Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát. Trong vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro. Chất hữu cơ chứa chủ yếu cellulose, lignin và hemi - cellulose (90%), ngoài ra có thêm thành phần khác như hợp chất nitơ và vô cơ [44,57].
Việt Nam là nước nông nghiệp và cây lúa đã gắn liền với đời sống người dân bao đời nay. Sau mỗi vụ thu hoạch, vỏ trấu có khắp nơi được người nông dân tận
27
dụng làm chất đốt, trộn với đất sét làm bếp lò, xây vách hoặc đổ đống góc vườn chờ lâu ngày thành phân bón.Ở các nước sản xuất gạo khác như Mỹ, Philippin, Nhật Bản, Trung Quốc, Thái Lan…Vỏ trấu được tận dụng tối đa và được sản xuất tạo ra những sản phẩm có giá trị.Tại Mỹ có nhà máy AgritTecSorbents LSS Plant hoạt động vào năm 2002, nhà mày này sử dụng nguyên liệu vỏ trấu để sản xuất than hoạt tính và silicagen. Tại Philippin, Ấn Độ, Nhật, Thái Lan vỏ trấu được nhiệt phân và được sử dụng bón trực tiếp cho cây lúa. Đặc biệt ở Nhật Bản, tro trấu đã được sử
dụng từ những năm 1910.Tro trấu có chứa trên 80% là silic oxit. Người ta tiến hành
chiết SiO2 bằng dung dịch NaOH hoặc dung dịch axit. SiO2 được chiết từ tro trấu được ứng dụng trong rất nhiều trong các lĩnh vực như:
+ Cung cấp silic cho quá trình tổng hợp zeolite [44,48]: Do hàm lượng silic oxit trong tro trấu khá cao chiếm trên 80% khối lượng, hơn nữa silic oxit được tách từ tro trấu tồn tại dưới dạng vô định hình nên quá trình tổng hợp zeolit diễn ra thuận lợi hơn so với khi dùng silic oxit được tách từ khoáng sét, cao lanh … do silic oxit trong các vật liệu này tồn tại dạng tinh thể.
Đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu ở các nước như: Nhật Bản, Trung Quốc, Thái Lan… đã tổng hợp thành công zeolit từ tro trấu. Tuy nhiên, ở Việt Nam, các đề tài nghiên cứu tổng hợp zeolit từ tro trấu chưa nhiều, chủ yếu tập trung nghiên sử dụng trực tiếp tro trấu làm phân bón, chất đốt, chế tạo than hoạt tính… Do đó, chúng tôi đã chọn đề tài: Tổng hợp zeolit từ tro trấu và nghiên cứu tính chất của chúng, để một lần nữa khẳng định cây lúa ngoài việc cung cấp lương thực, thực phẩm cho con người thì vỏ trấu (phế phẩm được thải ra trong quá trình xay xát lúa) còn có nhiều ứng dụng thực tế khác, góp phần nâng cao giá trị kinh tế cây lúa – một loại cây lương thực chủ yếu của Việt Nam.
+ Làm nhiên liệu cung cấp nhiệt:Không những trấu được sử dụng làm chất đốt trong sinh hoạt hàng ngày mà còn được sử dụng như là một nguồn nguyên liệu thay thế cung cấp nhiệt trong sản xuất với giá rất rẻ. Trung bình 1kg trấu khi đốt sinh ra 3400 kcal bằng 1/3 năng lượng được tạo ra từ dầu nhưng giá lại thấp hơn đến 25 lần [57].
28
+ Sản xuất chất cách nhiệt: Aerogel là thứ bọt silicon chứa khí, được sản xuất lần đầu năm 1931 với giá tương đương 3.000 USD mỗi kg. Giá cao làm hạn chế phạm vi áp dụng mặc dù khả năng cách nhiệt, nghĩa là ngăn cản truyền nhiệt chênh lệch từ bên này qua bên kia, cao gấp 10 lần các chất cách nhiệt làm từ dầu mỏ. Ngày nay, aerogel đã được sản xuất thành công từ tro trấu, lần đầu tiên được thực hiện ở Đại học công nghệ Malaysia (UTM) bởi nữ giáo sư Halimaton Hamdan, bà đã tách loại thành công hạt tro silic màu trắng hoạt tính cao thu thập từ việc đốt vỏ trấu. Công nghệ mới này làm hạ giá thành aerogel từ 1.300 xuống còn 125 USD mỗi cân Anh, với hiệu suất cách nhiệt cao gấp 37 lần so với lớp sợi thủy tinh.
+ Làm vật liệu xây dựng: Vỏ trấu nghiền mịn và có thể được trộn với các thành phần khác như mụn dừa, hạt xốp, xi măng, phụ gia và lưới sợi thuỷ tinh. Trọng lượng của vật liệu nhẹ hơn gạch xây thông thường khoảng 50% ,có tính cách âm, cách nhiệt và không thấm nước cao. Đây là vật liệu thích hợp với các vùng như miền Tây, miền Trung bị ngập úng, lũ lụt và nền đất yếu. Sau khi sử dụng có thể nghiền nát để tái chế lại [57].
+ Chế tạo than hoạt tính:Than hoạt tính được tổng hợp từ vỏ trấu bằng phương pháp hoạt hóa sử dụng các chất hoạt tính như KOH, NaOH, hỗn hợp (NaOH + Na2CO3). Với diện tích bề mặt riêng khoảng 2.000 m2/g và độ xốp cao, than hoạt tính có thể hấp thụ lượng lớn ion đã được áp dụng làm điện cực trong siêu tụ điện hoặc tụ điện lớp kép (EDLC).Ngoài ra, nó còn được sử dụng để hấp thụ các kim loại nặng, các tạp chất bẩn …trong quá trình xử lí nước thải [57].
+ Làm phân bón cho cây trồng:Nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới đã chứng minh rằng, vỏ trấu nếu được sử dụng hợp lý sẽ là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng rất tốt cho các loại cây trồng. Khi chưa được nhiệt phân, thành phần lignin, cellulose cao trong vỏ trấu sẽ rất khó phân hủy. Khi nhiệt phân, sẽ diễn ra quá trình phân hủy các chất hữu cơ như lignin, cellulose và để lại một lượng dư các chất dinh
29
magnesium (Mg), và các nguyên tố vi lượng quan trọng cần thiết cho sự phát triển của cây trồng. Ngoài ra, nó còn có tác dụng diệt trùng và ức chế sự phát triển của các sinh vật gây bệnh cho cây trồng [57].
Chất nền cho các loại phân bón hữu cơ
Khi kết hợp với một số loại phân bón khác, tro trấu sẽ cung cấp nguồn cacbon cho các vi sinh vật đảm bảo sự cân bằng hàm lượng nitơ có trong đất.
Chất cải thiện đất trồng
- Khi sử dụng 130 kg vỏ trấu nhiệt phân trên 1 ha đất sẽ giúp cây lúa sinh trưởng tốt hơn.
- Bảo dưỡng các chất hữu cơ có trong đất là điều kiện cần thiết để duy trì hệ sinh thái đất và tránh nguy cơ suy thái đất trồng nhanh.
- Giúp bổ sung các chất dinh dưỡng kali, phốt pho, magiê, canxi và các nguyên tố vi lượng khác trong đất đã bị mất canh tác liên tục.
- Cải thiện cấu trúc đất bằng cách tăng mật độ tơi xốp, tăng khả năng giữ nước và dưỡng khí.
- Do có độ xốp cao nên cây non khi gieo trồng sẽ mọc rễ nhanh hơn, cây phát triển ổn định và khỏe.
Chất nền diệt khuẩn
- Khi trộn 30% tro trấu với các chất diệt khuẩn, tính kháng khuẩn sẽ tăng lên, ức chế sự phát triển của các sinh vật gây bệnh như E. coli, salmonella, đồng thời vỏ trấu nhiệt phân là môi trường sống tốt cho các loại sinh vật có ích, tăng hiệu quả cho quá trình ủ đất.
- Do có màu đen tự nhiên, vỏ trấu nhiệt phân có tác dụng hấp thụ ánh sáng mặt trời, giữ nhiệt cho đất.
- Do có chứa hàm lượng Si cao, nên khi sử dụng tro trấu, các loại ốc vàng gây hại cho cây trồng có thể bị loại bỏ.
- Tro trấu cũng có thể mang lại lợi ích trong việc trồng cây cảnh. Nó có thể làmcho bệnh nhiễm trùng gây ra bởi các sinh vật ký sinh giảm đi đáng kể.Khi trộn với phân hữu cơ, tro trấu là một chất lý tưởng cho việc nảy mầm của hạt giống cây cảnh.
30
+ Sản xuất sơn nano từ vỏ trấu :PSG – TS Nguyễn Thị Hòa đã nghiên cứu tổng hợp thành công sơn nano từ vỏ trấu có khả năng ứng dụng trong việc sản xuất áo giáp chống đạn có khả năng chống đạn vượt trội hơn so với loại áo giáp được sử dụng hiện nay trên thế giới nhưng trọng lượng nhẹ chỉ bằng 1/3 và giá thành rẻ hơn nhiều.Ngoài ra sơn nano từ vỏ trấu còn thành công trong việc chống cháy bảo vệ bề
mặt bê tông, thép, gỗ dưới sức nóng khoảng 10000C trong sáu giờ, tạo ra sơn kháng
khuẩn có khả năng diệt vi khuẩn kể cả những loại khó diệt nhất.
+ Sản xuất hóa chất: Vỏ trấu có thể được sử dụng để sản xuất mesoporous sàng phân tử (ví dụ, MCM ), được áp dụng như chất xúc tác cho các phản ứng hóa học khác nhau, như là một hỗ trợ cho hệ thống phân phối thuốc và vật liệu hấp phụ trong xử lý nước thải…
31
CHƢƠNG 2. MỤC ĐÍCH, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU