杨木BCTMP制浆过程中溶解与胶体物质的溶出及其控制

摘要

目前，我国纸和纸板的产量和消费量已位居世界第一，每年需要从国外进口1500多万吨木浆。为了提高木浆的比重，我国大力发展林纸一体化，培育人工速生林。由于在生产化学机械浆上具有众多优点，杨木被认为是有发展前景的速生、丰产阔叶树种。在机械浆制浆和漂白过程中产生大约30-70kg/t浆的溶解与胶体物质（Dissolved and colloidal substances，简称DCS），DCS会释放到浆水体系中，并且随着白水的高度封闭循环而不断富集，从而恶化整个制浆抄造系统，引起纸张性能下降。本论文主要研究杨木在化学预浸渍、磨浆和漂白过程中DCS的溶出规律及其生物酶控制。
　　论文以欧美杨107为原料，研究了杨木CTMP化学预浸渍过程中DCS溶出规律。采用GC-MS分析DCS碳水化合物和MTBE抽出物的组成，利用ESCA分析预浸渍前后粗纤维表面抽出物和表面木素的变化。结果表明，杨木CTMP碱性H2O2预浸渍工艺条件的变化会引起溶出 DCS物理特性的变化以及溶出木素含量变化。研究表明，杨木CTMP化学预浸渍优化工艺条件为：3％ NaOH用量，3% H2O2用量，70℃，60min；在此工艺条件下 DCS的指标为：浊度59.8NTU，阳离子需求量1.19meq/L，木素含量0.30mg/L。化学预浸渍溶出的 DCS碳水化合物主要由木糖、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、甘露糖以及半乳糖醛酸和葡萄糖醛酸构成；DCS中 MTBE抽出物主要成份为木素降解产物苯甲酸，第二大成份为脂肪酸，主要由丁二酸、二十四烷酸、十六烷酸、二十烷酸、二十二烷酸等组成；经过化学预浸渍后，粗纤维表面木素含量增加，表面抽出物含量下降。
　　论文研究了第三段 PFI磨浆浓度和磨浆间隙对DCS溶出和浆料性能的影响。采用GC-MS分析了磨浆前后溶出的DCS碳水化合物和MTBE抽出物，利用ESCA分析了磨浆前后浆料纤维表面抽出物和表面木素的变化。研究表明，提高磨浆浓度和缩小磨浆间隙，DCS溶出量增加，主要表现在固含量、阳离子需求量和木素含量的增加，同时手抄片的抗张指数也增加；经过三段磨浆后，DCS平均粒径从626.6nm降为333.6nm；磨浆过程促进了碳水化合物的溶出，而且半乳糖醛酸的溶出量较葡萄糖醛酸多，磨浆前后半乳糖醛酸对糖醛酸的贡献最大；木素降解产物是磨浆后MTBE抽出物的主要成分；磨浆后，脂肪酸、甾醇酯、甘油单酯的含量均有不同程度的增加，磨后还检测到了香树脂醇，但未检测到树脂酸；三段磨浆后浆料纤维表面抽出物含量增加，表面木素含量则下降。论文研究了杨木CTMP浆在碱处理和碱性H2O2漂白过程中DCS的溶出和浆料性能的变化规律，分析了CTMP、ACTMP和BCTMP浆中DCS碳水化合物和MTBE抽出物及漂白前后浆料纤维表面抽出物和表面木素的变化规律。研究表明，杨木CTMP浆碱性H2O2漂白优化工艺条件为：NaOH用量3%，H2O2用量3%，75℃，90min；在此工艺条件下的浆料，其手抄片白度为79.1% ISO，抗张指数为33.7 N·m/g；DCS的指标为：浊度60.2NTU，阳离子需求量1.64meq/L，木素含量0.23mg/L。漂白过程会促进 DCS的溶出，体现在DCS固含量、阳离子需求量和木素含量的增加，同时还改善纸张性能；NaOH对DCS溶出的影响比H2O2大；杨木CTMP浆经过碱处理后，其DCS平均粒径从580.7nm降至159.6nm，经过碱性H2O2漂白后，平均粒径进一步下降至97.03nm；杨木CTMP浆经过碱处理后，碳水化合物的溶出加剧，糖醛酸的含量增加，半乳糖醛酸的溶出较葡萄糖醛酸多，当其经过碱性 H2O2漂白后，碳水化合物进一步溶出，半乳糖醛酸溶出仍较葡萄糖醛酸多；NaOH对糖醛酸溶出的影响较H2O2大；杨木CTMP浆经碱和碱性H2O2处理后，DCS中MTBE抽出物含量大量增加，主要是木素降解产物苯甲酸的增加，同时脂肪酸和甘油酯也有少量增加，而甾醇酯则减少，其中甘油酯为1,3-双棕榈酸甘油酯，甾醇酯为胆甾醇酯和β谷甾醇酯；杨木CTMP浆经过碱性H2O2处理后，浆料纤维表面抽出物含量增加，而表面木素含量则减少。
　　论文优化了脂肪酶和果胶酶控制 DCS的处理工艺，研究酶处理第三段PFI磨后浆料、CTMP和BCTMP浆的效果。研究表明，脂肪酶处理优化工艺条件为：pH8.0，温度60℃，酶用量150u/g浆，反应时间120min；果胶酶处理优化工艺条件为：pH4.0，温度50℃，酶用量120u/g浆，反应时间150min；脂肪酶处理BCTMP浆和第三段PFI磨后浆料残留的DCS，其甘油含量分别增加7.86%和9.73%；果胶酶处理BCTMP、第三段PFI磨后浆料和CTMP浆，其阳离子需求量分别下降71.48%、26.70%和11.60%。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

第一章 绪论

1.1 杨木的特性及其在制浆造纸中的应用

1.2 国内外化学热磨机械浆（CTMP）的发展现状

1.3 过氧化氢的作用机理和磨浆机理

1.4 制浆造纸过程中的溶解与胶体物质

1.5 溶解与胶体物质的控制

1.6 本论文的研究目的、意义和主要内容

第二章 杨木CTMP碱性H2O2预浸渍过程中溶解与胶体物质的溶出

2.1 引言

2.2 实验

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 杨木CTMP磨浆过程中溶解与胶体物质的溶出

3.1 引言

3.2 实验

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 杨木CTMP碱性H2O2漂白过程中溶解与胶体物质的溶出

4.1 引言

4.2 实验

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 杨木CTMP中溶解与胶体物质的生物控制

5.1 引言

5.2 实验

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 结论

6.1 论文的主要结论

6.2 论文的创新之处

6.3 对未来工作的建议与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢