Nghiên ứu quá trình oxy hóa lignin từ nước thải ngành công nghiệp giấy thành axit humic, sử dụng làm chất kích thích tăng trưởng cây trồng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HOÀNG THÂN HOÀI THU NGHIÊN CỨU Q TRÌNH OXI HĨA LIGNIN TỪ NƯỚC THẢI NGÀNH CÔNG NGHIỆP GIẤY THÀNH AXIT HUMIC, SỬ DỤNG LÀM CHẤT KÍCH THÍCH TĂNG TRƯỞNG CÂY TRỒNG NGÀNH: HĨA CƠ BẢN LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS ĐÀO VĂN HOẰNG Hà nội -2009 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17051113890741000000 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU PHẦN TỔNG QUAN CHƯƠNG LIGNIN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THU HỒI LIGNIN TỪ NƯỚC THẢI NGÀNH CÔNG NGHIỆP GIẤY I Đại cương lignin 4 I.1 Giới thiệu lignin I.2 Cấu trúc phân tử lignin I.3 Một số tính chất lignin I.4 Ứng dụng lignin II Các phương pháp thu hồi lignin từ nước thải ngành công nghiệp giấy II.1 Thành phần tính chất nước thải II.2 Các phương pháp tách lignin từ dịch đen CHƯƠNG AXIT HUMIC VÀ CÁC CHẤT HUMIC I Giới thiệu chung 11 13 13 I.1 Quá trình hình thành chất humic đất 13 I.2 Cấu trúc phân tử axit humic 16 I.3 Các tính chất axit humic 18 I.4 Ứng dụng axit humic chất humic 20 I.4.1 Ứng dụng axit humic nông nghiệp 20 I.4.2 Ứng dụng axit humic lĩnh vực xử lý môi trường I.4.3 Ứng dụng axit humic ngành y tế 26 28 I.4.4 Các ứng dụng khác axit humic II Các phương pháp tổng hợp axit humic 29 30 II.1 Phương pháp sinh học 31 II.2 Phương pháp hóa học 33 II.2.1 Tổng hợp axit humic từ than nguyên liệu than 33 II.2.2 Tổng hợp axit humic từ nguyên liệu chứa lignin 37 II.2.3 Tổng hợp axit humic từ nguyên liệu khác 41 II.3 Tình hình nghiên cứu nước PHẦN THỰC NGHIỆM 43 45 I LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP 45 II PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 46 II.1 Phương pháp nghiên cứu 46 II.2 Nội dung nghiên cứu 47 II.2.1 Tách lignin từ dịch đen làm nguyên liệu tổng hợp axit humic 47 II.2.2 Khảo sát phản ứng oxy hóa lignin thành axit humic theo phương pháp lựa chọn 48 II.2.3 Khảo nghiệm hoạt tính sinh học sản phẩm số đối tượng trồng III NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ 49 49 III.1 Nguyên liệu hóa chất 49 III Thiết bị dPHÁP PHÂN TÍCH NGUN LIỆU VÀ SẢN PHẨM IV.2 PHƯƠNG 50 51 IV.1 Xác định hàm lượng lignin IV.2 Phương pháp phân tích sản phẩm 51 51 IV.2.1 Xác định hiệu suất phản ứng thơng qua phân tích hàm lượng axit humic phương pháp hóa học 51 IV.2.2 Xác định cấu trúc phân tử axit humic phổ hồng ngoại (IR) phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR) IV.2.3 Phân tích hàm lượng nhóm chức PHẦN KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN I QUÁ TRÌNH TÁCH LIGNIN TỪ DỊCH ĐEN 54 55 58 58 I.1 Khảo sát pH tách dầu tall 58 I.2 Khảo sát pH tách lignin 59 II QUÁ TRÌNH OXY HĨA LIGNIN THÀNH AXIT HUMIC 60 II.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng tới hiệu suất q trình oxy hóa II.2 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ tới hiệu suất phản ứng 60 62 II.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ chất oxy hóa tới hiệu suất phản ứng 64 II.4 Xây dựng qui trình phịng thí nghiệm oxy hóa lignin tạo axit humic III PHÂN TÍCH SẢN PHẨM III.1 Phân tích hàm lượng axit humic sản phẩm: 66 67 67 III.2 Xác định cấu trúc axit humic phổ hồng ngoại (IR) phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR) III.2.1 Kết phân tích phổ hồng ngoại III.2.2 Kết chụp phổ cộng hưởng từ hạt nhân III.3 Phân tích hàm lượng nhóm chức 68 68 71 72 IV KHẢO NGHIỆM HOẠT TÍNH CỦA SẢN PHẨM 73 IV.1 Nồng độ hoạt chất khảo nghiệm 73 IV.2 Đối tượng, nội dung, phương pháp khảo nghiệm 74 IV.3 Kết khảo nghiệm 75 IV.3.1 Đối với cải bắp 75 IV.3.2 Đối với cải xanh 76 IV.3.3 Đối với cà chua 77 IV.4 Nhận xét kết luận 79 KẾT LUẬN 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC MỞ ĐẦU Một biện pháp tiên tiến quan trọng để tăng suất trồng sử dụng chất điều tiết sinh trưởng thực vật kỹ thuật canh tác nông nghiệp Các chất điều tiết sinh trưởng thực vật, chủ yếu chất kích thích sinh trưởng đóng vai trị quan trọng vào trình điều khiển sinh trưởng, phát triển Nó có tác dụng thúc đẩy q trình sinh trưởng, hoa, kết Nhờ sản lượng, suất trồng tăng lên Hiện Việt Nam, việc sử dụng thuốc kích thích sinh trưởng trồng sản xuất nông nghiệp ngày trở nên phổ biến Theo Danh mục thuốc BVTV phép sử dụng năm 2007, thuốc kích thích sinh trưởng trồng có khoảng 40 hoạt chất với 93 tên thương phẩm Trong sử dụng nhiều chất thuộc nhóm giberelin axit humic Axit humic hợp chất hình thành tự nhiên (đất, than, xác vi sinh vật phân hủy…), thơng qua q trình chuyển hóa sinh học vật thể hữu đất Nó có tác dụng kích thích q trình sinh trưởng phát triển cây, thúc đẩy hoa, tạo Muối humat kim loại đa hóa trị nguồn cung cấp nguyên tố vi lượng cho phản ứng sinh hóa phức tạp nhằm trì chu kỳ sống sinh vật, bao gồm thực vật động vật Do cấu trúc đặc biệt phân tử, axit humic sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác đời sống, từ vật liệu xây dựng đến sản phẩm thuốc chữa bệnh cho người gia súc Vì vậy, nhu cầu sử dụng axit humic lớn Tuy nhiên, cách chiết tách hoạt chất tự nhiên thu sản phẩm có hàm lượng chất lượng thấp, hạn chế ứng dụng Để mở rộng khả ứng dụng, cần nghiên cứu tổng hợp axit humic đường hóa học Một nguyên liệu ban đầu cho tổng hợp axit humic lignin thu từ nước nước thải nhà máy sản xuất bột giấy Sử dụng lignin để tổng hợp axit humic vừa thúc đẩy giải vấn đề nước thải công nghiệp giấy, vừa tạo sản phẩm độc, thân thiện với môi trường Đây hướng nghiên cứu phù hợp với xu hướng mà nhiều quốc gia quan tâm Ngoài ra, xuất phát từ nguồn nguyên liệu sẵn có rẻ, với qui trình cơng nghệ tổng hợp không phức tạp, sản phẩm axit humic tạo dễ dàng chấp nhận thị trường Đây yếu tố quan trọng để định hướng công tác nhiên cứu khoa học công nghệ nước ta giới Vì vậy, việc nghiên cứu tổng hợp axit humic từ lignin thu từ nước thải nhà máy giấy, sử dụng làm chất kích thích tăng trưởng trồng Việt Nam mang ý nghĩa kinh tê - xã hội cao Mục tiêu Đề tài Xuất phát từ nguồn nước thải công nghiệp sản xuất bột giấy công nghệ khơng q phức tạp, tạo sản phẩm có tác dụng kích thích sinh trưởng thực vật axit humic, ứng dụng canh tác nông nghiệp nhằm nâng cao sản lượng số trồng Việt Nam Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu qui trình tổng hợp axit humic từ phản ứng oxy hóa lignin tách từ nước thải nhà máy giấy Hịa Bình, ứng dụng làm chất kích thích tăng trưởng trồng Sản phẩm thử nghiệm hoạt tính sinh học số trồng phổ biến Việt Nam PHẦN TỔNG QUAN CHƯƠNG LIGNIN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THU HỒI LIGNIN TỪ NƯỚC THẢI NGÀNH CÔNG NGHIỆP GIẤY I ĐẠI CƯƠNG VỀ LIGNIN I.1 Giới thiệu lignin Thuật ngữ "lignin" đưa vào năm 1819 de-Candolle, nguồn gốc chữ Latin lignum, nghĩa gỗ Lignin hợp chất hóa học phức tạp, chủ yếu tách từ gỗ phần thiếu màng tế bào thực vật Lignin polyme hữu phổ biến sau xenluloza, chiếm 30% mẫu cacbon hữu chưa hóa thạch tạo thành từ 1/4 đến 1/3 khối lượng gỗ khơ Phân tử lignin polyme có cấu trúc khơng đồng nhất, hình thành nhờ q trình dehydropolyme hóa hợp phần p-coumaryl (I), coniferyl (II) sinapyl (III) alcol, tác dụng enzym C HCHC H2 OH C HC HC H2 O H OC H OH I I.2 Cấu trúc phân tử lignin OH II C HCHCH2 OH H3 CO OCH OH III Theo Frenden Berg cộng sự, lignin polyme coniferyl, có phân tử lượng vào khoảng 8.000 Tuỳ theo loại thực vật mà số đơn vị coniferyl khác Cấu tạo phân tử lignin đề nghị sau [5]: Hình 1.1 Cấu trúc phần phân tử lignin Thành phần hoá học lignin thay đổi tuỳ theo loài thực vật chia thành loại: lignin gỗ kim, lignin gỗ rộng, lignin thân thảo hàng năm (trong có họ tre, nứa) Chúng khác đơn vị mắt xích cấu tạo phân tử [3]