Tối ưu hóa quá trình tiền xử lý giấy carton thải bằng phương pháp bề mặt đáp ứng nhằm nâng cao hiệu quả thu hồi cellulose
Nội dung chính của bài viết
Tóm tắt
Nghiên cứu này nhằm tối ưu hóa quá trình tiền xử lý giấy carton thải bằng dung dịch sodium hydroxide để thu hồi cellulose có độ tinh khiết cao, phục vụ cho các ứng dụng sinh học và công nghiệp. Phương pháp đáp ứng bề mặt (Response Surface Methodology - RSM) kết hợp với thiết kế tổ hợp tâm (Central Composite Design - CCD) được sử dụng để khảo sát và tối ưu các thông số công nghệ bao gồm nồng độ NaOH, nhiệt độ, thời gian xử lý và tỷ lệ NaOH/giấy. Sau đó, mẫu được xử lý tẩy trắng bằng sodium hypochlorite (NaClO) nhằm nâng cao độ tinh khiết của cellulose. Kết quả cho thấy điều kiện tối ưu đạt được tại nhiệt độ 100 °C, thời gian xử lý 3,5 giờ, nồng độ NaOH 2,5%, và tỷ lệ dung dịch NaOH/giấy là 70/1 mL/g, đạt hiệu suất loại bỏ tạp chất cao nhất đạt 40,06%. Mẫu sau xử lý được phân tích bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM) để quan sát hình thái bề mặt và phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) để xác định sự thay đổi về nhóm chức hóa học. Nghiên cứu này góp phần nâng cao hiệu quả tái chế giấy, giảm thiểu chất thải rắn và thúc đẩy phát triển quy trình sản xuất giấy thân thiện với môi trường. Cellulose thu hồi có thể được ứng dụng trong sản xuất màng sinh học, vật liệu y sinh, vật liệu composite hoặc các sản phẩm hấp phụ sinh học, từ đó nâng cao giá trị sử dụng của nguyên liệu tái chế và thúc đẩy mô hình kinh tế tuần hoàn.
Từ khóa
Thu hồi cellulose, tiền xử lý giấy carton, natri hydroxide, RSM, tái chế bền vững.
Chi tiết bài viết
Bài báo này được cấp phép theo Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Tài liệu tham khảo
Faix, O. (1992). Fourier transform infrared spectroscopy. In S. Y. Lin & C. W. Dence (Eds.), Methods in lignin chemistry (pp. 83–109). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-642-74065-7_6
Gurram, S. S., Vijayakumar, V., & Reddy, S. S. (2015). Role of NaClO in the bleaching of recycled paper and improving cellulose quality. Cellulose Chemistry and Technology, 49(2), 123–130.
Hoạt động Khoa Học Công Nghệ ngành Công Thương. (2020). Trích ly cellulose từ giấy in thải bằng kết hợp NaOH và NaClO, sử dụng phương pháp FTIR để phân tích thành phần xơ sợi và hiệu quả loại bỏ lignin. Công nghiệp Công nghệ cao. https://congnghiepcongnghecao.com.vn/News/Print/21994
Hubbe, M. A., Gill, R. A., & Lucia, L. A. (2007). Fillers for papermaking: A review of their properties, usage practices, and their mechanistic role. BioResources, 2(1), 139–188.
Jahan, M. S., Mun, S. P., & Quaiyyum, M. A. (2007). Effect of bleaching on chemical composition and physical properties of paper. Bioresource Technology, 98(3), 508–513.
Jafari, S., Khatami, M., & Naghizadeh, A. (2020). The synergistic effect of NaOH and NaClO treatment on cellulose recovery from waste paper. Bioresources, 15(1), 45–55. https://doi.org/10.15376/biores.15.1.45-55
Khảo sát trích ly lignin từ gỗ cao su (Hevea brasiliensis) bằng NaOH - H₂O₂ kết hợp một số phương pháp khác. (2020). SlideShare. https://www.slideshare.net/slideshow/kho-st-trch-ly-lignin-t-g-cao-su-hevea-brasiliensis-bng-na-oh-h2o2-kt-hp-mt-s-phng-php-khc/250135220
Li, Y., Wang, H., Liu, X., & Chen, J. (2021). Effects of alkaline pretreatment on structural properties and recyclability of cellulose fibers from waste paper. Journal of Cleaner Production, 281, 125302. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.125302
Mandal, A., & Chakrabarty, D. (2011). Isolation of nanocellulose from waste sugarcane bagasse (SCB) and its characterization. Carbohydrate Polymers, 86(3), 1291–1299. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2011.06.030
Mohamed, M. A., Salleh, W. N. W., Jaafar, J., Asri, S. E. A. M., & Ismail, A. F. (2016). Physicochemical and morphological properties of nano cellulose extracted from kenaf core fiber using different methods. Cellulose, 23(4), 2485–2498. https://doi.org/10.1007/s10570-016-0964-1
Mohamed, M. A., Salleh, W. N. W., Jaafar, J., Ismail, A. F., & Mutalib, M. A. (2016). Physicochemical properties of cellulose nanocrystals extracted from kenaf core fiber using acid hydrolysis. Cellulose, 23(2), 1051–1068. https://doi.org/10.1007/s10570-015-0832-0
Rasmussen, F., Li, L., & Pettersson, A. (2015). The effect of NaOH treatment on the deinking process of recycled paper. Journal of Pulp and Paper Science, 41(2), 78–85. https://doi.org/10.1108/JPPS-07-2015-0215
Sun, R., Tomkinson, J., Ma, P., & Liang, S. (2004). Comparative study of lignins isolated by alkali and ultrasound-assisted alkali extractions from wheat straw. Ultrasonics Sonochemistry, 11(5), 293–299.
Sun, R. C., Tomkinson, J., Ma, P. L., & Liang, S. F. (2000). Comparative study of hemicelluloses from rice straw by alkali and hydrogen peroxide treatments. Carbohydrate Polymers, 42(2), 111–122. https://doi.org/10.1016/S0144-8617(99)00142-2
Zhang, L., Chen, H., Xu, F., & Sun, R. (2019). Alkaline pretreatment of lignocellulosic materials for enhanced cellulose recovery: Mechanism and performance. Industrial Crops and Products, 137, 389–398. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.05.052
Zhang, X., Chen, Y., & Liu, H. (2018). Application of response surface methodology to optimize alkaline pretreatment conditions for enhanced cellulose recovery from recycled paper. Bioresource Technology, 249, 260–267. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.10.042
Zhu, J., Li, Q., Wu, J., & Zhao, Z. (2020). Optimization of NaOH pretreatment conditions for improved cellulose extraction from recycled paper. Bioresource Technology, 310, 123447. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.123447.