Nghiên cứu công nghệ chuyển hoá lignin từ nguồn nước thải của công nghiệp giấy thành chất kích thích sinh trưởng cây trồng

Xuất phát từ những luận cứ khoa học về sự biến đổi của lignin thành axit humic trong tự nhiên [2,3,4,5] và trong công nghiệp [8,9] chúng tôi đề xuất nghiên cứu oxy hoá lignin thành axit

Bộ công thương Tổng công ty hoá chất Việt Nam Viện hóa học công nghiệp việt nam

-

Báo cáo tổng kết khoa học công nghệ năm 2009

Tên đề tài: Nghiên cứu công nghệ chuyển hoá lignin

từ nguồn nước thải của công nghiệp giấy thành

chất kích thích sinh trưởng cây trồng

Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Huy Phiêu

7637

01/02/2010

Hà Nội, tháng 11 năm 2009

mở đầu

Axit humic là một dạng axít hữu cơ chủ yếu của axit mùn (humus) có hoạt tính sinh học cao nhờ các nhóm chức trong cấu trúc phân tử như nhóm cacboxyl, hydroxyl, amin, cacbonyl [1] Axit humic được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: Trong công nghiệp dùng để cải thiện độ nhớt của dung dịch khoan, dùng làm phụ gia cho bê tông, nhuộm gỗ v.v Trong nông nghiệp dùng làm chất kích thích sinh trưởng cây trồng, xử lý hạt giống, cải thiện cấu tượng của đất Trong lĩnh vực bảo vệ môi trường dùng axit humic để kết tủa kim loại nặng, phân huỷ thuốc trừ sâu Trong lĩnh vực đời sống dùng trị bệnh về khớp, dị ứng

Tuy nhiên, người ta chỉ chiết tách được axit humic từ than bùn, than nâu, trầm tích hồ với số lượng hạn chế

Ngoài ra, khi chiết tách lấy axit humic lượng bã thải còn lại chất lượng

bị giảm, khó tìm được những ứng dụng hữu ích

Xuất phát từ những luận cứ khoa học về sự biến đổi của lignin thành axit humic trong tự nhiên [2,3,4,5] và trong công nghiệp [8,9] chúng tôi đề xuất nghiên cứu oxy hoá lignin thành axit humic bằng tác nhân oxy hoá hoá học nhằm rút ngắn quá trình và nâng cao hiệu suất thu hồi sản phẩm

Như đã biết lignin là chất thải của ngành sản xuất giấy và bột giấy, cứ sản xuất 1T giấy sẽ thải ra khoảng 4m3 nước chứa 15 – 30% lignin Hiện tại ở nước ta chỉ có nhà máy giấy Bãi Bằng (Phú Thọ) đầu tư xây dựng bộ phận thu hồi xút từ lignin theo phương pháp đốt, nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ (Thái Nguyên) mới đầu tư hệ thống xử lý nước thải, còn phần lớn các cơ sở sản xuất giấy khác đều chưa có hệ thống xử lý nước thải một cách hữu hiệu

Do vậy, đề tài không những có ý nghĩa về mặt kinh tế vì sẽ sản xuất

được một sản phẩm mới từ nguồn nguyên liệu dồi dào mà còn góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường - một vấn đề khó giải quyết của ngành công nghiệp giấy

I Phần tổng quan

I.1 Axit humic và các tính chất

Axit humic là chất rắn vô định hình màu nâu hoặc đen Axit humic là một trong ba hợp phần của axit mùn (humus) Ngoài axit humic còn có axit fulvic và axit hymatomelanic Ba dạng này luôn đồng hành với nhau, trong đó axit humic được quan tâm nghiên cứu nhiều hơn cả

Axit humic có bề mặt phát triển lớn, trong phân tử cùng với phần sắp xếp trật tự còn có những phần sắp xếp không trật tự Phần sắp xếp trật tự có thể là mặt lục giác của nhân thơm, còn phần không trật tự là tổ hợp của nhóm ngoại biên liên kết với nhân thơm Người ta giả thiết rằng, phân tử của axit humic có nhiều nhánh và không đối xứng [2]

Axit humic chứa các nhóm chức cacboxyl, cacbonyl, metoxyl và hydroxyl phenol, trong đó nhóm chức cacboxyl là chủ yếu; nhờ đó mà axit humic có khả năng tạo chêlat với cation đa hóa trị như Mg2+, Ca2+, Fe2+ và hầu hết các nguyên tố vi lượng (trace elements) có giá trị cho cây trồng [3]

Coles và Yong [4] đã xác định được dung lượng trao đổi ion (CEC) của axit humic khô vào khoảng 288-436 mgđlg/100g, ở dạng hydrat đạt tới 533-

806 mgđlg/100g Các tác giả cũng đã đánh giá được khả năng tương tác với chì và cadmi Tác giả khác [3] lại cho rằng axit humic có tính chất rất quan trọng là tác dụng làm sạch (detergent), nghĩa là khả năng hòa tan chất kỵ nước Nguyên nhân chính là khả năng phân tán của nó qua đất và nước Axit humic có tác dụng làm sạch tốt nhất đối với muối hòa tan, đặc biệt là muối chứa ion kim loại đa hóa trị như Mg2+ và Sm3+ Các ion hóa trị I như Na+ cũng

có tác dụng nhưng ở mức độ thấp hơn

Stawinska và Polewski [5] cũng đã xác định được hoạt tính chống oxy hóa của axit humic nhờ phương pháp phân tích phát quang hóa học Các tác giả cho rằng axit humic có vai trò chống lại những ứng suất (stress) oxy hóa gây ra bởi ozôn, NxOy, mưa axit và bức xạ UV trong hệ sinh tháI đất và nước

I.2 Nghiên cứu sử dụng axit humic trong nông nghiệp

ở Uzbekitxtan đã nghiên cứu sử dụng axit humic trong nông nghiệp từ năm 1950 [2] Các tác giả cho rằng axit humic có hoạt tính sinh học, thúc đẩy sự phát triển và kết trái nên đã được sử dụng như một chất hoạt tính sinh học Khi thay thế hoàn toàn nhóm cacboxyl bằng ion NH4+ sẽ được amôn humat chứa 2,3 mgdlg/g NH4+ Phản ứng trao đổi của axit humic với cation là thuận nghịch

ArCOOMe + NH4+ ArCOONH4 + Me+

Sử dụng chế phẩm humat làm cải thiện vi cấu trúc đất, tăng hàm lượng phospho dễ tiêu và thúc đẩy quá trình nitrit hóa trong đất, do đó làm tăng năng suất và chất lượng sản phẩm nông nghiệp Ngoài khía cạnh là chất hoạt tính sinh học, người ta còn thấy rằng các chế phẩm humat sử dụng riêng rẽ hay kết hợp với phân hữu cơ còn có tác dụng làm giảm tích lũy chất độc hóa học ở trong đất và nông sản

ở Việt nam, từ những năm 1980 đã nghiên cứu sử dụng các dạng humat chiết tách từ than bùn cho một số đối tượng cây trồng [6] Các kết quả nghiên cứu cho thấy, ngoài tác dụng tăng cường hô hấp và quang hợp của cây, các muối humat còn làm cho hệ rễ phát triển hút được nhiều chất dinh dưỡng hơn

do đó các muối humat đã được sử dụng để giâm cành chè, hom dâu, hom dứa,

hồ rễ mạ; phun hoặc tưới cho chè và rau,…

Muối amôn humat thích hợp cho cây chè, dâu, dứa và rau Muối kali humat sử dụng rất có hiệu quả cho mạ hoặc lúa mới cấy khi trời rét đậm Muối natri humat thích hợp cho cây cà chua Nồng độ muối humat cũng đã được nghiên cứu sử dụng cho từng loại cây và đất trồng (phù sa, đất kiềm và đất chua), dao động trong khoảng 0,03-0,06%

I.3 Các phương pháp điều chế axit humic

I.3.1 Nguyên liệu là than

Nguyên liệu chính để tách chiết axit humic là than non, than nâu và than bùn; tác nhân chiết là kiềm, còn tác nhân oxy hóa thường là axit nitric

←

→

I.3.1.1 Phương pháp oxy hóa than bùn bằng axit nitric

Theo patent Mỹ số 3.468.943 [7] người ta dùng than ít bitum có hàm lượng cacbon là 68%, than được oxy hóa bằng axit nitric nồng độ 42oBe với các tỷ lệ khối lượng giữa axit và than thay đổi từ 1,1 đến 0,16, nhiệt độ phản ứng khoảng 100oC, đã thu được axit humic có hàm lượng từ 26,9-46,0% Khi

tỷ lệ khối lượng axit và than là 1,1 thì lượng nitơ oxit bốc ra rất mãnh liệt, nếu giảm tỷ lệ này xuống 0,16 thì lượng khí bốc ra nhẹ, nhưng chỉ thu đựơc axit humic 26,9%

I.3.1.2 Phương pháp chiết bằng kiềm

Người ta [2] đã nghiên cứu tách chiết axit humic từ than bùn bằng các dạng kiềm khác nhau NaOH, Na2CO3, NH4OH với nồng độ thay đổi từ 5-20%,

ở nhiệt độ từ 30 đến 100oC và thời gian chiết từ 15 đến 60 phút Các tác giả đã

đi đến kết luận: hiệu quả chiết tách của các dung dịch kiềm xếp theo thứ tự NaOH > Na2CO3 > NH4OH; ở nhiệt độ 100oC sau 30 phút hiệu suất chiết tách của dung dịch NaOH 5% đã đạt 97,6% Trong khi không đun nóng hiệu suất chỉ đạt 65,1% Ngoài ra, hiệu suất chiết tách cũng còn phụ thuộc vào kích thước của than ngâm chiết Dung dịch sau ngâm chiết là muối humat, muốn thu được axit humic phải axit hóa bằng axit vô cơ

I.3.2 Tổng hợp axit humic từ lignin

I.3.2.1 Sự hình thành axit humic trong đất

Có 4 giả thuyết nói về sự hình thành của axit humic khi xác động thực vật thối rữa ở trong đất [8] Giả thuyết cổ điển được phổ biến bởi Waksman (1982) cho rằng chất humic là một đặc trưng của lignin bị biến tính (giả thuyết 1 hay còn gọi là giả thuyết lignin), nhưng đa số các nhà nghiên cứu hiện thời tán thành cơ chế liên quan đến quinol (giả thuyết 2 và 3) Ngoài ra còn giả thuyết cho rằng, cơ chế hình thành humic là do sự ngưng tụ đường-amin (giả thuyết 4) Bốn giả thuyết này bổ sung cho nhau và có thể vận dụng trong tất cả các loại đất

Giả thuyết 2 và 3 có thể dùng để giải thích sự hình thành axit humic khi không có lignin mà chỉ có xellulô, hoặc giả thuyết 4 giải thích trường hợp

không có lignin và xellulô mà chỉ có thực vật bậc thấp là rêu, tảo và địa y, các chất tham gia phản ứng (đường, amin) được sinh ra một cách dồi dào thông qua hoạt động của vi sinh vật Nội dung các giả thuyết như sau

Giả thuyết 1 cho rằng cơ chế hình thành humic là do sự biến đổi lignin làm mất nhóm – CH3O và hiện diện của nhóm phenolic – OH và oxy hoá chuỗi bên cuối để hình thành nhóm – COOH Theo mô hình này, tàn dư thực vật (lignin, cutin, suberin) và biôpolyme sinh vật (melamin, đại phân tử paraffinic) là những tiền chất từ đó chất humic được tạo thành Hàm lượng nhóm axit tăng thúc đẩy khả năng tan trong kiềm và sự tiến hoá trước tiên là axit humic, sau đó là axit fulvic

Giả thuyết 3 cho thấy lignin tham gia với vai trò quan trọng trong tổng hợp chất mùn nhưng theo lộ trình khác: lignin bị vi sinh vật phân giải sẽ giải phóng ra aldehyt và axit phenolic, sau đó chuyển hoá nhờ enzym thành quinol

và cuối cùng polyme hoá thành đại phân tử tương tự chất humic

Giả thuyết 2 có phần tương tự giả thuyết 3 nhưng khác ở chỗ: polyphenol được tổng hợp do vi sinh vật từ nguồn cacbon không phải là lignin

mà là xellulô Sau đó polyphenol cũng bị oxy hoá bởi enzym thành quinol và chuyển hoá tiếp thành chất humic

Giả thuyết 4 Đường khử và axit amin được hình thành như bán thành phẩm của sự chuyển hoá vi sinh vật Khi bổ sung amin vào nhóm aldehyt của

đường thành dạng n-glycosylamin thay thế Sau đó glycosylamin chuyển sang dạng n–thay thế-amino-deoxy-2ketonse Đó là đối tượng phân giải và hình thành aldehyt và kenton chuỗi 3-cacbon, axeton, diaxetyl….; loại nước và hình thành hydroxymethyl furfural Tất cả các phần tử này có hoạt tính cao và sẵn sàng polyme hoá khi có mặt của hợp chất amin thành sản phẩm mầu nâu

Cơ sở của bốn giả thuyết nói trên có thể mô tả tóm tắt theo sơ đồ (hình 1)

Hình 1 : Sơ đồ hình thành axit humic ở trong đất I.3.2.2 Chuyển hoá lignin nhờ enzym trong công nghiệp

Có nhiều nghiên cứu về sử dụng enzym dạng laccaza trong quá trình khử lignin tẩy trắng bột giấy [9] Tuy nhiên một trở ngại chính là do enzym dạng laccaza không thể xâm nhập có hiệu quả vào trong sợi do kích thước của chúng lớn hơn các lỗ mao quản của xơ sợi Nhưng khi có mặt chất trung chuyển hữu cơ với phân tử lượng thấp laccaza có thể tham gia vào quá trình khử lignin, góp phần cải thiện độ trắng của bột giấy Một chất trung chuyển thích hợp đối với enzym dạng laccaza là 1-hydroxybenzotriale (HBT)

Enzym laccaza được sản xuất từ Trameteshirsuta trong môi trường chất chiết thô bằng men gluco có sử dụng HBT làm chất kích thích [9] Liều lượng enzym laccaza được sử dụng là 670nkat/g bột giấy với sự có mặt của HBT (3% so với bột nâu sau nấu), pH = 4,5, nhiệt độ 450C, thời gian 2h, dưới áp lực oxy 0,5 MPa và nồng độ bột 10%

Kết quả nghiên cứu cho thấy quá trình xử lý bột kraft gỗ thông bằng hệ laccaza/HBT đã làm giảm đáng kể trị số kappa (38% sau giai đoạn trích ly kiềm) của giấy và cải thiện một cách rõ nét sự khử lignin của bột giấy, hiệu suất khử lignin đạt 93,5% so với lignin có trong bột giấy

Lignin dư của các mẫu bột giấy đã qua xử lý bằng hệ laccaza/HBT có hàm lượng nitơ tương đối cao (3,88% so với 0,46% trong bột kraft) và phần lớn nitơ có trong lignin dư do có nguồn gốc từ các protein của lignin

Sự thay đổi của hàm lượng các nhóm chức dạng cacbonyl/cacboxyl của lignin được phản ảnh khá rõ nét khi nghiên cứu cấu trúc của lignin dư bằng phổ hồng ngoại Sự thay đổi này liên quan đến cấu trúc của nhân thơm trong quá trình khử lignin Đối với lignin dư từ bột kraft thì cường độ hấp thụ của các nhóm cacbonyl ở số sóng 1720 cm-1 thấp hơn so với cường độ hấp thụ của các dao động C-H thuộc vòng thơm ở số sóng 1510 cm-1

Khi xử lý bột giấy bằng hệ laccaza/HBT thì làm lượng các nhóm cacbonyl và cacboxyl trong lignin tăng đáng kể Các tác giả cho rằng sự gia tăng này chủ yếu là do hình thành các cấu trúc thuộc axit humic

Các kết quả nghiên cứu cũng cho thấy rằng các cấu trúc dạng phenol của lignin là những vị trí hoạt tính nhất trong quá trình khử lignin bằng hệ laccaza/HBT Hệ quả là sau khi xử lý, hàm lượng nhóm phenol của lignin dư giảm 42% so với bột kraft Tuy nhiên hàm lượng các nhóm phenol liên hợp trong lignin lại tăng, hiện tượng này được giải thích là do tạo thành các nhóm cacbonyl ở vị trí Cα trong cấu trúc của lignin

Nhóm methoxyl trong lignin dư cũng giảm từ 13,1% trong bột gỗ xuống 11,7% khi xử lý bột bằng hệ laccaza/HBT Các phản ứng khử các nhóm methoxyl đồng thời với sự phân huỷ vòng thơm của lignin tạo ra các cấu trúc hoạt tính dạng axit humic

Xử lý bột kraft với laccaza kết hợp với HBT cho phép phân giải lignin, qua đó làm giảm khối lượng phân tử của lignin dư Sự giảm phân tử lượng của lignin diễn ra đồng thời với sự gia tăng hàm lượng các nhóm cacbonyl/cacboxyl và giảm hàm lượng các nhóm phenol và methoxyl

Như vậy quá trình phân giải lignin bằng enzym trong công nghiệp cũng thể hiện những nét tương đồng với sự biến đổi của lignin trong tự nhiên dưới tác dụng của vi sinh vật

I.3.2.3 Phương pháp oxy hoá lignin thành axit humic

Một phương pháp sản xuất muối humat từ lignin, chất thải của công nghiệp sản xuất giấy theo phương pháp sulfit đã được công bố tại patent Mỹ

Sau khi oxy hoá giai đoạn 2 và làm lạnh sẽ thu được các muối humat và fulvat Muốn có sản phẩm là axit humic phải dùng axit vô cơ cho tác dụng với muối humat Sơ đồ điều chế muối humat và axit humic từ lignin như sau:

T = 50 – 190 0 C T = 170 – 210 0 C

P = 0,5 – 3MPa P = 0,5 – 3MPa

pH = 10,5 – 12 pH = 8,5 – 10

Hình 2 : Sơ đồ oxy hoá lignin thành axit humic

Kiềm hoá Oxy hoá

Sơ cấp

Oxy hoá

thứ cấp Làm lạnh

Chuyển hoá

Các sản phẩm thu được chứa 64,3–77,2% axit humic và 10,8 – 18,4% axit fulvic.

Tuy vậy, phương pháp này rất phức tạp, thực hiện qua nhiều công đoạn, tiêu tốn nhiều hoá chất như NaOH, axit vô cơ, hydrogen peoxit Quá trình thực hiện ở nhiệt độ cao và áp suất cao nên tốn nhiều năng lượng

I.3.3 Tổng hợp axit humic từ các nguyên liệu khác

Do có tính chất chống oxy hoá nên axit humic đã được tổng hợp từ những nguyên liệu đầu tinh khiết Đa số các mẫu humic tổng hợp từ dihydroxybenzen và quinol, phenol hoặc do phản ứng ghép đôi của các phenolic với axit amin và protein

Stawinska [5] đã tổng hợp axit humic từ axit galic Phản ứng polyme hoá của axit galic được thực hiện do tự oxy hoá trong dung dịch Na2CO3 ở pH

~ 8 với thời gian 37 ngày Dung dịch phản ứng đã được chống nhiễm khuẩn Sau đó dung dịch màu đen được xử lý bằng HCl đến pH ~ 2 và giữ trong 2 ngày ở 80C rồi sấy khô ở 700C Mẫu axit humic đã được phân tích nguyên tố

C, H, O và so sánh với mẫu axit humic chuẩn, phân tích phổ hấp thụ, phổ huỳnh quang, phổ cộng hưởng từ điện tử và phổ hấp thụ hồng ngoại

ở trong nước cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng lignin trong dịch kiềm đen như sản xuất keo dán cót ép, mũ cối; làm phụ gia cho xi măng, bê tông; điều chế phân bón vi lượng trên nền polyme từ chất thải công nghiệp giấy [ 14]; nghiên cứu sử lý nguồn phế thải của công nghiệp giấy thành sản phẩm phục vụ nông nghiệp [15]; nghiên cứu tổng hợp chất hoạt động bề mặt dùng trong gia công thuốc bảo vệ thực vật [ 16]; nghiên cứu điều chế chất kích thích sinh trưởng cây trồng [17]

Các đề tài nghiên cứu nói trên chủ yếu theo phương pháp sulfo hoá lignin thành chất hoạt động bề mặt dùng tạo nhũ trong gia công thuốc bảo vệ thực vật, hoặc dùng muối natri sulfonat trao đổi với các cation thích hợp dùng

để làm chất kích thích sinh trưởng cây trồng như sulfonat kali, đồng, kẽm

Tuy nhiên các đề tài nghiên cứu chỉ thu được kết quả bước đầu và lượng

sử dụng mới chỉ ở quy mô hạn chế

Từ những nguồn tài liệu nêu trên thấy 2 phương pháp có thể thực hiện chuyển hoá lignin thành axit humic là phương pháp dùng enzym và phương pháp oxy hoá bằng tác nhân hoá học

Hiện tại phương pháp dùng enzym chưa khả thi do chế phẩm enzym tái

tổ hợp phân huỷ lignoxellulô (lignin, xellulô) đang được nghiên cứu sản xuất trong khuôn khổ Chương trình Khoa học Công nghệ cấp Nhà nước (2009 – 2010) mã số KC-04/06-10/5

Phương pháp oxy hoá lignin bằng phương pháp hoá học là H2O2 phải thực hiện trong điều kiện khá nghiêm ngặt : nhiệt độ tới 2100C và áp suất đến 3MPa Quá trình lại tiến hành theo nhiều giai đoạn, như vậy sẽ gây phức tạp

về dây chuyền công nghệ, đặc biệt là cần những thiết bị chịu áp cao Ngoài ra phương pháp này cũng tiêu hao nhiều hoá chất như axit vô cơ, hydrogen peoxit và tốn nhiều năng lượng để đun nóng rồi lại phải làm lạnh

Do vậy, đề tài định hướng dùng axit nitric là tác nhân oxy hoá lignin như các tác giả [7] đã dùng axit nitric để oxy hoá than

Trong khuôn khổ chương trình khoa học công nghệ cấp nhà nước

“nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ sinh học” năm 2009-2010 đề tài nghiên cứu tạo chế phẩm enzym tái tổ hợp huỷ phân lignoxellulose phục vụ sản xuất cồn nhiên liệu Mã số KC-04/06-10/5 đang được thực hiện, nhằm tạo

ra chủng giống enzym tái tổ hợp huỷ phân lignocellulose (lignin, xellulô, xylan)

II Phần thực nghiệm

II.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là dịch kiềm đen của nhà máy giấy Hoà Bình, với nguyên liệu là tre, nứa Số lượng 2 mẫu, mỗi mẫu lấy 50 lít

II.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

II.2.1 Xác định thành phần và tính chất của dịch kiềm đen

+ Đo độ pH, tỷ trọng, hàm lượng chất khô

II.2.2 Nghiên cứu tách lignin từ dịch kiềm đen

+ Quá trình tách lignin từ dịch kiềm đen được tiến hành theo 3 phương pháp:

- Tách bằng cách axit hoá dịch kiềm đen một giai đoạn đến pH=2-4

- Phương pháp 2 giai đoạn, nghĩa là axit hóa đến pH=9 rồi lọc bỏ phần nước lọc, sau đó tiếp tục axit hóa đến pH=2 - 4

- Dùng hỗn hợp axit vô cơ với dung môi không trộn lẫn với nước [11] + Xác định hiệu suất tách lignin, tính theo tỷ số của lượng lignin thu

được với lượng chất khô

+ Phân tích cấu tạo lignin bằng phương pháp phổ hồng ngoại và sắc ký khối phổ

-II.2.3 Nghiên cứu oxy hoá lignin thành axit humic bằng axit nitric

- So sánh quá trình oxy hóa lignin ở dạng rắn và dạng hoà tan bằng kiềm NaOH, hiệu suất chuyển hoá tính theo tỷ số của tổng lượng axit humic và axit fulvic với lượng lignin ban đầu

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố động học đến hiệu suất chuyển hoá

+ Nhiệt độ thay đổi 30, 60 và 900C

+ Nồng độ chất oxy hoá thay đổi trong giới hạn 3,5,7%

+ Thời gian oxy hoá từ 1-3h

- Nghiên cứu oxy hoá trực tiếp dịch kiềm đen

II.2.4 Đánh giá chất lượng sản phẩm

+ Hàm lượng axit humic và fulvic được xác định tại phòng kiểm định chất lượng phân bón, Viện Thổ nhưỡng nông hóa

+ Xác định hàm lượng nhóm chức bằng phân tích hoá học [12]

+ Phân tích phổ hồng ngoại trên máy Bruker D8 advance tại Viện

Hoá học Công nghiệp Việt Nam

+ Phân tích sắc ký-khối phổ trên máy Agilent Technologies

6890N Network GC system tại Viện Hoá học Công nghiệp Việt Nam

II.2.5 Pha chế các dạng muối humat

Hoà tan axit humic trong dung dịch kiềm NaOH, KOH hoặc NH4OH sẽ

được các muối humat tương ứng

II.2.6 Nghiên cứu hiệu quả nông hoá của sản phẩm humat

+ Dùng dung dịch muối amon humat nồng độ 60ppm để đánh giá tác dụng sinh học

+ Đối tượng là cây rau

+ So sánh với đối chứng là phun nước lã và phân bón lá Sông

Gianh có thành phần NPK là 10-10-5 và các muối vi lượng B, Cu, Zn, Mn

+ Cơ quan thử nghiệm:

y Trung tâm Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ chi nhánh Công

ty cổ phần Sông Gianh

III Kết quả và thảo luận

III.1 Thành phần và tính chất của dịch kiềm đen

Kết quả xác định thành phần và tính chất của dịch kiềm đen ghi trên bảng 1

Bảng 1 : Thành phần và tính chất của dịch kiềm đen

do ở độ pH cao lượng lignin và các hợp chất khác trong nguyên liệu hoà tan nhiều hơn Do vậy các thí nghiệm tiến hành tiếp theo đã dùng mẫu dịch kiềm

đen số 1 làm đối tượng nghiên cứu

III.2 Nghiên cứu tách lignin từ dịch kiềm đen

III.2.1 Tách lignin theo các phương pháp khác nhau

Theo phương pháp axit hoá một giai đoạn, từ một lít dịch kiềm đen thu

được 44,33 gam lignin Tuy nhiên thời gian lọc kéo dài hơn 4h

Theo phương pháp axit hoá hai giai đoạn, từ 1 lít dung dịch kiềm đen thu được 38,02 gam lignin Thời gian lọc chỉ có 2h

Còn theo phương pháp dùng hỗn hợp axit vô cơ và CH2Cl2 quá trình kết tủa lignin xẩy ra gần tức thời, dễ lọc rửa Từ 1 lít dung dịch kiềm đen thu được 46,70g lignin

Hiệu xuất thu hồi lignin (so với hàm lượng chất khô trong dịch kiềm

đen) được ghi trên bảng 2

Bảng 2 : Hiệu suất thu hồi lignin

Phương pháp dùng hỗn hợp axit vô cơ và dung môi CH2Cl2 thu được lignin dễ lọc, rửa nên loại lignin này được dùng cho các nghiên cứu tiếp theo

III.2.2 Xác định cấu trúc của lignin

Mẫu lignin được xác định cấu trúc bằng phương pháp phổ hồng ngoại

và sắc ký-khối phổ

Phổ hồng ngoại của mẫu lignin thu được (hình 4) phù hợp với số liệu đã công bố [13] Cụ thể, xuất hiện một pic rộng ở vùng 3200-3600 cm-1 đặc trưng cho dao động hoá trị và biến dạng của nhóm OH Pic riêng biệt ở 1587cm-1 đặc trưng cho dao động hoá trị của nhóm C = C Một Trilet ở vùng 1040 đến 1342cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng của các nhóm CH2, CH3 , các pic ở vùng 1415-1465cm-1 thể hiện sự có mặt của vòng benzen hay hệ liên hợp thơm

Hỡnh 4 Phổ hồng ngoại của mẫu lignin

Trên sắc ký đồ của mẫu lignin xuất hiện 5 pic (hình 18)

Hỡnh 5 Sắc ký đồ của mẫu lignin

Tuy nhiên 3 pic (pic 1, 2, 3) không xác định được, chỉ có 2 pic (pic 4, 5) xác định được qua dữ liệu của máy Phổ khối lượng của 3 pic không xác định

có thể là C6H5CHO, C4H8OH và C3H7OH Phổ khối lượng của 2 pic xác định

được tương ứng với axit 4-hydroxy benzenepropanoic (pic 4) và methylphenyl phenoxyaxetat (pic 5)

para-Như vậy lignin là một polyme phân nhánh có cấu trúc phức tạp, được tạo ra bởi sự liên kết của nhiều monome khác nhau, các liên kết này có thể bị phá vỡ khi bị oxy hoá

III.3 Nghiên cứu oxy hoá lignin thành axit humic

III.3.1 So sánh hiệu quả oxy hoá lignin dạng rắn và dạng hoà tan

Mẫu lignin đã sấy khô và nghiền mịn được oxy hoá bằng dung dịch axit nitric 5% với tỷ lệ rắn : lỏng là 1:10, pH ~ 2, ở nhiệt độ 900C trong thời gian 2h Sau khi lọc, rửa, sấy khô, phân tích xác định hàm lượng axit humic và axit fulvic Kết quả phân tích ghi trên bảng 3

Thí nghiệm hoà tan lignin trước Lấy 20g mẫu lignin nêu trên được hoà tan bằng dung dịch NaOH 10% rồi mới oxy hoá bằng 200ml dung dịch axit nitric 5% với các điều kiện như trên Kết quả thu được ghi trên bảng 3

Bảng 3 : So sánh kết quả oxy hoá lignin dạng rắn và hoà tan

KHM Mẫu lignin Axit humic,