Xây dựng qui trình tẩy trắng bột giấy từ cỏ voi lai (pennisetum purpureum) bằng hydroperoxit

LỜI CẢM ƠN Nhân dịp hồn thành khố luận tốt nhiệp cho tơi đƣợc bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Lê Quang Diễn tận tình giúp đỡ tơi nhiều thời gian làm khố luận Đồng thời cho tơi gửi lời cảm ơn đến tất Thầy, Cô giáo Bộ môn chế biến lâm sản Thầy, Cô giáo Trƣờng Đại học Lâm Nghiệp giảng dạy truyền đạt cho chúng tơi kiến thức bổ ích, q báu suốt q trình tơi học tập Trƣờng Cuối xin chân thành cảm ơn đến bạn bè, ngƣời thân ủng hộ, giúp đỡ suốt thời gian qua Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Tây, ngày tháng năm Sinh viên thực Trịnh Hữu Minh MỤC LỤC MỤC LỤC…………………………………………………………….…2 ĐẶT VẤN ĐỀ……………………………………………………….… Phần1 KHÁI QUÁT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU…………………….… 1.1 Mục tiêu nghiên cứu…………………………………………….… 1.2 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu……………………………….….6 1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu……………………………………………6 1.4 Ý nghĩa lý luận thực tiễn đề tài……………………… ……6 Phần TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU………………… 2.1 Tổng quan công nghiệp giấy giới Việt Nam……………… 2.2 Một số vấn đề sản xuất bột giấy phƣơng pháp học……12 2.2.1 Quy trình sản xuất bột cơ……………………………………… 12 2.2.2 Tẩy trắng bột cơ………………………………………………….13 2.3 Tình hình sản xuất nghiên cứu ngồi nƣớc………… ….15 Phần PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…………………………… 18 3.1 Chuẩn bị nguyên liệu………………………………………………18 3.2 Xác định độ ẩm nguyên liệu……………………………………….18 3.3 Xác định số thành phần hoá học nguyên liệu…………… 19 3.3.1 Xác định hàm lƣợng chất tan nƣớc lạnh………………… 19 3.3.2 Xác định hàm lƣợng chất tan nƣớc nóng………… ….19 3.3.3 Xác định hàm lƣợng chất tan dung dịch NaOH 0,5% 19 3.3.4 Xác định hàm lƣợng xenluloza………………………………… 20 3.4 Tẩy trắng bột giấy……………………………………………….…20 3.5 Xác định độ trắng bột……………………………………….…21 Phần KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU…………………………………….22 4.1 Thành phần hoá học nguyên liệu………………………………22 4.2 Tẩy trắng bột giấy thu đƣợc từ cỏ voi lai……………………….….23 4.2.1 Ảnh hƣởng mức dùng hydroperoxit…………………… …24 4.2.2 Ảnh hƣởng thời gian xử lý đến độ trắng bột…… … …25 4.2.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ xử lý đến độ trắng bột……………25 4.3 Quy trình tẩy trắng bột từ cỏ voi hydroperoxit…… ……27 KẾT LUẬN………………………………………………………….….28 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………… ……………29 ĐẶT VẤN ĐỀ Giấy đƣợc ngƣời biết đến sử dụng từ lâu đời Nó khơng đơn đƣợc biết đến công việc ghi chép, in ấn, lƣu trữ trao đổi thông tin mà cịn có mặt lĩnh vực hoạt động đời sống ngƣời Ngày nay, với phát triển kinh tế, khoa học công nghệ, đời sống vật chất tinh thần ngƣời không ngừng nâng cao, dân số tăng theo, nhu cầu sử dụng giấy ngày cao Chính vậy, nhiệm vụ đặt cho ngành công nghiệp giấy nặng nề, phấn đấu đáp ứng nhu cầu ngày tăng giấy xã hội Theo dự đoán sản lƣợng bột giấy giấy nƣớc đạt 1,3 - 1,5 triệu bột giấy vào năm 2010 1,8 triệu bột 3,6 triệu giấy vào năm 2020 [4] Để đáp ứng đƣợc kế hoạch đó, ngành giấy Việt Nam cần lƣợng nguyên liệu lớn Trong thực trạng nay, nhiều nguyên nhân khác rừng tự nhiên ngày khan cạn kiệt, khơng cịn nơi giữ vai trị chủ yếu cung cấp ngun liệu cho cơng nghệ chế biến gỗ, rừng trồng chƣa thay đƣợc rừng tự nhiên vai trò cung cấp nguyên liệu cho ngành công nghiệp Mặt khác, nhu cầu sử dụng sản phẩm gỗ ngày tăng số lƣợng chất lƣợng, việc nghiên cứu tìm nguồn ngun liệu nhƣ sử dụng có hiệu nguồn nguyên liệu sẵn có, có ý nghĩa đặc biệt quan trọng Cho đến nguyên liệu cho sản xuất bột giấy chủ yếu gỗ Song với tốc độ phát triển nhƣ việc đa dạng hoá nguyên liệu, vấn đề sử dụng loại thực vật phi gỗ, làm nguyên liệu cho sản xuất bột giấy đƣợc đặc biệt quan tâm Vấn đề đặt đƣa loại nguyên liệu đáp ứng đƣợc yêu cầu, tính chất nguyên liệu cho sản xuất bột giấy Phế liệu sản phẩm nuôi trồng nông nghiệp loại nguyên liệu tiềm Việc tìm đƣợc loại hình cơng nghệ sản phẩm sử dụng hiệu chúng làm phong phú thêm nguồn nguyên liệu cho ngành sản xuất bột giấy, góp phần chuyển đổi cấu kinh tế, nâng cao đời sống xã hội Đáp ứng tình hình tơi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Xây dựng qui trình tẩy trắng bột giấy từ cỏ Voi lai (Pennisetum purpureum) hydroperoxit” PHẦN I KHÁI QUÁT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.Mục tiêu nghiên cứu: - Xác định số thành phần hoá học cỏ voi lai - Xây dựng quy trình tẩy trắng bột giấy từ cỏ voi lai hydroperoxit 1.2 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu: - Đối tƣợng nghiên cứu: Thân cỏ voi lai - Phạm vi nghiên cứu: Cỏ voi lai đƣợc lấy từ huyện Vĩnh Lạc Vĩnh Phúc 1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu: - Các phƣơng pháp phân tích thành phần sinh khối thực vật theo tiêu chuẩn Hiệp hội kỹ thuật quốc tế giấy bột giấy (TAPPI) - Các phƣơng pháp nghiên cứu, thực nghiệm - Các phƣơng pháp Xử lý số liệu nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa lý luận thực tiễn đề tài Kết nghiên cứu sở cho việc xây dựng quy trình sản xuất bột giấy từ thân cỏ voi, tài liệu tham khảo lĩnh vực nghiên cứu tính chất sinh khối thực vật cơng nghệ sản xuất bột giấy PHẦN II.TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2.1.Tổng quan công nghiệp giấy giới Việt Nam Ngày giấy trở thành nhu cầu thiếu ngƣời Từ chỗ ban đầu phiên quý đời sống, đến mức sử dụng giấy bình quân giới đạt 50kg/đầu ngƣời Cùng với việc mở rộng dạng nguyên liệu làm giấy phát triển không ngừng kỹ nghệ, công nghệ, trang thiết bị sản xuất giấy Cuối kỷ XX giới có khoảng 5900 nhà máy, xí nghiệp sản xuất bán thành phẩm xơ sợi với tổng công suất gần 220 triệu tấn/năm, 8830 nhà máy sản xuất giấy cactông loại, tổng công suất 350 triệu tấn/năm, hàng ngàn doanh nghiệp, sở sản xuất vừa nhỏ đáp ứng nhu cầu ngày tăng nhân loại giấy sản phẩm giấy [5] Hiện thấy xu hƣớng sản xuất bột có chi phí cao chuyển dịch xuống Quốc gia vùng Nam Á Đông Nam Á để giảm chi phí Sự bành trƣớng lực sản xuất bột diễn Châu Mỹ La Tinh, Nga Đông Nam Á Công suất tăng thêm dự án dự án mở rộng 2006 2015 có xu hƣớng đầu tƣ nhƣ sau: - Sản xuất bột hóa, đặc biệt Châu Mỹ La Tinh Đơng Nam Á - Sản xuất bột hố nhiệt tẩy trắng toàn cầu, bột kraft tẩy trắng Nga Mỹ La Tinh - Bột tái sinh phát triển mạnh Trung Quốc Ấn Độ Nhu cầu mở rộng nguyên liệu cung cấp cho nhà máy bột tăng cao Sự tăng quỹ đất cho trồng rừng công nghiệp diễn nƣớc Phƣơng Nam Hiện tập đoàn sản xuất giấy bột giấy tự quy hoạch (theo quốc gia) nguồn rừng nguyên liệu chiến lƣợc Việt Nam điểm đến tập đoàn Sự tăng trƣởng sản lƣợng với việc thúc đẩy khai thác lâm sản, đồng thời tụt hậu công nghệ sản xuất giấy thời nảy sinh nhận thức xã hội mối đe doạ công nghiệp xenluloza giấy môi trƣờng sống sức khỏe nhân loại Do đó, nỗ lực ngành giấy giới thập kỷ gần tạo chuyển biến mạnh mẽ số lƣợng lẫn chất lƣợng tồn cơng đoạn sản xuất Đó là: Nguồn nguyên liệu Ba nguồn nguyên liệu xơ sợi chủ yếu công nghiệp xenluloza-giấy bao gồm: - Nguyên liệu gỗ - Nguyên liệu phi gỗ - Giấy phế liệu Nguyên liệu gỗ nguyên liệu chủ yếu công nghiệp bột giấy giấy Trong thập kỉ gần sử dụng nguyên liệu gỗ tiếp tục tăng Thế giới Việt Nam nói riêng mở mang quy hoạch, cải tạo, trồng thêm rừng, nhằm trì sống đảm bảo phát triển ổn định cho rừng Nhiều nhà máy sản xuất bột giấy quy hoạch vùng nguyên liệu lâm sản cho doanh nghiệp Các vùng nguyên liệu tự trồng phát triển mạnh Về nguyên tắc, bột giấy sản xuất từ nguyên liệu tự trồng có chất lƣợng so với gỗ rừng tự nhiên, song theo dự đoán, năm tới nguồn nguyên liệu tiếp tực đƣợc mở rộng Môt số nhà máy chuyển sang sử dụng 100% nguyên liệu phế thải chế biến gỗ nhƣ dăm gỗ, mùn cƣa… Mức sử dụng nguyên liệu gỗ (các loại ngắn ngày: tre nứa, lau sậy, bông, rơm rạ,…) tổng thể nguyên liệu ngành giấy vòng 30 năm trở lại giảm rõ rệt từ 10% đến 3% Tổng lƣợng giấy phế liệu tổng thể bán thành phẩm sợi vòng 30 năm gần tăng gấp ba lần chiếm tới 45%.Chế biến giấy, không ngừng tăng trƣởng phần nguồn nguyên liệu sinh khối thực vật bị cạn kiệt Sự bùng nổ phát triển lĩnh vực sản xuất Việt Nam chủ yếu gắn liền với gia tăng nhanh, nhu cầu sản phẩm giấy mà ngành chế biến giấy đáp ứng, nhƣ giấy vệ sinh, giấy bao bì chất lƣợng thấp Mặc dù vậy, cơng nghệ chế biến giấy loại đạt mức phát triển cao Một số loại bột giấy sau tinh chế tẩy trắng có giá trị ngang với bột tẩy trắng sản xuất từ gỗ rộng Những xu hƣớng phát triển công nghiệp xenlulozagiấy giới ảnh hƣởng trực tiếp tới công nghiệp Việt Nam Mấy thập niên qua đƣợc xem “thời kỳ đổi mới” (1986-2005) đất nƣớc mà ngành giấy khơng ngoại trừ Đó thời kỳ phát triển rự rỡ ngành giấy Việt Nam từ trƣớc đến nhờ sách cải cách kinh tế đắn Nhà nƣớc Sự đời nhà máy giấy Bãi Bằng với qui mô lớn đại nƣớc, với công suất ban đầu 55 000 giấy in, giấy viết năm việc đầu tƣ nhà máy giấy Tân Mai với dây truyền sản xuất bột công suất 40 000 năm, tảng cho phát triển công nghiệp giấy bột giấy Việt Nam Ngành kinh tế nƣớc ta đà phát triển, ngành công nghiệp sản xuất nƣớc hƣớng tới hội nhập quốc tế WTO Phải nói hội thách thức lớn ngành cơng nghiệp sản xuất nói chung ngành cơng nghiệp sản xuất bột giấy giấy nói riêng Bởi ngành giấy đƣợc phát triển dựa quy mô nhỏ, tản mạn, công nghệ lạc hậu, gây ô nhiễm môi trƣờng, 60% thập niên 1950 - 1960, lại thập niên 1970 - 1980 Cả nƣớc chƣa có nhà máy chuyên sản xuất bột giấy, dẫn đến cân đối sản xuất bột giấy Lƣợng bột giấy thiếu hụt phải nhập từ nƣớc ngồi làm giấy phải chịu nhiều tác động khơng nhỏ giá bột giới tăng nhanh Tuy nhiên năm gần ngành giấy không ngừng phát triển, cải tiến kỹ thuật công nghệ sản xuất, nâng cao chất lƣợng, đáp ứng phần nhu cầu cho nƣớc Theo số liệu thống kê Hiệp hội giấy bột giấy Việt Nam , tốc độ tăng trƣởng sản xuất nghành giấy nƣớc ta khoảng 1516%, từ 80 000 lên 958 000 tấn/năm (2007), tăng 10 lần vòng 20 năm Hiện nƣớc có dƣới 300 doanh nghiệp sản xuất kinh doanh bột giấy giấy Sự phát triển hài hoà cân đối Nghành giấy đáp ứng đƣợc 98% nhu cầu giấy viết giấy in, 73% nhu cầu giấy báo, gần 97% nhu cầu giấy vệ sinh, khăn giấy gần 60% nhu cầu giấy bao bì Tuy nhiên ngành giấy đáp ứng đƣợc 5,7% nhu cầu giấy tráng phủ, 76,3% nhu cầu giấy làm lớp mặt 67% nhu cầu giấy làm lớp song cho hòm hộp cactong song Một mặt yếu ngành giấy Việt Nam phát triển chƣa bền vững, chƣa hấp dẫn đầu tƣ nƣớc ngoài, bị lệ thuộc bột giấy nhập Sức cạnh tranh ngành yếu so với nƣớc khu vực Trình độ cơng nghệ ngành mức trung bình so với giới Phần lớn nhân lực ngành chƣa đƣợc đào tạo chuyên nghiệp Tổng quát công nghiệp bột giấy giấy Việt Nam năm 2007 Bột giấy Hạng mục Đơn vị Tổng công suất 965000 1158000 Tiêu dùng 1084000 1554578 Sản lƣợng 953000 958000 Nhập 95000 766958 Xuất - 170980 (+ bột tái sinh) Nguồn: Hiệp hội giấy bột giấy Việt Nam 10 Giấy vào bột dịch nhằm kìm hãm trình phân huỷ H2O2 dƣới tác dụng ion kim loại đa hoá trị chứa bột nƣớc sử dụng 2.3.Tình hình sản xuất nghiên cứu nƣớc Tuỳ thuộc vào nguồn gốc nguyên liệu phi gỗ quy uớc đƣợc chia thành loại Phế thải sản xuất nông nghiệp - rơm rạ, bã mía, bơng phế thải, ngơ, lúa mạch,… Nguyên liệu công nghiệp đƣợc cung cấp từ đồn điền, trang trại, nhƣ cà phê, lanh, đay… Nguyên liệu phi gỗ sinh trƣởng tự nhiên, nhƣ tre nứa, lau sậy Bên cạnh loại nguyên liệu phi gỗ nhƣ tre nứa, rơm rạ, lƣơng thực, loại cỏ….cũng chiếm lƣợng lớn cấu nguyên liệu sản xuất bột giấy Điển hình cỏ voi đƣợc đƣa vào trồng Việt Nam vài năm gần đƣợc quy hoạch nuôi trồng tốt loại nguyên liệu tiềm cho sản xuất bột giấy Cỏ voi (penni setum purpureum) loại cỏ thân cao có nguồn gốc từ Châu phi đƣợc phát vào năm 1913 đa dạng Chúng mọc thành bụi rậm cao 2mét Thân to, có lơng, màu vàng đỏ tía Lá dài từ hai đến ba mét, nhọn cuối lá, rộng khoảng 10cm Cây cỏ voi sinh sản hữu tính, nhƣng hạt nhỏ nảy mầm kém, chủ yếu cỏ voi sinh sản thông qua thân rễ Cỏ voi thích hợp với khí hậu nhiệt đới, song vùng khí hậu khơng lạnh lắm, cỏ voi sống đâm chồi thời tiết thuận lợi Cây cỏ voi loại thức ăn ngon, giàu chất dƣỡng cho động vật nhai lại, cỏ voi chƣa nhiều đƣờng nhƣ glucoza, saccaroza,…Vì vậy, thân có vị đậm 15 Cỏ voi có hình dáng nhƣ trúc, thân thảo, cao lớn họ hoà thảo, dạng bụi Cây mọc thẳng, suất cao, chất lƣợng tốt, phiến rộng, mềm, có hàm lƣợng dinh dƣỡng cao, nhiều nƣớc, vị ngọt, hệ số tiêu hoá cao thức ăn tốt cho loại gia súc ăn cỏ Cỏ voi có tốc độ tăng trƣởng nhanh, tái sinh mạnh, quanh năm Cây cao 6m, đƣờng kính thân – 4cm, đẻ khoẻ, cho từ 35 – 60 nhánh Hệ số nhân đến 500 lần sau năm Bộ rể phát triển khoẻ, dài – 5m, chịu hạn tốt Có thể trồng thân tách chồi sau 110 ngày sau trồng thu hoạch lần đầu Các lần thu hoạch sau 35 - 40 ngày/lứa cắt Năng suất đạt trung bình 50 – 70 tấn/ha/lần cắt Khả lƣu gốc lâu -7 năm Loài cỏ trồng sâu bệnh Chính ngồi việc sử dụng làm thức ăn gia súc, thân cỏ voi dạng nguyên liệu tiềm cho sản xuất bột giấy Trong khu vực, nguyên liệu phi gỗ chiếm vị trí quan trọng Trung Quốc Ấn Độ Hàng năm Trung Quốc sử dụng tới 77% tổng lƣợng nguyên liệu phi gỗ toàn giới, cho sản xuất bột giấy có cỏ voi Ở Trung Quốc,cỏ voi có thân lớn nhƣ mía cao tới đến mét đƣợc sử dụng chăn nuôi gia súc đồng thời nguồn nguyên liệu cho sản xuất bột giấy Có thể nói việc nghiên cứu cỏ voi làm nguyên liệu cho sản xuất bột giấy chƣa đƣợc trọng Những năm gần công nghệ giấy nƣớc ta có bƣớc phát triển mạnh mẽ Cùng với việc đa dạng hoá sản phẩm, cải tạo xây dựng nhà máy, đổi công nghệ thiết bị, vấn đề nguyên liệu mở rộng sản xuất cơng nghệ thích ứng nhũng vấn đề đƣợc hoạch định kỹ lƣỡng cấp bách Tuy nhiên, nguồn nguyên liệu phế thải sản xuất nuôi trồng nông nghiệp nƣớc ta phân bố rời rạc, sản lƣợng theo khu vực khơng lớn lắm, giá trị kinh tế chƣa cao, 16 khó tổ chức sản xuất quy mơ lớn.Chính thế, việc nghiên cứu phƣơng pháp công nghệ sản xuất phù hợp quy mô vừa nhỏ nhằm tận dụng triệt để sản phẩm nuôi trồng phế thải sản xuất nông nghiệp nhƣ số dạng nguyên liệu thực vật khác hƣớng cần thiết cho ngành giấy Giải đƣợc vấn đề mang lại nhiều lợi ích kinh tế mà cịn góp phần bảo vệ mơi trƣờng thiên nhiên Việt Nam nƣớc có khí hậu nhiệt đới, loại thực vật phi gỗ ngắn ngày đa dạng Đây nguồn nguyên liệu đầy tiềm cho công nghệ sản xuất bột giấy chế biến sinh khối thực vật Tuy nhiên, tre nứa nguyên liệu phi gỗ khác phế thải sản xuất nông nghiệp, chƣa đƣợc sử dụng để sản xuất bột giấy Đây tiềm cần tính đến Trƣờng ĐHBK Hà Nội triển khai đề tài sử dụng cỏ voi để sản xuất nhiên liệu sinh học Bộ môn khoa học gỗ trƣờng ĐHLN triển khai đề tài nghiên cứu sử dụng cỏ voi để sản xuất bột giấy phƣơng pháp hoá học Các nghiên cứu cho thấy thân cỏ voi dạng nguyên liệu có thành phần hố học phù hợp tận dụng làm nguồn nguyên liệu dồi cho sản xuất bột giấy Qua đặc tính cỏ voi, việc nghiên cứu sản xuất bột từ cỏ voi để làm nguyên liệu sản xuất giấy thiết thực Đây khơng hƣớng đa dạng hố nguồn nguyên liệu cho sản xuất bột giấy mà mang lại lợi ích kinh tế cao, góp phần bảo vệ mơi trƣờng dạng ngun liệu phế thải sản xuất nơng nghiệp 17 PHẦN III PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong trình nghiên cứu sử dụng tiêu chuẩn Hiệp hội kỹ thuật bột giấy giấy quốc tế (TAPPI), phƣơng pháp phân tích chuẩn nguyên liệu thực vật, phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm công nghệ sản xuất bột giấy 3.1.Chuẩn bị nguyên liệu Cỏ voi nghiên cứu loại cỏ voi lai 3- tháng tuổi Thân cỏ voi đƣợc phơi khô, cắt nhỏ nghiền máy nghiền đĩa thực nghiệm Qúa trình nghiền đƣợc tiến hành lần với việc điều chỉnh dao cho độ nghiền bột thu đƣợc vào khoảng 12-150 SR, bột sau nghiền đƣợc rửa nƣớc lạnh Nguyên liệu dƣới dạng bột đƣợc để khơ gió thời gian để ổn định độ ẩm, sau bảo quản túi nilon kín điều kiện bình thƣờng phịng thí nghiệm 3.2 Độ ẩm nguyên liệu đƣợc xác định theo tiêu chuẩn TAPPI T201 wd – 98 Lấy 1g nguyên liệu khô tuyệt đối cho vào chén cân (chén cân đƣợc sấy khơ kiệt), đƣa chén cân có mẫu thử vào tủ sấy, sấy nhiệt độ 103+ 2oC thời gian h lấy ra, đƣa vào bình hút ẩm để làm nguội Sau để nguội khoảng 30 phút đem cân lấy khối lƣợng, sau lại đem vào sấy tiếp thời gian 1h Qúa trình tiếp tục nhƣ khối lƣợng mẫu khơng thay đổi dừng lại (khối lƣợng lần cân liên tiếp chênh lệch không 0,5%) W=(m1-m2)*100 /(m1-m) 18 Trong đó: m1 - khối lƣợng mẫu chén trƣớc sấy(g); m2 - khối lƣợng mẫu chén sau sấy(g); m - khối lƣợng khô tuyệt đối chén cân (g); 3.3 Xác định số thành phần hoá học nguyên liệu 3.3.1 Xác định hàm lƣợng chất tan nƣớc lạnh: Lấy 5g nguyên liệu khô tuyệt đối cho vào bình tam giác chịu nhiệt dung tích 250ml, rót vào bình 50ml nƣớc cất , ngâm nhiệt độ thƣờng vòng 48giờ Trong thời gian ngâm mẫu thƣờng xuyên khấy trộn để đảm bảo tiếp xúc nguyên liệu nƣớc Sau chắt dịch , rửa nƣớc cất nhiều lần , chất khơ cịn lại mang sấy 103+/-20C tới trọng lƣợng không đổi, cân xác định lƣợng chất khơ cịn lại 3.3.2Xác định hàm lƣợng chất tan nƣớc nóng Lấy 5g nguyên liệu khơ tuyệt đối cho vào bình tam giác chịu nhiệt dung tích 250 ml, rót vào bình 50 ml nƣớc cất, đun sơi với sinh hàn ngƣợc vịng Sau chắt dịch , rủa nƣớc cất nhiều lần, chất khơ cịn lại mang sấy 103+/-2oC tới trọng lƣợng không đổi, cân xác định lƣợng chất khơ cịn lại 3.3.3 Xác định hàm lƣợng chất tan dung dịch NaOH 0,5% Lấy 5g ngun liệu khơ tuyệt đối cho vào bình tam giác chịu nhiệt dung tích 250 ml , rót vào bình 50ml dung dịch NaOH 0,5% , đun sơi với sinh hàn ngƣợc vịng Sau chắt dịch , rửa lần dung dịch axit sulfuric loãng , nƣớc cất tới phản ứng trung hoà ( thử nƣớc thử metyl cam) Phần chất khơ cịn lại mang sấy 103+/-2oC tới trọng lƣợng không đổi, cân xác định lƣợng chất khô lại 19 3.3.4 Xác định hàm lƣợng xenluloza (TAPPI T17 wd – 70) Cân 5g mẫu khô tuyệt đối cho vào bình cầu dung tích 500ml thêm vào bình 125ml hỗn hợp HNO3 etanol (đƣợc pha theo tỷ lệ 1:4) đặt bình vào hệ thống đun cách thuỷ đun sơi mẫu 1h(trong thời gian lắc mẫu thƣờng xuyên, sau lấy bình loại bỏ dung dịch cách lọc qua phễu lọc màng xốp lG3 (theo tiêu chuẩn củaTrung Quốc) Phần lại cho tiếp vào bình, bổ sung 125 ml dung dịch.Quy trình lặp lặp lại nhƣ khoảng 3-4 lần, lọc mẫu phễu lọc, dùng 50ml dung dịch (HNO3 + etanol) để rửa mẫu, sau rửa nƣớc nóng tới có phản ứng trung tính Sấy mẫu nhiệt độ(103+_ 2oC ) đến khối lƣợng khơng đổi xác định lƣợng chất khơ cịn lại 3.4 Tẩy trắng bột giấy Quá trình tẩy trắng bột H2O2 đƣợc tiến hành với 10g bột khơ gió lần Bột đƣợc xử lý bể tẩy trắng , nhiệt độ cần thiết bột đƣợc trì bể ổn nhiệt Trình tự tiến hành nhƣ sau: Cho10gam bột vào bể tẩy trắng ( cốc thuỷ tinh dày dung tích 500ml), ngâm 200ml nƣớc vịng 2-3 , sau bột đƣợc đánh tơi thiết bị đánh tơi , vắt nƣớc lọc hút chân khơng Sau bột đƣợc xử lý lần lƣợt dung dịch MgSO4, vòng 20 – 30 phút nhiệt độ thƣờng, tiếp lần lƣợt bổ sung dung dịch Na2SiO3, NaOH H2O2với tỉ lệ khác , cho tỉ lệ H2O / bột mức khoảng 90ml/10g bột (tƣơng ứng với nồng độ bột 15-20%), trộn khuấy cho bể tẩy trắng vào bể ổn nhiệt Nhiệt độ đƣợc trì ổn định giá trị cần thiết suốt thời gian xử lý Kết thúc thời gian xử lý bể tẩy trắng đƣợc lấy khỏi bể ổn nhiệt, bổ sung khoảng 200 ml nƣớc dung dịch H2SO4, cho pH bột dịch mức 5-7 , ngâm vịng 30-40 phút Sau bột đƣợc rửa lọc lọc hút chân không, sấy nhiệt độ 20 70oC tủ sấy , sau để ngồi khơng khí cho bão hồ độ ẩm bảo quản túi nilong kín Bột thu đƣợc mang xác định độ trắng 3.5 Độ trắng bột đƣợc xác định theo tiêu chuẩn (TAPP T 201 wd – 98) Độ trắng bột tẩy trắng đƣợc xác định theo tiêu chuẩn TAPPI , máy đo độ trắng Zeiss Elrepho phịng thí nghiệm Trƣờng Cao Đẳng nghề giấy, thị trấn Phong Châu, huyện Phù Ninh, tỉnh Phú Thọ 21 PHẦN IV : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Thành phần hoá học nguyên liệu Mẫu nguyên liệu (mẫu bột cơ) qua q trình nghiền rửa, số thành phần hố học bột tan nƣớc.Trong trình tẩy trắng lƣợng hợp chất định bột bị hồ tan biến đổi q trình tẩy trắng H2O2 môi trƣờng kiềm nhiệt độ cao Vì việc xác định hàm lƣợng chất hồ tan nƣớc mơi trƣờng kiềm cần thiết, phản ánh ảnh hƣởng tác nhân , điều kiện tẩy trắng tới hiệu suất bột , hàm lƣợng xenluloza số chất lƣợng bột phản ánh phù hợp bột cho sản xuất giấy Hàm lƣợng số chất bột đƣợc liệt kê bảng 4.1 Bảng4.1 Thành phần hoá học bột giấy chƣa tẩy trắng từ cỏ voi TT Thành phần Hàm lƣợng% Hàm lƣợng xenluloza 42,8 Các chất tan nƣớc lạnh 14,9 Các chất tan nƣớc nóng 18,0 Các chất tan dung dịch 23,6 NaOH 0,5% Kết phân tích thành phần hóa học bột giấy cỏ voi cho thấy hàm lƣợng xenluloza cao, phù hợp làm nguyên liệu sản xuất giấy Hàm lƣợng chất tan cao vây hiệu suất bột sau tẩy thấp Kết phù hợp với kết thu đƣợc nghiên cứu trƣớc thành phần hóa học thân cỏ voi (bảng 4.2) 22 Bảng4.2.Thành phần hoá học thân cỏ voi [3] TT Thành phần Hàm lƣợng% Hàm lƣợng xenluloza 43,3 Các chất tan nƣớc lạnh 17,2 Các chất tan nƣớc nóng 18,2 4.2.Tẩy trắng bột giấy thu đƣợc từ cỏ voi lai Độ trắng ban đầu bột 32% ISO Bột sau nghiền có độ trắng thấp, sợi thơ cứng, tính sử dụng thấp Phạm vi sử dụng cho sản xuất giấy hạn chế Tẩy trắng nhằm nâng cao độ trắng cải thiện tính sử dụng bột, tức nâng cao chất lƣợng bột Quá trình tẩy trắng bột theo đề tài nghiên cứu phải tuân thủ hai nguyên tắc -Giảm tới mức tối đa ảnh hƣởng đến môi trƣờng cách áp dụng tiến công nghệ sinh học lĩnh vực sản xuất bột giấy sử dụng hoá chất thân thiện môi trƣờng -Đảm bảo giá thành thấp với chất lƣợng bột chấp nhận đƣợc , tức bột sản xuất phải có tính sử dụng đáp ứng yêu cầu sử dụng làm nguyên liệu sản xuất giấy đa dạng Tẩy trắng hydroperoxit đƣợc tiến hành mơi trƣờng kiềm, ngồi chất tẩy trắng cịn bổ sung số hóa chất với lƣợng dựa công nghệ tẩy trắng bột áp dụng thực tiễn Dung dịch silicat natri giữ vai trò dung dịch đệm đƣợc bổ sung vào bột dịch nhằm trì trị số PH cần thiết (trong khoảng 10,5 ban đầu 9,0 -9,5 kết thúc trình tầy trắng).Các chất khác nhƣ sunfat mage đƣợc bổ sung vào bột dịch để giảm mức độ phân huỷ H2O2, tức giảm mức tiêu hao chất tẩy.Tuy nhiên thực tế sản xuất tuỳ thuộc điều kiện công nghệ nhƣ nguyên liệu, nƣớc sản xuất, giá hoá chất mà cân đối việc sử dụng chất phụ trợ mức hợp lý 23 Trên sở đó, mức sử dụng cuả chất phụ trợ đƣợc lựa chọn nhƣ tất thí nghiệm nhƣ sau: -NaOH: 0,5% so với bột khơ gió -Na2SiO3: 1,5% so với bột khơ gió -MgSO4 :0,05% so với bột khơ gió 4.2.1 Ảnh hƣởng mức dùng hydroperoxit Lý thuyết qúa trình tẩy trắng bột H2O2 cho thấy hợp lý trình tẩy trắng tiến hành nhiệt độ 60-700C, thời gian 60-70 phút.Trên sởsss tiến hành nghiên cứu ảnh hƣởng mức dùng H2O2 tới độ trắng bột Kết đƣợc trình bày bảng 4.3 Bảng 4.4.Ảnh hƣởng nồng độ H2O2 tới tăng độ trắng bột (nhiệt độ xử lý 600C, thời gian xử lý 60 phút) TT Mức dùng H2O2, Độ trắng,% ISO % so với bột khơ gió 38,0 41,0 42,2 43,0 Kết thu đƣợc cho thấy , độ trắng bột tăng đáng kể mức dùng H2O2 khoảng 2-3% ( so với bột khơ gió).Với mức dùng lớn hơn, mức tăng độ trắng diễn chậm hơn.Tuy nhiên mức dùng H2O2 cao 3% khơng kinh tế Vì kết luận nhiệt độ xử lý 60oC thời gian xử lý 60 phút mức dùng H2O2 khoảng 2-3% hợp lý 24 4.2.2 Ảnh hƣởng thời gian xử lý đến độ trắng bột Kết nghiên cứu ảnh hƣởng thời gian xử lý tới độ trắng bột (Bảng 4.5) cho thấy Với mức dùng H2O2 thời gian xử lý bột ảnh hƣởng đến độ trắng bột sau tẩy, tăng thời gian xử lý từ 40-70 phút độ trắng bột tăng không đáng kể (2% ISO) Đặc biệt thời gian xử lý 60 phút thời gian 70 phút nhƣ Bảng 4.5 Ảnh hƣởng thời gian xử lý đến độ trắng bột ( nhiệt độ xử lý 600C) TT Thời gian xử lý (phút) Độ trắng,% ISO 40 39,0 60 41,0 70 41,2 Vì kết luận với mức dùng H2O2 3% nhiệt độ xử lý 600C thời gian tẩy trắng 60 phút hợp lý 4.2.3.Ảnh hƣởng nhiệt độ xử lý đến độ trắng bột Bảng 4.5 Ảnh hƣởng nhiệt độ xử lý đến độ trắng bột (thời gian 60 phút) TT Nhiệt độ xử lý(0C) Độ trắng,% ISO 50 40,2 60 41,0 10 90 41,8 Ảnh hƣởng nhiệt độ xử lý tới độ trắng bột mang tính quy luật Tăng nhiệt độ từ 500C-600C độ trắng tăng 0,8% ISO Để tăng thêm nhiêu giá trị độ trắng cần tăng nhiệt độ tới 900C Điều hoàn toàn phù hợp với thực tế tẩy trắng bột H2O2.Với nhiệt 25 độ xử lý cao 600C độ trắng tăng khơng đáng kể kết luận với mức dùng H2O2 3% thời gian xử lý 60 phút nhiệt độ khoảng 500C - 600C hợp lý Nhiệt độ thời gian tẩy trắng yếu tố liên quan đến Về nguyên tắc tăng nhiệt độ giảm đƣợc thời gian xử lý Nhƣng nhiệt độ cao H2O2 dễ bị phân huỷ, thời gian dài làm tổn thất đến xơ sợi Điều khẳng định kết qủa, tẩy trắng bột 900C vòng 90 phút, độ trắng bột sau tẩy 43% ISO Nhƣ tiến hành tẩy trắng khoảng 50-60o-C Với điều kiện nhiệt độ nhƣ đơn giản hố đƣợc thiết bị, vận hành q trình đơn giản hơn, tiết kiệm đƣợc lƣợng Trên sở đó, tuỳ thuộc vào điều kiện sản xuất mà điều chỉnh điều kiện tẩy trắng cho phù hợp với yêu cầu chất lƣợng giá thành bột Từ kết phân tích đƣa điều kiện tẩy trắng hợp lý kinh tế nhƣ sau: - Mức dùng hoá chất: + H2O2:3%; + NaOH:0,5%; + Na2SiO3:1,5%; + MgSO4:0,05%; Nhiệt độ xử lý : 50-600C Thời gian xử lý : 60 phút 26 4.3.Quy trình tẩy trắng bột từ cỏ voi hydroperoxit Từ kết nghiên cứu ta đƣa đƣợc quy trình tẩy trắng bột từ cỏ voi hydroperoxit nhƣ sau: Bột sau nghiền tới độ nghiền cần thiết ngam nƣớc lạnh vòng vài đánh tơi tránh tƣợng vón cục Qúa trình tẩy trắng đƣợc thực tháp tẩy ổn nhiệt với điều kiện sau: -Nồng độ bột : 10-15%( 8,5- 9m3 nƣớc/1 bột khơ gió) -Mức dùng hố chất ( so với bột khơ gió) + H2O2: 2- 3% + NaOH: 0,5% + Na2SiO3: 1,5% + MgSO4: 0,05% Trƣớc tiên bột đƣợc xử lý dung dịch MgSO4 vòng 20-30 phút nhiệt độ thƣờng Tiếp lần lƣợt bổ xung dung dịch Na2SiO3, NaOH, H2O2 Với tỷ lệ khuấy trộn liên tục.Tăng nhiệt độ tới 50600C( nƣớc gia nhiệt gián tiếp), thời gian xử lý trì vòng 60-70 phút sau kết thúc bột đƣợc pha loãng gấp 2-3 lần (đạt nồng độ 3-5%), đƣợc xử lý dung dịch H2SO4 loãng NaHSO3 loãng tới PH = 5-7 sau bột đƣợc rửa nƣớc lạnh (nóng) vài lần vắt nƣớc sấy khơ 27 KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu đƣợc trình bày kết luận: - Cỏ voi lai sử dụng làm nguyên liệu cho sản xuất bột giấy ( bột ) - Đã xây dựng đƣợc quy trình tẩy trắng bột giấy từ cỏ voi lai với sơ đồ tẩy trắng đơn giản, sử dụng hóa chất thân thiện với mơi trƣờng Với mức dùng hóa chất hợp lý đạt độ trắng tới 40% ISO Với độ trắng nhƣ phù hợp cho sản xuất loại giấy báo, giấy vệ sinh, giấy bao gói… 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tạ Lai Tơ, Chiêm Hồi Vũ (2002) ngun lý kỹ thuật sản xuất bột giấy, NXB công nghiệp nhẹ Trung Quốc.Cao Quốc An dịch, nhà xuất bản, ĐHLN, 2005 Lê Quang Diễn (2007), Công nghệ sản xuất bột giấy, Tài liệu giảng dạy 3.Lê Thị Quỳnh Hoa (2007).Nghiên cứu ảnh hƣởng xử lý sơ sinh khối thực vật (cỏ voi mùn gỗ) tới hiệu thuỷ phân enzym Đồ án tốt nghiệp, Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội 4.Tạp chí Cơng nghệ giấy số 171 (2007) Hiệp hội giấy bột giấy Việt Nam 5.Nhiều tác giả (2003) Công nghệ sản xuất xenlloza- giấy (Tiếng Nga) phần I Tập I Nhà xuất học viện kỹ thuật lâm nghiệp Xanh – Petecbua 29