Nghiên cứu sử dụng enzyme để xử lý các chất trích ly của dăm mảnh nguyên liệu giấy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ PHƢƠNG THẢO NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ENZYME ĐỂ XỬ LÝ CÁC CHẤT TRÍCH LY CỦA DĂM MẢNH NGUYÊN LIỆU GIẤY Chuyên ngành: Kỹ thuật Hoá học LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT HOÁ HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS LÊ QUANG DIỄN Hà Nội – Năm 2016 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tất nghiên cứu đề tài trực tiếp thực giám sát theo dõi Các số liệu, kết trình bày luận văn trung thực Không có chép từ tài liệu Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả Nguyễn Thị Phƣơng Thảo Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Nhà trường, Viện Đào tạo sau đại học, Viện Kỹ thuật Hóa học Cơ quan công tác - Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì, Bộ môn CN Xenluloza & Giấy, Viện Công nghiệp Giấy Xenluylô, tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ, giúp đỡ suốt trình học tập thực luận văn Tôi xin cảm ơn thầy giáo, cô giáo Viện Kỹ thuật Hóa học, tận tình truyền đạt kiến thức chuyên môn, định hướng kiến thức nghề nghiệp cho tôi, giúp nâng cao trình độ chuyên môn, vững vàng công tác Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Lê Quang Diễn, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, truyền đạt kiến thức, tài liệu quý không trình học tập, nghiên cứu mà sống gần năm Tôi xin gửi tới gia đình bạn bè, người thân yêu đồng hành, động viên, chia sẻ, góp ý tạo điều kiện tốt cho sống học tập Do hạn chế kiến thức, kỹ kinh nghiệm nghiên cứu, đồng điều kiện thời thời gian thực luận văn có hạn, nên không tránh khỏi thiếu sót, tồn Rất mong nhận cảm thông sâu sắc đóng góp ý kiến từ thầy giáo, cô giáo, chuyên gia đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B MỤC LỤC Lời cam đoan .2 Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình ảnh, đồ thị ĐẶT VẤN ĐỀ Chƣơng I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 11 1.1 Nguyên liệu sản xuất bột giấy 11 1.1.1 Loại nguyên liệu 11 1.1.2 Chế biến, bảo quản tồn trữ nguyên liệu 15 1.2 Ứng dụng chế phẩm sinh học xử lý nhựa 17 1.2.1 Khái niệm nhựa 17 1.2.2 Tác hại nhựa .20 1.2.3 Phương pháp kiểm soát nhựa 22 1.2.4 Tình hình ứng dụng công nghệ sinh học sản xuất bột giấy 28 Kết luận tổng quan 30 Chƣơng VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 2.1 Vật liệu 31 2.1.1 Dăm mảnh nguyên liệu 31 2.1.2 Chế phẩm sinh học 31 2.1.3 Hóa chất, vật tư khác .32 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu .32 2.2.1 Xác định thành phần hóa học nguyên liệu 32 2.2.2 Phương pháp xử lý dăm mảnh gỗ với chế phẩm sinh học .40 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B 2.2.3 Cơ sở phương pháp lựa chọn dung môi tách chiết chất trích ly 41 2.2.3 Phương pháp phân tích thành phần chất dễ bay chất trích ly từ gỗ 41 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 43 3.1 Xác định thành phần hóa học nguyên liệu gỗ bạch đàn .43 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng mức dùng chế phẩm Cartapip 97 đến hàm lượng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn 44 3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian xử lý chế phẩm Cartapip 97 đến hàm lượng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn .46 3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ xử lý với chế phẩm Cartapip 97 đến hàm lượng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn 48 3.5 Nghiên cứu ảnh hưởng độ ẩm xử lý chế phẩm Cartapip 97 đến hàm lượng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn .51 3.6 Nghiên cứu thay đổi thành phần nhựa nguyên liệu trước sau xử lý với chế phẩm Cartapip 97 52 KẾT LUẬN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt PTN KH, CN KTĐ GC – MS Tên đầy đủ Phòng thí nghiệm Khoa học, Công nghệ Khô tuyệt đối Phương pháp sắc ký khí khối phổ (Gas Chromatography – Mass Spectrometry) TAPPI, TCVN Phương pháp tiêu chuẩn FPA Hiệp hội gỗ Bình Định VIFOREST CPT, TPT NL Hiệp hội Gỗ Lâm sản Việt Nam Cao phân tử, thấp phân tử Nguyên liệu Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Hàm lượng nhựa (%) dăm mảnh sau tuần xử lý chế phẩm Cartapip 97 .28 Bảng 3.1 Thành phần hóa học nguyên liệu gỗ bạch đàn .43 Bảng 3.2 Ảnh hưởng mức dùng chế phẩm Cartapip 97 đến hàm lượng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn 45 Bảng 3.3 Hàm lượng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn sau thời gian xử lý với chế phẩm Cartapip 97 47 Bảng 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ xử lý với chế phẩm Cartapip 97 đến hàm lượng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn 49 Bảng 3.5 Ảnh hưởng độ ẩm đến hàm lượng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn 52 Bảng 3.6 Hàm lượng chất trích ly dăm mảnh gôc bạch đàn trước sau xử lý với chế phẩm Cartapip 97 .53 Bảng 3.7 Một số thành phần hóa học chất trích ly nguyên liệu trước sau xử lý với chế phẩm Cartapip97 54 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Thành phần hóa học gỗ 12 Hình 1.2 Cấu trúc vi mô gỗ cứng (a) gỗ mềm (b) 12 Hình 1.3 Sơ đồ chế biến dăm mảnh nguyên liệu giấy .16 Hình 1.4 Tồn trữ dăm mảnh dạng đống trời 17 Hình 1.5 Tồn trữ dăm mảnh silo .17 Hình 1.6 Cấu trúc hóa học số chất thành phần nhựa gỗ cứng 19 Hình 2.1 Sơ đồ chiết phân bố sang ete etylic 40 Hình 3.1 Ảnh hưởng mức dùng chế phẩm Cartapip 97 đến hàm lượng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn 45 Hình 3.2 Ảnh hưởng thời gian xử lý chế phẩm Cartapip 97 đến hàm lượng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn 47 Hình 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ xử lý chế phẩm Cartapip 97 đến hàm lượng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn 50 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B ĐẶT VẤN ĐỀ Vấn đề “nhựa” vấn đề nghiêm trọng sản xuất bột giấy giấy Những tác động có hại chất trích ly gỗ tới trình sản xuất bột giấy giấy, tới chất lượng bột giấy giấy, biết đến từ lâu Các nghiên cứu áp dụng biện pháp xử lý, khắc phục ảnh hưởng chất trích ly đạt thành tựu đáng kể Đáng ý nghiên cứu ứng dụng chế phẩm sinh học, enzyme Tại Việt nam, năm gần nhà máy sản xuất bột giấy tăng cường tới vấn đề Một số nghiên cứu Viện Công nghiệp Giấy xenluylô, ảnh hưởng thời gian khai thác điều kiện bảo quản tới hàm lượng chất trích ly gỗ keo bạch đàn, nhằm đưa giải pháp bảo quản nguyên liệu gỗ để giảm hàm lượng “nhựa” Các kết nghiên cứu cho thấy, cách tối ưu hóa thời gian khai thác, tồn trữ, mức giảm hàm lượng chất trích ly gỗ trước chế biến thành dăm mảnh đạt trung bình 30-60% so với lượng ban đầu, tùy thuộc vào thời gian khai thác gỗ năm thời gian bảo quản sau khai thác Như vậy, bên cạnh với giải pháp khả thi áp dụng nguyên liệu gỗ trục, nghiên cứu áp dụng dăm mảnh gỗ Hiệu kết hợp bảo quản dăm mảnh gỗ với chế phẩm sinh học, điều có tác dụng thúc đẩy phân hủy chất trích ly thời gian bảo quản dăm mảnh gỗ Chế phẩm sinh học (từ vi nấm Ophiostoma pilifeum) hãng Parrac Ltd (New Zealand), biết đến với thương hiệu Sylvanex 97TM CartapipTM , sản phẩm chứng minh hiệu hàng loạt nghiên cứu ứng dụng để xử lý dăm mảnh gỗ nguyên liệu giấy (gỗ cứng gỗ mềm) quy mô công nghiệp, ứng dụng công nghiệp giấy nhiều nước Thế giới Trước nhu cầu thực tế sản xuất, việc nghiên cứu để đưa giải pháp bảo quản dăm mảnh nguyên liệu gỗ, nhằm hạn chế tối đa vấn đề nhựa gây trình sản xuất bột giấy giấy cần thiết Các kết nghiên cứu bước đầu quy mô phòng thí nghiệm, đóng góp khoa học công Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B nghệ cho việc nghiên cứu triển khai ứng dụng chế phẩm sinh học cho xử lý dăm mảnh nguyên liệu giấy Kết nghiên cứu thăm dò dăm mảnh gỗ dạng thương phẩm Viện Công nghiệp Giấy Xenluylô cho thấy hiệu xử lý “nhựa” chế phẩm sinh học Cartapip 97TM Tuy nhiên, dăm mảnh nguyên liệu dạng thương phẩm có kích thước không đồng đều, độ ẩm thấp gỗ tươi Mục tiêu đề tài “Nghiên cứu sử dụng enzyme để xử lý chất trích ly dăm mảnh nguyên liệu giấy”, xác lập số điều kiện ảnh hưởng xử lý dăm mảnh gỗ (vừa khai thác) chế phẩm Cartapip 97TM, tới thay đổi hàm lượng chất trích ly dăm mảnh gỗ Vì việc nghiên cứu mở rộng sâu xử lý dăm mảnh gỗ có ý nghĩa khoa học thực tiễn quan trọng, triển khai áp dụng quy mô lớn hơn tới quy mô công nghiệp, đóng góp vào việc triển khai nghiên cứu, áp dụng công nghệ thân thiện môi trường ngành công nghiệp sản xuất bột giấy từ nguồn nguyên liệu nước 10 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B Kết phân tích hàm lượng chất trích ly nguyên liệu sau 15 ngày xử lý cho thấy, hàm lượng nhựa gỗ bạch đàn nhìn chung có xu hướng giảm dần Với mức dùng chế phẩm 0,013%; 0,026% so với nguyên liệu đầu ảnh hưởng enzyme chế phẩm đến hàm lượng chất trích ly dăm mảnh chưa đáng kể; tăng mức dùng tới 0,04% so với nguyên liệu đầu làm hàm lượng chất trích ly giảm lớn (39% so với nguyên liệu đầu) Tuy nhiên, thấy hàm lượng nhựa bạch đàn mức dùng nấm 0,053% so với nguyên liệu đầu 0,96%, giảm mạnh so với nguyên liệu ban đầu 51%; với mức dùng tăng dần đến 0,067% so với nguyên liệu đầu, hàm lượng nhựa giảm so với mức dùng 0,053% so với nguyên liệu đầu với tỷ lệ giảm 55% Như vậy, chọn mức dùng hợp lý để xử lý với chế phẩm Cartapip 97 cho nguyên liệu gỗ bạch đàn 0,053% so với nguyên liệu đầu 3.3 Nghiên cứu ảnh hƣởng thời gian xử lý chế phẩm Cartapip 97 đến hàm lƣợng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn Từ kết nghiên cứu trên, lựa chọn mức dùng chế phẩm thích hợp 0,053% so với nguyên liệu đầu để tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng thời gian bảo quản đến hàm lượng nhựa có nguyên liệu Trên sở kết nghiên cứu thu nhận tham khảo số tài liệu sở cho việc đề xuất lựa chọn mức dùng thời gian bảo quản nhằm giảm thiểu tác hại nhựa trình sản xuất bột giấy giấy Điều kiện công nghệ áp dụng cho nghiên cứu ảnh hưởng thời gian xử lý chế phẩm với dăm mảnh gỗ bạch đàn lựa chọn sau: + Mức dùng chế phẩm: 0,053% so với NL ban đầu KTĐ + Nhiệt độ xử lý: 40oC + Thời gian xử lý: 5, 10, 15, 21, 28 ngày Kết thúc thời gian xử lý trên, dăm mảnh khô gió hợp quy cách, nghiền sàng chọn, sau phân tích hàm lượng chất trích ly etanol 46 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B Kết xác định hàm lượng chất trích ly (phương pháp trích ly etanol) bảng 3.3 Bảng 3.3 Hàm lƣợng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn sau thời gian xử lý với chế phẩm Cartapip 97 Thời gian Trước xử lý (ngày) xử lý Hàm lƣợng chất 1,95 trích ly (%) 10 15 21 28 1,46 1,25 0,99 0,90 0,86 (25%) (36%) (49%) (54%) (56%) Ghi chú: (x% ): Tỷ lệ giảm so với nguyên liệu trước xử lý Kết thể hình 3.2 1.95 Hàm lượng chất trích ly (%) y = 0.0018x2 - 0.0882x + 1.9189 R² = 0.9916 1.8 1.6 1.46 1.4 1.25 1.2 0.99 0.90 0.86 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10 15 20 25 30 Thời gian xử lý (ngày) Hình 3.2 Ảnh hưởng thời gian xử lý chế phẩm Cartapip 97 đến hàm lượng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn Từ kết phân tích cho thấy, hàm lượng chất trích ly nguyên liệu giảm tăng thời gian xử lý với chế phẩm Cartapip 97 Sau thời gian xử lý ngày, hàm lượng chất trích ly gỗ bạch đàn 1,46%; giảm 25% so với trước xử lý Khi tăng thời gian xử lý lên 10 ngày, hàm lượng tiếp tục giảm nhẹ 36% so với 47 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B trước xử lý Hàm lượng chất trích ly nguyên liệu giảm rõ rệt sau thời gian xử lý 15 ngày, cụ thể hàm lượng chất trích ly hay hàm lượng nhựa bạch đàn 0,99%, tỷ lệ giảm tương ứng 49% so với hàm lượng nhựa nguyên liệu trước xử lý Với thời gian bảo quản 21 ngày 28 ngày, hàm lượng nhựa nguyên liệu bạch đàn giảm nhẹ so với thời gian bảo quản 15 ngày, với tỷ lệ giảm tương ứng 54% 56% Chế phẩm Cartapip 97 có chứa chủng vi nấm Ophiostoma piliferum Đây loại nấm sống ký sinh gỗ (hay gọi nấm dát gỗ - Sapstain fungus) Vì chất trích ly đường đơn nguồn dinh dưỡng chúng, chúng xâm nhập vào kênh dẫn nhựa, tế bào nhu mô, chúng làm phân hủy chất trích ly có gỗ hàm lượng chất trích ly giảm dần Sau thời gian, chất trích ly cạn dần, dẫn đến phát triển nấm giảm Do hàm lượng chất trích ly nguyên liệu giảm chậm tăng thời gian xử lý Với thời gian nghiên cứu từ ngày đến 28 ngày từ kết nghiên cứu thăm dò cho thấy, thời gian hợp lý để xử lý nguyên liệu dạng dăm mảnh với chế phẩm Cartapip 97 15 ngày 3.4 Nghiên cứu ảnh hƣởng nhiệt độ xử lý với chế phẩm Cartapip 97 đến hàm lƣợng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn Từ kết nghiên cứu trên, cố định lựa chọn mức dùng chế phẩm thích hợp 0,053% so với nguyên liệu đầu thời gian xử lý 15 ngày để tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến hàm lượng chất trích ly có nguyên liệu Theo khuyến cáo nhà sản xuất, để xác lập nhiệt độ hoạt động tối ưu enzyme vi nấm Ophiostoma piliferum, tiến hành xử lý dăm mảnh gỗ bạch đàn chế phẩm Captapip 97 nhiệt độ khác nhau, với điều kiện xử lý sau: + Thời gian xử lý: 15 ngày + Mức dùng nấm: 0,053% so với nguyên liệu đầu 48 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B + Nhiệt độ xử lý: 30, 35, 40, 50, 60oC Kết thúc thời gian bảo quản trên, dăm mảnh chẻ nhỏ nghiền, sau đem phân tích hàm lượng nhựa etanol Kết xác định hàm lượng nhựa (phương pháp trích ly etanol) sau: Bảng 3.4 Ảnh hƣởng nhiệt độ xử lý với chế phẩm Cartapip 97 đến hàm lƣợng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn Nhiệt độ xử lý (oC) Hàm lƣợng chất trích ly (%) Trước xử lý 30 35 40 50 60 1,31 1,15 0,96 0,84 0,99 (33%) (38%) (51%) (57%) (60%) 1,95 Ghi chú: (x% ): Tỷ lệ giảm so với nguyên liệu trước xử lý Từ kết cho thấy, khoảng nhiệt độ xử lý từ 30-60oC, hoạt tính enzyme từ vi nấm Ophiostoma piliferum chế phẩm Cartapip 97 ảnh hưởng rõ rệt đến hàm lượng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn nhiệt độ tăng Ở mức nhiệt độ trung bình vùng khí hậu nước ta 30oC, hàm lượng chất trích ly gỗ bạch đàn sau xử lý mức 1,31% tương ứng với tỷ lệ giảm 33% so với trước xử lý Tăng mức nhiệt độ xử lý lên 35oC, hàm lượng chất trích ly tiếp tục giảm nhẹ mức 1,15 (tương ứng với tỷ lệ giảm 38% so với trước xử lý) Có thể thấy hàm lượng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn nghiên cứu giảm mạnh nhiệt độ 40oC, với mức giảm 0,96 ứng với tỷ lệ giảm 51% so với trước xử lý Khi tiếp tục tăng nhiệt độ lên 50 oC, 60oC hàm lượng chất trích ly dăm mảnh tiếp tục giảm nhiên không nhiều, 57% 60% so với trước xử lý 49 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B Hàm lượng chất trích ly etanol mẫu gỗ bạch đàn nghiên cứu thể hình 3.3 1.95 Hàm lượng chất trích ly (%) 1.8 y = 0.0003x2 - 0.0337x + 1.9702 R² = 0.9495 1.6 1.31 1.4 1.15 1.2 0.99 0.84 0.96 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10 20 30 40 Nhiệt độ xử lý 50 60 70 (0C) Hình 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ xử lý chế phẩm Cartapip 97 đến hàm lượng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn Từ kết cho thấy, khoảng nhiệt độ xử lý từ 30-60oC, hoạt tính enzyme từ vi nấm Ophiostoma piliferum chế phẩm Cartapip 97 ảnh hưởng rõ rệt đến hàm lượng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn nhiệt độ tăng Ở mức nhiệt độ trung bình vùng khí hậu nước ta 30oC, hàm lượng chất trích ly gỗ bạch đàn sau xử lý mức 1,31% tương ứng với tỷ lệ giảm 33% so với trước xử lý Tăng mức nhiệt độ xử lý lên 35oC, hàm lượng chất trích ly tiếp tục giảm nhẹ mức 1,15 (tương ứng với tỷ lệ giảm 38% so với trước xử lý) Có thể thấy hàm lượng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn nghiên cứu giảm mạnh nhiệt độ 40oC, với mức giảm 0,96 ứng với tỷ lệ giảm 51% so với trước xử lý Khi tiếp tục tăng nhiệt độ lên 50 oC, 60oC hàm lượng chất trích ly dăm mảnh tiếp tục giảm nhiên không nhiều, 57% 60% so với trước xử lý 50 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B Trong trình bảo quản hay xử lý dăm mảnh với chế phẩm sinh học, thực tế, nhiệt độ bên bên đống mảnh không đồng Khi tiến hành khống chế nhiệt độ xác định để xử lý dăm mảnh với chế phẩm Cartapip 97, nhiệt độ phía đống dăm mảnh đảm bảo; nhiên nhiệt độ bên đống dăm mảnh tăng lên khoảng 50-60°C ngày đầu giữ nhiệt độ suốt thời gian sau đó, với kết hợp điều kiện lượng ẩm, oxy vi sinh vật có không khí, khiến loạt phản ứng thủy phân oxy hóa vi sinh vật tự nhiên số vi sinh vật ký sinh gỗ diễn ra, dẫn đến hàm lượng chất trích ly nguyên liệu giảm Các phản ứng phân hủy chất hữu (các chất trích ly, phân tử polysacarit ) dăm mảnh xảy tạo thành axit (axit axetic) Mặc dù không axit mạnh có mặt chúng với số lượng lớn kéo dài thời gian bảo quản làm giảm chiều dài xơ sợi, đồng thời không kiểm soát tác dụng vi sinh vật Chính điều làm giảm hiệu suất độ bền bột giấy Như vậy, nhiệt độ cao 500C hiệu xử lý chế phẩm giảm Vì vậy, bảo quản dăm mảnh nguyên liệu giấy dạng đảo trộn dạng đống nhỏ để đảm bảo thông thoáng, trì nhiệt độ thích hợp khoảng 35-400C 3.5 Nghiên cứu ảnh hƣởng độ ẩm xử lý chế phẩm Cartapip 97 đến hàm lƣợng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn Để khảo sát ảnh hưởng độ ẩm nguyên liệu đến hiệu xử lý chất trích ly dăm mảnh nguyên liệu gỗ bạch đàn, tiến hành thiết lập mức dùng chế phẩm 0,053% so với nguyên liệu đầu, thời gian xử lý 15 ngày, nhiệt độ xử lý 40oC với điều kiện độ ẩm dăm mảnh giảm dần từ 55% với gỗ vừa khai thác xuống 49%, 44%, 41%, 30% tăng thời gian tồn trữ Kết thúc thời gian xử lý trên, dăm mảnh nguyên liệu gỗ bạch đàn nghiên cứu phân tích hàm lượng chất trích ly Kết xác định hàm lượng nhựa (phương pháp trích ly etanol) bảng 3.5 51 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B Bảng 3.5 Ảnh hƣởng độ ẩm đến hàm lƣợng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn Độ ẩm xử lý (%) Hàm lƣợng chất Trước xử lý 1,95 trích ly (%) 49 44 41 30 1,74 1,66 1,62 1,54 (11%) (15%) (17%) (21%) Ghi chú: (x% ): Tỷ lệ giảm so với nguyên liệu trước xử lý Từ kết cho thấy, độ ẩm nguyên liệu giảm từ 53% xuống 49%, hàm lượng chất trích ly giảm từ 1,95% xuống 1,74 % tương đương với tỷ lệ giảm 11% so với trước xử lý Khi độ ẩm nguyên liệu giảm xuống 44%, 41% hàm lượng chất trích ly giảm 1,66% 1,62%, tương ứng với tỷ lệ giảm 15% 17% Ở mức độ ẩm nguyên liệu 30%, hàm lượng chất trích ly 1,54% ứng với tỷ lệ giảm 21%, tỷ lệ giảm không đáng kể Có thể nhận thấy, hàm lượng chất trích ly giảm vởi tỷ lệ nhiều 11% độ ẩm nguyên liệu giảm từ 53% xuống 49% sau ngày tồn trữ Ở mẫu nguyên liệu có độ ẩm giảm dần 44%, 41%, 30% hàm lượng chất trích nguyên liệu có xu hướng giảm; mức giảm không lớn chiếm tỷ lệ giảm thêm vài % Như vậy, coi yếu tố độ ẩm nguyên liệu ảnh hưởng lớn đến việc sử dụng chế phẩm xử lý chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn Độ ẩm tốt nguyên liệu xử lý với chế phẩm gỗ tươi vừa chặt mảnh với độ ẩm khoảng 40-53% 3.6 Nghiên cứu thay đổi thành phần nhựa nguyên liệu trƣớc sau xử lý với chế phẩm Cartapip 97 Để đánh giá thay đổi hàm lượng thành phần nhựa loại nguyên liệu dăm gỗ bạch đàn với chế độ xử lý thích hợp thiết lập là: + Mức sử dụng chế phẩm: 0,053% so với nguyên liệu đầu (150g nguyên liệu KTĐ) + Nhiệt độ xử lý: 400C 52 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B + Thời gian xử lý: 15 ngày Các chất trích ly etanol nguyên liệu trước sau xử lý phân tích thành phần hóa học Hàm lượng trích ly etanol dăm mảnh gỗ bạch đàn trước xử lý với chế phẩm Cartapip 97 1,95% Dịch trích ly sau tách thành phần: Phần chứa axit béo tách NaHCO3 bão hòa tiếp xử lý axit H2SO4 10% chiết dung môi dietyl dầu hỏa Phần (chứa hợp chất trung tính sterol, ester sterol, sáp, triglyxerit) xà phòng hóa NaOH 2% Sau dung dịch tách chiết dietyl dầu hỏa Kết tách chiết xác định hàm lượng số thành phần nhựa nguyên liệu bảng 3.6 sau: Bảng 3.6 Hàm lƣợng chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn trƣớc sau xử lý với chế phẩm Cartapip 97 Phương pháp GC - MS Thành phần chất trích ly dăm mảnh gỗ bạch đàn Trước xử lý Sau xử lý với chế phẩm Cartapip 97 Axit béo 572 333 (41,7%) Sterol + triglyxerit 1002 354 (64,7%) Thành phần khác 576 375 Tổng 2150 1062 Ghi chú: (x% ): Tỷ lệ giảm so với nguyên liệu trước xử lý Kết phân tích phổ GC - MS thực Phòng thí nghiệm Công nghệ Lọc Hoá dầu & Vật liệu Xúc tác - Viện Kỹ thuật Hóa học - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, xác định số thành phần có chất trích ly nguyên liệu bạch đàn trước xử lý sau xử lý bảng 3.7 sau: 53 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B Bảng 3.7 Một số thành phần hóa học chất trích ly nguyên liệu trƣớc sau xử lý với chế phẩm Cartapip 97 Thành phần nhựa (%) TT I Phần axit Hàm lƣợng, % (*) Trước xử lý Sau xử lý 9-Octadecenoic acid (Axit oleic) 2,65 0,36 Dodecanoic acid 30,85 0,46 Octadecenoic (Axit stearic) 5,1 2,7 n-tetradecanoic acid 14,78 11,76 2-Hexyldecanoic acid 39,33 23,7 Các thành phần khác 7,29 61,02 II Phần trung tính Ergosteryl acetate 31,9 21,6 Cholesta-5,7,9(11)-trien-3-ol acetate 9,6 0,79+0,51 Ethyl iso-allocholate 2,0 - Octadecane, 3-ethyl-5-(2-ethylbutyl) 2,4 0,89 Pentadecanoic acid, 13-methyl-, methyl ester 1,7 2,04 9,12,15-Octadecatrienoic acid, 2,3dihydroxypropyl ester, (Z,Z,Z) 5,3 1,7 2-hexadecanol 4,2 0,79 1-Docosanol 3,5 0,55 n-octadecanol 6,2 0,43 10 E-3-Pentadecen-2-ol - 0,36 33,2 70,34 Các thành phần khác Ghi chú: (*) Hàm lượng chất nhận biết 54 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B Nguyên liệu bạch đàn dùng cho nguyên liệu sản xuất bột giấy nước ta loại gỗ cứng vùng nhiệt đới có mùa rõ rệt, hàm lượng nhựa thành phần chúng khác mùa khai độ tuổi khai thác Từ kết phân tích bảng cho thấy, thành phần nhựa chủ yếu bạch đàn axit béo hợp chất sterol ester (ergosteryl acetate), chúng chứa số loại rượu béo, sáp hydrocacbon Trong thành phần axit béo có chứa chủ yếu axit dodecanoic (30,85%), axit 2-hexyldecanoic (39,33%), axit n-tetradecanoic (14,78%), có số axit béo khác axit stearic axit oleic chiếm 7,29% Từ kết phân tích bảng 3.7 cho thấy, hàm lượng axit dịch trích ly nguyên liệu sau xử lý chế phẩm sinh học Cartapip 97 giảm rõ rệt (41,7%), hàm lượng axit tự có mạch C17-20 giảm axit ntetradecanoic giảm 11,76%, axit stearic giảm 2,7% axit 2-hexyldecanoic giảm 23,7% Kết phân tích GC-MS thành phần hợp chất trung tính dịch trích ly nguyên liệu gỗ bạch đàn sau xử lý chế phẩm Cartapip 97, hàm lượng chất ester sterol ergosteryl acetate giảm (21,6%), cholesta-5,7,9(11)-trien-3-ol acetate giảm nhiều nhất, từ 9,6% xuống 1,3%, 9,12,15-octadecatrienoic acid, 2,3-dihydroxypropyl ester giảm 1,7% số hợp chất hydrocacbon khác giảm đáng kể Ngoài rượu béo 2hexadecanol, 1-docosanol, n-octadecanol giảm từ 15% xuống khoảng 2% Như vậy, xử lý dăm mảnh gỗ bạch đàn tuần với chế phẩm Cartapip 97, hàm lượng chất trích ly etanol giảm, thành phần axit béo thành phần hợp chất trung tính giảm Về chất trình, Ekman cộng [17] cho số thay đổi mặt hoá học quan trọng nhựa thời gian xử lý nguyên liệu có thủy phân nhanh monoglyxerit, diglyxerit triglyxerit để tạo thành axit béo rượu đa chức 55 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B glyxerol dễ dàng thủy phân oxy hóa Trong hợp chất sterol ester sterol bị thuỷ phân phần với tốc độ chậm nhiều Từ kết phân tích số liệu bảng cho thấy, xử lý dăm mảnh với chế phẩm Cartapip 97, hàm lượng axit bạch đàn giảm 41,7% đồng thời thành phần hợp chất trung tính giảm đáng kể Tỷ lệ giảm so với thành phần trung tính ban đầu 64,7% Qua số tài liệu nghiên cứu tác giả Roberta L Farrell cộng [26,27] cho thấy rằng, vi nấm Ophiostoma piliferum loại vi sinh vật sống, phun chúng lên nguyên liệu dăm mảnh hợp chất nhựa nguồn dinh dưỡng chúng Trong trình phát triển vi nấm, chúng sản sinh loại enzyme có tính chất thủy phân oxy hóa (khi phân tích xác định loại enzyme có chế phẩm Cartapip 97 có enzyme laccase, lignin peroxidase, lipase) Chính enzyme thúc đẩy trình phân hủy thành phần nhựa có nguyên liệu làm cho thành phần nhựa giảm đáng kể 56 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B KẾT LUẬN Trên sở kết nghiên cứu đưa kết luận sau: Chế độ công nghệ thích hợp xử lý dăm mảnh nguyên liệu gỗ bạch đàn với chế phẩm Cartapip 97 là: - Mức sử dụng chế phẩm: 0,053% so với nguyên liệu - Nhiệt độ thích hợp để xử lý hiệu quả: 35-400C - Thời gian xử lý (ủ) dăm mảnh: 15 ngày Độ ẩm tốt nguyên liệu xử lý với chế phẩm Cartapip 97 gỗ tươi vừa chặt mảnh với độ ẩm khoảng 40-53% Nhiệt độ cao 500C hiệu xử lý chế phẩm giảm Vì vậy, bảo quản dăm mảnh nguyên liệu giấy dạng đảo trộn dạng đống nhỏ để đảm bảo thông thoáng, trì nhiệt độ thích hợp khoảng 35-400C Kết phân tích khối phổ GC - MS cho thấy biến đổi thành phần chất trích ly sau xử lý với chế phẩm nấm Cartapip 97 axit béo giảm 41,7%; chất trung tính giảm 64,7% so với trước xử lý Tạo sở cho việc xác định chế độ xử lý với chế phẩm sinh học thích hợp cho dăm mảnh gỗ bạch đàn tuổi trước sản xuất Các kết nghiên cứu sở cho việc hoàn thiện tối ưu hóa cho việc xử lý dăm mảnh nguyên liệu giấy quy mô công nghiệp 57 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ môn CN Xenluloza-Giấy (2008), Thí nghiệm hóa học gỗ, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội Đỗ Thanh Tú (2012), Nghiên cứu sử dụng enzym cho sản xuất bột giấy hóa nhiệt tẩy trắng từ gỗ keo tai tượng, Luận văn thạc sĩ kĩ thuật hóa học, Đại học Bách Khoa Hà Nội Hồ Sĩ Tráng (2003), Cơ sở hóa học gỗ xenluloza - Tập 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Hồ Sĩ Tráng (2003), Cơ sở hóa học gỗ xenluloza - Tập 2, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Lã Thị Cúc cộng (2006), “Nghiên cứu ảnh hưởng nhựa gỗ cứng (bạch đàn, keo lai keo tai tượng) lên trình sản xuất bột giấy hóa học học tẩy trắng”, Đề tài cấp Bộ Công Thương, Hà Nội Lê Quang Diễn (2012), “Ứng dụng công nghệ sinh học công nghiệp giấy”, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội Lê Quang Diễn (2015), Công nghệ sản xuất bột giấy, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội Lê Hoàng Anh (2014), “Ứng dụng công nghệ sinh học công nghiệp sản xuất giấy”, Liên hiệp hội Khoa học Kỹ thuật Việt Nam, Tạp chí khoa học công nghệ Phan Minh (2015), “Đẩy mạnh sản xuất bột giấy sinh học”, Công nghiệp công nghệ cao, Tạp chí hoạt động khoa học công nghệ ngành công thương 10 PV (2014), “Ứng dụng công nghệ sinh học sản xuất bột giấy”, Tạp chí tia sáng, Bộ Khoa học Công nghệ 58 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B 11 PV Việt Nga (2014), “Sản xuất bột giấy công nghệ sinh học”, Thông tin ngành giấy Việt Nam 12 Tô Xuân Phúc, Trần Lê Huy, Nguyễn Tôn Quyền, Huỳnh Văn Hạnh, Cao Thị Cẩm (2015), “Xuất dăm gỗ Việt Nam 2012-2014”, tr.7-9 13 Thế Nghĩa, 2001, “Những phát triển lịch sử sản xuất giấy”, Tạp chí công nghiệp Hóa chất 14 Viện Công nghiệp Giấy Xenluylô (2015), “Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật để giảm hàm lượng nhựa có nguyên liệu gỗ cứng dùng cho sản xuất bột giấy”, Đề tài cấp Bộ Công Thương, Hà Nội 15 A.V Obolenskyaya, Z.P Elniskaya (1991), Laboratornue rabotu po Khimiy drevesinue i cellulosra, Moskva “Ecologya”, 320st 16 Assarsson (1997), A Svensk Papperstid, 70(6) 17 Ernst Black and Rainer Ekman (2000), Pitch control, wood resin and deresination, TAPPI Press 18 F.A Andrian Wallis and H Wearne Ross (1999), “Analysis of resin in eucalypt woods and pulps”, APPITA Journal, pp 50-52 19 F A Andrian Wallis and H Wearne Ross (1999), Analysis of resin in eucalypt woods and pulps APPITA Journal, 52(4), pp 295-299 20 Iverson S, Blanchette RA, Farrell RL, Holzforshung, submitted 21 J Bouchard, L.H Allen, C Lapointe and M.Pitz (2003), “Improved deresination during oxygen delification”, Pulp and Paper Canada, 104(3) 22 Le Quang Dien, Phan Huy Hoang, Do Thanh Tu (2014), Application of Enzyme for Improvement of Acacia APMP Pulping and Refining of Mixed Pulp for 59 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Thị Phương Thảo – Lớp KTHH2014B Printing Papermaking in Vietnam, Appl Biochem Biotechnol/Part A: Enzyme Engineering and Biotechnology, Vol.171, N6 23 Lim CS, Cho NS (1990), Studies on the biological degradation of oak wood by white rot fungus Phanerochaete Chrisosporium, Journal of Tappi – Korea, 22, pp 32-44 24 L.H Allen (1980), Tappi journal, 63(2) 25 Pietarinen, S.Willför and Holmbom (2003), Wood resin in Acacia mangium Acacia crassicarpa wood and knots, Appita J 57(2), pp.146-150 26 Roberta L Farrell and Joanne M Thwaites, Department of Biological ciences, The University of Waikato, Hamilton, New Zealand (1997), “Cartapip and the use of albino strains of Ophiostoma for pulping and blue-stain control” 27 Roberta L Farrell cộng (1997), “Solving pitch problems in Pulp and Paper processes by the use of enzymes or fungi”, Advances in Biochemical Engineering Biotechnology, Vol 57 60 ... Tuy nhiên, dăm mảnh nguyên liệu dạng thương phẩm có kích thước không đồng đều, độ ẩm thấp gỗ tươi Mục tiêu đề tài Nghiên cứu sử dụng enzyme để xử lý chất trích ly dăm mảnh nguyên liệu giấy , xác... việc nghiên cứu triển khai ứng dụng chế phẩm sinh học cho xử lý dăm mảnh nguyên liệu giấy Kết nghiên cứu thăm dò dăm mảnh gỗ dạng thương phẩm Viện Công nghiệp Giấy Xenluylô cho thấy hiệu xử lý. .. bột giấy giấy Những tác động có hại chất trích ly gỗ tới trình sản xuất bột giấy giấy, tới chất lượng bột giấy giấy, biết đến từ lâu Các nghiên cứu áp dụng biện pháp xử lý, khắc phục ảnh hưởng chất