Tách loại lignin từ rơm rạ bằng axit focmic

Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tất số liệu nghiên cứu đề tài hoàn toàn trung thực Các thực nghiệm tiến hành cách nghiêm túc trình thực nghiên cứu, chép từ tài liệu khoa học nào, tư liệu tham khảo đồng ý đồng tác giả Tác giả Nguyễn Cao Cƣờng Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học LỜI CẢM ƠN Qua thời gian học tập Khóa học Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, trang bị kiến thức kỹ cần thiết Ngành Kỹ thuật hóa học, hỗ trợ cho nhiều lĩnh vực chuyên môn, đáp ứng yêu cầu công tác Cơ quan, đồng thời hành trang tiếp bước cho nghiệp sau Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Nhà trường, Viện Đào sau đại học, Viện Kỹ thuật Hóa học, Bộ môn CN Xenluloza & Giấy, Cơ quan công tác – Công ty TNHH Một thành viên hóa chất 21, tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành Khóa học, cảm ơn tất Thầy Cô giáo tham gia giảng dạy, truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quí báu suốt thời gian học tập Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Quang Diễn, người hướng dẫn khoa học tận tình bảo, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành tốt Luận văn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp người thân hết lòng hỗ trợ để hoàn thành Khóa học Mặc dù có nhiều cố gắng để thực đề tài cách hoàn chỉnh Xong điều kiện công tác, khuôn khổ thời gian cho phép, đồng thời kinh nghiệm nghiên cứu khoa học hạn chế, nên khó tránh khỏi hạn chế, tồn thiếu sót Rất mong nhận cảm thông, đóng góp ý kiến thầy giáo, cô giáo, chuyên gia ngành, toàn thể đồng nghiệp Tác giả Nguyễn Cao Cƣờng Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học MỤC LỤC NỘI DUNG Trang ĐẶT VẤN ĐỀ CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU 1.1.Các phương pháp truyền thống thu nhận xenlulozơ từ nguyên liệu thực vật 1.2.Tổng quan tình hình nghiên cứu, ứng dụng phương pháp thu nhận xenlulozơ từ nguyên liệu gỗ ngắn ngày CHƢƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 21 2.1 Nguyên vật liệu 21 2.2 Phương pháp thực nghiệm 21 2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu cho nghiên cứu 21 2.2.2 Xác định thành phần hóa học nguyên liệu rơm rạ 21 2.2.2.1 Xác định độ ẩm nguyên vật liệu 22 2.2.2.2 Xác định độ tro phương pháp đốt 23 Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học 2.2.2.3 Xác định hàm lượng chất tan nước nóng 24 2.2.2.4 Xác định hàm lượng lignin rơm rạ 24 2.2.2.5 Xác định hàm lượng xenlulozơ theo phương pháp Kurshner [1]… 25 2.2.2.6 Xác định hàm lượng chất tan dung dịch NaOH 1% 26 2.2.3 Phương pháp xử lý rơm rạ axit focmic 27 2.2.4 Phương pháp trích ly kiềm 27 2.2.5 Phương pháp xác định hàm lượng lignin bột xenlulozơ 27 2.2.6 Phương pháp tẩy trắng xenlulozơ 28 2.2.7 Phân tích hình thái xơ sợi…………………………………………… 29 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 30 3.1 Thành phần hóa học rơm rạ 30 3.2 Ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến trình tách loại lignin axít focmic 31 3.2.1 Ảnh hưởng mức dùng axit tới hiệu tách loại lignin 32 3.2.2 Ảnh hưởng thời gian xử lý 35 3.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ xử lý rơm rạ axit focmic 38 Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học 3.3 Ảnh hưởng điều kiện trích ly kiềm tới hiệu tách loại lignin 38 3.4 Thử nghiệm tẩy trắng bột xenlulozơ từ rơm rạ 42 3.5 Hình thái xơ sợi bột xenlulozơ …………………………………… 43 CHƢƠNG KẾT LUẬN 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học DANH MỤC CÁC BẢNG NỘI DUNG Trang Bảng 3.1 Thành phần hóa học rơm rạ lúa Q5 30 Bảng: 3.4 Tẩy trắng dioxit clo công đoạn Do-EP-D1 42 DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Cấu tạo đại phân tử xenlulozơ Hình 1.2: Cấu tạo xylan gỗ rộng (Ac: -COCH3)………………… Hình 1.3: Các hợp chất hình thành nên lignin…………………………… Hình 1.4: Các đơn vị cấu trúc lignin…………………………………… Hình 1.5: Mô hình cấu tạo lignin gỗ kim Hình 1.6: Mô hình cấu tạo lignin gỗ rộng………………………… Hình 1.7 Quy trình tách lignin từ rơm rạ lúa mì 17 Hình 1.8 Quy trình tách lignin từ rơm rạ lúa mạch 18 Hình 3.1: Ảnh hưởng mức dùng axit tới hiệu bột 33 Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 3.2: Ảnh hưởng mức dùng axit tới hàm lượng lignin bột 34 Hình 3.3: Ảnh hưởng mức dùng axit tới mức tách loại lignin từ rơm rạ 34 Hình 3.4: Ảnh hưởng thời gian xử lý tới hiệu bột 36 Hình 3.5: Ảnh hưởng thời gian xử lý tới hàm lượng lignin bột 37 Hình 3.6: Ảnh hưởng thời gian tới mức độ tách loại lignin từ rơm rạ 37 Hình 3.7: Ảnh hưởng mức dùng NaOH tới hiệu suất bột 40 Hình 3.8: Ảnh hưởng mức dùng NaOH tới hàm lượng lignin bột 41 Hình 3.9: Ảnh hưởng mức dùng NaOH tới mức tách loại lignin bột 41 Hình 3.10: Ảnh SEM rơm rạ bột xenlulozơ 44 Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT FAO Food and Agriculture Organization PLLA Poly(L-lactit) PEG Poly(etylen glycol) PCL Poly(-caprolacton) PET Poly(etylen terephtalat) PBS Poly(butylen sucianat) PF Phenol fomandehit PP Polyp propylen PP-g-MA SEM Poly (polypropylen-g-maleic anhydrit) Hiển vi điện tử (Scanning Electron Microscopy) ĐẶT VẤN ĐỀ Như biết, rơm rạ dạng phế phụ phẩm nông nghiệp có tiềm trữ lượng lớn Ở nước ta, ước tính năm thu gom tận dụng 50 triệu rơm rạ từ nhiều giống lúa khác nhau, khắp vùng miền nước Với tính chất nghiên cứu nhiều nước, rơm rạ nguồn vật liệu lignoxenlulozơ phù hợp cho sản xuất vật liệu xơ sợi, sản phẩm giá trị gia tăng khác Việc tận dụng rơm rạ cho chế biến sinh-hóa học mang lại lợi ích kinh tế lớn, mà lợi ích môi trường, góp phần phát triển bền vững công – nông nghiệp Tuy nhiên, thực tế cho thấy công nghệ khả thi chế biến rơm rạ gặp nhiều khó khăn để triển khai quy mô công nghiệp Nguyên chủ yếu rơm rạ chưa cạnh tranh với nguyên liệu gỗ, nước ta có tiềm tương đối lớn gỗ nguyên liệu, đồng thời thiếu nhiều nghiên cứu định hướng ứng dụng chuyển hóa rơm rạ thành sản phẩm khác Một hướng nghiên cứu có ý nghĩa khoa học công nghệ quan trọng chuyển hóa rơm rạ thành vật liệu xơ sợi tác dụng axit hữu Mục tiêu Đề tài “ Tách loại lignin từ rơm rạ axít focmic” đánh giá khả chuyển hóa rơm rạ thành vật liệu xơ sợi axit focmic, xác lập chế độ công nghệ thu nhận xenlulozơ Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Các phƣơng pháp truyền thống thu nhận xenlulozơ từ nguyên liệu thực vật 1.1.1.Khái quát tính chất nguyên liệu lignoxenlulozơ [1,2] Nguyên liệu thực vật hay vật liệu lignoxenlulozơ có thành phần xenlulozơ, hemixenlulozơ, lignin, chất trích ly chất vô Xenlulozơ polysaccarit tự nhiên Các đại phân tử có dạng chuỗi mạch thẳng, cấu tạo từ mắt đơn phân dạng vòng β-Dglucopyranozơ, liên kết với liên kết glucozit, tạo nguyên tố cacbon vị trí vòng pyranozơ (được ký hiệu 1,4-O-) Vì chuỗi đại phân tử xenlulozơ, cấu trúc xenlobiozơ xem đơn vị sở chuỗi (hình 1.1) Công thức tổng xenlulozơ (C6H10O5)n, n bậc trùng hợp Hình 1.1: Cấu tạo đại phân tử xenlulozơ Ngoài hai mắt đầu chuỗi, mắt đơn phân chuỗi đại phân tử xenlulozơ chứa nhóm hydroxin Vì vậy, công thức cấu tạo xenlulozơ thường mô tả dạng [C6H7O2(OH)3]n Ở mắt đầu chuỗi đại phân tử có thêm nhóm hydroxin vị trí nguyên tố cacbon thứ 4, mắt đầu chuỗi khác nhóm hydroxin tương tự lại vị trí nguyên tố cacbon thứ Mắt đầu Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học 3.2.2 Ảnh hƣởng thời gian xử lý Tiến hành xử lý rơm rạ nhiệt độ 100oC, với mức dùng axit focmic: 12,5 ml/g, thời gian từ 45 phút đến 120 phút Kết thu (hình 3.4, 3.5, 3.6) cho thấy, với tỉ lệ axit thích hợp trên, phân hủy thành phần rơm rạ, cacbohydrat, diễn mạnh giai đoạn trình Sau 45 phút xử lý tốc độ hòa tan nguyên liệu chậm dần Có thể nói, lượng rơm rạ lại bao gồm thành phần lignin, chất vô cacbohydrat (xenluloza pentozan) Nếu bỏ qua thành phần khác xác định phân hủy thành phần nêu Chẳng hạn, với 45 phút xử lý, có tới 49,2 % nguyên liệu bị hòa tan, 5,8% lignin; 4,7% chất vô 38,7 % cacbohydrat chất khác Như vậy, có 25,7 % cacbohydrat bị hòa tan (thủy phân) Tương ứng có 31,8% lignin 37% chất vô bị phân hủy hòa tan vào dung dịch Sự phân hủy thành phần rơm rạ diễn mạnh sau khoảng 75 phút xử lý: hiệu suất bột tiếp tục giảm xuống 48,4% 90 phút xử lý 43,% sau 120 phút xử lý Với 75 phút xử lý, có khoảng 49,9% rơm rạ bị phân hủy hòa tan, có 6,2% lignin; 5,3% chất vô cơ; 38,4% cacbohydrat chất khác Tương ứng có 34,2% lignin; 41,7% chất vô bị hòa tan So với thời điểm 45 phút xử lý, lượng cacbohydrat bị phân hủy thêm không đáng kể (khoảng 25% so với khối lượng ban đầu bị hòa tan) Ở thời điểm 90 phút xử lý, có tới 51,6% khối lượng rơm rạ bị phân hủy hòa tan, có 6,9% lignin; 5,5% chất vô cơ, lại 39,2% cacbohydrat chất khác bị hòa tan Tương ứng so với khối lượng ban đầu, có 38,1% lignin; 43,2% chất vô khoảng 46,6% cacbohydrat bị phân hủy hòa tan vào dung dịch 35 Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học Tính toán tương tự, thời gian xử lý đạt 120 phút, có tới 57% khối lượng rơm rạ bị phân hủy hòa tan, có 8,8% lignin; 6,4% chất vô cơ, lại 41,8% cacbohydrat chất khác bị hòa tan Tương ứng so với khối lượng ban đầu, có 48,8% lignin; 50,5% chất vô khoảng 51% cacbohydrat bị phân hủy hòa tan vào dung dịch Như vậy, kéo dài thời gian xử lý, tách loại lượng lignin nhiều hơn, đồng thời cacbohydrat bị phân hủy mạnh Từ lựa chọn thời gian xử lý thích hợp khoảng 75 ÷ 90 phút 51 Hiệu suất bột (%) 50 49 y = -3E-05x3 + 0.0043x2 - 0.258x + 55.61 R² = 0.9885 48 47 46 45 44 43 45 60 75 90 105 120 Thời gian xử lý (phút) Hình 3.4: Ảnh hưởng thời gian xử lý tới hiệu bột (Nhiệt độ xử lý: 100oC; Mức dùng axit focmic: 12,5 ml/g) 36 Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học Hàm lương ligin bột (%) 25 y = -9E-06x3 + 0.002x2 - 0.1531x + 28.125 R² = 0.9756 24 23 22 21 45 60 75 90 105 120 Thời gian xử lý (phút) Hình 3.5: Ảnh hưởng thời gian xử lý tới hàm lượng lignin bột (Nhiệt độ xử lý:100oC; Mức dùng axit focmic: 12,5 ml/g) Mức tách loại lignin (%) 50 45 y = 6E-05x3 - 0.0113x2 + 0.8243x + 12.24 R² = 0.987 40 35 30 45 60 75 90 105 120 Thời gian xử lý (phút) Hình 3.6: Ảnh hưởng thời gian tới mức độ tách loại lignin từ rơm rạ (Nhiệt độ xử lý:100oC; Mức dùng axit focmic: 12,5 ml/g) 37 Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học 3.2.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ xử lý rơm rạ axit focmic Đã tiến hành thực nghiệm xử lý rơm rạ với mức dùng 12,5 ml/g, 90 phút, nhiệt độ 70oC 80oC, thu bột có hiệu suất tương ứng 56,8% 55,2%, có hàm lượng lignin tương ứng 27,7% 26,8% Như thấy, cần phải xử lý nhiệt độ sôi dung dịch Từ kết thu đưa điều kiện công nghệ công đoạn thứ (nấu rơm rạ với axit focmic) sau: - Mức dùng axit: 12,5 ml/g rơm rạ; - Nhiệt độ nấu: nhiệt độ sôi dung dịch; - Thời gian nấu: 75÷90 phút Bột xenlulozơ thu có hiệu suất 48-50%, hàm lượng lignin khoảng 23,1÷23,6%, độ tro 14,9÷15,2% 3.3 Ảnh hƣởng điều kiện trích ly kiềm tới hiệu tách loại lignin Như trìn bày trên, trích ly kiềm tiến hành với mục đích hòa tan lignin vô từ rơm rạ, qua xử lý axit focmic Kết xử lý rơm rạ công đoạn axit focmic cho thấy, hàm lượng lignin độ tro bột xenluloza thu cao Ở điều kiện thích hợp, công đoạn tách loại 34÷38% lượng lignin 41÷43% chất vô Có thể tác dụng axit, hợp chất bị biến đổi, khả hòa tan axit thấp, nên chưa tách loại khỏi bột Vì công đoạn trích ly kiềm cần thiết Để xác định thông số công nghệ thích hợp, tiến hành mẻ nấu, mẻ 50 gam rơm rạ, bình tam giác lít điều kiện sau: - Mức dùng axit focmic: 12,5 ml/g rơm rạ; 38 Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học - Nhiệt độ nấu: nhiệt độ sôi dung dịch; - Thời gian nấu: 90 phút Trình tự tiến hành tương tự thực nghiệm trước Bột xenlulozơ thu sau phối trộn với Tổng lượng bột khô tuyệt đối thu 53,7 g, có hàm lượng lignin 25,42%, độ tro 14,7%, sử dụng cho nghiên cứu trích ly kiềm Tiến hành trích ly kiềm nhiệt độ sôi dung dịch, thời gian 30 phút Mức dùng kiềm điều chỉnh khoảng 0,5 ÷ 10,0% so với bột Nhiệt độ thời gian xử lý xác định phù hợp loạt khảo sát sơ Kết thu (hình 3.7 3.8) cho thấy, xử lý bột với tỉ dịch, nhiệt độ thời gian xử lý định, hiệu suất bột giảm tăng mức dùng kiềm tăng Tuy nhiên, tính toán cho thấy cacbohydrat không bị phân hủy, mà có lignin, chất vô chất khác bị hòa tan Rõ ràng nồng độ kiềm cao, khả trích ly chất nêu từ bột rơm rạ lớn Với mức dùng kiềm < 2,5% so với bột, mức tách loại lignin chưa cao, đạt mức khoảng 30% so với lượng lignin có bột Tiếp tục tăng mức dùng kiềm lên mức 5%, có khoảng 43% lignin bị tách loại, mức 10% so với bột, tách loại khoảng 58% lignin bị tách loại Tính toán tương đối cho thấy, khoảng mức dùng kiềm 0,5÷10,0% so với bột, lượng cacbohydrat bị hòa tan tối đa khoảng 0,8-3,0% Sự hòa tan chất vô diễn hơn, mức dùng kiềm 0,5%; 5% 10% tương ứng 11,5%; 34,5% 62,1% so với lượng lại bột trước xử lý axit focmic Thực tế khó để chọn mức dùng kiềm thích hợp, mà tùy thuộc vào mục tiêu tính chất bột mà lựa chọn mức dùng kiềm cho phù hợp Nhìn chung mức dùng kiềm 10% so với bột (tương đương khoảng 20% so với rơm rạ ban đầu) xem lớn, nên lựa chọn mức dùng kiềm thấp Có thể thấy, mức dùng kiềm 2,5% so với bột cho ta bột có hàm lượng lignin tương đối cao 39 Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học (khoảng 21%) So với tách loại lignin axit axetic có bổ sung axit clohydric kết hợp với trích ly kiềm điều kiện tương đương [2], tách loại lignin axit focmic diễn khó khăn Bột thu có hàm lượng lignin cao Chẳng hạn, với dùng kiềm khoảng 4-5%, mức tách loại lignin khoảng 38%-43% Với chế độ công nghệ ta thu bột có hàm lượng lignin 17%÷18% Cần lưu ý rằng, có hàm lượng lignin cao, bột có màu tương đối sáng Vì dễ tẩy trắng Theo số liệu thực nghiệm, tăng mức dùng kiềm hàm lượng lignin bột thu sau nấu giảm dần Với mức dùng nhỏ, 0,5%, hiệu tách loại không đáng kể Khi mức dùng tăng dần khả loại bỏ lignin lớn Dựa vào đồ thị thể tương quan mức dùng với hiệu suất bột hàm lượng lignin lại, ta chọn mức dùng 5% phù hợp với khả tách loại mức độ tiêu hao kiềm 100 Hiệu suất bột (%) 95 y = 0.0062x4 - 0.1803x3 + 1.7695x2 - 8.3246x + 98.461 R² = 0.994 90 85 80 75 70 10 Mức dùng NaOH (% so với bột KTĐ) Hình 3.7: Ảnh hưởng mức dùng NaOH tới hiệu suất bột (Nhiệt độ xử lý: 100oC, thời gian xử lý: 30 phút) 40 Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học 26 Hàm lượng lignin (%) 24 22 y = -0.0035x3 + 0.1526x2 - 2.1983x + 25.46 R² = 0.9951 20 18 16 14 10 Mức dùng NaOH (% so với bột KTĐ) Hình 3.8: Ảnh hưởng mức dùng NaOH tới hàm lượng lignin bột (Nhiệt độ xử lý: 100oC, thời gian xử lý: 30 phút) Mức tách loại lignin (%) 60 50 40 y = 0.0882x3 - 1.8196x2 + 15.066x + 1.6715 R² = 0.9947 30 20 10 0 10 Mức dùng NaOH (% so với bột KTĐ) Hình 3.9: Ảnh hưởng mức dùng NaOH tới mức tách loại lignin bột (Nhiệt độ xử lý: 100oC, thời gian xử lý: 30 phút) 41 Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học Như vậy, chế độ công nghệ trích ly kiềm thích hợp là: - Tỉ dịch: 1/10; - Mức dùng kiềm: 5% so với rơm rạ ban đầu - Nhiệt độ xử lý: 100oC; - Thời gian xử lý: 30 phút Các chế độ công nghệ điều chỉnh tùy theo mục tiêu thu nhận bột với tính chất khác Bột sau trích ly kiềm có hiệu suất khoảng 39÷40% so với rơm rạ, hàm lượng lignin 17÷18%, độ tro 11,0÷11,5% 3.4 Thử nghiệm tẩy trắng bột xenlulozơ từ rơm rạ Kế thừa nghiên cứu trước tẩy trắng bột xenlulozơ từ rơm rạ [4], thử nghiệm tẩy trắng bột xenlulozơ qua trích ly kiềm với mức dùng kiềm 5% Bột có hàm lượng lignin 16,9%, trị số Kappa 36,4, tương đối thấp Tẩy trắng dioxit clo công đoạn Do-EP-D1, với chế độ công nghệ sau: Bảng 3.4 Tẩy trắng dioxit clo công đoạn Do-EP-D1 Công đoạn Hóa chất tẩy sử dụng D0 ClO2 EP D1 Mức sử dụng hóa chất Nhiệt độ Thời gian (oC) (phút) 5,0 60 40 NaOH 2,5 60 60 ClO2 2,5 60 60 (% bột KTĐ) 42 Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học Bột thu có hiệu suất 81,3%, độ trắng 82% ISO Chế độ tẩy trắng có mức tiêu hao hóa chất cao, qua thấy, có hàm lượng lignin cao, bột xenlulozơ thu tương đối dễ tẩy trắng 3.5 Hình thái xơ sợi bột xenlulozơ Quan sát ảnh SEM (hình 3.10) thấy, có khác biệt rõ rệt hình thái xơ sợi rơm rạ qua công đoạn xử lý Rơm rạ chưa qua xử lý (hình 3.10a), nguyên liệu dạng nguyên thể, quan sát thấy xơ sợi, chúng dạng kết khối với lignin thành phần khác rơm rạ Sau xử lý axit focmic (hình 3.10b), tách loại gần 40% lignin, xơ sợi lộ rõ, có hình dạng rõ rệt, kết “bó” Sau trích ly kiềm (hình 3.10c), hàm lượng lignin bột tương đối cao (17-18%), không thấp nhiều so với bột sau xử lý axit focmic, xơ sợi tơi hơn, nhẵn hơn, xơ sợi vụn Sự khác biệt bột tẩy trắng (hình 3.10d) so với bột sau trích ly kiềm (chưa tẩy trắng), khoảng cách xơ sợi lớn hơn, tức bột xơ sợi xenlulozơ 43 Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học a b c d Hình 3.10: Ảnh SEM rơm rạ bột xenlulozơ a-rơm rạ; b-bột sau xử lý axit focmic; c-bột sau trích ly kiềm; d-bột tẩy trắng 44 Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học CHƢƠNG KẾT LUẬN Từ kết thu đưa kết luận sau: Tách loại lignin rơm rạ axit focmic diễn kho khăn so với dung môi hưu tương tự (như axit axetic, rượu, …); Tách loại lignin tiến hành hai công đoạn, với chế độ công nghệ thích hợp sau: - Công đoạn 1: Xử lý axit focmic + Mức dùng axit: 12,5 ml/g rơm rạ KTĐ; + Nhiệt độ: 100oC (nhiệt độ sôi dung dịch); + Thời gian xử lý: 75÷90 phút Bột sau xử lý có hiệu suất khoảng 48%, hàm lượng lignin bột khoảng 25%, độ tro khoảng 14% - Công đoạn 2: Trích ly kiềm + Tỉ dịch: 1/10; + Mức dùng kiềm: ÷ 10% so với rơm rạ ban đầu + Nhiệt độ xử lý: 100oC; + Thời gian xử lý: 30 phút Các chế độ công nghệ điều chỉnh tùy theo mục tiêu thu nhận bột với tính chất khác Bột sau trích ly kiềm có hiệu suất khoảng 39÷40% so với rơm rạ, hàm lượng lignin 17÷18%, độ tro 11,0÷11,5% Bột tương đối dễ tẩy trắng dioxit clo Với tính chất trên, bột xenlulozơ từ rơm rạ sử dụng cho chuyển hóa thành bioethanol, phụ gia vật liệu compozit, làm bột giấy chuyển hóa thành hóa chất khác Kết nghiên cứu đóng góp khoa học cho lĩnh vực chế biến hóa học vật liệu lignoxenlulozơ ngắn ngày, có sử dụng dung môi hữu 45 Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học TÀI LIỆU THAM KHẢO Hồ Sĩ Tráng (2005), Cơ sở hóa học gỗ xenluloza, Tập 1-2, NXB Khoa học Kỹ thuật Nguyễn Thị Minh Nguyệt, Lê Quang Diễn, Cao Quốc An (2015), Công nghệ chế biên hóa học gỗ, NXB Nông nghiệp Lê Quang Diễn (2015), Công nghệ sản xuất bột giấy, Tập1, NXB Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Thị Minh Phương, Lê Quang Diễn, Doãn Thái Hòa (2014), Tiền xử lý rơm rạ axit axetic bổ sung axit clohydric đường hóa enzyme cho sản xuất etanol sinh học, Tạp chí KH&CN Trường Đại học Kỹ thuật, số 98 Nguyễn Thị Minh Phương, Lê Quang Diễn, Doãn Thái Hòa, Nguyễn Tử Kim, Nguyễn Thị Trịnh (2013), Thành phần hóa học tính chất lý học rơm rạ số giống lúa sử dụng cho sản xuất etanol sinh học, Tạp chí Hóa học, T51, số (ABC) Nguyễn Văn Hạnh (2015), Nghiên cứu cải thiện số tính chất bột xenlulozơ từ rơm rạ cho sản xuất xenlulozơ tan, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Esa Muurinen (2000), Oraganosolv Pulping A review and distillation study related to peroxyacid, Oulun Yliopisto, Oulu, Finland Hoàng Quốc Lâm (2000), Quá trình tách có lựa chọn xenluloza, hemixenluloza lignin từ loại nguyên liệu có hàm lượng silic cao phương pháp AVIDEL, Tạp chí Công Nghiệp Giấy – 2000 Hoàng Quốc Lâm (2000), Nấu tẩy trắng rơm lúa mì đen môi trường xúc tác – dung môi hữu axit foocmic/axit axetic, Tạp chí Công Nghiệp Giấy 10 – 2000 46 Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học 10 Doherty, Bill & Rainey, Thomas (2006), Bagasse Fractionation by the Soda, Proceedings of the Australian Society of Sugar Cane Technologists 2006, 2-5 May 2006, Australia, Queensland, Mackay 11 X Chen, J Yuc, Z Zhang, C Lu (2011), Study on structure and thermal stability properties of cellulose fibers from rice straw, Carbohydrate Polymers, 85, 245-250 12 E Saberikhan, J Mohammadi Rovshanden and P Rezayaticharani (2011), Organosolv Pulping of Wheat Straw by Glycerol, Cellulose Chem Technol., 45 (1-2), 67-75 13 Reyes T., Bandyopadhyay S.S.,McCoy B.J (1989), "Extraction of lignin from wood with supercritical alcohols," J Supercritical Fluids 2, 80 14 R Sun, J M Lawther, W B Banks, B Xiao (1997), Effect of extraction procedure on the molecular weight of wheat straw lignin, , Industrial Crops and Products, 6, 97-106 15 R C Sun, J Tomkinson (2002), Comparative study of lignins isolated by alkali and ultrasound-assisted alkali extractions from wheat straw, , Ultrasonics Sonochemistry, 9, 85-93 16 F Monteil-Rivera, G H Huang, L Paquet, S Deschamps, C Beaulieu, J Hawari (2012), Microwave-assisted extraction of lignin from triticale straw: Optimization and microwave effects, , Bioresource Technology, 104, 775-782 17 Fu D, Mazza G, Tamaki Y (2010) Lignin extraction from straw by ionic liquids and enzymatic hydrolysis of the cellulosic residues J Agric Food Chem., 58:2915–2922 47 Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học 18 Sun X-F Sun R, Fowler, Y Wu, M Rajaratnamc (2011), Structural characterization and isolation of lignin and hemicelluloses from barley straw, Industrial Crops and Products, 2011, 33, 588-598 19 Sun XF, Sun RC, Fowler P, Baird MS (2005) Extraction and characterization of original lignin and hemicelluloses from wheat straw J Agric Food Chem 53(4):860–870 20 R T Rashad (2013), Separation of some rice straw components and studying their effect on some hydro-physical properties of two different soils., Journal of Environmental Chemical Engineering, 1, 728-735 21 Dien Le Q, Phuong NT, Hoa DT, Huy Hoang P (2015), Efficient pretreatment of vietnamese rice straw by soda and sulfate cooking methods for enzymatic saccharification.Appl Biochem Biotechnol.,175(3):1536-47 22 Nguyen Thi Minh Phuong, Le Quang Dien, Doan Thai Hoa, Phan Huy Hoang (2015) Optimization of Alkaline Pretreatment of Rice Straw for Enzymatic Saccharification in Bioethanol Production Journal of Science and Technology Technical Universities, 105A, pp 56−61 23 Le Quang Dien, Thai Dinh Cuong, Phan Huy Hoang, Doan Thai Hoa, Luu Trung Thanh (2015), Production of Dissolving Cellulose from Rice Straw in Vietnam by Pre-hydrolysis Kraft Pulping, International Journal of Materials Chemistry and Physics,Vol 1, No 3, 359-365 24 http://www.chempolis.com/products-services/formicobio/ 25 Nghiên cứu công nghệ tiền xử lý bã mía thân thiện môi trường ứng dụng sản xuất ethanol, Đề KHCN thuộc Chương trình “Nghiên cứu phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến nă,m 2020”, Bộ Công thương, Năm thực hiện: 2013-2015 48 Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học 26 P Alvira, E Tomás-Pejó, M Ballesteros (2010), M J Negro, Pretreatment technologies for an efficient bioethanol production process based on enzymatic hydrolysis, 101, 4851-4861 27 Оболенская А В., Ельницкая З.П., Леонович А.А (1991), Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы М.: Экология, 1991 320 с 49 ... dặc, kết tủa lignin pH 1,5 Chất rắn Rửa dung dịch axit (pH 2) sau sấy khô không khí Lignin Hình 1.7 Quy trình tách lignin từ rơm rạ lúa mì Phương pháp tách lignin xenlulozơ từ rơm rạ lúa mạch... hóa rơm rạ thành sản phẩm khác Một hướng nghiên cứu có ý nghĩa khoa học công nghệ quan trọng chuyển hóa rơm rạ thành vật liệu xơ sợi tác dụng axit hữu Mục tiêu Đề tài “ Tách loại lignin từ rơm rạ. .. rơm rạ axit focmic 38 Nguyễn Cao Cường Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa học 3.3 Ảnh hưởng điều kiện trích ly kiềm tới hiệu tách loại lignin 38 3.4 Thử nghiệm tẩy trắng bột xenlulozơ từ rơm rạ