Chương 1: Tổng quan (Từ trang đến trang ) Chương 2: Thực nghiệm (Từ trang đến trang) Chương 3: Kết quả và thảo luận (Từ trang đến trang ) KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 17 Luan van CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Dừa và sợi xơ dừa 1. Đặc điểm và nguồn gốc Dừa ( danh pháp khoa học: Cocos nicifera) thuộc giới thực vật, bộ Arecales, họ Arecacee, phân họ Arecoideae, tông Cocoeae, chỉ Cocos, loài C, nucifera. Về mặt thực vật học, dừa là loại quả khô đơn độc đƣợc biết đến nhƣ quả hạch có xơ.
Vỏ quả ngòai thƣờng cứng, nhẵn, nổi rõ ba gờ, lớp vỏ quả giữa là các sợi xơ gọi là xơ dừa và bên trong nó là lớp vỏ quả trong hay gáo dừa hoặc sọ dừa, lớp vỏ quả trong hóa gỗ, khá cứng, có ba lỗ mầm có thể nhìn thấy rất rõ từ phía mặt ngoài khi bóc hết lớp vỏ ngoài và vỏ giữa ( gọi là các mắt dừa) Dừa phát triển tốt trên đất pha cát và có khả năng chống chịu mặn tốt cũng nhƣ nó ƣa thích các nơi sinh sống có nhiều nắng và lƣợng mƣa bình thƣờng ( 750- 2.000 mm hàng năm), điều này giúp nó trở thành loại cây định cƣ bên các bờ biển nhiệt đới một cách tƣơng đối dễ dàng. Ở Việt Nam ta có rất nhiều loại dừa nhƣ: dừa ta, dừa sọc, dừa dứa, dừa sáp, dừa giấy, dừa Tam Quan, dừa Xiêm, dừa lùn cao sản,… Xơ dừa là một chất xơ tự nhiên đƣợc tách ra từ vỏ quả dừa và đƣợc sử dụng trong các sản phẩm nhƣ nệm, dây thừng, chão, thảm, bàn chải, khảm thuyền cũng nhƣ vật liệu lèn; nó còn đƣợc sử dụng rộng rãi trong nghề làm vƣờn để làm chất độn trong phân bón. Vỏ và xơ dừa có thể làm nguồn nhiên liệu hay để sản xuất than củi. Một loại dừa hiếm tại Nam bộ có xơ dừa tƣơi cho nƣớc khá ngọt khi nhai, trong khi các loài khác có vị chát 1.
Sợi tự nhiên 1. Cấu trúc vi mô của sợi tự nhiên Xơ dừa là một chất xơ tự nhiên đƣợc tách ra từ vỏ quả dừa và đƣợc sử dụng trong các sản phẩm nhƣ thảm sàn, bàn chải, nệm, dây thừng,…Về mặt kỹ thuật xơ dừa là vật liệu sợi đƣợc tìm thấy ngoài lớp vỏ cứng của trái dừa. Cấu trúc của sợi xơ dừa Các sợi xơ dừa có các tế bào sợi cá nhân đƣợc thu hẹp và rỗng, với những bức tƣờng dày đƣợc làm từ xenlulozo. Chúng có màu nhạt khi chƣa trƣởng thành nhƣng sau đó trở thành cứng và có màu vàng của một lớp lignin đƣợc lắng đọng trên các xenlulozo.
Mỗi tế bào dài khoảng 1mm (0.04 in) và đƣờng kính thƣờng từ 10 đến 20 micromet ( 0. Sợi xơ dừa có chiều dài thƣờng là từ 10 đến 30 cm. Có hai loại xơ dừa. Xơ dừa nâu đƣợc thu hoạch từ dừa chín hoàn toàn.
Chúng dày, chắc và có khả năng chống mài mòn cao. Chúng thƣờng đƣợc sử dụng trong chiếu, bàn chải…Sợi xơ dừa nâu trƣởng thành có chứa lignin và xenlulozo ít hơn so với những sợi khác nhƣ lanh, bông và vì nó mạnh mẽ nhƣng ít linh hoạt hơn. Sợi xơ dừa trắng đƣợc tu hoạch từ các quả dừa trƣớc khi chín. Những sợi này có màu trắng hoặc ánh sáng màu nâu và mƣợt mà và mịn hơn, nhứng cũng yếu hơn.
Chúng thƣờng đƣợc quay thành sợi để sử dụng trong chiếu thảm chùi chân hoặc dây thừng. Các sợi xơ dừa tƣơng đối không thấm nƣớc và là một trong những loại sợi tự nhiên có khả năng chịu đƣợc sự phá hủy của nƣớc muối. Nƣớc ngọt đƣợc xử dụng để xử lý xơ dừa nâu, trong khi nƣớc biển và nƣớc ngọt đều đƣợc sử dụng để xử lí xơ dừa trắng [11], [12]. Tính chất của sợi xơ dừa Xơ dừa đƣợc tách ra từ vỏ quả dừa.
Chiều dài sợi khác nhau, từ 10-30cm. Sợi xơ dừa mạnh, đàn hồi, có một độ bền màu thấp và độ bền cao ( vì thành phần xenlulozo 35-45%, 40-45% lignin và pectin 2,7-4% và hemixenlulozo 0,15-0,25% Xơ dừa, cũng nhƣ các sợi thiên nhiên khác, số lƣợng đáng kể của đƣờng kính đi kèm với chiều dài riêng biệt của các sợi. Chất lƣợng sợi đƣợc tính dựa trên nhiều nhân tố khác nhau nhƣ kích cỡ, cƣờng độ trƣởng thành và tất nhiên là còn tùy vào các loại cây dừa khác nhau cũng nhƣ là các quá trình, phƣơng pháp nuôi dƣỡng. Những nghiên cƣu về độ mạnh của sợi xơ dừa đƣợc lấy từ những vùng khác nhau ơ Kerala đã đƣợc đƣa ra bởi Mathai.
19 Luan van Prabhu đã nghiên cứu những tính chất cơ học của sợi xơ dừa nhƣ mô đun Young độ bền kéo, độ giãn dài, độ dẫn điện…và so sánh với các loại sơi tự nhiên khác nhau nhƣ dứa, chuối, đay,…[12], [13]. Các kết quả đƣợc đƣa ra dƣới các bảng 1.1: Tính chất cơ bản của sợi xơ dừa [5] Giá trị Đơn vị Mô đun Young 4000-5000 Mpa Độ bền kéo 140-150 Mpa Độ giãn dài 15-17,3 % Độ dẫn điện 0,047 W/mK Tỷ trọng 1,15-1,33 g/cm3 Độ thấm nƣớc 10 % Bảng 1.2: So sánh tính chất của sợi xơ dừa với những sợi tự nhiên khác [5] Dừa Chuối Dừa Đay Đƣờng kính 100-460 80-250 20-80 - Tỷ trọng 1,15 1,35 1,44 1,45 Suất điện trở riêng tại 9-14 6,5-7 0,7-0,8 - 100V Góc hình sợi 30-49 11 14-18 8,1 Tỷ lệ xenlulozo/lignin 43/45 65/5 81/12 63/12 Mô đun đàn hồi 4-6 8-20 34-81 20-22 Độ bền 131-175 529-759 413-1627 533 Độ giãn 15-40 1,0-3,5 0,8-1,6 1-1,2 1. Xử lí sợi xơ dừa 1. Lý thuyết chúng về quá trình xử lí sợi Thành phần của sợi thực vật gồm: xenlulozo, hemixenlulozo, lignin, và các chất khác.
Thực chất của quá trình xử lí sợi là dùng hóa chất để tách những thành phần không cần thiết có trong sợi thực vật nhƣ: lignin, pectin, chất trích ly,…đó là 20 Luan van những thành phần vô định hình, kém ổn định, làm giảm tính chất cơ lý, hóa lý của sợi thực vật. Để phản ứng xảy ra, hóa chất cần xâm nhập vào hình thái cấu trúc này. Để tăng cƣờng khả năng tiếp cận và khả năng phản ứng, xenlulozo cần đƣợc gây trƣơng và loai bỏ hemixenlulozo, lignin. Một số tác nhân gây trƣơng thƣờng đƣợc sử dụng là H2SO4, NaOH, ZnCl2…[10].
Ảnh hưởng của NaOH Dung dịch NaOH có nồng độ 5÷30% có khả năng hòa tan các chất vô định hình. Khi ngâm sợ thực vật trong dung dịch NaOH thì có hai quá trình đồng thời xảy ra đó là quá trình tách lignin, các phần vô định hình và quá trình NaOH tƣơng tác với các đại phân tử holoxenlulozo, chúng phụ thuộc vào nồng độ NaOH và thời gian xử ly. Khi nồng độ dung dịch NaOH thì nó hòa tan phần vô định hình, còn xenlulozo chỉ bị tác động nhẹ. Khi tăng nồng độ NaOH và tăng thời gian xử lý thì quá trình tách phần vô định hình tăng không đáng kể vì hàm lƣợng của chúng có trong sợi là giơi hạn, trong khi đó quá trình tƣơng tác giữa NaOH và các mạch đại phân tử holoxenlulozo lại tăng [13].
Ảnh hưởng của dung dịch axit Xenlulozo bị trƣơng nở trong dung dịch axit loãng. Trong môi trƣờng axit đậm đặc nhƣ H2SO4 72%, HCl 44%, H3PO4 85%,…xenlulozo sẽ bị hòa tan Dƣới tác dụng của axit, mối liên kết glucozit sẽ bị thủy phân làm cho mạch xenlulozo bị đứt. Tốc độ của quá trình thủy phân phụ thuộc vào độ mạnh yếu của axit. Ngoài ra, tốc độ thủy phân xenlulozo phụ thuộc vào nhiệt độ môi trƣờng.
Đối với việc khảo sát ảnh hƣờng của dung dịch axit trong xử lý sợi xenlulozo thì thông thƣờng ngƣời ta khảo sát xử lý hai giai đoạn: giai đoạn 1 là giai đoạn xử lý với axit, giai đoạn 2 là giai đoạn xử lý với kiềm. Khi thời gian ngâm trong dung dịch axit tăng thì hàm lƣợng tạp chất bị loại khỏi sợi cũng tăng. Dung dịch kiềm không chỉ có tác dụng hòa tan các chất sáp, vô cơ và các hemixenlulozo, lignin có độ trùng hợp thấp. Kiềm còn có tác dụng làm trƣơng nở mạch xenlulozo, tuy nhiên không phá hủy xenlulozo mà chỉ gây ra những biến đổi về hóa lý trong cấu trúc.
Trong khi đó, axit có tác dụng làm đứt các liên kết axetal giữa nhóm chức lignin với nhóm hydroxyl của xenlulozo. Các sản phẩm 21 Luan van lignin bị tách ra tuy chƣa hòa tan trong dung dịch này nhƣng ở giai đoạn xử lý kiềm chúng sẽ dê dàng tham gia vào các phản ứng hóa học và tạo nên các sản phẩm dễ tan trong dung dịch kiềm, thậm chí tan trong nƣớc. Trong môi trƣờng axit, hemixenlulozo dễ bị thủy phân và tăng khả năng phân tán trong nƣớc [15]. Xử lý sợi tự nhiên tạo ra các loại sợi đáp ứng nhu cầu biến tính Khi sử dụng xenlulozo tự nhiên nhƣ: đay, tre, bột gỗ mềm, bột vỏ trấu, hạt bông…làm vật liệu nền thì trong hầu hết các trƣờng hợp, thống số ghép phụ thuộc vào hàm lƣợng lignin có mặt trong chát nền.
Nói chung hàm lƣợng lignin càng cao thì hiệu suất tổ hợp càng thấp. Điều đó là do lignin hoạt động nhƣ một chất bắt gốc tốt, làm hạn chế quá trình tổ hợp. Chẳng hạn ta nhận thấy có sự giảm cƣờng độ tín hiệu của phổ ESR (phổ cộng hƣởng spin điện tử) liên quan đến việc tăng hàm lƣợng lignin của xenlulozo đƣợc chiếu xạ quang học Nhƣ đã nói ở trên, mặc dù lignin là một chất làm chậm quá trình tổ hợp, nhƣng đôi khi ở một số phƣơng pháp lại cho kết quả ngƣợc lại. Kết quả nghiên cứu thu đƣợc khi tổ hợp xơ dừa và than bùn cho hiệu suất cao.
Kết quả cho thấy một lƣợng lớn lignin có mặt trong bột có thể tạo thuân lơi cho việc tổ hơp. Nguồn gốc, phân loại và tính chất của than bùn 1. Nguồn gốc than bùn ở Việt Nam Nƣớc ta rất giàu mỏ than bùn. Đây là nguồn tài nguyên lớn cho đất nƣớc, đặc biệt có lợi cho nông nghiệp và công nghiệp.
Than bùn đƣợc hình thành do sự tích lũy lâu đời của các xác thực vật phân giải trong điều kiện thừa ẩm, thiếu không khí. Kết quả của sự phân giải này là các xác thực vật không đƣợc phân giải hoàn toàn mà hình thành một chất lớp hữu cơ gồm những phần còn lại của thực vật đang bị dở dang, mùn mục và chất khoáng. Lớp chất hữu cơ đó gọi là ”than bùn”. Do điều kiện tự nhiên, điều kiện khí hậu và đặc điểm thực vật khác nhau của từng vùng, các mỏ than bùn ở nƣớc ta có những đặc điểm khác nhau [5].
Phân loại Có ba loại: than bùn nông, than bùn sâu, than bùn chuyển tiếp. Than bùn nông: đƣợc hình thành do sự tích tụ xác, bã các loại cây có ít dinh dƣỡng nhƣ: lau, sậy, lăn, lác,… ở những nơi địa hình tƣơng.