🦎 Nghiên Cứu Về Than Sinh Học

2.1.2 Một số nghiên cứu về kết quả học tập Nghiên cứu về kết quả học tập của sinh viên là một phạm trù rộng và có nhiều thảo luận khác nhau. Hiện tại trong nước cũng có khá nhiều nghiên cứu và thảo luận về đề tài kết quả học tập của sinh viên. một số nghiên cứu về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của chi engelhardia juglandaceae; nghiên cứu về thành phần hóa học; kết quả nghiên cứu về thành phần hóa học; các nghiên cứu về thành phần hóa học; một số nghiên cứu về thành phần hóa học các loài cùng chi hovenia Nghiên cứu tác động đến sức khỏe tinh thần và tình trạng trầm cảm sau sinh ở phụ nữ tại Tp Hồ Chí Minh: Một nghiên cứu thực tiễn tại Bệnh viện Nhi Đồng 1 Khảo sát, phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến nhu cầu vui chơi giải trí về đêm của khách du lịch khi đến Tp. Hồ Chí Minh Nghiên cứu những vấn đề tâm lý - Xã hội của trẻ em có bố mẹ đi làm xa nhà. Thần số học là gì? Thần số học (Numerology) là một chuyên ngành nghiên cứu về những con số và các tác động sóng rung của những con số đối với đời sống con người. Theo bà Lê Đỗ Quỳnh Hương, để theo đúng trường phái của Pythagoras (Pitago) bà đã đổi tên gọi mới cho chuyên ngành này là Nhân số học . 1. Mỗi cá nhân sau khi tham dự hội nghị nghiên cứu, học tập, quán triệt và triển khai thực hiện Nghị quyết Đại hội XIII do cấp uỷ các cấp tổ chức, phải viết bản thu hoạch cá nhân. Nội dung thu hoạch thể hiện tính nghiêm túc, trách nhiệm của cá nhân trong việc nắm Năm ngoái, giải Nobel Hóa học năm 2021 gọi tên 2 nhà khoa học Benjamin List và David McMillan, với nghiên cứu liên quan đến xây dựng phân tử. Nobel Hóa học là giải thưởng Nobel 2022 thứ 3 được công bố, sau giải Nobel Y sinh và giải Nobel Vật lý. Ngày 6/10, giải Nobel Văn học sẽ Trung Tâm Phát Triển Khoa Học Kinh Tế (tên viết tắt CED) trực thuộc Viện Nghiên Cứu Châu Á là trung tâm chuyên đào tạo nâng cao và chuyên sâu các ngành khoa học kinh tế. Mục tiêu của chúng tôi là trang bị kiến thức khoa học hiện đại và kinh nghiệm thực tế, giúp người học thành công trong bối cảnh cạnh tranh và 8pk4o2. Tóm tắt Bài báo này trình bày một số đặc điểm hóa lý của than sinh học từ vỏ trấu Rice Husk Biochar- RHB. Hiệu suất tối đa tạo RHB của giống lúa HT1 đạt 48,1 %. RHB có màu đen, cấu trúc dạng xốp và nhiều lỗ rỗng. RHB có 75,6 % thành phần nước, chất hữu cơ dễ bay hơi có thể cháy và phân hủy, 24,4 % chất vô cơ không bị phân hủy trong khoảng nhiệt độ từ 34,9 °C đến 765,8 °C. Các nguyên tố chủ yếu trong RHB là C 11,9 % - 47,6 %, O 30,4 % - 49,3 %, Si 20,6 % - 38,0 % và K 0,7 % - 1,4 %. Diện tích bề mặt riêng của RHB đạt SBET là 47,14 ± 1,18 m2/g. RHB chủ yếu là vật liệu mao quản trung bình. Điểm điện tích không PZC của RHB là pHPZC đạt 8,0. Từ khóa diện tích bề mặt riêng, hấp phụ, than sinh học, vỏ trấu. Abstract This paper presents physical and chemical properties of biochar derived from rice husk RHB. HT1 rice husk produced biochar with a maximum conversion efficiency of %. RHB was a black, porous material with many voids. RHB was composed of approximately % of water and flammable and decomposable volatile organic compounds; and % of inorganic residues stable at temperatures from °C to °C. The main elements in RHB were C % - %, O % - %, Si % - % and K % - %. The specific surface area of RHB was ± m2/g. RHB was mostly a mesoporous material. The point of zero charge of RHB pHPZC was Keywords specific surface area, zero charge, biochar, rice husk Figures - uploaded by Tu Tran ThiAuthor contentAll figure content in this area was uploaded by Tu Tran ThiContent may be subject to copyright. Discover the world's research25+ million members160+ million publication billion citationsJoin for free Tạp chí Khoa học – Đại học Huế ISSN 1859-1388 Tập 120, Số 6, 2016, Tr. 233-247 Liên hệ tttu Nhận bài 12-01-2016; Hoàn thành phản biện 09-07-2016; Ngày nhận đăng 01-09-2016. ĐẶC ĐIỂM HÓA LÝ CỦA THAN SINH HỌC ĐIỀU CHẾ TỪ VỎ TRẤU Trần Thị Tú Viện Tài nguyên và Môi trường, Đại học Huế Tóm tắt Bài báo này trình bày một số đặc điểm hóa lý của than sinh học từ vỏ trấu Rice Husk Biochar-RHB. Hiệu suất tối đa tạo RHB của giống lúa HT1 đạt 48,1 %. RHB có màu đen, cấu trúc dạng xốp và nhiều lỗ rỗng. RHB có 75,6 % thành phần nước, chất hữu cơ dễ bay hơi có thể cháy và phân hủy, 24,4 % chất vô cơ không bị phân hủy trong khoảng nhiệt độ từ 34,9 °C đến 765,8 °C. Các nguyên tố chủ yếu trong RHB là C 11,9 % - 47,6 %, O 30,4 % - 49,3 %, Si 20,6 % - 38,0 % và K 0,7 % - 1,4 %. Diện tích bề mặt riêng của RHB đạt SBET là 47,14 ± 1,18 m2/g. RHB chủ yếu là vật liệu mao quản trung bình. Điểm điện tích không PZC của RHB là pHPZC đạt 8,0. Từ khóa diện tích bề mặt riêng, hấp phụ, than sinh học, vỏ trấu. 1 Giới thiệu Theo Lehmann và Joseph, than sinh học biochar là vật rắn giàu carbon C thu được từ việc nhiệt phân sinh khối hay các chất hữu cơ trong môi trường yếm khí [7]. Với tính toán của Viện Năng lượng Việt Nam, lượng chất thải nông nghiệp ở Việt Nam rất đa dạng như rơm rạ, vỏ trấu, lõi ngô, vỏ dừa, vỏ cà phê, phế thải gỗ…, thải ra môi trường hoặc đốt ngoài đồng ruộng hàng năm rất lớn. Đây là một trong những nguồn năng lượng sinh khối tiềm năng để phục vụ cho nhu cầu đun nấu và sản xuất biochar. Năm 2013, tổng lượng chất thải nông nghiệp khoảng 118,21 triệu tấn/năm, bao gồm khoảng 32,8 triệu tấn rơm rạ, 8 triệu tấn trấu, 15,6 triệu tấn bã mía, 1,2 triệu tấn vỏ cà phê, 9,2 triệu tấn lõi ngô, 8,1 triệu tấn các loại phụ phẩm nông nghiệp khác và phế thải từ gỗ khoảng 43,3 triệu tấn. Các nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam đã cho thấy biochar từ các loại phụ phẩm nông nghiệp có thể được sử dụng như là chất hấp phụ màu, kim loại, chất dinh dưỡng... giống như than bùn, than hoạt tính. Ngoài ra, than sinh học còn dùng để cải tạo đất tăng cường hàm lượng carbon, lưu giữ carbon lâu dài trong đất, cải thiện tính chất vật lí của đất như tăng khả năng giữ nước và tạo độ tơi xốp, giữ lại dinh dưỡng trong đất. Bên cạnh đó, biochar còn có hiệu quả trong việc sử dụng tài nguyên; góp phần cải thiện, khắc phục và/hoặc bảo vệ, hạn chế ô nhiễm môi trường, giúp giảm thiểu phát thải khí nhà kính [2, 7, 13]. Lúa nước Oryza sativa L. là loại cây lương thực chủ yếu của vùng sản xuất nông nghiệp Việt Nam, cho nên chất thải nông nghiệp từ vỏ trấu và rơm rạ chiếm khối lượng lớn. Do đó, một số đề tài, dự án, đã nghiên cứu sản xuất biochar và đánh giá lợi ích của việc ứng dụng biochar 234 vào cải tạo đất ở Thừa Thiên Huế. Từ năm 2008 đến năm 2013, Vườn quốc gia Bạch Mã đã triển khai “Dự án Than Bạch Mã” và có hơn 140 hộ dân ở huyện Phú Lộc và Nam Đông tham gia. Dự án “Giảm thiểu tổn thất sau thu hoạch và chế biến lúa gạo” do Viện lúa quốc tế IRRI chủ trì từ năm 2009 đến năm 2013, trong đó có hợp phần chế tạo lò đốt biochar của nhóm tác giả Phạm Xuân Phương, Đại học Nông Lâm Huế cũng cho kết quả tốt. Tuy nhiên, các đề tài này chưa tìm hiểu về đặc điểm cấu trúc và một số tính chất hóa lý của biochar tạo ra từ vỏ trấu. Theo Tổ chức năng lượng quốc tế IEA, chất lượng và sản lượng biochar phụ thuộc rất lớn vào các quá trình nhiệt phân khác nhau. Hiện nay, biochar được nhiệt phân theo 5 kiểu khác nhau carbon hóa thủy nhiệt, nhiệt phân cực nhanh, nhiệt phân nhanh, nhiệt phân chậm và khí hóa. Những cách tạo ra nhiều biochar là kiểu carbon hóa thủy nhiệt từ 50 % đến 80 %, nhiệt phân cực nhanh 40 % và nhiệt phân chậm 30 % [14]. Vật liệu RHB tạo ra trong nghiên cứu này theo kiểu nhiệt phân chậm. Vì thế, nghiên cứu này đã tìm hiểu một số đặc điểm hóa lý điểm nhiệt phân, thành phần nguyên tố, cấu trúc bề mặt vật liệu, điểm điện tích không, diện tích bề mặt riêng và phân bố đường kính mao quản... của biochar điều chế từ vỏ trấu ở Thừa Thiên Huế để phục vụ cho việc khảo sát khả năng giữ nước, cải thiện tính chất đất; hấp phụ chất hữu cơ, màu trong dung dịch nước hoặc một số loại nước thải dệt nhuộm, phòng thí nghiệm... ở các nghiên cứu sau này. 2 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu Vật liệu nghiên cứu Vỏ trấu tươi khoảng 300 kg được thu thập tại phường Hương Sơ, thành phố Huế vào tháng 4 năm 2014. Vỏ trấu được lấy từ giống lúa Hương thơm số 1 HT1, đây là giống lúa thơm ngắn ngày hiện đang được trồng phổ biến tại phường Hương Sơ, thành phố Huế và các vùng nông thôn ở phường Hương Vinh, Hương Chữ, thị xã Hương Trà, tỉnh Thừa Thiên Huế. Nguyên liệu vỏ trấu được phơi khô trong 3 ngày. Vỏ trấu được nhiệt phân bằng lò đốt yếm khí loại 2 m3 theo dạng mẻ. Lò thí nghiệm 2 m3 có khả năng chứa từ 22,5 kg đến 26,0 kg nhiên liệu đốt và nguyên liệu, tùy vào việc nhồi nguyên liệu vào thùng và lò. Các thùng nguyên liệu kín chứa nguyên liệu là vỏ trấu RH; mNL từ 5,5 kg đến 7,0 kg đặt trong lò. Nhiệt cung cấp cho lò từ quá trình đốt cháy nhiên liệu vỏ trấu, củi, rơm rạ mNhL từ 17,0 kg đến 19,0 kg. Lò đốt yếm khí ít sử dụng điện, chỉ mất 15 phút châm lò bằng quạt thổi. Quá trình cháy tự nhiên trong điều kiện thiếu không khí từ 2 giờ đến 8 giờ; để nâng nhiệt độ từ nhiệt độ không khí đến nhiệt độ nhiệt phân khoảng từ 276 °C đến 760 °C; nguyên liệu vỏ trấu chuyển thành biochar vỏ trấu RHB; với khối lượng mb từ 2,0 kg đến 3,0 kg. Sử dụng máy đo nhiệt độ tiếp xúc kiểu K để kiểm tra diễn biến nhiệt độ của lò đốt, quan sát khói và hơi nước bốc lên. Khi nhiệt độ lò giảm đến nhiệt độ thường thì lấy mẫu than ra. 235 Hình 1. Sơ đồ quy trình điều chế biochar vỏ trấu RHB Phương pháp nghiên cứu Các thông số, phương pháp nghiên cứu và thiết bị sử dụng như sau - Khối lượng xác định khối lượng bằng cân kỹ thuật AND, SH 5000, Nhật Bản, cân phân tích AUY220, SHIMADZU, Nhật Bản. - Nhiệt độ đo nhiệt độ trực tiếp bằng Máy đo nhiệt độ tiếp xúc kiểu K Extech, TM100, Mỹ. - pH Biochar được ngâm trong nước cất với tỷ lệ khối lượng 1 100 0,5 g/ 50 mL, đậy kín, khuấy trong 1 giờ ở nhiệt độ phòng bằng máy khuấy từ, chờ trong 2 tiếng thì đo giá trị pH bằng máy đo pH Hach, Sension + pH3, Tây Ban Nha. - Điểm điện tích không PZC-Point of Zero Charge của vật liệu Xác định PZC của vật liệu để giải thích quá trình hấp phụ trên bề mặt vật liệu. Thí nghiệm xác định sơ bộ điểm điện tích không trong dung dịch muối KCl 0,1 M để được các giá trị pHi 2, 4, 6, 7, 8, 10 và 12. Đổ các dung dịch đã chuẩn pHi ở trên vào các bình tam giác đã chứa chất hấp phụ là biochar 0,5 g, đậy kín, khuấy dung dịch bằng máy khuấy từ 1 giờ, chờ trong trong 48 giờ. Để lắng, lọc sạch huyền phù bằng giấy lọc, đo lại các giá trị pH gọi là pHf. Làm tương tự với dung dịch KCl 0,01 M. Thí nghiệm xác định chính xác điểm điện tích không trong dung dịch muối KCl tương tự thí nghiệm xác định sơ bộ, nhưng khoảng pH được chia nhỏ hơn [1]. Đo pH bằng máy đo pH Hach, Sension+ pH3, Tây Ban Nha, máy khuấy từ HEIDOLPH, MR 3001K, Đức. Nguyên liệu Vỏ trấu RH, mNL từ 5,5 kg - 7,0 kg Nhiên liệu Vỏ trấu, củi, rơm rạ mNhL từ 17,0 kg - 19,0 kg Máy đo nhiệt độ tiếp xúc Đốt cháy yếm khí, Nhiệt Biochar vỏ trấu RHB, để nguội tự nhiên, mb = 2,5 - 3,0 kg 236 - Phân tích nhiệt Phân tích nhiệt trọng lượng/nhiệt trọng lượng vi sai TGA/DTG - Thermo Gravimetric Analysis/ Derivative Thermo Gravimetry bằng máy SETARAM Labsys TG/DSC 1600, Pháp. - Thành phần khoáng của vật liệu Phương pháp nhiễu xạ tia X XRD - X Ray Diffraction với ống phát bức xạ CuKα λ = 0,15406 nm; 40 kV; 40 mA, góc đo từ 10° đến 70°, trên máy XRD - X Ray Diffraction D8 Advance, Brucker, Đức. - Vi cấu trúc vật liệu Chụp ảnh bề mặt vật liệu bằng máy TEM Transmission Electron Microscopy với ống phát nhiệt điện tử có thế gia tốc 80 kV, bằng kính hiển vi điện tử truyền qua TEM JEOL, JEM-1010 Electron Microscope, Nhật Bản. - Cấu trúc bề mặt và thành phần nguyên tố vật liệu Chụp ảnh bề mặt và bên trong vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường FESEM - Field Emission Scanning Electron Microscopy JEOL, JSM-7600F, Mỹ; tích hợp đầu thu phổ tán sắc năng lượng tia X EDS - Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, Oxford Instruments 50 mm2 X-Max, Anh và đầu dò huỳnh quang catot CL Gatan MonoCL4, Anh; để xác định phổ tán sắc năng lượng tia X EDX- Energy Dispersive X-ray nhằm phân tích thành phần nguyên tố, pha của vật liệu. - Diện tích bề mặt riêng và phân bố đường kính mao quản BET/BJH Đo diện tích bề mặt riêng theo phương pháp của BET Brunauer- Emmett- Teller và BJH Barrett- Joyner- Halenda để xác định diện tích bề mặt hấp phụ và giải hấp phụ khí N2 ở 77,35K; bằng máy đo diện tích bề mặt riêng BET Quantachrome Instrument, Autosorb - iQ – MP, Mỹ và thiết bị phân tích hóa hấp thụ Autochem Micromeritics Instrument, Autochem II 2920, Mỹ. Xử lý số liệu - Xác định hiệu suất tạo than sinh học theo công thức 1. 1 Khối lượng nguyên liệu và biochar được xác định bằng phương pháp cân trọng lượng. Trong đó mo, mb g khối lượng vỏ trấu ban đầu trước khi nung và than sinh học vỏ trấu tạo thành sau khi nung trong thùng nguyên liệu. - Xác định điểm điện tích không PZC theo công thức 2. 2 Trong đó, pHi và pHf là giá trị đo pH ban đầu và sau khi cho biochar vào dung dịch muối KCl 0,1 M và KCl 0,01 M. Điều kiện thí nghiệm nhiệt độ không khí từ 23,2 °C đến 28,3 °C; độ ẩm không khí từ 68 % đến 77 %; nhiệt độ dung dịch từ 22,4 °C đến 25,0 °C. - Biều đồ và số liệu phân tích được xử lý bằng Microsoft Excel 2007. 237 3 Kết quả và thảo luận Hiệu suất tạo than sinh học điều chế từ vỏ trấu Hình 2a thể hiện diễn biến nhiệt độ lò đốt dạng mẻ được kiểm tra bằng máy đo nhiệt độ tiếp xúc kiểu K, từ nhiệt độ không khí 29,2 °C đến 760 °C, kéo dài khoảng 16 giờ từ khi bắt đầu đốt đến khi trở về nhiệt độ thường. Trong đó, quá trình cháy trong điều kiện thiếu không khí kéo dài từ 4 giờ đến 5 giờ với nhiệt độ duy trì từ 524 °C đến 639,8 °C; sau đó duy trì nhiệt từ 440 °C đến 524 °C trong 3,5 giờ. Ban đầu, tốc độ nâng nhiệt chậm đạt 2,4 °C/phút trong khoảng 30 phút từ 29,2 °C đến 76,9 °C. Tốc độ nâng nhiệt tăng nhanh từ 33 °C/phút trong 6 phút tiếp theo 29,2 °C đến 275,3 °C đến 45 °C/phút trong 11 phút từ 275,3 °C đến 760 °C. Sau đó, tốc độ hạ nhiệt 2,93 °C/phút từ 760 °C xuống 617,7 °C trong 48,6 phút tiếp theo. Quá trình duy trì nhiệt với tốc độ hạ nhiệt chậm 0,34 °C/phút từ 577 °C xuống 440 °C trong 6,6 giờ. Trong 9 đến 16 giờ tiếp theo, quá trình hạ nhiệt diễn ra từ 213 °C xuống 40 °C. Hình 2. Diễn biến nhiệt độ lò đốt yếm khí theo thời gian a và mẫu RHB b Trong 9 đợt thí nghiệm, hiệu suất trung bình tạo biochar biến động Htb từ 35,6 % đến 48,1 % với nhiệt độ lò < 760 °C. Trong đó, đợt 5 có hiệu suất cao nhất Htb = 48,1 %, biochar có màu đen, còn nguyên cấu trúc vỏ trấu ban đầu và khá đồng đều hình 2b, bảng 1. Như vậy, quá trình đốt cháy diễn ra ngắn hay dài tùy thuộc vào lượng nhiên liệu nhồi vào lò chặt hay lỏng. Nếu quá trình đốt cháy diễn ra ngắn thì do lượng nhiên liệu ít, là loại dễ cháy như rơm rạ, vỏ trấu, độ rỗng trong lò nhiều sẽ cung cấp thêm lượng oxi cho quá trình cháy diễn ra nhanh hơn. Nếu thời gian cháy diễn ra kéo dài hơn thì do lượng nhiên liệu nhồi chặt; nhiên liệu đốt có sử dụng củi gỗ cùng với rơm rạ và vỏ trấu để tăng cường thời gian giữ nhiệt. 238 Bảng 1. Hiệu suất tạo biochar Hiệu suất tạo biochar, Htb % Tỷ lệ nhiên liệu/ tổng sinh khối % Đặc tính hóa lý của than sinh học điều chế từ vỏ trấu Giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng và nhiệt trọng lượng vi sai TGA/DTG Hình 3 thể hiện giản đồ TGA/DTG của RHB từ nhiệt độ phòng 34,9 °C đến 765,8 °C; tốc độ nâng nhiệt 10 °C /phút trong dòng không khí có lưu lượng 2,5 L/giờ để xác định điểm nhiệt phân khác nhau và mất khối lượng của vật liệu. Đường cong nhiệt trọng lượng TGA bắt đầu từ peak thu nhiệt ở 81,9 °C mất khối lượng 1,94 % đến 289,6 °C mất khối lượng 6,94 % do quá trình bay hơi từ mất nước dạng tự do, hấp phụ vật lý - dạng liên kết yếu giữa nước màng mỏng và hấp phụ trên bề mặt vật liệu; và quá trình chuyển hóa chất dễ bay hơi nhẹ. Các peak từ 495,5 °C mất khối lượng 33,0 % đến 696,8 °C mất khối lượng 69,1 % và kết thúc ở 765,8 °C mất khối lượng 75,6 % do quá trình oxi hóa, chuyển hóa các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và phân hủy carbon trong vật liệu. Như vậy; mẫu RHB có khoảng 75,6 % thành phần là nước; chất hữu cơ dễ bay hơi, hydrocarbon có thể cháy và phân hủy; 24,4 % chất vô cơ không bị phân hủy trong khoảng nhiệt độ < 800 °C. Hình 3. Giản đồ nhiệt trọng lượng/nhiệt trọng lượng vi sai TGA/DTG của RHB Theo Mahir et al. [8] quá trình nhiệt phân vỏ trấu được phân thành các vùng nhiệt độ khác nhau như vùng sấy khô do mất nước tự do và vật lý của vật liệu từ 27 °C 300 K đến 152 °C 425 K làm mất khối lượng 7,56 %; vùng chuyển hóa chất hữu cơ dễ bay hơi từ 152 °C 425 K đến 627 °C 900 K làm mất khối lượng 77,2 %; vùng phân hủy than từ 627 °C 900 K đến °C K làm mất khối lượng 15,24 %, trong đó phần còn lại chiếm 13,82 %. Như vậy, quá trình mất nước và phân hủy chất hữu cơ dễ bay hơi diễn ra mạnh từ 127 °C đến 727 °C 400 K đến K [8]. Theo Kok và Özgür, với tốc độ nâng nhiệt 10 °C/phút, quá trình nhiệt phân vỏ trấu RH trong khoảng nhiệt độ từ 252 °C đến 380 °C làm phân hủy các chất dễ bay hơi nhẹ; trong khoảng nhiệt độ từ 380 °C đến 525 °C làm phân hủy các chất dễ bay hơi nặng [8]. Như vậy, khoảng nhiệt độ chuyển hóa của RHB nghiên cứu so với các nghiên cứu trên có sự chệnh lệch nhiệt độ không lớn, vẫn diễn ra các quá trình cơ bản như mất nước, chuyển hóa và phân hủy chất dễ bay hơi và tạo tro. 240 Thành phần khoáng của biochar vỏ trấu Nếu vật liệu có cấu trúc mạng tinh thể thì sẽ thỏa mãn theo phương trình Vulf - Bragg . Trong đó, chiều dài bước sóng thí nghiệm ở λ= 0,15406 nm; góc phản xạ θ = 5°; n = 1, 2, 3... thì giá trị khoảng cách giữa các mặt phản xạ dhkl không thỏa mãn để vật liệu có cấu trúc mạng tinh thể. Giản đồ nhiễu xạ tia X XRD của biochar vỏ trấu ở hình 4a cho thấy vật liệu RHB là dạng carbon vô định hình, do có đỉnh rộng ở góc 2θ = 10°, không xác định được đỉnh peak khoáng do chưa hình thành pha kết tinh, vì nhiệt độ lò đốt < 760 °C. Kết quả này cũng tương tự với nghiên cứu tạo tro trấu RHA của Habeeb và Mahmud, vật liệu tạo ra cũng là dạng vô định hình do có đỉnh rộng ở góc 2θ= 22° hình 4b [5]. Nhiều nghiên cứu khác của Zhang và Malhotra, Huang et al., Chandrasekhar et al. cho thấy nhiệt độ tối thiểu cho kết tinh silica trong biochar vỏ trấu phải đạt từ 800 °C trở lên [5]. a Biochar vỏ trấu RHB nghiên cứu Hình 4. Giản đồ XRD a RHB nghiên cứu; b tro trấu RHA của Habeeb và Mahmud [5] Thành phần nguyên tố pha rắn của biochar vỏ trấu Để đánh giá thành phần và hàm lượng của các nguyên tố cấu thành vật liệu, công nghệ được sử dụng phổ biến và thông dụng nhất là quét phổ tán xạ năng lượng tia X EDX. Kết quả ở hình 5 cho thấy RHB có thành phần nguyên tử chủ yếu theo khối lượng như sau cấu trúc bên trong S2-Inside có C 47,6 %, O 30,4 %, Si 20,6 % và K 1,4 %; cấu trúc bề mặt S2- Outside có O 49,3 %, Si 38,0 %, C 11,9 % và K 0,7 % ứng với nhiệt độ lò < 760 °C. Nghiên cứu của Blasi et al., RHB tại 580 °C cho thấy các thành phần nguyên tố chính trong RHB là C 51,5 %, O 9,8 %, H 2,1 %, N 0,5 % và S 0,3 % [10]. Kết quả của Maiti et al. cho thấy RHB từ 350 °C đến 650 °C chủ yếu là C 65,9 % đến 69,3 %, O 25,6 % đến 28,4 %, H 3,6 % đến 4,2 %, N 1,41 % đến 1,42 % và S 0,05 % đến 0,06 % [9]. Nghiên cứu của Masulili et al. cho 241 thấy, thành phần của RHB tại 600 °C chủ yếu là C 18,7 %, Na 1,4 %, Mg 0,42 %, Ca 0,41 % và K 0,2 % [10]. Trong nghiên cứu của Theeba et al., RHB tại 550 % đến 600 °C cũng chủ yếu là C 77,9 %, O 18,3 %, H 3,5 % và S 0,3 % [16]. Như vậy, các giống lúa và nhiệt độ nhiệt phân khác nhau thì có tỷ lệ thành phần nguyên tố khác nhau. Vùng điểm ảnh FESEM, 400x 10 µm, 5kV, WD 6,0 mm, SEI LM Giản đồ phổ tán xạ năng lượng tia X EDX theo nguyên tử At, % và khối lượng Wt, % Hình 5. Phổ tán xạ năng lượng tia X EDX của RHB Cấu trúc bề mặt của biochar vỏ trấu Ảnh vỏ trấu ban đầu RH và biochar vỏ trấu RHB được chụp bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường FESEM có độ phóng đại 100 hoặc 400 lần, lần và lần, với ống phát điện từ trường phát xạ làm việc ở 5 kV, khoảng cách làm việc WD từ 5,2 mm đến 6,0 mm. Mẫu vật liệu có kích thước lỗ rỗng < 10 µm ở mức phóng đại lần. Ảnh bề mặt bên trong Inside và bên ngoài Outside vật liệu cho thấy mẫu RHB có dạng lỗ rỗng và xốp hơn so với mẫu vỏ trấu ban đầu hình 6. a Vỏ trấu RH S1- Inside 100x 100 µm, 5kV, WD 6,0 mm 10 µm, 5kV, WD 5,6 mm 1 µm, 5kV, WD 5,6 mm b Vỏ trấu RH S1- Outside 100x 100 µm, 5kV, WD 6,0 mm 10 µm, 5kV, WD 5,2 mm 1 µm, 5kV, WD 5,2 mm c Biochar vỏ trấu RHB S2- Inside 400x 10 µm, 5kV, WD 6,0 mm 10 µm, 5kV, WD 5,6 mm 1 µm, 5kV, WD 5,6 mm d Biochar vỏ trấu RHB S2- Outside 400x 10 µm, 5kV, WD 6,0 mm 10 µm, 5kV, WD 5,2 mm 1 µm, 5kV, WD 5,5 mm Hình 6. Ảnh SEM của vỏ trấu RH a, b và biochar vỏ trấu RHB c, d 243 Mặt khác, kết quả ở bảng 2 xác định diện tích bề mặt riêng của RHB là SBET = 47,14 ± 1,18 m2/g trong khoảng áp suất tương đối p/po từ 0,049 đến 0,299; tương ứng với thể tích hấp phụ từ 9,87 cm3/g đến 14,86 cm3/g hình 8a. Dựa trên công thức Halsey, khảo sát trong khoảng độ rỗng vật liệu từ 1,7 nm đến 300 nm; thể tích lỗ rỗng hấp phụ và giải hấp phụ tối đa của RHB là 0,0425 cm3/g độ rỗng trung bình 1,8 nm và 0,0285 cm3/g độ rỗng trung bình 1,91 nm. Diện tích bề mặt BJH hấp phụ và giải hấp phụ N2 tối đa đạt 51,10 m2/g và 7,933 m2/g hình 8b. Kích cỡ lỗ rỗng hấp phụ và giải hấp phụ trung bình đạt 3,33 nm và 14,4 nm. Vì thế, đường đẳng nhiệt của RHB thuộc kiểu II. Ảnh SEM hình 6 và số liệu BET/BJH hình 8 và bảng 2 cho thấy RHB chủ yếu là vật liệu mao quản trung bình từ 2 nm đến 50 nm theo sự phân loại của IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry [12]. Trong khi đó, các vật liệu tự nhiên đất sét, diatomite có diện tích bề mặt riêng SBET nhỏ hơn 50 m2/g. So sánh với các nghiên cứu khác về biochar vỏ trấu, lò đốt trong điều kiện không khí, SBET 850 °C đến °C là 57 m2/g của Song et al. [15]; SBET 550 °C đến 600 °C là 401 m2/g của Theeba et al. [16]. Lò đốt trong điều kiện thổi khí N2, SBET 600 °C là 141 m2/g, SBET 800 °C là 117 m2/g và SBET °C là 46 m2/g của Paethanom và cộng sự [11]; SBET 350 °C là 34 m2/g, SBET 400 °C là 45 m2/g, SBET 450 °C là 58 m2/g, SBET 500 °C là 170 m2/g và SB ET 550 °C là 216 m2/g của Azhar et al. [3]. Như vậy, diện tích bề mặt riêng của RHB trong điều kiện không khí so với các loại mẫu biochar khác khá thấp; do điều kiện nhiệt độ nung, dòng khí thổi vào lò và chế độ nâng nhiệt khác nhau. Cấu trúc mao quản của vật liệu RHB được quan sát bằng kính hiển vi điện tử truyền qua TEM. Ảnh TEM của RHB ở hình 7 cho thấy vật liệu có dạng carbon vô định hình, không có cấu trúc tinh thể, những điểm đậm trên ảnh là những nơi có lỗ mao quản lớn và trung bình. iều này một lần nữa minh chứng cấu trúc mao quản trung bình của RHB. Hình 7. Ảnh TEM của mẫu RHB 244 Bảng 2. Kết quả xác định BET/BJH của RHB Thể tích hấp phụ, Vm cm3/g Diện tích bề mặt riêng, SBET m2/g 0011 * mmp C pV p p V C V C pĐường tuyến tính BET Y= 0,0920X + 0,0004, R2= 0,9957 Đường đẳng nhiệt hấp phụ và giải hấp phụ Đường tuyến tính diện tích bề mặt riêng Hình 8. Diện tích bề mặt riêng BET và phân bố đường kính mao quản BJH của RHB 245 Xác định điểm điện tích không PZC Trong khoa học về bề mặt, điểm điện tích không PZC dùng để giải thích quá trình hấp phụ, xác định được chất nền hấp phụ các ion. Theo Railsback, “điểm điện tích không” đối với một bề mặt khoáng vật là pH tại đó bề mặt nói trên có điện tích trung hoà toàn phần [6]. Vì thế, mục đích chính của xác định pHPZC vật liệu trong nghiên cứu này nhằm phục vụ cho việc giải thích cách thức hấp phụ của biochar với các ion có trong môi trường nước, đất ở các nghiên cứu tiếp theo. Thí nghiệm xác định sơ bộ PZC của biochar vỏ trấu trong dung dịch KCl là pHKCl từ 7,8 đến 8,2; vì có ΔpHKCl từ -0,04 đến -0,08 hình 9a. Thí nghiệm xác định chính xác PZC thể hiện ở hình 9b cho thấy ở nồng độ KCl 0,1M, đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc ΔpH vào pHi là đường y = - 0,2851x + 1,1116 với hệ số tương quan R2 = 0,9975. Ở nồng độ KCl 0,01 M, đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc ΔpH vào pHi là đường y = - 0,2832x + 1,1059 với hệ số tương quan R2 = 0,9937. Như vậy, giá trị pH của RHB là pHKCl = 8,0 điểm có ΔpHKCl 0,01M =-0,01, ΔpHKCl 0,1M =-0,02. Giá trị pHPZC của RHB với cùng một loại muối ít phụ thuộc vào nồng độ của muối đó. Vì vậy, biochar vỏ trấu có giá trị pHPZC = 8,0. Kết quả phân tích cũng tương đồng với nghiên cứu trước đây của Vadivelan et al., biochar vỏ trấu có pHPZC = 8,0 [17]. Hình 9. Xác định PZC của RHB trong KCl 0,1 M và KCl 0,01 M 4 Kết luận Một số kết quả nghiên cứu đặc tính hóa lý của than sinh học điều chế từ vỏ trấu như sau - Lò thủ công dạng mẻ có nhiệt độ lò đốt < 760 °C, hiệu suất trung bình tạo biochar biến động Htb từ 35,6 % đến 48,1 %; RHB có màu đen, còn nguyên cấu trúc vỏ trấu ban đầu, xốp và khá đồng đều. - Kết quả phân tích TG/DTG cho thấy RHB có 75,6 % thành phần nước, chất hữu cơ dễ bay hơi có thể cháy và phân hủy; 24,4 % chất vô cơ không bị phân hủy trong khoảng nhiệt độ từ 34,9 °C đến 765,8 °C. Các nguyên tố chủ yếu trong RHB theo khối lượng là C 11,9 % đến 47,6 %, 246 O 30,4 % đến 49,3 %, Si 20,6 % đến 38,0 % và K 0,7 % đến 1,4 %. Diện tích bề mặt riêng của RHB đạt SBET= 47,14 ± 1,18 m2/g. Biochar vỏ trấu chủ yếu là dạng vật liệu mao quản trung bình. Độ rỗng trung bình hấp phụ và giải hấp phụ N2 là 3,33 nm và 14,4 nm. Điểm điện tích không PZC của RHB là pHPZC = 8,0. Tài liệu tham khảo 1. Nguyễn Trung Minh, Nguyễn Đức Chuy, Nguyễn Thu Hoà, Lê Quốc Khuê, Cù Sỹ Thắng, Nguyễn Thị Thu, Nguyễn Kim Thường, Nguyễn Trung Kiên, Đoàn Thị Thu Trà, Phạm Tích Xuân, Cù Hoài Nam 2009, Kết quả bước đầu xác định điểm điện tích không của bazan Phước Long, Tây Nguyên bằng phương pháp đo pH, Tạp chí Địa chất, 3137-8, Tr. 47 - 53. 2. Trần Thị Tú, Morihiro Maeda, Lê Văn Thăng, Trần Đặng Bảo Thuyên, Nguyễn Đăng Hải 2013, Nghiên cứu sử dụng than sinh học từ vỏ dừa bón cho rau Komatsuna trên một số loại đất ở tỉnh Thừa Thiên Huế, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Hà Nội, 513B, Tr. 315 - 322. 3. Azhar, U. Md., Ho, 2013, Development of technologies for the utilization of agricultural and forestry wastes preparation of biochar rice residues, The 3rd Final Meeting of Practical Research and Education of Solid Waste Management based on Partnership between Universities and Governments in Asia and Pacific Countries. Waste Management Research Center, Okayama University, The Final Report of FY 2012, Japan, pp. 51 - 70. 4. Blasi, C. D., Signorelli, G., Russo, C. D., Rea, G. 1999, Product distribution from pylolysis of wood and agricultureal residues, Industrial & Engineering Chemical Reseaarch, 386, pp. 2216 - 2224. 5. Habeeb, G. A., Mahmud, H. B. 2010, Study on properties of rice husk ash and its use as cement replacement material, Journal of Material Research, 132, pp. 185 - 190. 6. Kok, Özgür, E. 2013, Thermal analysis and kinetics of biomass samples, Fuel Processing Technology, 106, pp. 739 - 743. 7. Lehmann, J., Joseph, S. 2009, Biochar for environmental management An introduction. In “Biochar for envi-ronmental management Science and Technology”, 1st edition, Earthscan publisher, International Biochar In-itiative, Westerville, OH, USA, pp. 1 - 12. 8. Mahir, M. S., Geoffrey, R. J., Cuthbert, F. M. 2014, Thermal characteristics and kinetics of rice husk for pyrolysis process, International journal of Renewable Energy Research, 42, pp. 275 - 278. 9. Maiti, S., Dey S., Purakayastha, S., Ghosh, B. 2006, Physical and thermochemical characterization of rice husk char as potential biomass energy source, Bioresource Technology, 9716, pp. 2065 - 2070. 10. Masulili, A., Utomo, W. H., Syechfani, M. S. 2010, Rice husk biochar for rice based cropping system in acid soil 1. The charactericstics of rice husk biochar and its influence on the properities of acid sulfate soils and rice growth in West Kalimantan, Indonesia, Journal of Agricultural Science, 21, pp. 39 - 47. 247 11. Paethanom, A., Yoshikawa, K. 2012, Influence of Pyrolysis Temperature on Rice Husk Char Characteristics and Its Tar Adsorption Capability, Energies, 5, pp. 4941 - 4951. 12. Rouquerol, J., Avnir, D., Fairbridge, C. W., Everett, D. H., Haynes, J. M., Pernicone, N., Ramsay, J. D. F., Sing, K. S. W., Unger, K. K. 1994, Recommendations for the characterization of porous solids Technical Report, Pure and Applied Chemistry, 668, pp. 1739 - 1758. 13. Scholz, Sembres, T., Robert, K., Whitman, Th., Wilson, K. and Lehmann J. 2014, Biochar systems for smallholders in developing countries Leveraging current knowledge and exploring future potential for climate-smart agriculture, World Bank Publications, Washington USA, pp. 1 - 208. 14. Sohi, S., Loez-Capel, E., Krull, E., Bol, R. 2009, Biochar, climate change and soil A review to guide future research, CSIRO Land and Water Science Report 05/09, CSIRO, UK, pp. 1 – 56. 15. Song, H., Jun, X., Lushi, S., Minhou, X., Jianrong, Q., Peng, F. 2008, Characterisation of char from rapid pyrolysis of rice husk, Fuel Processing Technology, 8911, pp. 1096 - 1105. 16. Theeba, M., Robert, T. B., Illani, Z. I., Husni, M. H. A., Samsuri, A. W. 2012, Characterization of l ocal mill rice husk charcoal and anf its effect on compost properties, Malaysian journal of Soil Science, 16, pp. 89 - 102. 17. Vadivelan, V., Vasanth, K. 2005, Equilibrium, kinetics, mechanism and process design for the sorption of methylene blue onto rice husk, Journal Colloid Interface Science, 2861, pp. 90 - 100. PHYSICAL AND CHEMICAL CHARACTERIZATION OF BIOCHAR DERIVED FROM RICE HUSK Tran Thi Tu Institute of Resources and Environment, Hue University Abstract This paper presents physical and chemical properties of biochar derived from rice husk RHB. HT1 rice husk produced biochar with a maximum conversion efficiency of %. RHB was a black, porous material with many voids. RHB was composed of approximately % of water and flammable and decomposable volatile organic compounds; and % of inorganic residues stable at temperatures from °C to °C. The main elements in RHB were C % - %, O % - %, Si % - % and K % - %. The specific surface area of RHB was ± m2/g. RHB was mostly a mesoporous material. The point of zero charge of RHB pHPZC was Keywords specific surface area, zero charge, biochar, rice husk ... Theo một số nghiên cứu của các tác giả trên thế giới thì nhiệt độ nhiệt phân ảnh hưởng đến sự biến đổi các nhóm cellulose, hemicellulose, lignin và thành phần vô cơ của vật liệu Clemente, Beauchemin, Thibault, MacKinnon, & Smith, 2018;Hassan et al., 2020. Hiện tại các công trình nghiên cứu về than sinh học ở Việt Nam vẫn còn khá mới chủ yếu là các nghiên cứu về ứng dụng than sinh học xử lý kim loại nặng, cải tạo đất nông nghiệp Dang et al., 2017;Vinh, Nguyen, Mai, Lehmann, & Joseph, 2014; hướng nghiên cứu của tác giả Tran, 2016 về các đặc tính hóa lý của than sinh học từ trấu. Tuy nhiên, các nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt phân khác nhau đến tính chất hóa lý của than sinh học thì chưa nhiều. ...... Hình 5. Đồ thị xác định điểm điện tích không PZC của than sinh học từ trấu ở pH từ 02-12 Giản đồ nhiễu xạ tia X XRD của than sinh học từ trấu ở Hình 7 cho thấy than sinh học có dạng carbon vô định hình do có đỉnh rộng ở góc 2θ = 22° và không xác định được đỉnh peak khoáng do chưa hình thành pha kết tinh. Kết quả này cũng tương tự với nghiên cứu của tác giả Tran 2016 cho thấy than sinh học từ trấu cũng là dạng carbon vô định hình do có đỉnh rộng ở góc 2θ = 10 o và tác giả Armynah và cộng sự 2018 có than sinh học từ trấu nung ở nhiệt độ 250 o C và 350 o C cũng là dạng carbon vô định hình ở 2θ = 22°. ...Mục tiêu của nghiên cứu này là khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt phân đến đặc tính hóa lý của than sinh học từ trấu nhằm ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ sinh học môi trường như làm chất mang trong sản xuất chế phẩm vi sinh và vật liệu lọc thân thiện với môi trường trong xử lý nước thải. Sử dụng các phương pháp phân tích thường quy, phân tích vật liệu SEM, FTIR, XRD, BET để đánh giá tính chất than sinh học từ trấu trong khoảng nhiệt phân từ 350-650°C. Khối lượng riêng, pH, EC, khả năng giữ nước và độ tro của than sinh học có xu hướng tăng khi nhiệt độ nhiệt phân tăng trong khi đó hiệu suất tạo than có xu hướng giảm mạnh. Kết quả phân tích cho thấy than sinh học sau khi nung ở 550°C có diện tích bề mặt riêng là Thành phần nguyên tố chủ yếu là C O và Si Kết quả phân tích phổ kế hồng ngoại biến đổi Fourier FTIR cho thấy trên bề mặt than sinh học tồn tại liên kết O–H tần số 3, –CH3 tần số –C=O hoặc C=C tần số 1,600-1,650cm‒1, điểm điện tích không của than ở pHPZC Giản đồ nhiễu xạ tia X thấy than sinh học từ trấu có dạng carbon vô định hình khi nung ở 550° Husk Charcoal RHC is a by-product of rice processing mills which can be found in very large quantities in these mills. This industrial waste is largely unutilized, causing environmental pollution especially in the state of Kelantan. In order to increase its utilization, RHC was characterized and investigated for its potential in enhancing the composting process. Physico-chemical properties of RHC such as pH, nutrient content, ash content, CEC, adsorption kinetics, surface area, functional groups, surface structure and pore sizes were studied. The composting treatments were carried out by mixing 4% wt/wt and 6% wt/wt RHC with organic substrates and with no RHC amended as control. Parameters such as daily temperature, CO2 flux, nutrient content, pH, moisture and total microbial count were measured during the composting process. Results showed that RHC is a highly alkaline material pH with a carbon content of 16% wt/wt dry basis, CEC of 17cmol/kg-1 soil, BET surface area of 401 mg g-1 and a methylene blue adsorption capacity of mg g-1. The presence of C=O carboxyl-C, ketones and ester, aliphatic C=H, C=C benzene ring and C-H aromatic hydrogen suggests that RHC mainly comprises amorphous char, a random mixture of thermally altered molecules and aromatic addition of RHC to organic matter accelerated the composting process through higher decomposition rates due to higher microbial population at the thermophilic stage with RHC acting as a bulking agent, as well as higher moisture and nutrient retention during composting. N losses were found to be lower with RHC PaethanomKunio YoshikawaA biomass waste, rice husk, was inspected by thermoanalytical investigation to evaluate its capability as an adsorbent medium for tar removal. The pyrolysis process has been applied to the rice husk material at different temperatures 600, 800 and 1000 degrees C with 20 degrees C/min heating rate, to investigate two topics 1 influence of temperature on characterization of rice husk char and; 2 adsorption capability of rice husk char for tar removal. The results showed that subsequent to high temperature pyrolysis, rice husk char became a highly porous material, which was suitable as tar removal adsorbent with the ability to remove tar effectively. In addition, char characteristics and tar removal ability were significantly influenced by the pyrolysis temperature. Mahir Mohammed SaidThe trend for material and energy recovery from biomass-waste along with the need to reduce green house gases has led to an increased interest in the thermal processes applied to biomass. The thermal process applied to biomass produces either liquid fuel bio-oil or gaseous fuel. One of the biomass wastes that are produced in large quantities in Tanzania is rice husk. The behaviour of this waste is important to any designing of thermal handling equipment when subjected thermal environment such as burning or thermal degradation. Due to this it is imperative to establish thermal characteristics of the rice husk pursued in a laboratory to understand its thermal degradation behaviour. The thermal degradation was conducted in a thermo-gravimetric analyzer from room temperature to 1273 K at different heating rates. The activation energy was kJ/mol and suitable heating rate for high degradation of rice husk is 10 K/min, and gives wt% of volatile release which is the suitable heating rate for pyrolysis and energy released was -4437 J/kg, although it has been recommended that the rice to be used for gasification since it contains high amount of paper investigates the properties of rice husk ash RHA produced by using a ferro-cement furnace. The effect of grinding on the particle size and the surface area was first investigated, then the XRD analysis was conducted to verify the presence of amorphous silica in the ash. Furthermore, the effect of RHA average particle size and percentage on concrete workability, fresh density, superplasticizer SP content and the compressive strength were also investigated. Although grinding RHA would reduce its average particle size APS, it was not the main factor controlling the surface area and it is thus resulted from RHA's multilayered, angular and microporous surface. Incorporation of RHA in concrete increased water demand. RHA concrete gave excellent improvement in strength for 10% replacement increment compared to the control mix, and up to 20% of cement could be valuably replaced with RHA without adversely affecting the strength. Increasing RHA fineness enhanced the strength of blended concrete compared to coarser RHA and control OPC Di BlasiGabriella SignorelliCarlo Di RussoGennaro ReaThe pyrolysis characteristics of agricultural residues wheat straw, olive husks, grape residues, and rice husks and wood chips have been investigated on a bench scale. The experimental system establishes the conditions encountered by a thin 4 × 10-2 m diameter packed bed of biomass particles suddenly exposed in a high-temperature environment, simulated by a radiant furnace. Product yields gases, liquids, and char and gas composition, measured for surface bed temperatures in the range 650−1000 K, reproduce trends already observed for wood. However, differences are quantitatively large. Pyrolysis of agricultural residues is always associated with much higher solid yields up to a factor of 2 and lower liquid yields. Differences are lower for the total gas, and approximate relationships exist among the ratios of the main gas species yields, indicating comparable activation energies for the corresponding apparent kinetics of formation. However, while the ratios are about the same for wood chips, rice husks, and straw, much lower values are shown by olive and grape residues. Large differences have also been found in the average values of the specific devolatilization rates. The fastest up to factors of about with respect to wood have been observed for wheat straw and the slowest up to factors of 2 for grape the present study, one process was selected for a fundamental study of structural evolution during rapid pyrolysis, as well as for the study of the influence of such evolution on char reactivity. Chars were prepared at different situations from rice husk. The reactivity of resultant chars was measured using non-isothermal thermogravimetric analysis. The structure of fresh and partly reacted chars was characterized using proximate and ultimate analyses, physical adsorption/desorption measurements of N2 − 196 °C, mercury intrusion porosimetry 414 MPa, FTIR, Helium pycnometer as well as samples visualization by scanning electronic microscopy SEM. Appreciable differences in the physical characteristics, depending markedly on the pyrolysis stage, were observation showed that surface of pore in char particle became increasingly rough in the middle of pyrolysis. Micropore characteristics obtained from adsorption/desorption measurement were complex. Release of volatile material led to the development of pores with different changing trends. The surface area of char increased with pyrolysis process to a maximum value of m2/g at pyrolysis reaction ratio Rp = Macropores in char particles which were evaluated by mercury intrusion porosimetry indicated that the porosity increases continually. Combined the analysis result of density with porosity data, it was showed that particle shrinkage happened at the first stage of rapid pyrolysis. The H/C, O/C and N/C ratios of the char changed with different trends when the pyrolysis reaction ratio increased. Furthermore, FTIR studies indicated a gradual decrease in the intensities of OH, C–H and C–O stretches with pyrolysis process. At the end of reaction, most bands disappeared, resulting in a char that was mainly an aromatic polymer of carbon atoms. HỌC VIÊỆN NÔNG NGHIÊỆP VIÊỆT NAM KHOA MÔI TRƯỜNG -- KHÓA LUÂÂN TỐT NGHIÊÂP TÊN ĐỀ TÀI “NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THAN SINH HỌC BIOCHAR TỪPHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG” Người thực hiện Lớp TĂNG THỊ KIỀU LOAN MTE Khóa 57 Chuyên ngành KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Giáo viên hướng dẫn THỊ THÚY HẰNG Hà Nô iÂ – 2016 2 HỌC VIÊỆN NÔNG NGHIÊỆP VIÊỆT NAM KHOA MÔI TRƯỜNG -- KHÓA LUÂÂN TỐT NGHIÊÂP TÊN ĐỀ TÀI “NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THAN SINH HỌC BIOCHAR TỪPHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG” Người thực hiện TĂNG THỊ KIỀU LOAN Lớp MTE Khóa 57 Chuyên ngành KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Giáo viên hướng dẫn THỊ THÚY HẰNG Địa điểm thực tâ p Â Bộ môn Công nghệ Môi trường Hà Nô iÂ – 2016 2 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiênê khóa luânê tốt nghiêp,ê ngoài sự cố gắng của bản thân tôi đã nhâ ên được rất nhiều sự giúp đỡ, nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn với những sự giúp đỡ đó. Trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn ban chủ nhiệm khoa Môi trường, các thầy cô giáo trong khoa và trong bộ môn Công nghệ Môi Trường, Học viện Nông Nghiệp Việt Nam, gia đình và cùng toàn thể bạn bè của tôi. Để có được kết quả này tôi xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắctới TS. Trịnh Quang Huy, ThS. Nguyễn Ngọc Tú và đặc biệt là ThS. Hồ Thị Thúy Hằng- người đã luôn tận tình chỉ bảo, truyền đạt cho tôi rất nhiều kiến thức, kỹ năng làm việc, kỹ năng sống, giúp đỡ tôi trong học tập, nghiên cứu và theo sát tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận này. Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới anh kỹ thuật viên Trần Minh Hoàng tại phòng thí nghiệm- Bộ môn Công nghệ Môi Trường cùng các bạn Phùng Thị Ngọc Mai, Hồ Thị Thương đã giúp đỡ cho tôi thực hiện đề tài. Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất. Song do điều kiện nghiên cứu còn hạn chế, nên khóa luận không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Tôi mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo, các nhà khoa học và toàn thể bạn đọc. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nôi,ê ngày 20 tháng 05 năm 2016 Người thực hiê n Â Tăng Thị Kiều Loan 1 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN....................................................................................................i MỤC LỤC.........................................................................................................ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT...............................................................iv DANH MỤC BẢNG.........................................................................................v DANH MỤC HÌNH.........................................................................................vi MỞ ĐẦU...........................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu......................................................................................3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU...........................................................4 Thực trạng phát sinh và sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp tại Việt Nam.......................................................................................................4 Thực trạng phát sinh phế phụ phẩm nông nghiệp ở Việt Nam................4 trạng sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp ở Việt Nam...................8 Than sinh học và các ứng dụng của than sinh học trên thế giới và Việt Nam .............................................................................................................14 Than sinh học Biochar........................................................................14 Một số ứng dụng của than sinh học.......................................................20 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNGVÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....................................................................................................25 Đối tượng nghiên cứu...............................................................................25 Phạm vi nghiên cứu..................................................................................25 Nội dung nghiên cứu................................................................................25 Phương pháp nghiên cứu..........................................................................25 Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp...................................................25 Phương phápbố trí thí nghiệm...............................................................26 Phương pháp xác định đặc tính của vật liệu..........................................26 2 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..................................................31 Đặc tính vật liệu nghiên cứu ban đầu.......................................................31 Ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ tới các đặc trưng về màu sắc và hình dạng của than sinh tạo thành.........................................................35 Ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ tới đặc trưng về khối lượng của than sinh tạo thành.................................................................................38 Đánh giá đặc tính pH, EC, CEC của than sinh học tạo thành..................42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.........................................................................50 1. Kết luận.......................................................................................................50 2. Kiến nghị.....................................................................................................51 TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................52 3 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ash CEC EC IM FC TSH VM Độ tro Khả năng trao đổi cation Độ dẫn điện Độ ẩm Cacbon cố định Than sinh học Vật chất bay hơi 4 DANH MỤC BẢNG Bảng Tiềm năng phế phụ phẩm ở Việt Nam..............................................6 Bảng Thành phần các hợp chất hữu cơ của 7 loại vật liệu.........................7 Bảng Thành phần hoá học của một số phế phụ phẩm nông nghiệp...........8 Bảng Hiệu quả xã hội của việc tái chế phế phụ phẩm nông nghiệp làm phân hữu cơ.........................................................................................12 Bảng Ảnh hưởng của than sinh học lên sản lượng lúa ở Việt Nam.........23 Bảng Ảnh hưởng than sinh học lên sản lượng rau của Việt Nam............23 Bảng Ảnh hưởng của than sinh học lên sản lượng của đậu phộng ở Ninh Thuận..........................................................................................24 Bảng Đặc trưng pH, EC của các loại phế phụ phẩm trong nghiên cứu .............................................................................................................31 Bảng Thành phần tương đối củacủa các loại phế phụ phẩm trong nghiên cứu...........................................................................................32 Bảng Thành phần tương đối của vỏ trấu %...........................................34 Bảng Thành phần tương đối của rơm rạ %............................................34 Bảng Ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ tới đặc trưng về màu sắc của than sinh học tạo thành........................................................................36 Bảng Ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ tới đặc trưng về khối lượng của than sinh tạo thành........................................................................38 Bảng Kết quả kiểm định khối lượng than sinh học tạo thành ở các giá trị nhiệt độ...........................................................................................40 Bảng Đặc trưng giá trị pH, EC của than sinh học tạo thành....................42 Bảng Kết quả kiểm định pH than sinh học ở các giá trị nhiệt độ.............45 Bảng Kết quả kiểm định EC than sinh học ở các giá trị nhiệt độ..........45 Bảng Kết quả kiểm định sự sai khác giá trị CEC của nhóm I phụ thuộc vào nhiệt độ...............................................................................47 5 Bảng Kết quả kiểm định sự sai khác giá trị CEC của nhóm II phụ thuộc vào nhiệt độ...............................................................................47 6 DANH MỤC HÌNH Hình Sản lượng một số loại cây trồng qua các năm 2010-2014................4 Hình phụ phẩm nông nghiệp................................................................5 Hình Các hình thức sử dụng phế phụ phẩm phổ biến ở Đồng bằng sông Hồng năm 2012..........................................................................10 Hình Sự thay đổi khối lượng than sinh học theo nhiệt độ........................40 Hình Sự thay đổi pH của than sinh học theo các mức nhiệt độ...............43 Hình Sự biến động EC của than sinh học theo các mức nhiệt độ............44 Hình Đặc trưng CEC của than sinh học tạo thành từ các nhiệt độ khác nhau............................................................................................46 7 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam là một đất nước có truyền thống nông nghiệp lâu đời, là chỗ dựa vững chắc cho nền kinh tế đất nước cũng như đảm bảo an ninh lương thực. Mặc dù, Việt Nam đang trong giai đoạn công nghiệp hóa- hiện đại hóa đất nước, nhiều diện tích đất nông nghiệp được chuyển đổi mục đích sử dụng cho ngành công nghiệp, số lượng các khu công nghiệp vừa và nhỏ ngày càng tăng lên, chiếm dần diện tích đất nông nghiệp, nhưng sản lượng các loại nông sản vẫn tăng liên tục qua các năm. Theo thống kê của Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn, tính đến tháng 12/2015 cả nước có sản lượng lúa ước tính đạt 45,22 triệu tấn, tăng 241 nghìn tấn;cây ngô đạt 5281 nghìn tấn tăng 1,5%; cây sắn đạt 10,67 triệu tấn tăng 464 nghìn tấn; rau các loại sản lượng đạt 15,7 triệu tấn tăng 276,6 nghìn tấn; đậu các loại sản lượng đạt 169,6 nghìn tấn tăng 5,634 nghìn tấn so với năm 2014. Với sản lượng hằng trăm triệu tấn nông sảnnhư vậy tương ứng với một lượng lớn phế phụ phẩm nông nghiệp phát sinh hằng năm như trấu và rơm rạ40,80 triệu tấn;lá và bã mía 15,60 triệu tấn; thân và lõi ngô 9,20 triệu tấn; vỏ cà phê 1,17 triệu tấn; mùn cưa 1,12 triệu tấn…Nguyễn Đặng Anh Thi, Bio-Energy in Vietnam, 2014. Các phế phụ phẩm này được sử dụng làm chất đốt, chất độn chuồng,thức ăn cho gia súc, ủ gốc cây, làm giá thể trồng nấm, tuy nhiên hiện nay phần lớn phế phụ phẩm nông nghiệp bị bỏ ngay tại đồng ruộng, đổ ra kênh mương, hay đốt trực tiếp tại đồng ruộng đặc biệt là sau mỗi vụ thu hoạch gây nên tình trạnglãng phí tài nguyên và ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng môi trường. Do đó, việc nghiên cứucác giải pháp tận thu nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp để sử dụng hiệu quả nguổn tài nguyên này và giảm thiểu các tác động môi trường là vấn đề đáng được quan tâm hiện nay. 1 Trên thế giới và Việt Nam,hiện nay ngoài các hình thức sử dụng truyền thống, phế phụ phẩm còn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như chế tạo cồn sinh học làm nhiên liệu, chế tạo vật liệu xử lý môi trường, sản xuất than sinh học Biochar... Trong đó than sinh học TSH đang là hướng nghiên cứu được quan tâm, đây là sản phẩm của quá trình nhiệt phân yếm khí các vật liệu hữu cơ, tạo ra loại vật liệu mới có tính ứng dụng trong đời sống và thân thiện với môi trường. TSH được sử dụng làm phân bón thế hệ mới, cải thiện độ phì nhiêu của đất, tăng khả năng giữ nước và các chất dinh dưỡng, bảo vệ các loại vi khuẩn sống trong đất, chống lại các tác động xấu của thời tiết, xói mòn đất, làm tăng sản lượng cây trồng và giải quyết được nguồn phế phụ phẩm trong nông nghiệp. Ngoài ra, nócó thể làm chất đốt thay cho than đá, dầu mỏ đang có nguy cơ cạn kiệt. Đặc biệt, TSH đang được ứng dụng thử nghiệm làm vật liệu xử lý nước thải, Tạp trí Stinfo số 6-2015, Than sinh học- Hiệu quả nhờ công nghệ. Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu về than sinh học như tại Nhật Bản, TSH được cấy thêm vi sinh vật để xử lý chất thải nhà vệ sinh, bảo vệ môi trường; trường Đại học Politécnica de Madrid Tây Ban Nha đã nghiên cứu chế tạo than sinh học từ bùn thải ứng dụng trong cải tạo tính chất của đất… Ở Việt Nam, đã bước đầu nghiên cứu và ứng dụng than sinh học tại một số địa phương như Viện Môi trường Nông nghiệp Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam sản xuất thành công TSH từ rơm, rạ; Mai Thị Lan Anh Đại học Khoa học Thái Nguyên sáng chế TSH từ rơm rạdùng làm phân bón; Viện Thổ nhưỡng Nông hóa sử dụng TSH từ trấu làm giá thể, đất nhân tạo và phân bón hữu cơ vi sinh... Từ các nghiên cứu đó cho thấy sự phát triển trong hướng nghiên cứu thu hồi và ứng dụng phế phụ phẩm nông nghiệp hiện nay. Tuy nhiên, tổ chức International Biochar Initiative, 2014đã chỉ ra đặc tính của TSH phụ thuộc nguyên liệu đầu vào và quá trình nhiệt phân. Mỗi loại nguyên liệu đầu vào và mỗi quá trình đốt khác nhau tạo than sinh học có đặc tính khác nhau do đó tiềm năng nghiên cứu than 2 sinh học và sử dụng chúng cho các mục đích như sản xuất nông nghiệp, vật liệu xử lý môi trường là rất lớn. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn trên, tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu chế tạo than sinh học Biochar từ phế phụ phẩm nông nghiệp và ứng dụng trong xử lý môi trường”để đánh giá đặc tính và thử nghiệm khả năng hấp phụ của than sinh học chế tạo từ các loại phế phụ phẩm nông nghiệp khác nhau. 2. Mục tiêu nghiên cứu  Chế tạo than sinh học từ các loại phế phụ phẩm nông nghiệp khác nhau  Thử nghiệm khả năng hấp phụ của than sinh học 3. Yêu cầu nghiên cứu  Các nội dung nghiên cứu phải đáp ứng được mục tiêu đề ra của đề tài  Phương pháp thực hiện và bố trí thí nghiệm đòi hỏi phải có tính chính xác, phù hợp với mục tiêu nghiên cứu 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU Thực trạng phát sinh và sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp tại Việt Nam Thực trạng phát sinh phế phụ phẩm nông nghiệp ở Việt Nam Việt Nam có truyền thống làm nông nghiệp từ hàng ngàn năm nay, với hai vùng đồng bằng phì nhiêu là đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long, khí hậu nhiệt đới gió mùa phù hợp cho cây nông nghiệp phát triển quanh năm, đa dạng loại giống cây trồng; cùng với lực lượng lao động dồi dào nhiều kinh nghiệm đã đưa Việt Nam trở thành một nước lợi thế với nền nông nghiệp phát triển, là chỗ dựa vững chắc cho nền kinh tế đất nước cũng như cũng như đảm bảo an ninh lương lượng nông sản Việt Nam liên tục tăng qua các năm thể hiện qua biểu đồ sản lượng của 3 loại cây trồng lúa, ngô, mía trong giai đoạn từ năm 2010-2014 Hình cũng theo theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn sản lượng nông sản năm 2015, cả nước có sản lượng lúa ước tính đạt 45,22 triệu tấn, cây ngô đạt 5281 triệu tấn, cây sắn đạt 10,67 triệu tấn, rau các loại sản lượng đạt 15,7 triệu tấn, đậu các loại sản lượng đạt 169,6 nghìn tấn. 50000 45000 Sản lượng tấn 40000 44975 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 2010 2011 2012 2013 S ơ b ộ 2014 Lúa Ngô Mía Hình Sản lượng một số loại cây trồng qua các năm 2010-2014 Nguồn Tổng cục thống kê 2014 4 Trong quá trình sản xuất nông nghiệp hay chế biến nông sản, bên cạnh những sản phẩm chính sẽ phát sinh những phế phụ phẩm khác. Khiến cho nền nông nghiệp đã và đang phải đối mặt với việc xử lý phế thải trồng trọt, đặc biệt khi mùa thu hoạch đến. Khi trồng lúa ngoài hạt lúa thu hoạch được ta còn có rơm, rạ; khi xay xát thóc ngoài gạo ta còn có tấm,cám, trấu; khi thu hoạch ngoài hạt ngô ta còn có bẹ ngô, áo ngô, lõi ngô… Trong chăn nuôi gia súc, ngoài sản phẩm chính là thịt, trứng hay sữa ta còn có phân… Các phế thải nông nghiệp phát sinh từ hoạt động trồng trọt rất đa dạng như rơm, rạ, vỏ trấu, vỏ cà phê, lõi ngô, xơ dừa, dây khoai, thân cây đậu... Hình Hình phụ phẩm nông nghiệp Khối lượng phế phụ phẩm này rất lớn tuỳ thuộc vào loại cây trồng, hình thức canh tác, mục đích sử dụng. Riêng đối với các cây trồng thuộc nhóm ngũ cốc như lúa, ngô, khoai...phế phụ phẩm thải ra rất lớn. Những phế phụ phẩm này thực sự là nguồn tài nguyên khổng lồ ước tính trên 100 triệu tấn/năm luôn tồn tại và ngày càng tăng cùng với sự gia tăng diện tích và năng suất cây trồng, giàu tiềm năng nhất là trấu, lá và bã mía, cây rừng tự nhiên Bảng Các loại phế phụ phẩm này được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau đồng 5 thời giúp tạo thêm thu nhập cho người dân, tuy vậy nếu không có những hình thức tận thu phế phụ phẩm phù hợp có thể gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng môi trường. Bảng Tiềm năng phế phụ phẩm ở Việt Nam Loại phế phụ phẩm Số lượng triệu tấn/năm 40,80 15,60 14,07 9,20 9,07 7,79 5,58 2,47 2,00 1,17 1,12 0,80 0,41 6,37 Trấu và rơm Lá và bã mía Cây rừng tự nhiên Thân và lõi ngô Cây rừng trồng Cây rừng thưa Nguồn thải từ ngành giấy Cây vùng đồi trống đồi trọc Cây công nghiệp lâu năm Vỏ cà phê Mùn cưa Nguồn thải từ gỗ xây dựng Cây ăn trái Các nguồn thải khác dừa, đậu, khoai mì Nguồn Nguyễn Đặng Anh Thi, Bio-Energy in Vietnam 2014 Trong đó, phế phụ phẩm trấu tập trung chủ yếu tại Đồng bằng Sông Cửu Long, Đồng bằng Bắc Bộ và Duyên hải Nam Trung Bộ. Phế phụ phẩm mùn cưa tập trung nhiều ở miền Trung, Tây Nguyên, Tây Bắc. Vỏ cà phê có nhiều ở các tỉnh Tây Nguyên…Hầu hết các phế phụ phẩm nông nghiệp này có hàm lượng chất xơ rất cao ví dụ như rơm chứa 34% chất xơ, lá mía chiếm 43%...nên rất khó tiêu hoá. Mặt khác một số loại phế phụ phẩm lại khó chế biến và dự trữ khi thu hoạch đồng loạt như cây lạc, dây lang, ngọn lá sắn, lá mía…Đó cũng là lí do làm cho người nông dân chỉ sử dụng một phần các loại phế phụ phẩm này ở dạng tươi làm thức ăn cho gia súc. Bên cạnh, nguồn phế phụ phẩm rất đa dạng, các nghiên cứu trước nhận địnhcác thành phần hydrate cacbon chính có trong các phế phụ phẩm nông nghiệp đều là xenlulozo, hemixenlulozo, và lignin chiếm 90% về khối lượng Bảng về thành phần nguyên tố hóa học trong phế phụ phẩm nông 6 nghiệp cho thấy thành phần chủ yếu của chúng là các nguyên tố Cacbon, Hidro, Oxi, Nittơ, Photpho, Oxi, Silic… Đặc biệt Silic là nguyên tố không chỉ chiếm tỷ lệ lớn trong thành phần tươi mà còn chiếm tỷ lệ lớn trong thành phần tro của các phế phụ phẩm, Bảng Đó là các nguyên tố đa lượng cần thiết cho đất và cây trồng, nếu không có các phương thức sử dụng phế phụ phẩm phù hợp và tận thu đối đa nguồn tài nguyên này sẽ gây thất thoát một lượng lớn các nguyên tố đa lượng O, Si, Al, Fe, Ca, K, P, N, C, H. Bảng Thành phần các hợp chất hữu cơ của 7 loại vật liệu Thành phần 1 2 3 4 5 6 7 Vỏ trấu Lá tre Rơm rạ Mùn cưa Lá mía Lá ngô Lõi ngô Xenlulozo % 25-35 45-50 39,2 45,1 35-45 61,2 41,5 Hemixenlulozo % 18-21 20-25 23,5 28,1 26,2-35,8 19,3 13 Nguồn 1 Haiqing Yang1 and Kuichuan Sheng 2007; 2 Dr J N Shah,Dr S R Shah and Sweety Agrawal 2012; 3 El-TayebI; AbdelhafezI; AliII; Ramadan 2015; 4 El-TayebI; AbdelhafezI; AliII; Ramadan 2015; 5 Wiley, Society of Chemical Industry 2015; 6 Braz. J. Microbiol 2012; 7 Kiran R. Garadimani , G. U. Raju , K. G. Kodancha 2015. 7 Lignin % 26-31 20-30 36,1 24,1 11,4-25,2 6,9 35,2 Bảng Thành phần hoá học của một số phế phụ phẩm nông nghiệp Loại tro Cói Rạ chiêm Cây sậy Thân ngô Rạ mùa Lá mía Rạ nếp Tầu dừa Dâu tằm Bã mía Mạt cưa Lá phi lao Cây sú vẹt Cây trinh nữ Cây vừng Cây đay Trấu Trấp Cây sắn Cây bông % tan trong nước 37,0 3,2 9,5 13,7 6,8 8,1 5,9 35,0 20,4 16,5 6,4 0,8 17,0 25,2 35,7 51,9 4,2 0,8 32,1 33,8 % tan trong HCl 57,0 13,3 26,9 36,2 18,2 19,3 11,0 76,2 70,1 39,1 54,6 41,5 56,1 70,8 93,0 89,2 4,6 9,0 98,4 94,8 SiO2 Al2O3 Fe2O3 P2O5 K2O CaO 43,0 86,7 73,1 63,8 81,8 80,7 89,0 23,8 29,9 60,9 45,4 58,5 43,9 29,2 7,0 10,8 95,4 91,0 1,6 5,2 1,34 2,04 1,08 0 0 0 0,3 0 0,4 0,2 2,2 4,3 3,6 0,6 0 0 0 5,8 0 0 1,49 3,19 2,79 2,09 3,29 1,49 1,29 1,49 1,59 1,29 3,69 3,09 1,19 2,19 1,19 0,50 2,39 1,09 1,49 1,49 3,3 0,9 3,3 9,5 1,2 2,3 0,6 6,4 8,8 8,4 2,0 1,0 1,6 5,8 7,9 4,8 0,6 0,4 19,0 16,4 22,2 2,0 5,4 8,3 4,1 5,0 3,5 21,0 12,2 9,9 3,8 0,5 10,2 15,7 21,4 31,2 2,5 0,5 19,2 20,3 6,4 2,6 5,1 5,2 3,8 5,5 1,7 11,2 25,1 3,8 20,6 17,5 12,2 16,6 24,4 18,2 0,8 0,5 17,7 23,2 Nguồn Bùi Huy Hiền 2013 trạng sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp ở Việt Nam Như thực trạng phát sinh phế phụ phẩm nông nghiệp đã đưa ra ở mục nguồn phế phụ phẩm nước ta tương đối dồi dào, tuy nhiên các giải pháp đã và đang được áp dụng trong tận thu phế phụ phẩm nông nghiệp chưa tương xứng với lượng phát sinh hiện nay. Trước đây, khi chưa cơ giới hóa trong nông nghiệp, các phế phẩm nông nghiệp như rơm, rạ, bẹ ngô… được tái sử dụng. Bẹ ngô được sử dụng làm chất đốt trong gia đình. Rơm và rạ vừa được sử dụng làm chất đốt, vừa được dùng làm thức ăn trong chăn nuôi đồng thời cũng được dùng làm nguyên liệu ủ phân hữu cơ… Người nông dân có thể tận dụng nguồn phế phẩm nông nghiệp vào nhiều mục đích khác nay, đời sống được nâng cao, nhu cầu ngày một tăng, áp lực dân số gây nên áp lực an ninh lương thực trên toàn cầu, các sản phẩm cung cấp cho nông nghiệp 8 ngày càng nhiều, nông nghiệp được cơ giới hóa, được chú trọng nhưng nó để lại không ít hệ quả ảnh hưởng tới môi trường đời sống con người. Con người không còn chú trọng đến việc tái sử dụng những phế phẩm nông nghiệp, vì thế những phế phẩm nông nghiệp này thường bị bỏ lại ngay tại đồng ruộng sau khi thu hoạch, thậm chí bị đốt ngay tại ruộng gây hậu quả nghiêm trọng tới môi trường đất, môi trường khí và ảnh hưởng các vấn đề nhân sinh xã hội khác. Do được cơ giới hóa, người dân dùng máy gặt, gặt lúa ngay trên đồng ruộng, sau đó chỉ việc mang lúa về. Phế phẩm từ lúa như rơm và rạ, người dân bỏ lại, thời gian sau sẽ đốt bỏ. Nhiều khi, người nông dân còn đốt rơm rạ cùng một lúc, hiện tượng khói lan tỏa khắp nơi vừa ảnh hưởng tới môi trường, vừa ảnh hưởng tới sức khỏe con người và thậm chí gây mất an toàn giao thông. Vấn đề đặt ra hiện nay làm thế nào giải quyết triệt để việc tái sử dụng phế phẩm nông nghiệp tạo sinh kế cho người nông dân đồng thời hạn chế mức độ ảnh hưởng tới môi trường. Theo kết quả khảo sát của Trịnh Sĩ Nam về các hình thức sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp ở Đồng bằng sông Hồng năm 2012, Hình cho thấy có 6 biện pháp xử lý phế phụ phẩm được người dân lựa chọn là đốt trên đồng, vùi trong đất, làm giá thể trồng nấm, bán, chăn nuôi và cho người khác. Trong đó, tỷ lệ các hộ xử lý phế phụ phẩm sau thu hoạch bằng biện pháp đốt là 73,14%;vùi là 16,28%; làm giá thể trồng nấm là 3,46%; bán là 1,64%; chăn nuôi là 0,19% và cho người khác là 0,95%. Điều này cho thấy đốt phế phụ phẩm vẫn là biện pháp xử lý phổ biến nhất của nông hộ hiện nay, các hình thức sử dụng khác thì ít được phổ biến hơn. Tuy nhiên khuynh hướng sử dụng phế phụ phẩm trên đồng ruộng cũng có sự thay đổi ở các vụ trong năm phụ thuộc rất nhiều vào số vụ canh tác nông phẩm trong năm, yếu tố thời tiết cũng như điều kiện canh tác của từng nông hộ. Thường người dân đốt rơm ở vụ có có thời tiết thuận lợi, trời thường nắng nóng nên tỷ lệ phế phụ phẩm cháy khi đốt cao hơn và thời gian cháy 9 Đặt vấn đề Hàng năm, hoạt động sản xuất nông nghiệp trên thế giới tạo nên một lượng phế phụ phẩm rất lớn. Riêng đối với Việt Nam, theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, năm 2006, nước ta có khoảng 30 triệu tấn rơm rạ, 10-15 triệu tấn cám và trấu, 110-120 triệu tấn chất thải chăn nuôi [1]. Thực tế, lượng phế phụ phẩm nông nghiệp được xem là nguyên liệu đầu vào cho sản xuất phân bón hữu cơ, thức ăn chăn nuôi, làm chất đốt hoặc phục vụ các ngành công nghiệp. Tuy nhiên, phần lớn nguồn phế phụ phẩm vẫn chưa được tái sử dụng đúng cách, gây lãng phí tài nguyên và ô nhiễm môi trường đặc biệt là chất thải chăn nuôi, làm tăng lượng phát thải khí nhà kính khi sử dụng phế phụ phẩm cây trồng làm chất đốt theo phương pháp đốt thông thường. Bên cạnh đó, thực trạng nền đất canh tác đang bị thoái hóa, bạc màu trầm trọng càng đe dọa an ninh lương thực. Để giải quyết những thách thức này, các nhà khoa học trên thế giới đã đề nghị sản xuất và ứng dụng than sinh học biochar rộng rãi hơn nhằm mục đích phát triển bền vững ngành nông nghiệp và góp phần giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu. Trong khoảng 10 năm trở lại đây, ở nước ta bắt đầu có một số nghiên cứu về sản xuất và ứng dụng than sinh học. Tuy nhiên, vẫn cần có thêm nhiều nghiên cứu và tài liệu biên dịch từ nước ngoài sang tiếng Việt nhằm giúp các nhà đầu tư, người canh tác, cơ quan quản lý và những nhà khoa học thuộc các chuyên ngành khác nhau hiểu được sức mạnh tổng hợp của than sinh học, từ đó đưa ra những giải pháp linh hoạt khi ứng dụng trong thực tế. Bài viết này điểm lại một số thông tin cơ bản về tác động của than sinh học đến sức khỏe đất và các ảnh hưởng tích cực đến sản xuất nông nghiệp bền vững. Than sinh học và tiềm năng ứng dụng Từ điển Wiktionary định nghĩa Than sinh học là sản phẩm của quá trình nhiệt phân vật liệu sinh học, hay còn gọi là sinh khối. Theo các tác giả của [2], đây là loại sản phẩm giàu cacbon được thu nhận từ sinh khối, như gỗ, phân chuồng hoặc lá cây, rác vườn khi bị làm nóng nung trong một hộp kín với ít hoặc không có không khí. Về thuật ngữ kỹ thuật, than sinh học được sản xuất thông qua quá trình nhiệt phân hợp chất hữu cơ trong điều kiện nguồn cung cấp oxy bị hạn chế và có nhiệt độ tương đối thấp <700oC. Hiện nay, các thiết bị sản xuất than sinh học sử dụng phương pháp khí hóa với tên thương mại là bếp sử dụng chất đốt xanh, thân thiện môi trường tương đối phổ biến ở nước ta. Khi sử dụng các thiết bị này ở quy mô nông hộ hay quy mô công nghiệp, người sử dụng thu được lợi ích kép Một là nhiệt lượng thu từ khí syngas phục vụ quá trình đun nấu hoặc sản xuất điện, chạy lò hơi; hai là phần chất rắn còn lại sau quá trình khí hóa là một trong ba dạng của phương pháp nhiệt phân gọi là than sinh học có thể làm chất cải tạo đất nếu được ủ hoạt hóa bằng phương pháp phối trộn với phân ủ compost. Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về ứng dụng than sinh học trong nông nghiệp, làm rõ các tác động tích cực đến từng loại đất và cây trồng đặc thù cũng như phân tích những hạn chế của than sinh học từ những loại phế phụ phẩm khác nhau, được tạo thành từ những chế độ nhiệt phân khác nhau. Tổng quan lại các kết quả nghiên cứu này, chúng ta sẽ có bộ giải pháp hoàn chỉnh giúp ứng dụng than sinh học trong thực tế đạt hiệu quả cao, phù hợp với đặc điểm của từng vùng, miền. Có thể kể đến các nghiên cứu như Abrishamkesh và cộng sự 2015 đã chứng minh than sinh học có tác động tích cực khi đưa vào đất phèn, giúp tăng hàm lượng cacbon hữu cơ trong đất, khả năng trao đổi cation, kali giữa đất và cây trồng, đồng thời tăng độ tơi xốp cho đất, và kích thích sự tăng trưởng cây họ đậu [3]. Còn Satriawan và Handayanto 2015 đã chỉ ra tác dụng cải tạo đất bạc màu của than sinh học, mặc dù không làm tăng photpho trong đất nhưng lại làm gia tăng khả năng hấp thụ photpho khi thử nghiệm trên cây ngô [4]. Một số nghiên cứu đã cho thấy, than sinh học giúp làm tăng đáng kể hàm lượng dinh dưỡng trong đất như P, K, Ca, Mg; giúp cải thiện rõ rệt chất lượng các loại đất có đặc tính khô như đất thịt pha cát và đất thịt pha đất sét [5]. Không chỉ giúp nâng cao chất lượng đất, than sinh học còn có tác dụng giải độc cho đất, thông qua việc hấp phụ kim loại nặng, tránh làm phát tán xuống nguồn nước ngầm. Theo nghiên cứu của Nigussie và cộng sự 2012, than sinh học đã hạn chế việc trao đổi và tích tụ crôm trong cây trồng [6]. Ứng dụng trong xử lý đất ô nhiễm là một trong những hướng ứng dụng rất tiềm năng của than sinh học trong tương lai. Ở Việt Nam, than sinh học không phải là một khái niệm quá mới, tuy nhiên những nghiên cứu cơ bản về than sinh học và ứng dụng của nó mới chỉ thực sự được quan tâm trong những năm gần đây. Năm 2012, Southavong và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của chất cải tạo đất than sinh học hoặc than củi đến năng suất cây rau muống và khả năng cải thiện độ phì đất tại Đồng bằng sông Cửu Long. Kết quả cho thấy, than sinh học giúp tăng năng suất cây trồng, khả năng giữ nước cùng pH của đất phù sa [7]. Khi được áp dụng trên đất trồng cà chua, than sinh học cũng cho thấy sự ảnh hưởng rõ rệt tới chiều cao cây, số lượng lá, tỷ lệ đậu quả, khối lượng trung bình quả và năng suất của cây [8]. Than sinh học kết hợp với phân NPK khi bón cho lúa tại tỉnh Hưng Yên đã giúp cải thiện được các đặc tính hóa học của đất, đồng thời tăng năng suất lúa lên nhiều lần [9]. Trong bối cảnh diện tích đất sản xuất ngày càng thu hẹp, chất lượng nền đất ngày càng bị thoái hóa, rửa trôi do kỹ thuật canh tác không phù hợp, việc lạm dụng thuốc trừ sâu và các phân bón hóa học cũng như tác động không thể tránh khỏi bởi biến đổi khí hậu, trong khi nguồn phế phụ phẩm lại đang dồi dào, sẵn có thì với những tác dụng tích cực đã được chứng minh, than sinh học được coi là một vật liệu cải tạo đất với nhiều tiềm năng cần được nhân rộng [2]. Hướng đi này cũng phù hợp với định hướng của Việt Nam hiện nay là ưu tiên phát triển nông nghiệp hữu cơ bền vững, ứng dụng các mô hình canh tác thân thiện môi trường, không phát thải. Như vậy, nghiên cứu và ứng dụng than sinh học tại Việt Nam là một xu thế tất yếu, có nhiều ưu điểm, phù hợp với định hướng phát triển bền vững và xu hướng chung của thế giới, mà trước hết là đáp ứng được nhu cầu cấp bách về phục hồi và nâng cao sức khỏe nền đất canh tác ở Việt Nam, là hậu phương vững chắc cho an ninh lương thực quốc gia. Ảnh hưởng của than sinh học đến sức khỏe đất Từ năm 2016, Tổ Công nghệ sinh học môi trường thuộc Trung tâm Công nghệ sinh học TP Hồ Chí Minh đã thực hiện nghiên cứu về khả năng ứng dụng than sinh học từ trấu và vỏ cà phê sản xuất bằng phương pháp khí hóa nhằm nâng cao chất lượng đất và đánh giá hiệu quả trên các loại cây trồng. Kết quả nghiên cứu rất khả quan, nổi bật là khả năng giữ nước trên đất bazan và đất xám, chứng tỏ đây là một ứng viên phù hợp khi được dùng để cải tạo và giữ ẩm cho đất. Tuy nhiên, khả năng giữ nước phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nguyên liệu sản xuất và điều kiện nhiệt phân, do đó không thể dùng một loại than sinh học nhất định để đại diện cho các đặc tính của các loại khác nhau [10]. Bên cạnh đó, than sinh học có pH khá cao 10-12 nên khi bổ sung vào đất bazan đã giúp trung hòa độ chua vốn có của đất, giúp đất ổn định pH về trung tính. Lý giải cho điều này, A. Nigussie cho rằng sự có mặt của than sinh học làm cho lượng tro trong đất tăng lên, kéo theo sự tích tụ muối cacbonat của các kim loại kiềm và kiềm thổ là lý do giúp pH của đất tăng [6]. Khi bổ sung than sinh học với các mức 0,3; 1; 3 kg/m2, độ dẫn điện EC của đất tăng lên hơn so với nghiệm thức đối chứng. Độ dẫn điện là một đại lượng đặc trưng cho sự trao đổi các ion và độ mặn của đất, khi giá trị này tăng lên là dấu hiệu tốt cho việc trao đổi các khoáng chất giữa đất và cây trồng, nhưng nếu cao quá sẽ gây tác động bất lợi. Với hàm lượng than sinh học được tính toán bổ sung phù hợp sẽ giúp cây trồng phát triển tốt và hạn chế các tác động không mong muốn. Dung trọng của đất giảm rõ rệt khi được bổ sung than sinh học đồng nghĩa với độ tơi xốp của đất tăng, tạo điều kiện cho nước được giữ lại trong các khoảng hở, mao quản của đất, giúp độ ẩm được duy trì trong một thời gian dài. Trong một nền đất vừa thoáng khí và có độ ẩm thì tác động dây chuyền sẽ kích thích sự phát triển và hoạt động của hệ vi sinh hiếu khí có lợi trong đất, giúp tăng cường các quá trình sinh địa hóa trong đất và rễ cây, từ đó nâng cao sức khỏe sinh học của nền đất canh tác cũng như cây trồng. Về phương diện hóa học, mùn hay cacbon hữu cơ trong đất là chỉ tiêu quan trọng đại diện cho độ phì nhiêu của đất, có tính chất quyết định đối với các tính chất vật lý, hóa học và sinh học của đất. Sau một thời gian bổ sung than sinh học, lượng mùn trong đất tăng lên một cách đáng kể. Đây là giá trị của việc ứng dụng than sinh học để cải tạo đất. Mặc dù việc bón than sinh học không trực tiếp làm gia tăng hàm lượng photpho và nito trong đất nhưng sự có mặt của than sinh học giúp tăng khả năng hấp thụ các nguồn dinh dưỡng này ở cây trồng và hỗ trợ cho nhóm vi sinh vật cố định đạm và phân giải lân hoạt động, giúp tăng các chất dinh dưỡng này theo thời gian. Bên cạnh đó, khi bổ sung vào đất, than sinh học được coi là nơi cư trú thích hợp cho bào tử nấm nội cộng sinh. Đây là một chỉ thị sinh học mới nhưng rất quan trọng trong đánh giá tính chất đất. Sự có mặt và phát triển của bào tử nấm nội cộng sinh giúp tăng cường dưỡng chất hấp thu cho cây trồng, cùng với các hoạt động trao đổi chất của hệ sợi nấm thì cây trồng cũng tăng cường các hoạt động hấp thu và trao đổi khoáng chất cũng như tăng sức đề kháng với các loại vi sinh vật gây hại. Vì vậy, khi đưa than sinh học vào đất đã làm thay đổi môi trường đất theo hướng có lợi cho hệ sinh vật và cây trồng. Kết luận Với những thông tin nêu trên, bài viết hy vọng đã làm khái niệm than sinh học trở nên gần gũi và dễ hiểu, đồng thời làm rõ những tác dụng to lớn trong việc ứng dụng than sinh học để nâng cao sức khỏe đất. Nhóm tác giả mong muốn được hợp tác với các đơn vị đang nghiên cứu về chủ đề này, với những nhà nông đã triển khai ứng dụng than sinh học, với nhà quản lý đang triển khai các chương trình cacbon thấp, giảm phát thải khí nhà kính và nhà đầu tư muốn đưa nguồn vốn vào các công nghệ tạo lợi thế cạnh tranh về lâu dài. Qua việc hợp tác đa dạng với nhiều bên, chúng ta sẽ có cơ hội phát hiện những vướng mắc, khó khăn để có thể cùng thảo luận, tìm cách tháo gỡ, giúp cho việc ứng dụng than sinh học có hiệu quả cao hơn. Chúng tôi xin được chia sẻ nhận định rằng, than sinh học không phải là một loại “thần dược” hay giải pháp toàn diện mà ta có thể thấy được những tác dụng diệu kỳ ngay trong phút chốc. Tuy nhiên, về lâu về dài việc sử dụng than sinh học là một trong những cách giúp con người trả lại thiên nhiên những thứ đã vay mượn, là cách bảo vệ chính nguồn sống của chúng ta, là ta đang sống cho mình và có trách nhiệm với thế hệ mai sau. Theo Bộ Khoa Học Và Công Nghệ CÔNG TY TNHH THAN SINH HỌC SÀI GÒN Nhà máy sản xuất Đ/c 212A, Đường Hùng Vương, TT Gia Ray, huyện Xuân Lộc, tỉnh Đồng Nai Địa chỉ mail Thansinhhocsaigon Số điện thoại Văn Phòng tại TPHCM Số nhà 140A – đường 47 – Phường Tân Quy – Q7 – TPHCM Điện Thoại Website Khoa học Thứ tư, 8/1/2020, 1040 GMT+7 Trung QuốcCác nhà khoa học đã dùng vỏ trấu, mùn cưa để chế tạo than sinh học giúp phát thải ít khí CO2, giảm tình trạng thiếu nhiên liệu hóa thạch. Than sinh học được sản xuất từ hỗn hợp vỏ mía và mùn cưa. Ảnh Biogreen Energy Các nhà nghiên cứu Đại học Khoa học và Công nghệ An Huy,Trung Quốc tìm cách chế tạo than sinh học từ rác thực vật, góp phần giảm thiểu biến đổi khí hậu, ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances. Để chế tạo than sinh học, nhóm nghiên cứu tiến hành nhiệt phân các loại rác thực vật như vỏ trấu, mùn cưa, thân ngô ở nhiệt độ 500 độ C trong môi trường yếm khí. Quá trình này tạo ra dầu sinh học. Sau đó, dầu sinh học được chưng cất trong môi trường từ nhiệt độ phòng đến khoảng 240 độ C. Sản phẩm thu được là các than sinh học và hóa chất dạng lỏng. Một số các loại rác thực vật thường bị bỏ đi trong khi chúng có đặc điểm ổn định về mặt hóa học, đem lại giá trị cao về năng lượng. Việc sử dụng than sinh học giúp sản sinh ít khí CO2 ra môi trường vì than sinh học không chứa các thành phần độc hại như kẽm, chì, mangan, gây ô nhiễm môi trường. Phát triển than sinh học nói riêng và năng lượng tái tạo nói chung là điều cần thiết để giảm tình trạng thiếu nhiên liệu hóa thạch và các vấn đề biến đổi khí hậu. Ngoài thay thế than tự nhiên, than sinh học có thể thay thế cho khí gas phục vụ sinh hoạt. Nguyễn Xuân Theo Mô tả sản phẩm Giới thiệu sản phẩm Từ thế kỷ 21, do các vấn đề nghiêm trọng về ô nhiễm môi trường và thiếu hụt năng lượng, các vật liệu tổng hợp sinh khối, bao gồm cả vật liệu tổng hợp tự nhiên, đã nhận được sự quan tâm rất lớn từ các nhà khoa học và nhà nghiên cứu. Trong giai đoạn gia cố, các loại thực vật như sợi đay, sợi chuối và bã mía,… đã được áp dụng thành công trong cả ma trận nhiệt dẻo. Là một quốc gia có nguồn tài nguyên mía lớn, Việt Nam là quốc gia nổi tiếng trên thế giới về sản xuất đường mía. Các đặc điểm hấp dẫn tự nhiên như chi phí thấp, yêu cầu năng lượng thấp, sẵn có dồi dào, tái tạo, không gây kích ứng da, cường độ cao hơn tỷ lệ trọng lượng, tỷ lệ khung hình cao L/D, và mô đun độ bền và độ đàn hồi cao, do đó cho thấy rất tốt tiềm năng thay thế sợi thủy tinh, cácbon hoặc các chất tổng hợp khác. Sợi thực vật có khả năng phân hủy sinh học và tỉ trọng thấp hơn nhiều so với sợi tổng hợp. Chúng có khả năng gia cường cho cả nhựa nhiệt rắn và nhiệt dẻo. Nhựa epoxy EP, là một trong những loại nhựa được sử dụng phổ biến, đã được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật khác nhau do tính chất cơ học tuyệt vời, kháng hóa chất và điện hóa. Một lượng lớn nghiên cứu đã được thực hiện để điều chỉnh các tính chất cơ học của Epoxy bằng cách thêm các chất tạo hạt vô cơ hoặc chất tổng hợp. Trong khi đó, một số nhà nghiên cứu đã cố gắng thêm các chất tự nhiên vào Epoxy để tạo ra hỗn hợp hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường hơn. Với mong muốn bước đầu có thể tạo ra vật liệu nhựa sử dụng nguồn tài nguyên sẵn có là bã mía với độ bền cao và dễ phân hủy để thay thế cho sợi thủy tinh, cácbon thông thường nên em đã chọn nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu tái chế bã mía ứng dụng chế tạo vật liệu xanh thân thiện với môi trường có khả năng tự phân hủy sinh học” Tính năng cơ bản Ứng dụng chính của vật liệu composite gia cường sợi thực vật là thay thế nguồn nguyên liệu gỗ đang ngày càng cạn kiệt, thay thế vật liệu composite gia cường sợi tổng hợp trong các ứng dụng không đòi hỏi tính chất cơ lý cao, nhằm làm hạn chế sự ô nhiểm môi trường. Chúng có thể được sử dụng làm mái nhà, cửa, panô, bàn, ghế, … Một số sản phẩm cửa lùa và panô quảng cáo làm từ loại vật liệu này cũng đã có mặt trên thị trường. Làm vật liệu xây dựng và trang trí nội thất như cửa, mái hiên, thay thế ván ép làm bàn ghế, Xuất xứ sản phẩm cá nhân Mô tả cơ bản Tổng quan về vật liệu composite Vật liệu composite Vật liệu composite là vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau tạo nên. Vật liệu gia cường và vật liệu nền nhằm tạo nên vật liệu mới có tính chất vượt trội so với từng vật liệu riêng lẻ. Độ bền của composite phụ thuộc vào hàm lượng, sự sắp xếp, loại sợi và pha nền. Vật liệu composite gia cường sợi thực vật Vật liệu composite gia cường sợi thực vật ở đây là loại vật liệu composite mà pha gia cường có nguồn gốc từ sợi của các loại thực vật như bã mía, đay, gai dầu, lanh,... Sợi thực vật là nguồn vật liệu phân hủy sinh học có ở khắp nơi trên thế giới. Các nghiên cứu gần đây cho thấy sơi thực vật có thể dùng làm pha gia cường trong vật liệu polymer composite nhằm thay thế pha gia cường sợi tổng hợp không tái sinh được [2]. Trước đây, vật liệu polymer composite thường đi liền với pha nền nhựa nhiệt rắn hay nhiệt dẻo và pha gia cường thường là các loại sợi như cácbon, thủy tinh,... Tuy nhiên trong những năm gần đây, loại vật liệu composite với pha gia cường sợi thực vật đang thu hút sự quan tâm vì đây là giải pháp hiệu quả để giải quyết các vấn đề về giá trị kinh tế, môi trường và sự cạn kiệt mỏ dầu,... Các loại sợi thực vật thường được nghiên cứu như sợi lanh, gai dầu, cọ dầu, đay, chuối, bã mía, cotton, chà là, vỏ trấu và bã mía,... [3] So với các loại sợi tổng hợp như cácbon, aramide, boron và sợi thủy tinh, ... sợi thực vật nói chung và sợi bã mía nói riêng có nhiều lợi thế hơn như giá rẻ, dễ tái sinh, dễ phân hủy, ít gây ô nhiểm môi trường và tận dụng được nguồn nguyên liệu có sẵn ở địa phương, Yêu cầu đối với cơ sở hạ tầng cần thiết để triển khai ứng dụng sản phẩm Bã mía là phần phế thải trong quá trình chế biến đường từ cây mía Loh et al., 2013. Cây mía đường, sacchahrum officianum, là loài thân thảo, cao 2 – 4 m, thân có chia đốt, đường kính có thể tới 40 – 60 mm. Mía đường là cây trồng có nhiều ưu điểm và có giá trị kinh tế cao và là một trong các nguyên liệu quan trọng của ngành công nghiệp chế biến đường nên được trồng ở nhiều địa phương trên cả nước. Bã mía sau khi ép tách đường còn chứa khoảng 50% ẩm và 1 – 2% đường. Trong thời gian qua, các ứng dụng của bã mía chưa được khai thác triệt để, chỉ dừng lại ở việc dùng làm nhiên liệu đốt lò hoặc làm bột giấy, và ván ép dùng trong xây dựng, …Loh et al., 2013 Hơn nữa, việc tận dụng bã mía làm nhiên liệu thông qua quá trình đốt cháy trực tiếp có thể gây ra các vấn đề môi trường. Nếu composite có thể được sản xuất từ nguyên liệu này sẽ mang lại lợi ích cả về môi trường và kinh tế Salit, 2014; Verma et al., 2012. Chính vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng bã mía trong sản xuất composite là rất cần thiết. Sản phẩm được phát triển trong khoảng thời gian 1 năm Số người tham gia làm 1 Sản phẩm có mặt trên thị trường hoặc đưa vào ứng dụng rộng rãi trong khoảng thời gian 1-3 năm Phạm vi thị trường và ngành ứng dụng doanh nghiệp Tiêu chí tự đánh giá sản phẩm ý tưởng dự thi Tính sáng tạo, đổi mới và công nghệ Cây bã mía có giá trị kinh tế và ý nghĩa văn hóa cao đối với nước ta. Chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực từ các vật dụng trong nhà đơn giản đến các ứng dụng công nghiệp. Ứng dụng chính của bã mía là làm giấy và bột giấy, nhạc cụ, vũ khí, bè, cầu, củi, thức ăn, đồ đựng thức ăn, đồ thủ công mỹ nghệ và trang trí nội thất, .... Trong những năm gần đây, sợi bã mía được nghiên cứu làm pha gia cường trong vật liệu composite. Sự phát triển nhanh của bã mía khiến chúng trở nên càng phổ biến. Tính ứng dụng Cây bã mía có giá trị kinh tế và ý nghĩa văn hóa cao đối với nước ta. Chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực từ các vật dụng trong nhà đơn giản đến các ứng dụng công nghiệp. Ứng dụng chính của bã mía là làm giấy và bột giấy, nhạc cụ, vũ khí, bè, cầu, củi, thức ăn, đồ đựng thức ăn, đồ thủ công mỹ nghệ và trang trí nội thất.... Trong những năm gần đây, sợi bã mía được nghiên cứu làm pha gia cường trong vật liệu composite. Sự phát triển nhanh của bã mía khiến chúng trở nên càng phổ biến. Tính hiệu quả Theo tài liệu nghiên cứu về chế tạo vật liệu composite nhựa epoxy gia cường bằng sợi bã mía [10], hàm lượng sợi gia cường thỏa mãn độ bền kéo, độ bền va đập và độ bền uốn tốt nhất là 20% so với nhựa nền. Chính vì vậy, trong đề tài này, chúng tôi sử dụng hàm lượng sợi bã mía gia cường là 20% khối lượng nhựa nền. Dựa vào các khảo sát trong nghiên cứu các tỉ lệ đóng rắn nhựa nền Epoxy Epikote 240 với chất đóng rắn DETA [11]. Công trình nghiên cứu đã chọn hàm lượng chất đóng rắn chiếm 12,96% khối lượng nhựa nền để thực hiện nghiên cứu. Sợi bã mía được xử lý bằng 5% dung dịch NaOH đã được sử dụng để điều chế sợi bã mía vật liệu tổng hợp. Sợi bã mía thu được như hình a, b, đường kính và chiều dài sợi phù hợp để chế tạo vật liệu compozit nền polyme. Hình cho thấy việc chế tạo vật liệu compozit nền epoxy gia cường bởi lai ghép giữa sợi thực vật và sợi thủy tinh đã thành công, sự kết dính đạt yêu cầu. HÌNH THÁI CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU COMPOZIT Khả năng tương thích giữa sợi tự nhiên và ma trận nhựa là một trong những yếu tố quyết định ảnh hưởng đến tính chất cơ học và nhiệt của vật liệu tổng hợp. Do đó, trong nghiên cứu này, chúng tôi đã nghiên cứu hình thái cấu trúc ở các độ phân giải khác nhau của bề mặt gẫy vật liệu. Như được hiển thị trong hình các điểm dữ liệu về các vùng giao diện giữa nhựa và sợi bã mía cho thấy sự tương hợp là rất tốt, sợi bã mía vẫn còn bám chặt trên nền nhựa hình mũi tên đỏ, đặc biệt khi có thêm phụ gia nano xem hình Rõ ràng là sợi bã mía được xử lý 5% khối lượng NaOH thể hiện cường độ tương hợp tốt mặc dù sử dụng nồng độ NaOH là thấp so với các công trình đã công bố, phù hợp với các quan sát SEM. Tiềm năng phát triển Sau thời gian thực hiện đề tài “Nghiên cứu tái chế bã mía ứng dụng chế tạo vật liệu xanh thân thiện với môi trường có khả năng tự phân hủy sinh học” em đã đi đến các kết luận 1. Đã chế tạo được 4 loại mẫu vật liệu với các tỷ lệ lần lượt là Epoxy epikote 240 – DETA–Bã mía – 10%; Epoxy epikote 240 – DETA – Bã mía – 20%; Epoxy epikote 240 – DETA – Bã mía – 30% và Epoxy-DETA. 2. Đã khảo sát hình thái cấu trúc của vật liệu nền nhựa polyester khi tỉ lệ bã mía/nhựa polyester là 10%, 20% và có sợi thủy tinh. Kết quả cho thấy mẫu vật liệu ở tỷ lệ bã mía/nhựa polyester là 10% cho thấy mức độ dàn đều và liên kết giữa nhựa và vật liệu gia cường cao nhất. 3. Đã xác định tính chất cơ học gồm độ bền kéo, độ bền uốn, độ bền nén và độ bền va đập của 4 loại mẫu vật liệu chế tạo được, kết quả cho thấy mẫu vật liệu ở tỷ lệ mẫu Epoxy-DETA là 50/100 PKL cho độ bền cơ học cao nhất sau đó đến tỉ lệ mẫu Epoxy epikote 240 – DETA–Bã mía – 10% cao thứ hai và cũng chênh lệch nhiều so với mẫu Epoxy-DETA. Như vậy, tổ hợp vật liệu có thành phần chất Epoxy epikote 240 – DETA–Bã mía – 10% cho các tính chất cơ lý hoá tốt nhất nên được chọn chế tạo vật liệu nanocomposite nền nhựa epoxy.

nghiên cứu về than sinh học