Đang tải... (xem toàn văn)
Hiện nay, chanh dây Đắk Nông đã được Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn công nhận là giống cây trồng mới và được đánh giá là địa phương có nhiều vùng đất phù hợp, cần có hướng quy hoạch. Hiện tổng diện tích chanh dây trên địa bàn tỉnh đã lên đến gần 1.000 ha, tập trung nhiều ở hai huyện Đăk Glong, Đăk Rlấp. Tại một số địa phương trọng điểm trồng chanh dây là thành phố Gia Nghĩa, huyện Đắk Glong, huyện Đắk R’lấp, các hộ đã tham gia kí cam kết sản xuất an toàn chanh dây theo tiêu chuẩn VietGap . Cùng với đó, có rất nhiều cơ sở chế biến chanh dây, chủ yếu là lấy phần ruột bên trong để làm nước giải khát xuất khẩu, còn vỏ chiếm tới 80% khối lượng quả tươi tạo ra lượng chất thải lớn. Hơn nữa, các cơ sở chế biến tại tỉnh Đắk Nông chọn cách vứt bỏ đi và do đó gây nên ô nhiễm môi trường. Ngoài ra, vỏ quả chanh dây có chứa nhiều thành phần quan trọng, có giá trị nếu không khai thác chế biến sẽ gây lãng phí. Nhu cầu sử dụng giấy của người dân ngày càng tăng, khiến cho việc khai thác gỗ để làm giấy tăng theo làm cho diện tích rừng ở Việt Nam giảm mạnh, môi trường bị suy thoái, ô nhiễm . Qua nhiều nghiên cứu khoa học kĩ thuật thì cũng có rất nhiều đề tài về vỏ chanh dây chưa có đề tài nào thật sự xử lí hiệu quả vỏ chanh dây bị thải ra môi trường. Trong công nghiệp sản xuất mới, nguyên liệu chính để làm giấy là sợi cellulose (C6H10O5)n từ gỗ, rơm rạ, giấy tái chế….. Ngoài ra còn cần dùng đến keo và các chất độn. Độ dài của các sợi cellulose thay đổi tùy theo nguyên liệu làm giấy và có ảnh hưởng lớn đến chất lượng và độ bền về thời gian của giấy. Không phải loại gỗ nào cũng có thể dùng làm giấy trong công nghiệp được. Theo nghiên cứu nhà khoa học, trong vỏ chanh dây có chứa lượng lớn cellulose có thể làm giấy.
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TỈNH ĐĂK NÔNG CUỘC THI KHOA HỌC KỸ THUẬT CẤP TỈNH DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC, NĂM HỌC 2021 - 2022 BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU DỰ ÁN NGHIÊN CỨU TẠO GIẤY TỪ VỎ QUẢ CHANH DÂY LĨNH VỤC DỰ THI: HÓA HỌC Đăk Nông, tháng 12 năm 2021 MỤC LỤC I ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Lí lựa chọn đề tài 1.2 Nội dung nghiên cứu 1.3 Câu hỏi nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Giả thuyết khoa học II TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2.1 Nhu cầu sử dụng giấy người 2.2 Tình hình gieo trồng chanh dây Việt Nam 2.3 Thực trạng việc sử vỏ chanh dây số địa phương tỉnh Đắk Nông 2.4 Thành phần vỏ chanh dây 2.5 Cơ sở lý luận phương pháp tách chiết cellulose 2.6 Quy trình sản xuất giấy từ vỏ chanh dây III KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 12 3.1 Thử nghiệm khơng có chất kết dính: 12 3.2 Thử nghiệm có chất kết đinh 12 3.3 Đánh giá khả hiệu làm giấy từ vỏ chanh dây 12 3.4 Hướng dẫn sử dụng sản phẩm 13 IV Đánh giá đề tài 13 4.1 Tính tính sáng tạo đề tài 13 4.2 Kết 13 4.3 Hướng phát triển dự án 14 TÀI LIỆU THAM KHẢO 15 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cấu trúc cellulose Hình 2.1 Quả chanh dây vườn Đắk Nia – Gia Nghĩa Hình 2.2 Chanh dây sở chế biến Hằng Hải-Đắk Nia Hình 2.1 Hình vỏ chanh dây sở chế biến Hằng Hải – Đăk Nia Hình 2.3 Vỏ chanh dây tươi cắt nhỏ 10 Hình 2.4 Vỏ chanh dây phơi khô 10 Hình 2.5 Pha hồ tinh bột 11 Hình 2.6 Cơng đoạn rây bột 11 Hình 3.1 Sản phẩm khơng có chất kết dính 12 Hình 3.2 Sản phẩm có chất kết dính 12 I ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Lí lựa chọn đề tài Hiện nay, chanh dây Đắk Nông Bộ Nông Nghiệp Phát Triển Nông Thôn công nhận giống trồng đánh giá địa phương có nhiều vùng đất phù hợp, cần có hướng quy hoạch Hiện tổng diện tích chanh dây địa bàn tỉnh lên đến gần 1.000 ha, tập trung nhiều hai huyện Đăk Glong, Đăk Rlấp Tại số địa phương trọng điểm trồng chanh dây thành phố Gia Nghĩa, huyện Đắk Glong, huyện Đắk R’lấp, hộ tham gia kí cam kết sản xuất an toàn chanh dây theo tiêu chuẩn VietGap Cùng với đó, có nhiều sở chế biến chanh dây, chủ yếu lấy phần ruột bên để làm nước giải khát xuất khẩu, vỏ chiếm tới 80% khối lượng tươi tạo lượng chất thải lớn Hơn nữa, sở chế biến tỉnh Đắk Nông chọn cách vứt bỏ gây nên nhiễm mơi trường Ngồi ra, vỏ chanh dây có chứa nhiều thành phần quan trọng, có giá trị khơng khai thác chế biến gây lãng phí Nhu cầu sử dụng giấy người dân ngày tăng, khiến cho việc khai thác gỗ để làm giấy tăng theo làm cho diện tích rừng Việt Nam giảm mạnh, môi trường bị suy thối, nhiễm Qua nhiều nghiên cứu khoa học kĩ thuật có nhiều đề tài vỏ chanh dây chưa có đề tài thật xử lí hiệu vỏ chanh dây bị thải môi trường Trong công nghiệp sản xuất mới, nguyên liệu để làm giấy sợi cellulose [(C6H10O5)n] từ gỗ, rơm rạ, giấy tái chế… Ngồi cịn cần dùng đến keo chất độn Độ dài sợi cellulose thay đổi tùy theo nguyên liệu làm giấy có ảnh hưởng lớn đến chất lượng độ bền thời gian giấy Không phải loại gỗ dùng làm giấy cơng nghiệp Theo nghiên cứu nhà khoa học, vỏ chanh dây có chứa lượng lớn cellulose làm giấy Hình 1.1 Cấu trúc cellulose Từ lí với việc tìm hiểu qua sách báo, chúng em định thực đề tài vừa tạo sản phẩm thân thiện với môi trường vừa xử lí vỏ chanh dây bị thải gây ô nhiễm môi trường, đồng thời nâng cao giá trị cho sản xuất chế biến chanh dây địa phương 1.2 Nội dung nghiên cứu - Cấu trúc thành phần cellulose - Qui trình tách chiết hàm lượng cellulose từ vỏ chanh dây - Qui trình làm giấy thủ công, công nghiệp từ cellulose để vận dụng cho vỏ chanh dây - Đánh giá hiệu sản phẩm giấy thu từ vỏ chanh dây 1.3 Câu hỏi nghiên cứu Một câu hỏi đặt làm sử dụng vỏ chanh dây để tạo sản phẩm có ích cho sống hàng ngày, không gây ô nhiễm môi trường, giá thành rẻ mà nhiều người dân mua Và chúng em đưa dự án “Nghiên cứu tạo giấy từ vỏ chanh dây’’ Nhằm tạo sản phẩm có ích từ phế phẩm nông nghiệp dùng để giảm thiểu ô nhiễm môi trường tăng giá trị trồng trọt, sản xuất chế biến chanh dây Do đó, việc triển khai dự án chúng em thực cần thiết 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu số tài liệu quy trình làm giấy từ nguyên liệu vỏ loại - Nghiên cứu tài liệu tiêu chuẩn đảm bảo độ bền, giấy - Nghiên cứu số tài liệu thành phần, đặc tính vỏ chanh dây 1.4.2 Phương pháp nghiên cứu thực tế - Điều tra sở chế biến vấn đề xử lí vỏ chanh dây tình hình sử dụng loại giấy hộ gia đình số phường, xã Đăk Nơng - Tình hình mơi trường liên quan đến sản xuất, chế biến chanh dây số phường, xã Đắk Nông 1.4.3 Phương pháp thực nghiệm - Tính tốn, xây dựng quy trình tự làm giấy từ vỏ chanh dây - Thiết kế thí nghiệm thử nghiệm giấy từ vỏ chanh dây số hộ gia đình địa bàn tỉnh 1.5 Giả thuyết khoa học Từ sở khoa học trên, tiến hành phương pháp làm giấy từ vỏ chanh dây không? Có đảm bảo kết dính khơng? Khi sản xuất giấy để sử dụng Đồng thời, hạn chế nhiễm mơi trường, góp phần bảo vệ sức khỏe người II TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2.1 Nhu cầu sử dụng giấy người Gắn với tiến khoa học kĩ thuật, dân số giới ngày tăng, nhu cầu sử dụng giấy ngày tăng dẫn đến khơng hậu cho môi trường, trước hết việc khai thác rừng mức mà không phục hồi rừng Chúng ta cần tìm nguyên liệu để thay gỗ mà vừa không làm ảnh hưởng đến môi trường vừa làm từ nguyên liệu bỏ đi, vỏ chanh dây ý tưởng độc đáo Giấy thứ thiếu sống chúng ta, thời đại tiếp xúc với nhiều thiết bị điện tử, công nghệ đại Để tiếp thu thơng tin nhanh chóng việc dùng giấy điều chắn Có thể dùng giấy để in ấn tài liệu, viết thiệp chúc, làm giấy vệ sinh, giấy mĩ thuật,… 2.2 Tình hình gieo trồng chanh dây Việt Nam Theo hộ nông dân trồng chanh dây Việt Nam, tổng chi phí đầu tư cho chanh dây khoảng 70 triệu đồng gồm tiền mua giống, kẽm gai, trụ… để làm giàn cơng chăm sóc đơn giản cân chăm thăm nom, thấy xuất sâu bệnh phun thuốc để phịng trừ sau trồng tháng bắt dầu cho thu hoạch Hình 2.1 Quả chanh dây vườn Đắk Nia – Gia Nghĩa Vỏ chanh dây số sở chế biến Nhân Cơ thành phố Gia Nghĩa sau lấy phần bên trong, lại phần vỏ chở đến hố rác Hình 2.2 Chanh dây sở chế biến Hằng Hải-Đắk Nia Theo khảo sát, giá chanh dây loại nhỏ dao động từ 8.000-11.000 đồng/kg, chanh dây loại lớn, dành cho xuất khẩu, chế biến nước ép giá từ 35.000-38.000 đồng/kg Đây mức giá cao từ 2018 tới Theo Cục Trồng trọt, trước năm 2015, chanh leo chủ yếu trồng tỉnh Lâm Ðồng, Ðắk Nông, đến mở rộng khắp vùng Tây Nguyên số tỉnh phía bắc như: Sơn La, Nghệ An, Cao Bằng, Lạng Sơn, Hịa Bình Hiện nay, có 36 địa phương sản xuất chanh leo với 10.000 ha, sản lượng đạt 222 nghìn tấn/năm, suất bình qn đạt 20,32 tấn/ha Trong đó, Tây Ngun vùng sản xuất chanh leo lớn nước với diện tích 7.300 ha, suất bình qn đạt 26,1 tấn/ha, riêng tỉnh Lâm Ðồng bình quân đạt 40 tấn/ha, cá biệt có mơ hình đạt 70 tấn/ha 2.3 Thực trạng việc sử vỏ chanh dây số địa phương tỉnh Đắk Nông Vỏ chanh dây số sở chế biến xã Nhân Cơ thị xã Gia Nghĩa: Chúng em đến tìm hiểu sở chế biến nước chanh dây xã Nhân (Đơng Dương, Trường Hồn, ), Gia Nghĩa (cơ sở Sơn Hồng, Hằng Hải, Tia Sáng) biết, chanh dây sau lấy phần bên trong, lại phần vỏ chở đến hố rác đổ Hình 2.1 Hình vỏ chanh dây sở chế biến Hằng Hải – Đăk Nia Theo thời gian, lượng vỏ thải nhiều, chưa có biện pháp xử lý kỹ thuất, chưa khai thác sử dụng hiệu Không thế, theo khảo sát từ hộ dân gần khu vực, mùi sinh từ trình tự hủy gây nhiều khó khăn cho q trình sinh hoạt họ 2.4 Thành phần vỏ chanh dây Theo nghiên cứu nhà khoa học, vỏ chanh dây có chứa nhiều pectin, hàm lượng carbohydrate cao, lượng protein thô vừa phải lượng lớn cellulose, tinh dầu, vitamin Ngoài thành phần cấu tạo vỏ chanh dây khơ cịn chứa chất (gam/100gam) sau:; Ẩm 9,93±0,12; Tro 7,52±0,02; Protein 4,05±0,61; Lipid >0,1; Chất xơ hịa tan 19,2±0,02; Chất xơ khơng hịa tan 38,05±0,02; Carbohydrate 21,28±0 2.5 Cơ sở lý luận phương pháp tách chiết cellulose Lignocellulose tên gọi chung cho thành phần vật chất chủ yếu cấu tạo nên loài thực vật, thành phần chủ yếu xếp theo thứ tự tỉ lệ giảm dần cellulose, hemicellulose lignin Lignocellulose chất phức hợp bao gồm polisaccarit, polyme có gốc phenol protein Các thành phần lignocellulose tạo thành dạng cấu trúc gọi vi sợi (microfibril), vi sợi tạo thành bó sợi góp phần điều chỉnh độ bền cấu trúc vách tế bào thực vật Các nguồn lignocellulose gỗ, rơm rạ, bã mía, cỏ, tận dụng việc chế biến nhiên liệu từ vật liệu sinh học có nguồn gốc khơng phải thực phẩm Các nguyên vật liệu lên men để tạo etanol, cracking thành khí đốt chuyển hóa thành than, đơn giản dùng trực tiếp dạng nhiên liệu, tức cho vào lò đem đốt sinh nhiệt Trong thực vật, cellulose bảo vệ lớp lignin dày đặc chống lại thủy phân enzym Vì vậy, cần xử lý ( bao gồm phương pháp hóa học, vật lý, nhiệt kết hợp chúng ) để phá vỡ lignin, tách lignin khỏi cellulose Khi thu cellulose dùng để sản xuất sản phẩm Bảng 1.1 Một số phương pháp tiền xử lý chế tác động chung chúng lên vật liệu lignoxenlulozơ Phương pháp Cơ chế tác động Nghiền nhỏ vật liệu lignocellulose thành mảnh nhỏ, phá vỡ cấu trúc vật liệu để tác nhân khác dễ tác động Phá vỡ cấu trúc tinh thể cellulose Kích thích liên kết hiđro cấu trúc tinh thể cellulose Kích thích liên kết β – 1,4 glicozit Phân huỷ phần cellulose nhiệt dộ 300oC Thuỷ phân hemicellulose hoà tan lignin Xà phịng hố vật liệu, biến đổi cấu trúc lignin so với lignin gốc Hoà tan lignin cellulose, phân tách tinh thể cellulose Tách cellulose khỏi vật liệu lignocellulose Kích thích liên kết hemicellulose, hồ tan lignin Hình thức xử lý Nghiền nhỏ Vi sóng Vật lí Siêu âm Chiếu xạ tia gamma Nhiệt phân Thuỷ phân axit Hoá học Tiền xử lý dung dịch kiềm Oxi hoá ozon hoá Xử lý với dung môi ion Xử lý với dung môi hữu Tuy nhiên, phương pháp có ưu nhược điểm khác nhau, tuỳ thuộc vào yêu cầu sản phẩm mà người ta sử dụng phương pháp tiền xử lý 2.6 Quy trình sản xuất giấy từ vỏ chanh dây 2.6.1 Nguyên liệu, hóa chất thiết bị - Vỏ chanh dây tươi lấy sở chế biến Hằng Hải – Đăk Nia - Hồ tinh bột: 30 gam - NaOH 1M: lít - Chất tẩy trắng giấy: H2O2 - Tấm lọc, máy xay, nồi điện - Khn định hình 2.4.2 Cách thực - Bước 1: Cân vỏ chanh dây sau rửa vỏ cắt nhỏ Hình 2.3 Vỏ chanh dây tươi cắt nhỏ - Bước 2: Đem vỏ phơi cân lại Hình 2.4 Vỏ chanh dây phơi khô - Bước 3: Xay nhuyễn vỏ phơi cho dung dịch NaOH 1M vào ( theo tỉ lệ 100 gam vỏ chanh dây khô + 100 ml NaOH 1M) để khoảng thời gian 24 giờ, phá vỡ liên kết este lignin cellulose đồng thời hoà tan lignin + Bước 4: Rửa NaOH lignin Sau thêm chất tẩy trắng (H2O2) Khuấy dung dịch lọc, rửa H2O2 thu cellulose Lấy sản phẩm kết hợp với chất kết dính (hồ tinh bột) thêm nước, khuấy để hỗn hợp lỏng 10 Hình 2.5 Pha hồ tinh bột - Bước 5: Khi chế bột lên rây, phần lớn nước chảy thoát Rây phải lắc đều, sợi nằm chồng lên tạo thành giấy có độ dày đồng Hình 2.6 Cơng đoạn rây bột 11 III KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 3.1 Thử nghiệm khơng có chất kết dính: Giấy tạo thơ, độ dai thấp, bền Khi thực nghiệm để viết lên khó, với bút mực giấy dễ bị nhòe Khi gia cơng bề mặt để tạo độ mịn, độ bóng khó Hình 3.1 Sản phẩm khơng có chất kết dính 3.2 Thử nghiệm có chất kết đinh Sản phẩm giấy tạo có độ kết dính tốt, dễ dàng tạo hình, tốc độ tạo sản phấm nhanh, độ bền độ dai cao Dễ dàng viết loại mực khác nhau, dễ tạo độ mịn, độ bóng Hình 3.2 Sản phẩm có chất kết dính 3.3 Đánh giá khả hiệu làm giấy từ vỏ chanh dây 12 Chúng em nghiên cứu, sản xuất thành công giấy mong đợi Theo kết mà chúng em đo tạo khoảng 25 - 30% khối lượng cellulose từ vỏ chanh dây khô hàm lượng tối đa vào khoảng 42% khối lượng vỏ chanh dây khô Nếu việc tận dụng từ vỏ chanh giây chúng em thấy có lợi đem đến khả áp dụng cao đem lại nguồn lợi không nhỏ từ việc tách chiết cellulose sau: - Vỏ chanh dây thu từ sở sản xuất miễn phí - Qui trình làm dễ thực hiện, nguồn nguyên liệu vỏ chanh dây nhiều, có quanh năm đặc điểm sinh trưởng ngắn lợi diện tích sản xuất tập trung tỉnh nhà - Nếu theo số liệu báo cao hàng năm sản lượng chanh dây Theo thống kê Sở Nông nghiệp Phát triển Nông thôn tỉnh Đắk Nơng, tháng 7/2016, diện tích chanh dây địa bàn tỉnh 485 ha, đến tháng lên 892 Với sản lượng trung bình tây nguyên khoảng 26,1 tấn/ha Nếu xét toàn tỉnh có khoảng 23000 vụ Đây nguồn nguyên liệu đủ để sản xuất lượng giấy lớn, đen lại giá trị kinh tế lớn biết khai thác nâng cao giá trị kinh tế 3.4 Hướng dẫn sử dụng sản phẩm Tùy thuộc vào mục đích áp dụng qui trình để sản xuất cellulose thơ để bán cho nhà sản xuất giấy Ngoài ra, mở rộng qui mơ ứng dụng để sản suất loại giấy màu, giấy đóng hộp,… làm bao bì sản phẩm địa phương vừa để quảng cảo thương hiệu, vừa để nâng tầm hiệu sản xuất tận dụng sản phẩm công nghiệp địa phương, vừa giúp ích cho việc nâng cao giá trị sản xt chanh dây nói chung Ngồi ra, cịn vùng khác biết khả sáng tạo, trí tuệ người vùng đất Đăk Nơng biết vận dụng trí thức nhân loại vào phục vụ phát triển địa phương IV Đánh giá đề tài 4.1 Tính tính sáng tạo đề tài - Lần nghiên cứu vỏ chanh dây để tạo giấy - Có thể xử lí vỏ chanh dây bị vứt cách lãng phí, tránh việc gây ô nhiễm môi trường - Nâng cao giá trị sản xuất chanh dây địa phương 4.2 Kết Sản xuất thành công bột giấy tạo sản phẩm giấy để sử dụng cho mục đích, cơng có ích giấy nháp, giấy viết, giấy thủ cơng… Qui trình sản xuất dễ dàng thuận lợi kinh tế, phương tiện, hóa chất thiết bị kỹ thuật Q trình nghiên cứu đề tài 13 cịn đem lại nhiều giá trị cho sống địa phương đặc biệt việc hướng đến giải vấn đề lớn q trình sản xuất nơng nghiệp địa phương phụ phẩm nông nghiệp gây ô nhiễm môi trường Ngoài ra, sản phẩm đề tài cịn giúp ích nhiều cho việc nâng cao giá trị hàng hóa sản xuất chế biến chanh dây tỉnh Đăk Nơng nói riêng vùng sản xuất khác tỉnh tây nguyên nói chung 4.3 Hướng phát triển dự án Trong thời gian tới chúng em tiếp tục nghiên cứu mở rộng dự án Chúng em không chiết cellulose từ vỏ chanh dây để sản xuất giấy Mà chúng em nghiên cứu để nâng cao hiệu suất tách cellulose, đồng thời tạo sản phẩm có nhiều ứng dụng khác từ cellulose tách từ vỏ chanh dây sản xuất tơ sợi 14 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Việt Hưng(2019), Nghiên cứu tách lignin xenlulozơ từ rơm rạ phương pháp axit kiềm hỗ trợ sóng siêu âm Đặng Hồng Quang, Cao Đức Anh(2016), Nghiên cứu chiết rút xenlulozơ từ rơm, rạ sản xuất mặt nạ giấy Hồ Sĩ Tráng (2006), Cơ sở hoá học gỗ xenluloza, Tập 1, NXB KH&KT Hà Nội Hồ Sĩ Tráng (2006), Cơ sở hoá học gỗ xenluloza, Tập 2, NXB KH&KT Hà Nội Thi Tuyet Mai Phan, Thi Sen Ngo ( 2019), Pectin and cellulose extraction from passion fruit peel waste Các tài liệu internet: https://www.chemhelper.com/; https://vi.wikipedia.org/; https://chemvn.com/; 15 ... nghiệp từ cellulose để vận dụng cho vỏ chanh dây - Đánh giá hiệu sản phẩm giấy thu từ vỏ chanh dây 1.3 Câu hỏi nghiên cứu Một câu hỏi đặt làm sử dụng vỏ chanh dây để tạo sản phẩm có ích cho sống hàng... pháp nghiên cứu 1.4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu số tài liệu quy trình làm giấy từ nguyên liệu vỏ loại - Nghiên cứu tài liệu tiêu chuẩn đảm bảo độ bền, giấy - Nghiên cứu số... Tính tính sáng tạo đề tài - Lần nghiên cứu vỏ chanh dây để tạo giấy - Có thể xử lí vỏ chanh dây bị vứt cách lãng phí, tránh việc gây nhiễm mơi trường - Nâng cao giá trị sản xuất chanh dây địa phương