Nghiên cứu biến tính Xenluloza từ rơm rạ để hấp phụ xăng trong nước

Với mục đích biến tính phụ phẩm từ rơm, rạ để xử lý dầu tràn, váng dầu nổi trên mặt nước, nhóm sinh viên gồm 05 thành viên đến từ khoa Công nghệ Hóa đã thực hiện thành công đề tài “Nghiên cứu biến tính xenluloza từ rơm rạ để hấp phụ xăng trong nước”. Đề tài đạt giải Nhất Sinh viên Nghiên cứu khoa học năm 2021 của Đại học Công nghiệp Hà Nội.

Chia sẻ về cơ duyên lựa chọn nghiên cứu này, sinh viên năm thứ tư, bạn Vũ Trọng Hoạt - Trưởng nhóm nghiên cứu cho biết, trong một lần nghe thầy cô giảng về biến tính Xenluloza từ rơm rạ có thể hấp phụ xăng trong nước, nhóm rất ngạc nhiên về công dụng xử lý môi trường của nguyên liệu này.

Mong muốn có thể cải tiến, tạo nên một loại vật liệu có khả năng giúp xử lý nguồn nước bị tác động bởi xăng dầu, Vũ Trọng Hoạt cùng 4 người bạn cùng khóa của mình gồm Nguyễn Văn An, Tô Đăng Hùng, Trần Đức Phú, Nguyễn Thị Thu Trang đã tập trung nghiên cứu biến tính Xenluloza từ rơm rạ để hấp phụ xăng trong nước. Nhóm được sự hướng dẫn và hỗ trợ từ PGS.TS. Nguyễn Thế Hữu - Phó Trưởng khoa Công nghệ Hóa.

Nhóm nghiên cứu thu gom rơm rạ cho quy trình thực nghiệm

Nắm bắt được thành phần chính của rơm rạ là Xenluloza và Lignin, trong đó có Xenluloza chứa nhiều nhóm OH, thuận lợi cho khả năng hấp phụ thông qua liên kết hyđro. Các liên kết Hydro trong sợi Xenluloza liên kết với nhau rất chặt chẽ tạo thành một hệ thống mạng liên kết dày đặc và bền vững, điều này khiến cho sợi Xenluloza không tan trong nước và hầu hết các dung môi hữu cơ thông thường.

Quy trình tách Xenluloza từ rơm rạ

Nhóm nghiên cứu chuẩn bị dung dịch NaOH (khảo sát theo các nồng độ NaOH khác nhau) trong 500ml nước cất, khuấy liên tục cho đến khi tan hoàn toàn. Rồi từ lượng rạ đã chuẩn bị trước đó cân 10g±0,1g rạ tuyệt đối chính xác đến milligram. Sau đó, cho lượng rạ này vào dung dịch NaOH rồi cho vào tủ sấy ở 50-60℃ trong 24h., để nguội hỗn hợp rồi chắt hết phần rạ qua phễu lọc, rửa lại bằng nước cho đến khi hết sạch NaOH (thử bằng Phenolphthalein cho đến khi hết màu hồng). Sấy Xenluloza ở 90℃ đên khối lượng không đổi.

Các mẫu Xenluloza sau khi được sấy khô

Tiếp theo, nhóm tiến hành khảo sát tách Lignin khỏi rơm, rạ để thu hồi xenluloza dạng sợi bằng cách thử nghiệm trên 4 mẫu rạ với khối lượng bằng nhau và nồng độ NaOH khác nhau trong 500ml nước cất. Sau đó đánh giá kết quả thu được bằng ngoại quan.

Quy trình tổng hợp sắt từ lên Xenluloza

Sau quá trình tách Lignin và thu hồi được Xenluloza từ rơm, rạ là quy trình tổng hợp sắt từ lên trên bề mặt của Xenluloza.

Quy trình tổng hợp sắt từ lên Xenluloza

Vật liệu hấp phụ được tổng hợp theo sơ đồ bằng cách pha NaOH với cùng nồng độ với FeCl3 từ từ vào dung dịch FeCl3. Sau đó điều chỉnh pH của dung dịch về 6,5 đến 7 bằng dung dịch HCl 0,02M.

Khảo sát tốc độ hấp phụ xăng A95 của vật liệu theo thời gian

Nhóm tiến hành khảo sát trên 4 mẫu khối lượng mmẫu =1g, Vn = 10ml, Vx = 2ml.

Quá trình khảo sát được tiến hành bằng cách quan sát khả năng hấp phụ của mẫu trong các mốc thời gian 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút.

Từ kết quả cho thấy, theo thời gian mẫu T3 hấp phụ xăng A95 đạt ngưỡng cực đại trong khoảng thời gian xấp xỉ 30 phút. Trong khoảng thời gian từ 20 phút đến 30 phút quá trình hấp phụ xăng A95 của vật liệu diễn ra với tốc độ nhanh nhất. Từ 30 phút đến 50 phút quá trình hấp phụ vẫn tiếp tục diễn ra nhưng rất chậm lượng xăng A95 được vật liệu hấp phụ không đáng kể.

Mẫu T3 hấp thụ xăng A95 đạt ngưỡng cực đại trong thời gian 30 phút

Kết quả nghiên cứu

Qua quá trình nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu biến tính xenluloza từ rơm rạ để hấp phụ xăng trong nước”, nhóm đã thu được những kết quả khả quan:

- Khảo sát, tính toán được nồng độ NaOH = 2M phù hợp cho việc tiến hành thí nghiệm thực nghiệm để tách xenluloza từ rơm rạ một cách tối ưu nhất. Khối lượng Xenluloza thu được lớn hơn 33,33% trong rơm rạ.

- Tổng hợp thành công vật liệu hấp phụ từ biến tính Xenluloza với mật độ phân tán của các hạt sắt từ trên bề mặt Xenluloza phù hợp nhất với.

- Khả năng của quá trình hấp phụ của vật liệu đối với xăng A95 lên đến 90% trên tổng khối lượng xăng A95 sau thời gian khoảng 30 phút, nhiệt độ ở 28 độ C.

- Sau khi tái sinh vật liệu hấp phụ, hiệu suất hấp phụ có thể đạt từ 95%-97% so với hiệu suất hấp phụ cực đại.

Đặc biệt, nghiên cứu này có tính ứng dụng, tính kinh tế cao, vì vừa giải quyết cả 2 vấn đề là về nông nghiệp và công nghiệp. Về công nghiệp: Khắc phục hậu quả sự cố tràn dầu trên sống, biển; về nông nghiệp: Giải quyết được vấn đề dư thừa lượng rơm rạ sau thu hoạch lúa cực lớn và giải quyết vấn đề môi trường - từ bỏ thói quen đốt rơm rạ của người dân.