ĐIỀU CHẾ CELLULOSE NANO TINH THỂ VÀ ỨNG DỤNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐIỀU CHẾ CELLULOSE NANO TINH THỂ VÀ ỨNG DỤNG

Họ và tên sinh viên: TRƯƠNG NGUYỄN ĐẠT THÀNH
Ngành: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
Niên khóa: 2009 – 2013

Tháng 08/2013


ĐIỀU CHẾ CELLULOSE NANO TINH THỂ VÀ ỨNG DỤNG

Tác giả
TRƯƠNG NGUYỄN ĐẠT THÀNH

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng kỹ sư ngành
Công Nghệ Hóa Học

Giáo viên hướng dẫn:
Th.S ĐINH TẤN THÀNH

Tháng 08 năm 2013


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S. Đinh Tấn Thành

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
SVTH: Trương Nguyễn Đạt Thành

Trang i


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S. Đinh Tấn Thành

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………

SVTH: Trương Nguyễn Đạt Thành

Trang ii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S. Đinh Tấn Thành

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin trân trọng cảm ơn Thạc Sỹ Đinh Tấn Thành đã tận tình giúp đỡ
em hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Thầy đã chỉ dẫn cho em cách đặt vấn đề, tư duy
logic, hướng dẫn em tận tình trong các bước tiến hành thí nghiệm để giải quyết vấn đề đã
đặt ra và đặc biệt là tính trung thực trong khoa học. Một lần nữa em xin kính gửi đến thầy
lời tri ân chân thành và sâu sắc nhất.
Xin chân thành cảm ơn anh Minh, chị Hạnh, chú Minh và các anh chị trong Công ty

Cao su Kỹ thuật Tiến Bộ đã giúp đỡ em trong suốt quá trình làm luận văn.
Xin chân thành cảm ơn Ban Giám Đốc, anh Phương, chị Vi, anh Thái, anh Duy, chị
Uyên Anh và các anh chị ở phòng kiểm nghiệm (Trung tâm Kỹ thuật Nhựa – Cao su và
Đào tạo Quản lý Năng Lượng) đã tạo nhiều điều kiện, hỗ trợ chu đáo giúp em phân tích
và đo lường các mẫu thí nghiệm.
Xin chân thành cảm ơn chị Bội An ở Viện Hóa Thành Phố Hồ Chí Minh.
Xin chân thành cảm ơn chị Ngân, chị Thương Khoa Khoa Học Vật Liệu, Trường
Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Thành Phố Hồ Chí Minh đã giúp đỡ em trong việc phân
tích và đo lường các mẫu thí nghiệm.
Em xin bày tỏ lời tri ân trân trọng nhất đến quý thầy, cô Bộ Môn Công Nghệ Hóa
Học đã tận tâm dạy dỗ, chỉ bảo em trong suốt bốn năm học vừa qua, giúp em có thêm
nhiều kiến thức nền tảng bổ ích, cần thiết cho quá trình thực hiện luận văn này.
Trân trọng cảm ơn gia đình và bạn bè luôn quan tâm, động viên trong suốt quá trình
học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp này.
Tp.HCM, ngày 31 tháng 7 năm 2013.
Trương Nguyễn Đạt Thành.

SVTH: Trương Nguyễn Đạt Thành

Trang iii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S. Đinh Tấn Thành

ĐIỀU CHẾ CELLULOSE NANO TINH THỂ VÀ ỨNG DỤNG
TÓM TẮT
Điều chế Cellulose từ bột rơm bằng các hóa chất khác nhau để loại bỏ
Hemicellulose, Lignin, Sáp và Silica. Sau khi thu được bột rơm tinh khiết, khảo sát quá

trình thủy phân cellulose tạo thành tinh thể nano cellulose (CNC) bằng acid sulfuric ở các
điều kiện thủy phân khác nhau: nồng độ acid thủy phân là 60% và 64%, nhiệt độ thủy
phân là 300C và 450C, thời gian thủy phân là 30 phút và 45 phút. Sau khi điều chế được
CNC, biến tính hóa học bề mặt CNC với hai loại Silane là 3 - Amino Propyl Triethoxy
Silane (APTS) và 3 - Glycidoxy Propyl Trimethoxy Silane (GPTS). Sau khi tạo network
CNC bằng hai loại CNC đã biến tính bằng phản ứng mở vòng epoxy của GPTS với nhóm
– NH2 chức năng của APTS, khảo sát các tính năng cơ lý với CNC chưa thủy phân, CNC
và CNC network tạo nên chất độn với các tỷ lệ 1%, 2% và 3% với nhựa TPU.

SVTH: Trương Nguyễn Đạt Thành

Trang iv


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S. Đinh Tấn Thành

PREPARATION OF CELLULOSE NANO CRYSTALS
AND APPLICATION
ABSTRACT
Cellulose was prepared from rice straw by using different chemicals to remove
Hemicellulose, Lignin, wax and silica. After obtained pure cellulose powder, it will be
hydrolysed for making cellulose nano crystals (CNCs) by sulfuric acid in different
hydrolysed conditions: 60%, 64%; at 300C, 450C and in 30 minutes, 45 minutes. When
CNCs were prepared, modified CNCs were made between CNC with two type of Silane
are 3 - Amino Propyl Triethoxy Silane (APTS) and 3 - Glycidoxy Propyl Trimethoxy
Silane (GPTS). After network was created by opening the ring of epoxy (GPTS) with –
NH2 funtional group (APTS), then determine physical properties with unhydrolysed CNC,
CNC and CNC network as filler in the ratio 1%, 2% and 3% with TPU.

SVTH: Trương Nguyễn Đạt Thành

Trang v


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S. Đinh Tấn Thành

MỤC LỤC
Đề mục

Trang

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN………………………………………...i
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN……………………………………….....ii
LỜI CÁM ƠN……………………………………………………………………………iii
TÓM TẮT………………………………………………………………………………..iv
ABSTRACT………………………………………………………………………………v
DANH MỤC PHỤ LỤC..………………………………………………………………..ix
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ…………………………………………………………...x
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT…………………………………………………....xiv
GIỚI THIỆU……………………………………………………………………………xv

PHẦN I

TỔNG QUAN ....................................................................................... 0
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ............................................................ 1

CHƯƠNG I

NGUYÊN LIỆU ............................................................................ 3

I.1. Giới thiệu sơ lược về cây lúa ................................................................................... 3
I.2. Triển vọng và thách thức đối với nghề trồng lúa ở Việt Nam................................... 3
I.2.1. Những thuận lợi và triển vọng ........................................................................... 3
I.2.2. Những trở ngại và thách thức ............................................................................ 4
I.3. Giới thiệu về rơm .................................................................................................... 5
I.4. Các thành phần chứa trong rơm ............................................................................... 7
I.4.1. Các thành phần chính ........................................................................................ 7
I.4.1.1. Cellulose ........................................................................................................ 7
I.4.1.2. Hemicellulose .............................................................................................. 11
I.4.1.3. Lignin ........................................................................................................... 13
I.4.2. Các thành phần phụ ......................................................................................... 15
I.4.2.1. Sáp ............................................................................................................... 15
I.4.2.2. Silic đioxit .................................................................................................... 15
SVTH: Trương Nguyễn Đạt Thành

Trang vi


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S. Đinh Tấn Thành

I.5. Nhựa nhiệt dẻo TPU (Thermoplastic Polyurethane)............................................... 16
1.6. Silane.................................................................................................................... 20
CHƯƠNG II

TINH THỂ NANO CELLULOSE VÀ ỨNG DỤNG ....................... 22

II.1. Giới thiệu chung về tinh thể nano của cellulose (CNC) ........................................ 22
II.2. Các đặc tính của tinh thể nano của cellulose (CNC) ............................................. 23
II.3. Sản xuất CNC ...................................................................................................... 24
II.4. Ứng dụng của tinh thể nano cellulose CNC .......................................................... 27

CHƯƠNG III

CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH...................................... 29

III.1. Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) .................................................. 29
III.2. Nhiễu xạ tia X (XRD) ......................................................................................... 31
III.3. Kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ (FE SEM) ............................................ 33
III.4. Khối phổ cặp plasma cảm ứng (ICP - MS) .......................................................... 34

PHẦN II THỰC NGHIỆM ............................................................................... 39
CHƯƠNG IV

PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ........................................ 39

IV.1. Hóa chất, nguyên liệu và thiết bị thí nghiệm, phân tích ....................................... 39
IV.1.1. Hóa chất ....................................................................................................... 39
IV.1.2. Nguyên liệu .................................................................................................. 41
IV.1.3. Các thiết bị được sử dụng ............................................................................. 43
IV.1.4. Các dụng cụ thí nghiệm khác ........................................................................ 47
IV.2. Thực nghiệm ...................................................................................................... 50
IV.2.1. Quy trình tạo bột rơm ................................................................................... 50
IV.2.2. Quy trình tạo thành bột cellulose từ bột rơm ................................................. 51
IV.2.3. Quá trình thủy phân tạo thành tinh thể nano cellulose CNC .......................... 56

IV.2.4. Quy trình ứng dụng trộn trên nhựa TPU ....................................................... 61

PHẦN III KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN............................................................ 66

SVTH: Trương Nguyễn Đạt Thành

Trang vii


Luận văn tốt nghiệp

CHƯƠNG V

GVHD: Th.S. Đinh Tấn Thành

KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN...................................................... 66

V.1. Khảo sát sự phân lập cellulose từ bột rơm ............................................................ 66
V.2. Khảo sát về độ kết tinh của cellulose nano tinh thể .............................................. 76
V.3 Khảo sát độ hòa tan của cellulose trong acid sulfuric ........................................... 85
V.4. Khảo sát kích thước cuả tinh thể nano cellulose CNC: ......................................... 87
V.5. Khảo sát kết quả gắn Silane trên CNC ................................................................. 89
V.5.1. Kết quả kiểm nghiệm bằng phổ hồng ngoại FTIR .......................................... 90
V.5.2. Kết quả kiểm nghệm bằng khối phổ cặp plasma cảm ứng (ICP - MS) ............ 92
V.6. Khảo sát sự tạo thành network CNC bằng phổ FTIR ............................................ 94
V.7. Khảo sát tính năng cơ lý của TPU trước và sau khi độn ....................................... 95
V.7.1. Kết quả đo độ cứng shore A........................................................................... 95
V.7.2. Kết quả đo độ kéo, độ dãn đứt và Young`s modulus của các mẫu .................. 96
V.7.2.1. So sánh giữa TPU thuần và TPU có độn Celulose …………………………97
V.7.2.2. So sánh giữa TPU thuần và TPU có độn CNC ............................................ 97

V.7.2.3. So sánh giữa TPU thuần và TPU có độn CNC network ............................... 98

PHẦN IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................... 99
I. Kết luận................................................................................................................... 99
II. Kiến nghị .............................................................................................................. 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................. 101

SVTH: Trương Nguyễn Đạt Thành

Trang viii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S. Đinh Tấn Thành

DANH MỤC PHỤ LỤC
PHỤ LỤC A KẾT QUẢ ĐO PHỔ FTIR........................................................... A
PHỤ LỤC B KẾT QUẢ ĐO NHIỄU XẠ TIA X (XRD) ..................................K
PHỤ LỤC C KẾT QUẢ ĐO FE SEM ............................................................... N
PHỤ LỤC D KẾT QUẢ ĐO ICP - MS .............................................................. P

SVTH: Trương Nguyễn Đạt Thành

Trang ix


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S. Đinh Tấn Thành

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
HÌNH 1: Bảng ví dụ về chiều dài (l) và đường kính (d) của CNC từ nhiều nguồn
khác nhau thu được thông qua các kỹ thuật khác nhau .......................................... 25
HÌNH 4.1: Rơm sau khi được rửa sạch và phơi khô ............................................. 41
HÌNH 4.2: Máy đo phổ hồng ngoại FTIR ............................................................. 43
HÌNH 4.3: Máy nhiễu xạ tia X (XRD) .................................................................. 44
HÌNH 4.4: Kính hiển vi điện tử quét trường phát xạ (FE SEM) ............................ 45
HÌNH 4.5: Máy khối phổ cặp PLASMA cảm ứng (ICP - MS) .............................. 46
HÌNH 4.6: Máy sóng siêu âm ............................................................................... 48
HÌNH 4.7: Máy sấy đông khô ............................................................................... 48
HÌNH 4.8: Đồng đồ đo độ cứng............................................................................ 49
HÌNH 4.9: Máy đo độ kéo, ứng suất kháng đứt, độ dãn đứt .................................. 49
HÌNH 4.10: Quy trình tạo bột rơm ....................................................................... 50
HÌNH 4.11: Quy trình tạo bột cellulose từ bột rơm............................................... 51
HÌNH 4.12: Quá trình chiết SOXHLET loại bỏ sáp .............................................. 53
hình 4.13: Rơm được phơi khô sau khi loại bỏ sáp ............................................... 54
SVTH: Trương Nguyễn Đạt Thành

Trang x


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S. Đinh Tấn Thành

HÌNH 4.14: Bột rơm được nấu với dung dịch NaOH............................................ 54
HÌNH 4.15: Bột rơm được loại bỏ lignin bằng dung dịch NaClO2 1.4% ............... 55
HÌNH 4.16: Bột rơm được loại bỏ hemicellulose bằng dung dịch NaoH 5% và

H2O2 ...................................................................................................................... 55
HÌNH 4.17: Bảng so sánh kết quả khối lượng thu được của CNC nồng độ 60% ... 57
HÌNH 4.18: Bảng so sánh kết quả khối lượng thu được của CNC nồng độ 64% ... 58
HÌNH 4.19: CNC 60% - 300C – 30 phút ............................................................... 59
HÌNH 4.20: CNC 60% - 300C – 45 phút ............................................................... 59
HÌNH 4.21: CNC 60% - 450C – 30 phút ............................................................... 59
HÌNH 4.22: CNC 60% - 450C – 45 phút ............................................................... 59
HÌNH 4.23: CNC 64% - 300C – 30 phút ............................................................... 60
HÌNH 4.24: CNC 64% - 300C – 45 phút ............................................................... 60
HÌNH 4.25: CNC 64% - 450C – 30 phút ............................................................... 60
HÌNH 4.26: CNC 64% - 450C – 45 phút ............................................................... 60
HÌNH 4.27: Quy trình điều chế NETWORK CNC ............................................... 62

SVTH: Trương Nguyễn Đạt Thành

Trang xi


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S. Đinh Tấn Thành

HÌNH 4.28: Quy trình dùng CELLULOSE, CNC và NETWORK CNC độn trong
nhựa TPU .............................................................................................................. 64
HÌNH 5.1: Phổ FTIR của Cellulose tinh thể và Cellulose vi tinh thể vô định hình 66
HÌNH 5.2: Kết quả FTIR của rơm chưa qua xử lý ................................................ 68
HÌNH 5.3: Kết quả FTIR của bột rơm sau khi đã xử lý bằng H2O2 ....................... 69
HÌNH 5.4: Kết quả FTIR của bột rơm đã xử lý bằng NaClO2 ............................... 70
HÌNH 5.5: Kết quả FTIR của bột giấy .................................................................. 71
HÌNH 5.6: Kết quả FTIR chồng phổ của 4 mẫu .................................................... 72

HÌNH 5.7: Bảng so sánh kết quả mũi phổ của dao động SILICA ......................... 73
HÌNH 5.8: Bảng so sánh kết quả mũi phổ của dao động HEMICELLULOSE ...... 73
HÌNH 5.9: Bảng so sánh kết quả mũi phổ của dao động LIGNIN......................... 74
HÌNH 5.10: Phổ FTIR của Cellulose sau khi kết hợp 2 phương pháp xử lý .......... 75
HÌNH 5.11: Phổ FTIR của mẫu Cellulose chưa thủy phân ................................... 78
HÌNH 5.12: Phổ FTIR của mẫu CNC 60% - 450C - 30 phút ................................. 79
HÌNH 5.13: Phổ FTIR của mẫu CNC 60% - 450C - 45 phút ................................. 80
HÌNH 5.14: XRD của Cellulose chưa thủy phân .................................................. 82
SVTH: Trương Nguyễn Đạt Thành

Trang xii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S. Đinh Tấn Thành

HÌNH 5.15: XRD của mẫu 60% - 450C - 30 phút ................................................. 83
HÌNH 5.16: XRD của mẫu 60% - 450C - 45 phút ................................................. 84
HÌNH 5.17: Bảng kết quả mức độ hòa tan của Cellulose ở các điều kiện khác nhau
.............................................................................................................................. 86
HÌNH 5.18: Ảnh FE SEM của CNC 60% - 450C – 30 phút .................................. 88
HÌNH 5.19: Ảnh FE SEM của CNC 60% - 450C – 45 phút .................................. 88
HÌNH 5.20: Ảnh minh họa APTS gắn trên CNC .................................................. 89
HÌNH 5.21: Phổ FTIR của CNC, CNC - APTS, CNC - GPTS ............................. 90
HINH 5.22: Bảng kết quả kiểm nghiệm Si bằng phương pháp ICP - MS .............. 93
HÌNH 5.23: Phổ FTIR của CNC NETWORK biến tính bằng APTS và GPTS...... 94
HÌNH 5.24: Kết quả đo độ cứng của các mẫu trước và sau khi độn vào TPU ....... 95
HÌNH 5.25: Bảng kết quả đo tính năng cơ lý của các mẫu .................................... 96
HÌNH 5.26: Bảng kết quả so sánh giữa TPU thuần và TPU có độn CELLULOSE

chưa thủy phân ...................................................................................................... 97
HÌNH 5.27: Bảng kết quả so sánh giữa TPU thuần và TPU có độn CNC ............. 97
HÌNH 5.28: Bảng kết quả so sánh giữa TPU thuần và TPU có độn CNC
NETWORK .......................................................................................................... 98
SVTH: Trương Nguyễn Đạt Thành

Trang xiii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S. Đinh Tấn Thành

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
CNC (Cellulose Nanocrystal): Tinh thể nano cellulose .
CF (Cellulose Fiber): Cellulose dạng sợi.
CNW (Cellulose Nano Whisker): Tinh thể nano cellulose dạng que.
APTS: 3 – Amino Propyl Triethoxy Silane.
GPTS: 3 – Glycidoxy Propyl Trimethoxy Silane.
TPU (Thermoplastic Polyurethane): Nhựa nhiệt dẻo PU.
FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy): Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier.
XRD (X- Ray Diffraction): Nhiễu xạ tia X.
FE SEM (Field Emission Scanning Electron Microscopy): Kính hiển vi điện tử
quét trường phát xạ.
ICP – MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry): Khối phổ cặp plasma
cảm ứng.
NC: Network Cellulose.
PAH (Poly aromatic hydrocarbon): hydrocarbon thơm đa vòng.

SVTH: Trương Nguyễn Đạt Thành

Trang xiv


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S. Đinh Tấn Thành

GIỚI THIỆU
◊◊◊◊◊◊◊◊◊◊
Ngày nay, tình trạng ô nhiễm môi trường là một trong những nguyên nhân đã và
đang gây ra những biến đổi khí hậu toàn cầu. Trong đó, việc đốt bỏ rơm sau mỗi vụ thu
hoạch lúa cũng đã góp phần gây ô nhiễm môi trường. Để giải quyết vấn đề đó và tận dụng
lượng phế phẩm nông nghiệp lớn này, các nhà khoa học đã xử lý rơm để thu được tinh thể
nano của cellulose và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực hóa học, y học,vật lý…
Riêng đối với lĩnh vực nano copmposite, các nhà nghiên cứu đã ứng dụng thành
công các chất độn từ cellulose nano tinh thể. Để tăng tính năng cơ lý của vật liệu polymer,
phải biến tính bề mặt của tinh thể nano của cellulose để tăng tính tương hợp với polymer
nhằm tạo ra các loại vật liệu mới hiệu năng cao và thân thiện với môi trường là nhiệm vụ
của các nhà hóa học nói chung và các nhà hóa – vật liệu polymer ở Việt Nam nói riêng.
Đây là mục đích của luận văn này.

SVTH: Trương Nguyễn Đạt Thành

Trang xv


PHẦN I
TỔNG QUAN

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S. Đinh Tấn Thành

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
 Khảo sát các phương pháp xử lý bột rơm bằng các loại hóa chất khác nhau
để loại bỏ các chất trong bột rơm và điều mong muốn là thu được hoàn toàn bột
cellulose thuần từ rơm qua các bước sau đây:
-

Khử sáp bằng hỗn hợp toluene và ethanol với tỷ lệ 2:1.

-

Khử lignin bằng NaOH và NaClO2.

-

Khử hemicelluloses và silica bằng NaOH và H2O2.
 Sau khi đã thu được bột cellulose tinh khiết, tiếp tục khảo sát quá trình thủy

phân bột cellulose tạo thành tinh thể nano cellulose (CNC) bằng acid sulfuric thủy
phân ở các điều kiện thủy phân khác nhau:
-

Acid sulfuric được khảo sát có nồng độ là 60% và 64% theo khối lượng.

-

Thời gian thủy phân cellulose là 30 phút và 45 phút.

-

Nhiệt độ thủy phân là 300C và 450C.
 Khi đã điều chế ra được cellulose nano tinh thể, khảo sát quá trình tạo

network giữa CNC và Silane.
 Hai silane được khảo sát ở đây là:

3- Amino Propyl Triethoxy Silane (APTS)

SVTH: Trương Nguyễn Đạt Thành

Trang 1


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S. Đinh Tấn Thành

3- Glycidoxy Propyl Trimethoxy Silane (GPTS)
Silane một đầu có nhóm – OC2H5 (APTS) hay – OCH3 (GPTS) phản ứng với nhóm
- OH trên bề mặt của CNC. Đầu còn lại của silane phản ứng với nhau tạo nên network
CNC.
 Khảo sát các thử nghiệm đối với CNC chưa thủy phân, CNC và CNC
Network tạo nên chất độn với các tỷ lệ 1%, 2% và 3% trộn với nhựa TPU và so sánh
tính năng cơ lý của chúng để chọn ra chất độn tối ưu.

SVTH: Trương Nguyễn Đạt Thành

Trang 2


Luận văn tốt nghiệp

CHƯƠNG I

GVHD: Th.S. Đinh Tấn Thành

NGUYÊN LIỆU

I.1. Giới thiệu sơ lược về cây lúa
Cây lúa (Oryza sativa) thuộc bộ Poales, họ Poaceae là một trong năm loại cây
lương thực chính của thế giới. Lúa gồm hai loài (Oryza sativa và Oryza glaberrima) trong
họ Poaceae, có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới khu vực đông nam châu
Á và châu Phi. Hai loài này cung cấp hơn 1/5 toàn bộ lượng calo tiêu thụ bởi con người.
[1]
Lúa là các loài thực vật sống một năm, có thể cao tới 1 - 1,8 m, đôi khi cao hơn,
với các lá mỏng, hẹp bản (2 - 2,5 cm) và dài 50 – 100 cm. Các hoa nhỏ tự thụ phấn mọc
thành các cụm hoa phân nhánh cong hay rủ xuống, dài 30 – 50 cm. Hạt là loại quả
thóc (hạt nhỏ, cứng của các loại cây ngũ cốc) dài 5 –12 mm và dày 2 – 3 mm. [1]
Cây lúa non được gọi là mạ. Sau khi ngâm ủ, người ta có thể gieo thẳng các hạt
thóc đã nảy mầm vào ruộng lúa đã được cày, bừa kỹ hoặc qua giai đoạn gieo mạ trên
ruộng riêng để cây lúa non có sức phát triển tốt, sau một khoảng thời gian thì nhổ mạ
để cấy trong ruộng lúa chính. [1]
Sản phẩm thu được từ cây lúa là thóc. Sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài thu được sản
phẩm chính là gạo và các phụ phẩm là cám và trấu. Gạo là nguồn lương thực chủ yếu của
hơn một nửa dân số thế giới (chủ yếu ở châu Á và châu Mỹ La tinh), điều này làm cho nó
trở thành loại lương thực được con người tiêu thụ nhiều nhất. [1]

I.2. Triển vọng và thách thức đối với nghề trồng lúa ở Việt Nam
I.2.1. Những thuận lợi và triển vọng
Cây lúa là cây lương thực chính trong mục tiêu phát triển nông nghiệp của Việt
Nam để đảm bảo vững chắc an ninh lương thực quốc gia và xuất khẩu. Hiện nay diện
tích trồng lúa cả nước từ 7,3 dến 7,5 triệu ha, năng suất trung bình 46 ha, sản lượng
giao động trong khoảng 34,5 triệu tấn/năm, xuất khẩu chưa ổn định từ 2,5 triệu đến 4

SVTH: Trương Nguyễn Đạt Thành

Trang 3


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S. Đinh Tấn Thành

triệu tấn / năm. Trong giai đoạn tới sẽ duy trì ở mức 7 triệu ha, phấn đấu năng suất
trung bình 50 tạ/ha, sản lượng lương thực 35 triệu tấn và xuất khẩu ở mức 3,5 - 4 triệu
tấn gạo chất lượng cao. Hệ thống cơ chế, chính sách của nhà nước khuyến khích và tạo
điều kiện phát triển sản xuất lúa. [2]
Nhu cầu phát triển sản xuất lúa ngày càng tăng để đảm bảo cho tiêu dùng trong
nước và xuất khẩu, do dân số Việt Nam dự kiến đến năm 2020 sẽ vào khoảng 100
triệu, dân số thế giới sẽ tăng lên gấp rưỡi.
Điều kiện tự nhiên của Việt Nam hoàn toàn thích hợp cho sản xuất lúa. Nông
dân Việt Nam có kinh nghiệm trồng lúa từ lâu đời.
Đầu tư cho khoa học công nghệ nông nghiệp ngày càng tăng, kết hợp với tiếp
thu ứng dụng những thành tựu khoa học công nghệ về lúa của các nước trong khu vực
và thế giới.
Năng suất, sản lượng lúa ngày càng tăng do ngày càng có nhièu giống mới chịu

thâm canh, năng suất, chất lượng cao, có khả năng thích ứng rộng và chống sâu bệnh.
Xuất khẩu gạo ngày càng tăng về số lượng và chất lượng góp phần ổn định đời
sống cho nông dân là lực lượng chiếm đại đa số trong tổng số 80 triệu dân Việt Nam.
Việt Nam đã gia nhập WTO, đây là cơ hội lớn tạo điều kiện thuận lợi cho lúa,
gạo và các loại sản phẩm nông nghiệp khác tham gia vào thị trường thương mại nông
sản của thế giới.
I.2.2. Những trở ngại và thách thức
Quá trình đô thị hoá tăng, diện tích đất trồng lúa ngày càng bị thu hẹp. [2]
Nhiều vùng sản xuất lúa được nông dân sở hữu rất manh mún, khó cơ giới hóa.
Quá trình áp dụng giống mới chịu thâm canh, phát triển thành những vùng sản
xuất hàng hóa là điều kiện thuận lợi để các loại dịch hại mới nguy hiểm, khó phòng

SVTH: Trương Nguyễn Đạt Thành

Trang 4


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S. Đinh Tấn Thành

trừ.
Sử dụng thuốc Bảo vệ thực vật có xu hướng tăng, ảnh hưởng đến chất lượng
nông sản.
Tham gia vào thị trường thương mại thế giới có sự đòi hỏi rất khắt khe về chất
lượng nông sản. Do vậy phải có sự đầu tư một cách đồng bộ từ sản xuất đến đánh giá
kiểm định chất lượng, bảo quản và vận chuyển tiêu thụ.

I.3. Giới thiệu về rơm
Rơm là các loại cây lúa (lúa nước, lúa mì) hoặc là các loại cỏ, cây họ đậu hay cây

thân thảo khác đã được cắt, sấy khô (phơi nắng) và được lưu trữ để sử dụng làm thức
ăn cho gia súc chủ yếu là các động vật ăn cỏ. [3]
Khi mùa rét, trâu bò, ngựa, dê không thể chăn thả người ta thường cho chúng ăn
rơm, vì những dạ dày của những động vật này ăn cỏ có khả năng phân hủy cellulose thành
đường, cung cấp chất dinh dưỡng và năng lượng cho chúng. Ngoài ra rơm còn được sử
dụng để làm chất đốt rất tốt, ở Việt Nam, ở vùng nông thôn người ta thường dùng rơm để
đun nấu... bên cạnh đó, rơm còn là nguyên liệu quan trọng để nuôi trồng nấm.
Việc đốt rơm, rạ ngoài đồng sau thu hoạch lúa chẳng những lãng phí nguồn
nguyên liệu mà còn gây ô nhiễm môi trường.
Các nhà khoa học cho biết thành phần các chất gây ô nhiễm không khí do đốt rơm,
rạ, tác động đến sức khỏe con người là hydrocacbon thơm đa vòng (viết tắt là PAH);
dibenzo-p-dioxin clo hóa (PCDDs), và dibenzofuran clo hóa (PCDFs), là các dẫn xuất của
dioxin rất độc hại, có thể là tiềm ẩn gây ung thư. [4]
 Tận dụng và xử lý rơm
Việc đốt rơm, rạ trực tiếp ngay trên đồng ruộng gây bất lợi cho đồng ruộng lớn hơn
nhiều lần so với việc làm phân bón như ta tưởng. Các chất hữu cơ trong rơm rạ và trong
đất biến thành các chất vô cơ do nhiệt độ cao. Đồng ruộng bị khô, chai cứng, một lượng
SVTH: Trương Nguyễn Đạt Thành

Trang 5


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S. Đinh Tấn Thành

lớn nước bị bốc hơi do nhiệt độ hun đốt trong quá trình cháy rơm, rạ. Quá trình đốt rơm,
rạ ngoài trời không kiểm soát được, lượng cacbon dioxit CO2, phát thải vào khí quyển
cùng với cacbon monoxit CO; khí metan CH 4; các oxit nitơ NOx; và một ít lưu huỳnh
đioxit SO2. [5]

Phần rơm, rạ sót này thường được cày lấp vào trong đất làm phân bón cho mùa vụ
sau. Việc phân hủy gốc rạ và rơm phụ thuộc vào độ ẩm của đất, nó ảnh hưởng trực tiếp
đến khối lượng khí metan CH4 được giải phóng trong khi ủ. Hầu hết các nước đã và đang
tìm kiếm các phương pháp tận dụng rơm, rạ và xử lý theo cách an toàn, thân thiện với môi
trường. [5]
Ở nước ta, từ lâu đời đã biết trồng nấm rơm ngay ngoài trời tận dụng diện tích
trống. Trồng nấm rơm mang lại hiệu quả kinh tế cao, không những hấp dẫn thị trường
trong nước mà thị trường thế giới ngày càng ưa chuộng. Bởi theo các nhà khoa học, nấm
rơm là thực phẩm nhiều dinh dưỡng mà không làm tăng lượng cholesterol trong máu.
Hàm lượng protein trong nấm lên tới 5%, đặc biệt có 8 loại axit amin không thay thế
trong số 19 axit amin có trong nấm. Nấm rơm có thành phần chất xơ cao và lipit thấp,
phòng trừ bệnh huyết áp, chống béo phì, xơ cứng động mạch, chữa bệnh đường ruột…
Đồng bằng sông Cửu Long có nhiều tiềm năng phát triển nghề trồng nấm. Khu vực
này có đủ các điều kiện như chênh lệch nhiệt độ giữa tháng nóng và tháng lạnh không
đáng kể, có thể trồng nấm rơm quanh năm. Trung bình cứ một tấn lúa có 1,2 tấn rơm, rạ,
ngoài ra còn mạt cưa, bèo tây, bã mía,… là nguồn nguyên liệu lớn để trồng nấm rơm.
Thời kỳ nông nhàn nhiều, nhất là mùa lũ, hơn nữa trồng nấm rơm không đòi hỏi cao về kỹ
thuật. Nấm không chiếm nhiều diện tích, chủ yếu tận dụng diện tích trống, chi phí thấp.
Giải quyết tốt các nguồn thu nhập cho nông dân.
Người ta dùng men vi sinh tạo ra nguồn phân ủ, giảm được một nửa chi phí đầu
vào cho nông dân, cải tạo đất, giảm thiểu ô nhiễm môi trường; hướng tới một thương hiệu
gạo an toàn, chất lượng. Viện Công nghệ sinh học, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam,

SVTH: Trương Nguyễn Đạt Thành

Trang 6


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S. Đinh Tấn Thành

đã áp dụng thành công phương pháp sản xuất phân bón từ rơm, rạ tại ruộng bằng công
nghệ vi sinh. [6]
Thay vì đổ xuống ruộng đồng phân hóa học, khiến cấu trúc đất bị đổi thay, nhanh
chóng mất dần độ phì nhiêu, và gây ô nhiễm ngày một nặng nề, thì nông dân đã có phân
từ rơm, rạ của mình, làm cho đất đai thêm phì nhiêu và môi trường an toàn, nâng cao giá
trị kinh tế, xã hội. [6]
Việc sử dụng rơm, rạ cho sản xuất năng lượng, gồm nhiên liệu sinh khối rắn, nhiên
liệu sinh học, đóng bánh, sản xuất bột giấy,…là phương pháp tận dụng tối ưu. Song thu
gom, vận chuyển là rào cản lớn từ nghiên cứu triển khai đến sản xuất. Hy vọng rơm, rạ sẽ
trở thành nguồn thực phẩm bổ sung vào phân vi sinh, nguyên liệu đưa vào sản xuất mà
không còn là gánh nặng gây ô nhiễm môi trường do đốt bỏ. [6]
Ngoài việc dùng làm nấm, sản xuất phân bón hữu cơ, rơm, rạ còn dùng làm vật liệu
xây dựng; làm bê tông siêu nhẹ, đệm lót vận chuyển hàng hóa dễ vỡ, vận chuyển hoa quả,
v.v… [6]

I.4. Các thành phần chứa trong rơm
I.4.1. Các thành phần chính
Các thành phần chính của rơm, rạ là những hydratcacbon gồm: cellulose 37,4%,
hemicellulose (44,9%), lignin 4,9% và hàm lượng tro (oxit silic) cao từ 9 đến 14%. Đó là
điều gây cản trở việc xử dụng rơm, rạ một cách kinh tế. [4]
I.4.1.1. Cellulose
Cellulose (tiếng Việt phiên âm và viết xenlulo, xenlulozơ, xenluloza hoặc
xenlulô) là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ các liên kết các mắt xích β-D-Glucose,
có công thức cấu tạo là (C6H10O5)n hay [C6H7O2(OH)3]n trong đó n có thể nằm trong
khoảng 5.000 – 14.000, là thành phần chủ yếu cấu tạo nên vách tế bào thực vật.[7]
 Tính chất vật lý
SVTH: Trương Nguyễn Đạt Thành

Trang 7