TRONG DUNG MÔI DMSO–PF.
Sau khi tiến hành thí nghiệm. đánh giá mức độ hòa tan cellulose trong dung môi qua trạng thái hỗn hợp được kết quả trong bảng 3.6.
Bảng 3.6. Kết quả thử độ hòa tan cellulose trong dung môi DMSO–PF. Các thông số và kết quả
STT Mẫu Khối lượng PF(g)/ 0,2g rơm và 43.8ml DMSO Nhiệt độ hòa tan PF (oC) Nhiệt độ hòa tan cellulose (oC) Trạng thái hỗn hợp 1 1 1.0 80 > 135 Không tan 2 2 1.25 80 135 Tan một phần
3 3 1.35 80 125 Tan hoàn toàn
4 4 1.5 80 120 Tan hoàn toàn
Ban đầu cho vào DMSO các khối lượng PF khác nhau và tiến hành thực
nghiệm, PF tồn tại ở thể rắn không hòa tan ngay trong DMSO gia nhiệt từ từ đến
80oC PF bắt đầu hòa tan và sau 5 phút, toàn bộ khối lượng PF hòa tan trong DMSO. Tuy nhiên, điểm nóng chảy của PF trải dài và từ từ theo các nhiệt độ khác nhau: 80- 155oC (85%); 120-175oC (91%); 175oC (95%), bắt đầu từ 175oC, PF bắt đầu sôi và
bay hơi, sau một thời gian gia nhiệt PF sẽ bay hơi toàn bộ. Như vậy,một đòi hỏi cần
thiết trong quá trình thực nghiệm khi mà PF bay hơi ở nhiệt độ thấp, thiết bị xử lý
phải không có sự bay hơi vì sau khi PF tan trong DMSO nâng nhiệt lên để hòa tan
rơm thì >80oC PF bắt đầu bay hơi, lúc này trong hỗn hợp dung môi PF càng giảm
làm hiệu quả xử lý của dung môi giảm và một thời điểm khi PF bay hơi hoàn toàn
hiệu quả xử lý này không còn.
Theo nghiên cứu của Timothyl J.Baker và các cộng sự ,1978 cho thấy rằng sự
hòa tan của cellulose trong những dung môi được xây dựng từ formaldehyde có
mức độ hòa tan khác nhau, thường các dung môi này nóng chảy ở khoảng 80-90oC. Trong khoảng nhiệt độ này sự phân hủy cellulose giới hạn ở khoảng 1-2%. PF khi có khoảng nhiệt độ tăng lên (120-125oC) cùng với phương pháp khuấy đảo sự hòa tan của sợi cellulose cotton đạt 5% và 10% hòa tan đối với cellulose với giá trị DP
thấp (khoảng 275). Dựa trên đó, thực nghiệm được tiến hành và xác định nhiệt độ
Qua thực nghiệm xác định, khi bắt đầu cho cellulose vào dung môi, ngay lập
tức hỗn hợp này bắt đầu tản dần ra. Cấu trúc cellulose ban đầu ở các mẫu bị chia
nhỏ thành nhiều phần, tiếp tục gia nhiệt trạng thái hỗn hợp ở các mẫu có sự khác
nhau. Khi >110oC chỉ từ mẫu 2 trở đi tiếp tục có sự chia nhỏ các cấu tử cellulose, ở
mẫu 4 quá trình này diễn ra nhanh hơn trong khi đó ở mẫu 1 hiện tượng này không xảy ra, trạng thái hỗn hợp chỉ có sự tách nhỏ nhiều phần như ban đầu. Điều này có thể giải thích được khi lượng PF quá ít không đủ để tác dụng với cellulose cho vào, thực chất trong quá trình thực nghiệm PF bị bay hơi có thể bám lên thành thiết bị
nên một phần PF cũng bị tổn hao. Cần thiết, trong quá trình thực nghiệm cần tiến
hành lắc liên tục để PF tiếp tục hòa tan trong DMSO, kết hợp và tăng hiệu quả hòa tan.
DMSO–PF hòa tan hết 0,2 (g) cần có một lượng phù hợp. Theo kết quả thực
nghiệm xác địnhở mẫu 2 sau khi các cấu tử cellulose tiếp tục chia nhỏ ra thi bắt đầu
tan, nhưng so sánh với mẫu 3 sau khi các cấu tử cellulose đã chia nhỏ nó bắt đầu tan
và tan hoàn toàn ở nhiệt độ 125oC trong khi mẫu 2 cung cấp nhiệt lên đến 135oC mẫu ban đầu vẫn không tan nữa. Điều này được giải thích do sự bay hơi và hao hụt
dần của PF trong dung môi (một phần PF bàm lên thành thiết bị trong quá trình xử
lý), và lượng PF trong dung môi vẫn chưa đủ để thực hiện quá trình hòa tan cellulose. Một diều khá thú vị, ở mẫu 4 sự hòa tan cellulose lại diễn ra nhanh chóng hơn cả mẫu 3, bắt đầu từ 110oC đã có sự hòa tan cellulose và chỉ tiếp tục gia nhiệt
lên 120oC mẫu cellulose đã hòa tan hoàn toàn.
Dung môi DMSO–PF trước đó đã được thử nghiệm với mẫu rơm rạ chưa qua
xử lý tuy nhiên hiện tượng hòa tan là không xảy ra. Ngược lại với mẫu đã qua tiền
xử lý, DMSO–PF lại làm được điều này, nó có thể được xem là một dung môi hòa tan gián tiếp cho quá trình xử lý lignocellulose rơm rạ tạo đường đơn. Tuy vậy, như đã nói ở trên ở 3,4% PF mẫu cellulose đã hòa tan hoàn toàn nhưng nếu xét tỷ lệ
CH2O:Angl thì chỉ đạt 41:1, do vậy để hiệu suất hòa tan tốt ta có thể tăng nồng độ
(methylol cellulose là một phần trong hệ thống cấu trúc cellulose) được mô tả như
phản ứng hình 3.10.
Hình 3.10: Cơ chế hòa tan cellulose trong DMSO-PF với hệ thống của methylol
cellulose.
Kết luận: tuy không có khả năng hòa tan cấu trúc lignocellulose rơm rạ nhưng
DMSO–PF hòa tan cellullose khá tốt, nó là một dung môi hệu quả cho quá trình xử
lý gián tiếp cấu trúc lignocellulse. Tỷ lệ PF thích hợp để sử dụng là 5% so với
DMSO.