intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng polylactic acid

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:130

Thêm vào BST
Báo xấu
135
lượt xem 18
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tiếp bước những nghiên cứu về PLA, tác giả đã chế tạo thành công PLA tự phân hủy sinh học từ các nguồn phế liệu nông nghiệp như rơm rạ. Quy trình tổng hợp và cấu trúc, tính chất của PLA đã được nghiên cứu kỹ lưỡng. Vật liệu tổ hợp của PLA với polyethylene glycol, nano clay, nano bạc cũng được chế tạo và nghiên cứu hình thái, cấu trúc và các tính chất đặc trưng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng polylactic acid

  1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- HỒ THỊ HOA NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG POLYLACTIC ACID LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2015
  2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- HỒ THỊ HOA NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG POLYLACTIC ACID Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số: 60440114 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hướng dẫn KH: TS. Hoàng Mai Hà TS. Trần Mạnh Trí Hà Nội - 2015
  3. Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng polylactic acid Hồ Thị Hoa MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN .............................................................................................. 1 1.1. Tổng hợp PLA từ rơm rạ....................................................................... 1 1.1.1. Nguồn rơm rạ phế liệu ở Việt Nam .................................................................1 1.1.2. Axit lactic ................................................................................................................3 1.1.3. Quá trình lên men tổng hợp axit lactic từ rơm rạ. .....................................5 1.1.4. Lactide ......................................................................................................................7 1.1.5. Poly-axit lactic (PLA) ..........................................................................................8 1.1.6. Tổng hợp PLA ......................................................................................... 11 1.2. Đặc trưng cấu trúc của PLA ............................................................... 27 1.2.1. Vi cấu trúc, hình thái học và hình dạng. ...................................................... 27 1.2.2. Khối lượng mol và cấu trúc phân tử ............................................................. 28 1.2.3. Sự chuyển trạng thái nhiệt: ............................................................................. 28 1.2.4. Độ tinh khiết quang học và sự raxemic hóa ................................................ 29 1.2.5. Sự phân hủy của PLA........................................................................................ 30 1.3. Các vật liệu tổng hợp của PLA............................................................ 32 1.3.1. Nghiên cứu tổng hợp PLA/ PEG .................................................................... 32 1.3.2. Tổng hợp copolyme của axit lactic và poly (ethylene glycol)................. 37 1.3.3. Nano clay ............................................................................................................... 39 1.3.4. Nano bạc ................................................................................................................ 42 Chương 2: THỰC NGHIỆM ...................................................................................... 44
  4. Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng polylactic acid Hồ Thị Hoa 2.1. Hóa chất và thiết bị .............................................................................. 44 2.1.1. Tổng hợp poly-axit lactic .................................................................................. 44 2.1.3. Chế tạo các vật liệu tổ hợp từ poly-axit lactic ............................................ 45 2.2. Quy trình thí nghiệm ............................................................................ 45 2.2.1. Tinh chế axit lactic ............................................................................................. 45 2.2.2. Tổng hợp PLA ..................................................................................................... 47 2.2.3. Phương pháp tạo tổ hợp PLA-PEG .............................................................. 53 2.2.4. Tổng hợp copolyme PLA-PEG ....................................................................... 54 2.2.5. Phương pháp chế tạo nanocomposite PLA-Clay....................................... 55 2.2.6. Chế tạo composite PLA/nano bạc .................................................................. 58 2.3. Phương pháp nghiên cứu. .................................................................... 61 2.3.1. Nghiên cứu cấu trúc ............................................................................. 61 2.3.2. Nghiên cứu hình thái học, tính chất nhiệt, cơ lý ........................................ 61 2.3.3. Gia công ................................................................................................................. 61 2.3.4. Nghiên cứu tính kháng khuẩn ............................................................. 62 2.3.4.1. Chủng vi sinh vật ................................................................................................ 62 2.3.4.5. Phương pháp đánh giá tính kháng khuẩn của dung dịch keo nano bạc ......................................................................................................................................................63 2.3.4.6. Đánh giá tính kháng khuẩn của vật liệu tổ hợp PLA/nano bạc ............ 64 Chương 3: KẾT QUẢ .................................................................................................. 65 3.1. Tinh chế axit lactic. .............................................................................. 65
  5. Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng polylactic acid Hồ Thị Hoa 3.2. Nghiên cứu tổng hợp PLA ................................................................... 65 3.2.1. Nghiên cứu tổng hợp chất trung gian L-lactide......................................... 65 3.2.2. Nghiên cứu tổng hợp PLA................................................................................ 80 3.2.3. Nghiên cứu cấu trúc, tính chất của PLA ..................................................... 84 3.3. Chế tạo vật liệu tổ hợp PLA ................................................................ 91 3.3.1. Tổ hợp PLA-PEG ............................................................................................... 91 3.3.2. Chế tạo copolyme PLA-PEG ........................................................................... 96 3.3.3. Chế tạo vật liệu tổ hợp nanocomposite PLA-Clay .................................. 100 3.3.4. Vật liệu tổ hợp PLA/ nano bạc ..................................................................... 105 KẾT LUẬN ................................................................................................................. 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 113
  6. Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng polylactic acid Hồ Thị Hoa Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt PLA Poly-axit lactic PLLA PolyL-axit lactic PE Polyetylen PP Polypropylen PVC Polyvinyl clorua PC Polycacbonat PET Polyetylen terephtalat PA Polyamit PMMA Polymetyl metacrylat
  7. Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng polylactic acid Hồ Thị Hoa Danh mục các bảng biểu Bảng 1. 1: Tính chất vật lý và hóa học của axit lactic ............................................ 5 Bảng 1. 2: Tính chất vật lý của lactide.................................................................... 8 Bảng 1. 3: Khả năng phân hủy sinh học của một số polyme .................................. 9 Bảng 3. 1: Các điều kiện cho quá trình loại nước axit lactic. .............................. 66 Bảng 3. 2: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất phản ứng tổng hợp oligome PLA. ......................................................................................................... 68 Bảng 3. 3: Ảnh hưởng của xúc tác và hàm lượng đến hiệu suất tạo lactide......... 69 Bảng 3. 4: Các thông số được lựa chọn để tổng hợp lactide ................................ 78 Bảng 3. 5: Sự phụ thuộc khối lượng phân tử PLA vào chất khơi mào. ................. 80 Bảng 3. 6: Ảnh hưởng của chất đồng khơi mào đến KLPT trung bình của PLA. . 84 Bảng 3. 7: Các điều kiện tốt nhất cho quá trình tổng hợp PLA ............................ 84 Bảng 3. 8: Số lượng mẫu và khối lượng phân tử của PLA ................................... 85 Bảng 3. 9: Các tính chất cơ lý của PLA tổng hợp được và PLA thương mại ....... 91 Bảng 3. 10: Các tính chất cơ lý của tổ hợp PLA-PEG với các hàm lượng PEG khác nhau............................................................................................................... 95 Bảng 3. 11: Khối lượng phân tử của các mẫu PA1 và PA2 .................................. 98 Bảng 3. 12: Điều kiện tối ưu để tạo màng PLA-Clay nanocomposite ................ 100 Bảng 3. 13: Độ bền kéo của tấm PLA-Clay nanocomposite với các tỉ lệ clay khác nhau. .................................................................................................................... 105 Bảng 3. 14: Khả năng kháng khuẩn của vật liệu phủ nano bạc theo thời gian. . 111
  8. Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng polylactic acid Hồ Thị Hoa Danh mục các hình ảnh Hình 1. 1: Sản lượng rơm rạ tại các khu vực trong cả nước (2010) ...................... 2 Hình 1. 2: Công thức cấu tạo của axit lactic .......................................................... 3 Hình 1. 3: Công thức cấu tạo của hai đồng phân axit lactic: axit L(+)-lactic trái, axit D(-)-lactic phải ................................................................................................. 4 Hình 1. 4: Sơ đồ quá trình lên men đường glucose ở vi khuẩn lactic. .................... 7 Hình 1. 5: Ba cấu trúc của lactide .......................................................................... 8 Hình 1. 6: Một số sản phẩm có sử dụng nhựa phân hủy sinh học PLA ................ 10 Hình 1. 7: Các phương pháp tổng hợp PLA từ axit lactic .................................... 11 Hình 1. 8: Sơ đồ minh họa quy trình tổng hợp lactide bằng phương pháp trùng hợp oligome axit lactic. ......................................................................................... 12 Hình 1. 9: Các bước trong quá trình tổng hợp L-Lactide ..................................... 13 Hình 1. 10: Quá trình back - bitting tạo lactide.................................................... 14 Hình 1. 11: Cơ chế trùng hợp mở vòng cation lactide .......................................... 18 Hình 1. 12: Sự khơi mào của phản ứng trùng hợp mở vòng lactone .................... 19 Hình 1. 13: Trùng hợp anionic của (a) lactone, (b) lactide .................................. 20 Hình 1. 14: Cơ chế phối trí – bổ sung của trùng hợp lactone (a) và lactide (b) .. 21 Hình 1. 15: Trùng hợp mở vòng lactide với chất khơi mào là rượu .................... 23 Hình 1. 16: Sơ đồ phản ứng của thiếc octonate với chất khơi mào là rượu hoặc tạp chất để hình thành chất hoạt động xúc tác Sn-O-R ........................................ 24 Hình 1. 17: Các cơ chế đồng phân hóa: (a) sự hỗn biến hóa ester- bán axetal, (b) phản ứng SN2 tại một trung tâm bất đối ................................................................ 32
  9. Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng polylactic acid Hồ Thị Hoa Hình 1. 18: Mô tả cấu trúc của triblock copolyme P(LLA-b-PEG-b-LLA) .......... 38 Hình 1. 19: Sơ đồ tổng hợp mPEG-PLA ............................................................... 38 Hình 1. 20: Sơ đồ tổng hợp poly (ethylene glycol) – poly( axit lactic) copolyme đuôi acetal ............................................................................................................. 39 Hình 1. 21: Cấu trúc mạng tinh thể 2:1 của MMT ............................................... 40 Hình 1. 22: Nguyên lý điều chế nano clay hữu cơ bằng các cation amoni khác nhau ....................................................................................................................... 41 Hình 1. 23: Cấu tạo mixen của hạt bạc khi có và không có sự bảo vệ của các chất hoạt động bề mặt. .................................................................................................. 43 Hình 2. 1 Thiết bị tổng hợp lactide (a) và tinh chế lactide (b) ............................ 45 Hình 2. 2: Quy trình và tổng số cho việc tách axit lactic bằng công nghệ màng . 46 Hình 2. 3: Sơ đồ quy trình tách axit lactic bằng phương pháp ester hóa. ........... 47 Hình 2. 4: Sơ đồ quy trình tổng hợp PLA từ axit lactic. ...................................... 52 Hình 2. 5: Phương pháp tạo nano clay hữu cơ ................................................... 56 Hình 2. 6: Phương pháp ché tạo hạt nanocomposite PLA-Clay .......................... 57 Hình 2. 7: Quy trình chế tạo hạt nano bạc, kết tụ tạo bột và phân tán trong polyme ............................................................................................................... 59 Hình 3. 1: Axit lactic sau khi lên men (a), Phổ sắc ký HPLC xác định mức độ sạch và sử dụng để định lượng L-axit lactic tạo ra ............................................... 65 Hình 3. 2: Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến KLPT trung bình của oligome PLA (thời gian phản ứng 4h, áp suất 10 mmHg). ................................................. 66
  10. Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng polylactic acid Hồ Thị Hoa Hình 3. 3: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến KLPT trung bình của oligome PLA (T = 200oC, P = 10 mmHg)........................................................................... 67 Hình 3. 4: Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác đến tỉ lệ L-lactide. ........................ 70 Hình 3. 5: Ảnh hưởng của KLPT trung bình của oligome PLA đến hiệu suất tổng hợp lactide. ............................................................................................................ 71 Hình 3. 6: Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất chuyển hóa. ............ 72 Hình 3. 7: Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến tỷ lệ L-lactide. ........................ 73 Hình 3. 8: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất tổng hợp lactide. ................... 74 Hình 3. 9: Ảnh hưởng của áp suất đến hiệu suất phản ứng tổng hợp L-lactide. .. 75 Hình 3. 10: Sự phụ thuộc hàm lượng meso-lactide vào thời gian tách loại tại các nhiệt độ khác nhau. ............................................................................................... 76 Hình 3. 11: phụ thuộc hàm lượng Meso-lactide vào dung môi. ............................ 77 Hình 3. 12: Phổ IR của L-lactide chưa tinh chế ................................................... 78 Hình 3. 13: Phổ hồng ngoại của L-lactide đã tinh chế ......................................... 79 Hình 3. 14: Phổ 1H-NMR của L-lactide ............................................................... 80 Hình 3. 15: Ảnh hưởng của hàm lượng chất khơi mào Sn(Oct)2 đến hiệu suất chuyển hóa phản ứng tổng hợp PLA. .................................................................... 81 Hình 3. 16: Ảnh hưởng của hàm lượng chất khơi mào đến KLPT trung bình của PLA. ....................................................................................................................... 82 Hình 3. 17: Ảnh hưởng của các chất đồng khơi mào đến hiệu suất phản ứng tổng hợp PLA. ................................................................................................................ 83 Hình 3. 18: Sắc ký đồ GPC - phân bố phân tử lượng của PLA ............................ 86
  11. Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng polylactic acid Hồ Thị Hoa Hình 3. 19: Sắc ký đồ GPC của PLA phân tử lượng cao tổng hợp được ............. 86 Hình 3. 20: Phổ IR của PLA.................................................................................. 87 Hình 3. 21: Phổ 1H-NMR của PLA ....................................................................... 88 Hình 3. 22: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C-NMR của PLA ............................... 89 Hình 3. 23: Đường cong ứng suất – độ biến dạng của PLA. ................................ 90 Hình 3. 24: Sự phụ thuộc của monen xoắn (độ nhớt) vào thời gian phối trộn ..... 92 Hình 3. 25: Sự phụ thuộc của momen xoắn cực đại vào hàm lượng PEG............ 93 Hình 3. 26: Đường cong ứng suất- độ biến dạng trong thí nghiệm đo tính chất cơ lý của tổ hợp PLA-PEG. ........................................................................................ 94 Hình 3. 27: Cấu trúc copolyme PLA-PEG và vị trí tương ứng của các proton trên cộng hưởng từ hạt nhân NMR ............................................................................... 97 Hình 3. 28: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân .............................................................. 97 Hình 3. 29: Phổ hồng ngoại của copolyme tinh chế và hạt copolyme PLA-PEG. 98 Hình 3. 30: Ảnh hiển vi điện tử quét của hạt copolyme PLA-PEG. ...................... 99 Hình 3. 31: Màng nanocomposite PLA-Clay với hai độ dày khác nhau a) 5cm, b) 2cm ...................................................................................................................... 101 Hình 3. 32: phổ nhiễu xạ của (1) PLA, (2) nanocomposite 1% clay, (3) nanocomposite 3% clay, (4) clay ........................................................................ 101 Hình 3. 33. Ảnh TEM của PLA-Clay (1%) nanocomposite. ............................... 103 Hình 3. 34: Ảnh TEM của PLA-Clay (3%) nanocomposite. ............................... 103 Hình 3. 35: Độ thấm khí của vật liệu nanocomposite PLA-Clay với hàm lượng clay từ 0-10% ...................................................................................................... 104
  12. Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng polylactic acid Hồ Thị Hoa Hình 3. 36: Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) cho thấy kích thước hạt nano bạc từ 4-7 nm ....................................................................................................... 106 Hình 3. 37: Bề mặt nanocomposite Ag/PLA xác định bằng AFM....................... 107 Hình 3. 38:. Hiệu suất diệt khuẩn của vật liệu PLA-bạc nano đối với các chủng vi sinh vật khác nhau. .............................................................................................. 108 Hình 3. 39: Nồng độ nano bạc cẩn thiết để diệt 100% vi khuẩn thử nghiệm: Nano bạc ở dạng tự do (cột màu xanh, bên trái), Nano bạc trong PLA (cột màu nâu, bên phải). ............................................................................................................. 109
  13. Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng polylactic acid Hồ Thị Hoa LỜI CẢM ƠN Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời gian bắt đầu làm luận văn cho đến nay, em nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi tới quý Thầy Cô khoa hóa học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nôi, đã cùng với trí thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn khiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới GS.TS. Nguyễn Đức Nghĩa và các bạn đồng nghiệp phòng Phát triển Công nghệ Hóa học và Phòng polyme chức năng và vật liệu nano. Và đặc biệt em xin chân thành cảm ơn Ts. Hoàng Mai Hà và TS. Trần Mạnh Trí đã tận tâm hướng dẫn em hoàn thành bài luận văn này. Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, không thể tránh khỏi những sai sót. Do vậy, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy Cô và các bạn để khóa luận của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn.
  14. Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng polylactic acid Hồ Thị Hoa MỞ ĐẦU Việt Nam là một nước nông nghiệp đứng thứ hai trên thế giới về xuất khẩu lúa gạo. Hằng năm nước ta sản xuất khoảng 44 triệu tấn lúa gạo. Cùng với đó chúng ta nhận được khoảng 40 triệu tấn rơm rạ. Ngày nay, khi nền kinh tế đang ngày càng phát triển, các nhiên liệu hóa thạch được sử dụng rộng rãi thì những nguồn phế liệu nông nghiệp như rơm rạ không còn là nguồn chất đốt, nguồn thức ăn chăn nuôi chính nữa. Nguồn phế liệu này chủ yếu được người dân đốt bỏ sau mỗi vụ thu hoạch. Điều đó gây ô nhiễm môi trường trầm trọng, làm ảnh hưởng đến sức khỏe của con người đặc biệt là người già và trẻ em. Trong suốt thế kỷ qua, thế kỷ của thời đại đồ nhựa, vật liệu polyme đóng vai trò quan trọng trong các ngành sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và tiêu dùng. Nhưng phế thải của vật liệu này gây ô nhiễm trầm trọng trong môi trường, bởi khả năng phân hủy của nó trong thời gian rất lâu, có loại đến hàng ngàn năm. Để khắc phục nhược điểm này, thế giới hiện nay tập trung phát triển các loại vật liệu xanh, nguồn gốc sinh học, có khả năng tự phân hủy, tái sinh và thân thiện với môi trường, thay thế các loại polyme có nguồn gốc dầu mỏ. Các nghiên cứu nhằm tạo ra các loại vật liệu có khả năng phân hủy sinh học và thân thiện với môi trường đang thu hút nhiều nhóm nghiên cứu. Trong đó, xu hướng sử dụng các loại vật liệu có nguồn gốc từ thiên nhiên để dần thay thế các vật liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ đang ngày càng được quan tâm. Những loại vật liệu xanh, vật liệu tái tạo có khả năng phân hủy sinh học, như poly-axit lactic (PLA), Polyhydroxylbutyrat (PHB) được xem là các ứng cử viên cho hướng phát triển này. Trong đó, so với các polyme sinh học khác, PLA có một số ưu điểm nổi trội sau: - Monome axit lactic được tạo ra bởi quá trình lên men các sản phẩm từ nông nghiệp nên có thể tái sinh.
  15. Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng polylactic acid Hồ Thị Hoa - Tác động tích cực đến chu trình CO2 do sử dụng thực vật làm nguyên liệu. - Tiết kiệm năng lượng. - Có thể tái sinh PLA thành axit lactic thông qua thủy phân. Chính vì những ưu điểm trên mà PLA được xem là sự lựa chọn hàng đầu trong các polyme sinh học có khả năng thay thế các loại polyme dầu mỏ. Hiện nay, một số loại sản phẩm nhựa sinh học dựa trên PLA đã ra đời như BiotaTM - Chai đựng nước bằng nhựa PLA, NobleTM - Bình đựng nước hoa quả bằng nhựa PLA, DannonTM , các sản phẩm thực phẩm chức năng sử dụng axit L-lactic, ngoài ra PLA còn được sử dụng trong các ngành công nghiệp và vật liệu y-sinh... Tiếp bước những nghiên cứu về PLA, chúng tôi đã chế tạo thành công PLA tự phân hủy sinh học từ các nguồn phế liệu nông nghiệp như rơm rạ. Quy trình tổng hợp và cấu trúc, tính chất của PLA đã được nghiên cứu kỹ lưỡng. Vật liệu tổ hợp của PLA với polyethylene glycol, nano clay, nano bạc cũng được chế tạo và nghiên cứu hình thái, cấu trúc và các tính chất đặc trưng.
  16. Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng polylactic acid Hồ Thị Hoa Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng hợp PLA từ rơm rạ 1.1.1. Nguồn rơm rạ phế liệu ở Việt Nam 1.1.1.1. Trữ lượng rơm rạ và phân bố Việt Nam là một nước nông nghiệp với tổng diện tích đất dành cho nông nghiệp chiếm tới 35%, và khoảng 70% dân số làm nông nghiệp [1]. Trong đó lúa gạo được xem là loại cây trồng và mùa vụ quan trọng nhất ở nước ta. Năng suất lúa gạo bình quân cũng tăng liên tục trong những năm qua từ 4.2 triệu tấn/ha vào năm 2000 lên 5.3 tấn/ha vào năm 2010. Năm 2014, theo số liệu ước tính năng suất có thể đạt mức cao nhất từ trước tới nay là 5.7 tấn/ha [2]. Từ năm 1990 đến nay, sản lượng lúa của Việt Nam liên tục tăng trưởng nhờ cải tiến các kỹ thuật canh tác, tăng năng suất cây trồng và một phần nhờ mở rộng diện tích canh tác hàng năm. Rơm rạ là loại phế liệu chính trong quá trình sản xuất lúa gạo. Những kết quả cho thấy mỗi tấn lúa thu được sẽ cho tương ứng 1.0 – 1.3 tấn rơm rạ trên đồng ruộng tùy theo công nghệ thu hoạch và điều kiện xử lý, thu gom. Từ sản lượng lúa gạo thu được hàng năm ở trên, ta có thể tính được sản lượng rơm rạ sau thu hoạch tại nước ta nằm trong khoảng từ 40 – 50 triệu tấn [20]. Đây có thể được coi là nguồn sinh khối lớn nếu được thu gom và sử dụng một cách hợp lý. Về mặt phân bố, ở nước ta hai khu vực cho sản lượng rơm rạ chính đó là Đồng bằng sông Cửu Long và Đồng bằng sông Hồng. Hình 1.1 biểu diễn số lượng cụ thể về sản lượng của các vùng trong cả nước. Theo đó, Đồng bằng sông Cửu Long và Đồng bằng sông Hồng lần lượt sản xuất ra 52,5 và 16,8% sản lượng của cả nước. Các khu vực khác thường là gieo trồng nhỏ lẻ và có tỉ lệ không chiếm quá 9% [4]. 1
  17. Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng polylactic acid Hồ Thị Hoa Hình 1. 1: Sản lượng rơm rạ tại các khu vực trong cả nước (2010) Với trữ lượng dồi dào, nước ta có lợi thế lớn về nguồn sinh khối từ rơm rạ để phục vụ cho phát triển các hướng nghiên cứu tái sử dụng chúng cho hiệu quả kinh tế cao. Chính vì vậy chúng tôi đã nghiên cứu sử dụng nguồn phế phẩm này làm nguồn nguyên liệu sử dụng cho mục đích chế tạo nhựa tự phân hủy sinh học poly-axit lactic. 1.1.1.2. Thực trạng sử dụng rơm rạ ở nước ta. Từ xa xưa, sau khi thu hoạch xong, rơm rạ được phơi khô, thu gom và chất đống. Rơm rạ được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như làm chất đốt, làm thức ăn cho gia súc (trâu, bò), sản xuất nấm rơm, phân hữu cơ vi sinh và làm vật liệu xây dựng... Ngày nay, khi ngành công nghiệp đang ngày càng phát triển, đời sống của người dân được nâng lên. Nguồn nguyên liệu dầu mỏ, khí đốt và than đá phát triển thì người nông dân không sử dụng rơm rạ vào những mục đích trên mà hầu hết bị đốt bỏ tại đồng ruộng, vừa đỡ công vận chuyển, vừa làm tăng chất màu cho đất. Tuy nhiên, việc đốt bỏ này gây lãng phí và làm ô nhiễm môi trường và gây hại trực tiếp tới sức khỏe của người dân. Theo các chuyên gia y tế, mù bụi tro đốt rơm rạ gây ra 2
  18. Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng polylactic acid Hồ Thị Hoa (đặc biệt vào tháng 6/2009 tại Hà Nội) gây ô nhiễm không khí, rất có hại đối với sức khỏe con người, nhất là đối với trẻ em, người già và người mắc bệnh đường hô hấp. 1.1.2. Axit lactic Axit lactic (acid 2-hydroxypropionic) hay còn gọi là axit sữa là axit tồn tại rộng rãi trong tự nhiên, được tìm thấy ở người, động vật, thực vật và vi sinh vật. Nó lần đầu tiên được phát hiện bởi nhà hóa học Thụy Điển Carl Wilhelm Scheele vào năm 1780 ở trong sữa chua. Axit lactic được chấp nhận là một sản phẩm của quá trình lên men vào năm 1847 [5]. Có công thức hóa học là CH3CHOHCOOH, là một axit hữu cơ có 3 Carbon: trong đó, một nguyên tử carbon nằm trong nhóm carboxyl, một nguyên tử nằm trong nhóm methyl CH3 và một nguyên tử ở giữa có chứa nhóm hydroxyl (hình 1.2). Axit lactic khan tinh khiết là những hạt tinh thể rắn màu trắng có nhiệt độ nóng chảy thấp. Đối lập với các axit khác, axit lactic không bay hơi, không mùi, không màu và có vị axit trung bình. Hàm lượng carbon, hydrogen, và oxygen trong phân tử tương ứng là 40%, 6.71% và 53.29% [5]. Hình 1. 2: Công thức cấu tạo của axit lactic Trong công thức cấu tạo phân tử của axit lactic có một carbon bất đối nên chúng có hai đồng phân quang học là axit D-lactic và axit L-lactic. Hai đồng phân quang học này có tính chất hóa lý giống nhau, chỉ khác nhau khả năng làm quay mặt 3
  19. Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng polylactic acid Hồ Thị Hoa phẳng phân cực ánh sáng, một sang phải và một sang trái. Do đó tính chất sinh học của chúng hoàn toàn khác nhau [7]. Hình 1. 3: Công thức cấu tạo của hai đồng phân axit lactic: axit L(+)-lactic trái, axit D(-)-lactic phải Axit L(+)-lactic được chuyển hóa hoàn toàn và nhanh chóng trong quá trình tổng hợp glycogen. Axit L-lactic ở dạng tinh thể, chúng có khả năng tan trong nước, tan trong cồn, tan trong ether, không tan trong CHCl3, nhiệt độ nóng chảy 28ºC [7]. Axit D(-)-lactic được chuyển hóa ít hơn và phần không chuyển hóa sẽ được bài tiết dưới dạng urein. Sự hiện diện của axit không được chuyển hóa trong ống tiêu hóa sẽ gây tình trạng nhiễm axit trong trẻ sơ sinh. Axit D- lactic ở dạng tinh thể, tan trong nước, tan trong cồn, nhiệt độ nóng chảy 28ºC [7]. Nếu axit D-lactic và axit L-lactic có trong một hỗn hợp theo tỉ lệ 50:50 người ta gọi là hỗn hợp raxemic. Hỗn hợp này được kí hiệu là axit D/L-lactic. Tuy nhiên trong quá trình lên men không có hỗn hợp có tỉ lệ lý tưởng này mà ta chỉ có thể thu được khi tiến hành tổng hợp hữu cơ [7]. Axit D/L lactic là dịch lỏng dạng tinh thể, tan trong nước, cồn, không tan trong chloromethane (CH3Cl), nhiệt độ nóng chảy 16,8ºC, nhiệt độ sôi 122ºC [7]. Axit lactic có khối lượng phân tử là 98.08, không màu, có mùi nhẹ. Hai dạng đồng phân quang học này có tính chất vật lý khác nhau. Các nhóm hydroxyl và carboxyl của axit lactic cho phép axit lactic có một khoảng rộng các phản ứng hóa học. Axit lactic có pKa khoảng 3.86 ở 25oC. Nó là một axit trung bình có thể phản ứng với các kim loại hoạt động để tạo khí hydro và muối kim loại. Axit lactic phản ứng với muối cyanide tạo thành khí hydro xyanua, phản ứng với muối 4
  20. Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng polylactic acid Hồ Thị Hoa diazo, dithiocarbanate, isocyanate, mercaptan, nitrit, sulfit, thiosulfate, sulfua dioxide (SO2), carbonate tạo khí độc hoặc dễ cháy. Axit lactic có thể tạo thành dilactide qua phản ứng ester hóa với rượu và chưng cất xúc tác, tạo ra glycol bằng phản ứng hydrogenolysis và tạo ester lactate bằng phản ứng khử nước xúc tác [5]. Từ những phản ứng trên, axit lactic có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và sản xuất. Một vài tính chất vật lý và hóa học của axit lactic được trình bày trong bảng sau: Bảng 1. 1: Tính chất vật lý và hóa học của axit lactic Tính chất D-lactic L-lactic D,L-lactic TL tham khảo Khối lượng phân tử 90,08 90,08 90,08 [5] Nhiệt độ nóng chảy (oC) 52,8 53,0 16,8 [5] Nhiệt độ sôi (oC) 103 122 [7] Hằng số phân ly Ka ở 25oC 1,90*10-4 1,38*10-4 [7] pKa ở 25oC 3,83 3,79 3,73 [5] Quay quang học -2,5 +2,5 [7] 1.1.3. Quá trình lên men tổng hợp axit lactic từ rơm rạ. Các vi khuẩn lactic được chia làm hai nhóm tuỳ theo cách lên men đường của chúng: các vi khuẩn lactic lên men đồng hình và các vi khuẩn lactic lên men dị hình. Nhiều tác giả đã chứng minh rằng việc xác định các sản phẩm lên men cuối cùng của vi khuẩn lactic phụ thuộc rất nhiều yếu tố (pH, CO2, O2, trạng thái sinh lý của tế bào) [22]: - Lên men đồng hình (Homofermentation) là quá trình lên men trong đó sản phẩm chủ yếu là axit lactic. Quá trình lên men xảy ra theo con đường Embden - Meyerhof – Parnas [22]. Hiệu suất gần như 100%. Quá trình lên men đồng hình chỉ trao đổi năng lượng, vi khuẩn không sử dụng glucose để xây dựng tế bào mà chỉ sử 5
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2430 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2