Xây dựng qui trình tẩy trắng bột giấy từ thân cây ngô mays hay zea mays bằng hydroperoxit

LỜI CẢM ƠN Nhân dịp hồn thành khố luận tốt nghiệp cho tơi đƣợc bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Lê Quang Diễn tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tơi nhiều thời gian làm khố luận Tơi xin gửi lời cảm ơn sây sắc đến tất Thầy, Cô giáo môn chế biến lâm sản Thầy, Cô giáo trƣờng Đại học Lâm Nghiệp giảng dạy truyền đạt cho chúng tơi kiến thức bổ ích, q báu suốt q trình tơi học tập trƣờng Đồng thời xin đƣợc cảm ơn Thầy, Cơ giáo thuộc Trung tâm phịng thí nghiệm trƣờng Đại học Lâm Nghiệp tạo điều kiện giúp đỡ tơi hồn thành khố luận Cuối xin chân thành cảm ơn đến bạn bè, ngƣời thân đặc biệt gia đình ủng hộ, động viên, giúp đỡ suốt thời gian qua Xin chân thành cảm ơn gửi lời chào kính trọng nhất! Hà Tây, tháng 06 năm 2008 Sinh viên thực Cao Đình Tú MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG Đặt vấn đề ……………………………1 Phần 1: KHÁI QUÁT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Mục tiêu nghiên cứu 1.2 Đối tƣợng nghiên cứu 1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.4 Ứng dụng thực tiễn đề tài Phần 2: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU 2.1 Lịch sử phát triển ngành giấy 2.2 Công nghiệp giấy bột giấy giới Việt Nam 2.3 Quy trình sản xuất bột Phần 3: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƢỚC 14 3.1 Cây ngô, nguyên liệu tiềm cho sản xuất bột giấy 14 3.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc 15 Phần 4: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 4.1.Chuẩn bị bột cho nghiên cứu 17 4.2 Xác định độ ẩm nguyên liệu 17 4.3 Xác định hàm lƣợng chất tan nƣớc 18 4.3.1 Xác định hàm lƣợng chất tan nƣớc nóng 18 4.3.2.Xác định hàm lƣợng chất tan nƣớc lạnh 19 4.4 Xác định hàm lƣợng chất tan dung dịch NaOH 0,5% 19 4.5 Xác định hàm lƣợng cellulose 19 4.6 Tẩy trắng bột 20 4.7 Xác định độ trắng bột 20 Phần 5: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 21 5.1 Thành phần hoá học nguyên liệu 21 5.2.Tẩy trắng bột giấy thu đƣợc từ thân ngô 22 5.3 Ảnh hƣởng mức dùng hydroperoxit tới độ trắng bột 23 5.4 Ảnh hƣởng nhiệt độ xử lý tới độ tắng bột 24 5.5 Ảnh hƣởng thời gian xử lý 25 5.6 Quy trình tẩy trắng bột từ thân ngơ 25 KẾT LUẬN……………………………………………………………… 27 ĐẶT VẤN ĐỀ Bột giấy chủ yếu đƣợc sản xuất từ gỗ vật liệu phi gỗ khác Từ lâu nguyên liệu phi gỗ nhƣ tre nứa, lau sậy đƣợc sử dụng rộng rãi công nghiệp giấy[1] Các dạng khác phế thải nông nghiệp chƣa đƣợc sử dụng hiệu triệt để, gây lãng phí có ảnh hƣởng xấu tới mơi trƣờng Việt Nam nƣớc có khí hậu nhiệt đới, loại thực vật phi gỗ ngắn ngày đa dạng Đây nguồn nguyên liệu đầy tiềm cho công nghiệp sản xuất bột giấy chế biến sinh khối thực vật Tuy nhiên tre nứa, lau sậy nguyên liệu phi gỗ khác, phế thải sản xuất nông nghiệp nhƣ thân ngô, rơm rạ, chƣa đƣợc sử dụng để sản xuất bột giấy[6] Nhất ngày với phát triển kinh tế ngƣời nơng dân ngày sử dụng phế thải nông nghiệp làm chất đốt, phân bón Vì lƣợng phế thải cịn tồn đọng sau thu hoạch chƣa sử dụng hiệu gây nhiều ý Trong với nhu cầu lớn nhƣ định hƣớng phát triển thời gian tới, công nghiệp sản xuất bột giấy cần đa dạng hố tìm nguồn ngun liệu Thân ngơ, dạng phế thải nơng nghiệp có trữ lƣợng lớn dạng nguyên liệu tiềm cho sản xuất bột giấy tƣơng lai Việc tận dụng phế thải nông nghiệp cho sản xuất bột giấy khơng mang lại lợi ích kinh tế cao, mà cịn giải vấn đề mơi trƣờng vốn thiết Đáp ứng tình hình tơi tiến hành nghiên cứu đề tài: “ Xây dựng qui trình tẩy trắng bột giấy từ thân ngơ (Mays hay Zea mays) hydroperoxit” Phần KHÁI QUÁT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Mục tiêu nghiên cứu - Xác định số thành phần hoá học thân ngơ - Xây dựng quy trình tẩy trắng bột giấy từ thân ngô hydroperoxit 1.2 Đối tƣợng nghiên cứu Thân ngô đƣợc lấy huyện Mê Linh, tỉnh Vĩnh Phúc 1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu - Các phƣơng pháp phân tích thành phần sinh khối thực vật theo tiêu chuẩn hiệp hội kỹ thuật quốc tế giấy bột giấy (TAPPI) - Các phƣơng pháp nghiên cứu: thực nghiệm - Các phƣơng pháp xử lý số liệu nghiên cứu 1.4 Ứng dụng thực tiễn đề tài: Kết nghiên cứu sở cho việc xây dựng quy trình sản xuất bột giấy từ thân ngô, tài liệu tham khảo lĩnh vực nghiên cứu tính chất sinh khối thực vật công nghệ sản xuất bột giấy Phần TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2.1 Lịch sử phát triển ngành giấy Giấy carton vật liệu thiết yếu việc đăng tải thông tin, văn hoá nhân loại, vật liệu cần thiết cho ngành công nghiệp , nông nghiệp, khoa học, đời sống Thời cổ đại trƣớc phát minh giấy, ngƣời Trung Quốc biết dùng dây tết lại để ghi nhớ việc , sau viết vẽ lên vật nhƣ gỗ, tre, đá,…và lụa mỏng để viết chữ, ngƣời Ấn Độ lấy cây, ngƣời Hy Lạp dùng đồ gốm sứ,…làm vật liệu để viết Phải đến năm 105 trƣớc Công Nguyên, Thái Luân Trung Quốc ngƣời hồn thiện chu trình xeo giấy phƣơng pháp thủ công, đƣợc lịch sử ngành giấy ghi nhận góp phần đƣa nghề giấy lên giai đoạn phát triển mới[1] Những tờ giấy xuất Lôi Dƣơng - Trung Quốc đƣợc làm từ vỏ dâu đƣợc ngâm vào nƣớc đập rã Xơ sợi lơ lửng nƣớc đƣợc vớt lên sàng kết nan tre lông ngựa Q trình khơng đƣợc ghi lại cụ thể nhƣng đƣợc bảo mật hàng trăm năm, đƣợc lan truyền khắp nơi nhờ xâm lƣợc giao lƣu thƣơng mại Cho đến năm 384 trƣớc công nguyên, nghề làm giấy từ Trung Quốc lan truyền vào triều tiên, năm 610 lan đến Nhật Bản, kỷ thứ VII truyền vào Việt Nam, Miến Điện, ẤN Độ, từ nghề làm giấy lan truyền đến nƣớc Châu Âu, Châu Phi, Châu Mỹ nhƣ: Ả Rập(751), Mỹ (1690).Canađa (1830) [2] Ở Việt Nam, theo nghiên cứu lịch sử, từ kỷ thứ III ngƣời Việt Giao Châu biết dùng vỏ mật hƣơng làm thành thứ giấy tốt, gọi giấy mật hƣơng Sau nhiều loại giấy khác đƣợc làm từ vỏ dó, rêu biển, từ vỏ trầm,…Kỹ nghệ làm giấy nƣớc ta gắn liền với nhu cầu xã hội liên tục đƣợc phát triển suốt qua thời Lý, Trần, Lê, Nguyễn Bằng chứng lịch sử ghi chép địa danh có nghề làm giấy truyền thống cịn lƣu tên đến tận ngày nay, nhƣ Yên Hoà-Kẻ Bƣởi ( ngoại Vi phía tây thành Thăng Long), Làng Xuân Ổ ( Tiên Sơn) Dƣơng Ổ ( Yên Phong),…Ngày vào tháng Giêng hàng năm ngƣời dân làng An Cốc ( Hồng Minh, Phú Xuyên, Sơn Tây) n Thái ( n Hồ, Nghĩa Đơ, Hà Nội) làm giỗ tổ mình, đƣợc coi cụ tổ nghề giấy Việt Nam Giấy đồng hành với phát triển văn hố dân tộc, góp phần tạo nên Chiếu dời Đô, kỳ thi chon nhân tài cho đất nƣớc, tranh Đông Hồ,… [2] Khởi đầu công nghiệp giấy bột giấy nhà nƣớc đƣợc xem việc xây dựng nhà máy giấy Đáp Cầu (nay Công ty cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ, Thái Nguyên) thực dân Pháp đầu tƣ năm 1913 với việc thành lập Cơng ty giấy Đơng Dƣơng thời Bên cạnh nhà máy giấy cịn có nhà máy bột giấy Việt Trì ( Cơng ty giấy Việt Trì) Sau Cách Mạng Tháng Tám, với xuất loại nhà máy, nhƣ nhà máy Hoàng Văn Thụ, nhà máy giấy Lửa Việt ( Công ty cổ phần giấy Lửa Việt, Phú Thọ), đời xƣởng giấy nhỏ Thanh Hoá, nhƣ nhà máy giấy Lam Sơn, Nghệ An, Hà Tĩnh,… Đến nay, tên tuổi nhƣ nhà máy giấy Bãi Bằng ( Tổng công ty giấy Việt Nam), Công ty cổ phần giấy Tân Mai, Công ty cổ phần HAPACO, Cơng ty giấy Việt Trì,…cùng với 300 doanh nghiệp sản xuất giấy bột giấy nƣớc tạo nên công nghiệp giấy Việt Nam đƣờng phát triển[2] 2.2 Tổng quan công nghiệp giấy bột giấy giới Việt Nam Ở Việt Nam giấy xuất cách 1000 năm Từ chỗ ban đầu phiên quý đời sống, sản phẩm giấy ban đầu phục vụ số nhu cầu sinh hoạt ngƣời Cùng với phát triển xã hội việc sản xuất giấy dƣới nhiều hình thức khác phát triển Đến giấy trở thành nhu cầu thiếu ngƣời Mức sử dụng giấy bình quân giới đạt 50kg/đầu ngƣời Cùng với việc mở rộng sử dụng đa nguồn nguyên liệu làm bột giấy phát triển không ngừng kỹ nghệ, công nghê, trang thiết bi sản xuất bột giấy Vào thập niên cuối kỷ XX giới có khoảng gần 6000 nhà máy, xí nghiệp sản xuất bán thành phẩm xơ sợi với tổng công suất gần 250 triệu tấn/năm, 8000 nhà máy sản xuất giấy cactông loại, tổng công suất 350 triệu tấn/ năm[2] Hàng ngàn doanh nghiệp, sở sản xuất giấy nhỏ đáp ứng nhu cầu ngày tăng nhân loại giấy sản phẩm giấy Các vùng trọng điểm công nghiệp giấy bột giấy giới phân bố nhƣ sau: Vùng Bắc Mỹ (Mỹ Canada); Bắc Âu; Tây Âu; Đông Âu; Mỹ La Tinh; Trung Quốc Nhật Bản Trong vai trị chủ đạo thuộc tập đoàn xuyên quốc gia, đa quốc gia Theo dự đốn sản lƣợng giấy cactơng giới đến năm 2010 đạt 420 triệu tấn[2] Sự tăng trƣởng sản lƣợng với việc thúc đẩy khai thác lâm sản, đồng thời tụt hậu công nghệ sản xuất giấy thời nảy sinh nhận thức xã hội mối đe doạ công nghiệp xenlulo giấy môi trƣờng sống sức khỏe nhân loại Do đó, nỗ lực ngành giấy giới thập kỷ gần tạo chuyển biến mạnh mẽ số lƣợng lẫn chất lƣợng tồn cơng đoạn sản xuất Ba nguồn nguyên liệu xơ sợi chủ yếu công nghiệp xenlulo-giấy bao gồm: gỗ, phi gỗ giấy phế liệu Trong nguyên liệu gỗ nguyên liệu chủ yếu công nghiệp bột giấy giấy Những thập kỷ gần sử dụng nguyên liệu gỗ tiếp tục tăng Thế giới nói chung Việt Nam nói riêng mở rộng quy hoạch, cải tạo, trồng thêm rừng, nhằm trì sống đảm bảo phát triển ổn định cho rừng Nhiều nhà máy sản xuất bột giấy quy hoạch vùng nguyên liệu lâm sản cho doanh nghiệp mình.Các vùng nguyên liệu tự trồng phát triển mạnh Về nguyên tắc, bột giấy sản xuất từ nguyên liệu tự trồng có chất lƣợng so với gỗ rừng tự nhiên, song theo dự đoán, năm tới nguồn nguyên liệu tiếp tục đƣợc mở rộng Một số nhà máy chuyển sang sử dụng 100% nguyên liệu phế thải chế biến gỗ nhƣ dăm gỗ, mùn cƣa,… Mức sử dụng nguyên liệu gỗ ( loại ngắn ngày: tre nứa, lau sậy, bông, rơm rạ,…) tổng thể nguyên liệu ngành giấy vòng 30 năm trở lại giảm rõ rệt từ 10% đến 3%[1] Tổng lƣợng giấy phế liệu tổng thể bán thành phẩm sợi vòng 30 năm gần tăng gấp ba lần chiếm tới 45%.Chế biến giấy loại không ngừng tăng trƣởng phần nguồn nguyên liệu sinh khối thực vật bị cạn kiệt, song chủ yếu đo cần thiết phải giải vấn đề giảm lƣợng phế thải sinh hoạt, đặc biệt thành phố lớn vùng dân cƣ đông đúc Sự bùng nổ phát triển lĩnh vực sản xuất Việt Nam chủ yếu gắn liền với gia tăng nhanh nhu cầu sản phẩm giấy mà ngành chế biến giấy đáp ứng, nhƣ giấy vệ sinh, giấy bao bì chất lƣợng thấp Mặc dù vậy, công nghệ chế biến giấy loại đạt mức phát triển cao Một số loại bột giấy sau tinh chế tẩy trắng có giá trị ngang với bột tẩy trắng sản xuất từ gỗ rộng Trong công nghiệp giấy bột giấy, việc phát triển công nghiệp phụ trợ ngày tăng với bảo vệ môi trƣờng tiết kiệm chi phí nƣớc thải xu hƣớng giới ảnh hƣởng trực tiếp tới Việt Nam Bƣớc ngoặt kinh tế cho cơng nghiệp giấy Việt Nam dần có mặt qui mô đại Hiện nƣớc có dƣới 300 doanh nghiệp sản xuất kinh doanh bột giấy giấy Sự phát triển hài hoà cân đối ngành giấy đáp ứng đƣợc 98% nhu cầu giấy viết giấy in, 73% nhu cầu giấy báo, gần 97% nhu cầu giấy vệ sinh, khăn giấy gần 60% nhu cầu giấy bao bì[6] Tuy nhiên nƣớc chƣa có nhà máy chuyên sản xuất bột giấy, dẫn đến cân đối sản xuất bột giấy Lƣợng bột giấy thiếu hụt phải nhập từ nƣớc ngồi làm giấy phải chịu nhiều tác động khơng nhỏ giá bột giới tăng nhanh Theo thống kê hiệp hội giấy bột giấy Việt Nam, nƣớc ta nhập hầu hết loại bột giấy có Nhiều tẩy bột với khoảng 50-60% sản phẩm nhập ngoại Theo báo cáo năm 2007 ngành giấy đáp ứng đƣợc 98% nhu cầu giấy viết giấy in, 73% nhu cầu giấy báo, gần 97% nhu cầu giấy vệ sinh, khăn giấy gần 60% nhu cầu giấy bao bì Tuy nhiên nghành giấy đáp ứng đƣợc 5,7% nhu cầu giấy tráng phủ, 76,3% nhu cầu giấy làm lớp mặt 67% nhu cầu giấy làm lớp sóng cho hịm hộp cactong sóng[6] Tổng qt công nghiệp bột giấy giấy Việt Nam năm 2007 Hạng mục Đơn vị Bột giấy bột tái sinh Giấy Tổng công suất 965000 1158000 Tiêu dùng 1084000 1554578 Sản lƣợng 953000 958000 Nhập 95000 766958 Xuất - 170980 Cơ cấu bột giấy giấy loại năm 2007 Bột giấy- pulp Sản xuất Nhập Đơn vị Bột hoá tẩy trắng 90000 65000 Bột hố khơng tẩy 65000 - Bột 34000 25000 Bột bán hoá 110000 - Bột giấy tái sinh 354000 10000 Tổng cộng 953000 95000 Nguồn: Hiệp hội giấy bột giấy Việt Nam (VPPA) Ảnh hƣởng xu hƣớng phát triển công nghiệp giấy bột giấy giới ảnh hƣởng trực tiếp tới công nghiệp giấy Việt Nam, có lợi nguyên liệu, thúc đẩy phát triển yếu tố nội địa Nên công nghiệp giấy bột giấy muốn phát triển bền vững có tính cạnh tranh cao việc đầu tƣ vào phát triển bột giấy tất yếu Các dự án lớn đƣợc tập đoàn - Tẩy trắng H2O2: Cho phép tăng độ trắng bột cách đáng kể hiệu xuất bột giảm không đáng kể So với ditionit natri, để đạt đƣợc độ trắng nhƣ tẩy trắng H2O2 cần chi phí thấp Có thể tẩy trắng bột nồng độ khác có khả tẩy trắng thành phần vỏ mà chất khác không làm đƣợc So với chất tẩy khác, tẩy hydroperoxit có ƣu điểm sau: + Có thể đạt độ trắng tối đa; + Chu trình tẩy cho phép tái sử dụng chất tẩy; + Có thể tẩy trắng bột nồng độ khác nhau; + Có chi phí thấp tẩy trắng vỏ Các yếu tố cơng nghệ ảnh hƣởng đến q trình tẩy trắng H2O2: - Phƣơng pháp sản xuất bột: nguyên liệu sản xuất bột khác nhau, độ trắng tính tẩy trắng bột khác - Mức dùng H2O2: Sự ảnh hƣởng mức dùng H2O2 đến độ trắng bột có quan hệ định Kết nghiên cứu thực tiễn sản xuất cho thấy, tẩy trắng bột cơ, lƣợng H2O2 đƣợc khống chế khoảng từ 1-3% so với bột khơ gió hợp lý, với mức dùng H2O2 3% so với bột khơ gió độ trắng tăng khơng đáng kể đẩy giá thành bột tẩy trắng lên cao Phải đặc biệt ý kết thúc trình tẩy trắng cho lƣợng bột lƣu lại lƣợng bột định H2O2 dƣ, khơng phát sinh tƣợng hồi màu, lƣợng H2O2 dƣ chiếm khoảng 10-20% tổng lƣợng H2O2 sử dụng - Lƣợng NaOH Na2SiO3 dùng tẩy trắng H2O2: Lƣợng NaOH Na2SiO3 nên đƣợc dùng lƣợng thích hợp để điều chỉnh giá trị pH - Nồng độ bột tẩy tắng: tẩy trắng H2O2 đƣợc tiến hành nồng độ bột phạm vi 4-35%, nồng độ tẩy trắng cao, làm cho nồng độ dịch tẩy đƣợc tăng cao tƣơng ứng, làm tăng tốc độ phản 14 ứng hoá học, tiết kiệm đƣợc nƣớc sử dụng làm tăng độ trắng bột Do đó, nên cố gắng tăng cao nồng độ bột - Các loại chất tẩy khác nhƣ ZnS2O4, NaBH4, O3, hầu nhƣ khơng cịn đƣợc sử dụng làm chất tẩy riêng biệt giá thành q cao, nhiễm mơi trƣờng,… mà chúng thƣờng đƣợc sử dụng công đoạn để bổ sung ổn định độ trắng cho bột Nhƣ sản xuất bột cơ, việc sử dụng H2O2 vào công đoạn tẩy trắng tốt Vì có tác dụng tăng độ trắng cách tối đa, giá thành thấp phù hợp với nhiều qui trình cơng nghệ, nồng độ bột có khả tẩy trắng phần vỏ mà loại chất tẩy khác khơng tẩy đƣợc 15 Phần TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƢỚC 3.1 Cây ngơ, ngun liệu tiềm cho sản xuất bột giấy Ngô, bắp hay bẹ ( zea mays hay mays) loại lƣơng thực đƣợc dƣỡng khu vực Trung Mỹ sau lan toả khắp nơi có ƣu suất lƣơng thực,…Thân ngô tƣơng tự thân loài tre khớp nối (mấu hay mắt) cách 20÷30cm Ngơ có hình thái phát triển khác biệt; hình mũi mác rộng bản, dài 50÷100cm, rộng 5÷10cm, thân thẳng cao thơng thƣờng cao 2÷3m, với nhiều mấu, toả từ mấu với bẹ nhẵn Dƣới ôm sát thân bắp Khi non chúng dài ngày 3cm, từ đốt phía dƣới sinh số rễ Ngơ đƣợc gieo trồng rộng khắp giới với sản lƣợng hàng năm cao lƣơng thực Trong Hoa Kỳ sản xuất gần nửa sản lƣợng chung giới nƣớc sản xuất hàng đầu khác cịn có Trung Quốc, Brasil, Mexico, Argentina, Ấn Độ, Pháp, Indonesia, Nam Phi Italia Sản lƣợng toàn giới năm 2003 600 triệu tấn, lúa gạo lúa mì Năm 2004, gần 33 triệu ngô đƣợc gieo trồng khắp giới, với giá trị khoảng 23 tỷ USD Ở nƣớc nông nghiệp nhƣ nƣớc ta ngô đƣợc trồng phổ biến với diện tích 700 nghìn hecta đƣợc coi trồng quan trọng góp phần xố đói giảm nghèo Ngơ đƣợc trồng khắp tỉnh, theo thống kê năm 2000 là: Đồng Nai 65.500 ha; Sơn La 51.500 ha; Thanh Hoá 46.400ha;… Với điều kiện thâm canh ngơ đạt khoảng 200 khơ gió/ Đặc biệt giống ngơ: LVN99, LVN9,VN8960, LVN145,… [nguồn: Viện Ngơ Việt Nam]có thời gian sinh trƣởng ngắn ngày, chịu hạn, đổ, suất cao, thích ứng rộng đƣợc trồng mở rộng nhanh sản xuất Giống ngơ lai có thân to, Phế thải trồng trọt chiếm 80÷85% khối lƣợng Đây có 16 thể nguyên liệu đầy tiềm cho ngành sản xuất bột giấy thời gian tới Việc nghiên cứu ngơ có viện nhƣ: Viện nông nghiệp Việt Nam, Viện ngô trung ƣơng Sở nông nghiệp nƣớc,… Tuy nhiên nghiên cứu mặt nuôi trồng khơng mang tính quy hoạch sử dụng làm nguyên, nhiên liệu cho ngành khác chƣa có cơng trình khoa học nghiên cứu ứng dụng nguồn nguyên liệu chỗ Việc sử dụng phế thải từ thân ngô không đƣợc đánh giá Từ trƣớc đến có cơng trình nghiên cứu sử dụng phế thải nơng nghiệp từ thân cỏ voi, thân đay,… Chứ chƣa có cơng trình nghiên cứu việc sử dụng thân ngô làm nguyên liệu để sản xuất bột giấy Đó lãng phí lớn nguồn nguyên liệu dồi đào có chất lƣợng tốt Vì loại ngun liệu có hàm lƣợng silic cao, nên lƣợng tiêu hao lớn cần sử dụng kết hợp phƣơng pháp nghiền với ứng dụng công nghệ sinh học Với thân ngô loại nguyên liệu có đặc trƣng cho sợi có độ trắng cao khâu tẩy trắng khơng cần sử dụng loại hố chất có tính tẩy mạnh, làm giảm nguy ô nhiễm môi trƣờng mà đảm bảo độ trắng theo yêu cầu bột giấy Vì tận dụng đƣợc nguồn nguyên liệu dồi mang lai lợi ích lớn 3.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng ngơ cho sản xuất bột giấy Trên giới nguyên liệu phi gỗ đƣợc nghiên cứu cho sản xuất lƣợng sinh học Ở Trung Quốc Ấn Độ nƣớc có truyền thống sản xuất bột giấy từ vật liệu phi gỗ việc sử dụng phế thải nơng nghiệp để sản xuất bột giấy vấn đề thu hút nhiều ý nhà khoa học nhà sản Hàng năm Trung Quốc sử dụng tới 77% tổng lƣợng nguyên liệu phi gỗ toàn giới Một số phế thải nhƣ lanh, đay, rơm rạ, bã mía, lúa mạch đƣợc sử dụng cho sản xuất bột giấy Tuy nhiên chƣa có cơng trình nghiên cứu sử dụng ngơ cho sản xuất bột giấy loại sản phẩm khác 17 Phần PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong trình nghiên cứu sử dụng tiêu chuẩn Hiệp hội kỹ thuật bột giấy giấy quốc tế (TAPPI) , phƣơng pháp phân tích chuẩn nguyên liệu thực vật 4.1.Chuẩn bị nguyên liệu cho nghiên cứu Thân ngô nghiên cứu loại ngô tháng tuổi, sau thu hoạch thân ngô tƣơi có độ ẩm khoảng 50% cắt thành đoạn nhỏ, nghiền nhiều lần máy nghiền bột thực nghiệm tới độ nghiền cần thiết, bột sau nghiền đƣợc rửa nƣớc sạch, phơi khô tự nhiên tới độ ẩm bão hồ, bảo quản túi nilon kín Bột khơ gió nhƣ đƣợc sử dụng cho nghiên cứu 4.2 Xác định độ ẩm nguyên liệu (TAPPI T201 wd - 98) Lấy 1g ngun liệu khơ gió cho vào chén cân( chén đƣợc sấy khơ kiệt), đƣa chén cân có mẫu nguyên liệu vào tủ sấy, sấy nhiệt độ 103  20C thời gian 3h lấy ra, đƣa vào bình hút ẩm để làm nguội Sau để nguội khoảng 30 phút đem cân lấy khối lƣợng, sau lại đem vào sấy tiếp thời gian 1h Quá trình tiếp tục nhƣ khối lƣợng mẫu khơng thay đổi dừng lại( khối lƣợng lần cân liên tiếp chênh lệch không 0,5%) - Công thức xác định: Độ ẩm mẫu W (%) đƣợc xác định theo công thức sau: W=(m1-m2)*100 /(m1-m) Trong đó: m1 : khối lƣợng mẫu chén trƣớc sấy(g); m2 : khối lƣợng mẫu chén sau sấy(g); m : khối lƣợng chất khô tuyệt đối chén chịu nhiệt (g); Hệ số khơ mẫu đƣợc tính theo cơng thức: Kk =(100-W)/100 18 Trong đó: Kk hệ số khơ mẫu W độ ẩm mẫu Với tất phƣơng pháp phân tích hố học khối lƣợng mẫu thử đƣợc quy đổi đơn vị khối lƣợng mẫu khô tuyệt đối, giá trị phép phân tích tính theo lƣợng mẫu chất khơ tuyệt đối đƣợc nhân với hệ số Kk 4.3 Xác định hàm lƣợng chất tan nƣớc (TAPPI T204 cm97) Các chất chiết xuất bao gồm: muối vô cơ, đƣờng, alcol mạch vòng, tanin chất màu polysaccarit nhƣ keo, tinh bột, pectit… Hàm lƣợng chất chiết xuất nƣớc có liên quan đến chủng loại nguyên liệu, tuổi cây, thời gian chặt hạ thời gian bảo quản.Cùng loại nguyên liệu, vị trí khác tỷ lệ chất chiết xuất khác Căn vào nhiệt độ chiết xuất ta chia thành hai loại chiết xuất nƣớc lạnh chiết xuất nƣớc nóng Các chiết xuất hai phần giống nhau, nhƣng nhiệt độ chiết xuất nƣớc lạnh thấp hơn, thời gian dài Chiết xuất nƣớc nóng hàm lƣợng polysaccarit tƣơng đối nhiều, acid hữu bị tách làm phần nguyên liệu bị thuỷ phân Hàm lƣợng chất chiết xuất nƣớc nóng nhiều nƣớc lạnh 4.3.1 Hàm lƣợng chất tan nƣớc nóng Lấy 5g ngun liệu khơ tuyệt đối cho vào bình tam giác chịu nhiệt dung tích 250 ml, rót vào bình 50 ml nƣớc cất, đun sơi với sinh hàn ngƣợc vịng Sau chắt dịch, rủa nƣớc cất nhiều lần, chất khơ cịn lại mang sấy 105  20C tới trọng lƣợng không đổi, cân xác định lƣợng chất khơ cịn lại 4.3.2 Hàm lƣợng chất tan nƣớc lạnh Cách xác định: Lấy 5g nguyên liệu khô tuyệt đối cho vào bình tam giác chịu nhiệt dung tích 250ml, rót vào bình 50ml nƣớc cất, ngâm nhiệt độ thƣờng vòng 48giờ Trong thời gian ngâm mẫu thƣờng xuyên khuấy trộn 19 để đảm bảo tiếp súc nguyên liệu nƣớc Sau chắt dịch, rửa nƣớc cất nhiều lần, chất khơ cịn lại mang sấy 105  20C tới trọng lƣợng khơng đổi, cân xác định lƣợng chất khơ cịn lại 4.4 Hàm lƣợng chất tan dung dịch NaOH 0,5% Lấy 5g nguyên liệu khô tuyệt đối cho vào bình tam giác chịu nhiệt dung tích 250 ml, rót vào bình 50ml dung dịch NaOH 0,5%, đun sơi với sinh hàn ngƣợc vịng Sau chắt dịch, rửa lần dung dịch axit sulfuric loãng, nƣớc cất tới phản ứng trung hoà ( thử nƣớc thử metyl cam) Phần chất khơ cịn lại mang sấy 105  2oC tới trọng lƣợng không đổi, cân xác định lƣợng chất khô lại 4.5 Xác định hàm lƣợng xenluloza (TAPPI T17 wd-70) Trình tự tiến hành: Cân 5g mẫu khơ tuyệt đối cho vào bình cầu có dung tích 500ml hỗn hợp, thêm vào bình 125ml hỗn hợp HNO3 etanol (đƣợc pha theo tỷ lệ 1:4) đặt vào bình vào hệ thống thuỷ đun sôi mẫu 1h(trong thời gian phải lắc mẫu thƣờng xuyên, sau lấy bình loại bỏ dung dịch cách đổ qua phễu lọc màng xốp lG3 (theo tiêu chuẩn Trung Quốc) Chú ý: đổ hạn chế lƣợng mẫu rơi phễu lọc, dùng bơm chân không hút phễu khơ Quy trình lặp lặp lại nhƣ khoảng 3-4 lần, lọc mẫu phễu lọc, dung 50ml dung dịch (HNO3+etanol) để rửa mẫu, sau rửa nƣớc nóng tới có phản ứng trung tính Sấy mẫu lọc nhiệt độ(103  2oC) đến khối lƣợng không đổi xác định lƣợng chất khơ cịn lại 4.6 Tẩy trắng bột Q trình tẩy trắng bột H2O2 đƣợc tiến hành với 10g bột khơ gió lần Bột đƣợc xử lý bể tẩy trắng, nhiệt độ cần thiết bột đƣợc trì bể ổn nhiệt Trình tự tiến hành nhƣ sau: Cho10gam bột vào cốc ( cốc thuỷ tinh dày dung tích 500ml), ngâm 200ml nƣớc vịng 2-3 giờ, sau bột đƣợc đánh tơi thiết 20 bị đánh tơi, vắt nƣớc lọc hút chân khơng Sau bột đƣợc xử lý lần lƣợt dung dịch MgSO4, vòng 20 – 30 phút nhiệt độ thƣờng, tiếp lần lƣợt bổ sung dung dịch Na2SiO3, NaOH H2O2với tỉ lệ khác nhau, cho tỉ lệ nƣớc/ bột mức khoảng 180ml/20g bột (tƣơng ứng với nồng độ bột 15-20%), trộn khuấy cho bột tẩy trắng vào bể ổn nhiệt Nhiệt độ đƣợc trì ổn định giá trị cần thiết suốt thời gian xử lý Kết thúc thời gian xử lý bột tẩy trắng đƣợc lấy khỏi bể ổn nhiệt, bổ sung khoảng 200 ml nƣớc dung dịch H2SO4, cho pH bột dịch mức 5-7, ngâm vòng 3040 phút Sau bột đƣợc rửa lọc lọc hút chân không, sấy nhiệt độ 70oC tủ sấy, sau sấy để ngồi khơng khí cho bão hoà độ ẩm bảo quản túi nilong kín Bột thu đƣợc mang xác định độ trắng số tính chất học 4.7 Xác định độ trắng bột( TAPPI T452 om-98) Độ trắng bột tẩy trắng đƣợc xác định theo tiêu chuẩn TAPPI , máy đo độ trắng Zeiss Elrepho phịng thí nghiệm Trƣờng Cao Đẳng nghề giấy, thị trấn Phong Châu huyện Phù Ninh, tỉnh Phú Thọ 21 Phần KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 5.1 Thành phần hoá học nguyên liệu Mẫu nguyên liệu ( bột thân ngô ) qua trình nghiền rửa, số thành phần hố học bột bị hồ tan nƣớc tiếp đến q trình tẩy trắng dƣới tác dụng tác nhân tẩy lƣợng hợp chất định bột bị hoà tan biến đổi Do trình tẩy trắng H2O2 đƣợc tiến hành môi trƣờng kiềm nhiệt độ cao nên việc xác định hàm lƣợng chất hoà tan nƣớc môi trƣờng kiềm cần thiết, phản ánh ảnh hƣởng tác nhân, điều kiện tẩy trắng tới hiệu suất bột, hàm lƣợng xenlulo số chất lƣợng bột, phản ánh phù hợp bột cho sản xuất giấy Hàm lƣợng số thành phần bột đƣợc trình bày bảng 5.1 Bảng5.1 Thành phần hoá học bột từ thân ngô TT Thành phần Hàm lƣợng (%) Xenluloza 41,36 Các chất tan nƣớc lạnh 15,18 Các chất tan nƣớc nóng 17.63 Các chất tan dung dịch NaOH 0,5% 21,13 Bảng 5.2 Thành phần hố học thân ngơ[7] TT Thành phần Hàm lƣợng (%) Xenluloza 40,05 Các chất tan nƣớc lạnh 16,34 Các chất tan nƣớc nóng 18,11 Các chất tan dung dịch NaOH 0,5% 23,67 Từ kết so sánh thành phần hố học thân ngơ bảng 5.2 với thành phần hoá học bột từ thân ngô ta thấy, hàm lƣợng xenluloza 22 bột cao hơn, chất tan nƣớc dung dịch NaOH thấp Vì thành phần hố học bột từ thân ngơ q trình nghiền bột phần chất tan nƣớc bị hòa tan Qua kết phân tích thu đƣợc với việc đối chiếu so sánh ta thấy hàm lƣợng xenluloza bột từ thân ngô cao, phù hợp sử dụng làm nguyên liệu cho sản xuất bột giấy Tuy nhiên có hàm lƣợng chất tan cao làm hiệu suất bột giảm Ngồi thấy khả sử dụng thân ngô để sản xuất bột giấy hẳn so với loại phế thải nông nghiệp khác (hàm lƣợng xenluloza rơm lúa gạo rơm lúa mì tƣơng ứng 34% 36%) 5.2.Tẩy trắng bột giấy thu đƣợc từ thân ngô Bột sau nghiền có độ trắng thấp (khoảng 33,5%ISO), sợi thơ cứng, tính sử dụng thấp Phạm vi sử dụng cho sản xuất giấy hạn chế Tẩy trắng nhằm nâng cao độ trắng cải thiện tính sử dụng bột, tức nâng cao chất lƣợng bột Việc nghiên cứu quy trình tẩy trắng bột phải tuân thủ hai nguyên tắc bản: - Đảm bảo giá thành thấp với chất lƣợng bột chấp nhận đƣợc Bột sản xuất phải có tính sử dụng đáp ứng yêu cầu sử dụng làm nguyên liệu sản xuất giấy đa dạng - Giảm tới mức tối đa ảnh hƣởng đến môi trƣờng cách áp dụng tiến công nghệ lĩnh vực sản xuất bột giấy sử dụng hoá chất thân thiện mơi trƣờng Trên sở tiến hành tẩy trắng bột đoạn hydroperoxit với mức dùng điều kiện khác với độ trắng ban đầu bột 33,5%ISO Tẩy trắng hydroperoxit đƣợc tiến hành môi trƣờng kiềm, dung dịch silicat natri giữ vai trò dung dịch đệm đƣợc bổ sung vào bột dịch làm trì trị số pH cần thiết (trong khoảng 10,5 ban đầu 8,5-9,5 kết thúc trình tẩy trắng) Các chất nhƣ MgSO4 Na2SiO3 đƣợc bổ sung vào 23 bột dịch để giảm mức độ phân huỷ H2O2, tức giảm mức tiêu hao chất tẩy Tuy nhiên thực tế sản xuất tuỳ thuộc điều kiện công nghệ nhƣ nguyên liệu, nƣớc sản xuất, giá hoá chất mà cân đối việc sử dụng chất phụ trợ mức hợp lý Trên sở ứng dụng thực tế tẩy trắng bột Mức sử dụng hoá chất phụ trợ đƣợc lựa chọn nhƣ với tất thí nghiệm nhƣ sau: - NaOH 0,5% so với bột khơ gió - Na2SiO3 1,5% so với bột khơ gió - MgSO4 0,05% so với bột khơ gió 5.3 Ảnh hƣởng mức dùng hydroperoxit tới độ trắng bột Theo lý thuyết độ trắng bột tăng mạnh với mức dùng H2O2: 1,01,5%(so với bột khô tuyệt đối ), nhiệt độ 60-700C với thời gian 60-70 phút Trên sở tiến hành nghiên cứu ảnh hƣởng mức dùng H2O2 tới độ trắng bột điều kiện sau, nhiệt độ xử lý 600C, thời gian xử lý 60 phút Kết đƣợc trình bày bảng 5.3 Bảng 5.3 Ảnh hƣởng mức dùng H2O2 tới độ trắng bột TT Lƣợng dùng H2O2 so với bột khơ gió (%) Độ trắng (%ISO) 36,0 39,6 41,0 41,3 ( Với nhiệt độ xử lý 600C, thời gian xử lý 60 phút) Qua kết nghiên cứu thu đƣợc ta thấy, độ trắng bột tăng nhiều mức dùng H2O2 khoảng 2-3%(so với bột khơ gió) Với mức dùng H2O2 lớn độ trắng tăng nhƣng theo chiều hƣớng chậm dần Tuy nhiên mức dùng H2O2 cao đẩy giá thành bột lên cao Vì kết luận tẩy trắng bột giấy từ thân ngô với mức dùng H2O2 3% hợp lý 24 5.4 Ảnh hƣởng nhiệt độ xử lý tới độ trắng bột Nhiệt độ yếu tố quan trọng trình tẩy Vì nhiệt độ định thời gian đạt tới độ trắng tối đa Theo lý thuyết độ trắng ổn định tẩy nhiệt độ 60-700C, với nhiệt độ lớn 800C bột sau tẩy dễ bị hồi màu Trên sở đo tiến hành thí nghiệm xác định ảnh hƣởng nhiệt độ tẩy tới độ trắng bột, kết đƣợc trình bày bảng sau Bảng 5.4 Ảnh hƣởng nhiệt độ tẩy tới độ trắng bột TT Nhiệt độ xử lý 0C Thời gian xử lý (phút) Độ trắng %ISO 50 60 38,1 60 60 39,6 90 60 40.1 90 90 40.0 (Với mức dùng H2O2 3% so với bột khơ gió) Kết nghiên cho thấy với mức dùng H2O2 nhƣng đƣợc tẩy thời gian nhiệt độ khác thu đƣợc kết khác Tuy kết theo quy luật nhiệt độ tăng độ trắng tăng Tuy nhiên nhiệt độ cao mà kéo dài thời gian xử lý độ trắng lại giảm Điều lƣợng H2O2 bị phân huỷ hết với tốc độ phản ứng nhanh Do kết luận với mức dùng H2O2 3% so với bột khơ gió nhiệt độ tẩy tốt 600C Với điều kiện nhiệt độ nhƣ đơn giản hố đƣợc thiết bị, vận hành q trình đơn giản hơn, tiết kiệm đƣợc lƣợng 5.5 Ảnh hƣởng thời gian xử lý Thời gian tẩy nhiệt độ tẩy có mối liên hệ với Qua nhiệt độ tẩy lựa chọn thời gian tẩy hợp lý nhất, để bột vừa đạt độ trắng tối đa vừa dƣ lƣợng H2O2 để tránh bị hồi màu Trên sở ta tiến hành xác định ảnh hƣởng thời gian xử lý với mức dùng H2O2 nhiệt độ xác định Kết thu đƣợc trình bày bảng 5.5 25 Bảng 5.5 Ảnh hƣởng thời gian xử lý tới độ trắng bột TT Thời gian xử lý (phút) Độ trắng %ISO 40 37,5 60 39,6 70 39,0 (Với nhiệt độ xử lý 600C, mức dùng H2O2 3% so với bột khơ gió) Kết nghiên cứu làm rõ mối liên hệ nhiệt độ thời gian tẩy Trong khoảng nhiệt độ xử lý 40-600C mức tăng độ trắng tƣơng đối đáng kể ( %ISO 10 phút xử lý) Với nhiệt độ xử lý lớn 600C thay đổi độ trắng khơng đáng kể Ví dụ nhƣ kết xử lý với nhiệt độ 900C Còn trƣờng hợp xử lý bột với nhiệt độ thích hợp 600C nhƣng kéo dài thời gian độ trắng tăng khơng đáng kể, cá biệt dễ xảy tƣợng hồi màu Nhƣ thời gian tẩy trắng bột hợp lý khoảng 40-650C tuỳ điều kiện cụ thể để đạt tới độ trắng tối đa Với mức dùng hoá chất nhiệt độ xử lý lựa chọn 5.6 Quy trình tẩy trắng bột giấy từ thân ngô Từ kết nghiên cứu phân tích ta rút điều kiện tẩy trắng hợp lý nhƣ sau: - Mức dùng hố chất: 2-3% so với bột khơ gió - Nhiệt độ xử lý: 600C - Thời gian xử lý: 50- 60 phút Trên sở đó, tuỳ thuộc vào vào điều kiện sản xuất mà điều chỉnh điều kiện tẩy trắng cho phù hợp với yêu cầu chất lƣợng giá thành bột Trên sở kết nghiên cứu ta lập quy trình tẩy trắng cho bột từ thân ngô H2O2 theo sơ đồ sau: 26 Bột dịch 15-20% Xử lý hố chất: MgSO4, NaSiO3, NaOH, H2O2 Sấy khơ đóng gói Gia nhiệt Xử lý axit Khuấy trộn Trình tự tiến hành: Bột sau nghiền đƣợc xử lý lần lƣợt dung dịch MgSO4, với mức dùng 0,05% vòng 20 – 30 phút nhiệt độ thƣờng, tiếp lần lƣợt bổ sung dung dịch Na2SiO3, NaOH H2O2với mức nhƣ sau: - Na2SiO3 :1,5% so với bột khơ gió; - NaOH: 0,5 % so với bột khơ gió; - H2O2 : 2-3% so với bột khơ gió; Bổ xung nƣớc cần đảm bảo nồng độ bột 10-15% Trong suốt q trình xử lý hố chất tẩy trắng bột dịch phải đƣợc khuấy trộn liên tục Tẩy trắng đƣợc tiến hành nhiệt độ 60-700C trì khoảng thời gian 5060 phút Kết thúc thời gian tẩy trắng bột đƣợc xử lý H2SO4 loãng NaHSO3 loãng tới pH bột dịch mức 5-7, ngâm vịng 30-40 phút Sau bột đƣợc rửa, lọc mang đến công đoạn sau 27 KẾT LUẬN Trên sở nghiên cứu đƣa số kết luận sau: - Thân ngơ loại có hàm lƣợng xenluloza cao, phù hợp làm nguyên liệu cho sản xuất bột giấy - Bột giấy ( bột cơ) từ thân ngơ tẩy trắng đến độ trắng 40% ISO hydroperoxit với mức dùng chất tẩy hợp lý điều kiện tẩy trắng thích hợp - Đã xây dựng đƣợc quy trình tẩy trắng bột từ thân ngơ Kết nghiên cứu sở cho việc xây dựng quy trình sản xuất bột từ thân ngơ 28 ... Bột giấy ( bột cơ) từ thân ngơ tẩy trắng đến độ trắng 40% ISO hydroperoxit với mức dùng chất tẩy hợp lý điều kiện tẩy trắng thích hợp - Đã xây dựng đƣợc quy trình tẩy trắng bột từ thân ngơ Kết... bột giấy không mang lại lợi ích kinh tế cao, mà giải vấn đề môi trƣờng vốn thiết Đáp ứng tình hình tơi tiến hành nghiên cứu đề tài: “ Xây dựng qui trình tẩy trắng bột giấy từ thân ngô (Mays hay. .. - 170980 Cơ cấu bột giấy giấy loại năm 2007 Bột giấy- pulp Sản xuất Nhập Đơn vị Bột hố tẩy trắng 90000 65000 Bột hố khơng tẩy 65000 - Bột 34000 25000 Bột bán hoá 110000 - Bột giấy tái sinh 354000