Nghiên cứu ứng dụng một số zeolit cho quá trình tẩy trắng bột giấy bằng hydropeoxit

Nguyễn Việt Long

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
_____________________

NGUYỄN VIỆT LONG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MỘT SỐ ZEOLIT
CHO QUÁ TRÌNH TẨY TRẮNG BỘT GIẤY
BẰNG HYDROPEOXIT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT HÓA HỌC

HÀ NỘI - 2015


Nguyễn Việt Long

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan tất cả các số liệu trong đề tài nghiên cứu là kết quả từ quá
trình làm thực nghiệm một cách nghiêm túc, tỉ mỉ. Kết quả thực nghiệm là hoàn
toàn trung thực. Trong quá trình nghiên cứu không có bất kỳ sự sao chép số liệu từ
đề tài khoa học nào.

Tác giả:

KS. Nguyễn Việt Long


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Nguyễn Việt Long

LỜI CẢM ƠN
Trƣớc tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Phan Huy Hoàng, đã tận
tình hƣớng dẫn, chỉ bảo 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
trong Bộ môn Công nghệ Xenluloza và Giấy, Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Xin gửi lời cảm ơn tới Lãnh đạo Phân xƣởng Bột cùng các anh, chị công tác
tại bộ phận kiểm nghiệm Bột – Tổng công ty Giấy Việt Nam đã tạo điều kiện để tôi
có thể kiểm tra chính xác đƣợc các thông số thực nghiệm.
Nghiên cứu này đƣợc tài trợ bởi Quỹ phát triển khoa học và công nghệ quốc
gia (NAFOSTED) trong đề tài mã số “104.01-2013.02”.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã chia sẻ những khó khăn và
tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện luận
văn tại Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội.
Hà Nội, ngày 20 tháng 7 năm 2015


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Nguyễn Việt Long

MỤC LỤC

Mục lục

1

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

3

Danh mục các bảng biểu

4

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

5

MỞ ĐẦU

6

I. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

8

1.1. Zeolit

8

1.1.1.Giới thiệu chung về zeolit

8

1.1.2. Cấu trúc của zeolit

8

1.1.3. Đặc điểm, tính chất cơ bản của zeolit

10

1.1.4. Ứng dụng của zeolit

12

1.1.5. Sơ qua về zeolit ZSM-5 và analcime

13

1.1.5.1. Sơ lược về zeolit ZSM-5

13

1.1.5.2. Zeolit analcime

15

1.2.Tổng quan về quá trình tẩy trắng

18

1.2.1. Giới thiệu về quá trình tẩy trắng

18

1.2.2. Các hóa chất sử dụng cho tẩy trắng

20

1.2.2.1. Các chất tẩy

20

1.2.2.2. Các chất phụ trợ

20

1.2.2.3. Các chất ổn định

21

1.2.2.4. Các chất tạo phức

21

1.2.3. Cơ chế của quá trình tẩy trắng

21

1.2.4. Tẩy trắng bột cơ và các yếu tố ảnh hưởng đến độ trắng

23

1.2.4.1. Đặc điểm tẩy trắng bột cơ

23

1.2.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng

26

1.2.4.3. Ưu, nhược điểm của quá trình tẩy trắng bột cơ bằng hydroperoxit

31

1.2.4.4. Cơ chế hóa học quá trình tẩy trắng bột cơ bằng hydroperoxit

32

1


Nguyễn Việt Long

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

1.2.5. Tổng quan tài liệu về tẩy trắng bột cơ

34

II. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

37

2.1. Nguyên liệu

37

2.2. Hóa chất vật tƣ và thiết bị

37

2.3. Tổng hợp zeolit analcime và ZSM-5

37

2.4. Tẩy trắng bột giấy cơ học có sử dụng zeolit

38

2.5. Xác định các tính chất của bột giấy

40

III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

41

3.1. Phân tích vật liệu

41

3.2. Ứng dụng zeolit ZSM-5 cho quá trình tẩy trắng

43

3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ tẩy trắng

43

3.2.2. Ảnh hưởng của mức dùng zeolit ZSM-5

45

3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian tẩy trắng

46

3.2.4. Đánh giá hiệu quả tẩy trắng sử dụng zeolit ZSM-5

48

3.3. Ứng dụng zeolit analcime cho quá trình tẩy trắng

48

3.3.1. Ảnh hưởng của thời gian tẩy trắng

49

3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ tẩy trắng

50

3.3.3. Ảnh hưởng của mức dùng zeolit analcime

51

3.3.4. Đánh giá hiệu quả tẩy trắng sử dụng zeolit analcime

52

3.4. So sánh hiệu quả giữa zeolite ZSM-5 và analcime cho quá trình tẩy 53
trắng
KẾT LUẬN

56

TÀI LIỆU THAM KHẢO

57

2


Nguyễn Việt Long

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
Ý nghĩa

Ký hiệu
ISO

International Organization for Stadardization

G.E

General Electric

DTPA

Diethylenetriamine pentaacetic acid

EDTA

Etylen diamin tetra axetic

MAS

Maeic-angle spinning

NMR

Nuclear magnetic resonance

MFI

Mobil Five

PC

Post colour number

SBU

Secondary Building Unit

TA

Total Alkalinity

KTĐ

Khô tuyệt đối

3


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Nguyễn Việt Long

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số
Bảng 3.1

Tên bảng

Trang

Ảnh hƣởng của nhiệt độ tẩy đến độ trắng của bột (xúc tác

44

zeolit ZSM-5)
Bảng 3.2

Ảnh hƣởng của thời gian tẩy đến độ trắng của bột (xúc tác

47

zeolit ZSM-5)
Bảng 3.3

Ảnh hƣởng của nhiệt độ tẩy đến độ trắng của bột (xúc tác

50

zeolit anacime)
Bảng 3.4

So sánh kết quả sử dụng 2 loại zeolit ZSM-5 và analcime

53

Bảng 3.5

So sánh độ trắng của mẫu tối ƣu và mẫu truyền thống

54

Bảng 3.6

Tính chất cơ lý của bột trƣớc và sau quá trình tẩy trắng sử

55

dụng zeolit ZSM-5 làm chất ổn định môi trƣờng và hấp phụ
cation

4


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Nguyễn Việt Long

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Số

Tên hình vẽ - đồ thị

Trang

Hình 1.1

Cấu trúc khung zeolit

Hình 1.2

Hình 1.10

Các đơn vị cấu trúc và cách ghép nối tạo zeolit có cấu trúc
khác nhau
Hệ thống mao quản của ZSM-5
Hình ảnh zeolit analcime từ khoáng chất bazan trong tự
nhiên
Đơn vị cấu trúc của tinh thể lập phƣơng analcime
Cơ chế biến đổi lignin khi tẩy trắng bột cơ bằng Na2S2O4
và H2O2
Sự thay đổi độ trắng của bột cơ trong quá trình tẩy trắng
Ảnh hƣởng của tỷ số TA/H2O2 ở các mức dùng H2O2
khác nhau tới độ trắng của bột TMP; nồng độ bột 18%;
nhiệt độ 60 oC; thời gian tẩy 180 phút; silicat 3%)
Ảnh hƣởng của mức dùng H2O2 đến độ trắng của bột
TMP; nồng độ bột 20%; nhiệt độ 60 oC; thời gian tẩy 180
phút, silicat 3% .
Phản ứng của H2O2 với lignin

Hình 2.1

Sơ đồ tẩy trắng một công đoạn

38

Hình 2.2

Tẩy trắng bột giấy cơ học có sử dụng zeolit

39

Hình 3.1

Phổ XRD của vật liệu zeolit ZSM-5 tổng hợp đƣợc

41

Hình 3.2

Phổ XRD của vật liệu zeolit analcime tổng hợp đƣợc
Đồ thị ảnh hƣởng của mức dùng zeolit ZSM-5 đến độ
trắng
Đồ thị ảnh hƣởng thời gian tẩy đến độ trắng (xúc tác
zeolit analcime)
Đồ thị ảnh hƣởng của mức dùng zeolit analcime đến độ
trắng

42

Hình 1.3
Hình 1.4
Hình 1.5
Hình 1.6
Hình 1.7
Hình 1.8

Hình 1.9

Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5

9
14
15
16
17
22
25
29

30
33

45
49
52

5


Nguyễn Việt Long

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

MỞ ĐẦU
Công nghiệp giấy là một ngành kinh tế quan trọng của Đất nƣớc, tuy nhiên
đầu tƣ và triển khai các dự án sản xuất bột giấy và giấy ở nƣớc ta đang gặp nhiều

khó khăn, cho dù nhu cầu không ngừng tăng, nhất là đối với các sản phẩm giấy
cactong, bao gói. Với nhu cầu rất lớn về bột giấy trong khi sản lƣợng trong nƣớc
vẫn chƣa đáp ứng đƣợc, buộc các doanh nghiệp phải tiến hành nâng cao quá trình
sản xuất cả về khoa học công nghệ và thiết bị để đạt đƣợc hiệu quả sản xuất cũng
nhƣ đa dạng hóa sản phẩm.Vì vậy để tăng cƣờng khả năng đáp ứng nhu cầu, bên
cạnh sản phẩm bột giấy hóa học truyền thống cho sản xuất giấy, cần tăng cƣờng sử
dụng các dạng sản phẩm bột giấy khác cho sản xuất nhiều loại giấy khác nhau,
trong đó bột giấy cơ học.
Bột cơ vẫn có đầy đủ các thành phần của gỗ, do đó độ trắng thƣờng thấp,
dao động trong khoảng 20 ÷ 65% ISO. Để bổ sung sử dụng cho sản xuất các loại
giấy khác nhau ta cần có phƣơng pháp tẩy trắng bột phù hợp và hiệu quả cao.
Ngoài nhiệm vụ giúp cho bột giấy đạt độ trắng cao hơn, quá trình tẩy trắng còn cải
thiện đƣợc nhiều tính chất của bột giấy, nhất là các tính chất cơ học. Vì vậy quá
trình tẩy trắng không chỉ nâng cao chất lƣợng bột giấy về mặt thẩm mỹ mà còn mở
rộng tính năng sử dụng của nó, tức bột giấy sau quá trình tẩy trắng có thể đƣợc sử
dụng làm nguyên liệu sản xuất các loại giấy chất lƣợng cao hơn.
Trong những năm gần đây, ảnh hƣởng của các chất hữu cơ chứa clo từ các
nhà máy giấy đối với môi trƣờng đang là mối quan tâm của các doanh nghiệp sản
xuất giấy vì các tiêu chí môi trƣờng ngày càng nghiêm ngặt hơn, đặc biệt là các dẫn
xuất của clo. Vì vậy, hiện nay ngƣời ta đang tìm đến những hóa chất tẩy trắng bột
giấy thân thiện với môi trƣờng nhƣ O3, O2, H2O2… Trong đó, H2O2 đang là hóa
chất đƣợc ứng dụng nhiều hơn cả trong các nhà máy sản xuất bột giấy cơ học hiệu
suất cao. Quá trình tẩy trắng bằng H2O2 đòi hỏi phải tiến hành trong điều kiện môi
trƣờng kiềm để tăng khả năng hoạt tính của nó. Tuy nhiên, H2O2 kém bền nhiệt và
rất dễ bị phân hủy bởi các ion kim loại đa hóa trị nhƣ Mn2+, Fen+, Cu2+…Do đó,
trong hầu hết các quá trình tẩy trắng, ngƣời ta đều phải bổ sung các chất ổn định
môi trƣờng và các chất tạo phức để hạn chế đƣợc các tác động của quá trình phân

6

Nguyễn Việt Long

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

hủy H2O2 xúc tiến bởi các ion kim loại đa hóa trị nhằm đạt hiệu quả cao hơn trong
quá trình tẩy. Trong quá trình tẩy trắng dùng tác nhân H2O2 thông thƣờng, ngƣời ta
sử dụng Na2SiO3 làm chất ổn định pH môi trƣờng, diethylenetriamine pentaacetic
acid (DTPA) và MgSO4 là chất tạo phức nhằm hạn chế việc phân hủy H2O2 do ion
kim loại đa hóa trị gây ra. Tuy nhiên, các hóa chất trợ tẩy trắng trên lại có những
hạn chế nhất định nhƣ: Na2SiO3 dễ bị kết tủa ở nhiệt độ cao gây tắc nghẽn đƣờng
ống hoặc lắng cặn trong các thiết bị tẩy trắng. DTPA là chất có khả năng gây ung
thƣ và cần đƣợc kiểm soát trong quá trình thải ra môi trƣờng. Bên cạnh đó, khi thải
ra môi trƣờng DTPA có khả năng đƣa các kim loại nặng trở lại chuỗi thức ăn do
khả năng tạo phức với một số ion kim loại nặng này. Ngoài ra, cả ba hóa chất trợ
tẩy trắng trên đều ở dạng hòa tan trong dung dịch nên sau quá trình tẩy đều đi theo
nƣớc thải ra môi trƣờng gây ảnh hƣởng đến môi trƣờng sinh thái. Do đó cần có
biện pháp xử lý nƣớc thải thích hợp để giảm thiểu ô nhiễm. Chính vì vậy cần tìm ra
một loại vật liệu mới vừa có thể ổn định môi trƣờng tẩy, vừa có khả năng kiềm chế
hoạt động của các ion kim loại đa hóa trị trong dung dịch tẩy trắng nhằm thay thế
đồng thời hỗn hợp chất ổn định (Na2SiO3 +DTPA+MgSO4 ).
Zeolit là nhôm silicat có cấu trúc mao quản xốp. Chúng có diện tích bề mặt
lớn, có khả năng hấp phụ các ion kim loại đa hóa trị. Ngoài ra, kích thƣớc mao quản
2÷10 Ao nên có khả năng hấp phụ các kim loại vào bên trong cấu trúc hạt. Đặc biệt,
zeolit còn đƣợc biết đến là chất xúc tác, trao đổi ion, làm mềm nƣớc… Vì vậy,
trong tẩy trắng bột bằng H2O2: Zeolit có khả năng hấp phụ và trao đổi với các ion
kim loại đa hóa trị (Mn2+, Fen+, Cu2+…) và zeolit có khả năng xúc tác cho quá trình
tẩy trắng bột bằng H2O2.
Chính vì vậy tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng một số zeolit
cho quá trình tẩy trắng bột giấy bằng hydropeoxit” nhằm cải thiện hiệu quả và chất

lƣợng quá trình tẩy trắng, hạn chế việc xử lý nƣớc thải của quá trình tẩy và giảm
thiểu ảnh hƣởng đến môi trƣờng. Với kết quả thu đƣợc hy vọng có thể đƣa ra một
qui trình tẩy trắng bột giấy cơ học mới có hiệu quả hơn về mặt kinh tế cũng nhƣ
môi trƣờng.

7


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Nguyễn Việt Long

I. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Zeolit
1.1.1. Giới thiệu chung về zeolit
Zeolit là khoáng chất silicat nhôm (aluminosilicat) của một số kim loại có cấu
trúc vi xốp với công thức chung:
Me2/nO.Al2O3.xSiO2.yH2O
trong đó, n – hoá trị của cation Me; x – tỉ lệ mol SiO2/Al2O3 và y – số phân tử nƣớc.
Tỉ số x biến thiên trong khoảng rất rộng tuỳ theo thành phần và cấu trúc của zeolit.
Đối với zeolit A tỉ số x bằng xấp xỉ 2, trong zeolit X và Y (đều có cấu trúc giống với
faujasite tự nhiên) tỉ số x có giá trị trong khoảng 2,3 đến 3,0 (zeolit X), và từ 3,1 đến
6,0 (zeolit Y), trong zeolit ZSM tỉ số đó biến thiên từ khoảng 20 đến vô hạn cho đến
tiệm cận với cấu trúc silic oxit tinh thể (silicalite).
Trên thế giới, việc nghiên cứu và ứng dụng zeolit đã có từ rất lâu và đạt đƣợc
những thành công lớn. Ở Việt Nam, cũng đã có một số đơn vị nghiên cứu, sản xuất
vật liệu này từ hoá chất sạch. Tuy nhiên, khó có thể ứng dụng trên quy mô lớn vì
giá thành cao. Gần đây các nhà khoa học ở trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã
biến khoáng sét thiên nhiên ở Việt Nam thành vật liệu zeolit với giá thành chỉ bằng
một nửa giá zeolit nhập khẩu.

1.1.2.Cấu trúc của zeolit
Zeolit là các nhôm silicat tinh thể có cấu trúc lỗ xốp theo không gian ba chiều.
Vì vậy cho phép chúng phân chia theo hình dạng và kích thƣớc xác định.
Các zeolit tự nhiên và zeolit tổng hợp đều có bộ khung đƣợc tạo thành bởi
mạng lƣới không gian theo chiều là các tứ diện TO4-. Trong đó, T là nguyên tử Al
hoặc Si, 4 nguyên tử oxi dạng O2- bao quanh một cation T.
Zeolit có cấu trúc tinh thể, sự khác nhau trong mạng tinh thể của các loại zeolit
là do điều kiện tổng hợp, thành phần nguyên liệu, sự trao đổi các cation kim loại
thay thế tạo nên.

8


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Nguyễn Việt Long

Hình 1.1. Cấu trúc khung zeolit
Theo Nacache. C và nhiều tác giả khác, việc tạo thành các khung trong cấu
trúc zeolit là do liên kết Si-O-Al hoặc Si-O-Si tạo ra xung quanh ion Si4+ là 4
nguyên tử oxi tạo thành tứ diện SiO4. Tứ diện này trung hòa về điện.
Trong một số tứ diện Si4+ đƣợc thay thế bằng Al3+ để tạo ra tứ diện AlO4-. Tứ
diện này còn có 1 điện tích âm và nó thƣờng đƣợc bù trừ bằng các cation trao đổi
nhƣ K+, Na+, Ca2+,... Các tứ diện AlO4- , SiO4 liên kết với nhau qua đỉnh oxi tạo
thành những đơn vị cấu trúc. Nhƣ vậy, zeolit có cấu trúc khung nhƣ hình bát diện.
Cấu trúc mao quản của zeolit là một trong những đặc tính quan trọng nhất của
loại vật liệu này. Nó có ý nghĩa quan trọng và xác định các tính chất vật lý, hóa học
của zeolit.
Các sođalit ghép nối với nhau tạo thành một khoang rỗng các lỗ mao quản to,
nhỏ khác nhau, nhờ đó mà zeolit có cấu trúc “xốp”. Tập hợp không gian rỗng tuân

theo một quy luật nhất định sẽ cấu tạo cấu trúc kênh của zeolit. Bản chất của hệ mao
quản là yếu tố quyết định đến tính chất của zeolit.
Trong các zeolit có 3 loại hệ thống mao quản nhƣ sau:
- Hệ thống mao quản một chiều;
- Hệ thống mao quản hai chiều;
- Hệ thống mao quản ba chiều.
Zeolit tự nhiên và tổng hợp là những aluminosilicat (silica-alumina) có cấu

9


Nguyễn Việt Long

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

trúc tinh thể xác định, có các lỗ xốp với kích thƣớc ổn định từ 3÷4 Aođến 9÷10Ao.
Không gian bên trong gồm những hốc nhỏ đƣợc nối với nhau bằng những mao quản
cũng có kích thƣớc ổn định. Nhờ hệ thống các hốc và mao quản đó mà zeolit có thể
hấp phụ lựa chọn những phân tử có kích thƣớc tƣơng ứng với kích thƣớc các mao
quản của nó. Vì khả năng đó, zeolit đƣợc xem là một loại “rây phân tử” (molecular
sieve).
1.1.3. Đặc điểm, tính chất cơ bản của zeolit
* Tính chất vật lý
Zeolit tổng hợp từ các kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ, thƣờng không màu.
Khi nung, các zeolit ngậm nƣớc đều bị thoát nƣớc. Nhiều loại zeolit hoàn toàn bị
mất nƣớc cấu trúc giữa các phân tử khi nung ở 400 ÷ 600oC, tạo nên hệ thống mao
quản xốp và bề mặt phụ thuộc vào từng kiểu cấu trúc mao quản.
Zeolit là loại vật liệu có tính bền nhiệt cao. Tính bền nhiệt phụ thuộc vào tỷ số
SiO2/Al2O3 và bản chất của cation trao đổi. Khi tỷ lệ SiO2/Al2O3 tăng thì tính bền
nhiệt tăng. Đây là tính chất quan trọng của zeolit khi ứng dụng làm chất xúc tác.

* Tính chất hóa học
Zeolit có nhiều tính chất quý nhƣng chủ yếu có các tính chất cơ bản sau:
- Tính chất trao đổi ion
Zeolit đƣợc tạo thành là do Al thay thế một số nguyên tử Si trong mạng lƣới
tinh thể của silic oxit kết tinh. Vì nguyên tử Al hóa trị ba thay thế nguyên tử Si hóa
trị bốn, nên mạng lƣới zeolit có dƣ điện tích âm. Số điện tích âm bằng số nguyên tử
Al trong mạng lƣới. Để đảm bảo tính trung hòa điện tích, zeolit cần có ion dƣơng để
bù trừ điện tích âm dƣ đó. Trong tự nhiên hay ở dạng tổng hợp ban đầu, những
cation này thƣờng là cation của kim loại kiềm (Na+, K+) hoặc kim loại kiềm thổ
(Ca2+, Mg2+). Những cation này dễ dàng tham gia vào quá trình trao đổi với các
cation.
Sự trao đổi cation trong zeolit đƣợc thực hiện do trong cấu trúc của chúng có
các tứ diện AlO4-. Bởi vậy, khi zeolit có đƣờng kính mao quản lớn hơn kích thƣớc
của cation trao đổi thì tỷ số SiO2/Al2O3 của zeolit có ảnh hƣởng rất lớn đến dung
10


Nguyễn Việt Long

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

lƣợng trao đổi. Thông thƣờng, các zeolit có tỷ lệ SiO2/Al2O3 càng thấp thì khả năng
trao đổi cation càng cao và ngƣợc lại.
Bên cạnh lƣợng trao đổi, vận tốc trao đổi cation cũng phụ thuộc mạnh vào
đƣờng kính mao quản và kích thƣớc của các cation. Vận tốc trao đổi càng lớn khi
kích thƣớc cation trao đổi càng nhỏ và đƣờng kính mao quản của zeolit càng lớn.
Khi cation trao đổi có kích thƣớc lớn hơn đƣờng kính mao quản của zeolit thì sự
trao đổi có thể diễn ra chậm trên bề mặt zeolit.
Những zeolit có tỷ lệ SiO2/Al2O3 thấp, từ 2 ÷ 6 thì không bền trong môi
trƣờng axit có pH ≤ 4. Các zeolit A, X, Y ít có khả năng trao đổi cation trong môi

trƣờng axit vì chúng sẽ bị phá vỡ một phần cấu trúc, đặc biệt zeolit A sẽ bị phá vỡ
hoàn toàn cấu trúc trong môi trƣờng có axit mạnh. Do vậy mà quá trình trao đổi
cation tốt nhất là thực hiện trong môi trƣờng kiềm.
- Tính chất hấp phụ
Zeolit có một hệ thống các kênh rãnh hình thành liên tục trong tinh thể, tạo
nên các mao quản rất bé và các cửa lỗ mao quản là các vòng cấu tạo đặc biệt do oxy
tạo nên. Các mao quản trong zeolit có kích thƣớc phân tử và rất đồng đều làm cho
zeolit có khả năng hấp phụ chọn lọc cao. Ngoài ra, do có tính chất phân cực, zeolit
có khả năng hấp phụ một lƣợng rất lớn các chất bị hấp phụ, chứa đầy trong hệ thống
kênh rãnh và các khoang. Nhƣ vậy, tính chất hấp phụ chọn lọc của zeolit xuất phát
từ hai yếu tố chính:
+ Kích thƣớc cửa sổ mao quản của zeolit chỉ cho phép lọt qua những phân tử
có hình dạng, kích thƣớc phù hợp.
+ Năng lƣợng tƣơng tác giữa trƣờng tĩnh điện của zeolit với các phân tử có
momen lƣỡng cực. Điều này liên quan đến độ phân cực của bề mặt zeolit và của các
chất bị hấp phụ. Bề mặt càng phân cực hấp phụ càng tốt chất phân cực và ngƣợc
lại.
Khả năng hấp phụ của zeolit không những chỉ phụ thuộc vào bản chất của
phân tử chất bị hấp phụ và hệ thống mao quản của zeolit mà còn phụ thuộc vào
nhiều yếu tố khác nhƣ áp suất, nhiệt độ, bản chất của mỗi loại zeolit…Sự hấp phụ

11


Nguyễn Việt Long

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

trên zeolit còn phụ thuộc vào nhiệt độ và chế độ hoạt hoá zeolit. Mục đích của việc
hoạt hoá là loại nƣớc hấp phụ trên bề mặt zeolit để làm tăng độ hấp phụ, nhƣng nếu

hoạt hoá ở nhiệt độ cao quá thì có thể dẫn tới sự phá vỡ cấu trúc tinh thể zeolit. Với
zeolit A, X, Y … dung lƣợng hấp phụ H2O ở 2 ÷ 4 mmHg đạt khoảng 20 ÷ 30%.
- Tính chất xúc tác
Các zeolit đƣợc ứng dụng rộng rãi làm xúc tác cho nhiều quá trình chuyển hoá
học nhờ có 4 tính chất đặc trƣng sau:
+ Zeolit có khả năng trao đổi ion: nhờ tính chất này mà ngƣời ta có thể đƣa
vào trong cấu trúc của zeolit các cation có tính chất xúc tác nhƣ: Cu2+, Fen+, Mn2+,
cho phản ứng oxy hoá … hay trao đổi với các cation chuyển sang dạng H+ cho các
phản ứng cần xúc tác axit….
+ Các zeolit sau khi trao đổi với ion H+ trở thành axit rắn và chứa nhiều tâm
axit và lƣợng axit tƣơng ứng, có khả năng xúc tác khá lớn cho quá trình chuyển hóa
hoá học.
+ Thể tích xốp trong các zeolit rất lớn, cho phép chúng hấp phụ một lƣợng lớn
các chất phản ứng. Nhờ vậy, nồng độ các phân tử ở xung quanh tâm hoạt tính sẽ
lớn hơn ở bề mặt ngoài, khả năng tƣơng tác ở phản ứng cao hơn, đặc biệt cho phản
ứng lƣỡng phân tử nhƣ Craking, Olygome hoá, chuyển dịch hyderua.
+ Với hệ cấu trúc mao quản đồng nhất, đƣờng kính nhỏ hơn 10Ao, các zeolit
thể hiện tính chọn lọc rất cao. Quá trình khuếch tán các tác nhân phản ứng và các
sản phẩm trong lỗ xốp của zeolit đóng vai trò quan trọng trong phản ứng xúc tác và
nhƣ vậy sẽ ảnh hƣởng đến tốc độ phản ứng cũng nhƣ việc phân bố sản phẩm.
Trong 4 tính chất này, 2 yếu tố chiếm vị trí quan trọng nhất, ảnh hƣởng chính
đến hoạt tính xúc tác chính là tính chất axit bề mặt và khả năng chọn lọc hình học
của zeolit. Đây cũng chính là điều kiện cơ bản trong lựa chọn xúc tác thích hợp cho
từng quá trình phản ứng nhằm đạt hiệu quả cao nhất.
1.1.4. Ứng dụng của zeolit
Dựa vào những tính chất và đặc điểm của zeolit, có thể thấy zeolit có ứng
dụng ở nhiều lĩnh vực khác nhau.
12

Nguyễn Việt Long

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

* Xúc tác: zeolit có hoạt tính và độ chọn lọc cao.
- Ứng dụng zeolit trong tổng hợp hữu cơ: Alkyl hoá parafin bằng olefin, Amin
hoá Butanol bằng amoniac,...
- Ứng dụng zeolit trong công nghệ hóa dầu: cracking xúc tác, quá trình izome
hoá, quá trình alkyl hoá...
* Hấp phụ: Do zeolit là vật liệu có cấu trúc xốp, hệ thống mao quản theo
không gian 3 chiều, có diện tích bề mặt lớn, nên có khả năng hấp phụ mang tính
chọn lọc cao, có khả năng trao đổi ion.
- Ứng dụng trong bảo vệ môi trƣờng.
+ Xử lý khí thải:
Sử dụng xúc tác Cu-ZMS-5, hoặc zeolit trong bộ 3 lớp để đƣa chất thải độc
hại về dạng không độc: CO2, NO2, hoặc ngoài ra còn có zeolit Y cùng một số
nguyên tố đất hiếm Co, La, Nd mang trên zeolit cũng có khả năng xử lý chất thải.
+ Xử lý nƣớc thải:
Do bề mặt riêng lớn của các zeolit nên khả năng “giữ bẩn” của zeolit là lớn, có
thể lọc không những hạt huyền phù lớn mà cả hạt keo có nguồn gốc vô cơ và hữu
cơ. Ngoài ra còn có thể lọc vi khuẩn.
+ Xử lý các kim loại trong nƣớc.
Dựa vào đặc điểm của zeolit có khả năng trao đổi ion ngƣời ta sử dụng zeolit
tự nhiên và zeolit tổng hợp để xử lý các cation độc hại trong nƣớc nhƣ NH4+, Cu2+,
Pb2+ vì trong zeolit tổng hợp thƣờng có chứa các ion kim loại kiềm (ví dụ Na+ ) dễ
bị tách ra ngoài theo phản ứng:
NanZ + mNH3+ (NH3 )nZ + nNA+ + ( m - n) NH4+
( Với nNhƣ vậy, việc ứng dụng zeolit hiện nay đƣợc áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực
và cho hiệu quả cao. Đặc biệt là không gây ảnh hƣởng đến môi trƣờng sinh thái.

1.1.5. Sơ lược về zeolit ZSM-5 và analcime
1.1.5.1. Sơ lược về zeolit ZSM-5

13


Nguyễn Việt Long

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Zeolit ZSM-5 đƣợc các nhà nghiên cứu hãng Mobil Oil tổng hợp đầu tiên năm
1972. Công thức hoá học của ZSM-5 có dạng:
NanAlnSi96-nO192·16H 2O (0 Zeolit ZSM-5 thuộc họ vật liệu pentasil, mã cấu trúc quốc tế là MFI (Mobil
Five). Các dữ liệu tinh thể học cơ bản của ZSM-5 nhƣ sau: Cấu trúc tinh thể cơ bản
là octorhombic thuộc nhóm đối xứng Pnma với a=20,lA°; b=19,9A°; c=13,4A°.
Đơn vị cơ bản của mọi zeolit là tứ diện TO4 bao gồm một cation T đƣợc baoquanh
bởi 4 ion O2-(T là cation Si4+hoặc Al3+). Khác với tứ diện SiO4 trung hoà về điện,
mỗi một nguyên tử Al phối trí tứ diện trong AlO4- còn thừa một điện tích âm doAl
có hoá trị 3. Điện tích âm này đƣợc bù trừ bởi các cation kim loại Mn+(M thƣờng là
cation kim loại kiềm hoặc kiềm thổ) [7,8].
Các SBU lại kết nối với nhau tạo ra hai hệ kênh mao quản giao nhau, với cửa
sổ mao quản là vòng 10 cạnh. Một hệ kênh mao quản song song với trục a của tinh
thể cơ sở octorhombic, có dạng zizắc với kích thƣớc cửa sổ gần tròn (5,4 × 5,6Ao),
một hệ kênh khác, thẳng và song song với trục b, có dạng hình elip (5,1 × 5,7Ao).
Hai hệ kênh này cắt nhau tạo ra một hốc rộng có kích thƣớc cỡ 9Ao và là nơi định
xứ các tâm axit mạnh đặc trƣng cho hoạt tính xúc tác của zeolit ZSM-5.

Hình 1.2. Các đơn vị cấu trúc và cách ghép nối tạo zeolit có cấu trúc khác nhau [8]

14


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Nguyễn Việt Long

Hình 1.3. Hệ thống mao quản của ZSM-5
ZSM-5 là zeolit có hàm lƣợng oxyt silic cao, tỉ số SiO2/Al2O3 có thể biến đổi
từ 10 đến 800. Khi hàm lƣợng A12O3 bằng 0 (vật liệu chứa hoàn toàn oxyt silic) và
vẫn giữ cấu trúc của MFI thì vật liệu có tên silicalit. ứng dụng các kỹ thuật MAS
(maeic-angle spinning), NMR (nuclear magnetic resonance) và hiển vi điện tử,
ngƣời ta nhận thấy rằng, nhôm trong ZSM-5 phân bố không đồng đều, đặc biệt các
tinh thể lớn (> 5jam). Bề mặt tinh thể thƣờng giàu nhôm so với toàn thể tinh
thể[10].
ZSM-5, zeolit đƣợc sử dụng rộng rãi với tƣ cách là hợp phần của các chất xúc
tác crackinh, thuộc họ MFI không có trong tự nhiên. Nhƣ đã nói ở trên tỉ lệ
SiO2/Al2O3 trong zeolit này có thể có giá trị rất lớn, từ khoảng 20 đến vô hạn, tuy
nhiên, đƣợc sử dụng trong chế tạo các xúc tác chủ yếu là những mẫu có tỉ số đó
trong khoảng 40 ÷ 100.
Đặc điểm nổi bật của zeolit ZSM-5 là có độ axit bề mặt, có kích thƣớc hạt
đồng đều, bề mặt riêng lớn, khả năng hấp phụ và trao đổi cation cao, tính bền nhiệt,
khả năng chọn lọc hình dạng cao và hoạt tính xúc tác tốt. Nhờ đó mà rây phân tử
ZSM-5 đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa học. Ngoài ra, ZSM-5 còn
đƣợc ứng dụng làm xúc tác bảo vệ môi trƣờng, dƣới dạng Cu, Fe, Co, Pt/ZSM-5
xúc tác cho phản ứng khử NOx, Oxy hoá các hợp chất hữu cơ [7]...
1.1.5.2. Zeolit analcime
* Cấu trúc của analcime

15

Nguyễn Việt Long

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Analcime hay còn gọi là Analcite (theo nghĩa cổ của Hy Lạp là “yếu”) là một
loại khoáng chất dạng tecto silicat (là cấu trúc không gian 3 chiều của tứ diện
silicat) có màu trắng xám hoặc không màu (nhƣ trong hình 1.4).

Hình 1.4 . Hình ảnh zeolit analcime từ khoáng chất bazan trong tự nhiên [22]
Zeolit analcime là tinh thể dạng lập phƣơng có chứa natri nhôm silicat ngậm nƣớc,
với công thức hóa học của NaAlSi2O6.H2O. Ngoài ra trong thành phần của analcime
có thể chứa một lƣợng nhỏ K, Ca và Ag. Cấu trúc và tính chất hóa học của analcime
rất giống với feldspathoids (khoáng chất chứa fenspat), mặc dù chúng đƣợc phân
loại vào nhóm khoáng chất zeolit. Analcime có thể đƣợc tìm thấy trong đất khoáng
bazan hoặc núi kiềm thổ nham thạch [13].
Một dấu mốc quan trọng trong ngành khoáng vật học, đó là năm 1930 Taylor
đã xác định đƣợc cấu trúc của vật liệu zeolit analcime. Lý do là đây không những là
cấu trúc đầu tiên của zeolit đƣợc tìm ra mà còn là cơ sở để định nghĩa và xác định
một cấu trúc zeolit mới dựa trên việc phát hiện ra sự sắp xếp khung tứ diện SiAlO4.
Xung quanh trục xoay tứ diện, chỉ có liên kết đơn của vòng 4 sắp xếp theo chuỗi
của khung analcime trong đó trục xoắn 41 and 43 xếp xen kẽ và song song. Mỗi
16


Nguyễn Việt Long

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

chuỗi song song thì lại liên kết với trục tinh thể và mỗi vòng 4 là một phần của 3
chuỗi trực giao lẫn nhau. Mỗi hốc chứa các chuỗi cation Na và phân tử nƣớc nối
tiếp nhau và ở mỗi vị trí T là cầu nối của 3 hốc liền kề nhau. Các nguyên tố Si và Al
phân bố ngẫu nhiên bởi vì vị trí T trong nhóm không gian lập phƣơng là tƣơng
đƣơng nhau. Ở trung tâm của hốc có các cation Na (màu vàng, hình 1.5) và ở trong
1 đơn vị cấu trúc tinh thể có 24 hốc. Do đó, các cation Na (thông thƣờng là 16
nhƣng cũng có thể là 12 đến 17) phân bố một cách ngẫu nhiên trong các hốc, và các
phân tử nƣớc (màu xanh) cũng sẽ chiếm 16 vị trí ngẫu nhiên [13]. Mô hình 1 đơn vị
cấu trúc tinh thể lập phƣơng của analcime đƣợc biểu diễn trong hình 1.5.

Hình 1.5. Đơn vị cấu trúc của tinh thể lập phương analcime [22]
Nhóm nghiên cứu của Meier [19] đã tối ƣu hóa đơn vị cấu trúc của
Na16Al16Si32O96.16H2O (tinh thể analcime) và đó là sản phẩm đƣợc sử dụng rộng rãi
từ phản ứng thủy nhiệt ở nhiệt độ thấp [21].
* Tính chất của analcime
Analcime tồn tại trong tự nhiên ở nhiều dạng khác nhau, do đó tính chất của
nó cũng khác nhau và khác với các zeolit tự nhiên khác. Có một số tính chất vĩ mô
và hiển vi để nhận dạng analcime. Một số tính chất cụ thể của analcime nhƣ sau
[21]:

17


Nguyễn Việt Long

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Công thức chung: NaAlSi2O6.H2O
Công thức hóa học của 1 đơn vị tinh thể: Na16Al16Si32O96.16H2O
Tỷ lệ Si/Al = 1,8 ～2,8; H2O = 14 ～ 18

Tinh thể dạng lập phƣơng với hàng số đơn vị tinh thể a = 13,723Ao
Kích thƣớc lỗ xốp: 2,6Ao
Độ hấp phụ ion: 4,9 meq/g
Zeolit analcime có khả năng hấp phụ trao đổi ion ở nhiệt độ phòng, khi nhiệt
độ tăng thì khả năng trao đổi ion càng tăng và diễn ra một cách dễ dàng [12].
1.2. Tổng quan về quá trình tẩy trắng
1.2.1. Giới thiệu về quá trình tẩy trắng
Độ trắng là một trong những chỉ số chất lƣợng quan trọng của bột thƣơng
phẩm, ảnh hƣởng trực tiếp tới độ trắng của giấy, nó quyết định việc đáp ứng các yêu
cầu về thẩm mỹ và tính năng sử dụng của giấy. Độ trắng của bột giấy (bột hóa hay
bột cơ) phản ánh khả năng phản xạ ánh sáng đơn sắc của nó so với tiêu chuẩn đã
biết. Độ trắng của một mẫu bột hay mẫu giấy đƣợc xem là hệ số phản xạ các tia
sáng màu xanh với bƣớc sóng 457nm [2,12].
Có hai dạng dụng cụ chủ yếu đƣợc sử dụng để đo độ trắng. Theo tiêu chuẩn
TAPPI (T452) độ trắng đƣợc xác định bằng quang kế của hệ đo G.E (General
Electric), chuẩn so sánh là một tấm MgSO4 tinh khiết có độ trắng quy ƣớc là 100%.
Dạng dụng cụ thứ hai là máy đo độ trắng Zeiss Elrepho có hệ thống phân tán nguồn
sáng theo tiêu chuẩn ISO. Cả hai phƣơng thức đo đều sử dụng đơn vị độ trắng là %
(% G.E hay % ISO). Các phƣơng pháp này đƣợc sử dụng rộng rãi trong các tiêu
chuẩn quốc tế và tài liệu chuyên ngành.
Sự khác biệt về độ trắng của bột giấy và giấy thể hiện ở chỗ giấy đã qua quá
trình sản xuất, độ trắng đƣợc quyết định bởi các chất độn và các yếu tố công nghệ
cũng nhƣ trang thiết bị sản xuất. Độ trắng của bột là độ trắng của xơ sợi chƣa trải
qua quá trình nghiền hay phối trộn với các chất phụ gia khác. Vì vậy, độ trắng đƣợc
quyết định bởi các nhân tố phát màu trong bột, phụ thuộc vào hàm lƣợng lignin còn
18


Nguyễn Việt Long

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

lại trong bột nhiều hay ít. Ngoài ra, các tạp chất khác nhƣ bụi, các ion kim loại chứa
trong bột hay độ đục của nƣớc sản xuất, ánh sáng, độ ẩm khi bảo quản đều ảnh
hƣởng đến độ trắng của bột. Các chất mang màu chủ yếu trong các loại bột hóa
chƣa tẩy trắng là lignin còn lại, hay chính xác hơn là các nhóm mang màu
(chromoform) của lignin, chủ yếu là các nhóm quinon. Chúng là sản phẩm của quá
trình biến đổi hóa học phức tạp của lignin trong quá trình nấu hoặc dƣới tác dụng
cơ - nhiệt - hóa khi nghiền và tách sợi. Tính chất của các nhóm mang màu này phụ
thuộc vào phƣơng pháp sản xuất (nấu hay nghiền,…), dạng nguyên liệu và các chất
tẩy.
Về tính chất quang học và cơ chế của quá trình tạo màu, thì đơn vị cấu trúc
phenylpropan của lignin có giá trị hấp thụ trong khoảng quang phổ cực tím đặc
trƣng lớn nhất gần với 280nm và 210nm, trong vùng ánh sáng nhìn thấy không có
hấp thụ, vì vậy thực chất là không có màu sắc. Thế nhƣng trong các mảng phân tử
lignin lại chứa các nhóm mang màu nhƣ các nhóm cacbonyl, các liên kết nối đôi
(-C=C-) hoặc các liên kết cộng hợp với vòng benzen,..., chúng làm cho bƣớc sóng
hấp thụ tăng lên. Ở những vị trí thích hợp sự phối hợp, tƣơng tác giữa các nhóm này
với nhau làm cho bƣớc sóng hấp thụ của lignin tăng lên gần dịch chuyển dần đến
vùng ánh sáng nhìn thấy. Kết quả là trong khoảng quang phổ nhìn thấy lignin có
màu, chẳng hạn nhƣ nhóm p-quinon mang màu vàng, còn nhóm o-quinon mang
màu đỏ [2,12]. Ngoài ra, độ trắng của bột cũng bị giảm do chứa các chất nhƣ các
chất nhựa, tannit…
Về nguyên tắc, để tẩy trắng bột giấy, tức là làm tăng độ trắng của nó, chỉ cần
làm mất màu các nhóm mang màu của lignin và các tạp chất khác chứa trong bột.
Tẩy trắng nhƣ vậy gọi là tẩy trắng quang học, phƣơng pháp này đƣợc áp dụng đối
với các loại bột hiệu suất cao, bột bán hóa và bột cơ, do nó không gây tổn thất tới
thành phần (hiệu suất) bột, giữ các đặc tính của bột ban đầu. Để đạt độ trắng cao và
ổn định cần tách loại lignin tiếp tục nhƣ mục đích của quá trình nấu. Tuy nhiên,
không phải chúng ta sẽ tách bỏ phần lignin chứa trong tấm giữa của các tế bào thực

vật mà chủ yếu là lƣợng lignin nằm sâu trong các lớp trong của thành tế bào ở giữa

19


Nguyễn Việt Long

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

các đại phân tử xenluloza. Vì vậy, việc tách bỏ lignin sẽ làm tổn thất tới xơ sợi.
Ngoài lignin ra, khi tẩy trắng cũng đồng thời tách bỏ một lƣợng lớn chất nhựa, các
chất trích ly, các chất vô cơ và một phần nhỏ hemixenluloza. Tùy thuộc vào hàm
lƣợng lignin, hiệu suất bột sau tẩy vào khoảng 90 ÷ 94%.
1.2.2. Các hóa chất sử dụng cho tẩy trắng bột giấy cơ học
Trong quá trình tẩy trắng bột giấy công nghiệp, hiện nay ngƣời ta sử dụng
các hóa chất sau:
1.2.2.1. Các chất tẩy: Trong quá trình tẩy trắng công nghiệp thƣờng có nhiều công
đoạn, mỗi công đoạn sử dụng một hoặc nhiều hóa chất tẩy trắng chính. Các chất tẩy
trắng là các chất trực tiếp tham gia vào phản ứng chủ yếu với lignin, đƣợc sử dụng
nhƣ là một hóa chất chủ yếu trong một công đoạn của quá trình bao gồm:
- Hydroperoxit (H2O2): vừa là chất tách loại lignin, vừa là chất làm mất các
nhóm mang màu của lignin, đƣợc sử dụng độc lập trong một hoặc nhiều công đoạn
của cùng một chu trình tẩy.
- Natri ditionit (Na2S2O4): là chất khử các nhóm mang màu của lignin, đƣợc
sử dụng độc lập trong một hoặc nhiều công đoạn của cùng một chu trình tẩy.
- Ditionit kẽm (ZnS2O4): là chất khử các nhóm mang màu của lignin, đƣợc
sử dụng độc lập trong một hoặc nhiều công đoạn của cùng một chu trình tẩy.
- Các peraxit: nhƣ peraxit focmic, peraxit axetic, axit Karo,..., tác dụng và
công dụng giống nhƣ hydroperoxit.
- Các chất tẩy khác: NaHSO3, Na2SO4, NaBH4, là các chất ít thông dụng,

thƣờng đƣợc sử dụng kết hợp với các chất tẩy khác.
- Các loại enzym: có khả năng tách loại lignin, các enzym hemixenlulaza, có
hai loại enzym công nghiệp là endo-1,4-β-D-xylanaza và endo-1,4-β-D-mananaza.
1.2.2.2. Các chất phụ trợ
Là các hóa chất bổ sung vào các công đoạn tẩy để tăng hiệu quả hoạt động
của các chất tẩy, tăng hiệu quả quá trình hoặc duy trì điều kiện phản ứng cần thiết,
bao gồm:

20


Nguyễn Việt Long

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

- Hydroxit natri: Xúc tiến quá trình tách loại lignin, tăng hiệu quả tác dụng của các
chất tẩy, tạo pH cần thiết của môi trƣờng.
- Các axit vô cơ nhƣ H2SO4, H2SO3 : bổ sung vào một số công đoạn nhằm cải thiện
quá trình tẩy, nhƣ khi xử lý bột bằng phức chất, tẩy bằng các enzym, tạo pH cần
thiết cho môi trƣờng, xử lý bột sau tẩy (sau công đoạn tẩy trắng bằng hypoclorit hay
hydroperoxit).
1.2.2.3. Các chất ổn định
Đƣợc sử dụng để làm tăng khả năng hoạt tính và hiệu quả tẩy của các chất tẩy, ổn
định dung dịch tẩy, giảm khả năng phân hủy của xenluloza dƣới tác dụng của các
chất tẩy.
Các chất ổn định phổ biến nhƣ MgSO4, MgCl2, Na2SiO3.
1.2.2.4 Các chất tạo phức
Là các chất có khả năng tạo các phức chất với ion kim loại đa hóa trị chứa trong
bột, đƣợc sử dụng nhằm giảm lƣợng các ion nêu trên trong huyền phù bột, làm giảm
sự phân hủy của H2O2 dùng khi tẩy. Trong công nghiệp, ngƣời ta sử dụng các chất

chứa các nhóm cacboxyl nhƣ các muối natri của các axit etylen diamin tetra axetic
(EDTA) và dietylen triamin penta axetic (DTPA).
1.2.3. Cơ chế của quá trình tẩy trắng bột giấy cơ học
Về phƣơng diện hóa học, bản chất của quá trình tẩy trắng là dùng các tác
nhân hóa học (các chất có tính oxi hóa – khử, các chất có khả năng thay đổi tính
chất của lignin) để thay đổi kết cấu hóa học của các nhóm mang màu, loại bỏ các
gốc trợ màu hoặc ngăn chặn các gốc mang màu và trợ màu liên hợp với nhau. Dƣới
tác dụng của các chất tẩy, các nhóm mang mầu bị chuyển hóa thành dạng không có
khả năng hấp thụ ánh sáng trong phạm vi quang phổ cực tím và quang phổ nhìn
thấy[1,10,12].
Các chất tẩy tính khử có khả năng tẩy trắng nhờ quá trình khử các nhóm
cacbonyl trong các cấu trúc cộng hợp (chứa các liên kết nối đôi hay nhóm –C=O)
của lignin thành các nhóm cacboxyl và hydroxyn tƣơng ứng, các cấu trúc quinon
hay các liên kết nối đối trong mạch propan của lignin thành các cấu trúc chứa nhóm
21


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Nguyễn Việt Long

hydroxyn, andehit hoặc axit. Tác dụng của các chất tẩy tính oxy hóa làm thay đổi
các cấu trúc mang mầu ở mức độ mạnh hơn. Khả năng biến đổi các nhóm cacbonyl
của chúng thấp hơn, song hiệu quả tẩy trắng của chúng lại mạnh hơn, do chúng có
thể phá hủy vòng benzen trong cấu trúc của lignin.
Cơ chế phản ứng của lignin với các chất tẩy là Na2S2O4(chất khử) và
H2O2(chất oxi hóa) có thể mô tả bằng sơ đồ sau:
OH
R

+

H2 O 2

R

COOH

OCH 3

O

C

OH
R

OCH 3
OH

H

C

OH

Na2S2O4
OCH 3
OH

OH
R

O

H 2 O2

HOOC

OCH 3
COOH

OCH 3
O

R
Na 2S2O4
HO

OCH 3
OH

Hình 1.6. Cơ chế biến đổi lignin khi tẩy trắng bột cơ bằng Na2S2O4 và H2O2
Khác với bột hóa, ngƣời ta thƣờng không tẩy trắng bột cơ tới độ trắng tối đa
(tùy thuộc vào mục đích sử dụng cho sản xuất giấy hay cactong). Nguyên do là độ
trắng thích hợp có thể đạt đƣợc với một mức dùng chất tẩy tƣơng đối lớn, kéo theo
giá thành bột cao.
Về nguyên tắc, cơ chế phản ứng trên đây của các chất tẩy với lignin có thể
diễn ra theo chiều ngƣợc lại, dẫn tới sự hồi mầu của bột, tức là bột sau khi khi tẩy,
trong thời gian bảo quản lâu có xu hƣớng giảm độ trắng. Vì vậy, cho dù tẩy bằng

các chất tẩy khác nhau cũng không thể đảm bảo đƣợc sự ổn định độ trắng, bởi một
số các chất mang mầu không chịu khử hoặc ôxi hóa bởi các chất tẩy. Nhiều nhóm
mang mầu sau khi tẩy lại hồi mầu ngay.
Việc thay đổi các tính chất lý hóa có mục đích của bột tẩy trắng theo công
dụng của nó, song song với mục tiêu đạt độ trắng cao và ổn định là một trong những

22