TỔNG QUAN TỔNG QUAN
Tính chất Tính chất
Cellulose không tan trong nước nhưng có
Cellulose không tan trong nước nhưng có thể trương lên do hấp phụthể trương lên do hấp phụ nước Cellulosenước Cellulose bị phân hủy khi bị phân hủy khi đun nóng với đun nóng với axit hoặc kiềm đặc ở nồng axit hoặc kiềm đặc ở nồng độ cao Tuy nhiên, cellulose sẽ bịđộ cao Tuy nhiên, cellulose sẽ bị phân hủy bởi enzym ở nhiệt độ từ 30 – phân hủy bởi enzym ở nhiệt độ từ 30 – 50 50 oo C.C.
Trong tế bào thực vật cellulose liên kết chặt chẽ
Trong tế bào thực vật cellulose liên kết chặt chẽ với hemicelluose, pectin, ligin Cấuvới hemicelluose, pectin, ligin Cấu trúc đó ảnh hưởng rất nhiều đến hoạt động phân hủy cellulose của enz trúc đó ảnh hưởng rất nhiều đến hoạt động phân hủy cellulose của enzyme Trong tự nhiênyme Trong tự nhiên không có vi sinh vật nào có đầy đủ tất cả các enzyme trong hệ cellulose, vì thế phân hủy không có vi sinh vật nào có đầy đủ tất cả các enzyme trong hệ cellulose, vì thế phân hủy được phức cellulose đòi hỏi phải có sự tham gia cùng một lúc của nhiều nhóm vi sinh vật được phức cellulose đòi hỏi phải có sự tham gia cùng một lúc của nhiều nhóm vi sinh vật khác nhau khác nhau có khả năng phân hủy cellulose và tiêu thụ sản phẩm tạo ra.có khả năng phân hủy cellulose và tiêu thụ sản phẩm tạo ra.
Cellulose và cơ chế thủy phân Cellulose Cellulose và cơ chế thủy phân Cellulose
Cellulose là hệ enzym xúc tác se là hệ enzym xúc tác quá trình chuyển hóa cellulose thành các sản phẩm quá trình chuyển hóa cellulose thành các sản phẩm hòahòa tan thông qua xúc tác thủy phân tan thông qua xúc tác thủy phân liên kết βliên kết β-1,4 1,4-glucosid Hệ enzym cellulose khá phức tạp.glucosid Hệ enzym cellulose khá phức tạp. Một mặt chúng như một enzym cảm ứng, mặt khác chúng lại chịu tác động bởi sản phẩm
Một mặt chúng như một enzym cảm ứng, mặt khác chúng lại chịu tác động bởi sản phẩm cuối và chịu kiểm soát bởi cơ chế kiềm chế dị hóa. cuối và chịu kiểm soát bởi cơ chế kiềm chế dị hóa
Phân loại cellulose và cơ chế hoạt động Phân loại cellulose và cơ chế hoạt động
Từ năm 1906, những quan sát đầu tiên về cellulo
Từ năm 1906, những quan sát đầu tiên về cellulosse được tiến hành bởi Seilliere Saue được tiến hành bởi Seilliere Sau đó hàng loạt nghiên cứu của các tác giả đã được tổng kết một cách hệ thống và toàn diện đó hàng loạt nghiên cứu của các tác giả đã được tổng kết một cách hệ thống và toàn diện trong các công trình của Goksoyr và Eriksen, Bisaria và G trong các công trình của Goksoyr và Eriksen, Bisaria và Ghose, Enari, Tanaka vàhose, Enari, Tanaka và Matsun,…
Matsun,… đã cung cấp khá đầy đủ và chính xác về hệ enzym thủy phân cellulose.đã cung cấp khá đầy đủ và chính xác về hệ enzym thủy phân cellulose
Theo nghiên cứu của các tác giả trên thì hệ cellulase gồn 3 enzym chủ yếu:
Theo nghiên cứu của các tác giả trên thì hệ cellulase gồn 3 enzym chủ yếu:
● Exoglucanase (EC.3.2.1.91)Exoglucanase (EC.3.2.1.91) Enzym này còn có các tên gọi khác như: exo
Enzym này còn có các tên gọi khác như: exo ββ-1,4-glucanase, cellulase C1,-1,4-glucanase, cellulase C1, cellobiohydrolase, CBHl, cellobiosidase, avicelase, exo-cellobiohydrolase, exo- cellobiohydrolase, CBHl, cellobiosidase, avicelase, exo-cellobiohydrolase, exo-ββ glucancellobiahydralase, β glucancellobiahydralase, β-1,4 1,4-glucan cellobiosidase v.v Enzym này thủy phân liên kết βglucan cellobiosidase v.v Enzym này thủy phân liên kết β 1,4-1,4-glucosid từ đầu không khử của chuỗi ceglucosid từ đầu không khử của chuỗi celluose để tạo thành cellobiose; không thủy phânlluose để tạo thành cellobiose; không thủy phân cellulose dạng kết tinh và dạng hòa tan mà chỉ làm thay đổi tính chất lý hóa của chúng. cellulose dạng kết tinh và dạng hòa tan mà chỉ làm thay đổi tính chất lý hóa của chúng. Nhưng
Nhưng có có thể thể thủy thủy phân phân được được cellulose cellulose đã đã được được cắt cắt ngắn ngắn mạch mạch Có Có lẽ lẽ vai vai trò trò chính chính củacủa enzym này là giúp cho endglucanase tác động lên cellulose kết tinh. enzym này là giúp cho endglucanase tác động lên cellulose kết tinh
Hình 1 3 Hình 1 3 Cơ chế Cơ chế ho hoạt độạt độ ng c ng củủ a endoglucanase a endoglucanase
● ββ-glucosidase (EC.3.2.1.21)-glucosidase (EC.3.2.1.21) Ngoài
Ngoài ra ra còn còn có có các các tên tên gọi gọi khác khác như: như: cellobiase cellobiase ββ-D D-glucosidase, βglucosidase, β-1,6 1,6- glucosidase, р glucosidase, р nitrophenyl, βnitrophenyl, β-glucosidase, salicilinase,-glucosidase, salicilinase,… Enzym này thủy phân cellobiose… Enzym này thủy phân cellobiose và các cello- và các cello-oligosaccharit mạch ngắn tạo thành glucose; βoligosaccharit mạch ngắn tạo thành glucose; β glucosidase không tấn côngglucosidase không tấn công cellulose hoặc các cellodextrin khác. cellulose hoặc các cellodextrin khác
Hình 1 4 Hình 1 4 Cơ chế Cơ chế ho hoạt độạt độ ng c ng của β ủa β -glucosidase -glucosidase
Tổng quan về bã mía Tổng quan về bã mía 7
Theo từ điển bách khoa toàn thư, mía
Theo từ điển bách khoa toàn thư, mía là tên gọi chung của một số loài tronglà tên gọi chung của một số loài trong loại loại Saccharum Saccharum, bên cạnh các loài lau, lách khác Chúng vốn là các loài cỏ, có thân cao từ, bên cạnh các loài lau, lách khác Chúng vốn là các loài cỏ, có thân cao từ 2-
2-6 m, chia làm nhiều đ6 m, chia làm nhiều đốt, bên trong có chứaốt, bên trong có chứa đường Tất cả các giống mía trồng đều là cácđường Tất cả các giống mía trồng đều là các giống mía lai nội giống mía lai nội chi hoặc nội loại phức tạp Cây mía còn được coi là một trong sáu câychi hoặc nội loại phức tạp Cây mía còn được coi là một trong sáu cây nhiên liệu sinh học tốt nhất của thế giới trong tương lai (cây mía đứng đầu, tiếp đến là cọ nhiên liệu sinh học tốt nhất của thế giới trong tương lai (cây mía đứng đầu, tiếp đến là cọ dầu, cải dầu, gỗ, đậu nành và tảo). dầu, cải dầu, gỗ, đậu nành và tảo)
Hình 1 5 Hình Hình 1 5 Hìnhảả nh bã mía nh bã mía
Mía là cây công nghiệp lấy đường quan trọng của ngành công nghiệp đường Trong
Mía là cây công nghiệp lấy đường quan trọng của ngành công nghiệp đường Trong thân mía ch thân mía chứaứa khoảng 80–90% nước dịch, trong dịch có chứa khoảng 16khoảng 80–90% nước dịch, trong dịch có chứa khoảng 16 18% đường Vào18% đường Vào thời kỳ thời kỳ mía già, người ta thu hoạch mía rồi đem ép lấy nước dịch Nước dịch mía đượcmía già, người ta thu hoạch mía rồi đem ép lấy nước dịch Nước dịch mía được chiết lọc và cô đặc thành đường Bã mía chiếm khoảng 25 chiết lọc và cô đặc thành đường Bã mía chiếm khoảng 25 30% khối lượng mía đem ép.30% khối lượng mía đem ép Ở Việt Nam, phần lớn bã mía sau khi được ép đường thường được dùng làm thức ăn Ở Việt Nam, phần lớn bã mía sau khi được ép đường thường được dùng làm thức ăn cho trâu bò hoặc cho trâu bò hoặc phơi khô phơi khô làm chất đốt đun nấu hàng ngàylàm chất đốt đun nấu hàng ngày hoặc đem vứt bỏ, vừa bẩn vừahoặc đem vứt bỏ, vừa bẩn vừa mất vệ sinh Như vậy, nguồn nguyên liệu mất vệ sinh Như vậy, nguồn nguyên liệu phế phẩm này hiện nay đanphế phẩm này hiện nay đang sử dụng không hiệug sử dụng không hiệu quả và gây ra ô nhiễm môi trường. quả và gây ra ô nhiễm môi trường Mật rỉ đường cũng là một phụ phẩm của ngành sảMật rỉ đường cũng là một phụ phẩm của ngành sản xuấtn xuất đường thu được sau khi kết tinh đường tinh thể. đường thu được sau khi kết tinh đường tinh thể
1.2.1 Tình hình trữ lượngTình hình trữ lượng
Lúa là cây trồng chủ lực ở Việt Nam, tuy nhiên các loại hoa màu, cây công nghiệp
Lúa là cây trồng chủ lực ở Việt Nam, tuy nhiên các loại hoa màu, cây công nghiệp ngắn ngày cũng ngày càng chiếm được ưu thế trong cơ cấu cây trồng của Việt Nam Trong ngắn ngày cũng ngày càng chiếm được ưu thế trong cơ cấu cây trồng của Việt Nam Trong số các cây công nghiệp ngắn số các cây công nghiệp ngắn ngày phải kể đến mía với sản lượng đạt gần 564.300 tấn nămngày phải kể đến mía với sản lượng đạt gần 564.300 tấn năm
2015 Bã mía chiếm 29% khối lượng cây mía, điều này có nghĩa là
2015 Bã mía chiếm 29% khối lượng cây mía, điều này có nghĩa là một năm cả nước sẽmột năm cả nước sẽ thải ra 163,674 tấn bã mía Do khối lượng bã mía lớn nên vấn đề xử lý chúng còn chưa triệt thải ra 163,674 tấn bã mía Do khối lượng bã mía lớn nên vấn đề xử lý chúng còn chưa triệt để Khu vực thường xuyên ô nhiễm là xung quanh nhà máy đường Công suất của các nhà để Khu vực thường xuyên ô nhiễm là xung quanh nhà máy đường Công suất của các nhà máy đường hiện nay từ vài chục tấn cho đến vài trăm tấn thì lượng bã mía thải ra cũng máy đường hiện nay từ vài chục tấn cho đến vài trăm tấn thì lượng bã mía thải ra cũng tương đương Diện tích các nhà máy đa số đều không dành chỗ cho khu vực chứa bã mía tương đương Diện tích các nhà máy đa số đều không dành chỗ cho khu vực chứa bã mía hoặc chiếm diện tích khá hoặc chiếm diện tích khá khiêm tốn Các nhà máy thường lén đem bã mía ra sông, kênhkhiêm tốn Các nhà máy thường lén đem bã mía ra sông, kênh rạch hoặc thuê các ghe đem đổ ở ngoài sông lớn. rạch hoặc thuê các ghe đem đổ ở ngoài sông lớn
Bảả ng 1 1 Tình hìn ng 1 1 Tình hình s h sảả n xu n xuất mía đườ ất mía đườ ng và tr ng và trữ ữ lượng mía đườ lượng mía đườ ng ng
Năm Năm Diện tích mía (ha)Diện tích mía (ha) Sản lượng mía (tấn)Sản lượng mía (tấn) Trữ lượng mía (tấn)Trữ lượng mía (tấn)
Nguồn: Tổ chức Nông Lương Liên hiệp quốcTổ chức Nông Lương Liên hiệp quốc FAO (2013) FAO (2013)
Theo thống kê trên thế giới của FAO, khoảng 200 quốc gia và vùng lãnh thổ trồng
Theo thống kê trên thế giới của FAO, khoảng 200 quốc gia và vùng lãnh thổ trồng mía và sản lượng đạt 1.832,5 triệu tấn Còn ở Việt Nam niên vụ 2013 mía và sản lượng đạt 1.832,5 triệu tấn Còn ở Việt Nam niên vụ 2013 2014, diện tích mía2014, diện tích mía nguyên liệu vào khoảng 305.000 ha trong đó diện tích tập trung của các nhà máy đường là nguyên liệu vào khoảng 305.000 ha trong đó diện tích tập trung của các nhà máy đường là 221.816 ha với sản lượng đạt 16 triệu tấn Theo tính toán của các nhà khoa học, việc chế
221.816 ha với sản lượng đạt 16 triệu tấn Theo tính toán của các nhà khoa học, việc chế biến 10 biến 10 triệu tấn mtriệu tấn mía để ía để làm đường làm đường sinh ra sinh ra một lượng phế một lượng phế thải khổng lồ thải khổng lồ khoảng 2,5 triệukhoảng 2,5 triệu tấn bã mía. tấn bã mía
1.2.3 Thành phần của bã mí Thành phần của bã mí aa
Bã mía là phần xơ còn lại của thân cây mía sa
Bã mía là phần xơ còn lại của thân cây mía sau quá trình ép mía Bã mía gồm có sợiu quá trình ép mía Bã mía gồm có sợi xơ, nước và một lượng tương đối nhỏ các chất hòa tan chủ yếu là đường. xơ, nước và một lượng tương đối nhỏ các chất hòa tan chủ yếu là đường Bã mía chiếm 25Bã mía chiếm 25 30% trọng lượng mía đem ép Trong bã mía tươi trung bình chứa 49% là nước; 48,5% là30% trọng lượng mía đem ép Trong bã mía tươi trung bình chứa 49% là nước; 48,5% là xơ (trong đó 45 – xơ (trong đó 45 – 55% xenlulozơ); 2,5% chất hòa tan (đường) Tuỳ theo loại mía và đặc55% xenlulozơ); 2,5% chất hòa tan (đường) Tuỳ theo loại mía và đặc điểm nơi trồng mía mà các thành phần hoá điểm nơi trồng mía mà các thành phần hoá học có trong bã mía có thể học có trong bã mía có thể biến đổi Hàm lượngbiến đổi Hàm lượng phần trăm các thành phần hoá học chính của bã mía được chỉ ra trong bảng sau: phần trăm các thành phần hoá học chính của bã mía được chỉ ra trong bảng sau:
Bảả ng 1 2 Thành ph ng 1 2 Thành phầầ n hoá h n hoá họọ c c c củủ a bã mía a bã mía
STT STT Thành phầnThành phần % khối lượng% khối lượng
44 Chất hòa tan khác (tro, sáp, Chất hòa tan khác (tro, sáp, protein,…)protein,…) 5-35-3
Nguồn: Nghiên cứu công nghệ làm phân vi sinh từ bã mía, Bộ công thương (2009) Nguồn: Nghiên cứu công nghệ làm phân vi sinh từ bã mía, Bộ công thương (2009) Xenlulozơ
Xenlulozơ : Xenlulozơ là polisaccarit do các mắ: Xenlulozơ là polisaccarit do các mắt xích αt xích α glucozơ [Cglucozơ [C66HH77OO22(OH)(OH)33]]nn nốinối với nhau bằng liên kết 1,4 với nhau bằng liên kết 1,4 glicozit Phân tử khối của xenlulozơ rất lớn, khoảng từ 10.000glicozit Phân tử khối của xenlulozơ rất lớn, khoảng từ 10.000 –
Hemixenluloza loza: Về cơ bản, hemi xenlulozơ : Về cơ bản, hemi xenlulozơ là polisaccarit giống như xenlulozơ,là polisaccarit giống như xenlulozơ, nhưng có số lượng mắt xích nhỏ hơn He nhưng có số lượng mắt xích nhỏ hơn Hemixenlulozơ thường bao gồm nhiều loại mắt xíchmixenlulozơ thường bao gồm nhiều loại mắt xích và có chứa các nhóm thế axetyl và metyl. và có chứa các nhóm thế axetyl và metyl
Lignin: Lignin là loại polyme được tạo bởi các mắt xích phenylpropan Lignin giữ: Lignin là loại polyme được tạo bởi các mắt xích phenylpropan Lignin giữ vai trò là vai trò là chất kết nối giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ chất kết nối giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ
Cấu tạo bã mía: Chiều dà
Cấu tạo bã mía: Chiều dài sợi khoảng: 0,15 ÷ 2,17 mm, ci sợi khoảng: 0,15 ÷ 2,17 mm, chiều rộng khoảng: 21 ÷ 28hiều rộng khoảng: 21 ÷ 28 àm. àm.
1.2.4 Một số ứng dụng của bã míaMột số ứng dụng của bã mía Để giải quyết vấn đề bã mía tồn đọng tại các nhà máy đường hiện nay, có nhiều Để giải quyết vấn đề bã mía tồn đọng tại các nhà máy đường hiện nay, có nhiều nghiên cứu hướng về bã mía nghiên cứu hướng về bã mía Thời gian gần đây nhiều nghiên cứu sử Thời gian gần đây nhiều nghiên cứu sử dụng bã mía đã đượcdụng bã mía đã được ứng dụng thành công. ứng dụng thành công
1.2.5 Ứng dụng sử lý môi trườngỨng dụng sử lý môi trường Với thành phần chính là xenlulozo và hemixenlulozo, bã mía có thể biến tính để trở
Với thành phần chính là xenlulozo và hemixenlulozo, bã mía có thể biến tính để trở thành vật liệu thành vật liệu tốt Trên thế giới có một số nhà khoa học nghiên cứu bã mía để làm vật liệutốt Trên thế giới có một số nhà khoa học nghiên cứu bã mía để làm vật liệu hấp phụ hấp phụ xử lý môi trường.xử lý môi trường
Tác giả Avinash Gupta và cs (2014) tại Ấn Độ đã nghiên cứu việ
Tác giả Avinash Gupta và cs (2014) tại Ấn Độ đã nghiên cứu việc sử dụng bã mía đểc sử dụng bã mía để chế tạo vật liệu hấp phụ chế tạo vật liệu hấp phụ nhằm loại bỏ As (III) và As (V) ra khỏi nước Dung lượng hấp phụnhằm loại bỏ As (III) và As (V) ra khỏi nước Dung lượng hấp phụ cực đại đối với As(III) là 28,57 m cực đại đối với As(III) là 28,57 mg/g, với As(V)g/g, với As(V) là 34,48 mg/g.là 34,48 mg/g.
Các tác giả Sumanjit, Walia TPS and Ravneet Kaur (2007) đã tiến hành nghiên cứu
Tổng quan về aerogel Tổng quan về aerogel 12
Aerogel là một loại siêu vật liệu tiềm năng với những tính năng ưu việt, có nhiều Aerogel là một loại siêu vật liệu tiềm năng với những tính năng ưu việt, có nhiều ứng dụng trong tương lai Sự ra đời của aerogel bắt nguồn từ một câu chuyện được kể lại ứng dụng trong tương lai Sự ra đời của aerogel bắt nguồn từ một câu chuyện được kể lại vào cuối những năm 1920, khi Samuel Kistler (1900 vào cuối những năm 1920, khi Samuel Kistler (1900 1975), giáo sư hóa học người Mỹ đã1975), giáo sư hóa học người Mỹ đã đánh cược với đồng nghiệp của mình Charles Learnrd rằng “có tồn tại một loại gel không đánh cược với đồng nghiệp của mình Charles Learnrd rằng “có tồn tại một loại gel không lỏng” Tất nhiên, không một ai tin điều lỏng” Tất nhiên, không một ai tin điều ông nói là đúng Vì đặc tính ông nói là đúng Vì đặc tính lỏng vốn là đặc tính cốlỏng vốn là đặc tính cố hữu của gel được biết đến trong một thời gian dài trước đó Bằng sự kiên trì và quyết tâm hữu của gel được biết đến trong một thời gian dài trước đó Bằng sự kiên trì và quyết tâm của mình, sau nhiều thử nghiệm và gặp không ít thất bại, cuối cùng Kistler đã tìm ra một của mình, sau nhiều thử nghiệm và gặp không ít thất bại, cuối cùng Kistler đã tìm ra một loại gel ở trạng thái khí (không phải loại gel ở trạng thái khí (không phải trạng thái lỏng), một loại gel mới trạng thái lỏng), một loại gel mới chưa từng được biếtchưa từng được biết đến, thậm chí chưa một ai tưởng tượng ra nó Ông đã trở thành người đầu tiên thay thế đến, thậm chí chưa một ai tưởng tượng ra nó Ông đã trở thành người đầu tiên thay thế được trạng thái lỏng của gel thành trạng thái khí, và đặt tên cho nó là “ được trạng thái lỏng của gel thành trạng thái khí, và đặt tên cho nó là “Aerogel” Năm 1931,Aerogel” Năm 1931, ông đã công bố phát hiện của mình trong bài viết “Coherent Expanded Aerogels and ông đã công bố phát hiện của mình trong bài viết “Coherent Expanded Aerogels and Jellies”, đăng trên tạp chí khoa học Nature.
Jellies”, đăng trên tạp chí khoa học Nature
Aerogel còn được ông gọi là Alcogel, do được el còn được ông gọi là Alcogel, do được chế tạo từ gel silica (SiOchế tạo từ gel silica (SiO22) và ancol.) và ancol. Nói một cách đơn giản, chỉ cần cho rượu bay hơi khỏi gel silica sẽ tạo ra cấ
Nói một cách đơn giản, chỉ cần cho rượu bay hơi khỏi gel silica sẽ tạo ra cấu trúc aerogel,u trúc aerogel, giống như thổi không khí qua một miếng bọt biển thấm nước, nó sẽ bị khô đi Tuy nhiên giống như thổi không khí qua một miếng bọt biển thấm nước, nó sẽ bị khô đi Tuy nhiên,, trên thực tế, nếu để tự nhiên sẽ không bao giờ xảy ra quá trình đó Thay vì chỉ dựa trên sự trên thực tế, nếu để tự nhiên sẽ không bao giờ xảy ra quá trình đó Thay vì chỉ dựa trên sự bốc hơi, aerogel được bốc hơi, aerogel được chế tạo qua chế tạo qua các công đcác công đoạn như sau: ban oạn như sau: ban đầu, cần tạo đầu, cần tạo ra môi trườngra môi trường gel một nhiệt độ và áp suất đạt đến điểm tới hạn ở mức mà không có sự khác gel một nhiệt độ và áp suất đạt đến điểm tới hạn ở mức mà không có sự khác biệt nhiều biệt nhiều giữa chất lỏng và chất khí Tiếp đến, giữ nguyên mức nhiệt độ ở điểm tới hạn, giảm từ từ giữa chất lỏng và chất khí Tiếp đến, giữ nguyên mức nhiệt độ ở điểm tới hạn, giảm từ từ áp suất Khi áp suất giảm, các phân tử được giải phóng dưới dạng khí và lỏng với mật độ áp suất Khi áp suất giảm, các phân tử được giải phóng dưới dạng khí và lỏng với mật độ không quá dày đặc Bước tiếp theo là làm lạnh Trước khi làm lạnh, sẽ có một lượng ancol không quá dày đặc Bước tiếp theo là làm lạnh Trước khi làm lạnh, sẽ có một lượng ancol được nhưng tự lại thành chất lỏng, sau đó sẽ được chuyển thành dạng hơi như ban đầu. được nhưng tự lại thành chất lỏng, sau đó sẽ được chuyển thành dạng hơi như ban đầu. Những gì còn lại s
Những gì còn lại sẽ là một ẽ là một chất rắn bằng chất rắn bằng silica, nhưng thay vì ở silica, nhưng thay vì ở dạng lỏng thì nó lại dạng lỏng thì nó lại chứachứa đầy không khí Sản phẩm thu được ở bước này có thể gọi là alcogel Alcogel sau khi bị đầy không khí Sản phẩm thu được ở bước này có thể gọi là alcogel Alcogel sau khi bị khử rượu sẽ được gọi là ae khử rượu sẽ được gọi là aerogel (rượu đã bị thay thế bằng khí).rogel (rượu đã bị thay thế bằng khí)
Nhờ những tiến bộ tiến bộ kĩ thuật, kĩ thuật, aerogel aerogel được các được các nhà khoa nhà khoa học chế học chế biến để biến để có nhữngcó những đặc tính theo yêu cầu sử dụng đa dạng trong c đặc tính theo yêu cầu sử dụng đa dạng trong công nghiệp Tuỳ vào vật liệu gốc, aerogel sẽông nghiệp Tuỳ vào vật liệu gốc, aerogel sẽ sở hữu những đặc tính khác nhau. sở hữu những đặc tính khác nhau
Hình 1 6 Hình 1 6 Aerogel có độ Aerogel có độ b bền cơ học tương đố ền cơ học tương đố i l i l ớ ớ n n
Aerogel của một số loại được phát triển như :
Aerogel của một số loại được phát triển như :
● Aerogel hữu cơ (PolyurethaneAerogel hữu cơ (Polyurethane(Rigacci et al 2004), res(Rigacci et al 2004), resorcinol- formaldehyd (Pizzi,orcinol- formaldehyd (Pizzi,
Orovan, and Cameron 1984), Polystyrene (Ilhan et al
Orovan, and Cameron 1984), Polystyrene (Ilhan et al 2006), polyimide (Nguyen et2006), polyimide (Nguyen et al 2016). al 2016).
● Aerogel vô cơ (SiOAerogel vô cơ (SiO22 được sản xuất từ các loại alkoxysilanes khác nhau Alđược sản xuất từ các loại alkoxysilanes khác nhau Al22OO33, TiO, TiO22,, ZrO
ZrO22, SiC, v.v.) (Ziegler et al 2017)(Korhonen et al 2011)(Y Li et al 2019)., SiC, v.v.) (Ziegler et al 2017)(Korhonen et al 2011)(Y Li et al 2019).
● Aerogel carbon (tức là ống nano carbon, carbon và graphene)Aerogel carbon (tức là ống nano carbon, carbon và graphene) (Tamon et al.(Tamon et al. 1997)(Zou et al 2010)(Wang et al 2017)(Aliev et
1997)(Zou et al 2010)(Wang et al 2017)(Aliev et al 2009).al 2009).
Gần đây, với yêu cầu hoá học xanh cellulose aerogel đã thu hút được sự chú ý sâu
Gần đây, với yêu cầu hoá học xanh cellulose aerogel đã thu hút được sự chú ý sâu rộng cho sự phát triển của aerogel bởi khả năng phân hủy sinh học, tính bền vững và cấu rộng cho sự phát triển của aerogel bởi khả năng phân hủy sinh học, tính bền vững và cấu trúc nano của nó Cellulose ae trúc nano của nó Cellulose aerogel sở hữu những tính chất ưu việt:rogel sở hữu những tính chất ưu việt:
● Khối lượng riêng nhỏKhối lượng riêng nhỏ
● Mật độ thấp, thể tích lỗ rỗng cao, độ xốp lớnMật độ thấp, thể tích lỗ rỗng cao, độ xốp lớn
● Tính bền vững và khả năng phân hủy sinh họcTính bền vững và khả năng phân hủy sinh học
● Khả năng dẫn điện kémKhả năng dẫn điện kém Những đặc
Những đặc tính đặc tính đặc biệt biệt này này của của cellulose cellulose aerogel aerogel hứa hứa hẹn hẹn cho cho các các ứng dụng ứng dụng kháckhác nhau, bao gồm các thiết bị lưu trữ năng lượng, cảm biến nhau, bao gồm các thiết bị lưu trữ năng lượng, cảm biến (Rahman et al 2008)(Chen, Paul,(Rahman et al 2008)(Chen, Paul, and Dai 2017) and Dai 2017), xử lý chất ô nhiễm, xử lý chất ô nhiễm (Liu et al 2016)(Z Li et al 2018),(Liu et al 2016)(Z Li et al 2018), vật liệu cách nhiệtvật liệu cách nhiệt (Baetens, Jelle, and Gustavsen 2011)(Jelle, Baetens, and Gustavsen 2
(Baetens, Jelle, and Gustavsen 2011)(Jelle, Baetens, and Gustavsen 2015).015).
1.3.2 Tình hình công bố sáng chế về nghiên cứu và ứng dụng vật liệu aerogelbố sáng chế về nghiên cứu và ứng dụng vật liệu aerogel Đến tháng 05/2019, có hơn 200 sáng chế về nghiên cứu và ứng dụng aerogel đã được Đến tháng 05/2019, có hơn 200 sáng chế về nghiên cứu và ứng dụng aerogel đã được công bố Giai đoạn 1995–2010, số lượng sáng chế tăng nhưng không đồng đều Giai đoạn công bố Giai đoạn 1995–2010, số lượng sáng chế tăng nhưng không đồng đều Giai đoạn 2011
2011 –2018, số lượng –2018, số lượng sáng chế tăng liên sáng chế tăng liên tục, đỉnh đitục, đỉnh điểm là năm 2018, ểm là năm 2018, năm có số lượnăm có số lượng sángng sáng chế được công bố nhiều nhất qua các năm Qua đó cho thấy trong những năm gần đây, việc chế được công bố nhiều nhất qua các năm Qua đó cho thấy trong những năm gần đây, việc nghiên cứu và ứng dụng aerogel trong xây dựng đang được quan tâm trên thế giới. nghiên cứu và ứng dụng aerogel trong xây dựng đang được quan tâm trên thế giới
Các nghiên cứu gần đây về aerogel tập trung vào việc cải tiến phương thức làm khô
Các nghiên cứu gần đây về aerogel tập trung vào việc cải tiến phương thức làm khô và cách thức tạo ra aerogel từ các nguồn nguyên liệu khác nhau. và cách thức tạo ra aerogel từ các nguồn nguyên liệu khác nhau a) a) Trên thế giớiTrên thế giới Nick Linneen và c
Nick Linneen và cộng sựộng sự (Linneen, Pfeffer, and Lin 2013)(Linneen, Pfeffer, and Lin 2013) đã nghiên cứu và chế tạođã nghiên cứu và chế tạo silica aerogel xốp có độ xốp cao được tẩm tetraethylenepentamine (TEPA) làm vật liệu dự silica aerogel xốp có độ xốp cao được tẩm tetraethylenepentamine (TEPA) làm vật liệu dự trữ CO trữ CO22 Quoc Ba Thai và cộng sự Quoc Ba Thai và cộng sự(Thai et al 2020)(Thai et al 2020)nghiên cứu và chế tạo vật liệu cellulosenghiên cứu và chế tạo vật liệu cellulose aerogel từ bã mía ứng dụng để xử lý dầu tràn bằng cách phủ lớp kị nước MTMS, kết quả aerogel từ bã mía ứng dụng để xử lý dầu tràn bằng cách phủ lớp kị nước MTMS, kết quả là khả năng hấp thụ lớn nhất là 25g/g Tương tự như vậy thì là khả năng hấp thụ lớn nhất là 25g/g Tương tự như vậy thì John G ReynoldJohn G Reynold và cộng sựvà cộng sự (Reynolds, Coronado, and Hrubesh 2001)
(Reynolds, Coronado, and Hrubesh 2001) đã tổng hợp thành công các aerogel có chứađã tổng hợp thành công các aerogel có chứa nhóm CF nhóm CF33 có thể hấp thụ dầu gấp 273 lần trọng lượng của chúng Yue Jiaocó thể hấp thụ dầu gấp 273 lần trọng lượng của chúng Yue Jiao (Wan et al.(Wan et al.
2015) và các cộng sự đã sử dụng cộng sự đã sử dụng aerogel như một chất mang kết aerogel như một chất mang kết hợp với hợp với xúc tác oxit sắtxúc tác oxit sắt từ trong quá trình xử lý nước thải công nghiệp có chứa thuốc nhuộm gây nguy hại cho môi từ trong quá trình xử lý nước thải công nghiệp có chứa thuốc nhuộm gây nguy hại cho môi trường Hoạt tính xúc tác được cải thiện đáng kể so với quá trình làm sạch thông thường. trường Hoạt tính xúc tác được cải thiện đáng kể so với quá trình làm sạch thông thường. Hong Juan Geng (Zhang et al 2012)
Đánh giá khả năng hấp phụ thuốc nhuộm Đánh giá khả năng hấp phụ thuốc nhuộm 26
Thực nghiệm: Pha thuốc nhuộm methylene blue (MB) có nồng độ 5 g/L vào trong
Thực nghiệm: Pha thuốc nhuộm methylene blue (MB) có nồng độ 5 g/L vào trong bình định mức 100 mL Tiến hàn bình định mức 100 mL Tiến hành phân tán lần lượt 0,05 g chất hấp h phân tán lần lượt 0,05 g chất hấp phụ vào trong 30 mLphụ vào trong 30 mL dung dịch dung dịch thuốc nhuộm có nồng độ từ 10thuốc nhuộm có nồng độ từ 10-4-40 (ppm), khuấy ở nhiệt độ phòng, sau từng0 (ppm), khuấy ở nhiệt độ phòng, sau từng khoảng thời gian cố định lấy mẫu đem ly tâm lọc tách chất rắn, dung dịch thu được phân khoảng thời gian cố định lấy mẫu đem ly tâm lọc tách chất rắn, dung dịch thu được phân tích xác định nồng độ trên máy tích xác định nồng độ trên máy quang phổ UVquang phổ UV-Vis.-Vis. Để tính nồng độ còn lại sau Để tính nồng độ còn lại sau các khoảng thời gian nhất định ta các khoảng thời gian nhất định ta xây dựng đường chuẩnxây dựng đường chuẩn của thuốc nhuộm Pha dung dịch MB nồng độ 0,2 ppm; 0,4 ppm; 1 ppm; 2 ppm; 4 ppm; 6 của thuốc nhuộm Pha dung dịch MB nồng độ 0,2 ppm; 0,4 ppm; 1 ppm; 2 ppm; 4 ppm; 6 ppm; 8 ppm; 9 ppm; 10 ppm rồi tiến hành đo phổ tử ngoại khả kiến tại λ ppm; 8 ppm; 9 ppm; 10 ppm rồi tiến hành đo phổ tử ngoại khả kiến tại λmax max = 664 nm = 664 nm.
Kết quả đo mật độ qua Kết quả đo mật độ quang của dung dịch MB được ng của dung dịch MB được trình bày ở Bảng 2.1.trình bày ở Bảng 2.1
Bảả ng 2 1K ng 2 1K ế ế t qu t quảả đo mật độđo mật độ quang c quang củủ a dung d a dung d ị ị ch MB ch MB
Nồng độ độ MBMB (ppm)
0,2 0,2 0,4 0,4 1 1 2 2 4 4 6 6 8 8 9 9 1010 Độ hấp thụ (Abs) Độ hấp thụ (Abs) 0,095 0,120 0,095 0,120 0,205 0,390,205 0,396 0,804 6 0,804 1,221 1,456 1,221 1,456 1,696 1,7951,696 1,795
Hình 2 5 Hình 2 5 Đườ Đườ ng chu ng chuẩ ẩ n, c n, cấ ấ u trúc hóa h u trúc hóa họọ c và ph c và phổ ổ UV-Vis c UV-Vis củủ a thu a thuố ố c nhu c nhuộộ m MB m MB
Từ Bảng 2.1 ta xây dựng đường chuẩn của MB Đường chuẩn của thuốc nhuộm MB
Từ Bảng 2.1 ta xây dựng đường chuẩn của MB Đường chuẩn của thuốc nhuộm MB dùng trong quá trình hấp phụ và cấu trúc hóa học của thuốc nhuộm MB được mô tả trên dùng trong quá trình hấp phụ và cấu trúc hóa học của thuốc nhuộm MB được mô tả trên Hình 2.5.
Đánh giá khả năng hấp phụ dầu tràn Đánh giá khả năng hấp phụ dầu tràn 27
Mẫu kiểm tra, đánh giá khả năng hấp thụ dầu tàn của vật liệu aerogel cellulose phủ
Mẫu kiểm tra, đánh giá khả năng hấp thụ dầu tàn của vật liệu aerogel cellulose phủ MTMS tuân theo quy chuẩn ASTM (F726
MTMS tuân theo quy chuẩn ASTM (F726 06) Cân 1 lượng mẫu cho vào cốc có chứa 106) Cân 1 lượng mẫu cho vào cốc có chứa 1 lượng dầu thô lẫn trong nước, thời gian hấp phụ là 30 phút Sau đó cân khối lượng mẫu sau lượng dầu thô lẫn trong nước, thời gian hấp phụ là 30 phút Sau đó cân khối lượng mẫu sau hấp phụ Khả năng hấp phụ dầu tối đa được tính theo công thức sau: hấp phụ Khả năng hấp phụ dầu tối đa được tính theo công thức sau:
Trong đó: Qm (g/g): là khả năng hấ
Trong đó: Qm (g/g): là khả năng hấp thụ dầu tối đap thụ dầu tối đa
Ms (g) và Mt (g): là khối lượng m
Ms (g) và Mt (g): là khối lượng mẫu trước và sau khi hấp ẫu trước và sau khi hấp phụphụ
Các phương pháp đặc trưng vật liệu Các phương pháp đặc trưng vật liệu 2828 1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) 1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) 28
2.6.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) (XRD)
Nguyêntắc:tắc: Trong mạng tinh thể, các Trong mạng tinh thể, các đơn vị cấu trúc tạo thành những họ mặt phẳngđơn vị cấu trúc tạo thành những họ mặt phẳng nút hkl khác nhau, các mặt phẳng này có thể phản xạ các tia X giống như các tia sáng bị nút hkl khác nhau, các mặt phẳng này có thể phản xạ các tia X giống như các tia sáng bị phản xạ bởi gương phản xạ bởi gương phẳng Khi chiếu một chùm tia X vào tiphẳng Khi chiếu một chùm tia X vào tinh thể, điện từ trườnnh thể, điện từ trường của tia Xg của tia X sẽ tương sẽ tương tác với các nguyên tử nằm tác với các nguyên tử nằm trong mạng tinh thể và làm xuất hiện các trong mạng tinh thể và làm xuất hiện các tia X thứ cấp,tia X thứ cấp, một số trong các tia X thứ cấp này có một số trong các tia X thứ cấp này có bước sóng bằng nhau nên chúng có thể giao thoa vớibước sóng bằng nhau nên chúng có thể giao thoa với nhau theo cách làm tăng cường độ Giả sử có hai mặt phẳng nút hkl liên tiếp (như hình vẽ) nhau theo cách làm tăng cường độ Giả sử có hai mặt phẳng nút hkl liên tiếp (như hình vẽ) nằm cách nhau một khoảng nằm cách nhau một khoảng hklhkl Chùm tia X đơn sắc gồm các Chùm tia X đơn sắc gồm các tia song song được chiếu lêntia song song được chiếu lên tinh thể tạo thành với các mặt này một góc θ Giả sử hai tia M tinh thể tạo thành với các mặt này một góc θ Giả sử hai tia M11AA11 N N11 và M và M22AA22 N N22 có cùng có cùng bước sóng thì theo Bragg chúng sẽ giao thoa khi thỏa mãn phương trình: 2dsinθ bước sóng thì theo Bragg chúng sẽ giao thoa khi thỏa mãn phương trình: 2dsinθ = n= n
Thực nghiệm: Các mẫu được đo XRD trên máy D8 Advance (Bruker Các mẫu được đo XRD trên máy D8 Advance (Bruker Đức) tạiĐức) tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đại học Quốc gia Hà Nội Dùng bức xạ của Cu Kα,Đại học Quốc gia Hà Nội Dùng bức xạ của Cu Kα, λ =1.5406 Å, khoảng quét 2θ λ =1.5406 Å, khoảng quét 2θ= 5= 5 – – 80 80 oo
2.6.2 Phương pháp phổ hồng ngoại (FT
2.6.2 Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR)-IR)
Nguyên tắc: Phương pháp đo phổ hồng ngoại là phương pháp đo sự hấp thụ bức xạPhương pháp đo phổ hồng ngoại là phương pháp đo sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại khi nó đi qua một lớp chất cần thử, ở các thông số khác hồng ngoại khi nó đi qua một lớp chất cần thử, ở các thông số khác nhau, vùng bức xạ hồngnhau, vùng bức xạ hồng ngoại sử dụng có độ dài sóng từ 0,8 ngoại sử dụng có độ dài sóng từ 0,8 10000 μm Phương pháp xây dựng dựa trên khả năng10000 μm Phương pháp xây dựng dựa trên khả năng hấp thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại của các hợp chất hóa học khác nhau Sau khi hấp thụ hấp thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại của các hợp chất hóa học khác nhau Sau khi hấp thụ các bức xạ hồng ngoại, các phân tử có các dao động và xuất hiện dải phổ hấp thụ. các bức xạ hồng ngoại, các phân tử có các dao động và xuất hiện dải phổ hấp thụ
Thực nghiệm: Phép đo phổ được đo tại PTN Lọc – Phép đo phổ được đo tại PTN Lọc – Hóa dầu, khoa Dầu khí, trườngHóa dầu, khoa Dầu khí, trường Đại học Mỏ Đại học Mỏ Địa chất, trênĐịa chất, trên thiết bị FTIR Affinitythiết bị FTIR Affinity - 1S- 1S – – Shimadzu Shimadzu.
2.6.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
Nguyên tắc: Phương pháp đo SEM sử dụng chùm tia điện tử để tạo thành ảnh mẫuPhương pháp đo SEM sử dụng chùm tia điện tử để tạo thành ảnh mẫu nghiên cứu Trong thiết bị SEM, chùm nghiên cứu Trong thiết bị SEM, chùm electron từ ống phóng được đi qua melectron từ ống phóng được đi qua một vật kính vàột vật kính và được lọc thành một dòng hẹp Vật kính c được lọc thành một dòng hẹp Vật kính chứa một số cuộn dây (cuộn hứa một số cuộn dây (cuộn lái electron) được cunglái electron) được cung cấp với điện thế thay đổi, cuộn dây tạo nên một trường điện từ tác động lên chùm elec cấp với điện thế thay đổi, cuộn dây tạo nên một trường điện từ tác động lên chùm electron,tron, từ đó chùm electron sẽ quét lên bề mặt mẫu tạo thành trường quét Tín hiệu của cuộn lái từ đó chùm electron sẽ quét lên bề mặt mẫu tạo thành trường quét Tín hiệu của cuộn lái cũng được chuyển đến ống catot để điều khiển quá trình quét ảnh trên màn hình đồng bộ cũng được chuyển đến ống catot để điều khiển quá trình quét ảnh trên màn hình đồng bộ với quá trình quét chùm electron trên bề mặt mẫu Khi chùm electron đập vào bề mặt mẫu với quá trình quét chùm electron trên bề mặt mẫu Khi chùm electron đập vào bề mặt mẫu tạo thành một tập hợp các tạo thành một tập hợp các hạt thứ cấp đi tớihạt thứ cấp đi tới detector detector , tại đây nó được chuyển thành tín hiệu, tại đây nó được chuyển thành tín hiệu điện và được khuếch đại Tín hiệu điện được gửi tới ống tia catot và được quét lê điện và được khuếch đại Tín hiệu điện được gửi tới ống tia catot và được quét lên mànn màn hình tạo nên ảnh Độ nét của ảnh được xác định hình tạo nên ảnh Độ nét của ảnh được xác định bởi số bởi số hạt thứ chạt thứ cấp đập ấp đập vào ống vào ống tia catot,tia catot, và số hạt này phụ thuộc vào góc bắn ra và số hạt này phụ thuộc vào góc bắn ra của electron khỏi bề mặt mẫu, của electron khỏi bề mặt mẫu, tức là phụ thuộc vàotức là phụ thuộc vào mức độ lồi lõm bề mặt Vì thế ảnh thu được sẽ phản ánh diện mạo bề mặt của vật liệu. mức độ lồi lõm bề mặt Vì thế ảnh thu được sẽ phản ánh diện mạo bề mặt của vật liệu
Thực nghiệm: Ảnh SEM được thực hiện tại phòng thí nghiệm siêu cấu trúc, KhoaẢnh SEM được thực hiện tại phòng thí nghiệm siêu cấu trúc, Khoa virus, Viện Vệ sinh dịch tễ virus, Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương, Số 1 YersinTrung ương, Số 1 Yersin Hà Nội trên thiết bị S4800Hà Nội trên thiết bị S4800-NIHE.-NIHE.
2.6.4.4 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ khử hấp phụ vật khử hấp phụ vật lý Nito (BET)lý Nito (BET)
Nguyên tắc:ắc: Lượng khí bị hấp phụ V được biểu diễn dưới dạng thể Lượng khí bị hấp phụ V được biểu diễn dưới dạng thể tích là đại lượngtích là đại lượng đặc trưng cho số phân tử bị hấp phụ, nó phụ thuộc vào áp suất cân bằng P, nhiệt độ T, bản đặc trưng cho số phân tử bị hấp phụ, nó phụ thuộc vào áp suất cân bằng P, nhiệt độ T, bản chất của khí và bản chất của vật liệu rắn V là một hàm đồng biến với áp suất cân bằng. chất của khí và bản chất của vật liệu rắn V là một hàm đồng biến với áp suất cân bằng. Khi
Khi áp suất tăng đến áp suất bão hòa Po, người ta đo các giá trị thể tích khí hấp phụ ở áp suất tăng đến áp suất bão hòa Po, người ta đo các giá trị thể tích khí hấp phụ ở các các áp suất tương đối (P/Po) thì thu được đường “đẳng nhiệt hấp phụ”, còn khi đo V với P/Po áp suất tương đối (P/Po) thì thu được đường “đẳng nhiệt hấp phụ”, còn khi đo V với P/Po giảm dần thì nhận được đường “đẳng nhiệt khử hấp phụ” Hình dạng của đường đẳn giảm dần thì nhận được đường “đẳng nhiệt khử hấp phụ” Hình dạng của đường đẳng nhiệtg nhiệt hấp phụ hấp phụ khử hấp phụ và vòng trễ thể hiện những đặc điểm về bản chất và hình dáng maokhử hấp phụ và vòng trễ thể hiện những đặc điểm về bản chất và hình dáng mao quản Theo phân loại của IUPAC, có các loại đường đẳng nhiệt quản Theo phân loại của IUPAC, có các loại đường đẳng nhiệt hấp phụhấp phụ khửkhử hấp phụ biểuhấp phụ biểu diễn trên Hình 2.6 diễn trên Hình 2.6 Đường đẳng nhiệt kiểu I trong Hình 2.6 Đường đẳng nhiệt kiểu I trong Hình 2.6 tương ứng với vật liệu vi mao quản hoặctương ứng với vật liệu vi mao quản hoặc không có mao quản Kiểu II và III là của vật liệu có mao quản lớn (d > 50 nm) Đường không có mao quản Kiểu II và III là của vật liệu có mao quản lớn (d > 50 nm) Đường đẳng nhiệt kiểu IV và V đẳng nhiệt kiểu IV và V tương ứng vật liệu mao quản trung bình Kiểtương ứng vật liệu mao quản trung bình Kiểu bậc thang VI ít gặp.u bậc thang VI ít gặp. Dựa vào dữ kiện BET để xây dựng đường phân bố mao quản, từ đó tìm kích thước trung Dựa vào dữ kiện BET để xây dựng đường phân bố mao quản, từ đó tìm kích thước trung bình của mao quản theo phương pháp BJH (Barrett, Joyner và Halenda). bình của mao quản theo phương pháp BJH (Barrett, Joyner và Halenda).
Thực nghiệm: P: Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụhương pháp đẳng nhiệt hấp phụ khử hấp phụ Nkhử hấp phụ N22 được thực hiện ởđược thực hiện ở nhiệt độ 77 K, tại Viện hóa học – nhiệt độ 77 K, tại Viện hóa học – Viện Hàn lâm Khoa học và Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và đượcCông nghệ Việt Nam và được đo trên thiết bị Chem BET đo trên thiết bị Chem BET - 3030.- 3030.
Hình 2 6 Các d Hình 2 6 Các d ạng đường đẳạng đường đẳ ng nhi ng nhiệệ t h t hấ ấ p ph p phụụ-kh -khử ử h hấ ấ p ph p phụụ theo phân lo theo phân loạại IUPAC i IUPAC
2.6.45 2.6.45 Phương pháp phổ tử ngoại – Phương pháp phổ tử ngoại – khả kiến (UVkhả kiến (UV-Vis)-Vis)
Nguyên tắc: Sự hấp phụ năng lượng được lượng tử hóa và do các điện tử bị kíchSự hấp phụ năng lượng được lượng tử hóa và do các điện tử bị kích thích nhảy từ quỹ đạo có mức năng lượng thấp đến quỹ đạo có mức năng lượng cao Bước thích nhảy từ quỹ đạo có mức năng lượng thấp đến quỹ đạo có mức năng lượng cao Bước chuyển này đòi hỏi hấp phụ năng lượng từ ngoài ∆E = hv = hc/λ Do cấu trúc điện tử của chuyển này đòi hỏi hấp phụ năng lượng từ ngoài ∆E = hv = hc/λ Do cấu trúc điện tử của các phân tử mà các phân tử mà năng lượng kích thích đòi hỏi lớn hay nhỏ ứng với cánăng lượng kích thích đòi hỏi lớn hay nhỏ ứng với các tia hấp phụ có bướcc tia hấp phụ có bước sóng ngắn hay dài nằm trong vùng tử ngoại hay khả kiến (200 – sóng ngắn hay dài nằm trong vùng tử ngoại hay khả kiến (200 – 800 nm) hoặc vùng tử800 nm) hoặc vùng tử ngoại xa (< 200 nm) Các điện tử từ obitan liên kết nhảy lên obitan phản liên kết có mức ngoại xa (< 200 nm) Các điện tử từ obitan liên kết nhảy lên obitan phản liên kết có mức năng lượng cao nhất, ứng với λ = 120 năng lượng cao nhất, ứng với λ = 120 200 nm Các điện tử và cặp điện tử tự do nhảy lên200 nm Các điện tử và cặp điện tử tự do nhảy lên obitan phản liên kết có mức năng lượng cao hơn nằm trong vùng tử ngoại hay vùng khả obitan phản liên kết có mức năng lượng cao hơn nằm trong vùng tử ngoại hay vùng khả kiến tùy theo mạch liên hợp của phân tử. kiến tùy theo mạch liên hợp của phân tử
Thực nghiệm: Phép đo phổ được thực hiện tại phòng thí nghiệm lọc hóa dầu, BộPhép đo phổ được thực hiện tại phòng thí nghiệm lọc hóa dầu, Bộ môn lọc hóa dầu, Khoa Dầu khí, Trường Đại học Mỏ môn lọc hóa dầu, Khoa Dầu khí, Trường Đại học Mỏ Địa chất, Hà Nội trên máy Jasco VĐịa chất, Hà Nội trên máy Jasco V 750.
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬNCHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Khối lượng riêng và độ xốp của aerogel cellulose 1 Khối lượng riêng và độ xốp của aerogel cellulose 31
3.1 Khối lượng riêng và độ xốp của aerogel cellulose cellulose Ảnh hưởng của nồng độ cellulose tới khối lượng riêng và độ xốp của cellulose Ảnh hưởng của nồng độ cellulose tới khối lượng riêng và độ xốp của cellulose aerogel được nghiên cứu, kết quả aerogel được nghiên cứu, kết quả được trình bày trong bảng 3.1.được trình bày trong bảng 3.1
Bảả ng 3 1 ng 3 1 Ảnh hưởng của nồng độ cellulose đến khối lượng riêng và độ xốp c Ảnh hưởng của nồng độ cellulose đến khối lượng riêng và độ xốp củaủa aerogel cellul aerogel cellulose ose
Cellulose (%) Khối lượng riêngKhối lượng riêng
(g/cm (g/cm 33 )) Độ xốp ( %) Độ xốp ( %)
Kết quả khảo sát cho thấy độ xốp giảm từ 98,2% xuống 96,59% khi tăng tỷ lệ khối
Kết quả khảo sát cho thấy độ xốp giảm từ 98,2% xuống 96,59% khi tăng tỷ lệ khối lượng sợi mía từ 1 – lượng sợi mía từ 1 – 1,5 - 1,5 - 2 wt.% Tỷ lệ khối lượng SCB càng cao, khối lượng riêng càng2 wt.% Tỷ lệ khối lượng SCB càng cao, khối lượng riêng càng tăng và độ xốp càng tăng và độ xốp càng giảm Điều này góp phần giảm Điều này góp phần ngăn cản và bảo vệ cấu trúc aerogel ngăn cản và bảo vệ cấu trúc aerogel khỏi bịkhỏi bị sụp đổ. sụp đổ
Tính chất cơ học: ThThửử nghi nghiệệmmứứng sung suấất bit biếến dn dạng nén, như trong hình 3.1, choạng nén, như trong hình 3.1, cho th thấấyy vvậật lit liệệu aerogel cellulose có thu aerogel cellulose có thểể ch chịu đượ ịu đượ c tc tảải tr i tr ọọng gng gấấ p trên 500 l p trên 500 lầần tr n tr ọng lượ ọng lượ ng cng củủa nó.a nó.
Nhữững mng mẫẫu aerogel xanh này có thu aerogel xanh này có thểể nén mà không s nén mà không sụp đổụp đổ c cấấu trúc, có thu trúc, có thểể so sánh so sánh đế đến PET aerogel (1.16 - 2.87 kPa) n PET aerogel (1.16 - 2.87 kPa) (Koh et al., 2018) và silica-cellulose aerogels (86 - 169(Koh et al., 2018) và silica-cellulose aerogels (86 - 169 kPa) (Feng et al., 2016). kPa) (Feng et al., 2016).
Hình 3 1 Th Hình 3 1 Thử ử nghi nghiệệ m tính ch m tính chất cơ họất cơ họ c c c củủ a v a vậậ t li t liệệu u
Đặc trưng vật liệu Đặc trưng vật liệu 3232 1 Kết quả phép đo nhiễu xạ 1 Kết quả phép đo nhiễu xạ tia X (XRD) tia X (XRD) 32
Hình 3 2 Giản đồản đồ XRD c XRD củủ a các m a các mẫ ẫ u aerogel cellulose v u aerogel cellulose vớ ớ i kh i khối lượ ối lượ ng ng cellulose kh cellulose khác nhau ác nhau
Từừ k k ếết qut quảả phân tích ph phân tích phổổ nhi nhiễễu xu xạạ tia X (XRD), có th tia X (XRD), có thểể nh nhậận thn thấy các peak đặc trưngấy các peak đặc trưng ccủủa aerogel cellulose ta aerogel cellulose tại các góc 2θại các góc 2θ = 16-= 16-17˚ đặc trưng cho mặ17˚ đặc trưng cho mặt pht phảản xn xạạ (101), 19- (101), 19-20˚ đặ20˚ đặcc trưng cho các pha vô định hình, góc 22˚ đặc trưng cho mặ trưng cho các pha vô định hình, góc 22˚ đặc trưng cho mặt t phphảản n xxạạ (200) Các gi (200) Các giản đồản đồ XRD có hàm lượng cellulose khác nhau đề
XRD có hàm lượng cellulose khác nhau đều u xuxuấất t hihiện các peak đặc trưng củện các peak đặc trưng của aerogela aerogel cellulose. cellulose Cường độCường độ các peak tăng dần khi tăng khối lượ các peak tăng dần khi tăng khối lượ ng cellulosng cellulose, điềe, điều này có thu này có thểể gi giảảii thích khi tăng hàm lượ thích khi tăng hàm lượ ng cellulose trong mng cellulose trong mẫu aerogel thì độẫu aerogel thì độ tinh th tinh thểể c củủa các ma các mẫu tăng lênẫu tăng lên
3.2.2 Kếết qut quảả ph phổổ h hồồng ngong ngoạại FT-IRi FT-IR
PhPhổổ FTIR đượ FTIR đượ c áp dc áp dụụng có chng có chọọn ln lọc đểọc để phân tích các liên k phân tích các liên k ết đặc trưngết đặc trưngtrong ctrong cấấu trúcu trúc ccủủa sa sợ ợ i bã mía thô và cellulose, k i bã mía thô và cellulose, k ếết qut quảả đượ đượ c thc thểể hi hiệện trên hình 3.3.n trên hình 3.3.
Hình 3.3 Gi Hình 3.3 Giản đồản đồ FT-IR c FT-IR cảả m mẫ ẫ u bã mía thô và cellulose u bã mía thô và cellulose
Phổổ FT-IR SCB cho th FT-IR SCB cho thấy đỉấy đỉnhnh ở ở các kho các khoảảng khong khoảảng 3300 cmng 3300 cm -1 -1 , 2900 cm, 2900 cm -1 -1 , 1430 cm, 1430 cm
11 và 1243 cm và 1243 cm -1 -1 , tương ứ, tương ứng vng vớ ớ i các nhóm -OH và i các nhóm -OH và C-H cellulose, C=C trongC-H cellulose, C=C trongvòng thơm trongvòng thơm trong lignin, bi lignin, biếến n ddạạng C-H cng C-H củủa lignin hoa lignin hoặặc hemicelluloses và cc hemicelluloses và củủa các nhóm acetyl tronga các nhóm acetyl trong hemicelluloses (Oksman và c hemicelluloses (Oksman và cộộng sng sựự, 2011; Uma Maheswari et al., 2012)., 2011; Uma Maheswari et al., 2012) Sau khi đượ Sau khi đượ c xc xửử lý, cường độ lý, cường độ c của đỉủa đỉnhnhở ở 1430 cm 1430 cm -1 -1 và 1243 cm và 1243 cm -1 -1 đã giảm Cườ đã giảm Cườ ngngđộđộ đỉđỉnhnhở ở 1463 cm 1463 cm -1 -1 gi giảảm,m, điề điều này chu này chỉỉ ra r ra r ằng hemiaelluloses đã đượ ằng hemiaelluloses đã đượ c loc loạại bi bỏỏ b bởi phươngởi phương phát thu phát thuỷỷ phân trong môi phân trong môi trườ trườ ng king kiềm Các đỉềm Các đỉnh lignin và hemicellulosesnh lignin và hemicelluloses ở ở 1463 cm 1463 cm -1 -1 và 1253 cm và 1253 cm -1 -1 bi biếến mn mấất hoànt hoàn toàn trong s toàn trong sảản phn phẩẩm sau quá trình tm sau quá trình tẩẩy tr y tr ắng Đỉắng Đỉnhnh ở ở 898 cm 898 cm -1 -1 là liên k là liên k ếết vt vớ ớ i các liên k i các liên k ếết-t- glycosid c glycosid củủa vòng glucose trong cellulose trình bày trong chia vòng glucose trong cellulose trình bày trong chiếết xut xuấất cellulose tinh khit cellulose tinh khiếết tt từừ SCB (Wong Sak Hoi & Martincigh, 2013) Đỉ
SCB (Wong Sak Hoi & Martincigh, 2013) Đỉnh 1160,1 cmnh 1160,1 cm -1 -1 và 1159,6 cm và 1159,6 cm -1 -1 liên quan đếliên quan đếnn độ độ giãn c giãn củủa C-O-C ca C-O-C củủa liên k a liên k ết βết β-1, 4-glycosid (Yang et al.,-1, 4-glycosid (Yang et al., 2008), đượ 2008), đượ c quan sát trong cc quan sát trong cảả nguyên li nguyên liệệu su sợ ợ i bã mía và cellulose Ngoài ra, si bã mía và cellulose Ngoài ra, sựự xu xuấất hit hiệện cn của các đỉủa các đỉnhnh ở ở 1032,9 cm 1032,9 cm -1 -1 và và 1032,1 cm
1032,1 cm -1 -1 v với cường độới cường độ cao trong c cao trong cảả hai ph hai phổổ đượ đượ c quy cho Cc quy cho C – – OH trong cellulose BênOH trong cellulose Bên ccạạnhnhđó, Cđó, C-H trong cellulose do liên k -H trong cellulose do liên k ết tương ứết tương ứngng ở ở 897,1 cm 897,1 cm -1 -1 , 832,7 cm, 832,7 cm -1 -1 và 896,8 cm và 896,8 cm
11 trong bã mía chưa đượ trong bã mía chưa đượ c xc xửử lý và cellulose Ph lý và cellulose Phổổ FT-IR c FT-IR củủa ca cảả hai m hai mẫu đềẫu đều có cu có cực đạực đại ti tạạii kho khoảảng 1630 cmng 1630 cm -1 -1 C Cụụ th thể, đốể, đối vi với bã mía chưa đượ ới bã mía chưa đượ c xc xửử lýlýở ở 1631,2 cm 1631,2 cm -1 -1 và đốvà đối i vvớ ớ i aerogeli aerogel ở ở 1632,7 cm 1632,7 cm -1 -1 , đạ, đại dii diện cho các đỉện cho các đỉnh hnh hấấ p th p thụụ nướ nướ c bc bịị h hấấ p ph p phụ Tuy nhiên, cường độụ Tuy nhiên, cường độ c củủaa ph phổổ cellulose là cao hơn bã mía Trong phổcellulose là cao hơn bã mía Trong phổ bã mía thô, bã mía thô, đỉđỉnhnh ở ở 1728,0 cm 1728,0 cm -1 -1 đượ đượ c quy choc quy cho C=O c
C=O của axit thơm trong lignin, có liên kếủa axit thơm trong lignin, có liên kết nt nộội phân ti phân tửử gi giữa nhóm −COOH và nhóm −OHữa nhóm −COOH và nhóm −OH ở ở v vịị trí ortho Sau khi x trí ortho Sau khi xửử lý , s lý , sợ ợ i lignocellulosei lignocellulose đã đượ đã đượ c loc loạại bi bỏỏ đáng kể, do đó trong phổđáng kể, do đó trong phổ cellulose không có đỉ cellulose không có đỉnhnh ở ở 1730 cm 1730 cm -1 -1
3.2.3 Kết quả đo hiển vi điện tử quét Kết quả đo hiển vi điện tử quét (SEM) (SEM) Ảnh SEM của cellulose sau khi xử lý được hiển thị trong hình 3.4 Ảnh SEM của cellulose sau khi xử lý được hiển thị trong hình 3.4 a,b, có a,b, có thể quanthể quan sát thấy rằng cellulose bao gồm các sợi nano riêng lẻ và vẫn có thể tìm thấy một số bó sợi sát thấy rằng cellulose bao gồm các sợi nano riêng lẻ và vẫn có thể tìm thấy một số bó sợi nano Dưới độ phóng đại cao hơn, nhận thấy nano Dưới độ phóng đại cao hơn, nhận thấy rằng các sợirằng các sợi cócóđường kính từ 150 – đường kính từ 150 – 250 nm 250 nm. Ngoài ra, từ các hình ảnh SEM,
Ngoài ra, từ các hình ảnh SEM, người ta thấy rằng kích người ta thấy rằng kích thước lỗ rỗng thay đổi thước lỗ rỗng thay đổi rất nhiều từrất nhiều từ vài nanomet đến micromet trên hình ảnh SEM của aerogel Hình 3 vài nanomet đến micromet trên hình ảnh SEM của aerogel Hình 3.4.4 c,d, hiển thị choc,d, hiển thị cho cellulose aerogel, mật độ các sợi thưa dần, và cho thấy kích thước lỗ rỗng tăng lên đáng cellulose aerogel, mật độ các sợi thưa dần, và cho thấy kích thước lỗ rỗng tăng lên đáng kể So sánh các hình ảnh SEM a,b,c,d, rõ ràng là khi nồng độ cellulose giảm xuống, sự kể So sánh các hình ảnh SEM a,b,c,d, rõ ràng là khi nồng độ cellulose giảm xuống, sự hình thành liên kết giữa cellulose và PVA làm kích thước mao quản hình thành liên kết giữa cellulose và PVA làm kích thước mao quản trở nên lớn hơn Vớitrở nên lớn hơn Với mật độ mật độ cellulose là 1 % wt, độ xốp của cellulose là 1 % wt, độ xốp của mẫu aerogel là 98,2 %, mẫu aerogel là 98,2 %, kích thước lỗ rỗng tăng lênkích thước lỗ rỗng tăng lên đến vài trăm nm, ngược lại khi nồng độ sợi nano trong gel cellulose tăng lên, mật độ đến vài trăm nm, ngược lại khi nồng độ sợi nano trong gel cellulose tăng lên, mật độ cellulose trong cellulose trongmẫu cũng tăng lên, dẫn đến aerogel đậm đặc, cmẫu cũng tăng lên, dẫn đến aerogel đậm đặc, các liên kết xếp khít nhau hơnác liên kết xếp khít nhau hơn sau khi đông khô Hình 3 sau khi đông khô Hình 3.4.4 e,f là hình ảnh hiển thị cho vật liệu aerogel cellulose sau chứce,f là hình ảnh hiển thị cho vật liệu aerogel cellulose sau chức năng hóa bởi MTMS vẫn có cấu trúc xốp, bề mặt vật liệu được bao phủ bằng MTMS, các năng hóa bởi MTMS vẫn có cấu trúc xốp, bề mặt vật liệu được bao phủ bằng MTMS, các lỗ mao quản vẫn được quan sát thấy. lỗ mao quản vẫn được quan sát thấy
Hình 3 4 Ả Ả nh SEM c nh SEM củủ a m a mẫ ẫ u cellulose (a-b); aerogel cellulose (c-d); u cellulose (a-b); aerogel cellulose (c-d); aerogel cellulose aerogel cellulose đượ đượ c bi c biế ế n tính (e-f) n tính (e-f)
3.2.43.2.4 Kết quả phép đo hấp phụ và khử hấp phụ N Kết quả phép đo hấp phụ và khử hấp phụ N22 (BET) (BET)
Hình 3 5 Phương pháp hấ Phương pháp hấ p ph p phụụ - kh - khử ử h hấ ấ p ph p phụụ N2 (77,15K) đố N2 (77,15K) đố i v i vớ ớ i các m i các mẫ ẫ u u aerogel cellulose (a), kích thướ aerogel cellulose (a), kích thướ c mao qu c mao quảả n aerogel cell n aerogel cellulose 1% wt cellul ulose 1% wt cellulose (b), kích ose (b), kích thướ thướ c mao qu c mao quản aerogel cellulose 1,5% wt cellulose (c), kích thướ ản aerogel cellulose 1,5% wt cellulose (c), kích thướ c mao qu c mao quảả n aerogel n aerogel cellulose 2% wt cellulose 2% wt cellulose cellulose Để Để xác địxác định dinh diệện tích bn tích bềề m mặặt riêng, tht riêng, thểể tích mao qu tích mao quản và đườ ản và đườ ng kính mao qung kính mao quảản cn củủaa vvậật lit liệu, phương pháp đẳệu, phương pháp đẳng nhing nhiệệt ht hấấ p ph p phụụ nito (BET) đượ nito (BET) đượ c tic tiến hành đốến hành đối vi vớ ớ i các mi các mẫẫu vu vậậtt li liệệu aerogel cellulose: 1% cellulose, 1,5% cellulose, 2% cellulose, k u aerogel cellulose: 1% cellulose, 1,5% cellulose, 2% cellulose, k ếết qut quảả đượ đượ c thc thểể hi hiệệnn trên hình 3.5 Nh trên hình 3.5 Nhậận thn thấấy r y r ằằng,ng, đường đẳđường đẳng nhing nhiệệt ht hấấ p ph p phụụ - - khkhửử h hấấ p ph p phụụ N N22 là là ssựự k k ếết ht hợ ợ p p ccủa đườ ủa đườ ng cong tr ng cong tr ễễ lo loạại III và loi III và loạại IVi IV, đặc trưng cho vậ, đặc trưng cho vật lit liệu đa mao quảệu đa mao quản.n.ỞỞ hình 3.5b, v hình 3.5b, vậậtt li liệệu 1% cellulose là vu 1% cellulose là vậật lit liệu đa mao quảệu đa mao quản, n, vvới đườ ới đườ ng kính trung bình khong kính trung bình khoảảng 72,45 nm.ng 72,45 nm. Khi tăng hàm lượ
Khi tăng hàm lượ ng cellulose tng cellulose từừ 1- 1-2%wt thì kích thướ 2%wt thì kích thướ c mao quc mao quảản gin giảảm xum xuốống tng từừ 72,45 nm 72,45 nm xu xuốống 10,64 nm vng 10,64 nm vớ ớ i vi vậật lit liệệu 1,5% cellulose và còn 1,u 1,5% cellulose và còn 1,59 nm đố59 nm đối vi vớ ớ i vi vậật lit liệệu 2% cellulose.u 2% cellulose. Như vậy, khi tăng hàm
Như vậy, khi tăng hàm lượng cellulose thì kích thướ lượng cellulose thì kích thướ c mao quc mao quảản gin giảm, điều này đượ ảm, điều này đượ c gic giảảii thích là do các liên k thích là do các liên k ếết git giữữa PVA và cellulose xa PVA và cellulose xếp kít nhau hơn, dẫếp kít nhau hơn, dẫn tn tới kích thướ ới kích thướ c maoc mao qu quảản gin giảảm.m.
Đánh giá khả năng hấp phụ thuốc nhuộm của vật liệu aerogel cellulose Đánh giá khả năng hấp phụ thuốc nhuộm của vật liệu aerogel cellulose 37
3.3.1 3.3.1 Ảnh hưởng của loại thuốc nhuộm đến khả năng hấp phụ Ảnh hưởng của loại thuốc nhuộm đến khả năng hấp phụ
Hình 3 6 Hình 3 6 Ảnh hưở Ảnh hưở ng c ng củủ a lo a loạại thu i thuố ố c nhu c nhuộm đế ộm đế n kh n khảả năng hấ năng hấ p ph p phụụ c củủ a v a vậậ t li t liệệu u
Khảả năng hấnăng hấ p ph p phụụ c củủa va vậật lit liệu aerogel đượ ệu aerogel đượ c khc khảảo sáto sát ở ở hai lo hai loạại thui thuốốc nhuc nhuộộm anionm anion (RR-195) và cation (MB) K
(RR-195) và cation (MB) K ếết qut quảả kh khảảo sát cho tho sát cho thấấy, vy, vậật lit liệệu có khu có khảả năng hấnăng hấ p ph p phụụ l lớ ớ n vn vớ ớ ii thuthuốốc nhuc nhuộộm cation (MB), him cation (MB), hiệệu u susuấất t hhấấ p p phphụụ đạt 93,8% sau 150 phút, trong khi đó khảđạt 93,8% sau 150 phút, trong khi đó khả năng hấ năng hấ p ph p phụụ anion (RR195) đạanion (RR195) đạt hit hiệệu suu suất 50% sau 150 phút Điều này đượ ất 50% sau 150 phút Điều này đượ c gic giảải thích lài thích là do, v do, vậật lit liệệu aerogel cellulose có các nhóm OH bu aerogel cellulose có các nhóm OH bềề m mặặt, tt, tạạo ra lo ra lực tương tác vớ ực tương tác vớ i các phân ti các phân tửử anion (MB) vì v anion (MB) vì vậậy mà khy mà khảả năng hấnăng hấ p ph p phụụ t tốt hơn so vớ ốt hơn so vớ i thui thuốốc nhuc nhuộộm cation.m cation.
3.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng cellulose đến hiệu quả hấp phụ Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng cellulose đến hiệu quả hấp phụ
Các mẫu vật liệu aerogel cellulose với tỉ lệ khối lượng cellulose lần lượt là 1%, 1,5%,Các mẫu vật liệu aerogel cellulose với tỉ lệ khối lượng cellulose lần lượt là 1%, 1,5%,2% đã tổng hợp được dùng để hấp phụ thuốc nhuộm methylene blue để so sánh hiệu quả2% đã tổng hợp được dùng để hấp phụ thuốc nhuộm methylene blue để so sánh hiệu quả hấp phụ Điều kiện hấp phụ như sau: khối lượng chất hấp phụ là 0.05 g, dung dịch MB 5 hấp phụ Điều kiện hấp phụ như sau: khối lượng chất hấp phụ là 0.05 g, dung dịch MB 500 ppm, thời gian h ppm, thời gian hấp phụ là 150 phút ấp phụ là 150 phút Kết quả được thể hiKết quả được thể hiện trên hình 3.2 Kết ện trên hình 3.2 Kết quả cho thấy,quả cho thấy, trong cùng điều kiện hấp phụ, sau 30 phút vật liệu cellulose 1% cho hiệu suất hấp phụ đạt trong cùng điều kiện hấp phụ, sau 30 phút vật liệu cellulose 1% cho hiệu suất hấp phụ đạt 94%, cao hơn so với vật liệu ce
94%, cao hơn so với vật liệu cellulose 1,5% (80%) và cellulose 2% (51%).llulose 1,5% (80%) và cellulose 2% (51%)
Hình 3 7 Hình 3 7 Ảnh hưở Ảnh hưở ng c ng của % cellulose đế ủa % cellulose đế n kh n khảả năng hấ năng hấ p ph p phụụ thu thuố ố c nhu c nhuộộ m m
Kết quả này phù hợp với kết quả tính toán về khối lượng riêng va độ rỗng của các
Kết quả này phù hợp với kết quả tính toán về khối lượng riêng va độ rỗng của các mẫu aerogel cellulose Mẫu aerogel cellulose có khối lượng cellulose chiếm 1% cho hiệu mẫu aerogel cellulose Mẫu aerogel cellulose có khối lượng cellulose chiếm 1% cho hiệu suất hấp phụ cao nhất do độ rỗng lớn nhất đạt 98,2% Tiếp sau đó là mẫu cellulose 1,5% suất hấp phụ cao nhất do độ rỗng lớn nhất đạt 98,2% Tiếp sau đó là mẫu cellulose 1,5% với độ rỗng 97,81% và cuối cùng là với độ rỗng 97,81% và cuối cùng là mẫu cellulose 2% với độ rỗng 96,59%.mẫu cellulose 2% với độ rỗng 96,59%
3.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ thuốc nhuộm đến khả năng hấp phụ của vật liệu Ảnh hưởng của nồng độ thuốc nhuộm đến khả năng hấp phụ của vật liệu Ảnh hưởng của nồng độ đầu được tiến hành với nồng độ MB trong khoảng từ 20 Ảnh hưởng của nồng độ đầu được tiến hành với nồng độ MB trong khoảng từ 20 đến 40 ppm và 0,05g aerogel cellulose 1% ở nhiệt độ phòng trong 150 phút Kết quả ảnh đến 40 ppm và 0,05g aerogel cellulose 1% ở nhiệt độ phòng trong 150 phút Kết quả ảnh hưởng của nồng độ đầu đến hiệu suất hấp hưởng của nồng độ đầu đến hiệu suất hấp phụ được thể hiện trên hình 3.8 phụ được thể hiện trên hình 3.8
Kết quả nghiên cứu cho thấy khi nồng độ MB tăng từ 20 ppm lên 40 ppm thì hiệu
Kết quả nghiên cứu cho thấy khi nồng độ MB tăng từ 20 ppm lên 40 ppm thì hiệu suất hấp phụ giảm từ 93,8% xuống 89,9%. suất hấp phụ giảm từ 93,8% xuống 89,9%
Hình 3 8 Hình 3 8 Ảnh hưở Ảnh hưở ng c ng củủ a n a nồng độồng độ đầu đế đầu đế n kh n khảả năng hấ năng hấ p ph p phụụ c củủ a v a vậậ t li t liệệu u
Đánh giá khả năng hấp phụ dầu của vật liệu Đánh giá khả năng hấp phụ dầu của vật liệu 3939 3.5 Đánh giá khả 3.5 Đánh giá khả năng chố năng chống cháy c ng cháy củủa v a vậật li t liệệu u composite composite 40
3.4 Đánh giá khả năng hấp phụ dầu của vật liệu
Các mẫu vật liệu aerogel cellulose với tỉ lệ khối lượng cellulose lần lượt là 1%,
Các mẫu vật liệu aerogel cellulose với tỉ lệ khối lượng cellulose lần lượt là 1%, 1,5%, 2% đã tổng hợp được dùng để đá
1,5%, 2% đã tổng hợp được dùng để đánh giá khả năng hấnh giá khả năng hấp phụ dầu, mô hìnp phụ dầu, mô hình hình 3.9.h hình 3.9.
Hình 3 9 Hình 3 9(a) Trướ (a) Trướ c khi h c khi hấ ấ p ph p phụụ d d ầầu, (b) m u, (b) mẫ ẫ u sau 30 phút h u sau 30 phút hấ ấ p ph p phụụ d d ầầu u
Bảả ng 3 2 ng 3 2 Đánh giá khả Đánh giá khả năng hấ năng hấ p ph p phụụ d d ầầu c u củủ a v a vậậ t li t liệệu aerogel cellulose u aerogel cellulose
% cellulose cellulose KhKhảả năng hấnăng hấ p ph p phụụ d dầầu (g/gu (g/g
Khả năng hấp phụ dầu phụ thuộc vào độ rỗng của vật liệu, vật liệu có tỉ lệ 1% Khả năng hấp phụ dầu phụ thuộc vào độ rỗng của vật liệu, vật liệu có tỉ lệ 1% cellulose cho hiệu quả hấp phụ dầu cao nhất đạt 17,46 g/g cellulose cho hiệu quả hấp phụ dầu cao nhất đạt 17,46 g/g
-1 tương ứng với độ rỗng đạttương ứng với độ rỗng đạt 98,298,2%, tiếp theo đó là mẫu 1,5% cellulose có khả năng hấp phụ dầu đạt 16,89 g/g%, tiếp theo đó là mẫu 1,5% cellulose có khả năng hấp phụ dầu đạt 16,89 g/g -1 -1 , mẫu, mẫu 2% cellulose với khả năng hấp phụ dầu đạt 16,01 g/g
2% cellulose với khả năng hấp phụ dầu đạt 16,01 g/g -1 -1
3.5 Đánh giá khả năng chốnăng chống cháy cng cháy củủa va vậật lit liệệu compositeu composite 3.5.1 K
3.5.1 Kếết qut quảả phân tích nhi phân tích nhiệệt trt trọng lượ ọng lượ ngng
Hình 3 10 K Hình 3 10 K ế ế t qu t quảả phân tích nhi phân tích nhiệệ t tr t trọng lượ ọng lượ ng (TGA) và nh ng (TGA) và nhiiệệ t vi sai (DTA) c t vi sai (DTA) củủ a v a vậậ t t li liệệu aerogel cellulose u aerogel cellulose
Từừ k k ếết t ququảả phân tích TGA và DTA c phân tích TGA và DTA củủa a vvậật t liliệệu arogel cellulose, có thu arogel cellulose, có thểể ththấấy y khkhốốii lượ lượ ng vng vậật lit liệệu mu mất đi 27,983% ở ất đi 27,983% ở kho khoảảng nhing nhiệt độệt độ t từừ 25˚C đến 200˚C25˚C đến 200˚C, trong kho, trong khoảảng nhing nhiệệtt độ độ ti tiếế p theo 200- p theo 200-450˚C độ450˚C độ x xụụt git giảảm khm khối lượ ối lượ ng ging giảảm xum xuốống mng mứức 12,384% Trong khoc 12,384% Trong khoảảngng nhi nhiệệt tt tới 600 ˚C, khối lượ ới 600 ˚C, khối lượ ng mng mẫẫu duy trìu duy trì ở ở m mứức 60% so vc 60% so vớ ớ i mi mẫu ban đầẫu ban đầu.u.
3.5.2 Kếết qut quảả th thử ử kh khảả năng chốnăng chống cháy cng cháy củủa va vậật lit liệệu compositeu composite Đố Đối i vvớ ớ i i mmẫẫu aerogel cellulose khiu aerogel cellulose khi đưa lên trên ngọđưa lên trên ngọn n llửửa, a, mmẫẫu u ssẽẽ bbịị cháy h cháy hếết trongt trong vòng 15s Còn đố vòng 15s Còn đối vi vớ ớ i mi mẫẫu vu vậật lit liệệu biocomposite, sau 60s liên tu biocomposite, sau 60s liên tụục trên ngc trên ngọọn ln lửửa, va, vậật lit liệệuu vvẫẫn gin giữữ được hình thái như ban đầđược hình thái như ban đầu.u.
Hình 3 11 Hình 3 11 Đánh giá khả Đánh giá khả năng chố năng chố ng cháy c ng cháy củủ a v a vậậ t li t liệệu biocomposite u biocomposite
HHạt AlOOH vô cơ là mộạt AlOOH vô cơ là một trong nht trong nhữững chng chấất pht phụụ gia ch gia chống cháy vô cơ đượ ống cháy vô cơ đượ c sc sửử d dụụngng r r ộộng rãi nhng rãi nhất do các đặc tính đã đượ ất do các đặc tính đã đượ c chc chứứng minh cng minh của nó như không vị, không độủa nó như không vị, không độc, chc, chịịuu nhi nhiệt và không bay hơi Nó bịệt và không bay hơi Nó bị phân h phân hủủyy ở ở 400 ° C theo ph 400 ° C theo phảảnn ứứng sau:ng sau:
2AlOOH(s) (s) → → Al Al 2 2 O O 3 3 (s) (s) + + H H 2 2 O O (g) (g) (1)(1) Trong nghiên c
Trong nghiên cứứu này, aerogel / AlOOH (CAA)u này, aerogel / AlOOH (CAA) ứứng dng dụụng làm chng làm chấất cht chốống cháyng cháy đãđã đượ đượ c chc chếế t tạo thành công thông qua phương pháp thủạo thành công thông qua phương pháp thủy nhiy nhiệệt dt dễễ dàng Thay vì pha tr dàng Thay vì pha tr ộộn chn chấấtt ch chốống cháy truyng cháy truyềền thn thốống trong ma tr ng trong ma tr ậận polymer, trong hn polymer, trong hệệ th thống CAA, AlOOH đượ ống CAA, AlOOH đượ c tc tạạo rao ra và phân tán trong Cellulose Aerogel ho và phân tán trong Cellulose Aerogel hoặặc gc gắắn vào các sn vào các sợi Cellulose Aerogel đã hoạt độợi Cellulose Aerogel đã hoạt độngng như một giàn giáo để như một giàn giáo để tránh s tránh sựự k k ếết tt tụụ c củủa AlOOH K a AlOOH K ếết ht hợ ợ p cellulose p cellulose Aerogel và Aerogel và AlOOH cóAlOOH có th thểể đượ đượ c coi là mc coi là mộột lt lộộ trình hi trình hiệệu quu quảả và và ccạnh tranh đểạnh tranh để có đượ có đượ c vc vậật lit liệệu tu tổổng hng hợ ợ p nh p nhẹẹ v vớ ớ ii hi hiệệu suu suấất cht chống cháy vượ ống cháy vượ t tr t tr ộội.i.
KẾT LUẬN Với mục tiêu
Với mục tiêu “Nghiên cứu chế tạo vật liệu aerogel cellulose từ phế phụ phẩm nông“Nghiên cứu chế tạo vật liệu aerogel cellulose từ phế phụ phẩm nông nghiệp ứng dụng để xử lý môi trường và làm nghiệp ứng dụng để xử lý môi trường và làm vật liệu chống cháy” nhóm vật liệu chống cháy” nhóm nghiên cứu đã thunghiên cứu đã thu được các kết quả sau: được các kết quả sau:
✔ Đã tiến hành tổng hợp thành công aerogel cellulose từ bã mía.Đã tiến hành tổng hợp thành công aerogel cellulose từ bã mía
✔ Tiến hành tổng hợp thành công vật liệu aerogel cellulose có lớp phủ kị nước.Tiến hành tổng hợp thành công vật liệu aerogel cellulose có lớp phủ kị nước
✔ Tiến hành các phép đo phổ XRD, SEM, BETTiến hành các phép đo phổ XRD, SEM, BET, TGA, TGA để xác định cấu trúc vật liệu.để xác định cấu trúc vật liệu
✔ Đánh giá khả năng hấp phụ thuốc nhuộm của vật liệu thông qua phương pháp đoĐánh giá khả năng hấp phụ thuốc nhuộm của vật liệu thông qua phương pháp đo phổ Uv – phổ Uv – Vis Vis.
✔ Đánh giá khả năng hấp phụ dầu của vật liệu.Đánh giá khả năng hấp phụ dầu của vật liệu
✔ Đánh giá khả năng chống cháy của vật liệu biocomposite từ aerogel celluloseĐánh giá khả năng chống cháy của vật liệu biocomposite từ aerogel cellulose
TÀI LIỆU THAM KHẢO Aliev, Ali E et al 2009 “Giant
Aliev, Ali E et al 2009 “Giant Stroke, Superelastic Carbon Nanotube Aerogel Muscles.”Stroke, Superelastic Carbon Nanotube Aerogel Muscles.”
Ba Thai, Quoc et al 2019 “Advanced Fabrication and Multi
Ba Thai, Quoc et al 2019 “Advanced Fabrication and Multi-Properties of Rubber-Properties of Rubber Aerogels from Car Tire Waste.”
Aerogels from Car Tire Waste.” Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Asp
Baetens, Ruben, Bjứrn Petter Jelle, and Arild Gustavsen 2011 “Aerogel Insulat
Baetens, Ruben, Bjứrn Petter Jelle, and Arild Gustavsen 2011 “Aerogel Insulation forion for Building Applications: A State-of-the-
Building Applications: A State-of-the-Art Review.”Art Review.” Energy and Buildings Energy and Buildings
Chen, Xuli, Rajib Paul, and Liming Dai 2017 “Carbon
Chen, Xuli, Rajib Paul, and Liming Dai 2017 “Carbon-Based Supercapacitors for-Based Supercapacitors for Efficient Energy Storage.”
Efficient Energy Storage.” National Science Rev National Science Review iew
Gurav, Jyoti L et al 2010 “Silica Aerogel: Synthesis and Applications.”
Gurav, Jyoti L et al 2010 “Silica Aerogel: Synthesis and Applications.” Journal Journal of of Nanomaterials
Ilhan, Faysal U et al 2006 “Hydrophobic Monolithic Aerogels by Nanocasting
Ilhan, Faysal U et al 2006 “Hydrophobic Monolithic Aerogels by Nanocasting Polystyrene on Amine-
Polystyrene on Amine-Modified Silica.”Modified Silica.” Journal of Materials Ch Journal of Materials Chemistry emistry
Jelle, Bjứrn Petter, Ruben Baetens, and Arild Gus
Jelle, Bjứrn Petter, Ruben Baetens, and Arild Gustavsen 2015 “Aerogel Insulation fortavsen 2015 “Aerogel Insulation for Building Applications.” In
Building Applications.” In The Sol-Gel Handbook The Sol-Gel Handbook ,.,.
Korhonen, Juuso T et al 2011 “Inorganic Hollow Nanotube Aerogels by Atomic Layer
Korhonen, Juuso T et al 2011 “Inorganic Hollow Nanotube Aerogels by Atomic Layer Deposition onto Native Nanocellulose Templates.”
Deposition onto Native Nanocellulose Templates.” ACS Nano ACS Nano
Li, Ya et al 2019 “Mult
Li, Ya et al 2019 “Multifunctional Organicifunctional Organic – – Inorganic Hybrid Aerogel for Self-Cleaning,Inorganic Hybrid Aerogel for Self-Cleaning, Heat-
Heat-Insulating, and Highly Efficient Microwave Absorbing Material.”Insulating, and Highly Efficient Microwave Absorbing Material.” Advanced Advanced Functional Materials
Li, Zhanying et al 2018 “Converting Untreated Waste Office Paper and Chitosan into
Li, Zhanying et al 2018 “Converting Untreated Waste Office Paper and Chitosan into Aerogel
Aerogel Adsorbent for the Removal of Heavy Metal Ions.”Adsorbent for the Removal of Heavy Metal Ions.” Carbohydrate Polymers Carbohydrate Polymers Linneen, Nick, Robert Pfeffer, and Y S Lin 2013 “CO2 Capture Using Particulate Silica
Linneen, Nick, Robert Pfeffer, and Y S Lin 2013 “CO2 Capture Using Particulate Silica Aerogel Immobilized with Tetraethylenepentamine.”
Aerogel Immobilized with Tetraethylenepentamine.” Microporous and Microporous and Mesoporous Mesoporous Materials
Liu, Rui Lin et al 2016 “Eco
Liu, Rui Lin et al 2016 “Eco-Friendly Fabrication of Sponge-like Magnetically-Friendly Fabrication of Sponge-like Magnetically Carbonaceous Fiber Aerogel for High-Efficiency Oil
Carbonaceous Fiber Aerogel for High-Efficiency Oil –Water –Water Separation.”Separation.” RSC RSC Advances
Nguyen, Baochau N et al 2016 “Polyimide Cellulose Nanocrystal Composite A“Polyimide Cellulose Nanocrystal Composite Aerogels.”erogels.”
Nordvik, Atle Atle B B et et al al 1996 1996 “Oil “Oil and and Water Water Separation Separation in in Marine Marine OiOil Spill Clean-upl Spill Clean-up Operations.”
Operations.” Spill Science and Technology Bulletin Spill Science and Technology Bulletin
Pizzi, A., E Orovan, and F.A Cameron 1984 “The Development of Weather
Pizzi, A., E Orovan, and F.A Cameron 1984 “The Development of Weather - and Boil and Boil- Proof Phenol-Resorcinol-Furfural Cold-
Proof Phenol-Resorcinol-Furfural Cold-Setting Adhesives.”Setting Adhesives.” Holz Holz als als Roh- Roh- und und Werkstoff: European Journal of Wood and Wood Industries
Werkstoff: European Journal of Wood and Wood Industries
Rahman, Md Aminur, Pankaj Kumar, Deog Su Park, and Yoon Bo Shim 2008.
Rahman, Md Aminur, Pankaj Kumar, Deog Su Park, and Yoon Bo Shim 2008.
“Electrochemical Sensors Based on Organic Conjugated Polymers.”
“Electrochemical Sensors Based on Organic Conjugated Polymers.” Sensors Sensors
Reynolds, John G., Paul R Coronado, and Lawrence W Hrubesh 2001 “Hydrophobic
Reynolds, John G., Paul R Coronado, and Lawrence W Hrubesh 2001 “Hydrophobic Aerogels for Oil-Spill Clean up -
Aerogels for Oil-Spill Clean up - Synthesis and Characterization.”Synthesis and Characterization.” Journal Journal of of Non- Non- Crystalline Solids
Rigacci, A et al 2004 “Preparation of Polyurethane
Rigacci, A et al 2004 “Preparation of PolyurethaneThermal Superinsulation.” InThermal Superinsulation.” In Journal of Non-Crysta Journal of Non-Crystalline Solids-Based Aerogels and Xerogels for-Based Aerogels and Xerogels forlline Solids,.,. Ruokojọrvi, Pọivi H, Arja H Asikainen, Kari A Tuppurainen, and Juhani Ruuskanen 2004.
Ruokojọrvi, Pọivi H, Arja H Asikainen, Kari A Tuppurainen, and Juhani Ruuskanen 2004.
“Chemical Inhibition of PCDD/F Formation in Incineration Processes.”
“Chemical Inhibition of PCDD/F Formation in Incineration Processes.” Science of the Science of the Total Environment
Tamon, H., H Ishizaka, M Mikami, and M Okazaki 1997 “Porous Structure of Organic
Tamon, H., H Ishizaka, M Mikami, and M Okazaki 1997 “Porous Structure of Organic and Carbon Aerogels Synthesized by Sol-Gel Polycondensation of Resorcinol with and Carbon Aerogels Synthesized by Sol-Gel Polycondensation of Resorcinol with Formaldehyde.”
Thai, Quoc Ba et al 2020 “Cellulose
Thai, Quoc Ba et al 2020 “Cellulose-Based Aerogels from Sugarcane Bagasse for Oil-Based Aerogels from Sugarcane Bagasse for Oil Spill-
Spill-Cleaning and Heat Insulation Applications.”Cleaning and Heat Insulation Applications.” Carbohydrate Polymers Carbohydrate Polymers
Wan, Caichao et al 2015 “Fabrication of Hydrophobic, Electrically Conductive and
Wan, Caichao et al 2015 “Fabrication of Hydrophobic, Electrically Conductive andFlame-Flame-Resistant Carbon Aerogels by Pyrolysis of Regenerated Cellulose Aerogels.”Resistant Carbon Aerogels by Pyrolysis of Regenerated Cellulose Aerogels.”
Wang, Chunchun et al 2017 “Preparation of Carbon Nanotubes/Graphene Hybrid Aerogel
Wang, Chunchun et al 2017 “Preparation of Carbon Nanotubes/Graphene Hybrid Aerogel and Its Application for the Adsorption of Organic and Its Application for the Adsorption of Organic Compounds.”Compounds.” Carbon Carbon
Zhang, Jing, Yewen Cao, Jiachun Feng, and Peiyi Wu 2012 “Graphene
Zhang, Jing, Yewen Cao, Jiachun Feng, and Peiyi Wu 2012 “Graphene-Oxide-Sheet Oxide-Sheet- Induced Gelation of Cellulose and Promoted Mechanical Properties of Composite
Induced Gelation of Cellulose and Promoted Mechanical Properties of Composite Aerogels.”
Aerogels.” Journal of Physical Che Journal of Physical Chemistry C mistry C
Ziegler, Christoph et al 2017 “Modern Inorganic Aerogels.”
Ziegler, Christoph et al 2017 “Modern Inorganic Aerogels.” Angewandte Angewandte Chemie Chemie International Edit
Zou, Jianhua et al 2010 “Zou, Jianhua et al 2010 “Ultralight Multiwalled Carbon Nanotube Aerogel.”Ultralight Multiwalled Carbon Nanotube Aerogel.” ACS Nano ACS Nano
