PRODUCTION OF VALUE-ADDED CHEMICALS FROM RICE STRAW

• Tác giả: Le Minh Tan
• Người hướng dẫn: Dr. Tran Tan Viet
• Trường học: Ho Chi Minh City University Of Technology
• Chuyên ngành: Chemical Engineering
• Đề tài: Production Of Value-Added Chemicals From Rice Straw
• Loại tài liệu: Master Thesis
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Ho Chi Minh

• ACKNOWLEDGEMENTS
• ABSTRACT
• DECLERATION
• 1. CONTENTS
• 2. LIST OF TABLES
• 3. LIST OF ABBREVIATIONS
• 4. Research aims and Objectives
• 5. Outline of thesis
• 6. Rice straw ± a potential lignocellulose biomass overview
• 6.1. Lignocellulosic biomass

I. Tổng Quan Về Sản Xuất Hóa Chất Từ Rơm Rạ Biorefinery Bền Vững

Trong bối cảnh nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt, việc tìm kiếm các nguồn năng lượng và hóa chất thay thế từ sinh khối trở nên cấp thiết. Rơm rạ, phụ phẩm nông nghiệp dồi dào, đặc biệt tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, Việt Nam, với sản lượng hàng năm lên đến gần 50 triệu tấn, đang thu hút sự chú ý lớn. Thay vì đốt bỏ gây ô nhiễm môi trường, rơm rạ có tiềm năng lớn để chuyển hóa thành các hóa chất giá trị gia tăng thông qua quy trình Biorefinery. Nghiên cứu này tập trung vào việc khai thác triệt để nguồn tài nguyên này, hướng đến mục tiêu Biorefinery không chất thải và phát triển một nền kinh tế tuần hoàn bền vững. Việc sử dụng rơm rạ không chỉ giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch mà còn góp phần giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường, theo [4±6].

1.1. Tiềm năng của rơm rạ trong sản xuất hóa chất giá trị gia tăng

Rơm rạ là nguồn lignocellulose dồi dào, chứa các thành phần chính là cellulose, hemicellulose và lignin. Các thành phần này có thể được chuyển đổi thành nhiều loại hóa chất giá trị gia tăng khác nhau, như ethanol, butanol, acetic acid, furfural và các sản phẩm sinh học khác. Sự đa dạng này mở ra nhiều cơ hội cho việc phát triển các quy trình Biorefinery tích hợp, tối ưu hóa việc sử dụng rơm rạ và tạo ra nhiều sản phẩm có giá trị kinh tế cao. Theo các nghiên cứu, việc tận dụng rơm rạ có thể mang lại lợi nhuận đáng kể cho ngành nông nghiệp và công nghiệp chế biến.

1.2. Định hướng biorefinery không chất thải trong chế biến rơm rạ

Mục tiêu của Biorefinery không chất thải là tận dụng tối đa tất cả các thành phần của rơm rạ, giảm thiểu lượng chất thải phát sinh và biến chất thải thành các sản phẩm có giá trị. Điều này đòi hỏi việc phát triển các quy trình chế biến tích hợp, trong đó các sản phẩm phụ từ một quy trình được sử dụng làm nguyên liệu cho quy trình khác. Ví dụ, lignin sau khi tách khỏi cellulose và hemicellulose có thể được chuyển đổi thành bio-oil hoặc các hóa chất aromatics. Chất thải lỏng từ quá trình lên men có thể được sử dụng làm phân bón hoặc tái chế trong quá trình acid hóa, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

II. Thách Thức Trong Sản Xuất Hóa Chất Từ Rơm Rạ Vấn Đề Silica

Mặc dù tiềm năng lớn, việc sản xuất hóa chất giá trị gia tăng từ rơm rạ vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Một trong những thách thức lớn nhất là hàm lượng silica cao trong rơm rạ. Silica có thể gây cản trở trong quá trình chế biến, làm giảm hiệu suất chuyển đổi và gây khó khăn cho việc tách chiết các sản phẩm mong muốn. Các phương pháp giảm silica truyền thống thường đòi hỏi điều kiện khắc nghiệt hoặc thiết bị đặc biệt, làm tăng chi phí sản xuất. Hơn nữa, sự tương tác phức tạp giữa lignin và các polysaccharid, đặc biệt là hemicellulose, thông qua các liên kết cộng hóa trị, cũng gây khó khăn trong quá trình phân tách và chế biến [9, 10].

2.1. Hàm lượng silica trong rơm rạ và ảnh hưởng đến quy trình biorefinery

Rơm rạ chứa một lượng đáng kể silica, có nguồn gốc từ đất và được hấp thụ vào cây lúa. Silica tồn tại trong rơm rạ dưới dạng polysilicic acid không hòa tan, gây khó khăn cho quá trình chế biến. Silica có thể làm giảm hiệu suất thủy phân cellulose và hemicellulose, gây tắc nghẽn trong các thiết bị và làm giảm chất lượng của các sản phẩm cuối cùng. Do đó, việc loại bỏ silica hiệu quả là một bước quan trọng để nâng cao hiệu quả của quy trình Biorefinery.

2.2. Các phương pháp loại bỏ silica truyền thống và hạn chế của chúng

Các phương pháp loại bỏ silica truyền thống bao gồm xử lý bằng axit mạnh, kiềm mạnh hoặc nhiệt độ cao. Tuy nhiên, các phương pháp này có thể gây ra các vấn đề về môi trường, ăn mòn thiết bị và làm biến đổi cấu trúc của lignin và các thành phần khác trong rơm rạ. Do đó, cần phát triển các phương pháp loại bỏ silica hiệu quả hơn, thân thiện với môi trường và ít gây ảnh hưởng đến các thành phần khác trong rơm rạ.

III. Phương Pháp Loại Bỏ Silica Hiệu Quả Axit Hóa Hai Bước Trong Biorefinery

Nghiên cứu này đề xuất một phương pháp mới để giảm hàm lượng silica trong lignin từ rơm rạ một cách hiệu quả và chọn lọc. Phương pháp này dựa trên việc theo dõi sự kết tủa và cấu trúc hóa học của các chất kết tủa bằng cách axit hóa dịch đen thu được từ quá trình xử lý kiềm của rơm rạ ở các giá trị pH khác nhau. Kết quả cho thấy rằng việc axit hóa hai bước bằng axit sulfuric 20 w/v% ở quy mô thí điểm để thu hồi lignin ở pH 9 và silica ở pH 3 cho phép loại bỏ đến 94% silica. Quy trình này đơn giản, hiệu quả và có thể được tích hợp vào quy trình Biorefinery hiện có.

3.1. Cơ chế loại bỏ silica bằng axit hóa hai bước

Quá trình axit hóa hai bước giúp tách lignin và silica dựa trên sự khác biệt về tính chất hòa tan của chúng ở các giá trị pH khác nhau. Ở pH 9, lignin kết tủa trong khi silica vẫn hòa tan. Sau khi tách lignin, dịch lỏng còn lại được axit hóa tiếp đến pH 3 để kết tủa silica. Quá trình này cho phép thu hồi cả lignin và silica một cách hiệu quả.

3.2. Ưu điểm của phương pháp axit hóa hai bước so với các phương pháp khác

Phương pháp axit hóa hai bước có nhiều ưu điểm so với các phương pháp loại bỏ silica truyền thống. Nó đơn giản, dễ thực hiện, không đòi hỏi điều kiện khắc nghiệt hoặc thiết bị đặc biệt. Nó cũng hiệu quả hơn trong việc loại bỏ silica và ít gây ảnh hưởng đến cấu trúc của lignin. Hơn nữa, dịch thải sau khi thu hồi lignin và silica có thể được tái sử dụng trong quá trình axit hóa, giúp giảm thiểu lượng chất thải phát sinh.

IV. Tích Hợp Sản Xuất Bioethanol Và Thu Hồi Lignin Biorefinery Không Chất Thải

Nghiên cứu tiếp tục phát triển một quy trình Biorefinery thí điểm tích hợp sản xuất bioethanol từ rơm rạ với hệ thống thu hồi lignin, silica và các chất dinh dưỡng. Hiệu suất thu hồi silica và lignin từ dịch đen đạt đến 96%, độ tinh khiết của lignin đạt 79% mà không có sự tồn tại của sợi carbohydrate. Chất thải lỏng cuối cùng chủ yếu chứa các chất vô cơ và có tiềm năng được tái sử dụng trong bước axit hóa. Bã chưng cất là nguồn nitơ cho quá trình đường hóa và lên men đồng thời, tương đương với dịch ngâm ngô, với nồng độ ethanol cuối cùng là 1. Dòng vật chất chỉ ra rằng các sản phẩm có giá trị hơn được sản xuất bằng phương pháp đơn giản làm tăng lợi nhuận của quy trình này. Ngoài ra, hiệu quả năng lượng của quy trình là 0.53, chứng minh tính kinh tế và bền vững của quy trình.

4.1. Hiệu quả thu hồi lignin và silica trong quy trình biorefinery tích hợp

Quy trình Biorefinery tích hợp cho phép thu hồi lignin và silica với hiệu suất cao từ dịch đen sau quá trình xử lý kiềm. Lignin thu được có độ tinh khiết cao và có thể được sử dụng làm nguyên liệu cho nhiều ứng dụng khác nhau. Silica thu được cũng có thể được sử dụng để tổng hợp các vật liệu có giá trị, như ZSM-5.

4.2. Tiềm năng tái sử dụng chất thải trong biorefinery không chất thải

Quy trình Biorefinery được thiết kế để giảm thiểu lượng chất thải phát sinh. Chất thải lỏng sau khi thu hồi lignin và silica có thể được tái sử dụng trong quá trình axit hóa, giảm lượng axit cần thiết và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Bã chưng cất từ quá trình sản xuất bioethanol có thể được sử dụng làm nguồn nitơ cho quá trình lên men, giảm sự phụ thuộc vào các nguồn nitơ bên ngoài.

V. Chuyển Hóa Lignin Thành Bio Oil Ứng Dụng Xúc Tác Ni ZSM 5 Hiệu Quả

Nghiên cứu sử dụng silica có nguồn gốc từ trấu để tổng hợp ZSM-5 và Ni/ZSM-5 để xúc tác cho quá trình hydro hóa lignin từ rơm rạ lần đầu tiên. Kết quả cho thấy năng suất bio-oil cao là 24.4 wt% và hàm lượng phenolic là 41.2% khi sử dụng Ni/ZSM-5. Điều này cho thấy tiềm năng của việc sử dụng Ni/ZSM-5 làm chất xúc tác hiệu quả cho việc chuyển hóa lignin thành bio-oil và các hóa chất có giá trị khác.

5.1. Vai trò của xúc tác Ni ZSM 5 trong quá trình hydro hóa lignin

Ni/ZSM-5 là một chất xúc tác hiệu quả cho quá trình hydro hóa lignin, giúp phá vỡ các liên kết phức tạp trong lignin và tạo ra các phân tử nhỏ hơn, như các hợp chất phenolic và bio-oil. Niken (Ni) có vai trò xúc tác cho quá trình hydro hóa, trong khi ZSM-5 có vai trò tăng diện tích bề mặt và độ xốp của chất xúc tác.

5.2. So sánh hiệu quả của Ni ZSM 5 với các xúc tác khác

So với các chất xúc tác khác, Ni/ZSM-5 cho thấy hiệu quả cao hơn trong việc chuyển hóa lignin thành bio-oil và các hợp chất phenolic. Điều này có thể là do sự kết hợp giữa tính chất xúc tác của niken và tính chất vật lý của ZSM-5.

VI. Phân Tích Vòng Đời Rơm Rạ Hướng Đến Kinh Tế Tuần Hoàn Bền Vững

Nghiên cứu cũng xem xét toàn diện vòng đời của rơm rạ theo định hướng kinh tế tuần hoàn. Việc đánh giá vòng đời giúp xác định các tác động môi trường của quy trình Biorefinery từ giai đoạn thu hoạch rơm rạ đến giai đoạn sử dụng các sản phẩm cuối cùng. Kết quả phân tích cho thấy rằng quy trình Biorefinery tích hợp có tiềm năng giảm thiểu tác động môi trường và tạo ra các sản phẩm bền vững.

6.1. Đánh giá tác động môi trường của quy trình biorefinery rơm rạ

Việc đánh giá tác động môi trường của quy trình Biorefinery bao gồm việc xác định và định lượng các nguồn phát thải, sử dụng tài nguyên và các tác động tiềm ẩn đến môi trường. Kết quả đánh giá giúp xác định các điểm nóng môi trường và đề xuất các giải pháp để giảm thiểu tác động.

6.2. Định hướng phát triển kinh tế tuần hoàn trong sản xuất hóa chất từ rơm rạ

Định hướng phát triển kinh tế tuần hoàn trong sản xuất hóa chất từ rơm rạ bao gồm việc tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên, giảm thiểu chất thải và tái chế các sản phẩm và vật liệu. Điều này đòi hỏi sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp và chính phủ để phát triển các quy trình và công nghệ bền vững.

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sản xuất khoảng 50 triệu tấn rơm rạ hàng năm, chủ yếu tập trung tại đồng bằng sông Cửu Long. Tuy nhiên, phần lớn rơm rạ hiện nay bị đốt bỏ trực tiếp trên đồng ruộng, gây phát thải lượng lớn khí độc hại như NOx, CO và CO2, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe cộng đồng. Rơm rạ là nguồn nguyên liệu lignocellulose giàu tiềm năng, chứa khoảng 38% cellulose, 25% hemicellulose và 12% lignin, cùng với hàm lượng silica cao chiếm tới 12% trọng lượng khô. Việc tận dụng rơm rạ để sản xuất các hóa chất giá trị gia tăng và nhiên liệu sinh học không chỉ góp phần giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch mà còn thúc đẩy phát triển kinh tế tuần hoàn và bảo vệ môi trường.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào phát triển quy trình thu hồi lignin và silica từ rơm rạ thông qua phương pháp xử lý kiềm và acid hóa hai bước, tích hợp với sản xuất bioethanol nhằm xây dựng mô hình nhà máy sinh học không phát sinh chất thải. Nghiên cứu cũng đánh giá khả năng chuyển đổi lignin thu hồi thành bio-oil bằng xúc tác Ni/ZSM-5 tổng hợp từ silica rơm rạ, đồng thời phân tích vòng đời sản phẩm để đề xuất mô hình kinh tế tuần hoàn bền vững. Thời gian nghiên cứu thực hiện tại TP. Hồ Chí Minh, giai đoạn 2021, với quy mô thí nghiệm từ phòng lab đến pilot scale.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao giá trị phụ phẩm nông nghiệp, giảm thiểu ô nhiễm môi trường do đốt rơm rạ, đồng thời mở ra hướng phát triển công nghiệp hóa chất sinh học và năng lượng tái tạo tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết về lignocellulose biomass (LCB) – một nguồn sinh khối tái tạo phong phú, bao gồm cellulose, hemicellulose và lignin. Cellulose là polymer polysaccharide có cấu trúc tinh thể, chiếm khoảng 38% trong rơm rạ, cung cấp nguồn carbon cho quá trình lên men sinh học. Hemicellulose là polymer đa dạng, dễ bị thủy phân, chiếm 25%. Lignin, chiếm khoảng 12%, là polymer thơm phức tạp, có vai trò bảo vệ cấu trúc tế bào thực vật và là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho sản xuất hóa chất giá trị cao.

Mô hình biorefinery được áp dụng nhằm phân tách và chuyển đổi các thành phần chính của rơm rạ thành các sản phẩm đa dạng như bioethanol, lignin tinh khiết và silica. Lý thuyết về acid-base precipitation được sử dụng để tách lignin và silica từ dung dịch kiềm (black liquor) sau xử lý kiềm. Ngoài ra, lý thuyết xúc tác hydrodeoxygenation (HDO) với xúc tác Ni/ZSM-5 được áp dụng để chuyển đổi lignin thành bio-oil giàu phenolic.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Lignocellulose biomass và cấu trúc liên kết giữa lignin, cellulose, hemicellulose và silica.
• Quá trình xử lý kiềm và acid hóa hai bước để thu hồi lignin và silica.
• Xúc tác ZSM-5 và Ni/ZSM-5 trong quá trình hydroprocessing lignin.
• Mô hình kinh tế tuần hoàn sinh học (circular bioeconomy) trong quản lý phụ phẩm nông nghiệp.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là rơm rạ thu thập tại huyện Củ Chi, TP. Hồ Chí Minh, được làm khô, nghiền nhỏ và phân tích thành phần hóa học theo chuẩn NREL. Phương pháp xử lý kiềm sử dụng dung dịch NaOH 1% w/v, nhiệt độ 90°C trong 2 giờ để hòa tan lignin và silica vào dung dịch black liquor. Quá trình acid hóa hai bước được thực hiện bằng H2SO4 20% w/v, điều chỉnh pH lần lượt ở 9 để kết tủa silica và 3 để kết tủa lignin.

Phân tích thành phần và cấu trúc của lignin và silica thu hồi được thực hiện bằng FTIR, XRD, TGA, SEM và BET. Xúc tác ZSM-5 và Ni/ZSM-5 được tổng hợp từ silica rơm rạ bằng phương pháp thủy nhiệt và phương pháp đồng kết tủa (DP). Quá trình hydroprocessing lignin được tiến hành trong phản ứng áp suất cao với H2, sử dụng n-hexane làm dung môi, đánh giá hiệu suất chuyển đổi và thành phần bio-oil bằng GC-MS và FTIR.

Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 2 đến tháng 12 năm 2021, với quy mô thí nghiệm từ phòng lab đến pilot scale, nhằm đánh giá khả năng ứng dụng công nghiệp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thành phần rơm rạ và black liquor: Rơm rạ chứa 38% cellulose, 25% hemicellulose, 12% lignin và 12% silica (tính theo tro). Sau xử lý kiềm, hàm lượng lignin và silica trong black liquor lần lượt tăng lên khoảng 51% và 51%, cho thấy hiệu quả hòa tan cao.

2. Phân tách lignin và silica bằng acid hóa hai bước: Acid hóa black liquor ở pH 9 thu hồi silica với hiệu suất lên đến 94%, trong khi acid hóa tiếp ở pH 3 thu hồi lignin với độ tinh khiết đạt 79% và hàm lượng silica tạp chỉ còn 3.46%. Quá trình này giúp giảm đáng kể sự ảnh hưởng của silica đến lignin, nâng cao chất lượng lignin thu hồi.

3. Ảnh hưởng nồng độ NaOH: Sử dụng NaOH 1% w/v trong xử lý kiềm cho hiệu suất thu hồi lignin cao nhất (66.75%) và độ tinh khiết lignin đạt 78%, đồng thời giảm thiểu sự hòa tan polysaccharide không mong muốn.

4. Tổng hợp và đặc tính xúc tác Ni/ZSM-5: Xúc tác Ni/ZSM-5 có diện tích bề mặt 270.6 m2/g, thể tích lỗ rỗng 0.215 cm3/g, với các hạt NiO phân tán tốt trên bề mặt zeolite. Xúc tác này có khả năng giảm số lượng các vị trí acid mạnh, phù hợp cho quá trình hydrodeoxygenation lignin.

5. Chuyển đổi lignin thành bio-oil: Sử dụng xúc tác Ni/ZSM-5, tỷ lệ chuyển đổi lignin đạt 96%, với sản lượng bio-oil lên đến 24.4% trọng lượng, trong đó phenolic chiếm 41.2%. So với xúc tác ZSM-5 hoặc không xúc tác, Ni/ZSM-5 cải thiện đáng kể hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

Thảo luận kết quả

Việc acid hóa hai bước tận dụng sự khác biệt về pH kết tủa silica và lignin giúp tách riêng hai thành phần này hiệu quả, giảm thiểu sự nhiễm tạp silica trong lignin thu hồi. Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về sự hòa tan và kết tủa của silica trong môi trường kiềm và acid. Việc lựa chọn NaOH 1% cân bằng giữa hiệu quả thu hồi và an toàn vận hành, giảm chi phí và ăn mòn thiết bị.

Xúc tác Ni/ZSM-5 tổng hợp từ silica rơm rạ không chỉ tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có mà còn tạo ra xúc tác có tính chọn lọc cao cho quá trình hydroprocessing lignin. Kết quả chuyển đổi lignin thành bio-oil phenolic cao cho thấy tiềm năng ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu sinh học và hóa chất sinh học.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện hiệu suất thu hồi lignin và silica theo pH, biểu đồ phân bố sản phẩm hydroprocessing lignin, và bảng so sánh đặc tính xúc tác ZSM-5 và Ni/ZSM-5. So sánh với các nghiên cứu quốc tế, quy trình này có ưu điểm về tính đơn giản, hiệu quả và khả năng mở rộng quy mô.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai quy trình acid hóa hai bước tại quy mô công nghiệp: Áp dụng acid hóa black liquor ở pH 9 để thu hồi silica, sau đó acid hóa tiếp ở pH 3 để thu hồi lignin tinh khiết, nhằm nâng cao hiệu quả thu hồi và chất lượng sản phẩm. Thời gian thực hiện trong vòng 1-2 năm, chủ thể là các nhà máy chế biến nông sản và công ty hóa chất.

2. Tối ưu hóa nồng độ NaOH trong xử lý kiềm: Khuyến nghị sử dụng NaOH 1% w/v để cân bằng hiệu suất thu hồi lignin và an toàn vận hành, giảm chi phí và ăn mòn thiết bị. Thời gian áp dụng ngay trong các quy trình hiện có.

3. Phát triển xúc tác Ni/ZSM-5 từ silica rơm rạ: Khuyến khích nghiên cứu sâu hơn và sản xuất xúc tác Ni/ZSM-5 quy mô lớn để ứng dụng trong hydroprocessing lignin, nâng cao giá trị lignin thành bio-oil phenolic. Chủ thể thực hiện là các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ hóa học, thời gian 2-3 năm.

4. Xây dựng mô hình kinh tế tuần hoàn sinh học: Tích hợp quy trình thu hồi lignin, silica và sản xuất bioethanol trong một hệ thống biorefinery không phát sinh chất thải, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tăng lợi nhuận. Chủ thể là các nhà quản lý chính sách, doanh nghiệp và viện nghiên cứu, thời gian 3-5 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật hóa học, công nghệ sinh học: Nghiên cứu quy trình xử lý lignocellulose, phát triển xúc tác và công nghệ biorefinery.

2. Doanh nghiệp chế biến nông sản và sản xuất nhiên liệu sinh học: Áp dụng công nghệ thu hồi lignin, silica và sản xuất bioethanol từ phụ phẩm nông nghiệp để nâng cao giá trị sản phẩm và giảm chi phí xử lý chất thải.

3. Cơ quan quản lý môi trường và chính sách phát triển bền vững: Tham khảo mô hình kinh tế tuần hoàn sinh học, đề xuất chính sách hỗ trợ phát triển công nghiệp xanh và giảm phát thải khí nhà kính.

4. Các tổ chức nghiên cứu và phát triển công nghệ xúc tác: Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng xúc tác Ni/ZSM-5 từ nguồn silica tái tạo, phát triển công nghệ hydroprocessing lignin.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phải sử dụng acid hóa hai bước để tách lignin và silica?
   Acid hóa hai bước tận dụng sự khác biệt về pH kết tủa silica (pH ~9) và lignin (pH ~3), giúp tách riêng hai thành phần hiệu quả, giảm tạp chất silica trong lignin, nâng cao độ tinh khiết và giá trị sử dụng.

2. Nồng độ NaOH ảnh hưởng thế nào đến hiệu suất thu hồi lignin?
   Nồng độ NaOH 1% w/v được xác định là tối ưu, cân bằng giữa hiệu suất thu hồi lignin cao (66.75%) và an toàn vận hành, tránh hòa tan polysaccharide không mong muốn, giảm ăn mòn thiết bị.

3. Xúc tác Ni/ZSM-5 có ưu điểm gì trong quá trình hydroprocessing lignin?
   Ni/ZSM-5 có khả năng xúc tác hiệu quả phản ứng hydrogenolysis, tăng tỷ lệ chuyển đổi lignin lên đến 96%, tạo ra bio-oil phenolic với hàm lượng cao (41.2%), vượt trội so với xúc tác ZSM-5 đơn thuần hoặc không xúc tác.

4. Quy trình này có thể áp dụng ở quy mô công nghiệp không?
   Quy trình acid hóa hai bước và tổng hợp xúc tác từ silica rơm rạ đã được thử nghiệm ở quy mô pilot, có tiềm năng mở rộng quy mô công nghiệp với chi phí hợp lý và hiệu quả kinh tế cao.

5. Mô hình kinh tế tuần hoàn sinh học giúp gì cho ngành nông nghiệp?
   Mô hình này giúp tận dụng tối đa phụ phẩm nông nghiệp như rơm rạ, giảm phát thải ô nhiễm, tạo ra các sản phẩm giá trị cao như bioethanol, lignin tinh khiết và silica, góp phần phát triển bền vững và tăng thu nhập cho nông dân.

Kết luận

• Đã phát triển thành công quy trình acid hóa hai bước thu hồi lignin và silica từ rơm rạ với hiệu suất thu hồi silica lên đến 94% và lignin tinh khiết đạt 79%.
• Nồng độ NaOH 1% w/v được xác định là điều kiện tối ưu cho xử lý kiềm, cân bằng hiệu quả và an toàn vận hành.
• Xúc tác Ni/ZSM-5 tổng hợp từ silica rơm rạ cho hiệu suất chuyển đổi lignin thành bio-oil phenolic cao, mở ra hướng phát triển nhiên liệu sinh học và hóa chất sinh học.
• Mô hình biorefinery tích hợp sản xuất bioethanol, thu hồi lignin và silica hướng tới kinh tế tuần hoàn sinh học, giảm thiểu chất thải và ô nhiễm môi trường.
• Đề xuất triển khai quy trình và xúc tác trong thực tế công nghiệp, đồng thời nghiên cứu mở rộng ứng dụng và tối ưu hóa quy trình trong các giai đoạn tiếp theo.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp phối hợp triển khai quy trình tại quy mô công nghiệp, đồng thời phát triển xúc tác Ni/ZSM-5 để nâng cao giá trị lignin và thúc đẩy phát triển bền vững ngành nông nghiệp và công nghiệp hóa chất sinh học.