2 Cấu Trúc Và Tính Chất Của Một Số Thành Phần Có Trong Rơm Rạ

1. Trang chủ >
2. Thạc sĩ - Cao học >
3. Khoa học tự nhiên >

2 Cấu trúc và tính chất của một số thành phần có trong rơm rạ

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.93 MB, 82 trang )

Luận văn thạc sĩNguyễn Thị Hồng Nhungthực vật của trái đất là 2-3.1012 tấn trong đó cellulose chiếm 40%. Do vậy, tổnglƣợng cellulose của toàn thế giới là 7-8.1011 tấn, còn lƣợng cellulose tạo thành hàngnăm là 4.1010 tấn.Trong vách tế bào thực vật cellulose tồn tại trong mối liên kết chặt chẽ vớicác polysaccarit khác tạo thành những phức hợp bền vững. Hàm lƣợng cellulosetrong xác thực vật thƣờng thay đổi trong khoảng 50 - 80%, trong giấy là 61%,trong trấu là 31%, bã mía là 46%, trong sợi bông hàm lƣợng này vƣợt trên 90%(Bảng 1.5).Bảng 1.5. Cellulose tinh khiết trong nguyên liệu [5]Nguyên liệu% Cellulose tinh khiếtSợi bông90 - 99Cây lanh70 - 75Cây gai dầu75 - 80Đay60 - 65Bông gạo70 - 75Gai (cây)70 - 75Thân cây ngô, lúa40 - 50Rơm lúa mì48Rơm lúa nƣớc43Cây dứa sợi40 - 45Bã mía42Tre40 - 50Gỗ40 - 50Mùn cƣa38Vỏ hạt bông42Cỏ3321Luận văn thạc sĩNguyễn Thị Hồng NhungCellulose có công thức (C6H10O5)n là polymer mạch thẳng của -D-glucosevới liên kết -(14) (gọi là polysaccharide), bao gồm 10.000 - 20.000 gốcglucose, nối với nhau bằng liên kết β-1,4-glucosid. Kiểu liên kết này đối lập với liênkết α-1,4-glucosid có trong tinh bột, glycogen và các carbohydrate khác. Cellobioselà đơn vị cấu trúc lặp lại của cellulose gồm có 2 gốc glucose:CellulosePhân tử cellulose chứa 3 dạng anhydroglucose. Dạng thứ nhất có đầu khửvới nhóm bán acetal tự do (hoặc aldehyde) ở C-1. Dạng thứ hai có đầu không khửvới nhóm hydroxyl tự do ở C-4 và dạng thứ 3 có vòng nối giữa C-1 và C-4. Khônggiống nhƣ các alcohol đơn giản, phản ứng thủy phân cellulose bị kiểm soát nhiềuhơn bởi yếu tố không gian so với khả năng phản ứng theo tính chất vốn có của cácnhóm hydroxyl trong vòng anhydroglucose.Các nhóm hydroxyl của gốc glucose ở mạch này tạo liên kết hydro vớinguyên tử oxy của mạch khác giữ cho các mạch ở bên cạnh nhau một cách vữngchắc, hình thành nên các vi sợi (microfibril) với độ bền cao.Đặc điểm quan trọng và đặc trƣng của cellulose tự nhiên đó là cấu trúckhông đồng nhất, gồm hai vùng (Hình 1.4):- Vùng cellulose có cấu trúc tinh thể có trật tự cao, rất bền vững với các tácđộng bên ngoài.- Vùng vô định hình có cấu trúc không chặt chẽ do đó kém bền vững hơn.vùng tinh thểvùng vô định hình22vùng tinh thểLuận văn thạc sĩNguyễn Thị Hồng NhungHình 1.4. Cấu trúc không đồng nhất của phân tử celluloseCellulose có cấu trúc tinh thể là cellulose chỉ tạo nên từ monomer glucose.Cellulose có cấu trúc tinh thể (cellulose microcrystalline) còn gọi là α cellulosehoặc “cellulose thực”. Khi cho tác động với dung dịch NaOH 17.5% ở 20°C,cellulose tinh thể (α cellulose) có đặc trƣng là không tan, phần tan trong dung dịchnày là β cellulose và γ cellulose. β cellulose kết tủa khi cho thêm axit, phần còn lạikhông kết tủa với axit là γ cellulose. β cellulose gọi là hemicellulose A (xylan), γcellulose gọi là hemicellulose B (arabinoxylan).Tuy cellulose của bông có trật tự cao nhất nhƣng trong cấu trúc, lƣợng đƣờngglusose chỉ đạt 90%, còn lại là các đƣờng xylose, arabinose và rất ít rhamnose.Vùng vô định hình có thể hấp thụ nƣớc và trƣơng lên, còn vùng tinh thể mạnglƣới liên kết hydrogen ngăn cản sự trƣơng này.Trong tự nhiên, các chuỗi glucan của cellulose có cấu trúc dạng sợi. Mỗi đơnvị sợi nhỏ nhất có đƣờng kính khoảng 3 nm. Các sợi sơ cấp hợp lại thành vi sợi cóđƣờng kính 10 – 40 nm, dài 100-40000 nm và bao gồm đến 40 chuỗi cellulose.Những vi sợi này hợp thành bó sợi to có thể quan sát dƣới kính hiển vi quang học.Toàn bộ bó sợi có một lớp vỏ Hemicellulose và lignin rắn chắc bao bọc bên ngoàilàm cho sự xâm nhập của enzyme vào cấu trúc bên trong hết sức khó khăn. Điềunày làm tăng thêm độ bền vững của cellulose nói chung .Cellulose tinh thể là hợp chất bền vững. Nếu nhƣ đun ở 60-70 0C, tinh bột đãtừ trạng thái tinh thể chuyển sang vô định hình thì đối với cellulose ở 320 0C mớixảy ra chuyển trạng thái nhƣ vậy.Cellulose không tan trong nƣớc, trong nhiều dung môi hữu cơ và các dungdịch kiềm loãng. Cellulose có thể bị phân hủy thành glucose khi đun nóng với axithoặc kiềm. Liên kết glucosit không bền với axít. Dƣới tác dụng của axít, cellulosetạo thành các sản phẩm thủy phân có độ bền cơ học kém hơn. Cellulose khi bị thủyphân hoàn toàn sẽ thu đƣợc sản phẩm cuối cùng là đƣờng hòa tan D-glucose.1.2.2 Hemicellulose [17, 32]23Luận văn thạc sĩNguyễn Thị Hồng NhungHemicellulose có mạch ngắn khoảng 500-3000 gốc đƣờng đơn, là polyme cómạch phân nhánh, cùng có mặt với cellulose trong thành tế bào thực vật. Trong khicellulose có cấu trúc tinh thể bậc cao chặt chẽ rất khó bị thủy phân thì hemicellulosecó cấu trúc tùy tiện, dễ bị thủy phân bởi kiềm hoặc axít cũng nhƣ bởi các enzymehemicellulase để tạo thành glucose, và các đƣờng khác nhƣ xylose, mannose,galactose, rhamnose, arabinose.Hemicellulose bao gồm chủ yếu Xylan (gọi là Hemicellulose A) vàArabinoxylan (gọi là Hemicellulose B). Xylan là polyme mạch thẳng của D-xylosevới liên kết -(14). Arabinoxylan gồm mạch chính là xylan gắn với mạch nhánhlà L-arabinofuranose bởi các liên kết (1→2). Nhƣ vậy, đơn vị thành phần tạo nêncấu trúc Hemicellulose chính là D-xylose và một ít L-arabinofuranose (Hình 1.5).Xylan – Hemicellulose AArabinoxylan Hemicellulose BHình 1.5. Cấu trúc phân tử hemicellulose1.2.3 Lignin [22]24Luận văn thạc sĩNguyễn Thị Hồng NhungLignin là một polymer dị thể, tạo nên bởi các monomer là p-coumarylalcohol, coriferyl alcohol, sinaryl alcohol, cùng có mặt với cellulose trong thành tếbào thực vật, cùng với cellulose bao bọc xung quanh cellulose tạo thành những bósợi vững chắc.Lignin có thể bị thủy phân bởi các tác nhân hóa học hoặc bởi các enzymenhƣ manganese peroxidase, lignin peroxidase cellobiose dehydrogenase.Khi nhiệt phân, lignin cho sản phẩm là methoxy phenols và đặc biệt là cácguaiacol and syringol có tác dụng tạo mùi cho thực phẩm hun khóiCác monome này có các liên kết ngang với nhau tạo nên mạng lƣới polyme - lignin25Luận văn thạc sĩNguyễn Thị Hồng NhungHình 1.6 Giả thiết cấu trúc của ligninMục đích của đề tài là thủy phân polysaccharide có trong rơm rạ đến sảnphẩm glucose, đồng thời lên men tạo etanol dùng làm nhiên liệu sinh học. Do vậy,trƣớc khi trình bày về phƣơng pháp thủy phân cellulose và lên men etanol, chúngtôi xin giới thiệu một vài nét về nhiên liệu sinh học.1.3 Vài nét về nhiên liệu sinh học1.3.1 Các thế hệ nhiên liệu sinh học và nguyên liệu chủ yếu để sản xuấtEtanol dùng làm nhiên liệu sinh học đƣợc chia làm 2 thế hệ:1.3.1.1 Nhiên liệu sinh học thế hệ I [33]Etanol dùng làm nhiên liệu sinh học thế hệ I đƣợc sản xuất từ lƣơng thực nhƣngô, sắn, mía đƣờng. Sản xuất nhiên liệu sinh học thế hệ I đang đƣợc thực hiện tại26Luận văn thạc sĩNguyễn Thị Hồng Nhungcác vùng khí hậu nóng ẩm nhƣ ở Brazil và một số nƣớc khác dùng nguyên liệu míađƣờng. Ở Mỹ, nguyên liệu chủ yếu để sản xuất nhiên liệu sinh học là ngô, đƣờng. Ởmột số nƣớc châu Á nhƣ Trung Quốc, Thái Lan dùng sắn. Kê cũng hứa hẹn nhiềutriển vọng là nguyên liệu quan trọng để sản xuất etanol tại phía nam nƣớc Mỹ.Tại các nƣớc có khí hậu ôn hoà nhƣ châu Âu, nguyên liệu chủ yếu để sảnxuất nhiên liệu sinh học là củ cải đƣờng, lúa mì, hạt cải dầu.1.3.1.2 Nhiên liệu sinh học thế hệ II [23, 28]Etanol dùng làm nhiên liệu sinh học thế hệ II đƣợc sản xuất từ sinh khối thựcvật là các phế thải nông nghiệp (thân cây lúa, ngô, lúa mỳ, sắn). Lignocellulose làthành phần chính cấu tạo nên sinh khối thực vật, chủ yếu bao gồm cellulose,hemicellulose, lignin. Nghiên cứu sản xuất nhiên liệu sinh học thế hệ II từ sinh khốiđƣợc tiến hành từ cuối thế kỷ trƣớc và đƣợc đẩy mạnh hơn trong thế kỷ này. Một sốnƣớc đang thực hiện nhƣ khu vực Đông Nam Á dùng nguyên liệu là dầu dừa, câysậy; Trung Quốc dùng cây lúa miến; Ấn Độ dùng cây gai dầu, cây chà mè; Nhật bảnsử dụng gỗ thông. Cỏ lông, thân gỗ các loài thông cũng là loại sinh khối đƣợc chú ýnhiều để lên men sản xuất etanol. Đặc biệt, ở Bắc Mỹ các loài thông Pinus contortamọc rất nhiều, có thể cao tới 50 mét, đƣờng kính đạt 2 mét cho khối lƣợng gỗ lớn,nên là nguồn nguyên liệu dồi dào để sản xuất etanol từ sinh khối.Ngoài ra, ngƣời ta còn cho rằng nhiên liệu sinh học thế hệ III đƣợc sản xuấttừ rong tảo, nhƣng về bản chất nguồn nguyên liệu vẫn thuộc thế hệ II.Nhƣ vậy, nguyên liệu đƣợc sử dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học thế hệ Ilà các polysaccharide đƣợc tạo bởi liên kết (1→4) -glucosid: Amylose,amylopectin; nguyên liệu đƣợc sử dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học thế hệ II cácpolysaccharide đƣợc tạo bởi liên kết  (14) - glucosid: Cellulose, hemicellulose.Với thành phần chính của rơm rạ đã nêu ở mục 1.2 và một vài số liệu về phếphẩm nông nghiệp tại Ấn Độ và Việt Nam đƣợc nêu dƣới đây, có thể thấy phếphẩm nông nghiệp là một trong những nguồn nguyên liệu quan trọng để sản xuấtnhiên liệu sinh học thế hệ II.27

Xem Thêm

Tài liệu liên quan

• nghiên cứu hệ xúc tác sinh học để thủy phân polysaccharid thành oligo- và saccharide
  • 82
  • 1,354
  • 3
• giáo án 1 soạn kĩ
  • 147
  • 372
  • 0
• Phương pháp viết SKKN
  • 5
  • 320
  • 0
• Cấu trúc một SKKN
  • 2
  • 356
  • 0
• Mẫu Bài thu hoạch và SKKN
  • 5
  • 3
  • 6
• Giáo án Casio
  • 11
  • 584
  • 0
• Giáo án casio9
  • 23
  • 367
  • 2
• bai 35 ech dong
  • 0
  • 5
  • 0
• 25 đề thi casio
  • 18
  • 543
  • 7

Tải bản đầy đủ (.pdf) (82 trang)

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(1.93 MB) - nghiên cứu hệ xúc tác sinh học để thủy phân polysaccharid thành oligo- và saccharide-82 (trang) Tải bản đầy đủ ngay ×