Khảo sát trích ly lignin từ gỗ cao su (hevea brasiliensis) bằng na oh h2o2 kết hợp một số phương pháp khác

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
KHẢO SÁT TRÍCH LY LIGNIN TỪ GỖ CAO SU (HEVEA
BRASILIENSIS) BẰNG NAOH - H2O2 KẾT HỢP MỘT SỐ
PHƯƠNG PHÁP KHÁC
Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Giảng viên hướng dẫn : NCS.ThS Trần Thị Tưởng An
Sinh viên thực hiện : Trần Quốc Minh Nguyên
MSSV: 1411100215 Lớp: 14DSH01
TP. Hồ Chí Minh, 2018

LỜI CAM ĐOAN
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC
BÁCH KHOA ĐHQG TP. HỒ CHÍ MINH
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng
dẫn khoa học của Trần Quốc Minh Nguyên. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong
đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. Những
số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá, được chính
tác gải thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo.
Ngoài ra, trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số
liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn
gốc.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm
về nội dung đồ án của mình. Trường Đại học Công Nghệ Tp. Hồ Chí Minh không
liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực
hiện (nếu có).
TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng 08 năm 2018
Tác giả
(ký tên và ghi rõ họ tên)
Trần Quốc Minh Nguyên

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin cảm ơn đến Ban Giám Hiệu Trường Đại học Công Nghệ Tp.
Hồ Chí Minh (HUTECH), Ban Chủ Nhiệm Khoa Viện Khoa Học Ứng Dụng và Bộ
Môn Công Nghệ Sinh Học cùng quý Thầy Cô đã truyền đạt kiến thực cho em trong
suốt quá trình học tập tại trường.
Em xin kính gửi lòng biết ơn sâu sắc và lời cảm ơn chân thành đến Ths.NCS
Trần Thị Tưởng An đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, động viên và tạo mọi điều kiện
thuận lợi nhất trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp tại Phòng thí
nghiệm nhiên liệu sinh học và Biomass – Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc
Gia Tp. Hồ Chí Minh.
Ngoài ra, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ba mẹ đã nuôi dạy, động viên con
trong suốt thời những năm tháng còn ngồi trên ghế nhà trường và tạo mọi điều kiện
tốt nhất cho con trong cuộc sống, tiếp sức cho con hoàn thành tốt đồ án này.
Vì chưa có nhiều kinh nghiệm và thời gian có hạn nên chắc chắn không tránh
khỏi những sai sót. Kính mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý Thầy, Cô
để kiến thức của em ngày càng được hoàn thiện hơn và là hành trang bổ ích cho quá
trình học tập, làm việc sau này.
Cuối cùng, xin kính chúc quý Thầy Cô của trường Đại học Công Nghệ Tp. Hồ
Chí Minh dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý của mình. Đồng
kính chúc quý Thầy Cô, anh chị và các bạn của phòng thí nghiệm Nhiên liệu sinh học
và Biomass, Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh luôn dồi dào
sức khỏe và đạt được nhiều thành công tốt đẹp trong cuộc sống.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2018
Sinh viên thực hiện
Trần Quốc Minh Nguyên

Đồ án tốt nghiệp
i
MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................... i
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT................................................................................. iv
DANH MỤC BẢNG...................................................................................................v
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. vi
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU.....................................................................3
1.1Tổng quan về lignin...............................................................................................3
1.1.1 Cấu trúc lignocellulose.......................................................................................3
1.1.2 Tiền xử lý nguyên liệu........................................................................................8
1.1.3 Thu hồi lignin từ dịch sau xử lý .......................................................................11
1.1.4 Ứng dụng lignin ...............................................................................................16
1.2 Sơ lược về cây cao su (Hevea brasiliensis).........................................................17
1.2.1 Giới thiệu về cây cao su (Hevea brasiliensis) ..................................................17
1.2.2 Tình hình sản xuất cao su trên thế giới và Việt Nam.......................................18
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................21
2.1 Địa điểm và thời gian thực hiện..........................................................................21
2.2 Đối tượng nghiên cứu..........................................................................................21
2.3 Nội dung nghiên cứu...........................................................................................21
2.4 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị...............................................................................21
2.4.1. Hóa chất ..........................................................................................................21
2.4.2 Dụng cụ ............................................................................................................21
2.4.3 Thiết bị .............................................................................................................22

ii
2.5 Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................22
2.5.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm.....................................................................................22
2.5.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm.........................................................................23
2.5.3 Thu hồi lignin từ dịch sau tiền xử lý................................................................26
2.6 Phương pháp phân tích và tính toán....................................................................27
2.6.1 Phương pháp phân tích hàm lượng ẩm ............................................................27
2.6.2 Phương pháp phân tích thành phần cellulose, lignocellulose, lignin và hàm
lượng tro trong nguyên liệu biomass.........................................................................28
2.6.3 Phương pháp xác định hiệu suất thu hồi lignin................................................32
2.6.4. Phương pháp xử lý số và thống kê số liệu ......................................................33
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN...............................................................34
3.1 Kết quả phân tích thành phần xơ sợi của gỗ cao su:...........................................34
3.2 Kết quả khảo sát quá trình tiền xử lý ..................................................................34
3.2.1 Kết quả khảo sát nồng độ sodium hydroxide (NaOH).....................................34
3.2.2 Kết quả khảo sát tỉ lệ tác chất/nguyên liệu.......................................................36
3.2.3 Kết quả khảo sát thời gian tiền xử lý ...............................................................37
3.2.4 Kết quả khảo sát tốc độ khuấy đảo trong thời xử lý ........................................38
3.2.5 Kết quả tiền xử lý với NaOH và H2O2 riêng lẽ để đối chứng..........................39
3.2.6 Kết quả khảo sát tiền xử lý kết hợp NaOH + H2O2 + tia UV ..........................40
3.2.7 Kết quả khảo sát tiền xử lý NaOH + H2O2 + đánh siêu âm.............................40
3.2.8 Kết quả khảo sát tiền xử lý NaOH + H2O2 + áp suất.......................................42
3.2.9 Kết quả khảo sát tiền xử NaOH + H2O2 + cao áp............................................43
3.3 Kết quả khảo sát quá trình thu hồi lignin sau tiền xử lý .....................................44
3.3.1 Nồng độ lignin có trong dịch sau tiền xử lý.....................................................44
3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố pH, nhiệt độ, thời gian đến hiệu suất thu
hồi lignin từ dịch sau tiền xử lý. ...............................................................................44
3.4 Ứng dụng thử nghiệm làm phụ gia trong sản xuất giấy......................................47

iii
3.5 Kết quả chụp quang phổ hồng ngoại FTIR để xác định nhóm chức của lignin
mẫu gỗ cao su............................................................................................................47
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................49
Kết luận .....................................................................................................................49
Kiến nghị...................................................................................................................49
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................50
PHỤ LỤC....................................................................................................................1
PHỤ LỤC A: CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM................................................1
PHỤ LỤC B: SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM ......................................................................3

iv
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
AIL: Acid Insoluble Lignin
AIR: Acid Insoluble Residue
ANRPC: Association of Natural Rubber Producing Countries
ANOVA: Analysis of variance
ASL: Acid Soluble Lignin
CT: Công thức
DMSO: Dimethyl sulfoxit
DNS: Acid Dinitrosalicilic
DP: Degree of Polymerizaion
FTIR: Fourier Transform Infrared Radiation
GDP: Gross Domestic Product
NREL: National Renewable Energy Laboratory
ODW: Oven Dry Weight
SEM: Scanning Electron Microscope
UV: Ultra Violet
VRA: Vietnam Rubber Association – Hiệp hội Cao su Việt Nam

v
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Thành phần của vài loại lignocellulose…………………………………….4
Bảng 1.2 Số lượng các nhóm chức của lignin trên 100 đơn vị phenylpropane………11
Bảng 1.3 Tổng hợp các phương pháp tách chiết lignin……………………………..13
Bảng 1.4 Tình hình sản xuất, xuất nhập khẩu cao su của Việt Nam (2014 – 2016)…21
Bảng 3.1 Phần trăm (%) thành phần xơ sợi trong gỗ cao su…………………………35

vi
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc lignocellulose…………………………………………………….3
Hình 1.2. Các hợp chất cơ bản để xây dựng cấu trúc lignin…………………………4
Hình 1.3. Mô hình cấu trúc của lignin………………………………………………..5
Hình 1.4. Công thức hóa học của cellulose…………………………………………...7
Hình 1.5. Một số cơ chế phản ứng oxy hóa lignin…..………………………………10
Hình 1.6 Liên kết chính (β-O-4) trong cấu trúc lignin………………………………11
Hình 1.7. Sơ đồ quy trình chung trích ly lignin……………………………………..15
Hình 1.8. Một số ứng dụng từ lignin………………………………………………..16
Hình 1.9. Cây cao su Hevea brasiliensis...………………………………………….18
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình nghiên cứu……………………………………………….23
Hình 2.2. Sơ đồ phương pháp phân tích sơ sợi……………………………………..29
Hình 3.1. Thành phần xơ sợi của gỗ cao su…………………………………………34
Hình 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến hiệu suất tách lignin…………………35
Hình 3.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ tác chất/nguyên liệu đến hiệu suất tách lignin………36
Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất tách lignin……………………….37
Hình 3.5. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đảo đến hiệu suất tách lignin………………38
Hình 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ tác chất tiền xử lý đến hiệu suất tách lignin……39
Hình 3.7. Ảnh hưởng của tác nhân đánh siêu âm đến hiệu suất tách lignin lần lượt ở
50o
C, 60o
C, 70o
C, 80o
C trong 10 phút, 20 phút và 30 phút…………………………41
Hình 3.8. Ảnh hưởng của tác nhân áp suất, nhiệt độ đến hiệu suất tách lignin ở 121o
C
và 130o
C…………………………………………………………………………….42
Hình 3.9. Ảnh hưởng của pH môi trường đến khả năng kết tủa lignin……………..44
Hình 3.10. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất thu hồi lignin…………………………44
Hình 3.11. Lignin thu được ở pH 3 trong khoảng thời gian khác nhau…………….45
Hình 3.12. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thu hồi lignin………………….45
Hình 3.13. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi lignin……………………46
Hình 3.14. Kết quả chụp SEM cấu trúc bề mặt mẫu lignin…………………………46
Hình 3.15. Ứng dụng thử nghiệm làm giấy…………………………………………47

vii
Hình 3.16. Phổ FTIR của lignin……………………………………………….48

1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Hiện nay, các nhà khoa học trên thế giới đặc biệt quan tâm về vấn đề sử dụng
vật liệu thiên nhiên thay thế vật liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ. Trong đó, lignin từ phế
phụ phẩm đang được quan tâm nhiều bởi vì nó là nguồn sinh khối tái tạo [23].
Việt Nam là một trong những nước sản xuất cao su với sản lượng nhiều nhất
trên thế giới. Các sản phẩm từ cao su được cung cấp ngày càng nhiều hơn đã kéo theo
sự gia tăng của các phế phụ phẩm, nhưng chưa có cách giải quyết hợp lý để sử dụng
nguồn sinh khối hữu cơ một cách có hiệu quả, trong đó phải kể đến cây cao su. Sản
lượng cao su của nước ta vào năm 2017 đạt 1.086.700 tấn trên diện tích 971.600 ha
(Tạp chí cao su) dẫn đến thải ra một lượng lớn phế phụ phẩm cụ thể là cây cao su đã
hết khả năng cho nhựa, mũ. Nếu không xử lý hiệu quả những cây này sẽ gây ảnh
hưởng đến môi trường, hệ sinh thái. Hơn nữa, đây là một sự lãng phí nguồn tài nguyên.
Trong gỗ cao su chứa hơn 20% lignin, đây là hợp chất cao phân tử có nhiều
tính chất đáng quý, có khả năng ứng dụng vào nhiều lĩnh vực. Lignin đã được nghiên
cứu ứng dụng vào một số vật liệu như composite [6,7], chất kết dính [8], phụ gia bê
tông [9], … Đến nay, công trình công bố về tách lignin từ gỗ cao su rất ít, phần lớn là
những công trình công bố về phương pháp tách lignin từ rơm rạ, lúa mì và một số loại
gỗ khác.
Chính vì những lý do trên, dưới sự hướng dẫn của NCS.ThS Trần Thị Tưởng
An tôi thực hiện đề tài: “Khảo sát trích ly lignin từ gỗ cao su (Hevea brasiliensis)
bằng NaOH - H2O2 kết hợp một số phương pháp khác”.
2. Mục tiêu đề tài
Khảo sát trích ly lignin từ gỗ cao su bằng NaOH kết hợp với H2O2 và một số
phương pháp khác.
3. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài sử dụng phương pháp tham khảo các tài liệu đã được nghiên cứu trước
đó từ các bài báo khoa học đã được công bố dưới hình thức văn bản và thông tin trên
mạng. Kết quả của đề tài được xử lý và thống kê số liệu bằng phần mềm ANOVA.

2
4. Kết quả đạt được
Với mục đích khảo sát tiền xử lý mùn cưa từ gỗ cao su bằng sodium hydroxide
(NaOH) kết hợp với hydrogen peroxide (H2O2) để thu hồi lignin. Kết quả nghiên cứu
trong đề tài cho thấy phương pháp kết hợp NaOH và H2O2 có nhiều ưu điểm trong
việc tách lignin hơn khi sử dụng riêng rẽ NaOH 2% và H2O2 1%. Với điều kiện xử lý:
nồng độ H2O2 1% (w/v) trong môi trường NaOH 2% (w/v). tỉ lệ tác chất/nguyên liệu
là 7/1, thời gian 2 ngày, nhiệt độ phòng (25 – 28 o
C), tốc độ lắc 150 vòng/phút. Kết
quả thu được: lượng lignin được tách ra trong quá trình tiền xử lý đạt 16,51%. Trong
khi lượng lignin tách ra khi sử dụng riêng rẽ NaOH 2% và H2O2 1% lần lượt là
11,07%; 1,29%.
Dịch sau quá trình tiền xử lý có nồng độ lignin đạt 5,06 mg/ml. Hiệu suất thu
hồi lignin từ dịch đen bằng phương pháp acid hóa đạt 58,69% với điều kiện pH kết tụ
bằng 3, thời gian 60 phút và nhiệt độ 70 o
C.
5. Kết cấu đồ án tốt nghiệp
Đồ án tốt nghiệp gồm 3 chương:
• Chương 1: Tổng quan tài liệu (tổng quan về lignin, tiền xử lý nguyên
liệu, các phương pháp thu hồi lignin, …)
• Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu (các phương pháp tiến
hành thí nghiệm, công thức tính toán, bố trí thí nghiệm)
• Chương 3: Kết quả và bàn luận (kết quả của các thí nghiệm, nhận xét)

3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 Tổng quan về lignin
Lignin là một trong những thành phần của tế bào thực vật bao bọc xung quanh
các sợi cellulose [5]. Thông thường hàm lượng lignin khoảng 25 – 40%. Trong các
cây lá nhọn chứa 20 - 30%, trong cây lá rộng 20 – 25%, trong các cây cỏ 5 – 9%.
Trong tự nhiên, lignin chủ yếu đóng vai trò chất liên kết trong thành tế bào thực vật,
liên kết chặt chẽ với mạng cellulose và hemicellulose, vì vậy rất khó để có thể tách
lignin ra hoàn toàn [17].
1.1.1 Cấu trúc lignocellulose
Lignocellulose gồm ba thành phần chính: cellulose, hemicellulose và lignin
(hình 1.1). Tỉ lệ giữa các thành phần phụ thuộc vào nguồn lignocellulose. Ngoài ra, tỉ
lệ đó còn phụ thuộc vào tuổi, giai đoạn tăng trưởng, điều kiện sinh trưởng. Theo Hetti
Palonen, về cơ bản trong cấu trúc phân tử của lignocellulose, cellulose tạo thành
khung chính và được bao bọc bởi những chất có chức năng tạo mạng lưới như
hemicelllose và chất kết dính như lignin. Cellulose, hemicellulose và lignin sắp xếp
gần nhau và hình thành liên kết cộng hóa trị với nhau [4].
Hình 1.1. Cấu trúc lignocellulose
(UDSA Agricultural Reasearch Service)
Các mạch cellulose tạo thành các sợi cơ bản. Các sợi này gắn lại với nhau nhờ
hemicellulose tạo thành cấu trúc vi sợi, với chiều rộng khoảng 25nm. Các sợi này
được bao bọc bởi hemicellulose và lignin, giúp bảo vệ cellulose khỏi sự tấn công của

4
enzyme cũng như các hóa chất trong quá trình thủy phân [9]. Thành phần của vài loại
lignocellulose được thể hiện ở bảng 2.1.
Bảng 1.1 Thành phần của vài loại lignocellulose
Nguồn Lignin (%) Hemicellulose (%) Cellulose (%)
Cây phong 16 - 24 25 - 35 43 - 47
Gỗ mềm 25 - 31 25 - 29 40 - 44
Bã mía 20 30 40
Ngô 15 25 35
Bông 1 2 95
Sợi đay 13 14 71
Rơm rạ 15 50 30
Nguồn: Suchy and Argyropoulos, 2002; Koch,2008
1.1.1.1 Lignin
Lignin là hợp chất racemic với khối lượng phân tử lớn, có đặc tính thơm và kị
nước. Thông qua nghiên cứu xác định độ trùng hợp của lignin, người ta thấy có sự
phân đoạn trong quá trình chiết và phân tử có chứa nhiều loại tiền chất xuất hiện lặp
đi lặp lại một cách ngẫu nhiên trong đó chủ yếu là các mắt xích là dẫn xuất của
phenylpropan [5].
Cấu trúc của lignin được tạo thành chủ yếu từ ba hợp chất cơ bản sau (Hình
1.2):
Hình 1.2. Các hợp chất cơ bản để xây dựng cấu trúc lignin
(Nguồn: Moore và cộng sự,2011)
Cấu trúc của lignin đa dạng, tùy thuộc vào loại gỗ, tuổi của cây và điều kiện
địa lý. Ngoài việc được phân loại theo lignin gỗ cứng, gỗ mềm và cỏ, lignin có thể
được phân thành hai loại chính: guaiacyl lignin và guaiacyl-syringly lignin.

5
Gỗ mềm chứa chủ yếu là guaiacyl lignin, gỗ cứng chủ yếu chứa syringly.
Nghiên cứu chỉ ra rằng guaiacyl lignin hạn chế sự trương nở của xơ sợi và vì vậy loại
nguyên liệu đó sẽ khó bị tấn công bởi enzyme hơn syringly lignin [17].
Hình 1.3. Mô hình cấu trúc của lignin
(Nguồn: icfar.ca)
Những nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng lignin hoàn toàn không đồng nhất trong
cấu trúc. Lignin dường như bao gồm vô định hình và các vùng có cấu trúc hình thuôn
hoặc hình cầu. Lignin trong tế bào thực vật bậc cao hơn không có vùng vô định hình.
Các vòng phenyl trong lignin của gỗ mềm được sắp xếp trật tự trên mặt phẳng thành
tế bào. Ngoài ra, cấu trúc hóa học và cấu trúc không gian của lignin đều bị ảnh hưởng
bởi mạng polysaccharide. Việc mô hình hóa động học phân tử cho thấy rằng nhóm
hydroxyl và nhóm methoxyl trong các oligomer tiền lignin sẽ tương tác với vi sợi
cellulose cho dù bản chất của lignin là kỵ nước.

6
Nhóm chức ảnh hưởng đến hoạt tính của lignin là nhóm phenolic hydroxyl tự
do, methoxyl, benzylic hydroxyl với các rượu thẳng và nhóm carbonyl. Guaiacyl
lignin chứa nhiều nhóm phenol hydroxyl hơn syringly.
Lignin có liên kết hóa học với thành phần hemicellulose và ngay cả cellulose
(không nhiều) độ bền hóa học của những kiên kết này phụ thuộc vào bản chất liên kết
và cấu trúc hóa học của lignin và những đơn vị đường tham gia liên kết [2]. Carbon
alpha trong cấu trúc hóa phenyl propane là nơi có khả năng tạo liên kết cao nhất với
khối hemicellulose. Ngược lại, các đường nằm ở mạch nhánh như arabinose,
galactose, và acid 4-O-methylglucuronic là các nhóm thường liên kết với lignin. Các
liên kết có thể là ether, ester (liên kết với xylan qua acid 4-O-methy-D-glucuronic),
hay glycocid (phản ứng giữa nhóm khử của hemicellulose và nhóm OH phenolic của
lignin).
Cấu trúc hóa học của lignin rất dễ bị thay đổi trong điều kiện nhiệt độ cao và
pH thấp như điều kiện trong quá trình tiền xử lý bằng hơi nước. Ở nhiệt độ phản ứng
cao hơn 200 o
C, lignin bị kết khối thành những phần riêng biệt và tách ra khỏi
cellulose. Những nghiên cứu trước đây cho thấy đối với gỗ cứng, nhóm ether β-O-4
aryl bị phá trong quá trình nổ hơi. Đồng thời, đối với gỗ mềm, quá trình nổ hơi làm
bất hoạt các nhóm hoạt động của lignin ở vị trí α như nhóm hydroxyl hay ether, các
nhóm này bị oxy hóa thành carbonyl hoặc tạo cation benzylic, cation này sẽ tiếp tục
tạo liên kết C-C [2].
1.1.1.2 Cellulose
Cellulose là thành phần chính của vật liệu lignocellulose, công thức tổng quá
là (C6H10O5)n. Cellulose là một polymer mạch thẳng của D-glucose, các D-glucose
được liên kết với nhau bằng liên kết β-1,4-glucoside. Cellulose là một polymer phổ
biến nhất trên Trái Đất, độ trùng hợp đạt được 3.500-10.000 DP [9]. Các nhóm OH ở
hai đầu mạch có tính chất hoàn toàn khác nhau, cấu trúc hemiacetal tại C1 có tính
khử, trong khi đó OH tại C4 có tính chất của rượu [1].

7
Hình 1.4. Công thức hóa học của cellulose
(Nguồn: wikipedia.org)
Các mạch cellulose được liên kết với nhau nhờ liên kết hydro [19], hình thành
hai vùng cấu trúc chính là kết tinh và vô định hình. Trong vùng kết tinh, các phân tử
cellulose liên kết chặt chẽ với nhau nên khó bị tấn công bởi enzyme cũng như hóa
chất. Ngược lại, trong vùng vô định hình, cellulose liên kết không chặt chẽ nên dễ bị
tấn công [9].
1.1.1.3 Hemicellulose
Hemicellulose là một polymer phức tạp và phân nhánh có các thành phần
chính: pentose (β-D-xylose, α-L-arabinose), hexoses (β-D-mannose), β-D-glucose, α-
D-galactose) và urgonic acids (α-D-glucuronic, α-D-4-O-methyl-galacturonic) và α-
D-galacturinic acid) [14]. Cấu tạo của hemicellulose khá phức tạp và đa dạng tùy vào
nguyên liệu, tuy nhiêm có một vài điểm chung:
− Mạch chính của hemicellulose được cấu tạo từ liên kết β-(1,4).
− Xylose là thành phần quan trọng nhất.
− Nhóm thế phổ biến nhất là nhóm acetyl – O liên kết với vị trí 2 hoặc 3.
− Mạch nhánh cấu tạo các nhóm đơn giản, thông thường là disaccharide
hoặc trisaccharide. Sự liên kết này của hemicellulose với các polysaccharide và với
lignin là nhờ các mạch nhánh này. Cũng vì hemicellulose có mạch nhánh nên tồn tại
ở dạng vô định hình vì thế dễ bị thủy phân [9].

8
1.1.2 Tiền xử lý nguyên liệu
1.1.2.1 Tiền xử lý bằng kiềm
Xử lý có thể dùng NaOH, Ca(OH)2 hoặc ammoniac để tách lignin và một phần
hemicellulose. Tiền xử lý có thể thực hiện ở nhiệt độ thấp, thời gian dài hoặc nhiệt độ
cao thời gian ngắn. Tiền xử lý bằng kiềm hiệu quả hơn trên các phụ phẩm nông nghiệp
so với gỗ nguyên liệu. Vaccarino và các cộng sự đã nghiên cứu tác độn của SO2,
Na2CO3 và NaOH trên cỏ và thấy rằng lượng lignin giảm nhiều nhất với dung dịch
NaOH 1% ở 120o
C [31]. Silverstein và cộng sự nghiên cứu hiệu quả của acid sulfuric,
sodium hydroxide, hydrogen peroxide, ozon đối với thân cây bông. Họ phát hiện rằng
sodium hydroxide có kết quả tách lignin cao nhất (65% với dung dịch NaOH 2% trong
90 phút ở 121o
C) và cellulose bị thủy phân với enzyme 60,8% [24]. So với acid hoặc
các chất phản ứng oxi hóa, kiềm là phương pháp hiệu quả nhất trong việc phá vỡ sự
liên kết giữa lignin, hemicellulose và cellulose, và tránh sự phân mảnh của các
polymer hemicellulose. Tiền xử lý bằng kiềm cũng được sử dụng như một phương
pháp tiền xử lý trong sản xuất khí sinh học [16].
1.1.2.2 Tiền xử lý bằng acid
Xử lý lignocellulose bằng acid ở nhiệt độ cao. H2SO4 được nghiên cứu là chủ
yếu, trong khi các acid khác như HCl và acid nitric cũng được nghiên cứu. Tiền xử lý
acid có thể thực hiện ở nhiệt độ cao và nồng độ acid thấp hoặc nhiệt độ thấp và nồng
độ acid cao. Nhiệt độ thấp, nồng độ acid cao có lợi thế rõ ràng về mặt năng lượng so
với khi sử dụng acid loãng, nhiệt độ cao. Tuy nhiên, nồng độ acid cao (ví dụ như 30-
70%) dẫn tới ăn mòn thùng chứa và nguy hiểm. Vì vậy, quá trình này đòi hỏi các công
trình xây dựng hoặc thùng chứa kim loại chịu được ăn mòn acid cao. Sun và Cheng
đã tiền xử lý rơm lúa mạch để sản xuất bioethanol ở 120o
C với nồng độ acid sulfuric
(0,6; 0,9; 1,2 và 1,5%) thời gian 30, 60, 90 phút; Sun và Cheng thấy rằng lượng
hemicellulose mất đi tăng khi tăng nồng độ acid và thời gian lưu, tuy nhiên cellulose
hầu như không mất đi sau quá trình tiền xử lý [27].

9
1.1.2.3 Phương pháp tiền xử lý bằng sodium hydroxide (NaOH) kết hợp hydrogen
peroxide (H2O2) thực hiện trong quá trình nghiên cứu của đề tài
Đề tài chọn phương pháp hóa học để tiền xử lý gỗ cao su, với việc lựa chọn
những hóa chất và phương pháp xử lý sao cho rẻ nhất, tách được lignin tốt nhất là vấn
đề được quan tâm hàng đầu đến phương pháp tiền xử lý được nghiên cứu trong đồ án
này.
Các loại hóa chất được sử dụng trong nghiên cứu là: NaOH, H2O2 đây là những
hóa chất được sản xuất trên quy mô công nghiệp, giá thành rẻ, công nghệ sản xuất
phổ biến.
Sodium hydroxide (NaOH) là một base mạnh, đã được nhiều nhóm nghiên cứu
dùng để tách lignin ra khỏi lignocellulose. Ưu điểm của tiền lý bằng sodium hydroxide
(NaOH) là có thể giữ lại một lượng lớn glucan và xylan của lignocellulose trong pha
rắn sau tiền xử lý, như vậy lignin còn lại ở pha lỏng sẽ được tách ra hiệu quả hơn.
Hơn nữa, điều kiện tiền xử lý bằng NaOH diễn ra nhẹ nhàng, do đó ngăn ngừa sự hình
thành nhiều hợp chất độc hại như furfural và hydroxymethyl furfural (HMF).
Hydrogen peroxide (H2O2) được biết đến như là một chất oxy hóa mạnh và là
chất tẩy trắng được sử dụng trong ngành công nghiệp giấy, nó cũng có thể tăng cường
hiệu quả thủy phân đường bằng enzyme. Các gốc tự do, bao gồm superoxide và
hydroxyl từ H2O2, có thể thay đổi cấu trúc hemicellulose, loại bỏ lignin.
Phương pháp tiền xử lý kết hợp NaOH, H2O2 giúp cho việc tách lignin được
hiệu quả cao hơn sơ với tiền xử lý bằng từng chất riêng lẻ. Đánh giá hiệu quả tiền xử
lý bằng cách theo dõi các thông số: lượng lignin bị hòa tan so với lượng lignocellulose
từ gỗ cao su ban đầu.
Cơ chế phản ứng oxy hóa lignin bằng alkaline peroxide
Phản ứng phân ly H2O2 trong môi trường kiềm [18]:
Trong môi trường kiềm, H2O2 phân ly thành các anion hydroperoxide (HOO-
)
với pKa =11,6.
H2O2 → HOO-
+ H+

10
Các gốc hydroxyl (OH-
) và superoxide (O2
-
) bẻ gãy liên kết β-O-4 theo một
vài cơ chế được đề nghị như trong hình 1.5.
Hình 1.5. Một số cơ chế phản ứng oxy hóa lignin : (a) Phản ứng mở vòng
bằng gốc superoxide (O2
-.
) [30]; (b) Phản ứng bẻ gãy liên kết ether β-O-4 bằng gốc
hydroxyl OH-
[30]; (c) Phản ứng Dakin trong môi trường kiềm [21].

11
Anion hydroperoxide có thể phản ứng lại với H2O2 để tạo thành các gốc
hydroxyl (OH) và superoxide (2O-
).
H2O2 + HOO-
→ OH-
+ O2
-
+H2O2
Lignin là một hợp chất phức tạp và không đồng nhất bao gồm các cấu trúc hóa
học khác nhau đã đề cập trước đó, do cơ chế phản ứng loại bỏ lignin bằng alkaline
peroxide được mô tả bằng sự oxy hóa của liên kết ether β-O-4 do liên kết ether β-O-
4 chiếm hơn một nửa trong tổng số các liên kết tạo thành lignin (hình 1.6).
Hình 1.6. Liên kết chính (β-O-4) trong cấu trúc lignin
(Nguồn: chempics.wordpress.com)
1.1.3 Thu hồi lignin từ dịch sau xử lý
1.1.3.1 Các phương pháp thu hồi lignin
a) Phương pháp thu hồi lignin bằng acid
pKa của lignin:
Lignin là một hợp chất phức tạp có nhiều nhóm chức được thống kê ở bảng
1.2.
Bảng 1.2 Số lượng các nhóm chức của lignin trên 100 đơn vị phenylpropane
Nhóm chức Số lượng
Methoxyl 92-97
Phenolic 15-30
Benzyl alcohol 30-40
Carbonyl 10-15
Lignin có chứa 15-30 nhóm phenolic trên 100 đơn vị phenylpropane, do đó
lignin có tính acid. Phương trình phân ly của nhóm phenolic trên lignin có được viết
tượng trưng như sau:
L-OH  L-O-
+ H+
[1]

12
Ở đây L là phân tử lignin và –OH là nhóm chức phenolic của lignin. Hằng số
phân ly của nhóm phenolic:
Ka = [L−O−
][H+
]
→ pKa = -log ([L−O−
][H+
])
Giá trị pKa của nhóm phenolic phụ thuộc vào đặc điểm cấu trúc và khối lượng
phân tử của lignin, ngoài ra giá trị pKa còn phụ thuộc vào các yếu môi trường xung
quanh như nhiệt độ, nồng độ ion, dung môi sử dụng…
Cơ chế của sự keo tụ lignin:
Lignin có tính chất của hệ keo [19]. Theo thuyết ổn định tĩnh điện [26], độ bền
của lignin trong dung dịch phụ thuộc vào các lực tương tác hút và đẩy giữa chúng.
Nếu là các lực hút: Van der Waals, tương tác kỵ nước,… chiếm ưu thế thì quá trình
kết tụ sẽ xảy ra, trong trường hợp các lực đẩy tĩnh điện giữa các phân tử lignin chiếm
ưu thế, hệ lignin trong dung dịch sẽ được bền hóa.
Cơ chế quá trình kết tụ lignin bằng phương pháp acid hóa có thể được mô tả
như sau: trong môi trường khi pH > pKa (lignin), phản ứng [1] sẽ dịch chuyển theo
chiều thuận phân ly ra các anion phenolate (L-O-). Các anion phenolate mang cùng
điện tích âm đẩy nhau dẫn đến trạng thái bền của lignin. Trong điều kiện môi trường
có pH < pKa, phản ứng [1] dịch chuyển theo chiều nghịch, lúc đó các cation H+
sẽ
trung hòa điện tích âm của anion phenolate làm cho lignin trung hòa về điện. Các lực
đẩy sẽ giảm xuống và sự keo tụ sẽ xảy ra dễn đến kích thước hạt lignin tăng dần.
Trong thực tế, các giá trị pKa của các nhóm phenolic trong lignin rất đa dạng
phụ thuộc vào cấu trúc xung quanh chúng vì vậy việc khảo sát pH để quá trình kết tụ
đạt hiệu suất cao là việc cần thiết.
b) Phương pháp thu hồi lignin bằng siêu lọc
Thu hồi lignin từ dịch đen bằng phương pháp siêu lọc đã được nghiên cứu và
công bố trong những năm gần đây [18,29]. Những nghiên cứu này cho thấy siêu lọc
là một phương pháp khả thi để thu hồi lignin từ dịch sau tiền xử lý. Tuy nhiên, khi so
sánh với phương pháp acid hóa, phương pháp này đòi hỏi kỹ thuật phức tạp nên chi
phí cao.

13
1.1.3.2 Các phương pháp thu hồi lignin
Bảng 1.3 Tổng hợp các phương pháp tách chiết lignin
Năm Nhóm tác
giả
Nguyên
liệu
Phương pháp Kết quả Tài liệu tham khảo
Tên bài báo/website
1979 Alén và
cộng sự
Các loại
gỗ mềm
Sử dụng khí CO2
và tăng áp suất
Thời gian xử
lý giảm và đạt
hiệu suất thu
hồi lignin cao
Carbon dioxide
precipitation of lignin from
pine kraft black. Tappi,
1979. 62: p.108-110.
2010 ThS.Trần
Anh Tuấn
Nước
thải dịch
đen của
công
nghiệp
sản xuất
giấy
Phương pháp kết
tủa lignin bằng
acid H2SO4
Điều kiện tối
ưu cho quá
trình tách
lingin bằng
phương pháp
acid là: Acid
H2SO4 20%
Độ pH 4
Nhiệt độ lắng:
800
C
Thời gian
lắng: 45 phút
Nghiên cứu quy trình thu
hồi lignin trong nước thải
dịch đen của công nghiệp
sản xuất giấy.
Tạp chí Khoa học Công
nghệ Hàng hải Số 24 –
11/2010
2012 K.Minu
và các
cộng sự
Rơm rạ 1. Tiền xử lý với
acid loãng để loại
bỏ hemicellulose.
2. Lọc lấy phần
rắn để tiếp tục xử
lý loại bỏ lignin
với
alkaline/peroxide
(1,5% w/w
NaOH và 0,5%
w/w).
3. Dịch đen sau
tiền xử lý với
alkaline/peroxide
được điều chỉnh
pH từ 12 - 13 tới
7 để loại bỏ silica
và sau đó tiếp tục
hạ pH xuống 3 để
thu lignin.
Lignin thu
được có độ
tinh khiết cao
Isolation and purification of
lignin and silica from the
black liquor generated
during the production of
bioethanol from rice straw.
Biomass and Bioenergy,
2012. 39(0): p. 210-217
2013 Danung
Narapkde
Cây cọ
dầu
Dịch đen đã được
acid hóa bằng
Kết quả phân
tích cho thấy
Recovery, characterstics
and potenial use as

14
esakul và
các cộng
sự
acid sulfuric 4M
tới các giá trị pH
5, 4, 3, 2 để so
sánh hiệu quả kết
tụ lignin.
rằng khối
lượng lignin
thu được tăng
khi pH của
dịch đen giảm.
Khi pH 2, hiệu
suất thu hồi
lignin đạt
15,54 % tính
theo khối
lượng phế
phẩm của cây
cọ dầu.
linerboard coating material
of lignin from oil palm emty
fruit bunches’ black liquor.
Industrial Crops and
Products, 2013. 50(0): p.8-
14.
2014 Fraco
Cotana và
các cộng
sự
Chất thải
sinh học
thu được
sau quá
trình sinh
khối
ethanol
(Aruno
donax L.)
Cách 1: ADL1:
Dung dịch acid
được ly tâm để
loại bỏ hầu hết
acid thừa; các kết
tủa thu hồi được
ngâm trong nước
deionized và tcho
đến pH trung hoà.
Chất rắn sau đó
được ly tâm, và
làm khô ở 40°C.
Cách 2: ADL2:
Dung dịch acid
được xử lý bằng
nước Chất rắn
được lọc rửa về
đến khi trung
hòa. Sau đó, nó
được làm khô ở
40°C.
Cách 3: ADL3:
Dung dịch acid
được hòa tan
bằng NaOH. Sau
khi để lắng và
loại bỏ dịch, sau
đó ly tâm và làm
khô tại 40 °C.
Mẫu ADL2 là
tốt nhất.
Thành phần
của nó đã
được xác định
và nó là lignin
73% tinh
khiết, với dấu
vết của các sợi
(<2%) và vết
tích của tro
(0.5%), trong
khi nội dung
khai thác là
25%
Lignin as co-product of
second generation
bioethanol production from
ligno-cellulosic biomass.
Energy Procedia Volume
45, 2014, Pages 52-60
Link:
http://doi.org/10.1016/j.egy
pro.2014.01.007

15
2015 Deraca
Watkins
và các
cộng sự
Rơm lúa
mì, rơm
thông, cỏ
Alfalfa,
và sợi
lanh
Phân hủy acid
hữu cơ /
hydrogen
peroxide
(Hỗn hợp acid
fomic / acid
acetic / nước)
Hiệu suất
lignin (%)
Alfalfa
34,00%
Rơm rạ
22,65%
Rơm lúa mì
20,40%
Sợi lanh
14,88%
Khai thác và đặc trừng của
lignin từ các nguồn sinh
khối khác nhau.
Journal of Materials
Research and Technology
Volume 4, Issue 1, January-
March 2015, Pages 26-32
Link:
https://www.sciencedirect.c
om/science/journal/223878
54
Hình 1.7. Sơ đồ quy trình chung trích ly lignin
Nguyên liệu
Tiền xử lý
Lọc
Bã
Tủa
Rửa tủa
Huyền phù
lignin
Lignin
Sấy

16
1.1.4 Ứng dụng lignin
Hình 1.8. Một số ứng dụng từ lignin
(The University of Tennessee, Knoxville)
(a) Ứng dụng làm nhựa đường (b) Ứng dụng làm sợi carbon
(f) Ứng dụng làm xăng sinh học (g) Ứng dụng làm giấy
(c) Ứng dụng làm chất chống oxy hóa (d) Ứng dụng làm phụ gia bê tông
(e) Ứng dụng để cải thiện hiệu suất của pin

17
Do nhu cầu về nhiều sản phẩm rừng chậm, các nhà sản xuất bột giấy và giấy
đang tìm kiếm các ứng dụng mới cho các nguyên liệu có nguồn gốc từ cây. Một chất
như vậy là lignin, đó là "keo" giữ cellulose trong các mô thực vật với nhau.
Lignin là một trong ba thành phần chính được tìm thấy trong thành tế bào của
vật liệu lignocellulose tự nhiên. Lignin được sử dụng phổ biến rộng rãi như là một
sản phẩm phụ chủ yếu của một số ngành công nghiệp như sản xuất giấy, sản xuất
ethanol từ sinh khối ... Các đặc tính ấn tượng của lignin như độ phong phú cao, trọng
lượng nhẹ, thân thiện với môi trường và chất chống oxy hoá, tính chất kháng khuẩn,
và phân huỷ sinh học. Gần đây, lignin đã nổi lên như một tiềm năng thành phần cho
các ứng dụng hỗn hợp polyme, ví dụ như chất ổn định, chất bôi trơn, chất phủ, chất
làm dẻo, chất hoạt động bề mặt, và hydrogel siêu hấp thu thay cho thương mại sử
dụng [28].
Lignin còn có thể được sử dụng làm nguyên liệu tổng hợp dimetyl sulfosite
(DMSO) khi đun nóng lignin với sulfo dioxit hoặc lưu huỳnh [3].
Vanilin là sản phẩm hữu cơ quan trọng thu được bằng cách oxi hóa lignin gỗ
mềm trong môi trường kiềm, còn lignin gỗ cứng cho hỗn hợp Vanilin và Sirigandehit.
Ngoài ra, Sirigandehit có thể sử dụng trong công nghiệp dược phẩm để điều chế thuốc
ngủ [3].
1.2 Sơ lược về cây cao su (Hevea brasiliensis)
1.2.1 Giới thiệu về cây cao su (Hevea brasiliensis)
Cây cao su có tên khoa học là Hevea brasiliensis, được phân loại khoa học như
sau:
Giới (regnum) Plantae
Bộ (ordo) Malpighiales
Họ (familia) Euphorbiaceae
Phân họ (subfamilia) Crotonoideae
Chi (genus) Hevea
Loài (species) H. brasiliensis

18
Cao su là một loài cây thân gỗ thuộc về họ Euphorbiaceae và là cây có tầm
quan trọng kinh tế lớn nhất trong chi Hevea. Nó có tầm quan trọng kinh tế lớn là do
chất lỏng chiết ra tựa như nhựa cây của nó (gọi là mủ) có thể được thu thập lại như là
nguồn chủ lực trong sản xuất cao su tự nhiên.
Hình 1.9. Cây cao su Hevea brasiliensis
(Nguồn: https://nhadautu.vn/moi-cay-cao-su-15-tuoi-gia-1-trieu-d3194.html)
Ở nước ta, cây cao su được trồng khắp cả nước nhưng được trồng nhiều nhất
ở các vùng Tây Bắc, Bắc Trung Bộ, Tây Nguyên và Đông Nam Bộ (nguồn: ABS).
Năm 2017, nước ta có sản lượng cao su là 1.086.700 tấn trên diện tích 971.600 ha và
xuất khẩu 1.395.000 tấn đến hơn 80 thị trường, chiếm thị phần thế giới khoảng 12%,
chỉ sau Thái Lan (38%) và Indonesia (27%) (Tạp chí cao su).
1.2.2 Tình hình sản xuất cao su trên thế giới và Việt Nam
1.2.2.1 Tình hình sản xuất cao su trên thế giới
Theo Hiệp hội các nước sản xuất cao su thiên nhiên (ANRPC), trong quý
1/2018, nhu cầu cao su thiên nhiên toàn cầu tăng 7,6% lên 3,361 triệu tấn, trong khi
đó sản lượng tăng 3,3% lên 3,152 triệu tấn (so với 3,051 triệu tấn quý 1 năm ngoái)
do tăng ở Trung Quốc, Philippines, Thái Lan và Campuchia. Dự báo tổng cung cao
su thế giới năm 2018 sẽ đạt 14,3 triệu tấn, tăng 7,2% so với 13,341 triệu tấn năm
2017.
Với tăng trưởng GDP toàn cầu năm 2017 đạt 3,8% – cao nhất kể từ 2011, hy
vọng nhu cầu sẽ tăng thêm nữa để kích thích giá cao su thiên nhiên tăng theo. Những

19
hành động như các nước Đông Nam Á (Thái Lan, Indonesia và Malaysia) nỗ lực hạn
chế xuất khẩu cao su thiên nhiên hồi đầu năm nay cũng có thể góp phần kéo giá cao
su thiên nhiên tăng trở lại.
Giá dầu thô đang tiến dần tới mốc 80 USD/thùng và cao su tổng hợp bị giảm
dần sức hấp dẫn đối với các ngành sử dụng nguyên liệu cao su, trong đó có các hãng
sản xuất lốp xe, thúc đẩy việc tăng cường sử dụng cao su thiên nhiên. Năm 2011, khi
giá dầu thô thế giới vượt mức 100 USD/thùng, giá cao su thiên nhiên tại Ấn Độ cũng
lên cao kỷ lục 243 Rupee (3,57 USD)/kg. Nhưng kể từ đó, giá liên tiếp giảm, xuống
chỉ 95 Rupee (1,40 USD)/kg vào năm 2015. Gần đây, giá cao su thiên nhiên tại Ấn
Độ đang có xu hướng tăng trở lại, vượt mức 120 Rupee (1,76 USD)/kg sau khi dầu
thô lên mức cao nhất kể từ 2014. Việc Mỹ rút khỏi thỏa thuận hạt nhân Iran dự báo sẽ
còn khiến cho thị trường dầu mỏ nóng thêm nữa.
Về những yếu tố khác tác động lên giá cao su thiên nhiên, chuyên gia của Tổng
cục Cao su Ấn Độ (Rubber Board of India) cho biết, nhu cầu cao su thiên nhiên của
Trung Quốc và tỷ giá hối đoái cũng có vai trò quan trọng quyết định giá cao su thiên
nhiên. Trung Quốc là nước tiêu thụ cao su thiên nhiên lớn nhất thế giới, sử dụng
khoảng 40% tổng sản lượng toàn cầu. Sau nhiều thập kỷ tăng trưởng với tốc độ cao
và dựa vào xuất khẩu, kinh tế toàn cầu suy yếu đã buộc Trung Quốc phải dần chuyển
đổi nền kinh tế sang dựa vào tiêu thụ nội địa. Do đó, nhu cầu các loại hàng hóa, trong
đó có cao su, đã chậm lại. Tuy nhiên nhu cầu từ thị trường này đang ổn định dần trong
bối cảnh kinh tế đạt tốc độ tăng trưởng ổn định trong mấy quý vừa qua.
Tại Ấn Độ, tỷ giá đồng Rupee so với USD cũng có thể giúp đẩy tăng giá cao
su thiên nhiên nội địa, vì cao su nhập khẩu trở nên kém hấp dẫn hơn. Các nhà sản xuất
Ấn Độ sẽ buộc phải chuyển hướng tới các nhà sản xuất trong nước để có đủ nguyên
liệu đáp ứng nhu cầu, và điều đó sẽ có lợi cho người trồng cao su nước này. Tuy nhiên,
cao su khối tại các thị trường Đông Nam Á hiện vẫn rẻ hơn 25 – 30 Rupee (0,37 –
0,44 USD)/kg so với cao su tờ Ấn Độ. Do đó, cao su khối vẫn chiếm khoảng 70%
tổng nhập khẩu cao su của các công ty sản xuất lốp xe Ấn Độ.

20
Theo Tổng Thư ký Hiệp hội Cao su Ấn Độ, nền kinh tế lớn nhất thế giới – Mỹ
– sẽ tiếp tục tăng trưởng tốt, nhu cầu tiêu thụ các các sản phẩm như ô tô dự báo sẽ
tăng. Khi giá dầu thô tăng, cao su tổng hợp sẽ giảm sức hấp dẫn trong mắt các nhà
sản xuất, và cao su thiên nhiên sẽ trở nên hấp dẫn hơn. Kinh tế Ấn Độ tăng trưởng
cao cũng đã khiến nhu cầu cao su thiên nhiên tại đây tăng mạnh trong mấy năm qua,
vượt mức 1 triệu tấn. Giá cao su thiên nhiên trên thị trường thế giới vẫn thấp hơn so
với tại Ấn Độ nên khối lượng nhập khẩu khá lớn. Tuy nhiên đối với ngành cao su Ấn
Độ, nếu giá cao su thiên nhiên dưới 120 Rupee (1,76 USD)/kg thì vẫn rất khó khăn
cho người trồng cao su để có thể đủ trang trải chi phí sản xuất. Giá cao su cần phải
lên mức 150 Rupee (2,20 USD) mới đủ để người trồng duy trì sản xuất.
1.2.2.2 Tình hình sản xuất cao su ở Việt Nam
Việt Nam là nhà sản xuất cao su tự nhiên lớn thứ 3 thế giới, sau Thái Lan và
Indonesia, và là nước xuất khẩu cao su lớn thứ 4 thế giới, sau Thái Lan, Indonesia và
Malaysia. Thu hoạch mủ tạm ngừng trong tháng 2 – 3 hàng năm để cây tái tạo mủ.
Hoạt động cạo mủ quay trở lại vào cuối tháng 4 và đạt cao điểm vào từ tháng 11. Hơn
500 nhà xuất khẩu đang chiếm 80% tổng sản lượng cao su của Việt Nam. Việt Nam
cũng tạm nhập tái xuất cao su từ Thái Lan, Campuchia và Indonesia. Trung Quốc,
Hàn Quốc và Malaysia là những nước nhập khẩu cao su lớn nhất của Việt Nam trong
4 tháng đầu năm 2017.
Bảng 1.4. Tình hình sản xuất, xuất nhập khẩu cao su của Việt Nam (2014 – 2016)
Cao su 2016 2015 2014
Diện tích trồng (ha) 976.400 958.600 978.900
Sản lượng mủ khô – Chính
phủ/VRA* (tấn)
1.032.100 1.012.700 966.600
Nhập khẩu (tấn) 433.048 390.341 326.500
Xuất khẩu (tấn) 1.258.000 1.137.400 1.066.000
(Nguồn: www.thitruongcaosu.net)
1.3 Mục tiêu đề tài
Qua sự tham khảo của các tài liệu trên, đề tài hướng đến mục tiêu: Khảo sát
trích ly lignin từ gỗ cao su bằng NaOH - H2O2 kết hợp một số phương pháp khác.

21
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Địa điểm và thời gian thực hiện
Địa điểm thực hiện: Phòng thí nghiệm nhiên liệu sinh học và Biomass- Trường
ĐHBK TP.HCM - số 268, đường Lý Thường Kiệt, Q.10, TP.HCM.
Thời gian thực hiện: Từ 04/2018 đến 07/2018.
2.2 Đối tượng nghiên cứu
Các nghiên cứu được thực hiện trên đối tượng cây cao su đã hết cho cao su.
Cây cao su được đem đi xay nhỏ thành dạng mùn cưa ở xưởng gỗ Mộc Lâm, tỉnh
Bình Dương. Thời gian lấy mẫu: tháng 12 năm 2017.
2.3 Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu bao gồm:
- Xác định một số thành phần chính của gỗ cao su.
- Khảo sát điều kiện xử lý gỗ cao su để tách lignin bằng các tác chất (NaOH,
H2O2, NaOH + H2O2, NaOH + H2O2+ UV), nồng độ tác chất, tỷ lệ lỏng rắn (tác chất
với nguyên liệu), thời gian xử lý nguyên liệu với tác chất, siêu âm, áp suất, cao áp.
- Khảo sát điều kiện tối ưu để thu hồi lignin từ dịch xử lý.
- Ứng dụng lignin để làm giấy.
2.4 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị
2.4.1. Hóa chất
- NaOH
- H2O2
- H2SO4
- Ethanol
- Glucose
- Xylose
2.4.2 Dụng cụ
- Dụng cụ thủy tinh: becher, erlen,
bình định mức, ống nghiệm, chai lọ,
pipettle, ống đong, đĩa petri.
- Cốc sứ.
- Bình hút ẩm.
- Micropipette và tips tương ứng.
- Bông thấm.
- Nồi đun cách thủy.
- pH kế.

22
2.4.3 Thiết bị
Các thiết bị phục vụ cho quá trình nghiên cứu
- Nồi hấp tiệt trùng tự động của hãng ALP, Nhật Bản.
- Bể điều nhiệt.
- Lò nung nhiệt độ cao của hãng Nabertherm, Đức.
- Máy lắc ngang HY-4A Trung Quốc.
- Tủ sấy HN 101-1A, Trung Quốc.
- Máy siêu âm Elmasonic S 300 H, Đức.
- Cân điện tử TE 612 của hãng Sartorius, Đức.
- Cân phân tích PA 214 của hãng Ohaus, Mỹ.
- Hệ thống bơm hút chân không Gast, Mỹ.
- Máy cao áp SPAN, Mỹ.
Các thiết bị phân tích:
- Máy đo quang phổ UV-VIS-NIR V770 của hãng Jaco, Nhật Bản.
- Máy đo OD.
2.5 Phương pháp nghiên cứu
2.5.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm
Sơ đồ nghiên cứu được tóm tắt như Hình 2.1

23
- pH.
- Thời gian.
- Nhiệt độ.
.
Yếu tố khảo sát:
2.5.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm
2.5.2.1 Bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm 1: Khảo sát sự tác động kết hợp của nồng độ NaOH trong môi
trường H2O2 1% (w/v) đến khả năng tách lignin.
Cách tiến hành: Lấy 2 g bột gỗ cao su cho vào chai, bổ sung thêm 40 ml hỗn
hợp của NaOH với các nồng độ thay đổi: 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1; 2; 3% (w/v) và H2O2
1% (w/v), sau đó lắc với tốc độ 150 vòng/phút, ở nhiệt độ phòng (25 – 28 o
C), trong
Nguyên liệu
Yếu tố khảo sát:
- Nồng độ NaOH kết hợp
với H2O2 1%.
- Tỉ lệ lỏng:rắn.
- Ảnh hưởng của thời
gian.
- Tốc độ khuấy đảo.
- Kết hợp NaOH + H2O2 +
UV.
- Áp suất (NaOH + H2O2)
- Siêu âm (NaOH + H2O2)
- Cao áp (NaOH + H2O2)
Chỉ tiêu đánh
giá:
- Độ ẩm.
- Hàm lượng
glucose.
- Hàm lượng
cellulose.
- Hàm lượng tro.
- Hàm lượng lignin
(AIL +ASL)
Xử lý nguyên liệu với tác
chất
Lignin
Thu hồi lignin
Hình 2.1 Sơ đồ quy trình nghiên cứu.

24
3 giờ. Mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần, kết quả là giá trị trung bình của 3 lần đo.
Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ tác chất/nguyên liệu (ml/g) đến khả năng
tách lignin.
Cách tiến hành: Lấy 10 g bột gỗ cao su cho vào chai, bổ sung thêm V ml (với
các mức thể tích: 50; 70; 90; 110; 130 ml tương ứng với tỉ lệ tác chất/nguyên liệu:
5/1, 7/1, 9/1, 11/1, 13/1 ml/g) hỗn hợp của NaOH (sử dụng nồng độ thích hợp nhất
như đã khảo sát ở thí nghiệm 1) và H2O2 1% (w/v), sau đó cho lắc với tốc độ 150
vòng/phút, ở nhiệt độ phòng (25 – 28 o
C), trong 3 giờ. Mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần,
kết quả là giá trị trung bình của 3 lần đo.
Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiền xử lý đến khả năng tách
lignin.
Cách tiến hành: Lấy 10 g bột gỗ cao su cho vào chai, bổ sung thêm V ml (tính
theo tỉ lệ tác chất/nguyên liệu như đã khảo sát ở thí nghiệm 2) hỗn hợp của NaOH (sử
dụng nồng độ thích hợp nhất như đã khảo sát ở thí nghiệm 1) và H2O2 1% w/v. Sau
đó cho lắc với tốc độ 150 vòng/phút. Lần lượt lấy mẫu tại các thời điểm: 1 ngày; 2
ngày; 3 ngày; 4 ngày; 5 ngày, ở nhiệt độ phòng (25 - 28 o
C). Mỗi nghiệm thức lặp lại
3 lần, kết quả là giá trị trung bình của 3 lần đo.
Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy đảo đến đến khả năng
tách lignin.
đó cho lắc với tốc độ lần lượt 0, 90, 120, 150, 180 vòng/phút, với thời gian thích hợp
nhất đã khảo sát ở thí nghiệm 3, ở nhiệt độ phòng (25 – 28 o
C). Mỗi nghiệm thức lặp
lại 3 lần, kết quả là giá trị trung bình của 3 lần đo.
Thí nghiệm 5: Tiền xử lý riêng lẽ với NaOH và H2O2 đến khả năng tách lignin.
Cách tiến hành: Lấy 5 chai có đánh số từ 1 tới 5, mỗi chai cho vào 2 g bột gỗ
cao su. Lần lượt bổ sung thêm vào các chai: 1) 40 ml NaOH 1% w/v; 2) 40 ml H2O2
1% w/v; 3) 40 ml hỗn hợp của NaOH (nồng độ như đã khảo sát ở thí nghiệm 1) và

25
H2O2 1% w/v; 4) 40 ml NaOH 3% w/v; 5) 40 ml NaOH 10% w/v, sau đó cho lắc với
tốc độ 150 vòng/phút, nhiệt độ phòng, thời gian 3 giờ. Mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần,
kết quả là giá trị trung bình của 3 lần đo
Thí nghiệm 6: Tiền xử lý với sự kết hợp NaOH + H2O2 + tia UV.
Cách tiến hành: Cho 5 g bột gỗ cao su cho vào chai, bổ sung thêm V ml (tính
dụng nồng độ thích hợp nhất như đã khảo sát ở thí nghiệm 1) và H2O2 1% w/v, khởi
động đèn UV, để trong thời gian 4 giờ. Nghiệm thức lặp lại 3 lần, kết quả là giá trị
trung bình của 3 lần đo.
Thí nghiệm 7: Khảo sát tiền xử lý kết hợp NaOH + H2O2 + đánh siêu âm.
đó đặt vào máy đánh siêu âm ở các điều kiện sau: 50 o
C (trong 10 phút, 20 phút, 30
phút), 60 o
C (trong 10 phút, 20 phút, 30 phút), 70 o
C (trong 10 phút, 20 phút, 30 phút),
80 o
C (trong 10 phút, 20 phút, 30 phút). Mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần, kết quả là giá
trị trung bình của 3 lần đo.
Thí nghiệm 8: Khảo sát tiền xử lý kết hợp NaOH + H2O2 + máy autoclave.
đó cho vào máy hấp vô trùng có áp suất 1 atm và các mức thời gian, nhiệt độ sau:
121o
C (trong 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút, 60 phút), 130 o
C (trong 10
phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút, 60 phút). Mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần, kết
quả là giá trị trung bình của 3 lần đo.
Thí nghiệm 9: Khảo sát tiền xử lý kết hợp NaOH + H2O2 + máy cao áp.
Cách tiến hành: Lấy 5 g bột gỗ cao su cho vào ống cao áp. Bổ sung thêm V ml
(tính theo tỉ lệ tác chất/nguyên liệu như đã khảo sát ở thí nghiệm 2) hỗn hợp của
NaOH (sử dụng nồng độ thích hợp nhất như đã khảo sát ở thí nghiệm 1) và H2O2 1%

26
w/v. Sau đó chỉnh nhiệt độ 150 o
C trong 15 phút với áp suất duy trì là 350 psi (áp suất
ban đầu khi cho nguyên liệu vào là 200 psi). Nghiệm thức lặp lại 3 lần, kết quả là giá
trị trung bình của 3 lần đo.
2.5.2.2 Chỉ tiêu theo dõi
- Xác định hiệu suất tách lignintrong quá trình tiền xử lý theo công thức
5 ở mục 2.6.2.3.
2.5.3 Thu hồi lignin từ dịch sau tiền xử lý
2.5.3.1 Mục đích thí nghiệm
Tìm điều kiện pH, thời gian và nhiệt độ thích hợp nhất để thu hồi lignin.
2.5.3.2 Cách tiến hành
Sử dụng 200 ml dịch (pH 11 - 12) sau quá trình tiền xử lý gỗ cao su. Điều kiện
tiền xử lý được chọn ra từ kết quả khảo sát đã được tối ưu.
a) Thí nghiệm 1: Khảo sát điều kiện pH tối ưu để hiệu suất thu hồi lignin cao
nhất.
Cách tiến hành: lấy 5 hủ thủy tinh, mỗi hủ cho vào 40ml dịch (pH 11 - 12).
Lần lượt điều chỉnh pH về 5, 4, 3, 2, 1. Sau đó đặt 5 hủ này vào bể điều nhiệt ở 80 o
C
trong thời gian 60 phút sau đó lọc chân không lấy kết tủa, rửa sạch acid vô cơ bằng
nước nóng và sấy khô trong tủ sấy ở nhiệt độ 70 o
C trong 6 giờ, thu được sản phẩm
là lignin. Sản phẩm thu được đem phân tích phổ hồng ngoại IR để xác định nhóm
chức.
Mỗi nghiệm thức lập lại 3 lần, kết quả là giá trị trung bình của 3 lần đo.
b) Thí nghiệm 2: Khảo sát điều kiện thời gian tối ưu để hiệu suất thu hồi lignin
cao nhất.
Cách tiến hành: lấy 6 hủ thủy tinh, mỗi hủ cho vào 40ml dịch (pH 11 - 12).
Điều chỉnh pH về giá trị pH thích hợp như đã khảo sát ở thí nghiệm 1. Sau đó đặt 6
hủ này vào bể điều nhiệt ở 80 o
C trong thời gian lần lượt ở 0, 15, 30, 45, 60, 75 phút.
Sau đó lọc chân không lấy kết tủa, rửa sạch acid vô cơ bằng nước nóng và sấy khô
trong tủ sấy ở nhiệt độ 70 o
C trong 6 giờ, thu được sản phẩm là lignin. Sản phẩm thu
được đem phân tích phổ hồng ngoại IR để xác định nhóm chức.

27
c) Thí nghiệm 3: Khảo sát điều kiện nhiệt độ tối ưu để hiệu suất thu hồi lignin
cao nhất.
Cách tiến hành: lấy 6 hủ thủy tinh, mỗi hủ cho vào 40 ml dịch (pH 11 - 12).
Điều chỉnh pH về giá trị pH thích hợp như đã khảo sát ở thí nghiệm 1. Sau đó đặt 6
hủ này vào bể điều được điều chỉnh nhiệt độ lần lượt 40, 50, 60, 70, 80, 90 o
C trong
thời gian như đã được khảo sát ở thí nghiệm 2. Sau đó lọc chân không lấy kết tủa, rửa
sạch acid vô cơ bằng nước nóng và sấy khô trong tủ sấy ở nhiệt độ 70 o
C trong 6 giờ,
thu được sản phẩm là lignin. Sản phẩm thu được đem phân tích phổ hồng ngoại IR để
xác định nhóm chức.
2.5.3.3 Chỉ tiêu theo dõi
- Xác định hiệu suất thu hồi lignin theo công thức 5 ở mục 2.6.2.3.
2.6 Phương pháp phân tích và tính toán
2.6.1 Phương pháp phân tích hàm lượng ẩm
Phương pháp xác định độ ẩm trong mẫu nguyên liệu là dựa trên qui trình của
NREL - National Renewable Energy Laboratory, phòng thí nghiệm năng lượng quốc
gia Hoa Kỳ [33].
Trình tự các bước thực hiện thí nghiệm như sau:
- Đặt cốc sấy trong tủ sấy đối lưu ở 105 ± 3 o
C trong ít nhất 4 giờ. Sau đó
mang cốc bỏ vào bình hút ẩm và để nguội (sử dụng găng tay hoặc kẹp để di chuyển
cốc). Cân chính xác khối lượng cốc đến 0,1 mg.
- Cho 0,3 ± 0,1 g mẫu vào trong cốc, cân và ghi lại chính xác khối lượng
mẫu đến 0,1 mg sau đó dùng bút đánh dấu mẫu. Lặp lại ít nhất 3 lần đối với từng mẫu.
- Đặt cốc đã chứa mẫu vào trong tủ sấy đối lưu ở 105 ± 3 o
C trong ít nhất
4 giờ. Sau khi sấy xong, đưa cốc từ tủ sấy sang bình hút ẩm và để nguội đến nhiệt độ
phòng. Cân và ghi lại cốc chứa mẫu chính xác đến 0,1 mg.
- Đặt cốc vào trở lại tủ sấy đối lưu ở 105 ± 3 ºC và sấy đến khi khối lượng
không đổi.

28
Tính % ẩm:
% ẩm =
𝑚1−𝑚2
m
×100% (CT1)
Trong đó:
m1: khối lượng cốc và mẫu trước khi sấy
m2: khối lượng cốc và mẫu sau khi sấy
m: khối lượng mẫu ban đầu
2.6.2 Phương pháp phân tích thành phần cellulose, lignocellulose, lignin và hàm
lượng tro trong nguyên liệu biomass
2.6.2.1 Nguyên tắc của phương pháp
Phương pháp xác định các thành phần carbohydrate, lignin và tro trong mẫu
nguyên liệu là dựa trên quy trình của NREL. Quy trình này gồm 2 bước thủy phân
acid các mạch polymer cellulose và xylan thành các monomer tương ứng. Bước đầu
tiên là thủy phân bằng acid H2SO4 72% w/w ở 30 o
C trong 60 phút. Tiếp theo là thủy
phân trong acid loãng H2SO4 4,0% w/w ở 121 o
C, thời gian 60 phút trong nồi hấp
(autoclave). Lignin sẽ chia thành 2 phần: lignin hòa tan trong acid (ASL) và lignin
không hòa tan trong acid (AIL). ASL được xác định bằng phương pháp đo UV-VIS.
Phần rắn còn lại sau quá trình thủy phân (AIR) bao gồm AIL và ASH (tro) sẽ được
nung trong cốc sứ ở 600 o
C trong 9 giờ để xác định hàm lượng tro, phần khối lượng
bị mất đi sau khi nung chính là khối lượng AIL. Trải qua quá trình thủy phân mạch
cellulose và xylan sẽ bị thủy phân thành các monomer glucose và xylose tương ứng,
các monomer này tan trong dung dịch thủy phân. Định lượng glucose bằng phương
pháp DNS và cellulose bằng phương pháp Anthrone.
Quy trình phân tích xơ sợi được tóm tắt như Hình 2.2.

29
Hình 2.2. Sơ đồ phương pháp phân tích sơ sợi.
.
3 mL H2SO4 72% w/w
Sấy
Cân ghi lại
khối lượng
Nung
Cân ghi lại
khối lượng
Khối
lượng tro
Pha loãng
Đo UV-VIS tại
bước sóng 240 nm
Độ hấp thu
A
Phương
pháp DNS
Phương
pháp
Anthrone
Khối
lượng
tro+AIL
Hàm
lượng
glucose Hàm lượng
celllulose
Phần lỏng
Phần 1 Phần 2 Phần 3
600 o
C,9 giờ
Lọc chân không
Hấp tại 121o
C, 60
phút
- Khuấy từ
- 30o
C, 60 phút
Thủy phân lần 1
Thủy phân lần 2
Làm nguội
84 mL H2O
Mẫu gỗ cao su
(300,0 ± 10,0 mg)

30
Trình tự thực hiện thí nghiệm như sau:
Chuẩn bị mẫu phân tích:
- Nung cốc sứ trong lò nung 600 o
C ít nhất 4 giờ, sau đó chuyển từ lò nung sang
bình hút ẩm và để nguội trong khoảng thời gian xác định. Cân chính xác cốc sứ đến
0,1 mg và ghi lại giá trị (mcốc).
Sấy giấy lọc ở 105 o
C ít nhất 4 giờ. Sau đó cân chính xác đến khối lượng không
đổi.
- Đặt lại cốc sứ vào lò nung ở và nung cốc cho đến khi khối lượng không đổi.
- Cân 300,0 ± 10,0 mg mẫu gỗ cao su vào chai 100 ml có nắp đậy. Ghi khối
lượng mẫu lá thơm chính xác tới 0,1 mg. Đánh dấu thứ tự mẫu.
- Thêm 3 ml acid sulfuric 72% w/w vào mẫu, dùng cá từ để khuấy cho hỗn hợp
đồng đều. Đặt chai chứa mẫu phân tích vào bể điều nhiệt ở 30 ± 3o
C trong 60 phút.
- Sau khi kết thúc sự thủy phân trong 60 phút, lấy các chai ra khỏi bể điều nhiệt.
Pha loãng nồng độ acid trong ống nghiệm xuống 4% bằng cách cho thêm 84 ml H2O.
Lắc nhiều lần để dung dịch đồng nhất.
Đặt chai vào trong nồi hấp và hấp ở 121 o
C trong 60 phút.
Phân tích mẫu xác định hàm lượng lignin không hòa tan trong acid:
- Mẫu sau khi hấp được lọc chân không thu được dung dịch thủy phân.
- Chuyển dịch vào bình giữ mẫu, mẫu này được dùng để xác định thành phần
lignin hòa tan trong acid cũng như là thành phần carbohydrate.
- Rửa lại phần rắn trong cốc lọc với ít nhất 50 ml nước đề ion. Đặt giấy lọc có
phần rắn này vào cốc đã được nung đến khối lượng không đổi (ở bước chuẩn bị mẫu),
sau đó đem sấy 105 o
C cho đến khi khối lượng không đổi, thường ít nhất là 4 giờ và
đem cân khối lượng chính xác đến 0,1 mg.
- Tiếp tục đem mẫu sau sấy đi nung ở 600 °C trong 9 giờ cho đến khi mẫu thành
tro trắng và đem cân khối lượng.
Phân tích mẫu xác định hàm lượng lignin tan trong acid:

31
- Dung dịch thu được sau lọc chân không được pha loãng bằng dung dịch acid
sunfuric 4% w/w. Đo mẫu trên máy UV-Vis với bước sóng 240 nm. Lựa chọn độ hấp
thụ nằm trong khoảng từ 0,7 đến 1,0 tương ứng với hệ số pha loãng.
Phân tích xác định thành phần cellulllose và glucose:
- Phương pháp định lượng thành phần cellulose sử dụng Anthrone: cho 5mL
thuốc thử Anthrone vào ống nghiệm chứa 0,5 mL dung dịch thu được sau lọc chân
không. Sau đó nung cách thủy trong 5 phút. Làm lạnh nhanh rồi đi đo OD ở bước
sóng 630 nm.
Dựa vào đồ thị đường chuẩn cellulose xác định được hàm lượng cellulose.
- Phương pháp định lượng đường khử sử dụng thuốc thử Acid Dinitrosalicilic
(DNS): cho 3 mL dung dịch thu được vào ống nghiệm chứa 1 ml dung dich DNS.
Nung cách thủy hỗn hợp trong 15 phút. Làm lạnh nhanh rồi đo OD ở bước sóng
540nm.
Dựa vào đồ thị đường chuẩn cellulose xác định được hàm lượng glucose.
2.6.2.3 Phương pháp tính toán
a) Xác định khối lượng mẫu khô ODW (oven dry weight)
ODW = mmẫu ban đầu - mmẫu ban đầu × % ẩm, (CT2)
Trong đó:
ODW: khối lượng khô của mẫu, g.
mmẫu ban đầu: khối lượng mẫu ban đầu, g.
b) Xác định phần trăm khối lượng rắn không hòa tan trong acid AIR
(acid insoluble residue):
%AIR = 100
𝑚𝑐ố𝑐+𝐴𝐼𝑅 −𝑚𝑐ố𝑐
𝑂𝐷𝑊
(CT3)
Trong đó:
% AIR: phần trăm khối lượng rắn không hòa tan trong acid
mcốc+AIR : khối lượng cốc và mẫu sau khi sấy, g.
mcốc : khối lượng cốc đã chuẩn bị lúc đầu, g.

32
c) Xác định phần trăm khối lượng lignin không hòa tan trong acid AIL
(Acid Insoluble Lignin):
%AIL = 100
(𝑚𝑐ố𝑐+𝐴𝐼𝑅 −𝑚𝑐ố𝑐 )−(𝑚𝑐ố𝑐+𝐴𝑆𝐻−𝑚𝑐ố𝑐 )
𝑂𝐷𝑊
(CT4)
Trong đó:
% AIL: phần trăm khối lượng lignin không hòa tan trong acid.
mcốc+ASH: khối lượng cốc và mẫu sau khi nung, g.
d) Xác định phần trăm khối lượng lignin hòa tan trong acid ASL (acid
soluble lignin)
%ASL = 100
𝑈𝑉𝑎𝑏𝑠 ×𝑉𝑓 ×𝐷
𝜀×𝑂𝐷𝑊
(CT5)
Trong đó:
%ASL: phần trăm khối lượng lignin hòa tan trong acid.
UVabs: là giá trị độ hấp thu trung bình mẫu đo tại 240 nm.
Vf : Thể tích dung dịch sau lọc, mL.
D : Hệ số pha loãng mẫu (Dilution)
Hệ số hấp thu 𝜀 = 25
1
𝑔×𝑐𝑚
(đo ở bước sóng 240nm)
e) Hàm lượng lignin chứa trong mẫu
%Lignin = %AIL + %ASL (CT6)
f) Xác định phần trăm khối lượng tro
%ASH = 100
𝑚𝑐ố𝑐+𝐴𝑆𝐻 −𝑚𝑐ố𝑐
𝑂𝐷𝑊
(CT7)
Trong đó:
%ASH: phần trăm khối lượng tro.
2.6.3 Phương pháp xác định hiệu suất thu hồi lignin
Mẫu lignin sau khi thu hồi được sấy khô tại 70o
C trong thời gian 6 giờ, cân và
xác định khối lượng.
2.6.3.2 Xác định hiệu suất thu hồi lignin
Hiệu suất thu hồi lignin = 100 ×
𝑚1
𝑚2
(%) (CT8)

33
Trong đó:
m1: khối lượng lignin thu hồi được, g.
m2: khối lượng lignin có trong mẫu lỏng, g.
2.6.4. Phương pháp xử lý số và thống kê số liệu
Đề tài sử dụng hệ thống xử lý số liệu ANOVA phân tích phương sai một yếu
tố được tích hợp trong phần mềm Excel của Microsoft Office.

34
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1 Kết quả phân tích thành phần xơ sợi của gỗ cao su:
Kết quả phân tích thành phần xơ sợi của gỗ cao su với độ ẩm phân tích được
là 13,75%.
Bảng 3.1 Phần trăm (%) thành phần xơ sợi trong gỗ cao su
Tên thành phần Lignin Tro Glucose Cellulose
Phần trăm (%) 24,87 2,43 13,82 38,20
Hình 3.1 Thành phần xơ sợi của gỗ cao su
Theo kết quả phân tích thành phần xơ sợi trong gỗ cao su được thể hiện trong
bảng 3.1, có thể thấy hàm lượng cellulose chiếm 38,2% khối lượng khô của gỗ cao
su. Thành phần lignin trong gỗ cao su chiếm 24,87% thì phần lignin không tan trong
acid chiếm tỉ lệ lớn (19,38%), nguyên nhân là do sự đồng kết tủa, ngưng đọng của các
chất chiết xuất, tannin hoặc các sản phẩm biến tính từ đường (furfural) gây ra.
3.2 Kết quả khảo sát quá trình tiền xử lý
3.2.1 Kết quả khảo sát nồng độ sodium hydroxide (NaOH)
Dung dịch hydrogen peroxyde (H2O2) trong môi trường kiềm phân ly thành
các gốc hydroxyl (OH-
) và superoxyde (O2
-
) có khả năng oxy hóa để tách lignin và
thay đổi cấu trúc của hemicellulose, tuy nhiên khả năng oxy hóa của H2O2 phụ thuộc
vào pH của hỗn hợp phản ứng [25]. Hơn nữa, kiềm phá vỡ liên kết α-ete giữa lignin

35
và hemicellulose, liên kết este giữa ligin hoặc hemicellulose và các acid
hydroxycinnamic như acid p-coumaric, acid ferulic. Do đó việc khảo sát nồng độ
NaOH trong môi trường có H2O2 để tìm ra nồng độ NaOH thích hợp nhất cho phản
ứng là cần thiết. Kết quả khảo sát nồng độ NaOH trong môi trường H2O2 1% (w/v)
được thể hiện trong hình 3.2.
Hình 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến hiệu suất tách lignin
Theo kết quả xử lý số liệu ANOVA cho thấy sự sai khác về phần trăm lignin
được tách ra (P-value = 1,05×10-7
, phụ lục 2.1) giữa các nồng độ NaOH là có ý nghĩa.
Khi tăng nồng độ NaOH, hàm lượng lignin tách ra được khỏi mẫu cũng tăng,
khi tăng nồng độ NaOH từ 0,2% đến 3% thì hàm lượng lignin tăng từ 3,88% đến
13,5%. Hàm lượng lignin tách ra tăng khá chậm từ NaOH 0,2% (3,88%) đến NaOH
0,8% (8,47%). Tuy nhiên, khi tăng nồng độ NaOH từ 1% đến 2% thì hàm lượng lignin
giảm từ 8,47% xuống 6,86%. Sau đó khi tăng nồng độ NaOH lên 2% thì lượng lignin
tăng cao từ 6,86% lên 12,5%. Sau đó, khi tăng nồng độ NaOH lên 3% thì lượng lignin
tách ra tăng chậm lại, theo kết quả ANOVA thì giá trị P-value = 0,3981 (phụ lục 2.1),
chứng tỏ sự sai khác này không có ý nghĩa. Mặc dù nồng độ NaOH 3% cho kết quả
tốt nhất là lượng lignin tách ra đạt 13,5% nhưng đó là nồng độ kiềm cao hình thành
nên các hợp chất ức chế như furfural hay HMF [22]. Vì vậy, để chọn nồng độ thích
3,88
6,26
7,01
8,47
6,86
12,49
13,50
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0.2 0.4 0.6 0.8 1 2 3
Hiệu
suất
tách
lignin
(%)
Nồng độ NaOH (w/v)

36
hợp vừa đạt được hiệu quả tách lignin tốt vừa hạn chế sự hình thành các hợp chất ức
chế nên chọn dung dịch kiềm NaOH có nồng độ tương đối là 2% là thích hợp nhất.
3.2.2 Kết quả khảo sát tỉ lệ tác chất/nguyên liệu
Sau khi có được kết quả khảo sát nồng độ NaOH trong môi trường H2O2 1%
(w/v) thích hợp nhất, mục tiêu tiếp theo là tìm tỉ lệ nguyên liệu phù hợp để khi cho
lượng thể tích các chất phản ứng (NaOH và H2O2) vào nguyên liệu cho kết quả tách
lignin tốt nhất. Lượng dung môi cũng là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng
tới hiệu suất tách vì nó tác động đến lượng hòa tan cũng như sự cân bằng nồng độ
trong và ngoài nguyên liệu của chất tan.
Mục tiêu khảo sát tập trung tại các mức tỉ lệ nguyên liệu: 5/1, 7/1, 9/1, 11/1,
13/1. Theo kết quả xử lý số liệu ANOVA cho thấy ảnh hưởng của tỉ lệ tác chất/nguyên
liệu (P-value = 0,03; phụ lục 2.2) ảnh hưởng đến phần trăm lignin tách ra là có ý
nghĩa. Kết quả được thể hiện trong hình 3.3 cho thấy khi tỉ lệ nguyên liệu tăng từ 5/1
đến 7/1, hiệu suất tách lignin tăng cao từ 11,70% đến 13,72%. Có thể thấy do lượng
tác chất cho vào phản ứng đối với các mức tỉ lệ nguyên liệu 5/1 không đủ để tách
lignin tốt nhất.
Hình 3.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ tác chất/nguyên liệu đến hiệu suất tách lignin
Mặt khác, khi tăng tỉ lệ nguyên liệu từ 7/1 đến 11/1, hiệu suất tách lignin lại
giảm, cụ thể là: 12,95% và 9,24% tương ứng với tỉ lệ 9/1 và 11/1; trong đó có thể thấy
11,70
13,72
12,95
9,24 9,36
0
2
4
6
8
10
12
14
16
5/1 7/1 9/1 11/1 13/1
Hiệu
suất
tách
lignin
(%)
Tỉ lệ tác chất/nguyên liệu (ml/g)

37
rõ sự giảm mạnh khi tăng tỉ lệ từ 9/1 đến 11/1. Khi tăng tỉ lệ từ 11/1 đến 13/1 thì kết
quả có sự tăng nhẹ từ 9,24% đến 9,36%. Tuy nhiên điều này là phù hợp với lý thuyết
vì khi tăng tỉ lệ nguyên liệu, lượng tác chất tăng dẫn đến lượng lignin được tách ra
tăng, tuy nhiên khi đạt đến giá trị bão hòa thì lượng lignin sẽ giảm dần hoặc không
thay đổi đáng kể nếu tiếp tục tăng lượng tác chất cho vào [22], điều này dẫn đến không
có hiệu quả về mặt kinh tế.
Từ những nhận xét và kết quả nêu trên, chọn tỉ lệ tác chất/nguyên liệu phù hợp
thích hợp nhất là 7/1 ml/g để tiếp tục khảo sát thời gian tiền xử lý.
3.2.3 Kết quả khảo sát thời gian tiền xử lý
Hydrogen peroxyde (H2O2) là một chất kém bền trong môi trường kiềm [25].
Vì thế cần tìm thời gian sao cho phản ứng oxy hóa lignin bằng các gốc hydroxyl (OH-
-
) sinh ra từ H2O2 đạt điểm dừng.
Dựa vào kết quả xử lý số liệu ANOVA (P-value = 0,043, phụ lục 2.3), cho thấy
thời gian ảnh hưởng đến lượng lignin được tách ra là có ý nghĩa.
Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất tách lignin
Kết quả từ hình 3.4 cho thấy lượng lignin tách ra tăng ra theo thời gian, cụ thể:
12,46%; 15,05% tương ứng với thời gian tiền xử lý là 1 ngày và 2 ngày. Tuy nhiên
khi tiếp tục tăng thời gian từ 2 ngày đến 5 ngày thì lượng lignin giảm dần, cụ thể là
14,49%; 14,12%; 13,93% tương ứng với các mốc thời gian tiền xử lý 3 ngày, 4 ngày,
12,46
15,05
14,49 14,12 13,93
0
2
4
6
8
10
12
14
16
1 2 3 4 5
Hiệu
suất
tách
lignin
(%)
Thời gian (ngày)

38
5 ngày. Lượng lignin tách ra giảm dần theo thời gian là do H2O2 kém bền trong môi
trường kiềm, lượng các gốc hydroxyl (OH-
-
) sinh ra từ H2O2 giảm
dần theo thời gian, do đó kéo theo tốc độ oxy hóa giảm dần. Đây có thể là do thời
gian dài có khả năng gây phân hủy một phần nhỏ lignnin.
Vì thế chọn 2 ngày với hiệu suất tách lignin cao nhất là thời gian thích hợp
nhất để tiền xử lý bằng NaOH kết hợp với H2O2.
3.2.4 Kết quả khảo sát tốc độ khuấy đảo trong thời gian xử lý
Hình 3.5. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đảo đến hiệu suất tách lignin
Theo kết quả xử lý số liệu ANOVA (P-value = 0,000361, phụ lục 2.4) cho thấy
sự sai khác về phần trăm tách lignin giữa các tốc độ khuấy đảo khác nhau là có ý
nghĩa.
Dựa vào kết quả khảo sát từ hình 3.5, lượng lignin tách ra tăng khi tăng tốc độ
khuấy đảo từ 0 vòng/phút, 90 vòng/phút, 120 vòng/phút đến 150 vòng/phút, cụ thể là:
12,46; 16,27; 16,45; 16,51%. Từ kết quả trên có thể thấy lượng lignin tách ra tăng
nhờ sự tác động vật lý, giúp tác chất với nguyên liệu được đảo đều nhờ vậy phản ứng
diễn ra dễ dàng và hiệu quả hơn. Tuy vậy, khi tăng tốc độ khuấy đảo lên 180 vòng/phút
thì lượng lignin tách ra giảm (16,21%), điều này có thể do trong thời gian dài kết hợp
với sự khuấy đảo quá lớn cùng với tác chất tiếp xúc nhiều với không khí dẫn đến oxy
hóa H2O2 nên hiệu quả tách lignin giảm đi.
12,46
16,27 16,45 16,51 16,21
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 90 120 150 180
Hiệu
suất
tách
lignin
(%)
Tốc độ khuấy đảo (vòng/phút)

39
Vì vậy, chọn tốc độ khuấy đảo 150 vòng/phút là phù hợp nhất để tiền xử lý
bằng NaOH kết hợp với H2O2.
Từ kết quả khảo sát nồng độ NaOH (mục 3.2.1), tỉ lệ nguyên liệu (mục 3.2.2),
thời gian tiền xử lý (mục 3.2.3) và tốc độ khuấy đảo (mục 3.2.4) chọn ra được điều
kiện xử lý tối ưu là: nồng độ NaOH 2% (w/v), tỉ lệ nguyên liệu 7:1, thời gian xử lý 2
ngày và tốc độ khuấy đảo là 150 vòng/phút. Kết quả tiền xử lý đạt được là 16,51%
lignin được tách ra.
3.2.5 Kết quả tiền xử lý với NaOH và H2O2 riêng lẽ để đối chứng
Hình 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ tác chất tiền xử lý đến hiệu suất tách lignin
Kết quả khảo sát từ hình 3.6 cho thấy rằng so với phương pháp kết hợp NaOH
(2%) và H2O2 (1%) thì lượng lignin tách ra sau cùng là 24,14%. Trong khi NaOH
(2%) và H2O2 (1%) riêng lẽ thấp hơn đáng kể (11,07% và 1,29%). Điều này khẳng
định một lần nữa, H2O2 có khả năng oxy hóa lignin tốt hơn trong môi trường kiềm.
Mặt khác, khi tăng nồng độ NaOH sử dụng từ 2% lên 3%, lượng lignin tách ra
tăng từ 11,07% đến 12,22%; khi tăng nồng độ NaOH từ 3% lên 10%, lượng lignin
tách ra giảm từ 12,22% xuống 9,09%, khi tăng nồng độ lên như vậy thì lượng lignin
tách ra vẫn thấp hơn khi sử dụng kết hợp NaOH 2% và H2O2 1% (24,14%). Điều này
cho thấy phương pháp kết hợp NaOH và H2O2 có ý nghĩa rất lớn về mặt kinh tế khi
giảm nồng độ NaOH sử dụng mà hiệu quả tách lignin vẫn cao hơn rất nhiều. Nhìn ở

40
khía cạnh môi trường, giảm lượng NaOH sử dụng sẽ giảm thiểu ô nhiễm khí thải bởi
dịch sau tiền xử lý ra môi trường [37].
Qua những phân tích nêu trên, nhận thấy rằng phương pháp kết hợp NaOH và
H2O2 có nhiều ưu điểm vượt trội như: hiệu quả loại bỏ lignin cao, đảm bảo tính kinh
tế và thân thiện môi trường. Điều này rất thích hợp để áp dụng trong thực tế và nhất
là trong quy mô công nghiệp.
3.2.6 Kết quả khảo sát tiền xử lý kết hợp NaOH + H2O2 + tia UV
Lượng lignin tách ra khi chiếu tia UV trong 4 giờ đạt 14,87%, gần bằng với
hiệu suất tách lignin tối ưu nhất (16,51%). Các photon UV, do có nhiều năng lượng
hơn, nên có thể gây ra hiện tượng ion hóa – quá trình tách electron ra khỏi các nguyên
tử và tạo ra một khoảng trống. Khoảng trống này gây ảnh hưởng đến cách thành phần
sinh học của nguyên tử và khiến chúng phá vỡ các liên kết hóa học (Wikipedia), cùng
với NaOH và H2O2 thì trong trường hợp này phá vỡ các liên kết giữa hemicellulose
và lignin, giúp tách lignin ra khỏi nguyên liệu. Do thời gian có hạn nên đề tài chỉ khảo
sát với một điều kiện là chiếu tia UV trong 4 giờ. Bên cạnh đó, nếu xét về mặt kinh
tế và về tuổi thọ của đèn hoạt động ở thời gian dài sẽ ảnh hưởng đến quá trình thực
hiện nên trường hợp này không khả thi.
3.2.7 Kết quả khảo sát tiền xử lý NaOH + H2O2 + đánh siêu âm
Theo kết quả xử lý số liệu ANOVA ở các điều kiện 50o
C (P-value = 0,030),
60o
C (P-value = 0,025), 70o
C (P-value = 0,042), 80o
C (P-value = 0,047) cho thấy sự
sai khác về thời gian tách lignin là có ý nghĩa (phụ lục 2.6).
Kết quả ở điều kiện 50 o
C cho thấy lượng lignin tách ra tăng khi tăng thời
gian, cụ thể là: từ 15,97% lên 17,11% tương ứng ở 10 phút và 20 phút. Nhưng khi
tăng thời gian lên 30 phút, lượng lignin lại giảm từ 17,11% xuống 13,61%.
Kết quả ở điều kiện 60 o
C cho thấy lượng lignin tách ra tăng khi tăng thời gian
từ 10 phút, 20 phút đến 30 phút, cụ thể là: 7,92%; 11,94%; 12,67%.
Ở điều kiện 70 o
C, lượng lignin tách ra tăng từ 8,46% lên 11,53% tương ứng
trong 10 phút và 20 phút. Khi tăng thời giân lên 30 phút, lượng lignin tách ra lại giảm,
cụ thể là: từ 11,53% xuống 10,59%.

41
Hình 3.7. Ảnh hưởng của tác nhân đánh siêu âm đến hiệu suất tách lignin lần lượt ở
50o
C (a), 60 o
C (b), 70 o
C (c), 80 o
C (d) trong 10 phút, 20 phút và 30 phút.
Ở điều kiện 80o
C, lượng lignin tách ra tăng khi tăng thời gian từ 10 phút, 20
phút đến 30 phút, cụ thể là: 10,46%; 10,52%; 14,54%.
Nguyên lý của phương pháp đánh siêu âm là nhờ hiệu ứng tạo lỗ gây ra bởi
đưa sóng siêu âm vào dung dịch xử lý chứa enzyme tăng cường mạnh mẽ sự vận
chuyển các đại phân tử enzyme về phía bề mặt của cơ chất. Ngoài ra, tác động cơ học
gây ra bởi sự phá vỡ các bọt rỗng cũng mang lại một tác dụng quan trọng để làm tăng
diện tích bề mặt của các cơ chất rắn tạo thuận lợi cho hoạt động của enzyme, bên cạnh
đó, hiệu ứng tạo lỗ tối đa xảy ra ở 50 °C, đây là nhiệt độ tối ưu đối với nhiều enzyme.
Từ các kết quả và nhận xét trên, khi so sánh với lượng lignin tách ra ở điều
kiện tối ưu khảo sát được (16,51%) thì chỉ có tác nhân siêu âm ở 50o
C trong 20 phút
15,97
17,11
13,61
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
10 20 30
Hiệu
suất
tách
lignin
(%)
(a) Thời gian (phút)
7,92
11,94
12,57
0
2
4
6
8
10
12
14
10 20 30
Hiệu
suất
tách
lignin
(%)
(b) Thời gian (phút)
10,46 10,52
14,54
0
2
4
6
8
10
12
14
16
1 2 3
Hiệu
suất
tachslignin
(%)
(d) Thời gian (phút)
8,46
11,53
10,59
0
2
4
6
8
10
12
14
10 20 30
Hiệu
suất
tách
lignin
(%)
(c) Thời gian (phút)

42
cho hiệu suất cao hơn (17,11%). Qua đó, có thể thấy phương pháp tiền xử lý bằng
siêu âm khả thi, làm tiền đề cho các nghiên cứu sau phát triển.
3.2.8 Kết quả khảo sát tiền xử lý NaOH + H2O2 + áp suất
Theo kết quả xử lý số liệu ANOVA ở điều kiện 121 o
C (P-value = 0,017) và
130 o
C (P-value = 0,01834) cho thấy sự sai khác về thời gian tách lignin là có ý nghĩa.
Dựa vào kết quả hình 3.8, lượng lignin tách ra ở nhiệt độ 121 o
C tăng khi tăng
thời gian từ 10 phút, 20 phút đến 30 phút, cụ thể là: 14,03; 15,32; 22,45%. Nhưng khi
tăng thời gian lần lượt từ 40 phút, 50 phút đến 60 phút thì lượng lignin tách ra tăng
giảm không đồng đều, cụ thể là: 16,91; 20,73; 15,49%.
Hình 3.8. Ảnh hưởng của tác nhân áp suất, nhiệt độ đến hiệu suất tách lignin ở
121o
C (a) và 130 o
C (b).
14,03
15,31
22,45
16,91
20,73
15,49
0
5
10
15
20
25
10 20 30 40 50 60
Hiệu
suất
tách
lignin
(%)
(a) Thời gian (phút)
25,40 25,56
9,70
18,72
13,43
22,16
0
5
10
15
20
25
30
10 20 30 40 50 60
Hiệu
suất
tách
lignin
(%)
(b) Thời gian (phút)

43
Dựa vào kết quả từ hình 3.8, lượng lignin tách ra ở nhiệt độ 130 o
C tăng khi
tăng thời gian từ 10 phút đến 20 phút, cụ thể là 22,40% và 25,56%. Nhưng khi tăng
thời gian lên 30 phút, 40 phút, 50 phút đến 60 phút thì lượng lignin tách ra giảm không
đồng đều, cụ thể là: 9,70; 18,72; 13,43; 22,16%.
Phương pháp dùng máy autoclave cho hiệu suất cao là nhờ vào việc duy trì áp
suất ở 1 atm khiến các phân tử bị nén trong một thể tích nhất định cùng với việc tăng
nhiệt độ làm các phân tử này chuyển động nhanh hơn. Do đó các liên kết giữa
hemicellulose và lignin bị phá vỡ, góp phần tách lignin ra một cách dễ dàng. Việc
lượng lignin tách ra tăng giảm không đồng đều có thể được giải thích là do khi nhiệt
độ trong nồi hấp autoclave tăng cao cùng với việc lượng gỗ cao su bắt đầu hấp thụ
nước từ lượng tác chất NaOH + H2O2 rồi trương nở khiến lượng nguyên liệu gỗ này
dính lên thành và miệng bình chứa, làm cho lượng tác chất không thể tác dụng hoàn
toàn với nguyên liệu trong suốt quá trình hấp.
Từ các kết quả và nhận định trên, lượng lignin tách ra ở điều kiện 130 o
C trong
thời gian 20 phút cho kết quả tốt nhất (25,56%). Khi so sánh lượng lignin tách ra từ
điều kiện tối ưu khảo sát được (16,51%) thì phương pháp khảo sát tiền xử lý bằng áp
suất cho kết quả cao hơn (25,56%) nhưng phương pháp này không khả thi vì phải
thực hiện ở nhiệt độ cao và sau mỗi lần làm phải cho máy nghỉ ở thời gian nhất định,
nếu làm liên tục sẽ giảm tuổi thọ máy và nguy cơ cháy nổ xảy ra cao khi máy cần đến
một lượng lớn năng lượng điện mỗi lần thực hiện.
3.2.9 Kết quả khảo sát tiền xử NaOH + H2O2 + cao áp
Lượng lignin tách ra ở điều kiện 150 o
C, áp suất 350 psi (≈23,8 atm) trong 15
phút là 4,15%. Tương tự với phương pháp dùng máy autoclave nhưng máy cao áp có
áp suất lớn hơn, do đó không chỉ phá vỡ các liên lết của hemicellulose và lignin mà
phá vỡ các liên kết giữa các phân tử lignin, cắt nhỏ mạch lignin. Do đó làm hiệu suất
tách lignin không hiệu quả. Khi so sánh với điều kiện tố ưu khảo sát được (16,51%)
thì phương pháp này cho kết quả thấp hơn (4,15%), bên cạnh đó mỗi lần thực hiện
lượng nguyên liệu cho vào chỉ tương đối thấp nên khả năng của phương pháp này
không khả thi.

44
3.3 Kết quả khảo sát quá trình thu hồi lignin sau tiền xử lý
3.3.1 Nồng độ lignin có trong dịch sau tiền xử lý
Dựa vào kết quả khảo sát đã được tối ưu sau quá trình tiền xử lý, lượng lignin
được tách ra đạt 16,51% so với lượng lignin có trong gỗ cao su trước khi tiền xử lý.
Theo kết quả tính toán, nồng độ lignin có trong dịch lỏng là 5,06 mg/ml.
3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố pH, nhiệt độ, thời gian đến hiệu suất thu
hồi lignin từ dịch sau tiền xử lý.
3.3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của giá trị pH đến hiệu suất thu hồi lignin.
Hình 3.9. Ảnh hưởng của pH môi trường đến khả năng kết tủa lignin (theo
thứ tự pH 5, 4, 3, 2, 1 giảm dần từ trái sang phải)
Hình 3.10 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất thu hồi lignin
Từ kết quả khảo sát được ở hình 3.10, ta thấy được hiệu suất thu hồi lignin phụ
thuộc vào giá trị pH. Kết quả cho ta thấy hiệu suất thu hồi lignin tăng khi pH giảm
dần từ pH 5 xuống pH 3, cụ thể là tăng từ 23,63% đến 52,82%. Khi giảm từ pH 3
xuống pH 1 hiệu suất thu hồi lignin tăng từ 52,82% đến 58,04%. Nhưng theo kết quả
xử lý số liệu ANOVA giữa pH 3 – 2 (P-value = 0,927) và pH 2 – 1 (P-value = 0,485)
23,63
44,12
52,82 52,98
58,04
0
10
20
30
40
50
60
70
5 4 3 2 1
Hiệu
suất
thu
hồi
lignin
(%)
Giá trị pH môi trường

45
thì hiệu suất thu hồi lignin thì việc tăng này là không có ý nghĩa (phụ lục 2.8). Như
vây, chọn pH 3 là pH tối ưu cho quá trình thu hồi lignin.
3.3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của yếu tố thời gian đến hiệu suất thu hồi lignin
Hình 3.11. Lignin thu được ở pH 3 trong khoảng thời gian xử lý khác nhau: 0 phút,
15 phút, 30 phút, 45 phút, 60 phút, 75 phút.
Hình 3.12. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thu hồi lignin
Từ kết quả hình 3.12 cho thấy thời gian lắng 60 phút là tối ưu do lượng lignin
tách ra tương đối cao (51,02%). Khi thời gian lắng ngắn hơn 60 phút thì lignin chưa
lắng hết vẫn còn tồn tại ở dạng huyền phù khó tách khỏi hỗn hợp, khi thời gian dài
46,97
47,49
49,22
50,24
51,02
49,73
44
45
46
47
48
49
50
51
52
0 15 30 45 60 75
Hiệu
suất
thu
hồi
lignin
(%)
Thời gian (phút)

46
hơn 60 phút lượng lignin lại giảm do thòi gian quá lâu phần lớn lignin đã bị cắt ngắn
nên khó kết tủa. Như vậy, chọn 60 phút là thời gian tối ưu cho quá trình thu hồi lignin.
3.3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi lignin
Hình 3.13. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi lignin
Kết quả khảo sát được thể hiện ở hình 3.14, cho thấy hiệu suất thu hồi lignin
tăng từ 40 o
C đến 70 o
C, cụ thể là: 24,95%; 30,06%; 48,35%; 58,69%. Ta nhận thấy
hiệu suất thu hồi ở 70 o
C là tối ưu nhất. Khi nhiệt độ lên đến 80 o
C và 90 o
C thì hiệu
suất thu hồi lignin giảm.
Hình 3.14. Kết quả chụp SEM cấu trúc bề mặt mẫu lignin ở điều kiện pH 3,
60 phút và 70 o
C
24,95
30,06
48,35
58,69
51,59
44,01
0
10
20
30
40
50
60
70
40 50 60 70 80 90
Hiệu
suất
thu
hồi
lignin
(%)
Nhiệt độ (độ C)

47
Từ kết quả khảo sát các yếu tố pH (mục 3.3.2.1), thời gian (mục 3.3.2.2), nhiệt
độ (mục 3.3.2.3) chọn ra điều kiện tối ưu là: pH 3, thời gian 60 phút và nhiệt độ là
70o
C.
3.4 Ứng dụng thử nghiệm làm phụ gia trong sản xuất giấy
Quy trình ứng dụng thử nghiệm làm giấy:
Trộn bã mía, nước và vôi 5% vào trong thau ngâm khoảng 24 giờ, sau đó rửa
và phơi bã mía ở nhiệt độ 29-30 o
C. Khi bã mía được phơi khô thì đem xay nhuyễn
thành dạng bột. Tiếp theo trộn bột mía với lignin thu được ở dạng huyền phù theo tỉ
lệ thích hợp, rồi trải đều trên bìa kiếng và sấy ở nhiệt độ 40 o
C.
Hình 3.15. Ứng dụng thử nghiệm làm giấy
Từ kết quả thử nghiệm được thể hiện ở hình 3.16, mẫu giấy khô, dễ bị vỡ. Từ
kết quả mẫu giấy thu được có thể chứng minh lignin có tính kết dính, thích hợp với
vai trò làm phụ gia trong sản xuất giấy và có thể ứng dụng trên nhiều lĩnh vực khác.
3.5 Kết quả chụp quang phổ hồng ngoại FTIR để xác định nhóm chức của lignin
mẫu gỗ cao su
Các hấp thụ của mỗi dạng liên kết (N-H, C-H, O-H, C-X, C=O, C-O, C-C,
C=C, C≡C, C≡N,…) chỉ xuất hiện trong vùng nhỏ của phổ IR. Mỗi vùng phổ IR có
thể xác định cho mỗi dạng liên kết, ngoài vùng này, hấp thụ thường thuộc về dạng
liên kết khác. Chẳng hạn, hấp thụ bất kỳ trong vùng 3000 ± 150 cm-1
luôn thuộc về

48
liên kết C-H trong khi hấp thụ trong vùng 1715-1750 cm-1
là do sự có mặt của liên
kết C=O (nhóm cacbonyl),… Cường độ hấp thụ IR được biểu diễn theo tung độ của
phổ IR, trong đó sử dụng độ truyền qua (% T) hoặc độ hấp thụ (A) [31].
Hình 3.16. Phổ FTIR của lignin
Nhìn vào hình (hình 3.15), mẫu gỗ cao su sau khi chụp FTIR có bước sóng
3442.72 cm-1
nằm trong khoảng 3000 – 3500cm-1
là do có nước trong gỗ, bước sóng
1017.36 – 1103.24 cm-1
là của các nhóm ete (R-O-R) và mạch C – C vòng, từ 1326.75
– 1413.11cm-1
là mạch carbon tự do, từ 1638.94 – 1737.31cm-1
là mạch gỗ có nhóm
methoxyl (-OCH3).

49
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Điều kiện tiền xử lý gỗ cao su sử dụng NaOH 2% w/v trong môi trường H2O2
1% w/v, tỉ lệ tác chất/nguyên liệu là 7/1, trong thời gian 2 ngày, nhiệt độ phòng (25 –
28 o
C), tốc độ khuấy đảo 150 vòng/phút. Sau quá trình tiền xử lý hiệu suất tách lignin
đạt 16,51%.
1% w/v kết hợp chiếu tia UV trong 4 giờ có hiệu suất tách lignin là 14,87%.
1% w/v kết hợp đánh siêu âm ở 50 o
C trong 20 phút có hiệu suất tách lignin cao nhất
là 17,11%.
1% w/v kết hợp áp suất 1 atm, ở 130 oC trong 20 phút cho hiệu suất tách lignin cao
nhất là 25,56%.
1% w/v kết hợp cao áp có áp suất 350 psi (≈23,8 atm) trong 15 phút có hiệu suất tách
lignin là 4,15%.
Điều kiện thu hồi lignin chỉnh dịch sau tiền xử lý về pH 3,sau đó đặt vào bể
điều nhiệt ở 70 o
C trong 60 phút. Hiệu suất thu hồi lignin đạt 58,69%.
Kiến nghị
Người thực hiện đề tài kiến nghị tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu trên
nhiều đối tượng vật liệu bằng nhiều phương pháp, thiết bị hiện đại khác để góp phần
nâng cao hiệu suất tách và thu hồi lignin, từ đó ứng dụng vào nhiều lĩnh vực góp phần
nâng cao chất lượng sống cho xã hội và đất nước.

Khảo sát trích ly lignin từ gỗ cao su (hevea brasiliensis) bằng na oh h2o2 kết hợp một số phương pháp khác

Khảo sát trích ly lignin từ gỗ cao su (hevea brasiliensis) bằng na oh h2o2 kết hợp một số phương pháp khác

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Khảo sát trích ly lignin từ gỗ cao su (hevea brasiliensis) bằng na oh h2o2 kết hợp một số phương pháp khác

Similar to Khảo sát trích ly lignin từ gỗ cao su (hevea brasiliensis) bằng na oh h2o2 kết hợp một số phương pháp khác (20)

More from TÀI LIỆU NGÀNH MAY

More from TÀI LIỆU NGÀNH MAY (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Khảo sát trích ly lignin từ gỗ cao su (hevea brasiliensis) bằng na oh h2o2 kết hợp một số phương pháp khác