3.1.1. Chuẩn bị nguyên liệu thí nghiệm
Lõi ngô thải ra sau quá trình sản xuất sẽ được sấy khô, nghiền nhỏ, sau đó được sàng đến kích thước 250 microns bằng rây 60 mesh. Việc sản lọc nguyên liệu thô giúp cho qua trình tạo sợi có cấu trúc nano được thuận lợi hơn. Sau quá trình sàng, nguyên liệu sẽ được đem đi say tách 4m ở nhiệt độ 75°C trong 24 giờ. Quá trình sấy nguyên liệu
giúp cho việc bao quản được lâu hơn, chong môc thôi.
Hình 3-1 : Lõi ngô sau khi sàng và sấy khô 3.1.2. Hóa chất sử dụng
Bảng 3-1: Hóa chất sử dụng
Công thức phần Phân tử gam
Hóa chất Tỷ trọng (g/cm?)
tử (g/mol)
Nitric axit HNO3 63,010 1,51
Natri nitrit NaNO2z 68,993 2.17
Sodium hydroxide NaOH 39,997 2,13
22
3.2. Trích xuất sợi nanocellulose bằng phương pháp nitro — oxidation 3.2.1. Chuẩn bị thí nghiệm
“ Thành phan nguyên liệu và hóa chất sử dung7
- Lõi ngô say khô 6gram
- HNO: 7,5M : 60m]
- NaNO: : 0,96 gram
% Dung cu - Bình cầu 3 cô
- Bình định mức 500m]
- Becher 1000ml - Becher 500ml - Becher 100m1 - Erlen 250ml
ơ Đũa thủy tinh
- Musing thủy tinh - Phéu thủy tinh
- Cá từ
- Ong sinh han
- Parafirm
- Gang tay cao su
s* Thiét bị sử dụng
5 Tủ sấy UN55(Memmert, Đức) - May khuấy từ gia nhiệt FailFull
- May li tam
- May đánh siêu âm
- Cân phân tích 4 số lẻ
- May do Ph
23
3.2.2. Tiến hành thí nghiệm
3.2.2.1. Sơ đồ khối tiễn trình thí nghiệm
Bột lõi ngô
T=709C
HNO; 7,5M t= 10 phút
T=709C NaNO; t=6 giờ
Nước cất Gan, rửa (4 lần)
Ly tâm(4 lần)
Trung hòa NaOH 1%
Say đông khô
(Freeze dryer)
Hình 3-2 : Sơ đồ quy trình trích xuất nanocellulose 3.2.2.2. Thuyết minh quy trình
Lắp hệ thống phản ứng như hình vẽ. Dé trích xuất sợi nanocellulose theo phương pháp nitric, thiết bị được sử dụng chính là máy khuấy từ gia nhiệt với tốc độ 500 vòng/phút.
Pha axit nitric ở nồng độ 7,5M sau khi định mức xong, rút 60ml axit cho vào bình cầu 3 cô (lượng axit nitric thực tế cho vào được liệt kê trong bảng khảo sát các yếu tô anh hưởng đến quá trình trích xuất vật liệu nanocellulose) trên bếp điện từ, gia nhiệt sau cho nhiệt độ dung dịch đạt đến 70°C trong 10 phút thì cho 6 gam mau sinh khối lõi ngô chưa qua xử lý được cho vào bình cầu phản ứng. Hệ phản ứng được thực hiện trong môi trường đun cách thủy. Tiếp sau đó 10 phút, cho thêm 0,96 gram muối
24
NaNO} vào trong hỗn hợp phản ứng dưới sự khuấy liên tục. Các miệng của bình cầu
day tròn được đậy kính vì, Khi thêm Natri nitrit vào, khói đỏ hình thành bên trong bình
có thé thoát ra ngài. Phan ứng được thực hiện trong 6 giờ và giữ 6n định nhiệt độ phản
ứng ở 70°C.
Hình 3-3 : Hình minh họa lắp hệ thong phan ứng
Sau 6 giờ, phản ứng kết thúc và được dap tắt bằng cách đồ mẫu ra cốc 1000ml có đựng sẵn 500ml nước, thực hiện quá trình đồ mẫu trong tủ hút. khi sản phẩm cuối cùng được cân bằng, chất lỏng phía trên được loại bỏ để loại bỏ axit dư thừa. Bước gạn này được thực hiện lặp lại 3-4 lần cho đến khi sợi bắt đầu lơ lửng trong nước.
2Ó
Hình 3-4 : Lõi ngô sau phản ứng
Sau đó, sản phẩm thu hồi được rửa sạch bằng nước và ly tâm. Chia lượng mẫu trong cốc vào 4 đến 8 ống li tâm cho đều nhau, đỗ nước cất vào các ống li tâm sao cho khối lượng mỗi ống bằng nhau. Thực hiện quá trình li tâm ở tốc độ 6000 vòng/phút, li tâm trong thời gian 15 phút. Lap lại quá trinh li tâm 4 lần cho đến khi pH của huyền phù
trên 2,5. Vì giá trị pH của sợi nanocellulose tạo thảnh là từ 2,8-3,0 do sự hiện diện của
các nhóm (-COOH) và có sự kết tụ nên được sử lý tách sợi nano bằng máy đánh siêu âm ở 60w trong 10 phút. Sau đó, huyền phù được xử lý bằng NaOH 1% cho đến khi dat pH trung tinh dé tạo các nhóm cacboxylat (-COO-) với các điện tích ion.
26
Hình 3-6 : Mẫu sau khi trung hòa được bảo quan ớ nhiệt độ 5°C ở dạng huyền phù, sấy thăng hoa trong 24 giờ ở dạng khô.
3.3. Các phương pháp phân tích
3.3.1. Phương pháp hién vi điện tử quét (SEM)
Kỹ thuật hiển vi điện tử quét cho phép quan sát và đánh giá đặc trưng hình thái học của vật liệu trong khoảng kích thước từ nanomet đến micromet. Các mẫu được xử lý say đông khô dé loại bỏ hoàn toàn độ ẩm cũng như giữ được hình thái, cấu trúc phân bồ chính xác nhất của mẫu.
Trong đề tài này, mẫu phân tích hiển vi điện tử được đối với sợ nanocellulose thu được đo đạc sử dụng thiết bi SEM model JSM6400. Các mẫu trước khi đo đạc được phủ vàng bằng thiết bi phan xạ chân không. Các mẫu được quan sát sử dụng thé xúc tiến
20kV.
3.3.2. Phương pháp phân tích nhiệt (TGA)
Phép đo TGA nhằm xác định: độ bền nhiệt, khối lượng bị mắt trong quá trình chuyền pha, khối lượng bị mat theo thời gian và theo nhiệt độ do quá trình khử nước hoặc
phân ly.
Trong đề tài này, độ bền nhiệt của mẫu thô chưa qua xử lý và sợi nanocellulose thu được được thực hiện trong môi trường nitrogen lỏng, với tốc độ dòng chảy 100ml/phút. Tốc độ gia nhiệt được duy trì với tốc độ không đổi 10°C/phút. Vùng khảo sát nhiệt từ 50°C đến 800°C bằng may phân tích nhiệt Labsys Evo S60/58988 tại
21
phòng thí nghiệm Viện Khoa Học Vật Liệu thuộc Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam.
3.3.3. Phương pháp xác định độ kết tinh (XRD)
Phướng pháp nhiễu xạ tia X là một phướng pháp hiện đại được ứng dụng trong việc
phân tích các đặc trưng về cấu trúc tinh thé,, kích thước hạt tinh thé và chi số độ kết tinh của tinh thé một các nhanh chóng và chính xác.
Trong đề tài này, chỉ số về độ kết tinh của lõi ngô trước và sau khi xử lý được tiến hành đo trên máy nhiễu xạ tia X EMPYREAN - Hãng PANalytical tại phòng thí
nghiệm Viện Khoa Học Vật Liệu thuộc Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam.
Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X đối với sợi nanocellulose được phân tích dưới
bức xa CuK tại điện áp hoạt động và dòng điện tương ứng là 40 kV và 40mA. Các
cường độ nhiễu xạ được ghi lại trong khoảng từ 5° đến 40°.
3.3.4. Quang pho hồng ngoại biến đối Fourier (FT-IR)
Phương pháp FT - IR (Fourrier Transformation InfraRed) hoạt động dựa trên sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại của vật chất cần nghiên cứu. Phương pháp này ghi nhận các dao động đặc trưng của các liên kết hóa học giữa các nguyên tử, cho phép phân tích với hàm lượng chất mẫu rất thấp và có thé phân tích cấu trúc, định tính và cả định lượng.
Trong dé tài này, Cấu trúc của vật liệu được nghiên cứu bằng phân tích phố hồng ngoại trên máy phố hồng ngoại GXPerkinElmer- USA trong vùng từ 450 + 4000 cm-1,
tại phòng thí nghiệm Viện Khoa Học Vật Liệu thuộc Viện Hàn Lâm Khoa Học va Công Nghệ Việt Nam.
28