Đề tài Cơ sở hóa học và công nghệ xử lý nước thải ngành giấy

Ngành giấy là một trong số những ngành có lượng nước ô nhiễm thải ra sông nhiều nhất nước ta. Trong lượng nước này có độ pH rất cao, chỉ số BOD ( nhu cầu ôxy sinh hóa), và COD (nhu cầu ôxy hóa học) ở mức đáng báo động. Nhận thấy được rằng đây là một hiện trạng phổ biến cùng với nguồn kiến thức đã và sẽ có nhóm chúng em chọn đề tài “Cơ sở hóa học và công nghệ xử lý nước thải ngành giấy”. Nhằm tăng thêm nguồn kiến thức về thành phần cơ bản của các chất hóa học có trong chất liệu tạo ra giấy, dịch đen, cũng như các thành phần có trong nước thải ngành giấy để đưa ra các phương pháp xử lý bằng hóa học thích hợp trong ngành này.

doc37 trang | Chia sẻ: ngtr9097 | Ngày: 08/06/2013 | Lượt xem: 1531 | Lượt tải: 7download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Cơ sở hóa học và công nghệ xử lý nước thải ngành giấy, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
A.MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngành giấy là một trong số những ngành có lượng nước ô nhiễm thải ra sông nhiều nhất nước ta. Trong lượng nước này có độ pH rất cao, chỉ số BOD ( nhu cầu ôxy sinh hóa), và COD (nhu cầu ôxy hóa học) ở mức đáng báo động. Nhận thấy được rằng đây là một hiện trạng phổ biến cùng với nguồn kiến thức đã và sẽ có nhóm chúng em chọn đề tài “Cơ sở hóa học và công nghệ xử lý nước thải ngành giấy”. Nhằm tăng thêm nguồn kiến thức về thành phần cơ bản của các chất hóa học có trong chất liệu tạo ra giấy, dịch đen, cũng như các thành phần có trong nước thải ngành giấy để đưa ra các phương pháp xử lý bằng hóa học thích hợp trong ngành này. 2.MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU 2.1. Mục đích: - Trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ sở hóa học trong nước thải ngành giấy. - Giúp chúng em làm quen với việc nghiên cứu đề tài, khảo sát từ thực tế cuộc sống. - Tập cho chúng em sự tư duy logic để tìm ra giải pháp khi đứng trước một vấn đề khó khăn. - Giúp nâng cao khả năng làm việc theo nhóm, tạo sự đoàn kết giữa các thành viên trong nhóm 2.2. Yêu cầu: - Nắm vững kiến thức về cơ sở hóa hoc của các chất trong thành phần bột giấy. - Tập hợp sức mạnh của các thành viên trong nhóm, phân công công việc để cùng giải quyết vấn đề. - Tìm kiếm thông tin một cách chính xác trên mạng, sách báo… - Khả năng tư duy, trình bày, liên kết tài liệu một cách khoa học có hệ thống. 3.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Để nghiên cứu “Cơ sở hóa học và công nghệ xử lý nước thải ngành giấy” phương pháp được dùng là phương pháp duy vật biện chứng, phương pháp thống kê, phương pháp logic. - Ngành giấy là một ngành thực tế, phổ biến và hiện là ngành đang có mức ô nhiễm cao. Vì vậy phép duy vật biện chứng giúp nghiên cứu vấn đề này. - Phương pháp thống kê được áp dụng để thống kê sắp xếp các nội dung tìm được một cách hợp lý, thống nhất. - Phương pháp logic giúp cho việc trình bày đề tài một cách rõ ràng rành mạch. 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU - Tăng thêm hiểu biết về các quy trình sản xuất ra giấy, dịch đen, nguồn phát sinh nước thải, các phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học như đông keo tụ, … - Nâng cao khả năng tư duy, khả năng làm việc theo nhóm. - Nâng cao tinh thần trách nhiệm của sinh viên về tình trạng ô nhiễm nói chung và ô nhiễm nguồn nước thải nói riêng. B. NỘI DUNG 1. Khái niệm và nguồn gốc của giấy 1.1 Khái niệm - Giấy là một tấm mỏng bằng vật liệu sơ sợi, được hình thành khi tráng huyền phù sơ sợi trong nước lên bề mặt một tấm lưới mịn để thoát nước và sau đó làm khô sao cho vẫn giữ nguyên dạng tấm mỏng phẳng. 1.2. Nguồn gốc của giấy - Từ “paper” xuất phát từ tên một loài cây là “papyrus”. Người Ai Cập cổ đại đã làm ra những tờ giấy viết đầu tiên bằng cách xé thân cây này rồi ép những lớp mỏng thành tờ giấy. Tuy nhiên khi đó sự phân tách sơ sợi rồi đan kết của sơ sợi trong tờ giấy (bản chất thực sự của quá trình làm giấy hiện đại) thì chưa có. Nghề giấy thực sự bắt nguồn từ Trung Quốc vào khoảng 100 năm sau công nguyên. Khi đó người ta đã biết sử dụng huyền phù của sợi tre nứa hoặc cây dâu tằm để làm giấy. Nghệ thuật làm giấy của người Trung Quốc đã phát triển đến mức cao. Ngày nay một số mẫu giấy rất đẹp của người Trung Quốc cổ vẫn còn được lưu giữ. Vài thế kỷ sau nghề làm giấy được lan truyền đến Trung Đông, sau đó đến Châu Âu, nơi mà nguồn nguyên liệu là sợi bông và sợi lanh, giẻ rách từ vải cũ rất dồi dào, và hồi đó người ta sử dụng các loại nguyên liệu này để làm giấy. Đầu thế kỷ 15 một số cơ sở sản xuất giấy qui mô công nghiệp đã mọc lên ở Tây Ban Nha, Ý, Đức và Pháp. Còn tại Bắc Mỹ, nhà máy giấy đầu tiên đã được xây dựng tại Philadenphia vào năm 1960. Sau này khi các nguồn nguyên liệu là sợi bông và giẻ rách trở nên không đáp ứng đủ nhu cầu làm nguyên liệu giấy thì người ta mới tìm ra cách sử dụng gỗ làm nguồn nguyên liệu chính để sản xuất giấy. Một số mốc quan trọng trong sự phát triển của công nghệ sản xuất bột và giấy trên thế giới : 1798 Cấp bằng sáng chế cho Nicholas – Louis Robert (pháp) về phát minh ra máy xeo giấy liên tục đầu tiên. 1803 – 1807 Cấp bằng sáng chế cho hai anh em nhà Fourdriner (anh) về việc cải tiến máy xeo liên tục do Donkin thiết kế. 1809 Cấp bằng sáng chế cho John Dickinson (Anh) về phát minh ra giấy xe tròn. 1817 Máy xeo tròn đầu tiên ở Mỹ. 1827 Máy xeo dài đầu tiên ở Mỹ 1840 Phát minh phương pháp sản xuất bột gỗ mài (Đức). 1854 Phát minh phương pháp nấu bột soda (sử dụng xút) (Anh). 1867 Cấp bằng sáng chế cho Benjamin Tilghman (Mỹ) về phát minh ra phương pháp nấu bột sulphit. 1870 Lần đầu tiên sản xuất bột gỗ mài trên qui mô công nghiệp. 1874 Lần đầu tiên sản xuất bột sunphit trên qui mô công nghiệp. 1884 Carl Dahl (Đức) phát minh ra phương pháp nấu bột kraft. 2. Thành phần hóa học của nguyên liệu sản xuất bột giấy 2.1 Thaønh phaàn toång quaùt Trong gỗ, có hai thàn phần cấu trúc cơ bản là hydrocac và lignin. Trong hyñrat cacbon coù xenlulo vaø heâmixenlulo, chuùng khaùc nhau veà troïng lượng và caáu truùc, tính chaát hoaù hoïc. Caáu truùc vaø söï phaân boá nhöõng thaønh phaàn naøy trong goã thay ñoåi tuyø vaøo loaïi nguyeân lieäu vaøo vò trí trong cay cuõng nhö vò trí trong caùc lôùp tuôøng teá baøo. Toång quaùt, goã chöùa 60-80% hyñat cacbon goàm xenlulo vaø hemi xenlulo, ñaây laø thaønh phaàn chính cuûa boät giaáy. 20-40% hôïp chaát pheânoâlic –goàm lignin vaø caùc chaát nhöïa vaø chaát mang maøu. Thoâng thöôøng goã meàm chöùa khoaûng 25-30%, goã cöùng chöùa khoaûng 20%lignin vaø ñaây laø thaønh phaàn chuû yeáu gaây neân nhöõng khoù khaên cho quaù trình saûn xuaát boät giaáy. Phaàn coøn laïi laø caùc chaát nhöïa (1-5%), proteâin(1%),chaát voâ cô (0.5-5%). Coù theå toùm taét thaønh phaàn hoaù hoïc cuûa goã qua sô ñoà khoái döôùi ñaây(H1) Baûn chaát cuûa sôïi xenluloâ laø meàm maïi, nhöng goã laïi raát ñanh cöùng. Sôû dó coù tính chaát naøy laø vì caùc boù sôïi ñöôïc bao boïc, noái keát vôùi nhau bôûi moät chaát nhöïa nhieät deûo coù caáu truùc raát phöùc taïp goïi laø lignin. Baûn chaát hoaù hoïc cuûa caùc thaønh phaàn naøy seõ ñöôïc ñeà caäp trong phaàn keá tieáp. Hình 1: Thaønh phaàn hoaù hoïc toång quaùt cuûa goã hydratgoã hydratcacbon heâmixenluloâ Xenlulo45% Lignin 18-30% Chaát coù theå trích chieát (terpen, axit nhöïa…2-8% F Söï phaân boá cuûa caùc thaønh phaàn trong goã Ba thaønh phaàn xenluloâ, heâmixenluloâ, lignin khoâng ñöôïc phaân boá moät caùch ñoàng ñeàu trong caùc teá baøo goã, coù söï khaùc nhau khaù roõ giöõa caùc loaïi teá baøo, caùc loaïi goã nhö vuøng goã chòu neùn vaø goã bình thöôøng …Hoaëc haøm löôïng xylan trong caùc teá baøo nhu moâ cuûa loaïi goã cöùng vaø goã meàm thì cao hôn nhieàu trong caùc teá baøo sôïi. Nhöõng hieåu bieát veà söï phaân boá caùc thaønh phaàn caáu truùc naøy giuùp ta hieåu ñöôïc söï saép xeáp caùc lôùp töôøng teá baøo vaø ñoàng thôøi coù theå giaûi thích ñöôïc moät soá tích chaát vaät lyù vaø hoaù hoïc cuûa goã – moät vaät lieäu composit thieân nhieân. Tuy nhieân, vì caùc soá lieäu veà thaønh phaàn hoaù hoïc phuï thuoäc nhieàu vaøo xuaát xöù cuûa sôïi, neân ôû ñaây chæ neâu moät soá ñieåm cô baûn. Baûng 1 Trình baøy söï phaân boá thaønh phaàn hoaù hoïc cuûa teá baøo goã meàm. Nhöõng giaù trò naøy ñöôïc tính treân beà daày trung bình cuûa caùc lôùp töôøng teá baøo. Haøm löôïng lignin trong lôùp töôøng trung gian thì cao nhöng do noù moûng neân xeùt veà tæ leä chæ coù moät phaàn nhoû toång löôïng lignin naèm ôû lôùp naøy. Soá lieäu töø baûng 1 coøn khaúng ñònh raèng hydrat cacbon trong caùc lôùp töôøng thöù caáp laø cao nhaát. Nhöng nhöõng yù kieán veà söï phaân boá naøy vaãn coøn nhieàu tranh caõi, tuy nhieân khuynh höôùng chung cho thaáy raèng trong loaïi goã meàm, xenlulo ñöôïc phaân boá töông ñoái ñoàng ñeàu ôû lôùp töôøng thöù caáp vaø cao nhaát laø ôû lôùp thöù caáp giöõa S2 Ñoái vôùi lignin, söï phaân boá cuõng raát khaùc nhau tuyø thuoäc vò trí vaø loaïi goã. Nhöng trong goã cöùng, lôùp töôøng S2 cuûa teá baøo sôïi cuûa lignin coù caáu truùc chuû yeáu loaïi syringyl nhöng lôùp S2 cuûa teá baøo oáng daãn thì laïi chöùa caáu truùc loaïi guaiacyl. Ôû lôùp töôøng trung gian, phoå bieán laø loaïi guaiacyl-syringyl. Coøn trong goã meàm, lignin ôû lôùp töôøng thöù caáp laø guaiacyl. Baûng 1 : Söï phaân boá cuûa caùc phân töû chính trong töôøng teá baøo sôïi ‘tracheid’ goã meàm (tính theo % so vôùi löôïng toång coäng cuûa moãi caáu töû) Caáu töû Vuøng phaân boá ( M + P ) (S1 + S2+ S3) Lignin Polysaccarit Xenlulo Glucomannan Xylan Caùc loaïi khaùc 21 79 5 95 3 97 2 98 5 95 75 25 Haøm löôïng vaø thaønh phaàn cuûa caùc chaát trích ly cuõng thay ñoåi nhieàu theo loaïi goã. Ví duï caùc axit nhöïa tìm thaáy trong caùc oáng daãn nhöïa ôû loaïi goã meàm , coù caùc chaáy beùo vaø chaát saùp thì naèm ôû teá baøo nhu moâ cuûa caû loaïi goã meàm vaø goã cöùng . Caùc chaát voâ cô trong caây khaù thaáp. Haøm löôïng cuûa chuùng trong phaàn reã, caønh, voû caây, laù cao hôn nhieàu so vôùi trong goã. Vaø khaùc vôùi caùc thaønh phaàn caáu truùc goã, haøm löôïng caùc chaát voâ cô thay ñoåi nhieàu theo ñieàu kieän moâi tröôøng phaùt trieån cuûa caây. Haøm löôïng caùc chaát naøy thaáp neân keát quaû phaân tích thaät ra cuõng khoù ñaït ñöôïc độ chính xaùc cao, nhöng toång quaùt thì caùc caây treû chöùa nhieàu chaát voâ cô hôn caùc caây giaø vaø goã cöùng cuõng chöùa moät haøm löôïng cao hôn goã meàm . 2.2 Thaønh phaàn goã 2.2.1 Hydrat cacbon @ Xenluloâ Xenluloâ laø moät polyme sinh hoïc quan troïng vaø phoå bieán nhaát treân theá giôùi. Maëc duø noù ñaõ ñöôïc söû duïng töø raát laâu nhöng nhöõng thoâng tin veà caáu truùc vaø tính chaát hoaù hoïc cuûa noù laø khaù môùi meû, nhö nhöõng tính chaát cao phaân töû cuûa xenluloâ thì vaãn chöa ñöôïc bieát hoaøn toaøn. Baèng moät soá phöông phaùp hoaù hoïc, ta taùch ñöôïc hoaøn toaøn ligin vaø xem nhö sôïi ñöôïc caáu taïo töø xenluloâ tinh. Ñoù laø moät loaïi polymer, neáu ñem xöû lyù vôùi axit HCl loaõng vaø döôùi aùp suaát, noù seõ phaân huyû ñeå cho nhöõng monome ñöôøng glucoâ C6H12O6. Veà caáu taïo, phaân töû xenluloâ coù caáu taïo maïch thaúng, bao goàm nhöõng ñôn vò D-glucopyranoâ, lieân keát vôùi nhau baèng lieân keát ß- 1,4-gluc oxit- nghóa laø caùc voøng glucopyranoâ quay ngöôïc nhau moät goùc 180 ñoä. ÔÛ hai ñaàu maïch phaân töû, nhoùm OH coù tính chaát hoaøn toaøn khaùc nhau – caáu truùc baùn acetal taïi C1 ( nhoùm OH cuûa C1) coù tính khöû ( nhö nhoùm alñehyt) coøn nhoùm OH taïi ñaàu C1 thì coù tính chaát cuûa alcol. Soá monome coù theå ñaït töø 2000 ñeán 10000 ( coù theå leân ñeán 15000 ñoái vôùi cotton), ñoä truøng hôïp naøy töông öùng vôùi chieàu daøi maïch phaân töû töø 5,2 – 7,7mm. Sau khi thöïc hieän quaù trình naáu goã vôùi taùc chaát ( phöông phaùp saûn xuaát boät hoaù hoïc ) ñoä truøng hôïp coøn khoaûng 600-1500. Maïch ñaïi phaân töû xenluloâ coù caáu truùc maïch thaúng vaø coù caáu hình daïng gheá. Caùc maïch phaân töû naøy taäp hôïp keà caän nhau vaø nhôø lieân keát hydro maø hình thaønh caáu truùc vi sôïi. Coù khoaûng 65-73%phaàn xenluloâ laø ôû traïng thaùi keát tinh. Phaàn xenluloâ ôû traïng thaùi voâ ñònh hình laø phaàn khaù nhaäy vôùi nöôùc vaø moät soá taùc chaát hoaù hoïc. Chính thaønh phaàn naøy laøm taêng lieân keát sôïi vaø nhôø vaäy laøm taêng löïc coâ keát cuûa tôø giaáy. Xenluloâ khoâng tan trong nöôùc, trong kieàm hay trong axit loaõng. Nhöng coù theå bò phaân huyû baèng phaûn öùng thuyû phaân vaø bò oxy hoaù bôûi dung dòch kieàm ñaëc ôû T0>1500C. Toùm laïi, xenluloâ khaù trô döôùi taùc kích cuûa hoaù chaát, ôû nhieät ñoä thöôøng noù chæ coù theå hoaø tan trong vaøi dung moâi – phoå bieán nhaát laøcuprietylendiamin(CED) vaø cadmiumetylendiamin(Cadoxen), coøn dung moâi ít phoå bieán hôn nhöng maïnh hôn laø N-metylmorpholin N-oxit vaø clorua liti dimetylformamid 2.2.2 Lignin Là một hợp chất cao phân tử đặc biệt của thực vật, thường tập trung ở những mô hóa gỗ, là chất kết dính tế bào, làm tăng độ bền cơ học, chống thấm nước qua vách tế bào mô xylem, ngăn cản sự xâm nhập của vi sinh vật gây bệnh Khác với xenlulo, hemixenlulo lignin hình thành từ dẫn suất của phenyl, propan, một chất thơm có mạch nhánh. Nói cách chi tiết hơn, lignin là sản phẩm ngưng tụ của 3 thành phần chủ yếu rượu trans-p-cumaryl, trans-coniferyl, trans-cynapyl theo tỷ lệ khác nhau tùy loại thực vật. Lignin của cây gỗ thực vật mềm điển hình (cy vn sm) gồm có 80 conyferyl, 14 cumaryl và 6% coniferyl. Lignin của cây gỗ cứng gồm lượng bằng nhau của conyferyl và cynapyl, của cumaryl khiếm tỷ lệ rất nhỏ. Trong đại phân tử lignin, các đại cấu trúc nối với nhau bằng rất nhiều liên kết và loại liên kết, trong đó liên kết chủ yếu chiếm 50-60% số liên kết giữa monome là kiểu liên kết aryl-glyxerol--aryl ete. Ngoài ra còn có kiểu liên kết phenyl-cumaryl, biphenyl, diarylete. Vì dẫn suất của cc hợp chất thơm có mạch bên với nhiều nhóm chức hoạt động, đặc biệt là OH của nguyên tử cacbon (đối với vịng thơm) nên lignin có thể tham gia vào nhiều loại phản ứng đặc trưng khác hẳn với xenlulo và hemixenlulo, như các phản ứng thế( clo hóa), phản ứng este hóa, oxy hóa, dimetyl hóa. Độ tan tốt trong dung dịch kiềm nóng, một phần trong dung môi hữu cơ . Lignin-xenlulo tự nhiên là một cơ chất khó phân hủy Hình 2: Cấu trúc hóa học của lignin 2.3 Phản ứng của hydrat cacbon và lignin trong môi trường axit và kiềm Có rất nhiều loại phản ứng có thể xảy ra với thành phần hydrat cacbon và ligin trong gỗ. Tuy nhiên, trong chương trình này chỉ đề cập đến những phản ứng thủy phân trong môi trường kiềm và axit, là hai phản ứng rất hay gặp trong quá trình sản xuất hay xử lý bột giấy. Cấu trúc lignin được chọn trong các phản ứng này là loại đimer có lien kết kiểu β-0-4, là kiểu lien kết có mật độ cao nhất. 2.3.1.1 Phản ứng thủy phân hydrat cacbon trong môi trường môi trường axit Liên kết 1,4 glucoxit là loại liên kết ete, nhưng trong môi trường axit cùng với áp suất, hoặc nhiệt độ khá cao chúng có thể bị bẻ gẫy. 2.3.1.2 Phản ứng của hydrat cacbon trong môi trường kiềm F Phản ứng oxi hóa – thủy phân hydrat cacbon trong môi trường kiềm Đây là phản ứng rất quan trọng vì luôn gặp trong quá trình nấu và tẩy trắng bột giặt. a)- Oxy hóa Nhóm OH ở cacbon C2, C3 hoặc C6 của vòng glucose bị oxy hóa thành nhóm carbonyl, tạo nên những cấu trúc carbonyl- β- glcoxy nhậy với kiềm. b) Thủy phân trong môi trường kiềm Các cấu trúc xenlulo bị oxy hóa tại C2 hoặc C3 khá nhậy với dung dịch kiềm. Sự phân hủy đại phân tử xenlulo được tiến hành trước tiên qua sự hình thành một ion, rồi kế đó là sự dịch chuyển điện tử và gây ra phản ứng cắt mạch c) Phản ứng tách và chuyển vị Trong môi trường kiềm, các cấu trúc dicarbonyl của xenlulo (loại xeton hoặc aldehyt) sẽ có thể tiếp tục thay đổi bằng phản ứng chuyển vị benzylic hoặc bằng phản ứng tách loại β phản ứng tách loại Cắt đứt Hình thành cấu trúc liên kết glucoxyt carboxyl (chuyển vị benzylic) * Phản ứng chuyển vị Ngoài ra, nếu các cấu trúc xenlulo oxy hóa thuộc loại đicarbonyl, sẽ có các phản ứng tách loại. Trong trường hợp của Kenton, không có phản ứng cắt đứt liên kết glucoxyt mà chỉ có khả năng hình thành nhóm carboxyl. Còn nếu là loại aldehyt, thì sẽ có sự phá hủy vòng gluco và sự cắt đắt liên kết glucoxyt Trường hợp cấu trúc đicarbonyl loại aldehyt Trường hợp cấu trúc đicarbonyl loại keton Phân tử xenlulo khi bị oxy hóa và có nhóm carboxyl ở C6, cũng cho phản ứng cắt mạch Cắt đứt liên kết glucoxyt (không tạo thành carboxyt) Ngoài ra, khi tại C6 có sự tạo thành nhóm aldehyt, có thể có sự tạo thành cấu trúc bán acetal bằng cách kết hợp với nhóm OH của vòng gluco thứ hai Các cấu trúc xenlulo oxy hóa tại C1 thì khá bền với dung dịch kiềm loãng khi đun sôi. Nguyên tử hydrogen trên C2 không đủ tính axit để được lấy đi bởi kiềm (yếu tố cần có trước tiên cho phản ứng tách loại β). Trong vài trường hợp, ví dụ như oxy hóa xenlulo với ozon, có thể sẽ cho ra cấu trúc lacton – làm xuất hiện nhóm ester tại C1. Trong môi trường kiềm, những cấu trúc này sẽ chuyển thành cấu trúc carboxyl F Phản ứng peeling Sự phân hủy của xenlulo trong môi trường kiềm xảy ra theo cơ chế của phản ứng này. Nó được đặt biệt quan tâm vì đặt trưng của phản ứng của phản ứng là giảm hiệu suất trong quá trình nấu và sự giảm trọng lượng phân tử của mạch xenlulo. Nó là một phản ứng rất khó tránh vì xảy ra ngay trong giai đoạn gia nhiệt của quá trình nấu (>80oC). Phản ứng được đặc trưng bằng sự tách dần nhóm khử ở cuối mạch xenlulo. Những phần hydrat cacbon bị tách ra thì chuyển thành các axit hữu cơ và như vậy sẽ làm giảm nồng độ các ion OH- Ví dụ: một đơn vị đường có nhóm khử ở C1 (đồng phân pyranose,), do nhóm C=O ở cacbon C1 mà hydro của C2 có tính axit và do vậy hydro này bị lấy đi trong môi trường kiềm. Tương tự, do nhóm C=O ở C2, hydro ở C3 sẽ bị lấy đi ở đây, ion carbannion hình thành có sự cộng hưởng là không bền và phản ứng peeling xảy ra. Sự dịch chuyển điện tử làm cho liên kết ete ở C4 bị đứt và đây chính là nguyên nhân của sự giảm trọng lượng phân tử mạch xenlulo. Cấu trúc enol tạo thành dễ dàng chuyển thành dạng dixeton và kế đó với chuyển vị benzylic phản ứng peeling được hãm lại- và đây được gọi là phản ứng dừng. OR là mạch polysaccarit có chứa một nhóm C=O khác và như vậy phản ứng “peeling” lại tiếp tục. Các phân tử gluco cứ lần lượt bị tách ra hòa tan trong dung dịch nấu, như vậy sẽ làm giảm hiệu suất quá trình nấu bột, đồng thời làm mạch xenlulo bị cách ngắn dần đi. 2.3.2.1 Phản ứng của lignin trong môi trường axit F Phản ứng thủy phân Xét về bản chất hóa học thì các liên kết ete của lignin nhậy với sự tấn công của axit hơn là của kiềm, nhưng độ hòa tan của lignin trong môi trường axit thấp hơn trong môi trường kiểm. Tác nhân H+ sẽ tấn công vào O của liên kết C-O và làm gẫy lien kết ete tại đây. Các cấu trúc α-O-4 là những cấu trúc hoạt động nhất, kế đến là sự cắt mạch của cấu trúc β-O-4. F Phản ứng ngưng tụ Ngoài ra, lignin vũng có thể có phản ứng ngưng tụ tyrong môi trường axit. 2.3.2.2 Phản ứng của lignin trong môi trường kiềm F Phản ứng thủy phân Trong môi trường kiềm ở nhiệt độ cao (>100oC) lignin có thể thủy phân, thực chất là sự cắt đứt ete. Luôn có sự hình thành cấu trúc trung gian là metylen quinon (II), lúc này lien kết α-O-4 bị bễ gẫy. Tiếp theo là phản ứng cắt mạch của lien kết β-O-4, có sự hình thành của nhóm carbonyl tại Cβ. Các cấu trúc carbonyl này trong điều kiện nấu bột giấy (To cao, pH kiềm) có thể tham gia phản ứng ngưng tụ. F Phản ứng ngưng tụ Một số phản ứng ngưng tụ của lignin trong môi trường kiềm, cụ thể trong quá trình nấu bột giấy theo phương pháp kiềm. ¯ KẾT LUẬN Lignin và hydrat cacbon là hai cấu tử chính trong thành phấn của gỗ có liên quan trực tiếp đến quá trình sản xuất và tính năng của bột giấy, chúng được liên kết với nhau theo cách đặc thù để tạo nên cấu trúc đanh chắc cho gỗ. Chế biến bột giấy từ gỗ là quá trình tác động cơ học hoặc hóa học lên hai cấu tử này nhằm giải phóng các bó sợi xenlulo. Nội dung của phần này đã giới thiệu tính chất cơ bản về cấu trúc, về tính chất hóa học của lignin và hydrat cacbon, giúp cho việc nghiên cứu và tham khảo những vấn đề có liên quan đến quá trình sản xuất và xử lý bột giấy đạt được kết quả tốt nhất có thể. 2.3 Tiêu chuẩn kỹ thuật về thành phần hóa học của nguyên liệu để sản xuất bột giấy Bao gồm: - Hàm lượng xenlulo phải lớn hơn 35% khối lương trong nguyên liệu khô tuyệt đối để đạt được hiệu suất thu hồi bột cao và hạ giá thành sản phẩm. - Hàm lượng lignin, hemixenlulo và các tạp chất khác thấp để giảm hóa chất nấu, tẩy, giảm thời gian nấu và qua đó tránh được ảnh hưởng xấu tới chất lương của xenlulo. Thành phần hóa học của một số loại gỗ dùng trong công nghiệp giấy được thể hiện trong bảng 2. Bảng 2. Thành phần hóa học của một số loại gỗ.( tính theo % khối lượng khô tuyệt đối) Loại gỗ Thành phần Gỗ bạch dương Gỗ bạch đàn Gỗ tràm Xenlulo % 43 38 43 Lignin % 29 25 23 Hemixenlulo % 26 34 31 Chất chiết % 1,7 2,3 1,5 Tro % 0,3 0,4 0,7 3. Quy trình công nghệ sản xu
Luận văn liên quan