- Về lượng phản dung môi cho vào hỗn hợp phản ứng:
15 ml phản dung môi aceton:nước (1:1 về thể tích) được cho vào hỗn hợp chứa 20 g chất lỏng ion, tức theo tỉ lệ 3:4 (thể tích:khối lượng). Nghiên cứu trước đây của tác giả Nguyễn Bảo Lộc và nhóm cộng sự cho biết tỉ lệ 1:2 (thể tích:khối lượng) giữa phản dung môi và chất lỏng ion [DEA+][HSO4-] là đủ để tách cellulose (thể tích nước so với khối lượng sinh khối là 1:4), nếu nâng lên tỉ lệ 2:3 thì cả thành phần lignin cũng đi vào sản phẩm. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu vẫn quyết định sử dụng tỉ lệ 3:4 cho lượng phản dung môi, với mong muốn thu được lượng cellulose tối đa, và lignin tạp có thể được loại bỏ ở bước sau.
- Về hiệu suất sản phẩm cellulose thô thu được từ sinh khối rơm rạ:
Theo Bảng 3.7, thứ tự giảm dần hiệu suất H1% chiết tách cellulose thô sau các bước cho phản dung môi, lọc, sấy của mỗi chất lỏng ion là:
[DEA+][HSO4-] (1,63 g, 81,15%) > [Pyr+][Cl-] (1,47 g, 73,5%)> [DEA+][Cl-] (1,2 g, 60%)
Tuy thời gian phản ứng là lâu nhất, nhưng lượng cellulose thô thu được bằng [DEA+][HSO4-] lại là cao nhất. Trong các chất lỏng protic, sự hiệu quả trong tiền xử lý sinh khối của chất lỏng ion chứa phần cation DEA được cho là nhờ vào hai nhóm -OH trong cấu trúc, chứng minh bằng kết quả giảm dần hiệu quả tiêu hóa sinh khối khi giảm dần các nhóm -OH này trong chất lỏng ion. Với riêng [DEA+][HSO4-], sự trái ngược giữa thời gian phản ứng và hiệu suất này khá tương tự với một nghiên cứu trước đây về các chất lỏng ion của DEA. Tại 100℃, với cùng thời gian phản ứng 5 tiếng, hiệu quả tiền xử lý của [DEA+][HSO4-] với dư phẩm cỏ Miscanthus là khá thấp, nhưng khi thời
50
gian được tăng lên 24 giờ, hiệu quả của nó vươn lên vượt trội, tăng lên gấp rưỡi, trong khi hiệu quả của các chất lỏng ion còn lại không tăng đáng kể thậm chí là giảm xuống.
- Về lượng lignin trong sản phẩm thô:
Nhóm nghiên cứu quan sát được màu sắc cellulose chưa tẩy trắng đậm dần từ mẫu [Pyr+][Cl-] nâu rất nhạt, [DEA+][Cl-] nâu rồi đến [DEA+][HSO4-] nâu đen. Màu càng đậm tức là lượng lignin bám theo sản phẩm tách ra càng nhiều, từ đó nói lên mẫu cellulose từ [DEA+][HSO4-] chứa nhiều tạp lignin nhất, theo sau là từ [DEA+][Cl-] và cuối cùng là mẫu cellulose từ [Pyr+][Cl-] còn chứa khá ít lignin. Điều này cũng được kiểm chứng ở kết quả lượng cellulose thu được sau tẩy trắng.
[Pyr+][Cl-] (1,25 g, 62,5%) > [DEA+][HSO4-] (1,19 g, 59,5%) > [DEA+][Cl-] (0,9 g, 45%)
Theo đó, lượng giảm khối lượng của cellulose sản phẩm trong quá trình tẩy trắng từ [DEA+][HSO4-] > [DEA+][Cl-] > [Pyr+][Cl-], được quy cho các tạp mang màu đã được loại bỏ mà phần lớn là lượng lignin còn bám vào cellulose ở giai đoạn trước. Có thể nói, bản chất của quá trình tẩy trắng hầu hết chính là nhờ vào sự phân hủy của các mạch lignin.
Dưới tác dụng của dung dịch H2O2 30% là chất tẩy trong nghiên cứu này, lignin bị oxy hoá rất nhanh, làm phá vỡ các liên kết trong mạch đại phân tử, tách ra thành từng mảnh nhỏ. Khi đó chất oxy hóa len lỏi vào giữa cấu trúc lignin và tạo thành những nhóm chức mới như acid carboxylic và phenol. Những nhóm chức này dưới sự kiềm hóa của NaOH được cho vào để xúc tác, sẽ làm tăng đặc tính ion của lignin và làm cho các mảnh vỡ lignin này có thể tan được trong nước, từ đó bị loại bỏ trong quá trình lọc rửa [58]. Tuy quá trình tẩy trắng diễn ra rất nhanh và mạnh mẽ ban đầu, nhưng sau đó tốc độ phản ứng sẽ chậm lại, và có thể cuối cùng trong cấu trúc cellulose vẫn còn tồn dư một lượng rất nhỏ các cấu trúc mang màu. Điều này giải thích cho việc, sản phẩm cellulose thu được sau khi tẩy trắng và sấy khô qua điều chế của 3 chất lỏng ion vẫn có sự khác biệt về màu sắc cảm quan. Dù vậy, tẩy trắng vẫn là một phương pháp hiệu quả để làm tăng đáng kể độ tinh khiết của cellulose. Đồng thời, kết quả lượng lignin trong cellulose thô ít nhất cũng đã thể hiện tính chọn lọc tách cellulose của [Pyr+][Cl-] là tốt nhất.