Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật hóa học: Nghiên cứu chế tạo xenlulo và một số sản phẩm có giá trị từ rơm rạ và thân ngô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI<br /> <br /> THÁI ĐÌNH CƯỜNG<br /> <br /> NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO XENLULO VÀ MỘT SỐ SẢN PHẨM CÓ GIÁ TRỊ<br /> TỪ RƠM RẠ VÀ THÂN NGÔ<br /> <br /> Chuyên ngành: VẬT LIỆU CAO PHÂN TỬ VÀ TỔ HỢP<br /> Mã số: 62440125<br /> <br /> LUẬN ÁN TIẾN SĨ<br /> KỸ THUẬT HÓA HỌC<br /> <br /> NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:<br /> 1. PGS.TS. LÊ QUANG DIỄN<br /> 2. PGS.TS. DOÃN THÁI HÒA<br /> <br /> Hà Nội - 2017<br /> <br /> LỜI CAM ĐOAN<br /> Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các số liệu nghiên<br /> cứu của luận án là hoàn toàn trung thực và chưa được tác giả khác công bố. Các thí nghiệm<br /> được tiến hành một cách nghiêm túc trong quá trình nghiên cứu, không có sự sao chép từ bất<br /> kỳ tài liệu khoa học nào.<br /> <br /> TẬP THỂ HƯỚNG DẪN<br /> <br /> TÁC GIẢ<br /> <br /> HD1: PGS. TS. Lê Quang Diễn<br /> <br /> Thái Đình Cường<br /> <br /> HD2: PGS. TS. Doãn Thái Hòa<br /> <br /> 1<br /> <br /> LỜI CẢM ƠN<br /> Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Lê Quang Diễn, giáo viên hướng dẫn<br /> 1 đã hướng dẫn tận tình, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt Luận<br /> án này.<br /> Tôi xin chân thành cảm ơn sự ủng hộ, giúp đỡ của PGS.TS. Doãn Thái Hòa, giáo viên<br /> hướng dẫn 2 và các thầy cô giáo trong Bộ môn Công nghệ xenluloza và giấy, Viện Kỹ thuật<br /> Hoá học, Đại học Bách khoa Hà Nội.<br /> Cuối cùng, cho phép tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã chia sẻ những khó khăn và<br /> tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện Luận án tại<br /> Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.<br /> NCS Thái Đình Cường<br /> Hà Nội, ngày 18 tháng 11 năm 2017<br /> <br /> 2<br /> <br /> MỤC LỤC<br /> Lời cam đoan……………………………………………………………………………… . 1<br /> Lời cảm ơn………………………………………………………………………………… . 2<br /> Danh mục các từ viết tắt và thuật ngữ………………………………………………………6<br /> Danh mục các bảng……………………………………………………………………….... 7<br /> Danh mục các hình……………………………………………………………………….. .. 8<br /> Đặt vấn đề..……………………………………………………………………………….. 10<br /> Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu………………………………………….. ... 13<br /> 1.1.<br /> <br /> Thành phần và tính chất của sinh khối lignoxenlulo………………………. ....... 13<br /> <br /> 1.2.<br /> <br /> Tiềm năng và tính chất của một số dạng phế phụ phẩm nông nghiệp<br /> chứa xơ sợi……….. ............................................................................................. 15<br /> <br /> 1.3.<br /> <br /> Các phương pháp truyền thống chế tạo xenlulo… ............................................... 17<br /> <br /> 1.4.<br /> <br /> Tổng quan tình hình nghiên cứu chế tạo xenlulo và các sản phẩm<br /> có giá trị khác………………. ............................................................................. 23<br /> <br /> 1.4.1.<br /> <br /> Chế tạo xenlulo…………………….. ............................................................ 23<br /> <br /> 1.4.2.<br /> <br /> Bioetanol…………………………................................................................ 31<br /> <br /> 1.4.3.<br /> <br /> Các chất trích ly…………………….. ........................................................... 32<br /> <br /> 1.4.4.<br /> <br /> Dioxit silic………………………… ............................................................. 34<br /> <br /> 1.5.<br /> <br /> Khái quát nanoxenlulo và ứng dụng…………………………………………. .... 36<br /> <br /> 1.5.1.<br /> <br /> Khái niệm và ứng dụng nanoxenlulo……………………………………… . 36<br /> <br /> 1.5.2.<br /> <br /> Các hương pháp chế tạo nanoxenlulo……………………………………….39<br /> <br /> 1.5.3.<br /> <br /> Tổng quan tình hình nghiên cứu chế tạo nanoxenlulo…………………....... 44<br /> <br /> Chương 2: Vật liệu và phương pháp thực nghiệm………………………………………. . 49<br /> 2.1. Nguyên vật liệu………………………………………………………………… ..... 49<br /> 2.2. Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu…………………………….. .. ........ 49<br /> 2.3. Phương pháp trích ly rơm rạ và thân ngô bằng dung môi hữu cơ. ........................... 56<br /> 2.4. Phương pháp tiền thủy phân rơm rạ và thân ngô bằng axit sunfuric ........................ 58<br /> 2.5. Phương pháp chế tạo xenlulo……………………………………… ........................ 58<br /> 2.5.1. Phương pháp nấu xút………………….............................................................. 58<br /> 2.5.2. Phương pháp nấu sunfat…………………………….. ....................................... 59<br /> 2.5.3. Phương pháp nấu bằng dung dịch hydropeoxit và axit sunfuric có bổ sung<br /> xúc tác natri molipdat…………….. ............................................................................. 59<br /> 2.5.4. Phương pháp tẩy trắng xenlulo…………………………….. ............................ 60<br /> 3<br /> <br /> 2.5.4.1. Phương pháp tẩy trắng theo sơ đồ công nghệ D0-EP-D1…………………..60<br /> 2.5.4.2. Phương pháp tẩy trắng bằng hydropeoxit………………………………… 60<br /> 2.5.5. Các phương pháp phân tích tính chất của xenlulo…………………………….. 61<br /> 2.5.5.1. Xác định hàm lượng α-xenlulo………………….. ...................................... 61<br /> 2.5.5.2. Xác định hàm lượng lignin………………………………… ...................... 62<br /> 2.5.5.3. Xác định độ tro………………….. .............................................................. 63<br /> 2.5.5.4. Xác định độ kết tinh của xenlulo và đo SEM…………………………… .. 63<br /> 2.6. Phương pháp thủy phân bột xenlulo bằng enzyme……………………………...... . 64<br /> 2.7. Phương pháp xác định đường khử……………………………………………….. .. 64<br /> 2.8. Phương pháp chế tạo silic dioxit……………………. .............................................. 65<br /> 2.9. Phương pháp chế tạo microxenlulo (MCC)……………… ...................................... 66<br /> 2.10. Phương pháp chế tạo nanoxenlulo…………………. ............................................. 66<br /> Chương 3: Kết quả và thảo luận……………………………………………………...... .... 68<br /> 3.1. Lựa chọn sơ đồ chuyển hóa rơm rạ và thân ngô thành xenlulo và<br /> các sản phẩm có giá trị khác…..…….………………………………………….. ........... 68<br /> 3.2. Nghiên cứu tách các chất trích ly từ rơm rạ và thân ngô…………………… .......... 71<br /> 3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian trích ly…………………………………..……. ........ 73<br /> 3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ…………………………………………….…… ........ 75<br /> 3.2.3. Ảnh hưởng của tỷ dịch………………………………….……………….. ........ 76<br /> 3.2.4. Khảo sát thành phần hóa học của các chất trích ly……………………............. 79<br /> 3.3. Nghiên cứu sử lý rơm rạ bằng kiềm để chế tạo xenlulo và dioxit silic………......... 80<br /> 3.3.1. Ảnh hưởng của mức sử dụng natri hydroxit…………………….………. ........ 81<br /> 3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý…………………………………..………. ......... 83<br /> 3.3.3. Ảnh hưởng của thời gian xử lý…………………………………………........... 84<br /> 3.3.4. Chế tạo silic dioxit vô định hình…………………………………………….. .. 85<br /> 3.4. Nghiên cứu chế tạo xenlulo từ rơm rạ và thân ngô theo phương pháp<br /> nấu sunfat tiền thủy phân…………………………………………..………..... ....... 87<br /> 3.4.1. Tiền thủy phân rơm rạ và thân ngô bằng axit sunfuric………………… .......... 88<br /> 3.4.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit sunfuric………………………………….. ... 88<br /> 3.4.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ……………………………………………… ...... 89<br /> 3.4.1.3. Ảnh hưởng của thời gian xử lý………………………………………. ....... 90<br /> 3.4.2. Nấu sunfat tiền thủy phân để chế tạo xenlulo………………………….. .......... 92<br /> 3.4.2.1. Ảnh hưởng của mức sử dụng kiềm hoạt tính……………………………... 93<br /> 4<br /> <br />