Vì sao baking soda là thành phần thiên nhiên được thêm vào chất tẩy rửa?
Baking soda là một nguyên liệu tự nhiên rẻ tiền nhưng lại có rất nhiều công dụng, ngoài việc làm bánh. Từ khử mùi tủ lạnh đến tẩy rửa vết dầu mỡ, baking soda đều có thể làm được. Tại sao chúng lại nhiều công dụng đến vậy, cùng tìm câu trả lời nhé!
Đã cập nhật 22 tháng 1 năm 2021
Bởi Đội Cleanipedia
Chia sẻLưuChia sẻ
Sự bền vững
Baking soda là gì? Tác dụng và cách sử dụng
Pure baking soda là một loại nguyên liệu đa năng, có thể giải quyết hết được các vấn đề vệ sinh nhà cửa, làm đẹp, chăm sóc sức khỏe.
Đã cập nhật 17 tháng 5 năm 2021
Bởi Đội Cleanipedia
Chia sẻLưuChia sẻ
Vệ sinh nhà bếp
các tác nhân tẩy trắng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây [320.82 KB, 30 trang ]
Trường đại học công nghiệp hà nội
ĐỀ TÀI :CÁC TÁC NHÂN TẨY TRẮNG
GVHD: NGUYỄN MINH VIỆT
H
Hà Nội năm 2015
I.Giới thiệu về chất tẩy trắng bột giấy
I.1.Khái niệm
Bột giấy cơ học hoặc hóa học sau khi nấu có màu vàng xám. Bột này
có thể dùng ngay để sản xuất các loại giấy không cần độ trắng cao như
giấy bao bì, giấy in báo...Nhưng nếu để sản xuất giấy có độ trắng cao như
giấy in, giấy viết, giấy vệ sinh,...thì bột cần phải tẩy trắng.
Độ trắng của bột giấy được đo bằng mức độ phản xạ ánh sáng đơn
sắc của bột giấy so với một chất bột có độ trắng cao làm chuẩn [ thường
là bột MgO ], độ trắng của bột đó được coi là 100%.
Mỗi loại bột sản xuất bằng các phương pháp khác nhau thì có độ
trắng là khác nhau. Bột sunfit tẩy trắng có thể đạt tới độ trắng rất cao
94oISO [đạt 94% so với độ trắng của MgO].
Các loại bột giấy chưa tẩy có độ trắng khác nhau :
Loại bột
Độ trắng [0ISO]
Bột sulphat
15 – 30
NSSC, ammonium bisulphit
40 – 50
Bột gỗ mài, bisulphit, sulphsit
50 – 65
Mục đích của tẩy trắng bột là tạo cho bột giấy có những hóa lý tốt và
có độ trắng cao, quá trình tẩy trắng được tẩy trắng được thực hiện chủ yếu
là loại bỏ ligin và biến tính nhóm mang màu của ligin sao cho bột giấy
trắng hơn.
I.2 Nguyên nhân bột giấy có màu tối
Xenlulo và hemixenlulo bản chất có màu trắng nên không làm tối
màu của bột giấy. Chính nhóm mang màu của lignin gồm vòng phenyl,
các nhóm carbonyl [C=O], và các nối đôi [C=C] khi kết hợp với nhau ở
điều kiện nhất định làm cho chúng có khả năng hấp thụ màu trong ánh
sáng trắng và làm cho lignin mang màu.
Thêm nữa phản ứng oxy hóa đã biến đổi gốc phenol trong lignin
thành các hợp chất dạng quinon, các chất này hấp thụ ánh sáng làm cho
bột có màu tối. Những ion kim loại nặng có mặt trong bột giấy đã kết hợp
với các gốc phenol tạo thành các phức chất cũng gây ra màu sắc cho bột.
Ngoài ra các chất keo, nhựa trong bột cơ cũng tạo màu cho bột. Vì thế tẩy
trắng bột giấy có vai trò rất quan trọng ,
Tẩy trắng bột giấy nhằm mục đích làm biến tính cấu trúc lignin này
sao cho chúng trở nên sáng màu hơn. Tẩy trắng bột giấy làm tăng và ổn
định độ trắng của bột. Do bột cơ là bột hiệu suất cao nên mục đích tẩy
trắng là làm biến đổi màu của ligin và các thành tạo màu khác, tránh khả
năng phân hủy chúng thành các hợp chất thấp phân tử, có khả năng tan
trong nước hoặc dung dịch kiềm và không bị tách loại ra khỏi bột.
I.3. Một số hóa chất tẩy trắng đáng chú ý
a. Các hợp chất của clo
Ngày nay hóa chất Clo và hợp chất có Clo vẫn còn được dùng nhiều
nhất trong việc tẩy trắng xenlulo. Clo là một chất khí độc hại màu vàng
lục có công thức Cl2 .
Các hợp chất này đã được dùng để tẩy trắng là hypoclorit.
Hypoclorit là muối của axit hypocloro. Công thức hóa học của axit này là
HClO, được tạo bởi khí clo hòa tan trong nước sẽ xảy ra theo cân bằng
phản ứng sau:
Cl2 + H2O = HClO + HCl
Khi cho tác dụng với bazo
HOCl + NaOH = NaOCl + H2O
Tỷ lệ của clo, axit hypocloro và ion hypoclorit trong dung dịch tỳ
thuộc vào pH. Trong nhiều trường hợp bây giờ được thay thế bàng Canxi
hypoclorit có công thức Ca[ClO] 2 là một dạng rất thông thường của
hypoclorit
Điều chế dịch tẩy trắng
CaO + H2O = Ca[OH]2
Ca[OH]2+ Cl2 = Ca[ClO]2 + CaCl2 + H2O
NaOH + Cl2 = NaClO +NaCl + H2O
Do đó, pH cực kì quan trọng trong các hệ thống clo- nước bởi vì mỗi
dạng clo này có tính chất khác nhau và tác dụng hóa học với lignin và
xenlulo ở mức độ khác nhau.
Trong những năm vừa qua, một tác nhân tẩy trắng cho clo khác đã
được nghiên cứu đến, đó là một oxyt clo [ Cl 2O] chất này tẩy trắng nhanh
hơn dioxyt clo [ ClO2] . Tuy nhiên việc tẩy trắng bằng hóa chất này còn
đang ở giai đoạn nghiên cứu.
Tác nhân tẩy trắng sau cùng trong họ dioxyt clo [ ClO 2], nó là tác
nhân tẩy trắng xenlulo đã được biết nhiều từ 30 năm trước đến nay trước
khi nó được dùng thực tế từ các nhà máy, lý do nó lâu được dùng cũng
như quá trình tẩy clo, đó là vì trong thời gian đầu không có chất liệu nào
có thể chống lại sự ăn mòn của các hóa chất này. Vấn đề này có thể được
giải thích cho nhược điểm của quá trình tẩy trắng clo, khi phương pháp
tẩy trắng dioxyt- clo được đưa vào dùng .
II. Các phương pháp và các giai đoạn tẩy trắng bột giấy
II.1. Các phương pháp tẩy trắng bột giấy
Tẩy trắng bột giấy thường dùng các chất hóa học là các chất có tính
oxi hóa mạnh để tẩy trắng bột giấy. Có 2 cách áp dụng để tẩy trắng bột
giấy là tách bỏ lignin và giữ lại lignin .
Cách 1: Loại bỏ lignin được coi là phần tiếp tục quá trình nấu nhằm
dùng hóa chất hòa tan phần lignin còn nằm sót lại trong bột sau nấu rồi
rửa trôi đi. Phương pháp này áp dụng cho tẩy trắng bột hóa
Cách 2: Giữ lại lignin khi trong bột dùng các chất hóa học thích hợp
làm tác nhân oxy hóa để biến đổi các nhóm mang màu của lignin trong
bột thành các nhóm không mang màu nâng cao độ trắng của bột. Phương
pháp tẩy trắng giữ lại lignin hay người ta gọi là làm trắng bột giấy.
Phương pháp này được áp dụng để làm trắng những bột cơ và bột bán
hóa.
Vì thành phần và cấu trúc của lignin rất phức tạp, mà mỗi tác nhân
hóa học chỉ có khả năng phản ứng với một số cấu trúc đặc trưng nào đó,
nên để hòa tan hiệu quả phần lignin này ta phải kết hợp dùng nhiều tác
nhân khác nhau trong một quy trình tẩy trắng. Màu trắng của bột chỉ xuất
hiện khi hầu hết lignin và các nhóm mang màu trong bột đã được loại bỏ.
Để sản xuất các loại bột có độ trắng cao và ổn định người ta phải sử dụng
bột hóa để tẩy trắng bằng phương pháp tách loại bỏ lignin. Phương pháp
loại bỏ ligin này gồm 2 giai đoạn:
Giai đoạn đầu dùng chất oxy hóa mạnh để cắt đứt mạch lignin trong
bột giấy, rồi hòa tan và rửa trôi lignin.
Giai đoạn sau là khi trong bột vẫn còn lại rất ít lignin nên khó tách ra
không loại bỏ hết, ta dùng các tác nhân oxy hóa để biến tính nhóm mang
màu của lignin thành nhóm không mang màu. Nhằm mục đích nâng cao
độ trắng của bột giấy.
II.2. Các giai đoạn tẩy trắng
Quá trình tẩy trắng được hiểu là một trình tự công đoạn liên tục kế tiếp
nhau, được sắp xếp theo một trình tự nhất định, với hệ thống thiết bị liên hợp và
quy trình công nghệ thích hợp, đảm bảo đạt được mục tiêu của quá trình tẩy
trắng.
Các chu trình tẩy trắng hiện đại bao gồm nhiều công đoạn, có rửa bột giữa
các công đoạn, sử đồng thời nhiều hóa chất và áp dụng đồng thời các điều kiện
công nghệ khác nhau.
Để phân hủy triệt để các thành phần phi xơ sợi trọng bột [lignin], cần phải
sử dụng các hóa chất tẩy có tính chất hóa học khác nhau, mà điều kiện phản ứng
của mỗi loại là khác nhau nên không thể sử dụng kết hợp chúng. Bên cạnh đó
các sản phẩn phân hủy lignin là nhưng hợp chất không tan hoặc ít tan trong
nước, chúng có thể cản trở phản ứng của chất tẩy với lignin hoặc phản ứng trực
tiếp với chất tẩy, gây giảm hiệu quả quá trình và tiêu tốn hóa chất. Do đó sau
một thời gian xử lý cần tiến hành rửa bột [ nước hoặc kiềm]. Mặt khác, về mặt
công nghệ thiết bị, tẩy trắng bột được tiến hành ở nồng độ cao, trong các tháp
tẩy với năng suất lớn, hoạt động liên tục, thời gian tẩy trắng để đạt độ trắng cần
thiết là kéo dài, mà kích thước của thiết bị là hạn chế, nên phải chia quá trình tẩy
trắng bột thành nhiều công đoạn, mỗi công đoạn tiến hành trong một thiết bị.
Tóm lại quá trình tẩy trắng có thể được chia thành 2 giai đoạn chính như
sau:
+ Giai đoạn 1: Hòa tan phần lignin còn nằm sót lại trong bột sau nấu.
Lượng lignin còn lại trong bột chủ yếu được tách loại ở công đoạn này. trong
giai đoạn này độ trắng của bột có thay đổi nhưng không nhiều.
+ Giai đoạn 2: Dùng các tác nhân oxi hóa để phá hủy các nhóm mang màu
của lignin còn lại trong bột.Độ trắng của bột ở giai đoạn này được thay đổi rõ
rệt. Đối với đây chuyền sử dụng nhiều loại chất tẩy trắng thì xen kẽ các công
đoạn này là công đoạn rửa bột bằng nước hoặc NaOH, nhằm tách bỏ các sản
phẩm phản ứng, nâng cao hiệu quả tẩy trắng.
III. Công nghệ tẩy trắng
TT
Tên Công đoạn
Hóa chất sử dụng
Ký hiệu
1
Tẩy trắng bằng Clo
Cl2
C
2
Kiềm hóa
NaOH
E
3
Tẩy trắng bằng dioxit clo
ClO2
D
4
Tẩy trắng bằng hypoclorit
NaClO
H
5
Tẩy trắng bằng oxi
O2 + NaOH
O
6
Tẩy trắng bằng peoxyt
H2O2 + NaOH
P
7
Tẩy trắng bằng ozon
O3
Z
8
Xử lý bằng axit
SO2 hoặc H2SO4
A
Một số quy trình tẩy trắng hiện đại
NaOH
Do
D1
D2
B?t chua t?y
E
OP
ClO2
ClO2
ClO2
Ho i, oxy
B?t t?y tr?ng
H 2O2
Axit
Sơ đồ chu trình tẩy trắng bốn công đoạn bằng dioxit clo Do[Eop]D1D2
NaOH
Do
D1
B?t chua t?y
E
ClO
2
OP
ClO
2
Ho i, oxy
HO
2
2
B?t t?y tr?ng
Axit
Sơ đồ công nghệ tẩy trắng bột sufat gỗ cứng theo quy trinh DualDTM
sIII.1. Tẩy trắng bằng Clo
Mục đích của công đoạn clo hóa là tách loại lignin còn lại trong bột. Khi
trong chu trình tẩy trắng có công đoạn xử lý oxy-kiềm bột sau nấu thì đây có thể
xem là sự tiếp tục của quá trình nấu. Khả năng phản ứng cao của clo không đòi
hỏi phải tiến hành ở nhiệt độ và áp suất cao.
Tẩy trắng bằng clo trong môi trường axít là phương pháp tách loại lignin hiệu
quả nhất và thường được dùng trong các công đoạn đầu tiên của chu trình tẩy
trắng bột hóa truyền thống.
Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là bản thân chất tẩy có độc tố
cao và sự tạo thành một lượng lớn các chất hữu cơ của clo, trong số đó có các
chất đặc biệt nguy hại: các dioxin là dẫn xuất của n-dibenzenodioxin và
dibenzofuran.
•Cơ chế hóa học
Clo là chất tẩy có tính chọn lọc cao, khi tiếp xúc với bột, trước tiên nó lập
tức tham gia phản ứng với lignin. Các phản ứng diễn ra đồng đều với tất cả các
cấu trúc của lignin chứa nhóm OH-phenol tự do hoặc liên kết ete.
Khi hòa tan clo vào nước, diễn ra cân bằng sau:
Cl2
+
2 H2O
H3O+ +
Cl-
+ HClO
Thành phần của dung dịch clo phụ thuộc và pH của dung dịch.
Với pH nhỏ[[2], thành phần chính của dung dịch là clo phân tử. Khi pH
tăng, hàm lượng HClO tăng, và khi pH >= 4,5 thì clo phân tử chuyển hóa hoàn
toàn thành các hợp chất khác, chủ yếu dưới dạng hypocloric[ là axit yếu nhưng
có tính oxy hóa mạnh]. Trong môi trường kiềm, dung dịch clo chủ yếu bao gồm
các anion hypoclorit.
Thực tế, quá trình tẩy trắng bằng clo được tiến hành trong môi trường axít
với pH [ 2. Các phản ứng của clo với lignin trong môi trường axit chủ yếu là
phản ứng clo hóa và oxy hóa phân hủy lignin, các phản ứng phụ là phản ứng oxy
hóa cacbohydrat và các hợp chất hữu cơ khác.
Phản ứng thế electrophin vào vòng thơm, biến hóa mạch propan, oxy hóa
phân hủy các liên kết ete alkylaryl tạo thành các cấu trúc o – quinon bị oxy hóa
sau đó dẫn đến vòng thơm bị phá vớ, tạo thành các axit dicacboxylic. Các cấu
trúc phenol bị clo hóa cũng dễ dàng bị oxy hó tạo thành các dẫn xuất của các
axit dicacbonxylic và các axit hữu cơ thấp phân tử khác.
L
R
O
R1
O
L
Clo hóa,
thủy
phân
CH3
Clx
R
OH
-CH3OH
Cl
Clo hóa,
thủ
y
phâ
n
OH
O
x
y
L
Cl
-R1OH
Clx
R
O
OH
h
ó
a
Clx
Thủy
CH3
Clx
p
h
â
n
R
R
O
OH
O
OH
O
x
y
C
H
3
O
H
L
Clx
O
R
HO
O
OH
h
ó
a
Trên thực tế, các biến đổi của lignin dưới tác dụng của clo diễn ra rất phức
tạp, không chỉ có các phản ứng oxy hóa phân hủy lignin mà chắc chắn còn có
các phản ứng giữa các sản phẩm tạo thành, bởi trong nước thải của quá trình tẩy
trắng bột hóa bằng clo còn có các hợp chất đặc biệt nguy hại như :
Cl
O
Cl
Cl
Cl
O
Cl
Cl
Cl
Cl
O
TCDD
TCDF
Tuy nhiên song song với phân hủy lignin, clo còn oxy hóa các polysaccarit
theo cơ chế phản ứng gốc, nhưng quá trình này tương đối yếu. Vì vậy, có thể nói
clo là chất tẩy có tính chọn lọc cao.
OH
OH
HCl,
O
O
R
O
H
O
R
OH
OH
OH
C
l
O
O
O
-
O
O
OH
OH
O
OH
Cl2
O
O
O
O
R
R
•
Điều kiện công nghệ và hệ thống thiết bị clo hóa
Sơ đồ công nghệ
công đoạn
clo hóa
Hệ thống bao gồm thiết bị chính là tháp tẩy, thường là tháp có dòng bột
dưới lên-trên xuống kết hợp. Bột sau rửa từ công đoạn xử lý oxy- kiềm được pha
loãng tới nồng độ cần thiết được đua vào bơm bột nồn độ thấp[LC] qua máy trộn
nồng độ thấp, phối trộn đều với clo và cấp vào ống phụ của tháp tẩy, rồi vào
tháp, bột di chuyển xuống dưới của tháp, sau đó được rửa bằng nước rồi đưa
sang công đoạn tiếp theo.
•
Yếu tố ảnh hưởng:
+ Nguyên liệu [bột cần tẩy trắng]:
So với bột sunfit và bột hóa từ nguyên liệu phi gỗ, clo hóa bột sunfat diễn
ra khó khăn hơn, vì vậy thời gian xử lý thường kéo dài. Nguyên nhân là do
lignin của bột sunfat là các cấu trúc ngưng bền , khó phân hủy và khó tan trong
dung dịch kiềm hơn. Vì vậy, thời gian kiềm hóa thường kéo dài hơn và đòi hỏi
nhiệt độ cao hơn. Chính vì thế mà độ bền cơ học của bột thường bị giảm mạnh
sau công đoạn clo hóa.
+ Nồng độ bột và lượng clo cần dùng:
Lượng clo cần dùng phụ thuộc vào hàm lượng của lignin trong bột, được
xác định theo trị số Kappa của bột. Trung bình khoảng 1,5kg/kg lignin.
Ngoài ra, mức dùng clo còn phụ thuộc vào nồng độ bột, nhiệt độ xử lý. Ví
dụ: khi tẩy trắng bột theo chu trình CEH, lượng clo dùng cho công đoạn clo hóa
thường chiếm 60-70% tổng lượng clo cần dùng cho cho cả chu trình, vào
khoảng 2-6% so với bột sunfat và 6-10% với bột hóa-cơ.
Nồng độ bột thích hợp nhất nên duy trì trong khoảng 3-4,5%. Với nồng độ
bột như vậy, mức hòa tan của clo vào dung dịch sẽ tối ưu, phối trộn bột sẽ tốt
hơn, đảm bảo sự đồng đều phản ứng của bột với clo. Mặt khác nồng độ clo thấp
tránh ăn mòn thiết bị. Nhược điểm của sử dụng nồng độ bột thấp là lượng nước
tiêu hao lớn, tải lượng rửa và cô đặc bột cao, còn khi sử dụng nồng độ bột cao có
thể có nguy cơ tạo thành những vùng phản ứng có nồng độ clo thấp dẫn đến quá
trình tách clo chậm.
+ Thời gian xử lý:
Tốc độ phản ứng của clo rất nhanh, trong điều kiện thường, chỉ cần 5 phút
sau là lượng clo đa tiêu hao gần 90%. Trên thực tế thời gian cần thiết là 45-60
phút đối với bột sunfit từ gỗ, 60-90 phút đối với bột sunfat.
+ Nhiệt độ xử lý:
Về nguyên tắc, người ta không điều chỉnh nhiệt độ của công đoạn clo hóa.
Nhiệt độ của quá trình thường được xác định bởi quy trình rửa và làm sạch bột
và sơ đồ sử dụng nước sản xuất, tức là sau khâu rửa và làm sạch hoặc sau công
đoạn oxy-kiềm, bột có nhiệt độ như thế nào thì tiến hành clo hóa ở nhiệt độ đó.
Vì vậy, khoảng nhiệt độ clo có thể trong khoảng 40-60 oC. Clo hóa ở nhiệt độ cao
sẽ thúc đẩy phân hủy cacbohydrat và giảm độ bền cơ học của bột. Có thể kiềm
chế ảnh hưởng này bằng cách giảm thời gian xử lý, song phương pháp phổ biến
nhất là sử dụng các chất bảo vệ cacbohydrat như : [NH 4]2SO4, NH4Cl hoặc điều
chỉnh lại lượng clo hợp lý.
III.2. Kiềm hóa[E]
Kiềm hóa hay còn gọi là trích rửa kiềm, là một công đoạn riêng biệt của
quá trình tẩy trắng, xử lý bột hóa bằng dung dịch NaOH ở các điều kiện khác
nhau. Đây là công đoạn bắt buộc, kế tiếp sau công đoạn clo hóa hoặc tẩy trắng
bằng dioxit clo.
Mục đích của kiềm hóa là trung hòa lượng clo[dioxit clo] dư và hòa tan, tẩy
rửa các hợp chất hữu cơ, chủ yếu là clolignin, các hợp chất hữu cơ của clo và
các tạp chất khác ra khỏi bột, để tăng độ trắng của bột, đồng thời nâng cao khả
năng phản ứng của lignin trong các công đoạn tẩy trắng tiếp theo. Vì vậy, sau
khi kiềm hóa và rửa, bột sẽ mất màu vàng cam và trở nên trắng hơn.
Tùy thuộc vào thành phần của dung dịch xử lý, các phương pháp kiềm hóa bao
gồm:
- Kiềm hóa đơn thuần [E]: chỉ xử lý bột bằng NaOH.
- Kiềm hóa tăng cường hydropeoxit [Ep]: xử lý bột bằng dung dịch NaOH
bổ sung H2O2.
- Kiềm hóa tăng cường oxy [Eo]: xử lý bột bằng dung dịch NaOH bổ sung
oxy.
- Kiềm hóa tăng cường oxy và hydropeoxit [E op]: xử lý bột bằng dung dịch
NaOH bổ sung oxy và hydropeoxit.
•Cơ chế hóa học của quá trình
Tất cả các chu trình tẩy trắng sử dụng các hợp chất clo đều dựa trên sơ đồ
truyền thống gồm 2 công đoạn clo hóa- kiềm hóa. Tức là kiềm hóa là công đoạn
bắt buộc sau công đoạn tẩy trắng bằng clo và dioxit clo.
Khi xử lý bột bằng clo, ngoài các phản ứng clo hóa và oxy hóa phân hủy
làm giảm khối lượng phân tử của lignin, còn diễn ra các phản ứng của các nhóm
cản. sự hình thành các nhóm cản, là các cấu trúc bão hòa, không còn khả năng
phản ứng của lignin còn lại sau khi phản ứng với clo, diễn ra trong công đoạn
clo hóa hoặc tẩy trắng bằng dioxit clo. Chúng có cấu tạo đặc biệt với những
nhóm chức, cản trở quá trình oxy hóa phân hủy lignin trong các công đoạn tẩy
trắng tiếp theo. Vì vậy, để tăng hiệu quả tẩy trắng, cần phải loại bỏ các nhóm cản
này bằng phản ứng thủy phân kiềm, nhờ đó sẽ hình thành các nhóm OH mới
trong vòng thơm của lignin, có khả năng phản ứng cao với các chất tẩy.
Như vậy, kiềm hóa không những có ý nghĩa quan trọng trong việc tách bỏ
các chất hữu cơ ra khỏi bột, mà còn tăng khả năng phản ứng của lignin. Việc
tách bỏ các chất hữu cơ cho phép tiến hành quá trình tẩy tiếp theo với mức dùng
các hóa chất ở mức thấp hơn, còn khả năng phản ứng của lignin tăng, tăng hiệu
quả quá trình.
Lượng kiềm dùng cho công đoạn kiềm hóa được phân bổ như sau: 30%
NaOH tiêu hao cho các phản ứng tạo thành các muối tan của natri với các axit
hữu cơ mạch thẳng hoặc axit thơm, 30% cho phản ứng thủy phân kiềm tạo các
hợp chất của clo trong bột tạo NaCl, lượng còn lại cho các phản ứng thủy phân
các axit cacboxylic tạo thành cacbonat natri. Các phản ứng này đều kích hoạt
lignin để chuẩn bị cho quá trình oxy hóa tiếp theo. Một lượng nhỏ NaOH tiêu
hao cho tạo thành các muối của natri với các axit hữu cơ không tan còn lại trong
bột, chúng tạo ra độ pH cao cần thiết cho quá trình tách rửa lignin ra khỏi bột.
OH
O
H3C
C l2
HO
HO
O
L
L
O
O
L
L
L
H
H
H
O
OH
C l2
Cl
H
Cl
O
CH3
O
L
L
H
H
H
O
R
O
L
C l2
Cl
Cl
Cl
O
CH3
R
O
CH3
OH
O
H3C
HO
O
O
L
OH
N aO H
HO
L
+
Na Cl
+
Na2CO3
L
L
Cl
H
Cl
O
N aO H
- N aC l
Lignin đã
kích hoạt
+
Na2CO 3
O
L
Cl
L
Cl
N aO H
Cl
O
R
O
Cl
OH
+
Cl
NaCl
O
CH3
R
O
CH3
Các tạp chất còn lại trong bột chưa được tẩy rửa hết từ công đoạn tẩy trắng
trước đó sẽ tăng mức tiêu hao kiềm, bởi bất kỳ chất hữu cơ nào chưa tách bỏ
trong quá trình rửa bột cũng có thể tham gia cào các phản ứng với NaOH.
Về nguyên tắc, khi thay thế clo bằng dioxit clo, mức tiêu hao NaOH trong công
đoạn kiềm hóa sẽ thấp hơn, do không tạo thành NaCl, bởi dioxit clo không phải
là chất clo hóa.
Ngoài các phản ứng với lignin, trong quá trình kiềm hóa còn diễn ra hàng loạt
các quá trình hóa học phức tạp khác như: xà phòng hóa các axit béo, phân hủy
hòa tan các polysaccarit... làm giảm độ bền kiềm của các polysaccarit, kết quả là
sau công đoạn kiềm hóa, độ nhớt của bột có thể giảm.
•Điều kiện công nghệ và hệ thống thiết bị
Các yếu tố ảnh hưởng:
Nồng độ và lượng kiềm sử dụng: Khi nồng độ kiềm cao có ảnh
hưởng lớn hơn ở giai đoạn đầu. Tuy nhiên, trong thực tế có giới hạn về
lượng NaOH:
+ Lượng NaOH sử dụng sẽ cân bằng với lượng chất tẩy đã sử dụng ở
công đoạn trước.
+ Thay thế clo bằng dioxit clo có thể giảm được lượng NaOH.
Trên thực tế, mức dùng kiềm tối ưu là mức dúng để đạt giá trị pH tối
ưu khi kết thúc quá trình kiềm hóa là 10,5. Tăng nồng độ bột lên 15-20%
có thể tăng nồng độ kiềm ban đâu, giảm tiêu hao cho gia nhiệt bột tới
nhiệt độ tối đa, giảm thời gian xử lý. Mặc dù vậy, kiềm hóa bột nồng độ
dưới trung bình cho phép phối trộn tốt hơn, đảm bảo phản ứng đồng đều
hơn. Vì vậy, kể cả trên phương diện lý thuyết lẫn thực tế, kiềm hóa bột
nồng độ trung bình là tối ưu nhất.
Nhiệt độ kiềm hóa: Tốc độ trích ly kiềm tăng khi nhiệt độ tăng.
Kiềm hóa đơn thuần được tiến hành trong tháp kiềm hóa có dòng bột từ
dưới lên, ở nhiệt độ không vượt quá 95 oC. Để tiến hành kiềm hóa ở nhiệt
độ thấp hơn, phải sử dụng tháp chịu áp. Một vấn đề thực tế là khi nhiệt xử
lý cao hơn 80oC thì giảm tiêu hao hóa chất, thời gian xử ý, sử dụng tháp
kiềm hóa có thước nhỏ nhưng không bù đắp được các chi phí liên quan
đến vận hành hệ thống ở nhiệt độ cao. Vì vậy nhiệt độ thích hợp nhất là
khoảng 60 – 80oC.
Thời gian xử lý: Thời gian kiềm hóa được xác định bởi kích thước
tháp kiềm hóa được sử dụng. Hầu hết các loại tháp kiềm hóa hiện này
được thiết kế cho 60 – 90 phút xử lý bột. Trong quá trình vận hành, nồng
độ NaOH giảm dần theo di chuyển của bột, nhưng thời gian tiêu hao hết
NaOH, thời gian xử lý phải ít nhất là 60 phút.
Sử dụng các chất oxy hóa: Hiệu quả của trình kiềm hóa sẽ được
tăng lên rõ rệt khi sử dụng kết hợp với các chất oxy hóa: oxy,
hydropeoxxit. Thời gian cần thiết cho phản ứng của oxy với bột bằng thời
gian của giai đoạn đầu của quá trình kiềm hóa. Điều này chứng tỏ rằng,
các phản ứng chính diễn ra trong quá trình kiềm hóa ngay ở giai đoạn
đầu.
Sử dụng hydropeoxit không đòi hỏi phải đầu tư nhiều, bởi không cần
các thiết bị chuyên dụng. Mục đích sử dụng các chất oxy hóa là:
+ Giảm tiêu hao clo hoặc dioxit clo ngay ở công đoạn tách loại
lignin
+ Giảm được nồng độ các hợp chất clophenol
+ Giảm tiêu hao chất tẩy trong các công đoạn tiếp theo.
• Hệ thống thiết bị kiềm hóa
Các thông số công nghệ cơ bản của công đoạn kiềm hóa:
Thống số
pH cuối
Nhiệt độ [oC]
Nồng độ bột[%]
Thời gian xử lý [phút]
Ep
10 – 11.5
60 – 90
10 – 15
60 – 90
Áp suất trong hệ thống
Áp suất khí quyển
Mức dùng NaOH
[kg/tấn bột]
Mức dùng O2[kg/tấn
bột]
Mức dùng H2O2
[kg/tấn bột]
Eop
10 – 11.5
60 – 90
10 – 15
60 – 90
Ban đầu: 0.25 – 0.5 Mpa
Cuối: áp suất khí quyển
3-5
2-5
-
3-5
2
2-3
Kiềm và hydropeoxit được phối trộn với bột ngay trong hệ thốn phối bột của
bơm cấp bột. Oxy được phối trộn với bột tại máy trộn, tại đây hơi được cấp để
gia nhiệt, sau đó bột được đưa vào ống phụ của tháp thực hiện phản ứng ở áp
suất cao, còn áp suất trong tháp tương đương với áp suất khí quyển, sau đó bột
được đưa ra và rửa, chuẩn bị cho công đoạn tiếp theo.
III.4.Tẩy trắng bằng hypoclorit
*Natri Hypoclorit là một hóa chất hóa học có công thức là NaClO
dung dịch Natri Hypoclorit được biết đến như là chất tẩy trắng,dùng
thường xuyên dưới dạng chất tẩy uế hay là tác nhân tẩy trắng.
Nó được ứng dụng để tẩy trắng bột xenlulozo để sản xuất sợi visco
thì hypoclorit dược dùng để giảm độ nhớt của bột với điều kiện 30-40 độ
C trong thời gian 2-4h PH khỏang từ 8-10,thực hiện trong tháp bột giấy đi
từ đỉnh tháp còn hypoclorit đi từ đáy tháp
-Cơ chế hóa học
Dung dịch hypoclorit natri,sử dụng cho tẩy trắng bột giấy,chứa
clo,axit hypocloric và các ion hypoclorit,vơi pH nhỏ,dung dịch chủ yếu
chứa clo phân tử,trong khoảng pH từ 4-6 hầu như chỉ có axit
hypocloric,khi pH ≥ 9,5 dạng clo hoạt tính duy nhất trong dung dịch là ion
hypoclorit.
Ion hypoclorit là 1 nucleophin mạnh,dễ dàng phản ứng với cấu trúc
quinol,enol của lignin,tạo khí. Vận tốc ở mỗi giai đoạn khác nhau,giai
đoạn đầu nhanh,giai đoạn sau chậm,phân hủy lignin nhờ phản ứng oxi
hóa,clo hóa
Oxi hóa lignin trong môi trương kiềm diễn ra theo phản ứng “peeling”
Ion hypoclorit còn tác dụng với polysaccarit,chủ yếu oxi hóa các
nhóm rượu ở vị trí 2,3,6 thành nhóm cacboxyl or vòng piranoza,giảm bậc
trùng hợp của chúng,độ bền cơ học của bột sau khi tẩy trắng bằng
hypoclorit giảm do thay đổi độ nhớt của nó.
-Các yếu tố ảnh hưởng đến tẩy trắng bột bằng hypoclorit
+Nhiệt độ xử lý
Tẩy trắng bằng hypoclorit natri là một quá trình tỏa nhiệt,quá trình
tiến hành ở nhiệt độ 30-60 độ C,nhiệt độ càng cao,cabohydrat bị phân hủy
càng mạnh,vì vậy nhiệt độ tối ưu là 40-45 độ C
+ pH của huyền phù bột
Tẩy trắng hypoclorit trong môi trường kiềm nên pH tối ưu của quá
trình ban đầu là 10,5 sau đó 9-9,5,giảm pH thì tăng độ trắng xong hiệu
suất bột giảm mạnh,trong quá trình tẩy thì pH giảm do tạo thành các sản
phẩm có gốc axit,cần bổ sung lượng kiềm tương ứng để duy trì pH.
+ Thời gian xử lý
Tẩy trắng bằng hypoclorit thường kéo dài 1,5-2h ,nếu thời gian ngắn
thì khó hiệu chỉnh quá trinh,còn thời gian dài thì kích thước tháp cần lớn
hơn.
+ Mức dùng chất tẩy và nồng độ bột
Mức độ dùng chất tẩy và nồng độ bột xác định nồng độ của hóa chất
tẩy,nồng độ bột thích hợp là 10-12%,khi nồng độ chất tẩy tăng thì nồng
độ hypoclorit tăng, hiệu suất tăng, song cacbohydrat phân hủy mạnh hơn.
Cần điều chỉnh mức dùng hypoclorit sao cho clo dư chiếm khoảng 12 kg/tấn bột,như vậy sẽ khống chế được khả năng hồi màu của bột và
phân hủy của polysaccarit.
III.5. Tẩy trắng bằng dioxit clo:
Dioxit clo được sử dụng lần đầu tiên cho tẩy bột vào năm 1945,ngày
nay tất cả các loại bột sulfat có độ trắng cao và hầu hết các loại bột sulfit
độ trắng cao đều được tẩy trắng bằng dioxit.
Việc sử dụng nhanh chóng clo2 cho tẩy bột là nhờ tính chọn lọc cao
của nó trong việc phá hủy lignin mà không làm ảnh hưởng đến xenlulo
hoặc hemixenlulo, do vậy độ bền của bột được bảo tồn mà vẫn có độ
trắng cao và ổn định.
ClO2 được dùng như chất tách loại lignin rất hiệu quả vì tính chọn
lọc cao với lignin, nghĩa là nó phá hủy xenlulo và hemi xenlulo, dùng
ClO2 an toàn hơn cho môi trường vì ít có khả năng tạo thành dioxin so với
Cl2, độ bền của bột được bảo toàn, độ trắng cao, ổn định.
Giai đoạn tẩy trắng bằng ClO2 có thể sử dụng ở giai đoạn cuối và
đầu quá trình tẩy trắng bột, nếu tẩy bằng ClO2 được áp dụng trong giai
đoạn đầu tiên trong quy trình tẩy được sử dụng để thay thế một phần giai
đoạn Clo hóa ban đầu nhằm tăng độ bền và ổn định màu và làm giảm màu
nước thải, bây giờ thường áp dụng cho quá trình tẩy trắng bột giấy [ được
ký hiệu D0].
Dioxit clo được sử dụng vào các giai đoạn cuối của công đoạn tẩy.
Vào những năm 1960 thường sử dụng sơ đồ CEHDED và CEDED để tẩy
bột sulfat. Còn những năm 1970 thì dioxit clo được sử dụng để thay thế
một phần clo ở giai đoạn đầu nhằm tăng độ bền và độ ổn định màu và làm
tăng màu của nước thải.
-cơ chế hóa học
Cơ chế hóa học của các phản ứng tách loại lignin và tẩy trắng bằng
dioxit clo cho đến nay còn chưa được nghiên cứu đầy đủ.
Dioxit clo là electrophin,phản ứng rất nhanh với cấu trúc nhóm
hydroxin phenol tự do,nhưng phản ứng chậm với hợp chất no mạch thẳng,
nên tác dụng của ClO2 lên polysaccarit đã bị oxi hóa trước đó,khả năng
oxi hóa của dioxit clo mạnh do phân tử kém bền và sự có mặt của ion clo
với mức oxi hóa +4.
Về mặt lý thuyết,dioxit clo có thể bị khử hoàn theo cơ chế sau:
Giai đoạn đầu diễn ra khi pH >7, hai giai đoạn sau xúc tác là axit,vì
vậy trong môi trường kiềm,dioxitclo bị khử theo pt phản ứng [a]
Trong dung dịch kiềm của dioxit clo luôn tồn tại cân bằng oxi hóa sau
Trong môi trường axit,dioxit clo bị khử hoàn toàn [d],vì anion clorit
bền trong môi trường trung tính và môi trường kiềm,để chúng oxi hóa tốt
cần bổ sung axit.
Trong môi trường kiềm,axit cloro tạo thành bị khử theo [b] và [c]
Axit hypoclorit là sản phẩm trung gian tạo thành khi axit cloro bị
khử,có thể oxy hóa khử cao hơn so với axit cloro,axit này đc khử theo pt
Ngoài ra trong môi trường axit,clorit phân hủy thành axit hypoclorit
theo:
Cơ chế:
Các yếu tố ảnh hưởng
Nhiệt độ
Nhiệt độ hợp lý nhất của công đoạn tách loại lignin bằng ClO 2 là 50
độ, dưới 50 độ quá trình loại lignin chậm,cao hơn 50 độ không ảnh hưởng
đến tách lignin nhưng độ nhớt giảm.
Khi tẩy bằng dioxit clo theo sơ đồ D-E[OP]-D,nhiệt độ tối ưu là 7075 độ C, tẩy ở nhiệt độ này có thể đạt độ trắng tối đa, mà vẫn giữ độ bền
cơ học của bột.
Tốc độ phản ứng,75% lượng dioxit clo cần thiết cho tẩy trắng bị tiêu
hao trong vòng 5-7 phút.
pH
pH của công đoạn tách lignin không vượt quá 3 để ClO 2 oxi hóa triệt
để,trong các công đoạn tẩy trắng pH ban đầu là 5-6 nhưng thích hợp nhất
là 3,5-4,5.
Trị số pH đóng vai trò quan trọng trong quá trình tẩy trắng bằng
ClO2,các số liệu ở bảng dưới cho thấy dự ảnh hưởng của các mức pH ban
đầu của bột [4,2;6,2;8].
Nhiệt độ
Thời gian tẩy [h]
Độ trắng của bột tẩy trắng[% ISO]
pH=4,2
pH=6,2
pH=8
40
3
83,4
85,9
84,2
40
4
84,1
85,5
88,2
40
5
83,9
86
84,2
60
3
86,9
87,3
85,1
60
4
86,9
87,4
83,8
60
5
86,1
87,9
84,6
80
3
86,7
87,8
84,6
80
4
86
88,1
84,3
80
5
85,9
88
84,3
Khi tẩy trắng trong môi trường axit dioxit clo ít ảnh hưởng đến
hemixenlulo và xenlulo nó có thể oxy hóa rượu thành nhóm cacbonyl,các
nhóm andehit thành nhóm cacboxyl.
III.6. Tẩy trắng bẳng peroxide
Độ trắng – là một tính chất quan trọng nhất của giấy loại sử dụng trong
thành phần bột giấy dùng để sản xuất giấy in và giấy viết, giấy lụa, các loại giấy
vệ sinh cao cấp khác cũng như một số loại cáctông đặc biệt đòi hỏi chất lượng
cao. Trong thành phần xơ sợi của các loại giấy nêu trên, tỷ lệ xơ sợi tái sinh từ
giấy loại ngày càng tăng lên, để có thể đáp ứng yêu cầu về độ trắng từ 80 o 84oISO.Người ta tính rằng, 84o ISO là độ trắng tối đa của bột tái sinh từ giấy loại
khi giảm hiệu suất tái sinh 5%. Độ trắng cao hơn là không thể đạt được, thậm
chí ngay cả khi sử dụng một lượng lớn các tác nhân tẩy trắng, ứng dụng công
nghệ tẩy trắng hiện đại và với hệ thống thiết bị mới nhất, hiệu quả nhất.Như vậy
có thể thấy, tẩy trắng bột giấy loại là một quá trình có tính khoa học cao và khá
tốn kém, bởi vì giá thiết bị cho đầu tư cao, công nghệ phức tạp, sự cần thiết phải
tạo nên một cấu trúc chống lại sự xâm nhập của các tia hồng ngoại trong quá
trình bảo quản, quá trình điều chế, chuẩn bị và điều tiết lượng dùng hoá chất tẩy
trắng, sự gia tăng mức độ nhiễm bẩn nước sản xuất… Đối với các xí nghiệp nhỏ
có công suất dưới 100 tấn bột tái sinh/ngày, việc ứng dụng công nghiệp tẩy trắng
là không hiệu quả về mặt kinh tế. Ngoài ra, khi hoàn thiện công nghệ xử lý và
tái sinh giấy loại điều quan trọng nhất là luôn luôn phải xem xét việc ứng dụng
công nghệ tẩy trắng để nâng cao tính chất tạo giấy của xơ sợi, trong đó độ trắng
là vấn đề cần được quan tâm trước nhất.
Hydrogen peroxide công thức hóa học là H2O2. Đây là peroxide
đơn giản [Hợp chất có một liên kết đơn O-O] và ở dạng nguyên chất là
một chất lỏng không màu, hơi nhớt hơn nước. Hydrogen peroxide là một
chất oxy hóa mạnh mẽ và được sử dụng như một chất tẩy trắng và khử
trùng. Hydrogen peroxide cô đặc, hay ở nồng độ cao [HTP – 85-98%] là
một loài ôxy phản ứng và đã được sử dụng như tác nhân đẩy trong tên
lửa.
Peroxít hyđrô. Trong những năm 80, do sự gia tăng mạnh mẽ khối lượng
giấy loại tái sinh để sản xuất giấy, công nghệ tẩy trắng bằng perôxít hyđrô được
bắt đầu ứng dụng để tăng độ trắng của bột. phương pháp điều chế và các phản
ứng hoá học của perôxit hydrô được nghiên cứu rất sâu và các kết quả trong
nghiên cứu cũng như trong thực tế sản xuất công nghiệp tại nhiều nước trên thế
giới đã được trình bày và giới thiệu trong nhiều tài liệu.
Hiệu quả nhất vẫn là sử dụng perôxít hyđrô trong tẩy trắng bột giấy, nghĩa
là tại giai đoạn tẩy bổ sung trong công đoạn cuối cùng của dây chuyển công
nghệ tái sinh giấy loại. Lúc này độ trắng và sự ổn định độ trắng của bột tái sinh
và của các sản phẩm sản xuất từ chúng tăng lên một cách đáng kể.
Khoảng 60% sản lượng hydrogen peroxide trên thế giới được sử
dụng để tẩy trắng bột giấy và giấy. Trong công nghệ sản xuất bột
trắng,peroxit hydrogen [H2O2] ngày càng được biết đến như là một loại
hóa chất tẩy hiệu quả cao và ít gây ô nhiễm môi trường.Thông thường
H2O2 được sử dụng để tẩy trắng cho cả bột cơ học và bột hóa học có hiệu
quả cao, đặc biệt gần đây một số quy trình công nghệ tiên tiến trong đó
peroxit hydrogen được sử dụng như là một tác nhân tẩy trắng duy nhất,
hoặc kết hợp với các giai đoạn tẩy trắng bằng oxi [O2] và ozon [O3] vai
trò chủ yếu của H2O2 là làm mất màu các nhóm mang màu trong các phần
Khái niệm về nước javen
- Nước javen hay javel là một chất tẩy rửa được tạo thành từ trình hỗn hợp khí sục Cl2 vào trong dung dịch NaOH.
- Cl2+ 2NaOH NaCl + NaClO + H2O
- Một số tên gọi khác: Giaven, natri hypochlorite, thuốc tẩy,…với công thức hóa học NaClO
- Nó thường tồn tại ở dạng dung dịch trong suốt có màu hơi vàng với nồng độ 10% [sai số ± 2%]
Công thức phân tử NaClO
Làm sạch, khử trùng và vệ sinh tay tại trường học - Bộ công cụ dành cho các nhà quản lý trường học
Làm sạch, khử trùng và vệ sinh tay tại trường học - Bộ công cụ dành cho các nhà quản lý trường học
Bộ Công Cụ Dành Cho Quản Lý Trường Học