Nghiên cứu quá trình tẩy trắng bột giấy sunfat có sử dụng enzym

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHAN CH Í THANH NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ TẨY TRẮNG BỘT GIẤY SUNFAT CÓ SỬ DỤNG ENZYM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS LÊ QUANG DIỄN HÀ NỘI – 2010 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tất số liệu nghiên cứu đề tài hoàn toàn trung thực Các thí nghiệm tiến hành cách nghiêm túc, trình nghiên cứu, chép từ số liệu khoa học Tác giả KS Phan Chí Thanh Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa ……………………………………………………………… Lời cam đoan ……………………………………………………………… Danh mục ký hiệu viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU ……………………………………………………………………… Chƣơng TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU …………………… 11 1.1 Mục đích nhiệm vụ trình tẩy trắng bột hóa ………………… 11 1.2 Khái quát công nghệ tẩy trắng ECF ………………………………… 12 1.3 Khái quát số công đoạn tẩy trắng bột hóa ………………………… 13 1.3.1 Tách loại lignin oxy môi trường kiềm …………………… 13 1.3.2 Tẩy trắng bột hóa dioxit clo …………………………………… 15 1.3.3 Kiềm hóa (trích ly kiềm) ………………………………………… 18 1.3.4 Một số sơ đồ tẩy trắng ECF ……………………………………… 21 Sử dụng enzym tẩy trắng bột giấy ………………………… 24 1.4 1.4.1 Khái quát enzym số tính chất chúng …………………… 24 1.4.2 Cơ sở lý thuyết sử dụng enzym cho tẩy trắng bột giấy 27 Tổng quan nghiên cứu sử dụng enzym cho tẩy trắng bột giấy … 34 Chƣơng VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU …………… 39 2.1 Vật liệu ………………………………………………………………… 39 2.2 Các dụng cụ thiết bị sử dụng cho nghiên cứu ……………… 39 2.3 Phương pháp nghiên cứu ………………………………………… 40 2.3.1 Chuẩn bị bột giấy cho nghiên cứu …………………………………… 40 2.3.2 Chuẩn bị dung dịch tẩy ………………………………………………… 40 2.3.3 Xác định tiêu chất lượng bột sunfat chưa tẩy trắng ……… 41 2.3.4 Phương pháp xử lý bột giấy sunfat enzym ………………… 41 2.3.5 Phương pháp tẩy trắng bột sunfat 41 1.5 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh 2.3.6 Các phương pháp phân tích tính chất bột giấy …………………… 43 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ………………………………… 44 3.1 Xác định hoạt độ enzyme ………………………………………… 44 3.2 Xác định tính chất bột sunfat chưa tẩy trắng ……………………… 44 3.3 Thiết lập qui trình công nghệ xử lý bột sunfat enzym cho tẩy trắng 44 3.3.1 Lập luận chọn sơ đồ tẩy trắng …………………………………… 44 3.3.2 Ảnh huởng mức dùng enzym tới độ trắng bột sunfat ……………… 46 3.3.3 Ảnh huởng thời gian xử lý enzym tới độ trắng bột sunfat 47 3.3.4 Ảnh huởng nhiệt độ xử lý enzym tới độ trắng bột sunfat …… 48 3.4 Nghiên cứu thiết lập quy trình công nghệ tẩy trắng bột sunfat có sử dụng enzym ……………………………………………………… 50 3.4.1 Lập luận chọn sơ đồ công nghệ ……………………………………… 50 3.4.2 Xác định mức dùng dioxit clo cho tẩy trắng …………………………… 50 3.4.3 Tối ưu hoá mức dùng dioxit clo công đoạn D0, D1, D2 ……… 52 3.4.4 Tối ưu hoá mức dùng NaOH giai đoạn EP ………………………… 53 3.4.5 Nghiên cứu khả rút gọn quy trình tẩy trắng ECF …………… … 54 3.4.6 Ảnh hưởng xử lý enzym tới độ trắng bột sunfat tẩy trắng theo sơ đồ X - D0 - EP - D1 - E – D2 ……………………………………… 54 3.4.7 Xác định khả giảm tiêu hao hóa chất tẩy chu trình tẩy trắng bột sunfat có sử dụng enzym ………………………………………… 55 3.4.8 Ảnh hưởng enzym tới trình nghiền số tính chất bột giấy sunfat tẩy trắng …………………………………………… 3.4.9 Đánh giá tác động tới môi trường quy trình tẩy trắng sử dụng enzym 3.5 56 58 Quy trình công nghệ tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng dioxit clo có sử dụng enzym …………………………………………………………… 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ …………………………………………… 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO.…………………………………………………… 63 PHỤ LỤC.…………………………………………………………………… 67 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ECF Elementally chlorine free Công nghệ tẩy trắng bột giấy không sử dụng clo nguyên tố TCF Totally chlorine free Công nghệ tẩy trắng bột giấy không sử dụng clo hợp chất O Oxygen-alkali deligninfication stage Công đoạn tách loại lignin oxi môi trường kiềm (xư lý oxi-kiềm) A Acid stage Công đoạn axit hóa C Chlorination stage Công đoạn tẩy trắng clo nguyên tố (clo hóa) H Hypoclorite stage Công đoạn tẩy trắng natri hypoclorit D Chlorine dioxide stage, Công đoạn tẩy trắng dioxit clo Dh High temperature Chlorine dioxide stage, Công đoạn tẩy trắng dioxit clo nhiệt độ cao DN Chlorine dioxide stage followed by neutralization, Công đoạn tẩy trắng dioxit clo môi trường trung tính E Alkaline extraction stage, Công đoạn trích ly kiềm (EO) Alkaline extraction reinforced with oxygen, Công đoạn trích ly kiềm tăng cường oxi (EOP) Alkaline extraction reinforced with oxygen and hydrogen peroxide, Công đoạn trích ly kiềm tăng cường oxi hydropeoxit (EP) Alkaline extraction reinforced with hydrogen peroxide, Công đoạn trích ly kiềm tăng cường hydropeoxit Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh (OP) Pressurised stage using H2O2 with O2 (low peroxide charge), Xử lý oxi-kiềm tăng cường hydropeoxit P Hydrogen peroxide stage, Tẩy trắng H2O2 Q Chelation stage, Xử lý bột giấy chất tạo phức X Xylanase treatment stage, Xử lý bột giấy xylanaza Z Ozone stage, Tẩy trắng ozon (O3) AOX Absorbable organic halides, Hợp chất halogen hữu hấp thụ HexA Axit hecxenuronic ADt Tấn khô gió (air dry tonne) BDt Tấn khô tuyệt đối (bone dry tonne) KTĐ Khô tuyệt đối ISO International Organization for Stadardization DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Một số xylanaza thương phẩm Bảng 3.1 Các thông số công nghệ sơ đồ tẩy trắng bột sunfat H-P-A Bảng 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ xử lý enzym tới độ trắng bột sunfat Bảng 3.3 Điều kiện tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng với tổng mức dùng ClO2 khác Bảng 3.4 Điều kiện tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng với thay đổi mức dùng ClO công đoạn Bảng 3.5 Ảnh hưởng phân bố mức dùng ClO2 công đoạn tẩy tới Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh độ trắng bột sunfat Bảng 3.6 Ảnh hưởng tỉ lệ phân bố ClO2 công đoạn D1 D2 tới độ trắng bột sunfat Bảng 3.7 Ảnh hưởng mức dùng NaOH công đoạn EP tới độ trắng bột sunfat tẩy trắng Bảng 3.8 Độ nghiền bột sunfat tẩy trắng theo thời gian nghiền Bảng 3.9 Tính chất lý bột sunfat tẩy trắng Bảng 3.10 Hàm lượng AOX* nước thải từ trình tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Ảnh hưởng pH đến độ bền enzym Hình 1.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hoạt độ enzym Hình 1.3 Cơ chế tác dụng enzym Hình 1.4 Sự thay đổi độ trắng bột sau xử lý enzym Hình 3.1 Ảnh hưởng mức dùng enzym tới độ trắng bột sunfat Hình 3.2 Ảnh huởng thời gian xử lý enzym tới độ trắng bột sunfat Hình 3.3 Ảnh hưởng mức dùng ClO2 tới độ trắng bột sunfat gỗ cứng tẩy trắng Hình 3.4 Ảnh hưởng xử lý enzym tới mức giảm tiêu hao ClO2 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh MỞ ĐẦU Ngày nay, công nghệ sinh học ngày giữ vai trò quan trọng lĩnh vực công nông nghiệp, đặc biệt công nghiệp chế biến Có thể nói, công nghiệp giấy ngoại lệ, việc ứng dụng công nghệ sinh học nhiều hạn chế Sử dụng enzym khẳng định hiệu cao nhiều công đoạn trình sản xuất bột giấy giấy Trong lĩnh vực tẩy trắng bột giấy sản xuất phương pháp hóa học (bột hóa), phương pháp tẩy trắng bột giấy truyền thống sử dụng clo nguyên tố làm chất tẩy hiệu cao, song từ lâu tâm điểm phản ứng quan môi trường người tiêu dùng Mấy thập kỷ gần đây, trước áp lực bảo vệ môi trường nâng cao sức khỏe cộng đồng, công nghệ tẩy trắng không sử dụng clo nguyên tố hợp chất clo đời, nhằm đáp ứng yêu cầu ngày khắt khe bảo vệ môi trường nâng cao chất lượng sản phẩm Một giải pháp hiệu sử dụng enzym chu trình tẩy trắng bột hóa Nước ta nước phát triển, Công nghiệp giấy ngành kinh tế quan trọng cần ưu tiên phát triển phù hợp với đường lối đổi kinh tế, với tiến trình công nghiệp hóa đại hóa Đất nước 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, sản xuất 1,8 triệu bột giấy, tạo điều kiện để xây dựng nhà máy sản xuất bột giấy tập trung, quy mô lớn Bên cạnh đó, “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 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh Ngành giấy Việt Nam có hàng loạt dự án xây dựng mở rộng nhà máy quy mô, áp dụng công nghệ đại thân thiện môi trường đáp ứng mục tiêu phát triển ngành, nhiên để thực hịên tốt mục tiêu này, nghiên cứu áp dụng, công nghệ cần thiết, nhằm làm chủ khoa học công nghệ, tạo sở cho định hướng đắn lâu dài Có thể nói, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ công nghịêp giấy nước ta bắt đầu vài năm gần Đã có nghiên cứu tạo chế phẩm ứng dụng chế phẩm enzym cho tẩy trắng bột giấy (bột hóa bột giấy tái sinh), song đạt kết khiêm tốn Trước tình hình đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu quy trình công nghệ tẩy trắng bột giấy sunfat có sử dụng enzym” đóng góp cho lĩnh vực khoa học công nghệ thiết Ngoài ra, sản xuất bột giấy nước ta áp dụng công nghệ tẩy trắng sử dụng clo nguyên tố hợp chất clo, nói lạc hậu có ảnh hưởng lớn môi trường Trong tương lai gần công nghệ tẩy trắng quan tâm hiệu áp dụng công nghệ tách loại lignin oxy môi trường kiềm, tẩy trắng dioxit clo kết hợp sử dụng enzym, việc nghiên cứu qui trình công nghệ tẩy trắng dioxit clo có sử dụng enzym sở cho doanh nghiệp mạnh dạn áp dụng công nghệ tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng Việt Nam phù hợp với xu hướng phát triển chung công nghệ sản xuất bột giấy giới đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường Mục tiêu đề tài: Thiết lập quy trình công nghệ tẩy trắng bột sunfat có công đoạn tiền xử lý enzym 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: - Nghiên cứu ảnh hưởng xử lý bột sunfat enzym tới trình tẩy trắng dioxit clo Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh - Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố công nghệ tới trình tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng dioxit clo - Xây dựng quy trình tẩy trắng bột giấy dioxit clo có sử dụng enzym nhằm thu bột tẩy trắng phù hợp làm nguyên liệu sản xuất giấy in, giấy viết Phương pháp nghiên cứu: Sử dụng phương pháp nghiên cứu, tiêu chuẩn hóa lĩnh vực hóa học công nghệ tẩy trắng bột giấy để thiết lập thông số công nghệ trình tẩy trắng bột giấy loại bột giấy sản xuất nhà máy lớn nước nhằm tạo sản phẩm bột có chất lượng tương đương giảm ảnh hưởng sản xuất tới môi trường xung quanh Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: Kết nghiên cứu sở cho việc áp dụng công nghệ tẩy trắng không sử dụng clo nguyên tố, ứng dụng công nghệ sinh học, giảm thiểu ảnh hưởng tới môi trường, tài liệu tham khảo tốt lĩnh vực hóa học công nghệ sản xuất bột giấy ứng dụng công nghệ sinh học công nghiệp chế biến 10 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh Bảng 3.5: Ảnh hưởng phân bố mức dùng ClO2 công đoạn tẩy tới độ trắng bột sunfat Phân bố mức dùng ClO2 D0 = 50% D0 = 60% D0 = 70% D1 = D2 = 25% D1 = D2 = 20% D1 = D2 = 15% 84,3 84,8 Độ trắng, % ISO 85,1 Từ kết thấy mức tăng độ trắng bột tỉ lệ thuận với tăng mức dùng ClO2 công đoạn D0 Tối ưu sơ đồ 70 % cho công đoạn D0 30 % cho công đoạn lại Quy luật tương ứng với sơ đồ công nghệ áp dụng thực tiễn Để tối ưu hóa mức dùng ClO2 công đoạn D1 D2, tiến hành loạt thực nghiệm tẩy trắng điều kiện tương tự với thay đổi mức dùng ClO2 công đoạn giới hạn 30 % tổng mức dùng ClO2 Kết trình bày bảng 3.6 Bảng 3.6: Ảnh hưởng tỉ lệ phân bố ClO2 công đoạn D1 D2 tới độ trắng bột sunfat Mức dùng ClO2, % (D1/D2) 15/15 20/10 22,5/7,5 Độ trắng, % ISO 85.1 85,2 85,4 Có thể thấy, mức dùng ClO2 công đoạn D1 cao, độ trắng bột thu lớn, song khác biệt không đáng kể Vì vậy, để thuận lợi cho tiến hành trình xem tỉ lệ 2/1 hợp lý Như vậy, phân bố tối ưu dioxit clo công đoạn tẩy là: 70% D0, 20% D1 10% D2 3.4.4 Tối ƣu hoá mức dùng NaOH giai đoạn EP: Đã tiến hành tẩy trắng bột sunfat với điều kiện: không thay đổi nhiệt độ, thời gian xử lý công đoạn kiềm hóa sau D1 mức dùng H2O2, đồng thời mức 53 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh dùng phân bố dioxit clo lấy theo mức tối ưu xác lập (mục 3.4.3) Thay đổi mức dùng kiềm công đoạn EP khoảng † % so với bột KTĐ, xác định độ trắng bột tẩy trắng (Bảng 3.7) cho thấy mức chọn (1,5 %) bột có độ trắng không đạt yêu cầu, mức chọn (2 %) đọ trắng có cải thiện không đáng kể Vì khẳng định mức dùng 1,5 % NaOH thích hợp Bảng 3.7 Ảnh hưởng mức dùng NaOH công đoạn EP tới độ trắng bột sunfat tẩy trắng Mức dùng NaOH, % bột KTĐ Độ trắng, %ISO 1,5 84,3 85,2 85,6 Từ kết nghiên cứu xác lập thiết lập chế độ công nghệ tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng dioxit clo sau: Các công đoạn Thông số công nghệ D0 EP D1 E D2 4,65 - 1,30 - 0,70 Mức dùng NaOH,% bột KTĐ - 1,5 - 0,5 - Mức dùng H2O2, % bột KTĐ - 0,5 - - - Nồng độ bột, % 10 10 10 10 10 Thời gian xử lý, phút 30 60 90 60 90 Nhiệt độ, oC 55 70 75 70 75 pH đầu 2,5 11 3,5 10 3,5 Mức dùng ClO2, % bột KTĐ (theo clo hoạt tính) 3.4.5 Nghiên cứu khả rút gọn quy trình tẩy trắng ECF Để khẳng định tính hợp lý sơ đồ công nghệ tẩy trắng thiết lập (D0-EP-D1-E-D2), tiến hành tẩy trắng bột sunfat điều kiện tương đương, song 54 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh với hai công đoạn tăng trắng rút gọn thành (D0-EP-D), mức dùng NaOH giữ mức 1,5 % so với bột KTĐ Kết thu cho thấy, độ trắng bột tẩy trắng theo sơ đồ rút gọn đạt 84,5 % ISO Điều lần khẳng định tính hợp lý sơ đồ công nghệ thiết lập 3.4.6 Ảnh hƣởng xử lý enzym tới độ trắng bột sunfat tẩy trắng theo sơ đồ X-D0-EP-D1-E-D2 Trên sở quy trình xử lý bột sunfat enzym cho tẩy trắng (mục 3.2) quy trình tẩy trắng dioxit clo (mục 3.4.4) thiết lập, tiến hành tẩy trắng bột giấy theo sơ đồ sử dụng enzym (X-D0-EP-D1-E-D2) với thông số công nghệ tương ứng Xử lý enzym tiến hành mức nhiệt độ 30, 40, 50 60 o C Kết thu bột tẩy trắng có độ trắng đạt 87,6 ÷ 88,2 % ISO, tức xử lý enzym tăng % ISO 3.4.7 Xác định khả giảm tiêu hao hóa chất tẩy chu trình tẩy trắng bột sunfat có sử dụng enzym Như xác định, tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng theo sơ đồ D0-EP-D1-E-D2 với mức dùng dioxit clo 6,65 % so với bột KTĐ (theo clo hoạt tính) thu bột tẩy trắng có độ trắng 85 % ISO Bên cạnh xác định rằng, sử dụng enzym với mức dùng hợp lý (150 g/tấn bột KTĐ) chu trình tẩy trắng X-D0-EP-D1-E-D2 nâng cao độ trắng bột lên mức 87 ÷ 88 %ISO Như vậy, nguyên tắc cần đạt độ trắng 85 %ISO, sử dụng enzym giảm tiêu hao chất tẩy Để xác định khả này, tiến hành tẩy trắng bột theo sơ đồ X-D0-EP-D1-E-D2 với điều kiện tối ưu thiết lập, ngoại trừ mức dùng ClO2 điều chỉnh mức giảm khác nhau: 5, 10, 15, 20, 25 30 % Kết trình bày Hình 3.4 55 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh 90 89 Độ trắng, % ISO 88 87 86 85 84 83 82 81 80 10 15 20 25 30 Mức giảm ClO2, % tổng mức dùng Hình 3.4 Ảnh hưởng xử lý enzym tới mức giảm tiêu hao ClO2 Có thể thấy, trường hợp bột qua xử lý enzym tùy thuộc vào yêu cầu độ trắng bột mà giảm tới 30 % cao tiêu hao chất tẩy Trong trường hợp cần đạt độ trắng 85 %ISO giảm 20 % mức dùng dioxit clo 3.4.8 Ảnh hƣởng enzym tới trình nghiền số tính chất bột giấy sunfat tẩy trắng Nghiền bột giấy công đoạn quan trọng trình sản xuất giấy Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới trình nghiền, song hàm lượng thành phần hemixenluloza bột giấy yếu tố quan trọng Kết phân tích cho thấy, không khác biệt hàm lượng pentozan: bột giấy chưa tẩy trắng (15,8 %), bột giấy chưa tẩy trắng qua xử lý enzym (15,6 %) bột giấy tẩy trắng (15,2 %), điều chứng tỏ loại xylanaza không làm phân hủy xylan tới mức bị hòa tan nhiều dung dịch 56 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh Để khảo sát ảnh hưởng enzym tới trình nghiền bột sunfat tẩy trắng, tiến hành nghiền bột giấy máy nghiền Hà Lan khảo sát ảnh hưởng thời gian nghiền tới độ nghiền 02 loại bột có độ trắng tương đương 85 %ISO, bao gồm bột tẩy trắng sử dụng enzym (với mức dùng ClO2 5,32 % so với bột KTĐ, theo clo hoạt tính) không sử dụng enzym (với mức dùng ClO2 6,65 %, theo clo hoạt tính) Kết thu (Bảng 3.8) cho thấy, enzym có ảnh hưởng tốt tới tính chất phân sợi bột giấy, sử dụng enzym cho tẩy trắng cho phép giảm đáng kể thời gian nghiền bột tẩy trắng Bảng 3.8: Độ nghiền bột sunfat tẩy trắng theo thời gian nghiền Độ nghiền, oSR Thời gian nghiền, phút Bột tẩy trắng theo sơ đồ D0-EP-D1-E-D2 Bột tẩy trắng theo sơ đồ X-D0-EP-D1-E-D2 10 20 30 40 50 54 16 18 21 26,5 33 40,5 45 16 18,5 22 28,5 36 45 - Các mẫu bột giấy có độ nghiền 45 oSR xeo mẫu định lượng 70 g/m2 xác định số tính chất độ bền học Các số (Bảng 3.9) cho thấy, độ trắng bột tẩy trắng sử dụng enzym có số độ bền học cao so với bột tẩy trắng không sử dụng enzym Đây đặc điểm khác biệt sơ đồ tẩy trắng dioxit clo so với sơ đồ tẩy trắng ECF nghiên cứu khác (như sơ đồ X-H-H-A hay X-H-P-A), sơ đồ tẩy trắng bột loại cho bột có độ bền học tương đương cao số bục 57 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh Bảng 3.9: Tính chất lý bột sunfat tẩy trắng Chỉ số Thời gian nghiền (phút) Độ nghiền (oSR) Độ chặt (kg/m3) Chỉ số kéo ( KN.m/g) Chỉ số xé (mN.m2/g) Chỉ số bục (KPa.m2/g) Độ trắng (%ISO) Độ nhớt (cm3/g) Bột tẩy trắng không sử dụng enzym 54 45 682 64,3 4,8 3,9 85,2 605 Bột tẩy trắng sử dụng enzym 50 45 695 67,4 5,2 4,2 85,1 623 3.4.9 Đánh giá tác động tới môi trƣờng quy trình tẩy trắng sử dụng enzym Vấn đề đáng quan tâm công nghệ tẩy trắng bột giấy hợp chất hữu clo (AOX) tạo thành trình tẩy trắng thành phần nước thải sản xuất trắng Như biết, hợp chất AOX bao gồm [11]: - Các chất nhựa chứa clo, monoclorodihydroabietic; - Các chất axit béo chứa clom, diclorostearic axit - Các hợp chất hữu chứa clo khác, clorophenol; clorocatechol; cloroguaicol; 2-cloropropanol; clorovanilin; clorosyringaldehyde; clorinated syringal; 2,3,7,8-tetra clorodibenzo-p-dioxin (TCDD);2,3,7,8-tetra cloro dibenzofuran (TCDF)… - Các hợp chất gây độc: 1,3 dicloroacetone; 3, cloro-4dicloromethyl-5hydroxyl-2(5H) furanone; cloroacetone, cloroform; carbotetraclorine; diclorometan… Trong hợp chất trên, độc hại khó phân hủy hợp chất dioxin Tuy nhiên công nghệ ECF, đặc biệt quy trình công nghệ cho lượng AOX nước thải thấp: 0,2 † kg AOX/tấn bột KTĐ, đặc biệt hợp chất polyclornated dibenzo-p-dioxin (PCDD) polyclornated dibenzo furan (PCDF) gần nhỏ nước thải công đoạn tẩy trắng 58 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh Xác định số AOX nước thải từ trình tẩy trắng sử dụng enzym không sử dụng enzym (Bảng 3.10) cho thấy, để sản xuất bột có độ trắng tương đương (85 %ISO) quy trình tẩy trắng sửu dụng enzym có hàm lượng AOX thấp khoảng 20 % so với quy trình tẩy trắng không sử dụng enzym Bảng 3.10: Hàm lượng AOX* nước thải từ trình tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng Quy trình tẩy trắng D0-EP-D1-E-D2 X-D0-EP-D1-E-D2 Hàm lượng AOX, kg/tấn 0.931 0,7448 (*)AOX = 0,07 mức dung ClO2 (theo clo hoạt tính).[11,24] Rõ ràng lợi ích lớn không vấn đề xử lý nước thải mà có ảnh hưởng tốt môi trường 3.5 Quy trình công nghệ tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng dioxit clo có sử dụng enzym Trên cư sở kết nghiên cứu xác lập Quy trình công nghệ tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng dioxit clo có sử dụng xylanaza FibreZyme LBR CONC trình bày sau: Đặc điểm Quy trình công nghệ: Xử lý bột sunfat gỗ cứng có trị số Kappa trung bình xylanaza điều kiện thích hợp tẩy trắng dioxit clo 03 công đoạn nhiệt độ trung bình Bột tẩy trắng có tính chất phù hợp làm nguyên liệu sản xuất giấy in, viết Sơ đồ tẩy trắng cho bột có độ bền học cao hơn, hàm lượng AOX thấp khoảng 20 % so với tẩy trắng không sử dụng enzym Quy cách chất lƣợng bột chƣa tẩy trắng: - Nấu từ gỗ keo bạch đàn tỉ lệ keo/bạch đàn 70/30 %; - Trị số Kappa: 19 đv; - Độ nhớt: 895 cm3/g 59 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh Các thông số công nghệ Quy trình: Thông số công nghệ Các công đoạn Công đoạn X Mức dùng enzym 150 g/tấn bột KTĐ Nhiệt độ xử lý 30 ÷ 60 oC Thời gian xử lý 120 phút Các công đoạn tẩy trắng D0 EP D1 E D2 4,65 - 1,30 - 0,70 Mức dùng NaOH,% bột KTĐ - 1,5 - 0,5 - Mức dùng H2O2, % bột KTĐ - 0,5 - - - Nồng độ bột, % 10 10 10 10 10 Thời gian xử lý, phút 30 60 90 60 90 Nhiệt độ, oC 55 70 75 70 75 pH đầu 2,5 11 3,5 10 3,5 Mức dùng ClO2, % bột KTĐ (theo clo hoạt tính) Trình tự tiến hành, sơ đồ khối quy trình: Bột tẩy trắng 60 H2O2 TẨY TRẮNG ClO2 Nước nóng Vắt nước NaOH Xử lý enzym Bột chƣa tẩy trắng Hơi NaOH Nước thải tái sử dụng Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh Quy cách chất lƣợng sản phẩm (bột tẩy trắng) đạt đƣợc: - Độ trắng: 85 %ISO; - Chỉ số kéo: 67 kN.m/g; - Chỉ số xé: mN.m2/g; - Chỉ số bục: kPa.m2/g 61 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trên sở kết nghiên cứu, đƣa kết luận sau: Đã xây dựng quy trình tẩy trắng bột giấy sunfat gỗ cứng (nấu từ gỗ keo bạch đàn tỉ lệ dăm mảnh 70/30), dioxit clo có sử dụng enzym FibreZyme® LBL CONC hãng Dyadic International (USA), cho bột độ trắng cao phù hợp sản xuất giấy in viết Đối với bột giấy sunfat có trị số Kappa ban đầu 19 đv mức dùng enzym (hoạt độ 2167 U/g) hiệu 150 g/tấn bột KTĐ, nhiệt độ thời gian xử lý khuyến cáo nhà sản xuất Tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng theo sơ đồ X-D0-EP-D1-E-D2 cho phép tăng độ trắng bột tẩy trắng cao %ISO giảm tới 20 % mức dùng dioxit clo giảm khoảng 20 % hàm lượng AOX Xử lý bột sunfat enzym không ảnh hưởng mà cải thiện hầu hết tính chất học bột trình nghiền bột giấy Kết nghiên cứu sở áp dụng công nghệ tẩy trắng ECF thân thiện môi trường hơn, phù hợp với xu hướng phát triển công nghịêp giấy Việt Nam ứng dụng công nghệ sản xuất hơn, góp phần bảo vệ môi trường Kiến nghị nghiên cứu Cần mở rộng nghiên cứu sử dụng loại enzym khác nhau, kể chủng loại phân lập chế thử nước Nghiên cứu, sử dụng enzym loại bột giấy khác 62 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hữu Chấn (1996), „Enzyme xúc tác sinh học’, NXB y học, Hà Nội Hoàng Quốc Lâm, Bùi Ánh Hoà (2004), “Nghiên cứu sản xuất bột giấy chất lượng cao từ Bạch đàn Keo lai công nghệ nấu sunfat tẩy trắng ECF cải tiến”, Tạp chí Công nghiệp Giấy, số & 10/2004, trang 18  21 & 15  16 Đặng Thị Thu cộng (2000), „Công nghệ enzyme’, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Hồ Sĩ Tráng (2004), „Cơ sở hóa học gỗ xenluloza’,Tập2, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Anwar Sunna, Moreland D Gibbs, and ect (2000) „A Gene Encoding a Novel Multidomain β-1,4-Mannanase from Caldibacillus cellulovorans and Action of the Recombinant Enzyme on Kraft Pulp’ Applied and Environmental Microbiology Vol 66, No.2, p 664-670 Augusto Quinde (1994), “Enzyme in the pulp and paper industry: A Review”, Pamphlet prepared Benca AMEC, (18/4/2004), Study report for: ‘Independent adviceon the deverlopment of environmental guidelines for any new bleached eucalypt kraft pulp mill in Tasmania’ p.23-28 p.40-63, p.79-88 Carlton W.Dence and Douglas W.Reeve (1996), „Pulp Bleaching – Principles and Practice, Section IV: The Technology of Chenical Pulp Bleaching’, p.213 – 443, TAPPI PRESS, Technology Park/Atlanta, P.O Box 105113, Atlanta, GA 30348-5113 U.S.A Chartchai Khanongnuch, Kouhei Asada, Hideo Tsuruga, Toshihiko Ooi, Shinichi Kinoshita (1998) ‘β-Mannanase and xylanase of Bacillus subtilis 5H active for bleaching of crude pulp’ Journal of Fermentation and Bioengineering.Volume 86, Issue 5, P 461-466 10 Dominique Lachenal and Christine Chirat (8/2000), “Hingh temperature chlorine dioxide bleaching of hardwood kraft pulp”, Tappi Journal, (8/2000), p.96 63 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh 11 D.R Ranade – Agharkar Research Institute, India (2003), ‘ AOX : Impact on Environment and Biological Treatment’, A Seminar at AIT Conerence Center on 19th of November 2003 12 G M Gübitz, D Haltrich, B Latal and W Steiner (1997), „Mode of depolymerisation of hemicellulose by various mannanases and xylanases in relation to their ability to bleach softwood pulp’ Applied Microbiology and Biotechnology Vol 47, N6, P.658-662 13 Hans Ulrich Süss, Kurt Schmidt, Michael Del Grosso and Madhu Mahagaonkar (3/2000), „Peroxide application in ECF squenses: a description of the state–of–the-art’, Appita Journal, Vol 53, No:2 (3/2000), p.116121 14 Henricson, Kaj O (Helsinki, FI) (23/10/2001), ”Acid treatment of pulp at high temperature prior to chlorine dioxide bleaching”, United States Patent 6306253 15 H.U Suess and D.Davies (7/8 -2007), „ECF bleaching of softwood kraft pulp: Understanding the potential of extraction’, Pulp and Paper Canada, Vol 108:7/8 (2007), p.41  47 16 Jorge L Colodette, José L Gomide, Dimitris S Argyropoulo (9/1999), „Effect of pulp processes on bleachability with ECF, Z-ECF and TCF bleaching’, Appita Journal, Vol 52, No:5 (7/2007), p.368374 17 J.S Tolan, J Collins Marathon (2004), ‘Use of Xylanases in the Production of Bleached, Unrefined Pulp at Marathon Pulp Inc’, Voss PPC, p 161 ÷ 166 18 Olavi Pikka, Reijo Vesala, Aki Vilpponen….(2000), ’Papermaking Science and Technology, Book 6A: Chemical Pulping Chapter 9: Bleaching applications’, Gummerus Printing, Javaskyla, Finland, p 641 ÷ 645 19 Pratima Bajpai, Aradhna Anand (2006), “ Enzyme improve ECF bleaching of pulp” , BioResources, 1(1), p 34 † 44 64 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh 20 Pratima Bajpai, Aradhna A., Sharma N (2005), “Bleaching of eucalyptus kraft pulp with lacasse-mediator system”, In Proc 2005 International Pulp Bleaching Conference, June 14-16, Stockholm, Sweden, 306-308 21 Sergio Riva (2006), ‘Laccases: blue enzyme for green chemistry’, Trends in biotechnology, p 219 ÷ 226 22 United States Patent 5854047 (1998) „Mannanase enzymes, genes coding for them and a method for isolating the genes, as well as a process for bleaching of lignocellulosic pulp’ 23 Viikari L Kantelinen, A Sundquist and Linko (1994), “Xylanases in bleaching: From an idea to industry”, Fems Microb, Rev, p 335 ÷ 350 24 Yahya Hamzeh, Nicolas Bénattar, Gérard Mortha and Christophe Calais (3/3007), ‘Modified ECF bleaching sequences optimizing the use of chlorie dioxide’, Appita Journal, Vol 60, No:2 (3/2007), p.150  155 25 Г А Пазухина, А.В Аввакумова „Реагенты для отбелки целлюлозы’ Санкт-Петербург, 2002, 110 cтр 26 Технология целлюлозно-бумажного производства ‘Справочные материалы Т1.Часть 2: Производство полуфабрикатов’ Издательство Политехника, 2003 633с 65 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh PHỤ LỤC 1: NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM Bột giấy chưa tẩy trắng enzym Bột giấy tẩy trắng PHỤ LỤC 2: DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM Máy xeo tờ (Hãng L & W) Bể tẩy trắng Máy sấy lô quay LEESON (Hãng L & W) Máy đo độ bền kéo (Hãng L & W) Máy nghiền Regmed VB – 21(L & W) Máy đo độ bền xé (Hãng L & W) 66 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Phan Chí Thanh Máy đo độ chặt (Hãng L & W) Máy đo độ bục (Hãng L & W) Máy đo độ trắng ELPHO CODE 071 SEM bột chưa qua xử lý enzym SEM bột qua xử lý enzym 67 ... Chí Thanh - Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố công nghệ tới trình tẩy trắng bột sunfat gỗ cứng dioxit clo - Xây dựng quy trình tẩy trắng bột giấy dioxit clo có sử dụng enzym nhằm thu bột tẩy trắng phù... 1.4 1.4.1 Khái quát enzym số tính chất chúng …………………… 24 1.4.2 Cơ sở lý thuyết sử dụng enzym cho tẩy trắng bột giấy 27 Tổng quan nghiên cứu sử dụng enzym cho tẩy trắng bột giấy … 34 Chƣơng... có nghiên cứu tạo chế phẩm ứng dụng chế phẩm enzym cho tẩy trắng bột giấy (bột hóa bột giấy tái sinh), song đạt kết khiêm tốn Trước tình hình đề tài nghiên cứu Nghiên cứu quy trình công nghệ tẩy