CHƯƠNG 1. Giới thiệu về cây mía 1. Phân bố Cây mía được trồng khắp các vùng miễn ờ nước ta, kể cả những vùng có điều kiện tự nhiên và khí hậu không thuận lợi cho công nghiệp trồng mía như đồng bằng sông Hồng hay miền núi phia Bắc. Tuy nhiên, đồng bằng sông Cửu Long, Đông Nam Bộ, duyên hai Nam Trung Bộ va Bắc Trung Bộ là 4 vùng trồng mía với điện tích lớn nhất nước ta [24].
Tình hình sản xuất và sử dung cây mía ở Việt Nam [25] Trong 5 năm gan đây (2007 — 2012), các công ty sản xuất kinh doanh mía đường và người trong mía có lãi nên điện tích mía đã được mở rộng. Ngoài ra, đầu tư sản xuất thâm canh mía cũng được quan tâm nên năng suất. sản lượng mia liên tục tăng. Theo Bộ Nông Nghiệp & Phát Triển Nông Thôn, vụ sản xuất mia đường 2012 - 2013 cả nước trong 298.200 ha, tăng hon 15.000 ha so với vụ trước.
Trong đó, diện tích vùng nguyên liệu tập trung (gồm 25 tinh có nhà máy đường) lả 285.139 ha so với vụ trước. Năng suất mia bình quân cả nước đạt 63,9 tắn/ha, tăng 2,2 tan/ha so với vụ trước. Đây là mức năng suất đạt cao nhất trong 10 năm qua. Sản lượng mia cả nước trong niên vụ 2012 - 2013 đã đạt 19,04 triệu tắn, tăng 1,5 triệu tấn So với vụ trước.
Hiện nay, cây mia trong với quy mô công nghiệp chỉ với mục đích cung cấp nguyên liệu cho các nha máy sản xuất đường. Thành phần của bã mía [16, 13] Ba mía chiếm khoảng 25 — 30 % khối lượng mía đem ép. Tuỳ theo loại mía và đặc điểm nơi trồng mia mà các thành phần hoá học của bã mía có thé biến đổi. SVTH: Nguyễn Bình Trang 9 Khoa luận tot nghiệp GVHD: TS.
Phan Thị Hoang Oanh Ham lượng phản trim các chất chính có trong bi mía được trình bay ở Bang || Bang 1.1, Thành phần hóa học cúa bã mia Chất % khối lượng Xenlulozơ | 40 - 45 Ilemixenlulozơ | i -35 | Lignin 18-23 Các chất khác | ' 3-8 - Xenlulozơ Xenlulozơ là một polime hợp thanh từ các mắc xích [3-glucozơ nói với nhau bởi các liên kết B-1.4-glicozit, phân tử xenlulozơ không phân nhánh, không xoan SVTH: Nguyễn Binh Trang 10 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Hoàng Oanh 1 HOH.C ¡ HOK Zs HOH,C ở went Pan ; = OH l HOH,C 01 :N Hình 1. Cầu trúc của xenlulozơ Hemixenlulozơ: Vẻ cơ bản, hemixenlulozơ là polisaccarit giếng như xenlulozơ, nhưng có số lượng mắc xích nhỏ hơn. Hemixenlulozơ thường bao gôm nhiều loại mắt xích khác nhau và có chứa các nhóm thé khác như axetyl và metyÌ.
HO,C_ „O CH - HO OH 0 HO O O o S N Y 0 AcO OAc O © OH O HOCH; HQ Hình 1. Cấu trúc của hemixenlulozơ Lignin: Lignin được xem như là bức tường của xenlulozơ, giữ vai trò là chất kết nổi giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ, chống lại sự xâm nhập của vi khudn đối với cây và chống thấm nước. Lignin là một polyphenol có mạng không gian mở. câu trúc đơn vị cơ bản là phenylpropan, dễ bị hòa tan trong dung dich axit hoặc kiểm.
SVTH: Nguyễn Bình Trang I! Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Hoảng Oanh H;co 1. Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm vật liệu hap phy Hiện nay các nước trên thé giới thải ra khoảng 5,1 tỉ tan phy phẩm nông nghiệp (rom ra, vỏ trấu, vỏ lạc, xơ dừa, bã mía. Riêng ở Việt Nam có một lượng phụ phẩm nông nghiệp rat lớn hang trăm triệu tắn/năm từ qua trình sản xuất lúa gạo như rom, ra, trâu và hàng chục triệu tan bã mía thường được xử lý đơn giản như: - Sử đụng dé dun nau (với lăng phí nhiệt hơn 80%).
~ Trồng nam, linh chi, thức ăn dự trữ cho trâu bé mùa đông (lượng ít không dang kế). - Một số it phụ phẩm ngành chế biết gỗ được dùng làm nguyên liệu chế biến go công nghiệp, gỗ dán, hương. - Cũng cỏ một lượng lớn chat thải loại này (đặc biệt là min cua, dam bào) được thải bỏ ra kênh rạch gây tắc nghẽn nghiêm trọng dòng chảy. - Đa số được đốt bỏ thu tro làm phân bón.
Việc đốt bỏ nảy gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng về sương mù quang hóa rất độc hại, đặc biệt ở vùng ven các thành phổ lớn và doc các đường cao tốc làm giảm tim nhìn dé dẫn đến tai nạn giao SVTH: Nguyễn Bình Trang 12 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Hoàng Oanh thông. làm tăng đột biến về lượng bệnh nhân các bệnh mắt, phổi sau mỗi vụ thu hoạch, lang phí lượng chất hữu cơ có giá trị nếu sử dung trong các lĩnh vực khác như dùng làm giá dé trông các loại nắm, ủ làm phân bón. nhiều nghiên cứu trên thé giới và ở Việt Nam đã và đang tiên hành dé nghiên cứu tạo ra các loại VLHP từ những phụ phẩm nông nghiệp, nhằm tạo ra một bướng sử dụng thực té vả tránh lãng phi đối với các phụ phẩm nông nghiệp.
Một số nhà nghiên cửu ở Thái Lan đã biến tinh vỏ đậu tương với axit xitric để hấp phụ ion Cu”". Kết quả cho thấy vỏ đậu tương sau khi biến tính có khả năng hắp phụ ion Cu” tốt hơn so với vo đậu tương chưa biên tính, pH tôi ưu cho quá trình hap phụ là 4,8 [21].Urunkar, AnkitSingh ở An Độ đã nghiên cứu chế tạo than hoạt tinh từ 3 phụ phim: min cưa, vỏ trấu, bã mía và so sánh kha năng hấp phụ của 3 loại than hoạt tinh trên đổi với ion Cr(VI). metyl tím và xanh metylen. Kết qua thu được là than hoạt tính chế tạo tử bã mía có khả năng hấp phụ metyl tím tốt nhất; còn đối với việc xử lí chất xanh metylen thi than hoạt tính chế tạo từ bã mía va min cưa tỏ ra hiệu qua hơn than hoạt tính ché tao tử vỏ trau [19].
Nhóm nghiên cứu ở trường đại học North Carolina (Hoa Ki) đã tién hành nghiên cứu và dé xuất quy trình xử lí lõi ngô bằng dung dịch NaOH va H;PO, đẻ chế tạo vật liệu hấp phụ kim loại nặng. Hiệu quả xử lí của vật liệu hdp phụ tương đối cao. Dung lượng hap phụ cực đại đối với hai kim loại nặng Cu va Cd lần lượt là 0.39 mmol/g và 0,62 mmol⁄e { 14]. Vỏ trau cũng được tác giả Nguyễn Bá Tuan, trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội biến tính với EDTA để tách loại Cr(III) và Cr(V1) khỏi nước thải.
Nghiên cửu của tác giả chỉ ra có thé dùng v6 trau biến tính với EDTA dé xử lí Cr(IH) và Cr(VI). Điều kiện tối ưu của sự hap phụ Cr(HI) và Cr (VI) lên vật liệu là pH = 1, dung lượng hap phụ cực đại của Cr(VI) là 16,96 mg/g và của Cr(HI) là 3,27 mg/g [10]. SVTH: Nguyễn Bình Trang 13 Khỏa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Hoang Oanh 1.
Một số hưởng nghiên cứu sử dụng bã mía làm vật liệu hấp phụ xử lí môi trường Với thành phan chính là các hợp chất polime có nhiều nhóm hidroxi, ba mía có thé biến tính dé làm VLHP tốt, Trên thé giới và ở Việt Nam đã có nhiễu nhà khoa học nghiên cứu biên tính bã mía dé làm VLHP xử lý môi trường. Inamdar ở An Độ đã biến tinh bã mia với axit sunfuric và fomandehit để hap phụ chất mau metyl 46. Kết qua cho thay kha nang hap phụ của ba mia biển tính với axit sunfurie có kha nâng hắp phy metyl đó tốt hon so với bã mía bién tinh với fomandehit [15]. Một số nhà nghiên cứu ở Brazil đã chế tạo các VLHP tử ba mia qua xử lý bằng anhydrit succinic dé hap phụ các ion Cu””.
Cd””, PbỶ” trong dung dich nước. Ba mia sau khi biển tinh có khá năng hấp phụ ion kim loại cao hơn nhiều so với ba mia ban dau. Dung lượng hấp phụ cực đại doi với Cu*’, Cd”, PbỶ” lần lượt là 62 mg/g, 106 mg/g và 122 mpg/g [17]. Hai tác gia Yinxiang Lu và Quian Liang người Trung Quốc cũng đã nghiên cứu biến tính bã mía với nhiều lại axit hữu cơ khác nhau: axit malic, axit tartric, axit oxalic, axit iminodiaxetic để hap phụ ion PbỶ".
Kết qua cho thay dung lượng hap phụ cực đại của bã mía chưa biến tính là 3,21 mg/g, trong khi đó dung lượng hắp phụ cực đại của ba mía biển tinh với axit malic, axit tartric, axit oxalic, axit iminodiaxetic lẫn lượt là 55,42; 44,53; 52,32 và 36,82 mg/g, cao hơn nhiều so với bã mía chưa biến tinh [23]. Ba mia biến tính với tác nhân axit xitric cũng đã được nhiều tác giả nghiên cứu. Nhóm tác giả thuộc nhiễu trường đại học ở Brazil đã nghiên cứu biến tinh ba mía với axit xitric có nồng độ 1,2 M. Ba mía sau khi biến tính có khả năng hap phụ Cr(II) cao hon han so với nguyên liệu đầu, dung lượng hap phụ cực đại đạt 58,0 mg/g [22].
Nhóm các tác gia Smita M.G ở An Độ cùng nghiên cứu bien tinh ba mía với axit xitric có nông độ 0.1 M đẻ hap phụ SVTH: Nguyễn Bình Trang l4 Khoa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Hoang Oanh Cr(VI). Kết quả thu được ở pH = 2 và thời gian hấp phụ 90 phút là tối ưu đối với Cr(V1), dung lượng hap phụ cực đại là 1250 mg/g [20]. Việc biến tinh bã mía với axit xitric nhưng với nồng độ khác cũng được một nhóm tác giả khác ở Án Độ thực hiện.
Nhóm tác gia Patil Kishor P. Nilesh Patil, và Motiraya Vijay đã biến tính ba mia với axit xitric nồng độ 0,6 M dé hap phụ ion Zn’, Kết quả nghiên cứu cho thay khả năng hap phụ ion Zn”" đạt tối ưu sau khi khuấy 3,5 gid; nhiệt độ và pH tối ưu Lin lượt là 40°C và 5 [18). Ở nước ta có hai tác giả Lê Hữu Thiéng va Trần Thị Van Hạnh thuộc trưởng Đại học Thái Nguyên cũng nghiên cứu việc biển tính bã mía với axit xitric nông độ 0,1 M dé hấp phụ hai ion CuỶ" và Ni”. Nghiên cứu cũng thu được kết quá là khả năng hap phụ hai ion này của ba mía sau biển tính cao hơn nhiều so với nguyên liệu đầu.
Hai tác giả cũng đã khảo sát được các điều kiện tỗi ưu cho quá trình hắp phụ: pH téi ưu trong khoảng 3,0 — 4,0 với Cu””, khoảng 5,0 — 6,0 đổi với Ni”: thời gian dat cân bang hap phụ: 50 phút với Cu?" và 60 phút với Ni?’ [9]. Với cùng một tác nhân biến tính là axit xitric, nhưng nhiều tac giả khác nhau đã sử dung những nồng độ khác nhau dé biến tính.