ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM NGUYỄN THỊ HẰNG NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH TINH DẦU TỪ VỎ QUẢ QUẤT, QUÝT (CITRUS) ĐỂ XỬ LÝ RÁC THẢI XỐP TẠI THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN Ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60.44.03.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đàm Xuân Vận Thái Nguyên - Năm 2014 LỜI CẢM ƠN Được sự nhất trí của ban giám hiệu nhà trường, ban chủ nhiệm khoa Môi Trường trong thời gian thực tập tốt nghiệp em đã tiến hành đề tài “Nghiên cứu chiết tách tinh dầu từ vỏ quả quất, quýt (Citrus) để xử lý rác thải xốp tại Thành phố Thái Nguyên” Để có thể hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, em đã nhận được sự giúp đỡ rất lớn từ các quý thầy cô trong nhà trường. Đầu tiên cho em gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu nhà trường, các quý thầy cô trong khoa cũng như các quý thầy cô bộ môn trong trường đã giúp em có được những kiến thức bổ ích về chuyên ngành Khoa Học Môi Trường , cũng như đã tạo điều kiện cho em được tiếp cận môi trường thực tế trong thời gian qua. Đặc biệt cho em gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo: PGS. TS Đàm Xuân Vận - Khoa Môi trường. Trong thời gian viết luận văn, em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của thầy, thầy đã giúp em bổ sung và hoàn thiện những kiến thức lý thuyết còn thiếu cũng như việc áp dụng các kiến thức đó vào thực tế trong thời gian thực tập để em có thể hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè đã hết lòng động viên, giúp đỡ tạo điều kiện cả về mặt vật chất và tinh thần cho em trong quá trình học tập và nghiên cứu. Tuy nhiên, do hạn chế về mặt thời gian, điều kiện tiếp cận và kiến thức kinh nghiệm của bản thân, bài khóa luận của em không tránh khỏi những khiếm khuyết, em rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn! Thái nguyên, ngày 1 tháng 10 năm 2014 Sinh viên Nguyễn Thị Hằng MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4 1.1. Cơ sở khoa học 4 1.1.1. Nguồn gốc họ quất, quýt (Citrus) 4 1.1.2. Tổng quan về tinh dầu 4 1.1.2.1. Khái niệm về tinh dầu 4 1.1.2.2. Phân loại các thành phần có trong tinh dầu 5 1.1.2.3. Tính chất của tinh dầu 6 1.1.2.4. Các phương pháp sản xuất tinh dầu 8 1.1.2.5. Ứng dụng của tinh dầu chiết xuất từ họ Citrus 16 1.2. Cơ sở thực tiễn 19 1.2.1. Tình hình nghiên cứu về tinh dầu thuộc họ (Citrus) trên thế giới và ở Việt Nam 19 1.2.1.1. Trên Thế giới 19 1.2.1.2. Ở Việt Nam 22 1.2.2. Tổng quan về acetone 24 1.2.2.1 Tính chất của acetone 24 1.2.2.2. Độc tính của acetone 24 1.2.3. Tình hình sản xuất, tiêu thụ và xử lý polystyrene (PS) trên Thế giới và ở Việt Nam 25 1.2.3.1. Trên thế giới 25 1.2.3.2. Ở Việt Nam 27 1.2.4. Đánh giá hiện trạng rác thải tại Thành phố Thái Nguyên 29 Chương 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 33 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu 33 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu 33 2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 33 2.2.1. Địa điểm nghiên cứu 33 2.2.2. Thời gian nghiên cứu 33 2.3. Nội dung nghiên cứu 33 2.4. Phương pháp nghiên cứu 34 2.4.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp 34 2.4.2. Phương pháp lấy mẫu 34 2.4.3. Phương pháp tách chiết tinh dầu 34 2.4.5. Phương pháp phân tích thí nghiệm 35 2.4.6. Phương pháp bố trí thí nghiệm 35 2.4.7. Phương pháp xử lý số liệu 36 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 37 3.1. Chiết xuất tinh dầu từ vỏ quả thuộc họ quất, quýt (Citrus) 37 3.1.1. Thiết kế thiết bị chưng cất tinh dầu 37 3.1.2. Quy trình chưng cất tinh dầu 38 3.1.3. Kết quả khảo nghiệm 42 3.1.3.1. Kết quả chưng cất tinh dầu quất, quýt 42 3.1.3.2. Kết quả phân tích thành phần hóa học trong tinh dầu quất, quýt 44 3.2. Khả năng xử lý rác thải xốp bằng hợp chất có nguồn gốc thiên nhiên được tách triết từ tinh dầu vỏ quả quất, quýt (Citrus) nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường 47 3.2.1. Đối với tinh dầu chiết tách từ vỏ quả quất 47 3.2.3. So sánh khả năng xử lý xốp giữa tinh dầu quất, quýt và acetone 52 3.2.4. Cơ chế của quá trình xử lý xốp bằng tinh dầu quất, quýt 53 3.2.5. Hiệu quả kinh tế của việc sử dụng tinh dầu quất, quýt xử lý xốp thay thế cho acetone 56 3.3. Đề xuất quy trình xử lý rác thải xốp bằng phương pháp sinh học sử dụng tinh dầu chiết tách từ vỏ quả quất, quýt (Citrus) 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63 1 Kết luận 63 2 Kiến nghị 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt PS Polystyren Polystyren LD 50 Chemical Oxygen Demand Liều lượng của hoá chất phơi nhiễm trong cùng một thời điểm, gây ra cái chết cho 50% của một nhóm động vật dùng thử nghiệm LC 50 Coefficient of variation Giá trị LC thường tham khảo với nồng độ của một hóa chất trong không khí. CT Công thức ĐV Đơn vị WHO World Health Organization Tổ chức Y tế Thế giới CTCP Công ty cổ phần DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1. Tóm tắt một số công trình nghiên cứu tinh dầu vỏ quả họ Citrus 20 Bảng 2.1: Thể tích tinh dầu được chọn nghiên cứu để xử lý 5g xốp 36 Bảng 3.1. Xác định thể tích (ml) lượng tinh dầu thu hồi trong quá trình chưng cất vỏ quả quất, quýt 42 Bảng 3.2. Kết quả phân tích thành phần hóa học chính trong tinh dầu quất 44 Bảng 3.3. Kết quả xử lý xốp của tinh dầu quất, quýt 48 Bảng 3.4. Diễn biến thời gian và khối lượng rác thải xốp được xử lý ở công thức hiệu quả nhất 51 Bảng 3.5. So sánh kết quả xử lý xốp của tinh dầu quất, quýt và acetone 52 Bảng 3.6. Kết quả thí nghiệm chưng cất thu hồi tinh dầu quất sau xử lý xốp 54 Bảng 3.7. Chi phí chưng cất 10 mẻ nguyên liệu tinh dầu quất, quýt 56 DANH MỤC HÌNH Trang Hình 2. 1. Thiết bị chưng cất bằng nước 12 Hình 2.2. Thiết bị chưng cất hơi nước có nồi hơi riêng 13 Hình 3.1. Quy trình chưng cất tinh dầu 41 Hình 3.2: Công thức cấu tạo của Limonene 46 Hình 3.3: Công thức cấu tạo của Myrcene 46 Hình 3.4: Công thức cấu tạo của α-terpineol 46 Hình 3.5: Công thức cấu tạo của α- pinene và β- pinene 47 Hình 3.6: Biểu đồ thể hiện khả năng xử lý xốp của tinh dầu quất 48 Hình 3.7. Biểu đồ thể hiện khả năng xử lý xốp của tinh dầu quýt 50 Hình 3.8. Biểu đồ so sánh khả năng xử lý xốp của tinh dầu quất, quýt với acetone 53 Hình 3.9. Quy trình xử lý rác thải xốp bằng tinh dầu chiết tách từ vỏ quả quất, quýt (Citrus) tại CTCP Môi trường và Công trình đô thị Thái Nguyên 59 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Ngày nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang trở nên nóng bỏng và nhận được sự quan tâm đặc biệt của tất cả các quốc gia trên thế giới, đặc biệt là ô nhiễm môi trường đất. Ô nhiễm môi trường đất đáng báo động vì nó không chỉ ảnh hưởng trực tiếp tới sức khoẻ con người mà còn là nguyên nhân của ô nhiễm nguồn nước ngầm, ô nhiễm không khí… Một trong những nguyên nhân chính và chủ yếu gây ô nhiễm môi trường đất là do việc sinh sống của con người sử dụng quá nhiều chất độc hại mà môi trường khó có thể phân hủy được. Để phân hủy 1 túi ni-lon trong điều kiện bị chôn lấp, phải mất đến hàng trăm năm và đặc biệt là xốp, vật liệu cực kỳ khó bị phân hủy trong điều kiện tự nhiên. Thành phố Thái Nguyên là đô thị loại I trực thuộc tỉnh Thái Nguyên, một trong những tỉnh thành trung tâm của khu vực Trung du và miền núi phía Bắc. Trên địa bàn Tỉnh Thái Nguyên, công tác thu gom và xử lý rác thải sinh hoạt đạt thấp, trên toàn tỉnh chỉ đạt 35% khối lượng phát sinh, trong đó khu vực thành phố, thị xã đạt 70%, khu vực nông thôn đạt 17%, rác thải bừa bãi gây mất mỹ quan đô thị, nông thôn. [12] Ngoài ra, người dân địa phương có thói quen đốt rác thải xốp gây ra mùi khét nồng nặc và phát thải các khí độc hại ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người. Chất liệu nhựa để sản xuất ra các đồ dùng bằng xốp là PVC (Polyvinyl Clorua) và PS (Poly Styrene), đây là 2 loại nhựa nguy hiểm trong số những chất liệu nhựa đang lưu thông trên thị trường. Bên cạnh đó, các loại nhựa tái chế cũng có thể được tận dụng để sản xuất đồ dùng bằng xốp. Hầu hết các đồ bằng xốp này được sản xuất tại các cơ sở nhỏ lẻ, điều kiện vệ sinh và kỹ thuật kém. Phần lớn chúng sau đó đều được thải ra môi trường. Để phân hủy rác thải xốp trong công nghiệp, lâu nay người ta vẫn dùng hóa chất axenton và toluene, hóa chất gây hại cho con người, sinh vật và chi phí cao. 2 Trong vỏ quả thuộc họ (Citrus): quất, quýt… có chứa nhiều loại tinh dầu như: Flavonoids, Isoflavonoids, Phytoestrogens, Isothiocyanates… Trong đó có hàm lượng chất limonene rất cao chiếm 92,02%, đây là chất có thể hòa tan được xốp. Vì vậy vỏ quýt, quất,… có khả năng làm nhiên liệu cho công nghiệp tái chế xốp rẻ tiền, vừa hiệu quả vừa bảo vệ môi trường. Việc sử dụng vỏ quất, quýt không những làm giảm đi lượng rác thải hữu cơ mà đồng thời làm quang cảnh trở nên xanh- sạch- đẹp hơn. Miền núi phía Bắc có nguồn vỏ quả thuộc họ (Citrus): quất, quýt… tương đối phong phú do điều kiện khí hậu thuận lợi. Thái Nguyên với lợi thế là tỉnh thuộc khu vực trung tâm trung du miền núi phía Bắc, thuận lợi về vị trí địa lý khi tiếp giáp với các vựa vàng trồng trái, giao thông thuận tiện với hệ thống giao thông liên vùng phát triển…Từ đây, chúng ta có thể thu mua những quả không đủ tiêu chuẩn để xuất, bán cho các thương lái như: quả nhỏ, quả không đẹp… để làm nguồn nguyên liệu phục vụ cho đề tài. Khi quy trình được nhân rộng có thể tận dụng nguồn phế thải là vỏ quất, quýt trong ngành công nghiệp sản xuất nước ép trái cây. Xuất phát từ thực tiễn trên, được sự nhất trí của Ban giám hiệu Nhà trường và Ban chủ nhiệm khoa Môi trường – Trường Đại học Nông Lâm thái Nguyên, dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Đàm Xuân Vận, tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu chiết tách tinh dầu từ vỏ quả quất, quýt (Citrus) để xử lý rác thải xốp tại Thành phố Thái Nguyên”. 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.1. Mục tiêu tổng quát - Nghiên cứu chiết tách tinh dầu từ vỏ quả quất, quýt (Cirtrus) để xử lý rác thải xốp tại Thành phố Thái Nguyên. 2.2. Mục tiêu cụ thể - Xác định hợp chất có nguồn gốc thiên nhiên trong vỏ quả quất, quýt (Citrus) thay thế acetone và toluen trong quá trình xử lý rác thải xốp. [...]...3 - Nghiên cứu xử lý rác thải xốp bằng tinh dầu chiết tách từ vỏ quả quất, quýt (Citrus) tại Thành phố Thái Nguyên - Đề xuất xây dựng quy trình xử lý rác thải xốp bằng phương pháp sinh học sử dụng tinh dầu chiết xuất từ vỏ quả thuộc họ (Citrus) là quất, quýt nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường, an toàn, giảm nguy cơ độc hại với người và môi trường 3 Ý nghĩa 3.1 Ý nghĩa khoa học: - Kết quả của đề... chuyên môn, phục vụ cho công tác quản lý cho các cơ quan quản lý Nhà nước và cơ quan chuyên môn 3.2 Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả của đề tài góp phần xác định được hợp chất có nguồn gốc thiên nhiên thay thế axeton và toluen trong xử lý rác thải xốp, góp phần bảo về môi trường - Hợp chất có nguồn gốc thiên nhiên được tách chiết từ tinh dầu vỏ quả quất, quýt (Citrus) có giá thành rẻ, an toàn đối với người... thực phẩm sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe con người Sau khi sử dụng, các hộp xốp được thải ra môi trường gây ra vấn đề ô nhiễm rác thải xốp đang trở nên ngày càng nghiêm trọng Do đó, các giải pháp sinh học xử lý rác thải xốp đang ngày càng được xã hội quan tâm  Một số nghiên cứu về xử lý rác thải xốp - Chế tạo keo dán gỗ kỵ nước từ xốp phế thải: Trần Đình Đại, sinh viên năm 3, Khoa công nghệ Hóa - Trường Cao... dụng và an toàn mới môi trường - Góp phần giảm bớt được sự ô nhiễm của rác thải xốp với môi trường và giải quyết được nguồn nghiên liệu thải bỏ là vỏ quả quất, quýt (Citrus) trong nông nghiệp 4 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Cơ sở khoa học 1.1.1 Nguồn gốc họ quất, quýt (Citrus) Việc trồng trọt các cây giống họ quả quất, quýt (Citrus) có thể bắt nguồn ít nhất 4000 năm trở lại đây ở khu vực các nước... tài sẽ là tài liệu phục vụ công tác đào tạo và nghiên cứu khoa học cho Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên và khối các trường Đại học về Nông Lâm nghiệp và khoa học kỹ thuật; khối các viện nghiên cứu về môi trường nông nghiệp và công nghệ môi trường - Các nguồn thông tin, giải pháp và quy trình công nghệ xử lý rác thải xốp bằng tinh dầu từ vỏ quất, quýt (Citrus) trong luận văn được tài liệu hóa góp... biệt là vỏ trái, lá và hoa Hàm lượng tinh dầu trong vỏ trái thường rất cao (thay đổi từ 1,5 đến 6,5% so với sinh khối tươi của vỏ hoặc từ 0,15 đến 0,85% so với sinh khối trái tươi) Tinh dầu vỏ trái được quan tâm và nghiên cứu rất nhiều, bởi lẽ chứa hàm lượng tinh dầu và limonen cao Chính vì vậy, tinh dầu vỏ trái xem như là nguồn cung cấp limonen Trong lá và hoa cũng chứa tinh dầu Tinh dầu hoa cam (tinh. .. phải dựa vào nhập khẩu để đáp ứng sự thiếu hụt [22] b Xử lý polystyrene (PS) Rác thải xốp được xử lý theo một số công nghệ truyền thống như: phương pháp nhiệt phân, phương pháp đốt tuy nhiên trong quá trình xử lý làm phát sinh nhiều khí thải nguy hiểm cho sức khỏe con người như: CO2, H2S… Gần đây, các nhà khoa học Ireland sử dụng một loại vi khuẩn để bẻ gãy các mạch của rác thải xốp, tạo ra một loại... với nguyên liệu không xay có thời gian ly trích rất ngắn (19 - 21 phút), nhưng tinh dầu thu được có màu vàng nhạt và hiệu suất thấp (Bưởi: 0,51%; Cam: 0,48%; Chanh: 0,40%) Kết quả thử nghiệm về hoạt tính kháng khuẩn cho thấy tinh dầu vỏ trái giống Citrus kháng khuẩn tốt trên một số chủng vi khuẩn thử nghiệm - Một số nghiên cứu khác về chiết tách tinh dầu như Đề tài Tách tinh dầu và alkaloid từ quả. .. truyền thống cũng như ứng dụng một số kỹ thuật chiết mới - Nguyễn Minh Hoàng, khoa Công nghệ Sinh học, Đại học Mở TPHCM đã nghiên cứu chiết tinh dầu từ vỏ trái Bưởi da xanh Citrus grandis (L.) Osbeck (trồng tại Đồng Nai) và từ vỏ trái Cam sành Citrus nobilis Lour (trồng tại Tiền Giang) và vỏ trái Chanh dây Citrus aurantifolia (Christm.) Swingle (trồng tại Tiền Giang) bằng phương pháp 23 chưng cất hơi... hoạch Tinh dầu là sản phẩm cuối cùng của quá trình trao đổi chất và không được sử dụng trở lại cho hoạt động sống của cây… 1.1.2.2 Phân loại các thành phần có trong tinh dầu  Phân loại theo hàm lượng - Thành phần chính: là thành phần có hàm lượng trên 1% Thành phần chính là tiêu chuẩn chủ yếu để đánh giá chất lượng tinh dầu - Thành phần phụ: là thành phần có hàm lượng từ 0,1-1% - Thành phần vết: là thành . trình xử lý rác thải xốp. 3 - Nghiên cứu xử lý rác thải xốp bằng tinh dầu chiết tách từ vỏ quả quất, quýt (Citrus) tại Thành phố Thái Nguyên. - Đề xuất xây dựng quy trình xử lý rác thải xốp bằng. tài: Nghiên cứu chiết tách tinh dầu từ vỏ quả quất, quýt (Citrus) để xử lý rác thải xốp tại Thành phố Thái Nguyên . 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.1. Mục tiêu tổng quát - Nghiên cứu chiết tách tinh. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM NGUYỄN THỊ HẰNG NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH TINH DẦU TỪ VỎ QUẢ QUẤT, QUÝT (CITRUS) ĐỂ XỬ LÝ RÁC THẢI XỐP TẠI THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN Ngành: Khoa