Nghiên cứu nấu bột giấy từ rơm rạ bằng phương pháp Sunfit có xúc tác AQ

Nghiên cứu đột phá sản xuất bột giấy từ rơm rạ, ứng dụng phương pháp Sunfit tiên tiến. Giải pháp bền vững cho ngành công nghiệp giấy.

• Tác giả: Dương Thị Kim Dung
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Minh Nguyệt
• Trường học: Đại học Lâm nghiệp
• Chuyên ngành: Chế biến lâm sản
• Đề tài: Nghiên cứu nấu bột giấy từ nguyên liệu rơm rạ bằng phương pháp sunfit trung tính có bổ sung chất xúc tác (anthraquinone)
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khám phá tiềm năng rơm rạ trong sản xuất bột giấy bền vững

Việt Nam, một quốc gia nông nghiệp, đang đối mặt với thách thức cân bằng giữa phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường. Ngành công nghiệp giấy, với nhu cầu nguyên liệu ngày càng tăng, đang dần cạn kiệt nguồn cung từ gỗ và tre nứa. Theo dự báo của Tổng công ty Giấy Việt Nam, mức tiêu thụ giấy bình quân đầu người sẽ tăng từ 6,4 kg/năm (2000) lên 33,6 kg/năm vào năm 2020, đặt ra áp lực lớn về nguồn cung [7]. Trong bối cảnh đó, việc tìm kiếm và khai thác các nguyên liệu phi gỗ trở thành một hướng đi chiến lược. Rơm rạ, một loại phế phẩm nông nghiệp với trữ lượng khổng lồ, nổi lên như một giải pháp đầy hứa hẹn. Hàng năm, Việt Nam có thể thu được từ 20 đến 25 triệu tấn rơm rạ khô [5]. Tuy nhiên, phần lớn lượng rơm rạ này bị đốt bỏ, gây ô nhiễm không khí nghiêm trọng. Nghiên cứu này tập trung vào việc tận dụng rơm rạ để sản xuất bột giấy bằng phương pháp sunfit trung tính, một công nghệ xanh giúp giải quyết đồng thời hai vấn đề: thiếu hụt nguyên liệu cho ngành giấy và ô nhiễm môi trường do đốt rơm rạ. Việc biến phế phẩm thành tài nguyên không chỉ mang lại giá trị kinh tế mà còn góp phần quan trọng vào mục tiêu phát triển bền vững của quốc gia.

1.1. Tầm quan trọng của nguyên liệu phi gỗ trong ngành giấy hiện đại

Sự khan hiếm của nguyên liệu gỗ truyền thống và áp lực bảo vệ rừng đang thúc đẩy ngành giấy toàn cầu chuyển dịch sang sử dụng nguyên liệu phi gỗ. Các loại cây ngắn ngày và phế phẩm nông nghiệp như rơm rạ, bã mía, tre nứa không chỉ có chu kỳ sinh trưởng nhanh, đảm bảo nguồn cung ổn định mà còn giúp giảm thiểu nạn phá rừng. Việc sử dụng nguồn nguyên liệu này được xem là một giải pháp mang tính chiến lược, phù hợp với xu hướng phát triển bền vững và kinh tế tuần hoàn. Đặc biệt tại các quốc gia nông nghiệp như Việt Nam, đây là cơ hội để phát triển một ngành công nghiệp giấy tự chủ, thân thiện với môi trường và tạo thêm thu nhập cho người nông dân.

1.2. Rơm rạ Nguồn phế phẩm nông nghiệp dồi dào chưa được khai thác

Với sản lượng lúa gạo hàng đầu thế giới, Việt Nam sở hữu một trữ lượng rơm rạ cực kỳ lớn, ước tính hàng năm có thể thu hoạch từ 20 đến 25 triệu tấn [5]. Hiện nay, phần lớn nguồn tài nguyên này vẫn chưa được tận dụng rơm rạ một cách hiệu quả. Một phần nhỏ được dùng làm thức ăn gia súc hoặc đồ thủ công, trong khi phần lớn bị đốt bỏ ngay tại ruộng sau mỗi vụ thu hoạch. Tình trạng này không chỉ lãng phí một nguồn cellulose tiềm năng mà còn gây ra ô nhiễm không khí nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và môi trường sống. Do đó, việc nghiên cứu các phương pháp biến rơm rạ thành bột giấy hóa học có giá trị cao là một nhiệm vụ cấp thiết.

1.3. Đặc điểm hóa học và hình thái sợi của nguyên liệu rơm rạ

Theo tài liệu nghiên cứu [5], thành phần hóa học chính của rơm rạ bao gồm: Cellulose (37%), Lignin (18,3%), Pentozan (22%), và hàm lượng Tro khá cao (14,2%). So với gỗ, rơm rạ có hàm lượng lignin thấp hơn, giúp quá trình tách lignin (delignification) dễ dàng hơn và tiêu thụ ít hóa chất hơn. Về mặt hình thái, sợi rơm rạ có chiều dài trung bình khoảng 0,9 mm, là loại sợi ngắn. Cấu trúc của thân rơm rạ khá tơi xốp, tạo điều kiện thuận lợi cho hóa chất thẩm thấu nhanh trong quá trình nấu, giúp rút ngắn thời gian phản ứng. Những đặc điểm này cho thấy rơm rạ là một nguyên liệu rất phù hợp cho việc sản xuất bột giấy.

II. Thách thức kỹ thuật khi nấu bột giấy từ nguyên liệu rơm rạ

Mặc dù sở hữu nhiều ưu điểm, việc tận dụng rơm rạ để sản xuất bột giấy cũng đối mặt với không ít thách thức kỹ thuật. Trở ngại lớn nhất đến từ chính thành phần hóa học của nó. Rơm rạ có hàm lượng tro và silic rất cao, lên tới 14,2% và 12,2% [5]. Silic, trong quá trình nấu kiềm, có thể hòa tan và tạo thành natri silicat (Na2SiO3), gây ra hiện tượng đóng cặn, ăn mòn và tắc nghẽn trong các thiết bị, đặc biệt là trong hệ thống thu hồi hóa chất. Điều này làm tăng chi phí vận hành và bảo trì, giảm hiệu quả kinh tế của nhà máy. Hơn nữa, các phương pháp nấu bột truyền thống như phương pháp sunfat (kraft) hay soda, tuy hiệu quả trong việc tách lignin nhưng thường làm suy giảm đáng kể hiệu suất bột giấy và độ bền cơ lý của giấy do phân hủy mạnh carbohydrate. Chúng cũng tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm môi trường cao hơn. Do đó, việc tìm kiếm một quy trình công nghệ vừa hiệu quả về mặt kinh tế, vừa thân thiện với môi trường, có khả năng xử lý các đặc tính riêng biệt của rơm rạ là một bài toán cần lời giải cho ngành công nghiệp giấy Việt Nam.

2.1. Vấn đề từ hàm lượng tro và silic cao trong rơm rạ

Hàm lượng tro và silic cao là đặc tính cố hữu của các loại cây thân thảo như rơm rạ. Trong khi nấu bột, đặc biệt là với các phương pháp kiềm, silic sẽ phản ứng tạo thành các hợp chất silicat hòa tan. Các hợp chất này gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng trong dây chuyền sản xuất: chúng kết tủa và đóng cặn cứng trong các đường ống, thiết bị trao đổi nhiệt và lò thu hồi, làm giảm hiệu quả truyền nhiệt và gây tắc nghẽn. Quá trình thu hồi hóa chất trở nên phức tạp và tốn kém, làm giảm tính cạnh tranh của sản phẩm. Đây là một trong những rào cản kỹ thuật chính khiến nhiều nhà máy ngần ngại đầu tư vào sản xuất bột giấy từ rơm rạ.

2.2. Hạn chế của các phương pháp nấu bột giấy truyền thống

Các phương pháp nấu kiềm truyền thống như sunfat hay soda, dù phổ biến cho nguyên liệu gỗ, lại bộc lộ nhiều nhược điểm khi áp dụng cho rơm rạ. Môi trường kiềm mạnh không chỉ hòa tan lignin mà còn tấn công và phân hủy một lượng lớn cellulose và hemicellulose, dẫn đến hiệu suất bột giấy thấp. Bột giấy thu được thường có màu sẫm, đòi hỏi quá trình tẩy trắng phức tạp và tốn kém hơn. Ngoài ra, phương pháp sunfat còn tạo ra các hợp chất lưu huỳnh có mùi khó chịu, gây ô nhiễm không khí. Những hạn chế này thúc đẩy sự cần thiết phải nghiên cứu các phương pháp thay thế, có tính chọn lọc cao hơn.

III. Phương pháp sunfit trung tính NSSC Giải pháp công nghệ xanh

Để khắc phục những nhược điểm của phương pháp truyền thống, quy trình NSSC (Neutral Sulfite Semichemical) được xem là một giải pháp tối ưu cho nguyên liệu phi gỗ như rơm rạ. Đây là một phương pháp nấu bột giấy hóa học sử dụng dung dịch nấu có môi trường gần trung tính, chủ yếu bao gồm natri sunfit (Na2SO3) và một chất đệm như natri cacbonat (Na2CO3). Ưu điểm vượt trội của phương pháp này là khả năng tách lignin một cách có chọn lọc, đồng thời bảo vệ carbohydrate (cellulose và hemicellulose) khỏi sự phân hủy. Nhờ vậy, hiệu suất bột giấy thu được từ phương pháp NSSC thường cao hơn đáng kể so với phương pháp kiềm. Một nghiên cứu trên bã mía cho thấy hiệu suất bột NSSC đạt 47,5%, cao hơn so với phương pháp xút (43,5%) trong cùng điều kiện [9]. Hơn nữa, bột giấy NSSC có độ trắng tự nhiên cao hơn, dễ tẩy trắng hơn và quá trình nấu ít tạo ra khí thải độc hại, phù hợp với tiêu chí của một công nghệ xanh và xu hướng phát triển bền vững trong ngành công nghiệp giấy.

3.1. Nguyên lý cơ bản và cơ chế hóa học của quy trình NSSC

Bản chất của quy trình NSSC là sử dụng ion bisulfit (HSO3-) và sunfit (SO3 2-) để sunfo hóa lignin. Quá trình này làm cho phân tử lignin trở nên ưa nước và dễ dàng hòa tan vào dịch nấu ở nhiệt độ và áp suất cao. Phản ứng sunfo hóa có tính chọn lọc cao, chủ yếu tác động lên lignin mà ít ảnh hưởng đến cellulose. Môi trường pH trung tính giúp hạn chế tối đa các phản ứng thủy phân và "bóc tách" mạch carbohydrate, qua đó giúp bảo vệ carbohydrate và duy trì độ bền của xơ sợi. Toàn bộ quá trình nấu bao gồm các giai đoạn kế tiếp nhau: thẩm thấu hóa chất, hấp thụ, phản ứng hóa học, thủy phân và hòa tan sản phẩm.

3.2. So sánh ưu điểm của NSSC so với các phương pháp kiềm

So với phương pháp nấu kiềm (xút, sunfat), quy trình NSSC có nhiều ưu điểm nổi bật khi áp dụng cho rơm rạ. Thứ nhất, hiệu suất bột giấy cao hơn do khả năng bảo vệ carbohydrate tốt hơn. Thứ hai, bột giấy thu được có độ trắng tự nhiên cao hơn, giúp giảm lượng hóa chất cần dùng trong công đoạn tẩy trắng. Thứ ba, phương pháp này ít gây ô nhiễm môi trường hơn vì không tạo ra các hợp chất mercaptan có mùi khó chịu như trong quy trình sunfat. Cuối cùng, nó đặc biệt hiệu quả với các loại nguyên liệu có tỷ trọng thấp và thân thảo, là một lựa chọn lý tưởng cho việc tận dụng rơm rạ.

IV. Bí quyết tăng hiệu suất bột giấy bằng xúc tác Anthraquinone

Để nâng cao hơn nữa hiệu quả của quy trình NSSC, nghiên cứu đã ứng dụng một cải tiến quan trọng: bổ sung chất xúc tác Anthraquinone (AQ). AQ là một hợp chất hữu cơ hoạt động như một phụ gia nấu bột hiệu quả, có khả năng tăng tốc độ tách lignin và đồng thời bảo vệ carbohydrate một cách mạnh mẽ. Theo nghiên cứu [5], chỉ cần một lượng rất nhỏ AQ (từ 0,01 – 0,2% so với nguyên liệu) có thể làm tăng hiệu suất bột giấy từ 3 – 5% trong phương pháp sunfit trung tính. Cơ chế hoạt động của AQ là một chu trình oxy hóa-khử. Trong môi trường nấu, AQ oxy hóa các nhóm cuối aldehyd của carbohydrate thành nhóm acid carboxylic, giúp chúng ổn định và chống lại phản ứng phân hủy. Đồng thời, dạng khử của AQ (AHQ) sẽ xúc tác cho quá trình phá vỡ các liên kết trong phân tử lignin, đẩy nhanh quá trình hòa tan lignin vào dịch nấu. Việc sử dụng chất xúc tác AQ không chỉ giúp cải thiện hiệu suất và chất lượng bột mà còn có thể rút ngắn thời gian nấu hoặc giảm nhiệt độ nấu, tiết kiệm năng lượng và chi phí sản xuất, đưa công nghệ xanh này lên một tầm cao mới.

4.1. Vai trò và lợi ích của chất xúc tác AQ trong quá trình nấu bột

Anthraquinone (AQ) đóng vai trò kép trong quá trình nấu bột. Nó vừa là chất xúc tác cho quá trình tách lignin, vừa là chất bảo vệ cho carbohydrate. Lợi ích chính của việc sử dụng chất xúc tác AQ bao gồm: tăng hiệu suất bột giấy, giảm hàm lượng lignin còn lại trong bột (giảm chỉ số Kappa), cải thiện độ bền cơ lý của giấy, rút ngắn thời gian nấu và giảm mức tiêu thụ hóa chất. Đây là một giải pháp công nghệ tiên tiến đã được áp dụng rộng rãi tại nhiều nhà máy giấy ở Mỹ, Châu Âu và Nhật Bản [5].

4.2. Tìm hiểu cơ chế bảo vệ carbohydrate và tăng tốc độ tách lignin

Cơ chế hoạt động của AQ dựa trên một chu trình oxy hóa-khử tuần hoàn. Đầu tiên, AQ oxy hóa nhóm cuối khử của các chuỗi polysaccharide, biến chúng thành các nhóm axit aldonic ổn định hơn. Quá trình này ngăn chặn hiệu quả phản ứng "bóc tách" từ đầu cuối, giúp bảo vệ carbohydrate và giữ lại hemicellulose, qua đó tăng hiệu suất. Sau khi bị khử thành dạng hydroquinone (AHQ), nó sẽ tấn công vào các liên kết β-O-4 trong lignin, làm phân mảnh cấu trúc lignin và đẩy nhanh quá trình hòa tan. Chu trình này giúp quá trình nấu diễn ra nhanh hơn và triệt để hơn ở điều kiện ôn hòa hơn.

V. Kết quả thực nghiệm nấu bột giấy từ rơm rạ có xúc tác AQ

Quá trình nghiên cứu thực nghiệm đã cung cấp những dữ liệu quan trọng, chứng minh hiệu quả của phương pháp sunfit trung tính có bổ sung chất xúc tác AQ. Kết quả cho thấy nhiệt độ là yếu tố then chốt ảnh hưởng đến quá trình nấu. Khi tăng nhiệt độ bảo ôn từ 60°C lên 110°C, tỷ lệ dăm sống giảm từ 100% xuống còn 0%, cho thấy quá trình tách lignin diễn ra triệt để hơn. Tuy nhiên, hiệu suất bột giấy cũng có xu hướng giảm nhẹ do sự phân hủy một phần carbohydrate ở nhiệt độ cao. Việc bổ sung chất xúc tác AQ đã tạo ra một bước đột phá. Ở nhiệt độ 110°C, khi tăng nồng độ AQ từ 0% lên 0,6%, hàm lượng lignin còn lại trong bột giảm mạnh từ 5,21% xuống chỉ còn 2,39%. Điều này cho thấy bột giấy thu được có độ sạch cao hơn, tương đương với chỉ số Kappa thấp và tiềm năng cho độ trắng ISO cao hơn. Đặc biệt, hàm lượng α-Cellulose, thành phần quan trọng quyết định chất lượng giấy, đã tăng nhẹ từ 41,69% lên 43,22%, khẳng định vai trò bảo vệ carbohydrate của AQ. Đây là những bằng chứng thuyết phục cho thấy sự kết hợp giữa quy trình NSSC và xúc tác AQ là một giải pháp công nghệ vượt trội để tận dụng rơm rạ.

5.1. Phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ và nồng độ chất xúc tác AQ

Theo Bảng 4.2 trong tài liệu gốc, ở nhiệt độ 90°C, việc thêm 0,2% AQ đã giảm tỷ lệ dăm sống từ mức rất cao xuống chỉ còn 9,7%. Tại 100°C và 110°C, việc sử dụng AQ đã loại bỏ hoàn toàn dăm sống, cho thấy bột chín đều. Về hiệu suất, sự kết hợp giữa nhiệt độ và nồng độ AQ tạo ra các kết quả khác nhau, cho phép tối ưu hóa quy trình để đạt được mục tiêu cụ thể, ví dụ như hiệu suất cao nhất (66,25% ở 90°C, 0,2% AQ) hoặc độ sạch lignin cao nhất (ở 110°C).

5.2. Đánh giá chất lượng bột giấy Lignin Tro và α Cellulose

Kết quả phân tích chất lượng bột nấu ở 110°C cho thấy tác động tích cực của AQ. Hàm lượng lignin giảm đáng kể khi tăng nồng độ AQ (Bảng 4.3), chứng tỏ khả năng xúc tiến tách lignin hiệu quả. Hàm lượng tro cũng giảm từ 8,57% (mẫu đối chứng) xuống còn 4,95% (ở 0,6% AQ), cho thấy quá trình nấu hiệu quả hơn trong việc loại bỏ các thành phần vô cơ. Quan trọng nhất, hàm lượng α-Cellulose, thành phần giá trị nhất của bột giấy, được bảo toàn và thậm chí tăng nhẹ (Bảng 4.5), đây là minh chứng rõ ràng cho cơ chế bảo vệ carbohydrate của AQ.

VI. Hướng đi bền vững cho ngành công nghiệp giấy từ rơm rạ

Nghiên cứu này đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả vượt trội của việc sản xuất bột giấy từ rơm rạ bằng phương pháp sunfit trung tính có bổ sung chất xúc tác Anthraquinone. Đây không chỉ là một giải pháp kỹ thuật mà còn là một định hướng chiến lược cho sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp giấy Việt Nam. Bằng cách tận dụng rơm rạ, một nguồn phế phẩm nông nghiệp dồi dào, ngành giấy có thể giảm sự phụ thuộc vào nguyên liệu gỗ, góp phần bảo vệ tài nguyên rừng. Quy trình đề xuất là một công nghệ xanh, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường so với các phương pháp truyền thống và giải quyết vấn nạn đốt rơm rạ. Dựa trên kết quả thực nghiệm, một quy trình công nghệ tối ưu đã được đề xuất, mở ra tiềm năng ứng dụng ở quy mô công nghiệp. Việc nhân rộng mô hình này sẽ mang lại lợi ích kép: tạo ra sản phẩm có giá trị gia tăng cao từ phế phẩm, đồng thời xây dựng một nền kinh tế tuần hoàn, thân thiện với môi trường, đóng góp vào mục tiêu tăng trưởng xanh của quốc gia.

6.1. Đề xuất quy trình công nghệ tối ưu cho nguyên liệu rơm rạ

Dựa trên tổng hợp và phân tích kết quả nghiên cứu, quy trình công nghệ được đề xuất để nấu bột giấy từ rơm rạ bao gồm các thông số chính sau: sử dụng phương pháp sunfit trung tính với mức dùng hóa chất 20% (tính theo Na2O), tỷ lệ dịch 1/8, nhiệt độ bảo ôn 110°C, thời gian bảo ôn 60 phút, và bổ sung chất xúc tác AQ với mức dùng tối ưu là 0,4% đến 0,6%. Quy trình này cân bằng được giữa hiệu suất bột giấy cao, khả năng tách lignin triệt để và chất lượng bột tốt.

6.2. Tiềm năng ứng dụng thực tiễn và phát triển công nghệ xanh

Kết quả của nghiên cứu này có tiềm năng ứng dụng thực tiễn rất lớn. Các nhà máy giấy có thể áp dụng hoặc chuyển đổi sang công nghệ này để đa dạng hóa nguồn nguyên liệu, giảm chi phí và nâng cao tính cạnh tranh. Về lâu dài, việc phát triển các cụm công nghiệp chế biến rơm rạ tại các vùng nông nghiệp trọng điểm sẽ tạo ra một chuỗi giá trị mới, mang lại việc làm và thu nhập cho người nông dân. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc hiện thực hóa các mục tiêu về công nghệ xanh và kinh tế tuần hoàn tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Việt nam là một nƣớc nông nghiệp, khí hậu nóng ẩm thích hợp cho nhiều loại thực vật mọc nhanh, có thể làm nguyên liệu cho nghành giấy. Trong đó phải kể đến phế liệu của nông nghiệp đó là bã mía và rơm rạ. Việc khai thác sử dụng hai nguồn nguyên liệu trên có ý nghĩa to lớn đó là đáp ứng nhu cầu nguyên liệu cho chiến lƣợc phát triển nghành giấy. Ngoài ra, sử dụng nguyên liệu mọc nhanh cũng đang là vấn đề vừa có tính thời sự vừa mang tính chiến lƣợc của công nghiệp sản xuất cellulose và giấy trên thế giới.

Sở dĩ nhƣ vậy vì sử dụng nguyên liệu ngắn ngày và phế liệu nông nghiệp để sản xuất giấy sẽ giải quyết đƣợc vấn đề bảo vệ môi trƣờng xanh, giảm chặt phá rừng. Ở Việt nam các nguyên liệu gỗ, tre nứa ngày càng khan hiếm. Việc trồng và khai thác chƣa đƣợc tổ chức chặt chẽ. Do đó nếu chỉ trông vào các loại nguyên liệu này, thì trƣớc mắt cũng nhƣ trong tƣơng lai khó có thể đáp ứng đƣợc nhu cầu nguyên liệu cho kế hoạch phát triển với mục tiêu một triệu tấn giấy vào năm 2010 [5].

Một vấn đề nữa, đó là hiện nay nguồn nguyên liệu từ nông nghiệp ( rơm rạ) có trữ lƣợng rất lớn, chủ yếu đƣợc sử dụng làm nguyên liệu đốt ở các vùng nông thôn và một số vùng sử dụng một lƣợng nhỏ làm hàng thủ công phục vụ xuất khẩu. Tuy vậy vẫn còn một lƣợng lớn chƣa sử dụng đến, chủ yếu là đốt bỏ gây ô nhiễm môi trƣờng. Vì vậy, việc nghiên cứu tận dụng nguồn nguyên liệu này trở nên hết sức cần thiết. Xuất phát từ những vấn đề trên, đƣợc sự phân đồng ý của Khoa chế biến lâm sản, tôi đã thực tập và làm khóa luận tốt nghiệp với tên khóa luận t.

“ Nghiên cứu nấu bột giấy từ nguyên liệu rơm rạ bằng phương pháp sunfit trung tính có bổ sung chất xúc tác ( anthraquinone ) “ 2 Chƣơng 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. Mục tiêu, đối tƣợng , nội dung, phƣơng pháp nghiên cứu.Mục tiêu nghiên cứu. Tạo đƣợc bột giấy từ rơm rạ bằng phƣơng pháp nấu sunfit trung tính có bổ xung chất xúc tác. Đối tƣợng nghiên cứu.

Rơm rạ đƣợc khai thác từ Vĩnh Phúc. Nội dung nghiên cứu. Nội dung phục vụ nghiên cứu. - Chuẩn bị nguyên liệu.

- Xác định độ ẩm của nguyên liệu. Nội dung nghiên cứu. - Nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu suất bột. - Nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ chất xúc tác đến hiệu suất bột giấy.

- Đánh giá chất lƣợng bột giấy (hàm lƣợng α – xenluloza, hàm lƣợng tro, hàm lƣợng lignin). Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp thực nghiệm. Nấu bột thực nghiệm: Theo phƣơng pháp nấu bột giấy thí nghiệm trên phòng thí nghiệm của Trƣờng Đại Học Lâm Nghiệp: Nấu gia nhiệt gián tiếp bằng glyxerin trong nồi nấu thí nghiệm dung tích 1 lít với các chế độ nấu sau: Nhiệt độ nấu sử lý 4 cấp: 600C, 900C, 1000C, 1100C.

3 Thời gian bảo ôn : 60 phút Thời gian tăng ôn : 45 phút Mức dùng kiềm : 20% Phương pháp kế thừa. Sử dụng phƣơng pháp kế thừa các nghiên cứu có liên quan để so sánh đánh giá. Lịch sử phát triển về nghành giấy. Thời cổ đại trƣớc khi phát minh ra giấy ngƣời Trung Quốc đã biết dùng dây tết lại để ghi nhớ những sự việc, sau đó viết hoặc khắc lên các vật liệu nhƣ gỗ, tre trúc, đá hơặc xƣơng động vật.

Vào năm 2000 năm trƣớc công nguyên, ngƣời ai cập đã phát hiện ra một loại giấy dó. Năm 105, Thái Luân ( Trung Quốc ) đã nghĩ ra cách dùng vỏ cây dâu tằm tƣớc ra thành từng sợi, rửa sạch, giã nhuyễn dàn mỏng phơi khô thành một loại giấy viết. Sau Thái Luân, ngƣời Trung Quốc còn dùng các loại cây khác nhƣ: đay, gai, tre nứa, sơi tơ tằm để làm giấy. Cho đến năm 384 công nguyên, nghề làm giấy từ Trung Quốc đã lan truyền vào Triều Tiên, năm 610 lan đến Nhật Bản.

Thế kỷ VII truyền vào Việt Nam, Miến Điện, Ấn Độ. Từ đây nghề làm giấy lan truyền đến các nƣớc Châu Âu, Châu Phi và Châu Mĩ. Đến thế kỷ XIV, giấy đƣợc sản xuất ở Đức. Vào thế kỉ XVI, ở Thụy Điển máy in chữ đƣợc ra đời.

Năm 1494, cuộn giấy đầu tiên đã đƣợc sản xuất tại Klippan của Thụy Điển. Vào năm 1798, ông Nichola – Luis Robert ngƣời pháp đã phát minh ra chiếc máy xeo đầu tiên. Sau đó, năm an hem nhà Fourdrinier ngƣời Anh đã cải tiến thành máy xeo lƣới dài. 4 Cho đến năm 1840, hai ngƣời Đức là Keller và Uter phát minh ra chiếc máy mài gỗ để thu đƣợc xơ sợi có thể dùng để sản xuất.

Đây cũng là một dấu mốc cho sựu phát triển của nghành công nghệ sản xiấy xenluloza- giấy. Tuy vậy, giấy sản xuất từ bột gỗ mài co độ bền không cao, nhanh ố vàng. Do đó ngƣời ta bắt đầu nghiên cứu các phƣơng pháp hóa học để thu đƣợc xơ sợi tự do. Năm 1886 phƣơng pháp sunfit ra đời.

Sau đó, năm 1876 phƣơng pháp sunfat đƣợc phát minh bởi ông Davit Kman ngƣời Thụy Điển. Thế kỉ 20 đƣợc xem nhƣ là thời gian phát triển nhất của nghành giấy với các kỹ thuật mới, hiện đại; nhƣ nấu lien tục, tẩy trắng nhiều giai đoạn lien tục, tráng keo lên máy xeo, làm giấy với xơ sợi tồng hợp và điều khiển công nghệ bằng máy tính điện tử. Thực trạng nghành Giấy Việt Nam. Ngành giấy bắt đầu có ở Việt Nam vào thế kỷ thứ VII.

Mặc dù nghành sản xuất giấy có từ rất sớm, nhƣng mãi đến thế kỷ thứ XIX tình trạng sản xuất giấy vẫn là thủ công , nặng nhọc, vất vả. Chủng loại loại giấy rất nghèo nàn, đơn giản, chủ yếu là giấy viết cấp thấp với sản lƣợng ít và chất lƣợng thấp. Ngày nay trong công cuộc xây dựng cơ sở vật chất, và sự phát triển kinh tế, khoa học, công nghệ, đời sống của nhân dân ta ngày càng đƣợc nâng cao, dân số cũng tăng theo và lƣợng tiêu thụ giấy cũng tăng với tốc độ rất nhanh. Mặc dù tăng nhƣ vậy, nhƣng chúng ta vẫn là nƣớc có nền công nghiệp yếu kém với mức tiêu thụ giấy đang ở mức thấp nhất thế giới.

Mức tiêu thụ giấy của nƣớc ta trong năm 2000 là 6,4 kg/ngƣời/năm( mức tiêu thụ giấy bình quân toàn thế giới là 45kg/ngƣời/năm Bắc Mỹ 295 kg/ngƣời/năm. Nhật Bản 233 kg/ngƣời/năm, các nƣớc Tây Âu 166 kg/ngƣời /năm) [7]. 5 Dự báo nền kinh tế nƣớc ta đang trên đà tăng trƣởng cao, tăng trƣởng GDP từ năm 2000 đến năm 2020 vào khoảng (6-7)%, dân số cũng tăng từ 77,7 triệu năm 2000, dự báo lên 83 triệu vào năm 2005, rồi 89 triệu vào năm 2010 vào năm 102 triệu vào năm 2020. Do đó dự kiến của tổng công ty Giấy Việt Nam thì mức tiêu thụ giấy cũng sẽ tăng từ 6,4 kg/ngƣời/năm đến 9,4 kg/ngƣời/năm vào năm 2005, 14,5 kg/ngƣời/năm vào năm 2010, 33,6 kg/ngƣời/năm vào năm 2020.

Từ kết quả trên cho ta thấy nhu cầu về giấy ở nƣớc ta trong năm tới là rất lớn. Để đạt đƣợc mục tiêu đó thì Tổng công ty giấy Việt Nam đã trình Thủ tƣớng Chính phủ “ Quy hoạch tổng thể phát triển nghành giấy giai đoạn 2001- 2010” và đƣợc Chính Phủ phê duyệt. Trong đó đã co một số dự án xây dựng nhà máy sản xuất bột giấy và giấy. Tổng công ty giấy còn đƣa ra 3 mục tiêu lớn: - Tăng sản lƣợng giấy.

- Mở rộng và phát triển vùng nguyên liệu để đảm bảo đáp ứng đủ, lâu dài và ổn định cho các nhà máy. Thực hiện mục tiêu xóa đói giảm nghèo ở vùng sâu, vùng xa. - Thúc đẩy đầu tƣ mở rộng năng lực sản xuất, đa dạng về chủng loại mặt hàng, mở rộng thị trƣờng và tăng ƣu thế cạnh tranh của sản phẩm. Để nghành giấy Việt Nam đạt đƣợc các chỉ tiêu trên, và bắt kịp với nhịp độ phát triển của các nƣớc trong khu vực.

Tổng công ty giấy Việt Nam đã đề xuất phƣơng án quy hoạch cho dự án xây dựng và mở rộng 11 nhà máy bột giấy và giấy từ nay cho đến năm 2009 [7]. Giới thiệu về nguyên liệu rơm rạ. Đặc điểm của nguyên liệu rơm rạ: Thành phần hóa học của nguyên liệu rơm rạ. Thành phần hoa học của rơm rạ [5].

STT Thành phần hóa học Hàm lƣợng (%) cellulose (%) 37 1 2 Lignin (%) 18,3 3 Pentôzan (%) 22 4 Tro (%) 14,2 5 Silic (%) 12,2 6 Các chất tan trong - NaOH (1%) 43,9 - Nƣớc nóng (%) 12,9 - Nƣớc lạnh (%) 10 7 Các chất nhựa (%) 5 Rơm rạ cũng có cấu trúc không đồng nhất theo cả hai chiều dọc và mặt cắt ngang của thân. Xét theo chiều dọc thì rơm rạ chia làm bốn phần: phần thân, bẹ lá, lá và bông lúa. Trong đó, phần lá chiếm 20% trọng lƣợng không có giá trị, gây trở ngại cho quá trình sản xuất. Do vậy mà, để sản xuất ngƣời ta có những thiết bị đặc biệt loại lá sơ bộ trƣớc khi nấu.

Nếu xét theo mặt cắt ngang của rơm rạ thì có thể chia ra làm ba lớp: - Lớp ngoài cùng là lớp vỏ bọc hay còn gọi là lớp thứ sinh: lớp này chứa nhiều lignin, tƣơng đối dầy, ít bị trƣơng nở trong quá trình nấu và nghiền. 7 Nhìn chung lớp này cứng và dòn dễ bị phá vỡ thành mảnh nhỏ trong quá trình xử lý và chế biến. - Lớp thứ hai: là lớp giầu cellulose, ít lignin hơn cả, dễ thẩm thấu hóa chất, dễ trƣơng nở trrong quá trình xử lý. Đây là lớp có giá trị nhất trong sản xuất bột giấy.

- Lớp thứ ba: rất mỏng và yếu dễ bị phá hủy trong các môi trƣờng kiềm và axit cũng nhƣ tác động cơ học. Kích thƣớc sơ xợi của rơm rạ[5]. Chiều dài Đƣờng kính Tỷ lệ Tên nguyên liệu L(mm) D(µm) L/D STT 1 Rơm rạ 0,9 9 100 Nguyên liệu rơm rạ nhìn chung là có kết cấu tơi xốp, nhiều lỗ nhỏ, trong quá trình sản xuất bột giấy chúng dễ dàng thẩm thấu dịch nấu, điều đó cho thấy loại nguyên liệu này dễ dàng nấu hơn so với nguyên liệu gỗ. Từ góc độ hình thái sợi mà nói, sợi của nguyên liệu rơm rạ là ngắn nhất, trung bình khoảng 1mm, độ rộng khoảng 8mm.

Đặc điểm về tổ thành hoá học của nguyên liệu rơm rạ là hàm lƣợng đƣờng pentose khá cao, thông thƣờng vào khoảng 20% hoặc cao hơn, sợi nguyên liệu dễ thẩm thấu nƣớc, độ thấu sáng của trang giấy tạo thành cao. Chất chiết suất trong 1% NaOH cao, hiệu suất bột khá thấp.