Báo cáo tóm tắt đề tài: Nghiên cứu sử dụng hiệu quả gỗ Đước để sản xuất đồ mộc, than hoạt tính và dịch gỗ

Chủ nhiệm đề tài: Ts. Lê Thanh Chiến

Chương 1. Mục tiêu,nội dung và phương pháp nghiên cứu

I.Mục tiêu tổng quát :

Xây dựng công nghệ sản xuất sản phẩm mộc và than hoạt tính từ gỗ Đước nhằm góp phần nâng cao giá trị sử dụng gỗ Đước rừng ngập mặn

Mục tiêu cụ thể :

– Xây dựng cơ sở dữ liệu về gỗ Đước

– Xây dựng đuợc quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm mộc

– Xây dựng được quy trình công nghê sản xuất than hoạt tính từ than gỗ Đước và thu hồi dịch gỗ trong sản xuất than Đước

– Chế tạo thiết bị nghiên cứu hoạt hóa than từ than gỗ Đước năng suất 5 kg than nguyên liệu/mẻ

II. Nội dung nghiên cứu:

1. Xây dựng cơ sở dữ liệu chủ yếu của gỗ Đước.

2. Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất đồ mộc

2.1. Nghiên cứu thông số công nghệ tạo phôi mộc (mộc xây dựng, mộc nội thất) và phôi thanh

– Nghiên cứu quy trình công nghệ xẻ thích hợp với gỗ Đước

– Nghiên cứu biện pháp xủ lý (nhiệt ẩm, hoá học) nhằm hạn chế nứt vỡ, biến dạng ván xẻ, phôi mộc và phôi thanh

– Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phôi

– Nghiên cứu quy trình công nghệ tạo ván sàn

2.2.Sản xuất sản phẩm mẫu: Bàn ghế nan, cửa, ván sàn (5 bộ sản phẩm/mẫu)

3. Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất than hoạt tính

– Nghiên cứu chế tạo thiết bị thu hồi dịch gỗ từ quá trình nhiệt phân gỗ Đước

– Nghiên cứu qui trình công nghệ sản xuất than hoạt tính

4. Thiết kế, chế tạo thiết bị hoạt hóa than Đước năng suất 5 kg than nguyên liệu/mẻ

III. Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng

Nguyên liệu

+ Gỗ Đước (Rhizophora apiculaca), ba cấp tuổi từ (12 – 15) tuổi, (16 – 19) tuổi, (22 – 23) tuổi; đường kính trung bình từ (10 – 14) cm, (15 -17)cm, 18-22 cm được khai thác tại Năm Căn-Cà Mau

+Than gỗ Đước của Hợp tác xã sản xuất than 2-9 , huyện Năm Căn

2. Phương pháp thực hiện các nội dung nghiên cứu

Xây dựng cơ sở dữ liệu

– Khảo sát thực nghiệm theo phương pháp ô tiêu chuẩn ngẫu nhiên (OTC), Xác định đường kính ngang ngực (D_1,3), điểm đo cách rễ trên cùng của cây 1,3 m.

– Phương pháp phân hạng gỗ tròn theo đường kính, chiều dài : Theo tiêu chuẩn Việt Nam. TCVN 1074-71.

– Phương pháp phân loại gỗ tròn theo khuyết tật theo TCVN 1070 -71

– Nghiên cứu tính chất cơ, lý, hóa học gỗ Đước theo các TCVN

Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất đồ mộc

– Theo phương pháp kế thừa : Kế thừa quy trình công nghệ xẻ, sấy và sản xuất đồ mộc, ván sàn từ một số nguyên liệu gỗ rừng trồng để nghiên cứu xác định các thông số công nghệ

Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất than hoạt tính từ than Đước

– Kế thừa quy trình công nghệ hoạt hoá than gáo dừa để nghiên cứu xác định thông số công nghệ hoạt hoá than gỗ Đước.

Thiết bị hoạt hóa

– Hệ thống thiết bị thí nghiệm là lò hoạt hóa nằm ngang Trung Quốc (Hình 3-5). Đường kính ống hoạt hóa D=50mm, Thể tích ống V=0,003m³. Lò cấp nhiệt bằng điện, có hệ thống điều chỉnh dòng và áp, hệ thống khống chế nhiệt độ tự động.

Thiết kế, chế tạo thiết bị

– Khảo sát, đánh giá thiết bị hoạt hóa đã có

Chương 2. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

1. Xây dựng cơ sở dữ liệu gỗ Đước

1.1. Đặc điểm phân bố

Đước (Rhizophora apiculata) là loài quan trọng của rừng ngập mặn,có diện tích lớn nhất và tập trung nhiều nhất ở Cà Mau, Trà Vinh, Bến Tre và Cần Giờ – TP Hồ chí Minh khoảng 70.000 ha.

1.2. Nghiên cứu đặc điểm cây gỗ Đước theo cấp tuổi

Đề tài đã tiến hành khảo sát ở Lâm trường 184, Năm Căn – Cà Mau, rừng đước thuộc Ban Quản lý rừng xã Thanh Hải, huyện Thạnh Phú – Bến Tre và khu bảo tồn hệ sinh thái rừng ngập mặn xã Long Khánh, huyện Duyên Hải-Trà. Kết quả nghiên cứu cho thấy:

– Cây gỗ Đước ở tỉnh Cà Mau 15 tuổi có đường kính ngang ngực chủ yếu dao động từ (10 cm – 14 cm) chiếm 58.95%. Còn cây 19 tuổi và 20 tuổi có đường kính D_1.3 dao động từ (15 cm – 17 cm) chiếm 24.64%. Cây có đường kính D_1.3 >17 cm, chiếm 15.87%

– Cấu tạo thô đại gỗ Đước 20 năm tuổi

Gỗ có dác lõi phân biệt, dác màu vàng nâu, gỗ lõi màu nâu sáng đến nâu. Vòng sinh trưởng thấy rõ. Mặt gỗ mịn. Thớ gỗ lệch. Vân gỗ không đặc biệt, thường có những vệt màu thẫm, loang, vây quanh tuỷ. Gỗ không có mùi đặc biệt, không phản quang

1.3.Nghiên cứu đặc tính công nghệ gỗ Đước

1.3.1. Tính chất vật lý

– Khối lượng thể tích của gỗ Đước cao, khối lượng thể tích (giác + lõi) cây 15 tuổi là 0.77 g/cm³, cây 19 tuổi có khối lượng thể tích (giác + lõi) là 0.79 g/cm³ và cây 20 tuổi có khối lượng thể tích (giác + lõi) là 0.80 g/cm³.

– Gỗ Đước có hệ số co rút thể tích lớn (0,69-0,74). Chênh lệch độ co rút giữa các chiều 2,04 lần ở cấp tuổi > 22 năm tuổi và 3,04 lần ở cấp <18 năm tuổi. Độ co rút theo chiều xuyên tâm <4 thuộc loaị gỗ có độ co rút ít, nhưng theo chiều tiếp tuyến >7 là loại 3

1.3.2. Kết quả nghiên cứu một số tính chất cơ học

– Gỗ Đước có các tính chất cơ lý tương đương với loại nhóm I và nhóm II, loại gỗ có khả năng chịu lực và khả năng chống biến dạng cao, có thể làm ván sàn và đồ mộc.

2. Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất đồ mộc

2.1. Nghiên cứu quy trình công nghệ xẻ

– Kết quả cho thấy tổng độ dư gia công của các mẫu theo các góc xẻ khác nhau biến động không nhiều và có giá trị trung bình : Theo chiều dày S D= 4 mm, theo chiều rộng S D= 3 mm

Từ kết quả nghiên cứu và khảo nghiệm xẻ gỗ Đước, quy trình xẻ gỗ Đước theo các bước sau;

– Gỗ Đước có đường kính >100mm xẻ theo phương pháp Xé suốt “hỗn hợp”

– Cưa đĩa xẻ 2 mạch đầu; cưa vòng đứng xẻ các mạch tiếp theo đối với gỗ có đường kính >180mm

– Gỗ có đướng kính 100- 180mm sử dụng cưa đĩa

– Thiết bị sử dụng : Cưa đĩa và cưa vòng đứng

2.2. Quy trình công nghệ sấy

– Phôi gỗ dày 20mm có độ ẩm 44-46% được sấy khô đến độ ẩm 11,35% phải sấy 260 giờ ở nhiệt độ sấy 45-65 ⁰c

– Đối với phôi dày 55mm, sấy khô đến độ ẩm 11,35% phải sấy 272 giờ ở nhiệt độ sấy 40-60 ⁰c

2.3. Kết quả nghiên cứu giải pháp khắc phục nứt đầu, nứt mặt ván xẻ

Ván xẻ gỗ Đước có chiều dày 20mm, hoặc phôi ván sàn trước khi sấy được ngâm trong dung dịch hóa chất nồngđộ 8%, trong thời gian 3 ngày, sau đó được hong khô đến độ ẩm 40% (sau thời gian khoảng 24 giờ) trước khi sấy, ván sẽ ít bị nứt mặt, nứt đầu trong quá trình sấy, tỷ lệ khuyết tật thấp nhất chỉ còn 4,99%.

2.4. Sơ đồ Quy trình công nghệ sản xuất đồ mộc gỗ Đước

Sơ đồ sản xuất bàn ghế văn phòng

3.. Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất than hoạt tính

3.1. Nghiên cứu sản xuất than hoạt tính- Than đước nguyên liệu có độ sạch cao (hàm lượng tro thấp), bên cạnh đó hàm lượng chất bốc lớn rất thuận lợi cho quá trình hoạt hóa vì chất bốc thoát ra hình thành các kẽ nứt trên than (lỗ lớn ban đầu).

– Kết quả đánh giá chất lượng than hoạt tính

Chất lượng than hoạt tính được đánh giá theo sản phẩm hoạt hóa than với các thông số hoạt hóa: T=900⁰c, thời gian hoạt hóa 5 h, Lưu lượng hơi nước 0,25 m³/h, tốc độ quay của lò 4v/phút. Chỉ tiêu kỹ thuật của than hoạt tính từ than Đước được so sánh với than gáo dừa Trà Bắc sản xuất tại Trà Vinh và than Norit của Hà Lan, tổng hợp ở Bảng 47

3.2. Nghiên cứu công nghệ và thiết bị thu hồi dịch gỗ

– Thu hồi dịch gỗ

Giai đoạn đầu đốt lò (1-3 ngày) khói trắng thoát ra qua hệ thống thiết bị, khói gia đoạn này chủ yếu là hơi nước ( thoát ẩm từ gỗ). Đến khi khói chuyển màu xanh đen, bắt đầu bơm nước làm lạnh ống ngưng tụ. Hỗn hợp hơi được làm lạnh sẽ ngưng tụ cho dịch gỗ có màu đen , dịch gỗ được dẫn vào thùng chứa qua ống dẫn. Qúa trình thu hồi dịch gỗ kết thúc kết thúc khi không còn dung dịch ngưng, khói thoát ra có màu trắng.

4. Chế tạo thiết bị hoạt hóa than

1.- Thiết bị hoạt hóa theo phương pháp hoạt hóa gián đoạn, gia nhiệt bằng điện

2.- Hệ thống thiết bị hoạt hoá gồm

+ Lò hoạt hóa có ống hoạt hóa làm việc ở điều kiện nhiệt độ max =1100⁰c, trong điều kiện quay tròn với tốc độ 5-20 v/phút. ống có thể tích 0,05 m³– Vỏ lò có gạch chịu nhiệt và lớp cách nhiệt

+ Nồi hơi: Nhiệt độ hơi 176-180⁰c, nồi hơi gia nhiệt bằng điện

+ Hệ thống mở và đóng nắp lò: hệ thống thủy lực

+ Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ : Vô cấp

+ Hệ thống quay ống hoạt hóa: xích truyền động, điều chỉnh vô cấp

Chương 3. Kết luận và kiến nghị

1. Cơ sở dữ liệu gỗ Đước

– Đước hay Đước đôi (Rhizophora apiculata) là loài quan trọng của rừng ngập mặn, có diện tích lớn nhất khoảng 70.000 ha ( 2007) tập trung chủ yếu ở ở Cà Mau, Bến Tre và Cần Giờ – TP Hồ Chí Minh. Gỗ Đước có giác, lõi phân biệt. Vòng sinh trưởng rõ, rộng 2-3mm. Mặt gỗ mịn, thớ gỗ lệch. Tính chất vật lý: Gỗ rất cứng và nặng có khối lượng thể tích D_cb = 770-890 kg/m³. Gỗ có chứa Silic 0,02-0,06%. Cấp tuổi 12-14 năm tuổi có 50% thể tích gỗ ( D_1.3>10cm) để xẻ ván, 50% (Đường kính D_1.3<10 cm ) sử dụng sản xuất than. Cấp tuổi 16-17 có 67,7% xẻ ván và 32,3% sử dụng đốt than. Cấp tuổi 22-23 cho 87,20%.xẻ ván và 12,8% làm nguyên liệu sản xuất than.

2. Quy trình công nghệ sản xuất đồ mộc

– Tổng độ dư gia công có giá trị trung bình : Theo chiều dày S D= 4 mm, theo chiều rộng S D= 3 mm. Xẻ gỗ Đước theo phương pháp xẻ suốt “hỗn hợp” là hợp lý. Xẻ ván dày 20mm tỷ lệ thành khí so với gỗ tròn đạt 56,53-66,22% và chất lượng ván loại A, B chiếm 77-80,5% đối với cấp đường kính 100-150 mm . Với gỗ tròn có đường kính 160-180mm đạt tỷ lệ thành khí 69,16% và chất lượng loại A,B chiếm 83,3%. Gỗ tròn có đường kính 170mm- 195mm xẻ phôi ván sàn ( dày 20 mm) đạt tỷ lệ thành khí 40,91-69,16% (tùy theo chiều rộng phôi). Xẻ phôi đồ mộc ( dày 33, 55, 60, 75mm) đạt tỷ lệ thành khí 43, 09%. Sử dụng gỗ Đước để sản xuất ván sàn và đồ mộc có chiều dài <1600 mm là hợp lý nhất. Quy trình công nghệ xẻ gỗ Đước được trình bày ở Phụ lục 2.

– Sấy gỗ Đước. Gỗ Đước có khối lượng thể tích cơ bản: 0,77 – 0,89 g/cm³, có độ co rút giữa các chiều chênh lệch tương đối lớn đặc biệt ở cấp tuổi 12-18 năm tuổi ( Bảng 13) nên gỗ có nhược điểm dễ bị cong vênh, nứt nẻ. Nứt đầu, mặt thường xuất hiện trong quá trình xẻ và tiếp tục phát triển trong quá trình sấy làm giảm tỷ lệ sử dụng gỗ từ 21-30% ( Bảng 31, 32 )

Để khắc phục nhược điểm gỗ có thể xử lý gỗ xẻ trước khi sấy theo 2 phương pháp:

+ Phương pháp ngâm thường: Ở các cấp chiều dày ván khác nhau thời gian ngâm càng dài số vết nứt càng giảm. Phôi dày 30mm số vết nứt giảm 20% sau khi ngâm 10 ngày và giảm 34 % sau khi ngâm 30 ngày ( Bảng 39 ). Tùy thuộc nhu cầu nguyên liệu cho sản xuất có thể ngâm phôi trước khi sấy 10 hay 30 ngày

+ Phương pháp xử lý bằng hóa chất :Khắc phục nhược điểm (nứt mặt, nứt đầu) bằng dung dịch hóa chất ở nồng độ 8% với thời gian ngâm 3 ngày là hợp lý nhất, giảm nứt 88,45% ( Bảng 42)

Phôi gỗ Đước dày 15-20mm có chế độ sấy hợp lý T₁=45⁰c, T₂=65⁰c, thời gian sấy từ độ ẩm 44-46% đến 10-12% là 260 giờ, tỷ lệ sử dụng phôi đạt cao nhất 78,89%. Điều hành sấy theo Bảng 37. Đối với ván dày 55 mm có chế độ sấy hợp lý T₁=40⁰c, T₂=60⁰c, thời gian sấy từ độ ẩm 44-46% đến 10-12% là 272 giờ, tỷ lệ sử dụng phôi đạt cao nhất 70%. Điều hành sấy theo Bảng 38. Sản xuất ván sàn và đồ mộc theo quy trình ở Phụ lục 3

3. Quy trình công nghệ sản xuất than hoạt tính

-Than hoạt tính gỗ Đước có khả năng hấp phụ hơi khí tốt (đạt 6% đối với benzen) tương đương với các loại than có chất lượng cao trên thị trường hiện nay như than gáo dừa Trà Bắc- Trà Vinh, than Norit của Hà Lan; diện tích bề mặt riêng lớn 1017,7 m²/g, cường độ than cao 92% ( Bảng 47)

4. Sản xuất sản phẩm mẫu mộc: Đề tài đã sản xuất 20m² ván sàn, 5 bộ cánh cửa, 3 bàn và 12 ghế từ gỗ Đước, sản xuất 280 kg than hoạt tính cỡ hạt 4-12mm, Gỗ Đước dùng sản xuất ván sàn có chất lượng tốt và có hiệu quả sử dụng gỗ cao

5. Đã chế tạo thiết bị thí nghiệm hoạt hóa than từ than Đước, năng suất 5 kg than nguyên liệu mẻ ( Thông số kỹ thuật Phụ biểu 11). Thiết bị có thể sử dụng để nghiên cứu sản xuất than hoạt tính từ các nguyên liệu khác như: Than tre, than antraxit…

6. Đã chế tạo hệ thống thiết bị thu hồi dịch gỗ , thử nghiệm và thu hồi 20 kg dịch đen.

Những hạn chế của đề tài.

– Do thực trạng rừng Đước ở 3 tỉnh không cho phép chọn rừng cùng cấp tuổi để nghiên cứu so sánh đánh giá đặc điểm gỗ.

– Chưa đánh giá được ảnh hưởng của phương pháp xử lý đến độ bền tự nhiên của gỗ

Kiến nghị.

– Nghiên cứu xử lý gỗ nhằm khắc phục nứt đầu, mặt gỗ bằng dung dịch muối NaCl làm cơ sở cho việc xử lý gỗ bằng nước biển có bổ sung một lượng muối nhất định.

– Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian hoạt hóa và lưu lượng tác nhân hơi nước đến chất lượng và hiệu suất hoạt hóa.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trần Trọng Bắc , 2004. Nghiên cứu giải pháp công nghệ khắc phục khuyết tật trong quá trình sấy gỗ Bạch đàn trắng, Luận văn Thạc sỹ , Trường Đại học Lâm nghiệp Xuân Mai, Hà Tây.

2. Hồ Xuân Các, 1994. Thiết bị và Công nghệ sấy gỗ, Trường Đại học Nông Lâm, TP Hồ chí Minh, 127 trang.

3. Hồ Xuân Các và Nguyễn Hữu Quang, 2005, Công nghệ sấy gỗ, Nhà xuất bản Nông nghiệp, 178 trang.

Lê Đăng Duy, 2001. Khảo sát cấu tạo thô đại và cấu tạo hiển vi của gỗ Đước và gỗ Tràm ,Luận văn tốt nghiệp . Trường Đại học Nông Lâm Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh.
Vũ Huy Đại, 2009. Nghiên cứu các giải pháp công nghệ nhằm nâng cao tính chống chịu những tác động xấu của môi trường đến sản phẩm đồ mộc, báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài KHCN cấp Bộ, Hà Nội.
Hứa Thị Huần, 1999, Những đặc điểm trong sấy và bảo quản gỗ Bạch đàn, Tràm bông vàng, Kỷ yếu Hội thảo KHCN trong Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Nhà xuất bản Nông nghiệp, 1999.
Lê Thu Hiền cùng các cộng sự, 2010. Nghiên cứu cấu tạo giải phẫu, tính chất vật lý, cơ học và hóa học của một số loại gỗ và tre thông dụng ở Việt Nam làm cơ sở cho chế biến, bảo quản và sử dụng, báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài KHCN, cấp Bộ , Hà Nội.

8.Trần Tuấn Nghĩa, 1996. Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ xẻ và chế độ sấy hợp lý gỗ Bạch đàn và Tràm bông vàng làm nguyên liệu sản xuất ván ghép thanh và đồ mộc dân dụng, báo cáo đề tài KHCN, cấp Bộ , Hà Nội.

9.Nguyễn Trọng Nhân ,2005. Nghiên cứu công nghệ chế biến gỗ rừng trồng ( thuộc đề tài. Nghiên cứu bảo quản, chế biến gỗ rừng trồng), báo cáo đề tài KHCN, cấp Bộ, Hà Nội.

11.Bùi Duy Ngọc, 2007. Nghiên cứu thăm dò khả năng sử dụng gỗ Đước (Rhizophora apiculata) làm nguyên liệu phục vụ Ngành chế biến gỗ, báo cáo kết quả KHCN, cấp Viện KHLN, Hà Nội.

10. Ngô Đình Quế, 2000. Khôi phục và Phát triển rừng ngập mặn, rừng tràm ở Việt Nam. Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội, 187 trang .

11. Phạm Ngọc Thanh, 1987. Nghiên cứu sản xuất than hoạt tính từ phế liệu thực vật, báo cáo đề tài NCKH, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.

12. Đặng Trung Tấn và cộng sự, 2000. Nghiên cứu tổng sinh khối và lượng tăng sinh khối rừng Đước tái sinh tự nhiên ở Cà Mau, Bạc Liêu , báo cáo đề tài KHCN cấp Bộ, Hà Nội.