Untitled SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 18, No K5 2015 TRANG 96 Tiền xử lý rơm rạ bằng Sodium Bicarbonate trong sản xuất Bioethanol và tận dụng nước thải từ quá trình xử lý này để hấp thụ CO2 t[.]
SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol.18, No.K5 - 2015 Tiền xử lý rơm rạ Sodium Bicarbonate sản xuất Bioethanol tận dụng nước thải từ trình xử lý để hấp thụ CO2 từ hỗn hợp khí Biogas Trần Phước Nhật Un Phan Đình Đơng Trần Thị Tưởng An Nguyễn Đình Quân Phan Đình Tuấn Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG-HCM (Bản nhận ngày 26 tháng năm 2015, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 11 tháng năm 2015) TĨM TẮT Mơ hình biorefinery quy mô nhỏ từ lignocellulose biomass chứng minh hiệu lượng môi trường thông qua (NaHCO3), cho thân thiện với môi trường rẻ Một loạt điều kiện xử lý đa dạng nghiên cứu để tối ưu vài nghiên cứu xưởng thực nghiệm pilot Đại Học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Mơ hình tập trung nghiên cứu trình sản xuất cồn sinh học, tiền xử lý bước quan trọng đạt đến hiệu Tiền xử lý sử dụng dung dịch NaOH 1.0wt% loại bỏ lignin cách hiệu khơng coi hóa chất thân thiện với mơi trường, phải có bước xử lý tốn hóa việc trình xử lý này, bao gồm nồng độ Sodium Bicarbonate (2,0-8,0wt%), làm lượng rơm rạ(2,5-10,0wt% ), nhiệt độ phản ứng (từ nhiệt độ phòng đến 80oC) thời gian ngâm (4h -32h) Điều kiện tối ưu thu tiếp tục khảo sát kết hợp với siêu âm khuấy từ Kết cho thấy Sodium bicarbonate có tiềm sử dụng tiền xử lý rơm rạ Ngồi ra, lượng nước thải từ q trình tiền xử lý cho nước thải sau xử lý Vì vậy, nghiên cứu nhằm mục đích để khảo sát tiền xử lý kiềm dùng Sodium Bicarbonate sử dụng để hấp thụ CO2 hỗn hợp khí biogas lấy từ xưởng thực nghiệm Thái Mỹ huyện Củ Chi Từ khóa: Tiền xử lý kiềm, Sodium Bicarbonate, bioethanol, hấp thụ CO2, biogas, … TRANG 96 TAÏP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 18, SỐ K5- 2015 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Việt Nam có sản lượng rơm rạ năm dồi Các nghiên cứu giới thập niên gần chứng tỏ rơm rạ nguồn biomass lignocellulose có khả chuyển hóa thành bioethanol - nguồn lượng tái tạo đầy hứa hẹn Do đó, nghiên cứu sản xuất bioethanol nhận quan tâm nhà nghiên cứu quản lý Việt Nam Ba bước q trình sản xuất bioethanol tiền xử lý, thủy phân lên men Trong đó, tiền xử lý bước quan trọng Mục đích q trình tiền xử lý làm biến đổi cấu trúc lignocellulose, giúp cellulose dễ tiếp cận với enzyme, hỗ trợ bước thủy phân carbohydrate polymer thành đường lên men.[1] Tuy nhiên, tiền xử lý cho bước tốn chi phí q chuyển hóa biomass thành ethanol.[2] Do cấu trúc vật liệu lignocellulose phức tạp, nên có nhiều tiêu chuẩn để đánh giá khả thủy phân chúng, gồm: tăng bề mặt tiếp xúc lỗ xốp; biến đổi cấu trúc lignin loại bỏ lignin; cắt mạch polimer hemicellulose hòa tan phần hemicellulose; khả phá vỡ cấu trúc tinh thể cellulose.[3] Để đạt đến tiêu chuẩn đó, bước tiền xử lý lignocellulose khơng đơn giản Có nhiều phương pháp tiền xử lý vật liệu lignocellulose Việc lựa chọn phương pháp tiền xử lý phụ thuộc vào thành phần cấu trúc lignocellulose biomass.[4, 5] Trong số phương pháp tiền xử lý, tiền xử lý kiềm so với trình tiền xử lý khác sử dụng nhiệt độ áp suất thấp, chí điều kiện thường, chi phí khơng cao so với kiểu tiền xử lý khác.[3] Một vài nghiên cứu cho chế thủy phân kiềm dựa q trình xà phịng hóa ester phân tử liên kết ngang hemicelluloses xylan thành phần khác lignin.[6] Nghiên cứu Kong cho thấy tiền xử lý kiềm loại bỏ nhóm acetyl khỏi hemicellulose (chủ yếu xylose), theo làm giảm trở ngải không gian cho enzyme nâng cao khả thủy phân carbohydrate.[7] Các bazơ canxi, kali natri hydroxide (Ca(OH)2, KOH NaOH) thường sử dụng tiền xử lý kiềm Điều kiện tiền xử lý loại kiềm tương đối đơn giản thời gian phản ứng kéo dài Các loại kiềm có khả hịa tan lượng lignin cao, đặc biệt biomass chứa hàm lượng lignin thấp gỗ mềm thân cỏ Hơn điều kiện xử lý không phức tạp, tạo thành chất ức chế cho bước thủy phân lên men furfural, HMF axit hữu hạn chế.[8] Một nghiên cứu khác thực tiền xử lý biomass với amoniac lỏng nhiệt độ cao làm giảm hàm lượng lignin hemicellulose, đồng thời loại bỏ số cellulose có cấu trúc bất thường.[9] Sodium carbonate (Na2CO3), loại kiềm yếu, lựa chọn khả thi cho tiền xử lý kiềm Na2CO3 tương đối rẻ, so với giá axit sulfuric, dễ sản xuất thương mại lại dễ dàng xử lý thải môi trường.[10] Các nghiên cứu cho thấy tiền xử lý Na2CO3 nâng cao hiệu suất sản xuất đường ăn.[11,12] Nó đóng vai trị chất xúc tác kiềm, mà hiệu tăng dần từ phân tách liên kết este mối liên kết glycosidic mạng lưới thành tế bào, dẫn đến việc thay đổi cấu trúc lignin, cellulose vơ định hình phần cellulose dạng tinh thể.[6] Trong nghiên cứu khác, tiền xử lý kết hợp siêu âm NaHCO3 báo cáo cải thiện khả phân hủy chất thải giấy in báo.[13] TRANG 97 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol.18, No.K5 - 2015 Hướng tới mục tiêu xây dựng hệ thống sử dụng sinh khối cách hiệu quả, bền vững, cải thiện chất lượng sống tình trạng ô nhiễm môi trường chất thải hữu gây nông thôn, nghiên cứu xây dựng mô hình thị trấn sinh khối “Biomass town” huyện Củ Chi, TP.HCM Đại Học Bách Khoa (ĐHBK), ĐHQG-HCM thực từ năm 2009 Hai xưởng thực nghiệm xây dựng ĐHBK xã Thái Mỹ, Củ Chi nghiên cứu trình sản xuất bioethanol biogas hướng hồn thiện mơ hình đó.[14,15] Nghiên cứu hướng đến khảo sát tiền xử lý kiềm, loại kiềm chọn sử dụng cho trình tiền xử lý rơm rạ để lên men thu ethanol Natri bicarbonate - NaHCO3 (với tính chất hóa học gần giống với Na2CO3), giá thành rẻ, dễ sản xuất thân thiện với môi trường so với loại hydroxide, lần nghiên cứu Việt Nam Một vấn đề gặp phải trình tiền xử lý kiềm thân thiện với mơi trường tốn hóa chất để trung hịa nước thải sau xử lý Do chúng tơi tận dụng lại nước thải có pH kiềm để hấp thụ CO2 hỗn hợp khí biogas làm tăng chất lượng biogas chạy máy phát điện Mục đích cao nghiên cứu hỗ trợ hồn thiện mơ hình Biomass Town PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu Rơm sử dụng nghiên cứu rơm lấy từ xã Thái Mỹ, huyện Củ Chi, thành phố Hồ Chí Minh Rơm rạ bảo quản điều kiện khô ráo, độ ẩm