Đang tải... (xem toàn văn)
Untitled TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC o0o Đề tài TÌM HIỂU VỀ CELLULOSE, HEMICELLULOSE, LIGNIN VÀ CÁC ỨNG DỤNG THỰC TIỄN CỦA NÓ TRONG ĐỜI SỐNG Hà Nội LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, e[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC - o0o Đề tài TÌM HIỂU VỀ CELLULOSE, HEMICELLULOSE, LIGNIN VÀ CÁC ỨNG DỤNG THỰC TIỄN CỦA NÓ TRONG ĐỜI SỐNG - Hà Nội - LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Giang Thị Phương Lygiảng viên tận tình hướng dẫn em q trình học tập, tìm hiểu mơn Hóa Sinh đại cương việc hồn thành tiểu luận Cơ giúp em tích lũy thêm thật nhiều kiến thức để làm hành trang vững học sống Những kiến thức làm cho em hiểu thêm Hóa học thật diệu kỳ Tuy nhiên, vốn kiến thức thực tế cịn hạn hẹp nên q trình làm tiểu luận em khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận ý kiến đóng góp, phê bình để tiểu luận em hồn thiện Lời cuối cùng, em xin kính chúc cô nhiều sức khỏe điều tốt đẹp đồng hành cô MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ DANH MỤC CÁC BẢNG LỜI MỞ ĐẦU NỘI DUNG CHƯƠNG I TÌM HIỂU VỀ CELLULOSE, HEMICELLULOSE, LIGNIN… … ……………………………………………………………………….1 I CELLULOSE……………………………………………………………………….1 1.1 Nguồn gốc đặc điểm cấu trúc cellulose………………………………….1 1.1.1 Nguồn gốc hình thành cellulose…………………………………… 1.1.2 Cấu tạo phân tử cellulose…………………………………………………… …2 1.1.3 Hình thái cấu trúc cellulose…………………………………………… ….5 1.2 Tính chất vật lý cellulose……………………………………………….……5 1.2.1 Khả hút ẩm cellulose………………………………………… …… 1.2.2 Khả trương nở, hòa tan cellulose……………………………… … 1.3 Các phương pháp thu nhận cellulose……………………………………………7 1.4 Các phản ứng hóa học cellulose………………………………………….…8 1.4.1 Khả tiếp cận phản ứng………………………………………………….8 1.4.2 Phản ứng thủy phân cellulose…………………………………………… 1.4.3 Phản ứng oxi hóa cellulose………………………………………………….9 1.4.4 Phản ứng với kiềm cellulose……………………………………………… 1.4.5 Phản ứng nhiệt phân cellulose………………………………………… .9 HEMICELLULOSE 11 2.1 Tổng quát……………………………………………………………………… 11 2.2 Đặc điểm cấu tạo ………………………………………………………………11 2.3 Phản ứng hóa học hemicellulose………………………………………… 13 2.4 Đặc điểm hemicellulose của gỗ cứng gỗ mềm…………………………13 2.5 Một số hemicellulose chủ yếu gỗ………………………………………… 14 2.5.1 Xylan ………………………………………………………………………… 14 2.5.2 Mannan… 14 LIGNIN……………………………………………………………………………15 3.1 Tổng quát……………………………………………………………………… 15 3.1.1 Khái niệm Lignin tự nhiên phân lập……………………………………… 15 3.1.2 Vai trò phân bố lignin thực vật……………………………………16 3.1.3 Các phương pháp phân lập lignin…………………………………………… 17 3.2 Tính chất vật lý…………………………………………………………… .18 3.2.1 Khả hịa tan……………………………………………………………….18 3.2.2 Tính chất keo điện ly dung dịch……………………………………… 18 3.2.3 Biến dạng nhiệt ……………………………………………………………… 19 3.3 Tính chất hóa học lignin ………………………………………………… 19 3.3.1 Bản chất thơm thành phần nguyên tố…………………………………… 19 3.3.2 Đơn vị cấu trúc ……………………………………………………………… 20 3.4 Chức sinh học ………………………………………………………… 21 3.5 Phân hủy sinh học ………………………………………………………………21 CHƯƠNG II NHỮNG ỨNG DỤNG THỰC TIỄN CỦA CELLULOSE HEMICELLULOSE, LIGNIN TRONG ĐỜI SỐNG 23 CELLULOSE …………………………………………………………………… 23 HEMICELLULOSE……………………………………………………………… 24 LIGNIN.………………………………………………………………………… 26 KẾT LUẬN………………………………………………………………………… 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình Bơng ………………………………………………………… ………… Hình Sợi cellulose gỗ……………………………………………………….1 Hình Cấu trúc cellulose vách tế bào……………………………………………2 Hình Liên kết hidro chuỗi cellulose……………………………………… Hình Cellulose thực vật chụp kính hiển vi điện tử………… ……… Hình Minh họa liên kết hemicellulose cellulose……………….……….12 Hình Một số tiểu đơn vị hemicellulose…………………………………… 12 Hình Cấu trúc ligin thực vật………………………………………………16 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ Cấu tạo hóa học phân tử cellulose…………………………………… Sơ đồ Mạch cellulose thể theo cấu hình dạng ghế 4C1 đơn vị mắt xích…………………………………………………………………………… Sơ đồ Nhiệt phân cellulose…………………………………………………… 10 Sơ đồ Hexoza pentoza có thành phần hemicellulose …………………11 Sơ đồ Các đơn vị mắt xích lignin………………………………… 16 Sơ đồ Đơn vị mắt xích lignin phenyl propan……………………………….21 Sơ đồ Sự mô tả ngắn gọn mạch propan ký hiệu C3……………………….21 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Mức độ trùng hợp trung bình số cellulose………………… …….4 Bảng Thành phần hóa học số vật liệu chứa cellulose điển hình…………5 Bảng Mức độ trương nước vật liệu cellulose dẫn xuất…………… LỜI MỞ ĐẦU 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, thành phần sinh khối thực vật tạo thơng qua q trình quang hợp nguồn sinh học dồi dào, tái tạo bền vững Các sinh khối từ tàn dư trồng nông nghiệp, cỏ, gỗ, chất thải rừng chất thải rắn đô thị bền vững, tiết kiệm chi phí, nguồn tài nguyên tái tạo dồi cho ngành công nghiệp sinh học lignocellulose dự kiến Việc thay nhiên liệu hóa thạch nhiên liệu sinh học lignocellulose làm giảm đáng kể lượng khí thải nhà kính khí giảm thiểu nóng lên tồn cầu Một lợi khác lượng lignocellulose bao gồm tính chất trung tính CO 2, phát thải carbon không, thân thiện với môi trường, không ảnh hưởng đến chuỗi thức ăn, mang lại đa dạng hóa nơng nghiệp nhiều Nhận thấy đặc điểm bật lignocellulose, em chọn đề tài : “Tìm hiểu cellulose, hemicellulose, lignin ứng dụng thiết thực đời sống” để người hiểu thành phần chủ yếu nguồn tài nguyên hữu ích NỘI DUNG CHƯƠNG I TÌM HIỂU VỀ CELLULOSE, HEMICELLULOSE, LIGNIN I CELLULOSE Cellulose polysaccarit phổ biến tự nhiên Bông vật liệu tự nhiên có hàm lượng cellulose cao Xơ bơng thơ chứa 95% cellulose Phần lại gồm protein, sáp, pectin chất vô Từ nguyên liệu gỗ số thực vật khác, qua nấu, tẩy trắng kết hợp làm giàu, ta thu sản phẩm có hàm lượng cellulose cao Để hiểu rõ nguyên liệu cellulose hay cellulose gỗ, tre, nứa… cần tìm hiểu số vấn đề cellulose 1.1 Nguồn gốc đặc điểm cấu trúc cellulose 1.1.1 Nguồn gốc hình thành cellulose Cellulose polisaccarit phổ biến tự nhiên, có mặt hầu hết thực vật, quả, củ với hàm lượng khác tùy thuộc lồi, vị trí Bơng: 95-98% Gỗ: 35-55% Rong, rêu: 10-20% Hình Bơng Hình Sợi cellulose gỗ Kích thước phân tử cellulose khác tùy thuộc vào: Thời gian sinh trưởng thực vật Vị trí Phương pháp thu nhận Cellulose thành phần xây dựng nên cấu trúc tế bào thực vật Hình Cấu trúc cellulose vách tế bào Các phân tử cellulose nằm cạnh liên kết với nhờ liên kết hidro tạo thành bó sợi microfibril, có đường kính khoảng 3,5nm Các vi sợi lại liên kết với tạo thành vi sợi lớn hay cịn gọi mixen có đường kính 20nm 1.1.2 Cấu tạo phân tử cellulose Công thức (thực nghiệm) cellulose viết dạng (C 6H10O5)n [C6H7O2(OH)3]n Bậc trùng hợp n nằm khoảng 5000- 14000 Độ đa phân tán cellulose tự nhiên không lớn Người ta cho rằng, cellulose lớp sơ cấp tế bào thực vật có dạng đa tán, cịn lớp thứ cấp chúng tồn dạng gần với trạng thái đơn tán Cellulose polisaccarit đồng thể mạch thẳng cấu tạo theo nguyên tắc đa phân gồm nhiều đơn phân phân tử glucose liên kết với nhờ liên kết β-(1,4)-glucoside Các nhóm hydroxyl đơn vị mắt xích liên kết với nguyên tử cacbon vị trí 2,3,6 Sơ đồ Cấu tạo hóa học phân tử cellulose Các đơn vị mắt xích cellulose điều kiện thường có cấu hình dạng ghế 4C1 ứng với định hướng xích đạo nhóm hydroxyl Sơ đồ Mạch cellulose thể theo cấu hình dạng ghế 4C1 đơn vị mắt xích Cấu trúc cellulose chặt chẽ chuỗi cellulose lại liên kết với liên kết hidro Các liên kết hidro tăng cường độ bền cellulose Trong thể người động vật có enzim cắt đứt liên kết α-(1,4)glucoside phân tử tinh bột mà không phá vỡ liên kết β-(1,4)-glucoside Loại enzim có nấm số lồi vi khuẩn Hình Liên kết hidro chuỗi cellulose Cellulose thực vật tạo thành dạng sợi chúng đan xen vào tạo thành cấu trúc tinh thể chặt chẽ tương đối rắn Cấu trúc diện vách tế bào với kích thước khác ... lignocellulose, em chọn đề tài : ? ?Tìm hiểu cellulose, hemicellulose, lignin ứng dụng thiết thực đời sống” để người hiểu thành phần chủ yếu nguồn tài nguyên hữu ích NỘI DUNG CHƯƠNG I TÌM HIỂU VỀ CELLULOSE,. .. CHƯƠNG II NHỮNG ỨNG DỤNG THỰC TIỄN CỦA CELLULOSE HEMICELLULOSE, LIGNIN TRONG ĐỜI SỐNG 23 CELLULOSE …………………………………………………………………… 23 HEMICELLULOSE……………………………………………………………… 24 LIGNIN. …………………………………………………………………………... CÁC HÌNH ẢNH DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ DANH MỤC CÁC BẢNG LỜI MỞ ĐẦU NỘI DUNG CHƯƠNG I TÌM HIỂU VỀ CELLULOSE, HEMICELLULOSE, LIGNIN? ?? … ……………………………………………………………………….1 I CELLULOSE……………………………………………………………………….1