Nghiên cứu xác định thành phần hóa học của nguyên liệu bạch đàn trắng tỉa thưa eucaluptus camadulensis denhn và định hướng sử dụng cho ngành công nghiệp sản xuất bột giấy

LỜI CẢM ƠN Nhân dịp hồn thành khóa luận tốt nghiệp Đại học niên khóa 2006 2010 trƣờng Đại học Lâm nghiệp VN, em xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy cô giáo, gia đình bè bạn tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình học tập thực đề tài Đặc biệt, cho em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo, TS Cao Quốc An, ngƣời thầy trực tiếp hƣớng dẫn, tận tình giúp đỡ, truyền đạt kiến thức chuyên mơn, kinh nghiệm q báu cho em q trình hồn thành khóa luận Em xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, thầy cô giáo, khoa CBLS, TTTN thƣ viện trƣờng Em cố gắng với tất nỗ lực thân, nhƣng nhiều hạn chế khách quan chủ quan nên không tránh khỏi cịn thiếu sót Em mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp xây dựng thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn! Xuân Mai, ngày 20 tháng năm 2010 Sinh viên thực Bùi Thị Hƣờng ĐẶT VẤN ĐỀ Gỗ vật liệu tự nhiên có nguồn gốc sinh học, đặc tính hóa học cấu tạo đặc biệt gỗ phù hợp với nhiều mục đích sử dụng khác Khơng phủ nhận vai trị gỗ đời sống, khoa học kỹ thuật công nghệ Gỗ đƣợc dùng rộng rãi công nghiệp, nông nghiệp, kiến trúc, xây dựng, khai khống,… Ngày nay, cơng nghiệp nói chung ngành CBLS nói riêng ngày phát triển, phát triển nhu cầu gỗ tăng nhiêu Khai thác rừng tự nhiên bừa bãi làm nguồn tài nguyên dần cạn kiệt, thay vào xu hƣớng sử dụng gỗ rừng trồng để đảm bảo việc sử dụng hiệu bền vững Hầu hết gỗ rừng trồng lồi có tốc độ sinh trƣởng nhanh, thời gian thu hoạch ngắn Trong loài ấy, Bạch đàn loại chiếm ƣu hình dạng, kích thƣớc, tính chất lý Đặc biệt, loại dễ trồng, sinh trƣởng nhanh, chi phí đầu tƣ chăm sóc thấp, khơng phù hợp với việc chế tạo sản phẩm mộc mà phù hợp cho ngành công nghệ sản xuất ván nhân tạo, giấy bột giấy Để đáp ứng nhu cầu sử dụng gỗ rừng trồng nói chung gỗ Bạch đàn nói riêng, em tiến hành thực đề tài “Nghiên cứu xác định thành phần hóa học nguyên liệu Bạch đàn trắng tỉa thưa (Eucaluptus Camadulensis Denhn) định hướng sử dụng cho ngành công nghiệp sản xuất bột giấy.” CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử phát triển ngành giấy Vào khoảng 2000 năm TCN, ngƣời Ai Cập phát loại giấy dó đƣợc làm cách tách loại thành lát mỏng, cắt đều, rửa sạch, phơi khô, dàn mỏng, dùng màu mực vẽ hình lên đó, Đó đƣợc coi tờ giấy ngƣời Việc tách xơ sợi thực vật đặc trƣng sản xuất giấy, ngƣời Trung Quốc ngƣời nghĩ cách dùng vỏ dâu tằm tƣớc thành sợi, rửa sạch, giã nhuyễn, dàn mỏng, phơi khô thành loại giấy viết Sáng kiến lớn lao sau đƣợc phổ biến rộng rãi Trung Quốc Cho đến năm 384 SCN, nghề làm giấy lan sang Triều Tiên, Nhật Bản Thế kỷ thứ vào tới Việt Nam, Miến Điện, Ấn Độ Từ nghề làm giấy đƣợc truyền đến nƣớc châu Âu, châu Phi, châu Mỹ nhƣ: Ả Rập (751), Tây Ban Nha (1451), Italia (1276), Pháp (1348), Anh (1494), Nga (1576) Hơn 200 năm trở lại đây, với phát triển điện năng, kỹ thuật công nghệ thiết bị, sản xuất Xenlulo giấy có bƣớc nhảy vĩ đại Năm 1798, Nicolai Robert (Pháp) phát minh máy xeo giấy Tiếp theo, anh em nhà Fourdrinier (Anh) cải tiến máy xeo thành dạng máy xeo lƣới dài Nhiều phát minh cải tiến kỹ thuật sản xuất giấy tiếp tục đời, nâng cao, đại ngày hoàn thiện Năm 1840, Keller Ulter (Đức) phát minh máy mài gỗ để thu sợi, mở hƣớng sử dụng gỗ làm nguyên liệu giấy, đánh dấu mốc quan trọng cho phát triển ngành công nghiệp sản xuất Xenluloza – giấy Nhƣng giấy từ bột gỗ mài có độ bền khơng cao, nhanh bị vàng ố đặt yêu cầu nghiên cứu phƣơng pháp hóa học để thu sợi tự Năm 1866, phƣơng pháp Sunphit đời Năm 1874, phƣơng pháp Sunphat đời Sự đời phƣơng pháp chứng minh phát triển thực ngành công nghiệp giấy Thế kỷ 21 đánh dấu bƣớc phát triển ngành giấy với kỹ thuật đại nhƣ nấu liên tục, tẩy trắng nhiều giai đoạn, tráng keo máy xeo, làm giấy với xơ sợi liên tục, kỹ thuật điều khiển máy vi tính Ngày nay, vấn đề nguồn nguyên liệu trở lên cấp bách cần thiết, giấy sản phẩm từ giấy đóng vai trị quan trọng sống ngƣời, sử dụng giấy bảo vệ môi trƣờng ngày đƣợc quan tâm 1.2 Thực trạng ngành giấy Việt Nam Theo quy hoạch tổng thể phát triển ngành giấy giai đoạn 2001 2010 Tổng cơng ty giấy Việt Nam tổng kết mức tiêu thụ giấy nƣớc ta năm 2000 6,4 kg/ngƣời/năm, mức thấp giới Bản tổng kết so sánh: Các nƣớc Tây Âu tiêu thụ 166 kg/ngƣời/năm, Nhật Bản 233 kg/ngƣời/năm, Bắc Mỹ 295 kg/ngƣời/năm Mức bình quân giới 45 kg/ngƣời/năm Đánh giá kết luận, ngành công nghiệp sản xuất giấy nƣớc ta chƣa thực phát triển Những năm gần có chuyển biến rõ rệt cải tiến kỹ thuật, trang thiết bị, nhiều dự án xây dựng nhà máy giấy đƣợc phủ phê duyệt Cơ hội lớn thách thức lớn ngành cơng nghiệp nói chung ngành giấy nói riêng Việt Nam gia ngập tổ chức mậu dịch tự khu vực APTA Mục tiêu đặt cho ngành giấy tăng sản lƣợng toàn ngành lên 3,15 lần (từ 113.606 lên 380.000 tấn/năm) đáp ứng 70% nhu cầu tiêu thụ nƣớc Để ngành giấy Việt Nam phát triển bắt kịp với nhịp độ nƣớc khu vực, Tổng công ty giấy VN đƣa mục tiêu lớn để nâng cao lực sản xuất - Tăng sản lƣợng - Mở rộng phát triển vùng nguyên liệu đáp ứng đầy đủ, lâu dài ổn định cho nhà máy giấy, song song việc thực xóa đói giảm nghèo cho vùng sâu vùng xa - Thúc đẩy đầu tƣ mở rộng lực sản xuất, đa dạng chủng loại mặt hàng, mở rộng thị trƣờng, tăng ƣu cạnh tranh Mục tiêu năm 2010 xuất 760.043 bột, 638.063 bột xơ ngắn, 121.980 bột xơ dài Để đảm bảo cung cấp đủ bột cho nhà máy giấy hoạt động ổn định việc mở rộng, phát triển nguồn nguyên liệu gắn liền với nhà máy công việc quan trọng 1.3 Lịch sử nghiên cứu Theo tìm hiểu Đỗ Thị Lai (khóa học 2003 – 2007) cho biết, hóa học Cellulose đƣợc phát sinh từ năm 1838, Payen đƣa kết luận vách tế bào thực vật không cấu tạo từ chất hóa học đồng đặc trƣng cho lồi khơng phải nhƣ quan điểm cũ khác hàm lƣợng Cacbon gỗ, Payen cho xơ sợi tế bào thực vật chứa chất hóa học đồng hydrat cacbon đƣợc Payen đặt tên Cellulose Ở Việt Nam cơng việc nghiên cứu tính chất gỗ đƣợc thực từ năm 1959 học viện Nông lâm, viện Kỹ thuật giao thông, viện Lâm nghiệp dƣới đạo kế hoạch ủy ban Khoa học Kỹ thuật Nhà nƣớc Từ năm 1965 đến nay, việc nghiên cứu tính chất gỗ Việt Nam đƣợc trì thức Viện Lâm nghiệp Việt Nam Đến có 100 lồi gỗ đƣợc thức nghiên cứu cơng bố tính chất, phải kể đến số rừng trồng nhƣ: Bạch đàn, Thơng, Keo… 1.4 Tìm hiểu chung Bạch đàn 1.4.1 Nguồn gốc phân bố Bạch đàn (Eucalyptus) chi thực vật thuộc họ Sim có số lƣợng lồi lớn, ƣớc tính 500 loài, 138 thứ, đƣợc phân bố thành nhiều chi phụ khác nhau, đƣợc trồng 90 nƣớc Hầu hết số loài chi đặc hữu Australia, loài phân bố tự nhiên Malaysia, số lồi có biên độ sinh thái rộng, phân bố kéo dài từ miền Bắc Australia đến miền Đông Malaysia Gần cịn phát khoảng 100 lồi phân bố miền Nam New Guinca Gỗ Bạch đàn đƣợc nhiều nƣớc giới sử dụng nhiều lĩnh vực khác Ở Australia, Brazin, Bồ Đào Nha, Tây Ban Nha, Nam Phi, Bạch đàn nguyên liệu quan trọng cho công nghệ sản xuất bột giấy, sợi vissco,… Ở nhiều nƣớc châu Á nhƣ: Nhật Bản, Trung Quốc, Đài Loan, Bạch đàn đƣợc trồng diện tích lớn, nguồn nguyên liệu quan trọng cung cấp cho công nghệ sản xuất giấy, sản xuất ván sợi MDF,… Các nƣớc có diện tích trồng Bạch đàn lớn giới (nguồn tài liệu FAO cung cấp) - Brazin: 1.052.000 - Ấn Độ: 415.000 - Angola: 100.600 Ở Việt Nam, nhiều dải rừng Bạch đàn đƣợc hình thành, Bạch đàn đƣợc trồng diện tích lớn nhiều vùng khác Do có đặc tính phù hợp với địa hình khí hậu Việt Nam Bạch đàn đƣợc xem số loại trồng rừng Việt Nam, khơng rừng tập trung mà với trồng phân tán trồng hộ gia đình Theo số liệu vụ Khoa học công nghệ, Bộ nông nghiệp (1994) giai đoạn 1986 – 1992 diện tích trồng loại Bạch đàn Việt Nam chiếm tới 46,5% tổng diện tích rừng trồng Vùng phân bố tập trung chủ yếu Bạch đàn tỉnh Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Quảng Ninh, Tuyên Quang,… Hiện nay, Việt Nam số loại Bạch đàn đƣợc nhập tƣơng đối rộng rãi nhƣ: Bạch đàn Timo, Bạch đàn trắng (Khuynh diệp đỏ), Bạch đàn chanh (Bạch đàn đỏ), Bạch đàn Uro, Bạch đàn Long duyên, Bạch đàn nhỏ,… 1.4.2 Đặc điểm, tính chất gỗ Bạch đàn trắng tỉa thƣa 1.4.2.1 Phân bố địa lý Cây Bạch đàn trắng có phạm vi phân bố tự nhiên rộng khắp lục địa châu Úc Ở Việt Nam, đƣợc trồng khắp tỉnh, vùng trồng Tây Nguyên Đơng Nam Bộ Bạch đàn trắng lồi mọc nhanh, thân thẳng, trịn, cành ít, cành thƣờng tập trung ngọn, lồi có khả tự tỉa cành, chu kỳ kinh doanh ngắn Gỗ Bạch đàn thích hợp cho rừng sản xuất nguyên liệu công nghiệp 1.4.2.2 Công dụng gỗ Bạch đàn Bạch đàn trở thành trồng phổ biến nƣớc ta từ năm 80 trở lại đây, đặc biệt trở thành loài quan trọng dự án trồng rừng PAM, chƣơng trình 327 nhằm phủ xanh đất trống đồi núi trọc Trong ngành công nghệp sản xuất giấy bột giấy, Bạch đàn đƣợc xem nguồn nguyên liệu thiếu Quy hoạch rừng nguyên liệu Bạch đàn đảm bảo cung cấp đủ nguyên liệu cho nhà máy giấy yêu cầu cấp thiết Ngồi ra, Bạch đàn cịn đƣợc sử dụng nhiều xây dựng, giao thơng, khai khống, cơng nghệ sản xuất ván nhân tạo, công nghệ đồ mộc Gỗ Bạch đàn nguồn cung cấp củi than hoa lớn; cành Bạch đàn có chứa nhiều tinh dầu, tinh dầu nguồn dƣợc liệu quý quan trọng y dƣợc để bào chế thuốc ho, thuốc xoa bóp, nƣớc hoa, xà phịng; vỏ Bạch đàn cho Tannin; hoa giúp nuôi ong lấy mật 1.5 Mục tiêu nghiên cứu, đối tƣợng, nội dung, phƣơng pháp nghiên cứu ý nghĩa đề tài 15.1 Mục tiêu nghiên cứu - Xác định hàm lƣợng thành phần hoa học có gỗ Bạch đàn tỉa thƣa, lồi Bạch đàn trắng - Đề xuất số định hƣớng sử dụng loại gỗ cho ngành công nghiệp sản xuất giấy bột giấy 1.5.2 Đối tƣợng nghiên cứu Gỗ Bạch đàn trắng tỉa thƣa (Eucaluptus Camadulensis Denhn) đƣợc khai thác địa bàn thị trấn Xuân Mai, Chƣơng Mỹ, Hà Nội 1.5.3 Nội dung nghiên cứu - Xác định hàm lƣợng chất chiết xuất tan dung môi 1% NaOH - Xác định hàm lƣợng chất chiết xuất tan nƣớc nóng - Xác định hàm lƣợng chất chiết xuất tan nƣớc lạnh - Xác định hàm lƣợng chất chiết xuất tan cồn- benzen - Xác định hàm lƣợng Xenlulo - Xác định hàm lƣợng Lignin - Xác định pH -Xác định hàm lƣợng tro 1.5.4 Phƣơng pháp nghiên cứu - Sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm: Lấy mẫu gỗ xác định hàm lƣợng theo tiêu chuẩn - Sử dụng phƣơng pháp kế thừa 1.5.5 Ý nghĩa thực tiễn đề tài Kết nghiên cứu cho ta hàm lƣợng thành phần có gỗ Bạch đàn trắng tỉa thƣa, hàm lƣợng thành phần chất tan gỗ loại dung môi khác nhƣ 1% NaOH, nƣớc nóng, nƣớc lạnh, cồn – benzen, đồng thời sở cho việc định hƣớng sử dụng có hiệu nguyên liệu gỗ Bạch đàn tỉa thƣa cho ngành công nghiệp sản xuất bột giấy ngành khác có liên quan nhằm nâng cao hiệu quả, chất lƣợng, giá trị sử dụng loại gỗ tƣơng lai 1.6 Tìm hiểu Bạch đàn trắng tỉa thƣa (Eucalupus Camaldulensis Dehnh) 1.6.1 Đặc điểm nhận biết - Đây loài gỗ lớn, cao khoảng 15m, đƣờng kính đạt 10 - 25cm, thân thẳng, tán thƣa, phân cành cao, vỏ nhẵn có màu tro xám trắng, vỏ thƣờng bong thành mảng Cành non màu tím hồng mọc rủ xuống - Cây có đơn mọc cách, hình giáo dài, đầu nhọn dần, dài 1020cm, rộng 2cm, mép nguyên, gân rõ màu xanh vàng nhạt, gân bên nhỏ, chếch liền gần mép Hoa tự hình tán nách lá, có từ hoa, nụ hình cầu hình trƣng trịn, mũi dài gần ống đài, có dạng gần trịn có mũ nhọn, mép lồi, mở lỗ, hạt nhỏ nhẵn, màu nâu vàng 1.6.2 Đặc tính sinh học sinh thái học gỗ Bạch đàn trắng tỉa thƣa Bạch đàn trắng tỉa thƣa gỗ rộng, sinh trƣởng nhanh, phù hợp với khí hậu nƣớc ta, lồi ƣa sáng Cây sống điều kiện nhiệt độ từ ẩm đến nóng, độ ẩm từ ẩm đến khơ Cây chịu đƣợc nhiệt độ trung bình tháng nóng từ 27 - 40oC, tháng lạnh từ - 15oC Cây chịu đƣợc sƣơng gió, chịu đƣợc lƣợng mƣa bình quân 250 - 600mm (cao tới 1250mm) Bạch đàn trắng tỉa thƣa lồi dễ tính, có biên độ sinh thái rộng Điều kiện tốt cho sinh trƣởng đất bồi tụ, thích ứng với đất từ chua đến kiềm Cây đƣợc thu hoạch sau thời gian trồng từ – năm 1.6.4 Giá trị Cây Bạch đàn trắng tỉa thƣa có cƣờng độ độ bền tự nhiên chƣa cao Gỗ thích hợp cho kết cấu xây dựng Bạch đàn nguyên sau bảo quản đƣợc sử dụng làm cột chống đỡ hầm lò khai thác than, chí nơi có tính nguy hại cao nhƣ tà vẹt, cột cọc, ván sàn, ván đóng tàu hay gỗ xây dựng kiên cố (gỗ sau đƣợc bảo quản) Hiện nay, việc nghiên cứu tính chất lý hóa học Bạch đàn trắng tỉa thƣa chủ yếu để phục vụ làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp sản xuất giấy bột giấy Bạch đàn trắng tỉa thƣa loài nguyên liệu đáp ứng đƣợc yêu cầu cho phát triển ngành giấy 1.6.5 Khảo sát nguồn nguyên liệu Theo khóa luận tốt nghiệp Phạm Văn Luân (2000 - 2004) nghiên cứu khả sản xuất bột giấy Sa Mộc tuổi so sánh khối lƣợng thể tích gỗ từ Sa Mộc với Bạch đàn số nguyên liệu khác đƣợc sử dụng để sản xuất giấy Khối lƣợng thể tích (g/cm3) Nguyên liệu Bạch đàn trắng 0.48 Sa mộc 0.32 Keo lai 0.37 Thông 0.40 Vân sam vỏ đỏ 0.42 Nhƣ biết, yêu cầu chung khối lƣợng thể tích gỗ nguyên liệu sản xuất bột giấy γngl < 0.6 g/ cm3, so với loại gỗ nguyên liệu khác đƣợc sử dụng để sản xuất Bạch đàn trắng có khối lƣợng thể tích tƣơng đối cao, song loại nguyên liệu giấy khác Kích thƣớc sợi trung bình Ngun liệu Tuổi Dài (mm) Rộng (mm) Tỷ lệ dài/ rộng (độ thon) Bạch đàn trắng 0.99 0.018 55 Sa mộc 1.73 0.023 75 Điền trúc 4.54 0.054 83 Thông Caribe 12 4.99 0.049 101 Thông đuôi ngựa 11 1.97 0.032 61 Bồ đề - 1.47 0.033 45 Bã mía - 1.70 0.020 85 Vân sam vỏ đỏ 3.80 0.49 78 Thông 4.41 0.46 96 Thông 4.20 0.43 98 Keo lai 1.25 0.18 42.6 Lồ ô 0.92 0.22 180 Tre 2.75 0.18 275 Bảng 1: So sánh kích thƣớc sợi trung bình Bạch đàn trắng số loài nguyên liệu giấy khác (Phạm Văn Luân (2000-2004)) ... hóa học nguyên liệu Bạch đàn trắng tỉa thưa (Eucaluptus Camadulensis Denhn) định hướng sử dụng cho ngành công nghiệp sản xuất bột giấy. ” CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử phát triển ngành giấy Vào... nay, việc nghiên cứu tính chất lý hóa học Bạch đàn trắng tỉa thƣa chủ yếu để phục vụ làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp sản xuất giấy bột giấy Bạch đàn trắng tỉa thƣa loài nguyên liệu đáp ứng... pháp nghiên cứu ý nghĩa đề tài 15.1 Mục tiêu nghiên cứu - Xác định hàm lƣợng thành phần hoa học có gỗ Bạch đàn tỉa thƣa, loài Bạch đàn trắng - Đề xuất số định hƣớng sử dụng loại gỗ cho ngành công