Đồ án HCMUTE: Tiền xử lý rơm rạ bằng phương pháp hóa học phục vụ thủy phân

• Tác giả: Đoàn Thị Ngọc Chung
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
• Đề tài: Tiền Xử Lý Rơm Rạ Bằng Một Số Phương Pháp Hóa Học Phục Vụ Quá Trình Thủy Phân
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• TÓM TẮT KHÓA LUẬN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Khái quát về biofuel (nhiên liệu sinh học)
• 1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ ethanol
• 1.2.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ ethanol trên thế giới
• 1.2.2. Tình hình sản xuất ethanol ở Việt Nam
• 1.3. Nguyên liệu sản xuất
• 1.4. Nguồn rơm rạ ở Việt Nam
• 1.4.1. Sản lượng
• 1.4.2. Hiện trạng sử dụng
• 1.5. Vật liệu lignocellulosic
• 1.5.1. Thành phần lignocellulose của rơm rạ
• 1.5.2. Các phương pháp thủy phân rơm rạ để chuẩn bị lên men ethanol
• 1.5.2.1. Thủy phân bằng acid
• 1.5.2.2. Thủy phân bằng enzyme
• 1.5.2.3. Tiền xử lý – nhân tố chìa khóa tăng hiệu suất thủy phân
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 2.1. Hóa chất sử dụng
• 2.2. Phương pháp
• 2.2.1. Đo nồng độ đường khử
• 2.2.2. Xử lý số liệu
• 2.2.3. Bố trí thí nghiệm
• 2.3. Khảo sát quá trình tiền xử lý rơm rạ bằng dung dịch Ammonia
• 2.4. Khảo sát quá trình tiền xử lý rơm rạ bằng dung dịch NaOH loãng
• 2.5. Thí nghiệm thủy phân rơm rạ sau khi tiền xử lý
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Phân tích thành phần hóa học của rơm rạ
• 3.2. Quá trình tiền xử lý rơm rạ bằng dung dịch Ammonia (SAA – Soaking in aqueous ammonia)
• 3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tiền xử lý rơm rạ bằng dung dịch Ammonia
• 3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình tiền xử lý rơm rạ bằng dung dịch Ammonia loãng
• 3.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ Ammonia đến quá trình tiền xử lý rơm rạ
• 3.3. Tiền xử lý rơm rạ bằng dung dịch NaOH
• 3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến quá trình tiền xử lý rơm rạ
• 3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tiền xử lý rơm rạ
• 3.3.3. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình tiền xử lý rơm rạ
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tiền xử lý rơm rạ Tổng quan và phương pháp

Phần này trình bày tổng quan về tiền xử lý rơm rạ, tập trung vào các phương pháp hóa học nhằm tăng hiệu quả thủy phân rơm rạ. Tiền xử lý rơm rạ là giai đoạn quan trọng, quyết định hiệu quả của quá trình chuyển hóa sinh khối nông nghiệp thành nhiên liệu sinh học như ethanol. Nghiên cứu tập trung vào hai phương pháp hóa học phổ biến: sử dụng dung dịch amoniac (SAA - Soaking in aqueous ammonia) và dung dịch NaOH. Mục tiêu là tối ưu hóa các điều kiện tiền xử lý (nồng độ, nhiệt độ, thời gian) để đạt được hàm lượng đường khử cao nhất sau thủy phân. Phương pháp tiền xử lý hiệu quả cần cân bằng giữa chi phí và hiệu quả tiền xử lý rơm rạ. Việc đánh giá hiệu quả tiền xử lý dựa trên hàm lượng đường khử thu được sau thủy phân sinh khối bằng enzyme Cellulast 1.5L. Các yếu tố như cellulose, hemicellulose, và lignin trong cấu trúc rơm rạ ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả tiền xử lý.

1.1. Phân tích cấu trúc rơm rạ và ảnh hưởng đến thủy phân

Rơm rạ, một nguồn sinh khối phong phú, có cấu trúc phức tạp gồm cellulose, hemicellulose, và lignin. Cellulose, là nguồn carbohydrate chính, liên kết chặt chẽ với hemicellulose và lignin, tạo thành cấu trúc vững chắc, hạn chế khả năng tiếp cận của enzyme trong quá trình thủy phân. Lignin, một polymer phức tạp, đóng vai trò như lớp bảo vệ, ngăn cản sự phân hủy cellulose và hemicellulose. Do đó, tiền xử lý nhằm phá vỡ cấu trúc này, giúp enzyme dễ dàng tiếp cận và thủy phân các thành phần carbohydrate. Phân tích cấu trúc rơm rạ trước và sau tiền xử lý bằng kỹ thuật kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy sự thay đổi về hình thái, minh chứng cho sự phá vỡ cấu trúc. Hiểu rõ cấu trúc rơm rạ giúp chọn lựa phương pháp tiền xử lý phù hợp, tối ưu hóa hiệu quả thủy phân. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp hóa học để phá vỡ cấu trúc rơm rạ, nhằm nâng cao hiệu suất thủy phân. Ứng dụng tiền xử lý rơm rạ trong sản xuất sinh khối năng lượng rất quan trọng. Đánh giá hiệu quả tiền xử lý là cần thiết để chọn lựa công nghệ phù hợp.

1.2. So sánh hiệu quả của phương pháp tiền xử lý bằng amoniac và NaOH

Nghiên cứu so sánh hai phương pháp hóa học tiền xử lý rơm rạ: sử dụng dung dịch amoniac (SAA) và dung dịch NaOH. Phương pháp tiền xử lý bằng amoniac sử dụng nồng độ amoniac khác nhau (ví dụ: 25% w/w), nhiệt độ (ví dụ: 70°C) và thời gian phản ứng (ví dụ: 10 giờ) để tìm điều kiện tối ưu. Phương pháp tiền xử lý bằng NaOH cũng được tối ưu hóa với các thông số tương tự (ví dụ: nồng độ 4%, nhiệt độ 85°C, thời gian 80 phút). Kết quả cho thấy cả hai phương pháp đều làm tăng hiệu suất thủy phân, nhưng phương pháp tiền xử lý bằng NaOH có thể đạt được hàm lượng đường khử cao hơn. Chi phí tiền xử lý bằng mỗi phương pháp cũng được xem xét. Việc so sánh này giúp đánh giá phương pháp tiền xử lý rơm rạ hiệu quả, phù hợp với điều kiện thực tế. So sánh phương pháp tiền xử lý rơm rạ là phần quan trọng của nghiên cứu. Hiệu quả tiền xử lý rơm rạ được đánh giá dựa trên hàm lượng đường khử sau thủy phân.

1.3. Đánh giá hiệu quả và ứng dụng thực tiễn

Hiệu quả tiền xử lý rơm rạ được đánh giá dựa trên hàm lượng đường khử thu được sau thủy phân bằng enzyme. Điều kiện tối ưu cho mỗi phương pháp được xác định. Kết quả cho thấy tiền xử lý làm tăng đáng kể hàm lượng đường khử, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thủy phân sinh khối và sản xuất ethanol. Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc ứng dụng công nghệ tiền xử lý rơm rạ trong sản xuất sinh khối năng lượng. Ứng dụng tiền xử lý rơm rạ trong sản xuất ethanol hứa hẹn giải quyết vấn đề năng lượng tái tạo và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Tài liệu tham khảo về tiền xử lý rơm rạ cung cấp thông tin bổ ích cho các nghiên cứu tương lai. Công nghệ sinh học đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển bền vững. Nghiên cứu tiền xử lý rơm rạ có ý nghĩa thực tiễn lớn.