ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

NGUYỄN THỊ NGỌC PHƯỢNG

NGHI N CỨU ĐIỀU KIỆN THU
NANOCELLULOSE TỪ BÃ MÍA ẰNG
PHƯ NG PH P THỦ PH N
ACID SULFURIC
Chuyên ngành : Cơng Nghệ Hóa học
Mã số: 602575

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2015

NG


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
ỌC

Họ và tên học viên:

MSHV: 12050161
n r

Ngày, tháng, năm sinh: 16/08/1984

Nơi sinh:

Chuyên ngành: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

Mã số: 605275

I.

TÊN ĐỀ TÀI:
CỨ Đ ỀU KIỆN THU NANOCELLULOSE TỪ
M
Ủ
C
C
NHIỆM VỤ LUẬ VĂ :
 Khảo sát các y u tố ảnh hưởng đ n hiệu suất, màu sắc của cellulose
thu được: nồng độ NaOH, thời gian xử lí, nồng độ clo, nồng độ hydro
peroxide H2O2, thời gian tẩy trắng.
 Khảo sát các y u tố ủ quá tr nh thu ph n ảnh hưởng đ n kí h thướ
huy n ph
llulos : nồng độ acid sulfuric H2SO4, nhiệt độ thủy phân.
 Đánh giá sản phẩm n nocellulose.
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/07/2014
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/06/2015
IV. CÁN BỘ H ỚNG DẪN:

M
V PGS.TS. LÊ TH
HỒNG NHAN
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành
thông qua.
Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm 2015
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS Lê Thị Hồng Nhan PGS.TS Lê Thị Hồng Nhan
RƯỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)

ii


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA- ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

iM i

ương v PGS.TS. Lê Thị Hồng


Nhan
Chữ ký ……………………………… ……………………
guy n hị hương hong

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Chữ ký ……………………………… ……………………
guy n hị

Cán bộ chấm nhận xét 2:

n hi

Chữ ký ……………………………… ………………………
Luận văn thạ sĩ được bảo vệ tại: Truờng Đại Họ

á h Kho , Đ Q

p CM

ngày 27 tháng 07 năm 2015
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạ sĩ b o gồm:
1. Chủ

h PGS TS

2. P

PGS TS N


3. P

TS N

4. Ủ
5. Thư

Th

ễ Th Phư

ễ Th

TS Ph

Phụ
Ph

Th H

TS H Cẩ

Ph

g Anh
h

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn v

rưởng khoa quản lý


chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA

iii


ỜI CẢM

N

Trong khoảng thời gian học tập và rèn luyện tại trường Đ

á h Kho

TPHCM, chúng em xin chân thành cảm ơn tất cả thầy ơ trong trường Bách
Khoa nói chung và trong Khoa Kỹ Thuật Hóa Họ nói riêng đã tận tình giảng
dạy, hướng dẫn, truy n đạt những ki n thức, kinh nghiệm quý báu cho chúng em.
Đặc biệt, em vô cùng bi t ơn ô

i M i ương v PGS.TS Lê Thị Hồng

h n l những người đã tận t nh hướng dẫn, định hướng và chỉ dạy em rất nhi u
trong suốt quá trình thực hiện đ tài luận văn tốt nghiệp này. Sự giúp đỡ của cô là
nhân tố không thể thi u để em hoàn thành tốt luận văn n y
Em xin gửi lời cảm ơn đ n ThS. Phan Nguy n Quỳnh Anh đã giúp đỡ em rất
nhi u trong suốt quá trình làm luận văn


ên ạnh đó, m ũng xin ảm ơn các

thầy, cơ trong bộ mơn Kỹ thuật Hóa Hữu Cơ, trường Đại học Bách Khoa
TP. CM đã động viên, giúp đỡ và tạo đi u kiện v

ơ sở vật chất để em thực

hiện thí nghiệm tốt nhất.
Đồng thời, m ũng xin gửi lời cảm ơn đ n gi đ nh đã luôn đứng bên cạnh
động viên, ủng hộ v vật chất lẫn tinh thần trong suốt thời gian qua.
Xin chân thành cảm ơn

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2015
Học viên thực hiện luận văn
Nguy n Thị Ngọ

hượng

iv


TĨM TẮT
Bã mía là nguồn chất thải nơng nghiệp dồi

o trên th giới, ó nhi u ứng

dụng khá nh u Để thu n no llulos từ bã mí

ần qu 3 gi i đoạn Đầu tiên,


bã mía đượ xử lí bằng NaOH 10
K đ n,

để loại h mi llulos v lignin thu

llulos đượ tẩy trắng bằng nướ j v l 3,8g/l v hydrogen peroxide

2%. C llulos thu đượ từ bã mí
llulos l 92,4
ph n với

llulos

Cuối

i sul uri

ó hiệu suất đạt 38,05

ng, huy n ph

v h m lượng

llulos thu đượ bằng á h thủy

ại đi u kiện phản ứng ó nồng độ

i 65

rắn:lỏng 1:60 g/ml, nhiệt độ 40oC trong thời gian 1 giờ, huy n ph

kí h thướ trung b nh 4,44 m

no

llulos

với tỉ lệ
llulos

ó

huyển s ng ạng bột để xá định

ấu trú hó họ bằng quang phổ hồng ngoại FT-IR , ấu trú tinh thể bằng
nhi u xạ tia X (XRD) v độ ổn định nhiệt bằng ph n tí h nhiệt trọng lượng
no
i 1,2 m v b

llulos

ó ạng h nh lip với kí h thướ

y 0,4 m đo bằng

M v độ xốp

hi u rộng 0,7 m, hi u
o đo bằng

M


v


ABTRACT
Sugarcane bagasse (SCB) is abundantly available agro-waste world- wide and
has been used in different applications. Nanocellulose were

isolated

from

sugarcane bagasse in three stages. Initially sugarcane bagasse was subjected
to a pre-treatment process with NaOH 10% to eliminate hemicellulose and
lignin to collect cellulose. Secondly, the cellulose was bleached by using javel
3,8 g/l, hydrogen peroxide 2%. The cellulose was collected from sugarcane with
yeild of 38.05% and had cellulose concetration of 92.4%. Finally, cellulose
suspension was form by hydrolyzed with sulfuric acid. At reaction condition of
the sulfuric acid concentration of 65% with solid:liquid ratio of 1:60 g/ml, at
temperature of 40 oC for 1 hour, the cellulose suspension had median size of 4.44
m. The nano cellulose was altered to powder form and comfirm chemical
structure by Fourier

Transform

Infrared

(FTIR) spectroscopy, crystalline

structure by X-ray diffraction (XRD) and thermal stability by Thermogravimetric

analysis (TGA). The nano cellulose had ellipse-like shape with size of 0,7 µm
(diameter), 1,2 µm (length) and thickness of 0.4 µm

(by SEM) and high

porousity (by TEM).

vi


MỤC ỤC
LỜI CẢM

N .................................................................................................... IV

TÓM TẮT ............................................................................................................ V
ABTRACT .......................................................................................................... VI
MỤC LỤC ......................................................................................................... VII
DANH SÁCH HÌNH ............................................................................................ X
DANH SÁCH BẢNG ........................................................................................ XII
DANH MỤC PHỤ LỤC ................................................................................. XIII
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT.......................................................................XIV
LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
CHƯ NG

T NG QU N ................................................................................ 2

1.1.CELLULOSE

BA MIA........................................................................... 2


................................................................................................... 2
..................................................................................................... 4
................................... 8
1.2.CELLULOSE .............................................................................................. 10
.................................................................................. 10
............................................................................................... 12
.................................................................. 13
.............................................................................................. 13
1.3.NANO CELLULOSE ................................................................................. 15
........................................................... 15
............................................................................................... 18
.............................................................................................. 19
CHƯ NG

TH C NGHIỆM......................................................................... 22

vii


2.1.MUC Đ CH VA NÔI DUNG NGHIÊN C U ............................................ 22
2.2.NGUYÊN LIÊU VÀ THIÊT BI .................................................................. 22
2.2.1. Nguyên liệ

.......................................................................... 22

2.2.2. Thiết bị, d ng c thí nghiệm ................................................................ 22
23

PHAP NGHIÊN C U ............................................................... 23

................................................................................................... 23
................................................................................................... 23
................................................................................. 23
............................................................................ 24
............................................................................. 24
..................................................................................... 25
-IR ................................................................................... 25

2.3.6.Phân tích hình thái bề mặt bằng SEM .................................................. 25
2.3.7.Phân tích hình thái h t bằng TEM ....................................................... 26
2.3.8.Phân tích nhiệt tr

ng TGA ......................................................... 26
....................................................... 26

2.4.NƠI DUNG

C HIÊN ........................................................................... 27
ệ ............................................................................ 27

2

....................................................... 27
ề

.................... 28

.............................................................................. 29
CHƯ NG 3
3.1. Đ


ẾT QUẢ VÀ ÀN UẬN....................................................... 30
GIÁ NGUYÊN LIỆU ..................................................................... 30

ặ

..................................................................................... 30
-IR ............................................... 31

3.1.3.Phân tích hình thái bằng SEM .............................................................. 32
............................................................ 33
3.2.NGHIÊN C U QUÁ TRÌNH THU CELLULOSE..................................... 35
3.2.1 Ả

ởng của n

đ NaOH ............................................................ 35

viii


3.2.2 Ả

ởng của thờ

3.2.3 Ả

ởng của n

đ


3.2.4. Ả

ởng của n

đ H2O2 ............................................................. 42

ế

............................... 38
c javel ...................................... 40

................................................................................................ 43

3.3.NGHIÊN C U QUÁ TRÌNH THUY PHÂN TAO HUYÊN PHU
CELLULOSE .................................................................................................... 45
3.3.1.Ả

ởng của nhiệ đ ........................................................................ 46

3.3.2.Ả

ởng củ

3.3.3.Ả

ởng của n
ế

34Đ

CHƯ NG

ệ

................................................................ 47
đ H2SO4 ............................................................ 48

................................................................................................. 50
GIÁ SAN PHÂM ............................................................................ 51
ẾT UẬN .................................................................................. 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................. 60
PHỤ ỤC ............................................................................................................ 64

ix


DANH SÁCH HÌNH
nh 1 1: C y mí .................................................................................................. 3
nh 1 2: ã mí .................................................................................................... 3
nh 1 3: Cơng thức cấu tạo có thể có của lignin ................................................. 6
nh 1 4: ó sợi tá h r ở

1 , sợi bị thủy phân (a v không thủy ph n

(b)............................................................................................................................ 9
nh 1. 5: Cấu trúc cellulose ................................................................................ 10
nh 1 6: iên k t hy ro nội phân tử v giữ

á ph n tử


llulos ................... 11

nh 1 7: Quy tr nh tạo nanocellulose ................................................................. 17
nh 2 1: Không gi n m u Ch ........................................................................... 25
nh 2 2: Quy tr nh nghiên ứu tạo n no

llulos .............................................. 27

nh 3 1: ã mí s u khi xử lý sơ bộ ................................................................... 30
nh 3 2: hổ FT-IR củ bã mí nguyên liệu ...................................................... 32
nh 3 3: Ảnh SEM củ bã mí nguyên liệu ....................................................... 33
nh 3 4: hi u xạ

ủ bã mí nguyên liệu ............................................... 33

nh 3 5: Ảnh hưởng của nồng độ

đ n hiệu suất thu trong quá tr nh xử lý

nguyên liệu bã mí ................................................................................................ 35
nh 3 6: Ảnh hưởng của nồng độ

đ n h m lượng ligin

n lại trong quá

tr nh xử lý nguyên liệu bã mí .............................................................................. 36
nh 3 7: Ảnh hưởng của nồng độ


đ n m u sắ trong quá tr nh xử lý

nguyên liệu bã mí ................................................................................................ 36
nh 3 8: Ảnh hưởng củ thời gi n xử lý

đ n hiệu suất thu trong quá tr nh

xử lý nguyên liệu bã mí ...................................................................................... 38
nh 3 9: Ảnh hưởng củ thời gi n xử lý

đ n h m lượng lignin

n lại

trong quá tr nh xử lý nguyên liệu bã mí ............................................................. 39
nh 3 10: Ảnh hưởng củ thời gi n xử lý

đ n m u sắ trong quá tr nh xử

lý nguyên liệu bã mí ........................................................................................... 39

x


nh 3 11: Ảnh hưởng củ nồng độ lo trong ung ị h j v l đ n m u sắ trong
quá tr nh xử lý nguyên liệu bã mí ....................................................................... 41
nh 3 12: Ảnh hưởng củ nồng độ ung ị h

2 O2


đ n m u sắ trong quá tr nh

xử lý nguyên liệu bã mí ...................................................................................... 43
nh 3 13: Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy ph n đ n kí h thướ huy n ph
cellulose ................................................................................................................ 46
nh 3 14: Ảnh hưởng củ t lệ sử ụng khi thủy ph n đ n kí h thướ huy n
ph

llulos ......................................................................................................... 47
nh 3 15: Ảnh hưởng của nồng độ H2SO4 đ n kí h thước hạt .......................... 48
nh 3 16: uy n ph

llulos thủy ph n ở á nồng độ

nh 3 17: ản phẩm n no

2SO4 khá

llulos s u khi thu ph n bằng

nh u ..... 49

2SO4;

huy n

ph , b bột n no ................................................................................................... 51
nh 3 18:
ph


llulos

hổ FTIR củ nguyên liệu bã mí

,

llulos

b v huy n

..................................................................................................... 52

nh 3 19: Ảnh SEM của cellulose (a) và nano cellulose (b) ............................. 53
nh 3 20: Ảnh TEM của nanocellulose ............................................................. 54
nh 3 21:
n no llulos

hi u xạ

ủ

nguyên liệu bã mí

,

llulos

b v

s u khi thủy ph n ..................................................................... 55


nh 3 22: K t quả phân tích TGA củ nguyên liệu bã mí ,

llulose và

nanocellulose ........................................................................................................ 56

xi


NH S CH ẢNG

ảng 1 1: h nh phần hóa học của bã mía ............................................................ 5
ảng 3 1: Cá thơng số ơ bản ủ nguyên liệu bã mí ...................................... 30
ảng 3 2: Đi u kiện thí h hợp xử lý ngun liệu bã mí để thu
ảng 3 3: Cá thơng số ơ bản ủ

llulos .......... 44

llulos thu từ bã mí ................................ 44

ảng 3 4: Đi u kiện thu ph n thu huy n ph

llulos ..................................... 50

ảng 3 5: Cá thông số ơ bản ủ huy n ph

llulos thu từ bã mí .............. 51

xii



NH MỤC PHỤ ỤC
hụ lụ

1: K t quả ph n tí h h m lượng

llulos trong bã mí nguyên liệu v

llulos s u xử lý ................................................................................................ 64
hụ lụ

2:

ệ số hiệu hỉnh thể tí h k li p rm ng n t

trong tính tốn hỉ số

kappa ..................................................................................................................... 64
hụ lụ

3: K t quả

huy n ph

ủ khảo sát ảnh hưởng nồng độ

2SO4

đ n kí h thướ


llulos .............................................................................................. 65

hụ lụ 4: K t quả
đ n kí h thướ huy n ph

ủ khảo sát ảnh hưởng thời gi n xử lý bằng độ

2SO4

llulos ..................................................................... 66

xiii


NH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Từ viết
tắt

Từ viế đầ đủ

Diễn giải

TEM

Transmission Electron Microscopy Kính hiển vị điện tử truy n qua

SEM


Scanning Electron Microscopy

Kính hiển vị điện tử quét

XRD

X-Ray Diffraction

Nhi u xạ tia X

FT-IR

Fourier transformed infrared

Quang phổ hồng ngoại Fourier

LDS

Laser Diffraction Spectrometry

TGA

Thermalgravimetry analysis

h n bố kí h thướ hạt
Phân tích nhiệt trọng lượng

xiv



ỜI MỞ ĐẦU
Cellulose từ thực vật là loại nguyên liệu rất phổ bi n, được ứng rất nhi u
trong lĩnh vự đời sống như tạo giấy, bao bì, sợi,... Chúng được bi t đ n như
nguồn nguyên liệu rẻ ti n, d ki m, có khả năng tái sinh v ph n hủy sinh học
tốt. Tuy nhiên, khi th giới quan tâm nhi u hơn đ n vấn đ môi trường, những
nguồn nguyên liệu sử ụng để tá h

llulos được quan tâm nhi u hơn

ã mí l phần phụ phẩm ủ ng nh ơng nghiệp mí đường, đượ thải r
h ng năm với số lượng rất lớn . ất nhi u nghiên ứu tận ụng bã mí để tạo r
á sản phẩm sử ụng khá

Việc sử dụng sinh khối n y để ch bi n các vật liệu

tổng hợp mới đ ng thu hút được sự qu n t m ủ th giới v nó ó khả năng tái
tạo. Một số ông tr nh đã sử ụng bã l m nhiên liệu v sản xuất ồn
mí đượ sử ụng để sản xuất

llulos v n no

iện n y, bã

llulos nhằm l m tăng giá trị

y mí
Đối với Việt Nam, cơng nghệ n no llulos

ường như l một hướng


nghiên cứu mới mẻ v đầy triển vọng bởi nó được ứng dụng nhi u hơn so với
llulos thông thường.

no llulos đượ

oi l vật liệu hấp dẫn nhờ vào tính

chất b n ơ học cao, cấu trúc dạng que hoặc cấu trúc dạng sợi
hữu diện tích b mặt lớn với nhi u nhóm hoạt tính l

go i r , nó sở

ơ hội tuyệt vời ho tạo r

nhi u ẫn xuất mới
Có nhi u phương pháp để thu n no

llulos từ bã mí

rong luận văn n y

s tập trung v o việ sử ụng bã mí l m nguyên liệu để xử lý thu
thu ph n bằng

llulos v

i sul uri để nanocellulose.

1



CHƯ NG
1.1.CELLULOSE TỪ

T NG QU N

M

1.1 C
C y mí

ó nguồn gố ở n m

gười t đã t m thấy những lo i

hái

nh

y ại thuộ

ương, v ng quần đảo
hi s

Ấn Độ, rung Quố , á quần đảo ở n m hái

h rum ph n bố rộng khắp

nh


ương. Ở rung Quố v

Ấn Độ ngh trồng mí l m đường ó á h đ y 2000 năm
trồng rộng rãi khắp v ng nhiệt đới v

loại

g y n y, mí đượ

ận nhiệt [1].

Mí l tên gọi hung ủ một số lo i thuộ

hi mí

y nhiệt đới nên đ i hỏi đi u kiện độ ẩm rất

o

hợp ho sự sinh trưởng ủ

y mí l 15-26oC

h rum Mía là

hiệt độ b nh qu n thí h

iống mí nhiệt đới sinh trưởng

hậm khi nhiệt độ ưới 21oC v ngừng sinh trưởng khi nhiệt độ 13oCv

th

ys

h t Mí vươn

uin

o mạnh nhất khi bắt đầu v o m

ưới 5oC

hè ó độ

i ng y

tăng lên. C y mí gồm á bộ phận: th n, lá v r mí
Thân mía ó h nh trụ đứng, t y th o giống mí m th n mí
khá nh u như: x nh, v ng nhạt h y tím đậm

h n mí

ó m u sắ

hi th nh nhi u óng,

mỗi óng ải khoảng 0,05-0,304m t y th o giống mí v thời kỳ sinh trưởng
Thân mí

o khoảng 2-3m ó giống mí


ó thể

o 4-5m, th n mí đượ b o

bọ bởi lớp vỏ ó một lớp phấn trắng.

2


H h

1: C
H h

Mí l

2: Bã mía

y ơng nghiệp lấy đường qu n trọng ủ ng nh ông nghiệp

đường, hi m 75-80

lượng ung to n ầu

iên vụ 2013-2014, năng suất mí

b nh qu n ả nướ đạt khoảng 63,9 tấn mí /h , tính đ n uối năm 2012, tổng
iện tí h trồng mí to n th giới đạt gần 26,1 triệu h v tổng sản lượng mí thu
hoạ h đạt 1,83 t tấn [2] V mặt kinh t , nhận thấy trong th n mí

80-90
đượ

nướ
h lọ v

ị h, trong ị h đó hứ khoảng 16-18
ơ đặ th nh đường

đường

hứ khoảng

ừ nướ

ị h mí

go i sản phẩm hính l đường, n ómột

số phụ phẩm từ quá tr nh sản xuất: bã mí , mật rỉ, b n lọ
ã hi m 30-33% trọng lượng ủ

y mí , đượ

ng hất đốt trong l

hơi để sản xuất điện Điện sản xuất đượ s đượ sử ụng để hạy nh máy x y
ép mí v bán thương phẩm [2]. ã mí
l m bột giấy, ép th nh ván


ó thể

ng l m nguyên liệu đốt l , hoặ

ng trong ki n trú ,

nguyên liệu ho ng nh sợi tổng hợp

o hơn l l m r Furfural là

rong tương l i khi m rừng ng y

giảm nguồn nguyên liệu l m bột giấy, l m sợi từ

ng

y rừng giảm đi th mí l

nguyên liệu qu n trọng để th y th
Mật rỉ hi m 5

trọng lượng, đượ

ng trong h bi n thự phẩm v sản

xuất ồn tyli , nguyên liệu đầu v o sản xuất rượu h y nhiên liệu th nol Thành
phần mật gỉ trung b nh hứ 20

nướ , đường saccharose 35 , đường khử 20 ,


3


tro 15%, protein 5 , sáp 1 , bột 4

trọng lượng riêng

ừ mật gỉ ho lên m n

hưng ất rượu rum, sản xuất m n á loại Một tấn mật gỉ ho một tấn m n khô
hoặ
rượu

á loại acid acetic, hoặ

ó thể sản xuất đượ 300 lít tinh ầu v 3800 l

ừ một tấn mí tốt người t

ó thể sản xuất r 35-50 lít ồn 96°, một h với

kỹ thuật sản xuất hiện đại ủ th k 21 ó thể sản xuất 7000-8000 lít ồn để l m
nhiên liệu
n lọ

hi m 1,5-3

trọng lượng mí đ m ép Đ y l sản phẩm ặn bã

n lại s u khi h bi n đường


ừ b n lọ

xêrin l m sơn, xi đánh giầy, vv

ó thể lấy r sáp mí để sản xuất nhự

u khi lấy sáp b n lọ

ng l m ph n bón rất

tốt.
Mía cịn là loại cây có tác dụng bảo vệ đất rất tốt Mí thường trồng từ
tháng 10 đ n tháng 2 h ng năm l lú lượng mư rất thấp Đ n m

mư , mí

được 4-5 tháng tuổi, bộ lá đã gi o nh u th nh thảm lá xanh dày, diện tích lá gấp
4-5 lần diện tí h đất làm cho mư khơng thể rơi trực ti p xuống mặt đất có tác
dụng tránh xói m n đất ho á v ng đồi trung du.
1.1
Hiện n y, lượng bã mía thải bỏ rất lớn Đơn ử tại

h máy Đường

Bourbon (Tây Ninh), với công suất ch bi n 8.000 tấn mía/ngày, nhà máy thải ra
lượng bã mía khoảng 2.800 tấn/ng y
Đồng

i


rong khi đó, Cơng ty Đường Biên Hịa

ó 3 nh máy, trong đó 2 nh máy sử dụng mía làm ngun liệu với

tổng cơng suất 5.000 tấn mía/ngày. Mỗi năm, sản lượng mía cây là 600.000 750.000 tấn, tương đương 174.000 - 217.500 tấn bã (bã mía chi m khoảng 29%
khối lượng mía cây).
Bã mía là sản phẩm phụ của ngành cơng nghiệp đường, nó l phần xơ

n

lại của thân cây mía sau q trình ép mía. Bã mía gồm có sợi xơ, nước và một
lượng tương đối nhỏ các chất hòa tan- chủ y u l đường. ã mí
nằm ở phần vỏ của

y mí , phần

n lại hứ ít

nhu mơ. Thành phần trung bình của bã mía đượ

llulos v

ó sợi dài và tốt
hủ y u l t b o

ho như bảng s u:

4



ả

1 Th

h phầ hó họ

Hợp chất

H

Cellulose

32-44%

Hemicellulose

27-32%

Lignin

19–24%

Tro

4,5-9%

áp

ủ b


lượng

<1%

Lignin là một chất cao phân tử có cấu trú

vơ định hình khác

với cellulose. Lignin ở gỗ lá kim và gỗ lá rộng khá nh u, nhưng người t đã k t
luận rằng trong phân tử lignhin có chứa các nhóm (-OH), nhóm methoxyl (OCH3) và nhân benzen. Lignin là một phức hợp chất hóa học phổ bi n được tìm
thấy trong hệ mạch thực vật, chủ y u là giữa các t bào, trong thành t bào thực
vật. Lignin là một trong các polymer hữu ơ phổ bi n nhất trên trái đất. Lignin có
cấu trúc khơng gian 3 chi u, phức tạp, vơ định hình, chi m 17

đ n 33% thành

phần của gỗ.

5


H h

3: Cơ

hứ

ấ


ạ

ó hể ó ủ l

Cấu trúc hóa học của lignin rất d bị th y đổi trong đi u kiện nhiệt độ cao
và pH thấp như đi u kiện trong quá trình ti n xử lý bằng hơi nước. Ở nhiệt độ
phản ứng

o hơn 200oC, lignin bị k t khối thành những phần riêng biệt và tách

ra khỏi cellulose.
Trong cơng nghệ bột giấy người t thường phải tìm cách loại bỏ lignin,
tuy nhiên trong công nghệ ván và hàng thủ công mỹ nghệ người ta lại thường lợi
dụng lignin, tá động lên lignin để ép, uốn ván gỗ v lignin vơ định hình nên tồn
tại ở 3 trạng thái: thủy tinh (bi n dạng là bi n dạng đ n hồi), dẻo (bi n dạng
không thuận nghịch), lỏng dính.

6


T h hấ
ã mí

ủ b

háy ho n to n tạo th nh C02 v nướ ngo i r

n ó á th nh

phấn khí khá như S02, N2... hản ứng trong quá tr nh đốt háy bã mí tỏ r

nhiệt lượng rất lớn

ó ó thể bị thủy ph n th nh ung ị h đường ó khả năng

lên men.
Có 3 hướng hính để thủy ph n bã mí :
hủy ph n cellulose bằng acid ở nhiệt độ v áp suất

-

Dùng enzyme

-

o tạo glucose.

llul s bẻ gãy mạ h cellulose thành glucose.

- Q trình khí hóa: cellulose biomass đượ oxy hố khơng ho n to n, huyển

thành syngas (CH4, H2, CO).
hủy ph n bã mí bằng phương pháp enzyme: hương pháp n y so với
phương pháp xử lý thơng thường ó những ưu điểm vượt trội
pháp enzyme họ v quá tr nh ph n hủy

ự trên phương

llulos , h mi llulos v lignin ng y

n y đã ó một v i phương pháp sinh họ thự hiện hu tr nh xử lý ligno llulos .

Ứng dụng của bã mía
ã mí

ó thể đượ

ng để sản xuất nhiên liệu ethanol. Ethanol nhiên

liệu có thể được sản xuất từ bắp, mía và các loại nơng sản khác có chứa tinh bột
v

llulos

rong đó, th nol sản xuất từ mía có giá thành rẻ hơn v ti t kiệm

năng lượng hơn so với cây trồng khá , o đó ó khả năng ạnh tranh cao với các
loại nhiên liệu truy n thống [2].
Bã mía là một vật liệu d
ho á v ng ơng nghiệp
nó ó h m lượng chất xơ

háy được sử dụng để tạo r năng lượng phụ vụ

go i r ,
o v sợi

n
llulos

ng để sản xuất thứ ăn hăn ni v
i, mảnh nên ó thể được sử dụng


để sản xuất các loại sợi ó b n cao [3]. ên ạnh đó

n ó 1 số ứng ụng s u:

- Sản xuất điện
- Trồng nấm trên bã mía
- Sản xuất than hoạt tính [4].
7


h

1.1.3.Mộ

ứ ứ

ụ

ll l

ừb

Cellulose từ bã mía có thể thu được bằng phương pháp ki m, loại bỏ
lignin v tạp hất, tuy nhiên,phương pháp n y không đủ mạnh để loại bỏ ho n
to n lignin v h mi llulos ,

o đó ần bổ sung thêm q trình tẩy trắng Q

tr nh tẩy trắng có thể l m giảm lượng


llulos v tính hất ủ nó ó thể th y đổi

Sau khi tẩy trắng, cellulose ó độ ổn định nhiệt

o, độ k t tinh tăng nên có

thể đượ ứng dụng trong nhi u sản phẩm: vật liệu tổng hợp, á dẫn xuất hóa học
và nhi u lĩnh vự khác. Phần

llulos trong bã mí

ó thể được chuyển đổi bằng

á h th y đổi hóa học thành dẫn xuất cellulose quan trọng như st , phục vụ
trong phạm vi rộng các ứng dụng, ví ụ như sợi dệt tái sinh nhựa phân hủy sinh
họ , trong đó được sử dụng rộng rãi như hất l m đặc trong nhi u ứng dụng công
nghiệp, bao gồm cả ngành công nghiệp thực phẩm, ược phẩm và cơng nghiệp
sơn [5].

ử ụng bã mí l m ngun liệu ho ng nh ông nghệ sản xuất giấy v
b o b đã ó từ rất l u, o sợi
đã khử tủy ó thể
sản xuất bột hó
4% Na2SO3

llulos

ủ bã mí khá mịn, b n [6, 7]


ng sản xuất bột ơ, bột hó

ừ bã mí

ơ, bột hó v bột bán hó

ơ, người t nấu bã mí với 1-7

Để

, k đó xử lý với 0,1-

u đó bột đượ tẩy trắng để sử ụng ho á quá tr nh ti p th o [6].

hóm tá giả

vin Mi h l [3] đã sử ụng

sợi phụ vụ ho ng nh ệt m y

llulos

ủ bã mí để tạo r

hóm sử ụng nồng độ ki m thấp để ó đượ

sợi mịn, ti p đó thủy ph n với nướ hoặ muối, quá tr nh xử lý thự hiện ở 130 oC
trong 1 giờ

ử sản phẩm đ n trung h


để loại ki m ư, sợi đượ sấy khô ở

105oC trong 24 giờ, để ở nhiệt độ khoảng 20oC

ản phẩm đượ xá định á tính

hất như kí h thướ , độ mịn, độ b n kéo, độ b n uốn v h nh thái sợi bằng
K t quả đượ

ho như h nh 1 7. Theo nhóm, từ k t quả thu đượ

M

ho thấy sợi ó

8


độ b n thấp hơn so với á loại sợi tự nhiên khá như đ y, otton, lin n
kéo

i,

bị

bị đứt gãy

a
H h


ợi

4: ó ợ

b
h

ở N OH N ợ b hủ ph

hô

hủ ph

b)

9


1.2.CELLULOSE
1.2.1.Cấ

h

họ

Cellulose là loại vật liệu polym r tự nhiên phổ bi n nhất trên h giới, nó
là thành phần chủ y u của thành t bào thực vật, giúp cho các mơ thực vật ó độ
b n ơ họ v tính đ n hồi, có nhi u trong bơng (95-98%), gỗ lá kim (41-49%),
gỗ lá rộng (43-52%).

Cellulose là một polymer mạ h th ng được cấu tạo từ các mắt xích DGlucose nối với nhau bằng liên k t β-1,4-glycosidic [8, 9], có cơng thức cấu
tạo là (C6H10O5)n trong đó n ó thể nằm trong khoảng 1000-15000 t y v o nguồn
thu [10].

H h

5: Cấ

ll l

Cellulose có dạng hình sợi dài, nhi u sợi liên k t song song với nhau
thành chùm nhờ các liên k t hydro giữa các nhóm hydroxyl (-OH). Nhóm
hydroxyl có trong phân tử cellulose tham gia vào liên k t hydro trong và giữa các
phân tử. Cellulose là một chuỗi mạch th ng, khơng ó nhánh như tinh bột, các
mạch cellulose x p đối song song tạo thành các vi sợi ó đường kính khoảng
3,5nm. Nó có 2 liên k t hydro nội mạch và 1 liên k t hydro ngoại mạch. Các
nhóm hydroxyl hình thành liên k t giữa hydro với nguyên tử oxy trong cùng một
mạch và với các mạch bên cạnh, các mạch k t lại với nhau hình thành nên á vi
sợi ó độ b n kéo cao. Trong sợi

llulos

vơ định hình. Trong các sợi, chuỗi

ó 2 v ng đó l v ng tinh thể và vùng

llulos được x p chặt ch với nhau tạo

thành vùng tinh thể v v ng rối loạn gọi l v ng vơ định hình làm cho cellulose
ó tính hất bán tinh thể [10] h nh 1 2 .

10


H h

6:

ế h

ộ ph

ph

ll l

Cấu trúc tinh thể của cellulose lần đầu tiên đượ đư r bởi Carl von
äg li năm 1858 s u đó được xác nhận qu

uy nhiên, ho đ n n y ấu

trúc của nó vẫn hư đượ hiểu đầy đủ [11] Chỉ số k t tinh ủ

llulos th y

đổi ít nhi u t y thuộ v o phương pháp ph n tí h khá nh u Mạng lưới liên k t
hi ro v định hướng phân tử trong cellulose rất khá nh u l m ho cellulose tồn
tại ở nhi u h nh ạng khá nh u t y thuộc vào nguồn gố , phương pháp kh i
thá , xử lý [12]. Cellulose có cấu trú ph n ấp b o gồm các cấp độ phân tử (1100 Å), cấp độ nano (10-100 nm) và cuối

ng l


ấp độ trung b nh 1-100

micron).
rong tự nhiên, tinh thể
trong đó,

llulos gồm h i loại:

llulos - v

llulos - đượ bi t đ n rộng rãi hơn ả C llulos - l

x p song song nh u v kém b n nhiệt động C llulos llulos -

nhưng

C llulos - l
ủ
r từ

llulos -

llulos [13]. go i r ,
llulos - v

n ó

llulos -


v

huỗi glu n

ó thể huyển th nh

th khơng thể huyển th nh

huỗi glu n x p phản song song v l

llulos - ,

ạng

llulos -

ạng b n nhiệt động nhất
llulos - V, húng đượ tạo

bằng nhi u á h khá nh u

11