Nghiên Cứu Sản Xuất Bột Giấy Từ Bã Mía Tại Đại Học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh

Khóa luận tốt nghiệp nghiên cứu sản xuất bột giấy từ bã mía, khám phá quy trình chế biến lâm sản và ứng dụng trong ngành công nghiệp.

• Tác giả: Lê Khánh Tâm
• Người hướng dẫn: ThS. Đặng Thị Thanh Nhàn
• Trường học: Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Chế biến lâm sản
• Đề tài: Nghiên Cứu Sản Xuất Bột Giấy Từ Bã Mía
• Loại tài liệu: luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu của đề tài
• 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.3.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.4. Giới hạn phạm vi của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Khảo sát nguyên liệu dùng cho ngành công nghệ sản xuất giấy
• 2.1.1. Gỗ lá kim
• 2.1.2. Gỗ lá rộng
• 2.1.3. Tre nứa
• 2.1.4. Bã mía
• 2.1.5. Rơm rạ
• 2.1.6. Nguyên liệu khác
• 2.2. Tiêu chuẩn yêu cầu đối với nguyên liệu sản xuất bột giấy
• 2.2.1. Tiêu chuẩn về thành phần cấu tạo hóa học của nguyên liệu
• 2.2.2. Tiêu chuẩn về kích thước xơ sợi
• 2.2.3. Tiêu chuẩn về tốc độ tăng trưởng và trữ lượng
• 2.3. Tổng quan về nguyên liệu bã mía
• 2.3.1. Nguồn gốc và lịch sử hình thành phát triển của cây mía

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Sản Xuất Bột Giấy Từ Bã Mía

Nghiên cứu sản xuất bột giấy từ bã mía tại Đại Học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh là một bước tiến quan trọng trong việc tận dụng nguồn nguyên liệu phế phẩm nông nghiệp. Bã mía, một sản phẩm phụ từ ngành chế biến đường, thường bị bỏ đi hoặc xử lý không hiệu quả. Việc nghiên cứu này không chỉ giúp giảm thiểu lãng phí mà còn tạo ra một nguồn nguyên liệu bền vững cho ngành công nghiệp giấy. Theo thống kê, bã mía chiếm khoảng 25-30% trọng lượng mía, cho thấy tiềm năng lớn trong việc tái chế và sử dụng hiệu quả.

1.1. Ý Nghĩa Khoa Học Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu này sẽ cung cấp tài liệu tham khảo về các chỉ tiêu kỹ thuật và hiệu suất trong quá trình sản xuất bột giấy từ bã mía. Điều này không chỉ giúp nâng cao hiểu biết về công nghệ sản xuất mà còn mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng bã mía trong ngành công nghiệp giấy.

1.2. Tình Hình Ngành Giấy Tại Việt Nam

Ngành công nghiệp giấy tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ với hơn 500 doanh nghiệp. Tuy nhiên, nguồn nguyên liệu chủ yếu vẫn là gỗ rừng trồng và giấy thu hồi. Việc sử dụng bã mía sẽ giúp đa dạng hóa nguồn nguyên liệu, giảm áp lực lên rừng và bảo vệ môi trường.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Sản Xuất Bột Giấy Từ Bã Mía

Mặc dù bã mía có tiềm năng lớn, nhưng việc sản xuất bột giấy từ nguồn nguyên liệu này cũng gặp nhiều thách thức. Một trong những vấn đề chính là việc xử lý bã mía để loại bỏ tủy và các tạp chất khác. Ngoài ra, quy trình sản xuất cần phải được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu suất cao và chất lượng bột giấy đạt yêu cầu.

2.1. Thách Thức Trong Việc Xử Lý Bã Mía

Bã mía chứa nhiều tạp chất và tủy, việc loại bỏ chúng là cần thiết để thu được bột giấy chất lượng. Quy trình xử lý cần phải được nghiên cứu kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu quả và tiết kiệm chi phí.

2.2. Cần Thiết Phải Tối Ưu Hóa Quy Trình Sản Xuất

Để sản xuất bột giấy từ bã mía hiệu quả, cần phải tối ưu hóa các thông số trong quy trình như nhiệt độ, thời gian nấu và tỷ lệ hóa chất. Việc này sẽ giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu lãng phí nguyên liệu.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Sản Xuất Bột Giấy Từ Bã Mía

Nghiên cứu này áp dụng nhiều phương pháp khác nhau để sản xuất bột giấy từ bã mía, bao gồm phương pháp hóa học và phương pháp ngâm kiềm lạnh. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ ảnh hưởng lớn đến chất lượng bột giấy cuối cùng.

3.1. Phương Pháp Hóa Học Trong Sản Xuất Bột Giấy

Phương pháp hóa học sử dụng các hóa chất để phân hủy lignin và hemicellulose trong bã mía, giúp thu được cellulose chất lượng cao. Tuy nhiên, việc sử dụng hóa chất cần phải được kiểm soát để tránh ô nhiễm môi trường.

3.2. Phương Pháp Ngâm Kiềm Lạnh

Phương pháp ngâm kiềm lạnh là một kỹ thuật mới, giúp giảm thiểu tiêu hao hóa chất và năng lượng. Phương pháp này cho phép thu hồi cellulose một cách hiệu quả hơn, đồng thời bảo vệ môi trường.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Và Ứng Dụng Thực Tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy bã mía có thể được sử dụng hiệu quả để sản xuất bột giấy với chất lượng tương đương các nguồn nguyên liệu truyền thống. Việc ứng dụng bã mía trong sản xuất giấy không chỉ giúp giảm thiểu lãng phí mà còn tạo ra giá trị kinh tế cao cho ngành nông nghiệp.

4.1. Kết Quả Thí Nghiệm Sản Xuất Bột Giấy

Các thí nghiệm cho thấy hiệu suất thu hồi cellulose từ bã mía đạt khoảng 80%, cho thấy tiềm năng lớn trong việc sử dụng nguồn nguyên liệu này. Chất lượng bột giấy thu được cũng đạt tiêu chuẩn cao.

4.2. Ứng Dụng Bã Mía Trong Ngành Giấy

Việc ứng dụng bã mía trong sản xuất giấy sẽ giúp giảm áp lực lên nguồn nguyên liệu gỗ, đồng thời tạo ra sản phẩm thân thiện với môi trường. Điều này cũng góp phần vào việc phát triển bền vững cho ngành công nghiệp giấy tại Việt Nam.

V. Kết Luận Và Tương Lai Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu sản xuất bột giấy từ bã mía tại Đại Học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp giấy. Việc tận dụng bã mía không chỉ giúp giảm thiểu lãng phí mà còn tạo ra nguồn nguyên liệu bền vững. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giá trị cho cả ngành nông nghiệp và công nghiệp giấy.

5.1. Tương Lai Của Ngành Công Nghiệp Giấy

Ngành công nghiệp giấy có thể phát triển mạnh mẽ hơn nếu biết tận dụng các nguồn nguyên liệu phế phẩm như bã mía. Điều này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn tạo ra giá trị kinh tế cao.

5.2. Khuyến Nghị Cho Các Nghiên Cứu Tiếp Theo

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp sản xuất bột giấy từ bã mía, đồng thời mở rộng ứng dụng của bã mía trong các lĩnh vực khác. Việc này sẽ góp phần nâng cao giá trị của bã mía và giảm thiểu lãng phí trong ngành nông nghiệp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Tính đến năm 2022, ngành công nghiệp giấy Việt Nam ghi nhận năng lực sản xuất toàn ngành đạt khoảng 8,2 triệu tấn mỗi năm với hơn 500 doanh nghiệp đang hoạt động. Tuy nhiên, sản lượng thực tế chỉ đạt 5,7 triệu tấn trong khi nhu cầu tiêu thụ trong nước lên tới 6,8 triệu tấn, buộc Việt Nam phải nhập khẩu khoảng 1,8 triệu tấn giấy các loại để bù đắp sự thiếu hụt. Đáng chú ý, phân khúc giấy bao bì chiếm trên 80% tổng sản lượng tiêu thụ, đặt ra áp lực lớn đối với nguồn cung nguyên liệu xơ sợi nguyên thủy vốn đang phụ thuộc nhiều vào dăm gỗ rừng trồng và bột giấy nhập khẩu. Song song đó, ngành mía đường nội địa sau hoạt động ép lấy nước thải ra một lượng bã mía khổng lồ, chiếm tỷ lệ từ 25% đến 30% trọng lượng cây mía, cùng với 3% đến 5% mật gỉ và 1,5% đến 3% bùn lọc. Hàng triệu tấn bã mía nếu chỉ tích tụ tại các bãi chứa lộ thiên sẽ phân hủy gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và lãng phí nguồn sinh khối dồi dào.

Nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán tận dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp này thông qua việc khảo sát, thực nghiệm và so sánh toàn diện ba công nghệ chế xuất bột giấy gồm: phương pháp hóa học, phương pháp hóa cơ và phương pháp ngâm kiềm lạnh; đồng thời tối ưu hóa quy trình tẩy trắng bột không sử dụng hợp chất clo. Đề tài được triển khai thực nghiệm từ tháng 4 năm 2023 đến tháng 8 năm 2023 tại Trung tâm Nghiên cứu Chế biến Lâm sản Giấy và Bột giấy thuộc Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, phối hợp kiểm định chất lượng tại Phòng Quản lý Chất lượng của Công ty Cổ phần Giấy Sài Gòn. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc, cung cấp hệ thống thông số kỹ thuật chuẩn hóa để biến phụ phẩm nông nghiệp thành bột giấy thương phẩm, mở rộng nguồn nguyên liệu xơ sợi phi gỗ và thúc đẩy mô hình kinh tế tuần hoàn bền vững cho ngành công nghiệp giấy.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên nền tảng lý thuyết phân tách cấu trúc lignocellulose và cơ chế hòa tan lignin bằng dung dịch kiềm (Alkaline Delignification). Cấu trúc vách tế bào thực vật gồm ba thành phần polymer tự nhiên chính: cellulose liên kết theo mạch thẳng tạo bộ khung cơ học, hemicellulose (chủ yếu là pentosan) đóng vai trò chất đan kết háo nước, và lignin đóng vai trò chất keo kỵ nước gắn kết các bó sợi. Theo kết quả phân tích hóa thực vật, bã mía chứa 39,08% cellulose, 19,31% pentosan, 19,60% lignin, 1,68% độ tro và 0,53% silic. Hàm lượng cellulose này vượt ngưỡng tiêu chuẩn tối thiểu 35% cho nguyên liệu sản xuất giấy, trong khi hàm lượng lignin thấp hơn đáng kể so với gỗ lá kim (26% đến 33%) và gỗ lá rộng (16% đến 30%).

Khung lý thuyết cũng vận dụng cơ chế oxy hóa chọn lọc của hydro peroxide (H2O2) trong môi trường kiềm (pH từ 11 đến 12) ở nhiệt độ 100°C để phân cắt cấu trúc mang màu của lignin mà không làm suy thoái mạch cellulose. Bên cạnh đó, các khái niệm trọng tâm bao gồm: chỉ số Kappa (đo lường hàm lượng lignin tồn dư trong bột), hiệu suất thu hồi bột khô tuyệt đối, và các chỉ tiêu cơ lý của tờ giấy handsheet như độ bục (kgf/cm2), độ bền kéo (kN/m) cùng độ nén vòng (N).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn nguyên liệu bã mía được thu gom ngẫu nhiên tại các cơ sở chế biến nước mía trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh, sau đó tiến hành phơi khô, cắt nhỏ thành dăm mảnh có kích thước khoảng 3 cm và bảo quản kín. Nghiên cứu lấy ngẫu nhiên 5 mẫu dăm bã mía đại diện để xác định độ khô tuyệt đối theo tiêu chuẩn quốc tế SCAN-CM 39:94, tạo cơ sở tính toán nồng độ hóa chất và tỷ lệ dịch nấu chính xác cho từng mẻ thí nghiệm.

Quy trình nghiên cứu được thiết kế thành ba nhánh thực nghiệm song song:

• Phương pháp hóa học: Sử dụng tác nhân kiềm NaOH với 6 mức nồng độ khảo sát từ 15% đến 30% tính trên khối lượng khô tuyệt đối của nguyên liệu, cố định tỷ lệ dịch nấu L/W là 7/1, nhiệt độ nấu 160°C trong thời gian 90 phút với 30 phút bảo ôn xả khí tại 100°C đến 105°C.
• Phương pháp hóa cơ: Thẩm thấu dăm mía bằng dung dịch NaOH nồng độ 6%, 8% và 10% ở tỷ lệ dịch 6/1, nhiệt độ 100°C trong 180 phút, sau đó phân tách sợi trên máy nghiền Hà Lan theo tiêu chuẩn SCAN-C24:6.
• Phương pháp ngâm kiềm lạnh: Ngâm dăm mía trong dung dịch NaOH 22,5% với tỷ lệ dịch 7/1 ở điều kiện nhiệt độ phòng qua các mốc thời gian 10 ngày, 15 ngày và 20 ngày trước khi nghiền cơ học.

Bột giấy thu được sau nấu được rửa sạch bằng hệ thống rây lọc thu hồi hạt mịn, xác định hiệu suất và chỉ số Kappa theo tiêu chuẩn SCAN. Tiếp đó, bột được tẩy trắng hai giai đoạn P0-P1 bằng H2O2 (giai đoạn P0 nồng độ H2O2 4% trong 30 phút; giai đoạn P1 nồng độ H2O2 2% trong 60 phút ở nồng độ bột 12%). Bột không tẩy được tinh chế bằng máy nghiền PFI với các dải số vòng nghiền từ 0 đến 3000 vòng, xeo thành giấy handsheet định lượng chuẩn 100 ± 2 g/m2 qua hai chu kỳ ép (5 phút và 2 phút) và đo đạc độ bền cơ lý trên các thiết bị kiểm chuẩn hiện đại. Việc áp dụng các tiêu chuẩn phân tích SCAN và thiết bị chuẩn hóa giúp hạn chế tối đa sai số thực nghiệm, đảm bảo tính lặp lại và khả năng ứng dụng trực tiếp vào quy mô công nghiệp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thực nghiệm đã ghi nhận bốn phát hiện cốt lõi về chất lượng bột giấy và tính chất cơ lý của xơ sợi bã mía:

• Tối ưu hóa thành công quy trình nấu hóa học: Khi tăng hàm lượng NaOH từ 15% lên 30%, hiệu suất bột giảm đều từ 50,01% xuống 39,48%, đồng thời chỉ số Kappa giảm mạnh từ 38,50 xuống còn 15,49. Điểm tối ưu được xác lập ở mức dùng 22,5% NaOH với tỷ lệ dịch 7/1 tại 160°C trong 90 phút, mang lại hiệu suất thu hồi 46,70% và chỉ số Kappa lý tưởng là 20,94, giải phóng hoàn toàn xơ sợi và giảm thiểu tỷ lệ bột sống.
• Xác định điểm tối ưu độ bền cơ lý qua chế độ nghiền PFI: Độ bền của giấy handsheet định lượng 100 g/m2 tăng dần theo số vòng nghiền từ 0 đến 2500 vòng và suy giảm khi tăng lên 3000 vòng. Tại điểm tối ưu 2500 vòng nghiền, độ bục đạt 2,90 kgf/cm2, độ bền kéo đạt 2,27 kN/m và độ nén vòng đạt 7,80 N.
• Hiệu quả vượt trội của công nghệ tẩy trắng thân thiện môi trường: Quy trình tẩy trắng hai giai đoạn P0-P1 bằng H2O2 nâng độ trắng của bột hóa học từ mức thô ban đầu 48,18% ISO lên 71,31% ISO sau giai đoạn P0 và đạt đỉnh 74,36% ISO sau giai đoạn P1. Tổng hiệu suất thu hồi sau tẩy vẫn đạt mức cao 44,71%, chỉ suy giảm 1,99% so với bột chưa tẩy.
• Giới hạn chất lượng của phương pháp hóa cơ và ngâm kiềm lạnh: Phương pháp hóa cơ (NaOH 10%) cho hiệu suất bột thô 51,28% nhưng chỉ số Kappa còn cao ở mức 51,52. Phương pháp ngâm kiềm lạnh 20 ngày đạt hiệu suất cao 86,59% nhưng cấu trúc sợi còn thô cứng, độ trắng sau tẩy của hai phương pháp này chỉ đạt lần lượt là 55,40% ISO và 50,87% ISO.

Thảo luận kết quả

Các kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng sự kết hợp giữa nhiệt độ cao 160°C, áp suất và nồng độ kiềm 22,5% NaOH đã thúc đẩy phản ứng cắt đứt liên kết phenyl propane trong lignin, giúp tách rời các sợi cellulose có chiều dài trung bình 1,7 mm. So với gỗ lá rộng (chiều dài sợi 0,7 mm đến 1,8 mm) và gỗ lá kim (3,0 mm đến 6,0 mm), xơ sợi bã mía thuộc nhóm sợi ngắn đến trung bình nhưng có độ xốp tự nhiên cao, tạo điều kiện khuếch tán hóa chất đồng đều.

Khi đối chiếu với các nghiên cứu trước đây về bột giấy phi gỗ, bã mía cho phản ứng tẩy trắng bằng H2O2 rất nhạy bén, giúp tăng 26,18% độ trắng ISO mà không cần dùng clo nguyên tố, loại bỏ hoàn toàn nguy cơ phát sinh hợp chất độc hại furan và dioxin. Dữ liệu thực nghiệm của nghiên cứu có thể được hệ thống hóa trực quan qua bảng tổng hợp so sánh ba phương pháp nấu và biểu đồ cột biểu diễn biến thiên của chỉ số Kappa tương ứng với từng nồng độ hóa chất. Đồ thị đường thể hiện rõ xu hướng tăng trưởng của độ bục và độ bền kéo đạt đỉnh tại 2500 vòng nghiền PFI, chứng minh mức độ chổi hóa bề mặt xơ sợi diễn ra hoàn hảo giúp tối đa hóa các liên kết liên sợi hydro trong cấu trúc tờ giấy thành phẩm.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm hiện thực hóa tiềm năng sản xuất bột giấy từ bã mía trên quy mô thương mại, nghiên cứu đưa ra 4 giải pháp trọng tâm:

• Ứng dụng quy trình công nghệ nấu hóa học kiềm nóng (NaOH 22,5%, nhiệt độ 160°C, thời gian 90 phút) vào các dây chuyền sản xuất giấy bao bì công nghiệp. Mục tiêu là đạt hiệu suất thu hồi bột trên 45% và chỉ số Kappa dưới 21, thực hiện chuyển giao công nghệ trong giai đoạn 2024 - 2025 do các doanh nghiệp sản xuất giấy bao bì và carton chủ trì.
• Thiết lập hệ thống thu gom, phân loại và sơ chế bã mía tại chỗ ở các nhà máy đường công suất lớn như SOSUCO, Thành Công hay KCP. Quy trình sơ chế cần phơi sấy giảm độ ẩm xuống dưới 15% và loại bỏ triệt để 25% đến 30% lượng tủy mía để tiết kiệm thể tích vận chuyển và giảm tiêu hao hóa chất nấu. Kế hoạch hoàn thiện mô hình liên kết này diễn ra trong vòng 6 đến 12 tháng dưới sự điều phối của Hiệp hội Mía đường Việt Nam.
• Nghiên cứu bổ sung các hợp chất phụ gia tăng bền và chất trợ bảo lưu như tinh bột biến tính hoặc carboxymethyl cellulose (CMC) vào huyền phù bột trước khi xeo giấy. Mục tiêu là nâng cao độ bền kéo và độ nén vòng của giấy thêm 15% đến 20%, triển khai thử nghiệm tại các phòng kiểm định chất lượng và phòng thí nghiệm chuyên ngành trong thời gian 12 tháng.
• Mở rộng hướng nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanocellulose (CNF/CNC) từ nguồn bột bã mía đã tẩy trắng đạt độ trắng trên 74% ISO. Định hướng này nhằm chế tạo màng bao bì sinh học tự hủy dùng cho thực phẩm và y tế trong giai đoạn 2025 - 2027, do các trường đại học khối lâm nghiệp và các viện nghiên cứu vật liệu mới thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn mang lại giá trị học thuật và thực tiễn rõ ràng cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Kỹ sư công nghệ và chuyên viên R&D tại các nhà máy sản xuất giấy: Tham khảo chi tiết các thông số kỹ thuật chuẩn hóa về nồng độ NaOH, nhiệt độ nấu 160°C, tỷ lệ dịch 7/1 và chế độ nghiền PFI 2500 vòng để cải tiến quy trình công nghệ xeo giấy bao bì, giấy in viết và bao bì thực phẩm chất lượng cao.
• Ban lãnh đạo và nhà quản trị các doanh nghiệp mía đường: Khai thác phương án chuyển đổi phụ phẩm sau ép mía thành nguyên liệu sản xuất bột giấy, giúp đa dạng hóa hệ sinh thái sản phẩm sau đường, gia tăng chuỗi giá trị kinh tế và giải quyết dứt điểm vấn nạn tồn trữ bã mía gây ô nhiễm môi trường.
• Giảng viên, nghiên cứu sinh và sinh viên ngành Chế biến Lâm sản, Kỹ thuật Hóa học và Công nghệ Môi trường: Sử dụng toàn bộ hệ thống dữ liệu thực nghiệm chuẩn SCAN, công thức tính toán hóa học và quy trình tẩy trắng hai giai đoạn làm tài liệu tham khảo cho các đồ án nghiên cứu chuyên sâu.
• Các cơ quan quản lý nhà nước và nhà hoạch định chính sách nông nghiệp - công thương: Tiếp cận cơ sở khoa học về việc tận dụng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp, làm căn cứ ban hành các chính sách hỗ trợ phát triển công nghiệp xanh và kinh tế tuần hoàn tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

Bã mía có ưu thế gì nổi bật so với dăm gỗ tự nhiên trong sản xuất bột giấy? Bã mía là phụ phẩm nông nghiệp sẵn có, chiếm 25% đến 30% khối lượng mía ép, có hàm lượng cellulose đạt 39,08% và lignin chỉ 19,60%, thấp hơn mức 26% đến 33% của gỗ lá kim. Cấu trúc xốp mềm giúp bã mía ngấm dịch nấu nhanh hơn, tiết kiệm đáng kể năng lượng gia nhiệt và hóa chất kiềm so với gỗ tự nhiên.

Tại sao phương pháp nấu hóa học lại được đánh giá cao hơn phương pháp hóa cơ và ngâm kiềm lạnh? Phương pháp hóa học ở 160°C giúp hòa tan lignin triệt để, hạ chỉ số Kappa xuống 20,94 và đạt độ trắng 74,36% ISO sau tẩy. Ngược lại, phương pháp hóa cơ và ngâm kiềm lạnh tuy có hiệu suất thô từ 51,28% đến 86,59% nhưng hàm lượng lignin tồn dư rất lớn (chỉ số Kappa trên 51), khiến xơ sợi cứng và độ trắng kém.

Chế độ nghiền 2500 vòng trên máy nghiền PFI đóng vai trò gì đối với độ bền của giấy? Quá trình nghiền 2500 vòng tạo ra mức độ chổi hóa bề mặt lý tưởng cho xơ sợi bã mía mà không làm đứt gãy mạch phân tử. Kết quả giúp giấy đạt độ bục tối ưu 2,90 kgf/cm2, độ bền kéo 2,27 kN/m và độ nén vòng 7,80 N; nếu nghiền vượt quá 3000 vòng thì xơ sợi sẽ bị vụn nát làm suy giảm độ bền cơ lý.

Quy trình tẩy trắng hai giai đoạn P0-P1 bằng hydro peroxide có thân thiện với môi trường không? Quy trình P0-P1 hoàn toàn không sử dụng các hợp chất chứa clo, loại bỏ triệt để nguy cơ phát sinh khí độc và nước thải ô nhiễm dioxin. Với điều kiện nồng độ H2O2 lần lượt là 4% và 2% ở nhiệt độ 100°C, bột đạt độ trắng chuẩn 74,36% ISO, rất an toàn để sản xuất bao bì thực phẩm và giấy sinh hoạt.

Bột giấy sản xuất từ bã mía có thể ứng dụng vào những dòng sản phẩm thương phẩm nào? Bột hóa học sau tẩy trắng đạt độ trắng 74,36% ISO thích hợp để sản xuất giấy in, giấy viết, giấy tissue và bao bì thực phẩm chất lượng cao. Trong khi đó, bột hóa cơ và ngâm kiềm lạnh có độ trắng từ 50% đến 55% ISO phù hợp làm lớp giấy sóng carton, giấy gói bọc công nghiệp và giấy vàng mã.

Kết luận

• Xác lập điều kiện tối ưu cho phương pháp nấu hóa học bã mía với nồng độ NaOH 22,5%, tỷ lệ dịch nấu 7/1, nhiệt độ 160°C trong thời gian 90 phút, mang lại hiệu suất thu hồi 46,70% và chỉ số Kappa 20,94.
• Hoàn thiện chế độ gia công cơ học với 2500 vòng nghiền PFI, giúp tờ giấy handsheet đạt độ bục 2,90 kgf/cm2, độ bền kéo 2,27 kN/m và độ nén vòng 7,80 N.
• Làm chủ quy trình tẩy trắng không Clo thân thiện môi trường bằng H2O2 hai giai đoạn P0-P1, nâng độ trắng của bột bã mía lên 74,36% ISO mà vẫn duy trì hiệu suất thu hồi ở mức 44,71%.
• Chứng minh tính khả thi trong việc chuyển đổi nguồn phụ phẩm bã mía dồi dào thành nguyên liệu xơ sợi chất lượng, góp phần giảm áp lực nhập khẩu bột giấy cho ngành sản xuất bao bì trong nước.
• Cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm toàn diện về ba phương pháp nấu, mở đường cho việc ứng dụng công nghệ xanh và phát triển bền vững trong ngành công nghiệp chế biến lâm sản.

Kế hoạch triển khai tiếp theo cần tập trung nghiên cứu phối trộn phụ gia gia cường và thử nghiệm sản xuất quy mô bán công nghiệp (pilot) trong vòng 12 đến 24 tháng tới. Các doanh nghiệp ngành giấy và nhà máy mía đường nên đẩy mạnh liên kết đầu tư để sớm thương mại hóa nguồn nguyên liệu bã mía đầy tiềm năng này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, thị trường trong nước và ngoài nước luôn đòi hỏi những loại giấy có chất lượng cao. Ngành công nghệ sản xuất giấy của nước ta có thé sản xuất ra nhiều loại giấy đạt chất lượng không thua kém các nước khác trên thế giới. Tính đến năm 2022, ngành giấy Việt Nam có hơn 500 doanh nghiệp sản xuất, trong đó: hơn 20 doanh nghiệp có công suất lớn chiếm 65% sản lượng và hơn 480 doanh nghiệp công suất vừa và nhỏ chiếm gần 35% sản lượng. Năng lực sản xuất toàn ngành năm 2022 đạt khoảng 8,2 triệu tan, sản lượng thực tế 5,7 triệu tan, tiêu thụ 6,8 triệu tấn, nhập khẩu 1,8 triệu tan, xuất khẩu 0,8 triệu tan.

Trong đó, giấy bao bì chiếm tỉ lệ trên 80%, còn lại là các loại giây tissue, in việt, vàng mã và các loại giây khác. Nguồn nguyên liệu thô cho sản xuất giấy là đăm gỗ rừng trồng và giấy thu hồi. Trong đó giấy thu hồi thu gom trong nước và nhập khẩu vẫn đã, đang và sẽ là nguồn nguyên liệu chủ yếu phục vụ sản xuất của toàn ngành. Dé góp phan cho ngành công nghệ giấy ở nước ta phát triển hơn thì nguồn nguyên liệu bột giấy phải luôn đáp ứng đủ.

Đề giải quyết cho vấn đề này thì ngành giấy phải tận dụng tối đa các nguồn nguyên liệu thu gom như các giấy tái chế, thu hồi, các phế phẩm nông nghiệp. Có những nguồn phế phẩm nông nghiệp rất ít được quan tâm đến, thường bị tiêu hủy khi dư thừa, rất lãng phí như trau, bã mía, rom ra, xơ đừa. Nếu sản xuất thành công giấy từ các nguồn nguyên liệu nay thi sẽ góp phan giải quyết cho trình trạng thiếu hụt nguồn xơ sợi nguyên thủy. Hiện tại, nguồn phế phẩm nông nghiệp khả thi nhất là bã mía và rơm rạ.

Đối với bã mía, tỷ lệ các sản phẩm thu từ hoạt động chế biến đường gồm bã mía (chiếm 25 -30% trọng lượng mía đem ép), mật gỉ (chiếm 3- 5%), bùn lọc (1,5-3%). Việc xử lí nguồn phế phẩm này là một van dé quan trọng thay vì thải bỏ như hiện nay. Ở các nhà máy đường thường thì bã mía, bãi bùn được đưa ra một bãi dat trong nằm gan nhà máy và dé tích tụ nhiều năm bốc mùi hôi thối. Việc xử lý bã mía như vậy đã cho thấy vấn đề lớn hơn trong giải pháp xử lí bảo vệ môi trường.

Cần tìm một lối đi bền vững cho nguồn phế phẩm nay trong tương lai. Một số nghiên cứu bước đầu cho thấy Số phụ phẩm này nếu đầu tư bài bản, sẽ mang lại giá trị cao hơn sản phẩm chính là đường. Xuất phát từ vấn đề trên, được sự đồng ý của Khoa Lâm Nghiệp và sự hướng dẫn của cô ThS Đặng Thị Thanh Nhàn, tôi tiễn hành thực hiện dé tài “Nghiên cứu sản xuất bột giấy từ bã mia” từ tháng 4/2023 đến thang 8/2023 tại trung tâm chế biến Lâm sản Giấy và Bột Giấy Trường Dai học Nông Lâm Thành Phó Hồ Chí Minh.2 Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu sản xuất bột giấy từ bã mía theo các phương pháp khác nhau. Nghiên cứu tây bột bằng bã mía bằng HaO›.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1.1 Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu đề tài sẽ góp phần làm tài liệu tham khảo về một số chỉ tiêu, thông số kĩ thuật, hiệu suất của quá trình sản xuất bột giấy từ bã mía.

Từ đó, ta có thể ứng dụng hoặc làm co sở dé nghiên cứu thêm các phương pháp công nghệ sản xuất khác với hiệu suất cao nhất.2 Ý nghĩa thực tiễn Ứng dụng bã mía trong sản xuất giấy là một bước phát triển trong ngành giấy trong nước góp phần mở rộng, đa dạng hóa nguồn nguyên liệu.4 Giới hạn phạm vi của đề tài Về nguyên liệu: Sử dụng bã mía làm nguyên liệu chính của đề tài. Về không gian: Trung tâm nghiên cứu Chế Biến Lâm Sản Giấy và Bột Giấy và phòng vật liệu gỗ Khoa Lâm Nghiệp. Về thời gian: từ tháng 4/2023 đến tháng 8/2023. Về công nghệ: Các máy móc thiết bị của trung tâm.

Chương 2 TỎNG QUAN 2.1 Khảo sát nguyên liệu dùng cho ngành công nghệ sản xuất giấy 2.1 Gỗ lá kim Xét trên qui mô toàn thé giới, gỗ lá kim là nguyên liệu quan trọng cho công nghệ hóa, đặc biệt cho sợi nhân tạo và giấy. Gỗ lá kim thường dùng có độ dài xơ 3,0 — 6,0 mm, thông thường là 3 — 4 mm. Gỗ lá kim có khối lượng riêng biểu kiến là 310 kg/m? — 560 kg/mỶ. Thành phan hóa học của gỗ lá kim được trình bay ở Bang 2.

7 Thành phần hóa học của gỗ lá kim STT Thành phân hóa học Ty lệ (%) | Cellulose 41-44 2 Hemicellulose 25 — 30 3 Lignin 26 — 33 4 Chat trich ly 0,6 — 0,8 (Nguồn: Cơ sở hóa học va Cellulose — Hồ Sĩ Tráng) 2.2 Gỗ lá rộng Gỗ lá rộng có nhiều loại hơn gỗ lá kim, đặc biệt là vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Hang trăm loại gỗ lá rộng đã được nghiên cứu dé sử dụng cho công nghiệp giấy, công nghệ sợi nhân tạo, chất dẻo,.Gỗ lá rộng thường dùng có độ dài xơ 0,7 — 1,8 mm, thông thường nhất là 1 — 1,2 mm. Những loại gỗ lá rộng có độ dài xơ lớn thường là gỗ rất cứng. Trong trường hợp gỗ quá cứng, nhiều khó khăn sẽ xuất hiện khi chặt mảnh và khi nau bột giấy vì hóa chất khó thắm mảnh nguyên liệu.

Do đó, các nhà sản xuất chấp nhận sử dụng các gỗ lá rộng có xơ tương đối ngắn so với gỗ lá kim. Thành phần hóa học của gỗ lá kim được trình bày ở Bảng 2. 8 Thành phần hóa học của gỗ lá rộng STT Thanh phân hóa hoc Ty lệ (%) 1 Cellulose 40 —53 2 Hemicellulose 27-40 3 Lignin 16 —30 (Nguôn: Cơ sở hóa học va Cellulose — Hồ Sĩ Tráng) Nhìn chung hàm lượng xenllulose ở gỗ lá rộng cao hơn gỗ lá kim, hàm lượng hemixenllulose lớn hơn, hàm lượng lignin thấp. So với gỗ lá kim thì gỗ lá rộng có nhiều nhược điểm, nhưng chúng vẫn có một số ưu điểm nhất định.

Gỗ lá rộng có tỉ trọng cao hơn gỗ lá kim. Do đó, có thể tăng khối lượng nguyên liệu nạp vào thiết bị nau, tăng năng suất thiết bị, giảm tiêu hao hóa chất, giảm chi phí năng lượng. Hơn nữa, hàm lượng cellulose cao hơn nên hiệu suất bột giấy đi từ gỗ cứng cao hơn gỗ mềm.3 Tre nứa Ở Việt Nam có điều kiện tự nhiên thuận lợi cho tre nứa phát triển, nên từ lâu tre nứa cũng được sử dụng để sản xuất giấy. Sơ xợi của tre nứa khá dài.

Độ dài cực đại của xơ là 2 - 9 mm, độ dài cực tiêu 0,2 — 1,5 mm, trung bình là 1,3 — 4 mm. Xo của tre nứa dài hơn gỗ lá rộng và gỗ lá kim, do đó được dùng hoàn thiện tính chất cơ lý cho tờ giấy. Thành phần hóa học của tre nứa được trình bày ở Bảng 2. 9 Thành phần hóa học của tre nứa STT Thành phân hóa học Tỷ lệ (%) 1 Cellulose 50 — 60 2 Hemicellulose 15 —22 3 Lignin 21-30 (Nguồn: Cơ sở hóa học va Cellulose — Hồ Sĩ Tráng) 2.4 Bã mía Mia là loài thân thảo, mía chứa 50% độ 4m, 1 — 2% đường, tủy chiếm 25 — 30% chất khô của bã mía.

Đường chủ yếu nằmở tủy cây, cho nên khi là nguyên liệu sản xuất giây người ta cần phải bỏ triệt để tủy mía. Sau khi khử tủy, xơ có chiều dài 0,8 — 2,8 mm, trung bình là 1,7 mm. Thành phần hóa học của bã mía được trình bày ở Bảng 2. 10 Thành phần hóa học của bã mía STT Thành phân hóa học Ty lệ (%) | Cellulose 40 — 50 2 Pentosan 20 — 25 3 Lignin 18-23 (Nguồn: Cơ sở hóa học va xenllulose — Hồ Sĩ Tráng) 2.5 Rơm rạ Rom ra là phế thai của ngành sản xuất nông nghiệp, nhưng lại là nguyên liệu tốt cho công nghệ giấy, đặc biệt là bao bì carton.

Rơm rạ có hàm lượng lignin thấp, do đó quá trình phân hủy lignin dé thu nhận cellulose diễn ra thuận lợi hơn. Trở ngại của việc sử dụng nguyên liệu này là hàm lượng tro và silic khá cao 14 — 18% tro, 8% silic, cản trở quá trình thu hồi kiềm. Rom lúa mì có chiều dai xơ trung bình là 1,5 mm, rơm lúa gạo có chiều đài xơ trung bình là 0,5 — 0,8 mm. Thanh phần hóa học của rơm rạ được trình bày ở Bảng 2.

11 Thành phần hóa học của rơm rạ STT Thành phân hóa học Lúa mì Lúa mạch 1 Cellulose 36—42 34 — 38 2 Lignin 17-19 12 3 Silic 8 8 4 Tro 14-18 14-18 (Nguon: Co sở hóa hoc va Cellulose — Hồ Si Trang) 2.6 Nguyên liệu khác Ở Việt Nam, có tiềm năng lớn về nguyên liệu thực vật. Ngoài các nguyên liệu kê trên thì các nguyên liệu khác như xơ vỏ, xơ lá,.đang được nghiên cứu dé sử dụng trong công nghiệp giấy. Về nguyên tắc, các loại nguyên liệu thực vật đều có thé sử dụng được trong công nghệ sản xuất bột và giấy. Vấn đề quan trọng là vùng nguyên liệu phải tập trung, trữ lượng đủ lớn, hiệu quả kinh tế cao, các chất thải ít ảnh hưởng tới môi trường.2 Tiêu chuẩn yêu cầu đối với nguyên liệu sản xuất bột giấy 2.1 Tiêu chuẩn về thành phần cấu tạo hóa học của nguyên liệu 2.1 Hàm lượng cellulose toàn phần Cellulose ((CgH1)05)n với n > 200.000) chiếm 40 — 50% trọng lượng gỗ, là thành phan cơ bản trong vách tế bào và là thành phan chủ yếu của xơ sợi.

Cellulose thuộc loại polysaccharide không có tính đường là thành phần chủ yếu của tế bào thực vật, làm cho mô thực vật có tính bền cơ học, tính đàn hồi và là bộ xương cho tat cả các loại cây. Hàm lượng cellulose càng cao thì chất lượng bột giấy càng tốt, chỉ tiêu nay phải đảm bảo tối thiểu từ 35% trở lên so với nguyên liệu khô tuyệt đối. Đây là chỉ tiêu quan trọng đầu tiên vì nó là thành phần chính đề tạo nên giấy.2 Hàm lượng lignin và hemicellulose Hemixenllulose là polysaccharide phức tạp hơn cellulose vì nó có mạch ngắn hơn và có sự phân nhánh. Tuy vay, hemixenllulose thủy phân dé hon cellulose va được chia thành hai nhóm: Hexosan: Dễ bị thủy phân và hòa tan trong dung dịch nấu.

Pentosan: Khá bền vững dưới tác dụng của hóa chất do đã được định hướng theo cellulose. Sau cellulose, lignin là thành phan chủ yếu của vách tế bảo. Trong tế bào thực vật, lignin kém ôn định hơn so với cellulose. Lignm là thành phần liên kết các tế bào của gỗ và quá trình sản xuất bột giấy là quá trình tác kích vào lignin dé làm phân ly tế bào sợi.