ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA

NGUYỄN THỊ CÚC
Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ
CELLULOSE BIẾN TÍNH TỪ DĂM TRE

Khóa luận tốt nghiệp cử nhân sư phạm

Đà Nẵng - 2016


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ
CELLULOSE BIẾN TÍNH TỪ DĂM TRE
Khóa luận tốt nghiệp cử nhân sư phạm

Sinh viên thực hiện

: Nguyễn Thị Cúc

Lớp


6. Ngày hoàn thành: Ngày 12 tháng 04 năm 2016
Chủ nhiệm khoa

Giáo viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ, tên)

(Ký và ghi rõ họ, tên)


Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho khoa ngày 27 tháng 04 năm 2016

Kết quả điểm đánh giá:
Ngày… tháng… năm 20..
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ, tên)


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến toàn thể quý thầy cô ở
khoa Hóa Học – trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng đã dạy dỗ, truyền đạt vốn tri
thưc quý báu cho chúng em trong su ốt thời gian học tập tại trường. Và đặc biệt
trong bài khóa luận của mình em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của
thầy Lê Tự Hải. Thầy đã t ận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong
suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành khóa luận.
Em xin được cảm ơn các anh chị, các bạn cũng như các đơn vị đo mẫu thí
nghiệm đã tạo điều kiện thuận lợi và hợp tác giúp đỡ em trong quá trình làm thực
nghiệm.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng để hoàn thành khóa luận một cách hoàn chỉnh
nhất, song do bước đầu làm quen với công việc nghiên cứu cũng như hạn chế về

1.2.3. Tính chất hóa học ..........................................................................................9
1.2.4. Trạng thái tự nhiên.......................................................................................10
1.2.5 . Ứng dụng....................................................................................................10
1.3. PHƯƠNG PHÁP TÁCH CELLULOSE .........................................................10
1.3.1. Phương pháp tách cellulose..........................................................................10


1.3.2. Phản ứng của hydratcacbon và lignin trong môi trường kiềm.......................11
CHƯƠNG 2 ..........................................................................................................18
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................18
2.1. NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ....................................................18
2.1.1. Nguyên liệu .................................................................................................18
2.1.2. Hóa chất, dụng cụ ........................................................................................18
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................................................................18
2.2.1. Tách cellulose từ dăm tre .............................................................................18
Quy trình tách cellulose từ dăm tre được thực hiện như sau [2]: ............................18
2.2.2. Tẩy trắng bột cellulose thô...........................................................................20
2.2.3. Biến tính cellulose bằng axit citric ...............................................................22
2.2.4. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính ............................23
2.2.5. Phân tích sản phẩm cellulose biến tính từ cellulose tách từ dăm tre..............25
CHƯƠNG 3 ..........................................................................................................26
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...............................................................................26
3.1. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TÁCH CELLULOSE TỪ DĂM TRE..............26
3.2. NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH BIẾN TÍNH
CELLULOSE........................................................................................................32
3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit ........................................................................32
3.2.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn : lỏng......................................................................33
3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian biến tính ...............................................................34
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình biến tính cellulose.....................34
3.3. PHÂN TÍCH SẢN PHẨM CELLULOSE BIẾN TÍNH...................................36

Hình 1.10. Minh họa phản ứng thủy phân lignin trong môi trường kiềm................15
Hình 1.11. Minh họa phản ứng ngưng tụ của lignin trong môi trường kiềm ...........15
Hình 1.12. Phản ứng của cấu trúc lignin β-O-4 trong quá trình nấu bột..................16
Hình 1.13. Phản ứng của cấu trúc phenylcumaran trong quá trình nấu...................17
bột sunfat...............................................................................................................17
Hình 3.1.Ảnh hưởng của nồngđộ axit citric đến quá trình biến tính cellulose.........33
Hình 3.2.Ảnh hưởng của tỉlệ rắn:lỏng đến quá trình biến tính cellulose.................34
Hình 3.3.Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình biến tính cellulose ......................35
Hình 3.4.Cellulose biến tính ..................................................................................35
Hình 3.5. Phổ IR của cellulose dăm tre chưa biến tính...........................................37
Hình 3.6. Phổ IR của cellulose dăm tre biến tính ...................................................38
Hình 3.7. Ảnh SEM của cellulose chưa biến tính...................................................39
Hình 3.8. Ảnh SEM của cellulose biến tính ...........................................................39


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Tre có mặt ở nhiều nơi trên thế giới và ở khắp các làng quê Việt Nam. Từ
lâu, con người đã biết sử dụng tre để làm nhà, làm đũa, v ật dụng nông nghiệp. Tre
non làm thức ăn, tre khô làm củi đun, … Ngày nay, trong công nghiệp, tre còn đư ợc
dùng làm nguyên liệu sản xuất giấy và làm thuốc chữa các bệnh ngứa, hen suyễn,
ho, …
Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày nay tạo điều kiện thuận lợi cho
sự phát triển của nền kinh tế xã hội, nhưng nó cũng góp phần tạo ra lượng chất thải
độc hại tác động trực tiếp đến sức khỏe con người và động thực vật. Các ngành
công nghiệp như thuộc da, điện tử, công nghiệp hóa dầu... đã gây ô nhiễm nguồn
nước vì chứa các ion kim loại độc hại như Cu, Pb, Ni, Cd, As… Xử lý nguồn nước
ô nhiễm là vấn đề cấp bách của các quốc gia trên thế giới. Hiện nay, các nhà khoa
học đang có xu hướng tìm đến các vật liệuxanh, thân thiện với môi trường, có giá
thành rẻ. Đã có nhiều vật liệu được nghiên cứu như xơ dừa, trấu, vỏ các loại đậu, bã

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

2


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. TRE
1.1.1. Phân loại khoa học
Tre (Bamboo) thuộc giới Plantae, bộ Poales, họ Poaceae, phân họ
Bambusoideae, liên tông Bambusodea, tông Bambusea [6].

Hình 1.1. Thân tre
1.1.2. Đặc điểm sinh thái
Tre là nhóm thực vật thân gỗ lâu năm, được coi là lớn nhất trong bộ Hòa thảo
(Poales). Thân tre có các lóng rỗng, các bó mạch nằm rải rác khắp thân tre thay vì
sắp xếp hình trụ như gỗ.
Tre là một trong các thực vật phát triển nhanh nhất trên thế giới. Một số loài
có khả năng phát triển 100 cm (39 inch) hoặc nhiều hơn mỗi ngày do hệ thống rễ

3


độc đáo. Tuy nhiên, tỷ lệ tăng trưởng một phần phụ thuộc vào điều kiện thổ nhưỡng
và khí hậu.
Tre có nhiều ý nghĩa về kinh tế và văn hóa đáng chú ý ở khu vực Nam Á,
Đông Nam Á và Đông Á. Tre đang được sử dụng cho vật liệu xây dựng, là một

1 – 2 tuần cho đến khi lá chuyển sang màu vàng để cây tiêu thụ hết lượng nhựa.
- Một phương pháp tương tự để giảm lượng nhựa là để tre đứng trong nước,
có thể trong một cái trống lớn hoặc trong một dòng suối.
- Tre cắt được ngâm trong một suối đang chảy trong 3 – 4 tuần.
- Bơm nước qua tre tươi, đẩy nhựa cây ra ngoài.
Độ bền của tre liên quan trực tiếp với việc xử lý từ thời điểm trồng, thu
hoạch, chế biến, vận chuyển và lưu trữ.
1.1.4. Thành phần hóa học
Thành phần hóa học của tre tương tự như gỗ [Higuchi, 1957]. Các thành
phần chính của tre là cellulose, hemicellulose và lignin, các thành phần này chiếm
trên 90% khối lượng của tre. Các thành phần phụ là nhựa, tannin, sáp và muối vô
cơ. Tuy nhiên, so với gỗ thì tre có hàm lượng kiềm, tro và silica cao hơn.
Yusoff [1992] nghiên cứu thành phần hóa học của tre một, hai, ba tuổi. Kết
quả chỉ ra rằng các thành phần holocellulose không khác nhau nhiều giữa các lứa
tuổi khác nhau của tre. Hàm lượng alpha-cellulose, lignin, chất trích ly, pentosan,
tro và silica tăng theo tuổi tre.
Holocellulose bao gồm alpha-cellulose và hemicellulose. Alpha-cellulose là
thành phần chính của tre. Khoảng 40 – 50% chất khô trong tre là alpha-cellulose.
Các phân tử cellulose hoàn toàn tuyến tính và có xu hướng mạnh tạo liên kết hydro
nội phân tử và liên phân tử. Bó của các phân tử cellulose do đó tổng hợp lại với
nhau tạo thành các sợi rất nhỏ. Hemicellulose là các polisaccarit không đồng nhất.
Giống cellulose, hầu hết các chức năng của hemicellulose là hỗ trợ vật liệu trong
5


thành tế bào. Alpha-cellulose là nguồn gốc chính của các tính chất cơ học của tre và
gỗ.
Nói chung, hàm lượng alpha-cellulose trong tre là 40 – 50%, phù hợp với các
báo cáo đã biết về hàm lượng cellulose trong gỗ mềm là 40 – 52% và gỗ cứng là 38
– 56%. Hàm lượng cellulose trong phạm vi này cho thấy tre là vật liệu phù hợp

glucose. Các phân tử glucose nối với nhau ở vị trí β-1,4 bằng cầu nối oxi. Mỗi phân
tử cellulose có thể cấu tạo từ 200 -1000 phân tử glucose.
Cellulose có dạng hình sợi dài, nhiều sợi liên kết song song với nhau thành
chùm nhờ các liên kết hidro giữa các nhóm –OH. Mạch cellulose xếp đối song song
tạo thành các sợi có đường kính 3,5nm. Mỗi phân tử cellulose chứa khoảng 8000
gốc monosaccarit.
Cellulose có tính chất của 1 tinh thểcrystal và có tính khúc xạ kép vì do cấu
tạo mà phân tử có tính định hướng không gian 3 chiều sắp xếp song song với nhau.

Hình 1.2. Cấu trúc phân tử cellulose

7


Hình 1.3. Cấu trúc phân tử cellulose trong không gian 3 chiều
Tóm lại, nhiều phân tử glucose→ phân tử cellulose→ micel → vi sợi
(fibrille) → sợi cellulose / fibril (macrofibril).

Hình 1.4.Vi sợi cellulose

8


1.2.2. Tính chất vật lý
Cellulose không tan trong nước và các dung môi hữu cơ nhưng tan trong
dung dịch nước svayde (Cu(OH)2 trong NH3), axit vô cơ mạnh như HCl, HNO3... và
một số dung dịch muối như ZnCl2, PbCl2. Cellulose nguyên chất khó nhuộm màu,
trong phòng thí nghiệm thường nhuộm đỏ cellulose bằng carmin alune hay đỏ
Congo. Cellulose có phản ứng màu đặc sắc: ngâm mẫu vào dung dịch axit mạnh
H3PO4/ H2SO4/ ZnCl2, cellulose bị thủy giải thành hydro –cellulose, chất này gặp

1.2.4. Trạng thái tự nhiên
Cellulose là thành phần chủ yếu cấu tạo nên vách tế bào thực vật, tạo nên bộ
khung của cây. Cellulose là hợp chất hữu cơ nhiều nhất trong tự nhiên chiếm
khoảng 50% cacbon hữu cơ của khí quyển.
Cellulose chiếm khoảng 50% trong gỗ, các sợi bông vải có thể chứa cellulose
nguyên chất 100%. Trung bình cellulose chiếm từ 40-50% vách tế bào. Ngoài ra
cellulose còn có trong vi khuẩn và vài động vật bậc thấp.
1.2.5 . Ứng dụng
Cellulose có ý nghĩa kinh tế rất lớn vì tất cả hàng dệt có nguồn gốc thực vật
và giấy đều trích từ cellulose có vách tế bào thực vật. Những nguyên liệu chứa
cellulose như bông đay gai gỗ thường được dùng trực tiếp (kéo sợi dệt vải, xây
dựng, làm đồ gỗ) hoặc chế biến thành giấy.
Cellulose là nguyên liệu sản xuất tơ nhân tạo: tơ visco, tơ đồng amoniac, tơ
axetat, thuốc súng không khói và chế tạo phim ảnh. Ngày nay cellulose dùng chế
tạo các sản phẩm hữu cơ có giá trị.
1.3. PHƯƠNG PHÁP TÁCH CELLULOSE
1.3.1. Phương pháp tách cellulose
Gỗ với cấu trúc đanh chắc, cần có những quy trình chế biến thích hợp để
chuyển chúng sang dạng xơ sợi mềm mại. Quy trình xử lý nhằm mục đích làm mềm
hoặc làm hòa tan phần lignin (được xem là chất kết dính các bó sợi tạo nên cấu trúc
chặt chẽ của gỗ), từ đó các bó sợi sẽ được giải phóng. Dưới tác dụng hóa học hoặc cơ
học, các sợi cellulose được tách ra và tạo nên huyền phù đồng nhất trong nước. Từ
hai phương pháp hóa học và cơ học, ta có một số loại bột có đặc tính khác nhau như:
Phương pháp hóa học: Với phương pháp này hiệu suất bột đạt từ 45 – 55%,
các thành phần không phải cellulose đã hòa tan phần lớn trong dịch nấu. Bột giấy
chứa chủ yếu là sợi cellulose có độ bền môi trường và cơ lý cao, vì vậy bột giấy loại

10



+ Phản ứng oxi hóa
Nhóm OH ở cacbon C2, C3 hoặc C6của vòng glucose bị oxi hóa thành nhóm
cacbonyl, tạo nên những cấu trúc cacbonyl–β–glucoxy nhạy với kiềm.

CH 2OH

C H 2O H
H

O
H

OH

H

O

[O]

O

H
H

O
OH

O



O

OH

O

O

OH

O

O

O

C H2O H

C H2O H

H

C ellulose

O

O

O


O

O

H

Cell

Cell

O

H

O

Cell

H

H

H

OH

O

O

13


CHO
H

R'

OH

HO

OH

OH

H

CHO

H

C

OR

H

H



-

OHOH

OR

R'

OH

R'

R'

+

H
R: mạch polysaccarit; R’: CH2OH (với cellulose và glucose), H (với xylan)
Hình 1.9. Phản ứng peeling
b. Phản ứng của lignin trong môi trường kiềm
- Phản ứng thủy phân
Trong môi trường kiềm, ở nhiệt độ cao (>100oC) lignin có thể bị thủy phân,
thực chất là sự cắt đứt các liên kết ete. Luôn có sự hình thành cấu trúc trung gian là
metylen quinon (II), lúc này liên kết α-O-4 bị bẻ gãy. Tiếp theo là phản ứng cắt
mạch của liên kết β-O-4, có sự hình thành của nhóm cacbonyl tại Cβ. Các cấu trúc
cacbonyl này trong điều kiện nấu cellulose (to cao, pH kiềm) có thể tham gia phản
ứng ngưng tụ.

OH-


CH

OH-

OH

OCH3

(III)O

R1

(soda)

or OH- + SHOCH3

H3CO

OCH3

OCH3

(IV)

O

O

R1 = H hoặc CH2OH


OCH3

+ CH2O

O

OCH3

L

O

O

L

OCH3
O

O

L

C
H2

OCH3
O