Thiết kế kỹ thuật kệ tủ ti vi thông minh cho không gian phòng khách hộ gia đình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆN CÔNG NGHIỆP GỖ VÀ NỘI THẤT  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ KỸ THUẬT KỆ TỦ TIVI THƠNG MINH CHO KHƠNG GIAN PHỊNG KHÁCH HỘ GIA ĐÌNH Ngành : Chế biến Lâm sản Mã số : 7549001 Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Tất Thắng Sinh viên thực : Đỗ Thị Lệ Lớp : K61 - CBLS Khóa học : 2016 - 2020 Hà Nội - 2020 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS TS Nguyễn Thị Minh Nguyệt - người thầy, tận tình trực tiếp hướng dẫn em suốt q trình tiến hành thí nghiệm đề tài viết báo cáo chuyên đề Em xin trân trọng gửi đến quý Thầy, Cô giáo Viện Công nghiệp gỗ nội thất, Phòng, Ban trực thuộc Trường Đại học Lâm nghiệp, người giúp đỡ, tạo điều kiện cho em hồn thành khóa luận tốt nghiệp, suốt trình thực Em xin cảm ơn cán bộ, giảng viên làm việc Trung tâm Thí nghiệm Phát triển cơng nghệ, Viện Cơng nghiệp gỗ nội thất, Trường Đại học Lâm Nghiệp tin tưởng, giúp đỡ tạo điều kiện cho em thực nghiệm, đo mẫu suốt trình nghiên cứu Cùng gia đình, bạn bè động viên, giúp đỡ em suốt thời gian thực khóa luận tốt nghiệp Hà Nội, tháng năm 2020 Sinh viên thực Đỗ Thị Lệ MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Hiện tượng kỵ nước tự nhiên 1.2 Lý thuyết tính thấm ướt bề mặt 1.2.1 Góc tiếp xúc 1.2.2 Hiện tượng trễ góc tiếp xúc (Contact angle hysteresis) 1.3 Phương pháp tạo bề mặt kỵ nước cho giấy 1.4 Đặc điểm giấy CHƯƠNG MỤC TIÊU, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10 2.1 Đối tượng, mục tiêu, phạm vi nghiên cứu 10 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 10 2.1.2 Mục tiêu nghiên cứu 10 2.1.3 Phạm vi nghiên cứu 10 2.2 Nội dung nghiên cứu 12 2.3 Phương pháp nghiên cứu 12 2.3.1 Phương pháp kế thừa tài liệu: 12 2.3.2 Phương pháp tiêu chuẩn: 12 2.3.2 Phương pháp thực nghiệm 13 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 16 3.1 Thông tin nguyên liệu giấy carton 16 3.2.Xử lý bề mặt xơ sợi nano 17 3.3 Mức độ ảnh hưởng nồng độ Stearic acid đến tính chất kỵ nước giấy 20 3.4 Bước đầu đánh giá khả phân tách pha dầu nước 23 3.5 Tính chất lý mẫu giấy sau xử lý nano ZnO Stearic acid 24 KẾT LUẬN - TỒN TẠI - KIẾN NGHỊ 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 28 PHỤ LỤC 30 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên gọi Ghi ZnO Oxit kẽm Hóa chất ĐC Đối chứng Mẫu gỗ đối chứng (Zn(CH3COOH)2.2H2O Zinc acetate dehydrate Hóa chất - ZnAc) HMTA (C6H12N4 ) Hexamethyenen tetramine Hóa chất Zn(NO3)2.6H2O Zinc nitrae hexahydrate Hóa chất EDS Phổ tán sắc lượng tia X XRD Phổ nhiễu xạ tia X SEM Kính hiển vi điện tử quét DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Chế độ xử lý Stearic Acid cho màng ZnO giấy carton 11 Bảng 1.2 Góc tiếp xúc giọt nước bề mặt mẫu giấy với chế độ xử lý khác 21 Bảng 1.3 Tính chất lý giấy sau xử lý nano ZnO 25 Stearic acid 25 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Hình ảnh bề mặt kỵ nước Sen (Nelumbo nucifera) cấu trúc hiển vi bề mặt Sen [6] Hình 1.2 Cấu trúc bề mặt chân Nhện nước (Gerris remigis) Hình 1.3 Góc tiếp xúc giọt chất lỏng bề mặt vật rắn [13] Hình 1.4 Mơ hình tiếp xúc giọt chất lỏng bề mặt rắn theo mơ hình Wenzel (trái) Cassie-Baxter (phải) [13] Hình 1.5 Hiện tượng trễ góc tiếp xúc (Contact angle hysteresis) Hình 1.6 Hình ảnh cấu trúc bề mặt giấy đối chứng giấy phủ mặt nano ZnO chế độ xử lý 01 18 Hình 1.7 Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) bề mặt mẫu giấy phủ nano ZnO 20 Hình 1.8 Góc tiếp xúc mẫu giấy sau xử lý 22 Hình 1.9 Hình ảnh giọt nước bề mặt giấy 23 Hình 1.10 Hình ảnh giấy siêu kỵ nước tách dầu nước 24 ĐẶT VẤN ĐỀ Giấy vật liệu cấu tạo từ thành phần xơ sợi có nguồn gốc tự nhiên (Chủ yếu Cellulose hemicellulose), loại sản phẩm hữu có ý nghĩa vấn đề bảo vệ mơi trường Giấy có tầm quan trọng đặc biệt sống người, sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực như: Bao gói, lưu trữ truyền thông tin vv Do cấu tạo đặc biệt vật liệu giấy nên với lượng lớn nhóm Hydroxyl bề mặt làm giảm độ bền giấy, việc nghiên cứu làm bề mặt giấy thay đổi tính hút ẩm/nước hướng nghiên cứu quan tâm Nếu giấy có khả chống nước, giấy sử dụng nhiều lĩnh vực, đặc biệt ngành cơng nghệ thực phẩm hóa mỹ phẩm, tạo nhiều sản phẩm hữu ích Hiện nay, lượng sử dụng giấy hàng ngày cho lĩnh vực bao gồm sản xuất, vận chuyển lớn, dẫn đến lượng giấy sử dụng/giấy phế thải đưa môi trường lớn Đây vấn đền thiết cần giải quyết, có nhiều giải pháp sản xuất giấy tái chế vật liệu từ giấy phế thải Tuy nhiên, việc tìm giải pháp phù hợp đề tài cần có nhiều nghiên cứu để phát triển cho đạt hiệu cao Giải pháp xử lý sinh học năm gần giới nghiên cứu phát triển mạnh Tại Việt Nam giải pháp áp dụng nhiều lĩnh vực nghiên cứu vật liệu để tạo bề mặt có cấu trúc số loại sinh vật, đặc biệt tạo bề mặt kỵ nước Tuy nhiên, giấy chưa thấy có báo cáo mang tính thống kết nghiên cứu từ Việt Nam Với mục đích tạo loại giấy có tính kỵ nước, tiến hành thực đề tài “Nghiên cứu thử nghiệm tạo giấy kỵ nước từ giấy phế liệu” Nghiên cứu áp dụng giải pháp sinh học để xử lý bề mặt sợi giấy carton sau tái phân ly lớp nano ZnO, sau tiến hành xử lý giảm lượng bề mặt để tạo giấy kỵ nước, có khả phân tách pha dầu nước CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Hiện tượng kỵ nước tự nhiên Sinh vật tự nhiên có nhiều lồi có phận thể có tính kỵ nước Bề mặt sen bề mặt kỵ nước điển hình Trong Ca dao Việt Nam có câu tượng sen “Gần bùn mà chẳng mùi bùn”, giải thích thông qua nghiên cứu cấu trúc siêu hiển vi tượng kỵ nước bề mặt sen Các giọt nước dễ dàng lăn bề mặt, lấy bụi bám bề mặt, tượng gọi “Hiệu ứng sen” “Hiệu ứng tự làm sạch” [10] Nghiên cứu cho thấy, tính chất đặc biệt tự làm sạch, kỵ nước bề mặt sen tồn cấu trúc nhấp nhô cấp độ micro/nano với tác động chất sáp bề mặt kết hợp tạo nên (hình 1.1) Hình 1.1 Hình ảnh bề mặt kỵ nước Sen (Nelumbo nucifera) cấu trúc hiển vi bề mặt Sen [6] Hình 1.8 Góc tiếp xúc mẫu giấy sau xử lý Từ số liệu đo góc tiếp xúc bảng 1.8 thấy: (1) Hầu hết mẫu giấy phủ nano ZnO có góc tiếp xúc lớn 140o Điều chứng tỏ việc phủ nano ZnO tạo tính kỵ nước cho giấy (2) Mẫu giấy ngâm Stearic acid điều kiện khác cho góc tiếp xúc khác Khi thời gian ngâm tăng lên góc tiếp xúc lớn lên, nồng độ dung dịch tăng góc tiếp xúc tăng theo Trong nồng độ lớn 1,5% đạt giấy kỵ nước với góc tiếp xúc lớn 150oC (3) Mẫu giấy sau phủ nano ZnO ngâm Stearic acid đạt góc tiếp xúc lớn, 11 chế độ đạt góc tiếp xúc lớn 150o, chứng tỏ việc kết hợp hai bước xử lý tạo bề mặt có tính kỵ nước cấu trúc phù hợp mơ hình Wenzel Cassie Hiện tượng hồn tồn giải thích sở cấu trúc hiển vi bề giấy phủ nano ZnO qua phương pháp phân tích SEM XRD Tuy nhiên, việc chứng minh việc Stearic acid và: Zinc acetate dehydrate (Zn(CH3COOH)2.2H2O - ZnAc) có tạo liên kết hố học hay chưa 22 nghiên cứu chưa xác định Cần tiến hành phân tích phổ hồng ngoại phương pháp phân tích cấu trúc khác để xác định liên kết Stearic acid Zinc acetate dehydrate (Zn(CH3COOH)2.2H2O - ZnAc) bề mặt giấy Nhưng theo nghiên cứu nước xử lý Stearic acid cho giấy phủ nano ZnO, Stearic acid có tạo liên kết với Zinc acetate dehydrate (Zn(CH3COOH)2.2H2O - ZnAc) thông qua liên kết Hydro [2] Đối với mẫu giấy đối chứng (không phủ nano ZnO, khơng xử lý Stearic acid) thí nghiệm khơng đo góc tiếp xúc, nhỏ giọt nước lên bề mặt bị giấy thấm Hình ảnh giọt nước bề mặt giấy trước sau xử lý Mẫu giấy chưa xử lý Mẫu giấy xử lý Hình 1.9 Hình ảnh giọt nước bề mặt giấy 3.4 Bước đầu đánh giá khả phân tách pha dầu nước Một tính giấy kỵ nước vật liệu dạng màng kỵ nước áp dụng để phân tách pha dầu pha nước việc xử lý mơi trường Do đó, nghiên cứu này, ngồi việc xác định tính kỵ nước để ứng dụng giấy việc bao gói, vận chuyển lưu trữ,… nhóm nghiên cứu tiến hành thí nghiệm khả tách pha dầu nước thí nghiệm trực quan 23 Kết thể hiện, rót hỗn hợp dầu nước qua phễu lọc chứa giấy kỵ nước, dầu thấm vào giấy xuống, nước khơng thấm qua giấy nên lại phía Điều khẳng định khả dùng giấy kỵ nước chuyên đề tạo để phân tách pha dầu nước hồn tồn Tuy nhiên, để xác định hiệu phân tách cần có thí nghiệm định lượng tỉ lệ dầu tách khỏi hỗn hợp Đây nội dung để tiếp tục phát triển nghiên cứu công nghệ Một số hình ảnh tách dầu nước xem hình sau: Mẫu chưa qua sử lí lọc dầu Mẫu qua sử lí lọc dầu Hình 1.10 Hình ảnh giấy siêu kỵ nước tách dầu nước 3.5 Tính chất lý mẫu giấy sau xử lý nano ZnO Stearic acid - Căn vào kết đo góc tiếp xúc bảng 3.1 tơi lựa chọn 02 chế độ xử lý: nồng độ 1,5% 2,5% thời gian 95’, 120’, 180’ cho kết đo góc tốt đo tính chất lý mẫu giấy sau xử lý nano ZnO Stearic acid Thời gian xử lý ngắn đạt hiệu tốt phát huy đầy đủ tính chất kháng nước nano ZnO 24 Bảng 1.3 Tính chất lý giấy sau xử lý nano ZnO Stearic acid Mẫu xử lý Thơng số Mẫu giấy bao bì lớp đế Nồng độ Stearic acid 1,5% Thời gian Thời gian xử lý 120’ xử lý 180’ (Sản xuất công ty cổ phần giấy Lam sơn Thanh Hóa) Nồng độ Stearic acid 2,5% Thời gian xử lý 95’ Thời gian xử lý 120’ Chiều dài đứt (m) 3410 3407 3417 3397 3395 Độ bền xé (m.N.m2/g) 7.13 7,29 7,31 7,47 7,49 Độ chịu bục (k.Pa.m2/g) 1.92 1,81 1,74 2,03 1,87 (Định lượng mẫu giấy 75g/m2) Căn vào kết xác định tính chất lý mẫu giấy thí nghiệm bảng 1.3 cho thấy tính chất mẫu giấy có khác biệt đáng kể Mẫu giấy qua xử lý điều kiện thí nghiệm có độ bền xé cao mẫu giấy bao bì cơng ty cổ phần giấy Lam sơn, điều hiểu tồn nano ZnO phân bố bề mặt giấy làm tăng số xé mẫu giấy thí nghiệm Chiều dài kéo độ chịu bục mẫu giấy thí nghiệm có trênh lệch không đáng kể so với mẫu giấy sở sản xuất, hiểu q trình xeo giấy thủ cơng thời gian ngâm mẫu xử lý với acid Stearic dài nên ảnh hưởng nhiều đến khả chịu bục chiều dài đứt giấy 25 KẾT LUẬN - TỒN TẠI - KIẾN NGHỊ Kết luận Qua trình nghiên cứu xử lý giấy phế liệu carton dung dịch nano ZnO Stearic aicd đề tài rút số kết luận sau: (1) Sau xử lý với dung dịch nano ZnO Stearic acid bề mặt xơ sợi xuất màng phủ có chứa ZnO tinh thể Wurtzite hạt que nhỏ kích thước nano mét Lớp phủ nano ZnO chuyển giấy carton phế liệu từ loại vật liệu phế thải, ưa nước trở thành loại vật liệu kỵ nước Giấy sau xử lý có khả phân tách pha dầu pha nước (2) Khả kỵ nước lớp phủ phụ thuộc vào nồng độ thời gian xử lý Stearic acid Trong đó, xử lý với nồng độ Stearic acid 1,5%; 2,5% khoảng thời gian tương ứng 120’, 180’,95’ 120’ cho góc tiếp xúc có gía trị lớn điều nói lên khả kỵ nước mẫu giấy thí nghiệm chế độ xử lý có hiệu tốt (3) Nhận biết số tính chất lý giấy sau xử lý nano ZnO Stearic acid cịn chưa tốt nghiên cứu dừng mức thủ cơng chưa có kỹ thuật tốt Đây kết nghiên cứu ban đầu làm sở cho hướng nghiên cứu tạo vật liệu từ sợi gỗ Cellulose với tính kỵ nước, xử lý mơi trường, ứng dụng nhiều lĩnh vực đặc biệt vấn đề mơi trường Tồn Khóa luận bước đầu nghiên cứu tạo vật liệu giấy có khả kỵ nước, nhiên, nhiều vấn đề cần nghiên cứu làm rõ để khẳng định tính của vật liệu sau xử lý , cụ thể sau: (1) Chưa đo góc trượt/lăn giọt nước bề mặt giấy kỵ nước 26 (2) Chưa tiến hành kiểm tra tuổi thọ khả siêu kỵ nước bề mặt tiếp xúc với hoá chất (3) Chưa đưa quy luật ảnh hưởng chế độ xử lý Stearic acid đến đặc tính kỵ nước giấy kỵ nước (4) Chưa làm rõ liên kết Stearic acid với lớp phủ nano ZnO giấy Kiến nghị Căn vào tồn đề xuất nghiên cứu sau đây: (1) Nghiên cứu khả chống sinh vật giấy kỵ nước (2) Nghiên cứu xác định liên kết Stearic acid với lớp phủ nano ZnO giấy kỵ nước (3) Nghiên cứu độ bền chịu tác động hoá chất giấy kỵ nước (4) Nghiên cứu xây dựng quy trình cơng nghệ phủ cho dễ tiến hành cơng nghiệp hố 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO Yifan Si Zhiguang Guo (2016), Eco-friendly functionalized superhydrophobic recycled paper with enhanced flame-retardancy, Journal of Colloid and Interface Science, số 477, tr 74-82 Yanfen Wang, Benxia Li, Chuyang Xu (2012), Fabrication of superhydrophobic surface of hierarchical ZnO thin films by using stearic acid, Superlattices and Microstructures, số 51(1), tr 128-134 Gang Wen ZhiGuang Guo (2018), Nonflammable superhydrophobic paper with biomimetic layered structure exhibiting boiling-water resistance and repairable properties for emulsion separation, Journal of Materials Chemistry A, số 6(16), tr 7042-7052 Qiuying Wen, Fei Guo, Fuchao Yang, Zhiguang Guo (2017), Green fabrication of coloured superhydrophobic paper from native cotton cellulose, Journal of Colloid and Interface Science, số 497, tr 284-289 Hui Wu, Longhui Wu, Shengchang Lu, Xinxing Lin, He Xiao, Xinhua Ouyang, Shilin Cao, Lihui Chen, Liulian Huang (2018), Robust superhydrophobic and superoleophilic filter paper via atom transfer radical polymerization for oil/water separation, Carbohydrate Polymers, số 181, tr 419-425 Marios Barberoglou, Panagiotis Tzanetakis, Costas Fotakis, Emmanuel Stratakis, Emmanuel Spanakis, Vassilia Zorba, Sophia Rhizopoulou, Spiros Anastasiadis (2009), Laser structuring of water-repellent biomimetic surfaces, SPIE Newsroom, tr DOI: 10.1117/2.1200901.1441 A B D Cassie (1948), Contact angles, Discussions of the Faraday Society, số 3(0), tr 11-16 A B D Cassie S Baxter (1944), Wettability of porous surfaces, Transactions of the Faraday Society, số 40(0), tr 546-551 28 Huanjun Chang, Kunkun Tu, Xiaoqing Wang, Junliang Liu (2015), Fabrication of mechanically durable superhydrophobic wood surfaces using polydimethylsiloxane and silica nanoparticles, RSC Advances, số 5(39), tr 30647-30653 10 L Feng, S Li, Y Li, H Li, L Zhang, J Zhai, Y Song, B Liu, L Jiang, D Zhu (2002), Super‐Hydrophobic Surfaces: From Natural to Artificial, Advanced Materials, số 14(24), tr 1857-1860 11 Xuefeng Gao Lei Jiang (2004), Water-repellent legs of water striders, Nature, số 432, tr 36 12 Jürgen Jopp, Holger Grüll, Rachel Yerushalmi-Rozen (2004), Wetting Behavior of Water Droplets on Hydrophobic Microtextures of Comparable Size, Langmuir, số 20(23), tr 10015-10019 13 Linda Oberli, Dean Caruso, Colin Hall, Manrico Fabretto, Peter J Murphy, Drew Evans (2014), Condensation and freezing of droplets on superhydrophobic surfaces, Advances in Colloid and Interface Science, số 210, tr 47-57 14 Xuelin Tian, Tuukka Verho, Robin H A Ras (2016), Moving superhydrophobic surfaces toward real-world applications, Science, số 352(6282), tr 142 15 Robert N Wenzel (1936), RESISTANCE OF SOLID SURFACES TO WETTING BY WATER, Industrial & Engineering Chemistry, số 28(8), tr 988-994 16 Thomas Young (1805), An Essay on the Cohesion of Fluids, Philosophical Transactions of the Royal Society of London, số 95, tr 65-87 17 Wewei Zhang, Peng Lu, Liying Qian, Huining Xiao (2014), Fabrication of superhydrophobic paper surface via wax mixture coating, Chemical Engineering Journal, số 250(0), tr 431-436 29 PHỤ LỤC 30 Hình ảnh giọt nước bề mặt giấy xử lý chế độ S.A.III 31 32 Hình ảnh dụng cụ thí nghiệm 33 Hình ảnh thí nghiệm Mẫu qua sử lí lọc dầu 34 Mẫu chưa qua sử lí lọc dầu Mẫu qua sử lí nhỏ nước 35 Mẫu giấy thường nhỏ nước 36