Nghiên cứu tạo bột giấy từ thân cây ngô bằng phương pháp xút-Anthraquinone

Khám phá quy trình sản xuất bột giấy từ thân cây ngô bằng phương pháp xút và xúc tác AQ hiệu quả, bền vững cho ngành công nghiệp giấy.

• Tác giả: Nguyễn Thị Thảo
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Minh Nguyệt
• Trường học: Trường Đại học Lâm Nghiệp
• Chuyên ngành: Chế biến lâm sản
• Đề tài: Nghiên cứu quá trình nấu bột giấy từ thân cây ngô bằng phương pháp xút có bổ sung chất xúc tác (Anthraquinone)
• Loại tài liệu: khóa luận
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Xuân Mai

Tóm tắt

I. Cách tạo bột giấy từ thân cây ngô Tiềm năng chưa khai phá

Ngành công nghiệp giấy Việt Nam đang đối mặt với nhu cầu tiêu thụ ngày càng tăng, dự báo đạt 33,5 kg/người/năm vào 2020. Tuy nhiên, nguồn cung nguyên liệu truyền thống như gỗ rừng trồng và gỗ tự nhiên không đủ đáp ứng, dẫn đến việc phải nhập khẩu tới 43% sản lượng bột giấy hàng năm. Điều này tạo ra một áp lực lớn về chi phí và sự phụ thuộc vào thị trường thế giới. Để giải quyết vấn đề này, việc nghiên cứu các nguồn nguyên liệu phi gỗ, đặc biệt là phế liệu nông nghiệp, đang trở thành một hướng đi chiến lược. Trong đó, thân cây ngô nổi lên như một nguồn tài nguyên dồi dào, giá rẻ và chưa được khai thác hiệu quả. Hàng năm, một lượng lớn thân cây ngô bị loại bỏ sau thu hoạch, thường được dùng làm chất đốt hoặc bỏ đi, gây lãng phí. Việc nghiên cứu tạo bột giấy từ thân cây ngô không chỉ mở ra một nguồn cung cấp nguyên liệu mới mà còn góp phần giải quyết vấn đề môi trường và tăng thêm giá trị kinh tế cho ngành nông nghiệp. Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng phương pháp xút có bổ sung xúc tác Anthraquinone để tối ưu hóa quy trình, nâng cao hiệu suất và chất lượng bột giấy. Đây là một giải pháp công nghệ tiên tiến, hứa hẹn mang lại hiệu quả kinh tế cao và thúc đẩy sự phát triển bền vững cho ngành giấy Việt Nam. Bằng cách tận dụng nguồn phế thải sẵn có, ngành công nghiệp có thể giảm chi phí sản xuất, giảm phụ thuộc nhập khẩu và tạo ra các sản phẩm thân thiện với môi trường.

1.1. Thực trạng ngành công nghiệp giấy Việt Nam hiện nay

Ngành giấy Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển mạnh mẽ nhưng cũng đối mặt với nhiều thách thức. Mức tiêu thụ giấy bình quân đầu người liên tục tăng, từ 8 kg/người năm 2000 lên 13 kg/người năm 2004 và dự kiến đạt 22,5 kg/người năm 2010. Sự tăng trưởng này đòi hỏi một lượng lớn bột giấy, trong khi năng lực sản xuất trong nước còn hạn chế. Các doanh nghiệp phải nhập khẩu một tỷ lệ lớn bột giấy, chịu ảnh hưởng trực tiếp từ biến động giá cả thế giới. Theo Hiệp hội giấy Việt Nam, toàn ngành có khoảng 300 đơn vị sản xuất, nhưng phần lớn là quy mô nhỏ, công nghệ chưa hiện đại. Sự mất cân đối giữa sản xuất bột và giấy là một bài toán lớn, cần có những giải pháp đột phá về nguồn nguyên liệu để đảm bảo sự phát triển ổn định và bền vững.

1.2. Thân cây ngô Nguồn phế liệu nông nghiệp đầy hứa hẹn

Thân cây ngô (Zea mays), một loại phế liệu nông nghiệp phổ biến tại Việt Nam, lại là một nguồn nguyên liệu tiềm năng cho công nghệ sản xuất giấy. Hiện tại, thân cây ngô chủ yếu được dùng làm chất đốt hoặc bị loại bỏ, gây lãng phí tài nguyên. Tuy nhiên, các phân tích cho thấy thân cây ngô có thành phần hóa học phù hợp để sản xuất bột giấy. Cụ thể, hàm lượng cellulose trong thân cây ngô là 39,65% và hàm lượng lignin là 17,67%. Hàm lượng lignin tương đối thấp là một lợi thế, giúp quá trình nấu và tẩy trắng bột trở nên dễ dàng và tiết kiệm hóa chất hơn. Việc tận dụng thân cây ngô không chỉ giải quyết vấn đề nguyên liệu cho ngành giấy mà còn mang lại thu nhập bổ sung cho người nông dân, góp phần bảo vệ môi trường.

II. Thách thức khi tạo bột giấy từ thân cây ngô và giải pháp

Việc sử dụng nguyên liệu phi gỗ như thân cây ngô để sản xuất bột giấy mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng đi kèm với không ít thách thức. Một trong những khó khăn lớn nhất là hiệu quả của quá trình nấu. Các phương pháp truyền thống thường cho hiệu suất bột giấy thấp và chất lượng bột không ổn định. Cụ thể, trong quá trình nấu bằng phương pháp xút, không chỉ lignin bị loại bỏ mà một phần đáng kể cellulose và hemicellulose cũng bị phân hủy, làm giảm hiệu suất và độ bền của bột. Điều này đặc biệt rõ rệt đối với các loại nguyên liệu thân thảo như cây ngô. Các nghiên cứu trước đây, ví dụ của Nguyễn Việt Dũng (2010), khi nấu thân cây ngô bằng phương pháp xút ở 170°C, chỉ đạt hiệu suất 39-41%. Để vượt qua rào cản này, việc cải tiến công nghệ là vô cùng cần thiết. Giải pháp được đề xuất trong nghiên cứu này là bổ sung xúc tác Anthraquinone (AQ) vào dịch nấu. Anthraquinone hoạt động như một chất xúc tác oxy hóa-khử, có tác dụng kép: một mặt, nó thúc đẩy quá trình phân hủy và hòa tan lignin, giúp bột chín đều và nhanh hơn; mặt khác, nó bảo vệ các mạch cellulose khỏi sự phân hủy trong môi trường kiềm, từ đó giúp tăng hiệu suất bột giấy một cách đáng kể. Hướng tiếp cận này không chỉ giải quyết được bài toán về hiệu suất mà còn có thể giảm nhiệt độ và thời gian nấu, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí sản xuất.

2.1. Vấn đề phân hủy cellulose trong phương pháp nấu kiềm

Trong phương pháp xút (nấu kiềm), môi trường có độ pH cao (13-14) không chỉ tấn công và phá vỡ cấu trúc của lignin mà còn gây ra các phản ứng không mong muốn lên carbohydrate, đặc biệt là cellulose. Các phản ứng như "bóc tách" (peeling reaction) và thủy phân kiềm tính làm cắt ngắn các chuỗi phân tử cellulose, dẫn đến giảm độ bền cơ lý của xơ sợi và làm giảm hiệu suất bột giấy. Đây là một nhược điểm cố hữu của phương pháp nấu kiềm truyền thống. Việc kiểm soát các phản ứng này là chìa khóa để nâng cao chất lượng bột từ các nguyên liệu phi gỗ.

2.2. Sự cần thiết của chất xúc tác trong quy trình công nghệ

Để khắc phục nhược điểm của phương pháp nấu kiềm, việc sử dụng chất xúc tác là một giải pháp hiệu quả. Xúc tác Anthraquinone (AQ) được chứng minh là có khả năng cải thiện đáng kể tính chọn lọc của quá trình nấu. Nó giúp tăng tốc độ khử lignin trong khi lại ức chế sự phân hủy của cellulose. Theo cơ chế tuần hoàn oxy hóa-khử, AQ bảo vệ các nhóm cuối khử của carbohydrate, ngăn chặn phản ứng bóc tách. Nhờ đó, có thể thu được bột giấy với hiệu suất cao hơn và chất lượng tốt hơn ở điều kiện nấu ôn hòa hơn (nhiệt độ thấp hơn, thời gian ngắn hơn). Điều này làm cho việc tạo bột giấy từ thân cây ngô trở nên khả thi và hiệu quả hơn về mặt kinh tế.

III. Hướng dẫn quy trình tạo bột giấy từ ngô bằng phương pháp xút

Quy trình tạo bột giấy từ thân cây ngô bằng phương pháp xút bao gồm nhiều công đoạn được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng. Đầu tiên là khâu chuẩn bị nguyên liệu. Thân cây ngô sau khi thu hoạch được loại bỏ rễ, lá, sau đó cắt thành đoạn ngắn (20-30cm) và sấy ở nhiệt độ 40-50°C để tránh làm biến đổi thành phần hóa học. Sau khi khô, nguyên liệu được chặt thành dăm có kích thước tiêu chuẩn (dài 15-25mm, dày 3-7mm) để đảm bảo dịch nấu thẩm thấu đồng đều. Tiếp theo là công đoạn nấu bột, trái tim của toàn bộ quy trình. Dịch nấu được chuẩn bị từ NaOH với nồng độ xác định (ví dụ 100 g/l). Dăm ngô khô tuyệt đối được nạp vào nồi nấu cùng với dịch nấu và xúc tác Anthraquinone theo tỷ lệ đã tính toán. Các thông số công nghệ quan trọng như mức dùng kiềm (ví dụ 20% theo Na₂O), tỷ lệ dịch (ví dụ 1/10), nhiệt độ bảo ôn (ví dụ 80°C) và thời gian bảo ôn (ví dụ 60 phút) được khống chế nghiêm ngặt theo khúc tuyến nấu đã chọn. Quá trình gia nhiệt và quay đảo nồi nấu giúp hóa chất tiếp xúc đều với nguyên liệu. Sau khi kết thúc quá trình nấu, bột được tháo ra, tách khỏi dịch đen và đưa qua công đoạn rửa sạch bằng nước để loại bỏ hoàn toàn hóa chất dư thừa và các sản phẩm phân hủy của lignin. Cuối cùng, bột được vắt kiệt nước và xác định hiệu suất trước khi chuyển sang các công đoạn phân tích chất lượng sâu hơn.

3.1. Các bước chuẩn bị và tạo dăm từ thân cây ngô

Chất lượng của dăm nguyên liệu ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả thẩm thấu hóa chất và độ đồng đều của bột. Thân cây ngô cần được xử lý sạch, phơi hoặc sấy khô để đạt độ ẩm ổn định (khoảng 10,63% trong nghiên cứu). Quá trình sấy ở nhiệt độ thấp giúp bảo toàn cấu trúc cellulose. Sau đó, thân cây được đưa vào máy chặt để tạo dăm. Kích thước dăm phải đồng đều, đặc biệt là chiều dày, vì nó quyết định tốc độ thẩm thấu của dịch nấu vào sâu bên trong các mao quản của nguyên liệu. Dăm không đạt chuẩn (quá to hoặc quá nhỏ) sẽ ảnh hưởng đến chất lượng nấu, gây ra hiện tượng bột chưa chín hoặc quá chín.

3.2. Các thông số công nghệ chính trong quá trình nấu

Việc kiểm soát các thông số công nghệ là yếu tố quyết định đến hiệu suất bột giấy và chất lượng bột. Các thông số chính bao gồm: Mức dùng kiềm, là tỷ lệ phần trăm kiềm hoạt tính so với nguyên liệu khô, ảnh hưởng đến khả năng phân hủy lignin. Tỷ lệ dịch, là tỷ lệ giữa nguyên liệu và tổng thể tích dịch nấu, ảnh hưởng đến nồng độ hóa chất. Nhiệt độ và thời gian bảo ôn là hai yếu tố then chốt, quyết định tốc độ phản ứng hóa học. Nếu nhiệt độ quá cao hoặc thời gian quá dài, cellulose sẽ bị phân hủy mạnh. Ngược lại, nếu không đủ, lignin sẽ không được loại bỏ triệt để, dẫn đến bột cứng và còn nhiều dăm sống.

IV. Tối ưu hiệu suất tạo bột giấy từ ngô bằng Anthraquinone

Vai trò của xúc tác Anthraquinone (AQ) trong việc nâng cao hiệu quả của quy trình công nghệ nấu bột giấy đã được chứng minh rõ rệt qua các kết quả thực nghiệm. Khi tiến hành nấu bột từ thân cây ngô bằng phương pháp xút mà không bổ sung chất xúc tác (mẻ đối chứng), hiệu suất bột giấy tinh chỉ đạt 33,83% và tỷ lệ dăm sống còn lại khá cao (10,95%). Điều này cho thấy quá trình nấu diễn ra không triệt để, lignin chưa được loại bỏ hoàn toàn. Tuy nhiên, một sự thay đổi ngoạn mục đã xảy ra khi bổ sung AQ vào dịch nấu, ngay cả ở nồng độ rất thấp. Với mức dùng chỉ 0,2% AQ, hiệu suất bột đã tăng vọt lên 42,36% và không còn dăm sống. Khi tăng mức dùng AQ lên 0,4% và 0,6%, hiệu suất tiếp tục tăng lên tương ứng là 51,32% và 54,84%. Kết quả này khẳng định xúc tác Anthraquinone có tác động mạnh mẽ đến việc cải thiện hiệu suất bột giấy. Cơ chế đằng sau sự cải thiện này là do AQ đã thúc đẩy quá trình phân hủy lignin diễn ra nhanh hơn và hiệu quả hơn, đồng thời tạo ra một lớp màng bảo vệ, ngăn chặn sự phân hủy của cellulose và hemicellulose trong môi trường kiềm khắc nghiệt. Nhờ đó, lượng bột thu được không chỉ nhiều hơn mà chất lượng cũng được cải thiện, bột chín đều và có màu sáng hơn.

4.1. Cơ chế tác động của Anthraquinone trong môi trường kiềm

Anthraquinone (AQ) hoạt động theo một chu trình oxy hóa-khử tuần hoàn. Trong môi trường kiềm của dịch nấu, AQ đầu tiên sẽ oxy hóa các nhóm cuối có tính khử của phân tử carbohydrate (cellulose, hemicellulose) thành các nhóm axit aldonic. Quá trình này giúp ổn định các chuỗi polysaccharide, ngăn chặn phản ứng "bóc tách" làm suy giảm mạch. Đồng thời, bản thân AQ bị khử thành Anthrahydroquinone (AHQ). Dạng AHQ này sau đó phản ứng với lignin, làm đứt gãy các liên kết β-O-4, là loại liên kết phổ biến và bền vững nhất trong cấu trúc lignin. Sau khi phản ứng, AHQ lại bị oxy hóa trở về dạng AQ và tiếp tục chu trình. Quá trình này lặp đi lặp lại, giúp tăng tốc độ khử lignin một cách hiệu quả.

4.2. So sánh hiệu suất bột khi có và không có chất xúc tác

Sự khác biệt về hiệu suất là minh chứng rõ ràng nhất cho hiệu quả của xúc tác Anthraquinone. Biểu đồ kết quả cho thấy một bước nhảy vọt về hiệu suất khi có sự hiện diện của AQ. Hiệu suất bột tăng từ 33,83% (đối chứng) lên 54,84% (với 0,6% AQ), tức là tăng hơn 62%. Điều quan trọng hơn là tỷ lệ dăm sống giảm từ 10,95% xuống 0% ngay cả ở mức dùng AQ thấp nhất (0,2%). Điều này có nghĩa là AQ không chỉ làm tăng lượng bột thu được mà còn cải thiện độ chín của bột, giúp quá trình sản xuất ổn định và hiệu quả hơn, giảm thiểu lượng nguyên liệu không được chuyển hóa.

V. Kết quả đột phá về chất lượng bột giấy từ thân cây ngô

Ngoài việc cải thiện đáng kể về hiệu suất, việc bổ sung xúc tác Anthraquinone còn mang lại những kết quả đột phá về chất lượng bột giấy sau nấu. Hai chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất lượng bột là hàm lượng α-cellulose và hàm lượng lignin còn lại. Kết quả phân tích cho thấy, hàm lượng α-cellulose, thành phần chính quyết định độ bền của giấy, tăng dần theo mức dùng chất xúc tác. Ở mẻ đối chứng, hàm lượng α-cellulose là 76,62%, trong khi ở mẻ nấu với 0,6% AQ, con số này đã tăng lên đến 90,90%. Điều này chứng tỏ AQ đã bảo vệ hiệu quả các mạch cellulose khỏi sự phá hủy của môi trường kiềm. Song song đó, hàm lượng lignin còn lại trong bột giảm mạnh, thể hiện mức độ loại bỏ lignin hiệu quả hơn. Hàm lượng lignin giảm từ 16,19% ở mẻ đối chứng xuống chỉ còn 7,24% ở mẻ nấu với 0,6% AQ. Lượng lignin còn lại thấp đồng nghĩa với việc bột có độ trắng tự nhiên cao hơn, giúp giảm bớt gánh nặng cho công đoạn tẩy trắng sau này, tiết kiệm hóa chất và giảm tác động đến môi trường. Từ những kết quả này, có thể đề xuất một chế độ công nghệ tối ưu để tạo bột giấy từ thân cây ngô, cân bằng giữa hiệu suất, chất lượng và chi phí.

5.1. Phân tích hàm lượng α Cellulose và Lignin còn lại

Sự gia tăng hàm lượng α-cellulose và sự sụt giảm hàm lượng lignin là hai mặt của cùng một quá trình: tính chọn lọc của quá trình nấu được cải thiện. Xúc tác Anthraquinone giúp tác nhân nấu tập trung tấn công vào lignin mà ít ảnh hưởng đến cellulose. Cụ thể, hàm lượng α-cellulose tăng từ 76,62% lên 81,90%, 87,51% và 90,90% tương ứng với các mức dùng AQ là 0,2%, 0,4% và 0,6%. Ngược lại, hàm lượng lignin giảm từ 16,19% xuống 12,32%, 10,40% và 7,24%. Các số liệu này cho thấy bột giấy thu được có độ tinh khiết cao hơn, là cơ sở để sản xuất các loại giấy chất lượng.

5.2. Đề xuất chế độ công nghệ tối ưu cho sản xuất thực tế

Dựa trên toàn bộ kết quả nghiên cứu, một chế độ công nghệ tối ưu cho việc tạo bột giấy từ thân cây ngô bằng phương pháp xút có thể được đề xuất. Các thông số cơ bản bao gồm: Mức dùng kiềm 20% (theo Na₂O), tỷ lệ dịch 1/10, thời gian bảo ôn 60 phút và nhiệt độ bảo ôn 80°C. Về chất xúc tác, mức dùng Anthraquinone trong khoảng 0,2% - 0,4% được xem là hợp lý nhất. Ở mức này, hiệu suất bột giấy đã rất cao (trên 42-51%), bột chín hoàn toàn (không còn dăm sống), và chất lượng bột tốt. Việc sử dụng mức xúc tác cao hơn (0,6%) tuy có tăng thêm hiệu suất nhưng mức tăng không còn đột biến, cần cân nhắc yếu tố chi phí trong sản xuất công nghiệp.

VI. Tương lai ngành giấy Ứng dụng bột giấy từ thân cây ngô

Nghiên cứu này đã khẳng định tính khả thi và hiệu quả của việc tạo bột giấy từ thân cây ngô bằng phương pháp xút có bổ sung xúc tác Anthraquinone. Đây không chỉ là một giải pháp tình thế cho vấn đề thiếu hụt nguyên liệu mà còn mở ra một hướng phát triển bền vững cho toàn ngành công nghiệp giấy Việt Nam. Bột giấy thu được từ thân cây ngô có chất lượng tốt, đặc biệt là hàm lượng α-cellulose cao và hàm lượng lignin còn lại thấp, phù hợp để sản xuất nhiều loại giấy khác nhau, từ giấy in, giấy viết đến giấy bao bì. Việc ứng dụng công nghệ này vào thực tiễn sẽ mang lại lợi ích kép: về kinh tế, giúp doanh nghiệp giảm chi phí nhập khẩu bột, chủ động nguồn cung và nâng cao năng lực cạnh tranh; về xã hội và môi trường, giúp tận dụng hiệu quả nguồn phế liệu nông nghiệp, tạo thêm thu nhập cho nông dân và giảm thiểu ô nhiễm do đốt bỏ phế thải. Tuy nhiên, để đưa công nghệ này vào sản xuất quy mô lớn, cần có thêm các nghiên cứu sâu hơn về quy trình bảo quản nguyên liệu để tránh nấm mốc, cũng như các nghiên cứu về tính chất cơ lý của giấy thành phẩm. Tương lai của ngành giấy Việt Nam sẽ trở nên sáng sủa hơn khi có thể khai thác và phát triển các nguồn tài nguyên bản địa một cách thông minh và hiệu quả.

6.1. Khả năng ứng dụng thực tiễn và lợi ích kinh tế

Với hiệu suất bột giấy cao (đạt trên 50%) và chất lượng bột tốt, việc sản xuất ở quy mô công nghiệp là hoàn toàn khả thi. Lợi ích kinh tế đến từ việc sử dụng nguồn nguyên liệu giá rẻ, sẵn có, thay thế cho bột giấy nhập khẩu đắt đỏ. Hơn nữa, quy trình công nghệ với nhiệt độ nấu thấp (80°C) và thời gian ngắn giúp tiết kiệm đáng kể chi phí năng lượng. Việc thương mại hóa sản phẩm bột giấy từ thân cây ngô sẽ tạo ra một chuỗi giá trị mới, kết nối ngành nông nghiệp và công nghiệp, đóng góp vào sự phát triển chung của nền kinh tế.

6.2. Hướng nghiên cứu và phát triển trong tương lai

Để hoàn thiện công nghệ, các hướng nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào một số vấn đề. Thứ nhất, nghiên cứu quy trình bảo quản thân cây ngô sau thu hoạch để đảm bảo chất lượng ổn định quanh năm. Thứ hai, kiểm tra chi tiết các tính chất cơ lý (độ bền kéo, độ bền xé, độ chịu gấp) và quang học (độ trắng, độ đục) của tờ giấy được sản xuất từ loại bột này. Thứ ba, nghiên cứu tối ưu hóa quy trình tẩy trắng để tạo ra các sản phẩm bột giấy có độ trắng cao, đáp ứng yêu cầu đa dạng của thị trường. Những nghiên cứu này sẽ là nền tảng vững chắc để đưa bột giấy từ phế liệu nông nghiệp trở thành một sản phẩm chủ lực của ngành giấy Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Việt Nam đã gia nhập WTO, tiến trình cam kết mở cửa thị trƣờng đƣợc thực hiện đồng thời các rào cản thƣơng mại, bảo hộ cũng không còn. Ngành giấy đƣợc đón nhận những thông tin đầu tƣ hết sức hấp dẫn, do đó giấy là một trong những ngành kinh tế vô cùng quan trọng của nền kinh tế quốc dân hiện nay. Giấy không chỉ là phƣơng tiện để ghi chép, in ấn, lƣu trữ hay trao đổi thông tin mà giấy còn đƣợc xem nhƣ một chỉ số để đánh giá sự tiến bộ của nhân loại. Cùng với sự phát triển kinh tế, khoa học kĩ thuật và công nghệ, đời sống vật chất, tinh thần của con ngƣời không ngừng nâng cao, dân số tăng kéo theo nhu cầu sử dụng giấy tăng lên.

Mức tiêu thụ giấy bình quân đầu ngƣời của Việt Nam năm 2000 là 8 kg/ngƣời/năm, năm 2004 là 13 kg/ngƣời/năm. Theo dự báo, mức tiêu thụ giấy bình quân đầu ngƣời/năm của Việt Nam năm 2010 và năm 2020 ƣớc đạt 22,5 và 33,5 kg (bản công bố thông tin Công ty Cổ phần Giấy Tân Mai). Để đáp ứng đủ nhu cầu về giấy, ngành công nghiệp giấy cần một lƣợng nguyên liệu rất lớn , hàng năm cả nƣớc phải nhập 43% sản lƣợng nguyên liệu bột giấy. Gỗ tự nhiên và gỗ rừng trồng là không đủ, vì vậy vấn đề đặt ra trƣớc mắt cho ngành công nghiệp sản xuất giấy – bột giấy là phải cung cấp đầy đủ cho nhu cầu sử dụng của con ngƣời.

Việc nghiên cứu phƣơng pháp để tận dụng hiệu quả các loại nguyên liệu là phế thải của ngành nông nghiệp đang là một hƣớng nghiên cứu mới có nhiều triển vọng đƣợc các nhà khoa học quan tâm và việc nghiên cứu bổ sung các chât xúc tác trong quá trình nấu để nâng cao hiệu suất bột là vô cùng cần thiết. Xuất phát từ yêu cầu đó đồng thời đƣợc sự đồng ý của Giáo viên hƣớng dẫn và Bộ môn Khoa học gỗ, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu quá trình nấu bột giấy từ thân cây ngô bằng phương pháp xút có bổ sung chất xúc tác (Anthraquinone)” CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1. Mục tiêu, đối tƣợng, phạm vi, nội dung và phƣơng thức nghiên cứu 1. Mục tiêu Xác định đƣợc ảnh hƣởng của chất xúc tác đến hiệu suất và chất lƣợng bột giấy sau nấu.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Thân cây ngô (phế liệu nông nghiệp) - Cây ngô đƣợc trồng tại thôn Yên Thái – xã Đông Yên – huyện Quốc Oai – Hà Nội. - Phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung xem xét ảnh hƣởng của chất xúc tác đến quá trình nấu bột từ thân cây ngô bằng phƣơng pháp xút. Nội dung nghiên cứu * Nội dung phục vụ nghiên cứu: - Thu thập nguyên liệu và tạo mẫu nghiên cứu. - Xác định độ ẩm của nguyên liệu.

- Pha chế dịch nấu xút (nồng độ 100 g/l). * Nội dung chính: - Nghiên cứu ảnh hƣởng của chất xúc tác đến hiệu suất bột và chất lƣợng bột sau nấu (đề tài tiến hành nghiên cứu với các mức dùng chất xúc tác Antraquinone khác nhau: 0,2%, 0,4%, 0,6% so với nguyên liệu và các mẻ nấu này đều đƣợc thực hiện ở nhiệt độ nấu là 80oC, thời gian bảo ôn là 60 phút). - Đánh giá chất lƣợng bột sau nấu: xác định hàm lƣợng α – cellulose và xác định hàm lƣợng lignin còn lại trong bột sau nấu. Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp thực nghiệm: tiến hành thực nghiệm nấu bột giấy từ thân cây ngô và xác định hiệu suất bột sau nấu đồng thời xác định hàm lƣợng lignin còn lại trong bột.

- Phƣơng pháp kế thừa: kế thừa các kết quả nghiên cứu của các chuyên đề, đề tài có liên quan. - Phƣơng pháp tiêu chuẩn. Tổng quan về ngành giấy 1. Lịch sử phát triển ngành 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 là viết hoặc khắc lên các vật liệu nhƣ gỗ, tre trúc, đá hoặc xƣơng động vật, đến những năm cuối của thời Xuân Thu lại dùng những tấm lụa mỏng để viết chữ, ngƣời Ai Cập biết dùng loài cỏ bên bờ sông Nile, ngƣời Ấn Độ thì sử dụng lá cây, ngƣời Hi Lạp dùng đồ gốm sứ,… làm vật liệu để viết.

Đến thời Đông Hán của Trung Quốc, Thái Luân tổng kết lại những kinh nghiệm của ngƣời đi trƣớc và đến năm 105 sau công nguyên, ông đã đề xuất ra sử dụng vỏ cây đay gai, rẻ rách, lƣới đánh cá dùng làm nguyên liệu để sản xuất ra bột giấy và giấy, đƣợc thế giới công nhận là ngƣời đầu tiên phát minh ra kĩ thuật sản xuất giấy (1). Nhà máy giấy đầu tiên trên thế giới xuất hiện ở Châu Âu gần Cordoba, sau đó là Seville. Nhà máy đầu tiên ở Ý đƣợc xây dựng gần Fabriano khoảng năm 1250. Vào khoảng thế kỉ XIII, xuất hiện loai giấy nghệ thuật tại Pháp, nhƣng phải đến năm 1384 tại Troyes mới có Nhà máy giấy, sau đó là Essones.

Năm 1445, Gutenberg (Đức) phát minh ra máy in. Tháng Giêng năm 1799, Louis – Nicolas Robert (1761 - 1828), một đốc công trẻ của Nhà máy ở Essones cùng cha đã phát minh ra máy xeo giấy liên tục. Đây là mốc lịch sử quan trọng vì từ đây giấy đƣợc sản xuất nhanh hơn, nhiều hơn và rẻ hơn. Năm 1825, sản lƣợng giấy khổng lồ đã đạt đƣợc tại Châu Âu, Mĩ.

Riêng năm 1850, có hơn 300 máy xeo giấy tại Anh và Pháp (2). Công nghệ sản xuất giấy tiếp tục phát triển mạnh cùng với sự phát triển ngành công nghiệp giấy. Cuối thế kỷ XX, trên thế giới có khoảng gần 5900 nhà máy, xí nghiệp sản xuất các bán thành phẩm xơ sợi với tổng công suất gần 220 triệu tấn/năm, 8830 nhà máy sản xuất giấy và cacton các loại, tổng công suất 350 triệu tấn/năm, hàng ngàn doanh nghiệp, cơ sở vừa và nhỏ đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của nhân loại về giấy và các sản phẩm giấy (2).1: Quy mô trung bình các doanh nghiệp sản xuất bột giấy và giấy Quy mô công suất (tấn/nhà máy/năm) NƢỚC, KHU VỰC Nhà máy bột Nhà máy giấy giấy Indonesia 370.400 (Nguồn:Bài giảng công nghệ sản xuất bột giấy, Lê Quang Diễn) Sự lên xuống thất thƣờng của giá bột sẽ tiếp tục gây khó dễ cho ngành công nghiệp giấy. Cơ chế cung cấp bột giấy theo hợp đồng dài hạn và giá cố định có lợi cho ngƣời sản xuất giấy cũng nhƣ ngƣời sản xuất bột giấy, vì nó làm giảm các rủi ro trong kinh doanh.

Sản xuất bột giấy toàn cầu khoảng 200 triệu tấn sẽ tăng trƣởng khoảng 3,6% /năm; trong đó bột tái sinh chiếm khoảng trên 50%, bột hóa và bột cơ cũng đều tiếp tục tăng (7). Đáp ứng nhu cầu đang tăng lên của thị trƣờng, từ năm 2001 – 2005 đã có khoảng 24 triệu tấn công suất sản xuất giấy mới đƣợc lắp đặt trên toàn thế giới, trong đó khoảng 51% lắp dặt tại Trung Quốc. Điều này chứng tỏ tính sát thực của dự báo và tiềm năng to lớn của ngành sản xuất bột giấy và giấy trên thế giới nói chung và khu vực cũng nhƣ Việt Nam nói riêng trong tƣơng lai. Sản xuất bột hóa học, bột cơ tăng trƣởng 2,05 – 2,84% hàng năm (bột kraft tẩy trắng sản xuất từ gỗ cứng – BHKP).

Sản xuất bột tái sinh sẽ tăng trƣởng cao vào khoảng 2,9%/năm (7). Công suất giấy tăng trƣởng liên tục ở Châu Á làm nhu cầu bột bùng phát. Sản xuất bột có chi phí cao sẽ chuyển dịch xuống các Quốc gia phƣơng Nam Á và Đông Nam Á để giảm chi phí. Sự bành trƣớng năng lực sản xuất bột sẽ diễn ra ở Châu Mĩ La Tinh, Nga và Đông Nam Á (7).

Hiện nay, các Tập đoàn sản xuất giấy và bột giấy đã tự quy hoạch (theo quốc gia) nguồn rừng nguyên liệu chiến lƣợc và Việt Nam cũng là điểm đến của các Tập đoàn này (7). Ngành giấy Việt Nam 1. Bối cảnh ra đời và những bƣớc phát triển ban đầu Việt Nam và Trung Quốc có địa hình liền kề, nền chính trị ràng buộc nên nghề giấy ở Việt Nam cũng phát triển rất sớm. Trong quá trình hình thành và phát triển của nghề làm giấy đã nổi lên một số vùng, một số làng đƣợc cả nƣớc biết tên.

Đó là vùng giấy ở ngoại vi phía tây thành Thăng Long, Yên Hòa - Kẻ Bƣởi…(8) Cùng với tiến trình lịch sử, có một số nhà máy giấy quy mô tƣơng đối lớn đã ra đời, đó là nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ (tiền thân là nhà máy giấy Đáp Cầu của Pháp), nhà máy giấy Lửa Việt, nhà máy giấy Lam Sơn…(8) Năm 1959, nhà máy giấy Việt Trì đƣợc xây dựng với công suất 18. Cũng trong thời gian này, công ty giấy và hóa phẩm Đồng Nai (Cogido) ra đời và tiếp đó là công ty kỹ nghệ giấy Việt Nam (Cogivina). Năm 1982, ra đời nhà máy Giấy Bãi Bằng quy mô lớn và hiện đại nhất cả nƣớc với công suất 55.000 tấn/năm, đem lại hi vọng lớn cho ngành giấy toàn quốc (8). Thực trạng ngành giấy Việt Nam hiện nay Nền kinh tế nƣớc ta đang trên đà phát triển, ngành công nghiệp nói chung và ngành giấy nói riêng đang đứng trƣớc những cơ hội và thách thức rất lớn.

Hiện nay, ngành sản xuất giấy trong nƣớc phải cạnh tranh rất mạnh mẽ với giấy nhập ngoại. Với công nghệ sản xuất hiện đại, giấy ngoại nhập của Thái Lan, Indonesia, Trung Quốc có chất lƣợng tốt, giá chấp nhận đƣợc đã làm cho tình hình tiêu thụ giấy sản xuất trong nƣớc gặp nhiều khó khăn (8). Theo Hiệp hội giấy Việt Nam, toàn ngành có khoảng 300 đơn vị sản xuất kinh doanh với quy mô khác nhau, gồm 7 doanh nghiệp thuộc Tổng công ty giấy Việt Nam, 6 doanh nghiệp Nhà nƣớc thuộc Hà Nội, Thanh Hóa, Nghệ An, Huế, Bình Dƣơng, Long An, còn lại là các công ty cổ phần, công ty TNHH, các HTX và doanh nghiệp tƣ nhân. Các đơn vị sản xuất phân bố khắp miền đất nƣớc nhƣng tập trung đông nhất là khu vực Bắc Ninh (khoảng 100 đơn vị) và thành phố Hồ Chí Minh (khoảng 60 đơn vị) (8).

Việt Nam đã gia nhập WTO, tiến trình cam kết mở cửa thị trƣờng sẽ đƣợc thực hiện, các rào cản thƣơng mại, bảo hộ sẽ không còn. Ngành giấy đƣợc đón nhận những thông tin đầu tƣ hết sức hấp dẫn nhƣng đồng thời sẽ phải sức ép cạnh tranh khốc liệt khi các nhà đầu tƣ nƣớc ngoài tăng cƣờng dầu tƣ sản xuất giấy tại Việt Nam. Một khi nguồn cung tăng, sẽ làm cho bài toàn tăng giá sản phẩm của ngành giấy them khó khăn, vì phải đối mặt với cuộc chiến giá cả mới. Nƣớc ta có nguồn nguyên liệu cung cấp cho ngành giấy rất lớn.