Nghiên cứu sử dụng enzyme lipase để nâng cao hiệu suất bột giấy thu được trong quá trình khử mực giấy báo loại theo phương pháp tuyển nổi

Quá trình khử mưc giấy in báo loại bằng phương pháp tuyển nổi 9 I.2.3 Quá trình khử mực giấy in báo loại bằng phương pháp tuyển nổi có sử dụng enzym Lipase III.1 Khảo sát quá trình

Trang 1

BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY GIẤY VIỆT NAM CÔNG TY TNHH - VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ

LOẠI THEO PHƯƠNG PHÁP TUYỂN NỔI

Cơ quan chủ quản: BỘ CÔNG THƯƠNG

Cơ quan chủ trì: CÔNG TY TNHH - VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ

Chủ nhiệm đề tài: LÊ THỊ QUỲNH HOA

Kỹ sư công nghệ giấy

9025

HÀ NỘI 12 / 2011

Trang 2

MỤC LỤC

Phần I TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH KHỬ MỰC GIẤY IN BÁO

LOẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP TUYỂN NỔI CÓ SỬ

I.2.1 Giấy in báo và phương pháp in 7

I.2.2 Quá trình khử mưc giấy in báo loại bằng phương pháp tuyển

nổi

9

I.2.3 Quá trình khử mực giấy in báo loại bằng phương pháp tuyển

nổi có sử dụng enzym Lipase

III.1 Khảo sát quá trình khử mực giấy in báo theo phương pháp

tuyển nổi thông thường

23

III.2

Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại enzym Lipase trong quá

trình đánh tơi trước khi khử mực bằng phương pháp tuyển

nổi truyền thống

24

III.3 Nghiên cứu các yếu tố công nghệ tới hiệu quả khử mực giấy

in báo trong quá trình tuyển nổi cấp 1

26

III.3.1 Ảnh hưởng của mức dùng enzym tới hiệu quả khử mực giấy

in báo loại trong quá trình tuyển nổi cấp 1

27

III.3.2 Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzym tới hiệu quả khử mực

giấy in báo loại trong giai đoạn tuyển nổi cấp 1

28

III.3.3 Ảnh hưởng của pH môi trường xử lý enzym tới hiệu quả khử 29

Trang 3

mực giấy in báo loại trong quá trình tuyển nổi cấp 1

III.3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý enzym tới hiệu quả khử mực

giấy in báo loại trong quá trình tuyển nổi cấp 1

30

III.4 Nghiên cứu các yếu tố công nghệ trong quá trình tuyển nổi

cấp 2 tới hiệu quả khử mực giấy in báo

32

III.4.1 Ảnh hưởng của mức dùng enzym đến hiệu quả khử mực giấy

in báo loại trong quá trình tuyển nổi cấp 2

33

III.4.2 Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzym tới hiệu quả khử mực

giấy in báo loại trong quá trình tuyển nổi cấp 2

34

III.4.3 Ảnh hưởng của pH môi trường xử lý enzym tới hiệu quả khử

mực giấy in báo loại

35

III.4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý enzym trong quá trình tuyển

nổi cấp 2 tới hiệu quả khử mực giấy in báo loại

36

III.5 Thiết lập quy trình công nghệ nâng cao hiệu suất quá trình

tuyển nổi khử mực có sử dụng enzym lipase

38

Trang 4

MỞ ĐẦU

Hiện nay, do vấn đề về kinh tế và môi trường mà nhu cầu sử dụng giấy loại ngày càng tăng, giấy loại trở thành nguồn nguyên liệu xơ sợi thay thế quan trọng trong công nghiệp sản xuất giấy Giấy loại thường có ba loại chính: hỗn hợp cacton

cũ (Old corrugated container - OCC); giấy báo cũ (Old newspaper - ONP) và hỗn hợp giấy loại văn phòng Thông thường, OCC được xử lý dùng cho sản xuất giấy bao gói, giấy báo cũ được khử mực, tẩy trắng dùng cho sản xuất giấy in báo… Xuất phát từ thực tế trên, công nghệ khử mực giấy loại luôn có những bước cải tiến và hoàn thiện hơn nhằm làm tăng hiệu suất và chất lượng bột giấy thu hồi Có hai phương pháp khử mực chính là phương pháp rửa và phương pháp tuyển nổi Trong công nghệ khử mực bằng phương pháp tuyển nổi, các hạt mực được tách rời ra khỏi

bề mặt xơ sợi dưới sự hỗ trợ của các tác nhân hóa học và được loại bỏ bằng thiết bị tuyển nổi Tuy nhiên trong quá trình tuyển nổi không chỉ có mực in mà cả một phần

xơ sợi mịn và các chất độn cũng bị loại theo, làm giảm đáng kể hiệu suất của bột giấy thu hồi Để hạn chế sự mất mát này, có nhiều nghiên cứu sử dụng các tác nhân làm thay đổi tính chất bề mặt của xơ sợi mịn và chất độn để chúng ít bị loại bỏ hơn trong quá trình tuyển nổi Từ đó làm giảm lượng mất mát trong quá trình tuyển nổi

và tăng hiệu suất bột giấy thu hồi mà vẫn giữ được hiệu quả loại mực và độ trắng của bột giấy

Một trong những hướng nghiên cứu đó là sử dụng enzym trong quá trình khử mực Có nhiều loại enzym đã được nghiên cứu và ứng dụng như các enzym có gốc cellulase, hemicellulase, xylanase hay lipase …Các loại enzym này chủ yếu được sử dụng trong quá trình đánh tơi giấy loại, hỗ trợ quá trình tách loại mực in trước khi đem đi xử lý hóa chất và tuyển nổi Các nghiên cứu cho thấy, quá trình khử mực sử dụng enzym đã giảm được mức dùng hóa chất, tăng hiệu quả loại mực, giảm thất thoát xơ sợi ra môi trường Một số nghiên cứu đã cho thấy, emzym có nguồn gốc lipase đang được nghiên cứu sử dụng cho quá trình khử mực giấy in báo do khả năng có thể thủy phân mực in dầu, tăng hiệu quả tách loại mực mà không làm ảnh hưởng tới tính chất xơ sợi Một số loại enzym gốc lipase thương phẩm phổ biến như Resinase A2X từ chủng Thermomyces lanuginosus (Novozym), Lipex từ chủng Fusarium oxysporum (Novozym), Optimyze từ chủng Magnaporthe grisea (Buckman) đã được nghiên cứu với mức dùng phù hợp, đem lại hiệu quả tách mực

và hiệu suất thu hồi bột tương đối cao [4]

Nhằm mục đích giảm lượng thất thoát, nâng cao hiệu suất của quá trình khử mực, giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà vẫn đảm bảo được chất lượng bột giấy báo

Trang 5

sau khử mực, năm 2011 Viện Công nghiệp giấy và Xenluylo được Bộ Công Thương giao thực hiện đề tài “ Nghiên cứu sử dụng enzyme Lipase để nâng cao hiệu suất bột giấy thu được trong quá trình khử mực giấy báo loại theo phương pháp tuyển nổi ” Nội dung nghiên cứu gồm có:

- Nghiên cứu sử dụng enzym lipase trong quá trình đánh tơi và tuyển nổi bột giấy

để nâng cao hiệu suất bột giấy thu được trong quá trình tuyển nổi

- Nghiên cứu ảnh hưởng các yếu tố công nghệ: pH, thời gian, nhiệt độ và mức dùng enzym lipase đến hiệu suất thu hồi bột giấy

- Thiết lập chế độ công nghệ nâng cao hiệu suất thu hồi bột giấy trong quá trình tuyển nổi mà chất lượng bột giấy vẫn đảm bảo

Trang 6

PHẦN I TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH KHỬ MỰC BẰNG PHƯƠNG PHÁP TUYỂN

NỔI CÓ SỬ DỤNG ENZYM LIPASE I.1 Tình hình sử dụng giấy loại trên thế giới và Việt Nam

Hiện nay, tái chế giấy loại và các sản phẩm từ giấy đang được các nhà máy bột giấy và giấy hết sức quan tâm Do ý thức bảo vệ môi trường đã được cải thiện và như những quy định chặt chẽ trong sản xuất, ngành công nghiệp giấy thế giới cũng như ở Việt Nam đang nỗ lực thu hồi và tái chế ít nhất 40 % tất cả các sản phẩm giấy

đã qua sử dụng Ví dụ như Nhật Bản, Hoa Kỳ, Trung Quốc đã sử dụng đến 61%; 62% và 65% lượng bột tái chế từ giấy loại Các quốc gia trong khu vực Đông Nam

Á như Indonexia, Malaixia, Philippin… có mức sử dụng giấy loại lên đến 60% Ở Châu Âu, đây cũng là một vấn đề được chú trọng và thực hiện một cách nghiêm ngặt Điển hình ở Đức, gần 100% giấy bao gói được thu hồi và mức độ tái sử dụng

có hiệu quả đạt 70% Ở Phần Lan đã thu hồi được 75% giấy loại và 53% trong số đó được sử dụng có hiệu quả Các quốc gia khác như Pháp, Bỉ, Thuỵ Điển cũng có mức

độ thu hồi giấy loại lên đến 75% Sử dụng bột giấy loại hiệu quả sẽ giúp tiết kiệm chi phí hoá chất, vận hành và giảm thiểu được ảnh hưởng xấu tới môi trường do việc

khai thác rừng và quá trình nấu bột gây ra

Bảng1.1 Sử dụng giấy thu hồi để sản xuất giấy theo khu vực giai đoạn 2005 –

2010 (1000 tấn)[1]

Năm Khu vực

2005 2006 2007 2008 2009 2010

Tỉ lệ so với thế giới năm

2010, %

Châu Á 70 344 72 127 79 027 76 724 79 213 82 698 37,78 Châu Âu 58 464 59 946 61 942 65 389 62 788 65 551 29,95 Bắc Mỹ 49 616 50 874 52 405 51 715 49 857 52 051 23,78

Mỹ Latinh 9 074 9 304 10 301 10384 10 034 10 475 4,79 Châu Úc 2 359 2 419 2 518 3 482 3 584 3 704 1,69 Châu Phi 1 751 1 795 1 850 2 253 2 142 2 236 1,02 Trung Đông 0 - - 2 021 2 075 2 166 0,99 Trên thế giới, sử dụng giấy thu hồi cho sản xuất đã tăng 3% trong cả giai đoạn

2005 – 2010 do giá bột giấy tăng liên tục Châu Á là nơi sử dụng giấy thu hồi nhiều nhất, chiếm gần 40% so với toàn thế giới Lượng giấy thu hồi và tỉ lệ sử dụng giấy

Trang 7

thu hồi cho sản xuất giấy trong thời gian gần đây đã được thống kê trong bảng 1.1.[1]

Ngoài lượng lớn giấy bao bì và cacton cũ thì giấy báo cũ (ONP) và giấy tạp chí cũ cũng được thu hồi đáng kể Năm 2010, tỉ lệ thu gom giấy báo loại ONP trên thế giới đạt 67,8% Dự kiến đến năm 2015, con số này sẽ đạt 69%, cung cấp nguồn nguyên liệu đáng kể cho sản xuất giấy

Thông thường, bột giấy tái chế thu được sau quá trình khử mực giấy loại được sử dụng trong sản xuất các loại giấy như: giấy in báo, giấy vệ sinh, giấy in và giấy viết, các lớp lót của giấy cactong duplex… Đối với giấy in báo, lượng bột khử mực từ giấy in báo loại được sử dụng chiếm từ 40 – 100% Lượng bột khử mực từ giấy loại văn phòng sử dụng trong sản xuất giấy in và giấy viết là 10 – 50%, trong sản xuất giấy vệ sinh là 20 – 100% Giấy bao gói tái sử dụng 5- 40% bột giấy khử mực Đặc biệt, bột giấy khử mực dùng trong lớp lót của giấy cactong duplex có thể lên đến 100% [6]

Theo xu hướng chung trên thế giới, Việt Nam cũng rất quan tâm đến vấn đề

sử dụng giấy loại Việc sử dụng giấy loại ở Việt Nam không chỉ xuất phát từ ưu thế của giấy loại là giá rẻ mà còn do sự mất cân đối nghiêm trọng giữa sản lượng bột giấy và giấy Hiện nay, bột giấy sản xuất trong nước chỉ đáp ứng được khoảng 60% nhu cầu sản xuất giấy các loại, còn lại là bột giấy nhập khẩu và giấy loại tái chế Tuy nhiên, lượng giấy thu hồi ở Việt Nam mới chỉ đạt 27 % trong năm 2010 Mức độ thu hồi, sử dụng giấy loại trong sản xuất giấy ở Việt Nam được chỉ ra trong bảng 2.2

*OCC: hỗn hợp giấy cacton cũ

*ONP: giấy báo cũ

*OMG: giấy tạp chí cũ

Trang 8

Theo dự báo, đến năm 2015, tỉ lệ thu gom giấy loại trong nước hằng năm cũng chỉ tăng thêm khoảng 1 % và đạt khoảng 35 %.[1] Để nâng cao hiệu quả sản xuất giấy, chủ động nguồn bột, nhiều công ty đã đầu tư vào các dây chuyền khử mực như công ty cổ phần giấy Sài Gòn 20 tấn/ngày; công ty cổ phần giấy Trúc Bạch

6000 tấn/năm; công ty Newtoyo 60 tấn/ngày; công ty giấy Tissue Sông Đuống 20

000 tấn/năm; công ty cổ phần giấy Diana công suất 25 000 tấn/năm… Mới đây, dây chuyền khử mực của công ty cổ phần giấy Bãi Bằng đã đi vào hoạt động với công suất 50 000 tấn/năm nhằm cung cấp bột giấy cho dây chuyền sản xuất giấy in báo của công ty Tuy nhiên, hiệu suất bột thu được chưa cao, chất lượng bột sau khử mực không ổn định Mặt khác, quá trình sản xuất nghiêm ngặt và cạnh tranh hiện nay đòi hỏi các nhà máy phải có những chuyển biến lớn để tăng mức sử dụng bột từ giấy loại, nhằm giảm giá thành sản phẩm mà vẫn đáp ứng được nhu cầu về chất lượng ngày càng cao của thị trường, tuân theo các điều kiện môi sinh và môi trường sản xuất Chính vì vậy, các quy trình khử mực cần có sự cải tiến không ngừng

I.2 Quá trình khử mực giấy in báo loại bằng phương pháp tuyển nổi có sử dụng ennzym lipase

Khử mực giấy loại nói chung và khử mực giấy in báo nói riêng tùy vào nguyên liệu và yêu cầu về bột thành phẩm mà có thể sử dụng các phương pháp khử mực khác nhau Nhìn chung, quá trình khử mực được tiến hành qua nhiều công đoạn như đánh tơi, ngâm ủ, làm sạch, khử mực, tẩy trắng… Công đoạn khử mực có thể tiến hành bằng các phương pháp sau:

- Phương pháp rửa: Cơ chế hoạt động chủ yếu dựa vào kích cỡ hạt mực Hiệu quả đối với hạt mực có kích thước nhỏ hơn 15µm và mức loại mực đạt 94 – 98%, các tính chất cơ lý của bột thu hồi cao nhưng hiệu suất thấp, chỉ đạt 70 – 75% Trong quá trình này sẽ có sự bám dính trở lại của các hạt mực Do đó, để hỗ trợ quá trình khử mực người ta dùng các chất hoạt động bề mặt để tách các hạt mực ra khỏi xơ sợi và phân tán chúng Trong trường hợp này dùng các chất háo nước Phương pháp này chỉ áp dụng ở các nhà máy có năng suất đầu tư và chi phí thấp

- Phương pháp tuyển nổi: Hiệu quả đối với hạt mực có kích thước khoảng 15 - 150µm Mức loại mực đạt 80 – 97% Tính chất bột sau khử mực cao, hiệu suất từ 75 – 97% Trong quá trình này cần tránh hiện tượng các hạt mực lắng đọng lại xơ sợi bằng cách cho thêm các chất kỵ nước để tạo hiện tượng keo tụ, sục khí sinh ra các bọt khí trong quá trình tuyển nổi Phương pháp này áp dụng cho các nhà máy có

Trang 9

TUYỂN NỔI LẦN 1

NaOH, Na 2 SiO

H 2 O 2 , chất khử mực

HÓA CHẤT BỀ MẶT

CÔ ĐẶC PHÂN TÁN, TẨY

TUYỂN NỔI LẦN 2

CÔ ĐẶC PHÂN TÁN, TẨY LÀM SẠCH, SÀNG

Sơ đồ 1.1 Quy trình khử mực giấy loại

Các hóa chất chính được sử dụng trong quá trình khử mực được trình bày trong bảng 1.3

Trang 10

Bảng 1.3 Hóa chất sử dụng trong quá trình khử mực

Chất hoạt động bề mặt Thu gom mực trong quá trình tuyển nổi

Tác nhân chelat hóa (DTPA) Hạn chế sự phân huỷ H2O2 do các kim loại chuyển

tiếp Polyme Kết bông bùn, huyền phù từ nước trắng trong quá

trình cô đặc và tuyển nổi Tuỳ thuộc tính chất giấy loại và yêu cầu bột thành phẩm mà mức dùng một số hoá chất chính trong quá trình khử mực là NaOH: 0,6- 1,5%; Na2SiO3: 1,0 – 3,0%;

H2O2: 0,6 – 1,5%; pH từ 9,5 – 12, điển hình nằm trong khoảng 10 – 11 Với mục đích nâng cao hiệu quả khử mực, một số tác nhân sinh học đã được sử dụng để thúc đẩy quá trình tách mực trước khi rửa và tuyển nổi Với mỗi loại giấy loại khác nhau thì cần có quá trình nghiên cứu thử nghiệm trước khi đưa ra được phương pháp và quy trình khử mực thích hợp để hiệu suất và tính chất bột thu được là cao nhất.[7]

I.2.1 Giấy in báo và phương pháp in

Giấy in báo chứa chủ yếu là bột cơ học tẩy trắng và bột tái sinh Hàm lượng tro trong giấy in báo nằm trong khoảng 10 – 15% tuỳ loại giấy, bao gồm cả chất độn

và chất tráng phủ (nếu có) Các chất độn hiện nay chủ yếu là cao lanh và canxi cacbonat Giấy in báo phổ biến hiện nay có định lượng từ 40 – 65 g/m2, có thể có hoặc không có gia keo nội bộ, độ nhám bề mặt PPS (1 Mpa) không lớn hơn 2,5 mm, hàm lượng độn chiếm khoảng 0 – 15 % giống như trong bột tái chế và được in theo phương pháp offset và flexo

Giấy in báo loại là các loại giấy báo đã qua sử dụng hoặc bị loại trong quá trình sản xuất, phân loại, gia công, in ấn được sử dụng để tái sản xuất thành bột giấy (dùng cho sản xuất giấy in báo và giấy cacton) bằng các phương pháp xử lý cơ học hoặc kết hợp giữa phương pháp cơ học và hoá học Giấy báo loại có thể tái sử dụng nhiều lần, song số lần càng nhiều thì chất lượng giấy càng thấp đi do sự phá huỷ xơ sợi Quá trình sản xuất sau đó phải sử dụng một lượng xơ sợi nguyên thuỷ nhất định

để bù đắp lượng đã mất mát đó, cải thiện tính chất cơ lý của giấy

Giấy in báo ngoài thành phần xơ sợi còn các thành phần sau:[2]

Trang 11

- Phụ gia các loại : 3,0 – 30 %

- Tạp chất ngoại lai : 1,0 – 3,0 %

Mực in là hỗn hợp các chất màu được pha chế từ các thành phần khác nhau dung để tạo ra sự tương phản về màu sắc trên vật liệu in qua khuôn in, nó phải phù hợp với phương pháp in và tính chất của vật liệu in

Ứng với mỗi loại mực in thì có các phương pháp in khác nhau Một số phương pháp in hiện nay gồm: phương pháp in flexo, phương pháp in offset, phương pháp in lưới, phương pháp in ống đồng và phương pháp in phun Trong phạm vi đề tài này chỉ nghiên cứu giấy in báo được in theo phương pháp in offset

Mực in offset là hỗn hợp lỏng quánh dạng huyền phù, mịn, đặc, độ nhớt nằm trong khoảng 40 – 100 Pa.s, bền với nước và có độ đậm cao, độ dày màng mực từ 0,5 – 1,0 µm Thành phần cấu tạo mực offset gồm có:

- Pigmnet: 10 – 30 %

- Dầu liên kết: nhựa cứng (20 - 50 %); nhựa alkyd (0 – 20 %); dầu thực vật đã qua xử lý (0 – 30 %); các sản phẩm từ dầu mỏ (20 – 40 %)

- Chất làm khô: < 2 %

- Phụ gia (tùy theo loại mực): 10 %

- Các loại sáp để chống trầy xước và tăng độ dính

- Chất phụ gia để làm giảm sự khô tại máng mực và trong quá trình vận chuyển (Các chất phụ gia thêm vào khác nhau phụ thuộc vào phương pháp in, tính chất bề mặt của vật liệu in và tính chất sản phẩm in).[2]

Trong giấy in báo, mực sử dụng hấp thụ qua giấy trong khi chất lỏng trong các quá trình in khác thì bay hơi, để lại phần pigment trên mặt giấy Phương thức làm khô là chỉ dùng hiệu ứng thấm hút (coldset) Quá trình thấm hút tách các chất mang thành hai thành phần và quá trình khô hình thành Thông thường, trong thành phần mực in báo không có thành phần dầu khô (dầu khoáng) Đối với loại giấy báo chỉ in đen trắng thì hàm lượng mực in có trong đó là thấp, chỉ khoảng 1 – 2 % Tuy nhiên hiện nay báo thường được in nhiều màu nên quá trình khử mực trở nên khó khăn hơn

I.2.2 Quá trình khử mực giấy in báo bằng phương pháp tuyển nổi

Giấy báo loại hiện nay cũng là một trong những nguồn nguyên liệu dồi dào cho quá trình tái sản xuất bột giấy Quá trình khử mực giấy in báo có thể tiến hành kết hợp cả hai phương pháp rửa và tuyển nổi, trong đó quá trình tuyển nổi được chú

Trang 12

trọng hơn do loại bỏ được nhiều tạp chất, tận thu được cả xơ sợi vụn và chất độn mà

lại tiết kiệm lượng nước tiêu thụ cho cả quá trình

Công nghệ khử mực hiện nay ngày càng được cải tiến, chú trọng nhiều vào cải thiện hiệu quả của quá trình tuyển nổi vì đây là giai đoạn quan trọng, quyết định hiệu suất và tính chất của bột giấy sau khử mực Cơ chế tuyển nổi được minh họa ở

sơ đồ sau:

Sơ đồ 1.3 Cơ chế khử mực bằng phương pháp tuyển nổi

Mực loại bỏ trong quá trình tuyển nổi dựa trên sự khác nhau giữa tính ưa nước của xơ sợi và tính kị nước của mực Các thành phần mực kị nước có xu hướng bám vào các bọt khí và các bọt khí này bị tách khỏi các thành phần ưa nước (gồm xơ sợi và các chất độn vô cơ) trong quá trình tuyển nổi Các hạt mực được loại bỏ hiệu quả nếu bảm được hết vào các bọt khí và nổi lên trên bề mặt Diện tích bề mặt bọt càng lớn thì hiệu quả khử mực càng cao Điều này phụ thuộc nhiều vào tính chất của chất hoạt động bề mặt và tốc độ chuyển động của hỗn hợp trong thiết bị tuyển nổi

Theo lý thuyết, nếu loại bỏ được hoàn toàn mực mà không bị tổn thất xơ sợi

và chất độn thì khối lượng chất thải sau quá trình tuyển nổi chiếm khoảng 2% so với

Trang 13

nguyên liệu ban đầu Tuy nhiên tổng lượng thải thường lớn hơn 10% Như vậy cùng với các thành phần kị nước thì xơ sợi vụn và các chất vô cơ (thường thì các chất vô

cơ bị bao phủ bởi các chất tổng hợp mang tính kị nước) cũng bị loại bỏ trong quá trình khử mực Có thể lý giải một phần lý do của việc này là các xơ sợi có bề mặt ưa nước có khả năng hấp thụ các vật liệu ưa nước khác, gồm các hóa chất nội bộ và các chất kết dính được bổ sung ở phần ướt Sự hấp thụ này tạo nên tính chất khác biệt và làm tăng kích thước so với ban đầu khiến các xơ sợi này nổi lên và dễ dàng bị loại

bỏ trong quá trình tuyển nổi

Bề mặt ưa nước của các chất độn và xơ sợ vụn bị ảnh hưởng đáng kể bởi mức dùng kiềm trong quá trình đánh tơi Nếu bổ sung một lượng kiềm thích hợp thì có thể cải thiện tính ưa nước của một số huyền phù rắn, giảm được sự mất mát của xơ sợi vụn và các chất khoáng Tuy nhiên nếu vượt quá mức kiềm cho phép trong quá trình đánh tơi thì có thể làm phá vỡ hay hòa tan cấu trúc hạt mực và các sticky, gây khó khăn cho quá trình tuyển nổi sau này Do đó lựa chọn mức dùng kiềm phù hợp

là vấn đề quan trọng cần nghiên cứu trong quá trình khử mực bằng phương pháp tuyển nổi Xu hướng ngày nay là tiến hành quá trình khử mực trong môi trường kiềm nhẹ hoặc trung tính Quá trình khử mực như vậy giúp giảm được mức dùng hóa chất trong quá trình đánh tơi, giảm ảnh hưởng đến tính chất bột sau tuyển nổi cũng như giảm lượng thải độc hại ra môi trường Muốn đạt được mục đích như vậy thì sự hỗ trợ của enzym là rất cần thiết.[4]

I.2.3 Quá trình khử mực giấy in báo loại bằng phương pháp tuyển nổi có sử dụng ennzym lipase

Cho đến nay đã có nhiều nghiên cứu sử dụng enzym như cellulose, hemicellulase, lipase để hỗ trợ quá trình khử mực Enzym có thể cải thiện tính chất

kị nước của mực cũng như thay đổi một phần tính chất bề mặt của xơ sợi và chất độn, giúp tăng hiệu quả của quá trình tuyển nổi Sử dụng enzym trong môi trường trung tính thì các chỉ số của nước thải (ví dụ như COD, BOD5 và TSS) thấp hơn nhiều so với khử mực bằng phương pháp truyền thống Cơ chế hoạt động hiệu quả của enzym đã được ghi nhận như sau:

- Xơ sợi dưới tác dụng của enzym giải phóng mực dễ dàng hơn

- Tinh bột tráng phủ trên giấy có thể được hoà tan khi sử dụng enzym amylase, giúp giải phóng mực ra khỏi bề mặt xơ sợi

- Mực in dầu có thể bị thuỷ phân khi sử dụng enzym lipase

Trang 14

Chính nhờ khả năng thủy phân mực in dầu mà enzym lipase đã được sử dụng trong khử mực giấy báo loại Lipase (hay còn gọi là triacylglycerol acylhydrolase,

EC 3.1.1.3) là một enzym có khả năng xúc tác sự thủy phân các triacylglycerol thành glycerol và axít béo tự do (hình 1.2) [8] Lipase không những xúc tác cho quá trình thuỷ phân mà nó còn tham gia xúc tác cho quá trình tổng hợp ester hay các phản ứng ester hoá khi enzym hoạt động trong dung môi hữu cơ Các enzym thuỷ phân lipid được phân bố rộng rãi trong động vật, thực vật và vi sinh vật Enzym thuỷ phân lipid

có nguồn gốc từ vi sinh vật được chia làm nhiều nhóm bao gồm 3 loại khác nhau: carboxylesterase [EC.3.1.1.1] xúc tác cho phản ứng thuỷ phân các liên kết ester của axít cacboxylic chuỗi ngắn (C<10), lipase [EC 3.1.1.3] thuỷ phân triacylglyceride chuỗi dài (C>10) và nhóm phospholipids [EC 3.1.4.3] tham gia vào phản ứng thủy phân phospholipid phân cực [8], [9]

Sơ đồ 1.4 Phản ưng xúc tác thủy phân triacylglycerols bởi lipase

Lipase là enzym hoạt động ở lớp bề mặt giữa nước và lipid, quá trình này còn được gọi là hoạt hóa bề mặt Trong cấu trúc của hầu hết các lipase đều có một đoạn polypeptide nhỏ bao phủ trung tâm hoạt động và enzym ở trạng thái không hoạt động Trong phản ứng enzym - cơ chất, sau khi lipase khuếch tán vào lớp bề mặt nước và lipid, cấu trúc không gian của enzym có sự thay đổi với trung tâm hoạt động được bộc lộ ra tạo nên cấu trúc mở, do vậy cơ chất có thể liên kết với enzym

và thực hiện phản ứng Do lipase là một enzym hoạt hóa bề mặt, nên các thông số động học để xác định phản ứng enzym theo thời gian và theo cơ chất thường khó xác định và không tuân theo phản ứng động học Michaelis-Menten Mô hình nghiên cứu này chỉ phù hợp với các enzym và cơ chất hòa tan trong nước Ngược lại với lipase, phản ứng được xúc tác bởi esterase thường tuân theo phản ứng động học Michaelis-Menten bởi các axít béo chuỗi ngắn có thể hòa tan trong nước [10]

Axit béo

glycerol triacylglycerol

Lipase

Axit béo

glycerol triacylglycerol

Lipase

Trang 15

Trong công nghiệp giấy, enzym lipase có thể phá vỡ các liên kết este của các

chất hóa học nội bộ như AKD hay ASA, thủy phân mực in và các liên kết của

chúng, thúc đẩy quá trình thủy phân của giấy loại trong quá trình khử mực và giảm

được lượng mất mát trong quá trình tuyển nổi Đây là hướng nghiên cứu mới với

mục đích cải thiện hiệu suất và tính chất bột giấy sau quá trình khử mực bằng

phương pháp tuyển nổi Một số nghiên cứu cho thấy, sử dụng enzym lipase giúp

tăng cường các thành phần có tính ưa nước và hỗ trợ phân tách quá trình tuyển nổi

Theo nghiên cứu của Putz và các cộng sự, sử dụng enzym lipase trong quá trình

tuyển nổi giấy in báo giúp tăng độ trắng lên đáng kể và mức độ tăng tùy thuộc

phương pháp và vật liệu in

Bảng 1.4 Ảnh hưởng của phương pháp in đến độ trắng của bột giấy báo sau khử

mực

Độ Trắng, % ISO

Phương pháp in của giấy báo

Có sử dụng enzym Không sử dụng enzym

In off set đen trắng 58 53

Không chỉ cải thiện đáng kể độ trắng, nếu sử dụng enzym lipase kết hợp với

các enzym khác còn giúp giảm lượng bụi mực còn trong bột cũng như làm tăng hệ

số tán xạ của bột sau quá trình khử mực bằng phương pháp tuyển nổi Cụ thể nghiên

cứu Woodward và các cộng sự được đưa ra trong bảng 1.5

Bảng 1.5 Ảnh hưởng của các loại enzym khác nhau tới tính chất bột giấy báo sau

1 Lượng dung enzyme tính theo hàm lượng cacboxylmetyl cellulose

2 Lượng dung enzyme tính theo hàm lượng xylan

3 Enzym có chứa 6 U/ml cacboxylmetyl cellulose, 10 U/ml lipase

Trang 16

5 Enzym có chứa 0,2 U/ml cacboxylmetyl cellulose, 200 U/ml lipase

Theo nghiên cứu của Prasad và Rushing và các cộng sự, sử dụng enzym lipase trong quá trình khử mực giấy in báo có tác dụng làm giảm kích thước hạt mực, từ 16 – 37% tùy thuộc loại mực Cho đến nay, chưa có thêm nghiên cứu nào

có cơ sở hơn về việc giảm kích thước hạt mực như vậy

Kim và các cộng sự đã có nghiên cứu chỉ ra rằng, quá trình tẩy bột sau khử mực giấy in báo có sử dụng và không có sử dụng enzym có thể thu được độ trắng tương đương nhau Trong trường hợp không sử dụng enzym, tác nhân tẩy H2O2

được sử dụng trong cả quá trình đánh tơi và tẩy Nếu sử dụng enzym thì chỉ cần sử dụng H2O2 trong quá trình tẩy mà thôi Bột sau khử mực có sử dụng enzym dễ tẩy hơn và tiêu tốn hóa chất bằng một nửa so với không sử dụng enzym Nếu sử dụng cùng một lượng H2O2 thì bột khử mực có sử dụng enzym sẽ có độ trắng cao hơn nếu chỉ khử mực theo phương pháp truyền thống

Tính chất cơ lý của bột sau khử mực có sử dụng enzym lipase cũng được cải thiện rõ rệt Theo nghiên cứu của Heise và các cộng sự, độ trắng, diện tích hạt mực, khả năng thoát nước của bột giấy cũng như các tính chất cơ lý khác (độ bục, độ bền

xé, chiều dài đứt) đều tăng khi xử lý sơ bộ bằng enzym trước khi tuyển nổi Kết quả được đưa ra trong bảng 1.6

Bảng 1.6 Ảnh hưởng của quá trình khử mực có sử dụng enzym lipase tới tính

chất bột sau khử mực giấy báo loại

Phương pháp

khử mực

Độ trắng,

% ISO

Diện tích bụi,

mm2/m2

Độ thoát nước, CSF

Chiều dài đứt,

km

Chiều dài xé, mN.m2/g

Chỉ số bục, kPa.m2/g Nguyên liệu ban

Trang 17

Trong quá trình khử mực có sử dụng enzym, nước thải có chỉ số COD thấp hơn nhiều nếu chỉ khử mực theo phương pháp truyền thống do giảm được lượng thải

ra trong hệ thống Các nghiên cứu chỉ ra, nước thải của quá trình khử mực có sử dụng enzyme lipase có chỉ số COD thấp hơn từ 20 – 30% so với quá trình khử mực truyền thống Hơn nữa, môi trường khử mực trung tính do hạn chế được lượng kiềm dung trong quá trình đánh tơi giúp cho quá trình xử lý nước thải dễ dàng hơn Cụ thể thí nghiệm của Heise và các cộng sự đã chỉ ra như sau (Quá trình thí nghiệm chỉ tiến hành xử lý nước thải sau khử mực giấy in báo bằng hệ thống DAF một cấp)

Bảng 1.7 Tính chất nước thải của quá trình khử mực có sử dụng enzym

Nước thải vào DAF Nước thải ra DAF Nước thải ra BOD5, mg/l BOD5, mg/l

Hiện nay để nâng cao hiệu suất thu hồi bột giấy sau quá trình khử mực, nhiều nhà máy đã tiến hành quá trình tuyển nổi hai giai đoạn Quy trình sản xuất tiến hành như sơ đồ 1.4.[1]

Trang 18

Sơ đồ 1.4 Quy trình khử mực bằng phương pháp tuyển nổi hai giai đoạn

Tiến hành khử mực theo phương pháp tuyển nổi hai cấp có thể tăng hiệu suất thu hồi bột giấy thêm 4 – 5 % so với phương pháp tuyển nổi một giai đoạn mà các tính chất của bột vẫn đảm bảo yêu cầu sản xuất

Theo xu hướng chung của thế giới, Việt Nam cũng đang có nhiều nghiên cứu

và ứng dụng enzym trong quá trình khử mực Tuy nhiên các enzym hiện nay được

sử dụng chủ yếu có gốc cellulase, hemicellulase Một số các nghiên cứu đã được tiến hành trong nước đã chỉ rõ được khả năng hỗ trợ khử mực của enzym, hiệu suất cải thiện 3 – 4%, độ trắng tăng 1- 2 %ISO, các chỉ tiêu cơ lý đạt yêu cầu mà mức dùng hóa chất giảm [13]

CÔ ĐẶC (5)

TẨY (6)

RỬA (7)

XEO

(8)

THẢI

TUYỂN NỔI CẤP 1 (4)

ENZYM

TUYỂN NỔI CẤP 2

XỬ LÝ HÓA CHẤT

Trang 19

Kết luận từ tổng quan: Như vậy, các kết quả nghiên cứu trên thế giới cho thấy việc sử dụng enzym Lipase trong quá trình khử mực giấy in hoàn toàn có thể hỗ trợ loại mực đạt kết quả cao,tăng hiêu suất bột thu hồi và có lợi cho môi trường Việc nghiên cứu ứng dụng các công nghệ này trong điều kiện phù hợp ở Việt Nam nhằm đưa ra khuyến cáo về khả năng áp dụng trong thực tế sản xuất là rất cần thiết

Trang 20

PHẦN II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU II.1.Đối tượng, hóa chất và thiết bị nghiên cứu

II.1.1 Đối tượng nghiên cứu

Trong đề tài này đối tượng được lựa chọn để nghiên cứu là : Giấy báo loại trong nước (gồm hai loại báo nhân dân và báo quân đội)

II.1.2 Hóa chất

Các hóa chất chính dùng trong nghiên cứu là:

- Enzym: enzym Lipex từ chủng Furasium Oxysporum (Novozym – Đan Mạch ) hoạt tính 100U/g; enzym Optizym từ chủng Magnaporthe Grisea hoạt tính 60U/g và enzym Lipaz từ chủng tái tổ hợp Pichia Pastoris LP4.28 hoạt tính 70U/g

Các loại enzym đều được khuyến cáo sử dụng ở 40 – 50 oC và pH = 7- 8 Thời gian bảo quản 3- 6 tháng ở nhiệt độ 4oC

- Các hóa chất công nghiệp: Natri hydroxit, hydro peroxit, natri silicat, ETDA

- Chất khử mực: Neolex – 5259 xuất xứ Hàn Quốc do công ty TNHH Thuận Phát Hưng cung cấp

II.1.3 Thiết bị nghiên cứu

- Thiết bị đánh tơi 12 lít, tốc độ khuấy 900 vòng/phút

- Thiết bị khử mực tuyển nổi thí nghiệm dung tích 28 lít, hãng AMC của Mỹ với thông số kĩ thuật nhà sản xuất khuyến cáo là :Áp suất khí : 34,47 kPa; lưu lượng bột: 13,79 kPa

- Máy xeo Rapid – Kothen, hãng PTI của Áo

- Cân điện tử Melter độ chính xác ± 0,0001 của Thụy Sĩ

- Máy đo pH, giấy đo pH, nhiệt kế và các dụng cụ thủy tinh

- Lưới rửa bột 80 mắt

- Các thiết bị đo tính chất cơ lý của giấy

II.2 Phương pháp nghiên cứu

II.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu

Mẫu nguyên liệu được xé nhỏ, trộn đều và để đồng ẩm trong túi nilon kín Trước khi nghiên cứu, tiến hành xác định các chỉ số ban đầu của mẫu nguyên liệu là

độ khô và độ tro Kết quả như sau:

Trang 21

- Độ khô: 89,6 %

- Độ tro: 4,2 %

II.2.2 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài tiến hành nghiên cứu sử dụng enzym lipase trong quá trình khử mực bằng phương pháp tuyển nổi hai cấp gồm:

- Tiến hành khử mực giấy in báo theo phương pháp tuyển nổi thông thường chỉ sử dụng hóa chất

- Tiến hành khử mực giấy in báo theo phương pháp tuyển nổi có sử dụng enzym lipase

So sánh hai phương pháp và rút ra quy trình khử mực thích hợp

Quy trình công nghệ tham khảo dựa trên sản xuất thực tế, tài liệu tham khảo được lựa chọn như sau:

* Giai đoạn đánh tơi

- Khối lượng giấy loại, g KTĐ : 280

- Nồng độ đánh tơi, % : 5

- Thời gian đánh tơi, phút : 20

- Nhiệt độ đánh tơi, oC : nhiệt độ thường

*Giai đoạn tuyển nổi cấp 1

- Giai đoạn xử lý enzym

- Giai đoạn tuyển nổi cấp 1 ( Các thông số kĩ thuật dựa vào khuyến cáo của nhà sản

xuất thiết bị tuyển nổi thí nghiệm và thực tế của các hệ thống tuyển nổi đang hoạt động )

Trang 22

- Nồng độ bột, % : 1,0

- Thời gian tuyển nổi, phút : 10

Bột tốt sau giai đoạn tuyển nổi cấp 1 được rửa sạch và bảo quản ở 4oC trước khi xác định các tính chất Bột thải được giữ lại, xử lý enzym và hóa chất trước khi tiến hành giai đoạn tuyển nổi cấp 2

Giai đoạn tuyển nổi cấp 2 được tiến hành tương tự như giai đoạn tuyển nổi cấp 1 với nguyên liệu đầu vào là bột thải của giai đoạn tuyển nổi cấp 1 Bột sau giai đoạn tuyển nổi cấp 2 được rửa sạch và phối trộn với giấy báo loại làm nguyên liệu đầu vào cho quá trình tuyển nổi cấp 1

- Giai đoạn xử lý enzym

- Giai đoạn xử lý enzym

- Thời gian tuyển nổi, phút : 15

Bột sau tuyển nổi được tẩy với quy trình tẩy như sau:

* Giai đoạn tẩy

Bột sau quá trình tuyển nổi được rửa sạch và tẩy với quy trình như sau

Trang 23

* Rửa bột, vắt khô, xeo mẫu

- Rửa bột đến pH trung tính, vắt khô xác định hiệu suất và xeo mẫu định lượng 200 g/m2 xác định mức loại mực, độ trắng

Quy trình thí nghiệm được như sơ đồ 1.4

Bột trước và sau khi khử mực được xeo mẫu trên máy xeo thí nghiệm để xác định các tính chất cơ lý tại phòng thí nghiệm hoá lý - Viện công nghiệp Giấy và Xenluylo theo các tiêu chuẩn sau:

Độ bụi của tờ giấy được xác định theo tiêu chuẩn ngành 24 TCN 82 – 2003

đã được xây dựng tương thích với phương pháp tiêu chuẩn TAPPI T213 om-89 và được biểu thị qua diện tích các hạt bụi ( mực ) trên bề mặt giấy ( mm2 ), trên diện tích đo 1 m2

Mức độ loại mực được tính bằng tỷ lệ phần trăm của hiệu số độ bụi của giấy trước và sau khử mực, so với độ bụi của giấy trước khi khử mực

Trang 24

PHẦN III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN III.1 Khảo sát quá trình khử mực giấy in báo theo phương pháp tuyển nổi thông thường

Mục tiêu của thí nghiệm này là khảo sát quá trình tuyển nổi giấy in báo theo phương pháp thông thường để làm cơ sở so sánh khi khử mực có sử dụng enzym lipase Trên cơ sở các tài liệu tham khảo, các nghiên cứu trước đây và thực tiễn sản xuất ở một số nhà máy khử mực giấy in báo, các hoá chất được sử dụng là NaOH,

H2O2, ETDA, Na2SiO3 và chất hoạt động bề mặt Neolex – 5259 Chế độ công nghệ khử mực cho mỗi mẫu thí nghiệm được lựa chọn như sau:

- Giai đoạn đánh tơi: Khối lượng mẫu giấy KTĐ: 280g; Thời gian: 20 phút; Nhiệt độ thường; Nồng độ bột: 5%

- Giai đoạn xử lý hóa chất: Hóa chất ( NaOH: 1,0 %; Na2SiO3: 2,0 %; H2O2: 1,0 %, ETDA: 0,2 %, chất khử mực: 0,3 % so với khối lượng bột khô tuyệt đối); Nhiệt độ: 55 oC; Nồng độ bột: 5 %; Thời gian xử lý: 60 phút

- Giai đoạn tuyển nổi: Nồng độ bột: 1,0 %; Nhiệt độ: 45 oC; Thời gian tuyển:

Kết quả thí nghiệm cho thấy, sau khi xử lý hóa chất và tẩy thì các tính chất của bột được cải thiện đáng kể Sau khi xử lý hóa chất thì độ trắng tăng lên được 11

÷ 13 %ISO và đạt trên 55 %ISO Các tính chất cơ lý như độ bền xé, chỉ số bục, chỉ

số kéo đều tăng Dựa vào quy trình công nghệ trên, đề tài tiến hành nghiên cứu quá trình khử mực sử dụng kết hợp hóa chất và enzym, từ đó thấy rõ được hiệu quả khi

sử dụng enzym trong khử mực giấy in báo

Trang 25

Bảng 3.1 Tính chất bột giấy sau quá trình khử mực bằng phương pháp tuyển nổi

thông thường

Giấy in báo Chỉ tiêu Mẫu không xử

III.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại enzym Lipase trong quá trình đánh

tơi trước khi khử mực bằng phương pháp tuyển nổi truyền thống

Các nghiên cứu đã chỉ ra enzym thường được bổ sung trong giai đoạn đánh

tơi, đây là giai đoạn ban đầu làm tơi nguyên liệu cũng như làm bong hạt mực ra khỏi

xơ sợi.Sự có mặt của enzym là cần thiết để thúc đẩy quá trình thủy phân, phân tách

liên kết mực và xơ sợi Giai đoạn này chưa bổ sung hóa chất nên không làm ảnh

hưởng đến hoạt tính của enzym Do vậy, đề tài tiến hành khảo sát hiệu quả của 3

loại enzyme khác nhau tới quá trình đánh tơi Dựa vào kết quả thu được trong quá

trình khử mực, từ đó lựa chọn một loại enzym có hiệu quả hỗ trợ quá trình khử mực

cao nhất cho các nghiên cứu tiếp theo Ba loại enzyme được chọn là : enzym Lipex

(Lipase 1) từ chủng Furasium Oxysporum ( đặt mua của hãng Novozym – Đan

Mạch ), enzym Optizym (Lipase 2) từ chủng Magnaporthe Grisea và enzym Lipaz

từ chủng tái tổ hợp Pichia Pastoris LP4.28 (Lipase 3), trong đó enzym lipase 2 và

lipase 3 là hai enzym được công ty TNHH Thuận Phát Hưng cung cấp Chế độ công

Trang 26

- Giai đoạn xử lý hóa chất: Hóa chất ( NaOH: 1,0 %; Na2SiO3: 2,0 %; H2O2:

1,0 %, ETDA: 0,2 %, chất khử mực: 0,3 % so khối lượng bột khô tuyệt đối ); Nhiệt

độ: 55 oC; Nồng độ bột: 5 %; Thời gian xử lý: 60 phút

20 phút

- Giai đoạn tẩy: Hóa chất ( NaOH: 1,0 %, Na2SiO3: 2,0 %, H2O2: 1,0 %,

ETDA: 0,2 %); Nhiệt độ: 80oC; Thời gian: 90 phút; Nồng độ bột: 10 %

- Rửa bột, vắt khô, xeo mẫu: rửa bột đến pH trung tính, vắt khô, xác định hiệu

suất, xeo mẫu để xác định mức loại mực, độ trắng làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp

theo

Bảng 3.2 Tính chất bột giấy sau khử mực khi sử dụng các loại enzym khác nhau

Chỉ tiêu Mẫu đối chứng Lipase 1 Lipase 2 Lipase 3

Kết quả thí nghiệm cho thấy, sử dụng enzym hỗ trợ quá trình khử mực cho

kết quả rất khả quan, các chỉ số của bột đều tăng, đặc biệt là hiệu suất tăng 3 – 4%

và độ trắng tăng 2 – 3 %ISO Tuy nhiên, mức độ tác dụng của mỗi loại enzym là

khác nhau Trong 3 loại enzym thì enzyme lipase 1 cho hiệu quả khử mực cao nhất

(độ trắng đạt 58,8 %ISO, chỉ số bục là 1,62 kPa.m2/g, chỉ số xé là 8,42 mNm2/g,

chiều dài đứt là 3690 m và hiệu suất đạt 88,3 %) nhưng giá thành lại cao Trong khi

đó enzyme lipase 2 cũng có kết quả khử mực tương tự (độ trắng đạt 58,2 %ISO, chỉ

số bục là 1,50 kPa.m2/g, chỉ số xé là 8,30 mNm2/g, chiều dài đứt là 3640 m, mức

loại mực là 90,5% và hiệu suất đạt 87,7 %) mà lại được cung cấp trong nước với giá

thành thấp hơn, do đó đề tài lựa chọn enzyme lipase 2 cho quá trình nghiên cứu

nâng cao hiệu suất khử mực giấy in báo theo phương pháp tuyển nổi

Trang 27

Hình 3.1 Tính chất bột giấy sau khử mực khi sử dụng các loại enzym khác

nhau

III.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ tới hiệu quả khử mực giấy in báo loại trong quá trình tuyển nổi cấp 1

Sau khi lựa chọn được enzym thích hợp, đề tài tiến hành khử mực giấy in báo

có sử dụng enzym lipase theo phương pháp tuyển nổi hai cấp Mục tiêu của nghiên cứu là làm sao nâng cao được hiệu suất của quá trình mà các tính chất của bột vẫn đảm bảo (trong đó quan trọng nhất là hiệu suất bột thu được đạt trên 90%, độ trắng ≥

55 %ISO và mức loại mực trên 90%) Chính vì vậy đề tài đã tiến hành một số nghiên cứu sơ bộ và điều chỉnh mức dùng hóa chất, thời gian tuyển nổi phù hợp sao cho ít ảnh hưởng nhất đến hiệu suất bột sau khử mực Quá trình khử mực cấp 1 chung được lựa chọn tiến hành như sau:

- Giai đoạn đánh tơi: Khối lượng giấy KTĐ: 280g; Thời gian: 10 phút; Nhiệt

độ thường; Nồng độ bột: 5%

- Giai đoạn xử lý bằng enzym: Các yếu tố được nghiên cứu trong giai đoạn này gồm thời gian, mức dùng, nhiệt độ và pH môi trường xử lý enzym

- Giai đoạn xử lý hóa chất: Hóa chất ( NaOH: 0,8 %; Na2SiO3: 1,5%; H2O2: 0,8

%, ETDA: 0,2 %, chất khử mực: 0,2 % so khối lượng nguyên liệu khô tuyệt đối); Nhiệt độ: 55 oC; Nồng độ bột: 5 %; Thời gian xử lý: 60 phút

10 phút

Trang 28

Mẫu bột sau khi tuyển nổi được rửa sạch, vắt khô và bảo quản ở 4oC trước khi tiến hành các thí nghiệm tiếp theo Bọt mực và nước thải sau tuyển nổi có chứa xơ sợi vụn và chất độn được giữ lại cho quá trình tuyển nổi cấp 2

III.3.1 Ảnh hưởng của mức dùng enzym tới hiệu quả khử mực giấy in báo loại trong quá trình tuyển nổi cấp 1

Để nghiên cứu ảnh hưởng của mức dùng enzym tới hiệu quả của quá trình tuyển nổi khử mực cấp 1, chế độ công nghệ được tiến hành như quy trình chung, với thời gian xử lý enzym là 20 phút; nhiệt độ 40oC; pH môi trường 7 – 8 Thay đổi mức dung enzyme từ 0,01; 0,015; 0,020; 0,025; 0,030; 0,035; 0,040% Kết quả thu được như sau

Bảng 3.3 Kết quả quá trình tuyển nổi cấp 1 khi thay đổi mức dùng enzym trong

quá trình đánh tơi

Kết quả từ bảng 3.3 cho thấy, khi tăng mức dùng enzym trong quá trình đánh tơi thì hiệu quả khử mực tăng rõ rệt Ở mức dùng 0,03% mặc dù hiệu suất đạt 86% nhưng độ trắng bột sau khử mực đạt cao nhất là 57,5 %ISO Nếu tăng mức dùng enzym thì hiệu suất có tăng thêm (đạt 86,5 %) nhưng độ trắng tăng không đáng kể, thậm chí còn giảm (độ trắng là 57,0 %ISO nếu tăng mức dùng enzym lên 0,04%) Bên cạnh đó, các thông số nước thải (TSS sau tuyển nổi, COD, BOD5) cũng giảm khi tăng mức dùng enzym tới 0,03% Tiếp tục tăng mức dùng enzym lên 0,035% thì các chỉ số trên có giảm nhưng không đáng kể Như vậy mức dùng enzym thích hợp

Trang 29

Hình 3.2 Tính chất bột giấy khi thay đổi mức dùng enzym trong quá trình

đánh tơi trong quá trình tuyển nổi cấp 1

III.3.2 Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzym tới hiệu quả khử mực giấy in báo loại trong giai đoạn tuyển nổi cấp 1

Để nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian xử lý enzym tới hiệu quả của quá trình tuyển nổi khử mực cấp 1, chế độ công nghệ được tiến hành như quy trình chung với mức dùng enzym là 0,03%; nhiệt độ 40oC; pH môi trường 7 – 8 Thay đổi thời gian xử lý enzyme 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 phút Kết quả thu được như sau:

Bảng 3.4 Kết quả khử mực khi thay đổi thời gian xử lý enzym trong quá trình

Trang 30

58,1 %ISO, hiệu suất là 86,7 % và mức loại đạt 91,4 % Tuy nhiên, nếu tiếp tục kéo dài thời gian xử lý enzym lên trên 25 phút thì độ trắng và mức loại mực có tăng (cao nhất là 58,5 %ISO và 92,5 % ở 35 phút), các chỉ tiêu nước thải giảm nhưng không đáng kể trong khi đó hiệu suất lại có xu hướng giảm (xuống còn 85,1 % nếu kéo dài thời gian xử lý tới 40 phút) Điều này có thể do thời gian xử lý kéo dài làm tăng sự phân hủy bột cũng như các chất độn, làm thất thoát nhiều trong quá trình tuyển nổi

và rửa Do đó đề tài lựa chọn thời gian xử lý enzym là 20 phút cho các nghiên cứu tiếp theo

Hình 3.3 Tính chất bột giấy khi thay đổi thời gian xử lý enzym trong quá

Kết quả từ bảng 3.5 và hình 3.4 cho thấy, khi thay đổi môi trường xử lý enzym thì kết quả khử mực thay đổi Tuy nhiên kết quả khử mực đạt cao nhất ở pH môi trường trung tính, nằm trong khoảng 7- 8 Ở môi trường trong khoảng này ( pH

= 7,2 ) thì hiệu suất đạt 86,1 %; độ trắng đạt 57,9 %ISO và mức loại mực đạt 90,3

Trang 31

% Các chỉ số nước thải (TSS, COD và BOD5) đều thấp nhất Nếu tăng pH môi

trường (trong khoảng 9 -10) thì độ trắng bột có tăng nhưng hiệu suất lại giảm, đồng

thời các chỉ số nước thải lại tăng cao Có thể lý giải là ở môi trường kiềm, xơ sợi

trương nở cùng với các chất độn cũng bị thủy phân nhiều, làm tăng lượng xơ sợi vụn

thải ra trong quá trình tuyển nổi và rửa Như vậy, pH môi trường xử lý enzym thích

hợp là trong khoảng 7 – 8

Bảng 3.5 Kết quả khử mực khi thay đổi pH môi trường xử lý enzym trong quá

trình đánh tơi trong quá trình tuyển nổi cấp 1

pH môi trường Chỉ tiêu

Hình 3.4 Tính chất bột giấy khi thay đổi pH môi trường xử lý enzym trong quá

trình đánh tơi trong quá trình tuyển nổi cấp 1

III.3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý enzym tới hiệu quả khử mực giấy in báo

loại trong quá trình tuyển nổi cấp 1

Để nghiên cứu ảnh hưởng của mức dùng enzym tới hiệu quả của quá trình

tuyển nổi khử mực cấp 1, chế độ công nghệ được tiến hành như quy trình chung, với

mức dùng enzym là 0,03%; nhiệt độ 40oC; thời gian xử lý 20 phút; pH môi trường

Trang 32

trong khoảng 7 - 8 Thay đổi nhiệt độ xử lý enzym 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55,

60oC Kết quả thí nghiệm như sau:

Bảng 3.6 Kết quả khử mực khi thay đổi nhiệt độ xử lý enzym trong quá trình

đánh tơi trong quá trình tuyển nổi cấp 1

Nhiệt độ xử lý enzym, oC Chỉ tiêu

Đồ thị 3.5 Tính chất bột sau khử mực khi thay đổi nhiệt độ xử lý enzym trong

quá trình đánh tơi trong quá trình tuyển nổi cấp 1

Kết quả từ bảng 3.6 và đồ thị 3.5 cho thấy, nhiệt độ xử lý enzym có ảnh

hưởng đến quá trình khử mực Nếu tăng nhiệt độ từ nhiệt độ thường (khoảng 28 – 30

oC) đến 40 oC thì hiệu suất tăng 1,8 % (tăng từ 85,3 % đến 86,9 %), độ trắng tăng

1,0 %ISO (từ 56, 8 đến 57,8 %ISO), mức loại mực tăng và đạt trên 90,3 % Tiếp tục

tăng nhiệt độ tới 45 oC thì độ trắng có tăng (đạt trên 58 %ISO) nhưng hiệu suất lại

có xu hướng giảm Các chỉ số nước thải cũng giảm nhưng không đáng kể Do vậy đề

tài lựa chọn nhiệt độ là 40 oC cho các nghiên cứu tiếp theo

Trang 33

Kết luận: Từ các kết quả nghiên cứu, chế độ công nghệ sử dụng enzym Lipase trong quá trình tuyển nổi cấp 1 giấy in báo loại được lựa chọn như sau:

- Giai đoạn đánh tơi: Thời gian: 10 phút; Nhiệt độ thường; Nồng độ bột: 5%

- Giai đoạn xử lý bằng enzym: Mức dùng 0,03%; Thời gian xử lý: 20 phút; Nồng độ: 5 %; Nhiệt độ: 40 oC; pH = 7,0 ÷ 8,0

- Giai đoạn xử lý hóa chất: Hóa chất ( NaOH: 0,8 %; Na2SiO3: 1,5 %; H2O2: 0,8 %, ETDA: 0,2 %, chất khử mực: 0,2 % ); Nhiệt độ: 55 oC; Nồng độ bột: 5 %; Thời gian xử lý: 60 phút

Độ tro mẫu bột thải đạt 28,9 % (tương đương lượng xơ sợi vụn có khả năng chiếm 28,9 %) Quy trình tuyển nổi cấp 2 được lựa chọn như sau:

- Giai đoạn xử lý bằng enzym: Nghiên cứu sự thay đổi của mức dùng enzym, nhiệt độ, thời gian và pH môi trường xử lý enzym

- Giai đoạn xử lý hóa chất: Hóa chất ( NaOH: 0,5 %; Na2SiO3: 1,0 %; H2O2: 0,5%, ETDA: 0,2 %, chất khử mực: 0,1 % ); Nhiệt độ: 55 oC; Nồng độ bột: 10 %; Thời gian xử lý: 30 phút

10 phút

Do là bột thải của giai đoạn tuyển nổi cấp 1 nên bột sau giai đoạn tuyển nổi cấp 2 không xác định được mức loại mực Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử mực cấp 2 được nghiên cứu là mức dùng enzym, thời gian xử lý enzym, pH môi trường xử lý enzym và nhiệt độ xử lý enzym

Trang 34

III.4.1 Ảnh hưởng của mức dùng enzym đến hiệu quả khử mực giấy in báo loại trong quá trình tuyển nổi cấp 2

Để nghiên cứu ảnh hưởng của mức dùng enzym tới hiệu quả của quá trình tuyển nổi khử mực cấp 2, chế độ công nghệ được tiến hành như quy trình chung, với thời gian xử lý 20 phút, nhiệt độ 40oC, pH môi trường trong khoảng 7- 8 Thay đổi mức dung enzyme từ 0,01; 0,015; 0,020; 0,025; 0,030; 0,035; 0,040% Kết quả thu được như sau:

Bảng 3.7 Kết quả khử mực khi thay đổi mức dùng enzym trong quá trình tuyển

nổi cấp 2

Kết quả thí nghiệm từ bảng 3.7 và đồ thị 3.6 cho thấy hiệu suất và độ trắng bột thu được trong quá trình tuyển nổi cấp 2 là rất thấp (Hiệu suất < 10 % và độ trắng < 43 %ISO) Đó là do lượng xơ sợi và chất độn còn lại trong bột thải là ít và mịn, nên quá trình thu hồi là khó khăn Nhờ quá trình xử lý enzym, hiệu suất thu hồi được cải thiện và đạt cao nhất ở mức dùng 0,025% (đạt 9,2 %) và độ trắng đạt 43,8%ISO Tiếp tục tăng mức dùng enzym trong giai đoạn tuyển nổi cấp 2 thì kết quả khử mực không tăng đáng kể, hiệu suất giảm Điều này có thể do sự thủy phân của enzym diễn ra làm hòa tan lượng mực có trong bột khiến quá trình tuyển nổi đạt hiệu quả không cao Như vậy, mức dùng 0,025 % là phù hợp

Mức dùng enzym, % Chỉ tiêu

Trang 35

Hình 3.6 Tính chất bột sau khử mực khi thay đổi mức dùng enzym trong quá

Kết quả từ bảng 3.8 và hình 3.7 cho thấy, khi tăng thời gian xử lý enzym đến

25 phút thì kết quả khử mực có tăng Ở 25 phút, hiệu suất bột tăng 17,1% so với không xử lý enzym, đạt 10,7 % và độ trắng đạt 43,1 %ISO Nếu tiếp tục tăng mức dùng enzym thì độ trắng tăng không đáng kể mà hiệu suất lại giảm, các chỉ số nước thải giảm không đáng kể Do đó đề tài chọn thời gian xử lý enzym là 25 phút cho các nghiên cứu tiếp theo

Trang 36

Hình 3.7 Tính chất bột sau khử mực khi khi thay đổi thời gian xử lý enzym trong

quá trình tuyển nổi cấp 2

III.4.3 Ảnh hưởng của pH môi trường xử lý enzym tới hiệu quả khử mực giấy in báo loại trong quá trinh tuyển nổi cấp 2

Để nghiên cứu ảnh hưởng pH môi trường xử lý enzym tới hiệu quả của quá trình tuyển nổi khử mực cấp 2, chế độ công nghệ được tiến hành như quy trình chung, trong đó mức dùng enzym là 0,025%, thời gian xử lý enzym 25 phút và thay đổi pH môi xử lý enzym trong khoảng 4 - 5, 7 – 8, 9 - 10 Kết quả thu được như sau:

Trang 37

Bảng 3.9 Kết quả khử mực khi thay đổi pH môi trường xử lý enzym trong quá

trình tuyển nổi cấp 2

pH môi trường Chỉ tiêu

Hình 3.8 Tính chất bột giấy sau khử mực khi thay đổi pH môi trường xử lý

enzym trong quá trình tuyển nổi cấp 2

Kết quả từ bảng 3.9 và hình 3.8 cho thấy, kết quả khử mực thay đổi khi thay đổi môi trường xử lý enzym Tương tự như trong quá trình tuyển nổi cấp 1, tại môi trường pH trong khoảng 7 -8 thì kết quả khử mực đạt được là cao nhất (hiệu suất đạt 10,4 % và độ trắng đạt 42,7 %ISO) Các chỉ số nước thải đều thấp nhất, như vậy đề tài lựa chọn pH xử lý enzym là trong khoảng 7 – 8

III.4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý enzym tới hiệu quả khử mực giấy in báo loại trong quá trình tuyển nổi cấp 2

Để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý enzym tới hiệu quả của quá trình tuyển nổi khử mực cấp 2, chế độ công nghệ được tiến hành như quy trình chung, trong đó mức dùng enzym là 0,025%, thời gian xử lý 25 phút, pH môi trường

Trang 38

7 – 8 và thay đổi nhiệt độ xử lý enzym 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60oC Kết quả thí nghiệm như sau:

tuyển nổi cấp 2

Nhiệt độ xử lý enzym, phút Chỉ tiêu

30 40 45 50 55 60 Hiệu suất, % 9,3 10,2 10,0 9,9 9,3 8,6

Độ Trắng, %ISO 41,8 42,3 42,4 42,0 41,9 41,2

TSS sau tuyển, g/l 9156 8195 8187 7630 7256 7280

BOD5, g/l 775,1 687,3 667,9 661,4 659,8 253

COD, g/l 1201 1089 1084 1010 985 952

Hình 3.9 Tính chất bột sau khử mực khi thay thay đổi thời gian xử lý enzym

trong quá trình tuyển nổi cấp 2

Kết quả từ bảng 3.10 và hình 3.9 cho thấy, nhiệt độ xử lý enzym cũng có ảnh hưởng tới kết quả khử mực Hiệu suất bột thu được đạt cao nhất là 10,2% khi xử lý enzym ở 40 oC Ở nhiệt độ này độ trắng đạt 42,3 %ISO Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ thì độ trắng có tăng nhưng không đáng kể (chỉ lên được 0,1 %ISO) mà hiệu suất lại

có xu hướng giảm Như vậy đề tài chọn nhiệt độ xử lý enzym là 40oC (kết quả này chứng tỏ nhiệt độ hoạt động tối ưu của enzym là 40oC và pH môi trường trong khoảng 7 - 8)

Kết luận: Từ các kết quả nghiên cứu, chế độ công nghệ sử dụng enzym hỗ trợ khử mực giấy in báo loại trong giai đoạn tuyển nổi cấp 2 được lựa chọn như sau:

Trang 39

- Giai đoạn xử lý bằng enzym: Mức dùng 0,025%; Thời gian xử lý: 25 phút; Nồng độ: 10 %; Nhiệt độ: 40 oC; pH = 7,0 ÷ 8,0

10 phút

Hiệu suất bột thu được là 9,8 %; độ trắng 42,3 %ISO Do độ trắng của bột sau giai đoạn khử mực cấp 2 quá thấp như vậy nên không thể sử dụng ngay cho sản xuất giấy mà được chuyển tới làm nguyên liệu đầu vào cho giai đoạn khử mực cấp 1

IV Thiết lập quy trình công nghệ nâng cao hiệu suất quá trình tuyển nổi khử mực có

sử dụng enzym lipase

Từ các kết quả nghiên cứu giai đoạn tuyển nổi cấp 1 và cấp 2, quy trình công nghệ tuyển nổi hai cấp nhằm nâng cao hiệu suất bột thu hồi được thiết lập như sau:

*Giai đoạn đánh tơi:

- Khối lượng nguyên liệu KTĐ: 280g; Thời gian: 10 phút; Nhiệt độ thường; Nồng độ bột: 5%

Trong đó: nguyên liệu được bổ sung 9,8 % là bột tuyển sau giai đoạn tuyển nổi cấp 2 (tương ứng 27,44 g bột sau tuyển nổi cấp 2 và 252,56 g nguyên liệu giấy báo loại KTĐ)

*Giai đoạn tuyển nổi cấp 1:

- Giai đoạn xử lý bằng enzym: Mức dùng 0,03%; Thời gian xử lý: 20 phút; Nồng độ: 5 %; Nhiệt độ: 40 oC; pH = 7,0 - 8,0

10 phút

- Giai đoạn xử lý bằng enzym: Mức dùng 0,025%; Thời gian xử lý: 25 phút; Nồng độ: 10 %; Nhiệt độ: 40 oC; pH = 7,0 - 8,0

Trang 40

- Giai đoạn xử lý hóa chất: Hóa chất ( NaOH 0,5 %; Na2SiO3: 1,0 %; H2O2:

0,5%, ETDA: 0,2 %, chất khử mực: 0,1 % ); Nhiệt độ: 55 oC; Nồng độ bột: 10 %;

Thời gian xử lý: 60 phút

10 phút

*Giai đoạn tẩy

- Hóa chất ( NaOH: 1,0 %, Na2SiO3: 2,0 %, H2O2: 1,0 %, ETDA: 0,2 %);

Nhiệt độ: 80oC; Thời gian: 90 phút; Nồng độ bột: 10 %