Nghiên ứu sử dụng enzyme xylanaza để tẩy trắng bột giấy của nhà máy giấy bãi bằng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ENZYME XYLANAZA ĐỂ TẨY TRẮNG BỘT GIẤY CỦA CÔNG TY GIẤY BÃI BẰNG NGÀNH: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC CHUN NGÀNH: CƠNG NGHỆ XENLULZA VÀ GIẤY MÃ SỐ: HỒ THỊ THUÝ LIÊN Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ QUANG DIỄN HÀ NỘI – 10/2009 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204917141000000 LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS Lê Quang Diễn, người hướng dẫn tận tình, bảo tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành tốt luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn ủng hộ, giúp đỡ mặt thầy cô giáo Bộ môn Công nghệ xenluloza giấy, Khoa Cơng nghệ Hố học, Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin cám ơn tập thể giáo viên khoa công nghệ trường Cao đẳng nghề Công nghệ giấy Cơ Điện Phú Thọ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình làm nghiên cứu khoa học Cuối cùng, cho phép tơi xin cảm ơn gia đình bạn bè chia sẻ khó khăn tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian nghiên cứu thực luận văn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Hà Nội, tháng 10 năm 2009 Tác giả - Hồ Thị Thuý Liên MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cám ơn Danh mục hình Danh mục bảng Mở đầu Chương I: Tổng quan sử dụng enzyme cho sản xuất bột giấy 13 1.1 Khái quát enzym số tính chất chúng 13 1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình phản ứng xúc tác enzym 15 1.2.1 Ảnh hưởng nồng độ enzyme 15 1.2.2 Ảnh hưởng nồng độ chất 15 1.2.3 Ảnh hưởng chất kìm hãm 16 1.2.4 Ảnh hưởng ion kim loại 17 1.2.5 Ảnh hưởng pH đến độ bền enzyme 17 1.2.6 Ảnh hưởng nhiệt độ 18 1.2.7 Ảnh hưởng điều kiện bảo quản đến độ bền cuả enzyme 20 1.2.8 Các yếu tố khác 20 1.3 Các phương pháp xác định hoạt độ enzym 21 1.4 Tình hình sản xuất ứng dụng enzym Việt Nam giới 23 1.5 Ứng dụng enzym công nghiệp giấy 25 1.5.1 Cơ sở lý thuyết 25 1.5.2 Tổng quan nghiên cứu sử dụng enzyme cho tẩy trắng bột giấy 34 1.6 Kết luận 46 Chương II: Đối tượng phương pháp nghiên cứu 47 2.1 Chuẩn bị nguyên liệu cho nghiên cứu 47 2.2 Các thiết bị dụng cụ sử dụng cho nghiên cứu 47 2.3 Phương pháp xử lý bột giấy sunfat enzyme 48 2.4 Quy trình tẩy trắng bột giấy 49 2.5 Chuẩn bị mẫu bột giấy cho xác định tính chất lý 50 2.6 Các phương pháp phân tích tính chất bột giấy 50 Chương III: Kết thảo luận 52 3.1 Xác định hoạt độ enzym 52 3.2 Xác định tính chất bột sunfat chưa tẩy trắng 52 3.3 Xác định ảnh hưởng mức dùng enzym tới độ trắng bột sunfat tẩy trắng 53 3.4 Ảnh hưởng thời gian xử lý enzym tới độ trắng bột 56 3.5 Ảnh hưởng xử lý bột sunfat enzym tới tốc độ hoà tan lignin 58 3.6 Xác định mức giảm hoá chất tẩy trình tẩy trắng sử dụng enzyme 61 3.7 Ảnh hưởng xử lý enzym tới hàm lượng pentozan bột giấy sunfat 62 3.8 Ảnh hưởng enzym tới trình nghiền bột sunfat 63 3.9 Ảnh hưởng enzym tới tính chất bột giấy 64 Kết luận 66 Kiến nghị nghiên cứu 67 Tài liệu tham khảo 68 Phụ lục 71 Tóm tắt luận văn 73 MỞ ĐẦU Công nghiệp giấy ngành kinh tế quan trọng cần ưu tiên phát triển phù hợp với đường lối đổi kinh tế, với tiến trình cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước Theo Hiệp hội bột giấy giấy Việt Nam, chịu ảnh hưởng khủng hoảng kinh tế song tiêu dùng giấy Việt Nam năm 2008 đạt mức bình quân đầu người 22- 23 kg lượng giấy tiêu thụ nước năm 2008 khoảng 1,98 triệu Dự đoán đến năm 2020 mức tiêu dùng giấy bình quân đầu người đạt khoảng 50 kg, tức lượng giấy tiêu dùng nước vào khoảng triệu tấn/năm, sản lượng giấy nước đạt khoảng 3,6 triệu tấn, bột giấy đạt 1,8 triệu Tháng 3/2007 Bộ Công nghiệp phê duyệt Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp giấy Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn 2020 nhằm xây dựng ngành công nghiệp giấy Việt Nam với công nghệ đại, hình thành khu vực sản xuất giấy, bột giấy tập trung với công suất đủ lớn, đáp ứng nhu cầu nước xuất Đến năm 2020, đáp ứng 70% nhu cầu tiêu dùng nước, đẩy mạnh xuất mặt hàng giấy, tạo cạnh tranh với thị trường khu vực quốc tế; xây dựng vùng nguyên liệu giấy tập trung nhằm đáp ứng đủ nhu cầu nguyên liệu để cung cấp cho sản xuất 600.000 bột giấy vào năm 2010 1.800.000 vào năm 2020, tạo điều kiện để xây dựng nhà máy chế biến bột giấy tập trung, quy mô lớn Phấn đấu đến năm 2010, trồng 470.000 rừng nguyên liệu, sản xuất 600.000 bột giấy 1.380.000 giấy; đến năm 2020, trồng thêm 907.000 rừng nguyên liệu, sản xuất 1.800.000 bột giấy 3.600.000 giấy Bên cạnh đó, với thực trạng trước tình hình mới, vấn đề đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường công nghiệp giấy 10 cấp bách Vì song song với áp dụng biện pháp kịp thời xử lý chất thải, việc cải tiến công nghệ nhằm nâng cao hiệu kinh tế giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường cần quan tâm mức Trên giới, ứng dụng công nghệ sinh học tẩy trắng bột giấy thực thu hút quan tâm đạt nhiều tựu năm gần Sử dụng enzyme kết hợp vào công đoạn tẩy trắng bột giấy khẳng định ưu việt so với sử dụng chất tẩy truyền thống Ở nước ta, “Đề án phát triển ứng dụng công nghệ sinh học lĩnh vực công nghiệp chế biến đến năm 2020” Thủ tướng Chính phủ ban hành theo Quyết định số 14/2007/QĐ-TTg ngày 25/01/2006 triển khai nhiều ngành công nghiệp mang lại hiệu kinh tế xã hội đáng kể Theo Quyết định này, mục tiêu đến năm 2010 phải nghiên cứu tạo công nghệ sinh học tiên tiến nước, sản xuất quy mô công nghiệp sản phẩm enzyme (kể enzyme tái tổ hợp), chế phẩm vi sinh, hoạt chất sinh học đáp ứng nhu cầu phát triển ngành công nghiệp chế biến.Nghiên cứu tạo công nghệ sinh học tiên tiến nước, kết hợp với việc nhập làm chủ công nghệ sinh học đại lĩnh vực công nghiệp chế biến nước phù hợp với điều kiện sản xuất nước ta Ứng dụng rộng rãi có hiệu công nghệ vào sản xuất để chủ động tạo sản phẩm cơng nghiệp chế biến có chất lượng tốt sức cạnh tranh cao thị trường; Phát triển mạnh bền vững ngành công nghệ sinh học phục vụ lĩnh vực công nghiệp chế biến, tạo lập thị trường thuận lợi để thúc đẩy sản xuất kinh doanh dịch vụ sản phẩm lĩnh vực công nghiệp chế biến nhiệm vụ trọng tâm Chương trình Trong chiến lược công nghiệp giấy ngành cần quan tâm thúc đẩy ứng dụng công nghệ sinh học 11 Nhà máy giấy Bãi Bằng (Tổng Công ty giấy Việt Nam) nhà máy nước ta sản xuất bột sunfat, có cơng suất 61.000 bột/năm, nấu bột phương pháp sunfat kết hợp với tẩy trắng sử dụng chất tẩy truyền thống (clo nguyên tố natri hypoclorit) Mặc dù giai đoạn 2000-2004 đầu tư cải tiến kỹ thuật-công nghệ, song tổng mức tiêu hao clo khoảng 50-60 kg/tấn bột Với mức nước thải từ phân xưởng tẩy khoảng 2500 m3/tấn bột, lượng nước thải tạo 19.000 - 20.500 m3/ngày đêm Nhà máy gặp nhiều khó khăn việc xử lý nước thải đạt yêu cầu với chi phí hàng tỉ đồng công nghệ xử lý phức tạp Thực tế cơng nghiệp giấy giới cho thấy, có nhiều phương pháp hữu hiệu để giảm loại bỏ hoàn toàn việc sử dụng chất tẩy chứa clo, thay clo di oxit clo, ozon, hydropeoxit, …, ứng dụng công nghệ sinh học biện pháp hiệu phù hợp với xu hướng phát triển thời đại… Để mạnh dạn áp dụng cơng nghệ thân thiện mơi trường cần có nghiên cứu khả thi, khn khổ luận văn tiến hành nghiên cứu sử dụng enzyme xylanaza để tẩy trắng bột giấy nhà máy giấy Bãi Bằng Mục tiêu đề tài xác lập hiệu xử lý bột giấy xylanaza q trình tẩy trắng ảnh hưởng tới tính chất bột giấy Đối tượng nghiên cứu bột giấy sunfat chưa tẩy trắng nhà máy giấy Bãi Bằng (Tổng Công ty Giấy Việt Nam) Nội dung nghiên cứu bao gồm: - Xác định ảnh hưởng mức dùng enzyme thời gian xử lý tới độ trắng bột giấy; - Xác định ảnh hưởng xử lý enzyme tới biến đổi xylan bột giấy - Xác định ảnh hưởng xử lý enzyme tới khả giảm mức tiêu 12 hao chất tẩy trắng sử dụng enzyme - Đánh giá tính chất bột giấy Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: - Kết nghiên cứu sở cho việc xây dựng quy trình cơng nghệ tẩy trắng bột sunfat nước ta áp dụng công đoạn xử lý enzyme, nhằm giảm mức tiêu hao hóa chất tẩy, đáp ứng mục tiêu hoàn thiện áp dụng công nghệ thân thiện môi trường công nghiệp giấy - Là tài liệu tham khảo tốt lĩnh vực hóa học cơng nghệ sản xuất bột giấy, ứng dụng công nghệ sinh học công nghiệp chế biến 13 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG ENZYME TRONG SẢN XUẤT BỘT GIẤY 1.1 Khái quát enzyme số tính chất chúng Enzyme chất xúc tác sinh học cấu tạo từ phân tử protein, có khả hịa tan nước dung dịch muối loãng, phân tử lượng lớn 20.000–1.000.000 Dal.[5] So với chất xúc tác hoá học, enzyme có tính chất ưu việt hẳn: - Cường lực xúc tác lớn: điều kiện thích hợp enzyme có khả tăng tốc độ phản ứng nhanh gấp 10 – 1011 lần so với khơng có xúc tác; - Tính đặc hiệu cao: enzyme chuyển hoá chất định theo kiểu phản ứng định, khơng tạo sản phẩm phụ; - Tác dụng điều kiện ơn hịa: đa số enzyme hoạt động nhiệt độ 35oC– 40oC, áp suất thường, nồng độ không cần cao Do không đòi hỏi thiết bị chịu nhiệt, chịu áp… - Không độc hại sức khỏe người, thân thiện với môi trường; - Dễ kiếm, rẻ tiền Enzyme thu từ nhiều nguồn động vật, thực vật, vi sinh vật… Đặc biệt vi sinh vật ngun liệu tốt có tốc độ sinh trưởng, phát triển nhanh môi trường không đắt tiền Hơn nữa, ta chủ động điều khiển trình sinh tổng hợp enzyme nhằm nâng cao hàm lượng enzyme tế bào cách dễ dàng Các loại enzyme sử dụng