sản xuất tơ sợi từ thân cây chuối

Cây chuối cho thuhoạch quả có giá trị dinh dưỡng rất cao nó chứa các loại vitamin như A, D, E....Thân cây chuối sau thu hoạch chỉ được sử dụng một phần rất nhỏ để làm thức ăngia súc còn

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI TRƯỜNG THPT VÂN TẢO – THƯỜNG TÍN

****************************

ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ

LẦN THỨ TƯ ( NĂM HỌC 2014 – 2015)

Tên đề tài: SẢN XUẤT TƠ SỢI TỪ THÂN CÂY CHUỐI

Lĩnh vực: Kỹ thuật vật liệu & Công nghệ sinh học

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

Thầy giáo Lưu Quang Lợi

Trường THPT Vân Tảo – Thường Tín

TÁC GIẢ:

1 Lê Tuấn Kiệt - Lớp 11T - THPT Vân Tảo

2 Phạm Thị Diễm - Lớp 11T – THPT Vân Tảo

Hà Nội, tháng 11 năm 2014

MỤC LỤC

Trang

Phần I: Lí do chọn đề tài 3

Phần II: Tổng quan của đề tài 4

Phần III: Quá trình nghiên cứu và kết quả nghiên cứu

A Cơ sở lý thuyết

1 Đặc điểm sinh trưởng và phát triển của cây chuối tiêu hồng 5

2 Tính chất của sợi tơ từ thân cây chuối tiêu hồng 6

3 Ứng dụng của sợi tơ từ thân cây chuối tiêu hồng 8

B Nghiên cứu thực nghiệm 1 Quá trình khảo sát thực nghiệm về cây chuối tiêu hồng 9

2 Quá trình thu sợi tơ chuối tiêu hồng 11

3 Đánh giá sản phẩm qua các cách sản xuất sợi tơ chuối 17

Phần IV: Kết luận 20

Phần V: Tài liệu tham khảo 21

PHẦN I: LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Cây chuối là loại cây quen thuộc với mỗi người dân Việt Nam, từ Bắc đếnNam đâu đâu ta cũng thấy người nông dân trồng chuối Với điều kiện khí hậunhiệt đới rất hợp để cho cây chuối sinh sống và phát triển Cây chuối cho thuhoạch quả có giá trị dinh dưỡng rất cao nó chứa các loại vitamin như A, D, E Thân cây chuối sau thu hoạch chỉ được sử dụng một phần rất nhỏ để làm thức ăngia súc còn phần lớn trở thành phụ phẩm nông nghiệp

Ngành thủ công mỹ nghệ là một trong những truyền thống lâu đời cũng làngành tạo ra giá trị xuất khẩu tương đối lớn ở nước ta Bên cạnh những thànhcông đạt được, ngành này cũng gặp phải khó khăn Khó khăn lớn nhất là chưatìm ra được vật liệu mới cho ngành để có thể đáp ứng yêu cầu cũng như nhu cầucủa người dân đang sống trên một đất nước đang phát triển như nước ta hiệnnay Trong khi đó, người nông dân đang gặp phải khó khăn khi phải xử lý nguồnphụ phẩm nông nghiệp rất lớn sau khi thu hoạch chuối (10 tấn rác gồm vỏ, lá vàđặc biệt là thân cây chuối sau mỗi mùa thu hoạch 1 tấn quả) Vậy tại sao chúng

ta không tận dụng nguồn nguyên liệu dồi dào này như một nguồn vật liệu mới

để tạo ra những sản phẩm sáng tạo đẹp mắt, tăng thu nhập cho người dân đồngthời giảm thiểu vấn đề ô nhiễm môi trường do thân cây chuối gây ra Xuất phát

từ thực tiễn trên, chúng tôi lựa chọn vấn đề: “Sản xuất tơ sợi từ thân cây chuối” làm đề tài tham gia cuộc thi Nghiên cứu khoa học kỹ thuật dành cho học

sinh trung học cấp thành phố lần thứ 4

Chúng tôi hi vọng, thành công của đề tài sẽ đưa ra được những phươngpháp tối ưu để thu được sợi tơ chuối từ nguồn phụ phẩm nông nghiệp nhằm mụcđích cung cấp thêm nguồn nguyên liệu cho ngành thủ công mỹ nghệ, ngành dệt,ngành giấy ở nước ta Nó sẽ bổ sung cho các nguồn nguyên liệu truyền thốngnhư gỗ, bông, đay đồng thời góp phần làm giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường

do thân cây chuối gây ra

PHẦN II: TỔNG QUAN CỦA ĐỀ TÀI

Trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày nay, việc thiếu nguyênliệu phục vụ cho các ngành thủ công mỹ nghệ, các ngành công nghiệp nhẹ ngàycàng trầm trọng Đây là những ngành mà nguyên liệu chủ yếu được lấy từ thiênnhiên như cây nứa, bông, gai, đay Vì lợi nhuận mà các cây này mang lại làkhông cao cho bà con nông dân lên diện tích trồng ngày càng bị thu hẹp Songtrong thực tế có nhiều nguồn nguyên liệu từ các phụ phẩm nông nghiệp bị bỏ đimột cách lãng phí, trong đó thân cây chuối là một trong những phụ phẩm bị lãngphí nhiều nhất ở các vùng nông thôn

Qua quá trình nghiên cứu tài liệu, chúng tôi nhận thấy thân cây chuối cóchứa những thành phần quan trọng có thể làm thành tơ sợi, có khả năng để trởthành nguồn nguyên liệu bổ sung cho các ngành thủ công mĩ nghệ Hiện nay lợinhuận của cây này mang lại cho người nông dân chủ yếu là thu hoạch quả Đềtài này chúng tôi sẽ nghiên cứu để đưa ra ba cách sản xuất để lấy sợi tơ từ thâncây chuối để mang lại lợi ích cho người nông dân trồng chuối Để làm được điều

đó, đề tài sẽ đưa ra một quy trình sản xuất từ khâu thu nguyên liệu phế phụphẩm nông nghiệp đến khâu hoàn thành sản phẩm là sợi tơ chuối

Trên thế giới, sợi chuối được sản xuất từ thân cây chuối abaca cũng đã vàđang làm nguồn nguyên liệu dồi dào cho các ngành công nghiệp nhẹ của cácnước Song loại cây này có quả nhưng không sử dụng được chỉ có tác dụng lấysợi Ở Việt Nam, giống chuối tiêu hồng cho quả có nguồn dinh dưỡng rất cao vàthân cây lại có chứa thành phần sợi khá cao Chiếm trung bình 2,38% khốilượng thân cây

Ba cách sản xuất sợi tơ chuối của chúng tôi đề cập trong đề tài chủ yếuđược tiến hành theo phương pháp thủ công, các dụng cụ nghiên cứu là các dụng

cụ có sẵn trong gia đình như máy ép nước mía, nồi, của gia đình Song chúng tôicũng có đề ra một số quy trình thiết bị máy móc để sản suất sợi chuối một cáchtối ưu nhất

Đề tài như một phát hiện mới trong lĩnh vực nghiên cứu nguồn nguyên liệutận dụng từ nông nghiệp khắc phục được tình trạng ô nhiễm môi trường do thâncây chuối gây ra Quy trình sản xuất

như sau:

THÂN CÂY

CHUỐI BÓC LẤY BẸ LOẠIBỎ PHẦN LÕI BỎ NƯỚCÉP LOẠI

NGÂM BẸ BẰNG DUNG DỊCH NaOH

TƯỚC SỢI TƠ TỪ

BẸ TƯƠI

DÙNG NHIỆT ĐỘ

ĐỂ LUỘC BẸ CUỐN SỢI TƠ

THÀNH CUỘN

PHẦN III: QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU A: Cơ sở lý thuyết

1 Đặc điểm sinh trưởng và phát triển cây chuối tiêu hồng

Chuối tiêu hồng thuộc nhóm chuối tiêu vừa, thân giả cao từ 2,1m đến 2,5msinh trưởng khỏe, lá xanh sáng bản lá rộng số lá hoạt động khi trổ buồng đạt từ

10 đến 12 lá Buồng hình trụ bình quân có 10 đến 12 nải, nặng 40kg trên 1buồng Là giống chuối có năng xuất cao trung bình đạt 40 đến 45 tấn trên 1ha.Khi chín vỏ vàng sáng đẹp nhưng cuống còn xanh quả ăn rất ngọt và thơm đápứng nhu cầu người tiêu dùng

Giống chuối này được nuôi cấy từ mô, sạch bệnh, đồng đều cao Đườngkính trung bình của cây chuối trưởng thành từ 18cm đến 20cm Người nông dâncho biết: cây chuối dễ trồng tốn ít công chăm sóc, giai đoạn cây con còn nhỏ tán

lá chưa đủ rộng có thể trồng xen canh thêm cây khác, khoảng 6 tháng sau khitrồng thì cây chuối bắt đầu trổ hoa ra trái, cũng khi đó thân cây đã phát triển kháhoàn thiện cả về chiều cao và đường kính thân cây Các tháng sau đó cây chuốitập trung chất dinh dưỡng vào việc nuôi buồng và quả, khi quả đã đủ lớn có độcăng tròn là thu hoạch

Theo các nhà chuyên môn ở phía Bắc thì thời gian từ khi trồng đến khi thuhoạch là 10 đến 11 tháng Những lứa tiếp theo khoảng 6 tháng đã cho thu hoạch

vì cây mẹ được vài tháng tuổi đã đẻ được rất nhiều cây con Có thể chọn cây contốt nhất tách ra và trồng kế bên khi cắt bỏ buồng và đốn bỏ cây mẹ thì cây conbắt đầu phát triển rất nhanh, 6 tháng được thu hoạch Như vậy trong năm tiếptheo mỗi năm có thể thu hoạch hai lứa đồng nghĩa với việc thu nhập tăng gấp hailần

Với tình hình khí hậu ở Việt Nam cây chuối thường được trồng vào thờigian từ tháng 1 hoặc tháng 2 thì thu hoạch sẽ vào tháng 11 hoặc tháng 12 hàngnăm Qua qua trình khảo sát thực tế trên địa bàn hai xã Tự Nhiên – Thường Tín-

Hà Nội và xã Mễ Sở - Văn Giang- Hưng Yên, người nông dân trồng chuối chobiết cây chuối có thu hoạch dải đều trong năm vì nó có tính kế thừa mùa vụ,chính điều đó nguồn nguyên liệu để sản xuất sợi tơ chuối của đề tài rất dồi dào

2 Tính chất của sợi tơ từ thân cây chuối tiêu hồng

a) Hình thái học và thành phần hóa học của sợi tơ chuối:

Sợi tơ chuối có tính chất vật lý và hóa học riêng, có nhiều tính chất tốt làmcho sợi tơ chuối được đánh giá là sợi tơ chuối có tính chất lượng tốt

Vẻ ngoài của xơ chuối tương tự như xơ tre và xơ gai, nhưng độ mảnh vàkhả năng kéo sợi của nó tốt hơn so với xơ tre và gai Sợi chuối có vẻ ngoài hơibóng tùy vào quá trình tách sợi tơ và kéo sợi tơ chuối Theo đánh giá khoa họcsợi tơ chuối nằm trong nhóm sợi tơ dài nhất như bảng số liệu so sánh dưới đây

Kích thước sợi tơ chuối

Loại sợi tơ Chiều dàisợi tơ (cm)

Đườngkính sợi tơ(mm)

Chiều dài

tế bào sợi

tơ (mm)

Đườngkính tế bàosợi tơ (µm)

Hình dạngmặt cắtngang củasợi tơ

Kích thước của các xơ thực vật khác

Xơ lanh 20 – 140 0,04 – 0,62 4 – 77 5 – 76 Đa giác

Gai (ramie) 0,06 – 0,90 40 – 250 16 – 126 Lục giác /bầu giục

Qua mặt cắt ngang của sợi tơ chuối qua kinh hiển vi thấy sợi tơ chuối códạng bó, gồm các hình đa giác của sợi tơ cơ bản hoặc hình bầu dục Dọc theochiều bó sợi tơ sẽ thấy một lớp lốm đốm phía ngoài, chính là silicđioxit.

Tính chất cơ học của sợi tơ có mối liên hệ với độ trùng hợp trung bình Độtrùng hợp còn được dùng để đánh giá sự sụt giảm lượng xenlulo do sự phá hủycủa bức xạ, các tác nhân vật lý hay hóa học Sợi tơ chuối có độ trùng hợp là1.990 nó tương đương với sợi cotton và thấp hơn sợi lanh, gai Cho thấy sợi tơchuối sẽ ít dòn, ít cứng nhưng đồng thời độ bền cơ học của sợi tơ chuối sẽ thấphơn so với sợi gai,lanh và tương đương với sợi cotton

Sợi tơ chuối có khối lượng riêng là 1,2 - 1,1(g/cc) nhẹ hơn sợi gai, lanh Độxốp của sợi tơ chuối là 17 – 21% cao hơn sợi gai, lanh nên tính cách nhiệt caohơn Độ hút ẩm của sợi tơ chuối là 9.5% cao hơn sợi cotton nên khả năng hút ẩm

sẽ cao hơn Độ trương nở của sợi tơ chuối trong nước: khi sợi tơ trương nở,chúng sẽ thay đổi kích thước, trương nở theo hướng ngang và theo trục Độtrương nở về thể tích của sợi tơ chuối cao hơn hẳn so với gai, lanh

3 Ứng dụng của sợi tơ chuối tiêu hồng

Trước kia ứng dụng của sợi tơ chuối rất giới hạn, đầu tiên sợi tơ chuối chỉdùng để làm dây bện thừng, thảm, và một số vật liệu pha trộn khác Với nhậnthức giảm thiểu tác hại đến môi trường, tầm quan trọng của vải thân thiện vớimôi trường, sợi tơ chuối được công nhận là loại sợi tơ có chất lượng tốt và ứngdụng của nó trong các lĩnh vực khác cũng tăng lên Sau đây là một số ứng dụngcủa sợi tơ chuối:

a Làm dây thừng, dây chão, dây bện

b Làm nguyên liệu cho các loại giấy đặc biệt:

- Sợi cấp S: dùng làm giấy sử dụng trong ngành điện tử, giấy trang trí caocấp, giấy viết Kinh Thánh

- Sợi cấp JK: Làm túi trà, túi lọc cà phê, túi gói thịt, cá, các loại giấy nghệthuật đặc biệt, giấy cách điện bọc dây cáp, giấy nến, giấy than.

- Sợi cấp Y2: dùng làm tiền giấy, séc, giấy quấn thuốc lá, giấy lọc của máyhút bụi, giấy mài, giấy in các văn bằng

- Sợi cấp S2, I, G, JK: làm vải không dệt

c Làm đồ trang trí nội thất

Loại sợi tơ được sử dụng ở trên là thuộc loại sợi tơ libe sợi tơ chuối abacacủa nước ngoài Cây chuối abaca này có một đặc tính chỉ trồng lấy sợi có quảnhưng không ăn được lên chỉ có giá trị kinh tế về sợi tơ Dựa trên cơ sở đóchúng tôi đã tìm hiểu áp dụng vào cây chuối tiêu hồng của Việt Nam ta Câychuối tiêu hồng vẫn có đặc tính cho quả ăn được lên chúng em sẽ nghiên cứu đểtận dụng nguồn nguyên liệu sợi tơ có từ thân cây chuối tiêu hồng để làm nhữngsản phẩm thủ công mỹ nghệ

B NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

1 Quá trình khảo sát thực nghiệm về cây chuối tiêu hồng

Cây chuối tiêu hồng là loại giống mới, mới được trồng nhiều mấy năm gầnđây Các thân cây có chiều cao từ 1,8 -2,5m, đường kính thân cây từ 19-25cm.Thân cây gồm 90% là nước, sáp và 2-5% là sơ, phần còn lại là tế bào mô mềm.Loại xơ chuối có tính chất vật lí như: độ xốp, độ hút ẩm, độ trương nở và độchịu lực tốt hơn xơ cotton ( các nguồn tin được nêu rõ trong đề tài) Sợi tơ chuối

đã được sử dụng trong ngành sản xuất thủ công mỹ nghệ, sản xuất giấy, sản xuấtdây thừng, dệt vải Các sản phẩm sản xuất từ sợi chuối rất thân thiện với môitrường

Cây chuối sau khi thu hoạch được quả thì thân cây chuối hầu hết là bị vứt

bỏ bừa bãi trên các kênh rạch, chính điều đó đã làm ảnh hưởng không tốt đếnmôi trường sống Qua việc chứng kiến và trải nghiệm chúng tôi nhận thấy đã cónhiều sáng kiến của bà con nông dân đã dùng bẹ cây chuối phơi khô để sản xuất

ra những sản phẩm thủ công mỹ nghệ truyền thống rất có giá trị, cũng có nhữngsáng kiến dùng bẹ cây chuối để sản xuất giấy, sản xuất sợi tơ chuối để làm racác sản phẩm như miếng đệm, miếng giải sàn rất đẹp

Thực tế cho thấy việc tận dụng nguồn nguyên vật liệu này hầu hết mangtính nhỏ lẻ không giải quyết được hết nguồn nguyên liệu dư thừa sau thu hoạch

Trong quá trình nghiên cứu tại vùng bãi trồng chuối của nông dân xã TựNhiên chúng tôi thấy thân cây chuối bị chặt vứt bừa bãi trên ruộng khi được hỏiviệc sử dụng thân cây chuối làm gì? Chúng tôi hỏi 4 bác nông dân thì đều nhậnđược câu trả lời giống nhau : Chẳng sử dụng làm gì mà chỉ vứt đi như thế này:

Vườn chuối nhà Bà Nguyễn Thị Liên và Ông: Trần Văn Khắc – xã Tự Nhiên

Chúng tôi quan sát sự phân hủy của rất nhiều thân cây chuối trên ruộng thìthấy mùi thối bốc lên rất khó chịu đồng thời có nhiều cây có chứa những con sâunhậy làm ảnh hưởng không tốt đến những cây khác

Qua quan sát phần bẹ chuối qua từng lớp chúng tôi so sánh có rất nhiềuđiểm tương đồng với bẹ của cây chuối Abaca

Khảo sát trên một vùng rộng lớn của bãi chuối được lắng nghe tâm sự củanhững người dân, họ đều có chung điều mong muốn có một giải pháp của cácnhà khoa học xử lí thân cây chuối sau thu hoạch

Chúng tôi đã có được sự chia sẻ từ phía các bác nông dân trồng chuối khiđược hỏi về nếu có một dự án sản xuất sợi tơ chuối từ thân cây thì người nôngdân có hợp tác cùng với các nhà khoa học hay không? Chúng tôi đều nhận đượccâu trả lời hoàn toàn ủng hộ và hợp tác với các nhà khoa học để tạo ra một chutrình khép kín từ khâu trồng cây giống, chăm sóc cho tới khi thu hoạch

Khi khảo sát thực nghiệm chúng tôi nhận thấy nguyền nguyên liệu là thâncây chuối rất dồi dào chuối được thu hoạch quanh năm đây là điều kiện tốt để đềtài phát triển đưa vào thực tiễn

* Nguồn nguyên liệu:

Chúng tôi tiến hành nghiên cứu thực tế tại địa bàn bãi bồi xã Tự Nhiên- Thường Tín- Hà Nội và xã Mễ Sở- Văn giang- Hưng Yên

Kết quả thu được như sau: Tổng diện tích đất bãi của xã Tự Nhiên: 317ha

Tổng diện tích đất bãi xã Mễ Sở: 424ha

Tự Nhiên 171(ha) 63(ha) 31.7(ha) 40 ( ha) 11.3(ha)

Tổng Diện

Tích

383(ha) 105(ha) 143.7(ha) 81(ha) 28.3(ha)

( Theo số liệu thống kê vật nuôi cây trồng của HTX nông nghiệp xã TN và Mễ

Sơ năm 2013).

• Dựa trên các số liệu diện tích trồng chuối và theo công trình nghiên cứukhoa học do giáo sư Nguyễn Lân Hùng tư vấn bà con nông dân trồng chuối từ

100 đến 110 cây/ 500m2

Từ đó suy ra 2000 đến 2200 cây / ha * 383 = 766000 đến 842600 cây

• Thời gian sinh trưởng và phát triển của cây chuối từ lúc trồng đến khi thuhoạch là 11 tháng như vậy trong một năm nếu chỉ tính riêng cây chuối Mẹ thì

có khoảng 800000 thân chuối sau thu hoạch

Trong khi đó trung bình một thân cây chuối có khối lượng 19.5 kg nhưvậy khối lượng sợi tơ chuối thu được là 19.5 * 800000 * 2,85% = 444600kg =444,6 tấn sợi

Những con số tính toán trên có thể nói lên phần nào giá trị kinh tế củanguồn nguyên liệu phụ phẩm dư thừa này tính trên địa bàn 2 xã bên sông Hồng

Tự Nhiên và Mễ Sở

• Mặt khác cũng trong quá trình khảo sát thực tế ở địa bàn 2 xã cho thấy chỉ

có một lượng thân cây rất ít được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi gia súcnhư gà, vịt, lợn, dê theo nghiên cứu khoa học đề tài thân cây chuối làmthức ăn cho dê thì thành phần dinh dưỡng có trong thân cây chuối là rất ít

• Theo thống kê của người nông dân thì có tới 95% thân cây chuối là vứt đingay trên thửa ruộng sau thu hoạch.

2 Quá trình thu sợi tơ chuối tiêu hồng

Xuất phát từ kết quả của việc khảo sát thực tiễn tại bãi chuối của hai xã TựNhiên và Mễ Sở chúng tôi đã xuống vườn chuối của Bác nông dân Nguyễn ThịTuyển ở xã Tự Nhiên Vườn chuối có diện tích rộng gần 2000m2, trồng toàn bộgiống chuối tiêu hồng đang trong vụ thu hoạch buồng, có rất nhiều cây chuối saukhi thu buồng còn chưa được đốn bỏ, chúng tôi đã hỏi ý kiến và xin Bác 10 thâncây chuối ở tại vườn này

Các thân cây sau khi được chặt bỏ loại phần lá có chiều cao trung bình là2,11m, đường kính trung bình của phần thân cây là 16,28cm, khối lượng trungbình là 20,8kg Chúng tôi đã làm công việc thu gom tại vườn rồi thuê xe trở vềnhà để tiến hành nghiên cứu thực nghiệm:

+ Đầu tiên loại bỏ phần gốc và một lớp bẹ bên ngoài đã bị mục nát, sau đó

đo chiều dài, đường kính và khối lượng của từng thân cây Chúng tôi đã thựcnghiệm trên 9 thân cây

Kết quả thu được như sau: ( Bảng 2)