Nghiên cứu biến tính vật liệu từ vỏ cây dướng để xử lý một số chất ô nhiễm trong nước

LỜI CẢM ƠN
Để đánh giá kết quả học tập của sinh viên sau 4 năm học hệ Đại học chính
quy, thực hiện chƣơng trình đào tạo của Bộ Giáo dục và đào tạo, trƣờng Đại học
Lâm Nghiệp đã hƣớng dẫn tổ chức tốt nghiệp cho sinh viên K59. Đƣợc sự đồng
ý của nhà trƣờng, Khoa Quản lý Tài nguyên rừng và Môi trƣờng, bộ môn Kĩ
thuật Môi trƣờng, đã cho phép em tiến hành thực hiện khóa luận tốt nghiệp với
đề tài “Nghiên cứu biến tính vật liệu từ vỏ cây Dướng để xử lý một số chất ô
nhiễm trong nước”
Sau thời gian nghiên cứu và thực nghiệm, đến nay khóa luận đã hồn
thành. Lời đầu tiên, em xin đƣợc gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu nhà trƣờng,
trƣờng Đại học Lâm Nghiệp, luôn tạo môi trƣờng học tập tốt nhất giúp chúng
em có thể học hỏi khơng chỉ về lý thuyết, kiến thức chun mơn mà cịn tạo ra
môi trƣờng hoạt động lành mạnh.
Em cũng xin trân trọng cảm ơn quý thầy cô trong khoa Quản lý tài ngun
rừng và Mơi trƣờng, ban giám đốc cùng tồn thể cán bộ, cơng nhân viên của
Trung tâm phân tích mơi trƣờng, trƣờng Đại học Lâm Nghiệp đã tạo điều kiện
tốt nhất giúp em hồn thành bài khóa luận
Cuối cùng em xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới thầy Th.S Bùi
Văn Năng, ngƣời đã ln nhiệt tình hƣớng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện
thuận lợi nhất để em hồn thành tốt bài khóa luận này
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội ngày 9 tháng 5 năm 2018
Sinh viên

Nguyễn Thị Minh Trang

i


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ i

MỤC LỤC ............................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................... vii
DANH MỤC HÌNH ........................................................................................... viii
TĨM TẮT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ............................................................ x
ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................................... 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU..................................... 3
1.1. Giới thiệu về cây Dƣớng ................................................................................ 3
1.1.1. Tên khoa học [20] ....................................................................................... 3
1.1.2. Nguồn gốc [19]............................................................................................ 3
1.1.3. Đặc điểm hình thái [19]............................................................................... 3
1.1.4. Đặc điểm sinh học [18] ............................................................................... 4
1.1.5. Thành phần hóa học và dƣợc chất [19] ....................................................... 4
1.1.6. Nghiên cứu về cây Dƣớng [19] ................................................................... 8
1.1.7. Hiệu quả xấu và rủi ro [19] ......................................................................... 9
1.1.8. Ứng dụng [19] ........................................................................................... 10
1.1.9. Xâm hại [20].............................................................................................. 11
1.2. Một số phƣơng pháp điều chế vật liệu từ sinh khối thực vật ....................... 11
1.2.1. Biến tính hóa học....................................................................................... 12
1.3.Giới thiệu về phƣơng pháp hấp phụ .............................................................. 20
1.3.1. Các khái niệm ............................................................................................ 20
1.3.2. Các mơ hình cơ bản của q trình hấp phụ ............................................... 22
Chƣơng 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU .................................................................................................... 26
2.1. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................... 26
2.2. Đối tƣợng nghiên cứu................................................................................... 26
ii


2.3. Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 26

2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................. 26
2.4.1. Phƣơng pháp kế thừa tài liệu ..................................................................... 26
2.4.2. Phƣơng pháp lấy mẫu Dƣớng.................................................................... 27
2.4.3. Phƣơng pháp biến tính vật liệu từ vỏ cây Dƣớng ..................................... 27
2.4.4. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu hấp
phụ từ vỏ cây Dƣớng ........................................................................................... 27
2.4.5. Phƣơng pháp phân tích các chỉ tiêu, thơng số ô nhiễm ............................. 28
2.4.6. Phƣơng pháp Scanning Electron Microscope (SEM) ............................... 29
2.4.7. Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (phổ IR) ..................................................... 30
2.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu ............................................................................ 31
Chƣơng 3. THỰC NGHIỆM ............................................................................... 32
3.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm ..................................................... 32
3.1.1. Hóa chất..................................................................................................... 32
3.1.2. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm .................................................................. 33
3.2. Thực nghiệm................................................................................................. 34
3.2.1. Xử lý sơ bộ mẫu từ vỏ cây Dƣớng ............................................................ 34
3.2.2. Khảo sát thời gian hấp phụ Fe2+ trong nƣớc bằng các mẫu vật liệu hấp phụ
từ vỏ cây Dƣớng .................................................................................................. 35
3.2.3. Xác định khả năng hấp phụ Fe3+ trong nƣớc bằng các mẫu vật liệu hấp
phụ từ vỏ cây Dƣớng ........................................................................................... 36
3.2.4. Xác định khả năng hấp phụ Zn2+ trong nƣớc bằng các mẫu vật liệu hấp
phụ từ vỏ cây Dƣớng ........................................................................................... 37
3.2.5. Xác định khả năng hấp phụ Ni2+ trong nƣớc bằng các mẫu vật liệu hấp
phụ từ vỏ cây Dƣớng ........................................................................................... 38
3.2.6. Xác định khả năng hấp phụ Xanh Metylen trong dung dịch bằng các mẫu
vật liệu hấp phụ từ vỏ cây Dƣớng ....................................................................... 38
3.2.7. Biến tính vật liệu hấp phụ từ vỏ cây Dƣớng bằng phản ứng đồng trùng
hợp ghép Acrylamide .......................................................................................... 39
iii

3.2.8. Xác định khả năng hấp phụ Zn2+ trong dung dịch bằng các mẫu vật liệu
biến tính bằng phản ứng đồng trùng hợp ghép Acrylamide ............................... 41
Chƣơng 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................... 42
4.1. Kết quả tổng hợp vật liệu hấp phụ từ vỏ cây Dƣớng ................................... 42
4.1.1. Đặc tính cơ bản của vỏ cây Dƣớng trƣớc biến tính và mẫu vật liệu hấp phụ
từ vỏ cây Dƣớng sau biến tính ............................................................................ 42
4.1.2. Đặc điểm liên kết, nhóm chức trên bề mặt của vật liệu trƣớc và sau biến
tính....................................................................................................................... 45
4.2. Đánh giá khả năng hấp phụ một số kim loại nặng của vật liệu ................... 50
4.2.1. Khảo sát thời gian hấp phụ tối ƣu của mẫu vật liệu hấp phụ từ vỏ cây
Dƣớng .................................................................................................................. 50
4.2.2. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Fe 2+ trong nƣớc bằng các mẫu biến
tính bằng NaOH từ vỏ cây Dƣớng ...................................................................... 51
4.2.3. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Zn2+ trong nƣớc bằng các mẫu biến
tính bằng NaOH từ vỏ cây Dƣớng ...................................................................... 55
4.2.4. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Ni 2+ trong nƣớc bằng các mẫu biến
tính bằng NaOH từ vỏ cây Dƣớng ...................................................................... 58
4.3. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Xanh Metylen trong nƣớc bằng các mẫu
biến tính bằng NaOH từ vỏ cây Dƣớng .............................................................. 60
4.3.1. Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn để định lƣợng hàm lƣợng Xanh Metylen
trong các mẫu nghiên cứu ................................................................................... 60
4.3.2. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Xanh Metylen của mẫu vật liệu hấp
phụ biến tính bằng NaOH từ vỏ cây Dƣớng ....................................................... 61
4.4. Đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu biến tính bằng phản ứng đồng trùng
hợp ghép Acrylamide từ vỏ cây Dƣớng .............................................................. 64
4.4.1. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Zn 2+ trong nƣớc bằng các mẫu vật liệu
biến tính bằng phản ứng đồng trùng hợp ghép acrylamide từ vỏ cây Dƣớng .... 64
4.4.2. So sánh kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Zn 2+ trong nƣớc bằng các mẫu
vật liệu biến tính từ vỏ cây Dƣớng. ..................................................................... 65

iv


4.5. Đề xuất hƣớng ứng dụng .............................................................................. 67
Chƣơng 5. KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KHUYẾN NGHỊ ................................... 68
5.1. Kết luận ........................................................................................................ 68
5.2. Tồn tại........................................................................................................... 69
5.3. Khuyến nghị ................................................................................................. 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

v


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

V0

: Mẫu vỏ Dƣớng chƣa biến tính

V5

: Mẫu vỏ Dƣớng biến tính với NaOH 5%

V15

: Mẫu vỏ Dƣớng biến tính với NaOH 15%

SEM

: Scanning Electron Microscope
(Kính hiển vi điện tử quét)

IR

: Infra red
(Phổ hồng ngoại)

vi


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1 : Danh mục các hóa chất cần thiết cho nghiên cứu ............................. 32
Bảng 3.2: Các mẫu vật liệu hấp phụ sau khi tổng hợp đƣợc từ vỏ cây Dƣớng
bằng phƣơng pháp biến tính bằng kiềm NaOH .................................................. 35
Bảng 4.1: Kết quả hàm lƣợng lignin của mẫu trƣớc và sau khi biến tính .......... 45
Bảng 4.2: Kết quả khảo sát thời gian hấp phụ tối ƣu của mẫu vật liệu hấp phụ từ
vỏ cây Dƣớng ...................................................................................................... 50
Bảng 4.3: Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn đo độ hấp phụ quang của Fe 3+ ở các
mức nồng độ khác nhau ...................................................................................... 51
Bảng 4.4: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Fe3+ của mẫu vật liệu hấp phụ biến
tính bằng NaOH từ vỏ cây Dƣớng ...................................................................... 53
Bảng 4.5: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Zn 2+ của mẫu vật liệu hấp phụ
biến tính bằng NaOH từ vỏ cây Dƣớng .............................................................. 56
Bảng 4.6: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Ni2+ của mẫu vật liệu hấp phụ biến
tính bằng NaOH từ vỏ cây Dƣớng ...................................................................... 58
Bảng 4.7: Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn đo độ hấp phụ quang của Xanh
Metylen ở các mức nồng độ khác nhau............................................................... 60
Bảng 4.8: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Xanh Metylen của mẫu vật liệu
hấp phụ biến tính bằng NaOH từ vỏ cây Dƣớng................................................. 62

Bảng 4.9: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Zn 2+ của mẫu vật liệu biến tính
bằng phản ứng đồng trùng hợp ghép acrylamide từ vỏ cây Dƣớng .................... 65
Bảng 4.10: Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Zn 2+ của mẫu vật liệu hấp phụ từ
vỏ cây Dƣớng………………………………………………………………......66

vii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1: Cây Dƣớng ............................................................................................... 3
Hình 2: Phản ứng este hóa giữa cellulose và axid xitric ..................................... 15
Hình 3 : Sơ đồ các phƣơng pháp biến tính polymer ........................................... 16
Hình 4: Các nhóm chức ghép nối vào cellulose tạo nên vật liệu có nhiều đặc tính
tốt [15] ................................................................................................................. 19
Hình 5.Cây Dƣớng tại khu vực lấy mẫu ............................................................. 27
Hình 6: Sơ đồ quy trình biến tính bằng phƣơng pháp đồng trùng hợp ghép
Acrylamide .......................................................................................................... 40
Hình 7: Ảnh SEM bề mặt bột vỏ Dƣớng ............................................................ 42
Hình 8: Ảnh SEM bề mặt vỏ Dƣớng biến tính bằng NaOH 5% ......................... 43
Hình 9: Ảnh SEM bề mặt vỏ Dƣớng biến tính bằng NaOH 15% ....................... 43
Hình 10: Ảnh SEM bề mặt vỏ Dƣớng biến tính bằng NaOH 5% rồi tiếp tục biến
tính bằng phản ứng đồng trùng hợp ghép Acrylamide ....................................... 44
Hình 11: Ảnh SEM bề mặt vỏ Dƣớng biến tính bằng NaOH 15% rồi tiếp tục
biến tính bằng phản ứng đồng trùng hợp ghép Acrylamide ............................... 44
Hình 12: Mẫu vật liệu trƣớc và sau khi biến tính với NaOH .............................. 45
Hình 13: Phổ hấp thụ hồng ngoại của vỏ Dƣớng ................................................ 46
Hình 14: Phổ hấp thụ hồng ngoại của vỏ Dƣớng biến tính bằng NaOH 5% ...... 47
Hình 15: Phổ hấp thụ hồng ngoại của vỏ Dƣớng biến tính bằng NaOH 15% .... 48
Hình 16: Phổ hấp thụ hồng ngoại của vỏ Dƣớng biến tính bằng NaOH 5% rồi
tiếp tục biến tính bằng phản ứng đồng trùng hợp ghép Acrylamide................... 49

Hình 17: Phổ hấp thụ hồng ngoại của vỏ Dƣớng biến tính bằng NaOH 15% rồi
tiếp tục biến tính bằng phản ứng đồng trùng hợp ghép Acrylamide................... 50
Hình 18: Biểu đồ thể hiện dung lƣợng hấp phụ Fe2+ của mẫu vật liệu biến tính
bằng kiềm từ vỏ Dƣớng theo thời gian ............................................................... 51
Hình 19: Đƣờng chuẩn của dung dịch Fe3+ ......................................................... 52

viii


Hình 20: Biểu đồ thể hiện dung lƣợng hấp phụ Fe 3+ của các mẫu vật liệu hấp
phụ từ vỏ cây Dƣớng V5, V15 ............................................................................ 54
Hình 21: Biểu đồ thể hiện nồng độ ban đầu và hiệu suất xử lý Fe 3+ của các mẫu
vật liệu hấp phụ từ vỏ cây Dƣớng V5 và V15 .................................................... 54
Hình 22: Biểu đồ thể hiện dung lƣợng hấp phụ Zn 2+ của các mẫu vật liệu hấp
phụ từ vỏ cây Dƣớng V5, V15 ............................................................................ 57
Hình 23: Biểu đồ thể hiện nồng độ ban đầu và hiệu suất xử lý Zn 2+ của các mẫu
vật liệu hấp phụ từ vỏ cây Dƣớng V5 và V15 .................................................... 57
Hình 24: Biểu đồ thể hiện dung lƣợng hấp phụ Ni 2+ của các mẫu vật liệu hấp
phụ từ vỏ cây Dƣớng V5, V15 ............................................................................ 59
Hình 25: Biểu đồ thể hiện nồng độ ban đầu và hiệu suất xử lý Ni 2+ của các mẫu
vật liệu hấp phụ từ vỏ cây Dƣớng V5 và V15 .................................................... 59
Hình 26 : Đƣờng chuẩn của dung dịch Xanh Metylen ....................................... 61
Hình 27: Biểu đồ thể hiện dung lƣợng hấp phụ Xanh Metylen của các mẫu vật
liệu hấp phụ từ vỏ cây Dƣớng V5, V15 .............................................................. 63
Hình 28: Biểu đồ thể hiện nồng độ ban đầu và hiệu suất xử lý Xanh Metylen của
các mẫu vật liệu hấp phụ từ vỏ cây Dƣớng V5 và V15 ...................................... 63
Hình 29: Biểu đồ thể hiện dung lƣợng hấp phụ Zn 2+ của các mẫu vật liệu hấp
phụ từ vỏ cây Dƣớng…………………………………………………………. 66
Hình 30: Biểu đồ thể hiện nồng độ ban đầu và hiệu suất xử lý Zn 2+ của các mẫu
vật liệu hấp phụ từ vỏ cây Dƣớng ....................................................................... 66

ix


TĨM TẮT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
1. Tên khóa luận:
“ Nghiên cứu biến tính vật liệu từ vỏ cây Dướng để xử lý một số chất ô
nhiễm trong nước”
2. Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ MINH TRANG
3. Giáo viên hƣớng dẫn:
Th.S BÙI VĂN NĂNG
4. Mục tiêu nghiên cứu
4.1. Mục tiêu chung
- Góp phần tìm kiếm những vật liệu thân thiện với mơi trƣờng để xử lí
mơi trƣờng
4.2. Mục tiêu cụ thể
- Biến tính đƣợc vật liệu hấp phụ từ vỏ cây Dƣớng
- Đánh giá đƣợc khả năng xử lý các kim loại nặng và chất màu hữu cơ
của vật liệu biến tính từ vỏ cây Dƣớng.
5. Đối tƣợng nghiên cứu
- Vật liệu hấp phụ: Vỏ cây Dƣớng
- Dung dịch Fe2+, dung dịch Fe3+, dung dịch Zn2+, dung dịch Ni2+, dung
dịch Xanhmetylen đƣợc sử dụng để đánh giá khả năng hấp phụ của vỏ cây
Dƣớng
- Phạm vi nghiên cứu: Thực nghiệm trong phịng thí nghiệm tại trƣờng
Đại học Lâm Nghiệp
- Thời gian nghiên cứu: 13/2 đến 21/4/2018
6. Nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu biến tính vỏ cây Dƣớng để tạo ra vật liệu hấp phụ xử lý ô
nhiễm môi trƣờng.

- Nghiên cứu ứng dụng vật liệu hấp phụ từ vỏ cây Dƣớng vào xử lý môi
trƣờng:
 Khảo sát khả năng hấp phụ kim loại nặng (Fe3+, Zn2+, Ni)
x


 Khảo sát khả năng hấp phụ chất hữu cơ (Xanh Metylen)
- Đề xuất hƣớng sử dụng vỏ cây Dƣớng làm vật liệu hấp phụ trong xử lý
môi trƣờng
7. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phƣơng pháp kế thừa tài liệu
- Phƣơng pháp lấy mẫu cây Dƣớng
- Phƣơng pháp biến tính vật liệu vỏ cây Dƣớng
- Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm
- Phƣơng pháp phân tích trong phịng thí nghiệm
- Phƣơng pháp xử lý số liệu
8. Những kết quả đạt đƣợc
Từ quá trình nghiên cứu, khóa luận đã đạt đƣợc những kết quả sau:
 Vỏ cây Dƣớng có đặc điểm là dai, có nhiều chất sơ. Kết quả nghiên cứu
cho thấy vỏ Dƣớng có khá nhiều lignin
 Sau khi biến tính bằng dung dịch NaOH 5%, NaOH 15% và biến tính
bằng phƣơng pháp đồng trùng hợp ghép Acrylamide thì bề mặt của vật liệu có
sự thay đổi. Mẫu vật liệu V5, V15 có bề mặt nhẵn nhịn, các vảy gần nhƣ biến
mất cịn mẫu vật liệu biến tính bằng phƣơng pháp đồng trùng hợp ghép
Acrylamide thì bề mặt vật liệu trở nên xù xì hơn so với mẫu V5, V15.
 Trên bề mặt vỏ vật liệu vỏ Dƣớng bao gồm các nhóm và liên kết chủ
yếu là (–OH), C=O, C=C, C–C, C–H. Các đỉnh hấp thụ ở số sóng 3.624 cm-1
biểu thị dao động của nhóm (–OH). Nhóm này có thể tồn tại trong liên kết (O–H)
liên phân tử, nội phân tử của cellulose, hemicellulose, lignin; liên kết hydro
trong nhóm cacboxyl. Trong khi đó, đỉnh hấp thụ ở số sóng 1.737 cm-1 thể hiện

sự tồn tại của liên kết C=O trong nhóm cacboxyl. Liên kết C–O tại vị trí vịng
thơm của lignin xuất hiện ở số sóng 1.249 cm-1. Vạch phổ ở số sóng xuất hiện ở
số sóng 1.516 cm-1 thể hiện dao động dãn của liên kết C=C trong các axit béo.


Khả năng hấp phụ các kim loại nặng của vật liệu là khác nhau. Đối

với Fe3+ thì mẫu V5 cho hiệu suất hấp phụ Fe3+ trong dung dịch đạt 92,51% cao
xi


nhất khi ở nồng độ Fe3+ trong dung dịch hấp phụ = 5 mg/L; mẫu V15 cho hiệu
suất hấp phụ Fe3+ trong dung dịch đạt 94,78% cao nhất khi ở nồng độ Fe 3+ trong
dung dịch hấp phụ = 5 mg/L,


Khả năng hấp phụ Xanh Metylen của các mẫu vật liệu cũng khác

nhau. Cụ thể, mẫu V5 cho hiệu suất hấp phụ Xanh Metylen đạt 98,05% khi nồng
độ Xanh Metylen hấp phụ = 50 mg/L; mẫu vật liệu hấp phụ V15 cho hiệu suất
hấp phụ Xanh Metylen đạt 98,29% khi nồng độ Xanh Metylen hấp phụ = 15
mg/L.


Mẫu vật liệu biến tính bằng phƣơng pháp đồng trùng hợp ghép

Acrylamide cho hiệu suất hấp phụ Zn2+ trong dung dịch đạt 65,33% khi nồng độ
Zn2+ trong dung dịch hấp phụ = 100 mg/L.


Cây Dƣớng là loài cây mọc hoang dã, tập trung khá nhiều ở miền

Bắc nƣớc ta, có nhiều cơng dụng bổ ích cho sức khỏe, đƣợc dùng để sản xuất
giấy đem lại giá trị kinh tế cao. Việc tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ cây Dƣớng vừa
đơn giản lại khơng tốn kém do đó khuyến khích các nhà mơi trƣờng và ngƣời
dân sử dụng để xử lý môi trƣờng hiệu quả và rẻ tiền hơn.
Hà Nội, ngày 9 tháng 5 năm 2018
Sinh viên

xii


ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay nền kinh tế vẫn đang trên đà phát triển kéo theo đó là sự phát
triển của các ngành công nghiệp cùng với lƣợng thải lớn các chất thải chứa
nhiều kim loại nặng, các chất hữu cơ khó và dễ phân hủy, các chất thải có độc
tính cao,… có hại đến mơi trƣờng và sức khỏe của con ngƣời.
Ion kim loại nặng và những hợp chất của chúng đƣợc biết đến nhƣ các
chất độc tiềm ẩn tồn tại lâu dài trong thiên nhiên và có khả năng tích tụ trong cơ
thể sinh vật. Khi ở nồng độ cao, các ion kim loại nặng trong nƣớc gây những tác
động xấu tới các hoạt động và quá trình duy trì các nguồn nƣớc trong thiên
nhiên. Một số ion kim loại nặng độc hại nhƣ đồng, chì, cadimi, crom,... có thể
gây những rủi ro lâu dài đến sức khỏe con ngƣời và hệ sinh thái. Những kim loại
này khơng có khả năng phân hủy sinh học và có xu hƣớng tích tụ trong cơ thể
sống. Mặc dù sự có mặt của một số kim loại nặng ở một mức độ nào đó là cần
thiết cho sự phát triển và tồn tại của sinh vật sống nhƣng chúng sẽ gây ra những
phản ứng tiêu cực khi hàm lƣợng vƣợt quá giới hạn cho phép. Chính vì vậy, việc
áp dụng các phƣơng pháp xử lý nhằm giảm thiểu hoặc loại bỏ kim loại nặng ra
khỏi môi trƣờng là cần thiết và ngày càng đƣợc quan tâm để bảo vệ môi trƣờng
sống và sức khỏe cộng đồng.

Các phƣơng pháp hóa lý và hóa học để xử lý kim loại nặng trong nƣớc đã
đƣợc biết đến nhƣ phƣơng pháp kết tủa hóa học, điện hóa, trao đổi ion, hấp thụ
sinh học, hấp phụ cộng kết hóa học.... Mỗi phƣơng pháp đều có ƣu nhƣợc điểm
nhất định và phạm vi ứng dụng khác nhau. Các cơng nghệ này cần bổ sung hóa
chất vào dịng thải gây ô nhiễm thứ cấp hoặc giá thành cao, không kinh tế. Vì
vậy, việc nghiên cứu và tìm kiếm các phƣơng pháp xử lý hiệu quả và kinh tế hơn
là việc làm cấp thiết của các nhà khoa học.
Trong những năm gần đây, nghiên cứu tách các kim loại trong nƣớc bằng
các vật liệu tự nhiên là một trong những hƣớng nghiên cứu mới, thân thiện với
mơi trƣờng vì ít phải bổ sung hố chất vào dịng thải nên khơng gây ảnh hƣởng
thứ cấp tới mơi trƣờng mà cịn có thể thu hồi kim loại. Một số vật liệu giá thành
1


thấp đã đƣợc các nhà nghiên cứu ở nhiều nƣớc nghiên cứu để xử lý kim loại
nặng trong nƣớc. Các kết quả nghiên cứu đã chứng minh rằng những vật liệu có
sẵn ở địa phƣơng có thể sử dụng để thay thế vật liệu hấp phụ đắt tiền. Do đó,
những nghiên cứu tìm tịi về lĩnh vực này vẫn ln đƣợc quan tâm và việc phát
hiện khả năng loại bỏ kim loại của những lồi thực vật bản địa ít giá trị kinh tế
sẽ mang lại lợi ích mơi trƣờng và cả lợi ích kinh tế.
Để đóng góp vào hƣớng nghiên cứu tiềm năng này, đề tài đã đƣợc lựa
chọn thực hiện là: “Nghiên cứu biến tính vật liệu từ vỏ cây Dướng để xử lý một
số chất ô nhiễm trong nước”. Cây Dƣớng là loài cây gỗ nhỏ thuộc họ Dâu tằm,
mọc hoang dã trong tự nhiên. Vỏ Dƣớng là loại vỏ tốt để sản xuất giấy và đem
lại lợi ích về kinh tế. Khóa luận lựa chọn vỏ cây Dƣớng để xử lý chất ô nhiễm
trong nƣớc nhằm phát triển công nghệ xử lý nƣớc thải.

2

Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Giới thiệu về cây Dƣớng
1.1.1. Tên khoa học [20]
Họ Dâu tằm:

Moraceae

Giới:

Plantae

Bộ:

Rosales

Họ:

Moraceae

Chi:

Broussonetia

Lồi:

B. Papyrifera

Hình 1: Cây Dướng
1.1.2. Nguồn gốc [19]

Cây Dƣớng có nguồn gốc ở vùng ôn đới và nhiệt đới Đông Nam Á bao
gồm Miến Điện, Cambodge, Đại Hàn, Lào, Malaisia, Thái Lan và Việt Nam, nơi
đây cây Dƣớng có thể đạt đến 15 – 20 m bề cao, trong môi trƣờng thiên nhiên.
Cây Dƣớng đƣợc du nhập vào Âu Châu khoảng năm 1750. Lần đầu tiên
đến chỉ mang vào toàn cây đực ♂, cây cái ♀ đƣợc đem đến sau.
Cây Dƣớng đƣợc du nhập để sử dụng nhƣ một cây cho bóng mát với sự
tăng trƣởng rất nhanh. Cây Dƣớng trồng trong những bản địa của vùng Thái
Bình Dƣơng dùng để chế biến ra vải từ vỏ cây
1.1.3. Đặc điểm hình thái [19]
 Thân gỗ nhỏ, đơn phái biệt chu, hoa đực và hoa cái mang trên 2 thân
khác nhau, cây có lá rụng, có thể đạt đến 15 m chiều cao, vỏ láng, màu xám, hơi
có đƣờng rạch. Nhánh hơi ngang có lơng màu nâu đỏ, rỉ ra những nhựa trắng
nếu bị tổn thƣơng. Gỗ mềm, và bở, chồi nụ hình chóp.
3


 Lá mọc cách, to, từ 7 đến 20 cm, hình dạng thay đổi, (kể cả cùng một
nhánh), phiến lá ngun dạng hình trái tim, hình xoan, có thùy cạn hay sâu, với
những lá có thùy thƣờng ở trên những cây non, gân lá hình chân vịt, phát xuất từ
đáy 3, bìa lá khơng đều có răng, mặt trên nhám, mặt dƣới mềm, cuống lá dài 5
cm, có lơng, lá bẹ hình tam giác, cao 8 mm
 Đơm hoa, gồm hoa đực và hoa cái.
 Hoa đực (tiểu nhụy) dạng gié đi mèo thịng dài, xoắn, 6 đến 8 cm,
gồm nhiều hoa nhỏ hợp lại, có cuống ngắn, hoa 4 phân, 4 lá đài dính, nhụy cái
lép, màu xanh lá cây nhạt.
 Hoa cái (vịi nhụy), hình hoa đầu, to, hình cầu thận, 1,5 cm có lá hoa
hình đinh, có lơng, đài hình ống, vịi nhụy 1 dài, 1 ngắn
 Vào cuối hè, cầu thận nở cho ra những ống nhỏ màu cam 1 cm dài với đầu
ngọn ống ngƣời ta tìm thấy một hạt màu đỏ kích thƣớc 1 đến 2 mm đƣờng kính.
 Trái, phì quả, ăn đƣợc, đỏ cam dính nhau, 1,5 – 2,0 cm đƣờng kính, hột đỏ

1.1.4. Đặc điểm sinh học [18]
Dƣớng là loài cây ƣa sáng, mọc nhanh, phát triển trên nhiều loại đất khác
nhau. Quả có vị ngọt và nhiều hạt, lại là thức ăn hấp dẫn của nhiều loài chim và
thú nhỏ, nên hạt dƣớng có thể đƣợc các lồi chim thú đó phát tán mạnh, đến các
vùng xa nơi cây mẹ. Khi gặp đất ẩm, hạt dƣớng mọc rất nhanh thành cây con.
Trong các thành phố cịn có thể gặp dƣớng mọc khắp nơi cả trên mái nhà. Trong
các bãi đất hoang, dƣớng thƣờng là cây đến đầu tiên cùng với nhiều cây hoang
dại khác. Tốc độ lớn của dƣớng mọc từ hạt rất nhanh, sau 4 – 5 năm có thể cao
đến 5m và đã cho rất nhiều hoa, quả. Cây tái sinh bằng hạt, chồi và rễ đều tốt,
dƣớng thƣờng mọc thuần loài thành các đám lớn trên các sƣờn đồi, ven song
suối có đất ẩm, sâu dày.
1.1.5. Thành phần hóa học và dược chất [19]
1.1.5.1. Thành phần hóa học của Hoa Dướng:
Vành hoa và đế hoa ở miền nam nƣớc Trung Quốc đã đƣợc phân tích
riêng ra từng bộ phận của những thành phần hóa học :
4


 Trong vành hoa của cây Dƣớng : Chất đạm thô 7,08 %, những chất béo
thô 3,72 %, chất đƣờng 64,73% trên trọng lƣợng khô.
 Trong đế hoa Dƣớng : Chất đạm thô 4,75 %, chất béo thô 8,08 %,
hydrates de carbone 67,03% trên trọng lƣợng khô.
 Nồng độ của acides béo khơng bảo hịa là 68% trên tổng số acides béo .
 Tỉ lệ phần trăm của những acides amines thiết yếu (AAE) trong tổng số
acides amines là : 34,52% trong vành hoa Dƣớng , 27,96% trong đế hoa Dƣớng .
Ngồi ra, có nhiều thành phần ngun tố khống, vitamines giàu trong
Hoa Dƣớng.
Trong vành hoa Dƣớng, những nguyên tố: calcium Ca 10015 mg / kg,
magnésium Mg 19896 mg / kg, kẽm Zn 62,6 mg / kg, sắt Fe 306,6 mg / kg, VE
1.35mg/100g.

Kết quả cho thấy rằng, hoa Dƣớng có thể là lợi ích trong thực phẩm bổ
sung trong các chế phẩm hoặc nhƣ phụ gia thực phẩm.
1.1.5.2. Dược chất:
● Những sử dụng y học :
▪ Cây Dƣớng đƣợc cho là: chất làm se thắt, lợi tiểu, thuốc bổ, chất làm
lành vết thƣơng đƣợc.
▪ Nƣớc ép của lá cây Dƣớng là : thuốc bài tiết mồ hôi và nhuận trƣờng
cũng đƣợc sử dụng trong chữa trị : bệnh kiết lỵ, và cũng dùng nhƣ thuốc dán cao
trên những bệnh da khác nhau, vết chích của cơn trùng, v...v...
▪ Lá Dƣớng đƣợc sử dụng để chữa trị những bệnh: máu trong đờm, nôn
mửa ra máu, xuất huyết tử cung, chảu máu kinh nguyệt quá nhiều, chữa trị vết
thƣơng trong y học Trung Quốc, và xuất huyết dạ dày dùng ở Hawaii.
▪ Lá cũng đƣợc dùng cho bệnh lậu, bệnh kiết lỵ, viêm ruột .
▪ Quả Dƣớng là chất : lợi tiểu, viêm mắt, chất kích thích, làm dễ tiêu, và là
thuốc bổ
▪ Ở Hawaii, nhựa cây Dƣớng là chất nhuận tràng nhẹ

5


▪ Những sử dụng khác bao gồm chất mủ trắng, đƣợc cho là hữu ích để sử
dụng bên ngồi cơ thể, cho những bệnh: thần kinh bì ngứa mãn tính, nhiễm nấm
ngồi da, chứng lở chóc, vết chích con ong, những vết chích cơn trùng, và cũng
đƣợc sử dụng nhƣ chất chữa lành đƣợc vết thƣơng.
▪ Vỏ của thân là thuốc cầm máu
▪ Nhựa đƣợc báo cáo là loại mủ dùng trong y học Trung Quốc.
▪ Lá Dƣớng đƣợc ngâm trong nƣớc đun sôi để chữa trị bệnh dạ dày, và
những bệnh đau bụng theo kinh nghiệm dân gian Samoan.
▪ Thân Dƣớng dùng để điều trị cho những chứng phun mủ ở da dùng trong
y học Trung Quốc

▪ Nƣớc ép cây Dƣớng sử dụng trong chữa trị bệnh vô niệu.
▪ Rễ Dƣớng nấu chín với những thức ăn khác có tác dụng lợi sữa.
▪ Nƣớc nấu sắc décoction của vỏ đƣợc dùng để chữa trị bệnh cổ trƣớng,
giảm sƣng hoặc phù thũng và dùng chữa trị chứng trƣớng bụng.
● Chức năng cây Dƣớng ở Phƣơng Tây: chống tiêu chảy, cầm máu.
● Chức năng năng lƣợng:
Theo y học cổ truyền Trung Quốc, cây Dƣớng là thuốc sử dụng năng
lƣợng để bổ dƣỡng cho gan và thận , loại bỏ nhiệt, và làm mát máu, loại bỏ nhiệt
ẩm ƣớt ở giữa, và đốt cháy bên dƣới cũng sử dụng để làm ngƣng tiêu chảy.
Trong y học Tàu, dùng làm tầm nhìn rõ, ni dƣỡng mắt.
Dƣớng đƣợc sử dụng cho tình trạng suy nhƣợc của thận và của đầu gối,
bệnh thiếu máu, chứng chóng mặt, và bệnh bất lực cũng nhƣ sự yếu kém của
những khớp xƣơng, và những bắp cơ.
▪ Chất nhựa nhày nhớt của cây Dƣớng là : một thuốc nhuận tràng nhẹ
▪ Tro của cây Dƣớng: chứng đẹn, là một bệnh nấm trong miệng, đƣợc cho
là đƣợc cải thiện khi lấy những tro từ những tấm vỏ của cây Dƣớng đập dập (gọi
kappa) đốt cháy, lấy tro áp dụng thoa vào miệng.
● Tiềm năng sử dụng mỹ phẩm :

6


Cây Dƣớng dƣờng nhƣ là một chất chống oxy hóa mạnh antioxydant
[Cheng và al] cho là cũng mạnh nhƣ chất butylhydroxytoluene (BHT),một chất
chống oxy hóa thƣờng đƣợc sử dụng để bảo quản thực phẩm .cũng có thề đƣợc
xem nhƣ có một hoạt động chống nấm anti-fongique [Iida và al] bởi vì những
hợp chất đƣợc xác định nhƣ : broussonin A (2-3 - (4-hydroxy-phényl)-propyl)-5méthoxy-phénol), mà trƣớc đây đƣợc báo cáo nhƣ một phytoalexine .
Hiện có một hợp chất khác đã đƣợc xác định nhƣ có những đặc tính kháng
khuẩn,
● Làm mất sắc tố của da:

Hoạt động làm mất sắc tố của cây Dƣớng đã đƣợc đo lƣờng, nhờ vào sự
trợ giúp của ,những dụng cụ đo lƣờng màu sắc [Ha và al].
Ngƣời ta đã khảo sát những hiệu quả của một chất ức chế trích xuất của
cây Dƣớng và xác định nhƣ Kazinol F với cùng một cấu trúc .
Báo cáo rằng nguyên liệu này có cùng mức độ với phân hóa tố.
Hoạt động ức chế với một nồng độ yếu nhất bằng cách so sánh với acide
kojique, acide ascorbique và hydroquinone.
Cũng chỉ ra rằng Kazinol F có một hoạt động làm sạch gốc tự do tốt bởi
so với tocophérol.
Làm mất sắc tố của da đã đƣợc mô tả bởi một tác giả [D'Amelio] bằng
cách sử dụng vỏ rễ của cây Dƣớng.
Thành phần hoạt chất đƣợc mô tả nhƣ là : - 5 - (3'-(2,4-dihydroxyphényl)propyl) -3,4-bis (3-méthyl-2-butényl) -1,2-benzènediol.
Những tác giả cho rằng trích xuất của cây Dƣớng chứa 5,0 % của thành
phần hoạt chất đủ cho thấy một hiệu quả đƣợc làm sáng tỏ khá mạnh khi đƣợc
sử dụng với một nồng độ cũng thấp 0,1-1,0% trong sản phẩm cuối cùng.
Hoạt động làm mất sắc tố da đƣợc phán đoán là phù hợp và có thể áp
dụng đƣợc với những điều kiện nhƣ là những vết tàn nhang, những đốm đồi mồi
( điểm tuổi già ), đặc biệt phổ biến trong những loại da “ da trắng ”.
Cũng hữu ích trong sự đổi màu da liên kết với thời kỳ mang thai .
7




Kinh nghiệm dân gian :

Trong Á Châu thời xa xƣa, lớp biểu bì dƣới vỏ cây Dƣớng đƣợc sử dụng
để chế tạo giấy thích ứng với thƣ pháp và tranh họa hay còn đƣợc biến đổi
thành sợi dệt mà ngƣời ta cịn tìm thấy trên thị trƣờng trong dƣới tên là “ tapa ” .
Trong dƣợc điển truyền thống tất cả những bộ phận đều đƣợc sử dụng :

▪ Vỏ cây Dƣớng đƣợc nhƣ là chất làm se thắt và tẩy xổ.
▪ Chất mủ trắng nhƣ sữa, là chất làm se thắt đƣợc sử dụng để chữa trị
những bệnh của da, những vết chích và những vết cắn.
▪ Nƣớc nấu sắc của lá Dƣớng là thuốc nhuận tràng.
▪ Quả Dƣớng có những đặc tính cho lợi tiểu, bệnh về mắt, chất kích thích,
và là thuốc bổ.
1.1.6. Nghiên cứu về cây Dướng [19]
● Sự ức chế của phân hóa tố bởi hoá chất thực vật của cây Dƣớng:
 Hyung Won Ryu, Ji Hye Lee, Jae Eun Kang, Young Min Jin, Ki Hun
Park
▪ Những rễ cây Dƣớng đã đƣợc ly trích trong 4 dung môi phân cực khác
nhau chloroforme, ethanol với 50% trong nƣớc, ethanol và nƣớc .
Trích xuất trong ethanol cho thấy sự ức chế hiệu quả nhất (72,3% à 20 g /
ml) chống lại : xanthine oxydase (XOD).
▪ Sắc ký giấy cho đƣợc 9 hóa chất thực vật đã đƣợc xác định nhƣ :
broussochalcone A (1), broussochalcone B (2), 3,4-dihydroxyisolonchocarpin
(3), 4 - hydroxyisolonchocarpin (4), 3 - '(3-méthyl-2-ényl) -3 ', 4',7trihydroxyflavane (5), kazinol A (6), kazinol B (7), kazinol E (8) và
broussoflavan A (9).
Tất cả những hợp chất phân lập đƣợc (19) có những hoạt động chống oxy
hóa chống lại 2,2-diphenyl-l-picrylhydrazyl và gốc 2,2′-azino-bis
ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid (ABTS) với những giá trị của CI50 từ 5,8
đến 252.8M.

8


Mặc dù hầu hết những hợp chất thể hiện một sự ức chế mạnh với giá trị
của CI50 từ 0,6 đến 164 M chống lại XOD,
Những hợp chất 1 và 3 đã đƣợc tìm thấy là những đóng góp chủ yếu cho
sự ức chế XOD trong trích xuất của ethanol.

● Chất ức chế tyrosinase tứ cây Dƣớng Broussonetia papyrifera :
• Zong-Ping Zheng, Ka-Wing Cheng, Jianfei Chao, Jiajun Wu, Mingfu
Wang ,
Phân đoạn của trích xuất trong chloroforme từ những nhánh của cây
Dƣớng, dẫn đến sự phân lập một hợp chất mới le 3,5,7,4 '-tétrahydroxy-3'-(2hydroxy-3-méthyl-but-3-ényl) và 10 hợp chất đã đƣợc biết: uralenol, quercétine,
isolicoflavonol, papyriflavonol A, broussoflavonol F, 5,7,3 ', 5'tetrahydroxyflavanone, lutéoline, isoliquiritigénine, broussochalcone A, và 5,7,3
', 4'-tétrahydroxy-3-methoxyflavone.
Những cấu trúc đã đƣợc xác định bởi sự diễn giải của MS, RMN 1H, 13C,
HMQC và dữ liệu HMBC.
1.1.7. Hiệu quả xấu và rủi ro [19]
▪ Dị ứng allergie
Vào mùa xuân, gần những cây Dƣớng Broussonetia papyrifera này có thể
gây ra dị ứng với phấn hoa .
▪ Độc tính Toxicite:
Cây Dƣớng khơng độc hại nhƣng phấn hoa gây dị ứng
▪ Đƣợc báo cáo rằng, ăn quả Dƣớng trong thời gian dài sẽ làm suy yếu
đến cấu trúc của xƣơng.
▪ Trong một thử nghiệm, hợp chất của cây Dƣớng có hiệu quả trong một
cơ thể trong thử nghiệm làm mất sắc tố và cụ thể cho thấy khơng có kích ứng
chủ yếu nào cả, khơng có tiềm năng gây nhạy cảm trên da của ngƣời và trong
mắt của thỏ (thử nghiệm kích ứng) [Jang và al].
Liều dùng : Sử dụng từ 9-15 grammes.
Chăm sóc da để mất sắc tố của da 3-5% của trích xuất lỏng
9


1.1.8. Ứng dụng [19]
▪ Trong canh tác :
Để canh tác, cây Dƣớng nên gieo trồng vào mùa xuân, và thực hiện dƣới
nhà kính trong các vĩ độ của Châu Âu. Một khi bắt đầu bén rễ, cây Dƣớng có thể

đề kháng đối với nhiệt độ lạnh -12°C hoặc ít hơn.
Cây tăng trƣởng khá nhanh, đƣợc đánh giá cao đối với hệ sinh thái khô
cằn và nghèo chất dinh dƣởng.
Cây Dƣớng lây lan dễ dàng và có thể trở nên lồi thực vật xâm lấn.
Cây Dƣớng là loài đơn phái, biệt chu tức hoa đực và hoa cái ở hai gốc
khác nhau. Vì thế để cho thụ phấn dễ dàng, ngƣời ta phải trồng cây đực và cây
cái xen kẻ nhau, để có đƣợc trái cây Dƣớng hay cây dâu giấy.
▪ Làm giấy :
Vỏ đƣợc cấu thành của những chất xơ có độ bền rất cao và cho phép chế
tạo giấy có phẩm chất rất tốt. Dƣớng đƣợc sử dụng từ thế kỷ thứ III trƣớc công
nguyên ở Trung Quốc để chế tạo giấy.
Những kỹ thuật đƣợc xuất khẩu theo với Phật giáo, với những văn bản và đa
số của nền văn hóa Trung Quốc đến Hàn Quốc và Nhật Bản vào thế kỷ thứ VI.
Đồng thời, những kỷ thuật cũng đƣợc xuất khẩu vào Ấn Độ.
Giấy Đại Hàn (hanji trong đại hàn) và Nhật Bản ( 紙 ( kami, papier ), tên
địa phƣơng gọi là washi ( 和紙 (washi hay wagami), đƣợc làm thủ công từ thế
kỷ thứ VII.
Những ngƣời Á Rập mua đƣợc kỷ thuật này vào thế kỷ VII từ những tù
nhân ngƣời Trung Quốc.
Mãi đến thế kỷ VIII những ngƣời Á Rập mang kỹ thuật giấy của ngƣời
Trung Quốc vào trong Châu Âu.
▪ Diệt vải :
Tapa, là một vải dệt dựa trên nguyên liệu vỏ cây Dƣớng cho những thƣớc
vải dệt màu trắng

10


« Masi » là tên đặt cho cây Dƣớng trong những đảo Fidji, nơi đây đã nhập
bởi những nhà thám hiểm. Vỏ cây Dƣớng đƣợc sử dụng để làm y phục quần áo,

cũng đƣợc gọi là “ masi ”, thiết kế với những mơ hình truyền thống.
Những y phục đƣợc mặc trong những buổi lễ quan trọng nhƣ là đám cƣới,
ngày sinh nhật, đám tang ... )
1.1.9. Xâm hại [20]
Dƣớng khi đƣợc đƣa tới những khu vực không phải là bản địa của nó có
thể nhanh chóng thay thế cho các loài thực vật bản địa và trở thành loài xâm hại
nguy hiểm, làm thay đổi hệ sinh thái tự nhiên của khu vực đó. Điều này có thể
đƣợc coi là đúng tại Islamabad khi dƣớng đƣợc đƣa vào trồng tại đây vì các giá
trị cảnh quan của nó, nhƣng hiện nay nó đã thay thế cho quần thực vật bản địa ở
mức độ đáng báo động. Phấn hoa từ cây dƣớng là nguyên nhân số một gây ra
các vấn đề dị ứng tại thành phố này.
Một trong những nguyên nhân chính để dƣớng có thể loại bỏ quần động
vật bản địa là do hệ thống rễ khá cứng của nó dễ dàng thâm nhập qua lớp đất
phía trên (và các lớp đất phía dƣới), và do nó có nhu cầu rất cao về nƣớc, dẫn
đến việc còn lại rất ít nƣớc cho quần động vật bản địa sử dụng.
1.2. Một số phƣơng pháp điều chế vật liệu từ sinh khối thực vật
Sinh khối thực vật cũng nhƣ cellulose chƣa biến tính có khả năng hấp phụ
kim loại nặng thấp và tính chất vật lý khơng ổn định. Để khắc phục những điểm
hạn chế của sinh khối thô, các phƣơng pháp biến tính đƣợc áp dụng để nâng cao
hiệu quả xử lý kim loại nặng và chất hữu cơ. Một số nhóm đƣợc sử dụng nhiều
nhất đƣợc phân loại nhƣ sau: phƣơng pháp vật lý (xay và nghiền, nhiệt); phƣơng
pháp hóa học (biến tính bằng kiềm, acid, tác nhân oxi hóa, dung mơi hữu cơ);
phƣơng pháp sinh học; tổ hợp phƣơng pháp vật lý, hóa học (q trình tự thủy
phân, oxi hóa ƣớt).
Phƣơng pháp sinh học để phân hủy một phần vật liệu lignocellulose bằng
cách sử dụng các vi sinh vật phân hủy lignin và hemicellulose bằng cách sử
dụng vi nấm vi khuẩn. Ƣu điểm của phƣơng pháp là tiến hành dễ dàng và tốn ít
11

năng lƣợng. Tuy nhiên, quá trình phân hủy sinh học diễn ra chậm và cần áp
dụng thêm các phƣơng pháp vật lý, hóa học khác nhƣ phƣơng pháp nghiền cơ
học. Các phƣơng pháp vật lý nhƣ nghiền, chiếu xạ, nhiệt cũng đƣợc áp dụng để
biến đổi tính chất của sinh khối thực vật. Phƣơng pháp nghiền làm tăng diện tích
bề mặt và giảm độ tinh thể của cellulose. Phƣơng pháp chiếu xạ nhằm phá vỡ
các liên kết hidro trong cấu trúc tinh thể của cellulose bằng năng lƣợng bức xạ.
Tuy nhiên phƣơng pháp này cần năng lƣợng lớn. Các phƣơng pháp hóa học sử
dụng các chất hóa học để biến tính vật liệu. Mục đích của phƣơng pháp này làm
thủy phân hemicellulose, lignin đồng thời tăng hàm lƣợng cellulose trong sinh
khối thực vật. Phƣơng pháp biến tính kết hợp với phƣơng pháp vật lý hóa học
thƣờng đƣợc áp dụng và đƣợc coi là phƣơng pháp tốt nhất.
Hai phƣơng pháp biến tính sinh khối thực vật thành vật liệu thƣờng đƣợc
áp dụng và nghiên cứu đó là phƣơng pháp chế tạo than hoạt tính và phƣơng pháp
biến tính bề mặt.
1.2.1. Biến tính hóa học
Mục tiêu quan trọng của biến tính bằng các chất hóa học là tạo ra bề mặt âm
điện hoặc ổn định điện tích dƣơng trên bề mặt của vật liệu [15]. Điều này làm cho
khả năng phân tách keo tốt hơn và điều chỉnh đặc tính bề mặt của vật liệu.
Các chuỗi cellulose chƣa một nhóm hydroxyl chính và hai nhóm hydroxyl
thứ cấp. Các nhóm chức hoạt động đƣợc gắn vào các nhóm hydroxyl bằng các
chất hóa học [10]. Các phƣơng pháp biến tính hóa học chính bao gồm: este hóa
bằng acid hữu cơ, oxi hóa bằng các tác nhân oxi hóa, thủy phân bằng dung dịch
kiềm và ghép các monomer lên sinh khối thực vật. Các phƣơng pháp biến tính
sinh khối thực vật có thể tách đƣợc các hợp chất hữu cơ hòa tan và nâng cao
hiệu quả tạo phức với kim loại nặng [14]. Lignin có chứa nhiều nhóm chức nhƣ
hydroxyl tự do, nhóm metoxyl, nhóm cacbonyl và nối đơi, do đó có thể tham gia
các phản ứng oxi hóa làm đứt mạch cacbon tạo thành acid béo và vịng thơm,
mặc dù lignin có khả năng bền nhiệt tốt, nóng chảy ở nhiệt độ 140 – 160°C,
nhƣng dễ bị suy giảm độ bền do tia tử ngoại. Vì thế trƣớc khi chế tạo vật liệu
12

cần phải xử lý sợi để loại bỏ lignin. Hemicellulose có cấu trúc vơ định hình,
ngồi ra cịn có một số ít tồn tại ở vùng tinh thể của cellulose. Vì vậy nó dễ bị
thủy phân trong dung dịch acid, dễ bị trích khỏi sợi trong dung dịch kiềm lỗng,
dễ hấp phụ ẩm, có khả năng phân hủy dƣới tác dụng của vi khuẩn làm giảm độ
bền của vật liệu, tính chất cơ học kém, khơng bền. Biến tính hóa học khơng
những loại bỏ lignin, hemicellulose mà cịn làm giảm hàm lƣợng tinh thể
cellulose và tăng độ xốp của bề mặt của vật liệu. Đã có nhiều nghiên cứu về
phƣơng pháp biến tính vật liệu bằng cách sử dụng các tác nhân biến tính khác
nhƣ các dung dịch kiềm (NaOH, Ca(OH)2, Na2CO3), các acid vô cơ (HCl,
H2SO4, HNO3), các acid hữu cơ (acid tartaric, acid xitric) hay các hợp chất hữu
cơ (methanol, fomandehyt), các tác nhân oxi hóa (H2O2, phản ứng Fentom) để
xử lý các chất hữu cơ hòa tan, độ màu và hấp phụ kim loại nặng trong nƣớc. Tác
nhân biến tính làm tăng tính hoạt động của bề mặt vật liệu do gắn thêm các
nhóm chức có khả năng kết hợp với kim loại nặng, loại bỏ các chất hữu cơ dễ
hịa tan có sẵn trong vật liệu.
1.2.1.1. Biến tính bằng dung dịch acid vơ cơ
Biến tính bằng dung dịch acid là quá trình phá vỡ cấu trúc bền vững của
vật liệu lignocellulose. Ion H+ phá vỡ liên kết nội phân tử và liên kết giữa các
phân tử với nhau giữa cellulose, hemicellulose, lignin trong sinh khối [13]. Các
acid đặc nhƣ H2SO4, HCl, H3PO4 và HNO3 đang đƣợc áp dụng để thủy sinh phân
khối. Các nhóm hydroxyl trên cellulose đóng vai trị quan trọng về khả năng trao
đổi ion của vật liệu lignocellulose. Bản thân nhóm này có khả năng trao đổi yếu
vì liên kết OH- phân cực khơng mạnh. Nhiều biện pháp biến tính đƣợc cơng bố
nhƣ oxi hóa các nhóm hydroxyl thành các nhóm chức acid hoặc sunfo hóa bằng
acid sunfuric [4]. Tuy nhiên chất thải từ q trình biến tính bằng acid cần đƣợc
xử lý do có tính độc hại, ăn mịn. Hầu hết các phƣơng pháp biến tính sinh khối
thực vật bằng acid vơ cơ đều sử dụng dung dịch acid loãng nhƣ acid H 2SO4, HCl
và HNO3. Các acid lỗng có hiệu quả hơn về mặt chi phí và mơi trƣờng. Nhìn

chunh acid lỗng (H2SO4 < 4%) có thể hịa tan hầu hết hemicellulose. Dung dịch
13