49
2.11 Phương pháp xác định khả năng phân hủy sinh học hiếu khí hoàn toàn của màng blend PBS/TPS trong quá trình tạo compost với các điều kiện được kiểm soát.
Khả năng phân hủy sinh h c hoàn toàn c a màng nhọ ủ ựa trên cơ sở blend PBS/TPS được xác định theo tiêu chu n EN 13432, bao g m các th nghi m sau: ẩ ồ ử ệ
ki n mô ph ng c a quá trình t c ki m soát quy mô phòng thí nghi m. Khả năng phân rã của màng TPS/PBS được xác định theo tiêu chu n ISO 20200. ẩ
Chuẩn b m u th : ị ẫ ử
+ Kích thước : 25 * 25 * độ dày m u (mm). ẫ
+ S y khô 40ºC trong t sấ ở ủ ấy chân không đến khối lượng không đổi. + Trước khi trộn vào rác thải nhúng vào nước 30 giây.
+ L y t ấ ừ 5g đến 20g m u th trong m i h p. ẫ ử ỗ ộ n b thi nghi m
Chuẩ ị ết bịthử ệ
+ Chất liệu PP ho c vặ ật liệu không phân hủy.
+ Kích thước 30 * 20 *10 cm tương ứng chi u dài, chi u r ng và chi u cao. ề ề ộ ề
+ Có nắp đậy ch t chặ ống bay hơi nước, khoét l ỗ đường kính 5mm hai mở ặt đối diện để thoát khí.
Hình 2.12 c h p m u th nghi m phân h y
+ T l m u th ỷ ệ ẫ ử / rác ướ ừt t (5 ÷ 20g) / 1kg Chuẩn b ịmôi trường th nghi m phân h y ử ệ ủ + Compost t ng h p có ổ ợ thành phần như sau:
50
5 Xacaro 5%
6 Dầu hạt ngô 4%
7 Urê 1%
ng ph n khô c a compost.
Mẫu rác sau khi đã trộn đều s ẽ mang đi xác định hàm lượng ph n khô: C c sầ ố ạch được sấy khô đến khối lượng không đổi trước khi s dử ụng sau đó đánh dấu s ố thứ ự t mỗi c c, cân mố ỗi cốc ghi l i giá tr mạ ị c. Lấy lượng m u vào c c, cân chính xác t i 0,001g và ẫ ố ớ ghi l i khạ ối lượng ban đầu (m0). M u sau khi cân cho vào sẫ ấy ở 80ºC, sấy đến khối lượng không đổi, cân chính xác c c mố ẫu ghi được giá tr mị 1.
ng ph nh theo công th
Hàm lượ ần khô được xác đị ức:
Ds = × 100 (%)
Trong đó: Ds – hàm lượng ph n khô (%) ầ
m0 kh– ối lượng cốc chứa mẫu ban đầu (g) m1 – khối lượng c c ch a m u sau khi s y (g) ố ứ ẫ ấ mc – khối lượng c a c c s ch sau khi s y khô (g) ủ ố ạ ấ
ng ch t r
Mẫu được s y khô ấ ở 80 ºC đến khối lượng không đổi. Chén nung được chu n b , cân ẩ ị và ghi l i khạ ối lượng mc. Sau khi s y khô m u, mấ ẫ ẫu được cân vào m i chén, ghi lỗ ại
51
khối lượng m1. Sau đó mẫu được nung trong máy nung Muffle Furnace FM 28 600 ºC ở trong 6 giờ. Sau khi nung m u, ghi lẫ ại khối lượng m2.
Hàm lượng ch t r n bay ấ ắ hơi T được tính theo công thức: T = × 100 (%)
Trong đó: m1 - khối lượng mẫu trước khi nung, tính b ng gam. ằ m2 - khối lượng sau khi nung, tính b ng gam. ằ
mc – Khối lượng c c s ch sau khi s y khô, tính b ng gam. ố ạ ấ ằ Th nghi m phân h y
Quá trình th nghi m phân hử ệ ủy blend PBS/TPS trong môi trường ủ compost được thực hi n nhiệ ở ệt độ 58ºC. Th i gian kh o sát tờ ả ối đa là 90 ngày. Trong quá trình thử nghiệm nước được thêm định k vào các h p phân hỳ ộ ủy màng để duy trì điều kiện độ ẩ m ban đầu. Tương tự ệ vi c trộn định k ỳ được th c hiự ện để duy trì các điều ki n hi u khí. Tr n ệ ế ộ được th c hi n c n th n b ng tay, nghi n nát các c c phân l n thành các h t m n và ự ệ ẩ ậ ằ ề ụ ớ ạ ị đồng nh t. Các m u màng b phân rã s ấ ẫ ị ẽ được thu h i t lò ph n ng phân h y m i tuồ ừ ả ứ ủ ỗ ần để ể ki m tra tr c quan, vự à được ch p nh l i. Nhụ ả ạ ững thay đổ ềi v khía c nh th giác c a ạ ị ủ phân hữu cơ (màu và sợi nấm) và mùi (axit, amoni, đất, v.v.) s ẽ được ghi lại.
Hình 2.13: H n h p m u và compost t ng h p
Quá trình th nghi m phân h y blend TPS/PBS ử ệ ủ trong môi trường compost ủ được thực hi n nhiệ ở ệt độ 58ºC trong t s y có thủ ấ ổi gió đối lưu. Th i gian kh o sát 30 ngày. ờ ả
52 Trong đó: mm: khối lượng mẫu trước khi ủ (g)
mk: khố ượi l ng m u sau khi k t thúc th nghi m còn l i trên sàng (g). ẫ ế ử ệ ạ
2) sinh ra
Phương pháp này xác định tốc độ phân h y sinh h c c a v t li u ch t d o trong ủ ọ ủ ậ ệ ấ ẻ compost đã ngấu b ng cách kiằ ểm soát độ ẩ m, t l thoáng khí và nhiỷ ệ ệt độ trong bình compost. Tốc độ phân h y c a v t liủ ủ ậ ệu được đo định k bỳ ằng cách cân trên cân điệ ửn t khối lượng của cacbon dioxit sinh ra được h p th trong c t h p th nhấ ụ ộ ấ ụ ồi đầy soda lime thông qua tiêu chuẩn ISO 14855.
V t li u th ậ ệ ử được tr n v i v t li u c y t ộ ớ ậ ệ ấ ừ compost đã ngấu và v t liậ ệu trơ, như cát bi n. Cát bi n gi vai trò là ch t gi ể ể ữ ấ ữ ẩm. Lượng cacbon đioxit này t l ỉ ệ thuận với phần trăm hàm lượng nguyên t cacbon trong các m u. Mử ẫ ức độ phân h y sinh hủ ọc được tính toán b ng t l phằ ỉ ệ ần trăm của lượng cacbon dioxit sinh ra trong quá trình phân h y vủ ới lượng cacbon dioxit sinh ra theo lý thuy t (ThCOế 2).
Phép th kử ết thúc khi đạt được pha ổn định c a quá trình phân h y sinh hủ ủ ọc. Thời gian chuẩn để xác định s k t thúc là 45 ngày, tuy nhiên phép th có th p tự ế ử ể tiế ục đế ối đa 6 thángn t
Chuẩn b th nghi m ị ử ệ
a) Thu c th :
53
+ Canxi clorua khan: c hỡ ạt từ 3mm, dùng để ấ 2- h p th ụ nước + Silica gel: c hỡ ạt từ 4mm, dùng để ấ 2- h p th ụ nước
+ Cát bi n: kích c l t qua sàng t 20-35 mesh ể ỡ ọ ừ + Axit sunphuric 1M
b) Thi t b và d ng c :
+ H ệthống c p khí: máy nén khí không d u dung tích 9L ấ ầ
+ Bình compost: chai th y tinh ho c nh a kín khí dung tích 1000ml ủ ặ ự
+ Bình đựng chất hấp thụ: chai thủy tinh hoặc nhựa kín khí dung tích 500ml + Ống kín khí: s d ng ng d n b ng nhử ụ ố ẫ ằ ựa PU đường kính 6mm
+ Thiết bị ổ n nhi t ệ + T nung ủ
+ Cân phân tích + Thiết bị đo pH
+ H ệthống điều khí: van tiết lưu, van điều áp c) Chu n b v t li u c y
V t li u cậ ệ ấy đượ ấ ừc l y t thùng compost hiếu khí đang hoạt động. Compost t ự ủ t các lo i rác th i có ngu n g c thừ ạ ả ồ ố ực vật và lá khô ở điều kiện ưa khí trong thời gian 2 tháng.
V t li u c y phậ ệ ấ ải đồng nh t, phấ ải được lo i b v t liạ ỏ ậ ệu trơ như đá, thủy tinh… bằng cách sàng chúng trên các lưới có đường kính l t 0,5 1cm. V t li u c y phỗ ừ – ậ ệ ấ ải phân h y t 70% ho c nhiủ ừ ặ ều hơn khi kết thúc phép th . Khử ối lượng CO2 sinh ra trong vòng 10 ngày đầu tiên t ừ 50 mg đến 150 mg/ 1g chất rắn bay hơi.
d) Chu n b cát bi n:
Cát bi n là chể ất trơ có thành phần SiO2 chiếm hơn 90%, nó đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì độ ẩ m cho quá trình phân h y và s phát tri n c a vi sinh vủ ự ể ủ ật. Cát biển được ngâm trong nước máy để ọ l c b h t các t p ch t n i lên trên, r a s ch và ỏ ế ạ ấ ổ ử ạ đem sấ ởy 105oC.
54
+ Hai bình compost chứa mẫu tr ng (Ch ố ỉchứa vật liêu cấy)
+ Hai bình compost ch a v t liứ ậ ệu đối ch ng (H n h p v t li u c y và vứ ỗ ợ ậ ệ ấ ật liệu đối ch ng, có t l khứ ỷ ệ ối lượng ch t r n khô c a v t liấ ắ ủ ậ ệu đối ch ng ứ với vật liệu c y là 1 :6 ph n khấ ầ ối lượng)
+ Hai bình compost ch a v t li u th ứ ậ ệ ử (Hỗn h p v t li u c y và v t li u thợ ậ ệ ấ ậ ệ ử, có t l khỷ ệ ối lượng chấ ắt r n khô c a v t li u th v i v t li u c y là 1 ủ ậ ệ ử ớ ậ ệ ấ :6 ph n khầ ối lượng)
Chuẩn b các bình compost có khị ối lượng ch t r n khô b ng nhau. Sau khi tr n ấ ắ ằ ộ đều, để compost nhiở ệt độ phòng trong 24h. Sau đó compost được b sung thêm 320g ổ cát biển có độ ẩ m 85%. Các bình compost được đặt trong môi trường n nhiổ ệt ở 58 ± 2 oC và để thông khí b ng không khí không có COằ 2.
Sơ đồ ử th nghiệm được mô t ả như trên hình 2.14. Sơ đồ này g m b n ph n chính: ồ ố ầ - Bình compost có ch a h n h p v t li u th và v t li u cứ ỗ ợ ậ ệ ử ậ ệ ấy được đặt trong thiết
b n nhiị ổ ệt ở 58 oC ± 2 oC.
- H ệ thống ki m soát khí cung c p vào b nh compost (g m m t bể ấ ỉ ồ ộ ẫy để lo i b ạ ỏ cacbon dioxit, thi t b ki m soát tế ị ể ốc độ dòng và thi t b t o ế ị ạ ẩm) để đả m b o ả ki m soát chính xác quá trình thoáng khí c a h n h p th . ể ủ ỗ ợ ử
- H ệ thống h p th ấ ụ khí để loại b amoniac, hydro suphit, axit hỏ ữu cơ bay hơi và nước kh i khí thoát ra t bình compost ỏ ừ
55
Chú Thích:
1) b y cacbon dioxit ẫ
2) natri cacbonat
3) lưu lượng kế
4) bình có thiủ ết b ị điều nhi t ệ
5) nước 6) thi t b t o m ế ị ạ ẩ 7) h n h p compost, v t li u th và cát bi n ỗ ợ ậ ệ ử ể 8) bình compost 9) H2SO4 1M có ch a ch t ch metyl da cam ứ ấ ỉthị 10) b y amoniac ẫ 11) silica gel 12) b y kh m 1 ẫ ử ẩ 13) b y kh m 2 ẩ ử ẩ
14) canxi clorua khan
15) b y cacbon dioxit sinh ra ẫ
16) h n h p natri cacbonat và b t talc có ch a natri hydroxit ỗ ợ ộ ứ
17) c t h p th cacbon dioxit ộ ấ ụ
18) c t h p th ộ ấ ụ nước
akhí nén đi vào
b u ra đầ
56
chất hấp th trong các cụ ột này đạt kho ng 80% thì nên thay bả ằng lượng m i. ớ
Lượng cacbon dioxit sinh ra được đo và ghi chép lại đều đặn trong các giai đoạn của quá trinh ủ. Hôn h p trong bình comợ post được khấy tr n hàng tuộ ần đảm b o s p ả ựtiế xúc đồng đều c a các vi sinh v t v i v t li u th . Có th b ủ ậ ớ ậ ệ ử ể ổ sung nước n u c n. ế ầ
Trong su t th i gian c a quá trình , b t k hiố ờ ủ ủ ấ ỳ ện tượng nào được quan sát được như màu sắc, mùi c a khí thoát ra, s phát tri n n m m c, màu sủ ự ể ấ ố ắc compost… đều được ghi l i. ạ
K t thúc th ế ử nghiệm và tính toán
i. K t thúc th nghi m b ng cách ng ng c p khí vào tháo b h ế ử ệ ằ ừ ấ ỏ ệ ống, xác địth nh lại lượng ch t rấ ắn khô và ch t rấ ắn bay hơi trong các bình compost nếu c n. ầ
ii. Tính toán
ng cacbon dioxit sinh ra theo lý thuy t ThCO2 t v t li u th , theo gam ừ ậ ệ ử cho mỗi bình theo phương trình (1):
12 44
2 m wC
ThCO (1)
Trong đó
- mlà khối lượng của vậ ệt li u th cho vào trong bình th , tính b ng gam; ử ử ằ
- wClà hàm lượng cacbon c a v t li u thủ ậ ệ ử, xác định t công th c hóa h c hoừ ứ ọ ặc phân tích nguyên t , bi u th b ng ph n khố ể ị ằ ầ ối lượng
57
- 44 và 12 là khối lượng phân tử của cacbon dioxit và khối lượng nguyên tử của cacbon. T l ph ty sinh h c D 100 2 2 2 ThCO CO CO D t B t T t (2) Trong đó - t T
CO2 là lượng tích lũy cacbon dioxit sinh ra trong từng bình th Vử T t khi ừ bắ ầt đ u phép th ử cho đến th i gian , tính b ng gam; ờ t ằ
- t
B
CO2 là lượng tích lũy trung bình cacbon dioxit sinh ra trong bình chứa m u ẫ trắng VB t khi bừ ắt đầu phép th n th i gian y trung bình c a các giá tr ử đế ờ t (lấ ủ ị thu đượ ừc t hai bình ch a m u tr ng), tính b ng gam; ứ ẫ ắ ằ
- ThCO2 là lượng cacbon dioxit sinh ra theo lý thuy t t v t li u th , tính b ng ế ừ ậ ệ ử ằ gam.
Thử nghiệm có độ tin c y khi mậ ức độ phân h y c a v t liủ ủ ậ ệu đối chứng cao hơn 70% sau 45 ngày và độ phân h y c a các mủ ủ ẫu đối ch ng trong các bình compost khác ứ nhau chênh l ch không quá 20%. ệ
m tra m an toàn c a h n h p compost sau quá trình
Phương pháp giúp kiể ức độ ủ ỗ ợ
phân rã k t thúc b ng cách th nghi m kh ế ằ ử ệ ả năng sinh trưởng c a th c v t trên các mủ ự ậ ẫu đất tr ng có t l tr n compost khác nhau. ồ ỷ ệ ộ
Chu n b th nghi m: Hạ ật đ u gi ng. ố
Compost c a quá trình th nghi m phân rã. ủ ử ệ Đất tr ng. ồ
58 Chu n b th nghi m
Màng PBS/TPS kích thước 10cm x 10cm x chi u dày. ề
Thùng x p ho c v t li u không phân hố ặ ậ ệ ủy kích thước 60 x 40 x 50 cm. Có n p ắ đậy chống nước bay hơi, hai bên thùng và đáy có đụ ỗ đườc l ng kính 5mm. M u phân ẫ ủ được chu n b t rác th i hẩ ị ừ ả ữu cơ xanh (như rau, củ, qu ...) v i rác ả ớ th i hả ữu cơ giàu cacbon (như vỏtrấu, lá khô) theo l ỷ ệ 2/1, đã được ủ 1-2 tu n. ầ Th nghi m:
Màng được tr n v i m u phân v i t l : 150g m u/5,5kg rác thộ ớ ẫ ủ ớ ỷ ệ ẫ ải ướt, đặt trong môi trường t nhiên v i nhiự ớ ệt độ 23 - 33oC, độ ẩ m 60 90%. H n h– ỗ ợp được theo dõi hàng ngày và được đảm bảo độ ẩm cũng như đảo trộn thường xuyên tránh các hi n ệ tượng hi m khí. Các hiế ện tượng di n ra trong quá trình phân hễ ủy được ch p hình và ụ ghi chép l i. ạ
59
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1Nghiên cứu chế tạo tinh bột nhiệt dẻo (TPS) từ tinh bột sắn
3.1.1 Kh o sát ng c a ch t hóa d o t i tính ch t tinh b t nhi t d o Chất hóa dẻo đóng vai trò thi t y u trong quá trình gelatin hóa tinh b t và bi n ế ế ộ ế chúng thành v t li u polyme nhi t d o. Lo i ch t hóa dậ ệ ệ ẻ ạ ấ ẻo cũng như hàm lượng hóa dẻo có ảnh hưởng đến các tính ch t v t liấ ậ ệu như khả năng hấp th ụ nước, nhiệt độ chuy n ể thủy tinh, độ ền kéo và độ b giãn dài c a tinh b t nhi t d o. Vai trò c a ch t hóa d o là ủ ộ ệ ẻ ủ ấ ẻ làm giảm độ giòn v n có c a tinh b t b ng cách gi m l c liên phân t gi a các chuố ủ ộ ằ ả ự ử ữ ỗi tinh b t, gi m nhiộ ả ệt độ chuy n thể ủy tinh, tăng tính linh hoạ ủt c a màng và gi m nhiả ệt độ nóng ch y c a tinh b t xu ng ả ủ ộ ố dưới nhiệt độ phân hủy để có th ể thuận ti n trong các ệ quá trình gia công như ép phun, ép đùn, thổi màng ... Trong nghiên cứu này đ ựã l a chọn hai lo i ch t hóa d o glyxerin và sorbitol vạ ấ ẻ ới các hàm lượng khác nhau để kh o ả sát các tính ch t c a TPS thông qua ấ ủ các tiêu chí độ ền kéo, độ b giãn dài và c u trúc. ấ Sau khi nghiên c u m t s tài li u [18, 19, 20, 21] và làm thí nghiứ ộ ố ệ ệm thăm dò, đã chế
t o v t li u TPS-Glyxerin và TPS-Sorbitol vạ ậ ệ ới hàm lượng ch t hóa d o lấ ẻ ần lượt là Glyxerin 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 PKL và Sorbitol 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 PKL so