2.3.1. Xác đị ố ịch đen
2.3.1.1. Xác định hàm lượng lignin ki m trong ch t khô c a dề ấ ủ ịch đen
Cho 4 5gam d– ịch đen đã sấy khô vào bình Socolet đã sấy khô, cho thêm 200 ml H2O vào bình, lắc đều cho ch t khô tan h t. Cho ti p vào bình 15 ml Hấ ế ế 2SO4 72 % và để ph n ng trong 2 h t i nhiả ứ ạ ệt độ phòng (25°C). Tiếp theo đun dung dịch ph n ng trên bả ứ ếp ở 100 °C trong 1 h. Sau khi để lignin k t t a, l ng xu ng dùng phin l c l y k t t a, r a ế ủ ắ ố ọ ấ ế ủ ử nƣớc nhi u l n và s y khô 100 - 105°C n khề ầ ấ ở đế ối lƣợng không đổi, cân và tính k t qu . ế ả
Hàm lƣợng lignin kiềm = (b c) x100
a (2.26)
Trong đó:
a: Khối lƣợng dịch đen đã sấy khô
b: Khối lƣợng lignin và phin lọc đã sấy khô. c: Khối lƣợng phin lọc đã sấy khô.
2.3.1.2. Xác định hàm lượng ch t hấ ữu cơ trong dịch đen
Cân m1 gam m u cho vào chén Platin ẫ đã sấy khô và bi t trế ọng lƣợng. Nung m u ẫ ở 800 °C trong khoảng 2 h, sau đó lấy m u ra cho vào bình hút ẫ ẩm để nguội đến nhiệt độ phòng và cân, ta có m2. Hàm lƣợng ch t hấ ữu cơ đƣợc tính b ng: ằ
W (%) = 100 I– hc (2.27) Trong đó:
m1: Lƣợng mẫu trƣớc khi nung m2: Lƣợng m u sau khi nung. ẫ
Ihc (%) = 2 1 100 m m (2.28) nh thành ph a d
45
Lấy phần còn lại sau khi nung ở trên (lƣợng mẫu đem nung 2g), cho vào 8g Na2CO3tinh thể vào chén Platin và nung tiếp ở 900 °C khoảng 1h. Sau đó lấy ra để lạnh đột ngột và chuyển vào chén sứ. Rửa sạch chén platin 3 lần với 20 ml HCl đặc và sau đó bằng 20 ml HCl 0,25N, lọc trên giấy lọc không tro và sau đó rửa sạch cặn cho đến khi hết Cl- (thử bằng AgNO3 20 %). Đem sấy khô và nung ở nhiệt độ 120°C trong 1 h. Để nguội rồi đem cân đƣợc m3. Hàm lƣợng chất vô cơ đƣợc tính bằng:
W (%) = 100 I– vc Ivc(%) = 3 1 100 m m (2.29) Trong dó:
m1: Lƣợng mẫu trƣớc khi nung m3: Lƣợng mẫu sau khi nung ở 120°C. 2.1.3.4. Xác định thành phần axít béo trong dịch đen
Cho 10 g dịch đen đã sấy khô (a) vào bình Socolet, sau đó cho thêm vào bình 100 ml ete dầu hoả. Đặt bình có mẫu đã lắp ống sinh hàn hồi lƣu vào đun trên bếp cách thuỷ trong 2 h. Sau khi đun, lọc lấy cặn không tan bằng giấy lọc. Lặp lại thí nghiệm một lần nữa. Sau đó sấy khô và xác định khối lƣợng cặn không tan (b). Hàm lƣợng axít béo đƣợc tính:
Aaxít béo= 1 – b 100
a (2.30 ) 2.3.2. Xác định hàm lƣợng lignin
Hàm lƣợng lignin trong sản phẩm sau khi tách khỏi dịch kiềm đen đƣợc xác định bằng phƣơng pháp Komarop. Các tạp chất vô cơ và hữu cơ đƣợc rửa và loại bỏ bằng C2H5OH và dung dịch H2SO4 72%. Lignin tách ra đƣợc sấy và cân xác định khối lƣợng, từ đó tính đƣợc hàm lƣợng lignin trong mẫu phân tích [59].
2.3.3. Xác định sức căng bề mặt dung dịch lignosulfonat
Sức căng bề mặt σ là thông số xác định tính chất hoạt động bề mặt của lignosulfonat. Trong trợ nghiền xi măng, tính chất này có vai trò quan trọng khi lựa chọn các chất phân tán tham gia vào thành phần hỗn hợp sản phẩm.Vì vậy, cần xác định giá trị σ của sản phẩm tổng hợp.
Lấy 0,5g lignosulfonat thu đƣợc pha với 00ml nƣớc cất trong bình định mức để tạo 1 dung dịch lignosulfonat 0,5%. Đo sức căng bề mặt của dung dịch lignosulfonat 0,5% bằng máy đo Kruss theo phƣơng pháp ASTM D 1331 – 11 tại Phòng thử nghiệm hóa chất và vật liệu, Trung tâm phụ gia dầu mỏ, Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam. Từ giá trị sức căng
46
bề mặt có thể xác định đƣợc khả năng hoạt động bề mặt của dung dịch sản phẩm lignosulfonat.
2.3.4. Xác định độ sulfo hóa và phổ hồng ngoại
Lignosulfonat natri đƣợc đƣa về pH = 4 b ng dung d ch Hằ ị 2SO4 20% r i thêm ồ metanol tinh khi t lế ắc đều. Lọc b muỏ ối vô cơ kế ủt t a, phần nƣớ ọc đem loạ ỏc l i b metanol và s n phả ẩm thu đƣợc là lignosulfonat axit đem chụp quang ph ổ và phân tích hàm lƣợng nguyên t S trong s n phố ả ẩm để xác định đƣợc độ sulfo hóa.
C u trúc phân t ấ ử lignosulfonat đƣợc xác định b i ph h ng ngo i b ng máy ph FT ở ổ ồ ạ ằ ổ – IR/Raman Impact 410 t i phòng thí nghi m Hóa dạ ệ ầu, trƣờng Đạ ọi h c Bách khoa Hà N i. ộ
Hình 2.4. Kính hiển vi điện tử Oxford Instruments X Max 50 sử dụng trong phân tích thành phần - nguyên tố
Độ sulfo hóa đƣợc tính b ng s ằ ố mol lƣu huỳnh trong nhóm - SO3 gắn vào đơn vị khối lƣợng lignin. Hàm lƣợng lƣu huỳnh trong mẫu lignosulfonat thu đƣợc theo phƣơng pháp ph tán sổ ắc năng lƣợng tia X (EDX, Oxford Instruments X-Max 50) tích h p trong ợ kính hiển vi điện t quét x ử ạ trƣờng, t i phòng thí nghi m Vi n K thu t Nhiạ ệ ệ ỹ ậ ệt đới, Vi n ệ Hàn lâm Khoa h c Vi t Nam. ọ ệ
2.3.5. Phƣơng pháp phân tích nguyên liệu, sản phẩm và đánh giá hiệu quả của chất trợ nghiền quả của chất trợ nghiền
Các thí nghiệm dƣới đƣợc th c hi n t i phòng thí nghi m Công ty C ự ệ ạ ệ ổ phần Công ngh và Thiệ ết b Bách khoa Hà Nị ội. Địa ch S 7 Ngõ 15 Ph T Quang Bỉ ố ố ạ ửu – Phƣơng Bách Khoa – Quận Hai Bà Trƣng –TP Hà N i. ộ
2.3.5.1. Xác định khối lượng riêng của xi măng [1] - Chu n b : ẩ ị
+ Bình xác định khối lƣợng riêng + Cân phân tích
+ Dầu h a ỏ + Phễu nh ỏ
47
+ Khoảng 200g xi măng cho mỗi m u nghiẫ ền xi măng, đƣợ ấy khô đếc s n khối lƣợng không đổi và để ngu i trong bình hút ộ ẩm đến nhiệt độ phòng thí nghi m. ệ
- Tiến hành:
+ Dùng phễu đổ ầ d u h a vào bìỏ nh đến v ch s 0. Dùng gi y l c th m nh ng gi t dạ ố ấ ọ ấ ữ ọ ầu bám quanh c bình. ổ
+ Cân 65g xi măng, dùng thìa nhỏ xúc xi măng và đổ ừ ừ t t qua ph u vào bình, l c ễ ắ nh ẹ cho xi măng chảy xuống đáy bình. Dầu trong bình dâng lên đến m t vộ ạch nào đó của phần chia độ. Xoay lắc bình sao cho không khí trong xi măng thoát hết ra ngoài, ghi lại m c d u trong bình. ự ầ
+ Tiến hành 2 lần nhƣ trên - K t qu : ế ả
+ Khối lƣợng riêng của xi măng, tính bằng gam trên centimét kh i (g/cmố 3 ) theo công thức: xm d m V (2.32) m
Trong đó: xm : Khối lƣợng mẫu xi măng, gam Vd : Th tích d u chi m ch ể ầ ế ỗ xi măng, cm3
+ Lấy trung bình c ng c a 3 k t qu ộ ủ ế ả
+ Khối lƣợng riêng của xi măng là bƣớc đệm để xác định di n tích b m t riêng theo ệ ề ặ phƣơng pháp Blaine.
2.3.5.2.Xác định lượng nước tiêu chu n và th i gian ninh k t cẩ ờ ế ủa xi măng Áp d ng theo TCVN 4031 : 1985 [1]. ụ
Hình 2.5. D ng c ụ ụ Vika xác định lượng nước tiêu chu n và th i gian ninh kẩ ờ ết
2.3.5.3. Đánh giá dựa trên độ nghi n m n cề ị ủa xi măng [1]
48
chu n, tẩ ốc độ ninh kết và đóng rắn, xi măng nghiền càng m n thì mác c a nó càng cao. ị ủ Đánh giá độ m n bị ằng phƣơng pháp tỷ di n (b m t riêng cmệ ề ặ 2/g). Xi măng thƣờng S = 2500-3500 cm2/g và đánh giá dựa trên phƣơng pháp sàng.
Phƣơng pháp sàng:
Xét quá trình nghi n có mề ẫu đối ch ng và quá trình nghi n có pha thêm ch t tr ứ ề ấ ợ nghi n trên máy nghiề ền hai ngăn, tuy nhiên ta nghiền trong cùng m t thộ ời gian t và đem ra sàng trên sàng N0,08 rồi so sánh lƣợng còn l i trên sàng c a hai m u. ạ ủ ẫ
Hiệu qu ả trợ nghiền đƣợ ẽ đƣợc s c tính theo công thức: i = 0 1 m m mo ×100 % (2.15) Trong đó: i : hi u qu ệ ả trợ nghi n, % ề m0 : lƣợng còn l i trên sàng Nạ 0,08 c a mủ ẫu đối ch ng ứ m1: lƣợng còn l i trên sàng Nạ 0,08 c a m u s d ng tr nghiủ ẫ ử ụ ợ ền.
Khi đánh giá hiệu qu tr nghi n có mả ợ ề ẫu đối ch ng và m u tr nghi n thì h s i ứ ẫ ợ ề ệ ố càng l n thì hi u qu nghi n càng tớ ệ ả ề ốt. Ngƣợ ại khi đánh giá độc l nghi n m n mà ch dùng ề ị ỉ m t m u không có i ch ng thì h s i càng nh thì hi u qu ộ ẫ đố ứ ệ ố ỏ ệ ả trợ nghi n càng t ề ốt.
- Chu n b : ẩ ị + Sàng 0,08 mm + Cân điệ ửn t , chổi sơn
+ Khoảng 200 gam mẫu xi măng sấ ởy nhiệt độ không đổi và để trong bình hút m ẩ đến nhiệt độ PTN
- Tiến hành:
Hình 2.6. Sàng xi măng
Xi măng sau khi nghiền đƣợc sàng qua sàng 0,08 mm, cân lấy 50g đã sấ ởy nhiệt độ 105oC trong 2h rồi để ngu i trong bình hút ộ ẩm đến nhiệt độ PTN. Đổ xi măng vào sàng 0,08mm đã đƣợc lau s ch s , dùng ch i quét m t sàng khoạ ẽ ổ ặ ảng 15 phút thì đem cân khối
49
lƣợng trên sàng. Làm l i m t lạ ộ ần nhƣ trên.
K t qu l y trung bình c ng c a hai l n sàng. ế ả ấ ộ ủ ầ Phƣơng pháp đo bề ặ m t riêng (Blaine) Áp d ng theo TCVN 4030 : 1985 [1]. ụ
Hình 2.7. D ng c ụ ụ xác định Blaine
2.3.5.4. Đánh giá dựa trên cường độ ch u nén c a bê tông [1] ị ủ
Cƣờng độ ch u nén cị ủa xi măng đƣợc đánh giá thông qua cƣờng độ ch u l c c a h ị ự ủ ồ xi măng với cát tiêu chu n ( t l ẩ ỷ ệ Xi/Cát = 1/3, Nƣớc / Xi = 0,5 ) tu i 3 ngày, 28 ngày. ở ổ
- Chu n b : ẩ ị
+ Khuôn 40 mm x 40 mm x 160 mm, đã vệ sinh s ch s , bôi m ch ng dính. ạ ẽ ỡ ố + Thiết b bị ảo dƣỡng m u. ẫ
+ Chảo, bay, chày d m, máy d m, dao, ầ ầ ống đong 250 ml, máy nén bê tông. + Lƣợng v t liậ ệu dùng: 450g xi măng, 1350g cát tiêu chuẩn, 225ml nƣớc. - Tiến hành:
+ Cho cát và xi măng vào chảo đã lau bằng gi m, dùng bay trẻ ẩ ộn đều. Khoét m t l ộ ỗ ở ữa, đổ ết nƣớ gi h c vào ngâm 30s. dùng bay trộn đều trong 5 phút. Đổ ữa đề v u vào 3 ngăn của khuôn 40 (mm) x 40 (mm) x 160 (mm) đến ½ chi u cao, dùng chày d m, ề ầ cho ti p h t v a, d m b ng chày r i cho lên máy d m 30 cái, dùng dao làm ph ng b ế ế ữ ầ ằ ồ ầ ẳ ề mặt, sau đó dán nhãn.
+ Bảo dƣỡng mẫu trong khuôn 24h. Sau đó, tháo khuôn, mẫu đem ngâm ngập nƣớc. + Đến tu i th ổ ử 3 ngày, 28 ngày thì đem thử cƣờng độ ằ b ng máy nén 30 t n [1]. ấ
50
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Tách lignin từ dịch đen
3.1.1. Các tính chất hóa lý của dịch đen
Dịch đen lấ ừ ể chứy t b a dịch, đƣợ ọc l c b ỏ các xơ sợi nh ỏ trƣớc khi phân tích. K t qu ế ả phân tích m t s tính chộ ố ất hóa lý cơ bản c a dủ ịch đen đƣợc đƣa ra trong bảng 3.1 và b ng ả 3.2.
Bảng 3.1. Thành phần hóa học chất khô của dịch đen
STT Chỉ tiêu xác nh đị Đơn vị tính Thành ph n trong d ch ầ ị đen (%) 1 Lignin kiềm (kết tủa đƣợc) % 26,5 2 Lignin không kết tủa đƣợc % 6,25 3 Các chất hữu cơ % 7,84 4 NaOH % 1,2 5 Các chất vô cơ khác % 25,9 Bảng 3.2. Đặc tính vật lý dịch đen Chỉ tiêu xác định Thông s ố Khối lƣợng riêng (kg/dm3) 1,07 pH 12,4 Độ nh t t i nhiớ ạ ệt độ 25°C (cP) 10,2
T k t qu phân tích thành ph n hóa lý c a dừ ế ả ầ ủ ịch đen đƣợc đƣa ra trong bảng 3.1 và 3.2, nh n th y r ng dậ ấ ằ ịch đen của nhà máy gi y bãi bấ ằng khá đặc, ch a nhi u ch t th i gây ứ ề ấ ả ô nhiễm môi trƣờng nghiêm tr ng nọ ếu không đƣợc x lý, lignin chiử ếm hàm lƣợng khá l n ớ trong dịch đen.
c thu h i lignin t d t ng h p các s n ph m có giá tr ng d ng Do đó, việ ồ ừ ịch đen để ổ ợ ả ẩ ị ứ ụ trong nhiều lĩnh vực là c n thiầ ết để giảm thi u ô nhiể ễm môi trƣờng và tăng hiệu qu kinh t ả ế c a quá trình x lý. ủ ử
51
3.1.2. Điều kiện tối ƣu tách lignin từ dịch đen 3.1.2.1. Xác định thông số các biến công nghệ 3.1.2.1. Xác định thông số các biến công nghệ a. pH c a quá trình ủ
Trong thành ph n dầ ịch đen nhà máy giấy, ngoài các chất vô cơ và lignin, còn có chứa một lƣợng nh a, axit béo và m t s h p chự ộ ố ợ ất hữu cơ khác. Các chất này ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng và kh ả năng hoạt động b m t c a s n ph m lignosulfonat t ng ề ặ ủ ả ẩ ổ h p nên ta tách các ch t không mong muợ ấ ốn này trƣớc khi tách l y lignin. ấ
Y u t quan tr ng nhế ố ọ ất đối v i quá trình tách lignin t dớ ừ ịch đen là pH vì nó ảnh hƣởng đến hi u su t tách, v a quyết địệ ấ ừ nh tính ch t cấ ủa lignin đƣợc tách ra. Độ pH nh ả hƣởng đến quá trình tách nhựa và công đoạn tách lignin t dừ ịch đen. Vì vậy, cần xác định pH cho 2 công đoạn này.
Lƣợng axít đƣợc b sung vào dổ ịch đen trong quá trình kế ủt t a bao gồm lƣợng axít c n thiầ ết để trung hòa lƣợng kiềm dƣ trong dịch đen, lƣợng axít c n thi t cho ph n ng vầ ế ả ứ ới lignin và lƣợng dƣ đủ để ảo đả b m quá trình k t t a x y ra m t cách nhanh chóng và hiệu ế ủ ả ộ suất cao. T c là quá trình này ph i diứ ả ễn ra trong môi trƣờng axít.
Tiến hành thí nghi m kh o sát s ệ ả ự ảnh hƣởng c a pH lên quá trình k t tủ ế ủa lignin đƣợc tiến hành v i 100 gam dớ ịch đen ở các điều kiện nhƣ sau:
+ Thời gian tách: 30 phút
+ Nhiệt độ quá trình k t t a : 80ế ủ oC + pH: dao động 2 n 6 đế
Hình 3.1. Ảnh hưởng của pH đến quá trình tách lignin
K t qu thí nghiế ả ệm đƣợc th hi n trong bể ệ ảng 3.3 và đƣợc th hi n trên hình 3.1. ể ệ T b ng 3.3 và hình 3.1 có th rút ra m t s nhừ ả ể ộ ố ận xét nhƣ sau:
- pH thu c kho ng t - 4 thì lignin tách ra có khộ ả ừ 2 ối lƣợng l n nh t, tớ ấ ốc độ ọ l c nhanh nh t, th i gian l c ch t 7 - 12 phút. ấ ờ ọ ỉ ừ
52
- Khi giảm lƣợng H2SO4 thì lƣợng lignin thu đƣợc gi m vì các nhóm hydroxyl ả
phenolic chƣa chuyển h t sang tr ng thái t ế ạ ự do để ế ủa, lƣợ k t t ng lignin tách ra kh i d ch ỏ ị đen không nhiều, đồng th i, trong trƣ ng h p này h keo c a dờ ờ ợ ệ ủ ịch đen chƣa bị phá v ỡ nhi u nên dề ịch đen còn khá đặc, gây khó khăn cho quá trình lọc.
Bảng 3.3. Kết quả thí nghiệm khảo sát pH tách lignin
STT pH Khối lượng lignin (gam) Thời gian l c (phút) ọ
1 2,2 22,05 7 2 3,1 22,09 10 3 4 22,05 12 4 5,1 20,3 15 5 6 19,8 20 b. Th i gian tách lignin ờ
Bảng 3.4. Kết quả thí nghiệm khảo sát thời gian tách
STT Thời gian tách (phút) Khối lượng lignin (g) Thời gian l c (phút) ọ
1 20 19,36 10
2 30 22,03 8
3 40 23,02 6
4 50 22,1 6
5 60 22,09 7
53
Lƣợng lignin thu đƣợc ph thuụ ộc lƣợng s hi u qu phá v c u trúc keo c a h . Do ự ệ ả ỡ ấ ủ ệ đó khảo sát nh hả ƣởng c a th i gian tách lên quá trình k t t a lignin t dủ ờ ế ủ ừ ịch đen đƣợc ti n ế hành v i 100 gam dớ ịch đen trong các điều kiện nhƣ sau:
+ Thời gian tách: 20 60 phút –
+ Nhiệt độ ủ c a quá trình k t t a lignin: 80ế ủ oC + pH kế ủt t a : 4
K t qu các thí nghiế ả ệm đƣợc đƣa ra trong bảng 3.4 và th hi n trên hình 3.2. ể ệ