(Đồ án tốt nghiệp) nghiên cứu chế tạo khẩu trang phân hủy sinh học từ cây chuối bằng phương pháp ép nhiệt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO KHẨU TRANG PHÂN HỦY SINH HỌC TỪ CÂY CHUỐI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ÉP NHIỆT MÃ SỐ: SV2022-86 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: LÊ PHÚC NHƯ SKC008068 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO KHẨU TRANG PHÂN HỦY SINH HỌC TỪ CÂY CHUỐI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ÉP NHIỆT SV2022-86 Chủ nhiệm đề tài: Lê Phúc Như Thuộc nhóm ngành khoa học: Cơng Nghệ Vật Liệu SV thực hiện: Lê Phúc Như, Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 191300A Ngành học: Công nghệ Vật liệu Nam, Nữ: Nữ Năm thứ: /Số năm đào tạo: Người hướng dẫn: TS Nguyễn Vũ Việt Linh TP Hồ Chí Minh, 11/2022 ii Mục Lục Mục Lục iii DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc đề tài lý chọn đề tài Mục tiêu đề tài 10 Nội dung đề tài 10 Phương pháp nghiên cứu: 11 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 11 CHƯƠNG CỞ SỞ LÝ THUYẾT 12 1.1 Nguồn nguyên liệu 12 1.1.1 Tình hình giới 12 1.1.2 Tình hình Việt Nam 13 1.2 Ứng dụng 14 1.3 Thành phần hóa học tính chất 14 1.3.1 Cellulose 15 1.3.2 Hemicellulose 17 1.3.3 Lignin: 18 1.4 Tổng quan tình hình, đặc trưng, tính chất trang 19 1.4.1 Tổng quan tình hình trang 19 1.4.2 Tình hình xử lý rác thải trang qua sử dụng 20 1.4.3 Tiêu chuẩn tính chất, đặc điểm trang cần đạt 23 1.4.4 Những yêu cầu cho vật liệu thay chế tạo trang .24 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 25 2.1 Nguyên liệu, hóa chất thiết bị 25 2.1.1 Nguyên liệu hóa chất 25 2.1.2 Dụng cụ thiết bị sử dụng 25 2.2 Quy trình thực nghiệm 26 2.2.1 Quy trình xử lý sợi 26 2.2.2 Quy trình ép màng sợi chuối 29 iii 2.3 Phương pháp khảo sát, phân tích đánh giá 31 2.3.1 Đánh giá bề dày màng 31 2.3.2 Cơ tính màng sợi chuối 31 2.3.3 Phương pháp đánh giá độ hấp thụ nước 33 2.3.4 Phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier 33 2.3.5 Phân tích nhiệt trọng lượng TGA 34 2.3.6 Phân tích hình thái sợi màng sợi chuối 34 2.3.7 Đánh giá độ phân hủy sinh học 34 2.3.8 Đánh giá độ pH 36 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37 3.1 Khảo sát ảnh hưởng trình xử lý sợi lên hình thái tính chất sợi .37 3.1.1 Ảnh hưởng nồng độ kiềm lên sợi chuối 37 3.1.2 Ảnh hưởng nồng độ H2O2 39 3.1.3 Ảnh hưởng q trình xử lý hóa học đến hình thái tính chất sợi chuối 40 3.1.3.1 Hình thái kích thước sợi chuối 41 3.1.3.2 Độ ẩm sợi 42 3.1.3.3 Phân tích nhiệt trọng lượng 44 3.1.3.4 Đánh giá phổ FTIR sợi chuối 45 3.2 Khảo sát ảnh hưởng trình xử lý sợi lên tính chất màng sợi 46 3.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ xử lý kiềm lên tính chất màng 47 3.3 Khảo sát ảnh hưởng q trình gia cơng lên tính chất màng sợi 48 3.4 Đánh giá đặc điểm tính chất màng sợi làm trang phân hủy sinh học 51 3.4.1 Hình thái màng sợi 51 3.4.2 Bề dày màng 51 3.4.3 Đánh giá góc tiếp xúc 52 3.4.4 Khả phân hủy sinh học 53 3.4.1 Độ pH 55 Kết luận 57 Kiến nghị 58 Tài liệu tham khảo 59 Phụ lục 66 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần số loài sợi thực vật [24] 15 Bảng 2.1 Nguyên liệu hóa chất 25 Bảng 2.2 Các mẫu chuối xử lý qua dung môi khác 29 Bảng 2.4 Thơng số kích thước mẫu tạ theo tiêu chuẩn ASTM D882-02 .32 Bảng 3.1 Dải hấp phụ nhóm chức thành phần sợi [68] .45 Bảng 3.2 Khảo sát khối lượng mẫu phân hủy sinh học môi trường đất 54 Bảng 3.3 Giá trị pH đo màng sợi chuối 56 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 a) chuối ăn quả; b) phận chuối 12 Hình 1.2 Ứng dụng sợi chuối lĩnh vực ô tô ngành dệt may 14 Hình 1.5 Cấu trúc sợi chuối [21] 15 Hình 1.4 Cấu trúc sợi cellulose thực vật [26] 16 Hình 1.5 Cấu tạo lớp trang y tế 20 Hình 1.6 Tình hình phát triển trang từ năm 2019 đến 2023 [38] .20 Hình 1.7 Tình hình gia tăng lượng sử dụng trang [42] 21 Hình 1.8 Khẩu trang xả bừa bãi q trình lẩn vào mơi trường [46][47] 22 Hình 2.1 Thiết bị máy ép nhựa gia nhiệt (Trung Quốc) 26 Hình 2.2 Quy trình xử lý sợi chuối 27 Hình 2.3 a) 30 g sợi; b) Gia nhiệt nước để xử lý sợi; c) Sợi xử lý qua với nước 27 Hình 2.4 a) Sợi sau rửa xong; b) Giã sợi; c) Sợi sau giã xong .28 Hình 2.5 Sợi chuối xử lý H2O2 sản phẩm sau xử lý (bên phải) 28 Hình 2.6 Sợi chuối sau xử lý với H2O2 lọc, rửa 29 Hình 2.7 Quy trình ép nhiệt tạo màng sợi chuối 30 Hình 2.8 a) Sợi chuối bỏ vào khuôn; b) Ép thành màng 31 Hình 2.9 Hình ảnh minh họa mẫu tọa theo tiêu chuẩn ASTM D882-02 [55].32 Hình 3.1 Ảnh SEM sợi chuối xử lý với NaOH với nồng độ khác nhau: a) sợi thô; b) Na0,5; c) Na1; d) Na1,5 37 Hình 3.2 Phổ FTIR mẫu sợi chuối xử lý với NaOH với nồng độ: a) 0,5 %; b) %; c) 1,5 % 38 Hình 3.3 Ảnh SEM sợi chuối xử lý với nồng độ H2O2 khác nhau: a) %; b) 10 %; c) 15 % 39 Hình 3.4 Phổ FTIR trình xử lý sợi chuối với H2O2 với nồng độ: a) %; b) 10 %; c) 15 % 40 Hình 3.5 Ảnh chụp (a-c) ảnh SEM (d-f) mẫu sợi chuối a) d) Sợi thô; b) e) Na1; c) f) Na1H10 41 Hình 3.6 Đồ thị phân bố kích thước sợi với mẫu xử lý với dung dịch NaOH/H2O2 nồng độ H2O2 khác nhau: a) %; b) 10 %; c) 15 % 42 Hình 3.7 Biểu đồ độ ẩm sợi chuối xử lý với dung dịch 43 Hình 3.8 Giản đồ TGA sợi chuối 44 Hình 3.9 Phổ FTIR a) Thơ, b) H2O, c) H2O/NaOH, d) H2O/NaOH/H2O2 46 Hình 3.10 Biểu đồ ảnh hưởng nhiệt độ xử lý NaOH lên tính chất màng sợi 47 Hình 3.11 Biểu đồ ảnh hưởng nhiệt độ xử lý H2O2 lên tính chất màng sợi 48 Hình 3.12 Biểu đồ thể độ hấp thụ nước màng sợi 49 Hình 3.13 a) Màng sợi cong vênh; b) Màng sợi bị cháy 49 o o Hình 3.14 Biểu đồ độ bền kéo modun kéo màng sợi chuối ép 100 C-130 C 50 Hình 3.15 Ảnh SEM bề mặt màng sợi chuối với độ phóng đại: a) 1.00 mm; b) 200 µm; c) 100 µm 51 Hình 3.16 Đồ thị bề dày màng sợi chuối 52 Hình 3.17 Góc tiếp xúc giọt nước với bề mặng màng sợi cellulose a) Na1H5; b) Na1H10; c) Na1H15 53 Hình 3.18 Hình ảnh mẩu màng khảo sát phân hủy sinh học thời gian khác 54 Hình 3.19 Biểu đồ thể độ phân hủy đất màng 55 DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT Tên viết tắt Tên Tiếng Anh Tên Tiếng Việt American Society For Testing And Hiệp hội thí nghiệm vật liệu Materials hoa kỳ E Young’s modulus Modun đàn hồi FTIR Fourier transform infrared spectroscopy ASTM KT1L Phổ hồng ngoại biển đổi Fourier Khẩu trang sử dụng lần OM Optical Microscope Kính hiển vi quang học PHSH Biodegradable Phân hủy sinh học PLA Poly (acid lactic) PP Polypropylen Polypropylen SEM Scanning Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử qt TCN TGA Trước cơng nguyên Thermogravimetric analysis Phân tích nhiệt trọng lượng BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI - Thông tin chung: Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo trang phân hủy sinh học từ chuối phương pháp ép nhiệt - Chủ nhiệm đề tài: Lê Phúc Như - Mã số SV: 19130038 - Lớp:191300A - Khoa:Khoa học ứng dụng - Thành viên đề tài: Stt Họ tên Văng Hoài Ân MSSV 18130005 Lớp 181300POLY Khoa Khoa học ứng dụng - Lê Phúc Như 19130038 191300A Người hướng dẫn: TS Nguyễn Vũ Việt Linh Mục tiêu đề tài: Tạo trang phân hủy sinh học từ sợi tự nhiên có khả phân hủy sinh học, thân thiện mơi trường Phân tích tính chất tính học, khả phân hủy sinh học, khả chống nước mẫu Tính sáng tạo: Chế tạo trang có khả phân hủy sinh học từ sợi chuối phương pháp ép nhiệt đơn giản mà khơng sử dụng loại polymer khó phân hủy làm chất kết dính màng sợi Kết nghiên cứu: Đề tải đạt số kết nghiên cứu sau: Đánh giá hình thái tính chất sợi chuối qua q trình xử lý hóa học SEM, FTIR, độ ẩm sợi Sau trình xử lý với NaOH/H 2O2, sợi đạt kích thước 49,3 µm, đồng đều, độ ẩm đạt 2,52 % Đã chế tạo thành công màng sợi làm trang có khả phân hủy sinh học phương pháp ép nhiệt với thông số chế tạo sau: Quá trình xử lý sợi gồm: tiền xử lý sợi, nồng độ NaOH %, 100 phút, nồng độ  H2O2 10 % 45 phút Quá trình ép nhiệt màng sợi chuối với thông số gia công sau: thời gian ép  phút, lực ép 10 MPa nhiệt độ ép 110 oC Màng sợi chuối làm trang có tính đạt độ bền kéo 2,23-2,66 MPa,  o Modun kéo 84,38-117,73 MPa, độ hấp thụ nước màng 14,62 %, góc tiếp xúc đạt 92 , pH 6,96  Quá trình khảo sát phân hủy sinh học màng sợi chuối theo dõi qua tuần cách quan sát hình thái thay đổi khối lượng Sau tuần, màng sợi chuối phân hủy sinh học giảm 93,5 % khối lượng phân hủy hoàn toàn sau 13 tuần Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Đề tài Nghiên cứu đào tạo sinh viên chuyên ngành Công nghệ Vật liệu, khoa Khoa học ứng dụng Kết nghiên cứu sử dụng để làm tài liệu tham khảo cho SV khóa thuộc trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Kết nghiên cứu đưa giải pháp thay bền vững trang phân hủy sinh học từ sợi chuối, từ giúp giảm thiểu rác thải nhựa từ trang gây ô nhiễm môi trường Lá chuối nguồn nguyên liệu phổ biến dồi Việt Nam, phương pháp ép nhiệt phương pháp đơn giản để tạo màng sợi ứng dụng làm trang phân hủy sinh học Vì vậy, đề tài nghiên cứu cho thấy tiềm áp dụng đề tài cao