I. Giới thiệu về nanocellulose và bã mía
Nanocellulose là một vật liệu sinh học có tiềm năng lớn trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Bã mía, một phụ phẩm nông nghiệp dồi dào, được sử dụng làm nguyên liệu chính để thu nanocellulose. Quá trình này bao gồm ba giai đoạn chính: xử lý sơ bộ bằng NaOH, tẩy trắng bằng hydrogen peroxide, và thủy phân bằng acid sulfuric. Nanocellulose thu được có kích thước nano, cấu trúc hình elip với đường kính 0,7 µm, chiều dài 1,2 µm, và độ dày 0,4 µm. Vật liệu này được phân tích bằng các phương pháp như FT-IR, XRD, và TGA để xác định cấu trúc hóa học, tinh thể, và độ ổn định nhiệt.
1.1. Tầm quan trọng của bã mía trong công nghiệp
Bã mía là một nguồn nguyên liệu tái tạo, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất cellulose và nanocellulose. Với thành phần chứa cellulose (32-41%), hemicellulose (27-32%), và lignin (19-24%), bã mía có tiềm năng lớn trong việc tạo ra các vật liệu sinh học có giá trị cao. Việc tận dụng bã mía không chỉ giảm thiểu chất thải nông nghiệp mà còn góp phần phát triển các sản phẩm thân thiện với môi trường.
II. Quy trình sản xuất nanocellulose từ bã mía
Quy trình sản xuất nanocellulose từ bã mía bao gồm các bước chính: xử lý sơ bộ, tẩy trắng, và thủy phân bằng acid sulfuric. Trong giai đoạn xử lý sơ bộ, bã mía được xử lý bằng NaOH 10% để loại bỏ hemicellulose và lignin. Sau đó, cellulose thu được được tẩy trắng bằng hydrogen peroxide 2%. Cuối cùng, cellulose được thủy phân bằng acid sulfuric 65% ở nhiệt độ 40°C trong 1 giờ để thu được nanocellulose. Quá trình này đạt hiệu suất 38,05% với hàm lượng cellulose 92%.
2.1. Ảnh hưởng của các yếu tố trong quá trình thủy phân
Các yếu tố như nồng độ acid sulfuric, nhiệt độ, và thời gian thủy phân có ảnh hưởng đáng kể đến kích thước và chất lượng của nanocellulose. Nghiên cứu chỉ ra rằng, nồng độ acid sulfuric 65% và nhiệt độ 40°C là điều kiện tối ưu để thu được nanocellulose với kích thước trung bình 4,44 µm. Thời gian thủy phân 1 giờ cũng được xác định là phù hợp để đạt hiệu suất cao nhất.
III. Ứng dụng và tính chất của nanocellulose
Nanocellulose có nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực như vật liệu composite, bao bì, và y tế. Với cấu trúc nano, nanocellulose có diện tích bề mặt lớn, độ bền cơ học cao, và khả năng phân hủy sinh học tốt. Ngoài ra, nanocellulose còn được sử dụng trong sản xuất màng lọc, chất kết dính, và vật liệu cách nhiệt. Tính chất độc đáo của nanocellulose làm cho nó trở thành một vật liệu hấp dẫn trong nghiên cứu và phát triển công nghệ mới.
3.1. Phân tích tính chất hóa học và vật lý của nanocellulose
Nanocellulose được phân tích bằng các phương pháp như FT-IR, XRD, và TGA để xác định cấu trúc hóa học, tinh thể, và độ ổn định nhiệt. Kết quả cho thấy, nanocellulose có cấu trúc tinh thể cao, độ ổn định nhiệt tốt, và khả năng phân hủy sinh học nhanh. Những tính chất này làm cho nanocellulose trở thành một vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng công nghiệp và y tế.
