Điều chế sản phẩm đĩa từ phế phẩm nông nghiệp thay cho nhựa dùng một lần

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ĐIỀU CHẾ SẢN PHẨM ĐĨATỪ PHẾ PHẨM NÔNG NGHIỆP THAY CHO NHỰA DÙNG MỘT LẦN S K C 0 9 MÃ SỐ: SV2020-59 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM  BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ĐIỀU CHẾ SẢN PHẨM ĐĨA TỪ PHẾ PHẨM NÔNG NGHIỆP THAY CHO NHỰA DÙNG MỘT LẦN SV2020  59 Chủ nhiệm đề tài: Lê Thị Bích Phượng 17150082 TP Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM  BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ĐIỀU CHẾ SẢN PHẨM ĐĨA TỪ PHẾ PHẨM NÔNG NGHIỆP THAY CHO NHỰA DÙNG MỘT LẦN SV2020  59 Thuộc nhóm ngành khoa học: Hóa học Thực phẩm SV thực hiện: Lê Thị Bích Phượng Nam, Nữ: Nữ Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 179150A, khoa Cơng nghệ Hóa học Thực phầm Năm thứ: / Số năm đào tạo: 4.5 Ngành học: Công nghệ Kỹ thuật Môi trường Người hướng dẫn: TS Hoàng Thị Tuyết Nhung TP Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2020 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Nội dung nghiên cứu .1 Phạm vi, đối tượng nghiên cứu .2 Các phương pháp sử dụng để tiến hành nghiên cứu .2 5.1 Phương pháp tổng hợp xử lý số liệu 5.2 Phương pháp thực nghiệm 5.3 Phương pháp đồ thị 5.4 Phương pháp so sánh Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn 6.1 Ý nghĩa khoa học 6.2 Ý nghĩa thực tiễn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Công trình nghiên cứu phế phẩm nơng nghiệp .4 1.1.1 Nghiên cứu nước 1.1.2 Nghiên cứu nước .5 1.2 Tổng quan phế phẩm nông nghiệp .6 1.2.1 Định nghĩa phế phẩm nông nghiệp 1.2.2 Phân loại phế phẩm nông nghiệp 1.2.3 Khái quát chung phế phẩm nông nghiệp 1.3 Thực trạng rác thải nhựa dùng lần Việt Nam 1.4 Một số nghiên cứu chế biến phế phẩm nông nghiệp thành đĩa dùng lần 10 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 2.1 Tính chất phế phẩm điều chế vật liệu 11 2.1.1 Phế phẩm vỏ ngô 11 2.1.2 So sánh vỏ ngô với số phế phẩm khác 12 2.2 Q trình loại bỏ lignin phế phẩm nơng nghiệp 13 2.3 Cơ chế hoạt động công dụng Natri Benzoat (E211) 16 2.4 Phương pháp ma trận trực giao Taguchi [12] 16 CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 3.1 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 19 3.1.1 Thiết bị 19 3.1.2 Dụng cụ 19 3.1.3 Hóa chất 19 3.2 Điều chế vật liệu 19 3.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu 19 3.2.2 Quy trình điều chế vật liệu 20 3.3 Xác định khoảng tối ưu yếu tố điều chế sản phẩm 22 3.4 Chuẩn bị vật liệu làm bề mặt đĩa 24 3.4.1 Xác định thời gian sấy sen 24 3.4.2 Cố định sen ép định hình 25 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ NHẬN XÉT 27 4.1 Kết sau chụp phân tích sản phẩm phương pháp FT – IR (Fourrier Transformation InfraRed) 27 4.2 Sản phẩm sau thí nghiệm 29 4.3 Ảnh hưởng yếu tố tác động lên sản phẩm 29 4.4 Kết sấy vật liệu sen 37 4.5 Ép thành phẩm .39 KẾT LUẬN VÀ VÀ KIẾN NGHỊ 40 5.1 Kết luận .40 5.2 Kiến nghị 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Tính chất vật lý số sợi cellulose khác 12 Bảng 2.2 Tính chất hóa học số sợi cellulose khác 13 Bảng 3.1 Phân mức tác động biến 23 Bảng 3.2 Cấu trúc mảng trực giao thực nghiệm 23 Bảng 4.1: Tỷ số S/N (Signal to Noise) thông số ảnh hưởng đến khả chịu lực kéo sản phẩm theo mức xếp hạng theo tiêu chí lớn tốt .29 Bảng 4.2: Tỷ số S/N (Signal to Noise) thông số ảnh hưởng đến tải trọng bề mặt sản phẩm theo mức xếp hạng theo tiêu chí lớn tốt 32 Bảng 4.3: Tỷ số S/N (Signal to Noise) thông số ảnh hưởng đến Youngs Modulus sản phẩm theo mức xếp hạng theo tiêu chí lớn tốt 34 Bảng 4.4: Tỷ số S/N (Signal to Noise) thông số ảnh hưởng đến khả chịu lực kéo, tải trọng bề mặt Young modulus sản phẩm theo mức xếp hạng theo tiêu chí lớn tốt 35 Bảng 4.5: Khối lượng riêng sản phẩm 39 DANH MỤC HÌNH Hình Phế phẩm nông nghiệp .7 Hình 2.1 Vỏ ngơ tách khỏi trái 11 Hình 2.2 Phản ứng phân hủy liên kết ete β-aryl ligmin 14 Hình 2.3 Phản ứng ngưng tụ lignin môi trường kềm 14 Hình 2.4 Vịng glucose bị oxy hóa 15 Hình 2.5 Phản ứng thủy phân 15 Hình 2.6 Cấu trúc phân tử Natri benzoat 16 Hình 3.1 Khn mẫu sản phẩm 21 Hình 3.2 Máy thử kéo nén M500-50 Testometric 23 Hình 3.3 Mơ hình máy ép khí 25 Hình 4.1 Phổ FT-IR ảnh sản phẩm làm từ vỏ ngô 27 Hình 4.2 Sản phẩm đĩa sau 16 thí nghiệm từ vật liệu vỏ ngơ 29 Hình 4.3 Đồ thị ảnh hưởng thông số theo mức đến khả chịu lực kéo sản phẩm 30 Hình 4.4 Đồ thị ảnh hưởng thông số theo mức đến tải trọng bề mặt sản phẩm 32 Hình 4.5 Đồ thị ảnh hưởng thơng số theo mức đến Young modulus sản phẩm 34 Hình 4.6 Đồ thị ảnh hưởng thông số theo mức đến khả chịu lực kéo, tải trọng bề mặt Young modulus sản phẩm .36 Hình 4.7 Lá sen trước sấy 37 Hình 4.8 Lá sen sau sấy: (1) 15 phút, (2) 30 phút, (3) 45 phút, (4) 60 phút 37 Hình 4.9 Sản phẩm đĩa: (a) Trước ép lá, (b) Sau ép 39 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Điều chế sản phẩm đĩa từ phế phẩm nông nghiệp thay cho nhựa sử dụng mộtlần - Chủ nhiệm đề tài: Lê Thị Bích Phượng - Lớp: 179150A Mã số SV: 17150082 Khoa: Cơng nghệ Hóa học Thực phẩm - Thành viên đề tài: Họ tên MSSV Lớp Khoa Võ Thị Mai Hiếu 17150056 171500A Công nghệ HH &TP - Người hướng dẫn: TS Hoàng Thị Tuyết Nhung Mục tiêu đề tài: Sử dụng phế phẩm nông nghiệp (vỏ ngô) điều chế thành sản phẩm đĩa sử dụng lần thay nhựa ứng dụng đời sống sinh hoạt Tính sáng tạo: Làm đĩa thay đĩa nhựa sử dụng lần, tận dụng vỏ ngô để điều chế vừa rẻ, vừa tiết kiệm lại bảo vệ môi trường Kết nghiên cứu: Đĩa làm từ vỏ ngô sản phẩm đạt chất lượng tối ưu khi: nồng độ dung dịch nấu nguyên liệu C% Na2CO3 = 10%, nguyên liệu phế phẩm nấu vòng 45 phút, phần trăm khối lượng bột khối lượng sản phẩm (g/g) = 10%, khối lượng nguyên liệu ban đầu 45g Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Đề tài giúp giảm thiểu rác thải nhựa, nâng cao ý thức việc bảo vệ môi trường người dân thông qua việc sử dụng sản phẩm thân thiện với môi trường, việc sử dụng đĩa điều chế từ phế phẩm nông nghiệp, tận dụng nguồn nguyên liệu nước để ứng dụng vào việc nghiên cứu, sản xuất sản phẩm từ giảm lượng rác thải bỏ môi trường, cải thiện môi trường sống tốt Công bố khoa học SV từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ tên tạp chí có) nhận xét, đánh giá sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): TP Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 10 năm 2020 SV chịu trách nhiệm thực đề tài Lê Thị Bích Phượng Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học SV thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): TP Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 10 năm 2020 Người hướng dẫn TS Hoàng Thị Tuyết Nhung MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Dân số Việt Nam 90 triệu người song hành với số lượng rác thải nhựa khổng lồ gần 18.000 ngày, điều khiến lọt top giới số lượng rác thải nhựa thải đại dương Vì tiện lợi rẻ tiền nên sản phẩm làm nhựa ly, chén, đĩa… người sử dụng cách vô tội vạ Bởi thế, lại đem lại hậu nặng nề cho môi trường chứa đựng nguy tiềm ẩn đến sức khỏe người Các sản phẩm làm từ nhựa polystyrene, gặp nhiệt độ cao hay thấp giải phóng chất styrene vơ độc hại, tiếp xúc thời gian dài, thường xuyên người có khả bị tổn thương vĩnh viễn mơ gan thần kinh, chí bị ung thư Do đó, nhà nghiên cứu, cơng ty Việt Nam giới làm sản phẩm chén, đĩa làm từ bã mía, mo cau…đây vật liệu có khả tự tiêu hủy hoàn toàn theo thời hạn, trở thành chất dinh dưỡng tự nhiên cho đất sinh vật đất, khơng làm nhiễm độc nguồn nước, thay sản phẩm làm nhựa sử dụng lần Tuy nhiên sản phẩm chưa phổ biến, không sử dụng rộng rãi đời sống người dân Việt Nam giá thành so với sản phẩm làm từ nhựa cao Với mong muốn thay đổi thói quen sử dụng chén, đĩa,… nhựa sử dụng lần người Việt Nam, tạo sản phẩm đĩa thân thiện với môi trường nước giới làm phải phù hợp với điều kiện thực tế nước ta giá thành hợp lý để ứng dụng rộng rãi, thay hoàn toàn chén, đĩa, nhựa sử dụng lần Chính thế, việc nghiên cứu “Điều chế sản phẩm đĩa từ phế phẩm nông nghiệp thay cho nhựa sử dụng lần” cần thiết Mục tiêu nghiên cứu Sử dụng phế phẩm nông nghiệp (vỏ ngô) điều chế thành sản phẩm đĩa sử dụng lần thay nhựa ứng dụng đời sống sinh hoạt Nội dung nghiên cứu Để thực mục đích tiến hành nghiên cứu nội dung sau đây:  Tổng quan nghiên cứu phương pháp xử lý phế phẩm nông nghiệp vỏ ngô 4.2 Sản phẩm sau thí nghiệm Hình 4.2: Sản phẩm đĩa sau 16 thí nghiệm từ vật liệu vỏ ngơ Qua cảm quan màu sắc thấy sản phẩm đĩa vỏ ngô có màu sắc tươi sáng, nhiên cịn nhiều sơ không mềm mịn 4.3 Ảnh hưởng yếu tố tác động lên sản phẩm Xét mục tiêu đơn lẻ  Tối ưu theo khả chịu lực kéo (Tensile stress) Bảng 4.1: Tỷ số S/N (Signal to Noise) thông số ảnh hưởng đến khả chịu lực kéo sản phẩm theo mức xếp hạng theo tiêu chí lớn tốt Nồng độ Na2CO3 Thời gian nấu Phần trăm bột Khối lượng vật liệu (%) khối lượng/thể tích (phút) (%) ban đầu/ sản phẩm 3.28 5.90 8.03 10.60 16.84 11.63 15.32 12.84 12.88 14.13 11.19 10.78 14.21 15.56 12.67 12.99 Mức độ 29 Delta 13.56 9.66 7.29 2.39 Xếp hạng Hình 4.3: Đồ thị ảnh hưởng thông số theo mức độ đến khả chịu lực kéo sản phẩm Từ đồ thị, ta thấy nồng độ C% Na2CO3 ảnh hưởng lớn đến độ bền kéo sản phẩm Khi tăng nồng độ C% Na2CO3 từ 5% – 10%, tỉ số S/N tăng nhanh, tiếp tục tăng nồng độ C% Na2CO3 lên đến 15% tỷ số S/N sản phẩm giảm, sau tiếp tục tăng Vì tăng nồng độ C% Na2CO3 tăng trình tách lingin khỏi vật liệu vỏ ngô, sợi cellulose thu hồi hiệu quả, cấu trúc sản phẩm đĩa có khả chịu lực kéo tăng Tuy nhiên tăng nồng độ C% Na2CO3 qua điểm tối ưu, lúc với nồng độ hóa chất tăng khối lượng vật liệu khơng thay đổi Ngồi ra, nấu cịn xảy phản ứng ngưng tụ lignin, phản ứng cản trở trình hịa tan lignin làm giảm hiệu tách sợi cellulose Dựa vào tỉ số S/N lực kéo, ta chọn nồng độ C% Na2CO3 tối ưu = 10% Thời gian nấu: tăng thời gian nấu từ 15 phút lên 45 phút, số tối ưu lực kéo tăng 2.39 lần Khi tăng thời gian nấu lâu, lượng lignin cấu trúc sợi loại bỏ đáng kể, lượng cellulose thu nhiều giúp cho nguyên liệu tạo nên sản 30 phẩm có lực kéo tốt theo thời gian nấu Tiếp tục tăng từ 45 phút lên 60 phút số lực kéo tăng 1.10 lần nhiên mức tăng số thấp khơng đáng kể, dựa tiêu chí tối ưu tiết kiệm lượng thời gian nấu nên ta chọn thời gian nấu 45 phút Phần trăm bột: Bột đóng vai trị chất kết dính sơi cellulose sau trình thu hồi Khi tăng phần trăm khối lượng bột khối lượng vật liệu (g/g) từ 5% lên 10%, số tối ưu lực kéo tăng 1.91 lần Chỉ số S/N giảm tăng phần trăm khối lượng bột khối lượng vật liệu (g/g) từ 10% lên 15% giảm 1.37 lần Khi thêm chất kết dính vào vật liệu, liên kết sợi trở nên chặt chẽ hơn, khả chịu lực kéo tốt Tuy nhiên lượng bột thêm nhiều, lúc bột không cịn làm kết dính sợi cellulose vật liệu, lượng bột nhiều mức cần liên kết, khiến sợi cellulose cách xa nhau, dẫn đến liên kết bền, giảm khả chịu lực kéo sản phẩm Nên ta chọn phần trăm bột = 10% để tối ưu lực kéo đạt hiệu cao Khối lượng vật liệu ban đầu (g): khối lượng vật liệu ban đầu tăng tăng khả chịu lực tác động Tuy nhiên khối lượng vật liệu vượt ngưỡng tối ưu (trong thí nghiệm 45g) có lực tác động lên sản phẩm, khả phân tán lực sản phẩm kém, khiến sản phẩm dễ bị gãy Từ đó, ta chọn khối lượng sản phẩm để tối ưu độ bền kéo 45g Từ kết tỷ số S/N lực kéo ta chọn tham số tối ưu vỏ ngô q trình thí nghiệm là: nồng độ C% Na2CO3 10%; phần trăm khối lượng bột / khối lượng vật liệu (g/g) = 10%; thời gian nấu tối ưu 45 phút, khối lượng vật liệu ban đầu 45g 31  Tối ưu theo tải trọng bề mặt (Weight load) Bảng 4.2: Tỷ số S/N (Signal to Noise) thông số ảnh hưởng đến tải trọng bề mặt sản phẩm theo mức xếp hạng theo tiêu chí lớn tốt Nồng độ Na2CO3 Thời gian nấu Phần trăm bột Khối lượng vật liệu (%)khối lượng/thể tích (phút) (%) ban đầu/ sản phẩm 22.63 16.91 22.34 22.94 26.09 24.75 24.82 25.50 25.82 27.29 25.29 22.87 21.10 26.68 23.18 24.32 Delta 5.00 10.37 2.95 2.63 Xếp hạng Mức độ Hình 4.4: Đồ thị ảnh hưởng thông số theo mức đến tải trọng bề mặt sản phẩm Từ đồ thị, ta thấy nồng độ C% Na2CO3 (xếp thứ 2): ảnh hưởng chủ yếu khoảng từ 5%  10% tải trọng tăng nhanh, cịn khoảng 10%  20% mức độ giảm Có thể thấy hàm lượng Na2CO3 từ 10% tải trọng đạt giá trị tốt Khi tăng nồng độ C% Na2CO3 tăng trình tách lingin khỏi vật liệu thân chuối, sợi cellulose thu hồi hiệu quả, cấu trúc sản phẩm đĩa có khả chịu lực kéo tăng Tuy nhiên tăng nồng độ C% Na2CO3 qua điểm tối ưu, lúc với nồng độ hóa chất tăng 32 khối lượng vật liệu khơng thay đổi, nấu cịn xảy phản ứng ngưng tụ lignin, phản ứng cản trở trình hòa tan lignin, giảm hiệu tách sợi cellulose Nên chọn nồng độ Na2CO3 = 10% để giảm lượng hóa chất, tiết kiệm chi phí mà khơng ảnh hưởng nhiều đến tải trọng Thời gian nấu (xếp thứ 1): ảnh hưởng đáng kể đến tải trọng Thời gian nấu lâu tải trọng lớn 45 phút đạt giá trị lớn Khi tăng thời gian nấu nhiều, lượng lignin cấu trúc sợi loại bỏ đáng kể, lượng cellulose thu nhiều giúp cho nguyên liệu tạo nên sản phẩm có lực kéo tốt theo thời gian nấu Chỉ số tối ưu tải trọng vật liệu giảm tăng thời gian nấu từ 45 phút lên 60 phút Dựa tiêu chí tối ưu tiết kiệm lượng chọn thời gian nấu = 45 phút Phần trăm bột (g/g) (xếp thứ 3): Khi tăng phần trăm khối lượng bột khối lượng vật liệu (g/g) từ 5% – 15% mức độ ảnh hưởng tải trọng tăng, khoảng 10% – 15% mức độ ảnh hưởng đến tải trọng tăng không đáng kể, tiếp tục tăng khoảng từ 15% – 20% mức độ ảnh hưởng đến tải trọng giảm Khi thêm chất kết dính vào vật liệu, liên kết sợi trở nên chặt chẽ hơn, khả chịu lực kéo tốt Tuy nhiên lượng bột thêm q nhiều, lúc bột khơng cịn làm kết dính sợi cellulose vật liệu, lượng bột nhiều mức cần liên kết, khiến sợi cellulose cách xa nhau, dẫn đến liên kết bền, giảm sức căng bề mặt vỏ ngô kéo sản phẩm Nên ta chọn phần trăm bột = 10% để tối ưu tải trọng đạt hiệu cao Khối lượng vật liệu ban đầu (g) (xếp thứ 4): không ảnh hưởng nhiều đến tải trọng Khi khối lượng sản phẩm tăng, tăng khả chịu lực tác động, nhiên độ dày vượt ngưỡng tối ưu (trong thí nghiệm 45g) có lực tác động lên sản phẩm, khả phân tán lực sản phẩm kém, khiến sản phẩm dễ bị gãy Từ đó, ta chọn khối lượng sản phẩm để tối ưu tải trọng 45g Từ kết số S/N sức căng bề mặt chọn tham số tối ưu vỏ ngơ q trình thí nghiệm: nồng độ C% Na2CO3 10%; thời gian nấu tối ưu 45 phút, phần trăm khối lượng bột khối lượng vật liệu (g/g) =10%; khối lượng vật liệu ban đầu = 45g 33  Tối ưu hóa theo Youngs Modulus Bảng 4.3: Tỷ số S/N (Signal to Noise) thông số ảnh hưởng đến Youngs modulus sản phẩm theo mức xếp hạng theo tiêu chí lớn tốt Nồng độ Na2CO3 Thời gian nấu (%)khối lượng/thể tích (phút) 47.03 50.54 49.99 51.86 58.69 52.28 56.88 54.14 53.30 54.28 51.38 54.18 54.73 56.65 55.49 53.56 Delta 11.67 6.11 6.88 2.32 Xếp hạng Mức độ Phần trăm bột Khối lượng vật liệu (%) ban đầu/ sản phẩm Hình 4.5: Đồ thị ảnh hưởng thông số theo mức đến Young modulus sản phẩm Từ đồ thị, ta thấy nồng độ C% Na2CO3 tỉ số S/N Young modulus đạt giá trị cực đại C% Na2CO3 10%, sau tỉ số S/N giảm xuống tăng nồng độ C% Na2CO3 từ 10% lên 15%, tiếp tục tăng nồng độ tỉ số S/N có tăng trở lại khơng ảnh hưởng nhiều đến Young modulus Nên chọn nồng độ Na2CO3 = 10% w/v để giảm lượng hóa chất, tiết kiệm chi phí Thời gian nấu tăng không nhiều Tăng thời gian nấu từ 15 phút lên 60 phút tỉ số S/N tăng 1.12 lần Khi tăng thời gian nấu lâu tỷ số S/N cao Thời 34 gian nấu lâu lượng lignin cấu trúc sợi loại bỏ đáng kể, lượng cellulose thu nhiều giúp cho nguyên liệu tạo nên sản phẩm có lực kéo tốt theo thời gian nấu Tuy nhiên thời gian nấu xếp hạng không ảnh hưởng nhiều đến Young modulus nên ta chọn thời gian nấu = 45 phút để tiết kiệm thời gian Phần trăm bột(%): Dựa vào tỉ số tối ưu S/N Young modulus, phần trăm khối lượng bột khối lượng vật liệu (g/g) = 10% Khối lượng vật liệu ban đầu/sản phẩm xếp hạng không thay đổi nhiều Ta chọn khối lượng sản phẩm để tối ưu Young modulus 45g Từ kết tỉ số S/N Young modulus chọn tham số tối ưu vỏ ngơ q trình thí nghiệm: nồng độ C% Na2CO3 10%; thời gian nấu tối ưu 45 phút, phần trăm khối lượng bột khối lượng vật liệu (g/g) = 10%; khối lượng vật liệu ban đầu = 45g  Tối ưu theo khả chịu lực kéo, tải trọng bề mặt Young modulus Bảng 4.4: Tỷ số S/N (Signal to Noise) thông số ảnh hưởng đến khả chịu lực kéo, tải trọng bề mặt Young modulus sản phẩm theo mức xếp hạng theo tiêu chí lớn tốt Mức độ Nồng độ Na2CO3 Thời gian nấu Phần trăm bột (%) khối lượng/thể tích (phút) (%) Khối lượng vật liệu ban đầu/ sản phẩm 7.99 9.92 12.44 14.93 21.07 16.16 19.49 17.04 17.34 18.47 15.75 15.09 17.99 19.85 16.72 17.34 Delta 13.08 9.93 7.06 2.41 Xếp hạng 35 Hình 4.6: Đồ thị ảnh hưởng thông số theo mức đến khả chịu lực kéo, tải trọng bề mặt Young modulus sản phẩm Từ đồ thị, ta thấy nồng độ C% Na2CO3 ảnh hưởng lớn đến độ bền kéo, tải trọng bề mặt Young modulus Khi tăng nồng độ C% Na2CO3 từ 5% – 10%, tỉ số S/N tăng nhanh, tiếp tục kéo dài nồng độ C% Na2CO3 đến 15% tỷ số S/N sản phẩm giảm, sau tiếp tục tăng nồng độ Na2CO3 tỉ số S/N tăng trở lại Dựa vào tỉ số S/N đến độ bền kéo, tải trọng bề mặt Young modulus, ta chọn nồng độ C% Na2CO3 tối ưu = 10% Thời gian nấu: tăng thời gian nấu từ 15 phút lên 45 phút, số tối ưu S/N tăng 1.86 lần Khi tăng thời gian nấu lâu, lượng lignin cấu trúc sợi loại bỏ đáng kể, lượng cellulose thu nhiều giúp cho nguyên liệu tạo nên sản phẩm có lực kéo tốt theo thời gian nấu Tiếp tục tăng từ 45 phút lên 60 phút số lực kéo tăng 1.07 lần nhiên mức tăng số thấp khơng đáng kể, dựa tiêu chí tối ưu tiết kiệm lượng thời gian nấu nên ta chọn thời gian nấu = 45 phút Phần trăm bột: tỷ lệ khối lượng bột khối lượng vật liệu 10% Khi tăng tỷ lệ chất kết dính, tính liên kết sợi cellulose tăng lên thay cho lượng lignin bị loại bỏ giai đoạn soda hóa Tuy nhiên, bắt đầu tăng lượng tinh bột từ 10% lên 15% mục tiêu: độ bền kéo, tải trọng bề mặt Young modulus Lượng tinh bột cao so 36 với mức cần thiết, độ cứng, độ giòn sản phẩm tăng, dễ tạo vết nứt, vỡ giảm tính thẩm mỹ, độ bền sản phẩm Từ kết số S/N đến độ bền kéo, tải trọng bề mặt Young modulus chọn tham số tối ưu vỏ ngơ q trình thí nghiệm: nồng độ C% Na2CO3 10%; phần trăm khối lượng bột khối lượng vật liệu (g/g) =10%; thời gian nấu tối ưu 45 phút; khối lượng vật liệu ban đầu 45g 4.4 Kết sấy vật liệu sen (1) (2) (3) (4) Hình 4.7: Lá sen trước sấy Lá sen cắt thành mẫu với kích thước 5x10 cm, cho vào tủ sấy với khoảng thời gian sấy mẫu (15 phút); mẫu (30 phút); mẫu (45 phút); mẫu (60 phút) tủ sấy với nhiệt độ 40C (1) (2) (3) (4) Hình 4.8: Lá sen sau sấy: (1) 15 phút, (2) 30 phút, (3) 45 phút, (4) 60 phút 37 Mẫu 1: Sau sấy 15 phút, màu sắc sen bị thay đổi, sen ẩm, chưa có độ dẻo dai cần thiết Khi tác động lực tay, mềm dễ rách Mẫu 2: Sau sấy 30 phút, tăng thời gian sấy thêm 15 phút, màu sen không thay đổi, độ ẩm sen giảm bớt mức phù hợp không làm sen bị khô Khi tác động lực tay lên lá, có độ dẻo dai cần thiết, không bị rách Mẫu 3: Sau sấy 45 phút, thời gian sấy sen 45 phút, màu sắc sen bị biến đổi nhiều, cảm quan thấy màu trở nên vàng Độ ẩm giảm nhiều, trở nên khô hơn, tác động lực dễ bị rách khơng có độ dai cần thiết để ép Mẫu 4: Sau sấy 60 phút, mẫu này, mặt cảm quan sen trở nên màu vàng nâu, bị biến dạng xoắn lại Khi tác động lực lên lá, bị nát thành mảnh, khơng cịn độ dẻo dai mong muốn Qua thí nghiệm thấy được, thời gian sấy ngắn (15 phút) khiến sen chưa thoát nước, cịn độ ẩm cao khiến chưa có độ dai Khi thời gian sấy lâu (60 phút) khiến bị biến đổi màu sắc, trở nên héo khơng có tính thẩm mỹ Khi sấy q lâu, nước bị nhiều, trở nên dòn dễ bị biến gãy thành mảnh nhỏ Ở nhiệt độ 40C thời gian sấy phù hợp với sen 30 phút, khoảng thời gian sen giữ màu sắc mong muốn, sen mức độ ẩm vừa đủ để có mức dai cần thiết, không bị khô, biến dạng sen 38 4.5 Ép thành phẩm (a) (b) Hình 4.9: Sản phẩm đĩa: (a) Trước ép lá, (b) Sau ép Nhận xét:  Lá sau ép vào sản phẩm có độ kết dính tốt vào phần đế đĩa  Ở nhiệt độ phịng đĩa chứa nước mà khơng bị rị rỉ Có tính khả thi việc chứa thức ăn lỏng  Khả chịu nhiệt: Đĩa chứa thức ăn nguội nhiệt độ phòng Tuy nhiên, để đá viên nhiệt độ (0-5)oC từ 30 phút trở lên nước nóng 60oC màu sắc sen bị thay đổi màu (khơng cịn màu xanh tươi ban đầu)  Khối lượng riêng: sản phẩm làm từ vỏ ngô khối lượng riêng nặng so với sản phẩm đĩa nhựa dùng lần (kết cho thấy sản phẩm nặng từ đến lần) phổ biến thị trường (0.001 g/cm3) cấu tạo độ dày cao với lớp chống thấm có bề mặt sản phẩm mà nhóm nghiên cứu Bảng 4.5: Khối lượng riêng sản phẩm Vỏ ngô Chiều dài (cm) Chiều rộng (cm) Chiều dày (cm) Khối lượng (g) Khối lượng riêng (g/cm3) 0.7 0.0861 0.007 39 KẾT LUẬN VÀ VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Sử dụng phế phẩm nơng nghiệp khơng góp phần tăng suất trồng, vật ni, ngồi cịn giảm đáng kể tình trạng nhiễm mơi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe người dân Với đề tài “Điều chế sản phẩm đĩa từ phế phẩm nông nghiệp thay cho nhựa sử dụng lần” vừa đem lại nguồn thu nhập cho nông dân thông qua việc tận dụng nguồn phế phẩm nơng nghiệp mà cịn tạo sản phẩm thân thiện môi trường Sản phẩm đĩa tạo từ phế phẩm nông nghiệp cụ thể vỏ ngô mà nhóm nghiên cứu thời gian qua đạt kết sau: Thông qua thực nghiệm áp dụng phương pháp ma trận trực giao Taguchi phần mềm Minitab gồm 16 thí nghiệm: yếu tố tác động mục tiêu khác Vật liệu vỏ ngô sản phẩm đạt kết tối ưu: nguyên liệu nấu vòng 45 phút, nồng độ dung dịch nấu nguyên liệu C% Na2CO3 = 10%, phần trăm khối lượng bột khối lượng vật liệu (g/g) = 10%, khối lượng vật liệu ban đầu 45g Các số độ bền sản phẩm đĩa làm từ vỏ ngô: lực kéo 286.2 N; sức căng bề mặt 8.32 N/mm2; tải trọng 35.29 g/cm2 Kết phổ FTIR cho thấy, sản phẩm gồm gốc tự nhiên sợi cellulose, tinh bột nên hồn tồn tự phân hủy sinh học môi trường tự nhiên vòng tháng Đối với sen thời gian sấy tối ưu 30 phút 40 C có khả chống thấm hiệu giữ màu xanh vật liệu 5.2 Kiến nghị Với khảo sát thực đề tài, để việc nghiên cứu công nghệ sản xuất chén đĩa dùng lần phát triển nhóm nghiên cứu có số đề xuất sau: Có thể sử dụng phế phẩm nông nghiệp khác như: vỏ đậu, thân chuối, vỏ trấu, rơm rạ, vỏ thơm (dứa),…để chế tạo đĩa thay đĩa sử dụng lần Nghiên cứu tính khả thi phối trộn loại phế phẩm khác để nâng cao số độ bền, tận dụng đặc tính vượt trội loại phế phẩm khác 40 sản phẩm, giảm chi phí vật liệu, hóa chất tạo điều kiện cạnh tranh với sản phẩm nhựa dùng lần khác Trong trình thực tạo sản phẩm cần nhiều lượng nước để rửa kiềm trình nấu bột tạo ra mùi dễ gây ăn mòn thiết bị nấu nồng độ kiềm cao, gây ảnh hưởng đến môi trường sức khỏe người Cần tuần hồn lại hóa chất sau nấu ngun liệu, bổ sung thêm hóa chất q trình nấu ngun liệu để đạt nồng độ theo yêu cầu mong muốn Sản phẩm thực cách thủ cơng phịng thí nghiệm nên tính thẩm mỹ chưa cao Tính đồng mẫu thử nghiệm chưa đồng đều, bề mặt khơng láng mịn, chất kết dính lượng cellulose không thật đồng Nên cần đầu tư số thiết bị phối trộn, ép nguyên liệu để tiết kiệm thời gian, tăng tính thẩm mỹ cho sản phẩm Cần khắc phục việc xay nhuyễn vật liệu q trình chế tạo sản phẩm thơng qua việc cắt nhỏ nguyên liệu trước phơi, nấu, sử dụng thiết bị xay cắt nghiền nhỏ nguyên liệu để tăng hàm lượng bột ngô sau nấu, tăng độ láng mịn cho sản phẩm Các cấp, ngành thành phố cần đẩy mạnh công tác thông tin, tuyên truyền giới thiệu mơ hình tận dụng phế phẩm nơng nghiệp hiệu quả, hướng dẫn nơng dân áp dụng Trong đó, trọng triển khai, nhân rộng mơ hình sản xuất sử dụng phế phẩm nơng nghiệp Cùng với đó, có chế, sách đầu tư, chuyển giao khoa học kỹ thuật xử lý phế phẩm nông nghiệp, địa phương có diện tích trồng trọt quy mô chăn nuôi lớn 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thị Minh Nguyệt (2016), nghiên cứu thu nhận bột giấy hiệu suất cao từ thân ngô sử dụng dung dịch H2O2 H2SO4 có xúc tác Na2MoO4, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ lâm nghiệp, số [2] Rajwada, Ichalkaranji, Dist-Kolhapur (M.S.), Comparative study of pulping of banana stem, International Journal of Fiber and Textile Research [3] Khalsa Al-Sulaimani, Dr Priy Brat Dwivedi (September 2017), Production of handmade papers from sugar cane bagasse and banana fibers in oman, International Journal of Students’ Research In Technology & Management ISSN 2321-2543, Vol 5, No 3, pp 16-20 [4] Nguồn internet: https://vi.wikipedia.org/wiki/Phế_phẩm_nơng_nghiệp#Sản_xuất_nhiên_liệu _sinh_học [5] Nguồn internet: http://tapchitaichinh.vn/su-kien-noi-bat/nong-nghiep-voi-vai-tro-tru-do-chonen-kinh-te-viet-nam-321767.html [6] Hồng Minh (2019), “Sử dụng hiệu phế phẩm nông nghiệp”, Báo Thừa Thiên Huế [7].Nguồn internet: https://baotainguyenmoitruong.vn/moi-nguy-hai-tu-do-nhua-dung-mot-lan294456.html [8] Y D Hang* and E E Woodams (October 5, 2000), Corn Husks: A Potential Substrate for Production of Citric Acid by Aspergillus niger [9] Đặng Văn Công (2017), Sản xuất phân ủ hữu từ phụ phẩm nơng nghiệp sẵn có Sơn La, Tạp chí Mơi trường số chun đề II [10] Trần Biên (2015), Sản xuất nhiên liệu từ “phế phẩm” ngô [11] N VENKATESHWARAN* AND A ELAYAPERUMAL (2010), Banana Fiber Reinforced Polymer Composites A Review [12] TS Trần Văn Khiêm (2017), Phương pháp Taguchi ứng dụng tối ưu hóa chế độ cắt, Tạp chí khí Việt Nam, số 2017 S K L 0 ... toàn chén, đĩa, nhựa sử dụng lần Chính thế, việc nghiên cứu ? ?Điều chế sản phẩm đĩa từ phế phẩm nông nghiệp thay cho nhựa sử dụng lần? ?? cần thiết Mục tiêu nghiên cứu Sử dụng phế phẩm nông nghiệp (vỏ... dụng phế phẩm nông nghiệp (vỏ ngô) điều chế thành sản phẩm đĩa sử dụng lần thay nhựa ứng dụng đời sống sinh hoạt Tính sáng tạo: Làm đĩa thay đĩa nhựa sử dụng lần, tận dụng vỏ ngô để điều chế vừa... chung phế phẩm nông nghiệp Phế phẩm nông nghiệp sản phẩm phổ biến nước có nông nghiệp phát triển Hằng năm lượng phế phẩm thải q trình sản xuất nơng nghiệp lớn chế biến loại công nghiệp, sản xuất