Nguyễn Đức Hạnh

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan trong quá trình thực hiện Luận văn, các thực nghiệm đƣợc
tiến hành một cách nghiêm túc, tất cả các số liệu thực nghiệm thu đƣợc là hoàn toàn
trung thực, không có sự sao chép từ bất kỳ tài liệu khoa học nào.
Tác giả

Nguyễn Đức Hạnh


Nguyễn Đức Hạnh

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Lê Quang Diễn, ngƣời đã chỉ bảo,
hƣớng dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt Luận văn
này.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự ủng hộ, giúp đỡ về mọi mặt của các Thầy, Cô
giáo, các cán bộ của Viện Kỹ thuật Hoá học, Viện Đào tạo sau đại học, các Phòng
ban chức năng Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội.
Tôi xin cám ơn sự giúp đỡ của Ban Giám hiệu, Khoa công nghệ sản xuất bột
giấy và giấy, Trƣờng Cao đẳng nghề Công nghệ giấy và Cơ điện, đã tạo điều kiện
thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập.
Xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã chia sẻ những khó khăn và tạo mọi điều
kiện thuận lợi để tôi hoàn thành chƣơng trình học tập của mình.
Hà Nội, tháng 8 năm2015


2.5. Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng alpha-xenlulozơ trong bột chƣa tẩy trắng .......... 26
2.6. Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng alpha-xenlulozơ trong bột tẩy trắng ................... 27
2.7. Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng alpha-xenlulozơ trong bột đã tinh chế ............... 27
2.8. Phƣơng pháp xác định độ nhớt của bột xenlulozơ .................................................... 27
2.9. Phƣơng pháp xác định hiệu suất bột ......................................................................... 28
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ......................................................................... 29
3.1. Phân tích tính chất của bột xenlulozơ chƣa tẩy trắng từ rơm rạ ............................... 29
3.2. Xây dựng các phƣơng pháp nâng cao chất lƣợng xenlulozơ từ rơm rạ .................... 29


Nguyễn Đức Hạnh

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

3.3. Nghiên cứu xác lập chế độ công nghệ tẩy trắng xenlulozơ bằng dioxit clo ............. 30
3.3.1. Ảnh hƣởng của mức dùng dioxit clo đến tính chất của bột xenlulozơ tẩy trắng30
3.3.2. Ảnh hƣởng của thời gian tẩy tới tính chất của bột ............................................. 34
3.3.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ tới tính chất của bột xenlulozơ tẩy trắng .................... 37
3.4. Nghiên cứu xác lập chế độ công nghệ làm giàu xenlulozơ ...................................... 40
3.4.1. Ảnh hƣởng của mức dùng kiềm đến tính chất của bột xenlulozơ ..................... 40
3.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất của bột xenlulozơ .................................. 42
KẾT LUẬN.......................................................................................................................... 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 46
PHỤ LỤC ............................................................................................................................ 48


Nguyễn Đức Hạnh

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học


Công đoạn tẩy trắng bằng natri hypoclorit

D

Chlorine dioxide stage,
Công đoạn tẩy trắng bằng dioxit clo

Dh

High temperature Chlorine dioxide stage,
Công đoạn tẩy trắng bằng dioxit clo ở nhiệt độ cao

DN

Chlorine dioxide stage followed by neutralization,
Công đoạn tẩy trắng bằng dioxit clo trong môi trƣờng trung tính

E

Alkaline extraction stage,
Công đoạn trích ly kiềm

(EO)

Alkaline extraction reinforced with oxygen,
Công đoạn trích ly kiềm tăng cƣờng oxi

(EOP)

Alkaline extraction reinforced with oxygen and hydrogen peroxide,

Xử lý bột giấy bằng xylanaza

Z

Ozone stage,
Tẩy trắng bằng ozon (O3)

AOX

Absorbable organic halides,
Hợp chất halogen hữu cơ hấp thụ

KTĐ

Khô tuyệt đối

ISO

International Organization for Stadardization


Nguyễn Đức Hạnh

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Các ký hiệu quy ƣớc của các công đoạn tẩy trắng bột giấy .................................. 3

Bảng 1.2. Ảnh hƣởng của hệ số Kappa (KF) tới chỉ số AOX ............................................. 6
Bảng 1.3. Khối lƣợng clo hoạt tính của một số chất tẩy ...................................................... 7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Độ trắng của bột sunfat gỗ cứng sau tẩy theo chu trình D(EO) và D(EO)D ......... 9

Hình 1.2. Cơ chế phản ứng ôxi hóa lignin bằng dioxit clo .......................................13
Hình 1.3. Cơ chế phản ứng ôxi hóa các cấu trúc không chứa nhóm OH-phenol của
lignin dƣới tác dụng của dioxit clo............................................................................14
Hình 1.4. Cơ chế các phản ứng tạo thành và phân hủy các chất chứa clo ................14
Hình 1.5. Sơ đồ các công đoạn tẩy trắng bằng dioxit clo; ........................................15
Hình 1.6. Sơ đồ tạo thành các nhóm “cản” trong quá trình tách loại lignin bằng clo ...20
Hình 1.7. Các phản ứng kìm hãm hoạt động của các nhóm “cản” diễn ra trong quá
trình kiềm hóa ...........................................................................................................20
Hình 1.8. Sơ đồ phân hủy và hòa tan polisaccarit dƣới tác dụng của kiềm ..............21
Hình 3.1. Ảnh hƣởng của mức dùng clo hoạt tính tới độ trắng và hiệu suất của bột
tẩy trắng ....................................................................................................................33
Hình 3.2. Ảnh hƣởng của mức dùng clo hoạt tính tới độ nhớt của bột tẩy trắng .....34
Hình 3.3. Ảnh hƣởng của thời gian xử lý giai đoạn D0 đến độ trắng và hiệu suất của
bột tẩy trắng ..............................................................................................................37
Hình 3.4. Ảnh hƣởng của thời gian tẩy giai đoạn D0 tới độ nhớt của bột tẩy trắng .37
Hình 3.5. Ảnh hƣởng của nhiệt độ xử lý đến độ trắng và hiệu suất của bột tẩy trắng ....39
Hình 3.6. Ảnh hƣởng của nhiệt độ tới độ nhớt của bột tẩy trắng..............................40
Hình 3.7. Ảnh hƣởng của mức dùng kiềm đến tính chất của bột xenlulozơ.............41
Hình 3.8. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến tính chất của bột xenlulozơ .........................43
Hình 3.9. Ảnh hƣởng của thời gian tới tính chất của bột xenlulozơ .........................44


Nguyễn Đức Hạnh

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

MỞ ĐẦU


Nguyễn Đức Hạnh

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

- Xác định tính chất của bột xenlulozơ chƣa tẩy trắng thu nhận từ rơm rạ theo
phƣơng pháp nấu sunfat tiền thủy phân;
- Khảo sát ảnh hƣởng của các yếu tố công nghệ quá trình tẩy trắng bằng dioxit
clo tới tính chất của bột xenlulozơ tẩy trắng;
- Nghiên cứu làm giàu xenlulozơ bằng phƣơng pháp xử lý kiềm.
Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho xây dựng quy trình công nghệ sản
xuất xenlulozơ tan từ rơm rạ, là tài liệu tham khảo bổ sung cho lĩnh vực hóa học và
công nghệ sản xuất xenlulozơ từ nguyên liệu phi gỗ.

2


Nguyễn Đức Hạnh

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Khái quát về công nghệ tẩy trắng bột xenlulozơ [3]
1.1.1. Các quy luật cơ bản của quá trình tẩy trắng
Quá trình tẩy trắng bột xenlulozơ nói chung là một quá trình phức tạp nhiều
công đoạn, sử dụng một số lƣợng lớn hóa chất, nƣớc và hơi nƣớc, đồng thời cũng
thải ra một lƣợng nƣớc thải khá lớn, thông thƣờng có độc tố cao và xử lý phức tạp.
Một công đoạn của quá trình tẩy trắng đƣợc hiểu là một lần xử lý bột, trong
một hệ thống thiết bị, với quy trình công nghệ riêng và đặc thù, khác biệt so với
những lần xử lý khác, trong đó tính chất của bột đƣợc thay đổi từ độ trắng thấp hơn

NaOH + H2O2

EP

Tẩy trắng bằng clo (Clo hóa)
Tẩy trắng bằng clo và dioxit clo kết hợp

Kiềm hóa tăng cƣờng hydropeoxit

Kiềm hóa oxi hóa tăng cƣờng oxi và hydro NaOH + O2 + H2O2
peoxit

EOP

Tẩy trắng bằng hypoclorit

NaClO

H

Tẩy trắng bằng dioxit clo

ClO2

D

Tẩy trắng bằng dioxit clo ở nhiệt độ cao

ClO2


Sự lựa chọn hệ thống thiết bị là một bài toán khó và đƣợc giải quyết trên cơ sở
quy trình công nghệ và mục tiêu về độ trắng của bột. Công nghệ hiện đại tẩy trắng
bột hóa hiện nay thƣờng thực hiện ở nồng độ trung bình, đƣợc thống nhất là nồng
độ 9-13%, chỉ duy nhất tẩy trắng bằng clo là còn áp dụng với nồng độ bột thấp (35%). Nồng độ cao đƣợc hiểu là nồng độ >20%, có thể lến tới 35-40% (nhƣ trƣờng
hợp tẩy trắng bằng ozon).
Một chu trình tẩy trắng đƣợc hiểu là một trình tự các công đoạn liên tục kế
tiếp nhau, đƣợc sắp xếp theo một thứ tự nhất định, với hệ thống thiết bị liên hợp và
quy trình công nghệ thích hợp, đảm bảo đạt đƣợc mục tiêu của quá trình tẩy trắng.
Các chu trình tẩy trắng hiện đại bao gồm nhiều công đoạn, có rửa bột giữa các
công đoạn, sử dụng đồng thời nhiều hóa chất và áp dụng đồng thời các điều kiện
công nghệ khác nhau. Về nguyên tắc, có thể tẩy trắng bột hóa hay bột hiệu suất cao
bằng một công đoạn, nhƣng trong trƣờng hợp đó mức tiêu hao hóa chất tẩy sẽ rất
lớn và không thể đạt đƣợc độ trắng tối đa. Sự cần thiết phải áp dụng chu trình tẩy
trắng nhiều công đoạn chủ yếu liên quan đến đặc điểm hóa-lý học của quá trình tẩy.
Để phân hủy triệt để các thành phần phi xơ sợi trong bột (lignin chẳng hạn), cần
phải sử dụng các hóa chất tẩy có tính chất hóa học khác nhau, mà điều kiện phản
ứng tối ƣu của chúng với lignin thông thƣờng lại rất khác nhau, vì vậy nếu sử dụng
kết hợp sẽ ít hoặc không có hiệu quả. Bên cạnh đó, các sản phẩm phân hủy lignin, là
những hợp chất hóa học hoặc không tan hoặc ít tan trong nƣớc, tốc độ khuếch tán
chậm, chúng sẽ hoặc là cản trở phản ứng của các hóa chất tẩy với lignin hoặc sẽ
trực tiếp phản ứng với hóa chất tẩy, hậu quả là làm giảm tốc độ phản ứng và/hoặc
tăng tiêu hao hóa chất tẩy, vì vậy sau một thời gian xử lý nhất định, cần tiến hành
xử lý bột bằng nƣớc (tức rửa) hoặc dung dịch kiềm, rồi tiếp tục tẩy để nâng cao hiệu
quả của quá trình. Mặt khác, về mặt mặt công nghệ và thiết bị, tẩy trắng bột đƣợc
tiến hành ở nồng độ cao, trong các tháp tẩy với năng suất lớn, hoạt động liên tục,

4


Nguyễn Đức Hạnh

- Các chu trình TCF.

5


Nguyễn Đức Hạnh

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

Tính hợp lý của sơ đồ tẩy trắng trƣớc hết đƣợc đánh giá bằng hiệu quả kinh tế
và môi trƣờng của quá trình tẩy trắng. Sơ đồ TCF là sơ đồ tẩy trắng có chi phí cao,
giá thành của bột sản xuất theo công nghệ này thông thƣờng cao hơn 30-50$ so với
sơ đồ ECF.
Hiệu quả môi trƣờng của các chu trình tẩy trắng sử dụng clo và các hợp chất
của clo đƣợc đánh giá bằng chỉ số AOX (halogen hữu cơ hấp phụ, phản ánh lƣợng
các hợp chất clo tạo thành trong quá trình tẩy trắng. Tính tƣơng đối, chỉ số AOX
(kg/tấn bột) có thể tính theo công thức thực nghiệm Hermgard sau:
H D

AOX  (0,07 ... 0,1).C   
2 5


trong đó:
C - mức tiêu hao clo nguyên tố (kg/tấn, tính theo đơn vị clo hoạt tính);
H - mức tiêu hao muối hypoclorit (kg/tấn, tính theo đơn vị clo hoạt tính);
D - mức tiêu hao dioxit clo (kg/tấn, tính theo đơn vị clo hoạt tính).
Ở đại đa số các nƣớc có nền công nghiệp giấy phát triển, ngƣời ta quy định
giới hạn chỉ số AOX trong khoảng 0,25-0,50 kg/tấn.
Đồng thời, các chu trình tẩy trắng còn đƣợc đánh giá bởi hệ số Kappa (KF), là

0,75

4

0,20

0,88

Chỉ số thứ hai để đánh giá mức độ thân thiện môi trƣờng của sơ đồ tẩy trắng,
là nhu cầu oxi hóa học (COD) của nƣớc thải của nhà máy. COD của các sơ đồ tẩy
trắng tiên tiến thƣờng vào khoảng 30-40 kg/tấn bột. Giải pháp hiệu quả nhất để

6


Nguyễn Đức Hạnh

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

giảm COD là áp dụng công đoạn tách loại lignin bằng oxi trong môi trƣờng kiềm và
tái sử dụng hợp lý nƣớc thải của quá trình tẩy.
Khi tẩy trắng nhiều công đoạn với các chất tẩy khác nhau trong mỗi công
đoạn. Để xác định mức dùng chung của các chất tẩy trên một đơn vị khối lƣợng bột,
trên mỗi đơn vị Kappa, cần sử dụng một đơn vị chung của chất tẩy. Khi tẩy trắng
chỉ sử dụng chất tẩy là clo và các hợp chất của clo, đơn vị chung là đơn vị clo hoạt
tính. Hệ số chuyển đổi từ các chất tẩy trong trƣờng hợp này đƣợc xác định theo
đƣơng lƣợng oxi hóa của chúng (Bảng 1.3).
Bảng 1.3. Khối lƣợng clo hoạt tính của một số chất tẩy
STT



Khối lƣợng
phân tử (g)

Sơ đồ oxi hóa

OXE
(e-/mol)

OXE/kg

OXE
(so với clo)

Cl2

71,0

+2 e

-

35,5

28,2

1,0

ClO2


-2

17,0

58,8

2,1

O3

48,0

8,0

125,0

4,4

O2

32,0

8,0

125,0

4,4

Cl2
+4

O

+2 e

+1e

-2

O

-2

O

7


Nguyễn Đức Hạnh

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

Nhƣ đã nêu trên, quá trình tẩy trắng là một chu trình nhiều công đoạn. Tùy
thuộc vào loại bột và mục tiêu, ở mỗi một công đoạn ngƣời ta có thể sử dụng một
hoặc nhiều chất tẩy khác nhau. Lý do chính phải tiến hành nhiều công đoạn, là vì
thông thƣờng độ trắng tối đa của bột chỉ đạt đƣợc khi sử dụng nhiều chất tẩy khác
nhau, mà điều kiện tác dụng của chúng đối với các thành phần cần tẩy bỏ hoặc cần
biến tính của bột lại tƣơng đối khác nhau. Vì vậy cần phải chia ra nhiều công đoạn.
Công đoạn đầu tiên của chu trình tẩy trắng đƣợc xem là công đoạn tách loại
lignin, bởi lƣợng lignin còn lại trong bột chủ yếu đƣợc tách loại trong công đoạn
này. Trong công đoạn này, độ trắng của bột có thay đổi, nhƣng chƣa nhiều.

thay đổi chế độ công nghệ.
Ngoài ra, nhƣ đã trình bày trên, vai trò của các công đoạn rửa bột giữa các
công đoạn tẩy cũng rất quan trọng. Chẳng hạn, với một mức dùng dioxit clo, sẽ trở
nên hiệu quả hơn, nếu mức dùng này đƣợc chia nhỏ, từ một lên hai công đoạn với
công đoạn kiềm hóa ở giữa. Sự kết hợp của các công đoạn nhỏ có tính axit và kiềm
có ảnh hƣởng tích cực tới hiệu quả tẩy trắng, cho độ trắng của bột cao hơn với cùng
một mức tiêu hao hóa chất. Hình 1.1. minh họa sự thay đổi độ trắng của bột sunfat
gỗ cứng có trị số Kappa ban đầu là 12 đv, theo sơ đồ tẩy trắng một công đoạn kết
hợp kiềm hóa và hai công đoạn kết hợp kiềm hóa.

Hình 1.1. Độ trắng của bột sunfat gỗ cứng sau tẩy theo chu trình D(EO)
và D(EO)D
1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tẩy trắng và chất lượng của bột
Khi sử dụng bất kỳ chất tẩy nào cũng cần phải tuân thủ các điều kiện tối ƣu
nhằm thúc đẩy các phản ứng của chất tẩy với lignin và các tạp chất khác, đồng thời
giảm đƣợc các phản ứng phá hủy của chất tẩy đó đối với phần cacbohydrat.
Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng của bột tẩy trắng bao gồm:

9


Nguyễn Đức Hạnh

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

- Quy cách chất lƣợng của bột chƣa tẩy;
- Thời gian xử lý của các công đoạn tẩy;
- Bản chất và nồng độ chất tẩy;
- Nhiệt độ của quá trình;
- Nồng độ huyền phù bột;


Sau công đoạn tách loại lignin là các công đoạn tẩy trắng (tăng độ trắng) tiếp
theo bằng dioxit clo và các chất tẩy chứa ôxi khác. Trong các công nghệ hiện đại,
ôxi, hydroperoxit và ozon ngày càng đƣợc ứng dụng rộng rãi là các chất tẩy trắng
sau công đoạn tách loại lignin. Nhiều nơi ngƣời ta sử dụng các peraxit, còn
hypoclorit và clo phân tử thì gần nhƣ bị loại bỏ hoàn hoàn.
Thông thƣờng, bột đƣợc rửa (bằng nƣớc hoặc bằng dung dịch NaOH) và vắt
nƣớc sau mỗi công đoạn tẩy trắng nhằm tách bỏ các sản phẩm phản ứng, điều chỉnh
điều kiện tiến hành quá trình cho công đoạn kế tiếp và nâng cao hiệu quả tẩy trắng.
Việc ứng dụng một sơ đồ công nghệ tẩy trắng, hoặc sử dụng các chất tẩy nào
đó phụ thuộc vào nhiều yếu tố: loại bột (bột sunphat hay sunphit, đƣợc sản xuất từ
nguyên liệu nào), chất lƣợng ban đầu của bột, độ trắng cần thiết, trang thiết bị sẳn
có và giá thành các hóa chất.
1.2. Tẩy trắng bằng dioxit clo
Dioxit clo đƣợc sử dụng rộng rãi để tẩy trắng bột xenluloza, đặc biệt là bột
sunfat. Độ trắng của bột sau tẩy có thể đạt 87-90% ISO.
Tẩy trắng bằng dioxit clo đƣợc phát triển nhanh do một số nguyên nhân sau:
- Nhu cầu ngày một tăng về thay thế clo trong các sơ đồ tẩy trắng truyền thống
bằng một chất tẩy hiệu quả và ít ảnh hƣởng đến môi trƣờng hơn;
- Dioxit clo có khả năng tẩy trắng hầu nhƣ tất cả các loại bán thành phẩm xơ
sợi tới độ trắng cao mà không làm thay đổi đáng kể độ bền cơ học của chúng;
- Những năm gần đây hàng loạt các phƣơng pháp điều chế dioxit clo có hiệu
quả kinh tế cao đã ra đời cho phép phƣơng pháp tẩy tắng bằng dioxit clo chiếm ƣu
thế so với tẩy trắng bằng hypoclorit;
- Lƣợng các hợp chất hữu cơ chứa clo tạo thành khi tẩy trắng bột bằng dioxit
không lớn và mức độ độc hại của chúng cũng thấp hơn;
- Dioxit clo có thể đƣợc dùng làm chất tẩy độc lập của một công đoạn tẩy
riêng biệt, dùng kết hợp với clo hoặc đƣợc sử dụng trong các công đoạn kết thúc
nhằm nâng cao độ trắng của bột. Việc sử dụng dioxit clo làm chất tách loại lignin có
thể làm giảm hàm lƣợng các chất nhựa trong bột sau tẩy, đặc biệt là khi tẩy trắng

ClO2- + 3H+ + 2e- → HClO + H2O

(b)

HClO + H+ +2e- → Cl- + H2O

(c)

Giai đọan đầu diễn ra khi pH >7, hai giai đoạn sau đƣợc xúc tác bởi axit, vì
vậy trong môi trƣờng kiềm dioxit clo bị khử theo phƣơng trình phản ứng (a).
Trong dung dịch kiềm của dioxit clo luôn tồn tại một cân bằng ôxi hóa-khử sau:
2ClO2 + 2OH- = ClO3- + ClO2- + H2O

(d)

Trong môi trƣờng axit dioxit clo bị khử hoàn toàn, khi cộng tất cả các phản
ứng (a, b, c). Anion clorit rất bền vững trong môi trƣờng trung tính và môi trƣờng
kiềm, và để cho chúng trở thành một phần tử ôxi hóa hiệu quả, cần bổ sung vào
dung dịch một ít axit. Trong trƣờng hợp này phần tử phản ứng sẽ là axit clorơ
(HClO2), chứ không phải ion clorit.

12


Nguyễn Đức Hạnh

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

Trong môi trƣờng kiềm axit clorơ tạo thành bị khử theo các phản ứng (b) và
(c). Axit hypocloric là sản phẩm trung gian tạo thành khi axit clorơ bị khử, có điện


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

Hình 1.3. Cơ chế phản ứng ôxi hóa các cấu trúc
không chứa nhóm OH-phenol của lignin dƣới tác dụng của dioxit clo

Hình 1.4. Cơ chế các phản ứng tạo thành và phân hủy các chất chứa clo
Khi dioxit tác dụng với các polisaccarit các nhóm aldehit bị ôxi hóa thành các
nhóm COOH. Quá trình ôxi hóa diễn ra đối với cả các nhóm bán axetal đầu chuỗi,
cũng nhƣ với các nhóm aldehit tạo thành trong đại phân tử xenluloza khi nấu bột.
Trong môi trƣờng axit dioxit clo không tác dụng với các nhóm OH. Tính chất này
quyết định khả năng chọn lọc cao của dioxit clo đối với các polisaccarit.
1.2.2. Các điều kiện và thông số kỹ thuật của quá trình tẩy trắng bột bằng dioxit clo
Động học của quá trình cho thấy, các yếu tố ảnh hƣởng đến tẩy trắng bột bằng
dioxit clo bao gồm: pH của bột dịch, nhiệt độ và thời gian xử lý, nồng độ bột, mức
dùng dioxit clo và hàm lƣợng clo phân tử trong dịch tẩy.

14


Nguyễn Đức Hạnh

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

Dựa vào cơ chế phản ứng mà ngƣời ta sử dụng ClO2 để tách loại lignin (các
phản ứng (hình 1.2), (hình 1.3) và tăng trắng, tức làm mất mầu các nhóm mang mầu
(phản ứng hình 1.4). Công đoạn tách loại lignin thƣờng đƣợc ký hiệu là Do, còn các
công đoạn tăng trắng -D1, D2, D3,…

Hình 1.5. Sơ đồ các công đoạn tẩy trắng bằng dioxit clo;

Từ 3-4 đến 10-15

10-15

10-15

120-240

120-240

Thời gian xử lý (phút) 30-80

1.2.2.1. Ảnh hưởng của trị số pH tới quá trình tẩy trắng bằng dioxit clo
Trị số pH đóng vai trò quan trọng trong quá trình tẩy trắng bằng ClO2. Trên
bảng 1.6 cho thấy sự ảnh hƣởng của pH (4,2; 6,2; 8,0), nhiệt độ và thời gian tẩy đến
độ trắng của bột, khi tẩy trắng bột sunphat (có độ trắng ban đầu là 72%), mức dùng
ClO2 0,6% so với bột khô tuyệt đối.

15


Nguyễn Đức Hạnh

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật Hóa học

Bảng 1.6. Ảnh hƣởng của một số yếu tố đến độ trắng của bột khi
tẩy trắng bằng dioxit clo
Nhiệt độ

Thời gian tẩy

88,2

40

5

83,9

86,0

84,2

60

3

86,9

87,3

85,1

60

4

86,9

87,4


84,3

80

5

85,9

88,0

84,3

Trị số pH của các công đoạn tách loại lignin không đƣợc vƣợt quá 3. trong
trƣờng hợp này đảm bảo sử dụng triệt để khả năng ôxi hóa của ClO2.
Khi tẩy trắng trong môi trƣờng axit, ClO2 ít gây ảnh hƣởng đến hemixenlulozơ và
xenlulozơ, dioxit clo ôxi hóa các nhóm rƣợu thành các nhóm cacbonyl, các nhóm
aldehit - thành các nhóm cacboxyl. Các liên kết glicozit hầu nhƣ không bị phân hủy,
độ nhớt và bậc trùng hợp của xenlulozơ chỉ bị giảm không đáng kể, độ bền cơ học
của bột đƣợc bảo toàn ở mức của bột chƣa tẩy trắng. Trong môi trƣờng kiềm
(pH=10-11) tác dụng của dioxit clo đối với các polisacarit tăng rõ rệt, độ nhớt của
xenlulozơ có thể giảm xuống tới 50%. Vì vậy tẩy trắng trong môi trƣờng axit chiếm
ƣu thế hơn, kể cả về phƣơng diện giảm mức tiêu hao dioxit clo cho các phản ứng
phụ. Khi pH=4 các phản ứng thủy phân ClO2 diễn ra chậm đến mức trong vòng 3
giờ lƣợng tiêu hao ClO2 chỉ vào khoảng 10%, trong khi đó khi pH=7 có tới 90%
ClO2 bị phân hủy thành clorit và clorat (khi không có xenlulozơ). Khi có xenlulozơ
diễn ra quá trình sau:
ClO2 + xenlulozơ = HClO2 + xenlulozơ ôxi hóa

16


tăng chậm, thậm chí trong vòng 4 giờ xử lý tiếp theo. Song, kéo dài quá trình tẩy
quá 3 giờ là không hiệu quả, bởi lợi ích thu đƣợc từ việc tăng độ trắng của bột khi
đó không bù đắp đƣợc những chi phí liên quan đến việc kéo dài quá trình.

17