công nghệ chuyển hóa sinh khối nhóm 11 thứ 2 ca 4

Trang 2 Thành viên nhómNguyễn Đinh Bảo Trân 21126547Nguyễn Thị Bảo Trân 21126548Nguyễn Vương Huyền Trâm 21126213 Trang 3 Quy trình sản xuấtTổng quanPhân tích hiệu quả kinh tế dự án tại

Sản xuất vanilin bằng kraft lignin từ dăm gỗ ở tỉnh Bình Dương

Thành viên nhóm

Quy trình sản xuấtTổng quan

Phân tích hiệu quả kinh tế dự án tại Bình Dương

Nội dung

Giới thiệu và phân loại Vanillin

Nguyên liệu, tiền xử lý, thu dòng chất thải Kraft, phương pháp “Xanh”

2

01.Tổng quan1.1 Khái quát về vanillin:

Vanillin

(4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde) là một aldehyt thơm với các nhóm chức khác nhau, ngành thực phẩm và đồ uống, bảo vệ thần kinh và chống oxy hóa, chống viêm và chống ung thư

Hình 1.1 Vanilin ( a ) Cấu trúc phân tử Vanillin; ( b ) Vanilla

Planifolia Orchidacea sau khi thụ phấn; ( c ) hoa lan vani sau khi thụ phấn chi tiết hoa; ( d ) cây vani; ( e ) quả vani; ( f ) chi tiết kết tinh vani (hình ảnh gốc được cung cấp bởi Julien Pascal, New Caledonia)

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10818928/

1.2 Phân loại

Hình 1.2 Sơ đồ các loại vanillin khác nhau, nguồn gốc và thị phần

tương ứng của chúng.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10818928/ 4

1.2 Phân loại

Vanillin tổng hợp

Hình 1.3 Các quy trình chính để sản xuất hóa chất vanillin

(a) phương pháp đồng phân hóa eugenol trong isoeugenol và quá trình oxy hóa; (b) sản xuất vanillin bằng quy trình Riedel trên guaiacol; (c) tổng hợp vanillin bằng con đường guaiacol Solvay.

• Khai thác quá trình đồng phân hóa eugenol • Quy trình Riedel và phương pháp Solvay

cho sản xuất vanillin

• Nguyên nhân lựa chọn “Dăm gỗ”

+ Nguồn trữ lượng lớn, dễ tìm và chưa được tận dụng nhiều.+ Giá thành sinh khối thấp, thân thiện và sẵn có

+ Giá vani tự nhiên đắt và tốn công.

+ Không cạnh tranh với thị trường thực phẩm

+ Hàm lượng lignin thải ra có thể chuyển đổi thành sản phẩm có giá trị cao hơn so với làm khí đốt và thân thiện môi trường

7

 Thành phần hóa học

Hình 1.4 Cấu trúc sinh khối lignocellulose

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnano.2021.793528/full 8

02 Quy trình sản xuất

Quy trình tối

ưu

Hình 2.1 Sơ đồ tóm tắt quy trình sản xuất vanillin bằng Na2C2O6

Tiền xử lý bằng H2SO4

Thu dòng chất thải đen

kraf

Điện phân dung dịch Na2CO3 thành

Na2C2O6LignoBoost

thu lignin tinh khiết

Oxy hóa và polyme hóa

ligninPhân tách

2.2 Quy trình sản xuất vanillin

2.2.1 Tiền xử lý và thu dòng chất thải đen Kraft

423 – 453 K trong 2h, pH 13

Sự ion hóa các nhóm hydroxyl

phenolic của lignin

Lignin cùng với hemicellulose được

thu dưới dạng chất thải lỏng đen

Tách cellulose khỏi sinh khối lignocelluloseTiền xử lý bằng

(60% v/v), sinh khối 10%, 30oC,

4h

2.2.2 Thu lignin tinh khiết

Dòng chất thải đen +

tán lại trong bể huyền phù

Hình 2.2 Quá trình thu lignin bằng LignoBoost 12

Điện tổng hợp peroxodicarbonate

Khử polymer và xử lý nhiệt

ở 180°C trong 6 giờ

Hình 2.3 Tổng quan về quá trình khử polyme của lignin Kraft thành vanillin (1)

vanillin, (2) acetovanillone – sản phẩm phụ có giá trị

2.2.3 Oxy hóa và polymer hóa

2.2.4 Phân tách và thu hồi

Dòng sản phẩm chứa vanillin và acetovanillone sau khi polymer và oxy hóa

pH khoảng 13,7

Lọc màng (qua 3 màng)

Loại bỏ lignin ko bị polymer hóa

Màng 1: Ngưỡng trọng lượng

phân tử 5 kDa

Màng 2: Ngưỡng 1

Màng 3: Ngưỡng 600 DaRửa giải hấp

bằng nước khử inon thu

Axit vanillic hấp phụ yếu,

rửa giải đầu Rửa giải hấp

bằng ethanol thu

Hấp phụ bằng SP 700

Dòng thấm chứa các

phân tử qua ngưỡng

Dòng thấm chứa các

phân tử qua ngưỡng

14

Vanillin tự nhiênBio – vanillin Vanillin tổng hợp

Trung bình mỗi năm có khoảng

3.2 Tiềm năng của phương pháp

• Lignin từ lâu đã được sử dụng làm nguồn vanillin, nhưng đòi hỏi quá trình tinh chế phức tạp và tốn kém sản phẩm cuối dùng.

•Giải pháp thay thế: phương pháp oxy hoá “xanh” Kraft lignin cần thiết để sản xuất vanillin bền vững.

• “Hiệu suất đạt được với quy trình “xanh” có thể lên tới 6,2% trọng lượng lignin được sử dụng, đây là một kết quả nổi bật, đáng được nghiên cứu mở rộng thêm”.

Hình 2.2 Phương pháp oxy hóa “xanh”

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.202219217 16

04 Phân tích hiệu quả kinh tế dự án

• Bình Dương được xem là “thủ phủ” ngành gỗ khi chiếm gần khoảng 45% tổng kim ngạch xuất khẩu của cả nước.

• Ghi nhận được lượng phụ phẩm tại xưởng cưa xẻ gỗ ghi nhận

được số lượng sinh khối dăm gỗ chiếm 2% nguyên liệu

• Ước lượng được lượng phụ phẩm “dăm gỗ” trong năm 2023 tỉnh Bình Dương có thể ghi nhận được là

17

 Đối với vanillin tự nhiên:

Quá trình trồng và thu hoạch công phu khiến giá thành loại gia vị này rất đắt đỏ, bán với giá

từ 500 đến 700 USD/kg (12,1 triệu đồng - 17 triệu đồng).

 Sử dụng phương pháp oxy hóa “xanh” ligin:

Sản xuất được 10 tấn/giờ Kraft lignin Bao gồm quá trình oxy hóa kiềm lignin bằng NaOH, siêu lọc, tách sắc ký và kết tinh để tinh chế vanillin

thu được 0,62 tấn vanillin/giờ với hiệu suất tối đa 6,2%

 Bảng phân tích giả định kinh tế thì vanillin thu được sẽ là 14,000 – 26,000 USD/tấn tương

đương 14 – 26 USD/kg, giá bán sẽ giảm 20 lần so với vanilla từ tự nhiên.

04 Phân tích hiệu quả kinh tế dự án

Bảng 4.1 Phân tích giả định kinh tế

https://doi.org/10.1007/s13399-020-01212-z 18

Tài liệu tham khảo

Johannes Gutenberg University Mainz (2023) Sustainable process for the production of vanillin from lignin makes further progress | Press and Public Relations

Zirbes, M., Graßl, T., Neuber, R., & Waldvogel, S R (2023) Peroxodicarbonate as a Green

Oxidizer for the Selective Degradation of Kraft Lignin into Vanillin Angewandte Chemie (International Ed Print), 62(14) https://doi.org/10.1002/anie.202219217

Jeker, R (2023) Revolutionary method: Obtaining vanillin from Kraft lignin Virgin Vanilla AG

Vu, T T., Lim, Y., Song, D., Hwang, K., & Kim, D (2021) Economic analysis of vanillin

production from Kraft lignin using alkaline oxidation and regeneration Biomass Conversion and Biorefinery (Print), 13(3), 1819–1829 https://doi.org/10.1007/s13399-020-01212-z

Đánh giá kết quả làm việc nhóm

20

Thank you for your listening