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