Luận văn thạc sĩ Công nghệ hóa học: Nghiên cứu điều kiện thu Nanocellulose từ bã mía bằng phương pháp thủy phân dùng acid sulfuric

Một số ông tr nh đã sử ung bal m nhiên liệu v sản xuất ồn lên nay, bãmia duo sử ung để sản xuất ellulosev nano ellulose nham | m tăng giá trị y mía Đối với Việt Nam, công nghệ nano ellul

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYEN THỊ NGOC PHƯỢNG

NGHI N CỨU DIEU KIỆN THUNANOCELLULOSE TỪ BA MIA ANG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIEM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên UY OC U MSHV: 12050161

Ngay, thang, nam sinh: 16/08/1984 Noi sinh: n re

Chuyén nganh: CONG NGHE HOA HOC Mã số: 605275I TÊN DE TAI: CUU D EU KIỆN THU NANOCELLULOSE TỪ

MA UO UY AC U UCNHIEM VULUA VA :

= Khảo sát các y u tố ảnh hưởng đ n hiệu suất, màu sắc của cellulosethu được: nông độ NaOH, thời gian xử Ii, nồng độ clo, nông độ hydroperoxide HOa, thời gian tây trăng

= Khảo sat cdc y ut6 ủa quá trnhthu ph n ảnh hưởng đ n kí h thướhuy nph ellulose: nồng độ acid sulfuric H,SO,, nhiệt độ thủy phan.= Đánh giá sản phẩm nanocellulose

II NGÀY GIAO NHIEM VU: 07/07/2014III NGAY HOÀN THÀNH NHIEM VU: 15/06/2015IV CAN BỘ HƯỚNG DAN: MA ƯƠ V PGS.TS.LÊTH

HÔNG NHANNội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành

thông qua.

Tp HCM, ngày tháng năm 2015

CÁN BO HUONG DAN CHU NHIEM BO MON DAO TAO

(Họ tên va chữ ky) (Họ tên và chữ ký)

TS Bùi Mai Hương PGS.TS Lê Thị Hồng Nhan PGS.TS Lê Thị Hồng Nhan

TRƯỞNG KHOA

(Họ tên và chữ ký)

ii

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI:TRƯỜNG ĐẠI HỌC BACH KHOA- DHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: i Mai

„ P0 BĐm P PGSTS Nu ễ Th Phươ PhoXác nhận cua Chu tịch Hội đồng đánh giá luận van v rưởng khoa quản lý

chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRUONG KHOA

iil

OI CAM ON

Trong khoang thoi gian hoc tap va rén luyén tai truong D a h Khoa

TPHCM, chúng em xin chân thành cảm ơn tất cả thay 6 trong trường Bách

Khoa nói chung và trong Khoa Kỹ Thuật Hóa Họ nói riêng đã tận tình giảngdạy, hướng dẫn, truy n đạt những ki n thức, kinh nghiệm quý báu cho chúng em

Đặc biệt, em v6 cùng bi ton 6 iMai ươngv PGS.TS Lê Thị Hồnghan | những người đã tận t nh hướng dẫn, định hướng và chỉ day em rất nhi utrong suốt quá trình thực hiện đ tài luận văn tốt nghiệp này Sự giúp đỡ của cô lànhân tô không thé thi u dé em hoàn thành tốt luận văn n y

Em xin gửi lời cảm ơn đ n ThS Phan Nguy n Quỳnh Anh đã giúp đỡ em rấtnhi u trong suốt quá trình làm luận văn én ạnh đó,em tng xin am ơn cácthầy, cô trong bộ môn Kỹ thuật Hóa Hữu Cơ, trường Đại học Bách KhoaTP CM đã động viên, giúp đỡ và tạo đi u kiệnv ơ sở vật chất dé em thựchiện thí nghiệm tốt nhất

Đồng thời, em iting xin gửi lời cảm ơn đ n gia đ nh đã luôn đứng bên cạnhđộng viên, ủng hộ v_ vật chat lẫn tinh than trong suốt thời gian qua

Xin chân thành cảm ơn

Thành phó Hỗ Chí Minh, tháng 06 năm 2015

Học viên thực hiện luận vănNguy nThiNgo hượng

IV

TOM TAT

Ba mía là nguồn chat thai nông nghiệp dồi o trén th giới, 6 nhi u ứngdụng khá nhau Dé thu nano ellulose từ bã mía ẩn qua 3 giai đoạn Đầu tiên,bã mía duo xử lí bằng NaOH 10 để loại hemi ellulose v lignin thu elluloseK dn, ellulose duo tay trang băng nud javel 3,8g/l v hydrogen peroxide2% Cellulose thu duo từ bã mia 6 hiệu suất đạt 38,05 v hm lượngellulose 1 924 Cuối ng, huy n ph _ ellulose thu duo bằng 4 h thủyphnvớiai suluri ai đi u kiện phan ứng 6 nồng độ ai 65 với tỉ lệrăn:lỏng 1:60 g/ml, nhiệt độ 40°C trong thời gian 1 gid, huynph ellulose 6kí hthướ trung b nh 4,44 m_ ano ellulose huyén sang ang bột để xá địnhâu trú hóa họ bằng quang phố hồng ngoại FT-IR, ấu trú tinh thể bangnhi u xạ tia X (XRD) v độ ốn định nhiệt bang ph n tí h nhiệt trọng lượng

A ano ellulose 6 ạnghnh elip với kí hthướ hi urộng0,7 m, hiu

¡12 mvb_ y04 m dobang EM v độxốp ao dobang EM

Sugarcane bagasse (SCB) is abundantly available agro-waste world- wide andhas been used in different applications Nanocellulose were isolated fromsugarcane bagasse in three stages Initially sugarcane bagasse was subjectedto a pre-treatment process with NaOH 10% to eliminate hemicellulose andlignin to collect cellulose Secondly, the cellulose was bleached by using javel3,8 g/l, hydrogen peroxide 2% The cellulose was collected from sugarcane withyeild of 38.05% and had cellulose concetration of 92.4% Finally, cellulosesuspension was form by hydrolyzed with sulfuric acid At reaction condition ofthe sulfuric acid concentration of 65% with solid:liquid ratio of 1:60 g/ml, at

temperature of 40 °C for | hour, the cellulose suspension had median size of 4.44

um The nano cellulose was altered to powder form and comfirm chemicalstructure by Fourier ‘Transform Infrared (FIIR) spectroscopy, crystallinestructure by X-ray diffraction (XRD) and thermal stability by Thermogravimetricanalysis (TGA) The nano cellulose had ellipse-like shape with size of 0,7 wm(diameter), 1,2 jm (length) and thickness of 04 #m (by SEM) and highporousity (by TEM).

vi

LOT CAM ƠN 0G 5 5 5 9 9 99 9 9 999.9 9 999599995 95895959595 sss IVTOM 'TẮ TT 5 G5 9 56 956 95 95 6 95 6 956 95 895 S8 S28 S98 s95 2sSSsSs.sssss VAIBTIA CCTT G- G G6 6 9 9 5 95 95 95 95 95 95 S95 98 3 9523 95 sESsSeSessse VỊMUC LUC 0 aa ÒỎ VIIDANH SÁCH HINH cccccsccocsecoccecoscesoscecsssesscseccesessesessecscesescecensecessecensesensecenes XDANH SÁCH BẢNG G- G6 5 S6 S6 S5 SE S3 SE SSsEsSSsSSessse xHDANH MUC PHU LLỤỤC 5° < s2 S2 S2 s9 sex sesssscxe XIII

DANH MỤC CHU VIET TTÁẮTT 2 << se se se se se sseseseseseses XIVLOT MO Đ Â UU d 5 G 6 6 0 5 9 9 9 99 9 9 999999 589 5895995959595 S2 Sse 1CHUONG = T NG QUAN 2-<- << SG se eESe SE SEeESeSeeeesseseseseseee 2

L.A.CELLULOSE U BA MIA 0Š ‹‹‹‹4da 2

A vecccccceccccccecuccececuccececuccecececcecsceccetscecceeececcesscsceeeececeeeececesescececescececs 2A vecccccceccccccecucecececececsccecesscecessceeecsceeeessceeeessceceessceceesececesesceceseneeeecs 4i Lu L] eu e LÌ PK 8L.2.CELLULOSE 5 :IÓIỈI::::: 10

TA a nnn nn nc nc cece ca cee ceca cece ca ceececuceeccaceececceceececscesevenceseseecs 10

¬ 12ơ U CU Co caceccaccccececcccccecccccceccccecsceccecsceccecscececescececesees 13TT 1ïÏ a5 138y /e7e 508979552 55 ášá CC “ii 15

ơ A UC vaaccecacuccccucuccccuccccccecuccccececeececececcececeseecs 15¬ 18TT 1ïÏ a5 19

CHƯƠNG = TH C NGHIỆM -° 5s % SScsSsscsssssssesseese 22

vi

2.1.MUC Ð CH VA NOI DUNG NGHIÊN CƯU - 2+ 2£ c2 se czsczscss 222.2.NGUYÊN LIEU VA THIET BI - 2-5-2 2 522E+S£2EE£E£E+EeEzEersrereecee 22

2.2.1 Nguyên TEU (— ĂĂĂĂQ HQ HHHHHHHHH HH vu 22

2.2.2 Thiết bị, d ng c thí nghiỆm - «+ Set +t+k+EEEeketsesrsrererees 2223 ƯƠ_ PHAPNGHIÊN CƯU - ¿225 2 2+2+E+E+Ez£rerereee 23

¬ 23¬ 23AT 23CU Ổ QQQ00Q HH ng ve 24u LUA vccsccccccccsecccccsecccccssecccccssecccueseccceesescceeescseeuscseueuesess 24

¬ 25"7h 25

2.3.6.Phân tích hình thái bê mặt bằng SEÈM - - + +s+s+s+k+E+tsesesrererees 252.3.7.Phân tích hình thái h t bằng TIEÌM + ++s+k+k+keesesesrsrererees 26

2.3.6 Phân tích nhiệt tr ad 67 Sen 26

3.2.2 A ởng của thời ia 0 AT NÓ 383.2.3.4 ongcuan a C JV€Ï, ĂẶẶẶ S111 111111 %2 403.2.4.4 ONG củan — đ HạÔO; ccccrccee 42

TM 433.3.NGHIÊN CUU QUA TRÌNH THUY PHAN TAO HUYEN PHU

CELLLULLOSEE 2E SE E9 E1 E1 1151511111111 111111111111 45

3.3.1.A ONG của nhiệ A veeccecceccccccecererersrsessevecscscscscsvesescscasasavevevsvevavavens 463.3.2.A ; 8z7/T.RRTERR iuscscsceceresessecsssvevsvevscsesesestssssscesssasasavavevens 473.3.3.A ởng củan — AH ySOg crccesesserecevevsvsesessvevscsvsvsvsverescncnsasasavavevens 48

P.1 3034D GIÁ SAN PHAM uu ececcecesscscscscscscscscscecsescscsescscevsvsvevsvavacseesaaeavans 51CHUONG ẾT UẬN <<scscsessssEEEESEseeeesesee 58TÀI LIEU THAM KHÁOO 2 5° < s2 9S se sex sessesse 60

PHU C 5-5° <5 2£ Ss E2 3S SESEESESEEEESESEE S524 5525 .5 ss 4 5e 64

IX

DANH SÁCH HÌNH

MH 1 1: Cy Mid e 3nh Ï 2: A mía -G Ăn 3

nh 1 3: Công thức cấu tạo có thé có của lignin - + + 25s+cecs>s+see: 6

nhl 4: ósợitáhraở aO 1 ,soi bị thủy phân (a v không thủy ph niiiiẳẳẳiiiiaiiiiiiiiaii4aảẢẢắắẳắắẢỐÕỔỒ 9

nh 1 5: Cau trúc €ellUÏOSe - + ¿6E 2 S2 SE2E£E+E£EEEE‡E£E£EEEEEEEErErErrerersred 10

nhl 6: iénk thy ro nội phântửv giữa 4 ph ntử ellulose IInh 1 7: Quy tr nh tạo nanoCelÏUÏOS€ - «<< + 11139111 1 99 111 re 17nh2 1: Không gianm u_ C - s5 << 5551331103111 113 99311111 khen 25nh2 2: Quy tr nhnghiên ứu tạo nano elÏulosSe - << << +sesss 27nh3 1: ã mía sau khi xử lý sơ DộỘ - cv re 30

nh 3 2: hồ FT-IR của bã mía nguyên liệu - ¿5-5-5 2 2 2+s+e+eseerscsd 32nh3 3: Ảnh SEM của bã mía nguyên liệu - ¿2-5 + c2 2+s+E+eszerscsd 33

nh3 4: hi uxạ Ua bã mía nguyên lIỆu -5- <<<<x+s 33

nh3 5: Ảnh hưởng của néng độ aO_ đ n hiệu suất thu trong quá tr nh xử lý

NGUYEN LGU DA MIA = 35

nh 3 6: Anh hưởng của nỗng độ aO đnh mluongligin n lại trong qua

tr nh xử lý nguyên liệu bã mÍa - - «+ 111999910111 1v 9 11 ng 36

nh 3 7: Ảnh hưởng của nông độ aO đnmusắ trong quá tr nh xử lý

NGUYEN LGU DA MIA = 36

nh 3 8: Ảnh hưởng của thời gian xử lý aO d n hiệu suất thu trong quá tr nh

xử lý nguyên liệu bã mÍa - - (<< + 111990010 vn 38

nh 3 9: Ảnh hưởng của thời gian xửlý aO đnhm lượng lignin n lại

trong quá tr nh xử lý nguyên liệu bã mía (<< S1 re 39

nh3 10: Ảnh hưởng của thời gian xử lý aO d nm usa trong quá tr nh xử

Ly nguyen LGU DA Mia oe ee 39

nh3 11: Ảnh hưởng của nồng độ lo trong ung i hjavel d nm usa trong

quá tr nh xử lý nguyên liệu bã mÍa - - - ( ( c1 1111111131313 1111 1x2 4

nh3 12: Ảnh hưởng của nồng độ ung ih »,0,d nm usa trong quá tr nh

xử lý nguyên liệu bã mÍa - - (<< + 111990010 vn 43

nh 3 13: Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phn đn kíh thướ huy n ph

ANHS CH ANG

ang 1 1: h nh phan hóa học của bã Mia sesessssesssesesesesssesseeseeeeen 5ảng 3 1:Ca thông số o ban ủa nguyên liệu bã Mia 30ang 3 2: Đi u kiện thí h hợp xử lý nguyên liệu bã mía để thu ellulose 44ang 3 3:Ca thông số o ban ua ellulose thu từ bã mia eee 44

ảng 3 4: Đi u kiện thu ph nthu huy nph ellulose ss5s- 50

ang 3 5:Ca thông số ơbản ủahuy nph _ ellulose thu từ bã mía 51

xii

hulu 4:K t quả tia khảo sát ảnh hưởng thời gian xử lý bằng độ ;SO¿

đ nkí hthướ huy nph — ellulose s5 - << 555B 1 ke 66

xili

Từ viếttat

TEM

SEM

XRDFT-IR

LDSTGA

ANH MUC CHU VIET TAT

Từ vie da đủ Diễn giải

Transmission Electron Microscopy Kính hiến vị điện tử truy n quaScanning Electron Microscopy Kính hiển vị điện tử quét

X-Ray Diffraction Nhi u xạ tia X

Fourier transformed infrared Quang pho hong ngoai FourierLaser Diffraction Spectrometry h nbo ki hthướ hạt

Thermal gravimetry analysis Phân tích nhiệt trọng lượng

XỈV

OI MỞ DAU

Cellulose từ thực vat là loại nguyên liệu rất phố bị n, được ứng rất nhi utrong lĩnh vự đời sống như tạo giấy, bao bi, sợi, Chúng được bị t d n nhưnguồn nguyên liệu rẻ ti n,d ki m, có khả năng tái sinh v ph n hủy sinh họctốt Tuy nhiên, khith giới quan tâm nhi u hơn đ n vấn đ môi trường, nhữngnguồn nguyên liệu sử ung để ta h ellulose được quan tâm nhi u hơn

ã míal phần phụ phẩm tang nh ông nghiệp mía đường, duo thải rah ng năm với số lượng rat lớn ấtnhi u nghiên ứu tận ung bã mía để tạo raá sản phẩm sử ung khá Việc sử dụng sinh khối n y để ch bi n các vật liệutong hợp mới đang thu hút được sự quant m wath giới v nó ó khả năng táitạo Một số ông tr nh đã sử ung bal m nhiên liệu v sản xuất ồn lên nay, bãmia duo sử ung để sản xuất ellulosev nano ellulose nham | m tăng giá trị

y mía

Đối với Việt Nam, công nghệ nano ellulose tường như | một hướngnghiên cứu mới mẻ v đây triển vọng bởi nó được ứng dụng nhi u hơn so vớiellulose thông thường ano ellulose duo oil vật liệu hấp dẫn nhờ vào tínhchấtbn ơ học cao, cấu trúc dạng que hoặc cầu trúc dạng sợi go 1ra, nó sở

hữu diện tíchb mặt lớn với nhi u nhóm hoạt tinh! o hội tuyệt vời ho tạo ranhĩ u ân xuât mới

Có nhi u phương pháp dé thu nano ellulose từ bã mía rong luận văn n ys tập trung v o vié sử ung bã mía l m nguyên liệu để xử lý thu ellulose vthu ph nbangai sul uri để nanocellulose

CHUONG T NGQUAN

1.1.CELLULOSETU MA11 C a

C y mia 6 nguồn gỗ @ nam hái nh ương, v ng quần đảo uineagười ta dit m thay những loi y ạithuộ hisa harum ph n bố rộng khắpAn Độ, rung Qué , á quần đảo ởnam hái nh ương.Ở rung Qué vAn Độ ngh trồng mial m đường ó áhđ y 2000 năm g y nay, mia dugtrồng rộng rãi khắp v ng nhiệt đớiv ân nhiệt [1]

Mial tên gọi hung ua một số lo ithuộ himía a harum Ma làloại y nhiệt đới nên đ i hỏi đi u kiện độ âm rất ao hiét độ bnh qu n thí hhợp ho sự sinh trưởng ta y míal 15-26°C iống mía nhiệt đới sinh trưởng

ham khi nhiệt độ ưới 21°C v_ ngừng sinh trưởng khi nhiệt độ 13°Cv ưới 5°C

th ys ht Mía vươn ao mạnh nhất khi bắt đầu v om ahè óđộ ing ytăng lên.C y mía gồm á bộ phận: th n,láv r mía

Thân mía ó hnh trụ đứng t y theo giống miam th nmía óm usa

khá nhau như: xanh, v ng nhạt hay tímđận h nmía hiath nh nhỉ u óng,

mỗi ong ải khoảng 0,05-0,304m t y theo giống mia v thời kỳ sinh trưởngThân mía ao khoảng 2-3m 6 giống mia 6 thể ao 4-5m, th n mía dug baobo bởi lớp vỏ 6 một lớp phan trang

Mial y ông nghiệp lấy đường quan trong ủa ng nh ông nghiệpđường, hi m 75-80 lượng ungton âu ién vụ 2013-2014, năng suất míabnh qun ảnướ đạt khoảng 63,9 tấn mía/ha, tính đn uối năm 2012, tongién ti h trồng mía to nth giới đạt gan 26,1 triệu ha v tong san luong mia thuhoạ h dat 1,83 t tấn [2| V mặt kinh t , nhận thay trong th n mía hứa khoảng

80-90 nud ih,trong †hđó hứa khoảng 16-18 đường wnuod i hmía

duo h lọ v ôđặ th nhdudng go isan phẩm hinh! đường, n ómột

sô phụ phâm tu qua tr nh san xuat: bã mía, mật ri, b n lọ

a hi m 30-33% trọng lượng ua y mia, duo ng hat đốt trong |hoi dé san xuất điện Điện sản xuất duo s duo sử ung dé hay nh may xayép mia v bán thương phẩm [2] ãmía óthể ngl m nguyên liệu dét1 , hoa1 m bột giấy, ép th nhván ng trong ki n trad, ao hon! | m ra Furfural lànguyên liệu ho ng nh sợi tong hợp rong tương lai khim rừng ngy nggiảm nguồn nguyên liệu | m bột giấy, | m sợi từ y rừng giảm đi th mia |nguyên liệu quan trọng dé thay th

Mậtri him5 trọng lượng,đượ ngtrong h bi nthự phẩm Vv sảnxuất Ôn etyli , nguyên liệu đầu v o sản xuất rượu hay nhiên liệu ethanol Thànhphan mật gỉ trung b nh hứa20 nướ, đường saccharose35 „ đường khử 20,

tro 15%, protein5 ,sap1 ,bột4 trọng lượng riêng ừ mật gi ho lên men

hưng At rượu rum, sản xuất men á loại Một tan mật gi ho một tấn men khôhod a loại acid acetic, hod ó thể sản xuất dug 300 lit tinh ầuv 3800 Irượu ir một tấn mía tốt người ta 6 thé sản xuất ra 35-50 lít ôn 96°, một ha vớikỹ thuật sản xuất hiện đại ủath k 21 6 thé sản xuất 7000-8000 lít ồn dé1 m

nhiên liệu

nlọ hi m l,5-3 trọng lượng mía đem ép Ð y[Ì sản phẩm an bãn lại sau khi h bi nđường wb nlo ó thể lấy ra sáp mía dé sản xuất nhựaxêrin | m sơn, xi đánh gidy, vv au khi lay sáp b n lọ ng | m ph n bón rattốt

Mia còn là loại cây có tác dụng bảo vệ đất rất tốt Mia thường trồng từtháng 10 đ n tháng 2 h ng nim! lú lượng mưa rất thấp Ð nm a mưa, míađược 4-5 tháng tudi, bộ lá đã giao nhau th nh thảm lá xanh dày, diện tích lá gấp4-5 lần diện tí h đất làm cho mưa không thé rơi trực ti p xuống mặt đất có tácdụng tránh xóim nđất ho á v ng đổi trung du

1.1 a

Hiện nay, lượng ba mia thai bỏ rất lớn Don wt tai h máy ĐườngBourbon (Tây Ninh), với công suấtch bi n 8.000 tan mía/ngày, nhà máy thải ralượng bã mía khoảng 2.800 tan/ng y rong khi đó, Công ty Đường Biên HòaDong ai 63nh máy, trong đó 2nh máy sử dụng mía làm nguyên liệu vớitong công suất 5.000 tan mía/ngày Mỗi năm, sản lượng mía cây là 600.000 -750.000 tan, tương đương 174.000 - 217.500 tan bã (bã mía chi m khoảng 29%khối lượng mía cây)

Ba mía là sản phẩm phụ của ngành công nghiệp đường nd1 phằnxơ nlại của thân cây mía sau quá trình ép mía Bã mía gồm có sợi xơ, nước và mộtlượng tương đối nhỏ các chất hòa tan- chủ y ul đường ãmía ó sợi dài và tốtnăm ở phần vỏ của y mía phần niại hứaít ellulosev hủy ul t bonhu mô Thanh phan trung bình của bã mía đượ ho như bang sau:

ả ITh hpha hóaho ủab aHợp chất H lượng

Cellulose 32-41%Hemicellulose 27-32%Lignin 19-24%Tro 45-99%

ap <1%

Lignin là một chatcao phân tửcócấu trú vô định hình khác

với cellulose Lignin ở gỗ lá kim và gỗ lá rộng khá nhau, nhưng người ta đã k t

luận răng trong phân tử lignhin có chứa các nhóm OH), nhóm methoxyl OCHs) và nhân benzen Lignin là một phức hợp chất hóa học phổ bi n được tìmthay trong hệ mạch thực vật, chủ y u là giữa cáct bào, trong thànht bào thựcvật Lignin là một trong các polymer hữu ơ phố bi n nhất trên trái dat Lignin cócấu trúc không gian 3 chi u, phức tap, vô định hình, chi m17 d n 33% thành

(-phan cua go.

HOH là

T CH, neon

H.COH HO HCH o— -

là CHO / CHO

lở fe) CHHCOH CHO

HOC—CH—CHOH dủ Cao) nen OCH,

° l§ HỌC Fit HOH H_———— 4 CHCHO HOÀN, HOW Heon

—cH HC

| | CH,

HOCH HC——_4,PP

oo | |

HOÀN, i nm O '& OCH,

HÀ oH HO i 1 —°

H,COH HCOHin CH,

Ỏ

H,CO— - OCH,

OH

H h 3:Cô hứ ấu ao 6 hé 6 tal

Câu trúc hóa học của li gnin rấtd bị thay đôi trong đi u kiện nhiệt độ caovà pH thấp như đi u kiện trong quá trình ti n xử lý bang hơi nước Ở nhiệt độphan ứng ao hon 200°C, lignin bị k t khối thành những phan riêng biệt va tách

ra khỏi cellulose.

Trong công nghệ bột giấy người ta thường phải tìm cách loại bỏ lignin,

tuy nhiên trong công nghệ ván và hàng thủ công mỹ nghệ người ta lại thường lợi

dụng lignin, tá động lên lignin để ép, uốn ván gỗ v lignin vô định hình nên tồntại ở 3 trạng thái: thủy tinh (bi n dang là bi n dạng đn hồi), dẻo (bi n dạng

không thuận nghịch), lỏng dính.

T h há tab” a

a mia hay ho nto n tạo th nh C0 v nud ngoira n 6 4 th nh

phan khí khá như S0;, No han ứng trong quá trnh đốt hay bã mia tỏa ranhiệt lượng rat lớn ó 6 thể bị thủy ph nth nh ung i hđường ó khả năng

lên men.

Có 3 hướng hính để thủy ph n bã mía:- — hủy ph n cellulose bằng acid ở nhiệt độv áp suất ao tạo glucose

- Dùng enzyme ellulase bẻ gãy mạ h cellulose thành glucose.

- Quá trình khí hóa: cellulose biomass dug oxy hoá không ho n to n, huyền

Ba mía là một vật ligud hay duoc sử dụng đê tạo ra năng lượng phụ vuho á v ng ông nghiệp goira, n ng đề sản xuâtthứ ăn hăn nuôi vnó 6h m lượng chat xo aov sợi ellulose 1, mảnh nên ó thê được sử dụngdé sản xuât các loại sợi 6b ncao [3| én ạnhđó n ólsôứng ung sau:

- Sản xuât điện- Trông nam trên ba mía

- Sản xuất than hoạt tính |4]

1.1.3.Mộ h tu w ụ ellulo e rb a

Cellulose từ bã mía có thé thu duoc bang phương pháp ki m, loại bỏlignin v tạp hat, tuy nhiên phương pháp n y không đủ mạnh để loại bỏ ho nto nligninv hemi ellulose, o đó an bố sung thêm quá trình tay trang Quátr nh tay trang có thể | m giảm lượng ellulosev tinh hat ủanó 6 thé thay đổi

Sau khi tây trăng, cellulose ó độ ôn định nhiệt ao, độ k t tinh tăng nên cóthé dug ung dung trong nhi u san pham: vat liệu tong hop, a dẫn xuất hóa hocvà nhi u lĩnh vw khác Phan ellulose trong bã mía ó thé được chuyển đổi bangá h thay đổi hóa học thành dẫn xuất cellulose quan trọng như este, phục vu

trong phạm vi rộng các ứng dụng, ví ụ như sợi dệt tai sinh nhựa phân hủy sinh

họ , trong đó được sử dụng rộng rãi như hat 1 m đặc trong nhi u ứng dụng côngnghiệp, bao gồm cả ngành công nghiệp thực phẩm, ược phẩm và công nghiệp

sơn [5].

tr ung bã mía 1 m nguyên liệu ho ng nh ông nghệ sản xuất giấy vbaob đã ótừrấtlu, osợi ellulose ta bã mía khá mịn,b n[6,7| từ bã míađã khử tủy 6 thé ng sản xuất bột ơ, bộthóa ơ, bộthóav bột bán hóa Désản xuất bột hóa ơ, người ta nâu bã mía với 1-7 aO „k đó xử lý với 0,1-4% NazSOx au đó bột duo tay trắng để sử ung ho a quá tr nhtỉ p theo [6]

hom tá gia avina Mi hel [3| đã sử ung ellulose ua bã mía để tạo rasợi phụ vụ hong nh ét may hóm sử ung nông độ ki m thấp dé 6 duosợi min, ti p đó thủy ph n với nướ hod muối, qua tr nh xử ly thự hiện ở 130°Ctrong 1 giờ ửa sản phẩm đ n trung h a để loại kim ư, sợi duo sây khô ở105°C trong 24 giờ, dé ở nhiệt độ khoảng 20°C ản phẩm duo xá định 4 tínhhat như kí h thướ , độ mịn, độ b n kéo, độ b nuốnv hnh thái soi bằng EMK tquadug ho như hnh I7 Theo nhóm, từ k t quathu dug ho thay SỢI Ó

độ b n thấp hơn so với 4 loại sợi tự nhiên khá như day, otton, linen oi bị

kéo i, bị đút gay

Hh 4: óg haé NaOH N ob hi ph a hô hủ ph b)

1.2.1.Cau ho ho

Cellulose là loại vật liệu polymer tự nhiên phổ bi nnhấttrên h ØIớI, nólà thành phan chủ y u của thanht bao thực vật, giúp cho các mô thực vat 6 độbn oho v tính đ nhỏi, có nhi u trong bông (95-98%), gỗ lá kim (41-49%),

26 lá rộng (43-52%)

Cellulose là một polymer mạ h th ng được cầu tao từ các mat xích Glucose nối với nhau bang liên k t B-1,4-glycosidic [8, 9], có công thức cấutạo là (C¿H¡oOs)„ trong đón ó thé nam trong khoảng 1000-15000 t y v o nguồn

H h 5: Cau ellulo e

Cellulose có dang hình sợi dài, nhi u sợi liên k t song song với nhauthành chùm nhờ các liên k t hydro giữa các nhóm hydroxyl (-OH) Nhómhydroxyl có trong phân tử cellulose tham gia vào liên k t hydro trong và giữa cácphân tử Cellulose là một chuỗi mạch th ng, không 6 nhánh như tinh bột, các

mạch cellulose x p đối song song tạo thành các vi sợi ó đường kính khoảng

3,5nm Nó có 2 liên k t hydro nội mạch va | liên k t hydro ngoại mạch Cácnhóm hydroxyl hình thành liên k t giữa hydro với nguyên tử oxy trong cùng mộtmạch và với các mạch bên cạnh, các mạch k t lai với nhau hình thành nên a vi

sợi ó độ b n kéo cao Trong sợi ellulose ó2v ng đói v ng tỉnh thé và vùng

vô định hình Trong các sợi, chuỗi ellulose được x p chặt ch với nhau tạo

thành vùng tinh thé vv ng rối loạn goil v ng vô định hình làm cho celluloseótính hat bán tinh thé [10] hnh 12

10

¬ 5 on HO OH -O o—HO, PH

* * * bu O ° “

Hydrogen bonding within and VK? ớ aw N<

si: OHO “HOT

ĐH -between cellulose molecules | ””? H ậ H

5 HO OH - O —_ HO OH

O ¬ O O negƠœ O Le)

x OHO

-H - HO arene

HO 2 H

Cellulose Z7” =microfibrils S——

| Amorphous region | Crystalline region | Amorphous region |H h_ 6: éh o 6 ph a ph ellulo e

Câu trúc tinh thé của cellulose lần đầu tiên dug đưa ra bởi Carl vonfgeli năm 1858 sau đó được xác nhận qua uy nhiên, hod nnay ấutrúc của nó vẫn hua duo hiểu đầy đủ [11] Chỉ số k t tinh ủa ellulose thaydoi ít nhỉ ut y thud v o phương pháp ph nti h khá nhau Mạng lưới liên k thi rov định hướng phân tử trong cellulose rất khá nhaul m ho cellulose tồntạ ở nh uhnh ang khá nhau t y thuộc vào nguồn gỗ , phương pháp khaitha , xử lý [12] Cellulose có câu trú ph n ấp bao gồm các cấp độ phân tử (1-100 A), cấp độ nano (10-100 nm) và cuối ng | ap độ trung bnh 1-100

micron).

rong tu nhién, tinh thé ellulose gồm hai loại: ellulose- v ellulose- ,trong đó, ellulose- duo bitđn rộng rãi hơn ả Cellulose- 1 huỗi glu anx p song song nhau v kém b n nhiệt động Cellulose- 6 thể huyén th nhellulose- nhưng ellulose- th không thể huyén th nh ạng ellulose-Cellulose- 1 hudi glu an x p phản song songv 1 ang b n nhiệt động nhất

ua ellulose [13] go ira, n ó ellulose- v ellulose- V, hung duo tạo

ratừ ellulose- v bang nhi u 4 hkhá nhau

11

1.2 T h ha

Cellulose là chất rắn màu trang, không mùi, không vị, không tan

trong nước ngay cả khi đun nóngv a dung môi hữu ơ thông thường [14] Tan

trong một SỐ dung dichai vô omanh như: Cl, O3, một sd dungdịch muối: ZnCl,, PbCly, Cellulose 6 thé h a tan trong nhi u hat long ion [15]v một số ung môi nhất định như cupriethylenediamine (CED), Cadoxen,

Nitren, Pden [16], N-methylmorpholine N-oxide (NMMO) v_ lithium chloride/ dimethylacetamide [6] Chung ó ti trong thap, ơ tính tốt, giãn nở nhiệt thấp,độ tính thấp, b mặt ó nhóm hy roxyl -O ó thể ng hu năng hóaCellulose có tính chất đặc biệt là k t hợp voi nud trương lên, tạo thành một

chỉ khung xương ho y,giúp y đứng vững Các liên k t hydro trong mạng

Im ho cellulose tương đối 6n định, không d dàng hòa tan trong các dung môithông thường, không 6 điểm nóng chảy v | m_ ho các chuỗi cellulose 6 độcứng ao ọ theo trụ [8].D y là một thuộc tính mong muốn cho sợi gia ường

trong một hỗn hợp

Cellulose do các mat xí h D-Glucose liên k t với nhau bằng liên k t

B-1,4-glycosidic do vậy liên k t n y thường không b n trong các phan ứng thủy

phân Nó có thé bị hia th nh 4 đơn vi glucose bang cách xử lý nó với acid

đậm đặc ở nhiệt độ cao

H,P0(C2H¡oOs)ạ+nHO —— nC¿H¡;O§s

Cellulose tan duo trong ung ih CuO_ ;trong amoniac có tên là

"nướ vay e”, trong đó Cu” tồn tại hủ yuo ạng phứ hất Cu 3),(OH)>.Khi ấy sinh ra ph hất ta ellulose với ion đồng ở ang ung ihnhot ubơm ung i hnhớt m y đi quaống 6 những lỗ rất nhỏ ng m trong nướ , phứ

hats bị thủy ph nth nh ellulose hy ratở ạng sợ goil tơ đồng - amoniac.Cellulose hình thành từ vi khuẩn có độ tinh khi t, độ b n kéo, độ đ n hồi

cao, b n, khả năng giữ nuớ ao, không độ haiv không g y 1†ứng [17].

12

khó tá h ellulose ang tính khi ttừthự vậtv nó liénk t hat h với lignin vhemicellulose [22] heo nhóm tá giả uliana piri om [19], ti n xử lý ellulose

bang hat long ion MM Cl 6 thể giúp 1 m tăng tố độ thủy phn ellulosebang enzym, nhờ khả năng h atan ellulose ta á hat lỏng ion Kha năng h atan ellulose ó thể duo kiểm soát băng á hlựa hon á hat tạo thnh hất

dan và khả năng tương thí h sinh hoc của nó [15] Cellulose được sử ung rộng

rãi trong sản xuất giấy báo chí, sách vở, bao gói, bìa, to nh n tạo như: to vis o, tơacetate, ch tạo thuốc súng không khói, phim anh, vật liệu ompositv ion gel

13

Cá ẵn xuất ủa ellulose 6nhi uứng ung trong 4 lĩnhvự khá nhau như

y ho , nông nghiệp, ệt [15] Mu tiêu trong tương lai | sử dụng các loại sợi

như là một y u tố tăng ường lực trong vật liệu tong hop, vật liệu o kim va

mang loc nano [7].

Cellulose sử dụng trong phòng thí nghiệm nhu | một pha tinh ho sắc kýlớp mỏng ơsợi ellulose tng được sử dung để lọc chất lỏng, đôi khi k t hợp

với á phương tiện lọc khác.

Cellulose được sử dụng để làm chất kt ínhh a tan trong nước và chất

k t dính như methyl ellulose v arboxymethyl ellulose được sử dụng trong

giấy án tường dán Vi tinh thé cellulose (E460i) và bột ellulose E460ii đượcsử dụng chất độn v như hat 1 m đặc và ôn định trong thực phẩm ch bi n.Cellulose được sử dung dau tiên dé sản xuất nhựa nhiệt dẻo do Công ty Hyatt sảnxuất v o năm 1870

Tuy nhiên, thựct ellulose được ứng dụng trong rất nhi u lĩnh vực khácnhau ó được sử dụng rộng rãi trong sợi, giấy, m ng, ngành công nghiệppolymer, ứng dung vật liệu mới o da điểm sinh thái và khả năng tái tạo của nó

[I4] Sự đa ạngv ứng dụng cua ellulose ng y nay đã đi d n một bước ti n

mới của khoa học công nghệ mà rất nhi u lĩnh vực công nghệ hiện đi u đang ứngdụng và triển khai đói ông nghệ nano

rong tương lai phát triển vật liệu mới được dựa trên quá trình bi n đối từsản phẩm ngành công nghiệp ellulose đượ ưu tiên Cá sản phẩm truy n thongtừ gỗ như giấy, bao bì và visco không thể đáp ứng nhu cầu của xã hội hiện đại.Gia tăng sử dụng ti m năng ủa ellulose như vật liệu nano có thể cải thiện khả

năng ạnh tranh với á vật liệu | m nghiệp khá Một ứng dung quan trọng củaellulose ng y nay trong lĩnh vực khoa học công nghệ đó l tạo nano cellulose.

14

1.3.NANO CELLULOSE

Nanocellulose là thuật ngữ hi cellulose 6 cấu trúc ở cấp độ nano 61một loại vật liệu siêu b n, siêu nhẹ, dẫn điện Chính những tính chất n y đã tạonên vật liệu với những ti m năng to lớn có thé thay doi th giới của chúngta ytheo ấu trú nano ellulose 6 3 loại đó l sợi nano ellulose C , tinh thénanocellulose C CC, nano ellulose từ vi khuẩn (BC), tất cả d u có một chi u 6

[25 26], acid sử dụng nhi u nhất là H,SO,, Clk đói á ai mạnh khánh thai ua nano ellulose thu dug phụ thud v o nguồn 26 ủa ellulose,nông độ a 1, nhiệt độ, thời gian phản ứng v tilé ellulose: a i uy nhiên, khi

sử ung H;SO¿l mtá nh n, sự hiện diện của nhóm sulfate trên b mat celluloselàm giảm sự ôn định nhiệt của vật liệu.

Một số nghiên wu đã hi ra rang nano ellulose 6 nguồn g6 từ gỗ, asản phẩm nông nghiệp v vi khuẩn 6 thé thu đượ bang á h xử lý hóa hat, xửly oho v xử lý bằng enzym [27, 28] hom tá giả Jihua Li đã th nh ôngtrong việ tạo ra nano ellulose từ bã mía bằng phương pháp đồng hóa áp suất aosau khi xử ly sơ bộ bã mía với hất long ion [14]

Đối với phương pháp o ho, á nano ellulose tạo ra gọi là sợinanocellulose (NFC-nano ibrillate ellulose Đối với phương pháp hóa hoc,

15

nanocellulose gọi l tỉnh thé nano ellulose C C-cellulose nanocrystalline).

Mingzhu Pan v ố ong sự [27] đã th nh ông trong việ nghiên wu tạo ra

nano ellulose từ nguyên liệu mi ro ellulose bằng á h k t hợp thủy ph n băngai suluri v đồnghóaáplự ao K tquả ho thấy sợi nano thuđượ ókíhthud nhỏ v đồng đu Quá trnh hinh ủa việ tá h nano ellulose từ sợicellulose dựa trên quá trình thủy ph nbằnga¡ V ng ellulose vô định h nh vtinh thé ngắn ưu tiên thủy ph n trướ ,v ngk ttinh óđộbn ao hơn nên a itan công vẫn còn nguyên ven Sau thủy phn ellulose bằng a i , thu đượ tỉnhthé nano ellulose 6 ang hnh que [12] Thủy ph n ellulose | m giảm nhanh

chóng mứ độ trùng hợp ủa nó ano ellulose thu từ thự vật thường ó kíhthướ khoảng 100 - 300 nm theo hiu iv khoảng 5 - 20 nm theo hi u rộng

u thu từ vi khuẩn hay tảo biển thường ó kí hthướ vi mtheo hiu iv

khoảng 5-50 nm theo hi u rộng [29].

16

Methods to manufacture MCC, CNC and cellulose nanofibrils

Macroscopicfibers

Strong acid - Mechanicalhydrolysis nical

\

tion+ sonication

| Microcrystalline

Cellulose nanocrystals cellulose (MCC) Cellulose nanofibrils

H h_ 7: Quy trình tao nanocellulose

hn hung, nanocellulose có thé được sản xuất bang 4 phương phápkhác nhau từ nhi u nguồn cellulose khác nhau như sau [28, 30]:

- hương pháp đồng hóa áp lực cao

- — hương pháp siêu m ường độ ao- — hương pháp thủy ph n trong môi trường a 1

- — hương pháp ắtxé ưới áp lực cao

- —_ hương pháp vi sinh- Mi roflui ization

Nghi n- Nghi n bang

17

13 T h ha

lên nay, theo định nghĩa vật liệu nano th nano ellulose | vật liệu 6 ít

nhất một hi u ở kí h thướ nano nh thái ta nano ellulose thu dug t y

thud v o phương pháp tạo ra nó, 6 anghnhquev óđộk ttinh ao khi thủy

ph nbangai suluri,ở ạngsợinu ng phương pháp oho như đồng hóaáp suất ao [25] ano ellulose thu duo từ vi khuẩn ó độ tỉnh khi t ao v trongnguyên liệu ủa nó không hi tap hat [31]

ano ellulose được sử dung để tăng vường lự trong polyme ph n hủysinh học trong những năm gần đ y bởi vì nó có thể tái tạo, nguồn nguyên liệu ôio trong tự nhiên, 6 khả năng phân hủy sinh hoc và vì tính chat oly ao tanó [27,32] Đặ điểm hình dạng của nanocellulose phụ thud v o đi u kiện thủyph n như nhiệt độ, thời gian, phương pháp tá hv nguồn gốc của sợi cellulose.ano ellulose 6 độ nhớt cao khi ở nồng độ thấp làm cho nanocellulose rất thú vịnhư một chất 6n định và gellant trong thực phẩm

Tinh thé cellulose có tính chất ôn định, không hoạt động hóa ho v tro v

mặt sinh lý, o đó nó dug ứng dụng trong nhỉ ung nh ông nghiệp khá nhau.Độ b n kéo của nó là khoảng 500M a, tương tự như ủa nhôm Độ cứng của nó

là khoảng 140-220 MPa, so sánh với Kevlar và tốt hơn so với sợi thủy tinh, cả

hai đ u được sử dụng thương mại tăng ường nhựa Mang từ nanocellulose cóường độ ao trên 200 M a, độ ứng cao (khoảng 20 GPa) T lệ b n kéo/

trọng lượng của nó là 8 lần so với thép không gi

Các tác giả đã hứng minh rằng với nồng độ ai suluri 65 w/w,thủy phân trong thời gian khoảng 2 giờ, ó thể thu đượ tỉnh thể nano ellulosechi u dài từ 200 đ n 400 nm và chi u rộng nhỏ hơn 10 nm với hiệu suất đạt 30

[12] Kéo dài thời gian thủy ph n1 m giảm chi u dài trong tinh thé nano v tăngtí hđiệnb mặt Cá kí h thước hình học của nanocellulose rất khác nhau, tùythuộc vào nguồn sốc vat liệu ellulosev a đi u kiện thủyphn uy nhiên, khi

hia nhỏ v gănv o á nhóm hứ khá, sợi nano ellulose ó khả năng ải thiện

18

đáng kế tính ơ học, quang, nhiệt, xúc tác, lọc, sinh họ , điện và tinh chất từ Dođó, sự phát triển và sử dụng sợi nano ellulose ở ap độ vĩ mô s_ I m tăng khanăng sử dụng nguyên liệu tái tạo ano ellulose từ bã mía 6 độ 6n định nhiệtthấp hơnv óđộk ttinhcaohon ellulose ban đầu [14].

I133ỨÚ uụ

Nanocellulose đang ng y ng đượ quant mv nóph hợp với việ tạo

ra vật liệu chứ năng, nhờ kí h thước nano của họ và cấu trú độ đáo ạng SỢIhoa hnh que Nó có hệ SỐ giãn nở nhiệt thấp, hệ số co cao, tang ường độ b n,tinh hat oho v quang họ tốt, ó nhi uứng ung trong nano omposite, giấy,phụ gia son, bao b thự phẩmv uo phẩm [28] an phẩm giấy hat lượngao, trong mỹ phẩm như hat 1m di v trong ng nh ông nghiệp thự phẩmIm hat 6n định, hat béo thay th v vật liệu nhẹ ó độbn ao, vật liệu tonghợp để x y ung, phương tiện giao thông, san phẩm nội thất, vật liệu mới ho

thi t bị điện tử

rong v ithậpk gần đ y, việ thi tk v sử ung 4 ấutrú phn ấp

đã trở th nh một hủ đ quan trọng trong ông nghệ nano ở nhi u lĩnh vự đaang như vật lý, hóa họ , khoahọ_ vật liệu, sinh ho , y ho , thi t bị điện tửv kỹ

thuật [10] hing m ng mỏng rắn, ngo iviệ ho phép nghiên tu ơ bản vh nh vi nỗi bật, ó nhi uti m năng ứng ung như vật liệu sơn ho vật liệu trangtrív giấy tờ bảo mật v tính hat quang họ không thể dug sao hép bang á h

inhoặ photo opy [12].

K thợp nano ellulose trong polymer óthể ải thiện đáng kế 4 tinh hatoho ua vật liệu omposite với giá thấp Một số lĩnh vy ứng ung tiêu biểuua vật liệu nano ellulose: Vật liệu phan hu sinh học, vật liệu tong hợp ự

ki nnano omposites wa trên nano ellulose s mở raứng ung trong những lĩnh

vu mới ho thud , son, bao b, điện tử, hấtk t ính x y wngv một số lĩnh

vu khá [27].

19

Trong dược phẩm nó được sử dụng rộng rãi như hất pha loãng hoặc chấtk t dính cho dùng viên uống.

Y tưởng su ungmnhnh éo ho điện thoạiv 4 thi tbị i động đangtro th nh hiện thự ở thời đại hiện nay oi ung tính hat ự ky nhẹ v b n, dabiệt | trong suốt ủa nano ellulose, nó ó thể 1 m vật liệu lý tưởng thay th hothủy tinh hay nhựa dé sản xuất m nh nh hién thi [30] ano ellulose 6 thé taoth nh một m nh nh linh hoạt nhưng manhm v b n vững nên ho nto n 6 thểuốn ong th nhbất ứhnh ạngn o Uu điểm ủa loạm nhnhn y hính ho nton 6 thé tai h hoa ng ph n hủy sinh ho m không g y 6 nhi m môi

truong

hững hi xe nhẹ, nhanhv | mvié hiệu qua hơn utrud đ y sợi

a bon l vật liệu số một nhăm tăng hiệu suất ho một hi xe th b y gid

nano ellulose s đảm nhận nhiệm vu đó Nanocellulose nhẹ v bn như sợi

a bon, nhưng lại ó giả th nh sản xuất rẻ hơn, hính v th nano elluloses Ìlựa họnh ng đầu thayth ho sợi ca bon để h tạo á hitit ho xe hơi nhẹhơn Đi u đó đồng nghĩ với việ lượng nhiên liệu tiêu thus íthơnv hi xeshoạt động tốt hơn v th s ti tkiệmđượ hiphí hơnnữa hi xes th nthiện

với môi trường hơn

Khith giớing y ng trở nên 6 nhi m, onngười ng ónhu âu lọnguồn nướ để óđượ lượng nướ sử ungsạ hnhất ano ellulose 6 thé giảiquy t dug van d n y khi người ta 6 thể h tạo mộtbộlo wu kỳ tốt, gia rẻựa trên việ địnhhnh ấu trú mang tinh thé ủanó lọ n ykhông hi ápung ho việ lọ nướ sử ungm n ó thé ap ung ho việ lo máu trong yhọ , tham hil óthểl m đầu lọ thué lá ơn nữa, nano ellulose n duoứng ung trong một kỹ thuật khử muối để lọ nud ngọt từ nud mặn một á h

nhanh hóngv rétin

hua | m từ nano ellulose | loại nhựa th hệ mới dug nghiên wu |

bn,nhẹ, hiu duo tá động lớn từ nhiệt độ, nướ v môi trường đồng thời giúp

20

xe ti tkiệm duo nhiên liệu iện nay, quy tr nh sản xuất nó rất tốn kém nhưng

với hiệu quả tuyệt voi v khả năng tự ph n hủy hứa hẹn nó s | mot loại vật liệuthayth tuyệt vời trong tương lai

hững năm gần đ y, nhi u nghiên ứu quant m vật liệu b n vững, xanh

v th n thiện môi trường ho á ứng ung khá nhau, bã mial một trong 4

vật liệu đó 6p phan tạo ra giá trị giatăng ho ng nh ông nghiệp mía đường v

giảm thiêu ô nhi m môi trường

21

CHƯƠNG TH CNGHIỆM

MỤC Ð CH VÀ NỘI UNG NGHI NCỨUD t¡ định hướng thu nanocellulose từ nguyên liệu bã mía bằng phươngpháp thu ph nvới a1 suluri Void tài này cần thực hiện được nội dung

nghiên cứu như sau:

- Chuẩn bịv đánh giá nguyên liệu: xá định độ âm, cấu trúc, hình thái.- Khảo sát các y u tổ ảnh hưởng đ n hiệu suất, màu sắc của cellulose thu

được: nồng độ NaOH, thời gian xử lí, nồng độ clo, nồng độ hydro peroxideH;Os, thời gian tay trang

- Khảo sát các y u tố Ua quá trnh thu ph n ảnh hưởng đ n kí h thướhuy nph_ ellulose: nồng độ acid sulfuric H;SOx, nhiệt độ thủy phân

- Đánh giá sản phầm nano cellulose.

NGU N IỆU VÀ THIẾT |

2.2.1 Nguyên liệu hóa ha

- Bã mía- Natri hydroxide (NaOH) tính khi t- Acid sulfuric (H2SO4)98%

- ước javel (NaOCl) với néng độ lo ban daul 38 g/l- Hydro peroxide (HO), nông độ 30

- ƯỚC cat

2.2.2 Thiết b , dụng cu thí nghiệm

- Máy ly tam Adams Sero-Fuge CT1600

- May đo độ amSatorius MB45

- May do m u Minolta CR 300

-B p khuấy từ- Cố thu tinh 100ml, 250ml, 500ml

22

- Một số dụng cụ thí nghiệm can thi t khác

3 PHƯƠNG PH PNGHI NCỨU2.3.1 Độ a

Độ âm của nguyên liệu được thự hiện tại nhiệt độ 105 °C, băng máy đođộ âm SATORIUS MB45 tại PTN Bộ môn Kỹ thuật Hữu ơ, trường Dai học

Bách Khoa TP.HCM.

3 Độ soĐộ tro ủa nguyên liệu dug xá định 4 h: nung khoảng 0,1g nguyên liệu

ở 600°C trong 6 gid, n lượngtro n lại sau khi nung xá định đượ h m lượng

tro trong nguyên liệu

Mau trang ti n hành như trên nhưng không có bột giấy Dung i h kaliiodua duo v o cho ngay sau khi b6 sung hỗn hợp kali permanganate và acid

sulfuric.

4 định hỉ số Kappa theo ông thứ :

23

tl nhiệt độ phản ứng, °C

đ là hệ số đi u hỉnh tới 50% lượng kali permanganat tiêu hao; d phụ thud

vào giá trỊ ua Vị (phụ lụ 2)

m là khối lượng khô tuyệt đối ủa mẫu thử, gam

m lượng lignin xá định theo:

muv hl go tôngmu nh2]

Cá doda duo thự hiện trên may MINOLTA CR300tai PTN Bộ mônKỹ thuật Hữu ơ, trường Dai học Bach Khoa TP.HCM.

24

3 Ph h R

Phân tích đặ tinh ấu trú tinh thé ta vật liệu thông qua nhi u xạ tia X(XRD) Mau duo dotrén may UCKE 800 tai PIN rong đểm ghiêntru Cau trú Vật liệu, truongDai ho á h Khoa TP.LHCM ử ung bir xa CuKa 2 1,54060 A ,tố độ quét! 5°C/phút,gó quét20 5-60°

3 Ph h T-IR

Quang phố hồng ngoại dug đo băng FourierTransform Infrared (FT-IR).Các mẫuđược say khô ở 105°C trong 4-5 h, trộn với KBr và ép h n không détạo thànhbột viên Phố FT-IR của các mẫu được ghi nhận ởch độ truy n trongkhoảng 4000-400 cmTM.Phé6 FI- duo đo trên máy CO E 6700 tại PTN

rong điểm ghiên ứuCâutrú Vật liệu, Đạihọo a h Khoa TP.HCM

2.3.6.Phân tích hình thái bề mặt băng SEM

Hình thái b mặt của sợi ellulose v nano ellulose được kiểm tra băngkính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy-SEM) Hình ảnh chothay hình thái b mặt của cellulose và các tinh thé nano được chụp tại nhi u độ

25

phóng đại khác nhau Hình ảnh EM đượ đo bằng thi t bị HITACHI S4800 tại

Viện Vệ sinh Dich t TW Ha Nội.

2.3.7.Phân tích hình thái hạt bang TEMKính hién vi điện tử truy n qua (Transmission Electron Microscopy-TEM) làmột thi t bị nghiên cứu vi cầu trúc vật răn, sử dụng chùm điện tử 6 năng lượngcao chi u xuyên qua mẫu vật ran mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnhvới độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần), ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnhquang, hay trên phim quang học, hay ghi nhận bang các máy chụp kỹ thuậtsố.Hình ảnh EM duo đo bằng thi t bị JEOL JEM 1010 Transmission Electron

Microscopy với dién th 80 kV tại Viện Vệ sinh Dich t TW Ha Nội.

2.3.8.Phân tích nhiét tro lượng TGA

Đường ong TGA(Thermogravimetric Analysis) thu dug bang thi t bi

ph nti h nhiệt tại Viện 57, 6 Công an, ộI Di u kiện thự hiện ở nhiệt

độ trong khoảng 25°C đ n 700°C trong môi trường khí nito, tố độ gia nhiệt10°C/phtt.

2.3.9 Ph hph b h hướ LDS

h nbố kí hthướ v đường kính trungbnh ủa hệ huy nph đượ xácđịnh băng thi t bi tán xạ Laser Diffraction Spectrometry Horiba LA950V2 tạiPIN rong diém ghién ứuCấutrú Vật liệu Đạihọ 4 h Khoa TP.HCM

26