Aerogelchế tạo chế tạo từ cellulose dưới đây là vật liệu có khả năng từ cellulose dưới đây là vật liệu có khả năng hấp phụ dầu, các chất thải hữu cơ vàhấp phụ dầu, các chất thải hữu cơ v
Trang 1ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN
Đề tài: Nghiên c ứ u ch ếế t ạạ o v ậậ t li ệệ u aerogel cellulose t ừ ph ếế ph ụ
ph ẩẩ m nông nghi ệệ pp ứ ng d ụng để x ử lý môi trườ ng và làm v ậậ t li ệệ uu
Trang 2MỤỤC LC LỤỤCCM
MỤỤC LC LỤỤC C i i DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC HÌNH iv iv DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC BẢNG vv DANH M
DANH MỤỤC CÁC KÍ HIC CÁC KÍ HIỆỆU VÀ CÁC CHU VÀ CÁC CHỮ Ữ VI VIẾẾT TT TẮẮT viT vi
MỞ ĐẦU
MỞ ĐẦU 1 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 44 1.1. Cellulose Cellulose 4 4 1.1.1. Cấu trúc của celluloseCấu trúc của cellulose 44 1.1.2 Tính chất
1.1.2 Tính chất 55 1.1.3 Cellulose và cơ chế thủy phân Cellulose
1.1.3 Cellulose và cơ chế thủy phân Cellulose 55 1.1.4 Phân loại cellulose và cơ chế hoạt động
1.1.4 Phân loại cellulose và cơ chế hoạt động 55 1.2 Tổng quan về bã mía
1.2 Tổng quan về bã mía 7 7 1.2.1 Nguồn gốc
1.2.1 Nguồn gốc 7 7 1.2.1 Tình hình trữ lượng
1.2.1 Tình hình trữ lượng 7 7 1.2.3 T
1.2.3 Thành phần của bã míahành phần của bã mía 88 1.2.4 Một số ứng dụng của bã mía
1.2.4 Một số ứng dụng của bã mía 9 9 1.2.5 Ứng dụng sử lý môi trường
1.2.5 Ứng dụng sử lý môi trường 10 10 1.2.6 Ứng dụng trong các lĩnh vực khá
1.2.6 Ứng dụng trong các lĩnh vực khácc 11 11 1.3 Tổng quan về aerogel
1.3 Tổng quan về aerogel 12 12 1.3.1 Lịch sử
1.3.1 Lịch sử 1212 1.3.2 Tình hình công bố sáng chế
1.3.2 Tình hình công bố sáng chế về nghiên cứu và ứng dụng vậvề nghiên cứu và ứng dụng vật liệu aerogelt liệu aerogel 15 15 1.3.3 Tính chất của aerogel
1.3.3 Tính chất của aerogel 16 16 1.3.4 Các loại aerogel
1.3.4 Các loại aerogel 1717 1.3.5 Ứng dụng của aerogel
1.3.5 Ứng dụng của aerogel 1818 1.3.6 Triển vọng aerogel
1.3.6 Triển vọng aerogel 1919 1.3.7 Phương pháp tổng hợp
1.3.7 Phương pháp tổng hợp 2020 CHƯƠNG
CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2323 2.1 Dụng cụ thí nghiệm và hóa ch
2.1 Dụng cụ thí nghiệm và hóa chấtất 2323 2.1.1 Dung cụ thí nghiệm
2.1.1 Dung cụ thí nghiệm 23 23
Trang 32.1.2 H2.1.2 Hóa chấtóa chất 2323 2.2 Thực nghiệm
2.2 Thực nghiệm 2323 2.2.1 Chiết tách cellulose từ bã mía
2.2.1 Chiết tách cellulose từ bã mía 23 23 2.2.2 Quá trình tổng hợp aerogel cellulose
2.2.2 Quá trình tổng hợp aerogel cellulose 2424 2.2.4 Biến tính aerogel
2.2.4 Biến tính aerogel 2525 2.3 Vật liệu biocomposite có khả năng chống cháy
2.3 Vật liệu biocomposite có khả năng chống cháy 26 26 2.4 Đánh giá khả năng hấp phụ thuốc nhuộm
2.4 Đánh giá khả năng hấp phụ thuốc nhuộm 26 26 2.5 Đánh giá khả năng hấp phụ dầu tràn
2.5 Đánh giá khả năng hấp phụ dầu tràn 27 27 2.6 Các phương pháp đặc trưng vật liệu
2.6 Các phương pháp đặc trưng vật liệu 2828 2.6.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD)
2.6.1 Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) 28 28 2.6.2 Phương pháp phổ hồng ngoại (FT
2.6.2 Phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR) 28-IR) 28 2.6.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SE
2.6.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)M) 2828 2.6.4 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ
2.6.4 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ khử hấp phụ vật lý Nito (BET)khử hấp phụ vật lý Nito (BET) 29 29 2.6.45 Phương pháp phổ tử ngoại –
2.6.45 Phương pháp phổ tử ngoại – khả kiến (UVkhả kiến (UV-Vis) -Vis) 3030 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 31 3
3.1 Khối lượng riêng và độ xốp của aerogel cellulose1 Khối lượng riêng và độ xốp của aerogel cellulose 31 31 3.2 Đặc trưng vật liệu
3.2 Đặc trưng vật liệu 3232 3.2.1 Kết quả phép đo nhiễu xạ
3.2.1 Kết quả phép đo nhiễu xạ tia X (XRD)tia X (XRD) 32 32 3.2.2 K
3.2.2 K ếết qut quảả ph phổổ h hồồng ngong ngoạại i FT-IR FT-IR 33 33 3.2.3 Kết quả đo hiển vi điện tử quét
3.2.3 Kết quả đo hiển vi điện tử quét (SEM)(SEM) 34 34 3.2.4 Kết quả phép đo hấp phụ
3.2.4 Kết quả phép đo hấp phụ và khử hấp phụ Nvà khử hấp phụ N22 (BET) (BET) 35 35 3.3 Đánh giá khả năng hấp phụ thuốc nhuộm của vật liệu aerogel cellulose
3.3 Đánh giá khả năng hấp phụ thuốc nhuộm của vật liệu aerogel cellulose 37 37 3.3.1 Ảnh hưởng của loại thuốc nhuộm đến khả năng hấp phụ
3.3.1 Ảnh hưởng của loại thuốc nhuộm đến khả năng hấp phụ 37 37 3.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng cellulose
3.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng cellulose đến hiệu quả hấp phụđến hiệu quả hấp phụ 37 37 3.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ thuốc nhuộm đến khả năng hấp phụ của vật liệu
3.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ thuốc nhuộm đến khả năng hấp phụ của vật liệu 38 38 3.4 Đánh giá khả năng hấp phụ dầu của vật liệu
3.4 Đánh giá khả năng hấp phụ dầu của vật liệu. 3939 3.5 Đánh giá khả
3.5 Đánh giá khả năng chốnăng chống cháy cng cháy củủa va vậật lit liệệu u composite composite 40 40 3.5.1 K
3.5.1 K ếết qut quảả phân tích nhi phân tích nhiệệt tr t tr ọng lượ ọng lượ ng ng 4040 3.5.2 K
3.5.2 K ếết qut quảả th thửử kh khảả năng chốnăng chống cháy cng cháy củủa va vậật lit liệệu u composite composite 4141 KẾT LUẬN
KẾT LUẬN 42 42
Trang 4TÀI LIỆU THAM KHẢOTÀI LIỆU THAM KHẢO 4343 PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 45 45
Trang 5DANH MỤC HÌNHDANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Công th
Hình 1.1 Công thứức cc cấấu tu tạạo co của βủa β-D-glucose-D-glucose 44Hình 1.2 Chu
Hình 1.2 Chuỗỗi mi mạạch thch thẳẳng cng củủa a cellulose troncellulose trong g không không gian gian 4 4Hình 1.3 Cơ chế
Hình 1.3 Cơ chế ho hoạt độạt động cng củủa a endoglucanase endoglucanase 6 6Hình 1.4 Cơ chế
Hình 1.4 Cơ chế ho hoạt độạt động cng của βủa β-glucosidase -glucosidase 6 6Hình 1.5 Hình
Hình 1.5 Hình ảảnh nh bã bã mía mía 7 7Hình 1.6 Aerogel có độ
Hình 1.6 Aerogel có độ b bền cơ học tương đốền cơ học tương đối li lớ ớ n n 14 14Hình 1.7 Hình
Hình 1.7 Hình ảảnh nh silica silica aerogel aerogel 17 17Hình 1.8 Hình
Hình 1.8 Hình ảảnh nh cacbon cacbon aerogel aerogel 1818Hình 1.9 Hình
Hình 1.9 Hình ảảnh mô tnh mô tảả aerogel oxit kim lo aerogel oxit kim loạại 18i 18
Hình 3.3 Giản đồản đồ FT-IR c FT-IR cảả m mẫẫu u bã bã mía thô mía thô và và cellulose cellulose 33 33Hình 3.4
Hình 3.4 ẢẢnh SEM cnh SEM củủa ma mẫẫu cellulose (a-b); aerogel cellulose (c-d); aerogel celluloseu cellulose (a-b); aerogel cellulose (c-d); aerogel celluloseđượ
đượ c bic biếến n tính tính (e-f) (e-f) 35 35Hình 3.5 Phương pháp hấ
Hình 3.5 Phương pháp hấ p ph p phụụ - kh - khửử h hấấ p ph p phụụ N2 (77,15K) đố N2 (77,15K) đối vi vớ ớ i các mi các mẫẫu aerogelu aerogelcellulose (a), kích thướ
cellulose (a), kích thướ c mao quc mao quản aerogel cellulose 1% wt cellulose (b), kích thướ ản aerogel cellulose 1% wt cellulose (b), kích thướ ccmao quản aerogel cellulose 1,5% wt cellulose (c), kích thướ ản aerogel cellulose 1,5% wt cellulose (c), kích thướ c mao quc mao quảản aerogeln aerogelcellulose 2%
cellulose 2% wt wt cellulose cellulose 3636Hình 3.6
Hình 3.6 Ảnh hưở Ảnh hưở ng cng củủa loa loạại thui thuốốc nhuc nhuộm đếộm đến khn khảả năng hấnăng hấ p ph p phụụ c củủa va vậật lit liệệu 37u 37Hình 3.7
Hình 3.7 Ảnh hưở Ảnh hưở ng cng của % cellulose đếủa % cellulose đến khn khảả năng hấnăng hấ p ph p phụụ thu thuốốc nhuc nhuộộm 38m 38Hình 3 8
Hình 3 8 Ảnh hưở Ảnh hưở ng cng củủa na nồng độồng độ đầu đếđầu đến khn khảả năng hấnăng hấ p ph p phụụ c củủa va vậật lit liệệu 39u 39Hình 3.9 (a) Trướ
Hình 3.9 (a) Trướ c khi hc khi hấấ p ph p phụụ d dầầu, (b) mu, (b) mẫẫu sau 30 phút hu sau 30 phút hấấ p ph p phụụ d dầầu u 3939Hình 3.10 K
Hình 3.10 K ếết qut quảả phân tích nhi phân tích nhiệệt tr t tr ọng lượ ọng lượ ng (TGA) và nhing (TGA) và nhiệệt vi sai (DTA) ct vi sai (DTA) củủa va vậật lit liệệuuaerogel
aerogel cellulose cellulose 40 40Hình 3.11 Đánh giá khả
Hình 3.11 Đánh giá khả năng chốnăng chống cháy cng cháy củủa va vậật lit liệệu u biocomposite biocomposite 41 41
Trang 6DANH MỤC BẢNGDANH MỤC BẢNG
B
Bảảng 3 1ng 3 1 Ảnh hưởng của nồng độ cellulose đến khối lượng riêng và độ xốp của aerogelẢnh hưởng của nồng độ cellulose đến khối lượng riêng và độ xốp của aerogelcellulose
cellulose 3131B
Bảng 3 2 Đánh giá khảảng 3 2 Đánh giá khả năng hấnăng hấ p ph p phụụ d dầầu cu củủa va vậật lit liệệu aerogel u aerogel cellulose cellulose 4040
Trang 7DANH MDANH MỤỤC CÁC KÍ HIC CÁC KÍ HIỆỆU VÀ CÁC CHU VÀ CÁC CHỮ Ữ VI VIẾẾT TT TẮẮTTT
Từ ừ vi viếết tt tắắtt Tên đầy đủTên đầy đủ Ý nghĩaÝ nghĩa
BET Brunauer – – EmmettEmmett – – Teller Teller HHấấ p ph p phụụ - kh - khửử h hấấ p ph p phụụ N N22
RR
RR 195 195 Reactive Reactive Red Red 195 195 ThuThuốốc nhuc nhuộộm hom hoạạt tính 195t tính 195
SEM Scanning Scanning ElectronElectron
Microscope Kính hiển vi điệển vi điện tn tửử quét quét
MB Methylene Methylene Blue Blue ThuThuốốc nhuc nhuộộm màu xanhm màu xanhUV-Vis Ultra Ultra Violet-Visible Violet-Visible PhPhổổ t tửử ngo ngoạại khi khảả ki kiếếnnFT-IR Fourier Fourier Transform Transform InfraredInfrared
Spectroscopy
PhPhổổ h hồồng ngong ngoạạii
SCB Sugarcane Sugarcane bagasse bagasse Bã Bã míamía
Trang 8MỞ ĐẦU
MỞ ĐẦU Mối liên quan giữa hoạt động công nghiệp và ô nhiễm môi trường cùng với sựnóng lên toàn cầu là một chủ đề nghiêm trọng và rất được quan tâm trong thời gian gầnđây Nước thải từ các khu công nghiệp là một vấn đề lớn đối với các nhà máy xử lý thôngthường trên toàn thế giới Xả nước thải vào môi trường tự nhiên không chỉ nguy hiểm đốivới đời sống thủy sinh mà trong nhiều trường hợp còn gây đột biến cho con người Trong
số các chất
số các chất độc hại khác nhau trong nước thải (như dầu, ion kim loại nặng và chất phóngđộc hại khác nhau trong nước thải (như dầu, ion kim loại nặng và chất phóngxạ), thuốc nhuộm là một loại chất gây ô nhiễm điển hình và được sử dụng rộng rãi trongquá trình nhuộm, in và một số mục đích tạo màu khác trong các ngành công nghiệp Nướcthải thuốc nhuộm nếu thải trực tiếp vào hệ sinh thái mà không được xử lý trước, sẽ ảnhhưởng đến hệ thực vật và động vật thủy sinh và là nguyên nhân gây ra ô nhiễm môi trường. Ngoài ra, thuốc
Ngoài ra, thuốc nhuộm có nhuộm có thể tích lũy thể tích lũy trong trầm tích và trong trầm tích và đất, sẽ dẫn đất, sẽ dẫn đến phá vỡ đến phá vỡ cân bằcân bằngngsinh thái Mặt khác, thuốc nhuộm có thể gây ô nhiễm trực tiếp hệ thống nước ngầm khichúng ngấm từ đất vào nguồn nước ngầm Tất cả các phương thức ô nhiễm này đều nguyhiểm cho sức khỏe con
hiểm cho sức khỏe con người Ví dụ, thuốc nhuộm azo (như 4người Ví dụ, thuốc nhuộm azo (như 4-aminobiphenyl và 4-chloro aminobiphenyl và 2-methyl benzenamine
4-chloro-2-methyl benzenamine) bị chính phủ Đức cấm nhuộm các sản phẩm tiếp xúc với cơ thể) bị chính phủ Đức cấm nhuộm các sản phẩm tiếp xúc với cơ thểcon người kể từ khi chúng tạo ra các amin gây ung thư trong quá trình phân hủy sinh học.Một số thuốc nhuộm phân tán với cấu trúc anthraquinone hoặc azo đã được tìm thấy gây
ra bệnh chàm Tuy nhiên, không dễ để xử lý nước thải thuốc nhuộm do các phân tử thuốcnhuộm hữu cơ recalcitrant có sức đề kháng mạnh đối với quá trình phân huỷ hiếu khí và
ổn định với ánh sáng, nhiệt và các tác nhân oxy hóa
ổn định với ánh sáng, nhiệt và các tác nhân oxy hóa.
Trong vài thập kỷ qua, một số phương pháp vật lý, hóa học và sinh học đã được pháttriển để loại bỏ thuốc nhuộm khỏi môi trường
triển để loại bỏ thuốc nhuộm khỏi môi trường thủy sinh, chẳng hạn như hấp phụ phthủy sinh, chẳng hạn như hấp phụ phân hủyân hủysinh học, keo tụ, thẩm thấu ngược, oxy hóa không khí ướt nhiệt và siê
sinh học, keo tụ, thẩm thấu ngược, oxy hóa không khí ướt nhiệt và siêu lọc Tuy nhiên,u lọc Tuy nhiên, vẫnvẫncòn những hạn chế cho những phương pháp được nêu ở trên như phương pháp phân hủysinh học không phù hợp để xử lý hóa chất công nghiệp do ngộ độc sinh khối Nhiệt oxyhóa không khí ướt của nước thải với nồng độ >100 g/L yêu cầu oxy hóa học tạo ra nồng
độ cao các sản phẩm phụ độc hại như đioxin và furan
độ cao các sản phẩm phụ độc hại như đioxin và furan (Ruokojärvi et al 2004).(Ruokojärvi et al 2004) PhươngPhương pháp hóa lý
pháp hóa lý (như hấp phụ, ke(như hấp phụ, keo tụ và o tụ và thẩm thấu ngược) thẩm thấu ngược) thường yêu cầu thường yêu cầu quá trình xử quá trình xử lý bổlý bổsung để ngăn chặn ô nhiễm thứ cấp
sung để ngăn chặn ô nhiễm thứ cấp.
Trang 9Ngoài ra, Ngoài ra, đa số đa số chất hấchất hấp phụ cp phụ chỉ chọn hỉ chọn lọc cho lọc cho thuốc nhuộm thuốc nhuộm cụ thể cụ thể nên vẫn nên vẫn còn cầncòn cần phát triển một vật liệu có khả năng xử
phát triển một vật liệu có khả năng xử lý tấtlý tất cả các loại chất gây ô nhiễm Quan trọng hơn,cả các loại chất gây ô nhiễm Quan trọng hơn,chi phí của một số phương pháp chất hấp phụ hoặc màng vẫn còn đắt; hơn nữa, một số kĩthuật công nghệ phức tạp và không thân thiện với môi trường và do đó không phù hợp để
mở rộng quy mô thương mại
mở rộng quy mô thương mại.
Mặt khác, sự cố tràn dầu đã được công nhận là tai nạn nghiêm trọng nhất gây nguyhiểm cho môi trường biển Trong đó, sự cố tràn dầu Deepwater Horizon là sự cố tràn dầulớn nhất trong quá khứ, thải ra môi trường hơn 4,9 triệu thùng dầu thô, gây thiệt hại nghiêmtrọng cho cuộc sống con người, động vật hoang dã, môi trường và kinh tế biển Xử lý các
sự cố tràn dầu này trong thực tế là
sự cố tràn dầu này trong thực tế là một thách thức lớn đối với các nhà một thách thức lớn đối với các nhà môi trường Có nhiềumôi trường Có nhiều phương pháp khác nhau để thu thập và làm sạch vết dầu loang, được
phương pháp khác nhau để thu thập và làm sạch vết dầu loang, được phân loại là hóa học,phân loại là hóa học,sinh học và phương pháp vật lý Dầu và sự c
sinh học và phương pháp vật lý Dầu và sự cố tràn hợp chất hữu cơ đã được xử lý bởi silicaố tràn hợp chất hữu cơ đã được xử lý bởi silicaaerogel (Gurav et al 2010)
aerogel (Gurav et al 2010) Tuy nhiên, một hạn chế của silica aerogel là độ bền cơ học củaTuy nhiên, một hạn chế của silica aerogel là độ bền cơ học của bọt khí còn thấp Để
bọt khí còn thấp Để tăng cường thu hồi tăng cường thu hồi dầu, vật liệu hấp dầu, vật liệu hấp phụ phải có phụ phải có khả năng tự lây khả năng tự lây lanlantrên dầu tràn và nhanh chóng hấp phụ dầu
trên dầu tràn và nhanh chóng hấp phụ dầu (Nordvik et al 1996)(Nordvik et al 1996) Gần đây, một sáng tạo Gần đây, một sáng tạoaerogel từ lốp xe hơi cao su đã được phát triển với khả năng hấp thụ dầu ấn tượng gấpkhoảng 19 lần ban đầu trọng lượng (Ba
khoảng 19 lần ban đầu trọng lượng (Ba Thai và cộng sự, 2019).Thai và cộng sự, 2019).
Nghiên cứu của chúng tôi là một Nghiên cứu của chúng tôi là một nỗ lực để phát triển các nỗ lực để phát triển các vật liệu tái tạo mới và hiệuvật liệu tái tạo mới và hiệuquả từ các nguồn phế thải nông nghiệp dồi dào cho các ứng dụng môi trường
quả từ các nguồn phế thải nông nghiệp dồi dào cho các ứng dụng môi trường
Ngoài ra, sự nóng Ngoài ra, sự nóng lên toàn cầu được lên toàn cầu được cộng đồng khoa học cộng đồng khoa học thừa nhận là thừa nhận là một tác độngmột tác độngnguy hiểm đến sự sống trên
nguy hiểm đến sự sống trên trái đất và chủ yếu trái đất và chủ yếu gây ra bởi phát thải khí nhà kính, đóng gógây ra bởi phát thải khí nhà kính, đóng góppchính của nó là carbon dioxide từ môi trường của chúng ta Để giúp giảm thiểu nguồn phátthải này, đồng thời cải thiện hiệu suất năng lượng, cách nhiệt tốt trong các tòa nhà xâydựng được coi là một trong những giải pháp hiệu quả nhất Cách nhiệt phổ biến là thêmchất cách nhiệt như polystyrene và
chất cách nhiệt như polystyrene và vánván ép polystyrene; tất cả đều có tính dẫn nhiệt điểnép polystyrene; tất cả đều có tính dẫn nhiệt điểnhình trong phạm vi (0,033
hình trong phạm vi (0,033 0,040 W/mK) Polyurethane, một vật liệu cách nhiệt khác, có0,040 W/mK) Polyurethane, một vật liệu cách nhiệt khác, có
độ dẫn nhiệt thông thường (0,020
độ dẫn nhiệt thông thường (0,020 0,030 W/mK) Tuy nhiên, nó là một mối nguy hiểm về0,030 W/mK) Tuy nhiên, nó là một mối nguy hiểm vềsức khỏe con người, hỏa hoạn và có thể giải phóng hydro độc hại, xyanua và isocyanatekhi đốt cháy (hydroxyanua phát sinh từ anion xyanua), gây tử vong khi hít phải Việc tìmkiếm một vật liệu cách nhiệt mới với độ dẫn nhiệt thấp cho các ứng dụng của tòa nhà đangđược các nhà khoa học nghiên cứu
được các nhà khoa học nghiên cứu.
Trang 10Với các yêu cầu hóa học xanh, giảm thiểu sự phụ thuộc vào các hợp chất vô cơ, cácvật liệu thân thiện môi trường đang dần chiếm được sự tin dùng của con người Aerogelchế tạo
chế tạo từ cellulose dưới đây là vật liệu có khả năng từ cellulose dưới đây là vật liệu có khả năng hấp phụ dầu, các chất thải hữu cơ vàhấp phụ dầu, các chất thải hữu cơ vàmột số thuốc nhuộm dùng trong công nghiệp nhờ thể tích mao quản lớn Bên cạnh đó vớicấu trúc lỗ xốp, vật liệu còn có thể ứng dụng làm vật liệu cách nhiệt và chống cháy Nguồncellulose dồi dào từ phế phẩm nông nghiệp (bã mía, vỏ trấu, ) giúp tiết kiệm nguồn chi phí,
phí, dễ tổng hợp, thân thiện với môi trường và tạo ra sản phẩm có khả năng phân hủy sinhdễ tổng hợp, thân thiện với môi trường và tạo ra sản phẩm có khả năng phân hủy sinhhọc
học.
● Mục tiêu của đề tài:Mục tiêu của đề tài:
o Xây dựng được quy trình tách cellulose tinh khiết từ nguồn phế phụ phẩmXây dựng được quy trình tách cellulose tinh khiết từ nguồn phế phụ phẩm nôngnôngnghiệp tự nhiên (bã mía, vỏ trấu)
nghiệp tự nhiên (bã mía, vỏ trấu).
o Chế tạo được vật liệu aerogel cellulose (siêu nhẹ) có khả năng xử lý môi trường vàvật liệu composite sinh học (biocomposite) dạng tấm có khả năng chống cháy.vật liệu composite sinh học (biocomposite) dạng tấm có khả năng chống cháy.
● Nội dung nghiên cứu:
o Nghiên Nghiên cứu cứu quy quy trình trình xử xử lý lý phế phế phụ phụ phẩm phẩm nông nông nghiệp nghiệp (bã (bã mía, mía, vỏ vỏ trấu) trấu) bằngbằng phương pháp axit kết hợp kiềm hóa để thu được cellulose tinh khiết
phương pháp axit kết hợp kiềm hóa để thu được cellulose tinh khiết.
o Nghiên Nghiên cứu cứu chế chế tạo tạo vật vật liệu liệu aerogel aerogel cellulose cellulose dạng dạng tấm tấm siêu siêu nhẹ, nhẹ, độ độ xốp xốp cao, cao, thểthểtích và diện tích bề mặt
tích và diện tích bề mặt lớn, độ bền, có khả năng phân hủy sinh lớn, độ bền, có khả năng phân hủy sinh học,học, khả năng xử lýkhả năng xử lýmôi trường và khả năng chống cháy
môi trường và khả năng chống cháy.
o Nghiên Nghiên cứu cứu cấu cấu trúc trúc vật vật liệu liệu aerogel aerogel cellulose cellulose bằng bằng các các phương phương pháp pháp phổ phổ XRD,XRD,SEM, BET,
o Nghiên cứu Nghiên cứu khả năng khả năng hấp phụ hấp phụ dầu và xử dầu và xử lý một lý một số chất tsố chất thải hữu hải hữu cơ gây cơ gây ô nhiễm ô nhiễm môimôitrường
Trang 11CHƯƠNG 1 TỔNG QUANCHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
một số loại cỏ, 45% trong gỗ và trên 90% trong sợi cotton.
1.1.1. Cấu trúc của celluloseCấu trúc của cellulose
Về cấu trúc hóa học, cellulose là một polyme mạch thẳng, gồm nhiều đơn vị β
Về cấu trúc hóa học, cellulose là một polyme mạch thẳng, gồm nhiều đơn vị β-D-glucose nối với nhau bằng liên kết β
-D-glucose nối với nhau bằng liên kết β-1,4 1,4-glucosid Liên kết này không bền với axit Mứcglucosid Liên kết này không bền với axit Mức
độ polyme hóa của phân tử cellulose thay đổi từ vài trăm
độ polyme hóa của phân tử cellulose thay đổi từ vài trăm đến 15.000 đơn vị glucose (trungđến 15.000 đơn vị glucose (trung bình là khoảng 3000 đơn vị)
bình là khoảng 3000 đơn vị).
Trọng lượng phân tử của cellulose do đó cũng dao động từ 50.000 –
Trọng lượng phân tử của cellulose do đó cũng dao động từ 50.000 – 2.500.000 Dalton 2.500.000 Daltontùy thuộc nguồn gốc loài thực vật
tùy thuộc nguồn gốc loài thực vật.
Hình 1.1 Công thứ c cấ u tạạ o của β -D-glucose
Hình 1.2 Chuỗ i mạạ ch thẳẳ ng củ a cellulose tr a cellulose trong không gian ong không gian
Trang 12Nhờ phươ Nhờ phương pháp ng pháp phân tích phân tích bằng tia bằng tia Rơnghen, người Rơnghen, người ta biết ta biết cellulose có cellulose có cấu tạo cấu tạo dạngdạngsợi Đơn vị nhỏ nhất gọi là sợi sơ cấ
sợi Đơn vị nhỏ nhất gọi là sợi sơ cấp có đường kính khoảng 3 nm p có đường kính khoảng 3 nm Các sợi sơ cấp kết Các sợi sơ cấp kết hợphợpvới nhau tạo thành vi sợi (microfibrin) Các vi sợi này lại hợp thành những bó lớn hơn và
có thể nhìn được dưới kính hiển vi quang
có thể nhìn được dưới kính hiển vi quang học.học.
Cấu trúc cellulose không đồng nhất và thường có hai vùng: vùng kết tinh với cấu Cấu trúc cellulose không đồng nhất và thường có hai vùng: vùng kết tinh với cấu trúctrúc
có độ trật tự rất cao và bền vững với tác động của điều kiện tự nhiên, enzym cellulose chỉ
có tác dụng bề mặt hệ sợi ở vùng này Vùng vô định hình có cấu trúc không chặt và dễ bịtác động bởi các yếu tố bên ngoài Khi gặp nước, chúng dễ bị trương lên, do đó enzymcell
cellulase dễ tác động và làm thay đổi toàn bộ cấu trúc của chúng.ulase dễ tác động và làm thay đổi toàn bộ cấu trúc của chúng
1.1.2
1.1.2 Tính chấtTính chất
Cellulose không tan trong nước nhưng có Cellulose không tan trong nước nhưng có thể trương lên do hấp phụthể trương lên do hấp phụ nước Cellulosenước Cellulose
bị phân hủy khi
bị phân hủy khi đun nóng với đun nóng với axit hoặc kiềm đặc ở nồng axit hoặc kiềm đặc ở nồng độ cao Tuy nhiên, cellulose sẽ bịđộ cao Tuy nhiên, cellulose sẽ bị phân hủy bởi enzym ở nhiệt độ từ 30 –
phân hủy bởi enzym ở nhiệt độ từ 30 – 50 50ooC
Trong tế bào thực vật cellulose liên kết chặt chẽ Trong tế bào thực vật cellulose liên kết chặt chẽ với hemicelluose, pectin, ligin Cấuvới hemicelluose, pectin, ligin Cấutrúc đó ảnh hưởng rất nhiều đến hoạt động phân hủy cellulose của enz
trúc đó ảnh hưởng rất nhiều đến hoạt động phân hủy cellulose của enzyme Trong tự nhiênyme Trong tự nhiênkhông có vi sinh vật nào có đầy đủ tất cả các enzyme trong hệ cellulose, vì thế phân hủyđược phức cellulose đòi hỏi phải có sự tham gia cùng một lúc của nhiều nhóm vi sinh vậtkhác nhau
khác nhau có khả năng phân hủy cellulose và tiêu thụ sản phẩm tạo ra.có khả năng phân hủy cellulose và tiêu thụ sản phẩm tạo ra
1.1.3
1.1.3 Cellulose và cơ chế thủy phân CelluloseCellulose và cơ chế thủy phân Cellulose
CelluloCellulose là hệ enzym xúc tác se là hệ enzym xúc tác quá trình chuyển hóa cellulose thành các sản phẩm quá trình chuyển hóa cellulose thành các sản phẩm hòahòa tan thông qua xúc tác thủy phân
tan thông qua xúc tác thủy phân liên kết βliên kết β-1,4 1,4-glucosid Hệ enzym cellulose khá phức tạp.glucosid Hệ enzym cellulose khá phức tạp.Một mặt chúng như một enzym cảm ứng, mặt khác chúng lại chịu tác động bởi sản phẩmcuối và chịu kiểm soát bởi cơ chế kiềm chế dị hóa
cuối và chịu kiểm soát bởi cơ chế kiềm chế dị hóa.
1.1.4
1.1.4 Phân loại cellulose và cơ chế hoạt độngPhân loại cellulose và cơ chế hoạt động
Từ năm 1906, những quan sát đầu tiên về cellulo
Từ năm 1906, những quan sát đầu tiên về cellulosse được tiến hành bởi Seilliere Saue được tiến hành bởi Seilliere Sau
đó hàng loạt nghiên cứu của các tác giả đã được tổng kết một cách hệ thống và toàn diệntrong các công trình của Goksoyr và Eriksen, Bisaria và G
trong các công trình của Goksoyr và Eriksen, Bisaria và G hose, Enari, Tanaka vàhose, Enari, Tanaka vàMatsun,…
Matsun,… đã cung cấp khá đầy đủ và chính xác về hệ enzym thủy phân cellulose.đã cung cấp khá đầy đủ và chính xác về hệ enzym thủy phân cellulose.
Theo nghiên cứu của các tác giả trên thì hệ cellulase gồn 3 enzym chủ yếu:
Trang 13● Exoglucanase (EC.3.2.1.91)Enzym này còn có các tên gọi khác như: exoEnzym này còn có các tên gọi khác như: exo ββ-1,4-glucanase, cellulase C1,-1,4-glucanase, cellulase C1,cellobiohydrolase, CBHl, cellobiosidase, avicelase, exo-cellobiohydrolase, exo-cellobiohydrolase, CBHl, cellobiosidase, avicelase, exo-cellobiohydrolase, exo-ββ glucancellobiahydralase, β
glucancellobiahydralase, β-1,4 1,4-glucan cellobiosidase v.v Enzym này thủy phân liên kết βglucan cellobiosidase v.v Enzym này thủy phân liên kết 1,4-
β 1,4-glucosid từ đầu không khử của chuỗi ceglucosid từ đầu không khử của chuỗi celluose để tạo thành cellobiose; không thủy phânlluose để tạo thành cellobiose; không thủy phâncellulose dạng kết tinh và dạng hòa tan mà chỉ làm thay đổi tính chất lý hóa của chúng. Nhưng
Nhưng có có thể thể thủy thủy phân phân được được cellulose cellulose đã đã được được cắt cắt ngắn ngắn mạch mạch Có Có lẽ lẽ vai vai trò trò chính chính củacủaenzym này là giúp cho endglucanase tác động lên cellulose kết tinh
enzym này là giúp cho endglucanase tác động lên cellulose kết tinh.
Hình 1 3 Cơ chế hoạt độ ng củ a endoglucanase
● ββ-glucosidase (EC.3.2.1.21)-glucosidase (EC.3.2.1.21) Ngoài
Ngoài ra ra còn còn có có các các tên tên gọi gọi khác khác như: như: cellobiase cellobiase ββ-D D-glucosidase, βglucosidase, β-1,6-glucosidase, р
-1,6-glucosidase, р nitrophenyl, βnitrophenyl, β-glucosidase, salicilinase,-glucosidase, salicilinase,… Enzym này thủy phân cellobiose… Enzym này thủy phân cellobiose
và các
cello-và các cello-oligosaccharit mạch ngắn tạo thành glucose; βoligosaccharit mạch ngắn tạo thành glucose; β glucosidase không tấn côngglucosidase không tấn côngcellulose hoặc các cellodextrin khác
cellulose hoặc các cellodextrin khác.
Hình 1 4 Cơ chế hoạt độ ng của β -glucosidase
Trang 14loại Saccharum, bên cạnh các loài lau, lách khác Chúng vốn là các loài cỏ, có thân cao từ2-6 m, chia làm nhiều đ6 m, chia làm nhiều đốt, bên trong có chứaốt, bên trong có chứa đường Tất cả các giống mía trồng đều là cácđường Tất cả các giống mía trồng đều là cácgiống mía lai nội
giống mía lai nội chi hoặc nội loại phức tạp Cây mía còn được coi là một trong sáu câychi hoặc nội loại phức tạp Cây mía còn được coi là một trong sáu câynhiên liệu sinh học tốt nhất của thế giới trong tương lai (cây mía đứng đầu, tiếp đến là cọdầu, cải dầu, gỗ, đậu nành và tảo)
dầu, cải dầu, gỗ, đậu nành và tảo).
chiết lọc và cô đặc thành đường Bã mía chiếm khoảng 25 30% khối lượng mía đem ép.30% khối lượng mía đem ép.
Ở Việt Nam, phần lớn bã mía sau khi được ép đường thường được dùng làm thức ăncho trâu bò hoặc
cho trâu bò hoặc phơi khô phơi khô làm chất đốt đun nấu hàng ngàylàm chất đốt đun nấu hàng ngày hoặc đem vứt bỏ, vừa bẩn vừahoặc đem vứt bỏ, vừa bẩn vừamất vệ sinh Như vậy, nguồn nguyên liệu
mất vệ sinh Như vậy, nguồn nguyên liệu phế phẩm này hiện nay đanphế phẩm này hiện nay đang sử dụng không hiệug sử dụng không hiệuquả và gây ra ô nhiễm môi trường
quả và gây ra ô nhiễm môi trường. Mật rỉ đường cũng là một phụ phẩm của ngành sảMật rỉ đường cũng là một phụ phẩm của ngành sản xuấtn xuấtđường thu được sau khi kết tinh đường tinh thể
đường thu được sau khi kết tinh đường tinh thể.
1.2.1
1.2.1 Tình hình trữ lượngTình hình trữ lượng
Lúa là cây trồng chủ lực ở Việt Nam, tuy nhiên các loại hoa màu, cây công nghiệpngắn ngày cũng ngày càng chiếm được ưu thế trong cơ cấu cây trồng của Việt Nam Trong
Trang 15số các cây công nghiệp ngắn
số các cây công nghiệp ngắn ngày phải kể đến mía với sản lượng đạt gần 564.300 tấn nămngày phải kể đến mía với sản lượng đạt gần 564.300 tấn năm
2015 Bã mía chiếm 29% khối lượng cây mía, điều này có nghĩa là
2015 Bã mía chiếm 29% khối lượng cây mía, điều này có nghĩa là một năm cả nước sẽmột năm cả nước sẽthải ra 163,674 tấn bã mía Do khối lượng bã mía lớn nên vấn đề xử lý chúng còn chưa triệt
để Khu vực thường xuyên ô nhiễm là xung quanh nhà máy đường Công suất của các nhàmáy đường hiện nay từ vài chục tấn cho đến vài trăm tấn thì lượng bã mía thải ra cũngtương đương Diện tích các nhà máy đa số đều không dành chỗ cho khu vực chứa bã míahoặc chiếm diện tích khá
hoặc chiếm diện tích khá khiêm tốn Các nhà máy thường lén đem bã mía ra sông, kênhkhiêm tốn Các nhà máy thường lén đem bã mía ra sông, kênhrạch hoặc thuê các ghe đem đổ ở ngoài sông lớn
rạch hoặc thuê các ghe đem đổ ở ngoài sông lớn.
Bảả ng 1 1 Tình hìn ng 1 1 Tình hình s h sảả n xuất mía đườ ng và trữ lượng mía đườ ng
Năm Năm Diện tích mía (ha)Diện tích mía (ha) Sản lượng mía (tấn)Sản lượng mía (tấn) Trữ lượng mía (tấn)Trữ lượng mía (tấn)
Nguồn: Tổ chức Nông Lương Liên hiệp quốcTổ chức Nông Lương Liên hiệp quốc FAO (2013) FAO (2013)
Theo thống kê trên thế giới của FAO, khoảng 200 quốc gia và vùng lãnh thổ trồngmía và sản lượng đạt 1.832,5 triệu tấn Còn ở Việt Nam niên vụ 2013
mía và sản lượng đạt 1.832,5 triệu tấn Còn ở Việt Nam niên vụ 2013 2014, diện tích mía2014, diện tích míanguyên liệu vào khoảng 305.000 ha trong đó diện tích tập trung của các nhà máy đường là221.816 ha với sản lượng đạt 16 triệu tấn Theo tính toán của các nhà khoa học, việc chế biến 10
biến 10 triệu tấn mtriệu tấn mía để ía để làm đường làm đường sinh ra sinh ra một lượng phế một lượng phế thải khổng lồ thải khổng lồ khoảng 2,5 triệukhoảng 2,5 triệutấn bã mía
tấn bã mía.
1.2.3
1.2.3 Thành phần của bã mí Thành phần của bã mí aa
Bã mía là phần xơ còn lại của thân cây mía sa
Bã mía là phần xơ còn lại của thân cây mía sau quá trình ép mía Bã mía gồm có sợiu quá trình ép mía Bã mía gồm có sợi
xơ, nước và một lượng tương đối nhỏ các chất hòa tan chủ yếu là đường
xơ, nước và một lượng tương đối nhỏ các chất hòa tan chủ yếu là đường. Bã mía chiếm 25Bã mía chiếm 30% trọng lượng mía đem ép Trong bã mía tươi trung bình chứa 49% là nước; 48,5% là
Trang 16phần trăm các thành phần hoá học chính của bã mía được chỉ ra trong bảng sau:
Bảả ng 1 2 Thành phầầ n hoá họọ c củ a bã mía
STT Thành phầnThành phần % khối lượng% khối lượng
Xenlulozơ : Xenlulozơ là polisaccarit do các mắ: Xenlulozơ là polisaccarit do các mắt xích αt xích α glucozơ [Cglucozơ [C66H77O22(OH)33]]nn nốinốivới nhau bằng liên kết 1,4
với nhau bằng liên kết 1,4 glicozit Phân tử khối của xenlulozơ rất lớn, khoảng từ 10.000glicozit Phân tử khối của xenlulozơ rất lớn, khoảng từ 10.000 –
– 150.000. 150.000
Hemixenlu Hemixenluloza loza: Về cơ bản, hemi xenlulozơ : Về cơ bản, hemi xenlulozơ là polisaccarit giống như xenlulozơ,là polisaccarit giống như xenlulozơ,nhưng có số lượng mắt xích nhỏ hơn He
nhưng có số lượng mắt xích nhỏ hơn Hemixenlulozơ thường bao gồm nhiều loại mắt xíchmixenlulozơ thường bao gồm nhiều loại mắt xích
và có chứa các nhóm thế axetyl và metyl
và có chứa các nhóm thế axetyl và metyl.
Lignin: Lignin là loại polyme được tạo bởi các mắt xích phenylpropan Lignin giữvai trò là
vai trò là chất kết nối giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ chất kết nối giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ
Cấu tạo bã mía: Chiều dàCấu tạo bã mía: Chiều dài sợi khoảng: 0,15 ÷ 2,17 mm, ci sợi khoảng: 0,15 ÷ 2,17 mm, chiều rộng khoảng: 21 ÷ 28hiều rộng khoảng: 21 ÷ 28µm
1.2.4
1.2.4 Một số ứng dụng của bã míaMột số ứng dụng của bã mía
Để giải quyết vấn đề bã mía tồn đọng tại các nhà máy đường hiện nay, có nhiềunghiên cứu hướng về bã mía
nghiên cứu hướng về bã mía Thời gian gần đây nhiều nghiên cứu sử Thời gian gần đây nhiều nghiên cứu sử dụng bã mía đã đượcdụng bã mía đã đượcứng dụng thành công
ứng dụng thành công.
Trang 171.2.5 Ứng dụng sử lý môi trườngỨng dụng sử lý môi trường Với thành phần chính là xenlulozo và hemixenlulozo, bã mía có thể biến tính để trởthành vật liệu
thành vật liệu tốt Trên thế giới có một số nhà khoa học nghiên cứu bã mía để làm vật liệutốt Trên thế giới có một số nhà khoa học nghiên cứu bã mía để làm vật liệuhấp phụ
hấp phụ xử lý môi trường.xử lý môi trường.
Tác giả Avinash Gupta và cs (2014) tại Ấn Độ đã nghiên cứu việTác giả Avinash Gupta và cs (2014) tại Ấn Độ đã nghiên cứu việc sử dụng bã mía đểc sử dụng bã mía đểchế tạo vật liệu hấp phụ
chế tạo vật liệu hấp phụ nhằm loại bỏ As (III) và As (V) ra khỏi nước Dung lượng hấp phụnhằm loại bỏ As (III) và As (V) ra khỏi nước Dung lượng hấp phụcực đại đối với As(III) là 28,57 m
cực đại đối với As(III) là 28,57 mg/g, với As(V)g/g, với As(V) là 34,48 mg/g.là 34,48 mg/g
Các tác giả Sumanjit, Walia TPS and Ravneet Kaur (2007) đã tiến hành nghiên cứu
và so sánh khả năng tách loại các thuốc nhuộm axit trong dung dịch nước của các loại vậtliệu
liệu như: than bã mía, than vỏ lạnhư: than bã mía, than vỏ lạc, than lá chè,c, than lá chè,… Kết quả thu được cho thấy… Kết quả thu được cho thấy các vật liệucác vật liệu đều có khả năng hấp phụ các thuốc nhuộm axit với hiệu suất khá cao
đều có khả năng hấp phụ các thuốc nhuộm axit với hiệu suất khá cao.
Tại Việt Nam, có rất nhiều những công trình nghiên cứu về vật liệu hấp phụTại Việt Nam, có rất nhiều những công trình nghiên cứu về vật liệu hấp phụ chế tạochế tạo
từ bã mía đã được công bố như:
từ bã mía đã được công bố như:
Nghiên cứu Nghiên cứu của của tác giả tác giả Lê Hữu Lê Hữu Thiềng và Thiềng và Hứa Hứa Thị Thùy Thị Thùy (2010) Đại (2010) Đại học Sư học Sư Phạm,Phạm,Đại học Thái Nguyên Các tác giả đã sử dụng phương pháp biến tính như sau: Bã mía saukhi rửa sạch được cắt nhỏ, cho vào nước cất đun sôi trong 30 phút để loại bỏ đường hòatan, sau đó sấy khô ở 80ooC trong 24 giờ Bã mía khô được nghiền thành bột mịn (nguyênliệu đầu) Sau đó nguyên liệu này được trộn với axit H22SO44 đặc 98% để than hóa bã míađặc 98% để than hóa bã míatheo tỉ lệ 1:1 (bã mía (gam): axit H22SO44 (ml)) rồi(ml)) rồi nung ở 150nung ở 150ooC trong 24 giờ Nguyên liệusau khi sấy rửa sạch bằng nước cất 2 lần rồi ngâm
sau khi sấy rửa sạch bằng nước cất 2 lần rồi ngâm trong NaHCO trong NaHCO33 1% trong 24h để loại bỏ1% trong 24h để loại bỏaxit dư rồi lọc và sấy ở 1
axit dư rồi lọc và sấy ở 15050ooC đến khô,C đến khô, kích thước ≤kích thước ≤ 0.020.02 mm Kết quả VL có khả năngmm Kết quả VL có khả nănghấp phụ kim loại nặng Cu2+
,, Ni2+; dung lượng hấp phụ cực đại với Cu2+ là 54,054 mg/g,với Ni2+ là 44, 834 mg/g
Tác giả Nguyễn Thị Thanh Tú (2010) cũng sử dụng phương pháp chế tạo vật liệu từ
bã mía
bã mía giống như giống như phương pháp phương pháp của tác của tác giả Lê giả Lê Hữu Thiềng, Hữu Thiềng, Hứa ThHứa Thị Thùy ị Thùy (2010) nhưng(2010) nhưng
sử dụng đối tượng chất bị hấp phụ là dung dịch metyl đỏ Kết quả tại pH bằng 7 vật liệu
sử dụng đối tượng chất bị hấp phụ là dung dịch metyl đỏ Kết quả tại pH bằng 7 vật liệu hấp phụ tốt nhất, thời gian đạt cân bằng hấp phụ là
hấp phụ tốt nhất, thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 90 phút Khảo sát khối lượng vật liệu90 phút Khảo sát khối lượng vật liệu
Trang 18Một nghiên cứu khác của Lê HữMột nghiên cứu khác của Lê Hữu Thiềng và cộng sự (2011) đã sử dụng phương phápu Thiềng và cộng sự (2011) đã sử dụng phương pháp
xử lý hóa học bằng fomandehit: Bã mía sau khi thu về tách lấy phần lõi, rửa bằng nướcmáy nhiều lần rồi rửa lại bằng nước cất Bã mía được xử lý sơ bộ bằng đun sôi trong nướccất từ 30
cất từ 30 – – 40 phút để loại bỏ đường hòa tan, cắt nhỏ, sấy khô ở 80oC rồi nghiền nhỏ bằng40 phút để loại bỏ đường hòa tan, cắt nhỏ, sấy khô ở 80oC rồi nghiền nhỏ bằngmáy nghiền, rây thu được nguyên liệu đầu Cân một lượng xác định nguyên liệu trộn đềuvới dung dịch fomandehit 1% tỉ lệ 1:5 (bã
với dung dịch fomandehit 1% tỉ lệ 1:5 (bã mía (gam) : fomandehit (ml)) mía (gam) : fomandehit (ml)) sau đó sấy ở 50oCsau đó sấy ở 50oCtrong 4 giờ Lọc thu lấy nguyên liệu, rửa sạch bằng nước cất hai lần để loại bỏ fomandehit
dư và sấy ở 80oC đến khô, đem nghiền nhỏ, rây thu được vật liệu
dư và sấy ở 80oC đến khô, đem nghiền nhỏ, rây thu được vật liệu có kích thước nhỏ hơncó kích thước nhỏ hơn0,02 mm Kết quả phổ IR
0,02 mm Kết quả phổ IR cho thấy đặc điểm bề mặt của vật liệucho thấy đặc điểm bề mặt của vật liệu có nhiều vị trí thay đổi socó nhiều vị trí thay đổi sovới VL đầu Khi khảo sá
với VL đầu Khi khảo sát với xanh methylen thu được kết quả: t với xanh methylen thu được kết quả: pH tối ưu 7,0; thời gian cânpH tối ưu 7,0; thời gian cân bằng là 60 phút; trong khoảng khối lượng từ 0,2
bằng là 60 phút; trong khoảng khối lượng từ 0,2 – – 1 g/100 mL 1 g/100 mL hiệu suất hấp phụ cao nhấthiệu suất hấp phụ cao nhấtđạt 94,4%
đạt 94,4%.
Như vậy, cũng giống như vỏ trấu, bã mía hoàn toàn có thể Như vậy, cũng giống như vỏ trấu, bã mía hoàn toàn có thể được sử dụng làmđược sử dụng làm nguyên nguyênliệu để chế tạo các vật liệu hấp phụ, mở ra hướng đi mới cho việc sử dụng nguyên liệu tựnhiên để xử lý ô nhiễm
nhiên để xử lý ô nhiễm môi trường.môi trường.
1.2.6
1.2.6 Ứng dụng trong các lĩnh vực khácỨng dụng trong các lĩnh vực khác
● Ứng dụng trồng nấm linh chiỨng dụng trồng nấm linh chi Nấm linh chi là loại thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cũng như chữa bệnh cao, nó cótác dụng lớn trong hạ huyết áp Nấm linh chi trồng trên bã mía có một số hoạt chất nhóm polysarcarit và một số axit amin
polysarcarit và một số axit amin không thay thế với không thay thế với hàm lượng cao hơn tronhàm lượng cao hơn trong nấm linh chig nấm linh chitrồng trên mùn cưa Những hoạt
trồng trên mùn cưa Những hoạt chất này có tác dụng tăng sức đề kháng của cơ thể, điềuchất này có tác dụng tăng sức đề kháng của cơ thể, điềuchỉnh hàm lượng cholesterol trong máu
chỉnh hàm lượng cholesterol trong máu.
Bã mía sau chế biến khi trồng và thu hoạch nấm trở thành nguồn phân bón hữu cơchất lượng thay thế phân hóa học để cải
chất lượng thay thế phân hóa học để cải tạo đất trồng mía Qua quá trình nuôi cấy, tạo đất trồng mía Qua quá trình nuôi cấy, cây nấmcây nấm
sẽ phân hủy bã mía thành các phân vi sinh nhờ enzyme Các chất dinh dưỡng do nấm tiết
ra sẽ góp phần phục hồi độ màu của đất, phục vụ ngành sản xuất đường sạch
ra sẽ góp phần phục hồi độ màu của đất, phục vụ ngành sản xuất đường sạch.
● Ứng dụng làm ván épỨng dụng làm ván ép
Bã mía chứa nhiều cellulose nên ngoài việc dùng để đốt còn được ứng dụng làm ván
ép Bã mía được dùng làm nguyên liệu thay thế gỗ dùng làm ván ép thông thường Tuynhiên để đạt được những yêu cầu không thấm nước, không bị nứt khi phơi ra nắng, cứng,dai, rẻ,…thì nhà sản xuất còn phải trộn thêm những phụ liệu khác như vỏ
dai, rẻ,…thì nhà sản xuất còn phải trộn thêm những phụ liệu khác như vỏ cà phê, lá thông, cà phê, lá thông,
Trang 19rơm rạ, sợi tre,
rơm rạ, sợi tre, Tất cả những nguyên liệu trên được cắt nhỏ, xay, trộn đều theo tỷ lệ màTất cả những nguyên liệu trên được cắt nhỏ, xay, trộn đều theo tỷ lệ mànhà sản xuất nghiên cứu, đem ép thành tấm, sấy Ván ép là sản phẩm làm từ phế phẩmnông nghiệp, chúng có tính hút nước thấp, độ giãn nở thấp, đạt tiêu chuẩn xây dựng Ứngdụng này không những giải quyết được đầu ra cho những phế phẩm nông nghiệp mà cònmang về thu nhập lớn cho người dân và nhà máy
mang về thu nhập lớn cho người dân và nhà máy.
Nhà máy Nhà máy đường đường của công của công ty ty cổ phcổ phần Đường ần Đường Bình Bình Định Định (BISUCO) l(BISUCO) là một à một trong trong nhữngnhữngcông ty đi đầu trong việc đầu tư xây dựng nhà má
công ty đi đầu trong việc đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất ván ép bã mía cy sản xuất ván ép bã mía công suất 5 000ông suất 5 000
m33 sản phẩm/năm Sản phẩm của công ty đạt giải thưởng chất lượng tại triển lãm Giảngsản phẩm/năm Sản phẩm của công ty đạt giải thưởng chất lượng tại triển lãm GiảngVõ
Võ – – Hà Nội năm 2013.Hà Nội năm 2013.
● Ứng dụng sản xuất điệnỨng dụng sản xuất điện Theo hiệp hội Mía đường Việt Nam, với công nghệ hiện đại, từ mỗi tấn mía cây cóthể sản xuất được 100 kWh điện, dự báo đến nă
thể sản xuất được 100 kWh điện, dự báo đến năm 2020 cả nước sẽ sản m 2020 cả nước sẽ sản xuất khoảng 24 triệuxuất khoảng 24 triệutấn mía –
tấn mía – tương đương 2 400 MW, nếu phát huy thế tương đương 2 400 MW, nếu phát huy thế mạnh tiềm năng này, ngành mía mạnh tiềm năng này, ngành mía đườngđường
có thể đảm nhận khoảng 10% sản lượng điện quốc gia
có thể đảm nhận khoảng 10% sản lượng điện quốc gia.
Nhà máy đườ Nhà máy đường Biên ng Biên Hòa có tổnHòa có tổng công g công suất 5 000 suất 5 000 tấn mía/ngày Mỗi tấn mía/ngày Mỗi năm, sản lnăm, sản lượngượngmía cây là 600 000
mía cây là 600 000 – – 750 000 tấn, tương đương 174 000 – 750 000 tấn, tương đương 174 000 – 217 500 tấn bã Mỗi ngày Đường217 500 tấn bã Mỗi ngày ĐườngBiên Hòa có thể bán ra lưới điện quốc gia tới 288MW điện, chưa kể lượng điện tự cungcấp để vận hà
cấp để vận hành nhà máy.nh nhà máy
● Ứng dụng làm chậu cảnhỨng dụng làm chậu cảnh Khác hẳn với chậu sành, sứ, loại chậu này có thể thấm nước mưa nhưng không gâyngập úng Rễ cây có thể xuyên qua chậu để tiếp xúc với đất, nhưng chậu vẫn rất bền, dai
và không bị vỡ khi bưng bê Loại chậu này có thể được làm để ươm cây con, đặt trong phòng thí nghiệm hoặc trồng các hoa,
phòng thí nghiệm hoặc trồng các hoa, cây cảnh thông thường Sản phẩm cây cảnh thông thường Sản phẩm được cho là thânđược cho là thânthiện với môi trường vì chỉ cần 3 tháng sau khi chôn xuống đất, nó sẽ bị phân hủy và tạo
vào cuối những năm 1920, khi Samuel Kistler (1900 1975), giáo sư hóa học người Mỹ đã1975), giáo sư hóa học người Mỹ đã
Trang 20đánh cược với đồng nghiệp của mình Charles Learnrd rằng “có tồn tại một loại gel khônglỏng” Tất nhiên, không một ai tin điều
lỏng” Tất nhiên, không một ai tin điều ông nói là đúng Vì đặc tính ông nói là đúng Vì đặc tính lỏng vốn là đặc tính cốlỏng vốn là đặc tính cốhữu của gel được biết đến trong một thời gian dài trước đó Bằng sự kiên trì và quyết tâmcủa mình, sau nhiều thử nghiệm và gặp không ít thất bại, cuối cùng Kistler đã tìm ra mộtloại gel ở trạng thái khí (không phải
loại gel ở trạng thái khí (không phải trạng thái lỏng), một loại gel mới trạng thái lỏng), một loại gel mới chưa từng được biếtchưa từng được biếtđến, thậm chí chưa một ai tưởng tượng ra nó Ông đã trở thành người đầu tiên thay thếđược trạng thái lỏng của gel thành trạng thái khí, và đặt tên cho nó là “
được trạng thái lỏng của gel thành trạng thái khí, và đặt tên cho nó là “Aerogel” Năm 1931,Aerogel” Năm 1931,ông đã công bố phát hiện của mình trong bài viết “Coherent Expanded Aerogels andJellies”, đăng trên tạp chí khoa học Nature
Jellies”, đăng trên tạp chí khoa học Nature.
AerogAerogel còn được ông gọi là Alcogel, do được el còn được ông gọi là Alcogel, do được chế tạo từ gel silica (SiOchế tạo từ gel silica (SiO22) và ancol. Nói một cách đơn giản, chỉ cần cho rượu bay hơi khỏi gel silica sẽ tạo ra cấ
Nói một cách đơn giản, chỉ cần cho rượu bay hơi khỏi gel silica sẽ tạo ra cấu trúc aerogel,u trúc aerogel,giống như thổi không khí qua một miếng bọt biển thấm nước, nó sẽ bị khô đi Tuy nhiêngiống như thổi không khí qua một miếng bọt biển thấm nước, nó sẽ bị khô đi Tuy nhiên ,,trên thực tế, nếu để tự nhiên sẽ không bao giờ xảy ra quá trình đó Thay vì chỉ dựa trên sự bốc hơi, aerogel được
bốc hơi, aerogel được chế tạo qua chế tạo qua các công đcác công đoạn như sau: ban oạn như sau: ban đầu, cần tạo đầu, cần tạo ra môi trườngra môi trườnggel một nhiệt độ và áp suất đạt đến điểm tới hạn ở mức mà không có sự khác
gel một nhiệt độ và áp suất đạt đến điểm tới hạn ở mức mà không có sự khác biệt nhiều biệt nhiềugiữa chất lỏng và chất khí Tiếp đến, giữ nguyên mức nhiệt độ ở điểm tới hạn, giảm từ từ
áp suất Khi áp suất giảm, các phân tử được giải phóng dưới dạng khí và lỏng với mật độkhông quá dày đặc Bước tiếp theo là làm lạnh Trước khi làm lạnh, sẽ có một lượng ancolđược nhưng tự lại thành chất lỏng, sau đó sẽ được chuyển thành dạng hơi như ban đầu. Những gì còn lại s
Những gì còn lại sẽ là một ẽ là một chất rắn bằng chất rắn bằng silica, nhưng thay vì ở silica, nhưng thay vì ở dạng lỏng thì nó lại dạng lỏng thì nó lại chứachứađầy không khí Sản phẩm thu được ở bước này có thể gọi là alcogel Alcogel sau khi bịkhử rượu sẽ được gọi là ae
khử rượu sẽ được gọi là aerogel (rượu đã bị thay thế bằng khí).rogel (rượu đã bị thay thế bằng khí).
Nhờ những Nhờ những tiến bộ tiến bộ kĩ thuật, kĩ thuật, aerogel aerogel được các được các nhà khoa nhà khoa học chế học chế biến để biến để có nhữngcó nhữngđặc tính theo yêu cầu sử dụng đa dạng trong c
đặc tính theo yêu cầu sử dụng đa dạng trong công nghiệp Tuỳ vào vật liệu gốc, aerogel sẽông nghiệp Tuỳ vào vật liệu gốc, aerogel sẽ
sở hữu những đặc tính khác nhau
sở hữu những đặc tính khác nhau.
Trang 21Hình 1 6 Aerogel có độ bền cơ học tương đố i l ớ n
Aerogel của một số loại được phát triển như :Aerogel của một số loại được phát triển như :
● Aerogel hữu cơ (PolyurethaneAerogel hữu cơ (Polyurethane(Rigacci et al 2004), res(Rigacci et al 2004), resorcinol- formaldehyd (Pizzi,orcinol- formaldehyd (Pizzi,Orovan, and Cameron 1984), Polystyrene (Ilhan et al
Orovan, and Cameron 1984), Polystyrene (Ilhan et al 2006), polyimide (Nguyen et2006), polyimide (Nguyen et
1997)(Zou et al 2010)(Wang et al 2017)(Aliev et al 2009).al 2009)
Gần đây, với yêu cầu hoá học xanh cellulose aerogel đã thu hút được sự chú ý sâurộng cho sự phát triển của aerogel bởi khả năng phân hủy sinh học, tính bền vững và cấutrúc nano của nó Cellulose ae
trúc nano của nó Cellulose aerogel sở hữu những tính chất ưu việt:rogel sở hữu những tính chất ưu việt:
● Khối lượng riêng nhỏKhối lượng riêng nhỏ
● Mật độ thấp, thể tích lỗ rỗng cao, độ xốp lớnMật độ thấp, thể tích lỗ rỗng cao, độ xốp lớn
● Tính bền vững và khả năng phân hủy sinh họcTính bền vững và khả năng phân hủy sinh học
● Khả năng dẫn điện kémKhả năng dẫn điện kém Những đặc
Những đặc tính đặc tính đặc biệt biệt này này của của cellulose cellulose aerogel aerogel hứa hứa hẹn hẹn cho cho các các ứng dụng ứng dụng kháckhácnhau, bao gồm các thiết bị lưu trữ năng lượng, cảm biến
nhau, bao gồm các thiết bị lưu trữ năng lượng, cảm biến (Rahman et al 2008)(Chen, Paul,(Rahman et al 2008)(Chen, Paul,and Dai 2017)
and Dai 2017), xử lý chất ô nhiễm, xử lý chất ô nhiễm (Liu et al 2016)(Z Li et al 2018),(Liu et al 2016)(Z Li et al 2018), vật liệu cách nhiệtvật liệu cách nhiệt(Baetens, Jelle, and Gustavsen 2011)(Jelle, Baetens, and Gustavsen 2
(Baetens, Jelle, and Gustavsen 2011)(Jelle, Baetens, and Gustavsen 2015).015)
Trang 221.3.2 Tình hình công1.3.2 Tình hình công bố sáng chế về nghiên cứu và ứng dụng vật liệu aerogelbố sáng chế về nghiên cứu và ứng dụng vật liệu aerogel
Đến tháng 05/2019, có hơn 200 sáng chế về nghiên cứu và ứng dụng aerogel đã đượccông bố Giai đoạn 1995–2010, số lượng sáng chế tăng nhưng không đồng đều Giai đoạn2011
2011 –2018, số lượng –2018, số lượng sáng chế tăng liên sáng chế tăng liên tục, đỉnh đitục, đỉnh điểm là năm 2018, ểm là năm 2018, năm có số lượnăm có số lượng sángng sángchế được công bố nhiều nhất qua các năm Qua đó cho thấy trong những năm gần đây, việcnghiên cứu và ứng dụng aerogel trong xây dựng đang được quan tâm trên thế giới
nghiên cứu và ứng dụng aerogel trong xây dựng đang được quan tâm trên thế giới
Các nghiên cứu gần đây về aerogel tập trung vào việc cải tiến phương thức làm khô
và cách thức tạo ra aerogel từ các nguồn nguyên liệu khác nhau
và cách thức tạo ra aerogel từ các nguồn nguyên liệu khác nhau.
a) Trên thế giớiTrên thế giới Nick Linneen và c Nick Linneen và cộng sựộng sự (Linneen, Pfeffer, and Lin 2013)(Linneen, Pfeffer, and Lin 2013) đã nghiên cứu và chế tạođã nghiên cứu và chế tạosilica aerogel xốp có độ xốp cao được tẩm tetraethylenepentamine (TEPA) làm vật liệu dựtrữ CO22 Quoc Ba Thai và cộng sự Quoc Ba Thai và cộng sự (Thai et al 2020)(Thai et al 2020) nghiên cứu và chế tạo vật liệu cellulosenghiên cứu và chế tạo vật liệu celluloseaerogel từ bã mía ứng dụng để xử lý dầu tràn bằng cách phủ lớp kị nước MTMS, kết quả
là khả năng hấp thụ lớn nhất là 25g/g Tương tự như vậy thì
là khả năng hấp thụ lớn nhất là 25g/g Tương tự như vậy thì John G ReynoldJohn G Reynold và cộng sự(Reynolds, Coronado, and Hrubesh 2001)
(Reynolds, Coronado, and Hrubesh 2001) đã tổng hợp thành công các aerogel có chứađã tổng hợp thành công các aerogel có chứanhóm CF33 có thể hấp thụ dầu gấp 273 lần trọng lượng của chúng Yue Jiaocó thể hấp thụ dầu gấp 273 lần trọng lượng của chúng Yue Jiao (Wan et al.(Wan et al.2015) và các
2015) và các cộng sự đã sử dụng cộng sự đã sử dụng aerogel như một chất mang kết aerogel như một chất mang kết hợp với hợp với xúc tác oxit sắtxúc tác oxit sắt
từ trong quá trình xử lý nước thải công nghiệp có chứa thuốc nhuộm gây nguy hại cho môitrường Hoạt tính xúc tác được cải thiện đáng kể so với quá trình làm sạch thông thường.Hong Juan Geng (Zhang et al 2012)
Hong Juan Geng (Zhang et al 2012) và các cộng sự đã thực hiện nghiên cứu hoà tanvà các cộng sự đã thực hiện nghiên cứu hoà tancellulose trong dung dịch NaOH/Ure và hoạt hoá bề
cellulose trong dung dịch NaOH/Ure và hoạt hoá bề mặt cellulose bằng MBA Các aemặt cellulose bằng MBA Các aerogelrogelthu được đã cho các tính chất được cải thiện, như độ ổn định cơ học tốt hơn, độ
thu được đã cho các tính chất được cải thiện, như độ ổn định cơ học tốt hơn, độ ổn địnhổn địnhtrong nước tốt hơn và sự hấp phụ tốt hơn so với các aerogel tinh khiết Các kết quả về tổnghợp cellulose aerogel từ phụ phẩm của quá trình lên men bia và ứng dụng nó trong tấmcách nhiệt cửa sổ, tàu v
cách nhiệt cửa sổ, tàu vũ trụ cũng được nhóm nghiên cứu của Cũ trụ cũng được nhóm nghiên cứu của CU Boulder U Boulder công bố và giànhcông bố và giànhgiải thưởng itech 2018 của NASA Tương tự, một loại aerogel cải tiến đi từ chất thải lốp
xe ô tô cũng được Quốc Thái Nguyễn
xe ô tô cũng được Quốc Thái Nguyễn (Ba Thai et al 2019)(Ba Thai et al 2019) và các cộng sự công bố, loạivà các cộng sự công bố, loạiaerogel này có khả năng hấp thụ lượng
aerogel này có khả năng hấp thụ lượng dầu bằng 19 lần khối lượng ban đầu Jean Paulo dedầu bằng 19 lần khối lượng ban đầu Jean Paulo deOliveira và các cộng sự đã
Oliveira và các cộng sự đã nghiên cứu sản xuất aerogel đi từ nguồn nghiên cứu sản xuất aerogel đi từ nguồn vỏ gạo và vỏ lúa mạch,vỏ gạo và vỏ lúa mạch,
vỏ cây bạch đàn bằng phương pháp thủy phân enzym cellulase ứng dụng làm bao bì thực phẩm
phẩm PGS Dương Minh Hải và cácPGS Dương Minh Hải và các cộng sự đã tạo ra vật liệu cellulose aerogel đầu tiêncộng sự đã tạo ra vật liệu cellulose aerogel đầu tiênđược sản xuất từ chất thải giấy bằng cách sử dụng PVA làm chất liên kết, ứng dụng làm
Trang 23vật liệu phủ để phân phối thuốc, ứng dụng y sinh GS Phan Thiện Nhânvật liệu phủ để phân phối thuốc, ứng dụng y sinh GS Phan Thiện Nhân (Thai et al 2020)(Thai et al 2020)
và các cộng sự cũng đã thành công trong việc tổng hợp vật liệu aerogel PET đi từ nguồnnguyên liệu vỏ chai nhựa thải, ứng
nguyên liệu vỏ chai nhựa thải, ứng dụng trong việc cách nhiệt, hấp dụng trong việc cách nhiệt, hấp thụ dầu, khói độc.thụ dầu, khói độc. b) Trong nướcTrong nước
Võ Nguyễn Xuân Phương và cộng sự đã tổng hợp cellulose aerogel từ nguồn giấythải in bằng phương pháp hoàn lưu dung môi giúp giảm thời gian và tăng hiệu quả biếntính ứng
tính ứng dụng trong xử dụng trong xử lý dầu tràn.lý dầu tràn.
CelluloseCellulose aerogel đã đạt được tầm quan trọng đặc biệt trong lĩnh vực nghiên cứu vìaerogel đã đạt được tầm quan trọng đặc biệt trong lĩnh vực nghiên cứu vìnhững tính
những tính chất vật lý và hóa học chất vật lý và hóa học tinh túy, tính bền vững và khả năng tinh túy, tính bền vững và khả năng tái sử dụng.tái sử dụng.
Trong báo cáo này, chúng tôi hướng đến một loại aerogel mới cellulose aerogel cókhả năng phân hủy sinh học, có tính bền vững
khả năng phân hủy sinh học, có tính bền vững và thân thiện môi trường đi từ nguồn nguyênvà thân thiện môi trường đi từ nguồn nguyênliệu
liệu phế phế phụphụ phẩm nông phẩm nông nghiệp: bã nghiệp: bã mía, vỏ mía, vỏ trấu,… ứng trấu,… ứng dụng trong dụng trong việc xử việc xử lý nước lý nước thảithảidệt nhuộm (methylene blue), dầu tràn và ứng dụng làm vật liệu cách nhiệt
dệt nhuộm (methylene blue), dầu tràn và ứng dụng làm vật liệu cách nhiệt chống cháy.chống cháy. 1.3.3
1.3.3 Tính chất của aerogelTính chất của aerogel
Aerogel là một dạng vật liệu có rất nhiều tính chất thú vị AerogelAerogel là một dạng vật liệu có rất nhiều tính chất thú vị Aerogel là dạng vật liệulà dạng vật liệunhẹ nhất, rắn nhất, cách điện tốt nhất và mật độ
nhẹ nhất, rắn nhất, cách điện tốt nhất và mật độ vật chất thấp nhất Nó nhẹ đến mức, cvật chất thấp nhất Nó nhẹ đến mức, có thểó thểđặt được trên một bông hoa Với thể tích 1 inch khối (khoảng 16,3 mL) có thể dát mỏng và
có thể phủ lên toàn bộ một sân bóng đá
có thể phủ lên toàn bộ một sân bóng đá.
Aerogel là một dạng khí lẫn rắn, có tới 90% thể tích là không khi, do đó nó chỉ nặnghơn không khí 3 lần và nhẹ hơn thủy tinh 1000 lần Tuy chủ yếu là khí, nhưng aerogel cóthể chịu được sức nặng gấ
thể chịu được sức nặng gấp từ 500 đến 4000 lần trọng lượng của p từ 500 đến 4000 lần trọng lượng của nó.nó.
điện tốt nhất từ trước tới nay từ trước tới nay khi được pha trộn với khi được pha trộn với một số vật liệu khác.một số vật liệu khác.
Điểm yếu của aerogel là độ giòn, đặc biệt làĐiểm yếu của aerogel là độ giòn, đặc biệt là khi làm từ silic Tuy nhiên, các nhà khoakhi làm từ silic Tuy nhiên, các nhà khoahọc của cơ quan hàng không Mỹ (NASA) đã thử nghiệm các vật liệu làm từ polymer, ứngdụng tính cách điện của nó cho các tàu vũ trụ Trộn thêm hợp chất khác vào aerogel căn bản có thể khiến nó linh hoạt hơn
bản có thể khiến nó linh hoạt hơn.
Trang 241.3.4 Các loại aerogelCác loại aerogel
Có ba loại aerogel phổ biến nhất hiện nay đó là silica, cacbon và oxit kim loại, tuynhiên trong thực tế, silica vẫn được sử dụng nhiều hơn cả Aerogel silica có màu xanh datrời, do hiện tượng tán xạ xảy ra khi ánh sáng trắng (hỗn hợp của
trời, do hiện tượng tán xạ xảy ra khi ánh sáng trắng (hỗn hợp của tia sáng có màu sắc từ tia sáng có màu sắc từ đỏđỏđến tím) chiếu vào bản aerogel Những tia sáng có bước sóng ngắn bị tán xạ mạnh hơn sovới tia sáng có bước sóng dài Bởi vì màu xanh và màu tím có bước sóng ngắn nhất (trong phổ ánh sáng n
phổ ánh sáng nhìn thấy) nên chúnhìn thấy) nên chúng bị tán g bị tán xạ mạnh nhất.xạ mạnh nhất. Mặt khác, do mắt người nhạy cảmMặt khác, do mắt người nhạy cảmvới các bước sóng màu xanh lam hơn nên chúng ta có cảm giác nghiêng về màu xanh hơnchứ không phải màu tím
chứ không phải màu tím.
Hình 1.7 Hìn Hình 1.7 Hình h ảả nh silica aerog nh silica aerogel el
Không giống như silica aerogel với biệt danh là khói xanh hay kKhông giống như silica aerogel với biệt danh là khói xanh hay khói lạnh, khói rắn (dohói lạnh, khói rắn (dohình thì mờ ảo của nó), cacbon aerogel có màu đen và khi sờ lên có cảm giác giống nhưđang sờ lên những hòn than Chúng có diện tích bề mặt lớn, độ xốp cao và khả năng dẫndiện tốt Các tính chất này làm cho aerogel cacbon rất hữu ích đối với tụ điện, pin và hệthống khử muối
thống khử muối.
Trang 25Hình 1.8 Hìnhảả nh cacbon aer nh cacbon aerogel ogel
Aerogel oxit kim loại làm từ oxit kim loại Aerogel oxit kim loại làm từ oxit kim loại và được sử dụng như là và được sử dụng như là chất xúc tác trongchất xúc tác trongmột phản ứng hóa học Chúng cũng được ứng dụng trong
một phản ứng hóa học Chúng cũng được ứng dụng trong ngành công nghiệp thuốc nổ, sợingành công nghiệp thuốc nổ, sợinano cacbon và thậm chí là để tạo ra từ tính Aerogel oxit kim loại như sắt hay crom ngoàicác tính chất tương tự aerogel silica phổ biến thì chúng còn có một điểm khác, đó là màusắc thu hút Aerogel crom có màu xanh lá cây hoặc xanh dương đậm, aerogel oxit nhôm,titania, zirconia có màu xanh hoặc trắng.; aerogel oxit sắt có màu đỏ hoặc vàng đục, ngoài
1.3.5 Ứng dụng của aerogelỨng dụng của aerogel
Với những khả năng phi thường đó, aerogel xứng đáng với cái tên “vật liệu tốt nhấthành tinh” Với ngần ấy tính năng ưu việt, aerogel có thể có thể được áp dụng trong rất
Trang 26nhiều ngành khác nhau như hấp phụ, xúc tác, năng lượng, cho phép con người làm đượcnnhững điều chưa từng làm được hững điều chưa từng làm được với các loại vật liệu trước đó.với các loại vật liệu trước đó.
Nhóm Nhóm Farmer Farmer và và nhóm nhóm Rân Rân đã đã sử sử dụng dụng carbon carbon aerogel aerogel để để hấp hấp phụ phụ ion ion chromiumchromiumtrong nước thải Phương pháp hấp phụ điện hóa được hai nhóm nghiên cứu trên sử dụng.Farmer nhận thấy cacbon aerogel có khả năng hấp phụ Cr (VI) trong dung dịch giảm từnồng độ 35 ppb xuống 2ppb trong điều kiện điện thế sử dụng là 1.2 V Dung lượng hấp phụ của cacbon aerogel t
phụ của cacbon aerogel trong điều kiện rong điều kiện trên đạt 1,4.10trên đạt 1,4.10 4 g/g Còn nhóm Rana khảo sát khả4 g/g Còn nhóm Rana khảo sát khảnăng hấp phụ chromium cho thấy, điều kiện tối ưu để hấp phụ chromium đối với cacbonaerogel là ở pH thấp và điều kiện cao Carbon aerogel có khả năng hấp phụ đạt 98,5% trongđiều kiện pH=2, điện lượng 0,8 Ah với nồng độ chromium ban đầu khoảng 2
điều kiện pH=2, điện lượng 0,8 Ah với nồng độ chromium ban đầu khoảng 2 8 mg/l Một8 mg/l Một
số kim loại nặng khác cũng được đánh giá khả năng hấp phụ trên cacbon aerogel như:Cd(II), Pd(II), Hg(II), Cu(II), Ni(II), Mn(II) và Zn(II) Nhóm Meena và Ka
Cd(II), Pd(II), Hg(II), Cu(II), Ni(II), Mn(II) và Zn(II) Nhóm Meena và Kadirvelu đã đánhdirvelu đã đánhgiá khả năng loại bỏ những
giá khả năng loại bỏ những kim loại nặng trong dung dịch bằng hấp pkim loại nặng trong dung dịch bằng hấp phụ trên aerogel Khảohụ trên aerogel Khảosát của Meena cho thấy, dung lượng hấp phụ tối đa các ion trên cacbon aerogel tương ứng
là Cd (II) 400,8 mg/l, Cu (II) 561,71 mg/l, Hg (II), Ni (II) 45,62 mg/l, Zn (II) 12,85 mg/l,
Mn (II) 1,84 mg/l và Pd (II) 0.7 mg/l Kadirve
Mn (II) 1,84 mg/l và Pd (II) 0.7 mg/l Kadirvelu đã khảo sát đã khảo sát lu đã khảo sát đã khảo sát khả năng hấp phụkhả năng hấp phụcủa aerogel trên ba kim loại Cd (II), Pd (II), Hg (II) dựa trên 2 mô hình Langmuir vàFreudlich cho thấy, dung lượng hấp phụ của các ion tương ứng là: Cd (II) 15,53 mg/l, Pd(II) 34,72 mg/l, Hg (II) 34,96 mg/l Các nghiên cứu sử dụng carbon aerogel làm điện cựccho hệ
cho hệ thống khử ion (CDI) để khảo sát khả năng hấp phụ các anion và ứng dụng xử lýthống khử ion (CDI) để khảo sát khả năng hấp phụ các anion và ứng dụng xử lýnước nhiễm mặn Gabelich và cộng sự đã sử dụng mô hình CDI để khảo sát tính chất hấp phụ
phụ của của điện điện cực cực cacbon cacbon aerogel aerogel đối đối với với các các muối muối vô vô cơ cơ của của các các ion: ion: sodium sodium (Na(Na+),magnesium (Mg2+), potassium (K +), rubidium (Rb+), chloride (Cl ), bromide (Br ), nitrate(NO33 ) và sulfate (SO442-) Nghiên cứu cho thấy dung lượng hấp phụ của điện cực cacbonaerogel đạt 1,0 –
aerogel đạt 1,0 – 2,0 10 2,0 10-4 mol/g aerogel với kích thước lỗ xốp từ 4mol/g aerogel với kích thước lỗ xốp từ 4 9 nm Aerogel còn ứng9 nm Aerogel còn ứngddụng để hấp phụ ethane và ethylence do nhóm Tamon và cộng sự khảo sát, làm chất mangụng để hấp phụ ethane và ethylence do nhóm Tamon và cộng sự khảo sát, làm chất mangxúc tác
1.3.6
1.3.6 Triển vọng aerogelTriển vọng aerogel
Hiện nay, việc sản xuất aerogel vẫn rất tốn kém và giá thành vẫn rất cao Điều nàycản trở loại “siêu vật liệu” này thể hiện vai trò to lớn của nó đối với cuộc sống con người.Các nhà khoa học vẫn không ngừng nghiên cứu, vừa để giảm chi phí, vừa để tạo ra
Các nhà khoa học vẫn không ngừng nghiên cứu, vừa để giảm chi phí, vừa để tạo ra các tínhcác tính
