Nghiên cứu tách lignin và xenlulozơ từ rơm rạ bằng phương pháp axit và kiềm dưới sự hỗ trợ của sóng siêu âm Nghiên cứu tách lignin và xenlulozơ từ rơm rạ bằng phương pháp axit và kiềm dưới sự hỗ trợ của sóng siêu âm luận văn tốt nghiệp thạc sĩ
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN VIỆT HƯNG NGHIÊN CỨU TÁCH LIGNIN VÀ XENLULOZƠ TỪ RƠM RẠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP AXIT VÀ KIỀM DƯỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA SÓNG SIÊU ÂM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI – 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN VIỆT HƯNG NGHIÊN CỨU TÁCH LIGNIN VÀ XENLULOZƠ TỪ RƠM RẠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP AXIT VÀ KIỀM DƯỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA SÓNG SIÊU ÂM Chuyên ngành: Hóa vơ Mã số: 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GVHDC: TS VŨ ĐÌNH NGỌ GVHDP: PGS.TS NGHIÊM XN THUNG HÀ NỢI – 2019 LỜI CẢM ƠN Luận văn “Nghiên cứu tách lignin xenlulozơ phương pháp axit kiềm hỗ trợ sóng siêu âm’’ hồn thành nhờ giúp đỡ tận tình nhiều q thầy, giáo Em xin đặc biệt cảm ơn sâu sắc tới TS Vũ Đình Ngọ - Trường Đại học Cơng nghiệp Việt Trì; PGS.TS Nghiêm Xuân Thung – Giảng viên Bộ mơn Hóa vơ cơ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, TS Trần Thị Hằng – Trường Đại học Cơng nghiệp Việt Trì người trực tiếp hướng dẫn đề tài từ hình thành ý tưởng đồng thời tạo điều kiện thuận lợi mặt giúp em hoàn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn đến hỗ trợ kinh phí đề tài độc lập cấp Nhà nước, mã số ĐTĐL.CN-07/15 TS Vũ Đình Ngọ làm chủ nhiệm đề tài Em xin trân trọng cảm ơn tới thầy thuộc mơn Hóa vô – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học quốc gia Hà Nội tận tình giúp đỡ em trình học tập nghiên cứu Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ban chủ nhiệm Khoa Cơng nghệ Hóa học, tồn thể thầy, giáo Khoa Cơng nghệ hóa học; cán cơng nhân viên Trường Đại học Cơng nghiệp Việt Trì tận tình giúp đỡ tạo điều kiện cho em trình học tập, nghiên cứu trường Em chân thành cảm ơn tới bạn nhóm K26 - Hóa vơ cơ, bạn lớp K26 Hóa học góp ý giúp em hồn thiện luận văn Em xin gửi lời cảm ơn đến tồn thể gia đình em, tất bạn bè, người giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình thực đề tài I MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN I MỤC LỤC II DANH MỤC BẢNG BIỂU V DANH MỤC HÌNH VẼ VI MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Thành phần lignoxenlulozơ 1.1.1 Xenlulozơ 1.1.2 Hemixenlulozơ 1.1.3 Lignin 1.1.4 Các chất trích ly 12 1.1.5 Tro 13 1.2 Tình hình sử dụng rơm rạ Việt Nam 14 1.3 Tách chiết lignin xenlulozơ 16 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 25 2.1 Nguyên liệu hoá chất 25 2.2 Dụng cụ thiết bị 25 2.3 Quy trình tách lignin xenlulozơ phương pháp kiềm 25 2.4 Quy trình tách lignin xenlulozơ phương pháp axit 27 2.5 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới trình tách lignin xenlulozơ theo phương pháp axit 29 2.6 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới trình tách lignin xenlulozơ theo phương pháp kiềm 29 II 2.7 Khảo sát ảnh hưởng siêu âm tới trình tách lignin xenlulozơ theo phương pháp kiềm 29 2.8 Xác định tính chất đặc trưng lignin xenlulozơ thu 30 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 3.1 Thành phần rơm rạ 31 3.1.1 Hình thái rơm rạ 31 3.1.2 Thành phần nguyên tố rơm rạ 31 3.1.3 Thành phần hoá học rơm rạ 33 3.2 Quy trình tách lignin xenlulozơ phương pháp axit khơng có hỗ trợ sóng siêu âm 34 3.2.1 Sự ảnh hưởng tỉ lệ mol CH3COOH/HCl tới hiệu suất tách thu hồi lignin 34 3.2.2 Sự ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu suất tách thu hồi lignin 35 3.3 Quy trình tách lignin xenlulozơ phương pháp kiềm khơng có hỗ trợ sóng siêu âm 36 3.3.1 Sự ảnh hưởng thời gian phản ứng tới hiệu suất tách thu hồi lignin xenlulozơ 36 3.3.2 Sự ảnh hưởng nhiệt độ tới hiệu suất phản ứng tách thu hồi lignin xenlulozơ 38 3.3.3 Sự ảnh hưởng nồng độ dung dịch NaOH tới hiệu suất tách thu hồi lignin xenlulozơ 39 3.4 Quy trình tách lignin xenlulozơ phương pháp kiềm có hỗ trợ sóng siêu âm 41 3.4.1 Sự ảnh hưởng thời gian rung siêu âm tới hiệu suất phản ứng tách thu hồi lignin xenlulozơ 41 3.4.2 Sự ảnh hưởng nồng độ dung dịch NaOH đến hiệu suất phản ứng tách thu hồi lignin xenlulozơ có hỗ trợ sóng siêu âm 44 3.4.3 Sự ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng tới hiệu suất phản ứng tách lignin xenlulozơ có hỗ trợ sóng siêu âm 46 3.4.4 Sự ảnh hưởng thời gian đun nóng tới hiệu suất phản ứng tách thu hồi lignin xenlulozơ có hỗ trợ sóng siêu âm 48 3.5 Các tính chất đặc trưng lignin thu 50 III 3.5.1 Thành phần nhóm chức lignin 50 3.5.2 Tính chất nhiệt lignin 52 3.5.3 Sức căng bề mặt lignin 53 3.5.4 Phân tử khối lignin 54 3.6 Các đặc trưng xenlulozơ thu 54 3.6.1 Thành phần nhóm chức xenlulozơ 54 3.6.2 Tính chất nhiệt xenlulozơ 57 3.6.3 Đường kính sợi xenlulozơ 58 KẾT LUẬN 60 PHỤ LỤC 65 IV DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các phương pháp tiền xử lý chế tác động chung chúng lên vật liệu lignoxenlulozơ 20 Bảng 1.2 Tổng hợp điểm mạnh điểm yếu trình tiền xử lý vật liệu lignoxenlulozơ 23 Bảng 3.1: Thành phần nguyên tố mặt mặt rơm rạ 32 Bảng 3.2: Thành phần hoá học rơm rạ đối tượng nghiên cứu 33 Bảng 3.3: Khối lượng lignin bã thu sau tẩy trắng khảo sát thời gian phản ứng 36 Bảng 3.4: Khối lượng lignin bã thu sau tẩy trắng thu khảo sát nhiệt độ phản ứng 38 Bảng 3.5: Khối lượng lignin bã sau tẩy trắng thu khảo sát nồng độ NaOH phản ứng 39 Bảng 3.6: Khối lượng lignin bã sau tẩy trắng thu khảo sát thời gian rung siêu âm 42 Bảng 3.7: Khối lượng lignin bã sau tẩy trắng thu khảo sát nồng độ dung dịch NaOH phản ứng tách thu hồi lignin xenlulozơ có hỗ trợ sóng siêu âm 44 Bảng 3.8 Khối lượng lignin bã sau tẩy trắng thu khảo sát nhiệt độ đun nóng phản ứng tách thu hồi lignin xenlulozơ có hỗ trợ sóng siêu âm 46 Bảng 3.9: Khối lượng lignin bã sau tẩy trắng thu khảo sát thời gian đun nóng phản ứng tách thu hồi lignin xenlulozơ có hỗ trợ sóng siêu âm 48 V DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc xenlulozơ Hình 1.2 Hai vùng cấu trúc xenlulozơ Hình 1.3: Axetyl – – O – metylglucuronoxylan Hình 1.4: Glucomannan Hình 1.5: Galactoglucomannan Hình 1.6: Arabinoglucuronoxylan Hình 1.7: Cấu trúc lignin Hình 1.8: Các đơn vị lignin 10 Hình 1.9: Liên kết xenlulozơ, hemixenlulozơ, lignin thực vật 11 Hình 1.10: Một số chất trích ly (a) axit abietic (oleoresin); (b) cathechin (flavonoid); (c) axit panmitic (axit béo) 13 Hình 1.11 Cắt liên kết lignin hemixenlulozơ, hemixenlulozơ xenlulozơ 16 Hình 1.12 Quy trình tách lignin từ rơm rạ lúa mì phương pháp kiềm có khơng có hỗ trợ rung siêu âm 18 Hình 1.13 Quy trình tách lignin từ rơm rạ lúa mì phương pháp dung môi hữu (đioxan) 19 Hình 2.1 Quy trình tách lignin xenlulozơ phương pháp kiềm 26 Hình 2.2 Quy trình tách lignin xenlulozơ phương pháp axit 28 Hình 3.1: Ảnh SEM mặt (a) mặt (b) rơm rạ 31 Hình 3.2: Phổ EDX mặt (a) mặt (b) rơm rạ 32 Hình 3.3 Hiệu suất phản ứng tách thu hồi lignin thu khảo sát tỉ lệ mol CH3COOH/HCl 34 Hình 3.4 Hiệu suất phản ứng tách thu hồi lignin khảo sát thời gian phản ứng 35 Hình 3.5: Hiệu suất tách thu hồi lignin thu khảo sát thời gian phản ứng 37 VI Hình 3.6: Hiệu suất tách thu hồi lignin thu khảo sát nhiệt độ phản ứng 39 Hình 3.7: Hiệu suất tách thu hồi lignin thu khảo sát nồng độ dung dịch NaOH 40 Hình 3.8: Hiệu suất tách thu hồi lignin thu khảo sát thời gian rung siêu âm 43 Hình 3.9: Hiệu suất tách thu hồi lignin thu khảo sát nồng độ dung dịch NaOH 45 Hình 3.10: Hiệu suất tách thu hồi lignin thu khảo sát nhiệt độ đun nóng 47 Hình 3.11: Hiệu suất tách thu hồi lignin thu khảo sát thời gian đun nóng 49 Hình 3.12: Phổ FT – IR lignin tách từ rơm rạ theo phương pháp kiềm hỗ trợ sóng siêu âm 50 Hình 3.13: Phổ FT – IR lignin tách từ rơm rạ theo phương pháp kiềm có hỗ trợ sóng siêu âm 51 Hình 3.14: Giản đồ TG – DTA lignin tách từ rơm rạ khơng có rung siêu âm 52 Hình 3.15: Giản đồ TG – DTA lignin tách từ rơm rạ có rung siêu âm 53 Hình 3.16: Phổ FT – IR rơm rạ ban đầu 55 Hình 3.17: Phổ FT – IR xenlulozơ tách từ rơm rạ phương pháp kiềm khơng có hỗ trợ sóng siêu âm 55 Hình 3.18: Phổ FT – IR xenlulozơ tách từ rơm rạ phương pháp có hỗ trợ sóng siêu âm 56 Hình 3.19: Giản đồ TG – DTA xenlulozơ tách từ rơm rạ phương pháp kiềm hỗ trợ sóng siêu âm 57 Hình 3.20: Giản đồ TG – DTA xenlulozơ tách từ rơm rạ phương pháp kiềm có hỗ trợ sóng siêu âm 58 Hình 3.21: Ảnh SEM xenlulozơ tách từ rơm rạ phương pháp kiềm khơng có hỗ trợ sóng siêu âm 59 VII Hình 3.22: Ảnh SEM xenlulozơ tách từ rơm rạ phương pháp kiềm có hỗ trợ sóng siêu âm 59 VIII ... lignin tách từ rơm rạ khơng có hỗ trợ sóng siêu âm Phổ FT – IR lignin tách từ rơm rạ có hỗ trợ sóng siêu âm 66 PHỤ LỤC Ảnh SEM xenlulozơ tách từ rơm rạ phương pháp kiềm khơng có hỗ trợ sóng siêu âm. .. – IR xenlulozơ tách từ rơm rạ phương pháp kiềm khơng có hỗ trợ sóng siêu âm So sánh phổ rơm rạ với phổ xenlulozơ tách từ rơm rạ phương pháp kiềm khơng có hỗ trợ sóng siêu âm, ta thấy rơm rạ xuất... IR lignin tách từ rơm rạ theo phương pháp kiềm có hỗ trợ sóng siêu âm thể hình 3.13 Hình 3.13: Phổ FT – IR lignin tách từ rơm rạ theo phương pháp kiềm có hỗ trợ sóng siêu âm Giống lignin tách từ