Đồ án tốt nghiệp: Khảo sát trích ly lignin từ gỗ cao su (Hevea brasiliensis) bằng NaOH - H2O2 kết hợp một số phương pháp khác

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT TRÍCH LY LIGNIN TỪ GỖ CAO SU (HEVEA BRASILIENSIS) BẰNG NAOH - H2O2 KẾT HỢP MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP KHÁC

Ngành:

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Giảng viên hướng dẫn : NCS.ThS Trần Thị Tưởng An

Sinh viên thực hiện

: Trần Quốc Minh Nguyên

MSSV: 1411100215 Lớp: 14DSH01

TP. Hồ Chí Minh, 2018

LỜI CAM ĐOAN

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC

BÁCH KHOA ĐHQG TP. HỒ CHÍ MINH

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng

dẫn khoa học của Trần Quốc Minh Nguyên. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong

đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. Những

số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá, được chính

tác gải thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo.

Ngoài ra, trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số

liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn

gốc.

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

về nội dung đồ án của mình. Trường Đại học Công Nghệ Tp. Hồ Chí Minh không

liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực

hiện (nếu có).

TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng 08 năm 2018

Tác giả

(ký tên và ghi rõ họ tên)

Trần Quốc Minh Nguyên

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin cảm ơn đến Ban Giám Hiệu Trường Đại học Công Nghệ Tp.

Hồ Chí Minh (HUTECH), Ban Chủ Nhiệm Khoa Viện Khoa Học Ứng Dụng và Bộ

Môn Công Nghệ Sinh Học cùng quý Thầy Cô đã truyền đạt kiến thực cho em trong

suốt quá trình học tập tại trường.

Em xin kính gửi lòng biết ơn sâu sắc và lời cảm ơn chân thành đến Ths.NCS

Trần Thị Tưởng An đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, động viên và tạo mọi điều kiện

thuận lợi nhất trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp tại Phòng thí

nghiệm nhiên liệu sinh học và Biomass – Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc

Gia Tp. Hồ Chí Minh.

Ngoài ra, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ba mẹ đã nuôi dạy, động viên con

trong suốt thời những năm tháng còn ngồi trên ghế nhà trường và tạo mọi điều kiện

tốt nhất cho con trong cuộc sống, tiếp sức cho con hoàn thành tốt đồ án này.

Vì chưa có nhiều kinh nghiệm và thời gian có hạn nên chắc chắn không tránh

khỏi những sai sót. Kính mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý Thầy, Cô

để kiến thức của em ngày càng được hoàn thiện hơn và là hành trang bổ ích cho quá

trình học tập, làm việc sau này.

Cuối cùng, xin kính chúc quý Thầy Cô của trường Đại học Công Nghệ Tp. Hồ

Chí Minh dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý của mình. Đồng

kính chúc quý Thầy Cô, anh chị và các bạn của phòng thí nghiệm Nhiên liệu sinh học

và Biomass, Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh luôn dồi dào

sức khỏe và đạt được nhiều thành công tốt đẹp trong cuộc sống.

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Trần Quốc Minh Nguyên

Đồ án tốt nghiệp

MỤC LỤC

MỤC LỤC ................................................................................................................... i

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................. iv

DANH MỤC BẢNG ................................................................................................... v

DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. vi

MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..................................................................... 3

1.1 Tổng quan về lignin ............................................................................................... 3

1.1.1 Cấu trúc lignocellulose ....................................................................................... 3

1.1.2 Tiền xử lý nguyên liệu ........................................................................................ 8

1.1.3 Thu hồi lignin từ dịch sau xử lý ....................................................................... 11

1.1.4 Ứng dụng lignin ............................................................................................... 16

1.2 Sơ lược về cây cao su (Hevea brasiliensis) ......................................................... 17

1.2.1 Giới thiệu về cây cao su (Hevea brasiliensis) .................................................. 17

1.2.2 Tình hình sản xuất cao su trên thế giới và Việt Nam ....................................... 18

CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 21

2.1 Địa điểm và thời gian thực hiện .......................................................................... 21

2.2 Đối tượng nghiên cứu.......................................................................................... 21

2.3 Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 21

2.4 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị ............................................................................... 21

2.4.1. Hóa chất .......................................................................................................... 21

2.4.2 Dụng cụ ............................................................................................................ 21

2.4.3 Thiết bị ............................................................................................................. 22

i

Đồ án tốt nghiệp

2.5 Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 22

2.5.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm ..................................................................................... 22

2.5.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm ......................................................................... 23

2.5.3 Thu hồi lignin từ dịch sau tiền xử lý ................................................................ 26

2.6 Phương pháp phân tích và tính toán .................................................................... 27

2.6.1 Phương pháp phân tích hàm lượng ẩm ............................................................ 27

2.6.2 Phương pháp phân tích thành phần cellulose, lignocellulose, lignin và hàm

lượng tro trong nguyên liệu biomass......................................................................... 28

2.6.3 Phương pháp xác định hiệu suất thu hồi lignin ................................................ 32

2.6.4. Phương pháp xử lý số và thống kê số liệu ...................................................... 33

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................... 34

3.1 Kết quả phân tích thành phần xơ sợi của gỗ cao su: ........................................... 34

3.2 Kết quả khảo sát quá trình tiền xử lý .................................................................. 34

3.2.1 Kết quả khảo sát nồng độ sodium hydroxide (NaOH) ..................................... 34

3.2.2 Kết quả khảo sát tỉ lệ tác chất/nguyên liệu ....................................................... 36

3.2.3 Kết quả khảo sát thời gian tiền xử lý ............................................................... 37

3.2.4 Kết quả khảo sát tốc độ khuấy đảo trong thời xử lý ........................................ 38

3.2.5 Kết quả tiền xử lý với NaOH và H2O2 riêng lẽ để đối chứng .......................... 39

3.2.6 Kết quả khảo sát tiền xử lý kết hợp NaOH + H2O2 + tia UV .......................... 40

3.2.7 Kết quả khảo sát tiền xử lý NaOH + H2O2 + đánh siêu âm ............................. 40

3.2.8 Kết quả khảo sát tiền xử lý NaOH + H2O2 + áp suất ....................................... 42

3.2.9 Kết quả khảo sát tiền xử NaOH + H2O2 + cao áp ............................................ 43

3.3 Kết quả khảo sát quá trình thu hồi lignin sau tiền xử lý ..................................... 44

3.3.1 Nồng độ lignin có trong dịch sau tiền xử lý ..................................................... 44

3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố pH, nhiệt độ, thời gian đến hiệu suất thu

hồi lignin từ dịch sau tiền xử lý. ............................................................................... 44

3.4 Ứng dụng thử nghiệm làm phụ gia trong sản xuất giấy ...................................... 47

ii

Đồ án tốt nghiệp

3.5 Kết quả chụp quang phổ hồng ngoại FTIR để xác định nhóm chức của lignin

mẫu gỗ cao su ............................................................................................................ 47

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................... 49

Kết luận ..................................................................................................................... 49

Kiến nghị ................................................................................................................... 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 50

PHỤ LỤC .................................................................................................................... 1

PHỤ LỤC A: CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ................................................ 1

PHỤ LỤC B: SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM ...................................................................... 3

iii

Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

AIL: Acid Insoluble Lignin AIR: Acid Insoluble Residue ANRPC: Association of Natural Rubber Producing Countries ANOVA: Analysis of variance ASL: Acid Soluble Lignin CT: Công thức DMSO: Dimethyl sulfoxit DNS: Acid Dinitrosalicilic DP: Degree of Polymerizaion FTIR: Fourier Transform Infrared Radiation GDP: Gross Domestic Product NREL: National Renewable Energy Laboratory ODW: Oven Dry Weight SEM: Scanning Electron Microscope UV: Ultra Violet VRA: Vietnam Rubber Association – Hiệp hội Cao su Việt Nam

iv

Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần của vài loại lignocellulose…………………………………….4

Bảng 1.2 Số lượng các nhóm chức của lignin trên 100 đơn vị phenylpropane………11

Bảng 1.3 Tổng hợp các phương pháp tách chiết lignin……………………………..13

Bảng 1.4 Tình hình sản xuất, xuất nhập khẩu cao su của Việt Nam (2014 – 2016)…21

Bảng 3.1 Phần trăm (%) thành phần xơ sợi trong gỗ cao su…………………………35

v

Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Cấu trúc lignocellulose…………………………………………………….3

Hình 1.2. Các hợp chất cơ bản để xây dựng cấu trúc lignin…………………………4

Hình 1.3. Mô hình cấu trúc của lignin………………………………………………..5

Hình 1.4. Công thức hóa học của cellulose…………………………………………...7

Hình 1.5. Một số cơ chế phản ứng oxy hóa lignin…..………………………………10

Hình 1.6 Liên kết chính (β-O-4) trong cấu trúc lignin………………………………11

Hình 1.7. Sơ đồ quy trình chung trích ly lignin……………………………………..15

Hình 1.8. Một số ứng dụng từ lignin………………………………………………..16

Hình 1.9. Cây cao su Hevea brasiliensis...………………………………………….18

Hình 2.1. Sơ đồ quy trình nghiên cứu……………………………………………….23

Hình 2.2. Sơ đồ phương pháp phân tích sơ sợi……………………………………..29

Hình 3.1. Thành phần xơ sợi của gỗ cao su…………………………………………34

Hình 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến hiệu suất tách lignin…………………35

Hình 3.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ tác chất/nguyên liệu đến hiệu suất tách lignin………36

Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất tách lignin……………………….37

Hình 3.5. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đảo đến hiệu suất tách lignin………………38

Hình 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ tác chất tiền xử lý đến hiệu suất tách lignin……39

Hình 3.7. Ảnh hưởng của tác nhân đánh siêu âm đến hiệu suất tách lignin lần lượt ở

50oC, 60oC, 70oC, 80oC trong 10 phút, 20 phút và 30 phút…………………………41

Hình 3.8. Ảnh hưởng của tác nhân áp suất, nhiệt độ đến hiệu suất tách lignin ở 121oC

và 130oC…………………………………………………………………………….42

Hình 3.9. Ảnh hưởng của pH môi trường đến khả năng kết tủa lignin……………..44

Hình 3.10. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất thu hồi lignin…………………………44

Hình 3.11. Lignin thu được ở pH 3 trong khoảng thời gian khác nhau…………….45

Hình 3.12. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thu hồi lignin………………….45

Hình 3.13. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi lignin……………………46

Hình 3.14. Kết quả chụp SEM cấu trúc bề mặt mẫu lignin…………………………46

Hình 3.15. Ứng dụng thử nghiệm làm giấy…………………………………………47

vi

Đồ án tốt nghiệp

Hình 3.16. Phổ FTIR của lignin……………………………………………….48

vii

Đồ án tốt nghiệp

MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề

Hiện nay, các nhà khoa học trên thế giới đặc biệt quan tâm về vấn đề sử dụng

vật liệu thiên nhiên thay thế vật liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ. Trong đó, lignin từ phế

phụ phẩm đang được quan tâm nhiều bởi vì nó là nguồn sinh khối tái tạo [23].

Việt Nam là một trong những nước sản xuất cao su với sản lượng nhiều nhất

trên thế giới. Các sản phẩm từ cao su được cung cấp ngày càng nhiều hơn đã kéo theo

sự gia tăng của các phế phụ phẩm, nhưng chưa có cách giải quyết hợp lý để sử dụng

nguồn sinh khối hữu cơ một cách có hiệu quả, trong đó phải kể đến cây cao su. Sản

lượng cao su của nước ta vào năm 2017 đạt 1.086.700 tấn trên diện tích 971.600 ha

(Tạp chí cao su) dẫn đến thải ra một lượng lớn phế phụ phẩm cụ thể là cây cao su đã

hết khả năng cho nhựa, mũ. Nếu không xử lý hiệu quả những cây này sẽ gây ảnh

hưởng đến môi trường, hệ sinh thái. Hơn nữa, đây là một sự lãng phí nguồn tài nguyên.

Trong gỗ cao su chứa hơn 20% lignin, đây là hợp chất cao phân tử có nhiều

tính chất đáng quý, có khả năng ứng dụng vào nhiều lĩnh vực. Lignin đã được nghiên

cứu ứng dụng vào một số vật liệu như composite [6,7], chất kết dính [8], phụ gia bê

tông [9], … Đến nay, công trình công bố về tách lignin từ gỗ cao su rất ít, phần lớn là

những công trình công bố về phương pháp tách lignin từ rơm rạ, lúa mì và một số loại

gỗ khác.

Chính vì những lý do trên, dưới sự hướng dẫn của NCS.ThS Trần Thị Tưởng

An tôi thực hiện đề tài: “Khảo sát trích ly lignin từ gỗ cao su (Hevea brasiliensis)

bằng NaOH - H2O2 kết hợp một số phương pháp khác”.

2. Mục tiêu đề tài

Khảo sát trích ly lignin từ gỗ cao su bằng NaOH kết hợp với H2O2 và một số

phương pháp khác.

3. Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng phương pháp tham khảo các tài liệu đã được nghiên cứu trước

đó từ các bài báo khoa học đã được công bố dưới hình thức văn bản và thông tin trên

mạng. Kết quả của đề tài được xử lý và thống kê số liệu bằng phần mềm ANOVA.

1

Đồ án tốt nghiệp

4. Kết quả đạt được

Với mục đích khảo sát tiền xử lý mùn cưa từ gỗ cao su bằng sodium hydroxide

(NaOH) kết hợp với hydrogen peroxide (H2O2) để thu hồi lignin. Kết quả nghiên cứu

trong đề tài cho thấy phương pháp kết hợp NaOH và H2O2 có nhiều ưu điểm trong

việc tách lignin hơn khi sử dụng riêng rẽ NaOH 2% và H2O2 1%. Với điều kiện xử lý:

nồng độ H2O2 1% (w/v) trong môi trường NaOH 2% (w/v). tỉ lệ tác chất/nguyên liệu

là 7/1, thời gian 2 ngày, nhiệt độ phòng (25 – 28 oC), tốc độ lắc 150 vòng/phút. Kết

quả thu được: lượng lignin được tách ra trong quá trình tiền xử lý đạt 16,51%. Trong

khi lượng lignin tách ra khi sử dụng riêng rẽ NaOH 2% và H2O2 1% lần lượt là

11,07%; 1,29%.

Dịch sau quá trình tiền xử lý có nồng độ lignin đạt 5,06 mg/ml. Hiệu suất thu

hồi lignin từ dịch đen bằng phương pháp acid hóa đạt 58,69% với điều kiện pH kết tụ

bằng 3, thời gian 60 phút và nhiệt độ 70 oC.

5. Kết cấu đồ án tốt nghiệp

Đồ án tốt nghiệp gồm 3 chương:

• Chương 1: Tổng quan tài liệu (tổng quan về lignin, tiền xử lý nguyên

liệu, các phương pháp thu hồi lignin, …)

• Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu (các phương pháp tiến

hành thí nghiệm, công thức tính toán, bố trí thí nghiệm)

• Chương 3: Kết quả và bàn luận (kết quả của các thí nghiệm, nhận xét)

2

Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Tổng quan về lignin

Lignin là một trong những thành phần của tế bào thực vật bao bọc xung quanh

các sợi cellulose [5]. Thông thường hàm lượng lignin khoảng 25 – 40%. Trong các

cây lá nhọn chứa 20 - 30%, trong cây lá rộng 20 – 25%, trong các cây cỏ 5 – 9%.

Trong tự nhiên, lignin chủ yếu đóng vai trò chất liên kết trong thành tế bào thực vật,

liên kết chặt chẽ với mạng cellulose và hemicellulose, vì vậy rất khó để có thể tách

lignin ra hoàn toàn [17].

1.1.1 Cấu trúc lignocellulose

Lignocellulose gồm ba thành phần chính: cellulose, hemicellulose và lignin

(hình 1.1). Tỉ lệ giữa các thành phần phụ thuộc vào nguồn lignocellulose. Ngoài ra, tỉ

lệ đó còn phụ thuộc vào tuổi, giai đoạn tăng trưởng, điều kiện sinh trưởng. Theo Hetti

Palonen, về cơ bản trong cấu trúc phân tử của lignocellulose, cellulose tạo thành

khung chính và được bao bọc bởi những chất có chức năng tạo mạng lưới như

hemicelllose và chất kết dính như lignin. Cellulose, hemicellulose và lignin sắp xếp

gần nhau và hình thành liên kết cộng hóa trị với nhau [4].

Hình 1.1. Cấu trúc lignocellulose

(UDSA Agricultural Reasearch Service)

Các mạch cellulose tạo thành các sợi cơ bản. Các sợi này gắn lại với nhau nhờ

hemicellulose tạo thành cấu trúc vi sợi, với chiều rộng khoảng 25nm. Các sợi này

được bao bọc bởi hemicellulose và lignin, giúp bảo vệ cellulose khỏi sự tấn công của

3

Đồ án tốt nghiệp

enzyme cũng như các hóa chất trong quá trình thủy phân [9]. Thành phần của vài loại

lignocellulose được thể hiện ở bảng 2.1.

Bảng 1.1 Thành phần của vài loại lignocellulose

Lignin (%) 16 - 24 25 - 31 20 15 1 13 15 Hemicellulose (%) 25 - 35 25 - 29 30 25 2 14 50 Cellulose (%) 43 - 47 40 - 44 40 35 95 71 30 Nguồn Cây phong Gỗ mềm Bã mía Ngô Bông Sợi đay Rơm rạ

Nguồn: Suchy and Argyropoulos, 2002; Koch,2008

1.1.1.1 Lignin

Lignin là hợp chất racemic với khối lượng phân tử lớn, có đặc tính thơm và kị

nước. Thông qua nghiên cứu xác định độ trùng hợp của lignin, người ta thấy có sự

phân đoạn trong quá trình chiết và phân tử có chứa nhiều loại tiền chất xuất hiện lặp

đi lặp lại một cách ngẫu nhiên trong đó chủ yếu là các mắt xích là dẫn xuất của

phenylpropan [5].

Cấu trúc của lignin được tạo thành chủ yếu từ ba hợp chất cơ bản sau (Hình

1.2):

Hình 1.2. Các hợp chất cơ bản để xây dựng cấu trúc lignin

(Nguồn: Moore và cộng sự,2011)

Cấu trúc của lignin đa dạng, tùy thuộc vào loại gỗ, tuổi của cây và điều kiện

địa lý. Ngoài việc được phân loại theo lignin gỗ cứng, gỗ mềm và cỏ, lignin có thể

được phân thành hai loại chính: guaiacyl lignin và guaiacyl-syringly lignin.

4

Đồ án tốt nghiệp

Gỗ mềm chứa chủ yếu là guaiacyl lignin, gỗ cứng chủ yếu chứa syringly.

Nghiên cứu chỉ ra rằng guaiacyl lignin hạn chế sự trương nở của xơ sợi và vì vậy loại

nguyên liệu đó sẽ khó bị tấn công bởi enzyme hơn syringly lignin [17].

Hình 1.3. Mô hình cấu trúc của lignin

(Nguồn: icfar.ca)

Những nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng lignin hoàn toàn không đồng nhất trong

cấu trúc. Lignin dường như bao gồm vô định hình và các vùng có cấu trúc hình thuôn

hoặc hình cầu. Lignin trong tế bào thực vật bậc cao hơn không có vùng vô định hình.

Các vòng phenyl trong lignin của gỗ mềm được sắp xếp trật tự trên mặt phẳng thành

tế bào. Ngoài ra, cấu trúc hóa học và cấu trúc không gian của lignin đều bị ảnh hưởng

bởi mạng polysaccharide. Việc mô hình hóa động học phân tử cho thấy rằng nhóm

hydroxyl và nhóm methoxyl trong các oligomer tiền lignin sẽ tương tác với vi sợi

cellulose cho dù bản chất của lignin là kỵ nước.

5

Đồ án tốt nghiệp

Nhóm chức ảnh hưởng đến hoạt tính của lignin là nhóm phenolic hydroxyl tự

do, methoxyl, benzylic hydroxyl với các rượu thẳng và nhóm carbonyl. Guaiacyl

lignin chứa nhiều nhóm phenol hydroxyl hơn syringly.

Lignin có liên kết hóa học với thành phần hemicellulose và ngay cả cellulose

(không nhiều) độ bền hóa học của những kiên kết này phụ thuộc vào bản chất liên kết

và cấu trúc hóa học của lignin và những đơn vị đường tham gia liên kết [2]. Carbon

alpha trong cấu trúc hóa phenyl propane là nơi có khả năng tạo liên kết cao nhất với

khối hemicellulose. Ngược lại, các đường nằm ở mạch nhánh như arabinose,

galactose, và acid 4-O-methylglucuronic là các nhóm thường liên kết với lignin. Các

liên kết có thể là ether, ester (liên kết với xylan qua acid 4-O-methy-D-glucuronic),

hay glycocid (phản ứng giữa nhóm khử của hemicellulose và nhóm OH phenolic của

lignin).

Cấu trúc hóa học của lignin rất dễ bị thay đổi trong điều kiện nhiệt độ cao và

pH thấp như điều kiện trong quá trình tiền xử lý bằng hơi nước. Ở nhiệt độ phản ứng

cao hơn 200 oC, lignin bị kết khối thành những phần riêng biệt và tách ra khỏi

cellulose. Những nghiên cứu trước đây cho thấy đối với gỗ cứng, nhóm ether β-O-4

aryl bị phá trong quá trình nổ hơi. Đồng thời, đối với gỗ mềm, quá trình nổ hơi làm

bất hoạt các nhóm hoạt động của lignin ở vị trí α như nhóm hydroxyl hay ether, các

nhóm này bị oxy hóa thành carbonyl hoặc tạo cation benzylic, cation này sẽ tiếp tục

tạo liên kết C-C [2].

1.1.1.2 Cellulose

Cellulose là thành phần chính của vật liệu lignocellulose, công thức tổng quá

là (C6H10O5)n. Cellulose là một polymer mạch thẳng của D-glucose, các D-glucose

được liên kết với nhau bằng liên kết β-1,4-glucoside. Cellulose là một polymer phổ

biến nhất trên Trái Đất, độ trùng hợp đạt được 3.500-10.000 DP [9]. Các nhóm OH ở

hai đầu mạch có tính chất hoàn toàn khác nhau, cấu trúc hemiacetal tại C1 có tính

khử, trong khi đó OH tại C4 có tính chất của rượu [1].

6

Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.4. Công thức hóa học của cellulose

(Nguồn: wikipedia.org)

Các mạch cellulose được liên kết với nhau nhờ liên kết hydro [19], hình thành

hai vùng cấu trúc chính là kết tinh và vô định hình. Trong vùng kết tinh, các phân tử

cellulose liên kết chặt chẽ với nhau nên khó bị tấn công bởi enzyme cũng như hóa

chất. Ngược lại, trong vùng vô định hình, cellulose liên kết không chặt chẽ nên dễ bị

tấn công [9].

1.1.1.3 Hemicellulose

Hemicellulose là một polymer phức tạp và phân nhánh có các thành phần

chính: pentose (β-D-xylose, α-L-arabinose), hexoses (β-D-mannose), β-D-glucose, α-

D-galactose) và urgonic acids (α-D-glucuronic, α-D-4-O-methyl-galacturonic) và α-

D-galacturinic acid) [14]. Cấu tạo của hemicellulose khá phức tạp và đa dạng tùy vào

nguyên liệu, tuy nhiêm có một vài điểm chung:

− Mạch chính của hemicellulose được cấu tạo từ liên kết β-(1,4).

− Xylose là thành phần quan trọng nhất.

− Nhóm thế phổ biến nhất là nhóm acetyl – O liên kết với vị trí 2 hoặc 3.

− Mạch nhánh cấu tạo các nhóm đơn giản, thông thường là disaccharide

hoặc trisaccharide. Sự liên kết này của hemicellulose với các polysaccharide và với

lignin là nhờ các mạch nhánh này. Cũng vì hemicellulose có mạch nhánh nên tồn tại

ở dạng vô định hình vì thế dễ bị thủy phân [9].

7

Đồ án tốt nghiệp

1.1.2 Tiền xử lý nguyên liệu

1.1.2.1 Tiền xử lý bằng kiềm

Xử lý có thể dùng NaOH, Ca(OH)2 hoặc ammoniac để tách lignin và một phần

hemicellulose. Tiền xử lý có thể thực hiện ở nhiệt độ thấp, thời gian dài hoặc nhiệt độ

cao thời gian ngắn. Tiền xử lý bằng kiềm hiệu quả hơn trên các phụ phẩm nông nghiệp

so với gỗ nguyên liệu. Vaccarino và các cộng sự đã nghiên cứu tác độn của SO2,

Na2CO3 và NaOH trên cỏ và thấy rằng lượng lignin giảm nhiều nhất với dung dịch

NaOH 1% ở 120oC [31]. Silverstein và cộng sự nghiên cứu hiệu quả của acid sulfuric,

sodium hydroxide, hydrogen peroxide, ozon đối với thân cây bông. Họ phát hiện rằng

sodium hydroxide có kết quả tách lignin cao nhất (65% với dung dịch NaOH 2% trong

90 phút ở 121oC) và cellulose bị thủy phân với enzyme 60,8% [24]. So với acid hoặc

các chất phản ứng oxi hóa, kiềm là phương pháp hiệu quả nhất trong việc phá vỡ sự

liên kết giữa lignin, hemicellulose và cellulose, và tránh sự phân mảnh của các

polymer hemicellulose. Tiền xử lý bằng kiềm cũng được sử dụng như một phương

pháp tiền xử lý trong sản xuất khí sinh học [16].

1.1.2.2 Tiền xử lý bằng acid

Xử lý lignocellulose bằng acid ở nhiệt độ cao. H2SO4 được nghiên cứu là chủ

yếu, trong khi các acid khác như HCl và acid nitric cũng được nghiên cứu. Tiền xử lý

acid có thể thực hiện ở nhiệt độ cao và nồng độ acid thấp hoặc nhiệt độ thấp và nồng

độ acid cao. Nhiệt độ thấp, nồng độ acid cao có lợi thế rõ ràng về mặt năng lượng so

với khi sử dụng acid loãng, nhiệt độ cao. Tuy nhiên, nồng độ acid cao (ví dụ như 30-

70%) dẫn tới ăn mòn thùng chứa và nguy hiểm. Vì vậy, quá trình này đòi hỏi các công

trình xây dựng hoặc thùng chứa kim loại chịu được ăn mòn acid cao. Sun và Cheng

đã tiền xử lý rơm lúa mạch để sản xuất bioethanol ở 120oC với nồng độ acid sulfuric

(0,6; 0,9; 1,2 và 1,5%) thời gian 30, 60, 90 phút; Sun và Cheng thấy rằng lượng

hemicellulose mất đi tăng khi tăng nồng độ acid và thời gian lưu, tuy nhiên cellulose

hầu như không mất đi sau quá trình tiền xử lý [27].

8

Đồ án tốt nghiệp

1.1.2.3 Phương pháp tiền xử lý bằng sodium hydroxide (NaOH) kết hợp hydrogen

peroxide (H2O2) thực hiện trong quá trình nghiên cứu của đề tài

Đề tài chọn phương pháp hóa học để tiền xử lý gỗ cao su, với việc lựa chọn

những hóa chất và phương pháp xử lý sao cho rẻ nhất, tách được lignin tốt nhất là vấn

đề được quan tâm hàng đầu đến phương pháp tiền xử lý được nghiên cứu trong đồ án

này.

Các loại hóa chất được sử dụng trong nghiên cứu là: NaOH, H2O2 đây là những

hóa chất được sản xuất trên quy mô công nghiệp, giá thành rẻ, công nghệ sản xuất

phổ biến.

Sodium hydroxide (NaOH) là một base mạnh, đã được nhiều nhóm nghiên cứu

dùng để tách lignin ra khỏi lignocellulose. Ưu điểm của tiền lý bằng sodium hydroxide

(NaOH) là có thể giữ lại một lượng lớn glucan và xylan của lignocellulose trong pha

rắn sau tiền xử lý, như vậy lignin còn lại ở pha lỏng sẽ được tách ra hiệu quả hơn.

Hơn nữa, điều kiện tiền xử lý bằng NaOH diễn ra nhẹ nhàng, do đó ngăn ngừa sự hình

thành nhiều hợp chất độc hại như furfural và hydroxymethyl furfural (HMF).

Hydrogen peroxide (H2O2) được biết đến như là một chất oxy hóa mạnh và là

chất tẩy trắng được sử dụng trong ngành công nghiệp giấy, nó cũng có thể tăng cường

hiệu quả thủy phân đường bằng enzyme. Các gốc tự do, bao gồm superoxide và

hydroxyl từ H2O2, có thể thay đổi cấu trúc hemicellulose, loại bỏ lignin.

Phương pháp tiền xử lý kết hợp NaOH, H2O2 giúp cho việc tách lignin được

hiệu quả cao hơn sơ với tiền xử lý bằng từng chất riêng lẻ. Đánh giá hiệu quả tiền xử

lý bằng cách theo dõi các thông số: lượng lignin bị hòa tan so với lượng lignocellulose

từ gỗ cao su ban đầu.

Cơ chế phản ứng oxy hóa lignin bằng alkaline peroxide

Phản ứng phân ly H2O2 trong môi trường kiềm [18]:

Trong môi trường kiềm, H2O2 phân ly thành các anion hydroperoxide (HOO-)

với pKa =11,6.

→ HOO- + H+ H2O2

9

-) bẻ gãy liên kết β-O-4 theo một

Đồ án tốt nghiệp

Các gốc hydroxyl (OH-) và superoxide (O2

vài cơ chế được đề nghị như trong hình 1.5.

-.) [30]; (b) Phản ứng bẻ gãy liên kết ether β-O-4 bằng gốc

Hình 1.5. Một số cơ chế phản ứng oxy hóa lignin : (a) Phản ứng mở vòng

bằng gốc superoxide (O2

hydroxyl OH- [30]; (c) Phản ứng Dakin trong môi trường kiềm [21].

10

Đồ án tốt nghiệp

Anion hydroperoxide có thể phản ứng lại với H2O2 để tạo thành các gốc

hydroxyl (OH) và superoxide (2O-).

- +H2O2

H2O2 + HOO- → OH- + O2

Lignin là một hợp chất phức tạp và không đồng nhất bao gồm các cấu trúc hóa

học khác nhau đã đề cập trước đó, do cơ chế phản ứng loại bỏ lignin bằng alkaline

peroxide được mô tả bằng sự oxy hóa của liên kết ether β-O-4 do liên kết ether β-O-

4 chiếm hơn một nửa trong tổng số các liên kết tạo thành lignin (hình 1.6).

Hình 1.6. Liên kết chính (β-O-4) trong cấu trúc lignin

(Nguồn: chempics.wordpress.com)

1.1.3 Thu hồi lignin từ dịch sau xử lý

1.1.3.1 Các phương pháp thu hồi lignin

a) Phương pháp thu hồi lignin bằng acid

pKa của lignin:

Lignin là một hợp chất phức tạp có nhiều nhóm chức được thống kê ở bảng

1.2.

Bảng 1.2 Số lượng các nhóm chức của lignin trên 100 đơn vị phenylpropane

Nhóm chức Methoxyl Phenolic Benzyl alcohol Carbonyl Số lượng 92-97 15-30 30-40 10-15

Lignin có chứa 15-30 nhóm phenolic trên 100 đơn vị phenylpropane, do đó

lignin có tính acid. Phương trình phân ly của nhóm phenolic trên lignin có được viết

tượng trưng như sau:

L-OH  L-O- + H+ [1]

11

Đồ án tốt nghiệp

Ở đây L là phân tử lignin và –OH là nhóm chức phenolic của lignin. Hằng số

phân ly của nhóm phenolic:

Ka = [L−O−][H+]

→ pKa = -log ([L−O−][H+])

Giá trị pKa của nhóm phenolic phụ thuộc vào đặc điểm cấu trúc và khối lượng

phân tử của lignin, ngoài ra giá trị pKa còn phụ thuộc vào các yếu môi trường xung

quanh như nhiệt độ, nồng độ ion, dung môi sử dụng…

Cơ chế của sự keo tụ lignin:

Lignin có tính chất của hệ keo [19]. Theo thuyết ổn định tĩnh điện [26], độ bền

của lignin trong dung dịch phụ thuộc vào các lực tương tác hút và đẩy giữa chúng.

Nếu là các lực hút: Van der Waals, tương tác kỵ nước,… chiếm ưu thế thì quá trình

kết tụ sẽ xảy ra, trong trường hợp các lực đẩy tĩnh điện giữa các phân tử lignin chiếm

ưu thế, hệ lignin trong dung dịch sẽ được bền hóa.

Cơ chế quá trình kết tụ lignin bằng phương pháp acid hóa có thể được mô tả

như sau: trong môi trường khi pH > pKa (lignin), phản ứng [1] sẽ dịch chuyển theo

chiều thuận phân ly ra các anion phenolate (L-O-). Các anion phenolate mang cùng

điện tích âm đẩy nhau dẫn đến trạng thái bền của lignin. Trong điều kiện môi trường

có pH < pKa, phản ứng [1] dịch chuyển theo chiều nghịch, lúc đó các cation H+ sẽ

trung hòa điện tích âm của anion phenolate làm cho lignin trung hòa về điện. Các lực

đẩy sẽ giảm xuống và sự keo tụ sẽ xảy ra dễn đến kích thước hạt lignin tăng dần.

Trong thực tế, các giá trị pKa của các nhóm phenolic trong lignin rất đa dạng

phụ thuộc vào cấu trúc xung quanh chúng vì vậy việc khảo sát pH để quá trình kết tụ

đạt hiệu suất cao là việc cần thiết.

b) Phương pháp thu hồi lignin bằng siêu lọc

Thu hồi lignin từ dịch đen bằng phương pháp siêu lọc đã được nghiên cứu và

công bố trong những năm gần đây [18,29]. Những nghiên cứu này cho thấy siêu lọc

là một phương pháp khả thi để thu hồi lignin từ dịch sau tiền xử lý. Tuy nhiên, khi so

sánh với phương pháp acid hóa, phương pháp này đòi hỏi kỹ thuật phức tạp nên chi

phí cao.

12

Đồ án tốt nghiệp

1.1.3.2 Các phương pháp thu hồi lignin

Bảng 1.3 Tổng hợp các phương pháp tách chiết lignin

Phương pháp Kết quả

Năm Nhóm tác giả 1979 Alén và cộng sự Nguyên liệu Các loại gỗ mềm Sử dụng khí CO2 và tăng áp suất

2010 ThS.Trần Anh Tuấn Phương pháp kết tủa lignin bằng acid H2SO4

Nước thải dịch đen của công nghiệp sản xuất giấy Tài liệu tham khảo Tên bài báo/website dioxide Carbon precipitation of lignin from pine kraft black. Tappi, 1979. 62: p.108-110. Nghiên cứu quy trình thu hồi lignin trong nước thải dịch đen của công nghiệp sản xuất giấy. Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 24 – 11/2010

gian

Rơm rạ các 2012 K.Minu và cộng sự Thời gian xử lý giảm và đạt hiệu suất thu hồi lignin cao Điều kiện tối ưu cho quá tách trình lingin bằng phương pháp acid là: Acid H2SO4 20% Độ pH 4 Nhiệt độ lắng: 800C Thời lắng: 45 phút thu Lignin được có độ tinh khiết cao liquor

Isolation and purification of lignin and silica from the black generated during the production of bioethanol from rice straw. Biomass and Bioenergy, 2012. 39(0): p. 210-217

2013 Danung cọ Narapkde Cây dầu Kết quả phân tích cho thấy Recovery, and potenial characterstics as use 1. Tiền xử lý với acid loãng để loại bỏ hemicellulose. 2. Lọc lấy phần rắn để tiếp tục xử lý loại bỏ lignin với alkaline/peroxide (1,5% w/w NaOH và 0,5% w/w). 3. Dịch đen sau tiền xử lý với alkaline/peroxide được điều chỉnh pH từ 12 - 13 tới 7 để loại bỏ silica và sau đó tiếp tục hạ pH xuống 3 để thu lignin. Dịch đen đã được acid hóa bằng

13

Đồ án tốt nghiệp

esakul và các cộng sự Crops acid sulfuric 4M tới các giá trị pH 5, 4, 3, 2 để so sánh hiệu quả kết tụ lignin. linerboard coating material of lignin from oil palm emty fruit bunches’ black liquor. Industrial and Products, 2013. 50(0): p.8- 14.

2014 Fraco

Cotana và các cộng sự

Lignin as co-product of second generation bioethanol production from ligno-cellulosic biomass. Energy Procedia Volume 45, 2014, Pages 52-60 Link: http://doi.org/10.1016/j.egy pro.2014.01.007 Chất thải sinh học thu được sau quá trình sinh khối ethanol (Aruno donax L.)

khối rằng lignin lượng thu được tăng khi pH của dịch đen giảm. Khi pH 2, hiệu thu hồi suất lignin đạt 15,54 % tính khối theo lượng phế phẩm của cây cọ dầu. Mẫu ADL2 là nhất. tốt phần Thành của đã nó được xác định và nó là lignin 73% tinh khiết, với dấu vết của các sợi (<2%) và vết tích của tro (0.5%), trong khi nội dung khai là thác 25%

Cách 1: ADL1: Dung dịch acid được ly tâm để loại bỏ hầu hết acid thừa; các kết tủa thu hồi được ngâm trong nước deionized và tcho đến pH trung hoà. Chất rắn sau đó được ly tâm, và làm khô ở 40°C. Cách 2: ADL2: Dung dịch acid được xử lý bằng rắn nước Chất được lọc rửa về đến khi trung hòa. Sau đó, nó được làm khô ở 40°C. Cách 3: ADL3: Dung dịch acid được hòa tan bằng NaOH. Sau khi để lắng và loại bỏ dịch, sau đó ly tâm và làm khô tại 40 °C.

14

Đồ án tốt nghiệp

suất cơ các 2015 Deraca Watkins và cộng sự sợi rạ Rơm lúa rơm mì, thông, cỏ Alfalfa, và lanh Phân hủy acid / hữu hydrogen peroxide (Hỗn hợp acid acid / fomic acetic / nước) lúa mì

lanh

Hiệu lignin (%) Alfalfa 34,00% Rơm 22,65% Rơm 20,40% Sợi 14,88% Khai thác và đặc trừng của lignin từ các nguồn sinh khối khác nhau. Journal of Materials Research and Technology Volume 4, Issue 1, January- March 2015, Pages 26-32 Link: https://www.sciencedirect.c om/science/journal/223878 54

Nguyên liệu

Tiền xử lý

Lọc Bã

Tủa

Rửa tủa

Sấy

Huyền phù

lignin Lignin

Hình 1.7. Sơ đồ quy trình chung trích ly lignin

15

Đồ án tốt nghiệp

1.1.4 Ứng dụng lignin

(a) Ứng dụng làm nhựa đường (b) Ứng dụng làm sợi carbon

(c) Ứng dụng làm chất chống oxy hóa (d) Ứng dụng làm phụ gia bê tông

(e) Ứng dụng để cải thiện hiệu suất của pin

(g) Ứng dụng làm giấy (f) Ứng dụng làm xăng sinh học

Hình 1.8. Một số ứng dụng từ lignin

(The University of Tennessee, Knoxville)

16

Đồ án tốt nghiệp

Do nhu cầu về nhiều sản phẩm rừng chậm, các nhà sản xuất bột giấy và giấy

đang tìm kiếm các ứng dụng mới cho các nguyên liệu có nguồn gốc từ cây. Một chất

như vậy là lignin, đó là "keo" giữ cellulose trong các mô thực vật với nhau.

Lignin là một trong ba thành phần chính được tìm thấy trong thành tế bào của

vật liệu lignocellulose tự nhiên. Lignin được sử dụng phổ biến rộng rãi như là một

sản phẩm phụ chủ yếu của một số ngành công nghiệp như sản xuất giấy, sản xuất

ethanol từ sinh khối ... Các đặc tính ấn tượng của lignin như độ phong phú cao, trọng

lượng nhẹ, thân thiện với môi trường và chất chống oxy hoá, tính chất kháng khuẩn,

và phân huỷ sinh học. Gần đây, lignin đã nổi lên như một tiềm năng thành phần cho

các ứng dụng hỗn hợp polyme, ví dụ như chất ổn định, chất bôi trơn, chất phủ, chất

làm dẻo, chất hoạt động bề mặt, và hydrogel siêu hấp thu thay cho thương mại sử

dụng [28].

Lignin còn có thể được sử dụng làm nguyên liệu tổng hợp dimetyl sulfosite

(DMSO) khi đun nóng lignin với sulfo dioxit hoặc lưu huỳnh [3].

Vanilin là sản phẩm hữu cơ quan trọng thu được bằng cách oxi hóa lignin gỗ

mềm trong môi trường kiềm, còn lignin gỗ cứng cho hỗn hợp Vanilin và Sirigandehit.

Ngoài ra, Sirigandehit có thể sử dụng trong công nghiệp dược phẩm để điều chế thuốc

ngủ [3].

1.2 Sơ lược về cây cao su (Hevea brasiliensis)

1.2.1 Giới thiệu về cây cao su (Hevea brasiliensis)

Cây cao su có tên khoa học là Hevea brasiliensis, được phân loại khoa học như

sau:

Giới (regnum) Plantae

Bộ (ordo) Malpighiales

Họ (familia) Euphorbiaceae

Phân họ (subfamilia) Crotonoideae

Chi (genus) Hevea

Loài (species) H. brasiliensis

17

Đồ án tốt nghiệp

Cao su là một loài cây thân gỗ thuộc về họ Euphorbiaceae và là cây có tầm

quan trọng kinh tế lớn nhất trong chi Hevea. Nó có tầm quan trọng kinh tế lớn là do

chất lỏng chiết ra tựa như nhựa cây của nó (gọi là mủ) có thể được thu thập lại như là

nguồn chủ lực trong sản xuất cao su tự nhiên.

Hình 1.9. Cây cao su Hevea brasiliensis

(Nguồn: https://nhadautu.vn/moi-cay-cao-su-15-tuoi-gia-1-trieu-d3194.html)

Ở nước ta, cây cao su được trồng khắp cả nước nhưng được trồng nhiều nhất

ở các vùng Tây Bắc, Bắc Trung Bộ, Tây Nguyên và Đông Nam Bộ (nguồn: ABS).

Năm 2017, nước ta có sản lượng cao su là 1.086.700 tấn trên diện tích 971.600 ha và

xuất khẩu 1.395.000 tấn đến hơn 80 thị trường, chiếm thị phần thế giới khoảng 12%,

chỉ sau Thái Lan (38%) và Indonesia (27%) (Tạp chí cao su).

1.2.2 Tình hình sản xuất cao su trên thế giới và Việt Nam

1.2.2.1 Tình hình sản xuất cao su trên thế giới

Theo Hiệp hội các nước sản xuất cao su thiên nhiên (ANRPC), trong quý

1/2018, nhu cầu cao su thiên nhiên toàn cầu tăng 7,6% lên 3,361 triệu tấn, trong khi

đó sản lượng tăng 3,3% lên 3,152 triệu tấn (so với 3,051 triệu tấn quý 1 năm ngoái)

do tăng ở Trung Quốc, Philippines, Thái Lan và Campuchia. Dự báo tổng cung cao

su thế giới năm 2018 sẽ đạt 14,3 triệu tấn, tăng 7,2% so với 13,341 triệu tấn năm

2017.

Với tăng trưởng GDP toàn cầu năm 2017 đạt 3,8% – cao nhất kể từ 2011, hy

vọng nhu cầu sẽ tăng thêm nữa để kích thích giá cao su thiên nhiên tăng theo. Những

18

Đồ án tốt nghiệp

hành động như các nước Đông Nam Á (Thái Lan, Indonesia và Malaysia) nỗ lực hạn

chế xuất khẩu cao su thiên nhiên hồi đầu năm nay cũng có thể góp phần kéo giá cao

su thiên nhiên tăng trở lại.

Giá dầu thô đang tiến dần tới mốc 80 USD/thùng và cao su tổng hợp bị giảm

dần sức hấp dẫn đối với các ngành sử dụng nguyên liệu cao su, trong đó có các hãng

sản xuất lốp xe, thúc đẩy việc tăng cường sử dụng cao su thiên nhiên. Năm 2011, khi

giá dầu thô thế giới vượt mức 100 USD/thùng, giá cao su thiên nhiên tại Ấn Độ cũng

lên cao kỷ lục 243 Rupee (3,57 USD)/kg. Nhưng kể từ đó, giá liên tiếp giảm, xuống

chỉ 95 Rupee (1,40 USD)/kg vào năm 2015. Gần đây, giá cao su thiên nhiên tại Ấn

Độ đang có xu hướng tăng trở lại, vượt mức 120 Rupee (1,76 USD)/kg sau khi dầu

thô lên mức cao nhất kể từ 2014. Việc Mỹ rút khỏi thỏa thuận hạt nhân Iran dự báo sẽ

còn khiến cho thị trường dầu mỏ nóng thêm nữa.

Về những yếu tố khác tác động lên giá cao su thiên nhiên, chuyên gia của Tổng

cục Cao su Ấn Độ (Rubber Board of India) cho biết, nhu cầu cao su thiên nhiên của

Trung Quốc và tỷ giá hối đoái cũng có vai trò quan trọng quyết định giá cao su thiên

nhiên. Trung Quốc là nước tiêu thụ cao su thiên nhiên lớn nhất thế giới, sử dụng

khoảng 40% tổng sản lượng toàn cầu. Sau nhiều thập kỷ tăng trưởng với tốc độ cao

và dựa vào xuất khẩu, kinh tế toàn cầu suy yếu đã buộc Trung Quốc phải dần chuyển

đổi nền kinh tế sang dựa vào tiêu thụ nội địa. Do đó, nhu cầu các loại hàng hóa, trong

đó có cao su, đã chậm lại. Tuy nhiên nhu cầu từ thị trường này đang ổn định dần trong

bối cảnh kinh tế đạt tốc độ tăng trưởng ổn định trong mấy quý vừa qua.

Tại Ấn Độ, tỷ giá đồng Rupee so với USD cũng có thể giúp đẩy tăng giá cao

su thiên nhiên nội địa, vì cao su nhập khẩu trở nên kém hấp dẫn hơn. Các nhà sản xuất

Ấn Độ sẽ buộc phải chuyển hướng tới các nhà sản xuất trong nước để có đủ nguyên

liệu đáp ứng nhu cầu, và điều đó sẽ có lợi cho người trồng cao su nước này. Tuy nhiên,

cao su khối tại các thị trường Đông Nam Á hiện vẫn rẻ hơn 25 – 30 Rupee (0,37 –

0,44 USD)/kg so với cao su tờ Ấn Độ. Do đó, cao su khối vẫn chiếm khoảng 70%

tổng nhập khẩu cao su của các công ty sản xuất lốp xe Ấn Độ.

19

Đồ án tốt nghiệp

Theo Tổng Thư ký Hiệp hội Cao su Ấn Độ, nền kinh tế lớn nhất thế giới – Mỹ

– sẽ tiếp tục tăng trưởng tốt, nhu cầu tiêu thụ các các sản phẩm như ô tô dự báo sẽ

tăng. Khi giá dầu thô tăng, cao su tổng hợp sẽ giảm sức hấp dẫn trong mắt các nhà

sản xuất, và cao su thiên nhiên sẽ trở nên hấp dẫn hơn. Kinh tế Ấn Độ tăng trưởng

cao cũng đã khiến nhu cầu cao su thiên nhiên tại đây tăng mạnh trong mấy năm qua,

vượt mức 1 triệu tấn. Giá cao su thiên nhiên trên thị trường thế giới vẫn thấp hơn so

với tại Ấn Độ nên khối lượng nhập khẩu khá lớn. Tuy nhiên đối với ngành cao su Ấn

Độ, nếu giá cao su thiên nhiên dưới 120 Rupee (1,76 USD)/kg thì vẫn rất khó khăn

cho người trồng cao su để có thể đủ trang trải chi phí sản xuất. Giá cao su cần phải

lên mức 150 Rupee (2,20 USD) mới đủ để người trồng duy trì sản xuất.

1.2.2.2 Tình hình sản xuất cao su ở Việt Nam

Việt Nam là nhà sản xuất cao su tự nhiên lớn thứ 3 thế giới, sau Thái Lan và

Indonesia, và là nước xuất khẩu cao su lớn thứ 4 thế giới, sau Thái Lan, Indonesia và

Malaysia. Thu hoạch mủ tạm ngừng trong tháng 2 – 3 hàng năm để cây tái tạo mủ.

Hoạt động cạo mủ quay trở lại vào cuối tháng 4 và đạt cao điểm vào từ tháng 11. Hơn

500 nhà xuất khẩu đang chiếm 80% tổng sản lượng cao su của Việt Nam. Việt Nam

cũng tạm nhập tái xuất cao su từ Thái Lan, Campuchia và Indonesia. Trung Quốc,

Hàn Quốc và Malaysia là những nước nhập khẩu cao su lớn nhất của Việt Nam trong

4 tháng đầu năm 2017.

Bảng 1.4. Tình hình sản xuất, xuất nhập khẩu cao su của Việt Nam (2014 – 2016)

2016 976.400 1.032.100 2015 958.600 1.012.700 2014 978.900 966.600

Cao su Diện tích trồng (ha) Sản lượng mủ khô – Chính phủ/VRA* (tấn) Nhập khẩu (tấn) Xuất khẩu (tấn) 433.048 1.258.000 390.341 1.137.400 326.500 1.066.000

(Nguồn: www.thitruongcaosu.net)

1.3 Mục tiêu đề tài

Qua sự tham khảo của các tài liệu trên, đề tài hướng đến mục tiêu: Khảo sát

trích ly lignin từ gỗ cao su bằng NaOH - H2O2 kết hợp một số phương pháp khác.

20

Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Địa điểm và thời gian thực hiện

Địa điểm thực hiện: Phòng thí nghiệm nhiên liệu sinh học và Biomass- Trường

ĐHBK TP.HCM - số 268, đường Lý Thường Kiệt, Q.10, TP.HCM.

Thời gian thực hiện: Từ 04/2018 đến 07/2018.

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Các nghiên cứu được thực hiện trên đối tượng cây cao su đã hết cho cao su.

Cây cao su được đem đi xay nhỏ thành dạng mùn cưa ở xưởng gỗ Mộc Lâm, tỉnh

Bình Dương. Thời gian lấy mẫu: tháng 12 năm 2017.

2.3 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu bao gồm:

- Xác định một số thành phần chính của gỗ cao su.

- Khảo sát điều kiện xử lý gỗ cao su để tách lignin bằng các tác chất (NaOH,

H2O2, NaOH + H2O2, NaOH + H2O2+ UV), nồng độ tác chất, tỷ lệ lỏng rắn (tác chất

với nguyên liệu), thời gian xử lý nguyên liệu với tác chất, siêu âm, áp suất, cao áp.

- Khảo sát điều kiện tối ưu để thu hồi lignin từ dịch xử lý.

- Ứng dụng lignin để làm giấy.

2.4 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị

2.4.1. Hóa chất

- NaOH - Ethanol

- Glucose - H2O2

- Xylose - H2SO4

2.4.2 Dụng cụ

- Dụng cụ thủy tinh: becher, erlen, - Micropipette và tips tương ứng.

bình định mức, ống nghiệm, chai lọ, - Bông thấm.

pipettle, ống đong, đĩa petri. - Nồi đun cách thủy.

- Cốc sứ. - pH kế.

- Bình hút ẩm.

21

Đồ án tốt nghiệp

2.4.3 Thiết bị

Các thiết bị phục vụ cho quá trình nghiên cứu

- Nồi hấp tiệt trùng tự động của hãng ALP, Nhật Bản.

- Bể điều nhiệt.

- Lò nung nhiệt độ cao của hãng Nabertherm, Đức.

- Máy lắc ngang HY-4A Trung Quốc.

- Tủ sấy HN 101-1A, Trung Quốc.

- Máy siêu âm Elmasonic S 300 H, Đức.

- Cân điện tử TE 612 của hãng Sartorius, Đức.

- Cân phân tích PA 214 của hãng Ohaus, Mỹ.

- Hệ thống bơm hút chân không Gast, Mỹ.

- Máy cao áp SPAN, Mỹ.

Các thiết bị phân tích:

- Máy đo quang phổ UV-VIS-NIR V770 của hãng Jaco, Nhật Bản.

- Máy đo OD.

2.5 Phương pháp nghiên cứu

2.5.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm

Sơ đồ nghiên cứu được tóm tắt như Hình 2.1

22

Đồ án tốt nghiệp

Yếu tố khảo sát:

Chỉ tiêu đánh - Nồng độ NaOH kết hợp Nguyên liệu giá: với H2O2 1%.

- Độ ẩm. - Tỉ lệ lỏng:rắn.

lượng - Hàm thời - Ảnh hưởng của

glucose.

gian.

lượng - Hàm - Tốc độ khuấy đảo. Xử lý nguyên liệu với tác cellulose. - Kết hợp NaOH + H2O2 + chất - Hàm lượng tro. UV.

- Hàm lượng lignin - Áp suất (NaOH + H2O2)

(AIL +ASL) - Siêu âm (NaOH + H2O2)

- Cao áp (NaOH + H2O2)

Yếu tố khảo sát:

- pH. Thu hồi lignin

- Thời gian.

- Nhiệt độ.

.

Lignin

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình nghiên cứu.

2.5.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm

2.5.2.1 Bố trí thí nghiệm

Thí nghiệm 1: Khảo sát sự tác động kết hợp của nồng độ NaOH trong môi

trường H2O2 1% (w/v) đến khả năng tách lignin.

Cách tiến hành: Lấy 2 g bột gỗ cao su cho vào chai, bổ sung thêm 40 ml hỗn

hợp của NaOH với các nồng độ thay đổi: 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1; 2; 3% (w/v) và H2O2

1% (w/v), sau đó lắc với tốc độ 150 vòng/phút, ở nhiệt độ phòng (25 – 28 oC), trong

23

Đồ án tốt nghiệp

3 giờ. Mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần, kết quả là giá trị trung bình của 3 lần đo.

Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ tác chất/nguyên liệu (ml/g) đến khả năng

tách lignin.

Cách tiến hành: Lấy 10 g bột gỗ cao su cho vào chai, bổ sung thêm V ml (với

các mức thể tích: 50; 70; 90; 110; 130 ml tương ứng với tỉ lệ tác chất/nguyên liệu:

5/1, 7/1, 9/1, 11/1, 13/1 ml/g) hỗn hợp của NaOH (sử dụng nồng độ thích hợp nhất

như đã khảo sát ở thí nghiệm 1) và H2O2 1% (w/v), sau đó cho lắc với tốc độ 150

vòng/phút, ở nhiệt độ phòng (25 – 28 oC), trong 3 giờ. Mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần,

kết quả là giá trị trung bình của 3 lần đo.

Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiền xử lý đến khả năng tách

lignin.

Cách tiến hành: Lấy 10 g bột gỗ cao su cho vào chai, bổ sung thêm V ml (tính

theo tỉ lệ tác chất/nguyên liệu như đã khảo sát ở thí nghiệm 2) hỗn hợp của NaOH (sử

dụng nồng độ thích hợp nhất như đã khảo sát ở thí nghiệm 1) và H2O2 1% w/v. Sau

đó cho lắc với tốc độ 150 vòng/phút. Lần lượt lấy mẫu tại các thời điểm: 1 ngày; 2

ngày; 3 ngày; 4 ngày; 5 ngày, ở nhiệt độ phòng (25 - 28 oC). Mỗi nghiệm thức lặp lại

3 lần, kết quả là giá trị trung bình của 3 lần đo.

Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đảo đến đến khả năng

tách lignin.

Cách tiến hành: Lấy 10 g bột gỗ cao su cho vào chai, bổ sung thêm V ml (tính

theo tỉ lệ tác chất/nguyên liệu như đã khảo sát ở thí nghiệm 2) hỗn hợp của NaOH (sử

dụng nồng độ thích hợp nhất như đã khảo sát ở thí nghiệm 1) và H2O2 1% w/v. Sau

đó cho lắc với tốc độ lần lượt 0, 90, 120, 150, 180 vòng/phút, với thời gian thích hợp

nhất đã khảo sát ở thí nghiệm 3, ở nhiệt độ phòng (25 – 28 oC). Mỗi nghiệm thức lặp

lại 3 lần, kết quả là giá trị trung bình của 3 lần đo.

Thí nghiệm 5: Tiền xử lý riêng lẽ với NaOH và H2O2 đến khả năng tách lignin.

Cách tiến hành: Lấy 5 chai có đánh số từ 1 tới 5, mỗi chai cho vào 2 g bột gỗ

cao su. Lần lượt bổ sung thêm vào các chai: 1) 40 ml NaOH 1% w/v; 2) 40 ml H2O2

1% w/v; 3) 40 ml hỗn hợp của NaOH (nồng độ như đã khảo sát ở thí nghiệm 1) và

24

Đồ án tốt nghiệp

H2O2 1% w/v; 4) 40 ml NaOH 3% w/v; 5) 40 ml NaOH 10% w/v, sau đó cho lắc với

tốc độ 150 vòng/phút, nhiệt độ phòng, thời gian 3 giờ. Mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần,

kết quả là giá trị trung bình của 3 lần đo

Thí nghiệm 6: Tiền xử lý với sự kết hợp NaOH + H2O2 + tia UV.

Cách tiến hành: Cho 5 g bột gỗ cao su cho vào chai, bổ sung thêm V ml (tính

theo tỉ lệ tác chất/nguyên liệu như đã khảo sát ở thí nghiệm 2) hỗn hợp của NaOH (sử

dụng nồng độ thích hợp nhất như đã khảo sát ở thí nghiệm 1) và H2O2 1% w/v, khởi

động đèn UV, để trong thời gian 4 giờ. Nghiệm thức lặp lại 3 lần, kết quả là giá trị

trung bình của 3 lần đo.

Thí nghiệm 7: Khảo sát tiền xử lý kết hợp NaOH + H2O2 + đánh siêu âm.

Cách tiến hành: Lấy 5 g bột gỗ cao su cho vào chai, bổ sung thêm V ml (tính

theo tỉ lệ tác chất/nguyên liệu như đã khảo sát ở thí nghiệm 2) hỗn hợp của NaOH (sử

dụng nồng độ thích hợp nhất như đã khảo sát ở thí nghiệm 1) và H2O2 1% w/v. Sau

đó đặt vào máy đánh siêu âm ở các điều kiện sau: 50 oC (trong 10 phút, 20 phút, 30

phút), 60 oC (trong 10 phút, 20 phút, 30 phút), 70 oC (trong 10 phút, 20 phút, 30 phút),

80 oC (trong 10 phút, 20 phút, 30 phút). Mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần, kết quả là giá

trị trung bình của 3 lần đo.

Thí nghiệm 8: Khảo sát tiền xử lý kết hợp NaOH + H2O2 + máy autoclave.

Cách tiến hành: Lấy 5 g bột gỗ cao su cho vào chai, bổ sung thêm V ml (tính

theo tỉ lệ tác chất/nguyên liệu như đã khảo sát ở thí nghiệm 2) hỗn hợp của NaOH (sử

dụng nồng độ thích hợp nhất như đã khảo sát ở thí nghiệm 1) và H2O2 1% w/v. Sau

đó cho vào máy hấp vô trùng có áp suất 1 atm và các mức thời gian, nhiệt độ sau:

121oC (trong 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút, 60 phút), 130 oC (trong 10

phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút, 60 phút). Mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần, kết

quả là giá trị trung bình của 3 lần đo.

Thí nghiệm 9: Khảo sát tiền xử lý kết hợp NaOH + H2O2 + máy cao áp.

Cách tiến hành: Lấy 5 g bột gỗ cao su cho vào ống cao áp. Bổ sung thêm V ml

(tính theo tỉ lệ tác chất/nguyên liệu như đã khảo sát ở thí nghiệm 2) hỗn hợp của

NaOH (sử dụng nồng độ thích hợp nhất như đã khảo sát ở thí nghiệm 1) và H2O2 1%

25

Đồ án tốt nghiệp

w/v. Sau đó chỉnh nhiệt độ 150 oC trong 15 phút với áp suất duy trì là 350 psi (áp suất

ban đầu khi cho nguyên liệu vào là 200 psi). Nghiệm thức lặp lại 3 lần, kết quả là giá

trị trung bình của 3 lần đo.

2.5.2.2 Chỉ tiêu theo dõi

- Xác định hiệu suất tách lignintrong quá trình tiền xử lý theo công thức

5 ở mục 2.6.2.3.

2.5.3 Thu hồi lignin từ dịch sau tiền xử lý

2.5.3.1 Mục đích thí nghiệm

Tìm điều kiện pH, thời gian và nhiệt độ thích hợp nhất để thu hồi lignin.

2.5.3.2 Cách tiến hành

Sử dụng 200 ml dịch (pH 11 - 12) sau quá trình tiền xử lý gỗ cao su. Điều kiện

tiền xử lý được chọn ra từ kết quả khảo sát đã được tối ưu.

a) Thí nghiệm 1: Khảo sát điều kiện pH tối ưu để hiệu suất thu hồi lignin cao

nhất.

Cách tiến hành: lấy 5 hủ thủy tinh, mỗi hủ cho vào 40ml dịch (pH 11 - 12).

Lần lượt điều chỉnh pH về 5, 4, 3, 2, 1. Sau đó đặt 5 hủ này vào bể điều nhiệt ở 80 oC

trong thời gian 60 phút sau đó lọc chân không lấy kết tủa, rửa sạch acid vô cơ bằng

nước nóng và sấy khô trong tủ sấy ở nhiệt độ 70 oC trong 6 giờ, thu được sản phẩm

là lignin. Sản phẩm thu được đem phân tích phổ hồng ngoại IR để xác định nhóm

chức.

Mỗi nghiệm thức lập lại 3 lần, kết quả là giá trị trung bình của 3 lần đo.

b) Thí nghiệm 2: Khảo sát điều kiện thời gian tối ưu để hiệu suất thu hồi lignin

cao nhất.

Cách tiến hành: lấy 6 hủ thủy tinh, mỗi hủ cho vào 40ml dịch (pH 11 - 12).

Điều chỉnh pH về giá trị pH thích hợp như đã khảo sát ở thí nghiệm 1. Sau đó đặt 6

hủ này vào bể điều nhiệt ở 80 oC trong thời gian lần lượt ở 0, 15, 30, 45, 60, 75 phút.

Sau đó lọc chân không lấy kết tủa, rửa sạch acid vô cơ bằng nước nóng và sấy khô

trong tủ sấy ở nhiệt độ 70 oC trong 6 giờ, thu được sản phẩm là lignin. Sản phẩm thu

được đem phân tích phổ hồng ngoại IR để xác định nhóm chức.

26

Đồ án tốt nghiệp

Mỗi nghiệm thức lập lại 3 lần, kết quả là giá trị trung bình của 3 lần đo.

c) Thí nghiệm 3: Khảo sát điều kiện nhiệt độ tối ưu để hiệu suất thu hồi lignin

cao nhất.

Cách tiến hành: lấy 6 hủ thủy tinh, mỗi hủ cho vào 40 ml dịch (pH 11 - 12).

Điều chỉnh pH về giá trị pH thích hợp như đã khảo sát ở thí nghiệm 1. Sau đó đặt 6

hủ này vào bể điều được điều chỉnh nhiệt độ lần lượt 40, 50, 60, 70, 80, 90 oC trong

thời gian như đã được khảo sát ở thí nghiệm 2. Sau đó lọc chân không lấy kết tủa, rửa

sạch acid vô cơ bằng nước nóng và sấy khô trong tủ sấy ở nhiệt độ 70 oC trong 6 giờ,

thu được sản phẩm là lignin. Sản phẩm thu được đem phân tích phổ hồng ngoại IR để

xác định nhóm chức.

Mỗi nghiệm thức lập lại 3 lần, kết quả là giá trị trung bình của 3 lần đo.

2.5.3.3 Chỉ tiêu theo dõi

- Xác định hiệu suất thu hồi lignin theo công thức 5 ở mục 2.6.2.3.

2.6 Phương pháp phân tích và tính toán

2.6.1 Phương pháp phân tích hàm lượng ẩm

Phương pháp xác định độ ẩm trong mẫu nguyên liệu là dựa trên qui trình của

NREL - National Renewable Energy Laboratory, phòng thí nghiệm năng lượng quốc

gia Hoa Kỳ [33].

Trình tự các bước thực hiện thí nghiệm như sau:

- Đặt cốc sấy trong tủ sấy đối lưu ở 105 ± 3 oC trong ít nhất 4 giờ. Sau đó

mang cốc bỏ vào bình hút ẩm và để nguội (sử dụng găng tay hoặc kẹp để di chuyển

cốc). Cân chính xác khối lượng cốc đến 0,1 mg.

- Cho 0,3 ± 0,1 g mẫu vào trong cốc, cân và ghi lại chính xác khối lượng

mẫu đến 0,1 mg sau đó dùng bút đánh dấu mẫu. Lặp lại ít nhất 3 lần đối với từng mẫu.

- Đặt cốc đã chứa mẫu vào trong tủ sấy đối lưu ở 105 ± 3 oC trong ít nhất

4 giờ. Sau khi sấy xong, đưa cốc từ tủ sấy sang bình hút ẩm và để nguội đến nhiệt độ

phòng. Cân và ghi lại cốc chứa mẫu chính xác đến 0,1 mg.

- Đặt cốc vào trở lại tủ sấy đối lưu ở 105 ± 3 ºC và sấy đến khi khối lượng

không đổi.

27

Đồ án tốt nghiệp

Tính % ẩm:

𝑚1−𝑚2 m

% ẩm = ×100% (CT1)

Trong đó:

m1: khối lượng cốc và mẫu trước khi sấy

m2: khối lượng cốc và mẫu sau khi sấy

m: khối lượng mẫu ban đầu

2.6.2 Phương pháp phân tích thành phần cellulose, lignocellulose, lignin và hàm

lượng tro trong nguyên liệu biomass

2.6.2.1 Nguyên tắc của phương pháp

Phương pháp xác định các thành phần carbohydrate, lignin và tro trong mẫu

nguyên liệu là dựa trên quy trình của NREL. Quy trình này gồm 2 bước thủy phân

acid các mạch polymer cellulose và xylan thành các monomer tương ứng. Bước đầu

tiên là thủy phân bằng acid H2SO4 72% w/w ở 30 oC trong 60 phút. Tiếp theo là thủy

phân trong acid loãng H2SO4 4,0% w/w ở 121 oC, thời gian 60 phút trong nồi hấp

(autoclave). Lignin sẽ chia thành 2 phần: lignin hòa tan trong acid (ASL) và lignin

không hòa tan trong acid (AIL). ASL được xác định bằng phương pháp đo UV-VIS.

Phần rắn còn lại sau quá trình thủy phân (AIR) bao gồm AIL và ASH (tro) sẽ được

nung trong cốc sứ ở 600 oC trong 9 giờ để xác định hàm lượng tro, phần khối lượng

bị mất đi sau khi nung chính là khối lượng AIL. Trải qua quá trình thủy phân mạch

cellulose và xylan sẽ bị thủy phân thành các monomer glucose và xylose tương ứng,

các monomer này tan trong dung dịch thủy phân. Định lượng glucose bằng phương

pháp DNS và cellulose bằng phương pháp Anthrone.

2.6.2.2 Cách tiến hành

Quy trình phân tích xơ sợi được tóm tắt như Hình 2.2.

28

Mẫu gỗ cao su (300,0 ± 10,0 mg)

3 mL H2SO4 72% w/w

Thủy phân lần 1

- Khuấy từ -

30oC, 60 phút

84 mL H2O

Thủy phân lần 2

Hấp tại 121oC, 60

phút

Làm nguội

Lọc chân không

Phần lỏng

Phần 3

Phần 2

Phần 1

Sấy

Phương

Pha loãng

Phương

pháp

pháp DNS

Cân ghi lại

Anthrone

Đồ án tốt nghiệp

khối lượng

Đo UV-VIS tại

bước sóng 240 nm

600 oC,9 giờ

Hàm

lượng

Cân ghi lại

Khối

Hàm lượng

Độ hấp thu

glucose

Nung

lượng

celllulose

A

tro+AIL

khối lượng

.

Hình 2.2. Sơ đồ phương pháp phân tích sơ sợi.

Khối lượng tro

29

Đồ án tốt nghiệp

Trình tự thực hiện thí nghiệm như sau:

Chuẩn bị mẫu phân tích:

- Nung cốc sứ trong lò nung 600 oC ít nhất 4 giờ, sau đó chuyển từ lò nung sang

bình hút ẩm và để nguội trong khoảng thời gian xác định. Cân chính xác cốc sứ đến

0,1 mg và ghi lại giá trị (mcốc).

Sấy giấy lọc ở 105 oC ít nhất 4 giờ. Sau đó cân chính xác đến khối lượng không

đổi.

- Đặt lại cốc sứ vào lò nung ở và nung cốc cho đến khi khối lượng không đổi.

- Cân 300,0 ± 10,0 mg mẫu gỗ cao su vào chai 100 ml có nắp đậy. Ghi khối

lượng mẫu lá thơm chính xác tới 0,1 mg. Đánh dấu thứ tự mẫu.

- Thêm 3 ml acid sulfuric 72% w/w vào mẫu, dùng cá từ để khuấy cho hỗn hợp

đồng đều. Đặt chai chứa mẫu phân tích vào bể điều nhiệt ở 30 ± 3oC trong 60 phút.

- Sau khi kết thúc sự thủy phân trong 60 phút, lấy các chai ra khỏi bể điều nhiệt.

Pha loãng nồng độ acid trong ống nghiệm xuống 4% bằng cách cho thêm 84 ml H2O.

Lắc nhiều lần để dung dịch đồng nhất.

Đặt chai vào trong nồi hấp và hấp ở 121 oC trong 60 phút.

Phân tích mẫu xác định hàm lượng lignin không hòa tan trong acid:

- Mẫu sau khi hấp được lọc chân không thu được dung dịch thủy phân.

- Chuyển dịch vào bình giữ mẫu, mẫu này được dùng để xác định thành phần

lignin hòa tan trong acid cũng như là thành phần carbohydrate.

- Rửa lại phần rắn trong cốc lọc với ít nhất 50 ml nước đề ion. Đặt giấy lọc có

phần rắn này vào cốc đã được nung đến khối lượng không đổi (ở bước chuẩn bị mẫu),

sau đó đem sấy 105 oC cho đến khi khối lượng không đổi, thường ít nhất là 4 giờ và

đem cân khối lượng chính xác đến 0,1 mg.

- Tiếp tục đem mẫu sau sấy đi nung ở 600 °C trong 9 giờ cho đến khi mẫu thành

tro trắng và đem cân khối lượng.

Phân tích mẫu xác định hàm lượng lignin tan trong acid:

30

Đồ án tốt nghiệp

- Dung dịch thu được sau lọc chân không được pha loãng bằng dung dịch acid

sunfuric 4% w/w. Đo mẫu trên máy UV-Vis với bước sóng 240 nm. Lựa chọn độ hấp

thụ nằm trong khoảng từ 0,7 đến 1,0 tương ứng với hệ số pha loãng.

Phân tích xác định thành phần cellulllose và glucose:

- Phương pháp định lượng thành phần cellulose sử dụng Anthrone: cho 5mL

thuốc thử Anthrone vào ống nghiệm chứa 0,5 mL dung dịch thu được sau lọc chân

không. Sau đó nung cách thủy trong 5 phút. Làm lạnh nhanh rồi đi đo OD ở bước

sóng 630 nm.

Dựa vào đồ thị đường chuẩn cellulose xác định được hàm lượng cellulose.

- Phương pháp định lượng đường khử sử dụng thuốc thử Acid Dinitrosalicilic

(DNS): cho 3 mL dung dịch thu được vào ống nghiệm chứa 1 ml dung dich DNS.

Nung cách thủy hỗn hợp trong 15 phút. Làm lạnh nhanh rồi đo OD ở bước sóng

540nm.

Dựa vào đồ thị đường chuẩn cellulose xác định được hàm lượng glucose.

2.6.2.3 Phương pháp tính toán

a) Xác định khối lượng mẫu khô ODW (oven dry weight)

ODW = mmẫu ban đầu - mmẫu ban đầu × % ẩm, (CT2)

Trong đó:

ODW: khối lượng khô của mẫu, g.

mmẫu ban đầu: khối lượng mẫu ban đầu, g.

b) Xác định phần trăm khối lượng rắn không hòa tan trong acid AIR

(acid insoluble residue):

𝑚𝑐ố𝑐+𝐴𝐼𝑅 −𝑚𝑐ố𝑐 𝑂𝐷𝑊

%AIR = 100 (CT3)

Trong đó:

% AIR: phần trăm khối lượng rắn không hòa tan trong acid

mcốc+AIR : khối lượng cốc và mẫu sau khi sấy, g.

mcốc : khối lượng cốc đã chuẩn bị lúc đầu, g.

31

Đồ án tốt nghiệp

c) Xác định phần trăm khối lượng lignin không hòa tan trong acid AIL

(Acid Insoluble Lignin):

(𝑚𝑐ố𝑐+𝐴𝐼𝑅 −𝑚𝑐ố𝑐 )−(𝑚𝑐ố𝑐+𝐴𝑆𝐻−𝑚𝑐ố𝑐 ) 𝑂𝐷𝑊

%AIL = 100 (CT4)

Trong đó:

% AIL: phần trăm khối lượng lignin không hòa tan trong acid.

mcốc+ASH: khối lượng cốc và mẫu sau khi nung, g.

d) Xác định phần trăm khối lượng lignin hòa tan trong acid ASL (acid

soluble lignin)

𝑈𝑉𝑎𝑏𝑠 ×𝑉𝑓 ×𝐷 𝜀×𝑂𝐷𝑊

%ASL = 100 (CT5)

Trong đó:

%ASL: phần trăm khối lượng lignin hòa tan trong acid.

UVabs: là giá trị độ hấp thu trung bình mẫu đo tại 240 nm.

Vf : Thể tích dung dịch sau lọc, mL.

1

D : Hệ số pha loãng mẫu (Dilution)

𝑔×𝑐𝑚

(đo ở bước sóng 240nm) Hệ số hấp thu 𝜀 = 25

e) Hàm lượng lignin chứa trong mẫu

%Lignin = %AIL + %ASL (CT6)

f) Xác định phần trăm khối lượng tro

𝑚𝑐ố𝑐+𝐴𝑆𝐻 −𝑚𝑐ố𝑐 𝑂𝐷𝑊

%ASH = 100 (CT7)

Trong đó:

%ASH: phần trăm khối lượng tro.

2.6.3 Phương pháp xác định hiệu suất thu hồi lignin

2.6.3.1 Cách tiến hành

Mẫu lignin sau khi thu hồi được sấy khô tại 70oC trong thời gian 6 giờ, cân và

xác định khối lượng.

2.6.3.2 Xác định hiệu suất thu hồi lignin

𝑚1 𝑚2

Hiệu suất thu hồi lignin = 100 × (%) (CT8)

32

Đồ án tốt nghiệp

Trong đó:

m1: khối lượng lignin thu hồi được, g.

m2: khối lượng lignin có trong mẫu lỏng, g.

2.6.4. Phương pháp xử lý số và thống kê số liệu

Đề tài sử dụng hệ thống xử lý số liệu ANOVA phân tích phương sai một yếu

tố được tích hợp trong phần mềm Excel của Microsoft Office.

33

Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3.1 Kết quả phân tích thành phần xơ sợi của gỗ cao su:

Kết quả phân tích thành phần xơ sợi của gỗ cao su với độ ẩm phân tích được

là 13,75%.

Bảng 3.1 Phần trăm (%) thành phần xơ sợi trong gỗ cao su

Tên thành phần Phần trăm (%) Lignin 24,87 Tro 2,43 Glucose 13,82 Cellulose 38,20

Hình 3.1 Thành phần xơ sợi của gỗ cao su

Theo kết quả phân tích thành phần xơ sợi trong gỗ cao su được thể hiện trong

bảng 3.1, có thể thấy hàm lượng cellulose chiếm 38,2% khối lượng khô của gỗ cao

su. Thành phần lignin trong gỗ cao su chiếm 24,87% thì phần lignin không tan trong

acid chiếm tỉ lệ lớn (19,38%), nguyên nhân là do sự đồng kết tủa, ngưng đọng của các

chất chiết xuất, tannin hoặc các sản phẩm biến tính từ đường (furfural) gây ra.

3.2 Kết quả khảo sát quá trình tiền xử lý

3.2.1 Kết quả khảo sát nồng độ sodium hydroxide (NaOH)

-) có khả năng oxy hóa để tách lignin và

Dung dịch hydrogen peroxyde (H2O2) trong môi trường kiềm phân ly thành

các gốc hydroxyl (OH-) và superoxyde (O2

thay đổi cấu trúc của hemicellulose, tuy nhiên khả năng oxy hóa của H2O2 phụ thuộc

vào pH của hỗn hợp phản ứng [25]. Hơn nữa, kiềm phá vỡ liên kết α-ete giữa lignin

34

Đồ án tốt nghiệp

và hemicellulose, liên kết este giữa ligin hoặc hemicellulose và các acid

hydroxycinnamic như acid p-coumaric, acid ferulic. Do đó việc khảo sát nồng độ

NaOH trong môi trường có H2O2 để tìm ra nồng độ NaOH thích hợp nhất cho phản

ứng là cần thiết. Kết quả khảo sát nồng độ NaOH trong môi trường H2O2 1% (w/v)

16

được thể hiện trong hình 3.2.

)

13,50

14

12,49

%

12

( n

i

10

n g i l

8,47

8

7,01

6,86

6,26

6

3,88

4

h c á t t ấ u s u ệ i H

2

0

0.2

0.4

2

3

0.6 0.8 1 Nồng độ NaOH (w/v)

Hình 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến hiệu suất tách lignin

Theo kết quả xử lý số liệu ANOVA cho thấy sự sai khác về phần trăm lignin

được tách ra (P-value = 1,05×10-7, phụ lục 2.1) giữa các nồng độ NaOH là có ý nghĩa.

Khi tăng nồng độ NaOH, hàm lượng lignin tách ra được khỏi mẫu cũng tăng,

khi tăng nồng độ NaOH từ 0,2% đến 3% thì hàm lượng lignin tăng từ 3,88% đến

13,5%. Hàm lượng lignin tách ra tăng khá chậm từ NaOH 0,2% (3,88%) đến NaOH

0,8% (8,47%). Tuy nhiên, khi tăng nồng độ NaOH từ 1% đến 2% thì hàm lượng lignin

giảm từ 8,47% xuống 6,86%. Sau đó khi tăng nồng độ NaOH lên 2% thì lượng lignin

tăng cao từ 6,86% lên 12,5%. Sau đó, khi tăng nồng độ NaOH lên 3% thì lượng lignin

tách ra tăng chậm lại, theo kết quả ANOVA thì giá trị P-value = 0,3981 (phụ lục 2.1),

chứng tỏ sự sai khác này không có ý nghĩa. Mặc dù nồng độ NaOH 3% cho kết quả

tốt nhất là lượng lignin tách ra đạt 13,5% nhưng đó là nồng độ kiềm cao hình thành

nên các hợp chất ức chế như furfural hay HMF [22]. Vì vậy, để chọn nồng độ thích

35

Đồ án tốt nghiệp

hợp vừa đạt được hiệu quả tách lignin tốt vừa hạn chế sự hình thành các hợp chất ức

chế nên chọn dung dịch kiềm NaOH có nồng độ tương đối là 2% là thích hợp nhất.

3.2.2 Kết quả khảo sát tỉ lệ tác chất/nguyên liệu

Sau khi có được kết quả khảo sát nồng độ NaOH trong môi trường H2O2 1%

(w/v) thích hợp nhất, mục tiêu tiếp theo là tìm tỉ lệ nguyên liệu phù hợp để khi cho

lượng thể tích các chất phản ứng (NaOH và H2O2) vào nguyên liệu cho kết quả tách

lignin tốt nhất. Lượng dung môi cũng là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng

tới hiệu suất tách vì nó tác động đến lượng hòa tan cũng như sự cân bằng nồng độ

trong và ngoài nguyên liệu của chất tan.

Mục tiêu khảo sát tập trung tại các mức tỉ lệ nguyên liệu: 5/1, 7/1, 9/1, 11/1,

13/1. Theo kết quả xử lý số liệu ANOVA cho thấy ảnh hưởng của tỉ lệ tác chất/nguyên

liệu (P-value = 0,03; phụ lục 2.2) ảnh hưởng đến phần trăm lignin tách ra là có ý

nghĩa. Kết quả được thể hiện trong hình 3.3 cho thấy khi tỉ lệ nguyên liệu tăng từ 5/1

đến 7/1, hiệu suất tách lignin tăng cao từ 11,70% đến 13,72%. Có thể thấy do lượng

tác chất cho vào phản ứng đối với các mức tỉ lệ nguyên liệu 5/1 không đủ để tách

16

lignin tốt nhất.

)

13,72

14

12,95

%

11,70

( n

12

i

9,36

9,24

10

n g i l

8

6

4

h c á t t ấ u s u ệ i H

2

0

5/1

7/1

11/1

13/1

9/1 Tỉ lệ tác chất/nguyên liệu (ml/g)

Hình 3.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ tác chất/nguyên liệu đến hiệu suất tách lignin

Mặt khác, khi tăng tỉ lệ nguyên liệu từ 7/1 đến 11/1, hiệu suất tách lignin lại

giảm, cụ thể là: 12,95% và 9,24% tương ứng với tỉ lệ 9/1 và 11/1; trong đó có thể thấy

36

Đồ án tốt nghiệp

rõ sự giảm mạnh khi tăng tỉ lệ từ 9/1 đến 11/1. Khi tăng tỉ lệ từ 11/1 đến 13/1 thì kết

quả có sự tăng nhẹ từ 9,24% đến 9,36%. Tuy nhiên điều này là phù hợp với lý thuyết

vì khi tăng tỉ lệ nguyên liệu, lượng tác chất tăng dẫn đến lượng lignin được tách ra

tăng, tuy nhiên khi đạt đến giá trị bão hòa thì lượng lignin sẽ giảm dần hoặc không

thay đổi đáng kể nếu tiếp tục tăng lượng tác chất cho vào [22], điều này dẫn đến không

có hiệu quả về mặt kinh tế.

Từ những nhận xét và kết quả nêu trên, chọn tỉ lệ tác chất/nguyên liệu phù hợp

thích hợp nhất là 7/1 ml/g để tiếp tục khảo sát thời gian tiền xử lý.

3.2.3 Kết quả khảo sát thời gian tiền xử lý

Hydrogen peroxyde (H2O2) là một chất kém bền trong môi trường kiềm [25].

Vì thế cần tìm thời gian sao cho phản ứng oxy hóa lignin bằng các gốc hydroxyl (OH-

-) sinh ra từ H2O2 đạt điểm dừng.

) và superoxyde (O2

Dựa vào kết quả xử lý số liệu ANOVA (P-value = 0,043, phụ lục 2.3), cho thấy

16

15,05

14,12

13,93

thời gian ảnh hưởng đến lượng lignin được tách ra là có ý nghĩa.

)

14

14,49

%

12,46

( n

12

i

10

n g i l

8

6

4

h c á t t ấ u s u ệ i H

2

0

1

2

4

5

3 Thời gian (ngày)

Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất tách lignin

Kết quả từ hình 3.4 cho thấy lượng lignin tách ra tăng ra theo thời gian, cụ thể:

12,46%; 15,05% tương ứng với thời gian tiền xử lý là 1 ngày và 2 ngày. Tuy nhiên

khi tiếp tục tăng thời gian từ 2 ngày đến 5 ngày thì lượng lignin giảm dần, cụ thể là

14,49%; 14,12%; 13,93% tương ứng với các mốc thời gian tiền xử lý 3 ngày, 4 ngày,

37

Đồ án tốt nghiệp

5 ngày. Lượng lignin tách ra giảm dần theo thời gian là do H2O2 kém bền trong môi

-) sinh ra từ H2O2 giảm

trường kiềm, lượng các gốc hydroxyl (OH-) và superoxyde (O2

dần theo thời gian, do đó kéo theo tốc độ oxy hóa giảm dần. Đây có thể là do thời

gian dài có khả năng gây phân hủy một phần nhỏ lignnin.

Vì thế chọn 2 ngày với hiệu suất tách lignin cao nhất là thời gian thích hợp

nhất để tiền xử lý bằng NaOH kết hợp với H2O2.

18

16,51

16,45

16,27

16,21

3.2.4 Kết quả khảo sát tốc độ khuấy đảo trong thời gian xử lý

)

16

%

14

( n

12,46

i

12

n g i l

10

8

6

4

h c á t t ấ u s u ệ i H

2

0

0

90

150

180

120 Tốc độ khuấy đảo (vòng/phút)

Hình 3.5. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đảo đến hiệu suất tách lignin

Theo kết quả xử lý số liệu ANOVA (P-value = 0,000361, phụ lục 2.4) cho thấy

sự sai khác về phần trăm tách lignin giữa các tốc độ khuấy đảo khác nhau là có ý

nghĩa.

Dựa vào kết quả khảo sát từ hình 3.5, lượng lignin tách ra tăng khi tăng tốc độ

khuấy đảo từ 0 vòng/phút, 90 vòng/phút, 120 vòng/phút đến 150 vòng/phút, cụ thể là:

12,46; 16,27; 16,45; 16,51%. Từ kết quả trên có thể thấy lượng lignin tách ra tăng

nhờ sự tác động vật lý, giúp tác chất với nguyên liệu được đảo đều nhờ vậy phản ứng

diễn ra dễ dàng và hiệu quả hơn. Tuy vậy, khi tăng tốc độ khuấy đảo lên 180 vòng/phút

thì lượng lignin tách ra giảm (16,21%), điều này có thể do trong thời gian dài kết hợp

với sự khuấy đảo quá lớn cùng với tác chất tiếp xúc nhiều với không khí dẫn đến oxy

hóa H2O2 nên hiệu quả tách lignin giảm đi.

38

Đồ án tốt nghiệp

Vì vậy, chọn tốc độ khuấy đảo 150 vòng/phút là phù hợp nhất để tiền xử lý

bằng NaOH kết hợp với H2O2.

Từ kết quả khảo sát nồng độ NaOH (mục 3.2.1), tỉ lệ nguyên liệu (mục 3.2.2),

thời gian tiền xử lý (mục 3.2.3) và tốc độ khuấy đảo (mục 3.2.4) chọn ra được điều

kiện xử lý tối ưu là: nồng độ NaOH 2% (w/v), tỉ lệ nguyên liệu 7:1, thời gian xử lý 2

ngày và tốc độ khuấy đảo là 150 vòng/phút. Kết quả tiền xử lý đạt được là 16,51%

lignin được tách ra.

3.2.5 Kết quả tiền xử lý với NaOH và H2O2 riêng lẽ để đối chứng

Hình 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ tác chất tiền xử lý đến hiệu suất tách lignin

Kết quả khảo sát từ hình 3.6 cho thấy rằng so với phương pháp kết hợp NaOH

(2%) và H2O2 (1%) thì lượng lignin tách ra sau cùng là 24,14%. Trong khi NaOH

(2%) và H2O2 (1%) riêng lẽ thấp hơn đáng kể (11,07% và 1,29%). Điều này khẳng

định một lần nữa, H2O2 có khả năng oxy hóa lignin tốt hơn trong môi trường kiềm.

Mặt khác, khi tăng nồng độ NaOH sử dụng từ 2% lên 3%, lượng lignin tách ra

tăng từ 11,07% đến 12,22%; khi tăng nồng độ NaOH từ 3% lên 10%, lượng lignin

tách ra giảm từ 12,22% xuống 9,09%, khi tăng nồng độ lên như vậy thì lượng lignin

tách ra vẫn thấp hơn khi sử dụng kết hợp NaOH 2% và H2O2 1% (24,14%). Điều này

cho thấy phương pháp kết hợp NaOH và H2O2 có ý nghĩa rất lớn về mặt kinh tế khi

giảm nồng độ NaOH sử dụng mà hiệu quả tách lignin vẫn cao hơn rất nhiều. Nhìn ở

39

Đồ án tốt nghiệp

khía cạnh môi trường, giảm lượng NaOH sử dụng sẽ giảm thiểu ô nhiễm khí thải bởi

dịch sau tiền xử lý ra môi trường [37].

Qua những phân tích nêu trên, nhận thấy rằng phương pháp kết hợp NaOH và

H2O2 có nhiều ưu điểm vượt trội như: hiệu quả loại bỏ lignin cao, đảm bảo tính kinh

tế và thân thiện môi trường. Điều này rất thích hợp để áp dụng trong thực tế và nhất

là trong quy mô công nghiệp.

3.2.6 Kết quả khảo sát tiền xử lý kết hợp NaOH + H2O2 + tia UV

Lượng lignin tách ra khi chiếu tia UV trong 4 giờ đạt 14,87%, gần bằng với

hiệu suất tách lignin tối ưu nhất (16,51%). Các photon UV, do có nhiều năng lượng

hơn, nên có thể gây ra hiện tượng ion hóa – quá trình tách electron ra khỏi các nguyên

tử và tạo ra một khoảng trống. Khoảng trống này gây ảnh hưởng đến cách thành phần

sinh học của nguyên tử và khiến chúng phá vỡ các liên kết hóa học (Wikipedia), cùng

với NaOH và H2O2 thì trong trường hợp này phá vỡ các liên kết giữa hemicellulose

và lignin, giúp tách lignin ra khỏi nguyên liệu. Do thời gian có hạn nên đề tài chỉ khảo

sát với một điều kiện là chiếu tia UV trong 4 giờ. Bên cạnh đó, nếu xét về mặt kinh

tế và về tuổi thọ của đèn hoạt động ở thời gian dài sẽ ảnh hưởng đến quá trình thực

hiện nên trường hợp này không khả thi.

3.2.7 Kết quả khảo sát tiền xử lý NaOH + H2O2 + đánh siêu âm

Theo kết quả xử lý số liệu ANOVA ở các điều kiện 50oC (P-value = 0,030),

60oC (P-value = 0,025), 70oC (P-value = 0,042), 80oC (P-value = 0,047) cho thấy sự

sai khác về thời gian tách lignin là có ý nghĩa (phụ lục 2.6).

Kết quả ở điều kiện 50 oC cho thấy lượng lignin tách ra tăng khi tăng thời

gian, cụ thể là: từ 15,97% lên 17,11% tương ứng ở 10 phút và 20 phút. Nhưng khi

tăng thời gian lên 30 phút, lượng lignin lại giảm từ 17,11% xuống 13,61%.

Kết quả ở điều kiện 60 oC cho thấy lượng lignin tách ra tăng khi tăng thời gian

từ 10 phút, 20 phút đến 30 phút, cụ thể là: 7,92%; 11,94%; 12,67%.

Ở điều kiện 70 oC, lượng lignin tách ra tăng từ 8,46% lên 11,53% tương ứng

trong 10 phút và 20 phút. Khi tăng thời giân lên 30 phút, lượng lignin tách ra lại giảm,

cụ thể là: từ 11,53% xuống 10,59%.

40

17,11

Đồ án tốt nghiệp

n

14

12,57

i

n

15,97

i

11,94

12

13,61

n g i l

n g i l

10

7,92

)

)

8

%

(

%

(

6

4

2

h c á t t ấ u s u ệ i H

h c á t t ấ u s u ệ i H

0

18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

10

30

20

30

20 (b) Thời gian (phút)

10 (a) Thời gian (phút)

n

n

i

i

14,54

14

11,53

12

10,59

n g i l

10,52

10,46

10

8,46

)

)

8

%

%

(

(

6

4

2

h c á t t ấ u s u ệ i H

n g i l s h c a t t ấ u s u ệ i H

16 14 12 10 8 6 4 2 0

0

1

3

10

30

2 (d) Thời gian (phút)

20 (c) Thời gian (phút)

Hình 3.7. Ảnh hưởng của tác nhân đánh siêu âm đến hiệu suất tách lignin lần lượt ở

50oC (a), 60 oC (b), 70 oC (c), 80 oC (d) trong 10 phút, 20 phút và 30 phút.

Ở điều kiện 80oC, lượng lignin tách ra tăng khi tăng thời gian từ 10 phút, 20

phút đến 30 phút, cụ thể là: 10,46%; 10,52%; 14,54%.

Nguyên lý của phương pháp đánh siêu âm là nhờ hiệu ứng tạo lỗ gây ra bởi

đưa sóng siêu âm vào dung dịch xử lý chứa enzyme tăng cường mạnh mẽ sự vận

chuyển các đại phân tử enzyme về phía bề mặt của cơ chất. Ngoài ra, tác động cơ học

gây ra bởi sự phá vỡ các bọt rỗng cũng mang lại một tác dụng quan trọng để làm tăng

diện tích bề mặt của các cơ chất rắn tạo thuận lợi cho hoạt động của enzyme, bên cạnh

đó, hiệu ứng tạo lỗ tối đa xảy ra ở 50 °C, đây là nhiệt độ tối ưu đối với nhiều enzyme.

Từ các kết quả và nhận xét trên, khi so sánh với lượng lignin tách ra ở điều

kiện tối ưu khảo sát được (16,51%) thì chỉ có tác nhân siêu âm ở 50oC trong 20 phút

41

Đồ án tốt nghiệp

cho hiệu suất cao hơn (17,11%). Qua đó, có thể thấy phương pháp tiền xử lý bằng

siêu âm khả thi, làm tiền đề cho các nghiên cứu sau phát triển.

3.2.8 Kết quả khảo sát tiền xử lý NaOH + H2O2 + áp suất

Theo kết quả xử lý số liệu ANOVA ở điều kiện 121 oC (P-value = 0,017) và

130 oC (P-value = 0,01834) cho thấy sự sai khác về thời gian tách lignin là có ý nghĩa.

Dựa vào kết quả hình 3.8, lượng lignin tách ra ở nhiệt độ 121 oC tăng khi tăng

thời gian từ 10 phút, 20 phút đến 30 phút, cụ thể là: 14,03; 15,32; 22,45%. Nhưng khi

tăng thời gian lần lượt từ 40 phút, 50 phút đến 60 phút thì lượng lignin tách ra tăng

25

giảm không đồng đều, cụ thể là: 16,91; 20,73; 15,49%.

)

22,45

20,73

%

20

( n

i

16,91

15,49

15,31

14,03

15

n g i l

10

5

h c á t t ấ u s u ệ i H

0

10

20

30

40

50

60

30

(a) Thời gian (phút)

)

25,56

25,40

%

25

22,16

( n

i

18,72

20

n g i l

13,43

15

9,70

10

5

h c á t t ấ u s u ệ i H

0

10

20

30

40

50

60

(b) Thời gian (phút)

Hình 3.8. Ảnh hưởng của tác nhân áp suất, nhiệt độ đến hiệu suất tách lignin ở

121oC (a) và 130 oC (b).

42

Đồ án tốt nghiệp

Dựa vào kết quả từ hình 3.8, lượng lignin tách ra ở nhiệt độ 130 oC tăng khi

tăng thời gian từ 10 phút đến 20 phút, cụ thể là 22,40% và 25,56%. Nhưng khi tăng

thời gian lên 30 phút, 40 phút, 50 phút đến 60 phút thì lượng lignin tách ra giảm không

đồng đều, cụ thể là: 9,70; 18,72; 13,43; 22,16%.

Phương pháp dùng máy autoclave cho hiệu suất cao là nhờ vào việc duy trì áp

suất ở 1 atm khiến các phân tử bị nén trong một thể tích nhất định cùng với việc tăng

nhiệt độ làm các phân tử này chuyển động nhanh hơn. Do đó các liên kết giữa

hemicellulose và lignin bị phá vỡ, góp phần tách lignin ra một cách dễ dàng. Việc

lượng lignin tách ra tăng giảm không đồng đều có thể được giải thích là do khi nhiệt

độ trong nồi hấp autoclave tăng cao cùng với việc lượng gỗ cao su bắt đầu hấp thụ

nước từ lượng tác chất NaOH + H2O2 rồi trương nở khiến lượng nguyên liệu gỗ này

dính lên thành và miệng bình chứa, làm cho lượng tác chất không thể tác dụng hoàn

toàn với nguyên liệu trong suốt quá trình hấp.

Từ các kết quả và nhận định trên, lượng lignin tách ra ở điều kiện 130 oC trong

thời gian 20 phút cho kết quả tốt nhất (25,56%). Khi so sánh lượng lignin tách ra từ

điều kiện tối ưu khảo sát được (16,51%) thì phương pháp khảo sát tiền xử lý bằng áp

suất cho kết quả cao hơn (25,56%) nhưng phương pháp này không khả thi vì phải

thực hiện ở nhiệt độ cao và sau mỗi lần làm phải cho máy nghỉ ở thời gian nhất định,

nếu làm liên tục sẽ giảm tuổi thọ máy và nguy cơ cháy nổ xảy ra cao khi máy cần đến

một lượng lớn năng lượng điện mỗi lần thực hiện.

3.2.9 Kết quả khảo sát tiền xử NaOH + H2O2 + cao áp

Lượng lignin tách ra ở điều kiện 150 oC, áp suất 350 psi (≈23,8 atm) trong 15

phút là 4,15%. Tương tự với phương pháp dùng máy autoclave nhưng máy cao áp có

áp suất lớn hơn, do đó không chỉ phá vỡ các liên lết của hemicellulose và lignin mà

phá vỡ các liên kết giữa các phân tử lignin, cắt nhỏ mạch lignin. Do đó làm hiệu suất

tách lignin không hiệu quả. Khi so sánh với điều kiện tố ưu khảo sát được (16,51%)

thì phương pháp này cho kết quả thấp hơn (4,15%), bên cạnh đó mỗi lần thực hiện

lượng nguyên liệu cho vào chỉ tương đối thấp nên khả năng của phương pháp này

không khả thi.

43

Đồ án tốt nghiệp

3.3 Kết quả khảo sát quá trình thu hồi lignin sau tiền xử lý

3.3.1 Nồng độ lignin có trong dịch sau tiền xử lý

Dựa vào kết quả khảo sát đã được tối ưu sau quá trình tiền xử lý, lượng lignin

được tách ra đạt 16,51% so với lượng lignin có trong gỗ cao su trước khi tiền xử lý.

Theo kết quả tính toán, nồng độ lignin có trong dịch lỏng là 5,06 mg/ml.

3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố pH, nhiệt độ, thời gian đến hiệu suất thu

hồi lignin từ dịch sau tiền xử lý.

3.3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của giá trị pH đến hiệu suất thu hồi lignin.

70

Hình 3.9. Ảnh hưởng của pH môi trường đến khả năng kết tủa lignin (theo

thứ tự pH 5, 4, 3, 2, 1 giảm dần từ trái sang phải)

)

58,04

%

60

52,98

52,82

( n

i

50

44,12

40

30

23,63

20

10

n g i l i ồ h u h t t ấ u s u ệ i H

0

5

4

2

1

3 Giá trị pH môi trường

Hình 3.10 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất thu hồi lignin

Từ kết quả khảo sát được ở hình 3.10, ta thấy được hiệu suất thu hồi lignin phụ

thuộc vào giá trị pH. Kết quả cho ta thấy hiệu suất thu hồi lignin tăng khi pH giảm

dần từ pH 5 xuống pH 3, cụ thể là tăng từ 23,63% đến 52,82%. Khi giảm từ pH 3

xuống pH 1 hiệu suất thu hồi lignin tăng từ 52,82% đến 58,04%. Nhưng theo kết quả

xử lý số liệu ANOVA giữa pH 3 – 2 (P-value = 0,927) và pH 2 – 1 (P-value = 0,485)

44

Đồ án tốt nghiệp

thì hiệu suất thu hồi lignin thì việc tăng này là không có ý nghĩa (phụ lục 2.8). Như

vây, chọn pH 3 là pH tối ưu cho quá trình thu hồi lignin.

3.3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của yếu tố thời gian đến hiệu suất thu hồi lignin

Hình 3.11. Lignin thu được ở pH 3 trong khoảng thời gian xử lý khác nhau: 0 phút,

15 phút, 30 phút, 45 phút, 60 phút, 75 phút.

)

52

%

51,02

51

( n

50,24

i

49,73

50

49,22

49

47,49

48

46,97

47

46

45

n g i l i ồ h u h t t ấ u s u ệ i H

44

0

15

30

45

60

75

Thời gian (phút)

Hình 3.12. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thu hồi lignin

Từ kết quả hình 3.12 cho thấy thời gian lắng 60 phút là tối ưu do lượng lignin

tách ra tương đối cao (51,02%). Khi thời gian lắng ngắn hơn 60 phút thì lignin chưa

lắng hết vẫn còn tồn tại ở dạng huyền phù khó tách khỏi hỗn hợp, khi thời gian dài

45

Đồ án tốt nghiệp

hơn 60 phút lượng lignin lại giảm do thòi gian quá lâu phần lớn lignin đã bị cắt ngắn

nên khó kết tủa. Như vậy, chọn 60 phút là thời gian tối ưu cho quá trình thu hồi lignin.

70

3.3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi lignin

)

58,69

%

60

51,59

( n

i

48,35

50

44,01

40

30,06

30

24,95

20

10

n g i l i ồ h u h t t ấ u s u ệ i H

0

40

50

80

90

60 70 Nhiệt độ (độ C)

Hình 3.13. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi lignin

Kết quả khảo sát được thể hiện ở hình 3.14, cho thấy hiệu suất thu hồi lignin

tăng từ 40 oC đến 70 oC, cụ thể là: 24,95%; 30,06%; 48,35%; 58,69%. Ta nhận thấy

hiệu suất thu hồi ở 70 oC là tối ưu nhất. Khi nhiệt độ lên đến 80 oC và 90 oC thì hiệu

suất thu hồi lignin giảm.

Hình 3.14. Kết quả chụp SEM cấu trúc bề mặt mẫu lignin ở điều kiện pH 3,

60 phút và 70 oC

46

Đồ án tốt nghiệp

Từ kết quả khảo sát các yếu tố pH (mục 3.3.2.1), thời gian (mục 3.3.2.2), nhiệt

độ (mục 3.3.2.3) chọn ra điều kiện tối ưu là: pH 3, thời gian 60 phút và nhiệt độ là

70oC.

3.4 Ứng dụng thử nghiệm làm phụ gia trong sản xuất giấy

Quy trình ứng dụng thử nghiệm làm giấy:

Trộn bã mía, nước và vôi 5% vào trong thau ngâm khoảng 24 giờ, sau đó rửa

và phơi bã mía ở nhiệt độ 29-30 oC. Khi bã mía được phơi khô thì đem xay nhuyễn

thành dạng bột. Tiếp theo trộn bột mía với lignin thu được ở dạng huyền phù theo tỉ

lệ thích hợp, rồi trải đều trên bìa kiếng và sấy ở nhiệt độ 40 oC.

Hình 3.15. Ứng dụng thử nghiệm làm giấy

Từ kết quả thử nghiệm được thể hiện ở hình 3.16, mẫu giấy khô, dễ bị vỡ. Từ

kết quả mẫu giấy thu được có thể chứng minh lignin có tính kết dính, thích hợp với

vai trò làm phụ gia trong sản xuất giấy và có thể ứng dụng trên nhiều lĩnh vực khác.

3.5 Kết quả chụp quang phổ hồng ngoại FTIR để xác định nhóm chức của lignin

mẫu gỗ cao su

Các hấp thụ của mỗi dạng liên kết (N-H, C-H, O-H, C-X, C=O, C-O, C-C,

C=C, C≡C, C≡N,…) chỉ xuất hiện trong vùng nhỏ của phổ IR. Mỗi vùng phổ IR có

thể xác định cho mỗi dạng liên kết, ngoài vùng này, hấp thụ thường thuộc về dạng

liên kết khác. Chẳng hạn, hấp thụ bất kỳ trong vùng 3000 ± 150 cm-1 luôn thuộc về

47

Đồ án tốt nghiệp

liên kết C-H trong khi hấp thụ trong vùng 1715-1750 cm-1 là do sự có mặt của liên

kết C=O (nhóm cacbonyl),… Cường độ hấp thụ IR được biểu diễn theo tung độ của

phổ IR, trong đó sử dụng độ truyền qua (% T) hoặc độ hấp thụ (A) [31].

Hình 3.16. Phổ FTIR của lignin

Nhìn vào hình (hình 3.15), mẫu gỗ cao su sau khi chụp FTIR có bước sóng

3442.72 cm-1 nằm trong khoảng 3000 – 3500cm-1 là do có nước trong gỗ, bước sóng

1017.36 – 1103.24 cm-1 là của các nhóm ete (R-O-R) và mạch C – C vòng, từ 1326.75

– 1413.11cm-1 là mạch carbon tự do, từ 1638.94 – 1737.31cm-1 là mạch gỗ có nhóm

methoxyl (-OCH3).

48

Đồ án tốt nghiệp

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

Điều kiện tiền xử lý gỗ cao su sử dụng NaOH 2% w/v trong môi trường H2O2

1% w/v, tỉ lệ tác chất/nguyên liệu là 7/1, trong thời gian 2 ngày, nhiệt độ phòng (25 –

28 oC), tốc độ khuấy đảo 150 vòng/phút. Sau quá trình tiền xử lý hiệu suất tách lignin

đạt 16,51%.

Điều kiện tiền xử lý gỗ cao su sử dụng NaOH 2% w/v trong môi trường H2O2

1% w/v kết hợp chiếu tia UV trong 4 giờ có hiệu suất tách lignin là 14,87%.

Điều kiện tiền xử lý gỗ cao su sử dụng NaOH 2% w/v trong môi trường H2O2

1% w/v kết hợp đánh siêu âm ở 50 oC trong 20 phút có hiệu suất tách lignin cao nhất

là 17,11%.

Điều kiện tiền xử lý gỗ cao su sử dụng NaOH 2% w/v trong môi trường H2O2

1% w/v kết hợp áp suất 1 atm, ở 130 oC trong 20 phút cho hiệu suất tách lignin cao

nhất là 25,56%.

Điều kiện tiền xử lý gỗ cao su sử dụng NaOH 2% w/v trong môi trường H2O2

1% w/v kết hợp cao áp có áp suất 350 psi (≈23,8 atm) trong 15 phút có hiệu suất tách

lignin là 4,15%.

Điều kiện thu hồi lignin chỉnh dịch sau tiền xử lý về pH 3,sau đó đặt vào bể

điều nhiệt ở 70 oC trong 60 phút. Hiệu suất thu hồi lignin đạt 58,69%.

Kiến nghị

Người thực hiện đề tài kiến nghị tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu trên

nhiều đối tượng vật liệu bằng nhiều phương pháp, thiết bị hiện đại khác để góp phần

nâng cao hiệu suất tách và thu hồi lignin, từ đó ứng dụng vào nhiều lĩnh vực góp phần

nâng cao chất lượng sống cho xã hội và đất nước.

49

Đồ án tốt nghiệp

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu Tiếng Việt

1. Nguyễn Thị Ngọc Bích (2010), Kỹ thuật cellulose và giấy, Nhà xuất bản Đại

học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 584 trang.

2. Nguyễn Đức Lượng (2001), Công Nghệ enzyme, Nhà xuất bản Đại học Quốc

gia Thành phố Hồ Chí Minh, 532 trang.

3. Nguyễn Quang Thiều (1986) “Sử dụng lignin”, Tạp chí Công nghiệp Hóa

chất, (số 4), tr. 16.

4. Hồ Sĩ Tráng (2006), Cơ sở hóa học gỗ và cellulose, Nhà xuất bản Khoa học

và Kỹ thuật Hà Nội.

5. Trần Anh Tuấn (2010), “Nghiên cứu quy trình thu hồi lignin trong nước thải

dịch đen của công nghiệp sản xuất giấy”, Tạp chí khoa học Công nghệ Hàng Hải,

(Vol.24), tr.72.

Tài liệu nước ngoài:

6. Adler E. (1977), Lignin chemistry—past, present and future, Wood Science

and Technology, 11(3): pp.169-218.

7. Alén (1979), Carbon dioxide precipitation of lignin from pine kraft black

liquor. Tappi, 62: p. 108-110.

8. Belgacem N.M., Alessandro Gandini (2008), Monomers, polymers and

composites from renewable resources, CICECO, chemistry university of avero,

portuga, p.562.

9. Charles E.Wyman (1996), Handbook on Bioethanol: Product and Utilization,

(Taylor & Francis), p. 119-285.

10. Danung Narapkdeesakul (2013), Recovery, characteristics and potential use

as linerboard coatings material of lignin from oil palm empty fruit bunches’ black

liquor, Industrial Crops and Products, 50(0): p. 8-14.

11. Franco Cotana (2014), Lignin as co-product of second generation bioethanol

production from ligno-cellulosic biomass, Energy Procedia, Volume 45, Pages 52-60.

50

Đồ án tốt nghiệp

12. Fengel, D. and Wegener, G. (1989), “Wood—Chemistry, Ultrastructure,

Reactions”, Article citations, vol.6, no.12.

13. Gellerstedt.G et al. (1994), “Structural and molecular properties of residual

birch kraft lignins”, Journal of Wood Chemistry and Technology, vol 14, p.467-482.

14. Gírio F.M., et al. (2010), Hemicelluloses for fuel ethanol: A review,

Bioresource Technology, 101(13): p. 4775-4800.

15. Gould, J.M.(1985), “Studies on the mechanism of alkaline peroxide

delignification of agricultural residues”, Biotechnology and Bioengineering, 27(3), p.

225-231.

16. Hamelinck, C.N., G.v. Hooijdonk, and A.P.C. Faaij (2005), “Ethanol from

lignocellulosic biomass: techno-economic performance in short-, middle- and long-

term”, Biomass and Bioenergy, 28(4), p. 384-410.

17. Hetti Palonen (2004), “Role of lignin in the enzymatic hydrolysis of

lignocellulose”, VTT Biotechnology, p.11-39.

18. Holmqvist, A., O. Wallberg, and A.S. Jönsson (2005), “Ultrafiltration of

Kraft Black Liquor from Two Swedish Pulp Mills”, Chemical Engineering Research

and Design, 83(8): p. 994-999. 115(2), p. 111-120.

19. Hong Chua; Peter H. F. Yu & Chee K. Ma (March 1999). "Accumulation of

biopolymers in activated sludge biomass", Applied Biochemistry and Biotechnology.

Humana Press Inc. 78: 389–399. ISSN 0273-2289. doi:10.1385/ABAB:78:1-3:389.

Retrieved 2009-11-24.

20. K.Minu (2012), Isolation and purification of lignin and silica from the black

liquor generated during the production of bioethanol from rice straw, Biomass and

Bioenergy, 39(0): p. 210-217.

21. Mancera, A., et al.(2010), “Physicochemical characterisation of sugar

cane bagasse lignin oxidized by hydrogen peroxide”, Polymer Degradation and

Stability, 95(4), p. 470-476.

22. Mussatto, S.I., M. Fernandes, and I.C. Roberto (2007), “Lignin recovery

from brewer’s spent grain black liquor”, Carbohydrate Polymers, 70(2), p. 218-223.

51

Đồ án tốt nghiệp

23. N. Reddy, Y. Yang (2005), “Biofibers from agricultural byproducts for

industrial applications”, Trends Biotechnol, 23 (1),p. 22-27.

24. Silverstein, R.A., et al.(2007), “A comparison of chemical pretreatment

methods for improving saccharification of cotton stalks”. Bioresource Technology,

98(16), p. 3000-3011.

25. Siti Sabrina Mohd Sukri, Roshanida A. Rahman, Rosli Md Illias, Harisun

Yaakob. (2013), "Optimization of Alkaline Pretreatment Conditions of Oil Palm

Fronds in Improving the Lignocelluloses Contents for Reducing Sugar Production ",

Romanian Biotechnological Letters, vol 19, No 1.

26. Shaw D.J (1992), Colloid stability, in Introduction to Colloid and Surface

Chemistry (Fourth Edition), Butterworth-Heinemann: Oxford, p.210-243.

27. Sun, Y. and J.J. Cheng (2005), “Dilute acid pretreatment of rye straw and

bermudagrass for ethanol production”, Bioresource Technology, 96(14), p. 1599-

1606.

28. ACS Sustainable Chem. Eng. (2014), “Progress in Green Polymer

Composites from Lignin for Multifunctional Applications: A Review”, American

Chemical Society, 2 (5), p 1073–1074.

29. Tanistra I. and M. Bodzek (1998), “Preparation of high-purity sulphate lignin

from spent black liquor using ultrafiltration and diafiltration processe”, The National

Agricultural Library.

30. Ten Have, R. and P.J.M. Teunissen (2001), “Oxidative Mechanisms Involved

in Lignin Degradation by White-Rot Fungi”, Chemical Reviews, 101(11), p. 3397-

3414.

31. Vaccarino, C., et al. (1987), “Effect of SO2, NaOH and Na2CO3

pretreatments on the degradability and cellulase digestibility of grape marc”,

Biological Wastes, 20(2), p. 79-88.

32. Dereca Watkins (2015), Exploitation and characterization of lignin from

different biomass sources, Journal of Materials Research and Technology, Volume 4,

Issue 1, p. 26-32

52

Đồ án tốt nghiệp

33. Yamashita, Y., et al. (2010), “Alkaline peroxide pretreatment for efficient

enzymatic saccharification of bamboo”, Carbohydrate Polymers, 79(4), p. 914-920.

Tài liệu internet:

34. Báo mới, 9/2017, Link: https://www.baomoi.com/lien-hop-quoc-tuyen-

chien-voi-rac-thai-nhua-dai-duong/c/22083284.epi

35. Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2017), Báo cáo kết quả thực hiện

kế hoạch tháng 11 năm 2017, Hà Nội.

36. Phát triển cây cao su ở Việt Nam, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp

miền Nam. Link: http://iasvn.org/tin-tuc/Phat-trien-cay-cao-su-o-Viet-Nam-

2784.html

37. Department of Polymer Science, University of Southern Mississippi.

38. Cây cao su, Wikipedia

Link: https://vi.wikipedia.org/wiki/Cao_su_(c%C3%A2y)

39. Mixerdirect, The top 10 paper producing countries in the world, Jan 26,

2017. Link: http://blog.mixerdirect.com/the-top-10-paper-producing-countries-in-

the-world

40. Tạp chí cao su. Link: http://tapchicaosu.vn/tin-tuc/thi-truong-cao-su/thi-

truong-trong-nuoc/nam-2017-2018-dau-an-nganh-cao-su-viet-nam-tren-the-

gioi.html

Link: https://paperworld.com.vn/tin-tuc/giay-duoc-lam-nhu-the-nao.html

41. David Moore’s World of Fungi: where mycology starts. Link:

http://www.davidmoore.org.uk/Assets/Mostly_Mycology/Lucy_Goodeve-

Docker_bioremediation_website/whatislignin.htm

42. “Năm 2017 – 2018: Dấu ấn cao su ngành cao su Việt Nam trên thế giới”,

Hiệp hội Cao su Việt Nam. Link: https://www.vra.com.vn/tin-tuc/nam-2017-2018-

dau-an-nganh-cao-su-viet-nam-tren-the-gioi.10454.html

43. Perenial Grass (Miscanthus).

Link: https://chempics.wordpress.com/tag/miscanthus/

53

Đồ án tốt nghiệp

44. “Báo cáo ngành hàng cao su tháng 05/2018” và “Tình hình sản xuất, xuất

khẩu các nông sản chủ lực của Việt Nam đến tháng 05/2017 và dự báo”, Thị trường

cao su.

Link: https://chempics.wordpress.com/tag/miscanthus/

https://thitruongcaosu.net/2017/06/06/tinh-hinh-san-xuat-xuat-khau-cac-

nong-san-chu-luc-cua-viet-nam-den-thang-52017-va-du-bao/

45. Ultraviolet. Link: https://en.wikipedia.org/wiki/Ultraviolet

54

Đồ án tốt nghiệp

PHỤ LỤC

PHỤ LỤC A: CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

Phụ lục A.1: Phương pháp xác định hàm lượng đường khử bằng phương pháp

đo DNS.

Cách dựng đường chuẩn glucose:

Cân chính xác 1 g glucose hòa tan trong 200 ml nước cất.

Hòa tan lần lượt 1, 2, 3, 4, 5 ml dung dịch đường glucose vào 5 bình định mức

50 mL, thêm nước cất đến vạch mức. Các dung dịch mới pha này có nồng độ glucose

lần lượt 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 mg/ml.

Hút 3 mL dung dịch glucose ở mỗi nồng độ vào 5 ống nghiệm chưa 1 ml dung

dịch DNS.

Nung cách thủy hỗn hợp trong 15 - 20 phút. Làm lạnh nhanh rồi đo OD ở bước

sóng 540 nm.

Từ kết quả đo được ta xác định đường chuẩn.

Cách pha DNS:

Hòa tan 1 g DNS và 1,6 g NaOH trong khoảng 60 – 70 ml nước cất. Sau đó,

cho 30g Kali natri tartrate vào hỗn hợp trên và khuấy cho hòa tan hoàn toàn. Chuyển

dung dịch trên vào bình định mức 100 ml và định mức đến vạch. Dung dịch sau khi

được pha bão quản trong chai thủy tinh nâu ở điều kiện lạnh 4 – 6 oC. Dùng tốt nhất

y = 3.4557x + 0.1066 R² = 0.9907

sau khoảng 15 ngày.

)

L m / g m

(

ử h k g n ờ ư đ g n ợ ư

l

m à H

2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

0

0.1

0.2

0.4

0.5

0.6

0.3 OD

Hình 1.1. Đường chuẩn glucose

1

Đồ án tốt nghiệp

Phụ lục A.2: Phương pháp xác định hàm lượng cellulose bằng phương pháp

Anthrone.

Cách dựng đường chuẩn cellulose:

Dung dịch cellulose chuẩn (20 mg/ml): cân chính xác 1 g cellulose hòa tan

trong 50 ml nước cất.

Hút lần lượt 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 m dung dịch cellulose vào 6 bình định mức 100

mL, thêm nước cất đến vạch mức. Các dung dịch mới pha này có nồng độ cellulose

lần lượt là 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4 mg/ml.

Cho 5 ml thuốc thử Anthrone vào mỗi ống nghiệm chưa 0,5 ml dung dịch trên.

Nung cách thủy trong 5 phút. Làm lạnh nhanh rồi đi đo OD ở bước sóng 630 nm.

Từ giá trị OD, vẽ đồ thị đường chuẩn cellulose.

Cách pha Anthrone:

Cân 0,2 g Anthrone hòa tan trong 100 ml H2SO4 98%. Dung dịch sau khi được

pha chứa trong chai thủy tinh màu và để ở điều kiện lạnh 4 – 0 oC trong 2 giờ trước

khi dùng.

)

y = 1.3455x + 0.0069 R² = 0.992

L m / g m

( e s o l u l l e c

g n ợ ư l

2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

m à H

0

0.2

0.4

0.6

1

1.2

1.4

1.6

0.8 OD

Hình 1.2. Đường chuẩn cellulose

2

Đồ án tốt nghiệp

PHỤ LỤC B: SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM

Phụ lục B.1: Thống kê kết quả khảo sát nồng độ NaOH trong môi trường có

H2O2 1% (w/v)

Anova: Single Factor SUMMARY Groups Count Sum

0.2 0.4 0.6 0.8 1 2 3 Average Variance 3 11.63985 3.879951 0.080657 3 18.77305 6.257684 0.036779 3 21.02294 7.007648 1.004753 3 25.40021 8.466736 2.394149 3 20.59451 6.864838 0.129687 3 37.46769 12.48923 1.707472 3 40.49049 13.49683 1.702745

ANOVA

Source of Variation SS df MS F F crit

P- value 1.05E- 216.0103 6 36.00171 35.71476 07 2.847726

14 1.008035

Between Groups Within Groups Total 14.11248 230.1228 20

Bảng số liệu thống kê giữa nồng độ NaOH 2% w/v và 3% w/v.

2% w/v 13,08397 13,39277 10,99095 3% w/v 12,09042 13,73179 14,66828

SUMMARY Groups

Anova: Single Factor

Count

Column 1 Column 2 Sum Average Variance 1.7075 12.489 1.7027 13.497 3 37.468 40.49 3

3

Đồ án tốt nghiệp

ANOVA

df F

P- F crit value 0.8931 0.3981 7.7086

8.3433

Source of Variation Between Groups Within Groups SS 1.5229 6.8204 1 4 MS 1.5229 1.7051

Total

5

Phụ lục B.2: Thống kê kết quả khảo sát tỉ lệ nguyên liệu.

Anova: Single Factor SUMMARY Groups Count Sum

Average Variance 3 35.08745 11.69582 0.056855 3 41.16702 13.72234 5.418598 3 38.84305 12.94768 7.587466 9.23583 0.756184 3 27.70749 1.16958 3 28.09424 9.364747

5/1 7/1 9/1 11/1 13/1 ANOVA

Source of Variation SS df MS F P-value F crit

50.10527 4 12.52632 4.178591 0.030343 3.47805

10 2.997737

Between Groups Within Groups Total 29.97737 80.08263 14

Phụ lục B.3: Thống kê kết quả khảo sát thời gian tiền xử lý.

Anova: Single Factor SUMMARY Groups Count Sum

1 ngày 2 ngày 3 ngày 4 ngày 5 ngày Average Variance 3 37.36717 12.45572 0.440739 3 45.15132 15.05044 0.379435 3 43.47858 14.49286 0.740076 1.1919 3 42.37122 14.12374 3 41.77523 13.92508 1.071708

4

Đồ án tốt nghiệp

ANOVA

Source of Variation SS df MS F P-value F crit

11.25478 4 2.813695 3.67913 0.043115 3.47805

10 0.764772

7.647717 Between Groups Within Groups Total 18.9025 14

Phụ lục B.4: Thống kê kết quả khảo sát vòng quay lúc tiền xử lý.

Count Sum

Average Variance 3 37.38429 12.46143 1.030452 48.8078 16.26927 0.712537 3 49.3559 16.45197 0.406773 3 16.5089 0.578866 49.5267 3 3 48.62796 16.20932 0.430291

Anova: Single Factor SUMMARY Groups 0 vòng/phút 90 vòng/phút 120 vòng/phút 150 vòng/phút 180 vòng/phút ANOVA

Source of Variation SS df MS F P-value F crit

36.65938 4 9.164844 14.5063 0.000361 3.47805

10 0.631784

Between Groups Within Groups Total 6.317837 42.97721 14

Phụ lục B.5: Thống kê kết quả khảo sát tiền xử lý với NaOH và H2O2 riêng lẽ để

đối chứng.

Anova: Single Factor

SUMMARY

5

Đồ án tốt nghiệp

Count Sum

Average Variance 3 33.20781 11.06927 2.104025 3 36.66397 12.22132 0.967621 27.262 9.087332 7.661641 3

24.1445

4.02347 3 72.43351 3 3.866786 1.288929 0.012855

Groups NaOH 2% NaOH 3% NaOH 10% NaOH 2% + H2O2 1% H2O2 1% ANOVA

SS df MS F F crit Source of Variation

P- value 3.1E- 811.9706 4 202.9926 68.7197 07 3.47805

10 2.953922

29.53922 841.5098 14

Between Groups Within Groups Total

Phụ lục B.6: Thống kê kết quả khảo sát tiền xử lý kết hợp NaOH + H2O2 + siêu

âm.

- Khảo sát ở 50 oC:

Anova: Single Factor SUMMARY Groups Count

10 phút 3

20 phút 3

Average Variance 0.19786 15.9708 2 7 2.99754 17.1070 9 2 1.10173 13.6105 7 8 Sum 47.9124 5 51.3210 6 40.8317 3 3

30 phút ANOVA

Source of Variation df F

Between Groups SS 19.0868 1 MS 9.54340 3 2 6.6626 P-value 0.02992 8 F crit 5.14325 3

6

Đồ án tốt nghiệp

8.59430 6 1.43238 4 6

Within Groups

Total 27.6811 1 8

- Khảo sát ở 60 oC:

Anova: Single Factor SUMMARY Groups Count

3 10 phút

3 20 phút

Average Variance 1.31315 7.91644 6 3 4.47166 11.9427 3 6 12.5669 9 2.09795 Sum 23.7493 3 35.8281 8 37.7009 8 3 30 phút

ANOVA

Source of Variation SS df

2 F 7.27440 1 P-value 0.02489 4 F crit 5.14325 3

MS 19.1141 5 2.62759 1 6 38.2283 15.7655 4

Between Groups Within Groups

8 53.9938 4 Total

- Khảo sát ở 70 oC:

Anova: Single Factor SUMMARY Groups Count Sum

3 10 phút

3 20 phút

3 25.37 34.5808 4 31.7583 2 Average Variance 0.94961 8.45666 7 7 11.5269 5 10.5861 1 2.00262 0.99430 9

30 phút

7

Đồ án tốt nghiệp

ANOVA

Source of Variation df

F 5.64277 5 P-value 0.04182 2 F crit 5.14325 3 2

SS 14.8463 1 7.89309 1 6 MS 7.42315 7 1.31551 5

22.7394 8

Between Groups Within Groups Total

- Khảo sát ở 80 oC:

Anova: Single Factor SUMMARY Groups Count

10 phút 3

20 phút 3

Average Variance 4.81810 10.4622 1 3 1.58707 10.5195 1 4 2.86839 7 14.5419 Sum 31.3866 8 31.5586 2 43.6257 1 3

30 phút ANOVA

Source of Variation df

MS 16.4132 3 F 5.30968 1 P-value 0.04705 6 F crit 5.14325 3 2

SS 32.8264 6 18.5471 4 6 3.09119

Between Groups Within Groups Total 51.3736 8

Phụ lục B.7: Thống kê kết quả khảo sát tiền xử lý kết hợp NaOH + H2O2 +

Autoclave.

- Khảo sát ở 121 oC:

Anova: Single Factor SUMMARY

8

Đồ án tốt nghiệp

Groups Count

10 phút Sum 42.0930 6 3

20 phút 3 Average Variance 10.2068 14.0310 2 2 5.31112 9

30 phút 3

40 phút 3

50 phút 3

60 phút 45.9606 67.3547 2 50.7287 3 62.1975 2 46.4664 7 3 15.3202 22.4515 7 16.9095 8 20.7325 1 15.4888 2 2.30369 5.42525 5 14.3212 4 8.61630 8

ANOVA

Source of Variation df

F 4.37642 7 P-value 0.01684 4 F crit 3.10587 5 5

SS 168.435 7 92.3688 8 MS 33.6871 4 7.69740 7 12

Between Groups Within Groups

Total 260.804 6 17

- Khảo sát ở 130 oC:

Anova: Single Factor SUMMARY Groups Count Sum

40.3005 13.4335

10 phút 20 phút 30 phút 40 phút 50 phút 60 phút Average Variance 3 76.18582 25.39527 64.21661 3 76.67335 25.55778 14.75518 3 29.08742 9.695807 15.03425 3 56.17371 18.72457 0.310262 3 30.2787 3 66.47559 22.15853 53.62373

ANOVA

9

Đồ án tốt nghiệp

Source of Variation SS df MS F P-value F crit

634.0644 5 126.8129 4.269345 0.01834 3.105875

12 29.70312

Between Groups Within Groups Total 356.4375 990.5019 17

Phụ lục B.8: Thống kê kết quả khảo sát ảnh hưởng của giá trị pH đến hiệu suất

thu hồi lignin:

Anova: Single Factor SUMMARY Groups Count Sum

pH 5 pH 4 pH 3 pH 2 pH 1 Average Variance 3 70.87786 23.62595 26.50777 3 132.3664 44.12214 14.78207 3 158.4733 52.82443 2.731493 3 158.9313 52.9771 4.602007 3 174.1221 58.04071 125.9023

ANOVA

Source of Variation SS df MS F P-value F crit

2231.55 4 557.8875 15.98297 0.000241 3.47805

10 34.90513

Between Groups Within Groups Total 349.0513 2580.601 14

pH 2 51.25954 55.38168 52.29008

pH 3 53.77863 53.77863 50.91603 Average Variance Anova: Single Factor SUMMARY Groups Count Sum

10

Đồ án tốt nghiệp

3 158.9313 52.9771 4.602007 3 158.4733 52.82443 2.731493

pH 2 pH 3 ANOVA

SS df MS F P-value F crit Source of Variation

0.034962 1 0.034962 0.009535 0.92691 7.708647

14.667 3.66675 4

14.70196 5 Between Groups Within Groups Total

pH 2 51.25954 55.38168 52.29008 pH 1 51.25954 51.87023 70.99237

Anova: Single Factor SUMMARY

Groups Count Average

pH 2 3

Varianc e 4.60200 7 125.902 3 Sum 158.931 3 174.122 1 3 52.9771 58.0407 1

pH 1 ANOVA

Source of Variation df F

MS 38.4602 Between Groups P-value 0.48545 9 F crit 7.70864 7 7 0.58941 1

SS 38.4602 7 261.008 6 65.2521 5 4

Within Groups

Total 299.468 9 5

11

Đồ án tốt nghiệp

Phụ lục B.9: Thống kê kết quả khảo sát ảnh hưởng của yếu tố thời gian đến hiệu

suất thu hồi lignin:

Anova: Single Factor SUMMARY Groups Count Sum

3 0 phút

3 15 phút

Average Variance 1.54031 46.9720 5 1 2.83434 3 0.15781 6 3 30 phút

3 0.70703 45 phút

3 60 phút

3 140.916 142.473 3 147.671 8 150.725 2 153.053 4 149.198 5 47.4911 49.2239 2 50.2417 3 51.0178 1 49.7328 2 0.33409 0.22871 7

75 phút ANOVA

df Source of Variation

5 F 7.76374 3 P-value 0.00181 2 F crit 3.10587 5

SS 37.5397 1 11.6046 2 MS 7.50794 3 0.96705 2 12

Between Groups Within Groups

49.1443 4 17 Total

Phụ lục B.10: Thống kê kết quả khảo sát ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ đến hiệu

suất thu hồi lignin:

Anova: Single Factor SUMMARY Groups Count

40 oC Average Variance 83.2590 24.9491 3 1 Sum 74.8473 2 3

12

Đồ án tốt nghiệp

50 oC 3

60 oC 3

70 oC 90.1908 6 145.038 2 176.068 7 3

80 oC 3

154.771 132.022 9 30.0636 2 48.3460 5 58.6895 7 51.5903 3 44.0076 3 63.4232 5 250.559 9 1.80835 6 87.1748 8 113.412 7 3

90 oC ANOVA

Source of Variation df

5 F 5.05934 5 P-value 0.01003 6 F crit 3.10587 5

SS 2528.14 7 1199.27 6 MS 505.629 4 99.9396 9 12

Between Groups Within Groups

Total 3727.42 3 17

13