造纸用禾本科原料皮层超微结构及矿质元素分布研究

摘要

本文用扫描电镜-X射线能谱仪(SEM-EDXA)研究芦苇、芒秆茎部皮层及芒秆叶鞘的形态、超微结构和Si等矿质元素在其中的分布；用X射线一光电子能谱(XPS)法研究原料皮层Si化物的组成和其碱稳定性，并用原子吸收光谱(AAS)法等探索麦草浆黑液除硅的新工艺。 苇茎皮层的形态、超微结构和Si等矿质元素分布的SEM-EDXA法研究结果表明，苇茎皮层外表面是由片状物、片状物的连接物以及颗粒状物3种结构物呈规律性排列而成；皮层外表面主要由C、O、Si等元素组成，Si含量高，在55％左右，不同结构物的Si含量均非常高，但C含量仅2～4％。皮层的纵切面有致密和多孔两种形态，皮层外表面上的片状物实际上是纵向生长、长短不一的管状表皮细胞，细胞壁为绕中心管腔的多层结构，厚度大。 用SEM-EDXA法研究芒秆茎部皮层的形态、超微结构及Si等矿质元素的分布。结果表明，芒茎皮层外表面由纵向的条纹区和非条纹区交替排列而成；皮层纵切面中存在多孔结构及具层状细胞壁的横向管孔；皮层厚度为测定各种原料中最大的，且皮层结构紧密；皮层中存在不同结晶形态的Si化物。芒茎皮层主要含C、O、Si、K等元素，Si元素的含量高于50％，C元素的含量低于4.0％：皮层中部的Si元素的含量最高，(最高达88.18％)，外部及内部的Si元素含量稍低些；皮下纤维及芒茎内部组织结构中的Si元素含量均低于0.01％。 苇茎、芒茎皮层的形态及超微结构明显与甘蔗、麦草、竹子等的茎部皮层不同。两种原料皮层不同部位中Si等元素的原子数比例不同，预示着这些部位中Si化物的组成及Si等元素存在的化学状态的差异。 芒秆叶鞘皮层的形态、超微结构及Si等矿质元素分布的SEM-EDXA法研究结果表明，叶鞘外表面皮层由颗粒物纵向规则排列区域和分散分布区域交替排列而成；每个颗粒物组由两个相对的“肾型”颗粒物纵向排列而成。与外表面皮层两种形态区域对应，皮层横切面由致密区域和疏松区域交替排列而成；致密区域的厚度大且质地较均一，Si元素的含量低，其内部主要是维管束组织；疏松区域的厚度小，Si元素的含量高，其内部则主要是近乎圆形的空腔。叶鞘皮层主要含C、O、Si、C1、K、Ca等元素，C元素的含量低；外表面皮层的Si含量约为50％，内表面皮层的Si元素含量仅4％左右。 用XPS法对蔗渣皮层和麦秆两类禾本科原料皮层的Si化物组成进行分析探索，证明两类原料中存在的Si化物包括有机Si化物及无机Si化物两大类，每类Si化物都是由多种Si化物组成的。蔗渣皮层所含Si化物中，有机Si化物占58.32％，可能最主要是Et<,3>Si-及Me<,3>Si一，并有少量phSi一基，以及少量的甲基硅氧烷及苯基硅氧烷。无机Si化物中，可能最主要是白云母类、硅灰石类和方钠石等，总含量较低，类型也较简单。无机Si化物占总Si化物的41.68％。麦秆皮层Si化物的组成远比蔗渣皮层Si化物复杂，特别是无机Si化物，其种类比蔗渣皮层中多得多，含量也明显增高，达到56.56％。麦秆皮层有机Si化物可能主要仍是EtSi一类、MeSi一类及phSi一类，但EtSi一类明显增加。有机Si化物含量仅占43.44％，比无机Si化物低。麦草碱预处理浆渣片中残留的Si化物可能主要与EtSi一有关，特别是其中的Et2SiCl2，其量占总测定Si化物的54.04％。麦秆皮层中的多数无机Si化物对热NaOH的稳定性比较差，经过热碱预处理，皮层中的Si化物被降解、溶解严重而转移至黑液中，并且主要以无机Si化物的形式存在。用沉淀法和气浮法进行麦草浆黑液除硅工艺研究。结果表明，两种方法均能有效地降低黑液中的硅含量。在实验条件下，优选出的沉淀法除硅条件为：MgO用量5g/L，Ca(OH)<,2>用量16g/L，Fe<,2>(SO<,4>)<,3>用量60mg/L，温度40℃；在此条件下，黑液的Si除去率可达89％。 优选出的气浮法除硅条件为：Al(NO)<,3>用量8g/L，月桂酸用量1g/L，乙醇用量100ml/L，温度60℃；在此条件下，黑液的除硅率达90％以上。适当调节黑液的pH值，对改善气浮法的除硅效果有利，既可提高硅的除去率，又能维持黑液中较低的A1元素含量，有利于黑液碱回收的进行。

目录

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第一章绪论

第二章芦苇茎部皮层的SEM-EDXA研究

第三章芒秆茎部皮层的SEM-EDXA研究

第四章芒秆叶鞘的SEM-EDXA研究

第五章禾本科原料皮层Si化物组成的研究

第六章麦草浆黑液除硅工艺研究

结论

参考文献

攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文

致谢