Nghiên cứu thăm dò biến tính vỏ cây nguyên liệu giấy làm chất hấp phụ

ĐẶT VẤN ĐỀ Cùng với phát triển kinh tế nước ta nay, vấn đề sử dụng hiệu tài nguyên thiên nhiên bảo vệ môi trường vấn đề lớn cấp bách cần quan tâm áp dụng biện pháp giải kịp thời nhằm đảm bảo phát triển bền vững Về mặt sử dụng tài nguyên thiên nhiên, nước ta năm có hàng triệu m gỗ khai thác sử dụng cho mục đích khác Chỉ tính riêng nguyên liệu giấy, năm có tới triệu nguyên liệu dạng dăm mảnh gỗ khai thác chế biến phục vụ sản xuất xuất Trong trình khai thác chế biến hình thành lượng lớn (có thể chiếm tới 30% sinh khối nguyên liệu) phế thải vỏ cây, cành nhánh nhỏ, cây, mùn vụn gỗ, chưa có phương thức tận dụng hiệu Chỉ phần nhỏ dạng phế thải tận dụng làm chất đốt sinh hoạt, phân bón hữu cơ, …, phần cịn lại chủ yếu đốt, bỏ, gây lãng phí khơng vấn đề bảo vệ môi trường, bảo vệ rừng ảnh hưởng xấu tới sức khỏe cộng đồng Vì vậy, nghiên cứu tận dụng phế thải khai thác chế biến gỗ nguyên liệu cho sản xuất sản phẩm có giá trị hướng thiết thực Các dạng phế thải nêu sử dụng làm nguyên liệu sản xuất sản phẩm hữu ích có giá trị như, etanol, chất hoạt tính sinh học, thức ăn chăn nuôi, vật liệu compozit, vật liệu hấp phụ, … có ứng dụng rộng rãi ngành cơng nghiệp, nơng nghiệp mơi trường Với tính chất đặc trưng tiềm trữ lượng lớn, vỏ sử dụng làm nguyên liệu sản xuất hợp chất hữu có giá trị, làm phân bón hữu hay vật liệu hấp phụ Bên cạnh đó, thuốc nhuộm sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp dệt may, công nghịêp cao su, giấy, mỹ phẩm… Do tính tan cao, loại thuốc nhuộm tác nhân gây ô nhiễm nguồn nước hậu tổn hại đến người sinh vật sống Hơn nữa, thuốc nhuộm nước thải khó loại bỏ chúng ổn định với ánh sáng, nhiệt tác nhân gây ơxi hố Trong số nhiều phương pháp nghiên cứu để tách loại phẩm màu môi trường nước, phương pháp hấp phụ lựa chọn mang lại hiệu cao Ưu điểm phương pháp này, đặc biệt sử dụng chất hấp phụ từ nguồn nguyên liệu tái sinh thân thiện môi trường, sử dụng nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có, quy trình đơn giản không đưa vào môi trường tác nhân độc hại Hiện nay, có nhiều chất hấp phụ rẻ tiền, dễ kiếm từ nguồn nguyên liệu tái sinh tự nhiên, bã mía, vỏ lạc, vỏ dừa, rơm, bèo tây, lõi ngô, chuối sợi…, sử dụng để loại bỏ chất gây độc hại môi trường nước, nhiên dạng tự nhiên hiệu sử dụng chúng chưa cao Mặc dù vậy, so với chất hấp phụ khác, địi hỏi quy trình sản xuất phức tạp hay chất hấp phụ từ nguồn khoáng sét (zeolit), chất hấp phụ từ nguyên liệu thực vật dễ dàng xử lý sau sử dụng Xuất phát từ lí trên, khố luận tơi thực đề tài: “Nghiên cứu thăm dị biến tính vỏ nguyên liệu giấy làm chất hấp Phụ” Mục tiêu nghiên cứu xác định khả sử dụng vỏ bạch đàn urô làm nguyên liệu sản xuất vật liệu hấp phụ bước đầu thiết lập chế độ cơng nghệ thích hợp biến tính vỏ bạch đàn urơ phương pháp cơ-hóa học để tạo vật liệu hấp phụ Nội dung nghiên cứu bao gồm: - Xác định số thành phần hóa học vỏ bạch đàn urô; - Nghiên cứu phương pháp biến tính cơ-hóa học vỏ Phương pháp nghiên cứu: - Các phương pháp tiêu chuẩn hóa phân tích thành phần hóa học gỗ nguyên liệu thực vật; - Kết hợp kỹ thuật phòng thí nghiệm phương pháp phân tích hố-lý học để đánh giá tính chất vỏ trước sau biến tính theo số hoạt độ hấp phụ metyl da cam I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Khái quát cấu tạo thành phần hoá học gỗ [5, 7] Gỗ nguyên liệu thực vật có sợi vật liệu tự nhiên, tổ hợp phức tạp mặt cấu trúc giải phẫu thực vật phương diện hóa học Nhất ‖chất gỗ‖ (được hiểu tập hợp chất tạo nên vách tế bào gỗ) có thành phần hóa học vơ phong phú Có thể tìm thấy gỗ hầu hết loại hợp chất, nhóm chất hay ngun tố hóa học tồn tự nhiên Chính vậy, việc nghiên cứu thành phần hóa học gỗ nguyên liệu thực vật nói chung mối quan tâm lâu đời khoa học công nghệ chế biến cơ-hóa học hóa-sinh học nguyên liệu sinh khối thực vật Đến nay, khoa học xác định rằng, thành phần hóa học gỗ phụ thuộc vào nguồn gốc sinh học chất gỗ biểu thị sơ đồ sau: GỖ Các chất vô 90% Polysaccarit 70-80% Lignin 20-30% Các chất trích ly ** Các chất TPT , 3-5% Các chất bay với nước Hemixenluloza 20-30% Xenluloza 40-50% Xylan Mannan Các chất tan dung môi hữu Các chất tan nước Các chất TPT Các chât CPT Các chất pectin Polyuronua Các polysaccarit tan nước (*) – chất cao phân tử; (**) – chất thấp phân tử Hình 1.1 Sơ đồ thành phần hóa học gỗ thực vật có sợi [7] Như vậy, 99% gỗ cấu tạo từ chất hữu Các chất vô chiếm phần nhỏ – 1% Khi đốt nung nhiệt độ cao (600-800oC) cốt gỗ tạo thành tro Lượng tro đặc trưng cho hàm lượng chất vô gỗ, song không tương ứng với số lượng, đốt nung chất vo bị biến đổi thành oxít muối cacbonat kim loại chứa gỗ Các loài khác có thành phần nguyên tố hữu chất gỗ gần nhau, bao gồm: 49-50% cacbon, 43-44% oxi, khoảng 6% hidro 0,1-0,3% nitơ theo tỉ lệ so với khối lượng gỗ khô tuyệt đối Về cấu tạo, vật liệu khác, cấu tạo gỗ nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến tính chất Những hiểu biết cấu tạo sở để giải thích chất tượng diễn q trình gia cơng, chế biến sử dụng gỗ Đối với dạng thực vật nào, vách tế bào tổ chức quan trọng tế bào gỗ Vách tế bào thành phần hóa học gỗ tạo nên, chúng liên kết với tạo thành khối thống Sơ đồ cấu tạo vách tế bào thực vật biểu diễn sơ đồ sau (hình 1.2) Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo vách tế bào thực vật Vách tế bào chia làm ba phần: màng giữa, vách sơ sinh vách thứ sinh - Màng giữa: Là thành phần nằm hai tế bào cạnh cấu tạo chất pectin mà thành phần axit tetragalacturonic, lớp màng mỏng có mức độ hóa gỗ cao - Vách sơ sinh: Vách hình thành với hình thành tế bào gỗ, mỏng nằm phía ngồi Thành phần cấu tạo gồm xenluloza, hemixenluloza lignin, có mức độ hóa gỗ cao Chúng phân bố vơ trật tự, lớp ngồi nên chúng dễ chịu tác dụng tác nhân hóa học dễ bị phân hủy, chẳng hạn trình nấu bột giấy - Vách thứ sinh: Là lớp vách hình thành sau trình sinh trưởng tế bào, so với màng vách sơ sinh vách thứ sinh phần dày Thành phần chủ yếu lớp vách xenluloza lignin Ở vách thứ sinh vi sợi xenluloza xếp có trật tự chia thành ba lớp: + Lớp ngoài: Là lớp mỏng, nằm sát vách sơ sinh Trong lớp vi sợi xenluloza xếp vng góc với trục dọc tế bào nghiêng góc 70÷ 90 so với trục dọc tế bào + Lớp giữa: Nằm lớp ngoài, lớp lớp dày Các vi sợi xenlulo xếp song song với trục dọc tế bào (trục dọc thân cây) nghiêng góc < 30 so với trục dọc vách tế bào + Lớp trong: Mỏng, nằm sát ruột tế bào, mixen (bó sợi) xếp giống lớp Cấu trúc vách tế bào, đặc biệt xếp mixen vách thứ sinh có ảnh hưởng định sở lý thuyết để giải thích mối quan hệ cấu tạo tính chất gỗ, tượng q trình gia cơng, chế biến sử dụng gỗ 1.1.1 Các chất hữu gỗ nguyên liệu có sợi phi gỗ Từ sơ đồ hình 1.1 ta thấy, chất hữu gỗ thực vật xơ sợi phi gỗ bao gồm chủ yếu chất cao phân tử (polyme) phần nhỏ chất thấp phân tử Các thành phần cấu thành nên vách tế bào chất cao phân tử, bao gồm: 1.1.1.1 Các polysaccarit Là thành phần bản, với lượng nhỏ poliuronua cấu thành nên phần cacbohydrat gỗ thực vật xơ sợi phi gỗ Các polysaccarit cấu thành nên vách tế bào gồm xenluloza polysaccarit xenluloza (chúng gọi hemixenluloza) phân loại thành nhóm chất có tên gọi chung holoxenluloza Như vậy, holoxenluloza tổ hợp polysaccarit đa dạng chứa gỗ, sản phẩm thu dạng xơ sợi sau tách loại lignin chất trích ly khỏi gỗ chúng không tan dung môi trung tính mà người ta thường sử dụng để tách chất trích ly gỗ Hàm lượng trung bình holoxenluloza tách phương pháp khác vào khoảng 70-73% gỗ kim 72-79% gỗ rộng Việc xếp polysaccarit vào nhóm holoxenluloza có ý nghĩa quan trọng hóa học gỗ nguyên liệu thực vật Khi nghiên cứu khoa học nguyên liệu thực vật, chúng nguyên liệu ban đầu để điều chế chế phẩm hemixenluloza, hemixenluloza dễ điều chế từ holoxenluloza trực tiếp từ gỗ Xác định holoxenluloza phương pháp trực tiếp đồng thời phương pháp gián tiếp để xác định lignin (sau trừ hàm lượng chất trích ly) Cần nhấn mạnh rằng, holoxenluloza chứa tồn xenluloza chứa gỗ, sử dụng chúng để định lượng xenluloza Về nguyên tắc, xenluloza điều chế từ holoxenluloza, có cấu trúc bị thay đổi điều chế trực tiếp từ gỗ Trong công nghiệp, sản xuất holoxenluloza xem phương pháp có nhiều triển vọng sản xuất giấy thủy phân gỗ cho sản xuất etanol Xenluloza Là polysaccarit đồng thể mạch thẳng, đại phân tử cấu tạo gốc α-D-glucoza, liên kết với liên kết glucozit 1-4 Xenluloza polyme cấu tạo mạng không gian, chuỗi đại phân tử có cấu tạo điều hịa tất nguyên tử cacbon không đối xứng theo cấu hình chặt chẽ định Đơn vị lập thể lặp lại chuỗi xenluloza gốc xenlobioza (4-O- [ α-Dglucopyranozil]- β-D-glucopyranoza) (hình 1.3) D-Glucoza Xenluloza β-D-Glucopyranoza β-D-Glucopyranoza (dạng hình chiếu) (dạng khơng gian) Xenlobioza Hình 1.3 Cấu tạo hóa học xenluloza Cơng thức (thực nghiệm) chung xenluloza viết dạng (C6H10O5)n [C6H7O2(OH)3]n Bậc trùng hợp n xenluloza gỗ vào khoảng 5000 đến 10000 Mức phân tán xenluloza tự nhiên không lớn Người ta cho rằng, xenluloza vách tế bào sơ sinh có dạng phân tán, cịn vách tế bào thứ sinh chúng tồn dạng gần với trạng thái đơn tán Trong trình tách từ mô tế bào, xenluloza bị biến đổi mức độ tính khơng đồng phân tử lượng tăng theo Là polyme phân cực vơ định hình, xenluloza đặc trưng tương tác nội phân tử, tương tác phân tử, thuộc nhóm polyme chuỗi cứng Song chuỗi phân tử xenluloza lại khơng hồn tồn cứng thể có hai dạng biến đổi cấu hình, biến dạng phân tử mắt đơn phân (glucopyranoza) Biến dạng mức phân tử tạo xoay chuyển mắt glucopyranoza quanh liên kết glucozit, cho chuỗi xenluloza độ dẻo dai định Vì đốt nóng làm hóa dẻo, chuỗi phân tử xenluloza dễ di chuyển mảng một, trạng thái rắn, chúng lại có dạng kéo dài hay dung dịch chúng tạo thành bó sợi phân bổ tự dung mơi Chính tính chất tạo cho xenluloza ứng dụng quan trọng vật liệu có giá trị sản xuất giấy, dệt kim, vật liệu compozit, vật Cấu phânthành tử xenluloza liệu nano, tá dược, … hình chế biến sản phẩm có giá trị khác, đường, etanol, … HO HO CH2OH O OH OH HO O CH2OH O CH2OH O HO O OH OH HO O OH CH2OH O n = 1-10,000 C6H10O5 anhidroglucopiranoza Hình 1.4 Cấu hình đại phân tử xenluloza Các polysaccarit xenluloza (Hemixenluloza) Là polysaccarit có mạch phân tử cấu tạo từ mắt đơn phân monosaccarit chứa năm sáu nguyên tử cacbon Chúng gọi tên pentozan hecxozan tương ứng Về cấu tạo hóa học, giống xenluloza, nhóm chức chủ yếu hemixenluloza nhóm hydroxyn (-OH) Trong tự nhiên, chuỗi đại phân tử chứa mắt đầu chuỗi có tính khử Mắt đầu chuỗi chứa nhóm hydroxyn tự liên kết glucozit tồn dạng andehit mạch hở Khi thủy phân, polysaccarit tạo thành monosaccarit tương ứng Trong dịch thủy phân người ta tìm thấy chủ yếu monosacarit sau: thủy phân pentozan có D-xyloza, L-arabinoza; hecxozan có D-mannoza, D-galactoza, Dglucoza, D-fructoza; metylpentozan có L-ramnoza L-fucoza, đồng thời từ a-xit hecxenuronic có axit D-glucoronic, 4-O-metyl-D-glucoronic Dgalacturonic Khác với xenluloza (là polysaccarit đồng thể mạch thẳng), phần lớn hemixenluloza polysaccarit hợp thể Một số chúng có dạng mạch nhánh Tất hemixenluloza polyme không điều hịa Đặc điểm làm cho chúng khơng bị tinh thể hóa có độ tan cao Các đại phân tử polysaccarit hợp thể cấu tạo từ gốc monosaccarit khác nhau, chủ yếu dạng vòng pyranoza (song gặp nhiều trường hợp có dạng vịng furanoza), liên kết với liên kết glucozit vị trí khác Thơng thường, mạch có liên kết 1→4, nhánh hai bên liên kết với mạch liên kết 1→2, 1→3 1→6 Các mắt đơn phân chuỗi mạch polysaccarit tồn dạng đồng phân quang học α- β-, tạo thành liên kết glucozit α- β- tương ứng Trong polysaccarit hợp thể ln ln chọn monosaccarit chiếm hàm lượng cao mạch thành phần mạch nhánh Các mắt axit polyuronic gốc axit hecxuronic Các mắt đơn phân axit hecxuronic có thành phần mạch nhánh polysaccarit Ngoài ra, phần nhóm hydroxyn số hemixenluloza bị axetyl hóa Liên kết este khơng bền dễ bị thủy phân, đặc biệt mơi trường kiềm Vì vậy, nhóm axetyl dễ bị tách tác dụng kiềm thủy phân nước nhiệt độ cao Các polysacarit hợp thể gọi tên tên tất monosaccarit tạo thành, cuối tên gọi tên monosaccarit chuỗi với việc đổi đuôi ―oza‖ ―an‖ Tên mắt cấu thành khác gọi theo dạng tiếp đầu tố từ, xếp theo thứ tự tăng dần hàm lượng chúng hợp tử, ví dụ arabinoglucoronoxylan Độ trùng hợp hemixenluloza vào khoảng 100-200 với chênh lệch dao động từ 30 đến 300 nữa, có nghĩa chuỗi mạch hemixenluloza ngắn xenluloza nhiều Hemixenluloza không đồng phân tử lượng Độ phân tán chúng lớn so với xenluloza Thành phần phức tạp, đa dạng tính chất polysaccarit gây nhiều khó khăn việc phân loại chúng Trên hình 1.3 sơ đồ phân loại tất polysaccarit gỗ theo tính tan cấu tạo hóa học chúng Các thuộc vào mục tiêu thực nghiệm Sau bình tam giác chứa vỏ dung dịch NaOH (nước) gia nhiệt bến cách thủy ổn nhiệt (nếu cần) Kết thúc thời gian xử lý, vỏ lọc rửa nước cất, xử lý (trung hòa) dung dịch CH3COOH lỗng vịng 30 phút, sau lại lọc, rửa sấy khơ Vỏ biến tính sử dụng cho nghiên cứu khả hấp phụ 2.5 Xác định hoạt độ hấp phụ [9] Cho 0.5g vỏ biến tính vào bình tam giác 100ml bổ sung 25ml dung dịch methyl da cam nồng độ 1,5mg/l, lắc để vòng 20 phút Sau lọc lấy phần nước cịn lại lấy 1ml dung dịch thu cho vào bình 100ml, bổ sung nước tới vạch đo mật độ quang học may đo quang OPTIMA bước sóng 400 nm, mẫu đối chứng nước cất Hoạt độ hấp phụ tính theo cơng thức: X  C  C2  K 0, 025 m Trong đó: X: Hoạt độ hấp phụ (mg/g) C1: Nồng độ dung dịch methyl da cam ban đầu (mg/l) C2: Nồng độ dung dịch methyl da cam sau xử lý (mg/l) K: Hệ số pha loãng dung dịch K= 100 m: Khối lượng chất hấp phụ ban đầu Nồng độ dung dịch methyl da can C2 xác định theo đường cong nồng độ (mục 2.6) Xây dựng đƣờng cong nồng độ chuẩn Từ dung dịch methyl da cam 150 mg/l lấy: 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, ml cho vào bình định mức 100ml, bổ sung nước tới vạch Các dung dịch thu có nồng độ tương ứng 0.75, 1.5, 3, 4.5, 6, 7.5, 9, 10.5, 12, 13.5 mg/l Đo mật độ quang học dung dịch nêu máy đo quang OPTIMA 300 bước sóng 400 nm, mẫu so sánh sử dụng nước cất, từ xây dựng đường cong nồng độ chuẩn, lấy trục tung mật độ quang học, trục hoành nồng độ III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Thành phần hoá học vỏ Đã tiến hành xác định số thành phần hóa học vỏ theo phương pháp mục 2.3 Kết trình bày bảng 3.1 Bảng 3.1 Thành phần hoá học vỏ bạch đàn urô Thành phần TT Hàm lƣợng, % Độ tro 9.0 Các chất tan nước lạnh 7.1 Các chất tan nước nóng 12.0 Lignin 24.1 Các chất tan dung dịch NaOH 1% 24.8 So với gỗ bạch đàn urô (bảng 3.2), vỏ có hàm lượng lignin tương đương, hàm lượng chất tan nước dung dịch NaOH 1% cao hơn, đặc biệt độ tro cao gấp gần 20 lần Như biết, số thành phần nguyên liệu thực vật lignin thành phần có khả hấp phụ chất mầu, kim loại nặng, … đại phân tử chứa nhóm chức đa dạng có tính axit bazơ, tác dụng tác nhân khác tạo thành anion hay cation có lực với hợp chất khác Vì có khả hấp phụ cao Ngoài ra, vỏ vật liệu xốp, nên phù hợp làm nguyên liệu chế tạo vật liệu hấp phụ Bảng 3.2 Thành phần hóa học gỗ phế liệu gỗ bạch đàn urô (Eucalyptus urophylla) năm tuổi trồng (Hữu Lũng, Lạng Sơn) [10,11] Hàm lƣợng, % Thành phần TT Gỗ Phế liệu gỗ (cành nhánh nhỏ) Xenluloza 46.3 43.1 Lignin 25.3 24.5 Pentozan 19.6 18.6 Các chất trích ly axeton 2.7 2.3 Độ tro 0.5 0.7 Các chất tan nước lạnh 4.9 5.3 Các chất tan nước nóng 8.9 7.6 Các chất tan NaOH 1% 14.8 15.7 3.2 Xây dựng đƣờng cong nồng độ dung dịch methyl da cam Metyl da cam chất mầu (Natri p- đimetyl - aminoazobenzen sunfonat, heliantin), có cơng thức (CH3)2N C6H4 N = N C6H4COOH Metyl da cam hay xanh metylen hợp chất sử dụng để đánh giá hoạt độ hấp phụ vật liệu hấp phụ, kể hoạt tính [9] Theo phương pháp sở đường cong nồng độ metyl da cam mật độ quang học dung dịch tương ứng xác định lượng metyl da bị hấp phụ, qua theo cơng thức tính hoạt độ hấp phụ Đã tiến hành chuẩn bị loạt dung dịch metyl da cam nồng độ khác xác định mật độ quang học theo phương pháp trình bày Từ kết đo mật độ quang học dung dịch methyl da cam có nồng độ khác (Phụ biểu 1) xây dựng đường cong nồng độ (hình 3.1) Hình 3.1: Đường cong chuẩn nồng độ dung dịch methyl da cam 3.3 Nghiên cứu biến tính vỏ thành vật liệu hấp phụ Biến tính tiến hành theo phương pháp [8] Vỏ sử dụng cho trình nghiên cứu biến tính thành vật liệu hấp phụ có kích thước 0,7÷1,25 mm Sự lựa chọn phần kích vỏ nghiền vỏ tạo bột phần bột kích thước có khối lượng lớn (chiếm tới 80%), mặt khác kế thừa kết nghiên số nghiên cứu khác, đồng thời với mục tiêu xác định khả hấp phụ vỏ nên lựa chọn phần vỏ có kích thước trên, sử dụng tránh mát, khơng gây khó khăn cho q trình nghiên cứu Q trình biến tính thực theo phương pháp nêu (mục 2.4) Do vỏ vật liệu xốp nên số nghiên cứu sơ xác định tỉ dịch thích hợp, thấp 1:7, với tỉ dịch dung dịch đủ thấm ướt hết vỏ nghiền nhỏ 3.3.1 Ảnh hƣởng nồng độ NaOH tới hoạt độ hấp phụ Xử lý vỏ nước dung dịch NaOH nồng độ 0,1-2% với tỉ dịch 1:20, 30°C 120 phút cho thấy (Phụ biểu hình 3.2), vỏ xử lý nuớc khơng có khả hấp phụ methyl da cam, hoạt độ hấp phụ vỏ biến tính ban đầu tăng nồng độ NaOH tăng, đạt cực đại khoảng nồng độ NaOH 0,4-0,5%, sau lại giảm tiếp tục tăng nồng độ NaOH Với điều kiện xử lý trên, nồng độ NaOH 0,5% xem thích hợp 0.7 0.5, 0.62 0.6 0.3, 0.56 Nồng độ 0.5 0.4 0.3 0.7, 0.3 0.2 0.1 0.1, 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Hoạt độ hấp phụ Hình 3.2: Ảnh hưởng nồng độ NaOH tới hoạt độ hấp phụ vỏ (Điều kiện xử lý: 30oC, 120 phút, tỉ dịch 1:20) 3.3.2 Ảnh hƣởng thời gian xử lý tới hoạt độ hấp phụ Tương tự, cách khảo sát ảnh hưởng thời gian xử lý vỏ dung dịch NaOH 0,5% 30oC tới hoạt độ hấp phụ vỏ biến tính xác định thời gian xử lý thích hợp 120 phút 1.8 1.6 120, 1.55 1.4 Thời gian 1.2 0.8 0.6 0.4 60, 0.21 0.2 180, 0.12 0 50 100 150 200 Hoạt độ hấp phụ Hình 3.3 Ảnh hưởng thời gian xử lý dung dịch NaOH tới hoạt độ hấp phụ vỏ ( Điều kiện xử lý: 30oC, nồng độ NaOH 0,5%, tỉ dịch 1:20) 3.3.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ xử lý tới hoạt độ hấp phụ So sánh khả hấp phụ vỏ biến tính với điều kịên xử lý dung dịch NaOH 0,5%, tỉ dịch 1:20 vòng 120 phút 30o 60oC (Phụ biểu 4) cho thấy nhiệt độ xử lý thích hợp 60oC (cho vỏ có hoạt độ hấp phụ cao hơn) 3.3.4 Ảnh hƣởng tỉ dịch đến q trình biến tính tới hoạt độ hấp phụ vỏ Từ kết khảo sát ảnh q trình biến tính điều kiện tỉ dịch thấp (Phụ biểu 5, 6, 7) thấy tỉ dịch 1:7 cho mật độ hấp phụ lớn tỉ dịch 1:20 Tuy chưa làm sáng tỏ chế hóa học q trình biến tính vỏ NaOH, song khẳng định rằng, trình xử lý vỏ NaOH làm hòa tan lượng lớn chất vỏ (có thể đạt tới 24,8 cao (Bảng 3.1) có lượng lignin, lượng NaOH sử dụng cho biến tính phải vừa đủ để biến đổi lignin thành dạng có lực cao với metyl da cam (hấp phụ nhiều hơn), với lượng lớn (có thể phân hủy hịa tan lignin nhiều hơn) vỏ lại có hoạt độ hấp phụ thấp Điều khẳng định mối liên hệ lignin hoạt độ hấp phụ vỏ biến tính Một minh chứng cho giả thiết vỏ kích thước khác chưa qua xử lý khơng có khả hấp phụ methyl da cam (Phụ biểu 8) IV KẾT LUẬN Trên cở kết nghiên cứu đưa kết luận sau: Vỏ bạch đàn urơ sử dụng làm ngun liệu sản xuất vật liệu hấp phụ chất mầu Bước đầu thiết lập chế độ công nghệ thích hợp biến tính cơ-hóa học vỏ sau: - Nghiền vỏ tới kích thước: 0,7-1,25 mm; - Xử lý dung dịch NaOH với chế độ công nghệ sau: + Nồng độ NaOH: 0,5%; + Nhiệt độ xử lý 60oC; + Thời gian xử lý: giờ; + Tỉ dịch xử lý: 1:7 Vật liệu hấp phụ thu có hoạt độ hấp phụ theo metyl da cam đạt 2mg/g TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Quang Diễn, ― Các thí nghiệm hố học gỗ, thí nghiệm chuyên ngành”, Đại học Bách khoa Hà Nội (2009) Nguyễn Thị Thanh Tú ―Nghiên cứu khả hấp phụ metyl đỏ dung dịch nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía thử nghiệm xử lý môi trường ‖ Luận văn thạc sĩ hoá học (2010) Đại học Thái Nguyên, Trường đại học Sư Phạm Đặng Xuân Việt, ―Nghiên cứu phương pháp thích hợp để khử màu thuốc nhuộm hoạt tính nước thải dệt nhuộm‖ Luận văn tiến sĩ kỹ thuật, Hà Nội, (2007) Nguyễn Thuỳ Dương ―Nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại nặng vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc thăm dị xử lý mơi trường‖ Luận văn thạc sĩ hoá học (2008) Đại học Thái Nguyên, Trường đại học Sư Phạm Eero Sjostrom (1993) Wood Chemistry: Fundamentals and Applications Academic Press 293ps (Hóa học gỗ-Cơ sở ứng dụng) Tiêu chuẩn Hiệp hội kỹ thuật công nghiệp bột giấy giấy (Mỹ) - TAPPI T207 cm-99 Water solubility of wood and pulp (Các chất tan nước gỗ bột giấy) - TAPPI T212 om-98 One persent sodium hydroxide solubility of wood and pulp (Các chất tan dung dịch NaOH 1% gỗ bột giấy) - TAPPI T204 cm-97 Solvent extractives of wood and pulp (Các chất tan dung môi hữu gỗ bột giấy) - TAPPI T9wd -75 Holocellulose in wood (Holoxenluloza gỗ) - TAPPI T264 cm -97 Preparation of wood for chemical analysis (Chuẩn bị mẫu gỗ cho phân tích hóa học) - TAPPI T222 om-98 Lignin in wood and pulp (Lignin gỗ bột giấy) - TAPPI T211 om-93 Ash in wood and pulp (Độ tro gỗ bột giấy) - TAPPI T223 Pentosans in wood (Pentozan gỗ) - TAPPI T17 wd-70 Cellulose in wood (Xenluloza gỗ) Азаров В И., Буров А В., Оболенская А В Химия древесины и синтетических полимеров: Учебник для вузов СПб.: СПбЛТА, 1999,628с (Tiếng Nga: Hóa học gỗ polime tổng hợp) Rusian Patent 2137821 (1999) Энтеросорбент из коры хвойных пород (Chất hấp phụ đa từ vỏ kim) Gost 4453- 74 Активный древесный уголь Технические условия ( Than hoạt tính dạng bột từ gỗ- Tiêu chuẩn kỹ thuật LB Nga) 10 Doan Thai Hoa and Le Quang Dien; Potential of Bioethanol Production from Woody Wastes in Vietnam, APEC International Symposium on Biofuels from Agricultural and Agro-Industrial Wastes, Chiang Mai 11 Lê Mai Oanh, Dỗn Thái Hịa; Nghiên cứu ảnh hưởng xử lý sơ phế liệu gỗ bạch đàn uro môi trường kiềm tới thủy phân enzym cho sản xuất etanol nhiên liệu, TC Khoa học & Công nghệ Các Trường Đại học Kỹ thuật, Số 80 – 2011, Tr 89-92 PHỤ BIỂU Phụ biểu 1: Mật độ quang học dung dịch methyl da cam có nồng độ khác STT Bước sóng (nm) Nồng độ Mật độ quang học 400 0,075 0,056 400 0,15 0,117 400 0,3 0,217 400 0,45 0,328 400 0,6 0,456 400 0,75 0,572 400 0,9 0,695 400 1,05 0,796 400 1,2 0,907 10 400 1,35 1,012 Phụ biểu Ảnh hưởng nồng độ NaOH tới hoạt độ hấp phụ ( Điều kiện xử lý: 30oC, 120 phút, tỉ dịch 1:20) Mẫu số Nồng độ NaOH (%) Khối lượng mẫu (g) Dung dịch methyl da cam ban đầu (1mg/l) - 0.5815 25ml 0.886 1.19 — 0.1 0.5434 25ml 0.775 1.05 0.3 0.5361 25ml 0.691 0.93 0.56 0.5 0.5649 25ml 0.679 0.91 0.62 0.7 0.5762 25ml 0.739 0.98 0.3 0.5178 25ml 0.850 1.14 — 0.5146 25ml 0.843 1.13 — Mật độ quang học Nồng độ (mg/l) Hoạt độ hấp phụ (mg/g) Phụ biểu Ảnh hưởng thời gian xử lý tới hoạt độ hấp phụ ( Điều kiện xử lý: 60oC, nồng độ NaOH 0,5%, tỉ dịch 1:20) Mẫu số Thời gian Nồng độ NaOH (%) Khối lượng mẫu Dung dịch methyl da cam ban đầu (1mg/l) 60 ph 0.5 0.5856 25ml 0.704 0.21 120 ph 0.5 0.5177 25ml 0.540 0.73 1.55 10 180 ph 0.5 0.5395 25ml 0.758 1.02 0.12 11 240 ph 0.5 0.5425 25ml 0.816 1.1 — Mật độ quang học Nồng độ Hoạt độ Methyl hấp phụ da cam (mg/g) (mg/l) Phụ biểu Ảnh hưởng nhiệt độ xử lý tới hoạt độ hấp phụ ( Điều kiện xử lý: 30oC, 60oC, nồng độ NaOH 0,5%, tỉ dịch 1:20) Khối lượng mẫu Nồng độ methyl orange 1mg/l Mật độ hoá học Nồng độ Hoạt độ hấp phụ 0.5 0.5649 25ml 0.679 0.91 0.62 0.5 0.5170 25ml 0.54 0.73 1.55 Mẫu số Nhiệt độ (°C) Nồng độ NaOH (%) 30 60 Phụ biểu Ảnh hưởng nồng độ NaOH tới hoạt độ hấp phụ ( Điều kiện xử lý: 30oC, 120 phút, tỉ dịch 1:7) Mẫu số Nồng độ NaOH (%) Khối lượng mẫu Nồng độ methyl orange 1mg/l Mật độ hoá học Nồng độ Hoạt độ hấp phụ 12 - 0.5620 25ml 0.912 1.23 — 13 0,1 0.5504 25ml 0.713 0.96 0.41 14 0,5 0.5733 25ml 0.659 0.87 0.78 15 0.5058 25ml 0.785 1.06 — 16 0.5789 25ml 0.931 1.25 — Phụ biểu Ảnh hưởng thời gian xử lý tới hoạt độ hấp phụ ( Điều kiện xử lý: 60oC, nồng độ NaOH 0,5%, tỉ dịch 1:7) Mẫu số Thời gian Nồng độ NaOH (%) 17 60 phút 0.5 0.5374 Nồng độ methyl orange 1mg/l 25ml 18 120 ph 0.5 0.5159 19 180 ph 0.5 20 240 ph 0.5 Khối lượng mẫu Mật độ hoá học Nồng độ Hoạt độ hấp phụ 0.653 0.88 0.79 25ml 0.463 0.63 2.03 0.5318 25ml 0.692 0.94 0.52 0.5404 25ml 0.75 1.01 0.19 Phụ biểu Ảnh hưởng nhiệt độ xử lý tới hoạt độ hấp phụ ( Điều kiện xử lý: 30oC, 60oC, nồng độ NaOH 0,5%, tỉ dịch 1:7) Mẫu số Nồng độ Nhiệt độ NaOH (°C) (%) Khối lượng mẫu Nồng độ methyl orange 1mg/l Mật độ hoá học Nồng độ Hoạt độ hấp phụ 14 30 0,5 0.5733 25ml 0.659 0.87 0.78 18 60 0.5 0.5159 25ml 0.463 0.63 2.03 Phụ biểu Mẫu với kích thước khác khơng qua xử lý Mẫu số Kích thước bột (mm) Khối lượng mẫu 23 1.25 Mật độ hố học Nồng độ Hoạt độ hấp phụ 1.345 — — 25ml 1.154 — — 0.5663 25ml 1.445 — — 0.5672 25ml 1.084 — — ... (zeolit), chất hấp phụ từ nguyên liệu thực vật dễ dàng xử lý sau sử dụng Xuất phát từ lí trên, khố luận tơi thực đề tài: ? ?Nghiên cứu thăm dị biến tính vỏ nguyên liệu giấy làm chất hấp Phụ? ?? Mục tiêu nghiên. .. liệu hấp phụ chất hữu chủ yếu theo chế hấp phụ vật lý Khả hấp phụ chất hữu vật liệu hấp phụ phụ thuộc vào: pH dung dịch, lượng chất hấp phụ, nồng độ chất bị hấp phụ … 1.3 Tổng quan nghiên cứu sử... Để biến tính nguyên liệu dùng: kiềm, axit, chất trung tính đơn giản biến tính dung dịch kiềm Chính khố luận tơi nghiên cứu biến tính vỏ bạch đàn urơ dung dịch NaOH làm chất hấp phụ II VẬT LIỆU