Tiểu luận công nghệ tẩy trắng bột giấy Môn công nghệ giấy

MỞ ĐẦU Bột giấy cơ học hoặc hóa học sau khi nấu có màu vàng xám. Bột này có thể dùng ngay để sản xuất các loại giấy không cần độ trắng cao như giấy bao bì, giấy in báo...Nhưng nếu để sản xuất giấy có độ trắng cao như giấy in, giấy viết, giấy vệ sinh,...thì bột cần phải tẩy trắng. Độ trắng của bột giấy được đo bằng mức độ phản xạ ánh sáng đơn sắc của bột giấy so với một chất bột có độ trắng cao làm chuẩn ( thường là bột MgO ), độ trắng của bột đó được coi là 100%. Mỗi loại bột sản xuất bằng các phương pháp khác nhau thì có độ trắng là khác nhau. Bột sunfit tẩy trắng có thể đạt tới độ trắng rất cao 940ISO (đạt 94% so với độ trắng của MgO). Xenlulo và hemixenlulo bản chất có màu trắng nên không làm tối màu của bột giấy. Chính nhóm mang màu của lignin gồm vòng phenyl, các nhóm carbonyl (C=O), và các nối đôi (C=C) khi kết hợp với nhau ở điều kiện nhất định làm cho chúng có khả năng hấp thụ màu trong ánh sáng trắng và làm cho lignin mang màu.Thêm nữa phản ứng oxy hóa đã biến đổi gốc phenol trong lignin thành các hợp chất dạng quinon, các chất này hấp thụ ánh sáng làm cho bột có màu tối. Những ion kim loại nặng có mặt trong bột giấy đã kết hợp với các gốc phenol tạo thành các phức chất cũng gây ra màu sắc cho bột. Ngoài ra các chất keo, nhựa trong bột cơ cũng tạo màu cho bột.Tẩy trắng bột giấy nhằm mục đích làm biến tính cấu trúc lignin này sao cho chúng trở nên sáng màu hơn. Như vậy để tẩy trắng bột giấy thì có rất nhiều phương pháp tẩy trắng khác nhau, mỗi phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm. Và để tẩy trắng bột giấy đạt hiệu quả cao người ta thường kết hợp các phương pháp với nhau. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH GIẤY 1.1 Tầm quan trọng và sự phát triển của ngành giấy Giấy và các sản phẩm giấy đóng vài trò quan trọng trong mọi lĩnh vực hoạt động của con người, đặc biệt trong xã hội văn minh thì giấy không thể thiếu được, nó là một vận dụng không gần gũi nhất với con người. Lúc đầu ông cha ta phát minh ra giấy với ý thức là sử dụng giấy để cung cấp các phương tiện ghi chép, lưu trữ và phổ biến thông tin. Chính vì vậy đã có lúc ngành giấy dần dần mất bị mai một do sự phát triển của công nghệ thông tin, một chiếc đĩa nhỏ có thể lưu trữ được một lượng thông tin tương đương với một cuốn sách dầy hàng nghìn trang hoặc hơn thế nữa. Tuy nhiên thực tế chứng minh, khi công nghệ thông tin bùng nổ càng lớn thì nhu cầu sử dụng cũng tăng theo. Hơn nữa, do thói quen, người ta thích đọc những cuốn truyện, những chứng từ… bằng giấy hơn là phải ngồi đọc trên màn hình vi tính, cùng với sự tiện lợi khác của giấy mà ngày nay nhu cầu càng ngày càng lớn và ngành công nghệ giấy vẫn được phát triển không ngừng. Giấy ngoài việc dùng để cung cấp các phương tiện ghi chép, lưu trữ và phổ biến thông tin nó còn được dùng rộng rãi để bao gói, làm vật liệu xậy dựng, vật liệu cách điện …Ngoài những ứng dụng truyền thống đó, việc sử dụng, ứng dụng giấy và các sản phẩm giấy hầu như không có giới hạn, một sản phẩm mới đang và sẽ khám phá, phát triển, đặc biệt trong lĩnh vực điện và điện tử Bên cạch những công dụng quan trọng của giấy,ngành giấy còn tạo việc làm cho người lao động tăng thu nhập cho mỗi quốc gia. Có thể nói sự tiến bộ của mỗi quốc gia, sự văn minh của loài người luôn gắn chặt với ngành sản xuất giấy, tức là không thể tách rời một nền văn minh với sự đa dạng về chủng loại các sản phẩm giấy chất lượng cao

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BÀI TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ GIẤY

ĐỀ TÀI CÔNG NGHỆ TẨY TRẮNG BỘT GIẤY

Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Minh Việt

1.2.1 Công nghiệp giấy thế giới 5 1.2.2 Công nghiệp giấy Châu á- khu vực ASEAN 7 1.2.3 Thực trạng và định hướng phát triển, ngành giấy Việt nam 8

MỞ ĐẦU

Bột giấy cơ học hoặc hóa học sau khi nấu có màu vàng xám Bột này có thểdùng ngay để sản xuất các loại giấy không cần độ trắng cao như giấy bao bì, giấy inbáo Nhưng nếu để sản xuất giấy có độ trắng cao như giấy in, giấy viết, giấy vệsinh, thì bột cần phải tẩy trắng

Độ trắng của bột giấy được đo bằng mức độ phản xạ ánh sáng đơn sắc của bộtgiấy so với một chất bột có độ trắng cao làm chuẩn ( thường là bột MgO ), độ trắngcủa bột đó được coi là 100% Mỗi loại bột sản xuất bằng các phương pháp khácnhau thì có độ trắng là khác nhau Bột sunfit tẩy trắng có thể đạt tới độ trắng rất cao940ISO (đạt 94% so với độ trắng của MgO) Xenlulo và hemixenlulo bản chất cómàu trắng nên không làm tối màu của bột giấy Chính nhóm mang màu của ligningồm vòng phenyl, các nhóm carbonyl (C=O), và các nối đôi (C=C) khi kết hợp vớinhau ở điều kiện nhất định làm cho chúng có khả năng hấp thụ màu trong ánh sángtrắng và làm cho lignin mang màu.Thêm nữa phản ứng oxy hóa đã biến đổi gốcphenol trong lignin thành các hợp chất dạng quinon, các chất này hấp thụ ánh sánglàm cho bột có màu tối Những ion kim loại nặng có mặt trong bột giấy đã kết hợpvới các gốc phenol tạo thành các phức chất cũng gây ra màu sắc cho bột Ngoài racác chất keo, nhựa trong bột cơ cũng tạo màu cho bột.Tẩy trắng bột giấy nhằm mụcđích làm biến tính cấu trúc lignin này sao cho chúng trở nên sáng màu hơn

Như vậy để tẩy trắng bột giấy thì có rất nhiều phương pháp tẩy trắng khácnhau, mỗi phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm Và để tẩy trắng bột giấyđạt hiệu quả cao người ta thường kết hợp các phương pháp với nhau

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH GIẤY

1.1 Tầm quan trọng và sự phát triển của ngành giấy

Giấy và các sản phẩm giấy đóng vài trò quan trọng trong mọi lĩnh vực hoạtđộng của con người, đặc biệt trong xã hội văn minh thì giấy không thể thiếu được,

nó là một vận dụng không gần gũi nhất với con người

Lúc đầu ông cha ta phát minh ra giấy với ý thức là sử dụng giấy để cung cấpcác phương tiện ghi chép, lưu trữ và phổ biến thông tin Chính vì vậy đã có lúcngành giấy dần dần mất bị mai một do sự phát triển của công nghệ thông tin, mộtchiếc đĩa nhỏ có thể lưu trữ được một lượng thông tin tương đương với một cuốnsách dầy hàng nghìn trang hoặc hơn thế nữa

Tuy nhiên thực tế chứng minh, khi công nghệ thông tin bùng nổ càng lớn thìnhu cầu sử dụng cũng tăng theo Hơn nữa, do thói quen, người ta thích đọc nhữngcuốn truyện, những chứng từ… bằng giấy hơn là phải ngồi đọc trên màn hình vitính, cùng với sự tiện lợi khác của giấy mà ngày nay nhu cầu càng ngày càng lớn vàngành công nghệ giấy vẫn được phát triển không ngừng

Giấy ngoài việc dùng để cung cấp các phương tiện ghi chép, lưu trữ và phổ biếnthông tin nó còn được dùng rộng rãi để bao gói, làm vật liệu xậy dựng, vật liệucách điện …Ngoài những ứng dụng truyền thống đó, việc sử dụng, ứng dụng giấy

và các sản phẩm giấy hầu như không có giới hạn, một sản phẩm mới đang và sẽkhám phá, phát triển, đặc biệt trong lĩnh vực điện và điện tử

Bên cạch những công dụng quan trọng của giấy,ngành giấy còn tạo việc làmcho người lao động tăng thu nhập cho mỗi quốc gia

Có thể nói sự tiến bộ của mỗi quốc gia, sự văn minh của loài người luôn gắnchặt với ngành sản xuất giấy, tức là không thể tách rời một nền văn minh với sự đadạng về chủng loại các sản phẩm giấy chất lượng cao cùng với sự ứng dụng không

giới hạn của chúng Hơn thế nữa, hoàn toàn có thể lấy năng suất giấy, khối lượngtiêu thụ giấy để đánh giá sự phát triển của mỗi quốc gia hay của toàn xã hội.

Chính vì giấy có tầm quan trọng như vậy, nên nó được ra đời rất sớm Ngay từthời xa xưa người Ai cập cổ đại đã làm giấy viết đầu tiên từ việc đan các lớp mỏngcủa các thân cây lại với nhau Nhưng sự làm giấy viết đầu tiên xuất hiện ở TrungQuốc vào khoảng một trăm năm trước công nguyên, thời kỳ này người ta đã biết

sử dụng huyền phù của xơ sợi tre nứa hoặc cây dầu tằm cho lên các phên đan bằngtre nứa để thoát nước thành tờ giấy ướt, sau đó được phơi nắng, để có tờ giấy hoànthiện Sau vài thế kỷ, việc làm giấy đã được phát triển ra các khu vực khác và dầndần ra toàn thế giới

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ, hiện nay ngànhcông nghiệp giấy là một trong những ngành kỹ nghệ cao, sản xuất liên tục, cơ khíhoá, tự động hầu như hoàn toàn

Tuy nhiên, ở một số quốc gia và một số vùng vẫn còn sử dụng giấy thủ công

do chưa có điều kiện phát triển hoặc duy trì làng nghề truyền thống hay sản xuấtmột số mặt hàng đặc biệt

1.2 Ngành công nghiệp giấy thế giới- Khu vực Đông Nam Á- Việt Nam

1.2.1 Công nghiệp giấy thế giới

Trong suốt lịch sử phát triển 2000 năm của mình, ngành công nghiệp giấy đãtrải qua những bước thăng trâm như quy luật phát triển của vạn vật, những xuhướng chung là ngày càng tăng về mặt số lượng, chất lượng và chủng loại Sảnlượng giấy toàn thế giới năm 2001 là 294,4 triệu tấn

Quốc gia sản xuất giấy nhiều nhất là:

Mỹ : 76,9 triệu tấn/năm

Nhật : 32,6 triệu tấn/năm

Nhưng đứng đầu thế giới về mức tiêu thụ giấy bình quân trên đầu người lại là:

Phần lan: 386,5 Kg/người/năm

Mỹ : 51,3 Kg/người/năm

Thụy điển : 269,1 Kg/người/năm

Nhật bản : 276 Kg/người/năm

( Theo số liệu thống kê năm 1999 của tạp chí thế giới )

Trong những năm gần đây, mức tăng trưởng của toàn ngành đạt 3 %/năm, riêngkhu vực Châu á - Thái bình dương là 6 %/năm

Theo dự đoán của nhà nghiên cứu,từ nay đến năm 2005, mức tăng trưởng của thếgiới sẽ đạt 2,7 %/năm về sản phẩm giấy các loại, 4,5 %/năm về mức tiêu thụ, mứctiêu thụ trung bình sẽ tăng từ 46,3 kg/người lên tới 49 kg/người với sự phân bố nhưsau:

Bắc mỹ : 302 Kg/người/năm

Tây âu : 192 Kg/người/năm

Châu á : 23,5 Kg/người/năm

Các nước còn lại 13 Kg/người/năm

Trung quốc là nước có lợi thế về rừng

Do xu hướng phát triển chung, nền kinh tế trên các lục địa đều gia tăng, dẫn tớimức tiêu thụ giấy cũng tăng, công nghiệp giấy phát triển.Năm 2003 bình quân thếgiới hiện là: 54 Kg/người/năm Một số nước có nền sản xuất bột lớn như: Canada,Thụy điển, Phần lan, Mỹ, Braxin, công nghiệp giấy từ buổi đầu xơ khai là kếtnhững cây cỏ lại với nhau thành tấm, thì giờ đây đã được tự động hoá về mọi mặt,

cả về công nghệ lẫn thiết bị, đã có hẳn những công ty lớn chuyên về hoá chất ngànhgiấy Trên thế giới có rất nhiều nhà máy công suất 1 triệu tấn/ năm với những dànxeo khổ rộng 9m, 1.2m tốc độ 1700m/phút

1.2.2 Công nghiệp giấy Châu á- khu vực ASEAN

Là một phần nhỏ của thế giới, khu vực Châu á đã có riêng một nền công nghiệpgiấy của mình:

Mức sản xuất là: 69,6 triệu tấn/năm

Mức tiêu thụ là: 76,6 triệu tấn/năm

Mức tiêu thụ bình quân là: 23,5 triệu tấn/năm

Với Đài loan : 163,0 kg/người/năm

Trung quốc : 161,8 kg/người/năm

Inđônêxia : 114,0 kg/người/năm

Malayxia : 89,7 kg/người/năm

Hàn quốc : 101,2 kg/người/năm

Thái lan : 37,2 kg/người/năm

Việt nam : 5,1 kg/người/năm

Năm 2003

Bình quân cả khu vực ASEAN là: 21 kg/người/năm

Việt nam(cuối năm 2003) : 11 kg/người/năm

Năng suất của các nước không ngừng tăng lên, nhất là Trung quốc, Hàn quốc, vàInđônêxia Sản lượng của Trung quốc đứng hàng thứ 4 thế giới 26,7 triệu tấn/năm,Inđônexia 5,7 triệu tấn/năm và còn có ý định nhập 10 nước về sản lượng giấy

Tuy nhiên, còn một số nước trong khu vực vẫn phải nhập giấy hoặc bột giấy để sảnxuất như Mianma, Campuchia, Việt nam…

1.2.3 Thực trạng và định hướng phát triển, ngành giấy Việt nam

Việt nam có ngành công nghiệp giấy yếu kém với mức tiêu thụ giấy thấp vào

bậc nhất thế giới Theo báo cáo của Hiệp hội giấy Việt nam năm 2003 là năm pháttriển với tốc độ cao ( 19,33% so với năm 2002 ) của ngành giấy Việt nam Toànngành sản xuất được 640.000 tấn giấy, trong đó giấy in báo 27.000 tấn, giấy in &viết 145.000 tấn, giấy kraft, các tông, duplex 313.000 tấn, giấy vệ sinh 33.000 tấn,các loại giấy khác

Tuy nhiên, ngành giấy Việt nam mới chỉ đáp ứng được 60% nhu cầu tiêu dùngtrong nước ( năm 2003 xuất khẩu được 96.000 tấn, nhập khẩu 425.000 tấn và tiêudùng là 971.000 tấn, tiêu dùng biểu kiến đạt 12,14kg/người/năm) Việt nam vẫnnhập khẩu lượng lớn các lượng giấy đặc chủng chất lượng cao Trong khi đó, chỉriêng một nhà máy sản xuất giấy loại vừa ở Inđônêxia đã có công suất bằng tổngnăng lực sản xuất của toàn ngành giấy Việt nam Điều này cho thấy ngành giấyViệt nam so với khu vực ASEAN nhỏ đến mức nào

Hiện nay, cả nứơc có trên ba vạn đơn vị, cơ quan gia công và chế biến sảnphẩm từ giấy, khoảng 300 đơn vị sản xuất giấy, chưa đến 20 đợn vị sản xuất bộtgiấy qui mô trên 60.000 tấn giấy có trình độ tương đối khép kín Trong đó Tổngcông ty giấy Việt nam bao gồm 7 đơn vị sản xuất giấy Năm 2003 Tổng công tygiấy Việt nam đã sản xuất trên 183.000 tấn sản phẩm giấy các loại, trong đó giấy in

& viết là 111.473 tấn, giấy in báo 26.731 tấn, giấy bao bì khoảng gần 40.000 tấn,còn lại là giấy duplex, giấy vệ sinh, bìa và các loại giấy khác Ngoài sản phẩm giấycác loại, các doanh nghiệp trong Tổng công ty cũng đã sản xuất được nhiều mặthàng khác phục vụ nhu cầu tiêu dùng của xã hội (như gỗ dán gần 3.000 m3, bút cácloại khoảng gần 6 triệu chiếc, diêm các loại khoảng gần 11 triệu bao…)

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TẨY TRẮNG 2.1 Mục đích tẩy trắng bột giấy

Bột giấy cơ học hoặc hóa học, bột cơ hóa sau khi nấu có màu vàng xám.Bột này có thể dùng ngay để sản xuấ các loại giấy không cần độ trắng cao nhưgiấy bao bì, giấy in báo Nhưng nếu để sản xuất giấy có độ trắng cao như giấy

in, giấy viết, giấy vệ sinh, thì bột cần phải tẩy trắng

Độ trắng của bột giấy được đo bằng mức độ phản xạ ánh sáng đơn sắc củabột giấy so với một chất bột có độ trắng cao làm chuẩn ( thường là bột MgO ),

độ trắng của bột đó được coi là 100% Mỗi loại bột sản xuất bằng các phươngpháp khác nhau thì có độ trắng là khác nhau Bột sunfit tẩy trắng có thể đạt tới

độ trắng rất cao 940ISO (đạt 94% so với độ trắng của MgO)

Xenlulo và hemixenlulo bản chất có màu trắng nên không làm tối màu củabột giấy Chính nhóm mang màu của lignin gồm vòng phenyl, các nhómcarbonyl (C=O), và các nối đôi (C=C) khi kết hợp với nhau ở điều kiện nhất địnhlàm cho chúng có khả năng hấp thụ màu trong ánh sáng trắng và làm cho ligninmang màu.Thêm nữa phản ứng oxy hóa đã biến đổi gốc phenol trong ligninthành các hợp chất dạng quinon, các chất này hấp thụ ánh sáng làm cho bột cómàu tối Những ion kim loại nặng có mặt trong bột giấy đã kết hợp với các gốcphenol tạo thành các phức chất cũng gây ra màu sắc cho bột Ngoài ra các chấtkeo, nhựa trong bột cơ cũng tạo màu cho bột

Các loại bột giấy chưa tẩy có độ trắng khác nhau:

2.2.Các giai đoạn tẩy trắng

Tùy vào từng loại bột giấy mà có các phương pháp tẩy trắng khác nhau, nhưngchúng đều có chung các quá trình tẩy trắng chủ yếu sau:

Giai đoạn clo hóa (kí hiệu là C)

Giai đoạn kiềm hóa (ký hiệu là E)

Tẩy trắng bằng dioxit clo (D)

Tẩy trắng bằng hypoclorit (H)

Tẩy trắng bằng H2O2 ( ký hiệu P)

Tẩy trắng bằng ozon (ký hiệu O)

Giai đoạn thủy phân bằng axit (ký hiệu A)

Ngoài ra có rất nhiều chất tẩy trắng khác nhau như tẩy trắng bằng enzym

Để quá trình tẩy trắng bột giấy đạt hiểu quả cao người ta thường kết hợp các giaiđoạn tẩy trắng với nhau

Đối với bột sunfit thường được tẩy trắng liên tục theo trình tự như sau: CEHHngoài ra có thể theo trình tự: CEH, CCEHH, CEHD…

Bột sunfat: CECHDED, CECEHH

2.3 Qúa trình tẩy trắng bột hóa

Quá trình tẩy trắng bột hóa gồm 2 quá trình,quá trình một được coi là phần tiếptục của quá trình nấu nhằm hòa tan phần lignin còn nằm sót lại trong bột sau nấurồi rửa trôi đi Quá trình hai khi trong bột còn rất ít lignin khó tách, dùng tác nhânoxy hóa để phá hủy các nhóm mang màu của lignin còn lại trong bột nâng cao mộtchút độ trắng của bột Vì thành phần và cấu trúc của lignin rất phức tạp, mà mỗi tácchất hóa học chỉ có khả năng phản ứng với một số cấu trúc đặc trưng nào đó, nên

để hòa tan hiệu quả phần lignin này ta phải kết hợp dùng nhiều tác chất khác nhautrong một quy trình tẩy trắng Màu trắng của bột chỉ xuất hiện khi hầu hết lignin vàcác nhóm mang màu trong bột đã được loại bỏ.

Quá trình tẩy trắng bột hóa hiện đại gồm nhiều giai đoạn liên tục, mỗi giai đoạntẩy thường kết thúc bằng công đoạn rửa để loại bỏ những sản phẩm tạo thành tronggiai đoạn tẩy Để đạt hiệu quả rửa nhanh ta thường sử dụng quy trình tẩy sao chocác giai đoạn tẩy được thay đổi luân phiên nhau bằng môi trường axit, rồi kế tiếp làmôi trường bazơ

Các giai đoạn tẩy trắng bột hóa:

Tẩy trắng bằng khí clo ( Clo hóa, ký hiệu là C): Sục trực tiếp bột trong môi trườngaxit, khi đó clo sẽ tấn công lignin làm clo hóa lignin để chuyển thành chất dễ tan.Quá trình này áp dụng với trường hợp bột hóa có chứa hàm lượng lignin nhiều.Trong quá trình clo hóa sẽ tạo ra những chất độc hại với môi trường ,tuy nhiênphương pháp vẫn được dùng nhiều vì độ trắng cao và giá thành rẻ

Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bao gồm: nhiệt độ, nhiệt độ càng cao càng tốt tuynhiên cao quá sẽ khó kiểm soát Thời gian lưu thường 45-60 phút,có thể lên 90 phúttùy nhiệt độ Tỉ lệ clo hóa thường 75-80% toàn bộ lượng clo hữu hiệu

Giai đoạn kiềm hóa (ký hiệu là E)

Kiềm hóa có bổ sung oxy (ký hiệu EO)

Tẩy bằng oxy

Tẩy trắng bằng dioxit clo ( ClO2 )

Tẩy trắng bằng hypoclorit

Tẩy trắng bằng H2O2 ( ký hiệu P)

Tẩy trắng bằng ozon (ký hiệu Z)

Giai đoạn thủy phân bằng axit (ký hiệu A)

Tẩy bằng chất khử Na2S2O3

Tẩy bằng hóa chất khác như: NaHSO3 , NaHB4, ít được áp dụng

2.4 Tẩy trắng bột cơ và bột bán hóa

nguyên tắc là dùng hóa chất để biến những nhóm mang màu của lignin thànhnhững nhóm không mang màu

Tẩy trắng bột bán hóa (CMP): Bột CMP thường có độ trắng rất thấp do nhiễm màucủa lignin do quá trình ngâm tẩm dăm gỗ với kiềm hoặc với sunfit Vì là loại bộthiệu suất cao nên bột bán hóa cũng được tẩy trắng bằng phương pháp giữ lại ligninnhư tẩy trắng bột cơ Điểm khác biệt là bột bán hóa phải được rửa thật kỹ để loại bỏsunfit có trong bột trước khi tẩy bằng H2O2 Lượng H2O2 cần dùng để tẩy bột bánhóa sẽ thấp hơn một chút so với tẩy bột cơ

2.5 Tiêu chuẩn hóa chất tẩy trắng

Sự đánh giá của việc sử dụng hóa chất tẩy trắng cho mỗi tấn bột giấy được xác địnhbởi 3 yếu tố sau: khả năng oxi hóa trên mỗi đơn vị trọng lượng hóa chất, hiệu quảcủa việc sử dụng chất oxi hóa trong quá trình khử lignin hay trong quá trình tẩytrắng và tỉ lệ mỗi đơn vị trọng lượng

2.6 Hóa chất tẩy trắng trong nước

Khi bột giấy ở dạng huyền phù trong nước thì tất cả các hóa chất tẩy trắng cần phảiđược hòa tan trước trong nước và tất cả các phản ứng tẩy trắng phải được xảy ratrong môi trường nước Trong một vài trường hợp thì hóa chất tẩy trắng cần hạnchế hòa tan trong môi trường nước Trong một vài trường hợp khác thì sẽ sinh racác phản ứng phụ khi hòa tan các hóa chất vào trong nước

Một vài hóa chất tẩy trắng sẽ bị thủy phân và phân li trong nước

Sự thuỷ phân và phân ly:

ClO2 + H2O <-> HClO3 + HClO2

H2O2 : H2O2 + OH- <-> OH + O2- + H2O

H2O2 <-> O2 + OH- + H2O

Clo bị thủy phân trong nước sẽ tạo thành acid hypoclorua HClO Trong quá trìnhkhử clo mà thông thường xảy ra tại một pH ở khoảng giữa 1,5 đến 2 thì một số clohọat tính sẽ tồn tại ở dạng HClO

Khi pH được nâng tới 4 – 5 thì tất cả clo hoạt tính sẽ ở dạng acid HClO Acidhypoclorua HClO sẽ phản ứng lại với hydrat cacbon (C2H22O11) và có thể là lý doquan trọng làm giảm độ bền của bột giấy Tại pH cao, acid hypoclorua phân li đểtạo thành ion hypoclorit (ClO-)

Trong giai đọan tẩy trắng hypoclorit tại pH từ 9,5 đến 10 thì phải tính đến mộtlượng hóa chất đáng kể, khi đó sẽ có mặt lượng HClO đáng kể và có thể làm thiệthại rất xấu đến bột giấy Hydro peroxit cũng bị phân li tại pH cao tạo thành anionperhyoxit (OOH-), nó là hóa chất chủ yếu tham gia vào quá trình tẩy trắng; vì vậy

nó rất quan trọng trong quá trình tẩy trắng bằng peroxit để duy trì một pH cao.Khi hòa tan trong nước và tại pH cao, clodioxit sẽ phân li chậm để tạo thành cloric

và clorat Tại một pH điển hình cho quá trình tẩy trắng bằng clo dioxit (pH = 3 – 4

trong giai đọan D1 và pH = 4 – 5 trong giai đọan D2) thì cloric sẽ họat động đượctrong quá trình tẩy trắng nhưng clorat thì không Hydro peroxit (H2O2) phân li cho

ra oxi và nước Sự phân li sẽ kéo theo các phản ứng với anion perhyroxit (OOH-),

sự phân li sẽ xảy ra nhanh hơn ở pH cao Chất xúc tác cho giai đọan phân li H2O2 làion kim loại và tác nhân ổn định như là Mg, Na2SiO3 có thể được sử dụng đặc biệt

để thu được sản lượng bột cao

Một vài hóa chất sử dụng trong quá trình tẩy trắng như H2O2, NaOCl, Na2O2 có thểhòa tan mạnh trong nước Tuy nhiên, Cl2O2, Cl2, O2 và O3có một giới hạn tan trongnước

2.7 Các phương pháp tẩy trắng bột giấy

2.7.1 Tẩy trắng bằng khí clo hóa và kiềm hóa

Clo nguyên tử có tác dụng chọn lọc với những thành phần không phải cacbonhydrat có trong bột, làm cho chúng dễ hòa tan trong nước hoặc hòa tan trong môitrường kiềm Hầu hết các sản phẩm của clo hóa sẽ được tách ra trong giai đoạnkiềm hóa Xu hướng chung là loại bỏ giai đoạn clo hóa vì nó tạo thành một số hợpchất độc chứa clo, qua nước thải làm ô nhiễm môi trường Trong tháp tẩy, việckhuấy trộn thật đều khí clo với bột là điều kiện tiên quyết để đảm bảo bột được tẩyđều

Kiềm hóa đây là giai đoạn bắt buộc thực hiện sau clo hóa Dùng dung dịchNaOH để hòa tan và loại bỏ những sản phẩm của lignin với clo khi clo hóa Kiềmhóa diễn ra ở nồng độ bột 12-15% ở nhiệt độ 60-800C thời gian lưu khoảng 2h Độ

pH ở thời điểm kết thúc phải đạt trên 10,8 nếu không thì lignin hòa tan không hoàntoàn Rửa sạch bột sau clo hóa rất quan trọng, nếu bột rửa không sạch nó sẽ mangmôi trường axit vào công đoạn sau, làm tiêu hao thêm NaOH để trung hòa axit đó.Đặc tính của clo

- Công thức : Cl2

- Clo sẽ chuyển giao bột giấy trong các nhà máy như là một chất lỏng gây áp

và nó sẽ bốc hơi trước khi cho bột giấy vào

- Mức nguy hiểm của phản ứng là chất oxi hoá mạnh: nó có thể phản ứng mãnhliệt với các nguyên vật liệu dễ cháy

- Có thể phản ứng với H2S, CO và SO2 tạo thành những khí ăn mòn gây phá

Tẩy trắng bằng khí clo ( Clo hóa, ký hiệu là C): Sục trực tiếp bột trong môi trường axit, khi đó clo sẽ tấn công lignin làm clo hóa lignin để chuyển thành chất dễ tan Quá trình này áp dụng với trường hợp bột hóa có chứa hàm lượng lignin nhiều Trong quá trình clo hóa sẽ tạo ra những chất độc hại với môi trường ,tuy nhiên phương pháp vẫn được dùng nhiều vì độ trắng cao và giá thành rẻ

Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bao gồm: nhiệt độ, nhiệt độ càng cao càng tốt tuy nhiên cao quá sẽ khó kiểm soát Thời gian lưu thường 45-60 phút,có thể lên 90 phúttùy nhiệt độ Tỉ lệ clo hóa thường 75-80% toàn bộ lượng clo hữu hiệu.

Clo bị thủy phân trong nước sẽ tạo thành acid hypoclorua HClO Trong quá trình khử clo mà thông thường xảy ra tại một pH ở khoảng giữa 1,5 đến 2 thì một số clo họat tính sẽ tồn tại ở dạng HClO

2.7.2 Tẩy trắng bằng Hypoclorit

Tẩy trắng bằng hypoclorit là giai đoạn H của quá trình Hiện nay ít được sử dụng

do tính chọn lọc kém, vì nó vừa tác dụng oxy hóa mạnh với cả xenlulo nên làmgiảm độ bền của bột Tuy nhiên trong công nghệ tẩy trắng bột xenlulo để sản xuấtsợi vissco thì hypoclorit vẫn được dùng nhằm làm giảm độ nhớt của bột

a) Tìm hiểu về hypoclorit (NaHclO).

Đây là chất quan trọng nhất, chúng thường được sử dụng để tẩy trắng (tẩy trắngbằng Clorit) Chúng là dạng muối không bền vững, bị biến đổi phân hủy ngoàikhông khí, tạo ra HClO khi chúng tiếp xúc thậm chí với Axit yếu, Axit hypo clorit,giải phóng ra khí Cl2 Đó là tác nhân oxy hóa mạnh và tẩy trắng

b) Natri hypoclorit NaClO 6H2O:

Là dạng dung dịch nước, hiện nay theo cách hiểu trong thương mại với tên là

"nước Javel" Nó được tạo ra bằng cách điện phân dung dịch muối NaCl Hoặc bởitác dụng của Na2SO4 hoặc NaOh (Xút ăn da) với Clo Muối này rất dễ hòa tantrong nước Không tồn tại dạng khan Nó ít bền vững yếu hoặc không màu, ngửimùi Clo Chúng thường có một lượng tạp của NaCl được sử dụng cho tẩy trắng sợitẩy trắng sợi thực vật hoặc bột gỗ, tẩy trùng môi trường làm sạch nước hoặc chế tạoHydrazin

Nó cũng được sử dụng trong ngành ảnh như thuốc rửa ảnh nhanh cho đĩachống quầng sáng, và trong y học như một chất diệt khuẩn (hỗn hợp với axit boricđược biết với tên "dung dịch Dakin"

Hypoclorit được sản xuất lần đầu vào năm 1789 bởi Claude Louis Berthollettrong phòng thí nghiệm của ông trên bến cảng Javel ở Paris, Pháp bằng cách dẫnkhí clo vào dung dịch natri cacbonat Chất lỏng thu được, được biết là "Eau deJavel" ("nước Javel"), là một dung dịch natri hypoclorit yếu Tuy nhiên phươngpháp này không hiệu quả và cách sản xuất thay thế được tìm kiếm Cách mới làchiết vôi được khử bằng clo (bột tẩy) với natri cacnonat tạo ra lượng nhỏ clo có thểtìm thấy Cách này thông thường được dùng để sản xuất dung dịch hypoclorit đểdùng như là chất khử trùng trong bệnh viện được bán với tên thương mại "Eusol"

và "dung dịch Dakin" Đến gần cuối thế kỉ19, E S Smith lấy được bằng sáng chếsản xuất hypoclorit bằng cách thuỷ phân nước biển để tạo ra natri hydroxit và khíclo rồi sau đó trộn với nhau tạo thànhdạng hypoclorit Cả điện năng và nước biểnđều có thể cung cấp với giá rẻ cùng một lúc và những thương nhân mạnh dạn đãnắmđượclợithế để làm thoả mãn sự đòi hỏi của thị trường về hypoclorit

Ngày nay, một phương pháp cải tiến của cách trên, được biết là phương pháp Hooker, là cách sản xuất natri hypoclorit theo hướng công nghiệp ở mức độrộng rãi Theo phương pháp này natri hypoclorit (NaClO) và natri clorua (NaCl)được tạo ra khi dẫn khí clo vào dung dịch natri hydroxit nguội loãng Nó đượcchuẩn bị về mặt công nghiệp bằng cách điện phân có màng ngăn nhỏ giữa anôt vàcatôt Dung dịch phải giữ ở nhiệt độ dưới 40°C (bằng những cuộn dây làm lạnh) đểngừa sự hình thành natri clorat không được ưa thích

Cl2 + 2NaOH NaCl + NaClO + H20

Đặc tính và mức độ nguy hiểm của NaOCl

- Công thức : NaOCl hoặc Ca(OCl)2

- Tên gọi : natri hypoclorit hay canxi hypoclorit

Hình thức sử dụng: Dung dịch hypoclorit được pha loãng bởi khí clo với ddNaOH hay dd Ca(OCl)2 Nồng độ của dd này đã biểu thị đương lượng gam của Cl2,thường từ 30-40g/l.

Mức độ nguy hiểm đến sức khoẻ

- Là dd oxi hoá có tính chất kiềm nên dễ ăn da tay

- Ngoài ra nó làm thiệt hại những loại vải dệt mỏng do có hiệu ứng ăn mòn cụcbộ

c) Quá trình tẩy tráng bằng hypoclorit trong công nghệ giấy(NaClO).

Điều kiện cho quá trình tẩy trắng bằng Hypoclorite (ClO-) được biểu diễn ởbảng sau Hầu hết các giai đoạn hypoclorite được xảy ra ngay sau giai đoạn tríchrửa như CEH, CEHD hoặc CEHDED Nếu hằng số kappa của bột giấy được đưavào trong quá trình trích rửa thì tương đối cao, tức là từ 6 – 8, khi đó lượnghypoclorite được thêm vào có thể cao nhất trong khoảng từ 15 – 20 kg tương đươngvới 1 kg Clo trong mỗi tấn bột Hypoclorite được thêm vào để bổ sung cho giaiđoạn trích rửa E1 và E2 (CEHDED, CEDEHD) Tuy nhiên trong thực tế điều nàykhông phổ biến Trong trường hợp của giai đoạn E2 cần sử dụng ít nhất 3 kg Clotrong một tấn bột để ngăn chặn hiện tượng làm đặc bột Còn trong giai đoạn E1 khảnăng oxi hoá của hypoclorite là rất kém bởi vì nó đã phản ứng một phần với lignin