Điều chế chất xúc tác từ vỏ hạt cà phê
09/04/2025 9
Nhóm nghiên cứu ở Trường Đại học Công nghiệp TPHCM đã phát triển phương pháp mới để điều chế vỏ hạt cà phê thành một loại chất xúc tác hiệu quả cho phản ứng thủy phân cellulose rơm rạ thành glucose.
Việc tái chế chất thải nông nghiệp như rơm rạ, vỏ hạt cà phê để sản xuất các loại đường khử (loại đường có chứa nhóm andehit R-COH hoặc xeton C=O tự do, có khả năng hoạt động như một chất khử) như glucose, fructose không chỉ giúp giảm khí thải, mà còn cung cấp nguyên liệu cho ngành công nghiệp hóa chất và sinh học, tạo ra các hợp chất giá trị cao như Hexitols, 5-HMF, acid Levulinic, Ethanol.
Các công nghệ thủy phân cellulose thành glucose truyền thống như sử dụng enzyme, acid khoáng (HCl, H₂SO₄) và nước siêu tới hạn đòi hỏi lượng lớn enzyme, acid hoặc dung môi ion, làm giảm hiệu suất, tăng chi phí và gây ảnh hưởng môi trường. Vì vậy, các chất xúc tác rắn đang được các nước nghiên cứu để thay thế.
Theo hướng này, nhóm nghiên cứu thuộc Viện Khoa học công nghệ và Quản lý môi trường thuộc Trường Đại học Công nghiệp TPHCM đã áp dụng phương pháp carbon hóa thủy nhiệt (HTC), kết hợp nhiệt phân, để điều chế Hydrochar (HAC, than sinh học) hoạt tính từ vỏ hạt cà phê, làm xúc tác cho phản ứng thủy phân cellulose thành glucose.
Vỏ cà phê có thể dùng để điều chế chất xúc tác. Ảnh: Internet
Theo nhóm nghiên cứu, phương pháp này có nhiều ưu điểm như điều chế tiền chất HAC ở nhiệt độ thấp (180oC) trong môi trường nước, không cần làm khô sinh khối như nhiệt phân truyền thống. Quá trình hoạt hóa HAC diễn ra ở 130oC trong 2 giờ, với một lượng nhỏ hóa chất công nghiệp kali hydroxit (KOH), tỷ lệ 1:6,67, và dung dịch KOH có thể tái sử dụng. Khi kết hợp với nhiệt phân, KOH còn lại tiếp tục hoạt hóa vật liệu, tạo ra nhiều nhóm chứa oxy trên bề mặt,đóng vai trò quan trọng trong việc ứng dụng HAC làm xúc tác thủy phân cellulose thành glucose.
Quy trình điều chế HAC hoạt tính. Ảnh: NNC
Nghiên cứu khả năng của HAC hoạt tính cho phản ứng thủy phân cellulose rơm rạ thành glucose cho thấy, hiệu suất đường khử hay tỷ lệ phần trăm giữa lượng đường khử thu được so với lượng đường ban đầu đạt 82% và độ chọn lọc glucose đạt 64%, nghĩa là phản ứng có khả năng ưu tiên tạo glucose, thay vì các sản phẩm phụ khác (như fructose, 5-HMF hay acid Levulinic), ở điều kiện nhiệt độ 180oC, trong môi trường H2O với thời gian phản ứng 2 giờ. HAC hoạt tính cũng thể hiện khả năng tái sử dụng vượt trội, duy trì hiệu suất trên 50% sau năm chu kỳ tái sinh.
Theo nhóm nghiên cứu, quá trình điều chế HAC hoạt tính từ vỏ hạt cà phê là một hướng đi mới, cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình và mở rộng quy mô, mang lại giải pháp bền vững cho các vấn đề môi trường.
Nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Khoa học và Công nghệ Trường Đại học Công nghiệp TPHCM, Số 1/2025.
Nguồn:https://jst.iuh.edu.vn/index.php/jst-iuh/article/view/5192/945
Ngọc Hân