Lignin là chất tƣơng đối hoạt động về mặt hóa học do có các nhóm –OH đính với vịng thơm tham gia các phản ứng thế (nitro hóa, clo hóa…), este hóa, oxi hóa. Lignin hịa tan tốt trong kiềm nóng, đây cũng chính là phƣơng pháp tách lignin từ lignin-cellulose.
12
1.1.3 Ứng dụng của bã mía
Trƣớc đây ã mía thƣờng đƣợc phơi khơ làm nhiên liệu đốt lị hoặc làm ột giấy và ván ép dùng trong xây dựng…nên các ứng dụng của ã mía chƣa đƣợc khai thác triệt để. Nếu nhƣ trƣớc đây tận dụng ã mía làm nhiên liệu thơng qua q trình đốt cháy trực tiếp có thể gây ra các vấn đề mơi trƣờng thì trong thời gian gần đây ứng dụng ã mía đƣợc khai thác triệt để hơn nhƣ:
- Sử dụng bã mía trong cơng nghệ trồng nấm linh chi
Tại Trung tâm Công nghệ Sinh học thực vật (Viện di truyền nông nghiệp Việt Nam) đã nghiên cứu thành công đề tài “Nuôi trồng nấm linh chi trên ã mía”. Theo đó nấm linh chi trồng trên bã mía có một số hoạt chất nhóm polysarcarit và một số axit amin khơng thay thế với hàm lƣợng cao hơn trong nấm linh chi trồng trên mùn cƣa. Những hoạt chất này có tác dụng tăng sức đề kháng của cơ thể, điều chỉnh hàm lƣợng cholesterol trong máu. Nấm linh chi đƣợc trồng ở nƣớc ta từ năm 1997 với nguyên liệu là mùn cƣa. Nay mùn cƣa đƣợc thay thế bằng bã mía. Khi trồng nấm trên bã mía thì sản lƣợng nấm tăng lên từ 10 – 15%. Sản lƣợng đạt 45kg nấm khơ trên 1 tấn bã mía. Một tấn mùn cƣa giá 600000 - 700000 đ/tấn, trong khi đó nguồn bã mía hầu nhƣ cho khơng, dân chỉ mất phí vận chuyển. Hiện giá 1kg nấm không dƣới 200.000 đồng [3].
Bã mía sau chế iến khi trồng và thu hoạch nấm trở thành nguồn phân ón hữu cơ chất lƣợng thay thế phân hóa học để cải tạo đất trồng mía. Qua q trình ni cấy, cây nấm sẽ phân hủy mía thành các vi sinh nhờ enzyme. Các chất dinh dƣỡng nấm tiết ra sẽ góp phần phục hồi độ màu của đất, phụ vụ ngành sản xuất đƣờng sạch. - Ứng dụng ã mía trong chăn ni.
Đa phần những hộ chăn ni ở nơng thơn thƣờng khơng có các iện pháp để xử lý nƣớc thải chăn nuôi gia súc, gia cầm. Phần lớn ngƣời dân đều cho nƣớc thải chảy xuống ao, mƣơng, gây ô nhiễm nguồn nƣớc, ảnh hƣởng đến sức khỏe ngƣời dân sinh sống gần đó. Ngƣời dân khơng phải là khơng muốn xử lý nƣớc thải mà vì nếu
13
xây dựng hệ thống xử lý nƣớc thải nhƣ những trang trại chăn ni lớn thì khơng có tiền nên họ chỉ còn cách cho chảy ra ao, mƣơng.
Để giải quyết vấn nạn ơ nhiễm mơi trƣờng vì nƣớc thải chăn nuôi, các em học sinh lớp 12 trƣờng THPT An Lạc Thơn, huyện Kế Sách, tỉnh Sóc Trăng đã tìm ra đƣợc cách để giải quyết vấn đề này. Các em dùng ã mía để lọc nƣớc thải chăn ni trƣớc khi cho thải ra ngồi ao, hồ, kênh, mƣơng. Nguồn nƣớc sau khi lọc này có thể dùng để ni cá [4].
- Sử dụng bã mía tạo ra điện.
Với 1000 tấn mía cho 290 tấn ã, lị hơi cơng suất 24 tấn hơi/giờ, máy phát điện công suất 2MW là đủ để vận hành nhà máy. Ngày nay, khi giá dầu mỏ đắt đỏ và ngày càng cạn kiệt, các nhà máy đƣờng quan tâm nhiều hơn đến việc tiết kiệm điện ằng cách sử dụng lò hơi áp lực cao và tua in đa tầng, hiệu suất cao hơn nhiều. Với lò hơi, tua in hiệu suất cao, sản lƣợng điện sẽ nhiều hơn. Cụ thể, với 1000 tấn mía, lị hơi trên 33 tấn/giờ, máy phát điện sẽ có cơng suất 4 MW. Nhận thấy đƣợc tiềm năng rất lớn từ việc sử dụng ã mía để tạo ra điện, nên hiện nay rất nhiều nhà máy mía đƣờng đầu tƣ thêm hệ thống sản xuất điện từ ã mía khơng chỉ đáp ứng đƣợc nhu cầu dùng điện của nhà máy mà cịn có thể hịa vào mạng lƣới quốc gia với sản lƣợng thật đáng nể.
Việt Nam có 41 nhà máy đƣờng phát điện, tổng cơng suất trên 500 MW, phân ố tại các vùng nông thôn. Tuy nhiên, do thiếu cơ chế hỗ trợ chỉ có 6 dự án đồng phát điện ã mía nối lƣới với tổng công suất 76.5 MW. Tổng mức đầu tƣ của 6 dự án này khoảng 50 triệu USD (suất đầu tƣ ình quân 715.000 USD/MW), tùy theo xuất xứ và trình độ thiết ị. Dự án có suất sinh năng lƣợng tốt nhất đạt trên 50 KWh/tấn mía [5].
Trên thị trƣờng hiện có mặt sản phẩm ã mía nén viên: Bã mía đƣợc đƣa vào máy xay nhuyễn, sấy, rồi đƣa vào máy ép viên tạo thành các viên nén rắn chắc, đƣờng kính 6-8 mm, chiều dài 15-30 mm. Các viên nén này có thể sử dụng trong công
14
nghiệp và dân dụng làm nguồn nhiên liệu đốt cho nhiệt lƣợng từ 4200 - 4700 Kcal/kg.
Các ứng dụng khác của bã mía:
Là nguồn nguyên liệu sản xuất bột giấy.
Làm vật liệu lọc nƣớc tự nhiên, chất hấp thụ kim loại nặng (sau khi đã xử lý bằng phƣơng pháp thích hợp).
Ủ lên men làm thức ăn gia súc thay thế 1 phần cỏ, rơm. Ủ lên men làm phân bón.
Thay thế bột mì: Tại bang Queensland (Australia), bã mía của nhà máy đƣờng (với quy trình hồn tồn khơng sử dụng hóa chất) đƣợc sấy khơ và xay thành sản phẩm. Sản phẩm này đƣợc bán tại thị trƣờng Australia, xuất khẩu sang Nhật Bản và New Zealand. Bột ã mía này đƣợc sử dụng thay thế bột mì đối với những ngƣời khơng thể tiêu hóa đƣợc gluten và cần nhiều chất xơ. Cũng có thể sử dụng bột bã mía thực phẩm này trong xúc xích và thịt xay [6].
Ngồi ra, ã mía cịn đƣợc sử dụng nhƣ chất hấp phụ với chi phí thấp, dễ kiếm để xử lý các chất thải gây ô nhiễm môi trƣờng nhƣ nƣớc thải công nghiệp, dầu tràn… Nhƣ vậy vừa có thể mang lại lợi ích cả về mơi trƣờng và kinh tế. Chính vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng ã mía trong sản xuất chất hấp phụ xử lý chất thải là rất cần thiết.
Tổng quan về axit citric và acid tartaric 1.2
1.2.1 Acid citric
Giới thiệu 1.2.1.1
Acid citric hay axít xitric là một axít hữu cơ yếu. Nó là một chất ảo quản tự nhiên và cũng đƣợc sử dụng để ổ sung vị chua cho thực phẩm hay các loại nƣớc ngọt. Acid citric thƣờng đƣợc tìm thấy trong các loại trái cây thuộc họ cam quýt. Nó là chất ảo quản thực phẩm tự nhiên và thƣờng đƣợc thêm vào thức ăn và đồ uống để
15
làm vị chua. Ở l nh vực hóa sinh thì Acid citric đóng một vai trị trung gian vơ cùng quan trọng trong quá trình trao đổi chất xảy ra trong các vật thể sống.
Ngồi ra acid citric cịn đóng vai trị nhƣ là một chất tẩy rửa, an tồn đối với mơi trƣờng và đồng thời là tác nhân chống oxy hóa. Acid citric tồn tại trong một loạt các loại rau quả, chủ yếu là các loại quả của chi Citrus. Hàm lƣợng của acid citric nằm trong khoảng từ 0.005 mol/L đối với các loài cam và ƣởi chùm tới 0.030 mol/L trong các lồi chanh.
Thơng tin tổng quát
Tên theo IUPAC: 2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylic acid Tên thông thƣờng: axit chanh
Công thức phân tử: C6H8O7 Công thức cấu tạo:
Hình 1.6 Cơng thức cấu tạo của acid citric. Khối lƣợng phân tử: 192.13 g/mol
Nhiệt độ nóng chảy: 153 o C Nhiệt độ sơi: 175 oC (phân hủy)
Tính chất 1.2.1.2
Tính axít của acid citric là do ảnh hƣởng của nhóm car oxyl -COOH, mỗi nhóm car oxyl có thể cho đi một proton để tạo thành ion citrat. Các muối citrat dùng làm dung dịch đệm rất tốt để hạn chế sự thay đổi pH của các dung dịch axít.
16
Các ion citrat kết hợp với các ion kim loại để tạo thành muối, phổ iến nhất là muối canxi citrat dùng làm chất ảo quản và giữ vị cho thực phẩm. Bên cạnh đó ion citrat có thể kết hợp với các ion kim loại tạo thành các phức dùng làm chất ảo quản và làm mềm nƣớc.
Ở nhiệt độ phịng thì axít citric tồn tại ở dạng tinh thể màu trắng dạng ột hoặc ở dạng khan hay là dạng monohydrat có chứa một phân tử nƣớc trong mỗi phân tử của axít citric. Dạng khan thu đƣợc khi axít citric kết tinh trong nƣớc nóng, trái lại dạng monohydrat lại kết tinh trong nƣớc lạnh. Ở nhiệt độ trên 74 oC dạng monohydrat sẽ chuyển sang dạng khan.
Về mặt hóa học thì acid citric cũng có tính chất tƣơng tự nhƣ các axít car oxylic khác. Khi nhiệt độ trên 175 oC thì nó phân hủy tạo thành CO2 và nƣớc.
Ứng dụng 1.2.1.3
Phụ gia thực phẩm
Trong vai trò của một phụ gia thực phẩm, acid citric đƣợc sử dụng nhƣ là chất tạo hƣơng vị và chất bảo quản trong thực phẩm và đồ uống, đặc biệt là các loại đồ uống nhẹ. Nó đƣợc ký hiệu bằng một số E là E330. Các muối citrat của các kim loại khác nhau đƣợc sử dụng để chuyển giao các khống chất này ở dạng có thể sử dụng đƣợc về mặt sinh học trong nhiều chất bổ sung dinh dƣỡng. Các tính chất đệm của các citrat đƣợc sử dụng để kiểm soát pH trong các chất tẩy rửa dùng trong gia đình và trong dƣợc phẩm.
Làm mềm nƣớc
Khả năng của axít citric trong chelat các kim loại làm cho nó trở thành hữu ích trong xà phịng và các loại ột giặt. Bằng sự chelat hóa các kim loại trong nƣớc cứng, nó làm cho các chất tẩy rửa này tạo ọt và làm việc tốt hơn mà không cần phải làm mềm nƣớc. Theo kiểu tƣơng tự, axít citric đƣợc dùng để tái sinh các vật liệu trao đổi ion dùng trong các chất làm mềm nƣớc ởi nó kết tủa các ion kim loại đã tích lũy nhƣ là các phức chất citrat.
17
Acid citric đƣợc dùng trong công nghệ sinh học và công nghiệp dƣợc phẩm để làm sạch ống dẫn thay vì phải dùng acid nitric. Axit nitric ị coi là nguy hiểm và khó xử lý khi sử dụng cho mục đích này, trong khi axit citric thì khơng.
Acid citric đƣợc sử dụng trong công nghệ sinh học và công nghiệp dƣợc phẩm để thụ động hóa các hệ thống ống dẫn cần độ tinh khiết cao (thay cho việc sử dụng axit nitric).
Acid citric đƣợc sử dụng phổ iến nhƣ là chất đệm để làm tăng độ hòa tan của heroin nâu. Các túi nhỏ chứa axit citric sử dụng một lần cũng đƣợc sử dụng nhƣ là tác nhân xui khiến để uộc những ngƣời dùng heroin phải đổi các kim ẩn của mình lấy các kim tiêm sạch nhằm làm giảm khả năng lan truyền AIDS và ệnh viêm gan. Các chất axít hóa khác sử dụng cho heroin nâu là axit ascorbic, axit axetic và axit lactic; khi khơng có chúng, những ngƣời sử dụng ma túy thƣờng thay thế chúng ằng nƣớc chanh hay dấm.
Acid citric là một trong những hóa chất cần thiết cho quá trình tổng hợp Hexametylen triperoxit diamin (HMDT) là một chất dễ phát nổ giống Axeton peroxit, nhạy với nhiệt và ma sát.
Acid citric cũng đƣợc cho vào thành phần của kem để giữ các giọt chất éo tách iệt. Ngồi ra nó cũng đƣợc thêm vào nƣớc ép chanh tƣơi.
Acid citric đƣợc coi là an toàn sử dụng cho thực phẩm ở các quốc gia trên thế giới. Nó là một thành phần tự nhiên có mặt ở hầu hết các vật thể sống, lƣợng dƣ acid citric sẽ ị chuyển hóa và đào thải khỏi cơ thể.
1.2.2 Acid tartaric
Giới thiệu 1.2.2.1
Acid tartaric là một acid hữu cơ tinh thể màu trắng, ngoài tự nhiên có mặt trong nhiều loại thực vật, đặc iệt là nho, chuối, và tamarinds và là một trong các acid chính đƣợc tìm thấy trong rƣợu vang. Acid tartaric đƣợc thêm vào các loại thực phẩm khác để cung cấp hƣơng vị chua, và đƣợc sử dụng nhƣ một chất chống oxy
18
hóa. Các muối của acid tartaric đƣợc gọi là tartrates. Nó là một dẫn xuất dihydroxylacidsuccinic.
Thông tin tổng quát Công thức phân tử C4H6O6
Cơng thức cấu tạo là HOOC-CH(OH)-CH(OH)-COOH
Hình 1.7 Cơng thức cấu tạo của acid tartaric Tên IUPAC: 2,3-dihydroxybutanedioic acid Tên IUPAC: 2,3-dihydroxybutanedioic acid
Tính chất vật lý
Nhiệt độ nóng chảy: 170 oC
Tan trong nƣớc, alcol, ete, acetone
Ứng dụng 1.2.2.2
Là một phụ gia thực phẩm, acid tartaric đƣợc sử dụng nhƣ một chất chống oxy hóa với số E334, tartrates là các phụ gia khác phục vụ nhƣ chất chống oxy hóa hoặc chất nhũ hố.
Hiện nay, có một vài nghiên cứu về việc iến tính acid citric và acid tartaric để làm tăng khả năng hấp phụ nƣớc thải dệt nhuộm và kim loại nặng. Do acid citric và tartaric khá lành tính nên phƣơng pháp này đƣợc nhiều tác giả khác ứng dụng rất hiệu quả cho các phụ phẩm nông nghiệp là các loại vật liệu xốp dễ dàng cho acid citric ngấm vào ên trong.
19
Tổng quan hạt nano sắt từ e3O4 1.3
1.3.1 Cấu trúc
Sắt từ (Fe3O4) tại nhiệt độ phịng chúng có cấu trúc tinh thể spinel thƣờng (thuận) hoặc spinel ngƣợc. Trong mỗi ô, đơn vị cấu trúc của spinel thƣờng, những ion hóa trị 3 chiếm vị trí át diện, những ion hóa trị 2 chiếm các vị trí tứ diện. Cấu trúc spinel ngƣợc đƣợc sắp xếp sao cho một nửa ion Fe3+ ở dạng tứ diện, một nửa số ion Fe3+ còn lại và tất cả số ion Fe2+ ở dạng át diện. Mỗi vị trí át diện có 6 ion O2- lân cận gần nhất sắp xếp trên các góc của khối át diện. Trong khi đó ở vị trí tứ diện có 4 ion O2- lân cận gần nhất sắp xếp trên các góc của khối tứ diện.
Oxit sắt từ có cấu trúc Fe3O4 có cấu trúc spinel nghịch với ơ đơn vị lập phƣơng tâm mặt. Ô đơn vị gồm 56 nguyên tử 32 nguyên tử O2-
, 16 cation Fe3+ và 8 cation Fe2+, dựa vào cấu trúc Fe3O4, các spin của 8 ion Fe3+
chiếm các vị trí tứ diện, sắp xếp ngƣợc chiều và khác nhau về độ lớn so với các spin của 8 ion Fe3+
và 8 ion của Fe2+ ở vị trí át diện. Các ion Fe3+
ở vị trí át diện này ngƣợc chiều với ion Fe3+ ở vị trí tứ diện nên chúng triệt tiêu nhau. Do đó, momen từ tổng cộng là tổng momen từ của ion Fe2+ ở vị trí át diện gây ra. Vậy mỗi phân tử Fe3O4 có momen từ trong các spin trong ion Fe2+ ở vị trí át diện ion gây ra và có độ lớn là 4 . Vì vậy tinh thể Fe3O4 tồn tại tính dị hƣớng vật liệu thể hiện tính siêu thuận từ khi ở kích thƣớc nano đủ nhỏ và ta xem mỗi hạt Fe3O4 nhƣ hạt đơn đômen. Tinh thể Fe3O4 có cấu trúc lập phƣơng, có độ từ hóa ão hịa Ms = 92 A.m2
.kg-1 và nhiệt độ curie khoảng 580 oC.
20
1.3.2 Tính chất đặc trưng
Các chất sắt từ nhƣ: Fe3O4, CoFe3O4, NiFe2O4 là các chất sắt từ điển hình. Các chất này là các chất vốn có momen từ nguyên tử lớn và nhờ tƣơng tác trao đổi giữa các momen từ này, mà chúng định hƣớng song song với nhau theo từng vùng (gọi là các đomen từ tính). Momen từ trong mỗi vùng đó gọi là từ độ tự phát-có ngh a là các chất sắt từ có từ tính nội tại ngay khi khơng có từ trƣờng ngoài. Đây là các nguồn gốc cơ ản tạo nên các tính chất của chất sắt từ.
Vật liệu nghịch từ có độ cảm từ âm và nhỏ (10-6
), vật liệu thuận từ có độ cảm từ dƣơng và nhỏ (10-3–10-5
), vật liệu sắt từ và siêu thuận từ có độ cảm từ dƣơng và rất lớn (104
). Vật liệu sắt từ thƣờng thể hiện tính trễ từ do vật liệu có tính dị hƣớng theo trục tinh thể. Tuy nhiên, nếu kích thƣớc vật liệu nhỏ đi, chuyển động nhiệt sẽ có thể phá vỡ trạng thái trật tự từ giữa các hạt thì vật liệu sắt từ trở thành vật liệu siêu thuận từ. Đặc điểm quan trọng của vật liệu siêu thuận từ là có từ độ lớn khi có từ trƣờng ngồi và mất hết từ tính khi từ trƣờng ngồi ằng khơng. Tính siêu thuận từ là một tính chất rất quan trọng khi ứng dụng hạt nano