CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Nguồn gốc của vỏ trấu [4] Lúa là một trong năm loại cây lương thực chính của thế giới, cùng với ngô, lúa mì, sắn (tên khác khoai mì) và khoai tây. Sản phẩm thu được từ cây lúa là thóc. Sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài của thóc thu được sản phẩm chính là gạo và các phụ phẩm là cám và trấu. Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát.
Trong vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro. Chất hữu cơ chứa chủ yếu xenlulozơ, lignin, ngoài ra có thêm thành phần khác như là hợp chất nitơ và vô cơ.1 Thành phần hữu cơ của vỏ trấu [1] Thành phần chủ yếu Tỷ lệ theo khối lượng (%) Xenlulozơ 43,30 Lignin 22,00 D – xylozơ 17,52 D – galactozơ 2,37 Axit metyl glucuronic 3,27 Các chất hữu cơ của trấu là các mạch polycacbonhydrat rất dài nên hầu hết các loài sinh vật không thể sử dụng trực tiếp được, nhưng các thành phần này rất dễ cháy nên có thể dùng làm chất đốt. Sau khi đốt, tro trấu chứa trên 80% là silic oxyt, đây là thành phần được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực, như là: làm chất tăng cường lực cho các loại cao su (cao su tự nhiên, cao su butadien – stiren và cao su lưu hóa), làm phụ gia hóa dẻo cho một số dung dịch hoặc hệ thống nhiệt nhựa dẻo và chất rắn, làm tăng độ cứng, tăng độ bền cho các vật liệu nhựa dẻo, đóng vai trò như một chất mang của một số phụ gia trong thức ăn gia súc, thuốc bảo vệ thực vật. SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 9 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh 1.2 Hiện trạng chất thải vỏ trấu tại việt nam [7] Sản lượng lúa trong khoảng thời gian từ năm 2005 – 2011 được trình bày ở biểu đồ dưới đây.
Sản lượng lúa 44000 42000 40000 38000 36000 34000 32000 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Hình 1.1 Sản lượng lúa trong những năm gần đây (Nguồn: Theo niên giám thống kê năm 2012) Từ hình trên chúng ta thấy rằng, sản lượng lúa hàng năm tăng lên rất nhiều và đạt đến mức 42,3 nghìn tấn lúa/năm (năm 2011). Do đó lượng vỏ trấu thải ra rất nhiều. Chúng thường không được sử dụng hết nên phải đem đốt hoặc đổ xuống sông để tiêu hủy. Theo khảo sát, tại đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) khoảng hơn 3 triệu tấn/năm, nhưng chỉ khoảng 10% trong số đó được sử dụng, về sau trấu còn được dùng làm củi trấu (trấu ép lại thành dạng thanh), nhưng cũng chỉ sử dụng được khoảng 12.000 tấn vỏ trấu/năm.
Tại ĐBSCL, các nhà máy xay xát đổ trấu xuống sông, rạch. Trấu trôi lềnh bềnh khắp nơi và chìm xuống đáy gây ô nhiễm nguồn nước. Tại đây, trấu được sử dụng để làm chất đốt, nhưng trấu thuộc loại chất đốt cồng kềnh, để sử dụng được trấu một số hộ gia đình phải vận chuyển nhiều lần và phải có nhà rộng để chứa. Trung bình mỗi ngày mỗi nhà máy xay xát ở tỉnh Hậu Giang thải ra 24,5 tấn trấu.
Lượng trấu thải ra không được tiêu thụ ngay, ứ đọng lại. Các nhà máy thường un trấu thành phân trấu, đổ thành đống cao. Ở một số huyện vùng sâu thuộc thành phố Cần Thơ và tỉnh An Giang bức xúc trước tình trạng một lượng lớn vỏ trấu trôi khắp mặt sông, gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt. Dọc một số bờ sông ở quận Ô Môn, huyện Thới Lai, huyện Cờ Đỏ của thành phố Cần Thơ như SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 10 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh sông Thị Đội, sông Ngang… sẽ thấy rất nhiều vỏ trấu trôi trên mặt sông.
Bờ sông ngập một màu vàng của vỏ trấu. Nước sông ở những đoạn này vốn đã ô nhiễm, giờ quyện với mùi vỏ trấu phân hủy tạo nên một mùi rất khó chịu. Những con sông này bị ô nhiễm nặng nề nên không thể dùng nước để sinh hoạt được. Chính vì vậy, một lượng vỏ trấu thải ra sông như thế mà người dân ở đây không có nước sinh hoạt, ảnh hưởng đến giao thông qua lại của ghe tàu cũng như việc nuôi cá ở đây bị cản trở khi dòng nước bị ô nhiễm quá nặng.2 Vỏ trấu thải bỏ ra sông Lượng vỏ trấu quá nhiều, không còn chỗ chứa thì cách duy nhất là đổ ra sông để nước sông cuốn trôi.
Vì thế chúng ta cần biết các công dụng của vỏ trấu để ứng dụng và sử dụng đúng cách nếu không vỏ trấu sẽ trở thành tác nhân gây nên ô nhiễm môi trường làm ảnh hưởng đến đời sống của người dân sống xung quanh khu vực đó.3 Các ứng dụng của vỏ trấu hiện nay 1.1 Dùng vỏ trấu để lọc nước [15] Tại thành phố Hải Dương,ông Nguyễn Trọng Việt đã phát minh ra cách chế tạo thiết bị lọc nước từ vỏ trấu, có khả năng lọc thẳng nước ao, hồ thành nước uống sạch. Cốt lõi của thiết bị là một cụm sứ xốp trắng, hình trụ nằm trong chiếc bình lọc. Ngoài ra nó cũng có độ bền cao (có thể sử dụng 1 năm đến 7 năm). SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 11 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh Hình 1.3 Thiết bị lọc nước bằng vỏ trấu Quy trình tạo ra cụm sứ xốp trắng - Vỏ trấu sau khi xử lí sẽ thu được than hoạt tính và oxit silic.
Lượng oxit silic này sau khi trộn với phụ gia sẽ được nghiền nước. Hỗn hợp thu được sẽ được ủ từ 48h – 72h. Sau đó tiến hành đổ vào khuôn và nung ở 1200oC. Sản phẩm tạo thành là sứ thành phẩm dùng trong thiết bị lọc nước.
Thiết bị còn có khả năng khử được mùi của nguồn nước bị ô nhiễm, khử chất dioxin do có bình lọc có ống lọc bằng than hoạt tính. Để kiểm tra tính hiệu quả, an toàn của thiết bị lọc nước, năm 2003, trung tâm y tế dự phòng tỉnh Hải Dương đã lấy mẫu nước hồ Bạch Đằng, nơi bị ô nhiễm nặng trong thành phố Hải Dương, đem xử lí qua thiết bị lọc bằng vỏ trấu. Kết quả cho thấy: nước hồ sau xử lí đạt tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống về các chỉ tiêu vi sinh. Mặt khác việc bảo dưỡng lõi lọc khá đơn giản, chỉ cần dùng giẻ lau hoặc khăn mặt lau sạch là lõi lọc trắng, tốc độ lọc như ban đầu.2 Trấu và các phế phẩm khác có thể làm pin sạc [5] SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 12 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh Trấu, vỏ đậu phộng (lạc), bã mía và các loại phế phẩm khác từ nông nghiệp, thông qua một quá trình chế biến đặc biệt có thể thu được một loại nguyên liệu cacbon cách điện cao, làm cực dương cho pin ion liti, đạt được kỳ tích sạch, xanh môi trường.
Khoa hóa học chuyên về vật liệu trung ương Đài Loan đã nghiên cứu và phát triển công nghệ liti. Nghiên cứu này sử dụng vỏ trấu, vỏ đậu phộng, bã mía và các loại phế phẩm nông sản, thông qua sự xử lý axit và các tác nhân tạo lỗ xốp, sau khi nung ở nhiệt độ cao có thể thu được vật liệu cacbon có công suất điện áp cao, ban đầu có thể đảo ngược điện dung, cao nhất mỗi tiếng có thể đạt đến 1650 mA/gram, cao hơn nhiều so với graphit thương mại dùng để tích trữ điện, điện dung một tiếng 370 mA/gram. Điều đáng tiếc là vật liệu cacbon điện áp cao này lần đầu không thể đảo ngược điện dung quá lớn, sau khi sử dụng lần đầu tiên sẽ bị tổn thất nhiều điện năng.3 Vỏ trấu làm vật liệu xây dựng nhẹ không nung [5] Vật liệu gồm vỏ trấu nghiền, xơ dừa, hạt xốp, xi măng, phụ gia và lưới sợi thủy tinh. Trọng lượng của vật liệu nhẹ hơn gạch xây thông thường khoảng 50% và có tính cách âm, cách nhiệt và không thấm nước cao.
Đây là vật liệu thích hợp với các vùng như miền tây, miền trung bị ngập úng, lũ lụt và nền đất yếu. Sau khi sử dụng có thể nghiền nát để tái chế lại. Nhờ trọng lượng nhẹ nên khi sử dụng vật liệu này làm vách và sàn, móng căn nhà sẽ không phải gia cố nhiều như xây bằng gạch. Với các cột nhà cũng không cần làm lớn.
Những điều này giúp giảm chi phí đến bằng ½ các công trình. Trong khi thi công do vách và sàn theo giàn lắp ghép nên công thợ sẽ giảm xuống rất nhiều. Ưu điểm của sản phẩm là sau khi xây dựng muốn di chuyển có thể tháo dỡ toàn bộ và lắp ghép ở vị trí mới. Nhà sẽ xây theo nguyên tắc khung xương bằng sắt hoặc thanh bê tông chịu lực, sản phẩm được ghép bằng cách bắt vít.
Tường tô trát một lớp vừa đủ do bề mặt vật liệu đã phẳng. Riêng sàn có thể lát gạch. Khi đổ cột có thể dùng tấm vật liệu này thay cho cốp pha ốp bên ngoài và sau đó để luôn sẽ cho bề mặt phẳng. Vật liệu này cũng thích hợp cho việc xây nhà trên nền đất yếu, sửa chửa nhanh như sửa nhà nâng thêm tầng, thay đổi các chức năng phòng trong nhà.4 Vỏ trấu còn có thể làm nguyên liệu xây dựng sạch Trong trấu có chứa hàm lượng SiO2 rất nhiều, mà đây là thành phần chính trong xi măng, nhưng con người muốn tận dụng tro thu được sau khi đốt vỏ trấu làm nguyên SVTH: Đào Thị Ánh Tuyết 13 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh liệu thay thế xi măng, thì phương pháp này sẽ tạo ra hàm lượng cacbon trong tro vỏ trấu rất cao, không thể thay thế thành phần xi măng.
Tập đoàn Torftech của Anh cho biết, sau khi đốt mỗi tấn vỏ trấu sẽ tạo ra 180kg tro, có giá trị là 100 USD, có thể sử dụng làm phụ gia cho xi măng và có thể thay thế trực tiếp SiO2 trong xi măng[18]. Ngoài ra các nhà nghiên cứu thuộc Trường Đại học Bath và Dundee, cùng với các cộng sự ở Ấn Độ cũng đang phát triển loại xi măng thân thiện với môi trường từ việc sử dụng các vật liệu thải như vỏ trấu. Nghiên cứu này là một phần của Dự án xúc tiến giáo dục và nghiên cứu Anh -Ấn (UKIERI), do Trường Đại học Dundee chủ trì, nhằm làm giảm phát thải cacbon trong quá trình sản xuất xi măng, lĩnh vực đóng góp gần 5% trong tổng lượng phát thải CO2 trên toàn cầu[16].5 Vỏ trấu làm sản phẩm mỹ nghệ [5] Huyện Gia Viễn, Ninh Bình người ta đã tạo ra các sản phẩm mỹ nghệ nội thất từ vỏ hạt thóc. Vỏ hạt thóc (trấu) được nghiền nhỏ tạo thành bột dưới dạng mịn và bột sợi.