Đang tải... (xem toàn văn)
nước ta chưa có nhiều vùng nguyên liệu chuyên canh theo kiểu công nghiệp. Hầu hết các nơi đều khai thác rừng mọc tự nhiên, các địa phương còn chưa tận dụng được hết diện tích đất trống đồi núi trọc, chu kỳ khai thác của gỗ thì mất nhiều năm. Nguồn nguyên liệu gỗ sẽ ngày càng không đáp ứng đủ cho ngành giấy. Trước tình hình đó, nhu cầu nghiên cứu tìm ra nguồn nguyên liệu mới thay thế gỗ có chu kỳ khai thác ngắn, dồi dào là một vấn đề được quan tâm nghiên cứu ở nhiều nơi. Do đó Nghiên cứu và thử nghiệm quy trình sản xuất giấy từ rơm rạ nhằm đánh giá việc sử dụng nguồn nguyên liệu rơm rạ cho công nghiệp giấy Một nguồn phế phẩm nông nghiệp có khả năng là nguồn nguyên liệu phi gỗ cho công nghiệp giấy trong tương lai.
SẢN XUẤT GIẤY TỪ RƠM A TÌNH HÌNH CHUNG Giấy mặt hàng thông thường sử dụng rộng rãi cho đối tượng, lứa tuổi, cho nhiều lĩnh vực khác sống Khi sống ngày đại người ta sử dụng tiện ích giấy nhiều hơn: Giấy dùng để in, viết phục vụ cho ngành Giáo dục; giấy dùng để bao gói, bao bì phục vụ cho Dân sinh, cho ngành Công, Thương nghiệp; giấy vệ sinh, khăn ăn phục vụ cho ngành Du lịch, Nhà hàng, Khách sạn; giấy in tiền phục vụ cho ngành Tài chính, Ngân hàng; giấy tráng nhôm chuyên phục vụ cho ngành Cơng nghệ cao cấp; cịn nhiều tiện ích khác giấy mà người phải sử dụng đến giấy … Tình hình sản xuất cơng nghiệp Việt Nam thời điểm thời kỳ chuyển biến phức tạp; cơng nghiệp có trình độ kỹ thuật, công nghệ thấp chuyển dần sang công nghiệp tự động hố có trình độ kỹ thuật, cơng nghệ cao Ngành công nghiệp sản xuất giấy Việt Nam vậy, đơn vị sản xuất tự trang bị để thay đổi dần thiết bị, máy móc mang tính kỹ thuật, cơng nghệ cho doanh nghiệp để thích ứng phát triển thật nhanh môi trường kinh doanh kinh tế thị trường Nhờ tiến trình độ chun mơn, công nghệ tiên tiến với hợp tác đầu tư nước ngồi, cơng nghiệp giấy nước ta phát triển qui mô, số lượng, lẫn chất lượng Tuy nhiên, công nghiệp giấy nước ta cịn gặp nhiều khó khăn thử thách, việt nam lực sản xuất bột giấy đáp ứng ½ nhu cầu sản xuất giấy, ngành công nghiệp giấy phải phụ thuộc vào nguồn bột giấy nhập khẩu, giá bột giấy nhập tăng cao 800 – 850USD/tấn, giá giấy vụn khoảng 400 – 450USD/tấn Hiện có Cơng ty giấy Bãi Bằng Công ty cổ phần giấy Tân Mai chủ động đáp ứng khoảng 80% tổng số bột cho sản xuất giấy Một nguyên nhân dẫn đến ngành giấy nước ta phát triển chậm chưa cân cung cầu thiếu ngun liệu Ngun liệu cơng nghiệp giấy nước ta gỗ Tuy nhiên, khả đáp ứng nhu cầu thấp không đồng đều, vùng nguyên liệu chủ yếu tập trung Miền Bắc Miền Trung lực sản xuất lại tập trung chủ yếu miền nam, nhà máy sản xuất bột giấy từ nguyên liệu nguyên thủy Miền Nam gặp vấn đề nguồn nguyên liệu Gỗ ngày đáp ứng không đủ qui mô sản xuất giấy ngày mở rộng, lượng không nhỏ gỗ cung ứng cho ngành công nghiệp khác: Xây dựng, chế biến lâm sản, Trong đó, nước ta chưa có nhiều vùng nguyên liệu chuyên canh theo kiểu công nghiệp Hầu hết nơi khai thác rừng mọc tự nhiên, địa phương chưa tận dụng hết diện tích đất trống đồi núi trọc, chu kỳ khai thác gỗ nhiều năm Nguồn nguyên liệu gỗ ngày không đáp ứng đủ cho ngành giấy Trước tình hình đó, nhu cầu nghiên cứu tìm nguồn nguyên liệu thay gỗ có chu kỳ khai thác ngắn, dồi vấn đề quan tâm nghiên cứu nhiều nơi Do Nghiên cứu thử nghiệm quy trình sản xuất giấy từ rơm rạ nhằm đánh giá việc sử dụng nguồn nguyên liệu rơm rạ cho công nghiệp giấy- Một nguồn phế phẩm nơng nghiệp có khả nguồn nguyên liệu phi gỗ cho công nghiệp giấy tương lai B Nguyên liệu ngành giấy Nguyên liệu Gỗ nguồn nguyên liệu chủ yếu cho công nghiệp sản xuất giấy, bao gồm gỗ cứng (lá giới, 35% diện tích rừng thuộc loại gỗ mềm 65% gỗ cứng, Nga chiếm nửa lượng rừng gỗ mềm gấp 2,5 lần lượng rừng Bắc Mỹ Phần lớn rừng rộng tồn vùng nhiệt đới, đặc biệt Châu Phi Mỹ La Tinh rộng) gỗ mềm (lá kim) Trên Giấy sản xuất từ nguyên liệu giấy thu hồi phi gỗ Giấy thu hồi giấy qua sử dụng, loại giấy đứt, giấy xén loại từ phân xưởng sản xuất giấy xưởng in Cây phi gỗ nguồn thực vật có thành phần cellulose khơng có cấu trúc tế bào sợi gỗ Một số nguyên liệu phi gỗ sử dụng cho công nghiệp giấy bã mía, tre, sợi đay, rơm rạ, loại cotton phế phẩm… Thành phần hóa học nguyên liệu gỗ phi gỗ Tìm hiểu thành phần hóa học nguyên liệu cho ta biết tính khả thi sử dụng nguyên liệu cho sản xuất giấy Các tế bào sợi thành phần quan trọng cây, xenlulose thành phần yếu thành tế bào gỗ Trong nguyên liệu thành phần xenlulose bao gồm hemixenlulose, pectins, lignin, protein, loại muối khoáng K, Na, Ca, Mg, P, S, Si, Fe…Hàm lượng thành phần chất có nguyên liệu khác lồi cây, vị trí thân Cây gỗ phi gỗ khác hình thái học xơ sợi, kiểu tế bào hình thành nên xơ sợi, hàm lượng chất nguyên liệu… Nhưng nhìn chung, phi gỗ gỗ có thành phần hoá học giống nhau, lớp tế bào bao gồm: Hydrat cacbon, lignin- thành phần cấu tạo nên thành tế bào nguyên liệu a) Hydrat cacbon Trong hydrat cacbon gồm thành phần chủ yếu cellulose hemicellulose, chúng khác trọng lượng phân tử, cấu trúc, tính chất hố học Cellulose Là hợp chất cao phân tử, đơn vị mắt xích D – glucopyrano liên kết với liên kết β -1,4-glucoxit Các đơn vị mắt xích chứa ba nhóm hydroxyl, nhóm rượu bậc một, hai nhóm rượu bậc hai Hình2.1: Cấu trúc cellulose theo Haworth Số monomer đạt từ 000 đến 10 000, độ trùng hợp tương ứng với chiều dài mạch phân tử từ 5,2- 7,7mm Sau thực trình nấu gỗ với tác chất, độ trùng hợp khoảng 600-1500 Cellulose không tan nước, kiềm hay axit lỗng, bị phân huỷ bị oxy hoá dung dịch kiềm đặc nhiệt độ >150OC Ở nhiệt độ thường hồ tan số dung môi dung dịch phức đồng – amoniac Cu(NH3)4(OH)4, cuprietylendiamin(CED), cadimietylediamin…M ột số axit hoà tan cellulose H2SO4 72%, H3PO4 85% Hemicellulose Cũng hydrat cacbon loại polysaccarit dị thể Các đơn vị sở đường hexose đường pentose Độ bền hoá học bền nhiệt hemicellulose thấp so với cellulose, chúng có độ kết tinh độ trùng hợp thấp (độ trùng hợp 800C) Phản ứng đặc trưng tách dần nhóm khử cuối mạch cellulose ~ k1x [HO-] Những phần hydratcacbon bị tách chuyển thành axit hữu làm giảm nồng độ HO- Tốc độ hoà tan polysaccarit : Các thơng số ảnh hưởng lên q trình nấu Các thơng số ảnh hưởng lên tốc độ hịa tan Hàm lượng kiềm Nhiệt độ nấu Tỉ lệ L/W Thời gian nấu Một số biện pháp cải thiện trình nấu Dưới hỗ trợ áp suất nhiệt độ, tác nhân HO- tham gia hòa tan lignin đồng thời phá hủy xơ sợi ~ k2x [HO-] Q trình hồ tan polysaccarit bắt đầu nhiệt độ 100oC, q trình hồ tan lignin diễn mạnh mẽ nhiệt độ 130oC Tốc độ hoà tan lignin phá hủy xơ sợi tỉ lệ thuận với [HO-] Để cải thiện hiệu trình nấu, biện pháp sau áp dụng Áp dụng Phương phápphương sulfat pháp nấu kéo dài, hóa chất khơng nạp vào thiết bị nấu Phương pháp nấu bột giấy sung phương nấu bột lần từ đầu màsulfat được–bổ liênpháp tục q trìnhdung nấu,dịch giảmNaOH nồng+độNa2S; tác nhân cơng HO- HS-, ion SH- tăng tính chọn lọc cho trình nấu HOtrong đoạn giahại nhiệt (tấn công lignin màgiai không gây đến xơ sợi) Quá trìnhChọn nấu hàm tiến hành điều NaOHnấu + Na2S tỉ lệthích tác chất lượng kiềm thíchkiện: hợp,Dung dừng dịch q trình thờivới điểm hợp.thường dùng có độ sulfua từ 20 – 35%, pH= 13 – 14, nhiệt độ: 155 –175 oC, thời gian nấu – Bổ sung số chất hỗ trợ trình nấu như: AQ, ethylenediamine (EDA), hexamethylen tetramine (HMTA), anthrone… Tác nhân cơng q trình nấu HO- HS- nên phản ứng lignin cellulose công HO- tương tự phương pháp soda tác nhân HS- tăng tính chọn lọc cho trình Vai trị Na2S q trình nấu: a) Hạn chế phản ứng ngưng tụ lignin Trong trình nấu tác dụng ion HO- , phản ứng ngưng tụ lignin chủ yếu xảy vị trí Cα cấu trúc metylen quinon Khi có mặt ion HS- , phản ứng nhanh với metylen quinon vị trí Cα, ngăn ngừa q trình ngưng tụ b) Phân huỷ mạnh liên kết β-aryl Trong trình nấu bột theo phương pháp soda, phản ứng tách loại metylen vị trí γ cấu trúc metylen quinon ete β- aryl glyxerol tạo formaldehyt cấu trúc styrylaryl Cấu trúc styrylaryl tương đối ổn định mặt hoá học phản ứng thuỷ phân, formaldehyt tham gia vào q trình ngưng tụ lignin Khi có mặt ion HS-, tác dụng nhanh với dạng metylen quinon, chuyển hướng phản ứng, giảm khả tạo formaldehyt cấu trúc styrylaryl xúc tiến trình thuỷ phân hồ tan lignin Hình2.7: Vai trị Na2S phương pháp nấu bột Sulfat Phương pháp sulfite Quá trình nấu bột giấy Tác nhân Na2SO3: Phương pháp sulfite trung tính Tácphản nhânứng NaHSO3: Phương acid Các xảy quápháp trình sulfite nấu bột Sulfite Tác nhân Na2SO3 + NaOH (Na2CO3): Phương pháp sulfite kiềm a) Phản ứng lignin: Trong q trình nấu bột sulfite có nhiều phản ứng với chế Trong phương pháp sulfite kiềm, tỉ lệ hóa 80 –của 85 % Na2SO3 15 – 20% phức tạp xảy phản ứng với sulfonat hốchất: cấu trúc lignin quan Na2CO3 (hoặc (tính Na2O) trọng Nó NaOH), thực haitheo nhiệm vụ cho hiệu trình nấu cực đại Ưu điểm trình nấu sulfite hiệu suất độ nhớt bột cao, bột dễ tẩy trắng Làm mềm cấu trúc lignin Làm cho lignin nước THUYẾT MINH QUY TRÌNH Nguyên liệu Rơm rạ lấy huyện Mỹ Hạnh Bắc, tỉnh Long An Sau thu hoạch lúa, rơm rạ phơi khô chất đống dự trữ Rơm rạ thu mua đem loại bỏ bẹ, tạp chất, mục nát cắt khúc có chiều dài từ 4-6 cm Tiếp theo xác định độ ẩm rơm rạ phương pháp phân tích khối lượng Xác định thành phần hóa học nguyên liệu Xác định hàm lương lignin (Phương pháp Lignin Klason) Xác định độ tro (Scan C6.62) Xác định hàm lượng xenllulose (Phương pháp Kiursher-Hofft) Xác định hàm lượng oxit silic tro Xác định hàm lượng chất tan nước nóng Xác định hàm lượng chất tan nước lạnh Xác định hàm lượng chất trích ly Ngâm nguyên liệu Nguyên liệu trước cho vào nồi nấu ngâm 30 phút với dịch nấu NaOH, trình ngâm phải khuấy trộn liên tục để hóa chất thấm sâu vào dăm mảnh thúc đẩy phản ứng diễn nhanh chóng dễ dàng trình nấu 4.Nấu bột giấy Thơng số cơng nghệ q trình nấu bột giấy từ rơm bao gồm yếu tố áp suất, nhiệt độ, thời gian nấu, tỉ lệ L/W, hàm lượng NaOH.Thời gian nấu thí nghiệm 60 phút bao gồm 30 phút gia nhiệt 30 phút bảo ôn, loại nguyên liệu có khoảng thời gian nấu thích hợp với rơm rạ thời gian thích hợp 60 phútSự thẩm thấu hóa chất vào nguyên liệu nồng độ hóa chất, tác động mạnh đến q trình hồ tan lignin Khi ngun liệu thấm hóa chất, nồng độ hóa chất thích hợp, ngun liệu chín đều, sống lõi, q trình nấu đạt hiệu cao, phương pháp soda ứng với thời gian nấu 60 phút tỉ lệ L/W phù hợp 5/1.Áp suất nhiệt độ có quan hệ tuyến tính với Nhiệt độ tăng dần từ 110oC-150oC tương ứng áp suất tăng dần từ 1-4 bar Trong q trình nấu khảo sát ảnh hưởng thơng số: Hàm lượng hóa chất nấu nhiệt độ nấu lên chất lượng bột, thí nghiệm bố trí bảng sau: Rửa bột Bột sau nấu cho vào xơ dung tích 10 lít, ta cho nước vào xô tiến hành rửa bột Dùng rây dạng lưới để lọc rửa bột xô, tiến hành rửa bột lần Lượng nước thải tách sau lần lọc rây lọc lại vải để thu hồi hạt mịn tránh thất thoát bột bột, phần nước thải sau lọc hạt mịn thải bỏ, Bột sau rửa loại bỏ hầu hết kiềm, lignin hợp chất hữu khác.6 Xác định hiệu suất, số Kappa, độ tro bột sau nấuBột sau rửa nước lạnh, cân khối lượng xác định độ ẩm phương pháp phân tích khối lượng Hiệu q trình nấu xác định thơng qua hai thông số hiệu suất số kappa Tiếp tục tiến hành xác định độ tro nhằm tính trọng lượng vật liệu lại sau nung điều kiện tiêu chuẩn phương pháp thử.Hiệu suất bột sau nấu xác định thông qua xác định độ khô bột theo tiêu chuẩn SCAN – C 3:61.Xác định số Kappa bột theo tiêu chuẩn SCAN – C 1:77Xác định độ tro bột theo tiêu chuẩn SCAN –C6:627 Nghiền bộtKết thúc trình nấu bột ta chọn mẻ nấu có hiệu cao, tiến hành nghiền bột giấy chế độ nghiền Bảng 3.2 Bột nghiền máy nghiền PFI theo tiêu chuẩn SCAN C24:6 Độ nghiền bột xác định máy đo độ nghiền Schopper-Riegler theo tiêu chuẩn SCAN-C19:6 Với chế độ nghiền đo độ nghiền làm giấy handsheet với định lượng tờ để đo độ trắng 80g/m2, để đo tiêu lại 60g/m2 Khảo sát độ nghiền ảnh hưởng đến tính chất giấy, chọn chế độ nghiền phù hợp để ứng dụng rơm rạ cho sản xuất giấy in báo giấy viết Làm giấy handsheet Dung dịch bột chuẩn bị cho xeo tờ giấy mẫu có nồng độ 0,2% (sau đo độ nghiền) Ta khuấy dung dịch bột vịng phút máy khuấy, sau ta tính toán lấy lượng huyền phù bột giấy cho xeo tờ mẫu có định lượng mong muốn (định lượng xác định điều kiện điều hòa mẫu) Lưu ý, hầu hết trường hợp xơ sợi bị thất thoát qua lưới xeo nên lấy bột giấy phải tính tốn lượng bù đắp để đạt định lượng mong muốn.Xeo giấy: Cho huyền phù bột giấy vào máy xeo, bổ sung nước có nhiệt độ 27C ± 1C tới vạch, khuấy trộn bột hai cách sau: Dùng dụng cụ khuấy để khuấy trộn cách cho chuyển động lên xuống lần, sau nhẹ nhàng nhấc dụng cụ Mở nút sục khí máy xeo Trong hai cách, 10 giây sau khuấy trộn, ấn giữ cơng tắc nước nước rút hết để lại tờ giấy ướt lưới Đặt tờ giấy thấm lên mẫu giấy, di chuyển lăn 13 kg phía tờ giấy thấm lần khoảng 20 giây, sau nhấc lăn Nhờ vào trọng lượng lăn diện tích bề mặt riêng giấy thấm lớn bề mặt lưới xeo nên mẫu giấy thí nghiệm chuyển từ lưới xeo dính vào tờ giấy thấm tiếp xúc với mẫu giấy Ép giấy: Sau lấy mẫu giấy khỏi lưới xeo, giấy ép máy ép để nâng độ khô giấy lên Tiến hành ép hai giai đoạn, giai đoạn thứ áp lực ép cao giai đoạn thời gian ép lâu giai đoạn Thứ tự đặt mẫu giấy máy ép giai đoạn đặt sau: Nắp máy ép Giấy thấm khô (chức thấm nước) Mẫu giấy Giấy thấm ướt (dính với mẫu giấy phận xeo) Giấy thấm khô (chức thấm nước) Đáy máy ép Chồng giấy mang ép bao gồm giấy thấm khơ, giấy thấm ướt dính với tờ mẫu xeo, giấy thấm khô lặp lại Ở giai đoạn ép 2, lần ép xắp xếp tờ giấy xeo ngược lại tờ giấy thấm thay thế, chồng giấy ép bao gồm giấy thấm khô, sấy với tờ mẫu xeo, giấy thấm khô lặp lại Sấy khô giấy máy sấy giấy: Tách sấy với tờ mẫu xeo khỏi giấy thấm đặt chúng mơi trường phịng thí nghiện, sau phút chuyển vào máy sấy thời gian sấy 20 phút, nhiệt độ sấy tăng dần từ 50 đến 900C khoảng 10 -12 phút nhiệt độ 92 – 960C khoảng – 10 phút Sau tờ giấy mẫu sấy khơ tách tờ giấy khỏi sấy đem điều hòa mẫu Xác định số tính chất giấy Điều hịa mẫu trước xác định tính chất giấy theo TCVN 6725:2000 Mẫu giấy điều hòa cách đặt mẫu mơi trường có độ ẩm tương đối 25 – 30% nhiệt độ 20 - 250C (môi trường bình hút ẩm) với thời gian 24 giờ, sau điều hịa mẫu mơi trường bình hút ẩm ta lấy mẫu khỏi bình hút ẩm đặt mẫu mơi trường nhiệt độ phịng 27 ± 10C độ ẩm tương đối 50% (môi trường phịng đo tính chất giấy) tối thiểu 5-8h để mẫu ổn định độ ẩm tiến hành đo tính chất giấy Mẫu sau ổn định, ta chọn mẫu giấy tốt có độ đồng không bị khuyết tật để xác định chiều dài đứt, số xé, độ Cobb, độ nhám, độ trắng độ đục Sau xác định tính chất giấy, ta so sánh tính chất giấy rơm rạ với tiêu chuẩn giấy in báo, giấy viết Đề tài nghiên cứu trình sản xuất giấy từ rơm rạ bao gồm cơng đoạn sau: Xác định thành phần hóa học nguyên liệu, khảo sát trình nấu bột giấy, nghiền bột giấy xác định số tính chất giấy thành phẩm Kết thành phần hóa học nguyên liệu sau: Xenlulose chiếm 41,65%, lignin chiếm 15,9%, tro chiếm 14,52%, silic tro chiếm 45,66%, chất trích ly chiếm 8,8% Hàm lượng tro silic tro rơm rạ cao dễ gây hao mòn thiết bị sản xuất, cản trở trình sử lý dịch đen Hàm lượng lignin thấp tiêu tốn hóa chất, lượng nấu, giảm lượng dịch đen thải môi trường Nấu bột giấy phương pháp soda với điều kiện nấu tối ưu sau: Tỉ lệ L/W : 5/1 Thời gian nấu 60 phút : 30 phút gia nhiệt 30 phút bảo ôn Hàm lượng NaOH Nhiệt độ : 10% : 130C Kết đạt sau nấu là: Hiệu suất đạt 50,4%, số kappa 20,37, độ tro bột 8,73% Phương pháp nấu thích hợp để thực điều kiện phịng thí nghiệm cho kết tốt Đồng thời ta ứng dụng phương pháp việc sản xuất với qui mô lớn, đặc biệt nấu bột giấy phương pháp soda khí thải sinh nhẹ mùi hạn chế ô nhiễm không khí.Các kết đo đạc, kiểm tra tính chất giấy làm từ rơm rạ cho thấy giấy làm từ rơm rạ cho độ bền lý cao, thích hợp để sản xuất loại giấy yêu cầu độ bền lý cao giấy in, giấy in báo, giấy viết SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol.18, No.K5 - 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 vài nghiên cứu xưởng thực nghiệm pilot Đại Học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Mơ hình tập trung nghiên cứu q 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 cho nước thải sau xử lý Vì vậy, nghiên cứu nhằm mục đích để khảo sát tiền xử lý kiềm dùng Sodium Bicarbonate (NaHCO3), cho thân thiện với môi trường rẻ Một loạt điều kiện xử lý đa dạng nghiên cứu để tối ưu 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 Ngoài ra, lượng nước thải từ trình tiền xử lý 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 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 18, SỐ K51 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 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 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 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 khơng 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 Hướng tới mục tiêu xây dựng hệ thống sử dụng sinh khối cách hiệu quả, bền vững, cải thiện chất lượng sống tình trạng nhiễm mơi trường chất thải hữu gây nông thôn, nghiên cứu xây dựng mơ 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] bao plastic trước thực q trình tiền xử lý 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 thay đổi nồng độ NaHCO3 2.0 wt%, 4.0 wt%, ethanol Natri bicarbonate - NaHCO3 (với tính chất hóa học gần giống với Na 2CO3), 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 q 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 CO 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