Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật hóa học: Nghiên cứu chế tạo xenlulo và một số sản phẩm có giá trị từ rơm rạ và thân ngô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

THÁI ĐÌNH CƯỜNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO XENLULO VÀ MỘT SỐ SẢN PHẨM
CÓ GIÁ TRỊ TỪ RƠM RẠ VÀ THÂN NGÔ

Chuyên ngành: Vật liệu cao phân tử và tổ hợp
Mã số: 62440125

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
KỸ THUẬT HÓA HỌC

Hà Nội – 2017
1

Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Lê Quang Diễn
2. PGS.TS. Doãn Thái Hòa
3.
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ
cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam

2

A. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN
Sinh khối lignoxenlulo, bao gồm gỗ hay các loại thực vật phi
gỗ chứa xơ sợi, trong đó tiềm năng là phế phụ phẩm cây nông nghiệp,
là nguồn nguyên liệu tái sinh, đa dạng và có tính chất phù hợp làm
nguyên liệu sản xuất nhiều sản phẩm có giá trị, những hóa chất, vật
liệu thiết yếu cho con người trong tương lai thay thế nguồn nguyên
liệu hóa thạch. Sản xuất vật liệu và hóa chất “xanh” từ nguồn nguyên
liệu lignoxenlulo, là một trong những hướng nghiên cứu và phát triển
công nghệ trọng tâm trên thế giới.
Nước ta là nước nông nghiệp, các loại cây nông nghiệp rất đa
dạng. Hàng năm sau thu hoạch tạo thành một lượng phế phụ phẩm
chứa xenlulo vô cùng lớn, như rơm rạ, thân ngô, bã mía, ước đạt hàng
chục triệu tấn, có thể thu gom và tận dụng. Mặc dù vậy, hiện nay các
dạng nguyên liệu này vẫn chưa được sử dụng hiệu quả, do chất lượng
không đồng đều, vấn đề thu gom, tồn trữ gặp khó khăn và cơ bản nhất
là chưa có công nghệ chế biến phù hợp đáp ứng hiệu quả kinh tế và
môi trường nhất định.
Trên thực tế, cũng như ở nhiều quốc gia khác, chỉ một phần nhỏ
các dạng phế phụ phẩm này được tận dụng là chất đốt sinh hoạt, phân
bón hữu cơ,… còn lại bị vứt bỏ và phương thức xử lý chủ yếu là đốt,
gây lãng phí và không ít vấn đề về bảo vệ môi trường và sức khỏe
cộng đồng, nhất là đối với các vùng gần đô thị hoặc khu dân cư có mật
độ cao. Nguyên do chủ yếu là với sản lượng lớn và nhu cầu đời sống
ngày càng cao, người nông dân ngày càng ít sử dụng phế thải nông
nghiệp làm chất đốt mà thay vào đó là các loại chất đốt khác như than
đá, khí đốt.
Trên thế giới và trong nước cũng đã có nhiều nghiên cứu sử
dụng rơm rạ và thân ngô để chế tạo vật liệu xơ sợi, vật liệu compozit,
nhiên liệu sinh học, …, nhưng hướng nghiên cứu chế tổng hợp, để tận
dụng toàn bộ sinh khối hay chế biến sâu để tạo ra sản phẩm đa dạng
và nâng cao giá trị sản phẩm, vẫn chưa được chú trọng. Bên cạnh đó,
ngay hiện nay và trong tương lại gần, đã có nhu cầu lớn về các sản
1

phẩm có thể sản xuất từ dạng phế phụ phẩm nông nghiệp này, như bột
xenlulo, dioxit silic, các sản phẩm tự nhiên, chất hấp phụ, vật liêu
nano,… Vì vậy nghiên cứu tập định hướng tận dụng toàn bộ sinh khối,
hay chế biến tích hợp các công đoạn để đưa ra công nghệ khả thi, tạo
cơ sở để phát triển công nghệ chế tạo sản phẩm, là bức thiết, có ý nghĩa
khoa học và thực tiễn.
Việc nghiên cứu một cách hệ thống và chi tiết, từ đó xây dựng
được các phương pháp chế tạo các sản phẩm đa dạng từ hai dạng vật
liệu lignoxenlulo tiềm năng và dễ tiếp cận, sẽ làm nền tảng cho phát
triển công nghệ khả thi chế biến vật liệu lignoxenlulo thành các sản
phẩm hữu ích, đáp ứng nhu cầu trong nước là vấn đề bức thiết. Giải
quyết vấn đề này không những sẽ mang lại lợi ích kinh tế, tăng giá trị
sản xuất nông nghiệp, mà còn góp phần bảo vệ môi trường, sức khỏe
cộng đồng.
Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
Mục tiêu của Luận án:
- Góp phần bổ sung cơ sở khoa học và công nghệ chế tạo xenlulo
và các sản phẩm hữu ích từ rơm rạ và thân ngô, làm cơ sở xây dựng
và phát triển công nghệ chế biến tích hợp toàn bộ sinh khối của các
dạng phế phụ phẩm nông nghiệp tiềm năng của Việt Nam.
- Đưa ra được phương pháp khả thi phân tách các hợp chất vô
cơ và hữu cơ của rơm rạ và thân ngô, để chế biến thành các sản phẩm
có tính năng sử dụng nâng cao.
Đối tượng cho nghiên cứu là rơm rạ giống Q5 và thân cây ngô
NK7328 thu gom tại xã Dân lực, huyện Triệu Sơn, Thanh Hóa.
Phương pháp nghiên cứu
Tính chất của rơm rạ và thân ngô được phân tích bằng các
phương pháp tiêu chuẩn hóa TAPPI, các phương pháp phân tích hóa
lý học;
Rơm rạ và thân ngô được xử lý bằng các tác nhân khác nhau
(dung môi hữu cơ, dung dịch NaOH, axit sunfuric, hydropeoxit bổ
sung xúc tác) để tách riêng các thành phần của nguyên liệu, thu hồi
2

các chất trích ly, dioxit silic, đường C5 và xenlulo. Xenlulo được tẩy
trắng bằng dioxit clo và hydropeoxit, tinh chế bằng kiềm. Từ xenlulo
đã chế tạo microxenlulo bằng phương pháp thủy phân, chế tạo
nanoxenlulo bằng phương pháp xử lý với dung dịch hydropeoxit trong
môi trường axit. Sơ đồ chuyển hóa tích hợp rơm rạ và thân ngô được
trình bày trên hình dưới đây.

Tính chất của sản phẩm được phân tích bằng các phương pháp
thực nghiệm trong lĩnh vực hóa học gỗ, hóa học và công nghệ sản xuất
bột giấy, công nghệ xenlulo; các phương pháp phân tích công cụ, GSMS, HPLC, SEM, XRD, EDX, ..., sử dụng thiết bị phân tích hiện đại.
Phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận án
Luận án bao gồm 03 nội dung nghiên cứu chính:
- Nghiên cứu tiền xử lý rơm rạ và thân ngô bằng etanol để thu
các chất trích ly;
- Nghiên cứu xây dựng 03 phương pháp chuyển hóa tích hợp
rơm rạ và thân ngô, thành xenlulo, dioxit silic và đường C5, sử dụng
các tác nhân/hệ tác nhân khác nhau;
- Nghiên cứu chế tạo microxenlulo và nanoxenlulo từ xenlulo
của rơm rạ.
3