ĐIỀU CHẾ VI SỢI CELLULOSE CÓ KÍCH THƯỚC NANO TỪ NGUỒN BIOMASS SỢI TRE

ĐIỀU CHẾ VI SỢI CELLULOSE CÓ KÍCH THƯỚC NANO TỪ NGUỒN BIOMASS SỢI TRE

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU Vũ ng Tà u KHOA HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM a- MAI THỊ THANH THỦY Bà Rị ĐIỀU CHẾ VI SỢI CELLULOSE CĨ KÍCH THƯỚC NANO TỪ NGUỒN BIOMASS SỢI TRE Người hướng dẫn TS TRẦN VĂN MẪN ThS NGUYỄN HỮU ĐẠT Tr ườ ng Y 2012 ĐH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT HĨA HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2012 ng ườ Tr ĐH Bà Rị a- Vũ ng u Tà u MỞ ĐẦU Tà Vào năm cuối kỷ 20 đầu kỷ 21, với phát triển mạnh mẽ kinh tế xã hội, nhu cầu sử dụng lượng tăng nhanh Theo dự báo IEO (Internation Energy Organization) từ năm 1999 đến 2020 nhu cầu tiêu thụ Vũ ng lượng giới tăng 60% Hiện nay, giới nguồn cung cấp lượng chủ yếu từ nhiên liệu hoá thạch Tuy nhiên, trữ lượng nguồn nhiên liệu có hạn ngày giảm dần Bên cạnh đó, việc khai thác sử dụng dầu mỏ than đá cịn thải khí CO2, SO2 NOx gây hiệu ứng nhà kính,làm nhiễm mơi trường làm thay đổi nghiêm trọng đến khí hậu tồn cầu [4, 5] Ngoài ra, biết thập kỷ gần polymer loại a- vật liệu thay cho vật liệu truyền thống khác, có nhiều ứng dụng khác vật liệu đầy hứa hẹn tương lai [4] Polymer cải tiến cách sử Rị dụng chất phụ gia sợi gia cường để độ bền cao modul cao Nhưng nhược điểm lớn vật liệu polymer khó phân hủy, tồn môi trường hàng chục năm đến hàng triệu năm Khi bị phân hủy tác động nhiệt độ gây Bà nhiễm mơi trường Polymer vật liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ Chính vậy, nhiều năm qua nhà khoa học cơng nghệ giới có nhiều cơng trình nghiên cứu tìm nguồn lượng mới, làm vật liệu Có ĐH khả thay lượng từ nhiên liệu gốc khống, tái tạo, thân thiện với mơi trường tìm chất phụ gia sợi gia cường để cải thiện nhược điểm polymer Đó lượng tái tạo, hay vật liệu phân hủy sinh học gọi tắt Biomass Nguồn biomass bao gồm: Gỗ, chất thải gỗ, phân động vật, nông sản phế thải từ nông nghiệp rơm rạ, trấu, thân lõi ngơ… [5] Trong đó, nguồn biomass từ ng sợi tự nhiên dùng pha gia cường cho vật liệu composite thu hút nhiều quan tâm nhà nghiên cứu có nhiều lợi vật liệu khác Vật ườ liệu composite ngày ứng dụng rộng rãi, song song vào vấn đề mơi trường Vì thế, người ta nghiên cứu chế tạo vật liệu composite thân thiện môi trường giá thành tương đối thấp Sợi thực vật có kích thước micro/nano lựa Tr chọn tối ưu để thay loại sợi đắt tiền khác mà lại thân thiện với môi trường Trong đồ án này, chúng tơi nghiên cứu “Điều chế vi sợi cellulose có kích thước nano từ nguồn biomass sợi tre” u LỜI CẢM ƠN Tà Em xin gửi lời tri ân sâu sắc đến thầy TRẦN VĂN MẪN thầy NGUYỄN HỮU ĐẠT, hướng dẫn tận tình, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho em từ lúc bắt đầu hoàn thành luận văn Vũ ng Em gửi lời cám ơn đến thầy cô dạy dỗ, bảo suốt bốn năm học vừa qua, giúp em có kiến thức cần thiết cho q trình thực đồ án cơng việc sau Cảm ơn bạn lớp DH08H1 gắn bó, động viên, giúp đỡ bốn năm học qua Cảm ơn bạn lớp 08 Polymer & Composite, Khoa Khoa học Vật liệu, a- bạn Trường Đại học Khoa học Tự nhiên giúp đỡ thời gian làm đồ án Trong trình thực đồ án em khơng tránh khỏi thiếu sót Kính mong Rị thầy bạn thơng cảm đóng góp ý kiến Tr ườ ng ĐH Bà Chúc thầy cô bạn mạnh khỏe, hạnh phúc thành công u MỤC LỤC Tà CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Biomass 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Các nguồn nguyên liệu Biomass từ thực vật Vũ ng 1.1.2.1 Bã rừng 1.1.2.2 Bã nông nghiệp 1.1.2.3 Cây trồng lượng 1.1.3 Ứng dụng biomass 1.1.3.1 Ứng dụng chung a- 1.1.3.2 Điều chế bioethanol 1.1.3.3 Điện sinh học 1.1.3.4 Ứng dụng làm pha gia cường cho vật liệu composite Rị 1.2 Sợi thực vật sợi tre 1.2.1 Giới thiệu 1.2.1.1 Thành phần hóa học sợi thực vật Bà 1.2.1.2 Cấu trúc sợi thực vật 1.2.2 Giới thiệu sợi tre 10 1.2.2.1 Thành phần hóa học sợi tre 10 ĐH 1.2.2.2 Ứng dụng sợi tre 11 1.3 Microfibrillated cellulose (MFC) 12 1.3.1 Giới thiệu 12 1.3.2 Một số cách điều chế MFC 13 ng 1.3.2.1 Phương pháp nổ nước kết hợp với thủy phân nghiền mạnh 13 1.3.2.2 Phương pháp tinh lọc đồng áp suất cao 14 ườ 1.3.2.3 Phương pháp nghiền lạnh 15 1.3.3 Ứng dụng MFC 15 CHƯƠNG : THỰC NGHIỆM 16 Tr 2.1 Hóa chất nguyên liệu 16 2.2 Trang thiết bị dụng cụ 16 2.3 Phương pháp phân tích, đánh giá kết 17 2.3.1 Hiển vi kim tương 17 u 2.3.2 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) 17 Tà 2.3.3 Nhiễu xạ tia X (XRD) 17 2.3.4 Hiển vi điện tử quét (SEM) 17 2.4 Quy trình thực nghiệm 18 2.4.1 Quá trình tiền xử lý sợi tre 18 Vũ ng 2.4.2 Điều chế vi sợi cellulose có kích thước micro/nano từ sợi tre xử lý kiềm 20 2.4.2.1 Tách sợi tre phương pháp thủy phân 20 2.4.2.2 Tách sợi tre phương pháp nổ nước kết hợp với thủy phân 21 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24 3.1 Kết phân tích hiển vi kim tương 24 a- 3.2 Kết phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier 27 3.3 Kết phân tích hiển vi điện tử quét 30 3.4 Kết phân tích nhiễu xạ tia X 33 Rị KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ 35 Tr ườ ng ĐH Bà TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 Tà u DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học số loại thực vật Bảng 1.2 Phân loại sợi tre theo kích thước 12 Bảng 2.1 Bảng thống kê hóa chất nguyên liệu 16 Vũ ng Bảng 2.2 Bảng thống kê dụng cụ thiết bị 16 Bảng 2.3 Các điều kiện thực nghiệm trình thủy phân sợi tre 21 Bảng 2.4 Các điều kiện thực nghiệm trình nổ nước sợi tre 22 Tr ườ ng ĐH Bà Rị a- Bảng 3.1 Độ kết tinh mẫu 34 Tà u DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Chu trình khí CO2 vật liệu phân hủy sinh học Hình 1.2 Cấu trúc cellulose Hình 1.3 Cấu trúc hemicellulose Vũ ng Hình 1.4 Cấu trúc lignin Hình 1.5 Cấu trúc sợi thực vật Hình 1.6 Thành phần sợi tre 11 Hình 2.1 Kính hiển vi điện tử qt 17 Hình 2.2 Ảnh chụp bụi tre gai 18 a- Hình 2.3 Nan tre sợi tre sau cán lần 18 Hình 2.4 Ảnh chụp sợi tre sau xử lý kiềm rửa sợi tre sau nghiền học 19 Rị Hình 2.5 Sơ đồ điều chế vi sợi cellulose dùng phương pháp nghiền kết hợp với thủy phân (a) nổ nước kết hợp với thủy phân (b) 21 Hình 2.6 Sợi tre sau thủy phân tẩy trắng 22 Bà Hình 2.7 Ảnh chụp sợi tre sau nổ nước 23 Hình 2.8 Hệ thống thiết bị nổ nước 25 Hình 3.1 Ảnh kính hiển vi kim tương sợi tre thô (a) sợi tre xử lý NaOH ĐH 2%(b) 24 Hình 3.2 Ảnh sợi tre thô (a) sợi tre xử lý NaOH 2% (b) 25 Hình 3.3 Ảnh kính hiển vi kim tương sợi tre tẩy trắng điều kiện thủy phân khác sợi tre nổ nước kết hợp với điều kiện thủy phân ng khác 26 Hình 3.4 Phổ FT-IR sợi tre thơ sợi tre xử lý hóa học 29 ườ Hình 3.5 Phổ FT-IR sợi tre điều kiện xử lý hóa học khác 29 Hình 3.6 Ảnh SEM sợi tre nghiền kết hợp với thủy phân 40 C, 180 phút tẩy trắng độ phóng đại khác 30 Tr Hình 3.7 Ảnh SEM sợi tre nghiền kết hợp với thủy phân 500C, 90 phút tẩy trắng độ phóng đại khác 31 Hình 3.8 Ảnh SEM sợi tre nổ nước kết hợp với thủy phân 40 C, 180 phút u tẩy trắng 32 Tà Hình 3.9 Giản đồ XRD sợi tre thô sợi tre xử lý hóa học điều kiện khác Tr ườ ng ĐH Bà Rị a- Vũ ng 33 FT-IR Fourier Transform Infrared PEO Polyethylene oxide PS Polystylene PVC Poly vinyl chloride SEM Scanning electron microscopy XRD X-ray diffraction method u Vũ ng Microfibrillated Cellulose Tr ườ ng ĐH Bà Rị a- MFC Tà KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT ... tiền xử lý sợi tre 18 Vũ ng 2.4.2 Điều chế vi sợi cellulose có kích thước micro /nano từ sợi tre xử lý kiềm 20 2.4.2.1 Tách sợi tre phương pháp thủy phân 20 2.4.2.2 Tách sợi tre phương... định tính sợi, chúng chứa chuỗi xoắn ốc vi sợi cellulose hình thành từ phân tử cellulose chuỗi dài Góc đinh hướng sợi vi sợi gọi góc ĐH vi sợi Giá trị góc vi sợi sợi khác khác Các vi sợi quấn... mà lại thân thiện với môi trường Trong đồ án này, nghiên cứu ? ?Điều chế vi sợi cellulose có kích thước nano từ nguồn biomass sợi tre? ?? u LỜI CẢM ƠN Tà Em xin gửi lời tri ân sâu sắc đến thầy TRẦN