Nghiên Cứu Thăm Dò Biến Tính Vỏ Cây Nguyên Liệu Giấy Làm Chất Hấp Phụ

ĐẶT VẤN ĐỀ

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế nước ta hiện nay, vấn đề sử dụng

hiệu quả tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường là những vấn đề lớn hết

sức cấp bách cần được quan tâm và áp dụng các biện pháp giải quyết kịp thời

nhằm đảm bảo sự phát triển bền vững.

Về mặt sử dụng tài nguyên thiên nhiên, ở nước ta mỗi năm có hàng triệu m3

gỗ được khai thác sử dụng cho các mục đích khác nhau. Chỉ tính riêng nguyên

liệu giấy, mỗi năm có tới trên 3 triệu tấn nguyên liệu dưới dạng dăm mảnh gỗ

được khai thác chế biến phục vụ sản xuất và xuất khẩu. Trong quá trình khai thác

và chế biến hình thành một lượng lớn (có thể chiếm tới trên 30% sinh khối của

cây nguyên liệu) phế thải là vỏ cây, cành nhánh nhỏ, lá cây, mùn vụn gỗ, chưa có

phương thức tận dụng hiệu quả. Chỉ một phần rất nhỏ các dạng phế thải này

được tận dụng làm chất đốt sinh hoạt, phân bón hữu cơ, …, phần còn lại chủ yếu

là đốt, bỏ, gây lãng phí và không ít vấn đề về bảo vệ môi trường, bảo vệ rừng và

ảnh hưởng xấu tới sức khỏe cộng đồng. Vì vậy, nghiên cứu tận dụng phế thải

khai thác và chế biến gỗ nguyên liệu cho sản xuất ra các sản phẩm có giá trị là

hướng đi hết sức thiết thực. Các dạng phế thải nêu trên có thể sử dụng làm

nguyên liệu sản xuất các sản phẩm hữu ích có giá trị như, etanol, các chất hoạt

tính sinh học, thức ăn chăn nuôi, vật liệu compozit, vật liệu hấp phụ, … có ứng

dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp và môi trường.

Với tính chất đặc trưng và tiềm năng trữ lượng lớn, vỏ cây có thể sử dụng

làm nguyên liệu sản xuất các hợp chất hữu cơ có giá trị, làm phân bón hữu cơ

hay vật liệu hấp phụ. Bên cạnh đó, thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi trong các

ngành công nghiệp như dệt may, công nghịêp cao su, giấy, mỹ phẩm… Do tính

tan cao, các loại thuốc nhuộm là tác nhân gây ô nhiễm nguồn nước và hậu quả

tổn hại đến con người và các sinh vật sống. Hơn nữa, thuốc nhuộm trong nước

thải rất khó loại bỏ vì chúng ổn định với ánh sáng, nhiệt và các tác nhân gây ôxi

hoá. Trong số nhiều phương pháp được nghiên cứu để tách loại các phẩm màu

trong môi trường nước, phương pháp hấp phụ được lựa chọn và đã mang lại hiệu

quả cao. Ưu điểm của phương pháp này, đặc biệt là khi sử dụng các chất hấp phụ

từ nguồn nguyên liệu tái sinh thân thiện môi trường, là sử dụng nguyên liệu rẻ

tiền, sẵn có, quy trình đơn giản và không đưa vào môi trường những tác nhân

độc hại.

Hiện nay, có rất nhiều chất hấp phụ rẻ tiền, dễ kiếm từ nguồn nguyên liệu

tái sinh tự nhiên, như bã mía, vỏ lạc, vỏ dừa, rơm, bèo tây, lõi ngô, chuối sợi…,

được sử dụng để loại bỏ các chất gây độc hại trong môi trường nước, tuy nhiên ở

dạng tự nhiên hiệu quả sử dụng chúng chưa cao. Mặc dù vậy, so với các chất hấp

phụ khác, đòi hỏi quy trình sản xuất phức tạp hay chất hấp phụ từ nguồn khoáng

sét (zeolit), các chất hấp phụ từ nguyên liệu thực vật có thể dễ dàng xử lý sau khi

sử dụng. Xuất phát từ những lí do trên, trong khoá luận này tôi thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu thăm dò biến tính vỏ cây nguyên liệu giấy làm chất hấp Phụ”.

Mục tiêu của nghiên cứu là xác định khả năng sử dụng vỏ cây bạch đàn

urô làm nguyên liệu sản xuất vật liệu hấp phụ và bước đầu thiết lập được chế độ

công nghệ thích hợp biến tính vỏ cây bạch đàn urô bằng phương pháp cơ-hóa

học để tạo vật liệu hấp phụ.

Nội dung nghiên cứu bao gồm:

- Xác định một số thành phần hóa học cơ bản của vỏ cây bạch đàn urô;

- Nghiên cứu phương pháp biến tính cơ-hóa học vỏ cây.

Phương pháp nghiên cứu:

- Các phương pháp tiêu chuẩn hóa về phân tích thành phần hóa học của gỗ

và nguyên liệu thực vật;

- Kết hợp kỹ thuật phòng thí nghiệm và các phương pháp phân tích hoá-lý

học để đánh giá tính chất của vỏ cây trước và sau biến tính theo chỉ số hoạt độ

hấp phụ metyl da cam.

I. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Khái quát về cấu tạo và thành phần hoá học của gỗ [5, 7]

Gỗ và nguyên liệu thực vật có sợi là vật liệu tự nhiên, một tổ hợp phức tạp

về mặt cấu trúc giải phẫu thực vật cũng như về phương diện hóa học. Nhất là

‖chất gỗ‖ (được hiểu là tập hợp các chất tạo nên vách tế bào gỗ) có thành phần

hóa học vô cùng phong phú. Có thể tìm thấy trong gỗ hầu hết các loại hợp chất,

nhóm chất hay nguyên tố hóa học tồn tại trong tự nhiên. Chính vì vậy, việc

nghiên cứu thành phần hóa học của gỗ và nguyên liệu thực vật nói chung là mối

quan tâm lâu đời của khoa học và công nghệ chế biến cơ-hóa học và hóa-sinh

học nguyên liệu sinh khối thực vật. Đến nay, khoa học đã xác định được rằng,

thành phần hóa học của gỗ phụ thuộc vào nguồn gốc sinh học của chất gỗ và

được biểu thị bằng sơ đồ sau:

(*) – các chất cao phân tử; (**) – các chất thấp phân tử.

Hình 1.1. Sơ đồ thành phần hóa học của gỗ và thực vật có sợi [7]

GỖ Các chất vô cơ

<1%

Các chất hữu cơ

Các chất trích ly

Các chất TPT**, 3-5%

Các thành phần cấu trúc

Các chất CPT*

, >90%

Polysaccarit

70-80%

Lignin

20-30%

Xenluloza

40-50%

Hemixenluloza

20-30%

Xylan Mannan

Các chất bay hơi

cùng với nước

Các chất tan trong

dung môi hữu cơ

Các chất tan

trong nước

Các chất

TPT

Các chât

CPT

Các polysaccarit

tan trong nước

Các chất Polyuronua

pectin

Như vậy, 99% gỗ cấu tạo từ các chất hữu cơ. Các chất vô cơ chỉ chiếm một

phần rất nhỏ – dưới 1%. Khi đốt và nung ở nhiệt độ cao (600-800oC) cốt gỗ tạo

thành tro. Lượng tro đặc trưng cho hàm lượng chất vô cơ trong gỗ, song không

tương ứng với số lượng, bởi khi đốt và nung các chất vo cơ có thể bị biến đổi

thành các oxít hoặc các muối cacbonat của các kim loại chứa trong gỗ.

Các loài cây khác nhau có thành phần nguyên tố hữu cơ của chất gỗ gần

như nhau, bao gồm: 49-50% cacbon, 43-44% oxi, khoảng 6% hidro và 0,1-0,3%

nitơ theo tỉ lệ so với khối lượng gỗ khô tuyệt đối.

Về cấu tạo, cũng như các vật liệu khác, cấu tạo gỗ là nhân tố chủ yếu ảnh

hưởng đến tính chất của nó. Những hiểu biết về cấu tạo là cơ sở để giải thích bản

chất các hiện tượng diễn ra trong quá trình gia công, chế biến và sử dụng gỗ.

Đối với bất kỳ dạng thực vật nào, vách tế bào là một tổ chức quan trọng

của tế bào gỗ. Vách tế bào do các thành phần hóa học của gỗ tạo nên, chúng liên

kết với nhau tạo thành một khối thống nhất. Sơ đồ cấu tạo vách tế bào thực vật

có thể biểu diễn bằng sơ đồ sau (hình 1.2).

Hình 1.2. Sơ đồ cấu tạo vách tế

bào thực vật