Nghiên cứu sử dụng thân cây ngô phế liệu nông nghiệp làm nguyên liệu sản xuất bột giấy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------------------

NGUYỄN THỊ LOAN

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG
THÂN CÂY NGÔ (PHẾ LIỆU NÔNG NGHIỆP)
LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BỘT GIẤY

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------------------

NGUYỄN THỊ LOAN

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG
THÂN CÂY NGÔ (PHẾ LIỆU NÔNG NGHIỆP)
LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BỘT GIẤY

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy, thiết bị và công nghệ gỗ, giấy
Mã số: 60.52.24

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

Hà Nội, 2011


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, việc đầu tư phát triển nguyên liệu bột giấy trong nước chưa đáp
ứng nhu cầu sử dụng. Mức tiêu thụ giấy bình quân đầu người của Việt Nam năm
2000 là 8 kg/người/năm, năm 2004 là 13 kg/người/năm. Theo dự báo, mức tiêu thụ
giấy bình quân đầu người/năm của Việt Nam năm 2010 và 2020 ước đạt 22,5 và
33,5 kg (bản công bố thông tin Công ty Cổ phần Giấy Tân Mai).
Hiện Việt Nam vẫn phải nhập khẩu khoảng 60% bột sản xuất giấy theo
phương pháp hoá học.Thực tế nguồn nguyên liệu gỗ cung cấp cho ngành công nghệ
sản xuất giấy - bột giấy đang bị cạn kiệt. Do đó, các lồi cây ngun liệu phi gỗ
dùng cho sản xuất bột giấy là một đối tượng nghiên cứu đang được ưu tiên hàng đầu
nhằm tạo ra các loại hình cơng nghệ chế biến bột giấy phù hợp, đơn giản và có tính
khả thi cao trong thực tế sản xuất công nghiệp.Việc sử dụng nguyên liệu phi gỗ ở
Việt Nam để sản xuất bột giấy cho phép tận dụng được thế mạnh nguyên liệu sẵn có
và canh tác ngắn ngày. Do không phải phá rừng lấy nguyên liệu nên công nghệ sản
xuất bột giấy từ nguyên liệu phi gỗ là giải pháp tận dụng nguyên liệu, giúp hạn chế
gây ơ nhiễm mơi trường. Bên cạnh đó, việc sử dụng dây chuyền sản xuất bột giấy
cao cấp từ nguyên liệu phi gỗ ở quy mô công suất nhỏ vẫn cho phép lắp đặt rải rác

theo địa phương, tuỳ theo các vùng nguyên liệu. Đầu ra sản phẩm là bột giấy chất
lượng cao, cung cấp cho thị trường trong nước. Ở một số nước trên thế giới như
Trung Quốc sử dụng tới 56% nguồn nguyên liệu phi gỗ để cung cấp cho ngành sản
xuất giấy – bột giấy.
Nghiên cứu sử dụng nguyên liệu phi gỗ (phế liệu nông nghiệp, cây cao
lương) làm nguyên liệu trong ngành công nghệ sản xuất giấy - bột giấy đang được
các nhà khoa học đặc biệt quan tâm, đẩy mạnh nghiên cứu. Chính vì vậy, tôi tiến
hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu sử dụng thân cây Ngô (phế liệu nông
nghiệp) làm nguyên liệu sản xuất bột giấy”


2
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan về ngành công nghiệp giấy

1.1.1. Trên thế giới
Thời cổ xưa chưa có giấy mọi người ghi chép đều khắc vào vỏ dưa hoặc
khắc vào tre non ngâm vơi để viết. Khi lồi người phát triển nhu cầu cần lưu trữ, ghi
chép lớn. Nên ngành giấy ra đời xuất hiện đầu tiên ở Trung Quốc. Năm 105 trước
công nguyên đầu tiên giấy được sản xuất ra không có gia keo, nên phải sử dụng
mực đặc biệt để viết, sau đó người ta bổ sung chất Glufalin và thạch cao vào bột
giấy. Từ thế kỷ XIV họ bắt đầu gia keo giấy bằng tinh bột gạo. Từ các nước Ả Rập
kiến thức về giấy đã lan truyền rộng rãi, kiến thức đó đến Địa Trung Hải vào
khoảng 1000 năm trước công nguyên. Đến thế kỉ XIV giấy đã được sản xuất ở Đức,
thế kỉ XVI giấy đã được sản xuất ở Thụy Điển. Máy in chữ được ra đời vào thế kỉ
XV. Do vậy yêu cầu về giấy tăng lên. Dẻ rách được dùng làm nguyên liệu thô,
nguyên liệu này được sử dụng cùng với nước tạo thành bột giấy. Q trình này địi

hỏi mất nhiều thời gian. Đến thế kỉ XVIII ở Hà Lan người ta bắt đầu dùng dao trong
quá trình xé tơi. Gọi chiếc máy đó là máy nghiền. Trong lúc đó cũng có rất nhiều
thiết bị được phát minh vào năm 1494. Cuộn giấy đầu tiên ở nhà máy giấy Thụy
Điển đã được sản xuất tại Klippan. Vào năm 1799 chiếc máy xeo giấy đầu tiên được
lắp đặt do ông Rober người pháp. Năm 1808 máy xeo lưới trịn có trục được phát
minh ra. Vào năm 1840 một người Đức tên là Keller đã tìm thấy các thớ sợi có thể
để làm giấy, và lấy ra bằng cách mài gỗ trên một viên đá mài, và một đồng nghiệp
của ông là Ulter đã phát minh ra máy mài gỗ để thu xơ sợi có thể dùng để sản xuất
mở ra hướng sử dụng cho các loại nguyên liệu mới. Năm 1859 ở Đức có 2 máy mài
gỗ, giấy được sản xuất từ gỗ mài có độ bền khơng cao, nhanh ố vàng. Do đó người
ta bắt đầu nghiên cứu các phương pháp hóa học để nâng cao chất lượng của giấy.
Đến năm 1860 đã xuất hiện sản xuất bột giấy bằng phương pháp hóa học. Ở Thụy
Điển đã sản xuất bằng phương pháp sunphit. Khởi điểm của các phương pháp nấu
kiềm mang tính cơng nghiệp được xem là thời điểm năm 1851, khi nhà người Mỹ
Watt Bardgess nhận bản quyền cho phương pháp sản xuất Cellulose từ gỗ bằng


3
cách nấu với dung dịch soda. Ngay sau đó là việc sử dụng xút (NaOH) để nấu bột từ
gỗ và các loại cây thân thảo được bắt đầu vào những năm 1853-1854. Ban đầu
người ta thường sử dụng Na2CO3 để bù cho lượng kiềm đã tiêu hao. Năm 1866,
phương pháp nấu sunphit ra đời. Sau đó, năm 1874, phương pháp nấu Sunphat được
phát minh bởi ông Davit Kman (Thụy Điển). Năm 1879 kỹ sư người Đức Dalh đưa
ra sáng kiến sử dụng Na2SO4 trong chu trình thu hồi kiềm thay cho soda. Nhờ đó,
dịch nấu thu được ngồi NaOH ra còn chứa một lượng Na2S đáng kể, hợp chất này
đã nâng cao hiệu suất và chất lượng bột thu được. Phương pháp mới này có tên là
nấu sunphat. Từ đó đến nay, nấu kiềm, mà chủ yếu là nấu sunphat trở thành công
nghệ sản xuất bột Cellulose phổ biến. Hiện nay, hàng năm bột sunphat chiếm trên
60% tổng lượng bột Cellulose được sản xuất ra. Phương pháp sunphat là phương
pháp sản xuất có hiệu quả kinh tế cao, cho phép sử dụng tất cả các loại nguyên liệu

khác nhau, kể cả các loại nguyên liệu có hàm lượng nhựa cao và sản xuất ra bột chất
lượng cao.
Bảng 1.1. Quy mô trung bình các doanh nghiệp sản xuất bột giấy và giấy [5]
NƯỚC, KHU VỰC

Quy mô công suất (tấn/nhà máy/năm)
Nhà máy bột giấy

Nhà máy giấy

Indonesia

370.000

136.000

Nhật Bản

353.000

72.000

Bắc Mỹ (Mỹ, Canada)

320.000

188.000

Trung Quốc

4.000

7.400

Thái Lan

159.000

83.000

Malaysia

145.000

65.000

Philippin

78.300

208.000

Việt Nam

4.740

4.880

Sản lượng bột giấy toàn thế giới năm 1989 [40] là 160 triệu tấn, 92% nguyên
liệu để sản xuất bột là gỗ. Phần còn lại, khoảng 12,8% triệu tấn là nguyên liệu phi

gỗ, chủ yếu là rơm rạ, bã mía, tre nứa và các loại cỏ lau, 90% lượng bột giấy từ
nguyên liệu phi gỗ sản xuất tại các nước đang phát triển. Công nghiệp giấy là một


4
phần của nền công nghiệp nhẹ Trung Quốc nhu cầu sử dụng giấy năm 1980 là 10
kg/người/năm, năm 2000 đã xấp xỉ 30 kg/người/năm. Đầu tư của nền công nghiệp
giấy Trung Quốc bùng nổ trong giai đoạn 1997 – 1999. Nhà máy Asia pulp & Paper
thuộc Tỉnh Giang Tô công suất 440.000 tấn/năm giấy in, viết, có tráng và 360.000
tấn/năm giấy in, viết không tráng từ nguyên liệu phi gỗ. April tại Changshu, tỉnh
Giang Tô công suất 330.000 tấn/năm giấy in, viết không tráng từ nguyên liệu phi
gỗ, máy xeo lưới rộng 9,4 m do Valmet cung cấp, khởi chạy vào đầu năm 1999.
Shangdong Chenming Paper Mill công suất 110.000 tấn/năm giấy in, viết có tráng
và khơng tráng từ ngun liệu phi gỗ, máy xeo khổ lưới rộng 5,1 m do Valmet cung
cấp, khởi chạy vào năm 1998. Dây chuyền này sử dụng phần lớn là bột rơm rạ, lúa mỳ.
Bảng 1.2. Cơ cấu nguyên liệu thô cho sản xuất giấy tại Trung Quốc, 1998 [40]
Nguyên liệu
Bột gỗ

Bột phi gỗ

1000 tấn

Tỷ lệ. %

Sản xuất trong nước

2.653

9.7

Nhập khẩu

1.542

5.6

Rơm rạ lúa mỳ

8.500

31.5

Lau. sậy

1.060

3.9

Bã mía

384

1.4

1.020

3.8

760

2.8

Bơng gai. lanh
Khác

1.1.2. Ở Việt Nam
Ở Việt Nam ngành giấy xuất hiện cách đây 1000 năm. Dưới chế độ cũ ngành
giấy bị kìm kẹp chỉ sản xuất giấy màu để phục vụ ma chay cúng bái. Sau cách mạng
tháng tám Đảng và nhà nước rất quan tâm phát triển ngành giấy. Đã có nhiều nhà
máy giấy ra đời như nhà máy Thái Ngun, Hồng Văn Thụ có cơng suất 4000 tấn
một năm chủ yếu nhà máy sản xuất giấy bao gói. Năm 1960 Trung Quốc giúp ta
xây dựng nhà máy giấy Việt Trì sử dụng máy nghiền Hà Lan. Máy xeo dài có thu
hồi kiềm nhưng khơng sản xuất hơi có cơng suất 2000 tấn một năm, chủ yếu sản
xuất giấy viết, giấy đánh máy. Nhà máy giấy Vạn Điểm cạnh nhà máy sản xuất


5
Đường đã dùng nguyên liệu là bã mía. Được sự viện trợ của Thụy Điển năm 1980
nhà máy giấy Bãi Bằng được thành lập, nhà máy sản xuất theo dây chuyền hiện đại.
Nấu gián tiếp bằng nồi nấu đứng, tháp tẩy liên tục sản xuất 190 tấn bột/ngày có thu
hồi kiềm sản xuất hơi. Hai máy xeo lưới đôi liên tục có cơng suất 55000 tấn/năm
sản xuất giấy in, bìa carton. Ở Việt Trì, Thái Bình, Hải Phịng, Thanh Hóa đã sử
dụng nguyên liệu ở địa phương như Tre, Nứa, Rơm rạ. Ở miền Nam có 2 nhà máy
lớn ở Biên Hòa tỉnh Đồng Nai sản xuất 2000 tấn/năm, nấu bằng nồi nấu hình cầu,
máy xeo lưới sản xuất giấy viết vở học sinh, giấy in báo,…
Ngày nay giấy đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu của con người, hiện
cần trong mọi lĩnh vực hoạt động của con người. Từ chỗ ban đầu chỉ là những mảnh
thô làm từ vỏ cây, đến nay chủng loại giấy đã lên đến con số hàng trăm, từ chỗ chỉ
là những phiên bản quí hiếm trong đời sống, đến nay mức sử dụng giấy bình quân

trên thế giới đã đạt trên 50kg/đầu người. Cùng với việc mở rộng nguồn nguyên liệu
làm giấy là sự phát triển không ngừng của kỹ nghệ, công nghệ, trang thiết bị sản xuất.
Cuối thế kỷ 20 thế giới có khoảng 5900 nhà máy bột giấy với tổng công suất
gần 220 triệu tấn/năm, 8830 nhà máy sản xuất giấy và carton các loại, tổng công
suất 350 triệu tấn/năm. Các vùng trọng điểm của công nghiệp giấy và bột giấy thế
giới: vùng Bắc Mỹ, Bắc Âu, Tây Âu, Trung Quốc, Nhật Bản.
Sự phát triển của công nghiệp giấy và bột giấy thế giới đã ảnh hưởng trực
tiếp đến nền công nghiệp Việt Nam. Mấy thập kỷ qua được xem là thời kỳ đổi mới
(1986-2006) của đất nước mà ngành giấy khơng phải là một ngoại trừ. Đó là thời kỳ
phát triển rực rỡ nhất của ngành giấy. Sự ra đời của nhà máy giấy Bãi Bằng (1982)
có qui mơ lớn nhất nước, với công suất ban đầu 55000 tấn giấy in và viết/năm, hiện
nhà máy đã phát triển lên thành 100.000 tấn giấy/năm, và 60.000 tấn bột giấy/năm,
trong tương lai tiếp tục phát triển lên 250 tấn bột/năm. Nhà máy giấy Tân Mai với
dây truyền sản xuất bột công suất 40000 tấn bột/năm, để sản xuất các loại giấy in
báo. Tại Việt Nam lần đầu tiên có nhà máy sản xuất giấy bao gói có tráng phủ cơng
suất 35000 tấn giấy/năm tại cơng ty giấy Việt Trì. Ngồi ra còn rất nhiều doanh
nghiệp sản xuất giấy và bột giấy nằm rải rác khắp cả nước.


6
Theo số liệu của tổng công ty giấy Việt Nam, tốc độ tăng trưởng sản xuất
giấy hàng năm của nước ta luôn trong khoảng 15-16%, từ 80000 tấn lên 824000
tấn/năm (trong 20 năm gần đây). Hiện nay ngành giấy đã thoả mãn nhu cầu tiêu
dùng các loại giấy chủ yếu, đã đáp ứng trên 98% nhu cầu giấy in và giấy viết, 73%
nhu cầu giấy in báo, gần 97% nhu cầu giấy vệ sinh, khăn giấy và gần 60% nhu cầu
giấy làm bao bì. Tuy nhiên, ngành giấy mới chỉ đáp ứng 5,7% giấy tráng phấn,
76,3% nhu cầu giấy làm lớp mặt.
Các doanh nghiệp giấy và bột giấy ở Việt Nam có sự phát triển khá hài hồ
và cân đối. Trong khi các doanh nghiệp nhà nước tập trung đầu tư sản xuất các mặt
hàng đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao, vốn đầu tư lớn, như bột tẩy trắng, các loại giấy

chất lượng cao; thì các doanh nghiệp tư nhân tập trung đầu tư vào các mặt hàng dễ
sản xuất, vốn đầu tư thấp, thiết bị đơn giản (giấy viết và giấy vệ sinh, khăn giấy cấp thấp).
Nhược điểm của ngành giấy Việt Nam là sự phát triển chưa bền vững, chưa
hấp dẫn các nhà đầu tư nước ngoài, bị lệ thuộc vào nguồn bột giấy nước ngồi do
cơng nghiệp bột giấy còn chưa chú trọng phát triển. Sức cạnh tranh của ngành còn
yếu so với các nước trong khu vực. Trình độ cơng nghệ của ngành ở mức trung bình
so với thế giới. Phần lớn nhân lực của ngành chưa được đào tạo chuyên nghiệp. Sự
kết hợp lực trong ngành yếu.
Năm 2009, tồn ngành giấy gặp nhiều khó khăn do khủng hoảng kinh tế,
trong đó khó khăn lớn nhất là nhu cầu giấy tiêu dùng không cao và thiếu vốn sản
xuất. Ngồi ra, ngành giấy cịn gặp phải cạnh tranh gay gắt với giấy nhập khẩu có
khả năng cạnh tranh cao hơn, nhất là về giá cả. Nhập khẩu giấy in báo tăng 22,15%,
trong khi sản xuất trong nước giảm 66%; nhập khẩu giấy in viết tăng 59% trong khi
sản xuất trong nước giảm.
Năm 2009, sản lượng giấy đạt 1.138.000 tấn, tăng 2% trong khi nhập khẩu
giấy tăng 13,39% tiêu dùng giấy cũng tăng 10,54% so với năm 2008. Mặc dù, suy
giảm kinh tế ảnh hưởng lớn tới ngành giấy Việt Nam từ quý IV/2008 và cả năm
2009, nhưng hầu hết các dự án vẫn tiếp tục thực hiện, tuy có co giãn tiến độ song
nhiều dự án mới vẫn được thực hiện ngay trong năm 2009. Chỉ tính những dự án đã
đưa vào sản xuất của ngành tăng thêm 445.000 tấn, tăng 17,4% so với năm 2008,
trong đó có hai dự án lớn với thiết bị mới nhất thế giới: Kraft Vina (220.000
tấn/năm giấy testliner và giấy lớp giữa các tơng sóng) và giấy pulppy Corelex


7
(30.000 tấn/năm giấy tissue). Đáng chú ý là các dự án mới của doanh nhân trong
nước, công suất máy xeo thấp là 20.000 tấn/năm. Nhiều máy xeo có quy mơ
30.000÷ 60.000 tấn/năm.
Năm 2010, các doanh nghiệp sản xuất giấy tiếp tục gặp nhiều khó khăn do
giá cả một số loại vật tư, nhiên liệu đầu vào ln có xu hướng tăng cao, ảnh hưởng

đến giá thành sản xuất, làm cho giá giấy không ổn định. Đặc biệt, xuất hiện nhiều
vụ làm giả các sản phẩm giấy có thương hiệu, chất lượng cao, ảnh hưởng đến uy tín
của một số doanh nghiệp sản xuất giấy lớn. Trong năm, một số nhà máy sản xuất
giấy đi vào hoạt động, góp phần tăng sản lượng giấy sản xuất trong nước, ước sản
lượng giấy sản xuất cả năm đạt 1,85 triệu tấn, tăng 9,7% so với năm 2009, chủ yếu
là giấy in, giấy viết và giấy làm bao bì. Năm 2010, nhập khẩu giấy ở Việt Nam
giảm dần ở tất cả các loại giấy kể cả giấy tráng phấn, do khả năng sản xuất của các
công ty giấy ở Việt Nam đã tăng lên, chất lượng giấy ngày càng được cải thiện.
Những mặt hàng lâu nay Việt Nam phải nhập khẩu (giấy làm bao bì cơng nghiệp,
giấy tissue) đã dần được thay thế bằng sản phẩm nội địa.
Bảng 1.3. Dự báo lượng bột giấy tiêu dùng ở Việt Nam [5]
Loại bột
Năm

2008

2009

2010

Sản xuất

335.000

300.000

385.000

Bột Kraft gỗ cứng tẩy trắng

100.000

100.000

120.000

Bột Kraft gỗ cứng khơng tẩy

110.000

130.000

140.000

Bột hóa cơ nhiệt

40.000

35.000

40.000

Bột bán hóa

85.000

85.000

85.000

Nhập khẩu

197.000

110.000

110.000

24.079

1.000

1.000

587

800

1.000

Bột Kraft gỗ cứng tẩy trắng

85.915

80.000

106.175

Bột Kraft gỗ cứng không tẩy

6.195

8.000

5.000

20.000

10.000

20.000

Bột Kraft gỗ mềm tẩy trắng
Bột Kraft gỗ mềm khơng tẩy

Bột hóa nhiệt cơ


8
Dự báo năm 2011, nhập khẩu giấy vào Việt Nam tiếp tục giảm nhẹ. Các dự
án đầu tư xây dựng các nhà máy sản xuất bột giấy chậm đi vào hoạt động (Nhà máy
bột giấy An Hoà, Nhà máy bột giấy Phương Nam...) đã làm cho tình hình mất cân
đối giữa sản xuất bột và giấy chưa được cải thiện trong năm 2010. Hiện nay, nhiều
dự án đầu tư xây dựng các nhà máy sản xuất giấy và bột giấy đang được triển khai
xây dựng. Như dự án nhà máy bột giấy Tân Mai - Kon Tum, dự án nhà máy bột
giấy Tân Mai - Quảng Ngãi, nhà máy bột giấy Tân Mai - Lâm Đồng, ... sẽ góp phần
làm tăng sản lượng giấy trong giai đoạn tới. Công tác trồng rừng nguyên liệu giấy
tiếp tục gặp nhiều khó khăn do hạn hán, gió bão, sâu bệnh... gây thiệt hại cho các
cơng ty lâm nghiệp. Bên cạnh đó, ngành cịn gặp khó khăn trong việc vay vốn, việc
cấp giấy chứng nhận quyền sử dụng đất cho một số công ty lâm nghiệp, việc tranh

chấp, lấn chiếm đất đai canh tác, ... gây nhiều trở ngại cho việc phát triển vùng
nguyên liệu.
Ngày 30-1-2007 Bộ Công nghiệp đã phê duyệt Quy hoạch phát triển ngành
công nghiệp giấy Việt Nam đến năm 2010 và tầm nhìn 2020 nhằm xây dựng ngành
cơng nghiệp giấy Việt Nam với cơng nghệ hiện đại. Hình thành các khu vực sản
xuất giấy, bột giấy tập trung với công suất đủ lớn, đáp ứng nhu cầu trong nước và
xuất khẩu. Đến năm 2020, đáp ứng 70% nhu cầu tiêu dùng trong nước, đẩy mạnh
xuất khẩu các mặt hàng giấy, tạo thế cạnh tranh với các thị trường trong khu vực và
quốc tế; xây dựng vùng nguyên liệu giấy tập trung nhằm đáp ứng đủ nhu cầu
nguyên liệu để cung cấp cho sản xuất 600.000 tấn bột giấy vào năm 2010 và
1.800.000 tấn vào năm 2020, tạo điều kiện để xây dựng các nhà máy chế biến bột
giấy tập trung, quy mô lớn.
Để đáp ứng được nhu cầu này, cần phải đổi mới công nghệ, áp dụng công
nghệ mới phù hợp hơn đối với các doanh nghiệp vừa và nhỏ kết hợp cải tạo nâng
cấp, đầu tư theo chiều sâu, ứng dụng công nghệ tiên tiến hơn, phù hợp với điều kiện
của từng dây chuyền hiện tại. Đối với các dự án đầu tư mới, phải đầu tư các dự án
nhà máy sản xuất bột giấy có cơng suất lớn với cơng nghệ tiên tiến, thiết bị hiện đại,
quy trình cơng nghệ khép kín, đáp ứng điều kiện về các chỉ tiêu kinh tế và bảo vệ


9
môi trường, kết hợp việc thực hiện mở rộng sản xuất, đa dạng hóa sản phẩm, với
nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng năng suất lao động, giảm giá thành sản phẩm.
Bảng 1.4. Một số dự án đầu tư sản xuất bột giấy [5]
Dự án

Công suất

Sản phẩm

(tấn/năm)
Đang triển khai đưa vào hoạt động trước 2010
1. Nhà máy giấy và bột giấy Thanh Hóa

Bột bán hóa

50.000

2. Nhà máy bột giấy Phương Nam (Long An)

Bột hóa nhiệt cơ

100.000

3. Nhà máy bột giấy An Hòa (Tuyên Quang)

Bột Kraft tấy trắng

130.000

4.Mở rộng Bãi Bằng giai đoạn 2

Bột Kraft tẩy trắng

250.000

Hiện nay, nguyên liệu chủ yếu của công nghiệp bột giấy là nguyên liệu gỗ.
Với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp giấy sẽ kéo theo sự khai thác lâm
sản làm giảm diện tích rừng. Chính vì vậy, cần phải mở rộng qui mô, cải tạo, trồng
thêm nhiều rừng để đảm bảo sự phát triển ổn định và bền vững cho rừng. Bên cạnh

đó cần phải tận dụng các nguồn nguyên liệu khác như các cây phi gỗ, đặc biệt là tận
dụng các nguồn phế thải trong nông nghiệp như: rơm rạ, thân cây ngơ, bã mía,… để
sử dụng làm ngun liệu sản xuất bột giấy. Kinh nghiệm của Trung Quốc và một số
nước khác cho thấy hiệu quả rõ rệt của hướng đi này. Vấn đề là phải có cơng nghệ
mới phù hợp thay thế các cơng nghệ truyền thống khơng cịn phù hợp nữa.
1.2.Tổng quan vấn đề nghiên cứu
1.2.1. Lịch sử phát triển của cây Ngô [33]
Ngô (Zea mays) là một loại cây lương thực họ lúa (Poaceae), thân thẳng, cao
2 ÷ 3m, các đốt ở gốc mang rễ. Lá hình ngọn giáo rộng phẳng, ráp, dài 30 ÷ 45cm,
mép có lơng mi; bẹ lá nhẵn, mép có lơng mềm, lưỡi bẹ ngắn, có lơng mi.


10

Hình 1.1. Cây Ngơ
1. Cây; 2. Bắp non; 3. Bắp già
Cây ngơ, thân đơn, có rễ chùm, dễ bám sâu vào trong đất 30 ÷ 50cm, thân
cao 1÷ 3,5m thuần lồi, thân hình trịn, giữa thân là tủy, phần tủy có cấu tạo tơi xốp.
Trong q trình lợi dụng thân ngơ phần này thường loại bỏ. Trong cây có chứa
nhiều nước, chất dinh dưỡng phong phú, đặc biệt hàm lượng đường cao. Nếu trong
q trình lợi dụng khơng được loại bỏ tốt hàm lượng các chất dinh dưỡng thì sẽ gây
ảnh hưởng tới công nghệ và sản phẩm được sản xuất ra từ thân ngô. Cây ngô là cây
nông nghiệp mẫn cảm với nhiệt độ, nhiệt độ thích hợp cho hạt nảy mầm là
25÷300C. Từ khi hạt nảy mầm đến khi ra hoa nhiệt độ thích hợp nhất là 26÷270C;
khi ra bắp đến khi thu hoạch nhiệt độ trong khoảng 20 ÷ 240C sẽ có lợi cho q
trình tích trữ chất dinh dưỡng trong bắp. Ngô thường được phân chia thành 3 loại:
Ngắn hạn, trung hạn và dài hạn.

Hình 1.2. Cách đồng ngô chưa thu hoạch

11
Nguồn gốc của Ngô gọi là loại ngũ cốc được bắt nguồn từ phía tây của bán
cầu, nơi trồng ngơ đầu tiên là Mexico và các quốc gia Trung Mỹ. Lịch sử phát triển
của cây Ngô đến nay khoảng 5500 năm. Tuy nhiên q trình tiến hóa sang các quốc
gia khác vẫn chưa được xác định được. Đến năm 1942 Colombo đã phát hiện ra ngô
sinh sống tại Cuba, năm 1944 ông đã mang về Tây Ban Nha và từ đây cây ngô được
phát triển ra các vùng miền trên thế giới.
Ngô là một trong những loại thực vật được trồng rộng rãi trên thế giới. Hiện
nay các vùng từ 580 vĩ bắc và 550 vĩ nam hầu hết đều trồng Ngơ. Diện tích trồng
Ngơ lớn nhất trên thế giới là Bắc Mỹ, sau đó đến Châu Á, Châu Phi, Châu Mĩ La
Tinh. Các quốc gia có diện tích trồng Ngô lớn nhất trên thế giới theo thứ tự: Mỹ,
Trung Quốc, Braxin, Mexico. Nếu xét theo tổng sản lượng ngô thì nó đứng ở vị trí
thứ ba sau lúa mạch và lúa nước.
Tính đến những năm 70 của thế kỷ 20; tổng diện tích ngơ trên tồn thế giới
là 114.400.000 ha; những năm 80 của thế kỷ 20 tổng diện tích ngơ trên tồn thế giới
là 129.540.000 ha; đến thập niên 90 của thế kỷ 20 diện tích trồng ngơ trên thế giới
tăng lên là 136.180.000 ha; đến năm 2002 diện tích trồng ngơ trên thế giới là
138.890.000 ha đến nay diện tích trồng ngơ tiếp tục được tăng lên. Thập niên 90 của
thế kỷ 20 các quốc gia có diện tích trồng ngơ lớn nhất thế giới như: Mỹ là
28.314.000 ha (chiếm 20,8% diện tích trồng ngơ tồn thế giới), Trung Quốc là
22.757.000 ha (chiếm 16,7% diện tích trồng ngơ tồn thế giới), Braxin là
12.517.000 ha (chiếm 9,2% diện tích trồng ngơ tồn thế giới), Mexico là 7.712.000
ha (chiếm 5,7% diện tích trồng ngơ tồn thế giới), Ấn Độ là 5.688.000 ha (chiếm
4,2% diện tích trồng ngơ tồn thế giới). Tính từ năm 70 của thế kỷ 20 đến năm 2002
tổng diện tích trồng ngơ của các quốc gia như sau: Trung Quốc diện tích trồng ngơ
tăng nhanh nhất là 93,7%; Thái Lan 20,1%; Braxin 13,9%; Mexico là 7,46%; Mỹ là
6,3%. Sản lượng ngơ tồn thế giới năm 2003 là trên 600 triệu tấn.
Theo nghiên cứu của GS TS Vũ Duy Giảng [27], Trường đại học Nông
nghiệp I – Hà Nội; cho thấy hàng năm nước ta có tới 2 triệu tấn thân cây ngô sau

khi đã thu bắp, tuy nhiên nguồn phế thải này cịn ít được sử dụng. Như chúng ta đã
biết, Việt Nam Ngô được trồng ở khắp các tỉnh theo thống kê năm 2000 là: Đồng


12
Nai 65.000 ha; Sơn La 51 ha; Thanh Hóa 46.400 ha;... Với điều kiện thâm canh ngơ
có thể đạt khoảng 200 tấn khơ gió/ha. Đặc biệt là các giống ngơ: LVN 99, LVN9,
VN 8960,... có thời gian sinh trưởng ngắn, chịu hạn, ít đổ, năng suất cao, thích ứng
khá rộng đang được trồng và mở rộng nhanh trong sản xuất. Giống ngơ lai có thân
to, chắc hạt, phế thải sau khi thu hoạch bắp khoảng 80 ÷ 85% khối lượng cây. Đây
có thể là một nguyên liệu đầy tiềm năng cho ngành chế biến lâm sản nói chung và
ngành sản xuất bột giấy nói riêng trong thời gian tới.

Hình 1.3. Thân cây ngơ sau khi thu hoạch
1.2.2. Tình hình nghiên cứu nguyên liệu phi gỗ trong công nghiệp sản xuất bột giấy
1.2.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Trên thế giới do nguồn gỗ ngày càng khan hiếm, nhất là ở các vùng Trung và
Đông Nam Á, Trung Đông, Bắc Phi nên nhiều nhà khoa học đang ra sức tìm các
nguồn nguyên liệu phi gỗ để làm giấy. Rơm rạ, bã mía, lau sậy,... là 1 hướng quan
trọng vì là loại phụ phẩm nông nghiệp phong phú và rẻ tiền ở nhiều nước. Trước
đây, xử lý nguyên liệu phi gỗ chủ yếu theo phương pháp xút hoặc phương pháp
sunphit trung tính và phương pháp sunphat. Hiệu suất bột đạt khá cao trên 45%,
nhưng độ bền giấy thấp và gặp khó khăn trong việc xử lý dịch thải sau nấu.
Năm 1961, đã phát minh ra phương pháp tẩy bằng kiềm – Oxy rồi phát triển
đối với nguyên liệu gỗ nhưng kết quả khơng tốt. Riêng đối với rơm rạ thì khá hơn,


13
do mật độ thấp và tính chất lignin của loại ngun liệu này. Năm 1977, ElAshmany [30] có thơng báo kết quả xử lý bằng kiềm – oxy đối với bã mía và rơm
rạ: dùng tỷ lệ dịch 7/1, đạt loại bột hiệu suất cao từ 60 ÷ 68,9%, độ bền kéo khoảng

3km. Cách xử lý là nhúng rơm rạ bằng kiềm sau đó xơng bằng khí oxy.
Ke-li Chen [20] và cộng sự thuộc đại học Hokkaido (Nhật bản) đã tiến hành
ngâm tẩm rơm rạ bằng NaOH, sau đó nấu bằng Oxy: Rơm rạ lúa nước của Nhật
Bản cắt ngắn 3 ÷ 4 cm được ngâm tẩm trong dung dịch xút (lượng dịch bằng 30 lần
lượng rơm rạ) với các nơng độ lần lượt từ 1 ÷ 4%. nhiệt độ từ 20 ÷ 1200C, thời gian
từ 10 ÷ 180 phút. Sau đó vắt ép, rồi từng mẫu lại nấu với oxy ở áp lực tăng dần từ
1÷5 kg/cm2, nhiệt độ lần lượt từ 80 ÷ 1200C trong 1 ÷ 3 giờ. Sau khi xử lý mẫu tác
giả đã tìm ra được điều kiện thích hợp nhất là: ngâm tẩm với NaOH ở nồng độ 2%,
nhiệt độ 400C, trong 1 giờ. Kết quả đạt được bột có các đặc trưng như hiệu suất sau
sàng là 45,3%. độ trắng cao tới 60,2% độ, độ dài đứt 7,4 km, chỉ số bục 5 Kpa.m2.g1

, chỉ số xé 73 m.N.m2.g-1.
Năm 1989, Repap Enterprises Inc [8], đã cho xây dựng một xưởng thực

nghiệm sử dụng công nghệ dung môi hữu cơ tại Miramichi, New Brunswick,
Canada với cơng suất khoảng 30 tấn/ngày. Quy trình cơng nghệ dung mơi hữu cơ
(ALCEEL) là một quy trình nấu bột nhờ quá trình tự xúc tác, chỉ sử dụng Ethyl
Acohol có ngậm nước là tác nhân nấu duy nhất. Hóa chất sử dụng trong quy trình
ảnh hưởng tới mức thủy phân lớn nhất và tỷ lệ giữa Alcohol đối với nước là đại
lượng điều chỉnh quan trọng trong giai đoạn nấu. Nồng độ Alcohol vào khoảng 40 ÷
50% và phụ thuộc vào loại nguyên liệu thô được sử dụng. Nguyên liệu thô sử dụng
tại xưởng thực nghiệm này là bột gỗ cứng và nguyên liệu phi gỗ ngắn ngày như:
rơm rạ, lúa mỳ, lau, sậy, bã mía, đay, xơ gai, ... Tất cả các loại nguyên liệu này đều
cho các kết quả nghiên cứu khả quan. Các sản phẩm từ quá trình nấu bột từ rơm rạ
lúa mì và cây lau, sậy: Hiệu suất bột cao hơn so với quy trình nấu kiềm và trị số
kappa thấp hơn 25. Bột quy trình cơng nghệ dung mơi hữu cơ dễ dàng tẩy trắng tới
85 ÷ 90% ISO. Bột giấy nấu từ lau sậy có tính chất cơ lý: Chỉ số xé 9,4 (mN.m 2/g),
chỉ số bục 2,6 (kPa. m2/g), độ dài đứt là 4,1 km.

14
Tại Ucraina [4] có một khối lượng khá lớn các chất thải nơng nghiệp và cơng
nghiệp có chứa cellulose (rơm rạ lúa mì, lúa gạo, bã mía, thân cây bơng, hướng
dương, vỏ lanh, vỏ đay...). Các loại chất thải này có thể sử dụng trong cơng nghiệp
sản xuất cellulose và giấy. Nhưng điều này bị cản trở bởi những vấn đề như nguyên
liệu phi gỗ là loại nguyên liệu không đồng nhất về hình thái cũng như thành phần
hóa học, thí dụ: cành lá, vỏ, bơng, hạt, biểu bì, rễ, hợp chất chứa silic, tạp chất cơ
giới thì cơng nghệ lại rất phức tạp và độc hại về mặt sinh thái. Ngồi ra cịn các yếu
tố khác như hiệu suất cellulose thấp, dẫn đến tiêu hao nguyên liệu, nước, năng
lượng lớn, tốc độ thốt nước của bột kém do đó năng suất của thiết bị rửa và thiết bị
xeo giấy thấp, các đặc tính cơ lý của bột thấp trừ một số loại xơ sợi dài như vỏ lanh,
vỏ gai, đay. Để khắc phục tận gốc các vấn đề nêu trên có thể dễ dàng được giải
quyết nếu sử dụng công nghệ sản xuất bột dựa trên cơ sở nấu nguyên liệu phi gỗ
bằng dung dịch amoniac (NH3 trong dung môi hữu cơ cùng với điôxit lưu huỳnh
(SO2). Với tỷ lệ NH3 : SO2 từ 8.2 :1 đến 2.5 : 1, tỷ lệ thể tích nước – dung mơi hữu
cơ từ 0,4 : 1 đến 4:1. tiêu hao amoniac 5% đến 25% so với nguyên liệu khô tuyệt
đối, nhiệt độ nấu 1500C ÷ 1850C. Chất hịa tan hữu cơ có thể sử dụng là rượu
metylic, etylic, etylenglycol, dietylenglycol hoặc các chất hòa tan hữu cơ khác trộn
lẫn với nước. Phương pháp nấu này có tính lựa chọn cao đối với quá trình phân hủy
lignin so với tất cả các phương pháp phổ biến và do đó có hiệu suất bột cao.
Wikhan Anpanurak và Sawitree Pisuthpichet [39] tiến hành nghiên cứu quy
trình thu bột giấy từ nguyên liệu Rơm rạ. Nguyên liệu ban đầu có thành phần cấu
tạo như sau: Chất trích ly bằng hỗn hợp cồn - benzene 6,26 %, hàm lượng chất tan
trong nước nóng 10,08 %, lignin 17,50 % pentozan 20,34 %, độ tro 14,55%.
Nguyên liệu được cắt ngắn với độ dài trung bình 2,54 cm, được ngâm trong dung
dịch 1% NaOH với tỷ dịch 1/10 trong thời gian 10 phút ở nhiệt độ 45oC. Sau đó
tiến hành vắt ép hết nước trong nguyên liệu và nấu với các điều kiện sau: Mức dùng
NaOH thay đổi từ 3 ÷7% so với nguyên liệu khô tuyệt đối, tỷ dịch 4/1, khí oxy ở áp
suất 5 kg/ cm2, nhiệt độ thay đổi từ 100 ÷ 140oC, thời gian tối đa là 90 phút. Kết quả
thu được bột hiệu suất 45 ÷ 50,6 %, bột sống 0,8 ÷ 4,4 % tùy thuộc vào mức dùng

NaOH, nhiệt độ và thời gian nấu. Điều kiện tối ưu có thể thu được bột giấy sử dụng
cho sản xuất giấy bao gói, carton như sau: mức dùng NaOH 7% so với nguyên liệu


15
khơ tuyệt đối, tỷ dịch 4/1, khí oxy ở áp suất 5 kg/cm2, nhiệt độ nấu 140oC, thời gian
nấu là 30 phút. Hiệu suất bột thu được là 47 %, trị số kappa của bột là 22,05.
V. Kachitvichyanukul . U. Purintrapian và P. Utayopas [38] đã tiến hành
nghiên cứu nấu rơm rạ ở các điều kiện sau: Mức dùng NaOH là 1% so với nguyên
liệu khô tuyệt đối, tỷ dịch 10/1, nồng độ Etanol trong dịch nấu thay đổi từ 40 – 65
% so với thể tích dịch nấu, thời gian nấu thay đổi từ 150 – 180 phút, nhiệt độ nấu
thay đổi từ 195 ÷ 210 oC. Nguyên liệu ban đầu có thành phần hóa học như sau:
Holocellulose 58,65; lignin 30%; độ tro 11,35%. Kết quả thu được bột có hiệu suất:
50 ÷ 61.77%, với trị số kappa tương ứng 51,6 ÷ 104. Từ thực nghiệm nghiên cứu
các tác giả đã tìm ra được trường hợp nấu tối ưu với các điều kiện như sau: Tỷ dịch
10/1, mức dùng NaOH là 1% so với nguyên liệu khô tuyệt đối, mức dùng Etanol
65% về thể tích so với dịch nấu, thời gian nấu 150 phút, nhiệt độ nấu 210 oC. Hiệu
suất bột là 58% và trị số kappa là 52,5.
A.R.Galimova. A.V. Vurasco [32] đã tiến hành nghiên cứu nấu rơm rạ bằng
dung môi hữu cơ ở các điều kiện sau: Nồng độ axit axetic (focmic ) trong dịch nấu:
50 ÷ 90 % về thể tích, tỷ dịch 5/1, 10/1 và 15/1, nồng độ xúc tác H2SO4 (HCl) trong
dịch nấu 0,3 ÷ 1,5% về thể tích, nhiệt độ nấu từ 60 ÷ 90oC, thời gian nấu từ 60 ÷180
phút. Bột thu được có hiệu suất 51 ÷ 87,7 %; chỉ số kappa của bột 31,6 ÷ 58,1
tương ứng với hàm lượng lignin cịn lại trong bột 8,9 ÷ 16%
M.O. Leonova. A.V. Burshev và I.V. Miroshnichenko [34], [38] đã nghiên
cứu thu bột giấy từ gọng lúa mạch bằng cách nấu với dung dịch hydropeoxit sử
dụng xúc tác là axit sunfuric và hỗn hợp natri vonlfromat, natri molidat với tương
quan khối lượng như nhau, ở nhiệt độ 98oC. Bằng cách thay đổi tỷ dịch, nồng độ
ban đầu của hydropeoxit và nồng độ chất xúc tác, đã thu được bột cellulose có hiệu
suất 48,8 ÷ 80,3%. Nấu với tỷ dịch 5/1, nồng độ hydropeoxit 16% và nồng độ xúc

tác là 0,03% thu được bột có hiệu suất là 54,5%, lignin cịn lại trong bột 5,4% và
hàm lượng anphacellulose 67%. Nghiên cứu tính chất cơ lý của bột thu được ở độ
nghiền 67oSR. định lượng tờ giấy 75g/m2 cho thấy bột có độ trắng 77% ISO có các
chỉ số độ bền cơ học: chiều dài đứt 610 m, độ bền nén 260 Kpa. Các nhà nghiên cứu
đã xác định được rằng, bột thu được bằng phương pháp nấu trên có thời gian nghiền
thấp hơn rất nhiều so với bột sunphit có cùng hiệu suất, độ trắng và chiều dài đứt
tương đương.


16
Ấn Độ đã phát triển công nghệ nấu bột Punec (Pudumjee Nonwood Ethanol
Cellulose) [29] – bột giấy phi gỗ theo công nghệ etanol của hãng Pudumjee. Đây là
một loại công nghệ sạch có thể đưa đến một cuộc cách mạng cho ngành giấy.
Công nghệ này sản xuất ra bột từ các nguồn phụ phẩm nơng nghiệp như bã
mía, rơm rạ, thân cây bơng và các loại cỏ khác. Hóa chất gồm có ethyancol,
antraquinon và xút. Quy trình sản xuất được tiến hành: bã mía đã khử tủy được xử
lý bằng dung dịch cồn, là 1 dung mơi có lựa chọn để trích ly lignin ra bảo đảm tác
động thấp nhất tới cellulose. Quá trình khử lignin được tiến hành trong nồi nấu chịu
áp suất cao và được khống chế áp suất và nhiệt độ một cách cẩn thận. Lignin và
hemicellulose sẽ bị hòa tan. Còn cellulose còn lại ở dạng bột giấy chưa tẩy. Phương
pháp nấu punec thu hồi được tồn bộ các nguồn chất sử dụng. Có nghĩa là, đối với
các nguyên liệu có thể tái tạo như bã mía, rơm rạ đều được thu hồi theo kiểu cơng
nghiệp để chế biến thành bột giấy, lignin (được sử dụng như là chất độn nhiệt dẻo),
và 1 phần hemicellulose (làm thức ăn gia súc). Tỷ lệ thu hồi có thể đạt tới 100%,
trong đó 80% thành bột giấy, lignin và hemicellulose, cịn phần cịn lại là tủy bã mía
dùng làm chất đốt.
Vào đầu năm 1996, Tamil Nadu Newsprint & Papers bang Pugalur, miền
Nam Ấn Độ [30] đã lần đầu tiên sản xuất thành công giấy in báo trên máy xeo PM2
bằng 100% bã mía. Dần dần tỷ lệ bã mía tăng dần lên đến tháng 2 năm 1996 thì sản
xuất thành cơng giấy in báo bằng 60% bột hóa và 40% bột cơ đều từ bã mía

Aziz Ahmed [31] và các cộng sự đã được cấp bằng sáng chế cho phương
pháp thu bột giấy từ thân ngô bằng cách nấu thân cây ngô với dung dịch Na 2CO3,
với mức dùng kiềm hoạt tính 12÷15%, ở nhiệt độ 1500 C, trong vịng 60 phút. Thu
được bột có hiệu suất 45÷46%, tính chất của bột tương tự với bột gỗ cứng.
Ryu Hail [36] và các cộng sự đã được cấp bản quyền về: “ Phương pháp sản
xuất bột giấy từ thân cây ngô” sử dụng nấu axit với mức dùng NaOH 15-20%, tỷ lệ
dịch 4/1÷6/1, nhiệt độ bảo ơn 150oC, thời gian bảo ơn 1,5÷3h. Hiệu suất bột thu
được đạt 21÷35%.
M Sarwar Jahan [35] cùng với các cộng sự của mình đã thu được bột giấy
từ thân cây ngô theo công nghệ nấu sunphat bổ sung anthraquinon và metanol, có


17
mức dùng kiềm hoạt tính 12÷15% so với ngun liệu khơ tuyệt đối, tỷ dịch 7/1, thu
bột có hiệu suất 45÷50%. Bột sau khi tẩy có độ trắng 80÷85% ISO.
J. Behin. N. Akhavan Malayeri [39] với nghiên cứu của mình đã nghiên cứu
thu bột giấy từ thân cây ngô bằng phương pháp tiền xử lý thân cây ngô bằng nước
và hydropeoxit 30 phút ở nhiệt độ 1600C, sau đó nghiền trong 90 phút ở nhiệt độ
1700C để thu được bột Kraft. Qua nghiên cứu ảnh hưởng của 2 thông số nồng độ
kiềm (14÷20%) và nồng độ sunphit (10÷25%) thơng qua đặc tính của giấy (hiệu
suất, trị số Kappa, bậc trùng hợp của Cellulose). Trong điều kiện tối ưu là: tiền xử
lý kiềm sau đó nghiền với 25% sunphit tiếp đó là cơng đoạn tẩy trắng HEHP thì bột
thu được có hàm lượng anphacellulose, bậc trùng hợp và hàm lượng tro hòa tan lần
lượt tương ứng là: 94,1% ; 269 và 2%.
Robert W.Hurt [37] cùng các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu quy trình
thích hợp thu bột giấy từ ngun liệu phi gỗ (thân cây ngô và thân rơm rạ). Quá
trình tạo bột giấy bao gồm các bước sau: chuẩn bị nguyên liệu, xử lý nguyên liệu
với dung dịch kiềm ở áp suất thấp, bổ sung vào nguyên liệu dung dịch axit để làm
giảm pH của nguyên liệu. xử lý nguyên liệu bằng ozôn trong môi trường axit. tiếp
theo là quá trình tẩy trắng để thu bột giấy. Bột giấy thu được có hiệu suất >70%. độ

trắng 80-82% ISO. Đây được xem là sự thay đổi công nghệ nấu bằng H2O2 trong
mơi trường axit bổ sung xúc tác
1.2.2.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
Ở Việt Nam từ trước tới nay gần 90% các loại bột giấy cần thiết cho ngành
công nghiệp giấy và carton được sản xuất từ gỗ. Sự tiêu thụ giấy đã không ngừng
tăng trưởng. nhất là những năm gần đây. do sự gia tăng mức sống và sự giảm sút
nạn mù chữ của người dân trên thế giới. Nguồn dự trữ đã không thể đáp ứng một
cách đầy đủ nhu cầu ngày càng tăng về nguyên liệu cho ngành giấy. Ngoài ra các
nước trên thế giới đều mong muốn bảo vệ và gia tăng diện tích rừng che phủ, phòng
hộ nhằm giữ cân bằng sinh thái và mơi trường
Nước ta là một nước nhiệt đới nóng ẩm, mưa nhiều. Trước đây diện tích rừng
chiếm tới 41% lãnh thổ, nhưng những năm gần đây nạn khai thác bừa bãi, nạn du
canh du cư cộng với thiên tai, hạn hán đã làm cho diện tích rừng giảm sút một cách


18
nghiêm trọng. Vấn đề trồng 5 triệu ha rừng phòng hộ đã được Đảng và Chính phủ
đưa lên là một trong những vấn đề cấp bách cần phải giải quyết. Thực hiện thành
công chiến lược này chúng ta đồng thời giải quyết được nhiều vấn đề bức bách: phủ
xanh đất trống, đồi trọc, chống xói mịn, bảo vệ đất và môi trường sinh thái, tạo
công ăn việc làm cho nông dân và cung cấp nguyên liệu cần thiết cho ngành
giấy và các ngành công nghiệp chế biến gỗ khác. Tuy nhiên hiện tại và trong
tương lai gần nguồn nguyên liệu gỗ cho các nhà máy giấy vẫn thiếu hụt nghiêm
trọng và hàng năm chúng ta vẫn phải nhập khẩu một khối lượng quan trọng bột
sợi ngắn và bột sợi dài. Vấn đề đặt ra trong chiến lược phát triển hiện nay của
ngành giấy là tận dụng tối đa các nguồn nguyên liệu trong nước, giảm phụ
thuộc vào nhập khẩu vì nguồn bột giấy thế giới có nhiều biến động khơng
lường, quá phụ thuộc vào thị trường quốc tế sẽ dẫn đến nhiều khó khăn cho sản
xuất và kinh doanh.
Nhìn chung những năm gần đây, nền nông nghiệp nước ta đã phát triển

vượt bậc, không những đáp ứng nhu cầu về lương thực và dự trữ lương thực mà
chúng ta đã xuất khẩu gạo, ngô, đường,... ra nhiều nước trên thế giới. Sự gia
tăng sản lượng thực đồng nghĩa với sự gia tăng các phụ phẩm kèm theo như
rơm rạ, bã mĩa, thân ngô,... Trong những năm qua, các phụ phẩm này được sử
dụng chủ yếu làm chất đốt, thức ăn gia súc ít có ý nghĩa về mặt kinh tế. Vì vậy
việc nghiên cứu sử dụng có hiệu quả nguồn phế liệu nông nghiệp ứng dụng
trong công nghiệp giấy và các ngành cơng nghiệp khác có ý nghĩa lớn lao trong
việc thúc đẩy sản xuất nông nghiệp, hạn chế khai thác rừng và tạo thêm công
ăn việc làm cho nông dân.
Hiện nay ở nước ta đã và đang có rất nhiều hướng nghiên cứu tạo bột
giấy từ nguyên liệu phi gỗ như:
Viện công nghiệp giấy và cellulose [25] năm 1996 đã nghiên cứu sản
xuất cellulose bằng công nghệ sạch hơn đối với nguyên liệu giấy là cây ngắn
ngày. Trong nghiên cứu các tác giả đã sử dụng nguyên liệu là bã mía, nấu theo
phương pháp xút và phương pháp sunphit trung tính với cùng chế độ nấu là:
Thời gian tăng ôn 90 phút, thời gian bảo ôn 240 phút, nhiệt độ nấu 155 0 C, hiệu


19
suất bột đạt 43,5% đối với phương pháp xút và hiệu suất bột đạt 47,5% đối với
phương pháp sunphit trung tính.
TS. Hồng Quốc Lâm [11] đã tiến hành nấu rơm rạ, thành phần hóa học
của rơm rạ lúa cho vào nấu là: Cellulose 30%, lignin 18,3%, pentozan 22%, tro
14,2 %, Silic 12,2%, sau đó rơm rạ được cắt ngắn thành từng đoạn dài 3 ÷4 cm,
và được nấu bằng phương pháp xút - Anthraquinon. Tác giả đã đi đến kết luận:
Rơm rạ lúa được khử lignin một cách rất hiệu quả với dịch nấu xút - anthraquinon,
bột thu được có hiệu suất hợp lý, trị số kappa thấp và độ bền cơ lý tốt. Tính lựa
chọn của q trình khử lignin tốt nhất đạt được với các quy trình nấu có mức dùng
xút 12%, thời gian bảo ơn 30 phút, nhiệt độ 1600C và tỷ dịch là 1/6.
Nghiên cứu khoa học của sinh viên Bùi Thị Kim Hoàng năm 2009, Khoa

Lâm Nghiệp – Trường Đại học Nông Lâm TP HCM [28] đã nghiên cứu quy trình
sản xuất giấy từ Lục Bình (Bèo tây). Kết quả nghiên cứu cho thấy: lồi cây này có
hàm lượng cellulose là chủ yếu, ngồi ra chiều dài, đường kính và độ mảnh của sợi
rất phù hợp với việc chế tạo ra giấy, bột giấy nấu từ cây lục bình phù hợp để làm
bao bì, túi xách, bao bì thực phẩm.
Vào đầu năm 2011, cơng ty TNHH Việt Sáng [27], sản xuất thành công bột
giấy từ thân cây ngô bằng công nghệ sinh học, tiết kiệm năng lượng, lại không gây
ô nhiễm môi trường. Dây chuyền sản xuất được triển khai tại xã Vĩnh Ninh huyện
Vĩnh Tường với cơng suất lên tới 1800 ÷ 2000 tấn/năm. Dự tính, mỗi năm cơng ty
sẽ thu mua từ 5000 ÷ 5400 tấn thân cây ngô sau thu hoạch cho người nông dân các
xã ven Sông Hồng, đồng thời giúp các doanh nghiệp trong ngành sản xuất giấy
giảm lượng bột nhập khẩu, giảm chi phí đầu vào, giảm giá thành cho các sản phẩm
giấy in, giấy viết trong nước
Đề tài cấp bộ của TS. Nguyễn Thị Minh Nguyệt năm 2009 [15] đã nghiên
cứu và lựa chọn chế độ nấu bột thích hợp bằng phương pháp sunphat cho nguyên
liệu cỏ voi lai như sau: Mức dùng kiềm 18% đến 20% theo Na2O, thời gian tăng ôn
90 phút, thời gian bảo ôn 90 phút, tỷ lệ dịch 1/4, nhiệt độ bảo ôn 160 0C
Trong những năm gần đây nghiên cứu về nguồn ngun liệu phi gỗ nói
chung và các phế phẩm nơng nghiệp (Điềm trúc, Luồng, Bã mía, rơm rạ, thân ngơ,


20
cỏ voi....) nói riêng, cũng đã được giáo viên và sinh viên trong khoa Chế biến Lâm
Sản Trường đại học Lâm Nghiệp tiến hành nghiên cứu như:
Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Trần Thị Ngân và Đỗ Quang Bình năm
2003 [2], [13] đã nghiên cứu và tìm ra được chế độ nấu bột thích hợp nhất cho tre
Điềm Trúc bằng phương pháp sunphat là: Mức dùng kiềm 22% NaOH so với
nguyên liệu khô tuyệt đối, nhiệt độ nấu 160 0C, thời gian bảo ôn 120 phút, độ
sulphua 25%, tỷ lệ dịch 1/4. Kết quả thu được hiệu suất là 39,29%, trị số kappa là
19,9 đơn vị, chiều dài đứt 8240 m, chỉ số xé 13 mN.m2/g, chỉ số bục 6,3 kPa.m2/g;

bột chín đều hiệu suất, trị số kappa và tính chất cơ lý của bột sau nấu có thể sử dụng
để sản xuất giấy cacton và bột giấy tẩy trắng.
Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Thị Châu năm 2008 [3] đã
nghiên cứu cấu tạo và thành phần hóa học của cây cỏ voi lai. Kết quả nghiên cứu
cho thấy nguyên liệu cỏ voi lai sử dụng trong cơng nghệ sản xuất bột giấy là hồn
tồn phù hợp.
Đề tài thạc sỹ của học viên Nguyễn Viết Tùng năm 2010 [18] đã nghiên
cứu và lựa chọn được chế độ nấu bột thích hợp bằng phương pháp sunphat cho
nguyên liệu Luồng (Hịa Bình) như sau: Mức dùng hóa chất 18% so với nguyên liệu
khô tuyệt đối, nhiệt độ nấu 160 0C, thời gian nấu 90 phút, độ sulphua 20%, tỷ lệ
dịch 1/6, Bột giấy thu được có các đặc trưng: Cường độ chịu xé 18,35 mN.m2/g,
cường độ chịu bục 3,29 kPa.m2/g, độ bền kéo 58,26 N.m/g, bột giấy thu được hoàn
toàn phù hợp với yêu cầu của bột giấy dùng trong sản xuất các loại giấy báo chí và
giấy văn phịng phẩm thơng dụng được quy định trong tiêu chuẩn GB 2677.4 – 81.
Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Việt Dũng năm 2010 [7] đã
nghiên cứu và lựa chọn được chế độ nấu bột thích hợp bằng phương pháp xút cho
nguyên liệu từ thân cây ngô như sau: Mức dùng kiềm 18% theo Na2O, tỷ lệ dịch 1/6, thời
gian bảo ôn 90 phút, nhiệt độ bảo ôn 170 0C, hiệu suất bột đạt được 41,46%.
Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Trần Thị Viên năm 2011 [21] đã nghiên
cứu và lựa chọn được chế độ nấu bột thích hợp bằng phương pháp sunphit trung
tính cho nguyên liệu rơm như sau: Mức dùng hóa chất 20% tính theo Na2O, hóa
chất sử dụng là Na2CO3và Na2SO3, tỷ lệ Na2CO3: Na2SO3 là 9:1, nhiệt độ nấu


21
1600C, thời gian tăng ôn 60 phút, thời gian bảo ôn 60 phút, tỷ lệ dịch 1/8. Hiệu suất
bột thu được có hiệu suất là 70,08%; hàm lượng α – cellulose là 83,52%; hàm lượng
tro là 0,31%; hàm lượng lignin là 3,1%.
Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Dương Thị Kim Dung năm 2011 [6] đã
nghiên cứu và lựa chọn được chế độ nấu bột thích hợp bằng phương pháp sunphit

trung tính có bổ xung chất xúc tác cho ngun liệu rơm rạ như sau: sử dụng chất
xúc tác là Anthraquinon ở tỷ lệ 0,4% so với nguyên liệu khô tuyệt đối, nhiệt độ nấu
110 0C, thời gian nấu 60 phút, tỷ dịch 1/8; mức dùng hóa chất 20% tính theo Na2O,
bột giấy thu được có hiệu suất là 43,28%; hàm lượng tro là 5,29%; hàm lượng
lignin là 2,54.
Từ tổng hợp tóm tắt tình hình nghiên cứu về ngun liệu phi gỗ ở trong và
ngồi nước, ta có thể khẳng định nguyên liệu phi gỗ là nguồn nguyên liệu tiềm năng
cho sản xuất bột giấy. Hiên nay, nghiên cứu sử dụng nguyên liệu phi gỗ làm nguyên
liệu trong ngành công nghệ sản xuất giấy - bột giấy đang được các nhà khoa học
đặc biệt quan tâm, đẩy mạnh nghiên cứu. Chính vì vậy, tơi tiến hành nghiên cứu sử
dụng thân cây ngô (phế liệu nông nghiệp) làm nguyên liệu sản xuất bột giấy, để có
cơ sở khoa học cho việc định hướng sử dụng nguồn nguyên liệu này trong công
nghệ sản xuất bột giấy.
1.3. Mục tiêu, đối tượng, phạm vi, nội dung và phương pháp nghiên cứu
1.3.1. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu sử dụng thân cây ngô (phế thải nông nghiệp)
làm nguyên liệu sản xuất bột giấy nhằm góp phần giải quyết vấn đề khan hiếm
nguyên liệu cho ngành giấy – bột giấy.
Mục tiêu cụ thể: Thiết lập được chế độ nấu bột giấy từ thân cây ngô bằng
phương pháp xút và thử nghiệm nấu bột giấy từ thân cây ngô bằng các phương pháp
khác (phương pháp sunphat và phương pháp xút có bổ sung xúc tác).
1.3.2. Đối tượng nghiên cứu
Thân cây Ngô sau khi đã thu hoạch bắp được trồng tại Chương Mỹ - Hà Nội.
1.3.3. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu:
- Nghiên cứu cấu tạo thô đại, cấu tạo hiển vi và xác định một số thành phần
hóa học của thân cây ngô,


22

- Nghiên cứu quá trính nấu bột giấy từ thân ngô bằng phương pháp xút,
phương pháp sunphat và phương pháp xút có bổ sung xúc tác.
1.3.4. Nội dung nghiên cứu
a. Nội dung phục vụ nghiên cứu:
- Thu thập số liệu và tạo mẫu nghiên cứu,
- Xác định hàm lượng ẩm dăm nguyên liệu,
- Pha chế hóa chất và dịch nấu.
b. Nội dung nghiên cứu chính:
Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo:
- Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo thô đại của thân cây Ngô (TCVN – 365-70),
- Nghiên cứu đặc điểm cấu tạo hiển vi của thân cây Ngơ,
- Hình thái sợi của thân cây Ngô (phương pháp FPL – Madison).
Nghiên cứu thành phần hóa học cơ bản của thân cây ngơ
- Hàm lượng tro (TC: T- 15 os- 58),
- Hàm lượng chất tan trong nước: Nước nóng. nước lạnh (TC:T-1os-59),
- Hàm lượng chất tan trong 1% NaOH (TC: T- 4 os - 59),
- Hàm luợng chất tan trong ete (TC: T-5 os- 59),
- Hàm lượng Cellulose (TC: T -210 os-70),
- Hàm lượng lignin (TC:T -13 os70),
- Hàm lượng Pentozan (TC: Tappi 223)
Nghiên cứu thử nghiệm tạo bột giấy từ thân cây ngô
-

Nấu bột giấy từ thân ngô bằng phương pháp xút.

-

Nấu thử nghiệm bột giấy từ thân ngô bằng phương pháp sunphat,

-

Nấu thử nghiệm bột giấy từ thân ngô bằng phương pháp xút có bổ sung xúc
tác.
Các thơng số chế độ nấu căn cứ vào tài liệu số [37]

1.3.5. Phương pháp nghiên cứu
1.3.5.1. Phương pháp kế thừa
Đề tài kế thừa các kết quả nghiên cứu về cấu tạo, thành phần hoá học và hiệu
suất bột giấy của một nguyên liệu phi gỗ. So sánh và phân tích với kết quả của đề tài.


23

1.3.5.2. Phương pháp tiêu chuẩn
Sử dụng các tiêu chuẩn TAPPI tiến hành làm thực nghiệm xác định thành phần
hoá học và tiêu chuẩn (TCVN) để nghiên cứu đặc điểm cấu tạo của thân cây Ngô.
1.3.5.3. Phương pháp thực nghiệm:
Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm xác định thành phần hóa học chủ yếu của
thân ngô; nghiên cứu thực nghiệm tạo bột giấy bằng các phương pháp xút; phương
pháp sunphat và phương pháp xút có bổ sung xúc tác.
1.3.5.4. Phương pháp xử lý số liệu
Xử lý số liệu bằng thống kê toán học