Như chúng ta đã biết trong nông nghiệp cây chuối đóng vai trò một phần quan trọng cho sự phát triển kinh tế, đảm bảo nguồn thu nhập thường xuyên của một số hộ gia đình nông thôn. Ở một số quốc gia người dân trồng chuối ngoài việc thu hoạch buồng, bắp , lá thì có thể sử dụng thân cây chuối để dệt chiếu, phân bón, làm đồ thủ công mĩ nghệ … Nhưng ở Việt Nam nói chung và tại địa phương em nói riêng thân cây chuối thường để tự hủy trong môi trường tự nhiên sau mỗi lần thu hoạch hoặc làm thức ăn cho gia súc, gia cầm; Theo em Điều này làm cho việc trồng chuối trở nên lãng phí so với các loại cây ăn quả khác sau mỗi vụ thu hoạch. Vì thế, Chúng em đặc biệt quan tâm đến thân cây chuối vì nó là thân nhiều lớp có nguồn cellulose cao (Cellulose vốn là một thành phần cấu trúc quan trọng của vách tế bào thực vật) ; Vì vậy chúng em đã có ý tưởng sử dụng thân cây chuối bằng phương pháp thủ công để xử lí lượng thân chuối sau thu hoạch nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường do chúng gây nên, đồng thời cải tiến tạo ra sản phẩm có giá trị kinh tế cao, thân thiện với môi trường, phục vụ đời sống của người dân ngày càng tốt hơn. Ngoài ra, các sợi chuối có cơ tính khá cao, có giá thành rẻ, khối lượng riệng nhẹ. Từ những ưu điểm đó cho thấy thân chuối có khả năng ứng dụng vào nhiều lĩnh vực trong cuộc sống; Hơn nữa thân chuối là nguyên liệu gần gũi với con người. Nắm bắt được tìm năng, lợi thế của thân chuối và góp phần giải quyết vấn đề hạn chế sử dụng các bao bì, túi ni lông ( ô nhiễm môi trường nhựa ) thay vào đó là những sản phẩm từ giấy có độ bền cao. Vì vậy nhóm đã chọn đề tài “Tạo sản phẩm thân thiện với môi trường từ thân cây chuối” để tiến hành nghiên cứu.
CUỘC THI KHOA HỌC KĨ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC NĂM HỌC : 2020-2021 ĐƠN VỊ DỰ THI: TÊN DỰ ÁN: TẠO SẢN PHẨM THÂN THIỆN VỚI MÔI TRƯỜNG TỪ THÂN CÂY CHUỐI LĨNH VỰC DỰ THI: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1- MỤC LỤC: TT NỘI DUNG 1- Trang bìa 2- Mục lục 3-Lời cảm ơn 4-Tóm tắt nội dung dự án 5-Giới thiệu tổng quan vấn đề nghiên cứu 6-Giả thuyết khoa học phát biểu mục đích nghiên 10 11 cứu 7-Phương pháp nghiên cứu (tài liệu thực nghiệm) 8-Số liệu/ kết nghiên cứu 9-Phân tích số liệu/ kết thảo luận 10-Kết luận 11-Tài liệu tham khảo TRANG GHI CHÚ 2- LỜI CẢM ƠN: Để thực hồn thiện dự án này, chúng em chân thành gửi lời cám ơn sâu sắc đến: + Ban Giám Hiệu nhà trường THCS Hoài Hải tạo điều kiện mặt để chúng em thực hoàn thành đề tài + Đồng thời nhóm nghiên cứu chúng em bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý thầy giáo cố vấn tổ Hóa – Sinh – CN - NK cô Phan Thị Xuân Dàn trường THCS Hồi Hải tận tình bảo, truyền thụ kiến thức, cách tiến hành thí nghiệm nghiên cứu, đối chứng, cách thức viết báo cáo Khoa học + Nhóm nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn đến Ban tổ chức thi Khoa học Kỹ thuật dành cho học sinh trung học Phịng GD-ĐT TX Hồi Nhơn năm học 2020 2021, tạo sân chơi khoa học đầy ý nghĩa lí thú này! + Cuối cùng, chúng em chia sẻ lòng biết ơn đến cha mẹ bạn học sinh trường THCS Hoài Hải động viên tinh thần, tạo điều kiện, hỗ trợ, giúp đỡ khích lệ chúng em trình nghiên cứu để hồn thành đề tài! Xin chân thành cảm ơn! 3-TÓM TẮT NỘI DUNG DỰ ÁN: 3.1- Lý chọn đề tài: Như biết nơng nghiệp chuối đóng vai trị phần quan trọng cho phát triển kinh tế, đảm bảo nguồn thu nhập thường xuyên số hộ gia đình nơng thơn Ở số quốc gia người dân trồng chuối việc thu hoạch buồng, bắp , sử dụng thân chuối để dệt chiếu, phân bón, làm đồ thủ cơng mĩ nghệ … Nhưng Việt Nam nói chung địa phương em nói riêng thân chuối thường để tự hủy môi trường tự nhiên sau mỗi lần thu hoạch làm thức ăn cho gia súc, gia cầm; Theo em "Điều làm cho việc trồng chuối trở nên lãng phí so với loại ăn khác sau mỡi vụ thu hoạch" Vì thế, Chúng em đặc biệt quan tâm đến thân chuối thân nhiều lớp có nguồn cellulose cao (Cellulose vốn thành phần cấu trúc quan trọng vách tế bào thực vật) ; Vì chúng em có ý tưởng sử dụng thân chuối phương pháp thủ cơng để xử lí lượng thân chuối sau thu hoạch nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường chúng gây nên, đồng thời cải tiến tạo sản phẩm có giá trị kinh tế cao, thân thiện với mơi trường, phục vụ đời sống người dân ngày tốt Ngồi ra, sợi chuối có tính cao, có giá thành rẻ, khối lượng riệng nhẹ Từ ưu điểm cho thấy thân chuối có khả ứng dụng vào nhiều lĩnh vực sống; Hơn thân chuối nguyên liệu gần gũi với người Nắm bắt tìm năng, lợi thân chuối góp phần giải vấn đề hạn chế sử dụng bao bì, túi ni lơng ( nhiễm mơi trường nhựa ) thay vào sản phẩm từ giấy có độ bền cao Vì nhóm chọn đề tài “Tạo sản phẩm thân thiện với môi trường từ thân chuối” để tiến hành nghiên cứu 3.2 Nguyên tắc: Đề tài thực dựa nguyên tắc tạo sản phẩm thân thiện môi trường, không ảnh hưởng tới sức khỏe người tiêu dùng khắc phục ô nhiễm môi trường từ rác thải nhựa 3.3 Tính kế thừa: Trên giới thân chuối ứng dụng nhiều lĩnh vực nông nghiệp hay cơng nghiệp Ở Việt Nam nói chung địa phương nhóm thực đề tài riêng thân chuối ứng dụng chủ yếu lĩnh vực nơng nghiệp, cịn lĩnh vực cơng nghiệp: dệt may, thủ công mĩ nghệ … chưa nhiều; Đặc biệt việc sử dụng thân chuối để chế tạo giấy tạo sản phẩm thân thiện với môi trường chưa phổ biến Dưới số nghiên cứu ứng dụng tiêu biểu thân chuối: - Năm 2008 Lina Herrera – Estrada tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng việc xử lí xơ sợi chuối NaOH đến độ bền vật liệu conposite có thành phần sợi chuối tối ưu dùng công nghệ ô tô vận tải Kết cho thấy độ bền vật liệu nâng lên sau q trình xử lí xơ sợi chuối trước tối ưu cho conposite - Năm 2012 D.Brindha , S.Vinodhini , K.Alarmelumangai N.S.Malathy nghiên cứu tính chất lí xơ sợi chuối sau xử lí NaOH, sau tiến hành rửa xơ sợi chuối với 2% NaOH 1000c vòng 45 phút đem tính chất lí Kết tính chất lí tăng lên đáng kể sau trình rửa [2] - Năm 2019 báo nhân dân điện tử Việt Nam đưa tin: Phó giáo sư Jayashree Arcot Giáo sư Martina Stenzel hai nhà nghiên cứu Đại học New South Wales (UNSW) Sydney, Úc tìm cách chuyển đổi chất thải nơng nghiệp thành thứ có giá trị gia tăng cho ngành công nghiệp: [6] + Mang thân chuối vào phịng thí nghiệm cắt thành mảnh, sấy khô nhiệt độ thấp lò sấy, nghiền thành bột mịn + Sau đó, lấy bột làm mềm phương pháp xử lý hóa học Nguyên liệu gọi nano-cellulose, vật liệu có giá trị cao tồn ứng dụng Tóm lại; nhìn chung tất trình nghiên cứu khoa học có kết có ý nghĩa, tạo tiền đề cho cơng trình nghiên cứu nhóm ứng dụng chuối tạo sản phẩm thân thiện với mơi trường 3.4 Tính sáng tạo: Đề tài “Tạo sản phẩm thân thiện với môi trường từ thân chuối” nhóm thực khắc phục nhược điểm đề tài liên quan tới lĩnh vực này: + Khơng sử dụng hóa chất để xử lí thân chuối mà sử dụng nước tro + Tẩy trắng sản phẩm oxy già có nồng độ 3%, dung dịch sử dụng y học không ảnh hưởng tới sức khỏe người + Chống thấm nước cho sản phẩm sáp ong + Tạo màu cho sản phẩm nguyên liệu thiên nhiên 3.5 Trình tự thực hiện: “Tạo sản phẩm thân thiện với môi trường từ thân chuối” thực sở nguyên tắc sau: - Xử lí thân chuối - Điều chỉnh kết dính sợi chuối - Chống thấm nước sản phẩm - Thiết kế tạo thành phẩm 4-GIỚI THIỆU VÀ TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU: 4.1 Cơ sở lí thuyết 4.1.1 Tìm hiểu tổng quan chuối [5] 4.1.1 Đặc điểm sinh trưởng phát triển chuối - Cây chuối sinh trưởng nhiều kiểu khí hậu khác nhau; Nhưng sinh trưởng tốt vùng khí hậu nhiệt đới Việt Nam nước khu vực Đông Nam Á trồng nhiều chuối đa dạng thổ nhưỡng, địa hình, đất trồng, vùng miền, nên chuối mỡi vùng có hương vị chủng loại khác - Cây chuối dễ trồng, tốn cơng chăm sóc, thường mọc thành bụi trồng cách tách rời non đem trồng thành bụi mới, khoảng tháng sau trồng chuối bắt đầu trổ hoa trái, thân chuối phát triển hồn thiện chiều cao đường kính thân cây, tháng sau chuối tập trung chất dinh dưỡng vào việc nuôi buồng quả, đủ lớn có độ căng trịn thu hoạch( Thời gian trồng đến thu hoạch khoảng 10 đến 11 tháng) Qua trình khảo sát thực tế địa bàn phường Hồi Thanh – Hồi Nhơn – Bình Định người nông dân trồng chuối cho biết chuối thu hoạch dải năm có tính kế thừa mùa vụ, điều nguồn nguyên liệu để sản xuất sản phẩm thân thiện với môi trường từ thân chuối dồi Vườn chuối xã Hoài Hải 4.1.1.2 Đặc điểm thân chuối Cây chuối thuộc họ chuối gồm có : rễ, thân, lá, hoa, - hạt chồi mầm.Thân chuối có đặc điểm sau: 4.1.1.2.1 Cấu tạo ngồi Thân chuối gồm có hai loại thân: a.Thân Ngầm ( Thân chính) – Thân ngầm chuối gọi củ chuối, phận quan trọng chuối, chủ yếu nằm đất – Thân ngầm phận phát sinh rễ, bẹ (thân giả) phát hoa – Cấu tạo thân ngầm có phần: Phần vỏ màu sẫm phần trung tâm củ màu nhạt – Ngoài mặt củ chuối có vết bẹ tạo thành vịng xoay quanh củ chuối – Bề mặt củ chuối có nhiều mầm, số mầm phát triển thành chồi chồi sau hình thành – Khi chuối trưởng thành, từ đỉnh sinh trưởng thân ngầm hình thành phận nằm trung tâm thân giả, có hình trụ trịn (cịn gọi thân thật), phận quan hình thành phát hoa Thân ngầm Bổ dọc thân ngầm b.Thân giả - Mặc dù nhìn bề ngồi lồi chuối có thân bụi mọc cao thân chuối thật thân giả bẹ tạo thành Các bẹ sát tạo thành khối hình trụ dẻo dai, gồm khối sợi ô rổng mọng nước Thân chuối cao từ 3-6 m - Bẹ lá: + Mọc từ thân mặt đất, bẹ cuộn chặt vào tạo nên thân giả Bẹ có nhiều chất xơ lổ rổng, xốp, mọng nước Tiết diện bẹ hình vàng khăn mỏng, bề mặt bẹ nhẳn bóng Chiều dài mỡi bẹ định chiều cao thân phát triển + Màu sắc: Khi bẹ non phần lớn mặt có màu trắng ngà, bẹ già dần mặt bẹ có màu không đồng vùng bẹ ảnh hưởng màu sắc mặt ngồi bẹ phía Thân giả Bổ dọc thân giả Vết bẹ thân ngầm 4.1.1.2.2 Cấu tạo Thân chuối vốn xốp, bên có vách dầy liên kết với tạo nên sợi tơ, sơi tơ có thành phần cellulose (Thành phần cấu trúc quan trọng vách tế bào thực vật) Tơ từ chuối tương tự sợi tơ làm từ tre, có độ khỏe chắc chắn Sợi chuối dùng làm thành chất liệu dùng cho nhiều mục đích khác tùy theo độ dày mỏng, dựa phần thân chuối làm sợi Phần vỏ chuối, cho sợi có độ dày lớn hơn, phần ruột chuối cho sợi có độ mịn 4.1.1.3 Tính chất thân chuối [ ] Thân chuối vốn xốp, bên có vách dầy liên kết với nhau, thân có loại nhựa ( vật liệu lignuocellulose) hỗn hợp cellulose, hemicelluloses lignin Thông qua việc tìm hiểu kế thừa nghiên cứu thực trước thành phần hóa học đặc điểm xơ sợi chuối để làm sở cho trình thực đề tài Nhóm xây dựng bảng thành phần vật liệu lignocellulose chuối sau: Bảng 1: Thành phần vật liệu lignocellulose chuối số loại khác Thành phần lignin Hemicelluloses cellulose Tên Gai 0, % 13, 1% 68,6 % Xơ dừa 32, % 15, % 35,6 % Rơm, rạ 18 % 24 % 32,1 % Thân ngô 19 % 26 % 38 % Bạch đàn 21,16 % 41, 02 % Chuối 5, % 21 , 7% 70, % Bảng 2: Thành phần vật liệu lignocellulose phận chuối Thành phần Các phận Lá chuối Vỏ chuối Bẹ chuối *Đánh giá: lignin Hemicelluloses cellulose 14 , 0% 12, 42 % 14, 8% 15, 60 % 13,2 % 3, 83 % 40, 26 % - Qua nội dung bảng thấy thành phần cellulose chuối (70, 2% ) nhiều so với loại khác Qua nội dung bảng thấy thành phần cellulose thân chuối ( bẹ chuối) ( 40, 26%) nhiều so với phận khác chuối định tính chất xơ nhiều Cho nên sản phẩm tạo bền -Ở nội dung thông tin bảng chung ta thấy thành phần Hemicelluloses thân chuối ( bẹ chuối) cao hơn, thành phần lignin thấp so với phận khác Cho nên làm cho sản phẩm dẻo dai, dễ phân hủy sinh học môi trường tự nhiên, dễ phân hủy nhiệt độ cao → Vì vậy; thấy việc sử dụng chuối ( mà sử dụng phận bẹ chuối) vào sản xuất giấy để tạo sản phẩm thân thiện với mơi trường hồn tồn có sở 4.1.1.3.1 Tính chất vật lí - Thân chuối gồm khối sợi ( bẹ có nhiều chất xơ) ô rỗng mọng nước Số lượng chất lượng sợi tơ tùy thuộc vào vị trí bẹ thân chuối - Qua mặt cắt ngang sợi tơ chuối qua kính hiển vi, thấy sợi tơ chuối có dạng bó, có hình đa dạng hay hình bầu dục Nhìn dọc theo chiều dài bó sợi thấy lớp đốm đốm ngồi silic đioxit ( chất cịn lại ta đốt sợi) 4.1.1.3.2 Tính chất học Tính chất học thân chuối đánh giá qua sợi tơ thân chuối, thể qua độ trùng hợp, khối lượng riêng, độ xốp Bảng 3: Độ trùng hợp, khối lượng riêng, độ xốp sợi tơ thân chuối với số loại sợi khác Các loại sợi từ thân Sợi chuối Sợi gai Sợi lanh Sợi đay Đánh giá Độ trùng hợp Khối lượng riêng (g/cc) 1, 990 2, 660 2, 399 1, 920 Độ trùng hợp Sợi chuối Độ xốp (%) 1, 40 17 - 21 1, 56 7, 1, 54 10,7 1, 44 14 - 15 có khối lượng riêng nhẹ độ sợi chuối xốp cao so với sợi lanh, sợi gai, sợi đay thấp so với nên tính cách nhiệt sợi chuối cao sợi lanh, sơi gai điều cho thấy sợi chuối dịn, cứng, độ bền học thấp nên dễ bị phân hủy 4.1.1.3.3 Tính chất hóa học Thân chuối ngâm môi trường lỏng môi trường nước, mơi trường kiềm bị trương nở, nhóm hydroxyl mạch cellulose sợi trương nở ( nhóm hydroxyl tương tác với nước thơng qua việc tạo liên kết hydro) cịn sử dụng tiếp cho phản ứng hóa học khác phân tử dung môi phân cực bị bẫy giữ lại bên cấu trúc cellulose, làm cho cấu trúc trở nên phức tạp nhiều Một phần hemin – xenlulo bị phân hủy, liên kết hóa trị bị bẻ gãy làm cho cấu trúc sợi tơ bị thay đổi 4.1.2 Nghiên cứu tính chất nước tro dừa - Nước tro dừa ? Lấy tàu dừa, vỏ dừa … đêm đốt cháy làm cho chất hữu phân hủy, bốc hết, lại tro, lấy tro hòa với nước, lắng cặn, lọc lấy nước trong, nước tro dừa - Nước tro chế biến từ than củi có nhiều khống chất calci, kali, phosphate … kali, phosphate nhiều nên nước có tính kiềm mạnh [7] Xóm Tổng số 10 50 1 0 29 (58%) 14 (28%) ( 12%) (2%) (0%) Đánh giá chung tình hình người dân khảo sát: Cây chuối sau thu hoạch lấy phần trái, phần thân Kết hộ dân chủ yếu dùng phục vụ cho chăn nuôi, trồng trọt Tuy nhiên việc sử dụng thân chuối tạo sản phẩm thân thiện với môi trường chưa phổ biến *Kết luận Qua trình khảo sát hộ dân việc sử dụng thân chuối sau thu hoạch, nhóm nhận thấy hộ gia đình trồng chuối sử dụng thân chuối sau thu hoạch phục vụ cho chăn nuôi, trồng trọt … bỏ Trên địa bàn Hồi Thanh chưa có hộ gia đình hay xí nghiệp sử dụng thân chuối để tạo sản phẩm thân thiện với mơi trường như: túi giấy, bìa thiệp mời, khung hình … mà đặc tính sản phẩm tạo từ thân chuối thời gian phân hủy sinh học nhanh ( khoảng tuần), nguyên liệu tự nhiên không gây ô nhiễm trường sức khỏe người 4.4 Tiến hành thực nghiệm 4.4.1.Quy trình làm nước tro dừa 4.4.1.1.Chuẩn bị nguyên liệu - Than củi từ phận dừa tàu dừa, vỏ dừa, sọ dừa … - Nước cất - Tấm lọc - Bình, chai 4.4.1.2 Cách chế biến nước tro dừa - Đốt phận dừa, để lấy tro - Lấy nước cất hòa tan với tro để lắng đêm, sau lọc qua túi vải thu dung dịch nước tro 4.4.1.3 Phân tích tỉ lệ nước tro đạt yêu cầu qua thực nghiệm Bảng 7: Phân tích tỉ lệ nước tro Mẫu thực nghiệm Tỉ lệ Nước cất Tro dừa ( lít) (gam) Kết sau lắng Đánh giá Chư Đạt a đạt Nước trong, Mẫu 1, 0, không màu x Độ ph = Mẫu 1,5 2, Mẫu 1,5 3, Nước đục Độ ph = Nước có màu vàng nhạt Độ ph = x x Hình ảnh Nước có màu vàng Mẫu 2, 4, đậm x Độ ph =10 – 11 [2] 4.4.2 So sánh tính chất dung dịch NaOH oxy già có nồng độ % là: 3% qua thực nghiệm Qua thực nghiệm tiến hành sử dụng dung dịch NaOH oxy già có nồng độ %: 3% để tấy trắng nhóm có kết sau: Bảng 8: So sánh tính chất dụng dung dịch NaOH oxy già có nồng độ %: 3% qua thực nghiệm Quy trình Dung dịch NaOH (3%) Oxy già (3%) Cho gam bẹ chuối sau cắt Cho gam bẹ chuối sau cắt nhỏ vào cốc ngâm với Bước 60 ml nhỏ vào cốc ngâm với 60 ml dung dịch NaOH có nồng độ % : dung dịch H202 (oxy già) có 3% với thời gian 24h Kết nồng độ %: 3% với thời gian 24h Trong cốc khơng có phản ứng, Trong cốc sủi bọt khí, bẹ màu chuối khơng thay đổi chuối có màu xanh nhạt Hình ảnh Sau nấu bẹ chuối với nước Sau nấu bẹ chuối với nước tro, rửa với nước say nhuyễn tro, rửa với nước say nhuyễn Bước sau ngâm với 60 ml NaOH sau ngâm với 60 ml dung dung dịch NaOH có nồng độ %: dịch H202 (oxy già) có nồng độ Kết 3% với thời gian 120 phút %: 3% với thời gian 120 phút Trong cốc khơng có phản ứng, Trong cốc sủi bột khí, bột chuối bột chuối có màu nâu có màu trắng đục Tạo khn phơi nắng tiếng Giấy có màu nâu sẫm Tạo khn phơi nắng tiếng Giấy có màu trắng Hình ảnh Bước Kết Hình ảnh Nhận xét Khi sử dụng dung dịch NaOH có Khi sử dụng dung dịch H202 nồng độ %: 3% hoạt tính tẩy (oxy già) có nồng độ %: 3% yếu 4.4.3 Quy trình nhuộm màu cho sản phẩm hoạt tính tẩy mạnh 4.4.3.1 Chuẩn bị nguyên liệu -Các nguyên liệu tự nhiên: củ dền, hoa đậu biết, cà rốt … - Máy xay - Tấm lọc - Nồi 4.4.3.2 Các tiến hành - Bước 1: Lựa chọn nguyên liệu sau rửa sạch, thái nhỏ - Bước 2: Cho nguyên liệu làm vào máy xay nhuyễn cho vào lọc để lọc loại bỏ sát lấy nước - Bước 3: Cho nước lọc vào nối đun sôi (nhỏ lửa) keo đặc lại - Bước 4: Quét keo màu cô đặc lên giấy tạo từ thân chuối, phơi khô thời gian 30 phút *Lưu ý: + Trong q trình thực nghiệm nhóm rút số lưu ý sau: tt Nội dung so sánh Kết Hình ảnh Khi quét lên giấy tạo từ thân chuối Nước màu chưa đun đem phơi nắng giấy sơi đặc lại khơng nhuộm màu được, có màu lúc ban đầu Khi quét lên giấy giấy tạo từ thân Nước màu đun sôi chuối đem phơi nắng keo màu đặc lại và đặc lại giấy nhuộm màu + Nhuộm màu nguyên liệu tự nhiên như: củ dền, hoa đậu biết … để tạo màu làm cho sản phẩm bắt mắt, đẹp không ảnh hưởng đến sức khỏe người 4.4.4 Quy trình tạo keo chống thấm nước cho sản phẩm sáp ong