Nghiên cứu kỹ thuật làm giàu cellulose trong phụ phẩm cây khóm (Ananas comosus (L.) Merr.)

Bài viết Nghiên cứu kỹ thuật làm giàu cellulose trong phụ phẩm cây khóm (Ananas comosus (L.) Merr.) trình bày quá trình tiền xử lý phụ phẩm cây khóm được khảo sát các thông số ảnh hưởng lên khả năng làm giàu cellulose và loại bỏ lignin bằng NaOH và H2SO4, bao gồm: Nồng độ hóa chất (0,5-7%), thời gian (20-60 phút) và nhiệt độ phản ứng (30-100oC).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu kỹ thuật làm giàu cellulose trong phụ phẩm cây khóm (Ananas comosus (L.) Merr.) 56 Nguyễn Thị Bích Thuyền, Cao Lưu Ngọc Hạnh, Đặng Hồng Sen, Lai Hồng Phong, Ngô Thế Vinh NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT LÀM GIÀU CELLULOSE TRONG PHỤ PHẨM CÂY KHÓM (ANANAS COMOSUS (L.) MERR.) STUDY ON CELLULOSE INCREASING METHODS FOR IN PINEAPPLE WASTE (ANANAS COMOSUS (L.) MERR.) Nguyễn Thị Bích Thuyền, Cao Lưu Ngọc Hạnh, Đặng Hồng Sen, Lai Hồng Phong, Ngô Thế Vinh Trường Đại học Cần Thơ; ntbthuyen@ctu.edu.vn , clnhanh@ctu.edu.vn, senB1507026@student.ctu.edu.vn, phongB1507021@student.ctu.edu.vn, vinhm3817009@gstudent.ctu.edu.vn Tóm tắt - Để quá trình chuyển hóa ethanol đạt hiệu suất cao đòi Abstract - In order to get high efficiency of ethanol conversion, the hỏi nguồn nguyên liệu chứa hàm lượng cellulose cao và phải ít sample requires high cellulose content and less lignin. Therefore, lignin, do đó quá trình tiền xử lý là rất cần thiết để loại bỏ lignin. pretreatment is necessary to remove lignin. In this study, Trong nghiên cứu này, quá trình tiền xử lý phụ phẩm cây khóm pretreatment of pineapple waste studies parameters which affects được khảo sát các thông số ảnh hưởng lên khả năng làm giàu cellulose recovery and lignin removal by NaOH and H2SO4 cellulose và loại bỏ lignin bằng NaOH và H2SO4, bao gồm: Nồng including: Chemical concentration (0,5-7%), time (20-60 minutes) độ hóa chất (0,5-7%), thời gian (20-60 phút) và nhiệt độ phản ứng and reaction temperature (30-100oC). The results show that the (30-100oC). Kết quả cho thấy, điều kiện tối ưu của quá trình là xử optimal conditions of the process are 2% of H2SO4, 30 minutes and lý với H2SO4 2%, thời gian 30 phút và nhiệt độ 30oC. Ở điều kiện temperature of 30oC. Under these conditions, 38% of lignin is này, 38% lignin bị loại và hiệu suất làm giàu cellulose đạt 97,4%. removed and the cellulose enrichment efficiency is 97.4%. The Tác động của phương pháp tiền xử lý lên thành phần và cấu trúc impact of pretreatment on the composition and structure of của mẫu trước và sau xử lý được phân tích bằng phương pháp samples is analyzed by DNS, TGA, FTIR and SEM. DNS, TGA, FTIR và SEM. Từ khóa - Cellulose; tiền xử lý; ethanol sinh học; phụ phẩm cây Key words - Cellulose; pretreatment; bioethanol; pineapple waste. khóm. 1. Đặt vấn đề pháp chuyển hóa cellulose trong phụ phẩm khóm thành Thế giới ngày nay, trong đó có Việt Nam đang đối mặt ethanol sinh học, giai đoạn đầu của quá trình chuyển hóa là với vấn đề cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch (than đá, dầu mỏ…). làm giàu cellulose và loại bỏ lignin trong giai đoạn xử lý mẫu. Ước tính nguồn nhiên liệu này sẽ cạn kiệt trong vài thập kỷ 2. Phương pháp nghiên cứu tới [1], do đó việc tìm kiếm những nguồn năng lượng thay thế là nhiệm vụ cấp thiết. Vì thế, vào những năm 2000, con Nguyên liệu là phụ phẩm cây khóm (phần thân cây sau người đã dùng biện pháp chuyển những cây có hạt, bột và khi thu hoạch trái) được lấy ở ruộng khóm thuộc Ngã Bảy đường (vật liệu thế hệ 1) thành nhiên liệu [2]. Tuy nhiên, tỉnh Hậu Giang. Mẫu được rửa sạch, cắt nhỏ khoảng 2 cm việc này đã gây ra sự tranh cãi gay gắt về cạnh tranh nguồn và sấy ở 60oC đến trọng lượng không đổi (Hình 1). lương thực. Do vậy, nguồn nguyên liệu thế hệ 2 đang thu hút sự quan tâm do nó sẵn có và tận dụng từ phế phẩm công nông nghiệp (vật liệu lignocellulose) [3, 4]. Trong số nguồn sinh khối đó thì phụ phẩm cây khóm đang được thế giới nghiên cứu sản xuất ethanol. Mục tiêu của những nghiên cứu này là chuyển hóa sinh khối của khóm thành nhiên liệu sinh học để thay thế nhiên liệu hóa thạch đang bị cạn kiệt. Để làm được sự chuyển hóa này thì 3 giai đoạn chính cần được thực hiện: (1) Tiền xử lý mẫu; (2) Thủy phân và (3) lên men thành ethanol. Trong số những bước này thì giai đoạn (1) là giai Hình 1. Phụ phẩm khóm:(a) thân cây khô; (b) thân xay nhỏ đoạn thách thức vì cấu trúc bền của lignocellulose rất khó bị Lấy 1 g mẫu khô nghiền nhỏ ở kích cỡ khoảng 1,5 mm phân hủy ở điều kiện thông thường [5]. Do đó, giai đoạn xử đem xử lý với 10 mL dung dịch H2SO4 và NaOH. Mẫu xử lý là tất yếu được thực hiện để loại bỏ lignin vì nó là rào cản lý được khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần cho giai đoạn thủy phân [6]. lignocellulose trong bã rắn và đường khử trong dịch lỏng Ở nước ta, khóm được trồng từ Bắc đến Nam với diện với các thông số: Thời gian (20-60 phút), nồng độ hóa chất tích 40000 ha trong đó 90% diện tích tập trung ở các địa (0,5%-7%) và nhiệt độ phản ứng (30-100oC). phương vùng Đồng bằng Sông Cửu Long như Tiền Giang Sau khi kết thúc quá trình phản ứng, tách phần bã rắn (14800 ha), Kiên Giang (10000 ha), Hậu Giang (gần 1600 và phần dung dịch bằng phương pháp lọc, trung hòa bằng ha), Long An (1000 ha) với tổng sản lượng trên 500 ngàn nước đến pH = 7. Phần bã được sấy đến khối lượng không tấn/năm [7]. Tuy nhiên, cây khóm chỉ có trái là được sử dụng, đổi và phân tích sự thay đổi thành phần cũng như cấu trúc phần phụ phẩm là rễ, thân, lá và vỏ quả khóm là phần bị bỏ bằng các kỹ thuật TGA (Thermal gravimetric analysis), đi. Theo những công trình nghiên cứu ngoài nước, thì phụ FTIR (Fourier-transform infrared spectroscopy) và SEM phẩm khóm có khả năng chuyển hóa thành ethanol sinh học (Scannin ...