3.4.3.1. Nguyên lý
Xử lý biomass với lần lượt với các loại hóa chất khác nhau nằm loại bỏ lần lượt các thành phần trong biomass. Thông qua đó, giúp xác định các thành phần xơ sợi chính trong biomass gồm cellulose, hemicellulose và lignin.
3.4.3.2. Hóa chất sử dụng
a) Tách chất béo : Dung dịch ethanol/benzene với tỷ lệ 1:2 b) Dung dịch NDS ( Neutral detergent solution)
Trang 56
Bảng 3.10: Thành phần NDS.
STT Hóa chất Lượng
1 Nước cất 1L
2 EDTA 18.61g
3 Natri tetraborat decahydrate 6.81g
4 Natri dodecyl Sulfate 30g
5 2_ethoxyethanol 10ml
6 Dinatri hydrophosphate 4.56g
Trước tiên hòa tan 2 và 3 vào 1; sau đó hòa tan 4 và 5 vào dung dịch vừa pha, cuối cùng hòa tan 6 vào dung dịch. Dung dịch thu được có pH trung tính (6.9-7.1). c) Dung dịch ADS :
─ Acid sulfuric (96∼98%) : 49,04g
─ CTAB (cetyl trimethylammonium bromide) : 20g
Hòa tan hai chất trên vào nước, sau đó định mức đến 1L, sử dụng bình định mức. d) Các hóa chất khác
─ Decahydronaphtalene (hỗn hợp của cis và trans)
─ Natri sulfite
─ Acetone
3.4.3.3. Trình tự tiến hành a) Chuẩn bị mẫu
─ Sấy khô biomass trong tủ sấy ở nhiệt độ 1050C.
─ Cắt nhỏ mẫu, sử dụng máy nghiền. Trong đề tài này, bã mía được cắt nhỏđến kích thước cần thiết bằng cối xay thịt.
─ Chiết tách các chất béo có trong mẫu, sử dụng soxhlet với hệ dung môi ethanol/benzene.
─ Làm khô dung môi.
Trang 57 b) Tách chất béo bằng dung môi ethanol/benzene
─ Cân 10g mẫu đã được cắt nhỏ và sấy khô, cho vào Glass fiber filter (GFF), cân khối lượng GFF có mẫu W’1 = (các thành phần khác của biomass + GFF + chất béo)
─ Chuẩn bị 300 ml hệ dung môi Ethanol/Benzene với tỷ lệ 1:2. Cho vào bình cầu có dung tích 500ml
─ Đặt bộ lọc sợi thủy tinh vào soxhlet, lắp bộ soxhlet (như hình 3.3)
─ Đun cho dung môi sôi (800
C) trong vòng 6 giờ.
─ Lấy GFF ra khỏi soxhlet, sấy trong tủ sấy ở nhiệt độ 1050C trong vòng 8 giờ.
─ Cân lại khối lượng GFF, W’2 = (các thành phần khác của biomass + GFF)
─ Tính lượng chất béo đã tách ra
W’ = W’1 – W’2
c) Phân tích thành phần NDS
Bước phân tích này nhằm đo tổng lượng xơ sợi (hemcellulose, cellulose và lignin) trong biomass. Bằng cách cho biomass phản ứng với NDS, NDS là một hệ chất có tác dụng tẩy rửa, hòa tan các chất trích ly, còn lại xơ sợi và tro.
Các bước thực hiện:
─ Cho 100ml dung dịch NDS, 2ml decahydronaphtalene và 0,5g natri sulfite vào 0,5g mẫu. (cân chính xác khối lượng mẫu m1)
─ Lắp hệ thống gồm sinh hàn như hình 3.4
Trang 58
Hình 3.3 :- Bộ dụng cụ soxhlet Hình 3.4: - Hệ thống phân tích NDS và ADS
─ Đun hỗn hợp sôi (thường cần 5 – 10 phút ban đầu để chỉnh bếp đun) giữ cho hỗn hợp sôi trong vòng 60 phút.
─ Lọc dung dịch bằng phễu Gooch Crucible, sau đó rửa bằng nước sôi (vài lần) và bằng acetone (2 lần).
─ Sấy khô Crucible ở nhiệt độ 1050C trong 8h sau đó cân khối lượng crucible (W1) W1 = xơ sợi (cellulose + cellulose + lignin) + tro + crucible
─ Nung Crucible trong lò nung (500∼5500 C) trong 3 giờ, sau đó để nguội lò nung và cân lại khối lượng Crucible (W2)
W2 = tro + crucible.
─ Tính khối lượng xơ sợi: xơ sợi (cellulose + hemicellulose + lignin) = W1 – W2 d) Phân tích thành phần ADS
─ Bước này nhằm xác định phần cellulose và lignin trong biomass. Bằng cách cho biomass phản ứng với dung dịch ADS, acid trong ADS sẽ thủy phân hemicellulose, CTAB và acid sẽ hòa tan các chất trích ly, phần còn lại là cellulose, lignin, tro.
─ Cho 100ml dung dịch ADS, 2ml decahydronaphtalene vào 1g mẫu. Cân chính xác lại khối lượng mẫu m2.
Trang 59
─ Lắp dụng cụ giống với bước làm NDS.
─ Đun nóng hỗn hợp đến sôi , giữở trạng thái sôi trong 60 phút.
─ Lọc hỗn hợp bằng phễu Gooch Crucible, đồng thời nghiền bã trên phễu lọc bằng đũa thủy tinh và rửa bã bằng nước sôi 2 lần. Sau đó rửa bằng acetone đến khi acetone sau rửa không màu.
─ Sấy khô Crucible ở 1050C, sau 8h, cân khối lượng bã W4 W4 = cellulose + lignin + tro + crucible. e) Phân tích thành phần ADL
─ Bước này nhằm xác định thành phần lignin trong biomass. Bằng cách xử lý bã sau ADS bằng H2SO4 72%, acid này sẽ hòa tan cellulose, chỉ còn lại lignin và tro.
─ Sau khi xác định khối lượng phần ADF (W4), thêm 10ml H2SO4 72% khối lượng vào phễu crucible, đảo trộn và nghiền bằng đủa thủy tinh tạo dạng paste.
─ Sau đó tiếp tục khuấy trộn trong vòng 1 giờ. Để acid và dung dịch H2SO4 và các chất hòa tan chảy tự do xuống, nếu tất cả acid đều chảy xuống trước 1 giờ, cho thêm 10ml acid.
─ Sau khi tất cả acid đã chảy xuống sau 1 giờ, cho thêm 10ml H2SO4. Tiếp tục bước trên 3 lần nữa (3 giờ).
─ Sau đó rửa bã trên crucible với lượng dư nước sôi.
─ Sấy khô crucible trong tủ sấy ở 1050C trong vòng 8 giờ, sau đó cân khối lượng crucible W6
W5 = lignin + tro + crucible
─ Đun crucible trong lò nung, nhiệt độ 500 – 5500C, trong 3 giờ, sau đó cân lại Crucible
W6 = tro + crucible
Trang 60
─ Cân 1g mẫu đã qua cắt nhỏ, rây, sấy khô ở 1050C đến khối lượng không đổi. Cân chính xác khối lượng mẫu và ghi lại (m3)
─ Cho mẫu vào cốc nung và cân khối lượng cốc nung m4.
─ Đem cốc nung ở 500 – 5500C trong 3 giờ, sau đó cân lại khối lượng cốc m5
3.4.3.4. Tính kết quả
% chất béo = mW′
Æẫ × 100%
(với m mẫu là khối lượng mẫu chính xác cân được)
%lignin = ADL = 1 − % béo × W − Wm × 100%
%cellulose = ADF − ADL = Ê1 − % chất béo × W − Wm × 100%
% hemicellulose = NDF − ADF
= 1 − % béo × W − Wm × 100% − %cellulose − %lignin
%tro = m − mm × 100%
% chất trích ly = 100% − % xơ sợi − %tro