Nghiên cứu sử dụng tác nhân thân thiện môi trường để thu bột giấy từ phế thải nông nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - THÁI ĐÌNH CƯỜNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TÁC NHÂN THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG ĐỂ THU BỘT GIẤY TỪ PHẾ THẢI NÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT HÓA HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ XENLULOZA VÀ GIẤY Người hướng dẫn khoa học : TS LÊ QUANG DIỄN HÀ NỘI - 2011 Thái Đình Cường Luận văn Thạc sĩ Khoa học 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 tài liệu khoa học nào, tư liệu tham khảo đồng ý đồng tác giả Tác giả Thái Đình Cường Đề tài thực theo mục tiêu kinh phí đề tài KHCN trọng điểm Bộ GD-ĐT “ Nghiên cứu ứng dụng enzym sản xuất bột giấy từ thân Ngô phế thải, tạo sản phẩm thân thiện môi trường ” Thực năm 2010-2011 Thái Đình Cường Luận văn Thạc sĩ Khoa học MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Danh mục bảng Danh mục hình Mở đầu Chương I: Tổng quan vấn đề nghiên cứu 12 1.1 Khái quát công nghiệp giấy Việt Nam 12 1.2 Khái quát phương pháp sản xuất bột giấy 15 1.2.1 Sản xuất bột hóa 15 1.2.2 Sản xuất bột bán hoá bột hiệu suất cao 17 1.2.3 Sản xuất bột 17 1.3.Tổng quan tình hình nghiên cứu thu bột giấy áp dụng công nghệ thân thiện môi trường 20 1.3.1 Bột giấy từ nguyên liệu gỗ 20 1.3.2 Bột giấy từ nguyên liệu rơm rạ………………………………………26 1.3.3 Bột giấy từ thân ngô………………………………………………….30 Chương II: Đối tượng phương pháp nghiên cứu 33 2.1 Chuẩn bị nguyên liệu 33 2.1.1.Chuẩn bị nguyên liệu rơm rạ 33 2.1.2 Chuẩn bị nguyên liệu thân ngô cho tạo bột bán hóa 33 2.1.3 Chuẩn bị nguyên liệu cho tạo bột cơ…………………………………33 2.2 Xác định thành phần hóa học nguyên liệu 34 2.3 Phương pháp tạo bột giấy…….………………………………………… 34 2.3.1 Bột bán hóa………………………………………………………… 34 2.3.2 Bột cơ…………… … ……………………………………… … 35 Thái Đình Cường Luận văn Thạc sĩ Khoa học 2.4 Phương pháp nghiên cứu cấu tạo thô đại thân ngô…………….…….35 2.5 Phân tích tính chất bột giấy………… …………………………… 36 2.6 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm……………………………………36 Chương III: Kết thảo luận 41 3.1 Cấu tạo thành phần hóa học thân ngô rơm rạ….……… …….41 3.1.1 Đặc điểm cấu tạo thô đại thân ngô …………………………… 41 3.1.2 Thành phần hóa học thân ngô rơm rạ 46 3.2 Nghiên cứu xử lý nguyên liệu thân ngô rơm rạ hydropeoxit môi trường axit để thu bột bán hóa 47 3.2.1 Ảnh hưởng mức dùng hydroperoxit…………………………… 48 3.2.2 Ảnh hưởng mức dùng TiO2…………………………………… 49 3.2.3.Ảnh hưởng mức dùng CH3COOH……………………………… 50 3.2.4 Ảnh hưởng thời gian xử lý nguyên liệu… …………………… 52 3.2.5 Ảnh hưởng điều kiện trích ly kiềm tới hiệu suất tính chất bột……………………………………………………….53 3.2.6 Nghiên cứu xử lý bột nhiệt độ thấp……………………………… 55 3.2.7 Đánh giá tính chất lý bột giấy thu từ nguyên liệu thân ngô……………………………………………… 56 3.2.8 Nghiên cứu tái sử dụng dịch nấu… …………………………………57 3.2.9 Nghiên cứu tạo bột bán hóa từ rơm rạ 58 3.3 Nghiên cứu quy trình công nghệ thu bột từ thân ngô………… 60 3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng xử lý bột bán hóa enzyme tới trình nghiền………………………………………………………66 3.5 Xác định tính chất nước thải trình tạo bột bán hóa từ thân ngô 67 3.6 Xây dựng quy trình công nghệ thu bột bán hóa từ thân ngô rơm rạ………………………………………………………………… 69 3.6.1 Mô tả khái quát trình công nghệ…………………………………69 3.6.2 Đặc điểm trình công nghệ………………………………… 69 Thái Đình Cường Luận văn Thạc sĩ Khoa học 3.6.3 Yêu cầu nguyên liệu đầu vào…………………………………… 69 3.6.4 Số lượng, chất lượng sản phẩm đạt theo quy trình…… 70 3.6.5 Sơ đồ công nghệ…………………………………….……………… 70 3.6.6 Trình tự tiến hành…………………………………………………….70 Kết luận 72 Kiến nghị nghiên cứu 73 Tài liệu tham khảo 74 Thái Đình Cường Luận văn Thạc sĩ Khoa học LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Lê Quang Diễn, người tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho hoàn thành tốt luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn ủng hộ, giúp đỡ mặt thầy cô giáo Bộ môn Công nghệ xenluloza giấy, Viện Kỹ thuật Hoá học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Xin cảm ơn gia đình bạn bè chia sẻ khó khăn tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian học tập Hà Nội, ngày 20 tháng 03 năm 2011 Thái Đình Cường Luận văn Thạc sĩ Khoa học DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Nội dung Trang Dự báo lượng bột tiêu dùng Việt Nam 12 Một số dự án đầu tư sản xuất bột giấy đáng ý 13 3.1 Kích thước xơ sợi thân ngô số loại nguyên liệu khác 44 3.2 Thành phần hóa học rơm rạ thân ngô 45 3.3 Hàm lượng chất tan nước dung dịch kiềm 46 3.4 Ảnh hưởng thời gian nấu tới hiệu suất hàm lượng lignin 51 bột 3.5 Ảnh hưởng hệ xúc tác tới hiệu suất hàm lượng lignin 52 bột 3.6 Ảnh hưởng mức dùng kiềm tới hiệu suất hàm lượng 53 lignin bột 3.7 Ảnh hưởng thời gian trích ly kiềm tới hiệu suất hàm 54 lượng lignin bột 3.8 Bảng kết xử lý bột nhiệt độ thấp 54 3.9 Tính chất số loại bột giấy 56 3.10 Ảnh hưởng mức dùng kiềm đến độ tro tro hiệu suất 58 nguyên liệu rơm rạ 3.11 Mã hóa biến thí nghiệm thực nghiệm 60 3.12 Kết thực nghiệm 61 3.13 Các số liệu thực hành mô hình 61 3.14 Các số liệu tính toán mô hình 63 3.15 Ma trận thực nghiệm tối ưu theo phương pháp tiến lên 64 3.16 Ảnh hưởng thời gian nghiền (phút) tới độ nghiền 3.17 bột bán hóa thân ngô 66 Các số nước thải trình nấu bột giấy 67 Thái Đình Cường Luận văn Thạc sĩ Khoa học DANH MỤC CÁC HÌNH Hình Nội dung Trang 3.1 Cấu tạo thô đại thân ngô phần lóng 41 3.2 Cấu tạo thô đại thân ngô phần đốt 41 3.3 Cấu tạo hiển vi thân ngô phần lóng 42 3.4 Cấu tạo hiển vi thân ngô phần đốt 43 3.5 Hình thái sợi thực vật thân ngô 44 3.6 Ảnh hưởng mức dùng H2O2 tới hiệu suất hàm lượng lignin bột 3.7 48 Ảnh hưởng mức dùng TiO2 tới hiệu suất hàm lượng lignin bột 3.8 49 Ảnh hưởng mức dùng axit axetic tới hiệu suất hàm lượnglignin bột 50 Thái Đình Cường Luận văn Thạc sĩ Khoa học MỞ ĐẦU Bột giấy sản xuất từ nguyên liệu thực vật, chủ yếu từ số loại gỗ phi gỗ Ở nước ta nguyên liệu giấy chủ yếu : keo tai tượng, keo tràm, bạch đàn, bồ đề, thông… Một số loại nguyên liệu phi gỗ : tre lứa, thân ngô, rơm rạ, bã mía…cũng sử dụng hiệu Trên giới, có nhiều phương pháp sản xuất bột giấy phổ biến phương pháp nấu kiềm ( nấu xút nấu sunfat ) phương pháp nấu sunfit Ngoài có số phương pháp khác nấu peoxit có xúc tác, dung môi hữu cơ…Nấu sunfit cho bột có độ trắng cao hơn, tạo điều kiện tốt cho công đoạn tẩy trắng sản xuất bột hóa tẩy trắng Song nhược điểm phương pháp bột sản xuất có độ bền học thấp, thích hợp với số loại nguyên liệu, khó thu hồi hóa chất gây ô nhiễm môi trường Chính công nghệ bị hạn chế sử dụng Với nhà máy qui mô vừa nhỏ phương pháp nấu chủ yếu sử dụng phương pháp nấu xút Đây phương pháp đơn giản, không đòi hỏi thiết bị đại, trình độ vận hành cao Tuy nhiên nhược điểm trình sản xuất bột có chất lượng không cao, khó áp dụng qui trình thu hồi hóa chất, vấn đề xử lý chất thải gặp nhiều khó khăn Đối với nhà máy đại, qui mô sản xuất lớn, trang thiết bị công nghệ tiên tiến phương pháp nấu sunfat hiệu Đây phương pháp cho hiệu suất bột giấy tương đối cao, chất lượng bột tốt, trình sản xuất tạo nhiều hợp chất hữu lưu huỳnh : khí hidrosunfua, khí metylsunfua…, chúng gây ảnh hưởng lớn đến môi trường, đòi hỏi công nghệ phải khép kín, có phận thu hồi tái sử dụng hóa chất, thu hồi chất thải khí để tránh gây ảnh hưởng xấu đến môi trường Công nghiệp giấy Việt Nam ngành phát triển, nhu cầu bột giấy giấy ngày tăng Vấn đề cấp thiết đặt phải có kế hoạch dài hạn quy hoạch vùng rừng nguyên liệu cho sản xuất giấy kết hợp với đa dạng hóa Thái Đình Cường Luận văn Thạc sĩ Khoa học nguồn nguyên liệu, song song với cải tiến, áp dụng công nghệ thân thiện với môi trường Với quan điểm đại phế phẩm nông nghiệp chứa xơ sợi thay tốt cho việc sử dụng nguyên liệu gỗ nhiều lí Bên cạnh phong phú chủng loại, sử dụng dư lượng nông nghiệp mang lại nhiều lợi ích cho nông dân, công nghiệp, sức khỏe cộng đồng môi trường sinh thái Sử dụng phế thải nông nghiệp làm nguyên liệu cho công nghiệp hướng thân thiện với môi trường nhiều so với nhiều phương pháp xử lý áp dụng, góc độ thúc đẩy công nghiệp hóa nước phát triển Nước ta nước nông nghiệp, diện tích trồng lúa khoảng 7,3 triệu đồng sông Hồng chiếm 1,2 triệu ha, đồng sông Cửu Long chiếm 3,8 triệu ha, vùng lại chiếm khoảng 2,3 triệu Bên cạnh đó, diện tích ngô nước đạt triệu hecta, tập trung vùng trọng điểm Sơn La, Vĩnh phúc, Nghệ An, Thanh Hóa, Đắk Lắk…,trung bình hecta sau thu hoạch cho 4-5 thân ngô, tức lượng thân ngô nước đạt triệu năm Chỉ phần phế thải nêu sử dụng làm chất đốt sinh hoạt, lại đốt bỏ Vì việc tận dụng nguồn phế thải nông nghiệp cho sản xuất sản phẩm giá trị hướng thiết thực, giải vấn đề mang lại lợi ích kinh tế định mà giải nhiều vấn đề môi trường Vấn đề đặt phải nghiên cứu áp dụng công nghệ phù hợp Với tính chất đặc thù dạng nguyên liệu này, thực tiễn sử dụng cho sản xuất bột giấy hiệu suất cao cho sản xuất giấy cactong, bao gói Đáp ứng tình hình tiến hành thực đề tài nghiên cứu : “ Nghiên cứu sử dụng tác nhân thân thiện môi trường để thu bột giấy từ phế thải nông nghiệp.” Mục tiêu đề tài thiết lập quy trình công nghệ quy mô phòng thí nghiệm tạo bột giấy hiệu suất cao từ thân ngô rơm rạ Đối tượng nghiên cứu : Thân ngô sau thu hoạch lấy huyện Vĩnh Tường-Vĩnh Phúc rơm rạ lấy Thanh Oai- Hà Nội 10 Thái Đình Cường Luận văn Thạc sĩ Khoa học Bảng 3.12 Kết thực nghiệm Tính chất lý bột Thí Chiều dài đứt, Chỉ số xé, Chỉ số bục, nghiệm m mN.m2/g kPa.m2/ g 420 1,56 0,26 72,3 520 1,83 0,23 71,5 850 2,15 0,36 70,9 640 1,44 0,27 71,8 720 1,92 0,32 71,2 Hiệu suất bột, % Bảng 3.13 Các số liệu thực hành mô hình Biến Thí nghiệm Hàm mục tiêu, m x1 x2 y1 y2 ytb δ2 - - 421 419 420 2 + - 519 521 520 - + 852 848 850 + + 639 641 640 0 718 721 720 δ j2 = k ∑ ( y j − yij )2 = ( j=1 =>k, i= 1=>N) k số lần lặp lại thí nghiệm k − j =1 * Tính toán hệ số hàm mục tiêu : b0 = bi = N N N ∑y j =1 N ∑y j =1 j j = 607,5 * xi, (i= 1, n ) b1= - 27,5 bij = N N ∑y j =1 j b2= 137,5 * xi*xj 62 Thái Đình Cường Luận văn Thạc sĩ Khoa học b12 = - 77,5 Phương trình hồi quy có dạng : Y = 607,5 – 27,5 x1 + 137,5x2 – 77,5x1x2 (3.1) * Kiểm tra hội tụ sai số : Ta có Gtt= max δ j2 N ∑δ j =1 = 0,57 j N = 4, k =2 → G bảng = 0,7679 Gbảng > Gtt -> sai số hội tụ * Kiểm tra có nghĩa hệ số : Hệ số có nghĩa phải thoả mãn điều kiện | bi | ≥ | Sb*t| Tính phương sai cho thí nghiệm: S2y= ∑δ N j = 3,8 Phương sai loại sau lần đo δ2 = y δ y2 k = 1,9 Phương sai mà hệ số gánh chịu S2b = δ y2 B = 0,475 => Sb= 0,689 Tra bảng St với số có nghĩa P=0,2 f=2, ta t= 1,89 => Sb*t = 1,3022 Các hệ số mô hình lớn 1,3022 => hệ số mô hình có nghĩa Phương trình chiều dài đứt có dạng Y = 607,5 – 27,5 x1 + 137,5x2 – 77,5x1x2 ( 3.2 ) Số hệ số có nghĩa mô hình B’= *Kiểm tra tương thích mô hình : dựa vào chuẩn số Fisher, điều kiên để mô hình thích ứng FTT < F bảng 63 Thái Đình Cường Luận văn Thạc sĩ Khoa học F bảng = g (f1, f2), f1 = N.( k-1) , f2 = N - B’ Vậy F bảng = 13,7 Ftt tính theo công thức : Ftt = max(S TU ; S y2 ) min( S TU ; S y2 ) Phương sai dư tương ứng Stu2 thí nghiệm tính theo công thức : S TU = N * ∑ ( y iTN − y iTT ) N − B' i =1 Trong y TT giá trị hàm mục tiêu tương ứng thí nghiệm theo phương trình hồi quy tìm (3.2) Bảng 3.14 Các số liệu tính toán mô hình Thí nghiệm x1 X2 ytb yTT ( yTT- ytb)2 - - 420 422 + - 520 522 - + 850 850 + + 640 640 Từ số liệu ta tính S TU = 8, S2y = 3,8 Vậy Ftt = 2,1 nhận thấy Ftt < F bảng Vậy mô hình tìm tương thích * Thực bước tiến lên : mô hình tìm dáng điệu đồng mặt đồng không gian biến đổi chiều dài đứt Từ mặt đồng mức ta phải chiến thuật mà biến số cần di động để chiều dài đứt bột đạt tới vùng cực trị ( tối ưu ) Phần tối ưu bắt đầu tiến hành thí nghiệm với yếu tố mức không (0), tọa độ biến tính theo công thức :xki = x k-1i ± ∆i Chọn biến sở ta tính giá trị tích ‫׀‬bi λ i‫׀‬, bi hệ số tương ứng với biến xi, λi khoảng biến thiên biến Chọn thông số : + λ1 = 0,2 % => ‫׀‬b1 λ 1‫׀ = ׀‬- 27,5 0,2‫ = ׀‬5,5 64 Thái Đình Cường + λ2 = 0,2 % Luận văn Thạc sĩ Khoa học => ‫׀‬b2 λ 2‫׀ = ׀‬137,5 0,2‫ = ׀‬27,5 Nhận thấy ‫׀‬b2 λ 2‫ ׀‬là giá trị max Chọn ∆2 = 0,2 % làm bước nhảy sở => ∆1 = 0,1 Ma trận thực nghiệm theo phương pháp tiến lên đưa bảng 3.15 Bảng 3.15 Ma trận thực nghiệm tối ưu theo phương pháp tiến lên Thí nghiệm Mức dùng NaOH (x1) 1,5 Mức dùng H2O2 ( x2) 2 1,4 Chiều dài Chỉ số xé, đứt, m mN.m2/g Chỉ số bục, Kpa.m2/g Hiệu suất bột, % 720 1,92 0,32 71,5 2,2 820 1,95 0,34 71,8 1,3 2,3 840 2,03 0,29 71,6 1,2 2,4 890 2,26 0,38 71,3 1,0 3,0 850 2,15 0,36 70,9 Từ kết thực nghiệm cho thấy thí nghiệm thứ tư cho kết chiều dài đứt lớn Các số xé, số bục cao so với trường hợp khác Do ta chọn thông số công nghệ cho quy trình sản xuất bột từ thân ngô môi trường kiềm nhiệt độ thấp sau : - Mức dùng NaOH : 1,2 % so với nguyên liệu KTĐ - Mức dùng H2O2 : 2,4 % so với nguyên liệu KTĐ - Mức dùng Na2SiO3, MgSO4, ETDA : 3%; 0,1% ; 0,2% so với nguyên liệu KTĐ - Tỷ dịch : 14 - Thời gian xử lý : 2h - Nhiệt độ xử lý : 70 oC Nhìn chung bột thu có số độ bền không cao, khó sử dụng độc lập cho sản xuất giấy 65 Thái Đình Cường Luận văn Thạc sĩ Khoa học 3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng xử lý bột bán hóa enzyme tới trình nghiền Từ kết nghiên cứu trình bày trên, bột bán hóa thu có số tính chất tốt hơn, phù hợp làm nguyên liệu sản xuất loại giấy cactông, báo gói Do bột hiệu suất cao nên trình nghiền cho sản xuất giấy công đoạn đòi hỏi tiêu hao thời gian điện cao Theo công nghệ đại sản xuất bột hóa, giải pháp hữu hiệu giảm tiêu hao lượng thời gian nghiền bột mà trì tính chất tạo giấy bột sử dụng enzyme làm chất trợ nghiền Trên sở tiến hành nghiên cứu sử dụng enzyme trợ nghiền xenlulaza thương hiệu FibreZyme LBR™ hãng Dyadic International (Mỹ) có tính chất sau: - Dạng dung dịch, tỉ trọng 1,2g/ml; - Hoạt độ xenlulaza: 2030 U/g; - Nhiệt độ sử dụng tối ưu: 25-60oC; - pH sử dụng tối ưu: 6,0-8,0; - Mức dùng khuyến cáo: 100-200g/tấn bột khô tuyệt đối Bột bán hóa từ thân ngô hiệu suất 65,2% có hàm lượng lignin lại 12,7% Điều kiện xử lý bột enzyme: - Nồng độ bột: 10%; - Thời gian xử lý: 180 phút; - Mức dùng enzym : 200 ml/tấn bột KTĐ; - Nhiệt độ xử lý: 500C Bột giấy sau xử lý enzyme vắt khô, sau nghiền máy nghiền Hà Lan, khống chế áp lực nghiền cố định, tính thời gian đo độ nghiền bột giấy sau khoảng thời gian định Kết trình bày bảng 3.16 66 Thái Đình Cường Luận văn Thạc sĩ Khoa học Bảng 3.16 Ảnh hưởng thời gian nghiền (phút) tới độ nghiền bột bán hóa thân ngô TT Độ nghiền , (oSR) Bột xử lý enzyme Bột chưa qua xử lý enzyme 10 15 20 25 21 26 29.5 32 35 20 23 31 26 28 30 33 35 42 46 38.5 39 40 - - 38 39 40 34 37 Kết thu cho thấy, enzyme có tác dụng thúc đẩy trình nghiền bột tương đối rõ rệt Tuy chưa xác lập chế độ công nghệ tối ưu, song nói sử dụng enzyme trợ nghiền cho phép giảm đáng kể thời gian nghiền bột 3.5 Xác định tính chất nước thải trình tạo bột bán hóa từ thân ngô Để xác định số nước thải, tiến hành trình tạo bột giấy nước thải trường hợp sau : Thu bột giấy từ thân ngô theo phương pháp truyền thống : phương pháp kiềm lạnh với thông số công nghệ sau : - Mức dùng kiềm : % so với nguyên liệu KTĐ - Tỷ dịch: 1: 18 Nguyên liệu ngâm dung dịch NaOH vòng ngày đêm (24h) Sau tất bột đưa vào máy nghiền Hà Lan, nghiền khoảng thời gian 40 phút Tiến hành rửa bột, trung hòa nước rửa axit Nước rửa bột sau trung hòa nước thải trình Hiệu suất bột thu 58% Thu bột giấy từ nguyên liệu thân ngô theo phương pháp xác lập (mục 3.2) với thông số công nghệ sau : 67 Thái Đình Cường Luận văn Thạc sĩ Khoa học - Mức dùng H2O2; CH3COOH, TiO2 tương ứng : 3%; 3%; 1% so với nguyên liệu KTĐ - Tỷ dịch : : 14 - Thời gian nấu : 2h - Nhiệt độ nấu : 1000C Sau nấu, tất bột dịch nấu đưa vào máy nghiền Hà Lan Sau bột rửa tiến hành trích ly kiềm với điều kiện sau : - Mức dùng NaOH : 1% so với nguyên liệu KTĐ - Tỷ dịch : 1: 10 - Nhiệt độ : 1000C - Thời gian : 1h Sau trích ly, bột dịch trích ly đưa vào nghiền nghiền tới độ nghiền 220SR Sau rửa bột Hiệu suất bột thu 64,4% Nước rửa bột sau nghiền hai công đoạn phối trộn vào với Đây nước thải trình nấu bột Tiến hành xác định thông số nước thải hai trình trên, kết trình bày bảng 3.17 Bảng 3.17 Các số nước thải trình nấu bột giấy Lượng nước thải, lít/ Kg TSS COD BOD5 ( 200C), bột KTĐ thu g/lít mg/lít Mg/ lít 12 0,5875 21120 8400 12 0,3260 5800 4800 TT Kết thu cho thấy, với lượng nước thải nhau, số nước thải phương pháp kiềm lạnh lớn so với phương pháp nấu dung dịch hydropexit môi trường axit 68 Thái Đình Cường Luận văn Thạc sĩ Khoa học Vì việc xử lý nước thải cho trình tạo bột giấy đơn giản hơn, giúp nâng cao hiệu kinh tế 3.6 Quy trình công nghệ thu bột bán hóa từ nguyên liệu thân ngô rơm rạ 3.6.1 Mô tả khái quát quy trình công nghệ Nguyên liệu thân ngô (hoặc rơm rạ) có kích thước độ ẩm phù hợp xử lý dung dịch H2O2, CH3COOH TiO2 1000 C thời gian 1,5-2h Tiếp nguyên liệu rửa, sàng chọn, làm xử lý dung dịch NaOH 1000C Bột giấy thu có hiệu suất 60-65%, sử dụng làm nguyên liệu sản xuất giấy cactong, bao gói tẩy trắng để thu bột chất lượng cao 3.6.2 Đặc điểm Quy trình công nghệ Quy trình xây dựng dựa lý thuyết thực tiễn công nghệ sản xuất bột bán hóa Vấn đề kinh tế - kỹ thuật phản ánh quy trình đưa thông số công nghệ thích hợp tối ưu trình tạo bột giấy từ dạng nguyên liệu thân thảo ngắn ngày (phế phụ phẩm nông nghiệp), dễ trồng quy hoạch, có tính chất phù hợp làm nguyên liệu sản xuất nhiều sản phẩm có giá trị, sử dụng loại hóa chất dễ sản xuất phù hợp với thực tiễn Việt Nam Sản phẩm bột giấy có chất lượng đáp ứng nhu cầu thiết yếu nước nguyên liệu sản xuất giấy cactong, bao gói Quy trình áp dụng quy mô sản xuất vừa nhỏ Trong trình sản xuất không tạo khí độc hại, nước thải mùi đặc trưng với pH ~7 Ở Việt Nam giới chưa có công nghệ tương đương 3.6.3 Yêu cầu nguyên liệu đầu vào Nguyên liệu sử dụng thân ngô (rơm rạ) sau thu hoạch có độ tuổi thích hợp 3-6 tháng, làm (bỏ gốc, rễ to, cành lá, không dính bùn đất, không thối mục, độ ẩm thích hợp 30-35% Sử dụng dạng dăm mảnh nghiền sơ Hóa chất sử dụng dạng thương phẩm, độ tinh khiết 69 Thái Đình Cường Luận văn Thạc sĩ Khoa học 3.6.4 Số lượng, chất lượng sản phẩm đạt theo Quy trình Từ nguyên liệu khô tuyệt đối (tương đương khoảng 2,5 nguyên liệu tươi thu hoạch) thu khoảng 600-650 kg bột giấy KTĐ Bột giấy thu có tính chất sau: - Độ dài đứt: ~4000 m; - Chỉ số xé: ~4 mNm2/g; - Chỉ số bục:~1,6kPam2/g 3.6.5 Sơ đồ công nghệ Nguyên liệu Dịch nấu Nấu Nghiền, lọc dịch Dịch đen Xử lý dịch đen Rửa bột Bột sau nấu Trích ly kiềm Bột Rửa bột Nghiền 3.6.6 Trình tự tiến hành Nguyên liệu độ ẩm 30-40% chặt mảnh, nghiền nhỏ máy nghiền búa với lỗ sàng 0,5-1cm Sau xử lý (nấu) dung dịch chứa 3-5% H2O2, 70 Thái Đình Cường Luận văn Thạc sĩ Khoa học 3-5% CH3COOH, 1-1,5% TiO2 1000C thời gian 1,5-2h Tiếp nguyên liệu tách dịch đen, rửa nghiền tới độ nghiền 20-220SR Bột thu xử lý dung dịch NaOH với mức dùng 1% so với nguyên liệu KTĐ 1000C vòng 1h, rửa sàng chọn, làm sấy khô Dung dịch hóa chất tái sử dụng để nâng cao hiệu kinh tế 71 Thái Đình Cường Luận văn Thạc sĩ Khoa học KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu thu đưa kết luận sau: 1.Thân ngô, rơm rạ sử dụng làm nguyên liệu cho sản xuất bột hiệu suất cao bột bán hoá Đã xác lập cấu tạo thô đại thân ngô giống LVN45, thân ngô có kích thước xơ sợi tương đương với cỏ voi lai VA06 gỗ bạch đàn Đã thiết lập quy trình công nghệ tạo bột giấy bán hóa bột từ nguyên liệu thân ngô rơm rạ Xử lý bột bán hóa thân ngô enzym xenlulaza giảm thời gian nghiền bột Nước thải trình tạo bột giấy từ thân ngô có tiêu TSS, COD BOD thấp nhiều so với công nghệ kiềm lạnh truyền thống 72 Thái Đình Cường Luận văn Thạc sĩ Khoa học KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Sau nghiên cứu luận văn thân rút số kết luận định Tuy nhiên điều kiện thực tế, thiết bị tài liệu tham khảo chưa đáp ứng đầy đủ cho nghiên cứu nên kết luận văn nhiều hạn chế Chính có số kiến nghị để để đề tài nghiên cứu sâu áp dụng vào thực tế • Nghiên cứu quy trình xử lý nước thải • Mở rộng nghiên cứu hệ xúc tác khác, kết hợp sử dụng enzym cho trình nghiền bột để tăng khả tách loại lignin • Nghiên cứu quy trình tẩy trắng bột giấy thu 73 Thái Đình Cường Luận văn Thạc sĩ Khoa học TÀI LIỆU THAM KHẢO Thái Đình Cường Nghiên cứu quy trình thích hợp thu bột giấy hiệu suất cao từ rơm rạ Đồ án tốt nghiệp, môn CN Xenluloza-giấy, Đại học Bách Khoa Hà nội, năm 2009 Bùi Việt Huy Thu bột giấy từ thân ngô theo phương pháp nấu hydropeoxit nhiệt độ thấp Đồ án tốt nghiệp, môn CN Xenluloza-giấy, Đại học Bách Khoa Hà nội, năm 2009 Viện công nghiệp giấy xenluylo Nghiên cứu quy trình khử mực giấy in báo tạp chí theo phương pháp xử lý kết hợp tác nhân sinh học hóa học Báo cáo tổng kết đề tài KHCN Bộ công thương 2009 Nguyễn Thị Minh Nguyệt cộng Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất bột giấy từ phế thải nông nghiệp - thân cỏ Voi lai, Báo cáo tổng kết đề tài KHCN, Bộ NN&PTNT, 2009 Phạm Văn Thiêm, Tối ưu hóa trình công nghệ hóa học, tập 2; Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2001 Ahmet Tutus, Ilhan Deniz, Hudaverdi Eroglu (2004) Rice straw pulping with oxide added soda- oxgen- anthraquinone Pakistan Journal of Biological Sciences (8), p.1350- 1354 Aziz Ahmed, Middleton, WI (US), Jong – Myoung Won, Chuncheon (KR), Haiil Ryu, Daejeon – Si (KR) (2004); Method For Producing Corn Stalk Pulp And Paper Products From Corn Stalk Pulp, US Patent 2004/0256065 A1 H.E.Desch, J.M.Dinwoodie, “Phương pháp làm tiêu hiển vi”, Nguyễn Quý Nam dịch NXB Trường Đại học Lâm nghiệp, 2003 J Behin*, N Ankhavan Malayeri, Dissolving pulp from waste of corn stalk, Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Razi University, Kermanshah, IRAN 74 Thái Đình Cường Luận văn Thạc sĩ Khoa học 10 Kuznestsov S.A, et Envi-ronmentanlly friendly catalytic production of cullulose by abies wood deligninfica-tion in “acetic acid- hydrogen peroxidewater” media Chemistry for Sus-tainable Development,2003,Vol 11.,P 141-147 11 Kuznestsov B N., etc New catalytic process for a sustainable chemistry of cellulose production from wood biomass Catalysis Today, 2002 V 75 P.211-217 12 Lei Yichao, Zhu xianjun, Liu daoheng, Wu hong, Huang ling Đánh giá tính sản xuất bột giấy loại bạch đàn Paper Science & Technology 2005 Vol 24 No 13 M Sarwar JAHAN, Z.Z LEE, Yongcan JIN (2006) Organic acid pulping of rice straw I : cooking Turk J Agric For 30, 231- 239 14 M V Efanov and R Yu Averin Peroxide- ammonia delignification of pine wood Chemistry of natural compounds, Vol 40 No 2, 2004 15 Papermarking Science and Technology; Recycled Fiber and Penking; Book 7; TAPPI, press 2005 16 Patent WO 2001/016423(2001), Pulping process for corn stover and other nonwood fibours material 17 Robert W Hurt, Orleans ( CA); Medwick V Byrd, Jr., Raleigh, NC (US), Process for producing a pulp suitable for papermaking from non wood fibrous materials, US Patent 6,302,997 B1 18 R Z Pen, A V Byvshev, I L Shapiro, O A Kolmakova, and A A Polyutov; Peroxide cellulose-New raw material for Chemical processing (2004); Fibre chemistry, Vol.36, No.2, p.116-118 19 Sarwar Jahn M, Nasima Chowdhury D A, Russel M A N, Sung Phil Mun, Quaiyyum M A (2006); Alkaline Sulfite-Athraquinone-Methanol (ASAM) Pulping Of Corn Stalk, Vol.40, No.7, pp.531-536 20 Thomas A Rymsza , Agricultral Residues in Pulp and paper, Vision Paper, www.visionpaper.com 21 US Patent 2007/0095492A1(2007), semichemical mechanical pulp from corn stalk 75 Manufacturing method of Thái Đình Cường Luận văn Thạc sĩ Khoa học 22 V Kachitvichyanukul, U Purintrapiban, P Utayopas, eds (2005) Ifluence of rice straw cooking conditions on pulp properties in the soda aqueous etanol pulping Proceedings of the 2005 International Conference on Simulation and Modeling 23 Wikhan Anpanurak and Sawitree Pisuthpichet (2006) Chemical pulp production from rice straw by alkaline and cooking with aaded alkaline oxygen Final Report of the research project for higher utilization of forestry and agricultural plant materials in Thailand 24 А Р Галимова, А.В Вураско и др (2007) Получение волокнистых полуфабрикатов при комплексной переработке соломы риса Журнал Химия растительного сырья, № 3, стр 47-53 25 Н.В Каретников, Р.З Пен и др (2007) Делигнификация древесины пероксидом водорода с рециклом шелока Материалы III Всероссийской научной конференции, Книга 1, стр 40-43 26 М О Леонова, А В Бышев, И В Мирошниченко (2007) Получение пероксидной целлюлозы из соломы с использованием различных катализаторов Материалы III Всероссийской научной конференции, Книга 1, стр 36-39 27 Р З Пен, А В Бывшев, И Л Шапиро, И В Мирошниченко, Н В Каретникова; Катализируемая делигнификация древесины пероксидом водорода в кислой среде Химия растительного сырья, 2003 №3 c 9-13 28 Р З Пен, А В Бывшев, И Л Шапиро, И В Мирошниченко, В Е Тарабанько; Низкотемпературная окислительная делигнификация древесины Пероксидная варка древесины разных пород Химия растительного сырья, 2001, №3, с 11-15 29 Технология целлюлозно-бумажного производства Том Часть СПб.: Политехника, 2003, 633с 76 ... tài nghiên cứu : “ Nghiên cứu sử dụng tác nhân thân thiện môi trường để thu bột giấy từ phế thải nông nghiệp. ” Mục tiêu đề tài thiết lập quy trình công nghệ quy mô phòng thí nghiệm tạo bột giấy. .. Sản xuất bột 17 1.3.Tổng quan tình hình nghiên cứu thu bột giấy áp dụng công nghệ thân thiện môi trường 20 1.3.1 Bột giấy từ nguyên liệu gỗ 20 1.3.2 Bột giấy từ nguyên... phần hóa học thân ngô rơm rạ - Nghiên cứu xử lý nguyên liệu thân ngô rơm rạ hydropeoxit môi trường axit để thu bột bán hóa - Nghiên cứu quy trình công nghệ thu bột từ thân ngô - Nghiên cứu ảnh hưởng