›

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

pdf 77 trang thiennha21 13/04/2022 4720
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Khảo sát trích ly lignin từ gỗ cao su (hevea brasiliensis) bằng NaOH - H₂O₂ kết hợp một số phương pháp khác", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_khao_sat_trich_ly_lignin_tu_go_cao_su_hevea_brasiliens.pdf

Nội dung text: Đồ án Khảo sát trích ly lignin từ gỗ cao su (hevea brasiliensis) bằng NaOH - H₂O₂ kết hợp một số phương pháp khác

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG 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: CƠNG NGHỆ SINH HỌC Chuyên ngành: CƠNG 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
  2. LỜI CAM ĐOAN CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐHQG TP. HỒ CHÍ MINH Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi 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 cơng 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 cĩ ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo. Ngồi ra, trong luận văn cịn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều cĩ trích dẫn và chú thích nguồn gốc. Nếu phát hiện cĩ bất kỳ sự gian lận nào tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình. Trường Đại học Cơng Nghệ Tp. Hồ Chí Minh khơng liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tơi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu cĩ). TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng 08 năm 2018 Tác giả (ký tên và ghi rõ họ tên) Trần Quốc Minh Nguyên
  3. LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin cảm ơn đến Ban Giám Hiệu Trường Đại học Cơng Nghệ Tp. Hồ Chí Minh (HUTECH), Ban Chủ Nhiệm Khoa Viện Khoa Học Ứng Dụng và Bộ Mơn Cơng Nghệ Sinh Học cùng quý Thầy Cơ đã truyền đạt kiến thực cho em trong suốt quá trình học tập tại trường. Em xin kính gửi lịng 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 hồn thành đồ án tốt nghiệp tại Phịng thí nghiệm nhiên liệu sinh học và Biomass – Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh. Ngồi ra, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ba mẹ đã nuơi dạy, động viên con trong suốt thời những năm tháng cịn ngồi trên ghế nhà trường và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho con trong cuộc sống, tiếp sức cho con hồn thành tốt đồ án này. Vì chưa cĩ nhiều kinh nghiệm và thời gian cĩ hạn nên chắc chắn khơng tránh khỏi những sai sĩt. Kính mong nhận được những ý kiến đĩng gĩp của quý Thầy, Cơ để kiến thức của em ngày càng được hồn thiện hơn và là hành trang bổ ích cho quá trình học tập, làm việc sau này. Cuối cùng, xin kính chúc quý Thầy Cơ của trường Đại học Cơng Nghệ Tp. Hồ Chí Minh dồi dào sức khỏe và thành cơng trong sự nghiệp cao quý của mình. Đồng kính chúc quý Thầy Cơ, anh chị và các bạn của phịng thí nghiệm Nhiên liệu sinh học và Biomass, Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh luơn dồi dào sức khỏe và đạt được nhiều thành cơng tốt đẹp trong cuộc sống. Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2018 Sinh viên thực hiện Trần Quốc Minh Nguyên
  4. 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 Hĩa chất, dụng cụ và thiết bị 21 2.4.1. Hĩa chất 21 2.4.2 Dụng cụ 21 2.4.3 Thiết bị 22 i
  5. 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 tốn 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 cĩ 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
  6. Đồ án tốt nghiệp 3.5 Kết quả chụp quang phổ hồng ngoại FTIR để xác định nhĩm 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
  7. 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: Cơng 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
  8. Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần của vài loại lignocellulose .4 Bảng 1.2 Số lượng các nhĩm 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
  9. 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. Mơ hình cấu trúc của lignin 5 Hình 1.4. Cơng thức hĩa học của cellulose 7 Hình 1.5. Một số cơ chế phản ứng oxy hĩa 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 mơi 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
  10. Đồ án tốt nghiệp Hình 3.16. Phổ FTIR của lignin .48 vii
  11. 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 cĩ nguồn gốc từ dầu mỏ. Trong đĩ, lignin từ phế phụ phẩm đang được quan tâm nhiều bởi vì nĩ 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 cĩ cách giải quyết hợp lý để sử dụng nguồn sinh khối hữu cơ một cách cĩ hiệu quả, trong đĩ 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 khơng xử lý hiệu quả những cây này sẽ gây ảnh hưởng đến mơi 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 cĩ nhiều tính chất đáng quý, cĩ 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 tơng [9], Đến nay, cơng trình cơng bố về tách lignin từ gỗ cao su rất ít, phần lớn là những cơng trình cơng 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 tơi 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 đĩ từ các bài báo khoa học đã được cơng bố dưới hình thức văn bản và thơng tin trên mạng. Kết quả của đề tài được xử lý và thống kê số liệu bằng phần mềm ANOVA. 1
  12. 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 cĩ 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 mơi trường NaOH 2% (w/v). tỉ lệ tác chất/nguyên liệu là 7/1, thời gian 2 ngày, nhiệt độ phịng (25 – 28 oC), tốc độ lắc 150 vịng/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 cĩ nồng độ lignin đạt 5,06 mg/ml. Hiệu suất thu hồi lignin từ dịch đen bằng phương pháp acid hĩa 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, cơng thức tính tốn, bố trí thí nghiệm) • Chương 3: Kết quả và bàn luận (kết quả của các thí nghiệm, nhận xét) 2
  13. 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]. Thơng 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 đĩng vai trị chất liên kết trong thành tế bào thực vật, liên kết chặt chẽ với mạng cellulose và hemicellulose, vì vậy rất khĩ để cĩ thể tách lignin ra hồn tồn [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. Ngồi ra, tỉ lệ đĩ cịn 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 cĩ 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 hĩa 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 cơng của 3
  14. Đồ án tốt nghiệp enzyme cũng như các hĩa 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 Nguồn Lignin (%) Hemicellulose (%) Cellulose (%) Cây phong 16 - 24 25 - 35 43 - 47 Gỗ mềm 25 - 31 25 - 29 40 - 44 Bã mía 20 30 40 Ngơ 15 25 35 Bơng 1 2 95 Sợi đay 13 14 71 Rơm rạ 15 50 30 Nguồn: Suchy and Argyropoulos, 2002; Koch,2008 1.1.1.1 Lignin Lignin là hợp chất racemic với khối lượng phân tử lớn, cĩ đặc tính thơm và kị nước. Thơng qua nghiên cứu xác định độ trùng hợp của lignin, người ta thấy cĩ sự phân đoạn trong quá trình chiết và phân tử cĩ chứa nhiều loại tiền chất xuất hiện lặp đi lặp lại một cách ngẫu nhiên trong đĩ 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. Ngồi việc được phân loại theo lignin gỗ cứng, gỗ mềm và cỏ, lignin cĩ thể được phân thành hai loại chính: guaiacyl lignin và guaiacyl-syringly lignin. 4
  15. 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 đĩ sẽ khĩ bị tấn cơng bởi enzyme hơn syringly lignin [17]. Hình 1.3. Mơ hình cấu trúc của lignin (Nguồn: icfar.ca) Những nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng lignin hồn tồn khơng đồng nhất trong cấu trúc. Lignin dường như bao gồm vơ định hình và các vùng cĩ cấu trúc hình thuơn hoặc hình cầu. Lignin trong tế bào thực vật bậc cao hơn khơng cĩ vùng vơ định hình. Các vịng phenyl trong lignin của gỗ mềm được sắp xếp trật tự trên mặt phẳng thành tế bào. Ngồi ra, cấu trúc hĩa học và cấu trúc khơng gian của lignin đều bị ảnh hưởng bởi mạng polysaccharide. Việc mơ hình hĩa động học phân tử cho thấy rằng nhĩm hydroxyl và nhĩm methoxyl trong các oligomer tiền lignin sẽ tương tác với vi sợi cellulose cho dù bản chất của lignin là kỵ nước. 5
  16. Đồ án tốt nghiệp Nhĩm chức ảnh hưởng đến hoạt tính của lignin là nhĩm phenolic hydroxyl tự do, methoxyl, benzylic hydroxyl với các rượu thẳng và nhĩm carbonyl. Guaiacyl lignin chứa nhiều nhĩm phenol hydroxyl hơn syringly. Lignin cĩ liên kết hĩa học với thành phần hemicellulose và ngay cả cellulose (khơng nhiều) độ bền hĩa học của những kiên kết này phụ thuộc vào bản chất liên kết và cấu trúc hĩa học của lignin và những đơn vị đường tham gia liên kết [2]. Carbon alpha trong cấu trúc hĩa phenyl propane là nơi cĩ 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 nhĩm thường liên kết với lignin. Các liên kết cĩ thể là ether, ester (liên kết với xylan qua acid 4-O-methy-D-glucuronic), hay glycocid (phản ứng giữa nhĩm khử của hemicellulose và nhĩm OH phenolic của lignin). Cấu trúc hĩa 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, nhĩm 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 nhĩm hoạt động của lignin ở vị trí α như nhĩm hydroxyl hay ether, các nhĩm này bị oxy hĩa 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, cơng 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 nhĩm OH ở hai đầu mạch cĩ tính chất hồn tồn khác nhau, cấu trúc hemiacetal tại C1 cĩ tính khử, trong khi đĩ OH tại C4 cĩ tính chất của rượu [1]. 6
  17. Đồ án tốt nghiệp Hình 1.4. Cơng thức hĩa 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 vơ định hình. Trong vùng kết tinh, các phân tử cellulose liên kết chặt chẽ với nhau nên khĩ bị tấn cơng bởi enzyme cũng như hĩa chất. Ngược lại, trong vùng vơ định hình, cellulose liên kết khơng chặt chẽ nên dễ bị tấn cơng [9]. 1.1.1.3 Hemicellulose Hemicellulose là một polymer phức tạp và phân nhánh cĩ 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 cĩ một vài điểm chung: − Mạch chính của hemicellulose được cấu tạo từ liên kết β-(1,4). − Xylose là thành phần quan trọng nhất. − Nhĩm thế phổ biến nhất là nhĩm acetyl – O liên kết với vị trí 2 hoặc 3. − Mạch nhánh cấu tạo các nhĩm đơn giản, thơng 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 cĩ mạch nhánh nên tồn tại ở dạng vơ định hình vì thế dễ bị thủy phân [9]. 7
  18. Đồ án tốt nghiệp 1.1.2 Tiền xử lý nguyên liệu 1.1.2.1 Tiền xử lý bằng kiềm Xử lý cĩ thể dùng NaOH, Ca(OH)2 hoặc ammoniac để tách lignin và một phần hemicellulose. Tiền xử lý cĩ 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 nơng 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 bơng. Họ phát hiện rằng sodium hydroxide cĩ 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 hĩa, 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 cĩ 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 cĩ lợi thế rõ ràng về mặt năng lượng so với khi sử dụng acid lỗng, nhiệt độ cao. Tuy nhiên, nồng độ acid cao (ví dụ như 30- 70%) dẫn tới ăn mịn thùng chứa và nguy hiểm. Vì vậy, quá trình này địi hỏi các cơng trình xây dựng hoặc thùng chứa kim loại chịu được ăn mịn 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 khơng mất đi sau quá trình tiền xử lý [27]. 8
  19. 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 hĩa học để tiền xử lý gỗ cao su, với việc lựa chọn những hĩa 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 hĩa chất được sử dụng trong nghiên cứu là: NaOH, H2O2 đây là những hĩa chất được sản xuất trên quy mơ cơng nghiệp, giá thành rẻ, cơng nghệ sản xuất phổ biến. Sodium hydroxide (NaOH) là một base mạnh, đã được nhiều nhĩm nghiên cứu dùng để tách lignin ra khỏi lignocellulose. Ưu điểm của tiền lý bằng sodium hydroxide (NaOH) là cĩ thể giữ lại một lượng lớn glucan và xylan của lignocellulose trong pha rắn sau tiền xử lý, như vậy lignin cịn 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 đĩ 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 hĩa mạnh và là chất tẩy trắng được sử dụng trong ngành cơng nghiệp giấy, nĩ cũng cĩ thể tăng cường hiệu quả thủy phân đường bằng enzyme. Các gốc tự do, bao gồm superoxide và hydroxyl từ H2O2, cĩ 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 thơng số: lượng lignin bị hịa tan so với lượng lignocellulose từ gỗ cao su ban đầu. Cơ chế phản ứng oxy hĩa lignin bằng alkaline peroxide Phản ứng phân ly H2O2 trong mơi trường kiềm [18]: - Trong mơi trường kiềm, H2O2 phân ly thành các anion hydroperoxide (HOO ) với pKa =11,6. - + H2O2 → HOO + H 9
  20. Đồ án tốt nghiệp - - Các gốc hydroxyl (OH ) và superoxide (O2 ) bẻ gãy liên kết β-O-4 theo một vài cơ chế được đề nghị như trong hình 1.5. Hình 1.5. Một số cơ chế phản ứng oxy hĩa lignin : (a) Phản ứng mở vịng -. bằng gốc superoxide (O2 ) [30]; (b) Phản ứng bẻ gãy liên kết ether β-O-4 bằng gốc hydroxyl OH- [30]; (c) Phản ứng Dakin trong mơi trường kiềm [21]. 10
  21. Đồ án tốt nghiệp Anion hydroperoxide cĩ thể phản ứng lại với H2O2 để tạo thành các gốc hydroxyl (OH) và superoxide (2O-). - - - H2O2 + HOO → OH + O2 +H2O2 Lignin là một hợp chất phức tạp và khơng đồng nhất bao gồm các cấu trúc hĩa học khác nhau đã đề cập trước đĩ, do cơ chế phản ứng loại bỏ lignin bằng alkaline peroxide được mơ tả bằng sự oxy hĩa 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 cĩ nhiều nhĩm chức được thống kê ở bảng 1.2. Bảng 1.2 Số lượng các nhĩm chức của lignin trên 100 đơn vị phenylpropane Nhĩm chức Số lượng Methoxyl 92-97 Phenolic 15-30 Benzyl alcohol 30-40 Carbonyl 10-15 Lignin cĩ chứa 15-30 nhĩm phenolic trên 100 đơn vị phenylpropane, do đĩ lignin cĩ tính acid. Phương trình phân ly của nhĩm phenolic trên lignin cĩ được viết tượng trưng như sau: L-OH  L-O- + H+ [1] 11
  22. Đồ án tốt nghiệp Ở đây L là phân tử lignin và –OH là nhĩm chức phenolic của lignin. Hằng số phân ly của nhĩm phenolic: − + Ka = [L−O ][H ] − + → pKa = -log ([L−O ][H ]) Giá trị pKa của nhĩm phenolic phụ thuộc vào đặc điểm cấu trúc và khối lượng phân tử của lignin, ngồi ra giá trị pKa cịn phụ thuộc vào các yếu mơi trường xung quanh như nhiệt độ, nồng độ ion, dung mơi sử dụng Cơ chế của sự keo tụ lignin: Lignin cĩ 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 hĩa. Cơ chế quá trình kết tụ lignin bằng phương pháp acid hĩa cĩ thể được mơ tả như sau: trong mơi 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 mơi trường + cĩ pH < pKa, phản ứng [1] dịch chuyển theo chiều nghịch, lúc đĩ các cation H sẽ trung hịa điện tích âm của anion phenolate làm cho lignin trung hịa 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 nhĩm 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 cơng 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 hĩa, phương pháp này địi hỏi kỹ thuật phức tạp nên chi phí cao. 12
  23. 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 Năm Nhĩm tác Nguyên Phương pháp Kết quả Tài liệu tham khảo giả liệu Tên bài báo/website 1979 Alén và Các loại Sử dụng khí CO2 Thời gian xử Carbon dioxide cộng sự gỗ mềm và tăng áp suất lý giảm và đạt precipitation of lignin from hiệu suất thu pine kraft black. Tappi, hồi lignin cao 1979. 62: p.108-110. 2010 ThS.Trần Nước Phương pháp kết Điều kiện tối Nghiên cứu quy trình thu Anh Tuấn thải dịch tủa lignin bằng ưu cho quá hồi lignin trong nước thải đen của acid H2SO4 trình tách dịch đen của cơng nghiệp cơng lingin bằng sản xuất giấy. nghiệp phương pháp Tạp chí Khoa học Cơng sản xuất acid là: Acid nghệ Hàng hải Số 24 – giấy H2SO4 20% 11/2010 Độ pH 4 Nhiệt độ lắng: 800C Thời gian lắng: 45 phút 2012 K.Minu Rơm rạ 1. Tiền xử lý với Lignin thu Isolation and purification of và các acid lỗng để loại được cĩ độ lignin and silica from the cộng sự bỏ hemicellulose. tinh khiết cao black liquor generated 2. Lọc lấy phần during the production of rắn để tiếp tục xử bioethanol from rice straw. lý loại bỏ lignin Biomass and Bioenergy, với 2012. 39(0): p. 210-217 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 đĩ tiếp tục hạ pH xuống 3 để thu lignin. 2013 Danung Cây cọ Dịch đen đã được Kết quả phân Recovery, characterstics Narapkde dầu acid hĩa bằng tích cho thấy and potenial use as 13
  24. Đồ án tốt nghiệp esakul và acid sulfuric 4M rằng khối linerboard coating material các cộng tới các giá trị pH lượng lignin of lignin from oil palm emty sự 5, 4, 3, 2 để so thu được tăng fruit bunches’ black liquor. sánh hiệu quả kết khi pH của Industrial Crops and tụ lignin. dịch đen giảm. Products, 2013. 50(0): p.8- Khi pH 2, hiệu 14. suất thu hồi lignin đạt 15,54 % tính theo khối lượng phế phẩm của cây cọ dầu. 2014 Fraco Chất thải Cách 1: ADL1: Mẫu ADL2 là Lignin as co-product of Cotana và sinh học Dung dịch acid tốt nhất. second generation các cộng thu được được ly tâm để Thành phần bioethanol production from sự sau quá loại bỏ hầu hết của nĩ đã ligno-cellulosic biomass. trình sinh acid thừa; các kết được xác định Energy Procedia Volume khối tủa thu hồi được và nĩ là lignin 45, 2014, Pages 52-60 ethanol ngâm trong nước 73% tinh Link: (Aruno deionized và tcho khiết, với dấu donax L.) đến pH trung hồ. vết của các sợi pro.2014.01.007 Chất rắn sau đĩ (<2%) và vết được ly tâm, và tích của tro làm khơ ở 40°C. (0.5%), trong Cách 2: ADL2: khi nội dung Dung dịch acid khai thác là được xử lý bằng 25% nước Chất rắn được lọc rửa về đến khi trung hịa. Sau đĩ, nĩ được làm khơ ở 40°C. Cách 3: ADL3: Dung dịch acid được hịa tan bằng NaOH. Sau khi để lắng và loại bỏ dịch, sau đĩ ly tâm và làm khơ tại 40 °C. 14
  25. Đồ án tốt nghiệp 2015 Deraca Rơm lúa Phân hủy acid Hiệu suất Khai thác và đặc trừng của Watkins mì, rơm hữu cơ / lignin (%) lignin từ các nguồn sinh và các thơng, cỏ hydrogen Alfalfa khối khác nhau. cộng sự Alfalfa, peroxide 34,00% Journal of Materials và sợi (Hỗn hợp acid Rơm rạ Research and Technology lanh fomic / acid 22,65% Volume 4, Issue 1, January- acetic / nước) Rơm lúa mì March 2015, Pages 26-32 20,40% Link: Sợi lanh 14,88% 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
  26. 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 hĩa (d) Ứng dụng làm phụ gia bê tơng (e) Ứng dụng để cải thiện hiệu suất của pin (f) Ứng dụng làm xăng sinh học (g) Ứng dụng làm giấy Hình 1.8. Một số ứng dụng từ lignin (The University of Tennessee, Knoxville) 16
  27. 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 cĩ nguồn gốc từ cây. Một chất như vậy là lignin, đĩ là "keo" giữ cellulose trong các mơ 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 cơng 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 mơi trường và chất chống oxy hố, 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 bơi trơn, chất phủ, chất làm dẻo, chất hoạt động bề mặt, và hydrogel siêu hấp thu thay cho thương mại sử dụng [28]. Lignin cịn cĩ thể được sử dụng làm nguyên liệu tổng hợp dimetyl sulfosite (DMSO) khi đun nĩng lignin với sulfo dioxit hoặc lưu huỳnh [3]. Vanilin là sản phẩm hữu cơ quan trọng thu được bằng cách oxi hĩa lignin gỗ mềm trong mơi trường kiềm, cịn lignin gỗ cứng cho hỗn hợp Vanilin và Sirigandehit. Ngồi ra, Sirigandehit cĩ thể sử dụng trong cơng 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 cĩ 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 Lồi (species) H. brasiliensis 17
  28. Đồ án tốt nghiệp Cao su là một lồi cây thân gỗ thuộc về họ Euphorbiaceae và là cây cĩ tầm quan trọng kinh tế lớn nhất trong chi Hevea. Nĩ cĩ tầm quan trọng kinh tế lớn là do chất lỏng chiết ra tựa như nhựa cây của nĩ (gọi là mủ) cĩ 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: 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 Đơng Nam Bộ (nguồn: ABS). Năm 2017, nước ta cĩ 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 tồn cầu tăng 7,6% lên 3,361 triệu tấn, trong khi đĩ sản lượng tăng 3,3% lên 3,152 triệu tấn (so với 3,051 triệu tấn quý 1 năm ngối) 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 tồn 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
  29. Đồ án tốt nghiệp hành động như các nước Đơng Nam Á (Thái Lan, Indonesia và Malaysia) nỗ lực hạn chế xuất khẩu cao su thiên nhiên hồi đầu năm nay cũng cĩ thể gĩp phần kéo giá cao su thiên nhiên tăng trở lại. Giá dầu thơ 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 đĩ cĩ các hãng sản xuất lốp xe, thúc đẩy việc tăng cường sử dụng cao su thiên nhiên. Năm 2011, khi giá dầu thơ 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 đĩ, 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 cĩ xu hướng tăng trở lại, vượt mức 120 Rupee (1,76 USD)/kg sau khi dầu thơ lên mức cao nhất kể từ 2014. Việc Mỹ rút khỏi thỏa thuận hạt nhân Iran dự báo sẽ cịn khiến cho thị trường dầu mỏ nĩng 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 đối cũng cĩ vai trị 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 tồn cầu. Sau nhiều thập kỷ tăng trưởng với tốc độ cao và dựa vào xuất khẩu, kinh tế tồn cầu suy yếu đã buộc Trung Quốc phải dần chuyển đổi nền kinh tế sang dựa vào tiêu thụ nội địa. Do đĩ, nhu cầu các loại hàng hĩa, trong đĩ cĩ 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 cĩ 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 cĩ đủ nguyên liệu đáp ứng nhu cầu, và điều đĩ sẽ cĩ lợi cho người trồng cao su nước này. Tuy nhiên, cao su khối tại các thị trường Đơng Nam Á hiện vẫn rẻ hơn 25 – 30 Rupee (0,37 – 0,44 USD)/kg so với cao su tờ Ấn Độ. Do đĩ, cao su khối vẫn chiếm khoảng 70% tổng nhập khẩu cao su của các cơng ty sản xuất lốp xe Ấn Độ. 19
  30. 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 ơ tơ dự báo sẽ tăng. Khi giá dầu thơ 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 khĩ khăn cho người trồng cao su để cĩ 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) Cao su 2016 2015 2014 Diện tích trồng (ha) 976.400 958.600 978.900 Sản lượng mủ khơ – Chính 1.032.100 1.012.700 966.600 phủ/VRA* (tấn) Nhập khẩu (tấn) 433.048 390.341 326.500 Xuất khẩu (tấn) 1.258.000 1.137.400 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
  31. 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: Phịng 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 Hĩa chất, dụng cụ và thiết bị 2.4.1. Hĩa chất - NaOH - Ethanol - H2O2 - Glucose - H2SO4 - Xylose 2.4.2 Dụng cụ - Dụng cụ thủy tinh: becher, erlen, - Micropipette và tips tương ứng. bình định mức, ống nghiệm, chai lọ, - Bơng thấm. pipettle, ống đong, đĩa petri. - Nồi đun cách thủy. - Cốc sứ. - pH kế. - Bình hút ẩm. 21
  32. 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. - Lị 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 khơng 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 tĩm tắt như Hình 2.1 22
  33. Đồ án tốt nghiệp Yếu tố khảo sát: Chỉ tiêu đánh Nguyên liệu - Nồng độ NaOH kết hợp giá: với H2O2 1%. Độ ẩm. - - Tỉ lệ lỏng:rắn. Hàm lượng - - Ảnh hưởng của thời glucose. gian. - Hàm lượng Tốc độ khuấy đảo. Xử lý nguyên liệu với tác - cellulose. chất - Kết hợp NaOH + H2O2 + - 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: Thu hồi lignin - pH. - 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 mơi 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 đĩ lắc với tốc độ 150 vịng/phút, ở nhiệt độ phịng (25 – 28 oC), trong 23
  34. 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 đĩ cho lắc với tốc độ 150 vịng/phút, ở nhiệt độ phịng (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 đĩ cho lắc với tốc độ 150 vịng/phút. Lần lượt lấy mẫu tại các thời điểm: 1 ngày; 2 ngày; 3 ngày; 4 ngày; 5 ngày, ở nhiệt độ phịng (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 đĩ cho lắc với tốc độ lần lượt 0, 90, 120, 150, 180 vịng/phút, với thời gian thích hợp nhất đã khảo sát ở thí nghiệm 3, ở nhiệt độ phịng (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 cĩ 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
  35. Đồ án tốt nghiệp H2O2 1% w/v; 4) 40 ml NaOH 3% w/v; 5) 40 ml NaOH 10% w/v, sau đĩ cho lắc với tốc độ 150 vịng/phút, nhiệt độ phịng, 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 đĩ 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 đĩ cho vào máy hấp vơ trùng cĩ 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
  36. Đồ án tốt nghiệp w/v. Sau đĩ 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 cơng 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 đĩ đặt 5 hủ này vào bể điều nhiệt ở 80 oC trong thời gian 60 phút sau đĩ lọc chân khơng lấy kết tủa, rửa sạch acid vơ cơ bằng nước nĩng và sấy khơ 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 nhĩm 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 đĩ 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 đĩ lọc chân khơng lấy kết tủa, rửa sạch acid vơ cơ bằng nước nĩng và sấy khơ 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 nhĩm chức. 26
  37. 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 đĩ 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 đĩ lọc chân khơng lấy kết tủa, rửa sạch acid vơ cơ bằng nước nĩng và sấy khơ 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 nhĩm 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 cơng thức 5 ở mục 2.6.2.3. 2.6 Phương pháp phân tích và tính tốn 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, phịng 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 đĩ 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 đĩ 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 phịng. 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 khơng đổi. 27
  38. Đồ án tốt nghiệp Tính % ẩm: − % ẩm = 1 2 ×100% (CT1) m Trong đĩ: 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 o tiên là thủy phân bằng acid H2SO4 72% w/w ở 30 C trong 60 phút. Tiếp theo là thủy o phân trong acid lỗng H2SO4 4,0% w/w ở 121 C, thời gian 60 phút trong nồi hấp (autoclave). Lignin sẽ chia thành 2 phần: lignin hịa tan trong acid (ASL) và lignin khơng hịa tan trong acid (AIL). ASL được xác định bằng phương pháp đo UV-VIS. Phần rắn cịn 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 tĩm tắt như Hình 2.2. 28
  39. Đồ án tốt nghiệp Mẫu gỗ cao su (300,0 ± 10,0 mg) 3 mL H2SO4 72% w/w - Khuấy từ Thủy phân lần 1 - 30oC, 60 phút 84 mL H2O o Thủy phân lần 2 Hấp tại 121 C, 60 phút Làm nguội Lọc chân khơng Phần lỏng Phần 3 Sấy Phần 1 Phần 2 Pha lỗng Phương Phương pháp DNS pháp Cân ghi l ại Anthrone khối lượng Đo UV-VIS tại Nung 600 oC,9 giờ bước sĩng 240 nm Hàm lượng Cân ghi l ại Khối Độ hấp thu glucose Hàm lượng khối lượng lượng A celllulose tro+AIL . Khối Hình 2.2. Sơ đồ phương pháp phân tích sơ sợi. lượng tro 29
  40. Đồ án tốt nghiệp Trình tự thực hiện thí nghiệm như sau: Chuẩn bị mẫu phân tích: - Nung cốc sứ trong lị nung 600 oC ít nhất 4 giờ, sau đĩ chuyển từ lị 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 đĩ cân chính xác đến khối lượng khơng đổi. - Đặt lại cốc sứ vào lị nung ở và nung cốc cho đến khi khối lượng khơng đổi. - Cân 300,0 ± 10,0 mg mẫu gỗ cao su vào chai 100 ml cĩ 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 lỗng 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 khơng hịa tan trong acid: - Mẫu sau khi hấp được lọc chân khơng thu được dung dịch thủy phân. - Chuyển dịch vào bình giữ mẫu, mẫu này được dùng để xác định thành phần lignin hịa 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 cĩ phần rắn này vào cốc đã được nung đến khối lượng khơng đổi (ở bước chuẩn bị mẫu), sau đĩ đem sấy 105 oC cho đến khi khối lượng khơng 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
  41. Đồ án tốt nghiệp - Dung dịch thu được sau lọc chân khơng được pha lỗng bằng dung dịch acid sunfuric 4% w/w. Đo mẫu trên máy UV-Vis với bước sĩng 240 nm. Lựa chọn độ hấp thụ nằm trong khoảng từ 0,7 đến 1,0 tương ứng với hệ số pha lỗng. 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 khơng. Sau đĩ nung cách thủy trong 5 phút. Làm lạnh nhanh rồi đi đo OD ở bước sĩng 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 sĩng 540nm. Dựa vào đồ thị đường chuẩn cellulose xác định được hàm lượng glucose. 2.6.2.3 Phương pháp tính tốn a) Xác định khối lượng mẫu khơ ODW (oven dry weight) ODW = mmẫu ban đầu - mmẫu ban đầu × % ẩm, (CT2) Trong đĩ: ODW: khối lượng khơ của mẫu, g. mmẫu ban đầu: khối lượng mẫu ban đầu, g. b) Xác định phần trăm khối lượng rắn khơng hịa tan trong acid AIR (acid insoluble residue): − %AIR = 100 ố + 푅 ố (CT3) 푊 Trong đĩ: % AIR: phần trăm khối lượng rắn khơng hịa 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
  42. Đồ án tốt nghiệp c) Xác định phần trăm khối lượng lignin khơng hịa tan trong acid AIL (Acid Insoluble Lignin): ( − )−( − ) %AIL = 100 ố + 푅 ố ố + 푆 ố (CT4) 푊 Trong đĩ: % AIL: phần trăm khối lượng lignin khơng hịa tan trong acid. mcốc+ASH: khối lượng cốc và mẫu sau khi nung, g. d) Xác định phần trăm khối lượng lignin hịa tan trong acid ASL (acid soluble lignin) 푈 × × %ASL = 100 푠 (CT5) 휀× 푊 Trong đĩ: %ASL: phần trăm khối lượng lignin hịa 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. D : Hệ số pha lỗng mẫu (Dilution) 1 Hệ số hấp thu 휀 = 25 (đo ở bước sĩng 240nm) × e) Hàm lượng lignin chứa trong mẫu %Lignin = %AIL + %ASL (CT6) f) Xác định phần trăm khối lượng tro − %ASH = 100 ố + 푆 ố (CT7) 푊 Trong đĩ: %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 khơ tại 70oC trong thời gian 6 giờ, cân và xác định khối lượng. 2.6.3.2 Xác định hiệu suất thu hồi lignin Hiệu suất thu hồi lignin = 100 × 1 (%) (CT8) 2 32
  43. Đồ án tốt nghiệp Trong đĩ: m1: khối lượng lignin thu hồi được, g. m2: khối lượng lignin cĩ 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
  44. 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 Lignin Tro Glucose Cellulose Phần trăm (%) 24,87 2,43 13,82 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, cĩ thể thấy hàm lượng cellulose chiếm 38,2% khối lượng khơ của gỗ cao su. Thành phần lignin trong gỗ cao su chiếm 24,87% thì phần lignin khơng 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) Dung dịch hydrogen peroxyde (H2O2) trong mơi trường kiềm phân ly thành - - các gốc hydroxyl (OH ) và superoxyde (O2 ) cĩ khả năng oxy hĩa để tách lignin và thay đổi cấu trúc của hemicellulose, tuy nhiên khả năng oxy hĩa của H2O2 phụ thuộc vào pH của hỗn hợp phản ứng [25]. Hơn nữa, kiềm phá vỡ liên kết α-ete giữa lignin 34
  45. Đồ án tốt nghiệp và hemicellulose, liên kết este giữa ligin hoặc hemicellulose và các acid hydroxycinnamic như acid p-coumaric, acid ferulic. Do đĩ việc khảo sát nồng độ NaOH trong mơi trường cĩ H2O2 để tìm ra nồng độ NaOH thích hợp nhất cho phản ứng là cần thiết. Kết quả khảo sát nồng độ NaOH trong mơi trường H2O2 1% (w/v) được thể hiện trong hình 3.2. 16 14 13,50 12,49 12 10 8,47 8 7,01 6,86 6,26 6 3,88 4 Hiệu suất tách lignin (%) tách ligninHiệusuất 2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 2 3 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 cĩ 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 đĩ khi tăng nồng độ NaOH lên 2% thì lượng lignin tăng cao từ 6,86% lên 12,5%. Sau đĩ, 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 khơng cĩ ý nghĩa. Mặc dù nồng độ NaOH 3% cho kết quả tốt nhất là lượng lignin tách ra đạt 13,5% nhưng đĩ 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
  46. 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 cĩ 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 cĩ được kết quả khảo sát nồng độ NaOH trong mơi 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 mơi cũng là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới hiệu suất tách vì nĩ tác động đến lượng hịa tan cũng như sự cân bằng nồng độ trong và ngồi 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 cĩ 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%. Cĩ thể thấy do lượng tác chất cho vào phản ứng đối với các mức tỉ lệ nguyên liệu 5/1 khơng đủ để tách lignin tốt nhất. 16 13,72 14 12,95 11,70 12 10 9,24 9,36 8 6 4 Hiệu suất tách lignin (%) tách ligninHiệusuất 2 0 5/1 7/1 9/1 11/1 13/1 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 đĩ cĩ thể thấy 36
  47. 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 cĩ 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 hịa thì lượng lignin sẽ giảm dần hoặc khơng thay đổi đáng kể nếu tiếp tục tăng lượng tác chất cho vào [22], điều này dẫn đến khơng cĩ 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 mơi trường kiềm [25]. Vì thế cần tìm thời gian sao cho phản ứng oxy hĩa lignin bằng các gốc hydroxyl (OH- - ) và superoxyde (O2 ) sinh ra từ H2O2 đạt điểm dừng. Dựa vào kết quả xử lý số liệu ANOVA (P-value = 0,043, phụ lục 2.3), cho thấy thời gian ảnh hưởng đến lượng lignin được tách ra là cĩ ý nghĩa. 16 15,05 14,49 14,12 13,93 14 12,46 12 10 8 6 4 Hiệu suất tách lignin (%) tách ligninHiệusuất 2 0 1 2 3 4 5 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
  48. Đồ án tốt nghiệp 5 ngày. Lượng lignin tách ra giảm dần theo thời gian là do H2O2 kém bền trong mơi - - trường kiềm, lượng các gốc hydroxyl (OH ) và superoxyde (O2 ) sinh ra từ H2O2 giảm dần theo thời gian, do đĩ kéo theo tốc độ oxy hĩa giảm dần. Đây cĩ thể là do thời gian dài cĩ 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. 3.2.4 Kết quả khảo sát tốc độ khuấy đảo trong thời gian xử lý 18 16,27 16,45 16,51 16,21 16 14 12,46 12 10 8 6 4 Hiệu suất tách lignin (%) tách ligninHiệusuất 2 0 0 90 120 150 180 Tốc độ khuấy đảo (vịng/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 cĩ 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 vịng/phút, 90 vịng/phút, 120 vịng/phút đến 150 vịng/phút, cụ thể là: 12,46; 16,27; 16,45; 16,51%. Từ kết quả trên cĩ 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 vịng/phút thì lượng lignin tách ra giảm (16,21%), điều này cĩ thể do trong thời gian dài kết hợp với sự khuấy đảo quá lớn cùng với tác chất tiếp xúc nhiều với khơng khí dẫn đến oxy hĩa H2O2 nên hiệu quả tách lignin giảm đi. 38
  49. Đồ án tốt nghiệp Vì vậy, chọn tốc độ khuấy đảo 150 vịng/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 vịng/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 cĩ khả năng oxy hĩa lignin tốt hơn trong mơi 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 cĩ 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
  50. Đồ án tốt nghiệp khía cạnh mơi trường, giảm lượng NaOH sử dụng sẽ giảm thiểu ơ nhiễm khí thải bởi dịch sau tiền xử lý ra mơi trường [37]. Qua những phân tích nêu trên, nhận thấy rằng phương pháp kết hợp NaOH và H2O2 cĩ nhiều ưu điểm vượt trội như: hiệu quả loại bỏ lignin cao, đảm bảo tính kinh tế và thân thiện mơi trường. Điều này rất thích hợp để áp dụng trong thực tế và nhất là trong quy mơ cơng 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 cĩ nhiều năng lượng hơn, nên cĩ thể gây ra hiện tượng ion hĩa – 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 hĩa 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 cĩ hạn nên đề tài chỉ khảo sát với một điều kiện là chiếu tia UV trong 4 giờ. Bên cạnh đĩ, 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 khơng 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 cĩ 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
  51. Đồ án tốt nghiệp 18 17,11 14 12,57 15,97 11,94 16 13,61 12 14 10 12 7,92 10 8 (%) (%) 8 6 6 4 4 2 2 tách ligninHiệusuất Hiệu suất tách tách ligninHiệusuất 0 0 10 20 30 10 20 30 (a) Thời gian (phút) (b) Thời gian (phút) 14 16 14,54 11,53 12 10,59 14 12 10,46 10,52 10 8,46 10 8 (%) 8 6 (%) 6 4 4 2 2 Hiệu suất tách tách ligninHiệusuất 0 tachsligninHiệu suất 0 10 20 30 1 2 3 (c) Thời gian (phút) (d) 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 sĩng 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. Ngồi 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 đĩ, 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 cĩ tác nhân siêu âm ở 50oC trong 20 phút 41
  52. Đồ án tốt nghiệp cho hiệu suất cao hơn (17,11%). Qua đĩ, cĩ 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 cĩ 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 giảm khơng đồng đều, cụ thể là: 16,91; 20,73; 15,49%. 25 22,45 20,73 20 16,91 15,31 15,49 15 14,03 10 5 Hiệu suất tách lignin (%) tách ligninHiệusuất 0 10 20 30 40 50 60 (a) Thời gian (phút) 30 25,40 25,56 25 22,16 20 18,72 13,43 15 9,70 10 5 Hiệu suất tách lignin (%) tách ligninHiệusuất 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
  53. 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 khơng 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 đĩ các liên kết giữa hemicellulose và lignin bị phá vỡ, gĩp phần tách lignin ra một cách dễ dàng. Việc lượng lignin tách ra tăng giảm khơng đồng đều cĩ 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 khơng thể tác dụng hồn tồn 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 khơng 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 cĩ áp suất lớn hơn, do đĩ khơng 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 đĩ làm hiệu suất tách lignin khơng 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 đĩ mỗi lần thực hiện lượng nguyên liệu cho vào chỉ tương đối thấp nên khả năng của phương pháp này khơng khả thi. 43
  54. 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 cĩ 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 cĩ trong gỗ cao su trước khi tiền xử lý. Theo kết quả tính tốn, nồng độ lignin cĩ 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. Hình 3.9. Ảnh hưởng của pH mơi trường đến khả năng kết tủa lignin (theo 70 thứ tự pH 5, 4, 3, 2, 1 giảm dần từ trái sang phải) 58,04 60 52,82 52,98 50 44,12 40 30 23,63 20 10 (%) lignin hồi thu suất Hiệu 0 5 4 3 2 1 Giá trị pH mơi 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
  55. Đồ án tốt nghiệp thì hiệu suất thu hồi lignin thì việc tăng này là khơng cĩ 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 50,24 49,73 50 49,22 49 48 47,49 46,97 47 46 45 Hiệu suất thu hồi lignin (%) lignin hồi thu suất Hiệu 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 cịn tồn tại ở dạng huyền phù khĩ tách khỏi hỗn hợp, khi thời gian dài 45
  56. Đồ án tốt nghiệp hơn 60 phút lượng lignin lại giảm do thịi gian quá lâu phần lớn lignin đã bị cắt ngắn nên khĩ kết tủa. Như vậy, chọn 60 phút là thời gian tối ưu cho quá trình thu hồi lignin. 3.3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi lignin 70 58,69 60 51,59 48,35 50 44,01 40 30,06 30 24,95 20 10 Hiệu suất thu hồi lignin(%)thuhồi Hiệusuất 0 40 50 60 70 80 90 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
  57. 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 vơi 5% vào trong thau ngâm khoảng 24 giờ, sau đĩ rửa và phơi bã mía ở nhiệt độ 29-30 oC. Khi bã mía được phơi khơ 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 khơ, dễ bị vỡ. Từ kết quả mẫu giấy thu được cĩ thể chứng minh lignin cĩ tính kết dính, thích hợp với vai trị làm phụ gia trong sản xuất giấy và cĩ thể ứng dụng trên nhiều lĩnh vực khác. 3.5 Kết quả chụp quang phổ hồng ngoại FTIR để xác định nhĩm 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 cĩ thể xác định cho mỗi dạng liên kết, ngồi vùng này, hấp thụ thường thuộc về dạng liên kết khác. Chẳng hạn, hấp thụ bất kỳ trong vùng 3000 ± 150 cm-1 luơn thuộc về 47
  58. Đồ án tốt nghiệp liên kết C-H trong khi hấp thụ trong vùng 1715-1750 cm-1 là do sự cĩ mặt của liên kết C=O (nhĩm cacbonyl), Cường độ hấp thụ IR được biểu diễn theo tung độ của phổ IR, trong đĩ 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 cĩ bước sĩng 3442.72 cm-1 nằm trong khoảng 3000 – 3500cm-1 là do cĩ nước trong gỗ, bước sĩng 1017.36 – 1103.24 cm-1 là của các nhĩm ete (R-O-R) và mạch C – C vịng, từ 1326.75 – 1413.11cm-1 là mạch carbon tự do, từ 1638.94 – 1737.31cm-1 là mạch gỗ cĩ nhĩm methoxyl (-OCH3). 48
  59. 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 mơi trường H2O2 1% w/v, tỉ lệ tác chất/nguyên liệu là 7/1, trong thời gian 2 ngày, nhiệt độ phịng (25 – 28 oC), tốc độ khuấy đảo 150 vịng/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 mơi trường H2O2 1% w/v kết hợp chiếu tia UV trong 4 giờ cĩ hiệu suất tách lignin là 14,87%. Điều kiện tiền xử lý gỗ cao su sử dụng NaOH 2% w/v trong mơi trường H2O2 1% w/v kết hợp đánh siêu âm ở 50 oC trong 20 phút cĩ hiệu suất tách lignin cao nhất là 17,11%. Điều kiện tiền xử lý gỗ cao su sử dụng NaOH 2% w/v trong mơi 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 mơi trường H2O2 1% w/v kết hợp cao áp cĩ áp suất 350 psi (≈23,8 atm) trong 15 phút cĩ hiệu suất tách lignin là 4,15%. Điều kiện thu hồi lignin chỉnh dịch sau tiền xử lý về pH 3,sau đĩ 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 gĩp phần nâng cao hiệu suất tách và thu hồi lignin, từ đĩ ứng dụng vào nhiều lĩnh vực gĩp phần nâng cao chất lượng sống cho xã hội và đất nước. 49
  60. 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), Cơng 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 Cơng nghiệp Hĩa chất, (số 4), tr. 16. 4. Hồ Sĩ Tráng (2006), Cơ sở hĩa 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 cơng nghiệp sản xuất giấy”, Tạp chí khoa học Cơng nghệ Hàng Hải, (Vol.24), tr.72. Tài liệu nước ngồi: 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
  61. 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. Jưnsson (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
  62. 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
  63. 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: chien-voi-rac-thai-nhua-dai-duong/c/22083284.epi 35. Bộ Nơng nghiệp và Phát triển nơng thơn (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 Nơng nghiệp miền Nam. Link: 2784.html 37. Department of Polymer Science, University of Southern Mississippi. 38. Cây cao su, Wikipedia Link: 39. Mixerdirect, The top 10 paper producing countries in the world, Jan 26, 2017. Link: the-world 40. Tạp chí cao su. Link: truong-trong-nuoc/nam-2017-2018-dau-an-nganh-cao-su-viet-nam-tren-the- gioi.html Link: 41. David Moore’s World of Fungi: where mycology starts. Link: 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: dau-an-nganh-cao-su-viet-nam-tren-the-gioi.10454.html 43. Perenial Grass (Miscanthus). Link: 53
  64. Đồ án tốt nghiệp 44. “Báo cáo ngành hàng cao su tháng 05/2018” và “Tình hình sản xuất, xuất khẩu các nơng sản chủ lực của Việt Nam đến tháng 05/2017 và dự báo”, Thị trường cao su. Link: nong-san-chu-luc-cua-viet-nam-den-thang-52017-va-du-bao/ 45. Ultraviolet. Link: 54
  65. 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 hịa tan trong 200 ml nước cất. Hịa 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 cĩ 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 sĩng 540 nm. Từ kết quả đo được ta xác định đường chuẩn. Cách pha DNS: Hịa tan 1 g DNS và 1,6 g NaOH trong khoảng 60 – 70 ml nước cất. Sau đĩ, cho 30g Kali natri tartrate vào hỗn hợp trên và khuấy cho hịa tan hồn tồn. 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 sau khoảng 15 ngày. 2 1.8 y = 3.4557x + 0.1066 1.6 R² = 0.9907 1.4 1.2 1 0.8 (mg/mL) 0.6 0.4 0.2 Hàm Hàm lượng đường khử 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 OD Hình 1.1. Đường chuẩn glucose 1
  66. 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 hịa 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 cĩ 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 sĩng 630 nm. Từ giá trị OD, vẽ đồ thị đường chuẩn cellulose. Cách pha Anthrone: Cân 0,2 g Anthrone hịa 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. 2 ) y = 1.3455x + 0.0069 1.8 R² = 0.992 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Hàm Hàm lượng cellulose (mg/mL 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 OD Hình 1.2. Đường chuẩn cellulose 2
  67. 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 mơi trường cĩ H2O2 1% (w/v) Anova: Single Factor SUMMARY Groups Count Sum Average Variance 0.2 3 11.63985 3.879951 0.080657 0.4 3 18.77305 6.257684 0.036779 0.6 3 21.02294 7.007648 1.004753 0.8 3 25.40021 8.466736 2.394149 1 3 20.59451 6.864838 0.129687 2 3 37.46769 12.48923 1.707472 3 3 40.49049 13.49683 1.702745 ANOVA Source of P- Variation SS df MS F value F crit Between 1.05E- Groups 216.0103 6 36.00171 35.71476 07 2.847726 Within Groups 14.11248 14 1.008035 Total 230.1228 20 Bảng số liệu thống kê giữa nồng độ NaOH 2% w/v và 3% w/v. 2% w/v 3% w/v 13,08397 12,09042 13,39277 13,73179 10,99095 14,66828 Anova: Single Factor SUMMARY Groups Count Sum Average Variance Column 1 3 37.468 12.489 1.7075 Column 2 3 40.49 13.497 1.7027 3
  68. Đồ án tốt nghiệp ANOVA Source of P- Variation SS df MS F value F crit Between Groups 1.5229 1 1.5229 0.8931 0.3981 7.7086 Within Groups 6.8204 4 1.7051 Total 8.3433 5 Phụ lục B.2: Thống kê kết quả khảo sát tỉ lệ nguyên liệu. Anova: Single Factor SUMMARY Groups Count Sum Average Variance 5/1 3 35.08745 11.69582 0.056855 7/1 3 41.16702 13.72234 5.418598 9/1 3 38.84305 12.94768 7.587466 11/1 3 27.70749 9.23583 0.756184 13/1 3 28.09424 9.364747 1.16958 ANOVA Source of Variation SS df MS F P-value F crit Between Groups 50.10527 4 12.52632 4.178591 0.030343 3.47805 Within Groups 29.97737 10 2.997737 Total 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 Average Variance 1 ngày 3 37.36717 12.45572 0.440739 2 ngày 3 45.15132 15.05044 0.379435 3 ngày 3 43.47858 14.49286 0.740076 4 ngày 3 42.37122 14.12374 1.1919 5 ngày 3 41.77523 13.92508 1.071708 4
  69. Đồ án tốt nghiệp ANOVA Source of Variation SS df MS F P-value F crit Between Groups 11.25478 4 2.813695 3.67913 0.043115 3.47805 Within Groups 7.647717 10 0.764772 Total 18.9025 14 Phụ lục B.4: Thống kê kết quả khảo sát vịng quay lúc tiền xử lý. Anova: Single Factor SUMMARY Groups Count Sum Average Variance 0 vịng/phút 3 37.38429 12.46143 1.030452 90 vịng/phút 3 48.8078 16.26927 0.712537 120 vịng/phút 3 49.3559 16.45197 0.406773 150 vịng/phút 3 49.5267 16.5089 0.578866 180 vịng/phút 3 48.62796 16.20932 0.430291 ANOVA Source of Variation SS df MS F P-value F crit Between Groups 36.65938 4 9.164844 14.5063 0.000361 3.47805 Within Groups 6.317837 10 0.631784 Total 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
  70. Đồ án tốt nghiệp Groups Count Sum Average Variance NaOH 2% 3 33.20781 11.06927 2.104025 NaOH 3% 3 36.66397 12.22132 0.967621 NaOH 10% 3 27.262 9.087332 7.661641 NaOH 2% + H2O2 1% 3 72.43351 24.1445 4.02347 H2O2 1% 3 3.866786 1.288929 0.012855 ANOVA Source of P- Variation SS df MS F value F crit Between 3.1E- Groups 811.9706 4 202.9926 68.7197 07 3.47805 Within Groups 29.53922 10 2.953922 Total 841.5098 14 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 Sum Average Variance 47.9124 15.9708 0.19786 10 phút 3 5 2 7 51.3210 17.1070 2.99754 20 phút 3 6 2 9 40.8317 13.6105 1.10173 30 phút 3 3 8 7 ANOVA Source of Variation SS df MS F P-value F crit Between 19.0868 9.54340 0.02992 5.14325 Groups 1 2 3 6.6626 8 3 6
  71. Đồ án tốt nghiệp Within 8.59430 1.43238 Groups 6 6 4 27.6811 Total 1 8 - Khảo sát ở 60 oC: Anova: Single Factor SUMMARY Groups Count Sum Average Variance 23.7493 7.91644 1.31315 10 phút 3 3 3 6 35.8281 11.9427 4.47166 20 phút 3 8 3 6 37.7009 12.5669 30 phút 3 8 9 2.09795 ANOVA Source of Variation SS df MS F P-value F crit Between 19.1141 7.27440 0.02489 5.14325 Groups 38.2283 2 5 1 4 3 Within 15.7655 2.62759 Groups 4 6 1 53.9938 Total 4 8 - Khảo sát ở 70 oC: Anova: Single Factor SUMMARY Groups Count Sum Average Variance 8.45666 0.94961 10 phút 3 25.37 7 7 34.5808 11.5269 20 phút 3 4 5 2.00262 31.7583 10.5861 0.99430 30 phút 3 2 1 9 7
  72. Đồ án tốt nghiệp ANOVA Source of Variation SS df MS F P-value F crit Between 14.8463 7.42315 5.64277 0.04182 5.14325 Groups 1 2 7 5 2 3 Within 7.89309 1.31551 Groups 1 6 5 Total 22.7394 8 - Khảo sát ở 80 oC: Anova: Single Factor SUMMARY Groups Count Sum Average Variance 31.3866 10.4622 4.81810 10 phút 3 8 3 1 31.5586 10.5195 1.58707 20 phút 3 2 4 1 43.6257 2.86839 30 phút 3 1 14.5419 7 ANOVA Source of Variation SS df MS F P-value F crit Between 32.8264 16.4132 5.30968 0.04705 5.14325 Groups 6 2 3 1 6 3 Within 18.5471 Groups 4 6 3.09119 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
  73. Đồ án tốt nghiệp Groups Count Sum Average Variance 42.0930 14.0310 10.2068 10 phút 3 6 2 2 5.31112 20 phút 3 45.9606 15.3202 9 67.3547 22.4515 30 phút 3 2 7 2.30369 50.7287 16.9095 5.42525 40 phút 3 3 8 5 62.1975 20.7325 14.3212 50 phút 3 2 1 4 46.4664 15.4888 8.61630 60 phút 3 7 2 8 ANOVA Source of Variation SS df MS F P-value F crit Between 168.435 33.6871 4.37642 0.01684 3.10587 Groups 7 5 4 7 4 5 Within 92.3688 7.69740 Groups 8 12 7 260.804 Total 6 17 - Khảo sát ở 130 oC: Anova: Single Factor SUMMARY Groups Count Sum Average Variance 10 phút 3 76.18582 25.39527 64.21661 20 phút 3 76.67335 25.55778 14.75518 30 phút 3 29.08742 9.695807 15.03425 40 phút 3 56.17371 18.72457 0.310262 50 phút 3 40.3005 13.4335 30.2787 60 phút 3 66.47559 22.15853 53.62373 ANOVA 9
  74. Đồ án tốt nghiệp Source of Variation SS df MS F P-value F crit Between Groups 634.0644 5 126.8129 4.269345 0.01834 3.105875 Within Groups 356.4375 12 29.70312 Total 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 Average Variance pH 5 3 70.87786 23.62595 26.50777 pH 4 3 132.3664 44.12214 14.78207 pH 3 3 158.4733 52.82443 2.731493 pH 2 3 158.9313 52.9771 4.602007 pH 1 3 174.1221 58.04071 125.9023 ANOVA Source of Variation SS df MS F P-value F crit Between Groups 2231.55 4 557.8875 15.98297 0.000241 3.47805 Within Groups 349.0513 10 34.90513 Total 2580.601 14 pH 2 pH 3 51.25954 53.77863 55.38168 53.77863 52.29008 50.91603 Anova: Single Factor SUMMARY Groups Count Sum Average Variance 10
  75. Đồ án tốt nghiệp pH 2 3 158.9313 52.9771 4.602007 pH 3 3 158.4733 52.82443 2.731493 ANOVA Source of Variation SS df MS F P-value F crit Between Groups 0.034962 1 0.034962 0.009535 0.92691 7.708647 Within Groups 14.667 4 3.66675 Total 14.70196 5 pH 2 pH 1 51.25954 51.25954 55.38168 51.87023 52.29008 70.99237 Anova: Single Factor SUMMARY Varianc Groups Count Sum Average e 158.931 4.60200 pH 2 3 3 52.9771 7 174.122 58.0407 125.902 pH 1 3 1 1 3 ANOVA Source of Variation SS df MS F P-value F crit Between 38.4602 38.4602 0.48545 7.70864 Groups 7 1 7 0.58941 9 7 261.008 65.2521 Within Groups 6 4 5 299.468 Total 9 5 11
  76. 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 Average Variance 46.9720 1.54031 0 phút 3 140.916 1 5 142.473 2.83434 15 phút 3 3 47.4911 3 147.671 49.2239 0.15781 30 phút 3 8 2 6 150.725 50.2417 45 phút 3 2 3 0.70703 153.053 51.0178 60 phút 3 4 1 0.33409 149.198 49.7328 0.22871 75 phút 3 5 2 7 ANOVA Source of Variation SS df MS F P-value F crit Between 37.5397 7.50794 7.76374 0.00181 3.10587 Groups 1 5 3 3 2 5 Within 11.6046 0.96705 Groups 2 12 2 49.1443 Total 4 17 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 Sum Average Variance 74.8473 24.9491 83.2590 40 oC 3 2 1 3 12
  77. Đồ án tốt nghiệp 90.1908 30.0636 63.4232 50 oC 3 6 2 5 145.038 48.3460 250.559 60 oC 3 2 5 9 176.068 58.6895 1.80835 70 oC 3 7 7 6 51.5903 87.1748 80 oC 3 154.771 3 8 132.022 44.0076 113.412 90 oC 3 9 3 7 ANOVA Source of Variation SS df MS F P-value F crit Between 2528.14 505.629 5.05934 0.01003 3.10587 Groups 7 5 4 5 6 5 Within 1199.27 99.9396 Groups 6 12 9 3727.42 Total 3 17 13