tác.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ––––––––––––––––––––––––––––– Trần Thị Hiền NGHIÊN CỨU THAN HĨA PHỤ PHẨM NƠNG NGHIỆP (VỎ HẠT CÀ PHÊ, LÕI BẮP) BẰNG PHƯƠNG PHÁP CARBON HÓA THỦY NHIỆT, ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ VÀ XÚC TÁC Chuyên ngành: Hóa Vơ Cơ Mã số: 44 01 13 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HĨA HỌC TP Hồ Chí Minh – Tháng 10/ 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ––––––––––––––––––––––––––––– Trần Thị Hiền NGHIÊN CỨU THAN HĨA PHỤ PHẨM NƠNG NGHIỆP (VỎ HẠT CÀ PHÊ, LÕI BẮP) BẰNG PHƯƠNG PHÁP CARBON HÓA THỦY NHIỆT, ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ VÀ XÚC TÁC Chun ngành: Hóa Vơ Cơ Mã số: 44 01 13 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Nguyễn Đình Thành PGS TS Phạm Hữu Thiện TP Hồ Chí Minh – Tháng 10/ 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn khoa học PGS TS Nguyễn Đình Thành PGS.TS Phạm Hữu Thiện Các số liệu, kết nêu luận án trích dẫn lại từ báo xuất cộng Các số liệu, kết trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận án Trần Thị Hiền i LỜI CẢM ƠN Luận án hoàn thành Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam – Học Viện Khoa học Công nghệ, Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng Viện Khoa học Công nghệ & Quản lý Môi trường – Trường Đại học Cơng nghiệp TP.HCM Trong q trình nghiên cứu, tác giả nhận nhiều giúp đỡ quý báu quý Thầy, Cô, nhà khoa học, đồng nghiệp, bạn bè gia đình Trước tiên, xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc kính trọng tới PGS TS Nguyễn Đình Thành PGS.TS Phạm Hữu Thiện - người Thầy tận tâm hướng dẫn khoa học, động viên, tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian thực luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam – Học Viện Khoa học Công nghệ, Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng tập thể cán Viện quan tâm giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt q trình học tập nghiên cứu Tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Đình Đức ý kiến đóng góp q báu cho tơi q trình thực hồn thiện luận án Tơi xin chân thành cảm ơn tới Lãnh đạo Viện Khoa học Công nghệ & Quản lý Môi trường - Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM Viện Quy hoạch & Đánh giá Công nghệ Năng lượng Hàn Quốc (Korean Institute of Energy Technology Evaluation and Planning - KETEP) Bộ Thương mại, Công nghiệp & Năng lượng (MOTIE) Hàn Quốc (Số 20194110300040) hỗ trợ hợp tác nghiên cứu Sau cùng, tơi xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới tồn thể gia đình, người thân, bạn bè quan tâm, động viên suốt trình học tập, nghiên cứu Đặc biệt, giai đoạn khó khăn lúc tơi sinh em bé, tin u mong đợi gia đình bạn bè tạo động lực cho thực thành công luận án Xin trân trọng cảm ơn! TP.Hồ Chí Minh, ngày ….tháng….năm 2022 Tác giả Trần Thị Hiền ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ viii MỞ ĐẦU xiii CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan than sinh học 1.1.1 Khái niệm than sinh học, than hoạt tính, than biến tính 1.1.2 Thành phần cấu tạo sinh khối lignocellulose để sản xuất than sinh học, than hoạt tính, than biến tính 1.1.3 Các phương pháp điều chế than sinh học 1.1.4 Một số phương pháp hoạt hóa bề mặt than sinh học, than hoạt tính 1.2 Phương pháp Carbon hóa thủy nhiệt sinh khối 12 1.2.1 Khái niệm phương pháp Carbon hóa thủy nhiệt 12 1.2.2 Đặc tính chế hình thành Hydrochar .14 1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng than sinh học làm vật liệu hấp phụ xúc tác 21 1.3.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng Hydrochar làm vật liệu hấp phụ 21 1.3.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất glucose từ sinh khối lignocellulose đường xúc tác 23 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM .30 2.1 Nội dung nghiên cứu .30 2.2 Nguyên vật liệu, hóa chất, dụng cụ thiết bị 32 2.2.1 Nguyên vật liệu lignocellulose 32 2.2.2 Hóa chất 32 2.2.3 Trang thiết bị công cụ .33 2.3 Điều chế Hydrochar phương pháp Carbon hóa thủy nhiệt .34 2.3.1 Bố trí thí nghiệm tối ưu hóa q trình carbon hóa thủy nhiệt 34 2.3.2 Cách thực thí nghiệm tối ưu hóa q trình HTC 36 2.4 Điều chế loại vật liệu than sinh học hoạt hóa 37 2.4.1 Điều chế Hydrochar hoạt hóa thủy nhiệt (CHhydro CChydro) 37 i 2.4.2 Điều chế Hydrochar từ tính (CHmagnet CCmagnet) .38 2.4.3 Điều chế Hydrochar hoạt hóa ngâm tẩm (CHimpreg CCimpreg) 39 2.4.4 Điều chế Hydrochar hoạt hóa giai đoạn (CHactiv CCactiv) 39 2.4.5 Điều chế Biochar hoạt hóa (CHbiochar CCbiochar) 40 2.4.6 Khảo sát ảnh hưởng trình nhiệt phân cuối đến than sinh học hoạt hóa 42 2.5 Các phương pháp xác định đặc trưng tính chất vật liệu 42 2.5.1 Phân tích trọng lượng nhiệt (TGA) .42 2.5.2 Phân tích giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) 42 2.5.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử 42 2.5.4 Phương pháp phổ hồng ngoại (FTIR) 42 2.5.5 Phương pháp phổ tán sắc lượng tia X (EDX) 43 2.5.6 Phương pháp hấp phụ N2 Brunauer–Emmett–Teller (BET) .43 2.5.7 Xác định nhóm chức bề mặt phương pháp chuẩn độ Boehm 43 2.6 Nghiên cứu hấp phụ xanh methyelne mẫu than sinh học hoạt hóa 44 2.6.1 Lập phương trình đường chuẩn xanh methylen 44 2.6.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ .46 2.6.3 Phương trình đường đẳng nhiệt hấp phụ 47 2.6.4 Phương trình động học hấp phụ 49 2.6.5 Tái sử dụng vật liệu hấp phụ xanh methylen .50 2.7 Nghiên cứu hoạt tính mẫu than sinh học hoạt hóa cho phản ứng thủy phân cellulose rơm rạ thành glucose .50 2.7.1 Chuẩn bị Cellulose từ rơm rạ phương pháp nổ nước 50 2.7.2 Chuẩn bị tổ hợp nghiền xúc tác than sinh học hoạt hóa/ cellulose .51 2.7.3 Phản ứng thủy Cellulose rơm rạ thành glucose kỹ thuật Autoclave .52 2.7.4 Kiểm tra vai trò tâm xúc tác phản ứng thủy phân cellulose rơm rạ .53 2.7.5 Phương pháp xác định tổng hàm lượng đường khử Glucose 53 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 56 3.1 Kết điều chế Hydrochar phương pháp HTC .56 3.1.1 Khảo sát biến đổi nhiệt vỏ hạt cà phê/ lõi bắp .56 3.1.2 Tối ưu hóa thực nghiệm q trình HTC tạo Hydrochar .57 3.2 Kết điều chế vật liệu than sinh học hoạt hóa 64 3.2.1 Ảnh hưởng trình nhiệt phân cuối đến than sinh học hoạt hóa 64 ii 3.2.2 Điều chế Hydrochar hoạt hóa thủy nhiệt (CHhydro CChydro) 69 3.2.3 Điều chế Hydrochar từ tính (CHmagnet CCmagnet) .73 3.2.4 Điều chế Hydrochar hoạt hóa ngâm tẩm (CHimpreg CCimpreg) 78 3.2.5 Điều chế Hydrochar hoạt hóa giai đoạn (CHactiv CCactiv) 80 3.3 Kết đặc trưng mẫu than sinh học hoạt hóa 85 3.3.1 Hình thái học bề mặt (SEM) mẫu than sinh học hoạt hóa 85 3.3.2 Diện tích bề mặt riêng (BET) loại than sinh học hoạt hóa 89 3.3.3 Đường hấp phụ giải hấp phụ Nitơ mẫu than sinh học hoạt hóa .90 3.3.4 Giản đồ XRD mẫu than sinh học hoạt hóa 92 3.3.5 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier mẫu than sinh học hoạt hóa .93 3.3.6 Nhóm chức bề mặt mẫu than sinh học hoạt hóa 94 3.3.7 Phổ tán sắc lượng EDX độ từ hóa mẫu Hydrochar từ tính 95 3.4 Nghiên cứu hấp phụ xanh methylen mẫu than sinh học hoạt hóa 97 3.4.1 Ảnh hưởng tốc độ khuấy .97 3.4.2 Ảnh hưởng pH .98 3.4.3 Ảnh hưởng hàm lượng than sinh học hoạt hóa 99 3.4.4 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc nồng độ xanh methylen ban đầu đến trình hấp phụ 99 3.4.5 Phương trình đường đẳng nhiệt hấp phụ 103 3.4.6 Phương trình động học hấp phụ 113 3.4.7 Khả tái sử dụng loại vật liệu .117 3.5 Kết hoạt tính xúc tác loại than sinh học hoạt hóa .117 3.5.1 Kết chuẩn bị nguyên liệu giàu Cellulose từ rơm rạ 117 3.5.2 Kết phản ứng thủy phân .120 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 129 DANH MỤC CÁC CÔNG BỐ KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN 131 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO 134 PHỤ LỤC .146 iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT I Danh mục ký hiệu Co: nồng độ pha loãng thuốc nhuộm ban đầu (mg/L) Ce: nồng độ chất bị hấp phụ thời điểm cân (mg/L) Ct : nồng độ pha loãng thuốc nhuộm thời điểm t (mg/L) k1: số tốc độ hấp phụ động học bậc (1/phút) k2: số tốc độ hấp phụ động học bậc hai [(g/mg)(1/phút)] KF, n: số Freundlich đặc trưng dung lượng hấp phụ cường độ hấp phụ KL: số cân hấp phụ Langmuir (L/mg) M1: khối lượng mẫu thu từ hỗn hợp phản ứng (g) Mo: tổng khối lượng dung dịch phản ứng (g) MT: hàm lượng đường khử (mg) qe: dung lượng hấp phụ thời điểm cân (mg/g) qm: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g) qt: dung lượng hấp phụ thời điểm t (mg/g) V : thể tích dung dịch (mL) V1: thể tích mẫu (mL) W: khối lượng chất hấp phụ sử dụng (g) Wdh: khối lượng khô Hydrochar (g) Wdps: khối lượng khô sinh khối (g) x: nồng độ dung dịch xanh methylen (mg/L) y: độ hấp thu (A) II Danh mục từ viết tắt Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ANOVA Analysis of variance Phân tích phương sai AS Almond shells Vỏ hạnh nhân BET Brunauer – Emmett –Teller Diện tích bề mặt riêng CAS Char Almond shells Than vỏ hạnh nhân CC Corncob Lõi bắp CCS Char Coconut shell Than vỏ dừa CEW Char Eucalyptus wood Than gỗ bạch đàn CH Coffee husk Vỏ hạt cà phê iv Chữ viết tắt Biochar Tiếng Anh Tiếng Việt Biochar Than sinh học sản xuất phương pháp nhiệt phân CS Coconut shell Vỏ dừa DTA Differential Thermal Analysis Phân tích nhiệt vi sai EDX Energy dispersive X-ray Phổ tán sắc lượng tia X EJ Exajoules Đơn vị lượng ESS Residual Sum of Squares Tổng độ lệch bình phương phần dư EW Eucalyptus wood Gỗ bạch đàn FTIR Fourrier Transformation Quang phổ hồng ngoại biến đổi InfraRed Fourrier 5-HMF 5- Hydroxymethylfural 5- Hydroxymethylfural HTC Hydrothermal Carbonization Carbon hóa thủy nhiệt HPLC High-performance liquid Sắc kí lỏng hiệu cao chromatography Hydrochar Hydrochar Than sinh học sản xuất phương pháp carbon hóa thủy nhiệt IBI International Biochar Initiative Sáng kiến than sinh học quốc tế MB Methylen blue Xanh methylen MPV Micropore volume Thể tích vi lỗ OFG Oxygenated functional groups Các nhóm chức chứa oxy SEM Scanning Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử quét SF Service Factors Yếu tố làm việc TEM Transmission electron Kính hiển vi điện tử truyền qua microscopy TGA Themal Gravimetric Analysis Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng Tukey HSD TSH Tukey’s Honestly Significant Kiểm tra phân loại khác biệt có Difference Post Hoc Test ý nghĩa trung thực Tukey Biochar/ Hydrochar Than sinh học vật chất rỗng có v Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt hàm lượng carbon lớn, sản xuất phương pháp nhiệt phân Carbon hóa thủy nhiệt USDA United States Department of Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ Agriculture UV-VIS Ultraviolet-Visible Quang phổ hấp thụ phân tử VDR Volume calculated applying Thể tích tính theo phương trình the Dubinin–Radushkevich Dubinin–Radushkevich cho đường (DR) isotherm đẳng nhiệt hấp phụ X-ray diffraction Giản đồ nhiễu xạ tia X XRD vi ... liệu hấp phụ xúc tác”  Mục tiêu nghiên cứu Tận dụng, tái chế nguồn phụ phẩm nông nghiệp (vỏ hạt cà phê, lõi bắp) thành vật liệu carbon phương pháp carbon hóa thủy nhiệt điều kiện nhiệt độ thấp,... ứng thủy phân celulose rơm rạ Xuất phát từ thực tế sở khoa học chọn đề tài ? ?Nghiên cứu than hóa phụ phẩm nơng nghiệp (vỏ hạt cà phê, lõi bắp) phương pháp carbon hóa thủy nhiệt, ứng dụng làm vật. .. nghiên cứu thức việc sử dụng phương pháp carbon hóa thủy nhiệt để chuyển phụ phẩm nơng nghiệp từ vỏ hạt cà phê/ lõi bắp thành than sinh học hoạt hóa có khả vừa làm vật liệu hấp phụ vật liệu xúc