BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY GIẤY VIỆT NAM VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ **************&************ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2008 NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỔI TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ HÓA HỌC CỦA NGUYÊN LIỆU GỖ KEO TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ KIỀM NÓNG Cơ quan chủ quản: BỘ CÔNG THƯƠNG Cơ quan chủ trì: VIỆN CÔNG NGHIỆP GIẤY VÀ XENLUYLÔ Chủ nhiệm đề tài: Đỗ Thanh Tú Kỹ sư công nghệ giấy 7123 17/02/2009 HÀ NỘI 2/2009 1 MỤC LỤC TT Nội dung Trang Mở đầu 1 I Tổng quan về tính chất vật lý và thành phần hóa học của gỗ lá 3 rộng 1.1 Tính chất vật lý và thành phần hóa học của một số loại nguyên 3 liệu gỗ lá rộng 1.1 Tính chất vật lý của một số loại nguyên liệu gỗ lá rộng 3 1.1 Cấu trúc hình thái học 3 1.3 Một số nét đặc trưng của gỗ keo 10 1.2 Thành phần hóa học của một số loại nguyên liệu gỗ lá rộng 10 1.1 Thành phần hóa học 10 1.2 Các chất trích ly 11 1.2 Ảnh hưởng của quá trình xử lý kiềm nóng đến tính chất vật lý và 16 thành phần hóa học của một số loại nguyên liệu gỗ lá rộng 1.1 Ảnh hưởng đến tính chất vật lý 16 1.2 Ảnh hưởng đến thành phần hóa học 17 1.1 Nhựa cây trong quá trình nấu bột theo phương pháp kraft 17 1.2 Nhựa cây trong quá trình sản xuất bột hoá nhiệt cơ (CTMP) 18 1.2 Xenluylô, lignin, pentozan 19 1.1 Xenluylô, lignin, pentozan trong quá trình nấu bột theo phương 19 pháp kraft 1.2 Xenluylô, lignin, pentozan trong quá trình sản xuất bột hoá nhiệt cơ 22 (CTMP), kiềm nóng, kiềm lạnh. Kết luận và định hướng nghiên cứu 24 II Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu 26 2.1 Nguyên liệu, hoá chất và thiết bị nghiên cứu 26 2 2.2 Phương pháp nghiên cứu 27 III Kết quả nghiên cứu và thảo luận 30 3.1 Nghiên cứu sự thay đổi tính chất vật lý và thành phần hóa học 30 của gỗ keo (keo tai tượng, keo lai) trong quá trình xử lý kiềm nóng.1 Ảnh hưởng của nồng độ kiềm đến sự thay đổi tính chất vật lý và 30 thành phần hoá học của gỗ keo (keo tai tượng, keo lai) trong quá trình xử lý kiềm nóng.1 Ảnh hưởng của nồng độ kiềm đến sự thay đổi tính chất vật lý và 30 thành phần hoá học của gỗ keo tai tượng trong quá trình xử lý kiềm nóng.2 Ảnh hưởng của nồng độ kiềm đến sự thay đổi tính chất vật lý và thành phần hoá học của gỗ keo lai trong quá trình xử lý kiềm nóng.2 Ảnh hưởng của thời gian xử lý đến sự thay đổi tính chất vật lý và 38 thành phần hoá học của gỗ keo (keo tai tượng, keo lai) trong quá trình xử lý kiềm nóng.1 Ảnh hưởng của thời gian xử lý đến sự thay đổi tính chất vật lý và 38 thành phần hoá học của gỗ keo tai tượng trong quá trình xử lý kiềm nóng.2 Ảnh hưởng của thời gian xử lý đến sự thay đổi tính chất vật lý và 42 thành phần hoá học của gỗ keo lai trong quá trình xử lý kiềm nóng.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý đến sự thay đổi tính chất vật lý và 46 thành phần hoá học của gỗ keo (keo tai tượng, keo lai) trong quá trình xử lý kiềm nóng.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý đến sự thay đổi tính chất vật lý và 47 thành phần hoá học của gỗ keo tai tượng trong quá trình xử lý kiềm nóng.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý đến sự thay đổi tính chất vật lý và 51 thành phần hoá học của gỗ keo lai trong quá trình xử lý kiềm nóng.2 Xác lập chế độ công nghệ xử lý kiềm nóng thích hợp 54 Kết luận 57 3 Thông tin chung về đề tài 1. Tên đề tài Nghiên cứu sự biến đổi tính chất vật lý và hóa học của nguyên liệu gỗ keo trong quá trình xử lý kiềm nóng. Mục tiêu của đề tài - Làm rõ sự thay đổi tính chất vật lý và hoá học của gỗ keo trong qúa trình xử lý ở môi trường kiềm nóng và các yếu tố ảnh hưởng. - Đưa ra quy trình công nghệ xử lý kiềm nóng thích hợp đối với nguyên liệu gỗ keo. Nội dung nghiên cứu - Xác định sự biến đổi tính chất vật lý của gỗ trong qúa trình xử lý kiềm nóng: tỷ trọng, màu sắc. - Xác định sự biến đổi thành phần hóa học của gỗ trong qúa trình xử lý kiềm nóng: xenluylô, lignin, pentozan, các chất tan trong dung môi hữu cơ. - Xác lập chế độ công nghệ xử lý kiềm nóng thích hợp. Sản phẩm tạo ra và yêu cầu khoa học-kỹ thuật, kinh tế-xã hội - Báo cáo tổng hợp số liệu về những vấn đề nghiên cứu trong quá trình xử lý gỗ keo ở môi trường kiềm nóng. - Xác lập quy trình công nghệ xử lý kiềm nóng thích hợp đối với nguyên liệu gỗ keo. 4 MỞ ĐẦU Cây bạch đàn (Eucalypts), cây keo (Acacia) được du nhập vào Việt Nam từ những năm 60 với nhiều dòng khác nhau. Theo các kết quả nghiên cứu thực nghiệm nhiều năm của Trung tâm nghiên cứu giống cây rừng, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam thì các loài cây này thích nghi với khí hậu nhiệt đới nóng ẩm mưa nhiều và có mức độ sinh trưởng khá cao. Cây bạch đàn và cây keo các loại có chu kỳ khai thác 6-7 năm và chất lượng xơ sợi tốt nên là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất bột giấy và giấy. Thành phần hóa học và cấu tạo của gỗ là rất khác biệt không những phụ thuộc vào nhóm cây, loài cây mà còn phụ thuộc nhiều yếu tố như: độ tuổi của cây, điều kiện lập địa (mức độ chiếu sáng của mặt trời, sức gió, hàm lượng chất dinh dưỡng của đất, độ ẩm của đất v. Trong cây thành phần hóa học cũng khác nhau giữa các bộ phận như vỏ, thân, gỗ sớm, gỗ muộn v. Phương pháp sản xuất bột giấy phổ biến hiện nay vẫn là phương pháp hóa học. Tuy nhiên, việc sản xuất bột hóa học tẩy trắng đòi hỏi lượng dùng nguyên liệu lớn, dây chuyền thiết bị phức tạp, hiệu suất bột thấp. Ngoài ra, quá trình sản xuất sử dụng một số hóa chất có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao như: Clo, đioxytclo. Ngày nay, sản xuất bột hiệu suất cao với chi phí sản xuất tương đối thấp, dây chuyền sản xuất đơn giản, tiêu hao hóa chất ít và giảm thiểu ô nhiễm môi trường là một lĩnh vực rất được quan tâm. Đặc biệt, xu hướng ngày càng tăng của giá nguyên liệu đầu vào và các quy định hạn chế khai thác rừng nhằm bảo vệ môi trường sinh thái. Hiện nay, ở trong nước một số nhà máy đang tiến hành đầu tư sản xuất bột APMP (Alkaline Peroxide Mechanical Pulp) hay bột BCTMP (Bleached ChemiThermo Mechanical Pulp) như: Công ty giấy Long An đầu tư dây chuyền APMP 100.000 tấn/năm, Nhà máy bột giấy Quảng Nam đầu tư dây chuyền BCTMP 115. Thông thường quá trình sản xuất bột hóa nhiệt cơ tẩy trắng, nguyên liệu được xử lý với một số hóa chất như NaOH, Na2CO3 hoặc H2O2. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu tài liệu cho thấy hiệu quả xử lý dăm mảnh gỗ với hóa chất trong giai đoạn đầu của quá trình sản xuất bột hóa nhiệt cơ tẩy trắng thường thay đổi rất lớn phụ thuộc vào chủng loại nguyên liệu, mức dùng hóa chất, thời gian xử lý và nhiệt độ xử lý. Trước nhu cầu của thực tế sản xuất, việc nghiên cứu sự thay đổi tính chất vật lý và 5 thành phần hóa học là cơ sở cho việc xác lập chế độ công nghệ thích hợp sản xuất bột hiệu suất cao là rất cần thiết. Vì vậy, Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô được Bộ Công Thương giao nhiệm vụ nghiên cứu khoa học công nghệ năm 2008, thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sự biến đổi tính chất vật lý và hóa học của nguyên liệu gỗ keo trong quá trình xử lý kiềm nóng”. Mục tiêu đề tài: - Làm rõ sự thay đổi tính chất vật lý và hoá học của gỗ keo trong qúa trình xử lý ở môi trường kiềm nóng và các yếu tố ảnh hưởng. - Đưa ra quy trình công nghệ xử lý kiềm nóng thích hợp đối với nguyên liệu gỗ keo. Nội dung nghiên cứu: - Xác định sự biến đổi tính chất vật lý của gỗ trong qúa trình xử lý kiềm nóng: tỷ trọng, màu sắc. - Xác định sự biến đổi thành phần hóa học của gỗ trong qúa trình xử lý kiềm nóng: xenluylô, lignin, pentozan, các chất tan trong dung môi hữu cơ. - Xác lập chế độ công nghệ xử lý kiềm nóng thích hợp. 6 PHẦN I TỔNG QUAN VỀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA GỖ LÁ RỘNG Ở Việt Nam nguyên liệu xơ sợi thực vật chủ yếu hiện nay được sử dụng để sản xuất bột giấy là gỗ rừng trồng. Trong đó chủ yếu là gỗ bạch đàn và gỗ keo các loại. Những loại nguyên liệu truyền thống như tre nứa các loại, bã mía, rơm rạ, đay ít được sử dụng.1 Tính chất vật lý và thành phần hóa học của một số loại nguyên liệu gỗ lá rộng 1.1 Tính chất vật lý của một số loại nguyên liệu gỗ lá rộng 1.1 Cấu trúc hình thái học Mặt cắt ngang thân cây gồm bốn phần: vỏ, tầng phát sinh, gỗ và tủy (hình 1. Vỏ cây là phần ngoài cùng của thân cây, vỏ cây gồm hai lớp: lớp bên ngoài là lớp vỏ chết, chỉ có tác dụng che chắn, bên trong là lớp vỏ sống vừa có tác dụng che chắn, vừa là nơi dự trữ và dẫn truyền chất dinh dưỡng. Tầng phát sinh là một lớp mỏng nằm sát vỏ trong của cây, bao gồm các tế bào sống. Tầng phát sinh gồm một số lớp tế bào, các tế bào phát triển theo kiểu phân đôi. Phần gỗ do tầng phát sinh tạo ra, hàng năm phần gỗ này tăng thêm một vòng nên gọi là vòng tăng trưởng hàng năm. Ở nhiều loại gỗ, vòng tăng trưởng hàng năm có thể được quan sát bằng mắt thường. Đó là các vòng tròn đồng tâm mà tâm là phần tủy, từ đó có thể đếm số vòng tăng trưởng hàng năm để tính tuổi cây. Trong mỗi vòng tăng trưởng hàng năm, phần gỗ phía trong sinh ra vào đầu mùa sinh trưởng gọi là gỗ sớm, phần gỗ phía ngoài sinh ra vào cuối mùa sinh trưởng gọi là gỗ muộn. Nhờ điều kiện sinh trưởng thuận lợi, phần gỗ sinh trước chứa các tế bào lớn, thành mỏng nên gỗ sớm có màu nhạt hơn, nhẹ hơn, mềm hơn, chịu lực kém hơn gỗ muộn. Cây sống ở xứ lạnh gỗ sớm và gỗ muộn khác nhau rõ rệt. Tủy nằm ở phần tâm của mặt cắt ngang thân cây.
