Nghiên cứu một số tính chất của thân cây ngô sau khi xử lý và định hướng khả năng sử dụng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.32 MB, 71 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------------------------------------
ĐỖ THỊ NGOAN
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA THÂN CÂY NGÔ
SAU KHI XỬ LÝ VÀ ĐỊNH HƯỚNG KHẢ NĂNG SỬ DỤNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Hà Nội, 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------------------------------------
ĐỖ THỊ NGOAN
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA THÂN CÂY NGÔ
SAU KHI XỬ LÝ VÀ ĐỊNH HƯỚNG KHẢ NĂNG SỬ DỤNG
Chuyên ngành: Kỹ thuật máy, thiết bị và công nghệ gỗ, giấy
Mã số: 60.62.03.01
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. CAO QUỐC AN
Hà Nội, 2014
i
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu một số tính chất của thân cây
Ngô sau khi xử lý và định hướng khả năng sử dụng” là kết quả của quá
trình học tập, nghiên cứu khoa học độc lập và nghiêm túc. Các số liệu trong
luận văn được thu thập từ thực tế có nguồn gốc rõ ràng, đáng tin cậy, được
xử lý trung thực và khách quan.
Em xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Hà Nội, ngày 23 tháng 02 năm 2014
Học viên
Đỗ Thị Ngoan
ii
LỜI CẢM ƠN
Nhân dịp hoàn thành luận văn thạc sỹ, em xin bày tỏ lòng biết ơn trân
trọng đến các thầy cô giáo, khoa Sau đại học, Khoa Chế biến lâm sản Trường
Đại học Lâm nghiệp, những người đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình học
tập và nghiên cứu tại trường.
Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Cao Quốc An người đã
tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực tập và hoàn thành luận văn
thạc sỹ.
Em xin cảm ơn các cán bộ, công nhân viên thuộc Trung tâm công nghệ
công nghiệp rừng Trường Đại học Lâm nghiệp, Trung tâm thí nghiệm thực
hành của Khoa Chế biến lâm sản đặc biệt là thạc sỹ Nguyễn Thị Loan, đã tạo
điều kiện về máy móc thiết bị và hướng dẫn em thực hành các thí nghiệm
trong thời gian thực hiện luận văn.
Tôi xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 23 tháng 02 năm 2014
Học viên
Đỗ Thị Ngoan
iii
MỤC LỤC
Trang
TRANG PHỤ BÌA
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii
MỤC LỤC ........................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................. vi
DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................. vii
DANH MỤC CÁC HÌNH .............................................................................. viii
ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1
Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ....................................... 3
1.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu. ............................................................... 3
1.1.1. Lịch sử và nguồn gốc cây Ngô........................................................ 3
1.1.2 Đặc điểm thực vật học cây ngô ........................................................ 4
1.2. Tình hình nghiên cứu lợi dụng phế liệu nông nghiệp ............................ 8
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới.................................................. 8
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước.................................................... 9
1.3. Mục tiêu, đối tượng, phạm vi, nội dung và phương pháp nghiên cứu. 12
1.3.1. Mục tiêu nghiên cứu...................................................................... 12
1.3.2. Đối tượng nghiên cứu ................................................................... 12
1.3.3. Phạm vi nghiên cứu....................................................................... 12
1.3.4. Nội dung nghiên cứu ..................................................................... 14
1.3.5. Phương pháp nghiên cứu............................................................... 15
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................. 16
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................... 17
2.1. Đặc điểm của nguyên liệu thân cây Ngô ............................................. 17
2.1.1. Đặc điểm sinh thái thân cây Ngô ................................................. 17
iv
2.1.2 Đặc điểm cấu tạo của thân ngô ...................................................... 18
2.2. Tỷ suất dăm tính theo công thức .......................................................... 23
2.3. Xác định thành phần hóa học của thân ngô ......................................... 23
2.3.1. Xác định hàm lượng ẩm bằng phương pháp cân sấy .................... 23
2.3.2. Xác định hàm lượng các chất chiết suất trong 1% NaOH ........... 24
2.3.3. Xác định hàm lượng tro ................................................................ 25
2.3.4. Xác định hàm lượng lignin ........................................................... 26
2.3.5. Xác định hàm lượng cellulose....................................................... 27
2.3.6. Xác định hàm lượng các chất tan trong nước nóng ...................... 28
2.3.7. Xác định hàm lượng các chất tan trong nước lạnh ....................... 29
Chương 3.KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................... 31
3.1. Chuẩn bị thực nghiệm .......................................................................... 31
3.1.1. Những số liệu về thân cây ngô dùng trong luận văn..................... 31
3. 2. Tiến hành thực nghiệm........................................................................ 31
3.2.1. Mô tả thí nghiệm ........................................................................... 31
3.3. Tạo mẫu xác định thành phần hóa học................................................. 34
3.4. Tỷ suất dăm sau sàng ........................................................................... 35
3.5. Thành phần hóa học cơ bản của thân ngô ............................................ 35
3.6. Kết quả xác định và đánh giá hàm lượng các chất tan của nguyên liệu
thân cây ngô ................................................................................................ 38
3.6.1. Hàm lượng các chất tan trong 1% NaOH ..................................... 38
3.6.2. Hàm lượng các chất tan trong nước lạnh ...................................... 40
3.6.3 Hàm lượng các chất tan trong nước nóng ...................................... 41
3.6.4. Hàm lượng tro ............................................................................... 42
3.6.5. Hàm lượng cellulose ..................................................................... 44
3.6.6. Hàm lượng lignin .......................................................................... 45
v
3.7. So sánh thành phần hóa học của nguyên liệu thân cây ngô với một số
nguyên liệu phi gỗ ....................................................................................... 46
3.8. Đề xuất định hướng sử dụng hợp lý nguyên liệu thân cây ngô ........... 47
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................ 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt
m, Gc
mdts, Gdtn
m(d+c)ss, G(d+c)tn
mdss, Gdsn
Viết đầy đủ
Khối lượng chén cân (g)
Khối lượng dăm nguyên liệu trước khi sấy.(g)
Khối lượng dăm nguyên liệu và chén cân sau sấy (g)
Khối lượng khô kiệt của dăm nguyên liệu sau khi sấy (g)
W
Độ ẩm của dăm ( % )
Wtb
Độ ẩm trung bình của dăm (%)
A
Hàm lượng tro ( % )
Atb
Hàm lượng tro trung bình (%)
mphễu
Khối lượng của phễu lọc.(g)
m(p+d)ts
Khối lượng của phễu lọc và dăm trước khi sấy. (g)
m1
m(p+d)
Khối lượng của dăm khô kiệt.
Khối lượng của phễu lọc và dăm sau khi sấy.(g)
m2
Khối lượng khô kiệt của dăm sau khi sấy (g)
N
Hàm lượng các chất chiết suất( %)
Ntb
Hàm lượng trung bình các chất chiết suất (%)
C
Hàm lượng cellulose, lignin.(%)
Ctb
Hàm lượng trung bình cellulose, lignin. (%).
vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng
TT
1.1
2.1
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
Diện tích, năng suất, sản lượng ngô Việt Nam 2000-2009 [6]
Hình thái sợi của thân cây Ngô và so sánh với một số loại
nguyên liệu [7]
Tỷ suất dăm thu được ở các chế độ xử lý khác nhau
Bảng tổng hợp thành phần hóa học của thân cây ngô khi chưa xử
lý (đối chứng).
Bảng tổng hợp thành phần hóa học của thân cây ngô xử lý bằng
PP Khô
Bảng tổng hợp thành phần hóa học của thân cây ngô xử lý bằng
PP ướt (15 phút)
Bảng tổng hợp thành phần hóa học của thân cây ngô xử lý bằng
PP Ướt (30 phút)
Bảng tổng hợp thành phần hóa học của thân cây ngô xử lý bằng
PP Ướt (45 phút)
Hàm lượng chất tan trong 1% NaOH của nguyên liệu thân cây
ngô (%)
Hàm lượng chất tan trong nước lạnh của nguyên liệu thân cây
ngô (%)
Hàm lượng chất tan trong nước nóng của nguyên liệu thân cây ngô
Trang
7
22
35
36
36
37
37
38
38
40
41
3.10 Hàm lượng tro của nguyên liệu thân cây ngô (%)
42
3.11 Hàm lượng cellulose của nguyên liệu thân cây ngô
44
3.12 Hàm lượng lignin của nguyên liệu thân cây ngô
45
3.13
Bảng So sánh thành phần hóa học của thân cây ngô sau khi xử lý
với một số loại nguyên liệu phi gỗ [8]
46
viii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Tên hình
TT
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
So sánh hàm lượng chất tan trong 1%NaOH của nguyên liệu thân
cây ngô ở các chế độ xử lý khác nhau
So sánh hàm lượng chất tan trong nước lạnh của nguyên liệu thân
cây ngô ở các chế độ xử lý khác nhau
So sánh hàm lượng chất tan trong nước nóng của nguyên liệu thân
cây ngô ở các chế độ xử lý khác nhau
So sánh hàm lượng tro của nguyên liệu thân cây ngô ở các chế độ
xử lý khác nhau
So sánh hàm lượng cellulose của nguyên liệu thân cây ngô ở các
chế độ xử lý khác nhau
So sánh hàm lượng lignin của nguyên liệu thân cây ngô ở các chế
độ xử lý khác nhau
Trang
39
40
41
43
44
45
1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong một vài năm trở lại đây nhu cầu sử dụng gỗ của thế giới nói chung
và của Việt Nam nói riêng đang gia tăng một cách đáng kể. Tuy nhiên lượng
gỗ tự nhiên chưa thể đáp ứng đủ yêu cầu của thị trường, đặc biệt là nguyên
liệu cho ngành công nghiệp sản xuất ván dăm, ván sợi, hay sản xuất giấy...
Việt Nam là một nước nông nghiệp, cây ngô đã được coi là một trong
những cây trồng phổ biến trên khắp cả nước. Mỗi năm cả nước đã sản xuất ra
được hàng triệu tấn ngô hạt các loại, và đương nhiên đi kèm theo nó là hàng
triệu tấn thân cây ngô, được coi là một loại phế liệu nông nghiệp. Thân cây
ngô trước kia được người dân chủ yếu dùng làm củi đun, nhưng ngày nay chỉ
có một lượng nhỏ thân cây ngô được dùng làm thức ăn gia súc, còn lại phần
lớn là được thải ra môi trường, một phần trong số đó được người dân đốt ngay
trên những cánh đồng, điều này không những gây lãng phí một loại nguyên
liệu có thể lợi dụng, mà nó còn gây ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường
sinh thái.
Vì vây, việc nghiên cứu lợi dụng thân cây ngô loại thứ phế liệu nông
nghiệp có thể thay thế gỗ là nhiệm vụ hết sức quan trọng, cần được đầu tư
nghiên cứu. Hiện nay, cũng đã có các nghiên cứu thành công ở trên thế giới
và trong nước trong việc sử dụng nguyên liệu thân cây ngô vào sản xuất ván
dăm, ván sợi hay bột giấy và đã thu được những kết quả đáng khích lệ.
Tuy nhiên, một trong những nhược điểm lớn nhất của nguyên liệu thân
cây ngô đó chính là chúng luôn luôn tồn tại một hàm lượng đường, chất tủy
xốp và các chất chiết suất không nhỏ bên trong nguyên liệu, chính những chất
này đã gây cản trở không nhỏ cho việc lợi dụng loại nguyên liệu này trong sản
xuất ra các sản phẩm có ích như ván nhân tạo hay bột giấy chúng làm giảm
đáng kể quá trình của các phản ứng hóa học khi nấu bột, làm cho hiệu suất
2
của bột giấy rất thấp, thậm chí có những thí nghiệm nấu bột giấy từ thân cây
ngô đơn thuần chỉ cho hiệu suất bột khoảng 20% [1].
Xuất phát từ yêu cầu tìm ra các giải pháp nhằm giảm thấp tỷ lệ các chất
đường, bột, tủy xốp và chất chiết suất có trong nguyên liệu thân cây ngô, từ
đó nâng cao giá trị lợi dụng của loại nguyên liệu này, em tiến hành nghiên
cứu đề tài : “Nghiên cứu một số tính chất của thân cây Ngô sau khi xử lý
và định hướng khả năng sử dụng”
3
Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu.
1.1.1. Lịch sử và nguồn gốc cây Ngô
Ngô còn gọi là bắp, tên khoa học là Zea mays L. Trong tiếng Anh
“maize” xuất phát từ tiếng Tây Ban Nha (maíz) là thuật ngữ trong tiếng Taino
để chỉ loại cây này, là từ thông dụng Vương quốc Anh để chỉ cây ngô. Tại
Hoa Kỳ, Canada, Australia, thuật ngữ hay được sử dụng để gọi cho một loại
cây lương thực, hiện nay thuật ngữ này dùng để chỉ cây Ngô, là dạng rút gọn
của “Indian corn” là “cây lương thực của người Anh điêng”.
Lịch sử nghiên cứu thuộc các lĩnh vực khảo cổ, di truyền, thực vật học
quan tâm và đưa ra nhiều giả thuyết. Có giả thuyết cho là nguồn gốc cây ngô
khoảng năm 5.500 tới 10.000 trước công nguyên. Những nghiên cứu về di
truyền học gần đây cho rằng quá trình thuần hóa ngô diễn ra vào khoảng năm
7000 TCN tại miền trung Mexico và tổ tiên của nó là loại cỏ teosinte hoang
dại gần giống nhất với ngô ngày nay vẫn còn mọc trong lưu vực song Balsas.
Liên quan đến khảo cổ học, người ta cũng đã phát hiện các bắp ngô có sớm
nhất tại hang Guila Naquitz trong thung lũng Oaxaca, có niên đại vào khoảng
năm 4.250 TCN, các bắp ngô cổ nhất trong hang động gần Tehuacan, Puebla,
có niên đại vào khoảng năm 1500 TCN, ngô bắt đầu phổ biến rộng và nhanh,
ngô là lương thực chính của phần lớn các nền văn hóa tiền Columbus tại Bắc
Mỹ, Nam mỹ và khu vực Caribe. Với người dân xứ tại đây, Ngô được suy tôn
như bậc thần thánh và có tầm quan trọng về mặt tôn giáo do ảnh hưởng lớn
của nó đối với đời sống của họ. Ngô được đưa vào Châu Âu đầu tiên ở Tây
Ban Nha trong chuyến thấm hiểm thứ 2 của Colombus vào khoảng năm 1494.
Người Châu Âu đã nhận biết được giá trị của nó và nhanh chóng phổ biến
rộng rãi. Năm 1517, Ngô xuất hiện ở Ai Cập, Pháp, Đức, sau đó là Nam Châu
Âu và bắc phi. Năm 1521, Ngô đến Đông Ấn Độ và quần đảo Indonesia. Vào
khoảng năm 1575 Ngô đến Trung Quốc.
4
Nguồn gốc cây ngô ở Việt Nam
Ở Việt Nam, Ngô là loại cây lương thực quan trọng thứ hai sau lúa. Ngô được
trồng ở khắp nơi, từ đồng bằng đến trung du và khá nhiều ở miền núi.
Cây Ngô ở Việt Nam có nguồn gốc từ Trung Quốc. Theo Lê Qúy Đôn trong
“Vân Đài loại ngữ” hồi đầu thời kỳ Khang Hi (1662-1762), Trần Thế Vinh, người
huyện Tiên Phong (Sơn Tây, phủ Quảng Oai) sang sứ nhà Thanh lấy được giống
ngô đem về nước. Khắp cả hạt Sơn Tây đã dùng ngô thay cho lúa gạo.
1.1.2 Đặc điểm thực vật học cây ngô
5
Ngô là cây nông nghiệp một lá mầm thuộc chi Zea, họ hòa thảo ( Poaceae
hay còn gọi là Gramineae). Các giống ngô ở Việt Nam có những đặc điểm
như chiều cao cây, thời gian sinh trưởng, chống chịu sâu bệnh và thích ứng
với điều kiện ngoại cảnh khác nhau. Song cây ngô đều có những đặc điểm
chung về hình thái, giải phẫu. Các bộ phận của cây ngô bao gồm : rễ, thân, lá,
hoa (bông cờ, bắp ngô) và hạt.
- Rễ ngô: Rễ ngô thuộc loại rễ chùm, phân bố ở những vùng nông sát mặt
đất không có khả năng ăn sâu vào đất.
- Thân ngô: Thân ngô đặc khá chắc có đường kính từ 2-4cm tùy thuộc vào
giống và điều kiên chăm sóc. Chiều cao thân cây ngô khoảng từ 1,5 – 4m.
Thân chính của ngô có nguồn gốc từ chồi mầm. Từ các đốt dưới đất của thân
chính có thể phát sinh ra 1 – 10 nhánh thân phụ với hình dáng giống như thân
chính. Thân ngô trưởng thành bao gồm nhiều lóng nằm giữa các đốt và kết
thúc bằng bông cờ. Số lóng và chiều dài lóng là chỉ tiêu quan trọng để phân
loại các giống ngô. Thường các giống ngắn ngày thân cây cao từ 1,2-1,5m có
khoảng 12-15 lóng, các giống trung ngày thân cao tứ 1,8-2m, có khoảng 1820 lóng. Các giống dài ngày thân cao 2,0 – 2,5m có khoảng 20 – 22 lóng.
Nhưng không phải lóng nào cũng có bắp. Lóng mang bắp có một rãnh dọc
cho phép bắp bám và phát triển bình thường.
- Lá ngô: Lá ngô được chia làm 2 phần: bẹ lá và phiến lá, bẹ lá là phần bao
bọc và làm tăng thêm độ cứng vững cho thân cây ngô. Phiến lá là phần xoè ra
để quang hợp và mất bớt một phần khi thu hoạch.
Trước đây, sản xuất ngô ở Việt Nam còn nhỏ lẻ và phân tán, chủ yếu là tự
cung tự cấp theo nhu cầu của hộ nông dân. Tại một số vùng miền núi do khó
khăn về sản xuất lúa nước nên nông dân phải trồng ngô làm lương thực thay
gạo. Các giống ngô được trồng đều là các giống truyền thống của địa phương,
giống cũ nên năng suất rất thấp. Vào thập kỷ 60 của thế kỷ trước, diện tích
6
ngô Việt Nam chưa đến 300 nghìn hecta, năng suất chỉ đạt trên 1 tấn/ha, đến
đầu những năm 1980 cũng không cao hơn nhiều, chỉ ở mức 1,1 tấn/ha, sản
lượng đạt khoảng hơn 400.000 tấn do vẫn trồng các giống ngô địa phương với
kỹ thuật canh tác lạc hậu. Từ giữa những năm 1980, nhờ hợp tác với Trung
tâm Cải tạo Ngô và Lúa mỳ Quốc tế (CIMMYT), nhiều giống ngô cải tiến đã
được đưa vào trồng góp phần nâng năng suất ngô lên gần 1,5 tấn/ha. Ngành
sản xuất ngô nước ta thực sự có những bước tiến nhảy vọt từ đầu những năm
1990 đến nay, do việc tạo được các giống ngô lai và mở rộng diện tích trồng
ngô lai trong sản xuất, kết hợp áp dụng các biện pháp kỹ thuật canh tác theo
nhu cầu của giống mới. Năm 1991, diện tích trồng giống lai chưa đến 1% trên
430 nghìn hecta trồng ngô; năm 2006, giống lai đã chiếm khoảng 90% diện
tích trong hơn 1 triệu hecta ngô cả nước, trong đó giống do các cơ quan
nghiên cứu trong nước chọn tạo và sản xuất chiếm từ 58-60% thị phần trong
nước, số còn lại là của các công ty liên doanh với nước ngoài. Trong đó,
giống ngô lai do Viện nghiên cứu ngô (Viện Khoa học Nông nghiệp Việt
Nam) tạo ra chiếm tới 90% lượng giống lai của Việt Nam. Một số giống khá
nổi bật như: LVN10, LVN99, LVN4, LVN9, VN8960, LVN885, LVN66…
Từ năm 2006, năng suất và sản lượng ngô của Việt Nam đã có những
bước tiến nhảy vọt cao nhất từ trước đến nay. Tốc độ tăng trưởng diện tích,
năng suất và sản lượng ngô của Việt Nam cao hơn nhiều lần của thế giới, lợi
nhuận trồng ngô lai cao hơn hẳn các loại cây trồng khác. Năm 2008, diện tích
trồng ngô của cả nước (trong đó 90% diện tích là ngô lai) đạt 1.126.000 ha,
tổng sản lượng trên 4.531.200 tấn. Năm 2009, diện tích đạt 1.170.900 ha, tổng
sản lượng lên tới trên 5.031000 tấn, cao nhất từ trước tới nay. Các giống ngô
lai của Việt Nam bước đầu cũng đã xuất bán sang các nước Bangladesh, Campu-chia, Lào, Quảng Tây -Trung Quốc, Pakistan, Indonesia, Ấn Độ (Theo
Viện nghiên cứu ngô)
7
Bảng 1.1: Diện tích, năng suất, sản lượng ngô Việt Nam 2000-2009 [2]
Diện tích
Năng suất
Sản lượng
( 1000 ha)
(tấn/ha)
(1000 tấn)
2000
730,2
2,75
2005,9
2003
912,7
3,44
3136,3
2004
991,1
3,46
3430,9
2005
1052,6
3,60
3787,1
2006
1033,1
3,73
3854,5
2007
1067,9
3,85
4107,5
2008
1.126,0
4,02
4.531,.2
2009
1.170,9
4,30
5.031,0
Năm
Mục tiêu của ngành nông nghiệp trong những năm tới sẽ phấn đấu xây
dựng vùng trồng ngô hàng hoá ở các khu vực: vùng Trung Du Miền Núi phía
Bắc, vùng đồng bằng sông Hồng, Đông Nam Bộ, Tây Nguyên.
Hiện nay, diện tích trồng ngô cả nước là gần 1,2 triệu ha, năng suất
trung bỡnh 43 tạ/ ha, sản lượng giao động trong khoảng 4,5 - 5 triệu tấn/năm,
trong khi nhu cầu về ngô của nước ta hiện nay là trên 5 triệu tấn/ năm kể cả cho
chế biến lương thực và chăn nuôi, hơn nữa tổng sản lượng ngô sản xuất vẫn
chưa đủ cho nhu cầu trong nước, hàng năm vẫn phải nhập trên nửa triệu tấn.
Điều kiện tự nhiên của Việt Nam hoàn toàn thích hợp cho sản xuất ngô,
đặc biệt là các vùng miền núi trong điều kiện canh tác lúa bị hạn chế.
8
Do vậy việc tìm kiếm nguyên liệu tập trung cho sản xuất không còn là vấn đề
khó khăn. Nếu xét theo tổng sản lượng ngô thì nó đứng ở vị trí thứ ba sau lúa
mạch và lúa nước [3].
1.2. Tình hình nghiên cứu lợi dụng phế liệu nông nghiệp
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Ngay đầu thập niên đầu tiên của thế kỷ 20, phế liệu nông nghiệp đã
được các nhà khoa học nghiên cứu và đưa vào sản xuất ván nhân tạo. Năm
1970 tổ chức phát triển công nghiệp của Liên Hợp Quốc đã tổ chức hội nghị
thảo luận về công nghệ sản xuất ván nhân tạo từ nguyên liệu ngoài gỗ đầu tiên
trên thế giới. Từ đó về sau trên thế giới đã hình thành rất nhiều nhà máy sản
xuất ván dăm, ván sợi cứng, ván MDF, vật liệu Compossit từ nguyên liệu ngoài
gỗ. Trên thế giới hiện nay rất nhiều các quốc gia đã đầu tư những khoản kinh
phí khổng lồ cho nghiên cứu và phát triển công nghệ sản xuất ván nhân tạo từ
phế liệu sản xuất nông ngiệp đồng thời cũng xây dựng được những sách lược
quan trọng để thúc đẩy ngành công nghiệp này phát triển.
Tại các quốc gia Trung Âu đã lợi dụng được các phế liệu nông nghiệp
như: Bã mía, thây cây đay, gai, thân cây lúa mạch,... làm nguyên liệu cho sản
xuất ván nhân tạo. Hiện nay các nhà máy sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu
nông nghiệp của các quốc gia Bắc Mỹ và Châu Âu lại tập trung lợi dụng chủ
yếu là thân cây lúa mạch, các quốc gia Châu Âu đi đầu trên thế giới cả về
thiết bị, kỹ thuật, công nghệ như Công ty Prime Board của Mỹ hay công ty
ISO Board của Canada. Công ty PB được thành lập từ tháng 7 năm 1995 tại
Mỹ, đã sử dụng công nghệ sản xuất ván nhân tạo của ICI của Mỹ và keo MDI
là keo dán chủ yếu, mỗi năm Công ty đã sử dụng 50.000 tấn rơm rạ để sản
xuất ra 53 nghìn m3 ván nhân tạo có chất lượng cao, còn Công ty ISO-Board
được thành lập năm 1998 tại Canada, công suất 18 vạn m3 ván, chiều dày ván
từ 6-28 mm, năm 1995 tại Úc Công ty Compak đã đầu tư 02 dây chuyên sản
9
xuất ván nhân tạo từ phế liệu nông nghiệp có tính tự động hoá cao, đến năm
1997 [4]. Công ty này đã đầu tư tiếp 01 dây chuyền tại Bắc Mỹ, sản phẩm có
chiều dày tối đa đạt tới 28 mm. Ngoài ra ở các nước Bắc Mỹ hiện nay còn có
thêm hơn 10 nhà máy sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu nông nghiệp đã được
xây dựng và đưa vào hoạt động, tổng sản lượng 6-26 nghìn m3 sản phẩm/năm.
Tại Trung Quốc ngành công nghiệp sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu nông
nghiệp đã hình thành từ đầu những năm 50 của thế kỷ 20, thông qua hàng
chục năm nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm đã phát triển về kỹ thuật, công
nghệ, quy mô sản xuất, chủng loại sản phẩm, chất lượng sản phẩm,... đến nay
có thể nói về công nghệ sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu nông nghiệp của
Trung Quốc đã đạt tới trình độ công nghệ cao, hiện nay đã có 210 nhà máy
sản xuất ván nhân tạo từ phế liệu nông nghiệp.
Nghiên cứu và lợi dụng thân cây ngô trong sản xuất ra các loại vật liệu
composite, bột giấy,...được nghiên cứu nhiều bởi các nhà khoa học của Ấn
Độ, Trung Quốc, Braxin,... Các kết quả nghiên cứu đều cho thấy, thân cây
ngô nếu được kết hợp với một số loại nguyên liệu khác như gỗ hoặc tre nứa
thì hoàn toàn có thể tạo ra được những loại sản phẩm ván nhân tạo, hoặc bột
giấy có chất lượng đáp ứng yêu cầu sử dụng [4].
Tuy nhiên, các nghiên cứu cũng đều chỉ ra những hạn chế không nhỏ
khi sử dụng nguyên liệu thân cây ngô trong sản xuất ván nhân tạo hay bột
giấy, đặc biệt là vấn đề kết dính, mục mọt hay hiệu suất không cao.
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước.
Theo nghiên cứu của GS.TS Vũ Duy Giảng, Trường Đại học Nông
nghiệp I – Hà Nội cho thấy hàng năm nước ta có tới 2 triệu tấn thân cây ngô
sau khi đã thu bắp, tuy nhiên nguồn phế thải này ít được sử dụng. Như chúng
ta đã biết. Từ năm 2006, năng suất và sản lượng ngô của Việt Nam đã có
những bước tiến nhảy vọt. Tốc độ tăng trưởng diện tích, năng suất và sản
10
lượng ngô của Việt Nam cao hơn nhiều lần của thế giới. Năm 2008, diện tích
trồng ngô của cả nước đạt 1.126.000 ha, tổng sản lượng trên 4.531.200 tấn.
Năm 2009, diện tích đạt 1.170.900 ha, tổng sản lượng lên tới trên 5.031000
tấn, cao nhất từ trước tới nay. Hiện nay diện tích trồng ngô cả nước là gần 1,2
triệu ha, năng suất trung bình 43 tạ/ ha, sản lượng giao động trong khoảng 4,5
- 5 triệu tấn/năm. Trong tương lai Riêng ở vùng phía Bắc diện tích trồng ngô
trong những năm tới tương đối lớn
Như vậy, vấn đề đặt ra là phải sử dụng những phế liệu như thân ngô vào
lĩnh vực gì để có thể tận dụng được chúng đồng thời bảo vệ được môi
trường,…
Ở Việt Nam, thân cây ngô vẫn chưa thực sự được sử dụng có hiệu quả,
do đặc điểm thu gom không tập trung và thói quen của người dân các vùng
miền có khác nhau. Nước ta là một nước nhiệt đới nóng ẩm, mưa nhiều.
Trước đây diện tích rừng chiếm tới 41% lãnh thổ, nhưng những năm gần đây
nạn khai thác bừa bãi, nạn du canh du cư cộng với thiên tai, hạn hán làm cho
diện tích rừng giảm sút một cách nghiêm trọng. Vấn đề trồng 5 triệu ha rừng
phòng hộ đã được đảng và chính phủ đưa lên là một trong những vấn đề cáp
bách được giải quyết. Thực hiện thành công chiến lược này chúng ta đồng
thời giải quyết được nhiều vấn đề bức bách: phủ xanh đồi trọc, đất trống,
chống xói mòn, bảo vệ đất và môi trường sinh thái, tạo công ăn việc làm cho
nông dân và cung cấp nguyên liệu cần thiết cho ngành giấy và các ngành công
nghiệp chế biến gỗ khác. Tuy nhiên hiện tại và trong tương lai gần nguồn
nguyên liệu gỗ cho các nhà máy giấy vẫn thiếu hụt nghiêm trọng và hàng năm
chúng ta vẫn phải nhập khẩu một khối lượng quan trọng bột sợi ngắn và sợi
dài. Vấn đề đặt ra trong chiến lược phát triển hiện nay là tận dụng tối đa các
nguồn nguyên liệu trong nước, giảm phụ thuộc nhập khẩu vì nếu quá phụ
thuộc vào thị trường quốc tế sẽ dẫn tới nhiều khó khăn cho sản xuất và kinh
doanh. Vì vậy việc nghiên cứu sử dụng có hiệu quả nguồn phế liệu nông
nghiệp ứng dụng trong công nghiệp chế biến có ý nghĩa lớn lao trong việc
11
thúc đẩy sản xuất nông nghiệp, hạn chế khai thác rừng và tạo thêm công ăn
việc làm cho nông dân.
Hiện nay, ở nước ta đã và đang có rất nhiều hướng nghiên cứu tạo ra
các sản phẩm từ nguồn phế liệu nông nghiệp nói chung và nguyên liệu thân
cây Ngô nói riêng như:
Nguyễn Việt Dũng năm 2010, đã nghiên cứu và lựa chọn được chế
độ nấu bột thích hợp bằng phương pháp xút cho nguyên liệu từ thân cây ngô
như sau: mức dùng kiềm 18% theo Na2CO3, tỷ lệ dịch 1/6, thời gian bảo ôn
90 phút, nhiệt độ bảo ôn 1700C, kết quả nghiên cứu cho thấy bột giấy được
tạo ra từ nguyên liệu thân cây ngô có thể đáp ứng được những yêu cầu cơ bản
của bột giấy dùng trong các sản phẩm giấy thông thường, tuy nhiên nấu bột
giấy từ nguyên liệu thân cây ngô thì lượng hóa chất tiêu hao khi nấu sẽ khá
cao, độ trắng cũng như cường độ của bột hạn chế.
Trần Thị Ánh, Đào Quốc Hưng, Lâm Trung Kiên năm 2011, cũng đã
có những nghiên cứu sử dụng thân cây ngô để sản xuất bột giấy bằng phương
pháp xút, kết quả của nghiên cứu cho thấy hiệu suất bột giấy từ nguyên liệu
thân cây ngô khá thấp (nhỏ hơn 30%), mặt khác lượng xút tiêu hao khi nấu
bột lại khá cao, cao hơn lượng hóa chất tiêu hao khi nấu nguyên liệu gỗ keo
lai bằng phương pháp tương tự.
Nguyễn Thị Loan năm 2011, cũng có nghiên cứu sử dụng thân cây ngô
(phế liệu nông nghiệp) làm nguyên liệu sản xuất bột giấy bằng phương pháp
xút, phương pháp sunphat và phương pháp xút có bổ sung xúc tác.
Từ kết quả của các nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy, những tồn
tại lớn nhất khi sử dụng nguyên liệu thân cây ngô để sản xuất ván nhân tạo
hay bột giấy đó là:
Do nguyên liệu luôn có một tỷ lệ không nhỏ chất tủy xốp, đây chủ yếu là
những tế bào vách mỏng, cơ bản chúng không có khả năng dán dính khi sản
xuất ván nhân tạo, không có khả năng tạo thành bột khi nấu bột giấy trong khi
chúng lại là những tác nhân phản ứng rất nhanh với hóa chất nấu bột, làm cho
12
lượng hóa chất tiêu hao khi nấu bột rất lớn mà hiệu suất bột giấy thu được lại
không cao.
Trong nguyên liệu thân cây ngô luôn luôn tồn tại một lượng đường, tinh
bột và chất tan khá lớn, chất tan trong thân cây ngô lớn hơn nhiều so với trong
gỗ, chính những chất này làm cho quá trình bảo quản nguyên liệu rất khó
khăn, kể cả khi đã sản xuất thành ván nhân tạo hay vật liệu composite rồi thì
những loại vật liệu này cũng rất dễ bị nấm mốc xâm hại. Mặt khác chất chiết
suất nhiều nên làm ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo ván, ảnh hưởng đến
kết dính của keo, ảnh hưởng đến các phản ứng hóa học khi nấu bột giấy,....
Vì vậy, một trong những đòi hỏi cần thiết đó là phải tìm cách loại bỏ
những chất tủy xốp, đường bột, chất chiết suất ra khỏi nguyên liệu trước khi
sử dụng thân cây ngô để sản xuất ra các loại ván nhân tạo hay bột giấy.
1.3. Mục tiêu, đối tượng, phạm vi, nội dung và phương pháp nghiên cứu.
1.3.1. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu tổng quát:
Góp phần nâng cao hiệu quả lợi dụng đối với nguyên liệu thân cây ngô.
Mục tiêu cụ thể:
- Nhằm loại bỏ phần lớn các chất tủy xốp, đường bột và chất tan ra khỏi
nguyên liệu thân cây ngô thông qua xử lý nguyên liệu bằng phương pháp khô
và phương pháp ướt tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lợi dụng.
- Đề xuất hướng sử dụng của nguyên liệu thân cây ngô sau khi được xử lý.
1.3.2. Đối tượng nghiên cứu
Tính chất hóa học của nguyên liệu thân cây ngô trước và sau khi xử lý.
1.3.3. Phạm vi nghiên cứu
Nguyên liệu: Thân cây ngô sau khi thu hoạch được lấy tại xã Tiến Xuânhuyện Thạch Thất- Hà Nội:
- Loại ngô: Ngô tẻ.
13
- Giống ngô: NK 4300. Ngô lai đơn F1.
- Thời gian sinh trưởng: 114 ngày.
Mẫu thí nghiệm: Dăm ngô có kích thước 2 - 3cm
Địa điểm nghiên cứu: Dăm được sản xuất tại Trung tâm nghiên cứu
thực nghiệm và chuyển giao công nghệ công nghiệp rừng - Trường Đại học
Lâm nghiệp. Mẫu thí nghiệm được tiến hành kiểm tra các tính chất tại Trung
tâm thực nghiệm - Khoa chế biến lâm sản - Trường Đại học lâm nghiệp.
Các yếu tố nghiên cứu:
- Một số tính chất vật lý của nguyên liệu thân cây ngô.
- Thành phần hóa học của thân cây ngô trước và sau xử lý.
- Tỷ lệ dăm lợi dụng trước và sau khi xử lý nguyên liệu.
Quá trình xử lý nguyên liệu thân cây ngô:
Trong luận văn sử dụng 2 phương pháp xử lý nguyên liệu:
+ Phương pháp khô:
Thân cây ngô
Cán dập bằng rulo
Băm dăm
Sàng tuyển
Sấy
Nghiền thành bột để xác định
thành phần hóa học
14
+ Phương pháp ướt:
Thân cây ngô
Cán dập bằng rulo
Băm dăm
Rửa
(15, 30, 45 min)
Tách nước
Sấy
Nghiền thành bột để xác
định thành phần hóa học
1.3.4. Nội dung nghiên cứu
a. Nội dung phục vụ nghiên cứu
- Thu thập số liệu và tạo mẫu nghiên cứu
- Xác định hàm lượng ẩm dăm nguyên liệu
- Pha chế hóa chất và dịch nấu
b. Nội dung nghiên cứu chính:
- Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo thân cây ngô
- Nghiên cứu thành phần hóa học cơ bản của thân cây ngô
15
+ Hàm lượng tro (TC: T-15 os-58)
+ Hàm lượng chất tan trong nước: nước nóng, nước lạnh (TC:T-1os-59)
+ Hàm lượng chất tan trong 1% NaOH (TC:T-4 os – 59)
+ Hàm lượng cellulose (TC:T – 210 os- 70)
+ Hàm lượng lignin (TC:T – 13 os 70)
c. Định hướng khả năng sử dụng.
+ Xác định tỷ suất dăm sau khi xử lý sau đó định hướng khả năng sử dụng
hiệu quả nhất.
1.3.5. Phương pháp nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp điều tra khảo sát,
- Tìm hiểu, điều tra, đánh giá nguyên liệu
thân cây Ngô và thiết bị.
thu thập tài liệu.
- Phương pháp kế thừa một số
kết quả nghiên cứu trong nước
và nước ngoài.
- Xác định tỷ lệ dăm trước và sau khi xử
lý.
- Phương pháp thực nghiệm
- Xử lý số liệu bằng thống
kê toán học.
- Phương pháp thực nghiệm
- Sử dụng các tiêu chuẩn TAPPI
- Thí nghiệm xác định các thành phần hóa
học của thân cây ngô khi chưa xử lý
tiến hành làm thực nghiệm xác
định thành phần hóa học của
thân ngô.
- Xử lý số liệu bằng thống kê
toán học
- Thí nghiệm xác định các thành phần hóa - Phương pháp thực nghiệm.
học của thân cây ngô khi xử lý bằng - Sử dụng các tiêu chuẩn TAPPI
