Khóa luận tốt nghiệp: Nghiên cứu thành phần hóa học và khả năng sản xuất bột giấy từ tre Bát Độ

Khóa luận nghiên cứu thành phần hóa học và khả năng sản xuất bột giấy từ nguyên liệu tre bát độ, góp phần phát triển ngành công nghiệp giấy.

• Tác giả: Tống Văn Hiệu
• Người hướng dẫn: TS. Cao Quốc An
• Trường học: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Chế biến lâm sản
• Đề tài: Nghiên cứu khả năng sản xuất bột giấy từ tre Bát Độ
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN NGÀNH GIẤY
• 1.1. Lịch sử phát triển của ngành giấy
• 1.2. Thực trạng ngành sản xuất giấy trên thế giới và Việt Nam
• 1.2.1. Thực trạng ngành sản xuất giấy trên thế giới
• 1.2.2. Thực trạng ngành sản xuất giấy ở Việt Nam
• 1.3. Tổng quan về nguồn nguyên liệu tre luồng
• 1.4. Mục tiêu, nội dung, phương pháp nghiên cứu
• 1.4.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.4.2. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4.3. Nội dung nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Lý thuyết nấu bột giấy

Tóm tắt

I. Tổng quan về khả năng sản xuất bột giấy từ tre Bát Độ

Nghiên cứu khả năng sản xuất bột giấy từ tre Bát Độ đang trở thành một chủ đề nóng trong ngành công nghiệp giấy. Tre Bát Độ, một loại tre nhập khẩu từ Trung Quốc, có tiềm năng lớn trong việc cung cấp nguyên liệu cho sản xuất bột giấy. Với sự phát triển của công nghệ và nhu cầu ngày càng cao về giấy, việc khai thác nguồn nguyên liệu này không chỉ giúp giảm thiểu áp lực lên rừng gỗ mà còn tạo ra giá trị kinh tế cho người nông dân.

1.1. Đặc điểm và thành phần hóa học của tre Bát Độ

Tre Bát Độ có cấu trúc thân rỗng và chứa nhiều cellulose, một thành phần chính trong sản xuất bột giấy. Nghiên cứu cho thấy, thành phần hóa học của tre Bát Độ bao gồm cellulose, hemicellulose và lignin, với tỷ lệ phù hợp để sản xuất bột giấy chất lượng cao.

1.2. Lịch sử và sự phát triển của ngành sản xuất giấy tại Việt Nam

Ngành sản xuất giấy tại Việt Nam đã có lịch sử lâu dài, nhưng việc sử dụng tre Bát Độ trong sản xuất bột giấy vẫn còn mới mẻ. Sự phát triển của ngành giấy phụ thuộc vào việc tìm kiếm nguồn nguyên liệu bền vững và hiệu quả.

II. Thách thức trong việc sản xuất bột giấy từ tre Bát Độ

Mặc dù có nhiều tiềm năng, nhưng việc sản xuất bột giấy từ tre Bát Độ cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như công nghệ chế biến, chất lượng nguyên liệu và thị trường tiêu thụ cần được giải quyết để đảm bảo sự phát triển bền vững cho ngành sản xuất giấy.

2.1. Công nghệ chế biến bột giấy từ tre

Công nghệ chế biến bột giấy từ tre Bát Độ hiện tại còn hạn chế. Việc áp dụng công nghệ mới và cải tiến quy trình sản xuất là cần thiết để nâng cao chất lượng bột giấy và giảm chi phí sản xuất.

2.2. Thị trường tiêu thụ bột giấy từ tre

Thị trường tiêu thụ bột giấy từ tre Bát Độ còn chưa phát triển mạnh mẽ. Cần có các chiến lược marketing hiệu quả để giới thiệu sản phẩm đến người tiêu dùng và các nhà sản xuất giấy.

III. Phương pháp sản xuất bột giấy từ tre Bát Độ hiệu quả

Để sản xuất bột giấy từ tre Bát Độ một cách hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp hiện đại và tối ưu hóa quy trình sản xuất. Việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp mới sẽ giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

3.1. Phương pháp nấu bột giấy từ tre

Phương pháp nấu bột giấy từ tre Bát Độ chủ yếu sử dụng phương pháp kiềm, giúp loại bỏ lignin và giữ lại cellulose. Quy trình này cần được tối ưu hóa để đạt hiệu quả cao nhất.

3.2. Quy trình sản xuất bột giấy từ tre Bát Độ

Quy trình sản xuất bột giấy từ tre Bát Độ bao gồm các bước như thu hoạch, chế biến và nấu bột. Mỗi bước cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

IV. Ứng dụng thực tiễn của bột giấy từ tre Bát Độ

Bột giấy từ tre Bát Độ có nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp giấy. Sản phẩm này không chỉ đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước mà còn có tiềm năng xuất khẩu ra thị trường quốc tế.

4.1. Ứng dụng trong sản xuất giấy

Bột giấy từ tre Bát Độ có thể được sử dụng để sản xuất nhiều loại giấy khác nhau, từ giấy in đến giấy bao bì. Điều này giúp đa dạng hóa sản phẩm và tăng giá trị kinh tế cho ngành giấy.

4.2. Lợi ích kinh tế từ việc sản xuất bột giấy

Việc sản xuất bột giấy từ tre Bát Độ không chỉ giúp giảm thiểu áp lực lên rừng gỗ mà còn tạo ra nguồn thu nhập ổn định cho người nông dân. Điều này góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của sản xuất bột giấy từ tre Bát Độ

Sản xuất bột giấy từ tre Bát Độ có nhiều tiềm năng và cơ hội phát triển trong tương lai. Cần có sự đầu tư và nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình sản xuất và mở rộng thị trường tiêu thụ.

5.1. Triển vọng phát triển ngành sản xuất bột giấy

Ngành sản xuất bột giấy từ tre Bát Độ có thể phát triển mạnh mẽ nếu được đầu tư đúng mức. Việc áp dụng công nghệ mới và cải tiến quy trình sản xuất sẽ giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

5.2. Định hướng phát triển bền vững

Định hướng phát triển bền vững cho ngành sản xuất bột giấy từ tre Bát Độ cần được chú trọng. Cần có các chính sách hỗ trợ từ nhà nước và các tổ chức để thúc đẩy ngành này phát triển.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy giữ vai trò trọng yếu trong sự phát triển kinh tế - xã hội, phục vụ đa dạng các lĩnh vực từ giáo dục, văn phòng, y tế đến quốc phòng và in ấn bao bì. Tuy nhiên, trước nhu cầu tiêu dùng sản phẩm giấy ngày càng tăng, nguồn tài nguyên gỗ rừng tự nhiên lẫn rừng trồng nguyên liệu ngày càng cạn kiệt và bị thu hẹp diện tích. Thực trạng này đặt ra yêu cầu cấp thiết phải tìm kiếm và tận dụng các nguồn nguyên liệu phi gỗ mới như tre, trúc, nứa, bã mía và phế phụ phẩm nông - lâm nghiệp nhằm cung ứng xơ sợi cho ngành giấy, đồng thời giảm thiểu áp lực khai thác rừng gỗ.

Tại Việt Nam, tre Bát Độ (Dendrocalamus latiflorus Munro) là loài thực vật nhập nội từ Trung Quốc, được di thực và trồng phổ biến tại các vùng đồi núi phía Bắc và miền Trung với mục đích chủ yếu là thu hoạch măng thương phẩm. Cứ sau chu kỳ 1 đến 2 năm khai thác măng, các cây tre mẹ già cỗi bắt đầu được chặt hạ để kích thích chồi măng mới sinh trưởng. Khối lượng thân tre chặt hạ này ước tính lên đến 25 tấn khô trên mỗi hecta mỗi năm, phần lớn đang bị vứt bỏ lãng phí tại nương đồi hoặc chỉ được sử dụng cho các mục đích có giá trị kinh tế thấp. Do tính chất cơ học không cao nên thân tre Bát Độ sau khai thác măng không được đưa vào chế biến cơ giới lâm sản. Nhằm tận dụng nguồn phụ phẩm nông - lâm nghiệp dồi dào này, đề tài "Nghiên cứu thành phần hóa học và thử nghiệm khả năng sản xuất bột giấy từ nguyên liệu tre Bát Độ" đã được tác giả thực hiện.

Mục tiêu nghiên cứu được xác định cụ thể gồm:

1. Tận dụng tối đa nguồn nguyên liệu trong sản xuất nông nghiệp, đồng thời góp phần làm tăng thu nhập cho người nông dân trồng tre lấy măng.
2. Làm phong phú thêm nguồn nguyên liệu xơ sợi ngoài gỗ cho các nhà máy sản xuất giấy tại Việt Nam.

Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu triển khai theo ba nội dung chính:

1. Xác định các chỉ tiêu thành phần hóa học cơ bản và các chất chiết xuất của nguyên liệu tre Bát Độ.
2. Xác định các đặc trưng hình thái học và kích thước xơ sợi của tre Bát Độ.
3. Tiến hành thực nghiệm nấu bột giấy bằng phương pháp sulphat (kraft) trong phòng thí nghiệm, đánh giá và so sánh các chỉ tiêu của bột giấy thu được với các nguồn nguyên liệu khác.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Thân cây tre Bát Độ (Dendrocalamus latiflorus Munro) khai thác tại địa bàn huyện Lương Sơn, tỉnh Hòa Bình.
• Phạm vi không gian: Mẫu tre được thu thập ngẫu nhiên tại vùng đồi núi thấp thuộc huyện Lương Sơn, tỉnh Hòa Bình; toàn bộ quá trình xử lý mẫu, phân tích hóa học và thực nghiệm công nghệ được thực hiện tại Trung tâm thí nghiệm Trường Đại học Lâm nghiệp.
• Phạm vi thời gian: Khóa luận tốt nghiệp đại học ngành Chế biến Lâm sản được hoàn thành vào tháng 5 năm 2011.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận thiết lập nền tảng công nghệ trên cơ sở hóa học và vật lý của quá trình sản xuất bột giấy kiềm sulphat (sử dụng dung dịch hỗn hợp NaOH và Na2S):

• Bản chất phản ứng tách lignin: Trong môi trường kiềm ở nhiệt độ cao, các liên kết ete và cacbon-cacbon trong đại phân tử lignin bị bẻ gãy dưới tác dụng của ion OH⁻ và hydrosunfit (SH⁻), tạo thành lignin kiềm và lignin lưu huỳnh hòa tan vào pha lỏng. Quá trình hòa tan lignin diễn ra qua ba giai đoạn: giai đoạn hòa tan lignin chiết xuất (dưới 40°C, chiếm khoảng 20-30% tổng lignin), giai đoạn tách lignin chủ yếu (từ trên 40°C đến nhiệt độ nấu cao nhất), và giai đoạn tách phần lignin còn sót lại.
• Phản ứng của cấu tử carbohydrate: Dưới tác động của kiềm mạnh, cellulose chịu ba phản ứng chủ đạo gồm: phản ứng bóc tách (peeling reaction - phân hủy từng gốc glucose từ đầu khử, làm tiêu hao 10-20% khối lượng cellulose và giảm độ trùng hợp), phản ứng ổn định (stopping reaction - chuyển hóa nhóm cuối mạch thành axit bền với kiềm để chặn quá trình bóc tách), và phản ứng thủy phân kiềm (diễn ra chậm dưới 150°C nhưng tăng tốc mạnh ở 170°C).
• Động lực truyền khối: Dịch nấu thẩm thấu vào cấu trúc dăm qua hai cơ chế vật lý là tác dụng mao quản (phụ thuộc vào bán kính mao quản, độ nhớt dịch nấu và áp suất) và tác dụng khuếch tán nồng độ (phụ thuộc vào gradient nồng độ hóa chất giữa dịch nấu và dịch trong mao quản nguyên liệu).
• Các thông số công nghệ nấu bột sulphat đối với tre nứa: Mức dùng kiềm hoạt tính trong khoảng 13-18% Na2O; độ sulfua tối ưu từ 20% đến 30%; nồng độ dịch nấu dao động trong khoảng 30-50 g/l tính theo Na2O; nhiệt độ nấu bảo ôn thích hợp từ 160°C đến 170°C; kích thước chiều dày dăm tối ưu là 3 mm.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và các tiêu chuẩn phân tích được áp dụng cụ thể:

• Thu thập và chế bị mẫu: Thân tre sau khi chặt hạ được chặt bỏ cành lá và mắt mấu, lấy đoạn thân từ độ cao 1 m đến 3 m tính từ mặt đất (chiều dài mẫu 2 m). Mẫu được chẻ thành dăm que diêm dài 50 mm dọc thớ. Dăm được nghiền nhỏ và phân loại bằng thiết bị sàng hai tầng; phần bột đi qua mắt sàng 0,40 mm và đọng lại trên mắt sàng 0,25 mm được dùng cho các phép phân tích hóa học; phần dăm que diêm còn lại dùng cho thực nghiệm nấu bột.
• Phương pháp xác định độ ẩm: Sử dụng phương pháp cân sấy ở nhiệt độ (103 ± 2)°C đến khối lượng không đổi, sử dụng bình hút ẩm và cân phân tích có độ chính xác 0,0001 g.
• Phương pháp xác định hàm lượng lignin: Áp dụng Tiêu chuẩn T-13 OS-54 bằng phương pháp thủy phân trực tiếp bằng axit H2SO4 nồng độ 72% ở nhiệt độ 24-25°C trong 2 giờ, sau đó pha loãng với nước cất, đun sôi hồi lưu 1 giờ, lọc qua phễu lọc thủy tinh màng xốp IG4 và sấy ở (102 ± 3)°C.
• Phương pháp xác định hàm lượng cellulose: Áp dụng Tiêu chuẩn T-210-OS-70 (phương pháp Kürschner - Hofft) bằng hỗn hợp axit HNO3 và cồn etanol tinh khiết tỷ lệ 1:4, đun cách thủy 3-4 lần (mỗi lần 1 giờ), thử phản ứng trắng với thuốc thử phloroglucinol trong axit HCl 12%, lọc qua phễu thủy tinh màng xốp IG3 và sấy ở (103 ± 2)°C.
• Phương pháp xác định chất tan trong dung dịch NaOH 1%: Áp dụng Tiêu chuẩn T-4 OS-59, đun cách thủy mẫu trong dung dịch NaOH 1% suốt 1 giờ, rửa bã bằng dung dịch axit axetic CH3COOH 10% và nước cất nóng đến phản ứng trung tính, lọc qua phễu IG3.
• Phương pháp xác định hàm lượng tro: Áp dụng Tiêu chuẩn T-15-OS-58, nung mẫu trong cốc sứ có nắp đậy trong lò nung điện ở nhiệt độ (575 ± 25)°C trong thời gian từ 3 đến 4 giờ đến khi mẫu mất hoàn toàn màu đen hữu cơ.
• Phương pháp xác định chất tan trong nước nóng và nước lạnh: Xác định theo Tiêu chuẩn GB 2677.4-81 (chiết bằng nước cất đun sôi cách thủy hồi lưu 3 giờ, lọc phễu IG2) và Tiêu chuẩn T1-OS-59 (chiết bằng nước cất ở nhiệt độ 23 ± 2°C trong 48 giờ, lọc phễu IG2).
• Phương pháp xác định trị số pH: Sử dụng máy đo pH Mettler Toledo đo dịch huyền phù của 3 g mẫu ngâm trong 30 ml nước cất (khuấy 5 phút, để yên 15 phút, khuấy lại 5 phút), thực hiện 3 lần lặp lại với sai số dưới 5%.
• Phương pháp giải phẫu hình thái sợi: Ngâm dăm tre trong dung dịch phân ly H2O2 và CH3COOH (tỷ lệ 1:1) trong 10 ngày để tách rời các sợi đơn lẻ, nhuộm màu bằng thuốc thử Safranin và đo kích thước chiều dài, chiều rộng xơ sợi trên kính hiển vi quang học OPTIKA.
• Phương pháp thực nghiệm nấu bột sulphat: Sử dụng hệ thống thiết bị gồm 4 nồi nấu thí nghiệm bằng thép hình trụ (dung tích 1 lít, đường kính 80 mm, chiều dài 200 mm) quay nghiêng quanh trục ngang lắp trong bể gia nhiệt glyxerin đun bằng dây điện trở công suất 5 kW. Lượng dăm nạp mỗi nồi là 40 g dăm khô kiệt. Chế độ công nghệ thiết lập: mức dùng hóa chất kiềm 16% (quy đổi Na2O), độ sulfua 20%, tỷ lệ dịch nấu 1:5; khảo sát tại ba mức nhiệt độ bảo ôn (130°C, 150°C, 170°C) kết hợp ba mức thời gian bảo ôn (60 phút, 90 phút, 120 phút). Bột sau nấu được giải phóng áp suất, rửa sạch dịch đen qua túi sàng đến nước trong, vắt kiệt, sấy ở 50-60°C để cân khối lượng và xác định hiệu suất bột khô tuyệt đối.

Nguồn dữ liệu: Toàn bộ số liệu hóa lý và thông số công nghệ được thu thập trực tiếp qua các thí nghiệm định lượng tại phòng thí nghiệm chuyên ngành thuộc Khoa Chế biến Lâm sản, Trường Đại học Lâm nghiệp; kết hợp các số liệu thống kê thứ cấp về ngành giấy từ Hiệp hội Giấy Việt Nam (VPPA) và tổ chức RISI.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan và lịch sử phát triển ngành giấy

Chương 1 hệ thống hóa tiến trình lịch sử công nghệ giấy từ các phương pháp thủ công cổ xưa (Ai Cập dùng cây mềm dát mỏng; Trung Quốc tước vỏ cây dâu tằm giã nhuyễn làm giấy; Việt Nam với nghề sản xuất giấy dó vẽ tranh Đông Hồ từ thế kỷ VII) đến các mốc công nghiệp hóa quan trọng như phát minh máy xeo giấy liên tục của Louis-Nicolas Robert năm 1799, phát minh máy mài gỗ thu xơ sợi của Kellee và Ulter năm 1840, sự xuất hiện của giấy bồi năm 1856 và giấy vệ sinh năm 1857.

Phần phân tích thực trạng ngành giấy nêu rõ:

• Ngành giấy thế giới: Năm 2010 phục hồi mạnh với tốc độ tăng trưởng 6% sau khủng hoảng kinh tế 2008-2009; dự báo năm 2011 tăng trưởng chậm lại dưới 3% do tồn kho cạn và sức mua tại các nước phát triển sụt giảm, trong khi các nước đang phát triển duy trì mức tăng khoảng 6%.
• Ngành giấy Việt Nam: Giai đoạn 1985-2005 đạt tốc độ tăng trưởng hàng năm 15-16%, sản lượng tăng từ 80.000 tấn/năm lên 824.000 tấn/năm (năm 2005 sản lượng giấy của Indonesia đạt 7.000.000 tấn). Năm 2005, sản xuất trong nước đáp ứng 61,92% nhu cầu tiêu dùng (giấy in báo 68,42%, giấy in và viết 89,50%, giấy tráng 5,75%, giấy lụa 96%), nhưng sản xuất bột giấy nội địa chỉ đáp ứng được 37% nhu cầu, buộc phải nhập khẩu lượng lớn. Năng suất lao động ngành giấy Việt Nam chỉ đạt 140 tấn/người/năm, thấp hơn nhiều so với mức gần 806 tấn/người/năm của Nhật Bản. Năm 2007, cả nước tiêu thụ 1,8 triệu tấn giấy, nhập khẩu 841.500 tấn giấy với tổng kim ngạch 600,2 triệu USD. Toàn ngành có trên 300 doanh nghiệp hoạt động nhưng quy mô nhỏ bé, công nghệ lạc hậu (dây chuyền bột lớn nhất chỉ đạt 61.000 tấn/năm, máy xeo lớn nhất chỉ đạt 50.000 tấn/năm so với công suất máy xeo 800.000 tấn/năm của Trung Quốc).
• Tổng quan tre trúc: Việt Nam xếp thứ 4 thế giới về diện tích tre nứa, ghi nhận 194 loài thuộc 26 chi (mới chỉ 80 loài được định danh chính thức). Tre Bát Độ (Dendrocalamus latiflorus Munro) được xác định là nguồn sinh khối dồi dào với 25 tấn khô/ha/năm bị bỏ phí sau khai thác măng.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 trình bày chi tiết lý thuyết hóa học và công nghệ sản xuất bột giấy:

• So sánh các phương pháp nấu bột: Phân tích ưu nhược điểm của phương pháp axit sulfit (thích hợp gỗ lá kim ít nhựa, cho hàm lượng α-cellulose đạt 90-94% sau tẩy trắng) và phương pháp kiềm sulphat (phù hợp với nhiều loại nguyên liệu xơ sợi, chất lượng bột cao, chu trình thu hồi hóa chất hiệu quả nhưng hiệu suất bột thấp hơn và phát thải khí lưu huỳnh độc hại).
• Định nghĩa các thuật ngữ và công thức tính toán hóa chất nấu sulphat: Kiềm hoạt tính (NaOH + Na2S), kiềm hữu hiệu (NaOH + 1/2 Na2S), tổng kiềm, kiềm định phân chung, độ sulfua, độ xút hóa, độ khử, độ khô tuyệt đối của dăm mảnh, mức dùng kiềm, tỷ lệ dịch nấu và hiệu suất nấu bột.
• Đặc điểm giải phẫu và hình thái tre Bát Độ: Mô tả cấu tạo thân ngầm, thân cây khí sinh (đặc trưng màng đốt bên trong ruột lõm theo chiều từ gốc đến ngọn), cành lá bản to màu xanh đậm. Cấu trúc vi mô thành tre được chia thành ba lớp từ ngoài vào trong: lớp biểu bì (chứa cutin, sáp và silic tạo độ cứng lớn), lớp thịt tre (gồm phần cật tre với các bó mạch nhỏ phân bố dày đặc và phần ruột tre với các bó mạch kích thước lớn gấp 2-3 lần), và lớp màng lụa mỏng màu trắng lót sát khoang rỗng của lóng tre.

Chương 3: Nội dung và phương pháp thực hiện

Chương 3 thiết lập quy trình thao tác và tính toán chi tiết cho nghiên cứu thực nghiệm:

• Mô tả địa điểm lấy mẫu tại huyện Lương Sơn, tỉnh Hòa Bình; quy chuẩn hóa kích thước dăm que diêm dài 50 mm và dăm nghiền lọt qua rây 0,40 mm đọng trên rây 0,25 mm.
• Trình bày tường tận các bước tiến hành phân tích độ ẩm, lignin (theo T-13 OS-54), cellulose (theo T-210-OS-70 Kürschner - Hofft), chất tan trong NaOH 1% (theo T-4 OS-59), tro (theo T-15-OS-58), chất tan trong nước nóng (theo GB 2677.4-81), chất tan trong nước lạnh (theo T1-OS-59) và đo pH bằng thiết bị chuyên dụng.
• Phương pháp tách xơ sợi bằng hỗn hợp H2O2 : CH3COOH (1:1) trong thời gian 10 ngày để đo kích thước trên kính hiển vi OPTIKA.
• Tính toán phối liệu hóa chất cho mẻ nấu 40 g dăm tre khô tuyệt đối: Với độ ẩm dăm 10,35%, khối lượng dăm nạp vào nồi là 44,62 g; thể tích nước có sẵn trong dăm là 4,62 ml; tỷ lệ dịch 1:5 tương ứng tổng thể tích dịch 200 ml; mức kiềm 16% (quy đổi Na2O) với độ sulfua 20% yêu cầu 5,12 g kiềm hoạt tính (gồm 12,8% NaOH tương ứng 5,61 g NaOH rắn và 3,2% Na2S tương ứng 1,81 g Na2S rắn); lượng nước bổ sung thêm vào nồi nấu là 128,48 ml.
• Vận hành hệ thống 4 nồi nấu quay gia nhiệt bằng bể glyxerin theo biểu đồ nhiệt độ bảo ôn 130°C, 150°C, 170°C và thời gian bảo ôn 60, 90, 120 phút; quy trình làm nguội, xả áp, lọc tách dịch đen, rửa bột và cân sấy xác định hiệu suất bột giấy.

Chương 4: Kết quả và thảo luận

Chương 4 công bố số liệu thực nghiệm thành phần hóa học của tre Bát Độ và phân tích so sánh với các loài thực vật xơ sợi khác:

• Thành phần hóa học của tre Bát Độ: Hàm lượng cellulose đạt 48,26%; hàm lượng lignin đạt 25,37%; hàm lượng các chất tan trong NaOH 1% là 24,86%; hàm lượng tro là 1,65%; hàm lượng chất chiết xuất tan trong nước nóng là 7,19% (ở bảng đối sánh ghi 7,08%); hàm lượng chất chiết xuất tan trong nước lạnh là 3,10%.
• Đánh giá chỉ tiêu cellulose: Hàm lượng cellulose 48,26% thuộc mức cao đối với nhóm tre trúc, ngang bằng với luồng Hòa Bình, cao hơn trúc sào Phúc Kiến (cao hơn 2,32%), thấp hơn tre gai Mỹ (thấp hơn 16,14%) và luồng Triết Giang (thấp hơn 3,33%). Hàm lượng này đảm bảo khả năng cho tỷ suất bột tốt và độ bền cơ lý đạt yêu cầu sản xuất giấy.
• Đánh giá chỉ tiêu lignin: Hàm lượng lignin 25,37% nằm ở mức trung bình của họ tre trúc, cao hơn luồng Hòa Bình (2,55%), thấp hơn keo lai 5 tuổi (28,85%) và thấp hơn trúc sào Phúc Kiến (3,99%). Mức lignin này cho thấy mức độ tiêu hao kiềm và tính kháng tách sợi nằm trong khoảng chấp nhận được đối với công nghệ nấu kiềm.
• Đánh giá chỉ tiêu chất tan trong NaOH 1% và tro: Lượng chất tan trong NaOH 1% là 24,86%, thấp hơn so với tre gai Mỹ (thấp hơn 31,23%) và luồng Triết Giang (thấp hơn 22,14%), nhưng cao hơn luồng Hòa Bình (44,10%) và trúc sào (52,98%). Hàm lượng tro 1,65% là tương đối thấp, chỉ cao hơn luồng Hòa Bình và keo lai 5 tuổi, không gây trở ngại lớn cho quá trình nấu và thu hồi kiềm.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả phân tích thành phần hóa học định lượng của nguyên liệu tre Bát Độ thu thập tại Lương Sơn - Hòa Bình được tổng hợp đối sánh trong bảng sau:

STT	Chỉ tiêu thành phần hóa học / Chiết xuất	Tre Bát Độ (Hòa Bình)	Luồng (Hòa Bình)	Trúc sào (Phúc Kiến)	Tre gai (Mỹ)	Keo lai 5 tuổi (Mỹ)
1	Hàm lượng Cellulose (%)	48,26	48,20	45,94	64,40	-
2	Hàm lượng Lignin (%)	25,37	22,82	29,36	-	28,85
3	Chất tan trong NaOH 1% (%)	24,86	-	17,31	56,09	-
4	Hàm lượng Tro (%)	1,65	-	-	4,80	2,25
5	Chất tan trong nước nóng (%)	7,19 (7,08)	8,60	-	4,80	2,25
6	Chất tan trong nước lạnh (%)	3,10	-	-	-	-

(Ghi chú: Số liệu trích xuất trực tiếp từ Bảng 4.1 và Bảng 4.2 trong văn bản khóa luận).

Giải pháp và kiến nghị của tác giả:

• Khẳng định khả năng đưa thân tre Bát Độ 1-2 năm tuổi thải loại từ các vùng canh tác lấy măng vào làm nguyên liệu sản xuất bột giấy kiềm sulphat, thay vì đốt bỏ hoặc thải lãng phí 25 tấn khô/ha/năm.
• Thiết lập quy trình công nghệ nấu bột sulphat với chế độ nạp kiềm 16% Na2O, độ sulfua 20%, tỷ lệ dịch 1:5 làm thông số cơ sở cho việc thử nghiệm sản xuất ở quy mô lớn hơn.
• Khuyến nghị liên kết giữa các nhà máy sản xuất giấy với người trồng măng để tổ chức thu gom dăm tre Bát Độ, tạo thêm nguồn sinh kế nông thôn và chủ động nguồn xơ sợi trong nước.

Đóng góp của nghiên cứu:

• Cung cấp dữ liệu thực nghiệm đầu tiên về các chỉ tiêu thành phần hóa học định lượng (cellulose, lignin, tro, các chất chiết xuất) của loài tre Bát Độ sinh trưởng tại vùng đồi núi thấp tỉnh Hòa Bình.
• Xác định cơ sở khoa học chứng minh tính tương đồng về hàm lượng cellulose của tre Bát Độ với các loại nguyên liệu truyền thống như luồng Hòa Bình và trúc sào, khẳng định tính khả thi của việc sử dụng phế phẩm nông - lâm nghiệp làm bột giấy.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

• Văn bản khóa luận tự nhận còn nhiều thiếu sót do điều kiện hạn chế trong phòng thí nghiệm; nội dung tài liệu chỉ dừng lại ở việc trình bày các chỉ tiêu thành phần hóa học, chưa thể hiện đầy đủ kết quả đo đạc kích thước hình thái xơ sợi (chiều dài, chiều rộng) cũng như ma trận số liệu hiệu suất bột thu được theo từng mức nhiệt độ (130°C, 150°C, 170°C) và thời gian bảo ôn (60, 90, 120 phút).
• Mẫu nghiên cứu mới chỉ được thu thập tập trung tại một địa điểm duy nhất (huyện Lương Sơn, tỉnh Hòa Bình) với mẫu tre ở độ tuổi chặt hạ 1-2 năm sau khai thác măng, chưa bao quát các độ tuổi và các lập địa sinh thái khác.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Hoàn thiện số liệu thực nghiệm đo đạc kích thước hình thái học xơ sợi trên kính hiển vi quang học và đánh giá toàn diện hiệu suất thu hồi bột giấy ở các chế độ nấu khác nhau.
• Nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lý tính của bột giấy tre Bát Độ sau khi nấu và sau quá trình tẩy trắng (độ trắng, độ chịu bục, độ chịu kéo, độ chịu xé, độ nhớt).
• Khảo sát biến thiên thành phần hóa học của tre Bát Độ theo các cấp tuổi khác nhau và theo từng vị trí trên thân cây (gốc, giữa, ngọn) để tối ưu hóa quy trình phân loại dăm nguyên liệu.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng:

• Sinh viên, học viên cao học và giảng viên ngành Công nghệ Chế biến Lâm sản, Kỹ thuật Hóa học, Công nghệ Giấy và Bột giấy: Cung cấp tài liệu tham khảo thực tế về phương pháp luận phân tích sinh khối thực vật theo hệ thống tiêu chuẩn Trung Quốc và quốc tế (T-13 OS-54, T-210-OS-70, T-4 OS-59, T-15-OS-58, GB 2677.4-81).
• Các kỹ sư công nghệ và cán bộ nghiên cứu tại các nhà máy sản xuất giấy: Tham khảo phương pháp tính toán định mức phối liệu dung dịch nấu sulphat (kiềm hoạt tính, độ sulfua, tỷ lệ dịch, dịch đen, dịch trắng) cho thiết bị nấu gián đoạn phòng thí nghiệm.
• Các nhà quản lý nông nghiệp và doanh nghiệp phát triển lâm sản ngoài gỗ: Cơ sở tham khảo để xây dựng dự án chế biến phụ phẩm tre Bát Độ sau thu hoạch măng, nâng cao chuỗi giá trị nông nghiệp.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Hàm lượng cellulose và lignin của thân tre Bát Độ tại Lương Sơn - Hòa Bình đạt bao nhiêu phần trăm?
Theo kết quả phân tích trong Bảng 4.1 của khóa luận, hàm lượng cellulose khô kiệt của tre Bát Độ đạt 48,26% và hàm lượng lignin đạt 25,37%.

2. Tác giả đã sử dụng những tiêu chuẩn và hóa chất nào để định lượng cellulose và lignin?
Hàm lượng lignin được xác định theo Tiêu chuẩn T-13 OS-54 bằng phương pháp thủy phân trực tiếp bằng axit H2SO4 72%. Hàm lượng cellulose được xác định theo Tiêu chuẩn T-210-OS-70 (phương pháp Kürschner - Hofft) sử dụng hỗn hợp dung dịch axit HNO3 và cồn etanol theo tỷ lệ 1:4.

3. Tại sao thân cây tre Bát Độ sau khai thác măng lại bị thải loại với sản lượng lớn?
Do tre Bát Độ được du nhập và gây trồng chủ yếu để lấy măng thương phẩm. Cứ sau chu kỳ 1-2 năm khai thác măng, cây tre mẹ được chặt hạ (khoảng 25 tấn khô/ha/năm). Các thân tre này có cơ tính thấp nên không đưa vào chế biến gỗ cơ giới được, dẫn đến việc bị bỏ phí tại nương rẫy hoặc sử dụng làm chất đốt giá trị thấp.

4. Chế độ công nghệ nấu bột sulphat thử nghiệm cho 40 g dăm tre khô kiệt được thiết lập như thế nào?
Chế độ công nghệ gồm mức kiềm hoạt tính 16% (quy đổi Na2O), độ sulfua 20%, tỷ lệ dịch nấu 1:5 (tổng dịch 200 ml, gồm 5,61 g NaOH, 1,81 g Na2S và 128,48 ml nước thêm vào). Ba mức nhiệt độ bảo ôn khảo sát là 130°C, 150°C, 170°C kết hợp ba mức thời gian bảo ôn là 60 phút, 90 phút và 120 phút.

5. Khi so sánh với các nguyên liệu khác trong văn bản, chỉ tiêu hóa học của tre Bát Độ có đặc điểm gì nổi bật?
Hàm lượng cellulose của tre Bát Độ (48,26%) tương đương với luồng Hòa Bình (48,20%) và cao hơn trúc sào Phúc Kiến (45,94%). Hàm lượng lignin (25,37%) thấp hơn keo lai 5 tuổi (28,85%) và trúc sào (29,36%). Hàm lượng tro tương đối thấp (1,65%), chứng minh nguyên liệu này hoàn toàn khả thi để sản xuất bột giấy.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Tống Văn Hiệu đã xác định thành công các chỉ tiêu thành phần hóa học cơ bản của tre Bát Độ thu thập tại Lương Sơn - Hòa Bình với hàm lượng cellulose đạt 48,26%, lignin đạt 25,37% và tro đạt 1,65%. Các kết quả phân tích so sánh khẳng định thân tre Bát Độ sau khai thác măng có đặc tính hóa học tương đương với nhiều loài tre luồng truyền thống, mở ra tiềm năng lớn để thay thế một phần gỗ trong sản xuất bột giấy kiềm sulphat. Đề tài cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu công nghệ thực nghiệm có giá trị, góp phần giải quyết bài toán tận dụng 25 tấn phế phụ phẩm sinh khối khô/ha/năm và nâng cao hiệu quả kinh tế cho người trồng tre.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Trước sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì ngành công nghiệp nói chung và nghành sản xuất giấy và bột giấy nói riêng, đã và đang phát triển mạnh mẽ. Trong các lĩnh vực của xã hội, giấy được sử dụng rộng rãi, từ văn phòng, trường học tới y tế, quốc phòng, các nhà máy in ấn…đều có mặt của giấy. Do đó, giấy đóng vai trò quan trọng tới sự phát triển của xã hội và của bất kỳ một quốc gia nào. Ở các nước phát triển và đang phát triển thì nhu cầu sử dụng giấy lại càng nhiều… Trước nhu cầu sử dụng giấy ngày càng cao, bên cạnh đó nguồn tài nguyên thì ngày càng dần cạn kiệt, diện tích rừng trồng làm nguyên liệu ngày càng bị thu hẹp.

Đòi hỏi con người phải tìm ra nguồn nguyên liệu mới nhằm đáp ứng được nguồn nguyên liệu đầu vào cho ngành sản xuất giấy, đảm bảo lượng giấy dùng cho con người và hạn chế việc khai thác rừng. Bên cạnh nguồn nguyên liệu từ gỗ cần phải biết lợi dụng các nguồn nguyên liệu ngoài gỗ như: tre, bã mía, phế thải nông nghiệp…là những nguồn nguyên liệu cần được lợi dụng để sản xuất. Việt Nam là một đất nước rất phong phú với các loài tre, trong đó loài tre Bát Độ là loài nhập từ Trung Quốc mới được đưa vào Việt Nam trồng để lấy măng là chủ yếu. Nên hàng năm mỗi hecta có tới 25 tấn tre khô bị bỏ phí hoặc được sử dụng vào các mục đích có giá trị thấp, đây là nguồn nguyên liệu phi gỗ rất tốt và phù hợp để sản xuất bột giấy.

Vì vậy, nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu này, tôi đã chọn đề tài “ Nghiên cứu thành phần hóa học và thử nghiệm khả năng sản xuất bột giấy từ nguyên liệu tre Bát Độ” làm khóa luận tốt nghiệp của mình. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN NGÀNH GIẤY 1. Lịch sử phát triển của ngành giấy Đi ngược lại thời gian cách đây khoảng 2000 năm trước công nguyên, người dân Ai Cập là người đã biết cách dùng các loại cây mềm, dùng chúng dát mỏng, rửa sạch phơi khô sau đó dùng làm công cụ để vẽ lên đó. Nhưng việc tách các sơ sợi của nguyên liệu thực vật lại là đặc trưng của sản xuất giấy.

Và người Trung Quốc đã biết làm điều đó khi họ thực hiện tước vỏ của cây dâu tằm sau đó rửa sạch giã nhuyễn, giàn mỏng và phơi khô, sử dụng chúng làm giấy viết. Trước đó người Trung Quốc đã biết ghép các thanh tre và nẹp chúng lại với nhau và viết lên đó. Sau sáng kiến này thì ngành sản xuất giấy ở Trung Quốc được phổ biến rộng rãi, giấy viết được sản xuất ra chủ yếu phục vụ triều đình và viết sách để lưu truyền những giá trị văn hóa.Sau đó nghề làm giấy được lan rộng ra các nước Nhật Bản, Triều Tiên. Vào khoảng thế kỷ VII nghề làm giấy được truyền tới Việt Nam, Miến Điện, Ấn Độ.

Và không lâu sau được lan truyền tới các nước Châu Âu, Châu Phi, Châu Mỹ: Ả Rập ( năm 751), Tây Ban Nha ( năm 1451), Italia (năm 1276), Pháp (năm 1348), Anh ( năm 1494), Nga ( năm 1576). Nghề sản xuất giấy cổ nhất ở Việt Nam bây giờ là làng nghề sản xuất giấy dó vẽ tranh Đông Hồ ở Gia Lâm- Hà Nội. Người dân trong nghề sử dụng loại cây “dó” dùng chúng giã nhuyễn sau đó đổ lên lưới lọc có kích thước mắt lưới rất nhỏ, rồi dùng tấm phẳng nén lại, dỡ khuôn và phơi khô cho ra loại giấy vẽ tranh rất đẹp.